层次网络体系结构
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计算机网络体系结构 83
中国科学院高能 物理研究所 IHEP 日本高能物理 清华 研究所KEK 中国科技网 CSTNet
同步线性加速器 中心 SLAC
计算机网络体系结构
84
中美俄等十多个国家和地区参与的GLORIAD网 络中。该网络是环北半球的高性能科研网络， 骨干环路包括北京——香港——西雅图——加 拿大——阿姆斯特丹——莫斯科——哈巴罗夫 斯克——北京。 香港开放节点，连接了日本、韩国、台北等 日本方面原先去俄罗斯的通信是跨太平洋、穿 越美国和加拿大、跨大西洋、经西欧到达莫斯 科的，有了日本到香港的连接，改走香港—— 北京——哈巴罗夫斯克——莫斯科，调试了一 年。
连接这些交换机的链路组成，如图1-4(a)所示。图14(b)和图1-4(a)的表示方法是一样的，但强调了结点 交换机具有多个端口的概念。
图中H1 ~ H6都是可进行通信的计算机，但在计算 机网络中常称它们为主机(host)。在ARPANET建网初 期，分组交换网中的结点交换机曾被称为接口报文处 理机IMP (Interface Message Processor)。
计算机网络体系结构
81
互联网行为的不确定性和不可预测性，是在 各种其它网络中从未遇到的。
路径不确定 流量不确定 延迟不确定
计算机网络体系结构
82
由于路由的作用，一对端点之间的通信路径是 不确定的，随着网络条件的变化，不同瞬间可 能走不同的路径。而网络条件的变化是动态的、 频繁的。 表现为不必要的绕道。例如，一个中ISP的北 京用户与另一个中ISP的广州用户之间的通信 流绕道美国，当网络研究人员发现后询问相关 的网络管理人员，网络管理人员并不知道，对 这样的通信流怎么提供QoS保证？ 怎么在网管 平台上监控？怎么计费？
计算机网络体系结构 59
可靠
分组交换也带来一些新的问题。例如，分组在各结点存储 转发时需要排队，这就会造成一定的时延。当网络通信量过大 时，这种时延可能会很大。此外，各分组必须携带的控制信息 也造成了一定的开销(overhead)。 图1-5表示电路交换、报文交换和分组交换的主要区别。
计算机网络体系结构
计算机网络体系结构
1
计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要 不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地 交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严
谨的结构化管理体系。计算机网络就是按照高度
结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即
计算机网络体系结构的内容。
为了完成计算机间的通信合作，把每台计算 机互连的功能划分成有明确定义的层次，并 规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的 接口及服务。
计算机网络体系结构
67
创建Internet是为了满足军事和学术方面的需求， 完全没有想到Internet 会进入商业领域，也没有 想到它会被普及到政府、机关、团体、家庭和任 何人，更没有想到它会延伸到个人、汽车和家庭 等环境中的各种用具以及野外的数据采集与监测 等领域。
没有人认真考虑网络会受到群体内部成员的攻击 或破坏。
网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。
计算机网络体系结构
62
1.2.3 交换种类
计算机网络体系结构
63
为什么要有这么多交换方式？
计算机网络体系结构
64
MPLS QoS VPN 。。。
计算机网络体系结构
66
Internet 取得了极大的成功，但这种成功完 全是出乎意料的。早期的局限性主要体现在 对3个方面认识不足：
计算机网络体系结构 68
网络规模的迅猛发展和通信量的指数增加，对网 络资源、网络性能和网络行为带来了极大的挑战， 迫使网络设备不断复杂化、网络变得更加脆弱、
服务质量无法保证、运营商对高昂的网络投资心
存疑虑以及更为严重的网络安全隐患。
计算机网络体系结构
69
最初通信技术相当落后，不仅信道容量小，更 为严重的是信道的误码率高、信道的可用性差。 为了网络传输的可靠性和网络的可用性，不仅 限制了报文的长度、设计了复杂的校验和重传 技术，还创造性地提出了分布式的路由技术。 而当光通信技术日趋成熟后，误码率和可用性 的问题并不突出，人们希望简化网络结构，但 对Internet的路由技术和基于路由技术的无结 构网络拓扑，人们意识到了严重性。
计算机网络体系结构
58
1.2.3 交换种类-分组交换
表 1-1 优 点 高效 灵活 迅速 分组交换的优点 所采用的手段 在分组传输的过程中动态分配传输 带宽，对通信链路是逐段占用 每个结点均有智能，为每一个分组 独立地选择转发路由 以分组作为传送单位，可以不先建 立连接就能向其他主机发送分组； 网络使用高速链路 完善的网络协议；分布式多路由的 分组交换网，使网络有很好的生存 性
计算机网络体系结构 70
计算机网络体系结构
71
计算机网络体系结构
72
地址的作用不仅在于指明要找的客体对象， 更重要的是方便地找到编址对象，如信封上 的地址。 IP地址，无论是人还是计算机，都无法直接 从地址 中看出目的地在哪里，必须依靠一 套互联网特有的路由协议才能获得路由信息。
计算机网络体系结构
计算机网络体系结构 77
IPv4/IPv6/AppleTalk/DECnet/CLNP VPI/VCI ATM DLCI FR MPLS Label PPP Ethernet
计算机网络体系结构
78
计算机网络体系结构
79
计算机网络体系结构
80
