《現(xiàn)代通信網(wǎng)》第六章互聯(lián)網(wǎng)1

1、2022/9/81現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/9/82第六章 Internet6.1 Internet概述6.2 協(xié)議與互連的原理6.3 IP層6.4 傳輸層 6.5 應(yīng)用層6.6 IPv62022/9/83定義： Internet:一般指公共計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，它滿足三個特點(diǎn)：地理位置分散，管理上獨(dú)立自治，資源共享。如不加特別說明，目前可認(rèn)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是Internet的同義詞。 站在不同的角度來看，對互聯(lián)網(wǎng)會有不同的看法：網(wǎng)絡(luò)專家：是一個能夠提供設(shè)備互連和業(yè)務(wù)的復(fù)雜的協(xié)議集用戶：提供各種服務(wù)的一種神秘的方法。一 Internet 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)HHHH主機(jī)通信子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)我們將考察：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)部件，核心

2、協(xié)議和業(yè)務(wù)。2022/9/84Internet的主要特點(diǎn)無連接（Connectionless）：區(qū)別于傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)面向連接的概念，使用分組交換而不是電路交換。端到端（End to End）：在網(wǎng)絡(luò)層（IP層）以上，通信的端系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）應(yīng)該直接通信不需要中間設(shè)備，類似防火墻、地址轉(zhuǎn)換設(shè)備等中間盒子（Middle-Box）是不被看好的。保持網(wǎng)絡(luò)的簡單性（KISS，Keep It Simple and Stupid）：把復(fù)雜的功能放在端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）上，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)該盡可能的簡單，特別是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不應(yīng)該保留狀態(tài)。分布式控制、資源冗余，等等。2022/9/85網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) network of networ

3、ksMetropolitanNetworkSLCRASISPBackbone NetworkGPRSNetworkISPBackbone NetworkMetroNetworkCampusNetworkISPBackbone NetworkDSLAMBTSGGSNWiFi2022/9/86互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成部件Link： 使用copper, fiber, air等物理介質(zhì)；運(yùn)行協(xié)議： 包括ethernet, ATM，PDH，SONET, FDDI等。Router：通過BGP, OSPF, RIP相互通信。端系統(tǒng)： 運(yùn)行FreeBSD, Linux, Windows, MacOS等，通過NIC與lin

4、k相連。2022/9/87接入Internet用戶接入Internet涉及兩個方面：物理接入：多種形式,xDSL,dial-up, LAN, WLAN,GPRS等。ISP必須有局端接入終結(jié)設(shè)備RAS，DSLAM等ISP必須有上聯(lián)路由器接到Internet。邏輯接入：四個要素主機(jī)標(biāo)識：IP地址。資源標(biāo)識：URL配置主機(jī)TCP/IP協(xié)議，要和物理接入方式匹配。認(rèn)證ISP提供的邏輯接入部件：AAA，使用RADIUS協(xié)議DHCP協(xié)議2022/9/88典型ISP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Remote AccessServer (RAS)SLCISP BackboneWebCacheWebServerMailServerA

5、AADHCP上行鏈路RouterE1/PRI中繼基本功能Internet服務(wù)EthernetSwitchNT1Dial-upUsers通過ISP接入的LANDNS專線大客戶網(wǎng)2022/9/89ISP互連：自治系統(tǒng)ISP，每個ISP網(wǎng)絡(luò)都是一個AS，ISP有大有小Autonomous System (AS) 由同一管理機(jī)構(gòu)管理之下的路由器集合構(gòu)成的一個分組網(wǎng)絡(luò), AS內(nèi)部使用 相同路由協(xié)議，相同的分組轉(zhuǎn)發(fā)策略，與其它AS間用 exterior gateway protocol (EGP) 交換路由信息。AS的互連：物理上有連接互連的網(wǎng)關(guān)路由器之間能夠相互交換路由信息2022/9/810AS Nu

6、mbers （RFC1930）ASN是一個16bit的數(shù)值64512 到 65535 是私用號”MIT: 3UC San Diego: 7377AT&T: 7018, 6341, 5074, UUNET: 701, 702, 284, 12199, Sprint: 1239, 1240, 6211, 6242, CN2 4809ChinaNet 4134ASN代表一個選路策略的單元，分配管理機(jī)構(gòu)同IP地址當(dāng)前已有 16,000 ASN在用（2005）2022/9/811案例：ChinaNetMANCN2國內(nèi)ChinaNet國內(nèi)ChinaNet海外CN2海外IGRIXRIGRIXRISRCN2C

