网际互连的概念和体系结构模型全解.ppt

第三章网际互连的概念和体系结构模型,网际互连的策略和方法,2020年5月8日,第2页,3.1引言,把多种技术实现的网络互连成一个协调工作的整体根本目标：建立一个支持通用的通信服务的统一、协作的互连网络隐藏所有底层网络的具体细节提供通用的通信服务,2020年5月8日,第3页,3.2应用级互连,不同的网络在应用上统一，以实现互连,网A,网B,应用层,自然连接不同网络上的应用系统增加一种应用都要编写相应的软件每增加一种网络都要更新所有的应用软件中间网络对互连带来巨大的困难网络管理和控制无法有效实现,2020年5月8日,第4页,3.3网络级互连,在网络层上实现互连分组的投递和通信服务，与数据内容无关直接利用物理网络的特点产生高效通信分离通信活动和应用，不必理解通信的内容系统灵活，可建立通用的通信服务新的网络技术只与网络层有关,网A,网B,网络层,互连的约束条件：1没有一种网络满足所有需求2用户需要通用的互连,2020年5月8日,第5页,3.4Internet的性质,通用的通信服务包容各种网络形式不要求硬性的网络拓扑结构存在中介网络共享机器标识符的通用集合用户接口与物理网络无关,网络层,用户接口,2020年5月8日,第6页,3.5Internet的体系结构,思想重新构造一个新的网络：互连网各种具体的网络为互连网提供通信服务互联：覆盖方式第三层开始，统一到TCP/IP结构上网间互联协议（InternetworkingProtocol，IP）通信：分工合作物理网：实际通信和分组传输服务TCP/IP：网间选路、通用通信服务、应用级服务通信体系网间通信：采用无连接通信方式，适应多种网络端端通信：通用通信服务，有/无可靠性保证的通信,2020年5月8日,第7页,互连结构,层次模型协议结构互连方式拓扑结构通信特点,2020年5月8日,第8页,层次模型,在网络层统一到IP协议层IP借助于各种物理网络实现的IP通信避开不同物理网之间的直接通信问题，实现的是物理网上的IP之间的通信不排除物理网内存在其它类型的通信的可能性（不在该模型的考虑范围）网关的中继只对物理网中其它站点来的IP作中继（用IP报文的内容）只有IP报文能够穿越网关，实现跨网的通信,物理网A,IP,IP,IP,IP,物理网B,IP,网关,做演示。,2020年5月8日,第9页,层次模型物理网内部,需要与网络外部通信的站点都覆盖IP层这些站点之间自然具备了IP通信内部可以存在没有IP层的站点这些站点无法与外部通信（IP通信意义上）内部存在一种以上的（端端）通信活动端端的IP通信网络原就具备的端端通信,2020年5月8日,第10页,ProtocolArchitecture,EndSystem1个物理网接口（也可能有几个）可能存在其它网络层协议（不在考虑范围）Gateway(also:Router)较多（一般几个到几十个）物理网接口（数量、类型）只作IP的中继，只有与IP有关的协议物理网接口（NetIf，networkinterface）协议的层次结构与所接的物理网相同,IP,物理网A,物理网B,物理网X,IP,物理网A,OtherNet,NLayer,ALayer,Endsystem,Gateway,2020年5月8日,第11页,RouterExample,TypicalRouter1or2Ethernet，18WAN（SynorAsynSerial）ModernRouterMoreNetworkinterfaceMoreTypesofNetworkInterfaceHighIPpacketthroughput,IP,MAC,PHY,PPP,SYN,PPP,ASYN,R,Circuitswitch,CircuitswitchorPacketswitch,R,2020年5月8日,第12页,NetIf(NetworkInterface),NetIf：IP与具体物理网的层间接口IP通过该接口使用物理网提供的服务IP实现策略：如何适应多种物理网络提供的服务？NetIf：抽象网络接口，IP不关心具体物理网针对每种物理网，都有相应的NetIf（软件模块）每种NetIf处理物理网细节，对IP提供抽象网络接口,IP,(IPoE),IPoA,IPoX,PPP,Ethernet,ATM,X.25,Syn/AsynEthernetATMX.25/FR/DDN/ISDN,NetIf,具体网络接口,抽象网络接口,2020年5月8日,第13页,ProtocolStack（协议栈）,具体物理网络有多种实现形式，甚至几种网络技术应用于某个物理网络上，使得网络接口有较大变化IP采取的对应措施（前2种为主）1.