网络工程技术的新发展要点讲课教案

1、15网络网络(wnglu)工程技术的新工程技术的新发展发展 人们在津津乐道于当前网络发展带来的巨大人们在津津乐道于当前网络发展带来的巨大成就时，也在不断地开拓创新。人们正在将技术成就时，也在不断地开拓创新。人们正在将技术的触角不断向前延伸，建设万兆带宽的城域网，的触角不断向前延伸，建设万兆带宽的城域网，分享分享IPv6的海量的海量(hiling)地址，享受无线网络无地址，享受无线网络无处不在的便利。所有这一切，都给未来的网络带处不在的便利。所有这一切，都给未来的网络带来无穷遐想。来无穷遐想。网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P19第一页，共30页。151 万兆以太网万兆以太

2、网第二页，共30页。传输传输(chun sh)标准标准第三页，共30页。151 万兆以太网万兆以太网 10G以太网标准于以太网标准于2002年年7月在月在IEEE通过通过。 （1）10G串行物理串行物理(wl)媒体层媒体层 （2）PMD（物理（物理(wl)介质相关）子层介质相关）子层 （3）PMA（物理（物理(wl)介质接入）子层介质接入）子层 （4）WIS（广域网接口）子层（广域网接口）子层 （5）PCS（物理（物理(wl)编码）子层编码）子层 （6）RS（协调子层）和（协调子层）和XGMII（10Gbit/s介质无关接口）介质无关接口）网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展

3、P19第四页，共30页。第五页，共30页。第六页，共30页。第七页，共30页。2万兆以太网技术万兆以太网技术(jsh)展望展望万兆以太网在设计之初就考虑城域骨干网需求。万兆以太网在设计之初就考虑城域骨干网需求。采用万兆以太网作为城域网骨干可以省略骨干网设备采用万兆以太网作为城域网骨干可以省略骨干网设备的的POS或者或者ATM链路。链路。10G以太网可以应用在校园网、城域网、企业以太网可以应用在校园网、城域网、企业(qy)网网等。但是由于当前宽带业务并未广泛开展，人们对单等。但是由于当前宽带业务并未广泛开展，人们对单端口端口10G骨干网的带宽没有迫切需求，所以骨干网的带宽没有迫切需求，所以10G

4、以太网以太网技术相对其他替代的链路层技术（例如技术相对其他替代的链路层技术（例如2.5G POS、捆、捆绑的千兆以太网）并没有明显优势。绑的千兆以太网）并没有明显优势。10G肯定不是网络速度拓展的终点，肯定不是网络速度拓展的终点，2006年年11月，月，IEEE 802.3高速研究小组在达拉斯会议上开始投票表高速研究小组在达拉斯会议上开始投票表决支持决支持100Gbps（十万兆）高速以太网的标准化制定（十万兆）高速以太网的标准化制定工作。工作。 网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P21第八页，共30页。152 IPv6IPv6是因特网协议第六版本的简写，它代表全新的是因特网

5、协议第六版本的简写，它代表全新的互联网技术规范。互联网技术规范。IPv6最显著的特征是通过采用最显著的特征是通过采用128位的地址空间替代位的地址空间替代IPv4的的32位地址空间来提高位地址空间来提高下一代因特网的地址容量。除此之外，下一代因特网的地址容量。除此之外，IPv6在安全在安全性、服务质量（性、服务质量（QoS）、移动性等方面具有比）、移动性等方面具有比IPv4更好的特性，采用更好的特性，采用IPv6的下一代网络比现有网络更的下一代网络比现有网络更具扩展性、更安全、且更容易为用户提供高质量的具扩展性、更安全、且更容易为用户提供高质量的服务。换而言之，以服务。换而言之，以IPv6为基

6、础的下一代网络既可为基础的下一代网络既可以更好地支持和保障以更好地支持和保障(bozhng)传统业务应用，传统业务应用，更可以支持丰富多彩的新业务应用。更可以支持丰富多彩的新业务应用。网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P21第九页，共30页。1522 IPv6的新特点的新特点(tdin)1巨大的地址空间巨大的地址空间 IPv6的的128位地址长度形成了一个巨大的地位地址长度形成了一个巨大的地址空间。址空间。128位地址空间包含的准确地址数是位地址空间包含的准确地址数是340，282，366，920，938，463，463，374，607，431，768，211，456个。这