由于网络拓扑结构的任意性，网络层协议必 须具有全局性；由于网络层协议的全局性， 即使实际的网络有某种结构特性也无法得到 利用。
计算机网络体系结构 75
为了应付互联网的先天不足，在通信子网中 修修补补。 在通信子网，协议本应只包含物理层、数据 链路层和网络层等的最低三层，但为了克服 网络体系结构的先天性缺陷如复杂、低效和 缺乏安全性等。
计算机网络体系结构
76
MPLS的引入，目的是要克服路由带来的低效 率，但却引入了奇怪的协议层次，它使得通信 子网的协议层次，从三层变成了五层。当 MPLS 转 发 数 据 包 时 ， 它 在 路 由 层 之 下 ； 当 MPLS生成交换路径时，它在路由层之上。但 由于网络拓扑结构的无序性，不可能用新的基 于包交换的网络层来替代原有的基于路由的网 络层。这种在路由协议的上下各架设一层的奇 怪做法，不仅不能克服路由协议造成的任何缺 陷，反而增加了通信子网的复杂性。
将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为 计算机网络体系结构(Network Architecture)。 网络协议是计算机网络必不可少的,一个完整的计 算机网络需要有一套复杂的协议集合,组织复杂的 计算机网络协议的最好方式就是层次模型。
计算机的网络结构可以从网络体系结构,网络组织 和网络配置三个方面来描述。 网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方 面来描述计算机网络; 网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的 布局,硬件,软件和通信线路来描述计算机网络;
45
分组交换则采用存储转发技术。通常我们将欲发送的整块
数据称为一个报文(message)。在每一个数据段前面，加
上一些必要的控制信息组成的首部(header)后，就构成了 一个分组(packet)。分组又称为“包”，而分组的首部也
可 称 为 “ 包 头 ” 。 分 组 交 换 的 特 征 是 基 于 标 记 (labelbased)。不先建立连接而随时可发送数据的连网方式，称 为无连接的(connectionless)。
网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构.
计算机网络在70年代迅速发展， 特别在ARPANET建立以后， 世界上许多计算机大公司都先后推出了自己的计算机网络 体系结构。例如IBM公司的系统网络结构SNA，DEC公司的 分布式网络结构DNA等，但这些网络体系结构具有封闭的 特点，它们只适合于本公司的产品连网，其他公司的计算 机产品很难入网，这就妨害了实现异种计算机互连以达到 信息交换、资源共享、分布处理和分布应用的需求。客观 需求迫使计算机网络体系结构由封闭走向开放式。国际标 准化组织ISO经过多年努力于1984年提出了“开放系统互连 基本参考模型” ISO/OSI-RM，从此开始了有组织有计划地 制定一系列网络国际标准。
计算机网络体系结构
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1.2.3 交换种类-分组交换
计算机网络体系结构
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结点交换机处理分组的过程是：将收到的分组先放入 缓存，再查找转发表(转发表中写有到何目的地址应从何端 口转发的信息)，然后由交换机构从缓存中将该分组取出， 传递给适当的端口转发出去。
分组交换网的主要优点可归纳如表1-1所示。
73
网络地址无序的根源在于网络拓扑结构的无 序，地址结构本来应当与拓扑结构相关，但 现在两者截然分离。为了能把带有目的IP地 址的数据包送到目的地，只能依靠路由表。
计算机网络体系结构
74
网络协议的功能划分，目的是希望实现网络 功能时清晰、简单。通常的做法是在通信子 网和资源子网之间进行严格的分工：通信子 网只负责把IP包从源节点送达到目的节点， 所有其它工作都有资源子网实现。 通信子网由路由器、交换机、集线器和通信 链路等组成。 资源子网有用户的计算机组成。
60
1.2.3 交换种类
计算机网络体系结构
61
1.2.3 交换种类
图1-6(a)所示的是早期的面向终端的计算机网络， 它是以单个主机为中心的星形网，各终端通过通信线 路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。而分组交
换网是以网络为中心，主机和终端都处在网络的外围，
如图1-6(b)所示。用户通过分组交换网可共享连接在
1. 网络层次结构的特点
2. 网络层次结构中的协议
3. 网络层次结构的优点
4. 网络层次结构的划分原则
4. 优点
所谓网络体系就是为了完成主机之间的通信，把网络 结构划分为有明确功能的层次，并规定了同层次虚通 信的协议及相邻层之间的接口及服务。因此，网络的 层次结构模型与各层协议和层间接口的集合统称为网 络体系结构(Network Architecture)。
网络的体系结构是一组设计原则，是一个抽象的概念， 只解决“做什么”的问题，而不涉及“怎么做”。
IEEE（电气电子工程师协会）
Institute of Electrical and Electronic Engineers
American National Standards Institute Telecommunications Industry Association, Electronic Industries Alliance International Telecommunications Union, formerly known as the Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique.