采用以太网接口，（物理网转换，提供以太网服务）2.采用PPP（物理网上叠加PPP）3.直接使用物理网的服务,IP,NetIf-1,NetIf-2,NetIf-3,PHY,MAC,LLC,PPP,PHY,PHY,MAC,LLC,PPP,PHY,ATM,PHY,ATM,NetIf-4,NetIf-5,PHY,ATM,NetIf-6,MAC,PHY,ATM,NetIf-7,X25L3,PHY,X25L2,NetIf-8,PPP,PHY,FR,NetIf-9,PPP,2020年5月8日,第14页,RFCsForNetIf,RFC1042,IPover802LANRFC1483,MPoverATMRFC1577,IPoverATM（IPoA）RFC2364,PPPoverATM（PPPoA）RFC2516,PPPoverEthernet（PPPoE）,2020年5月8日,第15页,物理网间的互连由网关实现IP意义上的互连物理网仍然是相互独立的连接方式一个网关连接两个物理网络一个网关连接多个网络,互连方式-物理网的观点,连接两个物理网络,连接多个物理网络,2020年5月8日,第16页,互连方式-网关的观点,考查网关之间的通信关系两个网关直接连接：P2P连接多个网关连接起来多个网关等效成大型网关(如用高性能物理网络)物理网络的多个出口任意两个网关间都可直接通信,物理网连接网关,网关直接连接,P2P,2020年5月8日,第17页,拓扑结构,由路由器和物理网组成的不规则网状结构不同的物理网通过网关互连起来本地网通过广域网与其它网的远程连接计算机通过远程连接（接入网）到网络上网络还在不断扩张各种拓扑形式都有可能出现,2020年5月8日,第18页,通信特点物理网内,物理网内运行IP的站点，IP的通信IP的寻址，借助于物理网的寻址，实现通信运行IP的站点，一定是可用物理网寻址的IP站点间的通信，是在物理网的直接通信可能存在物理网内部的中继，基于物理网报文内容的中继，与IP无关（尽管IP报文也被中继了）IP通信路径：源IP物理网目的IP即：传输的中间过程不需要IP参与,IP,IP,IP,IP,IP,IP,IP,IP,IP,IP,2020年5月8日,第19页,通信特点物理网间,除了IP，物理网间没有直接通信（IP意义上的通信）任何一个出物理网的IP通信，都是源IP把报文直接交给网关，再中继到另一个物理网上因此，IP有至少有两种通信行为：1.通过物理网直达目的站点（源、目的在同一物理网）2.通过物理网递交给网关（源、目的不在同一物理网）这两种通信行为是IP寻址技术的前提条件,IP,IP,IP,IP,IP,IP,2020年5月8日,第20页,通信特点网状结构中,网状结构中，网关起着至关重要的作用路由的选择IP报文在不同物理网中的中继处理不同物理网上传输的差异网关间的配合选路传输路径源：通过源物理网直接把报文送给源网关（第一个中继网关）中继网关：通过中继物理网把报文送给下一个网关【过程重复若干次，直到到达目的网关（最后一个网关）】目的网关：通过目的物理网把报文直接送到目的站点传输路径等效源网关1网关2网关n目的,R1,S,D,Rn,R2,R3,2020年5月8日,第21页,通信特点等效拓扑结构,从源到目的的通信过程，可以：网关等效为拓扑结构结构中的“点”物理网等效为拓扑结构中的“线”一个物理网连接多个网关将使拓扑结构变得复杂化从不同的位置，看到的网络拓扑结构可能不同（图中x点）,R,R,R,R,1,2,3,4,R,R,R,R,1,2,4,3,x,x,网关之间都能通信全连通,2020年5月8日,第22页,通信特点物理网的影响,物理网的通信方式对IP通信有较大的影响物理网可以分为两种类型的通信方式广播型网络非广播型网络,2020年5月8日,第23页,通信特点广播型物理网,物理网的通信支持广播通信，物理网能把广播报文送达所有站点一般也支持组播通信支持无连接通信，任意站点间的通信无需建立连接和拆除的过程例：802网，共享式及交换式点对点信道（只有两个站点），所有通信都等效IP的通信IP无连接通信方式、广播、组播在该种网络上实现简单,2020年5月8日,第24页,通信特点非广播型物理网,物理网的通信不一定支持广播和组播通信一般采用面向连接的通信任意站点之间的通信都有连接建立、拆除过程例：X.25/ATM/FRIP通信IP在该网络上有较大的局限性网络上IP站点少时：全连接、广播多个重复传输网络上IP站点多时：部分连接，无法实现任意IP站点间的直接通信（由网关转？）