7、个个。这个(zh ge)数目足够为地球上每一粒沙子提供一个独立数目足够为地球上每一粒沙子提供一个独立的的IP地址。地址。2高效的层次寻址及路由结构高效的层次寻址及路由结构 3移动性移动性4内置的安全特性内置的安全特性5服务质量服务质量6即插即用的配置即插即用的配置网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P22第十页，共30页。1523 IPv6的报头的报头(botu)格式格式 IPv6数据报文有一个数据报文有一个40字节的基本字节的基本(jbn)首部（首部（Base Header）。其后可允许有零个或）。其后可允许有零个或多个扩展首部（多个扩展首部（Extension Heade

8、r），再后），再后面是数据面是数据网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P24基本首部基本首部扩展首部扩展首部1 1扩展首部扩展首部n n数数 据据选选 项项选选 项项图图1-13 IPv61-13 IPv6数据报文的一般形式数据报文的一般形式第十一页，共30页。1523 IPv6的报头的报头(botu)格式格式 下图是下图是IPv6基本首部的格式。每个基本首部的格式。每个IPv6数据报数据报文都从基本首部开始。文都从基本首部开始。IPv6基本首部的不少字段可基本首部的不少字段可以和以和IPv4首部中的字段直接首部中的字段直接(zhji)对应。对应。网络网络(wnglu)工程技

9、术工程技术的新发展的新发展P24版本版本优先级优先级流流 标标 号号净负荷长度净负荷长度下一个首部下一个首部跳数限制跳数限制源主机源主机IPv6IPv6地址地址（1616字节）字节）目的主机目的主机IPv6IPv6地址地址（1616字节）字节）比特比特 0 4 8 16 310 4 8 16 31图图1-14 IPv61-14 IPv6数据报文基本首部的格式（数据报文基本首部的格式（4040字节长）字节长）第十二页，共30页。1523 IPv6的报头的报头(botu)格式格式 版本（版本（Version）：版本字段的长度为）：版本字段的长度为4位，它位，它指明了协议版本号，对指明了协议版本号，

10、对IPv6该字段总是该字段总是6。 优先级（优先级（Priority）：这个）：这个8位字段可以位字段可以(ky)为包赋予不同的类型或优先级。为包赋予不同的类型或优先级。 流标（流标（Flow Label）：流标字段是）：流标字段是IPv6的新增的新增字段。字段。 净负荷长度（净负荷长度（Payload Length）：这个）：这个16位位字段表明了有效载荷长度。字段表明了有效载荷长度。 下一个首部（下一个首部（Next Header）：在）：在IPv6中，扩中，扩展首部插在展首部插在IP报头和传输层报头当中。这类扩报头和传输层报头当中。这类扩展首部包括验证、加密和分片功能。展首部包括验证、加

11、密和分片功能。网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P24第十三页，共30页。1523 IPv6的报头的报头(botu)格式格式版本（版本（Version）：版本字段的长度为）：版本字段的长度为4位，它指明位，它指明了协议版本号，对了协议版本号，对IPv6该字段总是该字段总是6。优先级（优先级（Priority）：这个）：这个8位字段可以位字段可以(ky)为包为包赋予不同的类型或优先级。赋予不同的类型或优先级。流标（流标（Flow Label）：流标字段是）：流标字段是IPv6的新增字段的新增字段。净负荷长度（净负荷长度（Payload Length）：这个）：这个16位字段位

12、字段表明了有效载荷长度。表明了有效载荷长度。下一个首部（下一个首部（Next Header）：在）：在IPv6中，扩展首中，扩展首部插在部插在IP报头和传输层报头当中。这类扩展首部包报头和传输层报头当中。这类扩展首部包括验证、加密和分片功能。括验证、加密和分片功能。网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P25第十四页，共30页。1 15 52 23 IPv63 IPv6的报头的报头(botu)(botu)格式格式跳数限制（跳数限制（Hop Limit）：此字段用来防止数据报）：此字段用来防止数据报文在网络中无限期地存在。文在网络中无限期地存在。源站源站IP地址（地址（Sourc

