第9章高级计算机网络技术1课件

《计算机网络技术》第九章高级计算机网络技术1整体概述THEFIRSTPARTOFTHEOVERALLOVERVIEW,PLEASESUMMARIZETHECONTENT第一部分2目录9.1新型网络体系结构9.2无线网络9.3应用层网络技术计算机网络技术3电子科大计算机学院，软件学院新型网络体系结构的特性能够高效完成网络通信处理控制，基本没有冗余的功能；能够支持各种QoS要求，特别是多媒体方面的支持；能够更好地支持网络安全的需要；具有良好的可扩展性，可以方便增加新的应用需求；计算机网络技术4电子科大计算机学院，软件学院9.1新型网络体系结构主动网络服务元网络体系结构其他网络体系结构计算机网络技术5电子科大计算机学院，软件学院9.1.1主动网络主动网络的体系结构主动节点和主动报文是构成主动网络的两个主要功能性实体，主动节点的结构以及主动报文的构成是主动网络体系结构的基础。从本质上讲，主动网络用携带程序代码的主动报文替代传统的IP报文，采用可编程的主动节点作为网络中间节点，打破了传统网络中间节点的封闭性，使得中间节点与终端节点一样具有可编程性。计算机网络技术6电子科大计算机学院，软件学院主动网络体系结构计算机网络技术7电子科大计算机学院，软件学院主动网络的特点可编程性如自纠错网络、自付帐系统、新协议的动态开发、安全的多播通信等。移动性主动网络能传输携带可执行代码的主动报文。可扩展性主动网络可以灵活地扩展网络功能，加速网络更新的步伐，实现从传统的面向供应商驱动的网络服务向面向用户驱动的网络服务转变。计算机网络技术8电子科大计算机学院，软件学院主动网络的实现方案可编程交换机方案可编程交换机方案的思想是保留现在的报文包格式，但是提供一个分离机制，用于将程序调入中间节点中。封装方案封装方案则改变了现有的报文格式。报文不仅仅包含数据，而且还包含了小程序段。小程序可以被主动网络的中间节点——路由器和交换机识别，并在中间节点上执行。计算机网络技术9电子科大计算机学院，软件学院9.1.2服务元网络体系结构服务元网络体系结构（ServiceUnitNetworkArchitecture，SUNA）是一种无层次网络体系结构，研究重点是如何合理地定义服务元（SU），如何有效地将各个服务元有效的整合起来提供网络服务。计算机网络技术10电子科大计算机学院，软件学院服务元能够提供服务而又隐藏内部细节的最小实体不接受服务，只（对应用层和整个网络）提供服务提供服务是通过服务数据单元(SDU)完成的服务元是服务数据单元的发送者（源）、接收者（目的）、转发者（递交）或变换者不再划分层次，其网络功能部件是SU计算机网络技术11电子科大计算机学院，软件学院SU启动服务的方式五类服务元模型计算机网络技术12电子科大计算机学院，软件学院一个SUNA节点模型应用群应用群是服务的接受者。包括基础应用（网络管理和域名解析）、典型应用（WWW、E-mail和FTP等）和一般应用。服务团队服务团队是SU集合，它除了向本节点应用群提供服务外，还能和其它节点的SU合作向整个网络或其它节点（的应用群）提供服务。计算机网络技术13电子科大计算机学院，软件学院服务元（续）服务团队相当于TCP/IP的网络接口层、IP层和传输层。基础应用、典型应用和主机的一般应用通常由主机处理。从操作系统的观点看，应用程序使用网络，通常采用系统调用（例如套接字）。为了实现不同要求的源端和目的端之间的通信要求，有些SU只在源端和目的端存在，执行端到端的网络功能。不同的网络节点为了完成不同的节点功能，需要不同集合的SU。计算机网络技术14电子科大计算机学院，软件学院服务元网络体系结构的优点由SU组合形成的网络系统逻辑简单、实现方便、高效无冗余、扩展性好、能够满足各种不同应用需求易于满足现代网络应用向网络系统提出的保障安全提高QoS和多媒体信息宽带传输等方面的新要求计算机网络技术15电子科大计算机学院，软件学院9.1.3其他网络体系结构应用级组帧和一体化层次处理