ANSI （美国国家标准化协会）
TIA（电信工业协会）
EIA（电子工业协会）
ITU (CCITT)（国际电信联盟）
Internet是由无数不同类型的服务器，用户终端 以及路由器、网关、通信线路等连接组成，不同 网络之间，不同类型设备之间要完成信息的交换， 资源的共享需要有功能强大的网络软件的支持， TCP/IP就是能够完成互联网这些功能的协议集。
计算机网络体系结构
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计算机网络体系结构
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计算机网络体系结构
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计算机网络体系结构
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1.2.3 交换种类-分组交换
计算机网络体系结构
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分组交换网由若干个结点交换机(node switch)和
39
当电话机的数量增多时，就要使用很多彼此连 接起来的交换机来完成全网的交换任务。用这 样的方法，就构成了覆盖全世界的电信网。
计算机网络体系结构
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计算机网络体系结构
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1.2.3 交换种类-电路交换
计算机网络体系结构
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计算机网络体系ຫໍສະໝຸດ Baidu构
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计算机网络体系结构
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计算机网络体系结构
WANs 连接远程站点. 连接的要求更大程度上依靠用户自身的要 求和费用、可用性等
构建广域网时用户需要借助公共传输网络。
公共传输网络分为两类：
一百多年来，电话交换机虽然经过多次 更新换代，但交换的方式一直都是电路交换。
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1.2.3 交换种类-电路交换
计算机网络体系结构
中国科学院高能 物理研究所 IHEP 日本高能物理 清华 研究所KEK 中国科技网 CSTNet
同步线性加速器 中心 SLAC
计算机网络体系结构
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中美俄等十多个国家和地区参与的GLORIAD网 络中。该网络是环北半球的高性能科研网络， 骨干环路包括北京——香港——西雅图——加 拿大——阿姆斯特丹——莫斯科——哈巴罗夫 斯克——北京。 香港开放节点，连接了日本、韩国、台北等 日本方面原先去俄罗斯的通信是跨太平洋、穿 越美国和加拿大、跨大西洋、经西欧到达莫斯 科的，有了日本到香港的连接，改走香港—— 北京——哈巴罗夫斯克——莫斯科，调试了一 年。
连接这些交换机的链路组成，如图1-4(a)所示。图14(b)和图1-4(a)的表示方法是一样的，但强调了结点 交换机具有多个端口的概念。
图中H1 ~ H6都是可进行通信的计算机，但在计算 机网络中常称它们为主机(host)。在ARPANET建网初 期，分组交换网中的结点交换机曾被称为接口报文处 理机IMP (Interface Message Processor)。
计算机网络体系结构
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互联网行为的不确定性和不可预测性，是在 各种其它网络中从未遇到的。
路径不确定 流量不确定 延迟不确定
计算机网络体系结构
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由于路由的作用，一对端点之间的通信路径是 不确定的，随着网络条件的变化，不同瞬间可 能走不同的路径。而网络条件的变化是动态的、 频繁的。 表现为不必要的绕道。例如，一个中ISP的北 京用户与另一个中ISP的广州用户之间的通信 流绕道美国，当网络研究人员发现后询问相关 的网络管理人员，网络管理人员并不知道，对 这样的通信流怎么提供QoS保证？ 怎么在网管 平台上监控？怎么计费？
计算机网络体系结构 59
可靠
分组交换也带来一些新的问题。例如，分组在各结点存储 转发时需要排队，这就会造成一定的时延。当网络通信量过大 时，这种时延可能会很大。此外，各分组必须携带的控制信息 也造成了一定的开销(overhead)。 图1-5表示电路交换、报文交换和分组交换的主要区别。
计算机网络体系结构
计算机网络体系结构
1
计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要 不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地 交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严
谨的结构化管理体系。计算机网络就是按照高度
结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即
计算机网络体系结构的内容。
为了完成计算机间的通信合作，把每台计算 机互连的功能划分成有明确定义的层次，并 规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的 接口及服务。
计算机网络体系结构