13、e Address）：该字段指明了）：该字段指明了始发主机始发主机(zhj)的起始地址，其长度为的起始地址，其长度为128位。位。 目的站目的站IP地址（地址（Destination Address）：该字段）：该字段指明了传输信号的目标地址，其长度为指明了传输信号的目标地址，其长度为128位。位。网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P25第十五页，共30页。1524 部署部署(b sh)IPv6的总体设的总体设计原则计原则1IPv6网络建设的原则网络建设的原则 IPv6网络需要全面支持网络需要全面支持IPv6协议，并具有支协议，并具有支持持IPv6和和IPv4协议的接入能力

14、。协议的接入能力。IPv6网络的设计网络的设计应该本着以下几个原则进行：应该本着以下几个原则进行：（1）经济性：节省成本，充分利用现有的经济性：节省成本，充分利用现有的IPv4网络和设备；网络和设备；（2）实用性；网络可以提供实用性；网络可以提供(tgng)各种类型各种类型用户的用户的IPv6接入；接入；（3）可用性：网络不能是一个空网，需要支持可用性：网络不能是一个空网，需要支持一定的基本业务；一定的基本业务；（4）先进性：开通和试验一些具有先进性：开通和试验一些具有IPv6特点特点的业务。的业务。网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P25第十六页，共30页。1524 部署

15、部署(b sh)IPv6的总体设的总体设计原则计原则2IPv6路由协议的选择路由协议的选择（1）外部网关协议）外部网关协议IPv6网关协议只能使用网关协议只能使用BGP4+，由，由RFC2858、RFC2545定义。定义。（2）内部网关协议）内部网关协议RIPng（RFC2080），同），同RIPv2特性基本相同，一特性基本相同，一般在较小的网络中应用般在较小的网络中应用IS-ISv6（单拓扑结构和多拓扑结构）（单拓扑结构和多拓扑结构） 单拓扑结构的单拓扑结构的IS-IS只支持单个只支持单个SPF算法，多拓算法，多拓扑结构的扑结构的IS-IS可以支持多个可以支持多个SPF算法算法OSPFv3（

16、RFC2740），专为），专为IPv6协议设计协议设计(shj)德路由协议，不能交换德路由协议，不能交换IPv4路由信息。路由信息。网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P25第十七页，共30页。1524 部署部署(b sh)IPv6的总体设计的总体设计原则原则3IPv6路由器的选择路由器的选择（1）稳定性和可靠性）稳定性和可靠性 现行的现行的IPv4路由器都可以通过在线升级相关的软路由器都可以通过在线升级相关的软硬件，使之从只支持硬件，使之从只支持IPv4过渡到支持双协议栈。过渡到支持双协议栈。（2）性能）性能路由器路由器IPv6软件转发：软件转发具有低成本的优点，软件转发：

17、软件转发具有低成本的优点，但对不同大小的包性能差异较大，只适合于转发但对不同大小的包性能差异较大，只适合于转发1.5k左右的包。左右的包。路由器路由器IPv6硬件转发：高性能的硬件转发：高性能的IPv6都采用了新型的都采用了新型的ASIC芯片技术，支持线速转发能力。芯片技术，支持线速转发能力。对于核心路由器来说，如果路由器只支持对于核心路由器来说，如果路由器只支持IPv6转发，转发，网络网络(wnglu)的性能将会受到影响，应采用能够的性能将会受到影响，应采用能够支持硬件支持硬件IPv6转发的路由器。转发的路由器。（3）功能）功能支持双协议栈，支持手工隧道，支持多种的自动隧道支持双协议栈，支持

