《现代通信网络(第3版)》教学课件—第十章 新型网络技术和业务
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
曾经出现过多种流交换技术，如3Com公司的 快速IP、由Cisco提交给IETF的多协议标记交换 （MPLS）以及OpenFlow流交换机等
13
四层交换
第二层和第三层交换技术由于无法感知业务特 征，因此难以做到优先级服务；
而第四层交换具有业务感知能力，可对网络资 源进行最优分配，提高服务质量，实现负载均 衡和安全控制等。
15பைடு நூலகம்
交换机收到IP数据包后，查看其TCP/UDP端口号等附加信 息，并根据一定的交换表（类似于站点表、路由表等）来 准确地将数据包传送到相应的端口地址。
16
四层交换中可利用的四层信息
TCP／UDP端口号
o 一般是目的端口 o 也可是源端口：比如进行负载随机分流
TCP “SYN／FIN/ACK”位
10.2 交换层次的多样性
10.3 新型组网技术 10.4 云计算 10.5 新型业务
4
交换层次的多样性
将网络互连起来要使用中间设备。根据所在的层 次，可以有以下四种不同的中间设备：
（1）物理层使用的中间设备叫做转发器 （Repeater）。
（2）数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥 接器（Bridge）。
第十章 新型网络技术和业务
10.1 新型网络技术概述
10.2 交换层次的多样性 10.3 新型组网技术 10.4 云计算 10.5 新型业务
1
概述
随着互联网规模不断膨胀和新型应用大规模部署， 互联网应用场景多样化，现有互联网体系结构的 无连接、尽力而为、缺乏控制、边缘智能论等特 性带来的的弊端日渐凸现，为此工业界和学术界 开展了大量改进和创新工作
19
应用层交换机
也叫七层交换
o 不仅仅依据MAC地址或IP地址、TCP／UDP端 口号，而且还要依据应用层内容信息，决定 相应的转发方向和处理行为。
o 标记应用会话开始与结束 o 可防止SYN攻击
17
四层交换的优点和应用
优点 (1)线速率交换能力，尤其在千兆以太网中。 (2)实现一个路由器的全部功能。 (3)根据应用类型提供不同服务级别的能力。 (4)网络流量管理能力。
18
四层交换的优点和应用
应用 (1)多台服务器间负载均衡 。 (2访问控制，比如拒绝P2P流量。 (3)为业务流提供QoS保障。
而流式三层交换更为通用，既可以用于ATM信 元，也可用于基于MAC帧的网络环境（比如 OpenFlow交换机网络）
12
流式IP交换
三层交换路由器收到第一个分组，建立从发端 到收端的转发路径。
当后续分组到达后，按已经建立的转发路径在 第二层进行交换，而不再进行逐包路由计算， 从而提高转发速率
o 根据IP地址、端口号、协议类型等判断后续分组是 否属于同一个流
o 利用第四层（TCP/UDP）协议提供的附加信息进一 步改进路由和交换功能，以增强网络灵活性，提高 服务性能
14
例如某网站可以为用户提供FTP、HTTP、远程 登录等服务，这些服务由多个服务器提供，但 对外公用一个IP地址协议，它们的TCP/UDP端 口是不同的。
o 将这些服务器连到一个四层交换机上，用户对该网 站的访问请求首先被四层交换机感知，交换机可根 据TCP/UDP端口号决定将访问请求转发到哪个服务 器，从而实现高质量的服务。
缺点：第二层地址信息是无层次的，不能进行 地址聚合以缩减路由表，也难以学习网络的拓 扑结构，难以管理大规模网络。
6
三层交换
三层交换设备，相当于一个带有第三层路由功 能的二层交换机，它是二者的有机结合，并不 是简单地把路由器的硬件和软件叠加到二层交 换机上。
可以分成两个基本类型：逐包式交换和流式交 换。前者主要用于局域网，后者主要用于广域 网
工业界方面，主流厂家在分组交换产品多个协议层 上增加智能，导致了多层次交换机的产生。
o 运用二层机、三层、四层，以及会话层和应用层等的信 息，进行分组转发控制，提供更高的路由、QoS和安全 管控性能。
2