7、hinaNetIP城域網(wǎng)骨干網(wǎng)ChinaNet是骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)的兩級結(jié)構(gòu)2022/9/812網(wǎng)絡(luò)各部分的定位ChinaNet骨干網(wǎng)（1995）公共信息交換平臺，承載基本的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)CN2骨干網(wǎng)(2004)CN2網(wǎng)絡(luò)定位于承載有QoS保證需求的業(yè)務(wù)和中國電信自身的關(guān)鍵盈利業(yè)務(wù)，包括企業(yè)互聯(lián)、軟交換、3G、IPTV、新視通、全球眼、高質(zhì)量大客戶互聯(lián)網(wǎng)專線接入和高質(zhì)量IDC等業(yè)務(wù)。城域網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)的延伸，是業(yè)務(wù)的接入和匯聚平臺。為ChinaNet和CN2所共享。2022/9/813ChinaNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(國內(nèi))北京廣州上海西安廣州NAP點(diǎn)成都武漢南京天津深圳貴陽長沙杭州核心層匯接層核心節(jié)點(diǎn)核心節(jié)點(diǎn)北

8、京NAP點(diǎn)上海NAP點(diǎn)接入層株洲紹興中山宜昌廣安廣州國際出入點(diǎn)北京國際出入點(diǎn)上海國際出入點(diǎn)城域網(wǎng)城域網(wǎng)城域網(wǎng)城域網(wǎng)城域網(wǎng)2022/9/814ChinaNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：國內(nèi)部分骨干網(wǎng)：分成核心層和匯接層核心層：由北京、上海、廣州、沈陽、南京、武漢、成都、西安等8個核心節(jié)點(diǎn)組成核心層匯接層：54個匯接節(jié)點(diǎn)組成的匯接層組成。核心層：提供與國際Internet的互聯(lián)，以及到省份之間信息交換的通路。北京、上海、廣州、沈陽、南京、武漢、成都、西安等8個節(jié)點(diǎn)作為骨干網(wǎng)核心層節(jié)點(diǎn)。在這八個核心層節(jié)點(diǎn)中，北京、上海和廣州作為超級核心節(jié)點(diǎn)，它們之間采用三角形全連接；沈陽、南京、武漢、成都和西安作為普通核心節(jié)點(diǎn)，分

9、別與三個超級核心節(jié)點(diǎn)相連。匯接層：負(fù)責(zé)匯接各省份到核心層的連接，并為骨干新業(yè)務(wù)的開展提供服務(wù)點(diǎn)。由54個匯接節(jié)點(diǎn)組成，除少數(shù)邊遠(yuǎn)地區(qū)只有一個匯接節(jié)點(diǎn)外，絕大部分省有兩個骨干網(wǎng)匯接節(jié)點(diǎn)，它們用雙鏈路與核心節(jié)點(diǎn)或其它匯接節(jié)點(diǎn)連接。2022/9/815ChinaNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(國際部分)2022/9/816ChinaNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(國際)ChinaNet國際網(wǎng)絡(luò)由國際出口層、國際交換層和海外接入層組成。國際出口層：由北京、上海、廣州的國際出入口路由器構(gòu)成，負(fù)責(zé)疏導(dǎo)出入國內(nèi)的國際流量。國際交換層：由北京、上海、廣州的國際交換路由器構(gòu)成，主要定位為國際流量交換和亞太地區(qū)普通服務(wù)質(zhì)量的業(yè)務(wù)接入。海外接入層

10、：采取重點(diǎn)覆蓋策略，在美國、香港和英國等地設(shè)置海外POP（point of presence）節(jié)點(diǎn)，主要實(shí)現(xiàn)中國電信與境外運(yùn)營商對等互聯(lián)的高效延伸，也可提供普通服務(wù)質(zhì)量的業(yè)務(wù)接入。2022/9/817IP城域網(wǎng)部分：性能指標(biāo)2022/9/818建議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型核心層匯聚層接入層業(yè)務(wù)接入控制層城域骨干網(wǎng)BRASMAN SRDSLAM園區(qū)交換機(jī)CN2 SRCN2骨干網(wǎng)ChinaNet骨干網(wǎng)寬帶接入網(wǎng)匯聚交換機(jī)/MSTP /RPR(可級連)樓道交換機(jī)骨干網(wǎng)IP城域網(wǎng)核心路由器(可級連)CPE銅纜五類線終端2022/9/819目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)城域骨干網(wǎng)BRASSRChinaNetCN 2出口路由器BRA

11、SBRASSRBRASSRChinaNetCN 2核心路由器核心路由器BRASBRASSRCN2SRCN2SR特大、大型IP城域網(wǎng)，可以級連為兩級中、小型IP城域網(wǎng)，只有單級結(jié)構(gòu)出口路由器核心路由器核心路由器核心路由器核心路由器2022/9/820城域骨干網(wǎng)MAN骨干網(wǎng)由核心層和接入控制層組成核心層：由核心路由器組成，負(fù)責(zé)對業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行匯接并提供IP城域網(wǎng)到骨干網(wǎng)的出口。核心路由器可級聯(lián)為兩級。其中，出口路由器雙掛ChinaNet和CN2，提供IP城域網(wǎng)到骨干網(wǎng)的出口；其他核心路由器上聯(lián)出口路由器，完成業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)的分片匯接。接入控制層：由寬帶接入服務(wù)器（BRAS）與業(yè)務(wù)路由器（S