18、手工隧道，支持多种的自动隧道方式；方式；边缘路由器应具有支持边缘路由器应具有支持NAT-PT和和Mobile IPv6的能力的能力。网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P25第十八页，共30页。1525 IPv6过渡技术过渡技术(jsh)的选的选择择1双协议栈双协议栈 双协议栈是指在单个节点同时支持双协议栈是指在单个节点同时支持IPv4和和IPv6两种协议两种协议2隧道隧道 通过把通过把IPv6数据报文封装入数据报文封装入IPv4数据报文中，数据报文中，让现有让现有IPv4网络成为载体以建立网络成为载体以建立IPv6的通信，的通信，隧道两端的节点间数据报文的传送通过隧道两端的

19、节点间数据报文的传送通过IPv4机机制进行，隧道被看成制进行，隧道被看成(kn chn)一个直接连一个直接连接的通道。接的通道。3网络地址转换网络地址转换/协议转换技术（协议转换技术（NAT-PT） 网络地址转换网络地址转换/协议转换技术协议转换技术NAT-PT结合了结合了SIIT协议转换、传统的协议转换、传统的IPv4下的动态地址翻译下的动态地址翻译（NAT）以及适当的应用层网关（）以及适当的应用层网关（ALG）网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P26第十九页，共30页。153 无线局域网技术无线局域网技术(jsh)无线局域网（无线局域网（Wireless LocalAr

20、ea Network，WLAN）就是在不采用传统电缆线的同时，提供传统）就是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需要有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需要再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着你的需要再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着你的需要移动或变化。移动或变化。无线局域网无线局域网,灵活性灵活性, 抗干扰性强、网络保密性好。抗干扰性强、网络保密性好。有线网络中两个有线网络中两个(lin )站点的距离一般为站点的距离一般为500米米单模光纤单模光纤 3000米米无线局域网则可以达到无线局域网则可以达到50公里公里网络网络(wnglu)工程技

21、术工程技术的新发展的新发展P27第二十页，共30页。WLAN的传输的传输(chun sh)介质介质（1）红外（）红外（IR）系统）系统(xtng)（2）无线电波（）无线电波（RF） 网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P28第二十一页，共30页。2无线局域网的主要无线局域网的主要(zhyo)协议标准协议标准 无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一，不同的标准有不同的应用。目前比较流不统一，不同的标准有不同的应用。目前比较流行的有行的有80211标准、新贵蓝牙标准、新贵蓝牙(ln y)（Bluetooth）标准以及）标准以及H

22、omeRF（家庭网络）标（家庭网络）标准。准。 （1）80211标准标准 （2）蓝牙）蓝牙(ln y) （3）家庭网络的）家庭网络的HomeRF 网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P29第二十二页，共30页。 IEEE802.11b1999年年9月通过的月通过的IEEE802.11b工作在工作在2.4GHz2.483GHz频段。频段。802.11b数据速率可以为数据速率可以为11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps或更低，根据噪音状况自动调整。当工作站或更低，根据噪音状况自动调整。当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限时，之间距离过长或干扰太大、信噪

23、比低于某个门限时，传输速率能够从传输速率能够从11Mbps自动降到自动降到5.5Mbps，或者根据，或者根据直接序列扩频（直接序列扩频（DSSS）技术调整到）技术调整到2Mbps和和1Mbps。802.11b使用带有防数据丢失特性的载波检测使用带有防数据丢失特性的载波检测(jin c)多址访问（多址访问（CSMACA）作为共享访问协议，物理层）作为共享访问协议，物理层调制方式为调制方式为CCK（补码键控）的（补码键控）的DSSS。网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P29第二十三页，共30页。 IEEE802.11aIEEE802.11a在整个覆盖范围内提供了更高的速度，其速

24、率高达在整个覆盖范围内提供了更高的速度，其速率高达54Mbps。它工作在它工作在5GHz频段，与频段，与802.11b一样采用一样采用CSMACA协议协议(xiy)。物理层采用正交频分复用物理层采用正交频分复用OFDM代替代替802.11b的的DSSS来传输数来传输数据。据。 网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P29第二十四页，共30页。 IEEE802.11g为了解决为了解决IEEE802.11a与与802.11b的产品因为频段与物理层调的产品因为频段与物理层调制方式不同而无法互通的问题，制方式不同而无法互通的问题，IEEE又在又在2001年年11月批准月批准(p zhn