学术界和产业界纷纷以网络体系结构创新为核 心开展研究。
o 典型的研究成果有软件定义网络SDN、基于名字联 网NDN、网络功能虚拟化NFV等新型网络。
7
局域网三层交换
为了解决不同虚拟局域网（VLAN）之间的分 组转发问题，引入了三层交换。局域网中的三 层交换机主要采用逐包式交换技术。
三层交换机可以看懂三层信息，如IP地址、地 址解析协议（ARP，Address Resoloution Protocol）等。
o 第三层交换机没做任何拆解和封装数据包的工作， 所有经过它的数据包都不会被修改并以二层交换的 速度转发到目的地。
由模块的MAC地址）的帧后，由内部路由模块读取目的IP 地址，快速查找对应VLAN站点表，获取对应的输出端口 （假设为端口8）及MAC地址， 然后将该帧直接从端口1输出到端口8，并完成MAC地址和 IP分组头部相关信息的修改。
11
逐包式三层交换主要应用于基于MAC帧的网络 环境中，比如互连虚拟局域网。
8
三层交换机
三层交换机：路由式交换机 或 交换式路由器
o MAC交换机内嵌一个简单路由器 o 不仅在MAC层交换，在IP层也交换（传统上是用路由器） o VLAN间通信可在交换机内部高速完成
9
三层交换机逻辑功能图
内嵌路由 器, MAC9
9
级联线路
1234
MAC9
IP分组
8
MAC8
IP分组
10
假设三层交换机内部路由模块的交换端口为9。 当三层交换机在端口1收到一个目的地址为MAC9（内部路
（3）网络层使用的中间设备叫做路由器 （Router）。
（4）在网络层以上使用的中间设备叫做网关 （Gateway）。
5
二层交换优缺点
在第二层（数据链路层以及MAC层）进行交换称 为二层交换。局域网中的网桥和交换式集线器 是最简单的二层交换机。
优点：根据MAC地址转发分组，对分组几乎不 做修改，交换速度快。
网络分层体系结构在保持基本框架的稳定的同 时，将在控制、管理、安全、业务等层面上进 行扩展，通过分层协议栈的灵活运用（如剪裁 或嵌套），并基于云计算等新技术进行智能实 现，创造出丰富的网络形态
o 覆盖网、泛在网、物联网、移动互联网、软件定义 网络等就是这样的例子
3
第十章 新型网络技术和业务
10.1 新型网络技术概述
13
四层交换
第二层和第三层交换技术由于无法感知业务特 征，因此难以做到优先级服务；
而第四层交换具有业务感知能力，可对网络资 源进行最优分配，提高服务质量，实现负载均 衡和安全控制等。
15பைடு நூலகம்
交换机收到IP数据包后，查看其TCP/UDP端口号等附加信 息，并根据一定的交换表（类似于站点表、路由表等）来 准确地将数据包传送到相应的端口地址。
16
四层交换中可利用的四层信息
TCP／UDP端口号
o 一般是目的端口 o 也可是源端口：比如进行负载随机分流
TCP “SYN／FIN/ACK”位
10.2 交换层次的多样性
10.3 新型组网技术 10.4 云计算 10.5 新型业务
4
交换层次的多样性
将网络互连起来要使用中间设备。根据所在的层 次，可以有以下四种不同的中间设备：
（1）物理层使用的中间设备叫做转发器 （Repeater）。
（2）数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥 接器（Bridge）。
第十章 新型网络技术和业务
10.1 新型网络技术概述
10.2 交换层次的多样性 10.3 新型组网技术 10.4 云计算 10.5 新型业务
1
概述
随着互联网规模不断膨胀和新型应用大规模部署， 互联网应用场景多样化，现有互联网体系结构的 无连接、尽力而为、缺乏控制、边缘智能论等特 性带来的的弊端日渐凸现，为此工业界和学术界 开展了大量改进和创新工作
19
应用层交换机
也叫七层交换
o 不仅仅依据MAC地址或IP地址、TCP／UDP端 口号，而且还要依据应用层内容信息，决定 相应的转发方向和处理行为。
o 标记应用会话开始与结束 o 可防止SYN攻击
17
四层交换的优点和应用
优点 (1)线速率交换能力，尤其在千兆以太网中。 (2)实现一个路由器的全部功能。 (3)根据应用类型提供不同服务级别的能力。 (4)网络流量管理能力。
