路由器原理与设计-2012-lesson1-1路由器概述
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2012年《路由器原理与设计》
课程简介
课程对象、内容
课程对象： 课程对象：计算机科学与技术学科或通信 等相近专业的研究生选修课程 主要内容： 主要内容：
主要针对路由器系统设计，讲授并讨论 并讨论路由 并讨论 器的工作原理、体系结构、核心算法和实现 技术等 通过课堂实验进一步提高对网络设备工作原 理的理解，锻炼动手实践能力，对一些前沿 问题进行分析研讨
路由器概述
国防科大计算机学院
孙志刚
主要内容
互联网的发展与路由器
路由器主要功能
路由器发展趋势
基于NetMagic的课程实践介绍
互联网的发展与路由器
ARPANET（1）
1959年，美国国防部成立ARPA目标是将美 国先进的技术应用到军队中
1958年，苏联发射第一颗人造地球卫星
1961年第一次发表关于分组交换的论文
Juniper M160
主要制造商： 主要制造商：Cisco、Juniper、Huawei、ZTE等 、 、 、 等
国产网络设备（1）
1999年，863重大项目“中国高速信息示 范网”中资助核心路由器研制
国防科技大学与大唐电信联合研制， 国防科技大学与大唐电信联合研制， 2001年3月研制成功 年 月研制成功
路由器是基于IP地址进行分组转发的设备
路由协议生成转发信息表（FIB） IP报文根据FIB表进行最长前缀查表转发
路由器设备制造商
19” 19”
6ft
Capacity: 160Gb/s Power: 4.2kW 3ft
Capacity: 80Gb/s Power: 2.6kW
2ft
2.5ft
Cisco GSR 12416
1983年，ARPANET分割成ARPANET和 MILNET，MILNET为军事专用网络
互联网发展（1）
1984年，Cisco公司成立
2000年成为世界 上市值最大的上 市公司 Wintelco格局初 步形成
Cisco 的创始人Len Bosack 和Sandy Lerner(1984)
Cisco第一台路由器 EMIS(1985)
课件共享
论坛：bbs.netmagic.org
课件下载 参考论文下载 实验方案和参考代码下载 提交论文和实验报告、代码上载 关于路由器的讨论 论坛注册用户名需要实名， 论坛注册用户名需要实名，论坛讨论表现纳入 课堂表现
交流邮箱：sunzhigang@263.net
选课名单填写
2012年《路由器原理与设计》
分组交换 VS 电路交换 ARPANET的研制从军事应用的角度出发
ARPA：Advanced Research Projects Agency
ARPANET（2）
1966年，提出ARPAnet方案 1968年，开始最早4个节点建设 1969年10月，发送第一个报文
ARPANET IMP
1968年BBN公司为每个站 点接入ARPANET网络而研 制，这样每个站点的程序开 发就只有一个标准接口
课程教学目的
更加深刻地理解在《计算机网络》课程中学 到知识，进一步深入认识路由器等网络设备 的基本原理和工作流程 加强研究生从事网络设备研制的动手实现能 力，包括硬件FPGA设计和软件编程能力等 把握高性能网络体系结构及关键技术的发展 方向 增强研究生在其后从事网络设备研发、网络 管理和运行维护工作的能力
ARPANET（3）
时间 19671972 1973 1974 1978 1983 1984 重要事件 ftp、email和 、 和 telnet等应用出现 等应用出现 发明以太网 TCP草案完成 草案完成 TCP分成 TCP和 IP 分成 和 两个独立的协议 ARPANET上NCP协 上 协 议被TCP/IP取代 议被 取代 域名系统诞生
互联网的运营（1） 互联网的运营（ ）
服务提供商（ 服务提供商（ISP） ）
互联网接入服务：xDSL、宽带无线、Cable modem、以太 网等 域名注册、主机托管、邮件服务 每个ISP有1个或多个POP（Point of presence），每个 PoP由ISP维护的各种类型的路由器和服务器组成
互联网的发展（3）
1988年，网络节点数目开始每年翻倍，出 现蠕虫病毒 1990年，发明图形界面web浏览器WWW， 使得互联网流量迅速增加 1993年，互联网进入商业运作逐渐成熟
开始提供目录服务、数据库服务、注册服务和 信息服务
1995年，注册域名系统开始收费
互联网发展（4）
1986年，中国学术网CANET启动，1987年9 月14日，发出中国第一封电子邮件："Across the Great Wall we can reach every corner in the world"， 1989 开始互联网建设，1994年建成第一个全 国性 TCP/IP网络CERNET 1995年创立首家ISP－瀛海威，老百姓接入互 联网
互联网的发展（2）
IETF于1985年成立（国际民间机构）
IETF大会每年3次，对该行业感兴趣的人士都可 以注册参加IETF 的会议
参加对象：研究学者、设备厂商、服务提供商、政 府、教育部门和用户
