计算机数据网络10

1、 10.1 计算机网络的发展趋势下一代网络 NGN（下一代网络）是网络界为了描述未来网络共同使用的 一个新概念，它涵盖了固定网、因特网、移动网、核心网、 城域网、接入网、用户驻地网络、家庭网络等许多内容。从 目前的情况来看，在传输基础设施方面，指全光智能网 （ASON）；在IP网络方面指IPv6；在移动网络方面指超3G； 在业务网络方面指软交换（soft switch）等。 10.1.1 NGN的定义及特点 NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务，利用多种宽带 能力和QoS保证的传送技术，其业务相关功能与其传送技术 相独立，NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商，NGN 支持通用移动性。

2、 NGN是可以同时提供话音、数据、多媒体等多种业务的综合 性的、全开放的网络平台体系，它的特点为： （1）支持业务的多样化。包括语音、数据和多媒体业务， 支持实时/非时实的业务，同时应支持业务的个性化、业务 的移动性。 （2）NGN应是以IP为基础的分组交换网络。业务承载网和 业务网相分离，网络结构是分层结构，各层之间具有开放 的标准接口。 （3）网络具有服务质量保证和安全保证。它是一个安全的 网络，一个可信任、可维护、可管理的网络，可提供高度 信任和安全机制。 （4）网络融合是发展方向。NGN在网络融合方面集中反映 了电信与Internet的融合以及固定和移动的融合。下一代 网络将以统一的I

3、P骨干网来承载语音、数据和多媒体业务。 10.1.2 NGN的分层结构 下一代网络采用全开放的完全分层的体系结构如图10.1 所示，共分为4层：接入层、传送层、控制层和业务层。 其中，业务与控制分离，控制与承载分离，承载与接入 分离。 图10.1 NGN的分层结构 （1）接入层：在用户端支持多种业务的接入，接入设备应 能向上连接高速传输线路，向下支持多种业务的接口。接入 层包括各种接入网关、中继网关、媒体网关、智能终端以及 综合接入设备（IAD）。 （2）传送层：面向用户端支持透明的TDM线路的接入，在网 络核心提供大带宽的数据传输能力，构建灵活和可重用的长 途传输网络，一般指全光网。 （3）

4、控制层：主要指网络为完成端到端的数据传输进行的 路由转发功能，它是网络交换的核心，目的是在传送层的基 础上构建端到端的通信过程。 （4）业务层：一个开放、综合的业务接入平台，在电信网 络环境中，智能地接入各种业务，提供各种增值服务。业务 层主要包括SCF、应用服务器、AAA服务器等功能。 10.1.3 NGN的主要技术 （1）IPv6。IP地址协议必然要从IPv4向IPv6转换。作为网络 协议，NGN将基于IPv6。 （2）宽带接入。相对于支持窄带的电路交换网而言，支持 2Mbps以上的业务和应用，并支持电路模式和分组模式的接入 即为宽带接入网。 （3）智能光网。光纤高速传输技术正沿着扩大单一

5、波长传输 容量、超长距离传输和密集波分复用3个方向发展。组网技术 现正从具有分插复用和交叉连接功能的光联网向利用光交换 机构成的智能光网络发展。 （4）软交换。软交换在下一代分组网络分层结构中位于控制 层面，它与承载层、信令网、各种接入网关、中继网关等通 过相应的协议互通来提供各种服务。 （5）IP终端。随着互联网的普及及端到端连接功能的恢复, 必须要开发相应的IP终端来与之适配。 （6）网络安全技术。常用的安全技术有：防火墙、代理服 务器、用户证书、授权、访问控制、数据加密、安全审计 和故障恢复等。今后还要采取更多的措施来加强网络的安 全。例如，采用增强安全性的网络协议（特别是IPv6）。

6、10.1.4 NGN的能提供的新业务 入口业务：主要是针对用户的终端环境，为其提供监控、协调 等功能，并能为用户提供个性化的业务环境。它是VHE的基本 功能组成部分。 增强型多媒体会话业务：保持多方会话，不会因为有会话方的 加入或离开，以及会话方终端的变换而终止会话。 可视电话：能建立在移动/固定，移动/移动，固定/固定电话 之间的可视呼叫。 Click to Dial：能在个人业务环境或Web会话中提供 Click to Dial的业务直接对在线用户或服务器发出呼叫。 W e b会议业务：能通过W E B browser来组织多方的多媒 体会议。 增强型会话等待：允许用户处理实时的呼叫。 语

7、音识别业务：能自动识别语音并相应的作出标准的或事 先用户设定的操作。 10.2 NGN的核心技术IPV6 10.2.1 IPV6的主要特点 1. IP地址空间扩大 IPv6的地址空间由IPv4的32 bit扩大到128 bit, IP地址不再 紧缺。IPv6地址含有64 bit网络前缀(决定Internet路由)和64 bit主机地址(含静态地址或动态地址)。 2. 通信高速化 简化了头部格式，取消了头部的检验和字段，从而使得通 信能以更高的速度进行。而且不检查传输错误，不需要每 一个路由器都进行分片处理。 3. 即插即用功能 计算机接入Internet时可自动获取IP地址的地址自动配置 功能