18
四层交换的优点和应用
应用 (1)多台服务器间负载均衡 。 (2访问控制，比如拒绝P2P流量。 (3)为业务流提供QoS保障。
而流式三层交换更为通用，既可以用于ATM信 元，也可用于基于MAC帧的网络环境（比如 OpenFlow交换机网络）
12
流式IP交换
三层交换路由器收到第一个分组，建立从发端 到收端的转发路径。
当后续分组到达后，按已经建立的转发路径在 第二层进行交换，而不再进行逐包路由计算， 从而提高转发速率
o 根据IP地址、端口号、协议类型等判断后续分组是 否属于同一个流
o 利用第四层（TCP/UDP）协议提供的附加信息进一 步改进路由和交换功能，以增强网络灵活性，提高 服务性能
14
例如某网站可以为用户提供FTP、HTTP、远程 登录等服务，这些服务由多个服务器提供，但 对外公用一个IP地址协议，它们的TCP/UDP端 口是不同的。
o 将这些服务器连到一个四层交换机上，用户对该网 站的访问请求首先被四层交换机感知，交换机可根 据TCP/UDP端口号决定将访问请求转发到哪个服务 器，从而实现高质量的服务。
缺点：第二层地址信息是无层次的，不能进行 地址聚合以缩减路由表，也难以学习网络的拓 扑结构，难以管理大规模网络。
6
三层交换
三层交换设备，相当于一个带有第三层路由功 能的二层交换机，它是二者的有机结合，并不 是简单地把路由器的硬件和软件叠加到二层交 换机上。
可以分成两个基本类型：逐包式交换和流式交 换。前者主要用于局域网，后者主要用于广域 网
工业界方面，主流厂家在分组交换产品多个协议层 上增加智能，导致了多层次交换机的产生。
o 运用二层机、三层、四层，以及会话层和应用层等的信 息，进行分组转发控制，提供更高的路由、QoS和安全 管控性能。
2
学术界和产业界纷纷以网络体系结构创新为核 心开展研究。
o 典型的研究成果有软件定义网络SDN、基于名字联 网NDN、网络功能虚拟化NFV等新型网络。
7
局域网三层交换
为了解决不同虚拟局域网（VLAN）之间的分 组转发问题，引入了三层交换。局域网中的三 层交换机主要采用逐包式交换技术。
三层交换机可以看懂三层信息，如IP地址、地 址解析协议（ARP，Address Resoloution Protocol）等。
o 第三层交换机没做任何拆解和封装数据包的工作， 所有经过它的数据包都不会被修改并以二层交换的 速度转发到目的地。
由模块的MAC地址）的帧后，由内部路由模块读取目的IP 地址，快速查找对应VLAN站点表，获取对应的输出端口 （假设为端口8）及MAC地址， 然后将该帧直接从端口1输出到端口8，并完成MAC地址和 IP分组头部相关信息的修改。
11
逐包式三层交换主要应用于基于MAC帧的网络 环境中，比如互连虚拟局域网。
8
三层交换机
三层交换机：路由式交换机 或 交换式路由器
o MAC交换机内嵌一个简单路由器 o 不仅在MAC层交换，在IP层也交换（传统上是用路由器） o VLAN间通信可在交换机内部高速完成
9
三层交换机逻辑功能图
内嵌路由 器, MAC9
9
级联线路
1234
MAC9
IP分组
8
MAC8
IP分组
10
假设三层交换机内部路由模块的交换端口为9。 当三层交换机在端口1收到一个目的地址为MAC9（内部路
（3）网络层使用的中间设备叫做路由器 （Router）。
（4）在网络层以上使用的中间设备叫做网关 （Gateway）。
5
二层交换优缺点
在第二层（数据链路层以及MAC层）进行交换称 为二层交换。局域网中的网桥和交换式集线器 是最简单的二层交换机。
优点：根据MAC地址转发分组，对分组几乎不 做修改，交换速度快。
网络分层体系结构在保持基本框架的稳定的同 时，将在控制、管理、安全、业务等层面上进 行扩展，通过分层协议栈的灵活运用（如剪裁 或嵌套），并基于云计算等新技术进行智能实 现，创造出丰富的网络形态
o 覆盖网、泛在网、物联网、移动互联网、软件定义 网络等就是这样的例子
3
第十章 新型网络技术和业务
10.1 新型网络技术概述