远程数据通信与广域网络1-2

1、1.2 1.2.1 中国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网 (CERNET) 1.2.2 超高速骨干网络服务系统超高速骨干网络服务系统vBNS+ 1.2.3 中国网通中国网通CNCNET 1.2.4 中国电信中国电信CHINANET 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.2.1 中国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网 ( (CERNET) ) 层次结构层次结构，CERNET采用三级层次结构：骨干采用三级层次结构：骨干 网、地区网、校园网；网、地区网、校园网； 骨干网，地区中心与国家网络中心之间采用光骨干网，地区中心与国家网络中心之间采用光 纤纤通信线路通信

2、线路，传输率为，传输率为n*2.4Gbps； 骨干网骨干网拓扑结构拓扑结构，最初为三环型，地区网点设，最初为三环型，地区网点设 在全国八个城市。后来，各地区中心均与国家在全国八个城市。后来，各地区中心均与国家 网络中心直接相连，如下图所示。网络中心直接相连，如下图所示。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.2.1 中国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网 (CERNET) 路由选择：路由选择： 通过边界网关协议通过边界网关协议BGP-4与与Internet交换路由选择信交换路由选择信 息。息。 网络内部采用开放最短路径优先网络内部采用开放最短路径优先(OSPF)

3、协议进行路协议进行路 由选择。由选择。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.2.2 NSFNET支持的体系结构主要由以下支持的体系结构主要由以下 几个部分组成几个部分组成(MCI/Worldcom)： (1) 超高速骨干网络服务系统超高速骨干网络服务系统(vBNS+)， (2) 网络接入点网络接入点(NAP)， (3) 路由选择仲裁中心路由选择仲裁中心(RA)， (4) 地区网络，地区网络， (5) 网络服务提供商网络服务提供商(NSP)。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.2.2 InternetInternet基础设施的体系基础设施

4、的体系 结构结构 vBNS最初的传输率为最初的传输率为155Mbps，1997年提年提 高到高到622Mbps。1998年开始升级到年开始升级到 622Mbps POS技术，技术，2000年开始升级到年开始升级到 2.4Gbps POS，并采用并采用MPLS技术。技术。 2000年年6月提供月提供IP QOS、真模式真模式IPv6和真和真 模式模式IP多点投递等数据交互工作服务新技多点投递等数据交互工作服务新技 术，并将整个网络改称为术，并将整个网络改称为vBNS+。 下图是下图是vBNS+的拓扑结构。的拓扑结构。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.2.3 中国网

5、通中国网通CNCNETCNCNET CNCnet提供高速、大信息量的信息传输与转提供高速、大信息量的信息传输与转 接，网络总传输带宽高达接，网络总传输带宽高达4万兆（万兆（40Gbps），）， 采用密集波分复用（采用密集波分复用（DWDM）技术和技术和MPLS多多 协议标记交换网络技术，是一个高速宽带协议标记交换网络技术，是一个高速宽带IP骨骨 干网络；干网络； 早期的早期的CNCnet覆盖我国东南部地区所有省市覆盖我国东南部地区所有省市 中的中的17个主要节点城市，其中北京、上海、广个主要节点城市，其中北京、上海、广 州三点为国际互联节点，网络拓扑结构如下图州三点为国际互联节点，网络拓扑结构

6、如下图 所示。所示。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.2.4 中国电信中国电信CHINANETCHINANET 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 高处理能力高处理能力: : 采用大容量采用大容量G G比特路由器；比特路由器； 高带宽高带宽: : 节点间的路由中继普遍由节点间的路由中继普遍由155155M M提升提升 至至2.52.5G G，国内总带宽达到国内总带宽达到800800G G； 高安全性高安全性: : 双节点备份双节点备份, , 全网状的网络结构，全网状的网络结构， 具备高疏通能力和安全可靠性具备高疏通能力和安全可靠性 宁波

7、上海 南京 沈阳 北京 西安 武汉 成都广州 省节点1 省节点2 n*2.5G Edge Layer n*2.5G n*2.5G 城市1 国际出口国际出口 带宽带宽3G Core Layer 城市2 n*2.5G n*2.5G n*2.5G n*2.5G 国际国际20余家余家NSP， Uunet、Sprint，etc 拨号接入 服务器服务器 专线接入 局端用户接入设备局端用户接入设备 窄带用户接入窄带用户接入 PSTN/ISDN 服务器服务器 服务器服务器 IDC/数据中心数据中心 城域网城域网骨干网骨干网 用户用户/大楼大楼 宽带宽带用户接入用户接入 Cable/XDSL/FTTX 局端设备

