1Introduction

• 协议与服务的分布
• 协议和网络服务的实现架构 • 例如：在哪里实现拥塞控制功能？ • SDN不是新的网络体系结构
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Internet的体系结构
• 需要互联许多已经存在的 网络 • 对应用透明以支持网络技 术的可进化性 • 设计原则
– 网络仅支持最小功能集 （细腰） – 无先决条件 vs. 无保证
计算机网络体系结构
东南大学 计算机科学与工程学院 软件学院
龚俭 曹争
{jgong,zcao}@njnet.edu.cn
ftp://202.112.23.163:2121/ Bras ftp://211.65.193.27:2121/ 10/8 ftp://[2001:da8:1001:7::44]:2121/ ftp://cw.njnet.edu.cn:2121/
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网络的分类－管理模式
• 互联网
–由若干独立的计算机网络互连而成的，往往存在 层次结构；
–采用分域自治管理方式，管理策略为博弈关系；
–异构的物理网络技术，统一的逻辑网络体系结构；
–各个互联的网络在逻辑结构上分离，但拓扑结构 可能重叠。
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网络的分类－应用领域
• 移动自组网 MANET
• 传感网 WSN
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课程目的
• 从网络体系结构的角度理解网络技术及 其相互关系；
• 系统地掌握计算机网络互联的基本概念 和方法，了解互联网及其发展趋势； • 培养计算机网络系统的规划设计能力。
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为什么以互联网为背景
• 互联网是各种网络技术的主要背景
– 异构的网络
• 互联是各类网络问题的主要来源
– 分治的网络
• 互联是网络体系结构发展的基本动力
不仅有原则，还有设计
– Structuring principles – Functional decomposition and system modularity
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网络体系结构设计的基本要求
• 通用性
– Coherent architecture helps general-purpose systems stay that way
• 影响网络体系结构的主要因素
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电话网的基本结构
长途服务 本地服务
LATAs
LEC
IXC的POP
pop
Toll Office
干线/ 信令
用户
用户
交换局
用户环路
Local Loop
交换局
EO
用户
Local Access and Transport Area
POP: Point of Present IXC: Inter-exchange center LEC: Local exchange center
• 第二单元－ IP协议
• 第三单元－网络交换 • 第四单元－网络服务 质量控制
• 第七单元－ VPN
• 第八单元－ 组播技术
• 第九单元－ 移动IP技术
• 第十单元－ 网络管理
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参考书目
徐恪等编著，高级计算机网络，清华大学出版社，2012年 10月； 徐恪等编著，计算机网络体系结构，清华大学出版社， 2014年2月； John Day，Patterns in Network Architecture – A Return to Fundamentals，Prentice Hall， 2008； Douglas E. Comer著，用TCP/IP进行网际互连，第一卷：原理、 协议和体系结构，清华大学出版社，1998年9月；
– 路由器中配置的IP地址 前缀覆盖的范围
• 网络节点Site
– 网络中的抽象节点 – 连续的物理子网覆盖 的范围
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网络的分类－覆盖范围
• 个域网 (Personal Area Network)
– 在个人周围空间形成的无线网 络，现通常指覆盖范围在10m 半径以内的短距离无线网络， 尤其是指能在便携式消费者电 器和通信设备之间进行短距离 特别连接的自组织网。
– 膨胀的网络
• 互联考虑是网络设计的核心
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课程要求
• 学习要求
– – – – 课后复习，及时提问； 深入思考，补充细节； 广泛阅读，印证理解； 理顺思路，建立体系。
• 考核方式
– 报告：20％ – （开卷）考试：80％
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课程的主要内容
• 第一单元－网络体系 结构的基本概念 • 第五单元－ IGP • 第六单元－ BGP
以网络服务的功能需要决定协议的存在性，协议在体系结构中的位置由其对体 系结构中其它协议的功能和数据结构依赖性决定，因此基于功能模型的体系结 构以核心协议为基础，无总体框架，其中各个协议之间无严格的层次界线。
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网络的实现模型
• 协议与功能的选择
• 每个具体的网络都存在特定的网络体系结构，它通常是 某一标准体系结构的子集，确定了这个网络的功能结构 和功能之间的关系。 • 例如：是否需要拥塞控制？
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What is an Architecture
• “High level design principles that guide the technical design of a system, especially the engineering of its protocols and algorithms” – NewArch Project • 分层与协议集合 – Tanenbaum • 制度互联网设计与实现的通用蓝图 - Peterson • Two levels
•
主干网 是传送信息的主体网络，是除接入网和用户住 地网之外的全部网。
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网络的分类-功能作用
• 刻划信息网络中功能的分类及其相互关系 • 承载网 是各种形式通信媒体和各种通信方式的集合， 它向业务网提供实现这些业务所需的传输和连接能 力；(DDN、SDH、OTN、ASON) • 业务网 基于传送网之上提供各种不含特定目的的信 息服务，可分为基本业务、增值业务、和扩展业务； (Leased line、VPN、VoIP、IPTV etc.) • 支撑网 是传送网和业务网所需的一些专用辅助性 网络的总称。（网管系统、信令通道、手机漫游计费）
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网络体系结构的演变
• 专用的封闭型网络体系结构（80年代以前） • 开放型网络体系结构（80年代） • 在考虑结构的基础上面向功能（80年代以后） • 基本内容