8、。 4. 任播功能 任播是指向提供同一服务的所有服务器都能识别的通用地 址（任播地址）发送IP分组，路由控制系统将该分组送至 最近的服务器。 5. QOS功能 利用IPv6头标中的8比特业务量和20比特的流标记域可以 确保宽带，提供高质量的音、视频服务。 6. 安全性提高 IETF在IPv6 中提出了全新的网络安全体系结构标准IPSec 。 IPSec不但实现了数据包来源认证、数据加密、数据完整性、 抗数据重发攻击等，而且定义了封装安全性载荷协议(ESP)， 验证头协议(AH)和密钥交换协议(IKE)等。 7. 流标记的应用 在IPv6协议中，标题中包含一个流标志域，对于开始地址 和结束地址与

9、流标址一致的一系列包。将希望在路由器中 进行特别的处理。所谓特别的处理，是指为了确保网络的 容量或者保证延迟时间等与通信质量有关的处理。 10.2.2 IPV6的基本格式 IPv6分组包括一个40字节的基本首部（Base Header），其 基本首部的格式如图10.2所示。 10.2.3 IPV4向IPV6的转换 目前解决过渡问题的基本技术主要有三种：双协议栈（RFC 2893）、隧道技术（RFC 2893）和网络地址转换技术 NAT-PT（RFC 2766）。 1. 双协议栈 采用该技术的节点上同时运行IPv4和IPv6两套协议栈。这 是使IPv6结点保持与纯IPv4节点兼容最直接的方式，针

10、对 的对象是通信端节点（包括主机、路由器）。这种方式无 法解决地址资源的问题。而且增加了网络的复杂度，因此 不适合广泛使用。 2. 隧道技术 隧适技术提供了一种以现有IPv4路由体系来传递IPv6数据 的方法。即在必要的时候将IPv6的分组作为无结构意义的 数据，封装在IPv4数据报中，由IPv4网络传输。隧道技术 提供了一种使IPv6的结点之间能够在过渡期间通信的方法， 但不能实现IPv6与IPv4之间相互通信。 3. 网络地址转换技术 网络转换NAT-PT技术是通过SIIT协议转换技术和IPv4网络中 动态地址翻译技术（NAT）相结合的一种技术。转换网关在 IPv4与IPv6的网络边缘进行

11、IPv4和IPv6地址的转换和实现协 议翻译功能。转换网关作为通信的中间设备，可在IPv4和 IPv6网络之间转换IP报头的地址，同时能够根据协议的不同 对分组做相应的语义翻译，从而可以解决IPv4主机和IPv6主 机之间的透明通信问题。 10.3 移动IP技术 10.3.1 移动IP技术的基本原理 1移动IP技术的功能实体 移动IP定义了三个功能实体：归属代理、拜访代理和移动结 点。 （1）移动结点。当接入点从一条链路切换到另一条链路上时， 所有正在进行通信的移动主机仍能保持通信。 （2）归属代理。指移动节点本地网络上的路由器。其作用是 负责维护移动结点当前的位置信息，并且把送往移动结点归

12、属地址的数据包通过隧道发往移动结点的转交地址。 （3）拜访代理。指移动节点当前连接到的拜访网络上的路由 器。其作用是为移动结点提供路由服务，并且对经归属代理 封装后发给移动结点的数据包进行解封装，然后转发给移动 结点。 2. 移动IP技术的工作机制 （1）归属代理和拜访代理周期性地发组播或广播报文，以此 来向它们所在的网络中的结点宣告它们的存在。 （2）移动结点收到广播报文后，通过检查报文的内容来判断 它所连接的是归属网络还是拜访网络。当连在归属网络上时， 采用传统的IP通信方式而不使用移动IP的功能。 （3）当移动结点移动到拜访网络时，它可以从当前网络的拜 访代理发出的代理广播消息中获得转交

13、地址，或者通过DHCP 服务器获得，但在目前的移动IPv6中一般采用拜访代理转交 地址。 （4）移动结点通过拜访代理向归属代理注册转交地址，注册 可以通过移动IP中定义的注册消息来完成。 （5）归属代理对移动结点的注册请求进行鉴权、认证，认证 通过后归属代理转发注册成功消息到拜访代理，拜访代理收 到消息后再转发给移动结点。 （6）此后所有发往移动结点的数据会先发往移动结点的归 属网络，然后由归属代理通过IP in IP隧道封装，发往移动 结点注册的转交地址。 （7）拜访代理收到数据包后先解封装，再转发给移动结点。 而移动结点发往与它通信的其他主机的数据会直接经过外地 代理转发到相应主机。这就形