8、局端设备 CHINANETCHINANET骨干网骨干网 核核心心层层区区域域层层接接入入层层 PSTN 局域网交换机 局域网交换机 骨干路由器 ATM交换机 接入交换机 DSLAM 拨号接入服务器 图例： 光纤 五类线或光纤 同轴线缆 Splitter Splitter Telephone ADSL Modem Dial Modem/NT CATV 光节点 分配器 机顶盒 Telephone Television 基地收发站 客户收发站 空中接口 客户端设备 Telephone Television HFC头端设备 ATM网 L LA AN N接接入入方方式式 A AD DS SL L接接入入

9、方方式式 电电话话拨拨号号/ /I IS SD DN N 接接入入方方式式 H HF FC C接接入入方方式式 L LM MD DS S接接入入方方式式 双绞线 双向放大器 局域网交换机 广覆盖广覆盖: 接入节点覆盖全国，所有有电话接入的地接入节点覆盖全国，所有有电话接入的地 方均能上网，实现普遍上网服务。方均能上网，实现普遍上网服务。 支持多种接入方式：支持多种接入方式： 窄带接入：窄带接入： 支持拨号、支持拨号、ISDN、简易终端等多种窄带接入方式简易终端等多种窄带接入方式 宽带接入宽带接入: 部分大中城市建设宽带城域网，采用部分大中城市建设宽带城域网，采用FTTX+LAN的技术，为商的技

10、术，为商 业、企业、小区住宅用户提供业、企业、小区住宅用户提供10-100M宽带接入；宽带接入； 在有业务需求的城市，建设在有业务需求的城市，建设ADSL接入系统，利用电话双绞线接入系统，利用电话双绞线 为普通用户提供为普通用户提供2-8M的接入带宽。的接入带宽。 1.2 节小结节小结 广域网络的关键技术：广域网络的关键技术： 层次结构层次结构 网络拓扑结构网络拓扑结构 通信传输技术通信传输技术 路由选择方法 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.3 1.3.1 应用层网络概念应用层网络概念 1.3.2 弹性覆盖网络弹性覆盖网络 1.3.3 服务覆盖网络服务覆盖网络

11、1.3.4 P2P网络网络 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.3.1 应 用 层 网 络 又 称 为 覆 盖 网 络 或 重 叠 网 络应 用 层 网 络 又 称 为 覆 盖 网 络 或 重 叠 网 络 (Overlay Network)，就是在现有的就是在现有的Internet传传 输网络上面构建一个完全位于应用层的网络系输网络上面构建一个完全位于应用层的网络系 统。见下页图。统。见下页图。 覆盖的意思就是在一个或者多个已存在的网络覆盖的意思就是在一个或者多个已存在的网络 之上，覆盖上另一层更抽象的网络，增加额外之上，覆盖上另一层更抽象的网络，增加额外 的虚拟层

12、次，使不同的网络间能够实现互联和的虚拟层次，使不同的网络间能够实现互联和 资源共享。资源共享。 可以把应用层网络看成是一个基于可以把应用层网络看成是一个基于Internet的的 大规模、分布式应用，它必须借助网络层的一大规模、分布式应用，它必须借助网络层的一 些技术来进行成员之间的寻址和选路。些技术来进行成员之间的寻址和选路。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.3.1 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 应用层位于应用层位于Internet层次层次 结构的最高层，利用下面结构的最高层，利用下面 层次的传输服务来完成应层次的传输服务来完成应

13、用功能，如用功能，如Web浏览、电浏览、电 子邮件、子邮件、FTP等。等。 随着应用的模式越来越复随着应用的模式越来越复 杂，这种只依赖于下层传杂，这种只依赖于下层传 输的应用层已不能满足需输的应用层已不能满足需 要。要。 例如例如P2P网络可以有数千台计算机构成统一的服务器，网络可以有数千台计算机构成统一的服务器， 为用户提供文件下载等服务。其中的计算机或对等体需为用户提供文件下载等服务。其中的计算机或对等体需 要自己完成服务器发现，并选择到其它对等体的路由。要自己完成服务器发现，并选择到其它对等体的路由。 因此，需要构成覆盖网络。因此，需要构成覆盖网络。 Overlay Network r