25、)了新的了新的802.11g标准。标准。802.11g既适应传统的既适应传统的802.11b标准，在标准，在2.4GHz频率下提供每频率下提供每秒秒11Mbps的传输速率；也符合的传输速率；也符合802.11a标准，在标准，在5GHz频率频率下提供下提供54Mbps的传输速率。的传输速率。802.11g中规定的调制方式包括中规定的调制方式包括802.11a中采用的中采用的OFDM与与802.11b中采用的中采用的CCK。通过规定两种调制方式，既达到了。通过规定两种调制方式，既达到了用用2.4GHz频段实现频段实现802.11a 54Mbps的数据传送速度，也确的数据传送速度，也确保了与保了与8

26、02.11b产品的兼容。产品的兼容。网络网络(wnglu)工程技术工程技术的新发展的新发展P29第二十五页，共30页。1.5.4网格网格(wn )计算计算即通过高速网络连接这些分布的、异构的计算资源，发展即通过高速网络连接这些分布的、异构的计算资源，发展配置系统软件、工具和应用环境，使之成为一个互相协调配置系统软件、工具和应用环境，使之成为一个互相协调的、可看作是单一的超大型计算环境或网络虚拟超级计算的、可看作是单一的超大型计算环境或网络虚拟超级计算机，形成了网格状的高性能计算网，各种计算资源就是网机，形成了网格状的高性能计算网，各种计算资源就是网格的结点。因此，网格是高性能计算和信息服务的战

27、略性格的结点。因此，网格是高性能计算和信息服务的战略性基础设施，它将地理上分布、异构的各种资源通过高速网基础设施，它将地理上分布、异构的各种资源通过高速网络连接并集成起来，共同完成重大的科学问题研究。络连接并集成起来，共同完成重大的科学问题研究。setihomeSETIhome 是一项利用全球联网的计算机共同搜寻地外是一项利用全球联网的计算机共同搜寻地外文明（文明（SETI）的科学实验计划。你可以通过运行一个免费）的科学实验计划。你可以通过运行一个免费程序程序(chngx)下载并分析从射电望远镜传来的数据来加下载并分析从射电望远镜传来的数据来加入这个项目入这个项目 .将您计算机将您计算机 (包

28、括包括 Windows、Mac 以及以及Linux) 的闲置时的闲置时间利用起来，就可以帮助科学家们治疗疾病、了解全球变间利用起来，就可以帮助科学家们治疗疾病、了解全球变暖、发现脉冲星以及其它多种类型的科学研究暖、发现脉冲星以及其它多种类型的科学研究. 网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P29第二十六页，共30页。网格网格(wn )计算的应用计算的应用（1）桌面超级计算：可将普通桌面用户和超级计算中心）桌面超级计算：可将普通桌面用户和超级计算中心、大型数据库连接起来，用户可以不受距离限制地使用、大型数据库连接起来，用户可以不受距离限制地使用(shyng)这些计算能力；这些计

29、算能力；（2）智能设备：可连接用户和大量的、分布的、远程的）智能设备：可连接用户和大量的、分布的、远程的智能设备，如显微镜、望远镜、传感器、卫星设备等，智能设备，如显微镜、望远镜、传感器、卫星设备等，进行实时处理和远程操作等；进行实时处理和远程操作等；（3）协同环境：可以连接多个虚拟环境使不同位置的用）协同环境：可以连接多个虚拟环境使不同位置的用户能进行交互、仿真；户能进行交互、仿真；（4）分布式并行计算：可使多个异构计算机协同解决单）分布式并行计算：可使多个异构计算机协同解决单机难以完成的任务，可以使不同性质的任务调度到最合机难以完成的任务，可以使不同性质的任务调度到最合适的计算机构中去运行。适的计算机构中去运行。网络网络(wnglu)工程技术的工程技术的新发展新发展P29第二十七页，共30页。网格网格(wn )计算层