面向对象的网络

面向角色的网络体系结构

计算机网络技术16电子科大计算机学院，软件学院应用级组帧和一体化层次处理一体化层次处理(ILP)

是一个工程化设计原则。ILP认为计算机在进行网络协议数据处理时，处理器和存储器之间的数据传输过程将耗费很多时间，影响整个系统性能。ILP的要求是，在一次存储器读写的过程中，完成所有的数据处理操作，从而可以显著改善系统性能。计算机网络技术17电子科大计算机学院，软件学院面向对象的网络这种体系结构也称为模块化通信系统(MCS)。MCS由四个模型组成：对象模型描述了可以管理的各个功能模块，它们具有可组织性、扩展性、重用性。

系统模型将各个服务对象按照水平方向分为各个平面，在垂直方向分为各个功能层次，不同的层次完成不同的通信子功能。

通信模型用于管理用户的通信要求。计算机网络技术18电子科大计算机学院，软件学院面向对象的网络（续）组织模型用来提供组织服务，让应用程序定制自己独特的通信服务。

一个应用程序要求的服务能力可以分为三类：服务设施、QoS、服务模式。模型中的组织者根据应用程序的要求合理组织服务对象，完成网络通信要求。面向对象的MCS还使用了动态的层次观念。计算机网络技术19电子科大计算机学院，软件学院面向角色的网络体系结构基于角色网络体系结构(RBA)[35]没有使用协议层的概念，取而代之的是称为角色(role)的功能单元来组成通信系统。协议模块称为一个“角色(role)”。角色是对一个通信模块的功能性描述，如完成分组转发或处理等功能。角色也是一种抽象实体，它并未按层次来进行组织，因而角色之间的交互作用将比传统的协议层次要丰富得多。计算机网络技术20电子科大计算机学院，软件学院9.2无线网络无线网络有两种组网模式：基础设施模式和自组织模式。基础设施模式就是我们熟知的无线局域网和蜂窝网，其特点是网络中存在一个集中控制点——基站，它负责向与之关联的无线主机发送数据和从主机接收数据。无线主机必须和基站相关联才能访问网络的资源。在无线局域网中，基站就是常见的无线接入点AP，而蜂窝网的基站则是蜂窝塔。计算机网络技术21电子科大计算机学院，软件学院基础设施模式计算机网络技术22电子科大计算机学院，软件学院自组织模式在自组织模式的组网方式中，网络中没有基站这样的基础设施，无线主机本身必须提供路由、地址分配等服务。计算机网络技术23电子科大计算机学院，软件学院9.2.1自组织网络—AdHoc网络AdHoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统。网络中所有的节点地位平等，无需设置任何中心控制节点，具有很强的抗毁性。节点具有路由和转发的功能，当通信的源节点和目的节点不在通信范围之内时，可以通过中间节点转发进行通信，即数据包要经过多跳能到达目的地。AdHoc网络的节点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现网络的自动组织和运行。因此又被称为多跳无线网络(Multi-HopWirelessNetwork)、自组织网络(Self-organizedNetwork)或无固定基础设施的网络(InfrastructurelessNetwork)。计算机网络技术24电子科大计算机学院，软件学院AdHoc网络的特点自组性网络拓扑动态变化带宽限制和变化的链路容量多跳通信分布式运行节点能量受限有限的安全性计算机网络技术25电子科大计算机学院，软件学院AdHoc网络的主要应用场合军用通信分布式协作计算领域无线网状网络(Mesh)紧急和临时场合个人通信与其它通信系统的结合计算机网络技术26电子科大计算机学院，软件学院AdHoc网络技术研究重点媒体接入控制协议路由协议多播路由协议传输层协议安全机制服务质量计算机网络技术27电子科大计算机学院，软件学院AdHoc网络的新挑战无线链路质量预测困难；共享无线信道的带宽无法准确预测；分布式控制机制为服务质量保证带来挑战；网络的动态特性使得网络状态信息变化频繁，也使得路由的维护非常困难，导致服务质量保证路由失败。计算机网络技术28电子科大计算机学院，软件学院9.2.2无线传感器网络无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,WSN）是由大量廉价的、低功率的微型传感器通过无线通信方式组织成的一个多跳的、自组织的分布式网络系统，网络中的节点能够互相协作地监测、感知和处理网络覆盖区域内的多种环境信息并传送到远处的基站（BaseStation）进行进一步处理。由于无线传感器网络无需固定设备支撑，可以快速部署、同时具有易于组网、不受有线网络的约束等优点，将被广泛应用于灾难自救、医疗救护、环境检测、森林火险报警、台风或则火山监测等方面，特别是在未来军事领域中。计算机网络技术29电子科大计算机学院，软件学院无线传感器网络体系结构无线传感器网络包括传感器节点（sensornode）、汇节点（sinknode）和任务管理节点。计算机网络技术30电子科大计算机学院，软件学院无线传感器节点结构由微处理器或微控制器构成的处理器模块；用于无线通信的无线收发电路，即无线通信模块；将节点与物理世界联系起来，由一组传感器和数模器件构成的传感模块；给节点供电的能量供应模块。计算机网络技术31电子科大计算机学院，软件学院无线传感器节点结构(图）计算机网络技术32电子科大计算机学院，软件学院无线传感器网络的特点