14、outing table peer 1 Internet: Supporting Netork A Generic Topological Model of P2P Systems routing and locating algorithm Data Storage Data Cache routing table peer 2 routing and locating algorithm Data Storage Data Cache routing table peer n routing and locating algorithm Data Storage Data Cache 弹性

15、覆盖网络弹性覆盖网络(Resilient Overlay Network)的主的主 要目的是提高网络中两主机间通路的健壮性和要目的是提高网络中两主机间通路的健壮性和 可用性，可使分布式应用检测到路径失效和性可用性，可使分布式应用检测到路径失效和性 能下降现象，并能够快速恢复。能下降现象，并能够快速恢复。 路径和路由选择可以和应用紧密集成；可以采路径和路由选择可以和应用紧密集成；可以采 用灵活的策略路由。用灵活的策略路由。 RON节点定期节点定期(可以定义时间间隔可以定义时间间隔)检查它和其检查它和其 他节点间的他节点间的Internet网络通路的情况，把测量网络通路的情况，把测量 到的性能参数

16、存到性能数据表中，用来进行路到的性能参数存到性能数据表中，用来进行路 由选择。由选择。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 两个两个RON节点间的节点间的Internet路径称为虚拟链路，路径称为虚拟链路， 每个每个RON节点都参与一个分布式路由协议来交节点都参与一个分布式路由协议来交 换各种链路信息，以构建整个覆盖网络的拓扑换各种链路信息，以构建整个覆盖网络的拓扑 结构。结构。 通过通过RON进行通信的应用程序称为进行通信的应用程序称为RON客户客户 程序，程序，RON的设计目标主要就是为的设计目标主要就是为RON客户客户 程序提供更可靠的程序提供更可靠的IP数据包传

17、输机制。数据包传输机制。 RON节点的节点的Forwarder提供数据包的转发功能，提供数据包的转发功能， RON Router实现路由协议。实现路由协议。 由于由于RON网络规模远远小于网络规模远远小于Internet，RON可可 以维护多条路径信息，并选择最合适的路径。以维护多条路径信息，并选择最合适的路径。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 实现方法：实现方法： Measure all inter-node paths Exchange routing information Route along b

18、est path Application-specific routing tables Policy routing module 1.3.3 服务覆盖网络服务覆盖网络(Service Overlay Network)用于用于 在现有的在现有的Internet上提供端到端的服务质量上提供端到端的服务质量 (QoS)保证保证，以便于以便于VoIP、视频点播等视频点播等 Internet增值服务的推广应用。增值服务的推广应用。 SON通过双边的服务等级合约通过双边的服务等级合约SLA，从各个从各个 ISP处购买需要满足一定处购买需要满足一定QoS的带宽，并以这的带宽，并以这 种方式在现有种方式在

19、现有Internet上构建一个端到端的应上构建一个端到端的应 用层网络，提供增值服务。用层网络，提供增值服务。 用户可以直接向用户可以直接向SON的服务商付费来使用相的服务商付费来使用相 关的服务。关的服务。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.3.3 SON实际上把实际上把RON模型推广到更加通用的情模型推广到更加通用的情 况。况。 SON通过通过服务网关服务网关相互连接，服务网关提供相互连接，服务网关提供 面向特定服务的数据转发和控制功能。面向特定服务的数据转发和控制功能。 两个服务网关之间的逻辑连接由底层的两个服务网关之间的逻辑连接由底层的ISP提提 供，并且

20、满足带宽和其它供，并且满足带宽和其它QoS 保证。保证。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.3.3 这些服务质量保证通过这些服务质量保证通过SON和网络运营和网络运营 商之间的双边商之间的双边SLA做出规定。做出规定。 通过这种方式，可以绕过通过这种方式，可以绕过ISP之间的对之间的对 接点，从而避免由此带来的性能问题。接点，从而避免由此带来的性能问题。 通过双边双边SLA，SON可以为用户提供具可以为用户提供具 有服务质量保证的端到端服务。有服务质量保证的端到端服务。 SON的体系结构如下图所示。的体系结构如下图所示。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广