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创建Internet是为了满足军事和学术方面的需求， 完全没有想到Internet 会进入商业领域，也没有 想到它会被普及到政府、机关、团体、家庭和任 何人，更没有想到它会延伸到个人、汽车和家庭 等环境中的各种用具以及野外的数据采集与监测 等领域。
没有人认真考虑网络会受到群体内部成员的攻击 或破坏。
网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。
计算机网络体系结构
62
1.2.3 交换种类
计算机网络体系结构
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为什么要有这么多交换方式？
计算机网络体系结构
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MPLS QoS VPN 。。。
计算机网络体系结构
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Internet 取得了极大的成功，但这种成功完 全是出乎意料的。早期的局限性主要体现在 对3个方面认识不足：
计算机网络体系结构 68
网络规模的迅猛发展和通信量的指数增加，对网 络资源、网络性能和网络行为带来了极大的挑战， 迫使网络设备不断复杂化、网络变得更加脆弱、
服务质量无法保证、运营商对高昂的网络投资心
存疑虑以及更为严重的网络安全隐患。
计算机网络体系结构
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最初通信技术相当落后，不仅信道容量小，更 为严重的是信道的误码率高、信道的可用性差。 为了网络传输的可靠性和网络的可用性，不仅 限制了报文的长度、设计了复杂的校验和重传 技术，还创造性地提出了分布式的路由技术。 而当光通信技术日趋成熟后，误码率和可用性 的问题并不突出，人们希望简化网络结构，但 对Internet的路由技术和基于路由技术的无结 构网络拓扑，人们意识到了严重性。
计算机网络体系结构
58
1.2.3 交换种类-分组交换
表 1-1 优 点 高效 灵活 迅速 分组交换的优点 所采用的手段 在分组传输的过程中动态分配传输 带宽，对通信链路是逐段占用 每个结点均有智能，为每一个分组 独立地选择转发路由 以分组作为传送单位，可以不先建 立连接就能向其他主机发送分组； 网络使用高速链路 完善的网络协议；分布式多路由的 分组交换网，使网络有很好的生存 性
计算机网络体系结构 70
计算机网络体系结构
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计算机网络体系结构
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地址的作用不仅在于指明要找的客体对象， 更重要的是方便地找到编址对象，如信封上 的地址。 IP地址，无论是人还是计算机，都无法直接 从地址 中看出目的地在哪里，必须依靠一 套互联网特有的路由协议才能获得路由信息。
计算机网络体系结构
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IPv4/IPv6/AppleTalk/DECnet/CLNP VPI/VCI ATM DLCI FR MPLS Label PPP Ethernet
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由于网络拓扑结构的任意性，网络层协议必 须具有全局性；由于网络层协议的全局性， 即使实际的网络有某种结构特性也无法得到 利用。
计算机网络体系结构 75
为了应付互联网的先天不足，在通信子网中 修修补补。 在通信子网，协议本应只包含物理层、数据 链路层和网络层等的最低三层，但为了克服 网络体系结构的先天性缺陷如复杂、低效和 缺乏安全性等。
计算机网络体系结构
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MPLS的引入，目的是要克服路由带来的低效 率，但却引入了奇怪的协议层次，它使得通信 子网的协议层次，从三层变成了五层。当 MPLS 转 发 数 据 包 时 ， 它 在 路 由 层 之 下 ； 当 MPLS生成交换路径时，它在路由层之上。但 由于网络拓扑结构的无序性，不可能用新的基 于包交换的网络层来替代原有的基于路由的网 络层。这种在路由协议的上下各架设一层的奇 怪做法，不仅不能克服路由协议造成的任何缺 陷，反而增加了通信子网的复杂性。
将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为 计算机网络体系结构(Network Architecture)。 网络协议是计算机网络必不可少的,一个完整的计 算机网络需要有一套复杂的协议集合,组织复杂的 计算机网络协议的最好方式就是层次模型。
计算机的网络结构可以从网络体系结构,网络组织 和网络配置三个方面来描述。 网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方 面来描述计算机网络; 网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的 布局,硬件,软件和通信线路来描述计算机网络;
45
分组交换则采用存储转发技术。通常我们将欲发送的整块
数据称为一个报文(message)。在每一个数据段前面，加
上一些必要的控制信息组成的首部(header)后，就构成了 一个分组(packet)。分组又称为“包”，而分组的首部也
可 称 为 “ 包 头 ” 。 分 组 交 换 的 特 征 是 基 于 标 记 (labelbased)。不先建立连接而随时可发送数据的连网方式，称 为无连接的(connectionless)。
网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构.