节点资源有限能量资源有限通信能力有限计算能力和存储容量有限网络规模大与应用极为相关网络动态性强以数据为中心计算机网络技术33电子科大计算机学院，软件学院无线传感器网络的应用军事应用环境科学应用医疗健康智能家居交通监控与管理交通监控与管理计算机网络技术34电子科大计算机学院，软件学院无线3G网络无线3G网络的体系结构实际上和我们熟知的蜂窝网体系并没有什么不同，不同之处在于网络的通信标准，所谓3G，全称为3rdGeneration，就是指蜂窝网的第三代数字通信。3G的出现是为了满足人们对通过蜂窝网接入互联网速率的需求不断提高的结果。计算机网络技术35电子科大计算机学院，软件学院蜂窝通信标准1995年出现的第一代蜂窝通信标准（1G）是模拟FDMA通信标准，仅仅是为语音通信设计的。1996到1997年出现的第二代蜂窝通信标准（2G）如全球移动通信系统（GlobalSystemMobileCommunication，GSM）、IS-136TDMA等是数字通信标准。在这种形式下，国际标准化组织认识到必须开可同时适用于语音通信和数据通信（包括互联网接入）的发3G技术。计算机网络技术36电子科大计算机学院，软件学院3G标准3G标准与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。计算机网络技术37电子科大计算机学院，软件学院国际电信联盟(ITU)确定的全球四大3G标准

WCDMA（WidebandCDMA）基于GSM网发展出来的3G技术规范CDMA2000

由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMAMulti-Carrier。TD-SCDMA

时分同步CDMA（TimeDivision-SynchronousCDMA)是由中国独自制定的3G标准WiMAX

WiMAX的全名是微波存取全球互通(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，又称为802·16无线城域网。计算机网络技术38电子科大计算机学院，软件学院3G应用宽带上网视频通话手机电视手机音乐手机购物手机网游计算机网络技术39电子科大计算机学院，软件学院9.3应用层网络技术覆盖网络—Overlay网络对等网络—P2P网络应用层多播计算机网络技术40电子科大计算机学院，软件学院9.3.1覆盖网络—Overlay网络覆盖网络就是在现有的互联网上构建一个完全位于应用层的网络系统。它存在于因特网基础设施和应用程序之间。覆盖网络是分布在因特网上的一组提供服务的主机的集合，它们为一个或多个应用程序提供下层的基础设施。覆盖网络所采用的方式与目前因特网上的不同：由第三方运营和管理，不是当前因特网体系结构的一部分计算机网络技术41电子科大计算机学院，软件学院弹性覆盖网络（ResilientOverlayNetwork，RON）