21、域网络：第1章章 1.3.4 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 什么是什么是P2P (Peer-to-Peer)网络网络? 对等对等(网络，计算网络，计算)；端到端；端到端 通过在系统之间通过在系统之间直接交换直接交换来来共享计算机资源和共享计算机资源和 服务服务的一种应用模式。的一种应用模式。 以非集中方式使用分布式以非集中方式使用分布式资源资源来完成来完成关键任务关键任务 的一类系统和应用。的一类系统和应用。 资源资源包括计算能力、数据包括计算能力、数据(存储和内容存储和内容)、网、网 络带宽和场景络带宽和场景(计算机、人和其它资源计算机、人和其它资源)。 关键任

22、务关键任务可能是分布式计算、数据可能是分布式计算、数据/内容共享，内容共享， 通信和协同、或平台服务。通信和协同、或平台服务。 Firewall 因特网洲际主干因特网洲际主干 洲际主干洲际主干 ISP 消费者用户消费者用户 第三方内容第三方内容 Web 服务器服务器 应用服务器应用服务器 因特网主干因特网主干 地区网络地区网络 企业网提供商企业网提供商 ISP 本地本地 ISP T1 社团用户社团用户 社团网络社团网络 数据库数据库 消费者用户消费者用户 PeerPeer PeerPeer PeerPeer PeerPeer 专业提供商专业提供商 1.3.4 在这样的系统中，数据被保存在用户的

23、计算在这样的系统中，数据被保存在用户的计算 机中机中(称之对等节点，称之对等节点，Peer)，而不象客户而不象客户/服务服务 器模式那样把数据存放在集中的服务器上。器模式那样把数据存放在集中的服务器上。 典型位置：因特网边界或典型位置：因特网边界或ad-hoc网内。网内。 近年来，象近年来，象Napster 和和Gnutella这样的文件共这样的文件共 享软件在享软件在Internet上迅速传播。上迅速传播。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 Linux TCP/IP Bluetooth HTTP TCP/IP TCP/IP XP P2PP2P 网网 络络 的的 基基

24、 本本 构构 成成 P2P系统的分类系统的分类 平台平台协同协同文件共享文件共享分布式计算分布式计算 P2PP2P系统系统 SETIhomeSETIhome AvbakiAvbaki, , EntropiaEntropia NapsterNapster GnutellaGnutella FreenetFreenet PubliusPublius Free HavenFree Haven MagiMagi GrooveGroove JabberJabber JXTAJXTA .NET.NET . .NETNETMyServicesMyServices 1.3 节小结节小结 应用层网络的特点：应用

25、层网络的特点： 应用层网络或覆盖网络就是在现有的应用层网络或覆盖网络就是在现有的 Internet网络上构建一个完全位于应用层的网网络上构建一个完全位于应用层的网 络系统。络系统。 覆盖网络借助网络层的技术来进行成员之间覆盖网络借助网络层的技术来进行成员之间 的寻址和选路，有自己的网络拓扑结构。的寻址和选路，有自己的网络拓扑结构。 由于由于覆盖网络的规模远远小于覆盖网络的规模远远小于Internet，可可 以维护多条路径信息，并根据客户程序的需以维护多条路径信息，并根据客户程序的需 要选择最合适的路径，从而提高应用的性能。要选择最合适的路径，从而提高应用的性能。 常见的应用层网络有：常见的应用

26、层网络有：P2P网络、应用层组网络、应用层组 播和内容分发网络。播和内容分发网络。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.4 1.4.1 网络规划设计的四个阶段网络规划设计的四个阶段 1.4.2 网络规划设计的基本问题和步骤网络规划设计的基本问题和步骤 1.4.3 网络规划设计技术原则网络规划设计技术原则 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 什么是设计：什么是设计： 需要考虑的问题：建设目标需要考虑的问题：建设目标(用户需求、系统用户需求、系统 规范规范)，资源、约束条件、技术，做出决策，资源、约束条件、技术，做出决策， 提出解决方案。提出解决

27、方案。 规划与设计的重点：规划与设计的重点：网络通信技术网络通信技术(通信线路通信线路) 选择，选择，网络拓扑结构设计网络拓扑结构设计。 设计方法：通常采用结构化方法、模块化设设计方法：通常采用结构化方法、模块化设 计。计。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.4.1 1.4.1 网络规划设计的四个阶段网络规划设计的四个阶段 设计过程：设计过程： 下图说明了计算机网络的设计过程图说明了计算机网络的设计过程: 根据以下因素确定网络建设目标：网络用户情况，服根据以下因素确定网络建设目标：网络用户情况，服 务功能要求，与现有通信系统的关系，性能要求，可务功能要求，与现有通