12、R）兩種業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)組成，主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)接入與控制。BRAS ：主要實(shí)現(xiàn)撥號和專線接入互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、組播網(wǎng)關(guān)功能，也可實(shí)現(xiàn)MPLSPE 功能；SR 主要實(shí)現(xiàn)大客戶專線接入互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、MPLSPE 和組播網(wǎng)關(guān)功能。在啟用了MPLS VPN 的城域網(wǎng)，SR 中的兩臺需作為ASBR 直接連接CN2 SR，實(shí)現(xiàn)MPLS VPN 的跨域互通。2022/9/821目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)寬帶接入網(wǎng)接入點(diǎn)園區(qū)交換機(jī)業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)BRAS業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)SR匯聚交換機(jī)/MSTP/RPR匯聚交換機(jī)/MSTP/RPR匯聚交換機(jī)/MSTP/RPR接入點(diǎn)DSLAM樓道交換機(jī)xDSL用戶LAN用戶CPE大客戶接入點(diǎn)DSLAMxDSL用

13、戶銅纜光纖銅纜五類線光纖終端CPE終端CPE終端CPE終端大客戶CPE終端2022/9/822寬帶接入網(wǎng)寬帶接入網(wǎng)是城域骨干網(wǎng)業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)以下、用戶CPE以上（不含CPE）的二層接入網(wǎng)絡(luò)，層次上劃分為匯聚層和接入層。匯聚層：是指BRAS 到DSLAM 或SR 到園區(qū)交換機(jī)間的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，主要由以太匯聚交換機(jī)和MSTP/RPR 設(shè)備組成，可級聯(lián)組網(wǎng)。接入層：包含xDSL 接入點(diǎn)（DSLAM）和LAN 接入點(diǎn)（園區(qū)交換機(jī)），以及接入點(diǎn)到用戶CPE 之間的設(shè)備和線纜，包括樓道交換機(jī)、銅纜、五類線和光纖等。2022/9/823二 Internet的業(yè)務(wù) Internet提供的應(yīng)用屬于典型的分布式應(yīng)用應(yīng)用

14、的類型 用戶間交流：在線方式（IP電話，即時信息等） 離線方式（Email）信息獲?。篧WW,FTP，對等文件共享，目錄服務(wù)等計(jì)算資源共享：Telnet應(yīng)用系統(tǒng)的模式Client/Server模式：多對一，電子郵件，web瀏覽，F(xiàn)TP等P2P模式：全分布，多對多，BT下載，即時消息，對等文件共享，目錄服務(wù)等。 2022/9/824Internet服務(wù)的提供者NAP：為ISP提供網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)服務(wù)ISP：為網(wǎng)絡(luò)用戶提供接入服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)ICP：為網(wǎng)絡(luò)用戶提供內(nèi)容服務(wù)ASP：為網(wǎng)絡(luò)用戶提供應(yīng)用服務(wù)ITP：為網(wǎng)絡(luò)用戶提供技術(shù)服務(wù)2022/9/825Internet 業(yè)務(wù)模式End-to-End 原則:

15、 所有的業(yè)務(wù)都在網(wǎng)絡(luò)之外提供Intelligence 在客戶機(jī)和服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。 承載網(wǎng): best-effort 傳送每個穿越IP網(wǎng)絡(luò)的分組。IP 承載網(wǎng)ClientServer= Intelligence所在地12022/9/826Web 應(yīng)用模式InternetorIntranetSecurityApplicationDatabaseCharging用戶: 運(yùn)行基于瀏覽器的客戶端 Server: 負(fù)責(zé)處理應(yīng)用相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯和其它支撐動作 2022/9/827集中式目錄服務(wù)器peersAliceBob111123C/S模式Vs. P2P模式P2P更符合分布式的精神2022/9/828端到端的

16、業(yè)務(wù)模式的分析基本特點(diǎn)：智能位于終端域，網(wǎng)絡(luò)保持簡單性。提供公共服務(wù)安全、計(jì)費(fèi)的成本太高！必須在每臺需要的服務(wù)器上都獨(dú)立部署.對于復(fù)雜的應(yīng)用，全部智能都放在終端域，并不是個合理的選擇，我們需要把一些必要的公共智能計(jì)算放置到網(wǎng)絡(luò)中.沒有集中的業(yè)務(wù)管控機(jī)構(gòu)，用戶如何發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)在哪提供？門戶，搜索引擎？2022/9/829三 Internet History1961: Leonard Kleinrock （MIT) 使用排隊(duì)理論證明了對突發(fā)業(yè)務(wù)分組交換技術(shù)的有效性1964: Paul Baran 在軍網(wǎng)上用分組交換傳送安全語音的技術(shù)（British，Rand Insititute)1967: 美國Ad