标准制定流程：提交草案（draft）、建立BOF、 成立工作组、工作组讨论、确立RFC、长期试 用和公布标准号 1969年4月，第一个RFC：网络控制协议
前导课要求
必要的前导课
计算机原理、计算机体系结构 操作系统原理 计算机网络
课程实验要求的前导课（二者之一）
数字逻辑、Verilog/VHDL硬件描述语言 数据结构和C程序设计
课堂教学和成绩评定
教学计划（详见2012年教学计划）
课堂讲授和讨论15学时 前沿探讨3学时 专题实验15学时 课堂作业（考试）3学时
互联网核心网络由顶级的运营商建设
核心网/骨干网/广域网由路由器加光纤专线实 现
互联网的运营（2） 互联网的运营（ ）
顶级ISP（ MCI、Sprint、AT&T、BT ） POP IXP ISP A ISP B ISP server
ISP1
ISP2
ISP3wenku.baidu.com
IXP（Internet （ xchange Point）负责 ） 本地网络之间的数据交换， 本地网络之间的数据交换， 由政府或非盈利组织建立 本地ISP之间的数据交换 之间的数据交换 本地 不付费
2004年国防科技大学研制成功我国第一台交 年国防科技大学研制成功我国第一台交 换能力超过每秒千亿比特的高性能IPv6路由 换能力超过每秒千亿比特的高性能 路由 器
基于IBM NP4GS3网络处 理器 交换能力大于100Gbps 支持2.5G/155M POS,1G/100G以太网
成绩评定
课堂表现40%,实验报告/论文报告撰写40％,课 堂作业20%
教学计划
时间 2.13 2.20 2.27 3.5 3.12 3.26 内容 路由器概述 路由器体系结构 路由器转发技术 路由器交换技术 网络处理器技术 实验 时间 4.9 4.16 4.23 5.7 5.14 5.21 内容 实验 实验 实验 实验 路由器发展趋势讨论 课堂作业（考试） 课堂作业（考试）
•支持 支持2.5G POS接口 支持 接口 •支持 支持RIP/OSPF/BGP协议 支持 协议 •交换能力 交换能力40Gbps以上 交换能力 以上
•核心处理由 核心处理由FPGA实现 核心处理由 实现 •中国首台具有自主知识产权的高 中国首台具有自主知识产权的高 性能核心路由器
国产网络设备（2）
用 户
企业网 用 用 户 户 园区网
用用 户户
园区网
减小顶级ISP的流量、减 的流量、 减小顶级 的流量 小底层ISP的开销 小底层 的开销
路由器是互联网的核心设备
端到端原则是互联网的首要设计原则
网络（路由器）中不维护和使用端系统通信的状态 路由器只维护网络本身的状态（链路、拓扑等） IP层是互联网的基因，是网络实现全局连接的关键
课程简介
课程对象、内容
课程对象： 课程对象：计算机科学与技术学科或通信 等相近专业的研究生选修课程 主要内容： 主要内容：
主要针对路由器系统设计，讲授并讨论 并讨论路由 并讨论 器的工作原理、体系结构、核心算法和实现 技术等 通过课堂实验进一步提高对网络设备工作原 理的理解，锻炼动手实践能力，对一些前沿 问题进行分析研讨
路由器概述
国防科大计算机学院
孙志刚
主要内容
互联网的发展与路由器
路由器主要功能
路由器发展趋势
基于NetMagic的课程实践介绍
互联网的发展与路由器
ARPANET（1）
1959年，美国国防部成立ARPA目标是将美 国先进的技术应用到军队中
1958年，苏联发射第一颗人造地球卫星
1961年第一次发表关于分组交换的论文
Juniper M160
主要制造商： 主要制造商：Cisco、Juniper、Huawei、ZTE等 、 、 、 等
国产网络设备（1）
1999年，863重大项目“中国高速信息示 范网”中资助核心路由器研制
国防科技大学与大唐电信联合研制， 国防科技大学与大唐电信联合研制， 2001年3月研制成功 年 月研制成功
路由器是基于IP地址进行分组转发的设备
路由协议生成转发信息表（FIB） IP报文根据FIB表进行最长前缀查表转发
路由器设备制造商
19” 19”
6ft
Capacity: 160Gb/s Power: 4.2kW 3ft
Capacity: 80Gb/s Power: 2.6kW
2ft
2.5ft
Cisco GSR 12416
1983年，ARPANET分割成ARPANET和 MILNET，MILNET为军事专用网络
互联网发展（1）
1984年，Cisco公司成立
2000年成为世界 上市值最大的上 市公司 Wintelco格局初 步形成
Cisco 的创始人Len Bosack 和Sandy Lerner(1984)
Cisco第一台路由器 EMIS(1985)
课件共享
论坛：bbs.netmagic.org
课件下载 参考论文下载 实验方案和参考代码下载 提交论文和实验报告、代码上载 关于路由器的讨论 论坛注册用户名需要实名， 论坛注册用户名需要实名，论坛讨论表现纳入 课堂表现
交流邮箱：sunzhigang@263.net
选课名单填写
2012年《路由器原理与设计》
分组交换 VS 电路交换 ARPANET的研制从军事应用的角度出发
ARPA：Advanced Research Projects Agency