28、信系统的关系，性能要求，可 靠性要求，生命周期，网络管理模式，单位组织结构靠性要求，生命周期，网络管理模式，单位组织结构 对网络的影响，预算资金。对网络的影响，预算资金。 定义服务水平，对服务水平的评价方法达成共识，即测定义服务水平，对服务水平的评价方法达成共识，即测 量何种服务指标，如高性能、安全可靠，以及如何测量何种服务指标，如高性能、安全可靠，以及如何测 量服务水平。量服务水平。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.4.1 1.4.1 网络规划设计的四个阶段网络规划设计的四个阶段 对网络建设目达成共识对网络建设目达成共识 收集设计信息收集设计信息 提出设计方案

29、建议提出设计方案建议 是否考虑了所有合理建议是否考虑了所有合理建议 初步方案选择初步方案选择 方案评估方案评估 设计过程：设计过程： 计算机网络的设计过程计算机网络的设计过程(续续): 收集有关信息，包括：可利用资源收集有关信息，包括：可利用资源(如通信线如通信线 路路)，网络站点分布，通信量，通信类型，预，网络站点分布，通信量，通信类型，预 期增长，性能目标，可靠性目标，约束条件等。期增长，性能目标，可靠性目标，约束条件等。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.4.1 1.4.1 网络规划设计的四个阶段网络规划设计的四个阶段 1.4.1 1.4.1 网络规划设计的

30、四个阶段网络规划设计的四个阶段 在规划与设计复杂的计算机网络时，应该全面在规划与设计复杂的计算机网络时，应该全面 地考虑网络建设目标、现有的条件、新的系统地考虑网络建设目标、现有的条件、新的系统 需求、可利用的通信资源以及经费、人力、物需求、可利用的通信资源以及经费、人力、物 力等条件，规划设计过程可分为四个阶段力等条件，规划设计过程可分为四个阶段: (1) 用户需求分析：网络需要满足哪些要求；用户需求分析：网络需要满足哪些要求； (2) 初步设计；初步设计； (3) 管理层评审管理层评审； (4) 最终设计。最终设计。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.4.2

31、网络规划设计的基本问题和步骤网络规划设计的基本问题和步骤 基本问题：为了实现网络规划与设计的基本问题：为了实现网络规划与设计的 最终目标，根据建设目标和用户需求给最终目标，根据建设目标和用户需求给 出网络系统总体设计、设备配置、施工出网络系统总体设计、设备配置、施工 方案，需要考虑下列问题方案，需要考虑下列问题: (1) 网络功能描述与设计原则，网络功能描述与设计原则， (2) 网络体系结构选择；网络体系结构选择； (3) 网络拓扑结构设计与通信技术选择网络拓扑结构设计与通信技术选择； (4) 网络互联与节点接入方式；网络互联与节点接入方式； 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：

32、第1章章 基本问题基本问题(续续)： (5) 路由选择方法与地址分配；路由选择方法与地址分配； (6) 网络管理、网络安全与计费的要求与系统选择，网络管理、网络安全与计费的要求与系统选择， (7) 网络应用软件与系统的选择，网络应用软件与系统的选择， (8) 网络设备选型与订货，包括布线，网络设备选型与订货，包括布线， (9) 设备配置与施工方案设备配置与施工方案(通信线路、机房环境、布通信线路、机房环境、布 线、电源等线、电源等)。 远程数据通信与广域网络：第远程数据通信与广域网络：第1章章 1.4.2 网络规划设计的基本问题和步骤网络规划设计的基本问题和步骤 网络初步规划设计步骤：网络初步规划设计步骤： (1) 功能设计：分析系统需求、现有条件和可利用功能设计：分析系统需求、现有条件和可利用 的资源，给出网络功能设计说明和可行性分的资源，给出网络功能设计说明和可行性分 析；析； (2) 总体设计：选择网络体系结构和通信线路，进总体设计：选择网络体系结构和通信线路，进 行网络总体拓扑结构设计；行网络总体拓扑结构设计； (3) 网络技术细节考虑：具体考虑网络互联、路由网络技术细节考虑：具体考虑网络互联、路由 选择、地址分配、网络管理系统、网络应用选择、地址分配、网络管理系统、网络应用 软