17、vanced Research Projects Agency 提出ARPAnet計(jì)劃（ Lawrence Roberts &Licklider）1969: 第一臺 ARPAnet node 開始運(yùn)行（UCLA，IMP， BBN，Leonard Kleinrock 主持）1972: Robert kahn主持1972的ARPAnet的首次公開演示第一個主機(jī)到主機(jī)協(xié)議NCP (Network Control Protocol) 此時實(shí)現(xiàn)。First Email by Ray Tomlinson & Larry Roberts（BBN）ARPAnet 發(fā)展為15節(jié)點(diǎn)1961-1972: 早期分組交

18、換技術(shù)的研究發(fā)展2022/9/830Internet History1973: Metcalfes PhD thesis 奠定Ethernet基礎(chǔ)。1974: Cerf 和 Kahn 重寫TCP協(xié)議奠定現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)互連的結(jié)構(gòu)。late70s: 專用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu): DECnet, SNA, XNA1979: ARPAnet 發(fā)展到 200 nodes Cerf 和 Kahn的 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)原則：最小化, 獨(dú)立自治，無內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變的要求。best effort 服務(wù)模式stateless routers分散化控制定義了今天Internet的結(jié)構(gòu)1972-1980: 專用網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)2022/9/831Int

19、ernet History1983: TCP/IP正式在ARPAnet部署。1982: SMTP e-mail protocol defined 1983: DNS defined for name-to-IP-address translation1985: FTP protocol defined1988: TCP congestion control新的國家級骨干網(wǎng)建立: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel超過100,000 接入美國骨干網(wǎng)1980-1990: 新協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)激增2022/9/832Internet History1990s早期: ARPAnet

20、退役1991: NSF 加強(qiáng)了NSFnet商用的限制 (1995退役)1990s: Webhypertext Bush 1945, Nelson 1960sHTML, HTTP: Berners-Lee【CERN】1994: Mosaic, later Netscape【Marc Andreesen，Jim Clark】Late 1990s 2000s:更多應(yīng)用: instant messaging, peer2peer file sharing (e.g., Naptser)network security to forefrontest. 50 million host, 100 mill

21、ion+ usersbackbone links running at Gbps1990, 2000s: Internet爆炸, 與Web興起2022/9/833第六章 Internet6.1 Internet概述6.2 協(xié)議與互連的原理6.3 IP層6.4 傳輸層 6.5 應(yīng)用層6.6 IPv62022/9/834 6.2協(xié)議與互連原理應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層OSI Model物理層TCPUDPHTTpICMP IP ARPFTPSMTPTelnetTFTpSNMpDHCPBOOTPEthernetPPPFRATMX.25TCP/IP ModelHDLCE1TCP/IP的典型

22、沙漏模型2022/9/835 概念、術(shù)語與對應(yīng)的層次bits幀數(shù)據(jù)報(bào)/分組段報(bào)文ApplicationTCP/UDP跳（hop ）、 下一跳（next-hop）路由器：轉(zhuǎn)發(fā)通路上的一個路由器被稱為一跳（站）。轉(zhuǎn)發(fā)通路上，與某路由器相鄰接的下游路由器稱為其下一跳路由器。交換機(jī)/網(wǎng)橋集線器HubIPData linkPhysical2022/9/836分層體系下信息發(fā)送：Web頁封裝Http HeaderWeb pageTCP header. . .ApplicationpayloadApplicationTCPIPData linkPhysical2022/9/837Internet 協(xié)議分層圖

23、現(xiàn)實(shí)的擴(kuò)展TelnetEthernetFrameRelayATMPPPHDLCIPICMPMPLSDiffServIntServ/RSVPOSPFBGP-4NATARPSNMPAAA/RadiusDHCPDNSTCPUDPRTPSCTPFTPHTTPSMTP數(shù)鏈層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層OSS2022/9/838二 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連原理兩個問題：異構(gòu)性可擴(kuò)展性 互聯(lián)的原則：一方面要提供不同子網(wǎng)間進(jìn)程的通信服務(wù)，另一方面又不能改變現(xiàn)有子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。（編址，最大分組長度，定時，差錯控制，連接控制，選路機(jī)制等）。2022/9/83933765765765765765765765765互連的方式43214321143214321211432143213repeaterbridge(e.g. 802 MAC)routerphysicaldata linknetwork4321432122gateway. . .2211112022/9/840網(wǎng)間網(wǎng)的策略子網(wǎng)1子網(wǎng)2互聯(lián)設(shè)備子網(wǎng)3網(wǎng)間網(wǎng)協(xié)議NP1NP2NP3