14、成了一个“三角路由”，如图 10.3所示。 图10.3 三角路由示意图 3. 移动IP技术中的几项关键技术 （1）隧道技术。隧道技术把原先发往归属地址的数据包封装 在发向转交地址的数据包中，并在拜访代理中解包，然后传 向移动结点。 （2）代理搜索。代理搜索通过两种消息来实现：代理请求消 息和代理广播消息。代理请求消息是在移动节点没有耐心等 待代理广播消息时发送的，它的目的是为了让链路上的所有 代理发送一个代理广播消息，该消息比较简单。代理广播消 息用来实现代理搜索的所有功能。 （3）注册。当移动结点发现它的网络接入点从一条链路切换 到另一条链路上时，它就要进行注册。注册过程如下： 移动结点可以

15、通过注册得到外部链路上的拜访代理的路由 服务。 移动结点可以通知归属代理它的转交地址。 可以使一个要过期的注册重新生效。 在先前不知道归属代理的情况下，移动结点可以通过注册 动态地得到一个可能的归属代理的地址。 10.4 网格技术 10.4.1 网格的概述 网格是作为一个集成的计算与资源环境，能够吸收各种计算 资源，把地理位置上分散的资源集成起来，在动态变化的网 络环境中，共享资源和协同解决问题，从而让用户从中享受 可灵活控制的、智能的、协作式的信息服务，并获得前所未 有的使用方便性和超强能力。 10.4.2 网格的体系结构 网格体系结构主要是研究网格系统的基本功能结构及各功能 实体间的接口关

16、系，即网格体系结构就是关于如何建造网格 的技术，它给出了网格的基本组成与功能，描述了网格各组 成部分的关系以及它们集成的方式或方法，刻画了支持网格 有效运转的机制。 目前，主流的网格体系结构主要有：五层沙漏结构、开放 网格服务体系结构OGSA(Open Grid Services Architecture)和Web服务资源框架(WSRF)。 1. 五层沙漏结构 五层沙漏结构如图10.5所示，其结构由下至上分别是构造 层、连接层、资源层、汇聚层、应用层。 图10.5 五层沙漏结构图 2. 开放网格服务结构 OGSA是在五层沙漏结构的基础上，结合Web Service技术提出 来的，包括两大关键技

17、术，即网格技术和Web Service技术。 OGSA最突出的思想就是以“服务”为中心。在OGSA框架中， 将一切都抽象为服务，包括各种计算资源、存储资源、网络、 程序、数据库等；可以将基本的服务组织起来，形成一个高 级的抽象服务，方便地为应用提供支持。这种观念，有利于 通过统一的标准接口来管理和使用网格。可简单地描述为： 网格服务=接口/行为+服务数据。对网格服务的简单描述如图 10.6所示。 图10.6 网格服务的体系结构 3. Web服务资源框架(WSRF) WSRF定义为：资源是有状态的，服务是无状态的。为了充分兼 容现有的Web服务，WSRF使用WSDL 1.1定义OGSI中的各项能

18、力， 避免对扩展工具的要求，原有的网格服务已经演变成了Web服务 和资源文档两部分。WSRF的规范是针对OGSI规范的主要接口和 操作而定义的，它保留了OGSI中规定的所有基本功能，只是改 变了某些语法，并且使用了不同的术语进行表达。 10.4.3 网格的应用 网格应用领域目前主要有五类：分布式超级计算、分布式仪 器系统、数据密集型计算、远程沉浸和信息集成。 （1）分布式超级计算。将分布在不同地点的超级计算机用高 速网络连接起来，并用网格中间件软件“粘合”起来，形成 比单台超级计算机强大得多的计算平台。 （2）分布式仪器系统。通过网格管理分布在各地的贵重仪器 系统，提供远程访问仪器设备的手段，

19、来提高仪器的利用率， 方便用户的使用。 （3）数据密集型计算。数据密集型计算对应的数据网格侧重 于数据的存贮转输和处理。 （4）远程沉浸。远程沉浸是一个典型的网格问题，它所共享 的是一个集中的虚拟环境。它将“人/机交互”模式扩展成为 “人/机/人协作”模式。 （5）信息集成。通过统一的信息交换架构和大量的中间件， 向用户提供“信息随手可得”式的服务。 10.5 P2P技术 10.5.1 P2P的概述及特点 P2P即英文Peer-to-Peer的缩写，即对等互联或点对点技术。 该技术通过直接交换共享计算机资源和服务。P2P是一种分 布式网络，网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源 （处理能力

20、、存储能力、网络连接能力、打印机等），这些 共享资源需要由网络提供服务和内容，能被其它对等节点 (Peer)直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者 既是资源（服务和内容）提供者（Server），又是资源（服 务和内容）获取者（Client）。P2P可以用来进行流媒体通 信(如话音、视频或即时消息)，也可以传送如控制信令、管 理信息和其它数据文件。 P2P技术的特点体现在以下几个方面：（1）非中心化。（2） 可扩展性。（3）健壮性。（4）高性能/价格比。（5）隐私 保护。（6）负载均衡。 10.5.2 P2P的体系结构及分类 P2P技术结构模式的体系结构主要有三种，即以Napster为 代表的集中目录式结构、以Gnutella为代表的纯P