计算机网络在70年代迅速发展， 特别在ARPANET建立以后， 世界上许多计算机大公司都先后推出了自己的计算机网络 体系结构。例如IBM公司的系统网络结构SNA，DEC公司的 分布式网络结构DNA等，但这些网络体系结构具有封闭的 特点，它们只适合于本公司的产品连网，其他公司的计算 机产品很难入网，这就妨害了实现异种计算机互连以达到 信息交换、资源共享、分布处理和分布应用的需求。客观 需求迫使计算机网络体系结构由封闭走向开放式。国际标 准化组织ISO经过多年努力于1984年提出了“开放系统互连 基本参考模型” ISO/OSI-RM，从此开始了有组织有计划地 制定一系列网络国际标准。
计算机网络体系结构
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1.2.3 交换种类-分组交换
计算机网络体系结构
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结点交换机处理分组的过程是：将收到的分组先放入 缓存，再查找转发表(转发表中写有到何目的地址应从何端 口转发的信息)，然后由交换机构从缓存中将该分组取出， 传递给适当的端口转发出去。
分组交换网的主要优点可归纳如表1-1所示。
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网络地址无序的根源在于网络拓扑结构的无 序，地址结构本来应当与拓扑结构相关，但 现在两者截然分离。为了能把带有目的IP地 址的数据包送到目的地，只能依靠路由表。
计算机网络体系结构
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网络协议的功能划分，目的是希望实现网络 功能时清晰、简单。通常的做法是在通信子 网和资源子网之间进行严格的分工：通信子 网只负责把IP包从源节点送达到目的节点， 所有其它工作都有资源子网实现。 通信子网由路由器、交换机、集线器和通信 链路等组成。 资源子网有用户的计算机组成。
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1.2.3 交换种类
计算机网络体系结构
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1.2.3 交换种类
图1-6(a)所示的是早期的面向终端的计算机网络， 它是以单个主机为中心的星形网，各终端通过通信线 路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。而分组交
换网是以网络为中心，主机和终端都处在网络的外围，
如图1-6(b)所示。用户通过分组交换网可共享连接在
1. 网络层次结构的特点
2. 网络层次结构中的协议
3. 网络层次结构的优点
4. 网络层次结构的划分原则
4. 优点
所谓网络体系就是为了完成主机之间的通信，把网络 结构划分为有明确功能的层次，并规定了同层次虚通 信的协议及相邻层之间的接口及服务。因此，网络的 层次结构模型与各层协议和层间接口的集合统称为网 络体系结构(Network Architecture)。
网络的体系结构是一组设计原则，是一个抽象的概念， 只解决“做什么”的问题，而不涉及“怎么做”。
IEEE（电气电子工程师协会）
Institute of Electrical and Electronic Engineers
American National Standards Institute Telecommunications Industry Association, Electronic Industries Alliance International Telecommunications Union, formerly known as the Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique.
ANSI （美国国家标准化协会）
TIA（电信工业协会）
EIA（电子工业协会）
ITU (CCITT)（国际电信联盟）
Internet是由无数不同类型的服务器，用户终端 以及路由器、网关、通信线路等连接组成，不同 网络之间，不同类型设备之间要完成信息的交换， 资源的共享需要有功能强大的网络软件的支持， TCP/IP就是能够完成互联网这些功能的协议集。
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计算机网络体系结构
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分组交换网由若干个结点交换机(node switch)和
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当电话机的数量增多时，就要使用很多彼此连 接起来的交换机来完成全网的交换任务。用这 样的方法，就构成了覆盖全世界的电信网。
计算机网络体系结构
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计算机网络体系结构
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计算机网络体系ຫໍສະໝຸດ Baidu构
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计算机网络体系结构
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计算机网络体系结构
WANs 连接远程站点. 连接的要求更大程度上依靠用户自身的要 求和费用、可用性等
构建广域网时用户需要借助公共传输网络。
公共传输网络分为两类：
一百多年来，电话交换机虽然经过多次 更新换代，但交换的方式一直都是电路交换。
计算机网络体系结构
38
1.2.3 交换种类-电路交换
计算机网络体系结构