– addressing – switching – routing
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体系结构元素
• Function • Service • Protocol • Model • Interface
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网络体系结构概论
• 计算机网络的结构 • 网络体系结构模型 • 网络技术体系
• 影响网络体系结构的主要因素
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Bit Stream
• 数据传输技术
–解决在不同媒体上进行数据传输所遇到的各种问 题； –研究的内容：信息理论，数据编码技术，调制解 调技术，复用技术，传输协议（数据接口）
• 广域网（Wide Area Network）
– 覆盖范围无限制的计算机网络； – 采用非广播的传输信道技术； – 拓扑结构不固定。
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网络的分类-角色类型
• 描述了各种物理网络的角色类型及其相互关系 • • 用户驻地网 是指用户终端至用户网络接口之间所包含 的机电设备及用户室内布线系统； 接入网 是由业务节点接口和相关用户网络接口之间的 一系列传送实体（诸如线路设施和传输设施）所组成的 为传送信息业务提供所需传送承载能力的实施系统，它 向用户提供了包括有线、或无线，固定、或移动等多种 通信接入手段；
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会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
TCP/IP的功能模型
HTML RT Data
SMTP POP, IMAP
FTP TCP IP
ຫໍສະໝຸດ Baidu
HTTP
DNS
RTP UDP
Signalling Protocols (e.g. ISUP)
SCTP OSPF BGP
ICMP ARP
RIP
SLIP
PPP
LAN-protocols, ATM, PSTN/ISDN, PLMN …
可运营、可扩展、工程化
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网络的结构概念
• 主机节点Node
– 单个IP或IP/Port标识的 对象
• 物理子网Subnet
– 物理节点（设备）构 成的物理网段
• 物理网段Segment
– 使用网络的物理地址直 接可达的范围
• 逻辑子网
– 物理节点构成的逻辑 网段
• 逻辑网段
– 一个逻辑网络地址前缀 覆盖的范围
• 可进化性
– Coherent architecture allows different components of complex systems to evolve, at different rates, as technology and understanding changes
• 可遵从性
• 城域网（Metropolitan Area Network）
– 大范围 (100+公里) 的LAN， 不使用竞争性媒体传输控制机 制。
• 局域网（Local Area Network）
– 一种小范围的计算机网络，用 在建筑物内、校园内等几公里 范围之内的计算机连网。 – 采用广播信道技术，有方向或 无方向； – 具有固定的拓扑结构：总线形 或环形。
• 应用层结构
– 最初依赖操作系统：email、FTP、RJE – Socket概念的出现
• Multihoming的需求导致逻辑地址概念的出现（1972） • TCP/IP协议的出现
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A Brief History
• 90年代初期形成OSI的基本参考模型-层次 模型被广泛接受； • 90年代初互联网的商业化推动了IPng的研 究，下一代互联网的讨论开始； • 90年代开始随着以太网技术、无线通信技术 的发展，网络交换模型得到发展-层次模型 的不适用性； • 2005年以后的新体系结构研究-非IP技术。
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网络的分类－管理模式
• 公用网
–向公众提供商业化计算机网络服务的计算机网；
–网络传输系统和网络端系统的管理是分离的；
–网络应用系统是互不相关的，没有统一的管理；
–网络用户之间一般不相关，因此不使用统一的网 络管理和网络安全策略。
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网络的分类－管理模式
• 专用网
–为特定的组织机构或行业所使用的计算机网络， 若传输信道基于公用网，则称为虚拟专用网； –一般使用统一的网络体系结构，和一致的管理策 略； –具备独立完整的网络管理系统，安全性较好； –具有封闭的应用系统和用户群。
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OSI的层次模型
应用层 表示层
为用户提供到OSI环境的接入，以及 提供分布式信息服务 提供从不同的数据表示（语法）到应用进 程的独立性 提供在应用程序之间通信的控制结构；在 协同工作的应用程序之间建立、管理和释 放连接 提供在端点之间可靠、透明地传送数据； 提供端到端的差错恢复和流量控制 使高层与数据传输和用来连接系统的交换 技术无关；负责建立、维持和释放连接 使通过物理链路的信息传送变得可靠；发 送带有必要的同步、差错控制和流量控制 关心在物理媒体上非结构化的比特流的传 的数据块（帧） 输；考虑接入物理媒体所涉及机械的、电 气的、功能的和过程的特性 存在总体框架，用严格的层次关系来表述网络功能的划分及其之间的关系； 平等的协议实体，抽象的层间接口与交互数据结构。
• 车载网VANET
• 家庭网 Home Networking
• 物联网 IoT
• 容迟网DTN
• 监控与数据采集系统 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)
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网络体系结构概论
• 计算机网络的结构 • 网络体系结构模型 • 网络技术体系
• 影响网络体系结构的主要因素
Bassam Halabi著，彭业飞等译，因特网的路由选择技术 － 因 特 网 路 由 选 择 方 案 与 实 例 （ Internet Routing Architectures），电子工业出版社，1998年4月； www.ietf.org：查找有关的RFC
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网络体系结构概论
• 计算机网络的结构 • 网络体系结构模型 • 网络技术体系
– Coherent architecture captures and institutionalizes strong, tested design principles
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A Brief History
• 从操作系统到独立的网络软件
– ARPANET的NCP是单体的协议软件 – 主机与网络的分离（法国的CYCLADES） – 串珠结构 beads on a string