,2020年5月8日,第25页,即使站点数少，网络的连接关系也将是异常复杂的复杂的通信关系是否还要划分网关和非网关？（网关的含义冲突）若采用部分连接，与IP网络的模型有巨大的差异IP的策略：尽可能避免在该网上构筑大规模站点数的网络该种网络以提供多个P2P的网关连接为主,通信特点非广播型物理网（续）,R,R,R,R,4,3,R,R,R,R,4,3,2,2,R,R,R,R,4,3,2,2020年5月8日,第26页,平等地对待网络接口,IP通过网络抽象接口，平等的看待每个NetIf每个NetIf连接的都是物理网络P2P连接也看作是有两个站点的物理网络网关将为自己所有的NetIf之间实现IP中继,R,R,R,网络,网络,R,R,网络,网络,2020年5月8日,第27页,小结,在物理网络上覆盖IP层，实现IP通信意义上的互联IP通信在同一个物理网时，不用IP中继而用物理网传输，不同物理网时，才用IP的中继网关为不同物理网间的IP通信提供中继网关上不同NetIf接不同的物理网抽象IP接口简化IP与各种物理网的接口网关要应付比单纯点线更复杂的拓扑结构IP体系适宜在广播型网络上实现，非广播型的网络适宜为IP提供P2P信道IP将每个P2P信道都看作是一个物理网络,2020年5月8日,第28页,互连结构,多个网络如何互连？物理上，只能通过一台机器来连接（物理连接）这台机器应该是能把分组从一个网络投递到另一个网络的网关（Gateway）或路由器（Router）R的作用R1把网络1上要到网络2和网络3的分组送到网络2上R2把网络3上要到网络1和网络2的分组送到网络2上,网络1,网络2,R1,网络3,R2,2020年5月8日,第29页,复杂互连结构,多个Router互连物理网络，构成互连网计算机（Host）与其中物理网络相连,R,R,R,R,R,R,TCP/IP互连设备,R,2020年5月8日,第30页,拓扑结构,节点：Router信道：物理网络（网络信道，其中还有计算机存在）拓扑结构：不规则网状结构无网络信道时，采用点对点信道和协议沟通节点（SLIP/PPP）,R,R,R,R,R,R,SLIP/PPP,SLIP/PPP,2020年5月8日,第31页,协议层次,用户接口TLI：TransportLayerInterfaceSocket,IP,TCP,UDP,ICMP,IGMP,用户进程,用户进程,用户进程,用户进程,用户接口（Socket）,网络层,传输层,应用层,NI：NetworkInterface,2020年5月8日,第32页,层次结构,上层网络和下层网络上层网络统一到TCP/IP结构上逻辑意义上的网络（互联网）不限制下层网络的层次结构,TCP/IP,物理网络,第三层,下层网络,Host,Host,2020年5月8日,第33页,互连网,网络结构,互联网逻辑意义上的网络基础是物理网络Host、Router都与实际物理网相连,Host,Host,R,R,Host,Host,物理网,物理网,物理网,层间接口,2020年5月8日,第34页,串行信道,DesignedtoconveyIP（2层结构）SLIP：SerialLineInterfaceProtocolPPP：PointtoPointProtocol,物理网,物理网,SLIP/PPP,连接模型,层次模型,Host,Host,IP,IP层,2020年5月8日,第35页,接口模型,使用互联网服务的计算机称为主机互连设备没有IP的上层NI是进/出物理网络的接口都包含所连接物理网络的层次与协议,物理网络,单接口主机,物理网络,物理网络,多接口主机,NI,Ethernet,TokinRing,X.25,物理网络,物理网络,物理网络,物理网络,互联设备,TokinRing,X.25,Ethernet,Ethernet,2020年5月8日,第36页,互连网中的物理网,IP通信对物理网来说，可以看成进/出物理网的通信物理网的源和目的都在该物理网中考虑IP通信时，可忽略物理网内部结构,层间接口,物理网络,物理网络,IP层,2020年5月8日,第37页,3.6通过IP路由器互连,Router的主要作用是选择路由，把分组送往目的地Router使用目的网络而不是目的主机来选择路由路由器在互连网的通信中起关键作用