ARPANET（2）
1966年，提出ARPAnet方案 1968年，开始最早4个节点建设 1969年10月，发送第一个报文
ARPANET IMP
1968年BBN公司为每个站 点接入ARPANET网络而研 制，这样每个站点的程序开 发就只有一个标准接口
课程教学目的
更加深刻地理解在《计算机网络》课程中学 到知识，进一步深入认识路由器等网络设备 的基本原理和工作流程 加强研究生从事网络设备研制的动手实现能 力，包括硬件FPGA设计和软件编程能力等 把握高性能网络体系结构及关键技术的发展 方向 增强研究生在其后从事网络设备研发、网络 管理和运行维护工作的能力
ARPANET（3）
时间 19671972 1973 1974 1978 1983 1984 重要事件 ftp、email和 、 和 telnet等应用出现 等应用出现 发明以太网 TCP草案完成 草案完成 TCP分成 TCP和 IP 分成 和 两个独立的协议 ARPANET上NCP协 上 协 议被TCP/IP取代 议被 取代 域名系统诞生
互联网的运营（1） 互联网的运营（ ）
服务提供商（ 服务提供商（ISP） ）
互联网接入服务：xDSL、宽带无线、Cable modem、以太 网等 域名注册、主机托管、邮件服务 每个ISP有1个或多个POP（Point of presence），每个 PoP由ISP维护的各种类型的路由器和服务器组成
互联网的发展（3）
1988年，网络节点数目开始每年翻倍，出 现蠕虫病毒 1990年，发明图形界面web浏览器WWW， 使得互联网流量迅速增加 1993年，互联网进入商业运作逐渐成熟
开始提供目录服务、数据库服务、注册服务和 信息服务
1995年，注册域名系统开始收费
互联网发展（4）
1986年，中国学术网CANET启动，1987年9 月14日，发出中国第一封电子邮件："Across the Great Wall we can reach every corner in the world"， 1989 开始互联网建设，1994年建成第一个全 国性 TCP/IP网络CERNET 1995年创立首家ISP－瀛海威，老百姓接入互 联网
互联网的发展（2）
IETF于1985年成立（国际民间机构）
IETF大会每年3次，对该行业感兴趣的人士都可 以注册参加IETF 的会议
参加对象：研究学者、设备厂商、服务提供商、政 府、教育部门和用户
标准制定流程：提交草案（draft）、建立BOF、 成立工作组、工作组讨论、确立RFC、长期试 用和公布标准号 1969年4月，第一个RFC：网络控制协议
前导课要求
必要的前导课
计算机原理、计算机体系结构 操作系统原理 计算机网络
课程实验要求的前导课（二者之一）
数字逻辑、Verilog/VHDL硬件描述语言 数据结构和C程序设计
课堂教学和成绩评定
教学计划（详见2012年教学计划）
课堂讲授和讨论15学时 前沿探讨3学时 专题实验15学时 课堂作业（考试）3学时
互联网核心网络由顶级的运营商建设
核心网/骨干网/广域网由路由器加光纤专线实 现
互联网的运营（2） 互联网的运营（ ）
顶级ISP（ MCI、Sprint、AT&T、BT ） POP IXP ISP A ISP B ISP server
ISP1
ISP2
ISP3wenku.baidu.com
IXP（Internet （ xchange Point）负责 ） 本地网络之间的数据交换， 本地网络之间的数据交换， 由政府或非盈利组织建立 本地ISP之间的数据交换 之间的数据交换 本地 不付费
2004年国防科技大学研制成功我国第一台交 年国防科技大学研制成功我国第一台交 换能力超过每秒千亿比特的高性能IPv6路由 换能力超过每秒千亿比特的高性能 路由 器
基于IBM NP4GS3网络处 理器 交换能力大于100Gbps 支持2.5G/155M POS,1G/100G以太网
成绩评定
课堂表现40%,实验报告/论文报告撰写40％,课 堂作业20%
教学计划
时间 2.13 2.20 2.27 3.5 3.12 3.26 内容 路由器概述 路由器体系结构 路由器转发技术 路由器交换技术 网络处理器技术 实验 时间 4.9 4.16 4.23 5.7 5.14 5.21 内容 实验 实验 实验 实验 路由器发展趋势讨论 课堂作业（考试） 课堂作业（考试）
•支持 支持2.5G POS接口 支持 接口 •支持 支持RIP/OSPF/BGP协议 支持 协议 •交换能力 交换能力40Gbps以上 交换能力 以上
•核心处理由 核心处理由FPGA实现 核心处理由 实现 •中国首台具有自主知识产权的高 中国首台具有自主知识产权的高 性能核心路由器
国产网络设备（2）
用 户
企业网 用 用 户 户 园区网
用用 户户
园区网
减小顶级ISP的流量、减 的流量、 减小顶级 的流量 小底层ISP的开销 小底层 的开销
路由器是互联网的核心设备
端到端原则是互联网的首要设计原则
网络（路由器）中不维护和使用端系统通信的状态 路由器只维护网络本身的状态（链路、拓扑等） IP层是互联网的基因，是网络实现全局连接的关键