弹性覆盖网络的设计目标

快速的失效检测和恢复路由和路径选择可以和应用紧密结合灵活地定义路由策略计算机网络技术42电子科大计算机学院，软件学院RON体系结构（图）计算机网络技术43电子科大计算机学院，软件学院弹性覆盖网络示例如图所示，4个RON节点形成一个覆盖网络，每个节点都能探测其余3个节点的虚链接状态，请注意RON节点之间的物理连接和在覆盖网络上的逻辑连接的区别，例如H2和H3之间物理上要通过B-A-C三个路由期，但是在应用层上它们却是直接相连的网络节点。节点将得到的最新的虚链接的状态信息保存在本地的一个性能数据库中，并以此作为路由选择的重要依据。计算机网络技术44电子科大计算机学院，软件学院弹性覆盖网络示例（图）计算机网络技术45电子科大计算机学院，软件学院9.3.2对等网络—P2P网络P2P网络能够很好地实现计算机资源和服务的共享，提高资源和服务的利用率，有利于资源和服务的低成本快速发布。在P2P技术的推动下，互联网将从现在的“信息位于网络中心”的模式逐渐向“信息位于网络边缘”的模式转变。在P2P网络中，网络依存于边缘化节点的主动协作，每个节点直接从其他节点而不是服务器的协作中受益；网络中节点同时担任服务器和客户机的角色；节点能够意识到其他节点的存在，并构成一个实际或者虚拟的群体。计算机网络技术46电子科大计算机学院，软件学院混合式P2P与分布式P2P一类是存在中心服务器的P2P网络结构，称为混合式P2P网络混合式P2P网络存在中心服务器，但和C/S体系结构不同，服务器提供认证和索引功能，节点通过服务器的认证和索引构成网络。服务器帮助节点间建立直接连接，连接建立后，服务器不对连接作任何控制。另一类则是是没有任何中心服务器的“纯粹”的P2P网络结构，称为分布式P2P网络分布式的P2P网络则不存在服务器，所有节点都是对等的关系，既能作为服务器提供服务，又能作为客户机向其它对等节点请求服务，因此网络的可扩展性好。计算机网络技术47电子科大计算机学院，软件学院P2P网络模型（图）计算机网络技术48电子科大计算机学院，软件学院P2P网络的特点没有服务器和客户端之分，网络中每个节点都具有相同的地位，既能够请求服务也能够提供服务，还可以具有路由器和高速缓存的功能。网络具有adhoc性质，节点可以随时加入网络，或者离开网络。网络上每个节点都能够利用其他节点的资源，包括信息，处理器，存储空间等，也需要为其他节点提供资源。基于内容的寻址方式。节点没有固定的地址。信息的发布具有随意性，没有集中的管理机制。计算机网络技术49电子科大计算机学院，软件学院P2P网络具有的主要优点资源的高利用率高容错性性能扩展性基于内容的寻址方式资源获取效率计算机网络技术50电子科大计算机学院，软件学院P2P网络存在的不足P2P网络允许节点随意加入和离开网络，这样虽然增加了网络的灵活性，却使得信息和资源的发布和获得具有很大的随意性和不稳定性。网络结构的不稳定也使得对网络的管理比较困难，随之而来的就是网络的安全性问题。P2P网络模型需要更加复杂的安全管理机制，以保证网络的健康。计算机网络技术51电子科大计算机学院，软件学院P2P应用主要的P2P网络技术应用

文件交换网格计算协同工作即时通讯电子商务搜索引擎其它计算机网络技术52电子科大计算机学院，软件学院9.3.3应用层多播IP多播没有得到广泛的使用的原因IP多播是在互联网“单播、尽力发送”的框架上进行扩展，路由器必须为每个多播组保存状态，扩展性不好；要求互联网上所有路由器都支持，这意味着要更换已部署的大部分路由器，成本太高，因此难以大规模推广；多播组维护困难，在多播组的加入、退出和管理方面开销较大；在安全和拥塞控制方面存在问题；难以计费，多播打破了传统的根据通过流量计费的机制，触及到不同部门的根本利益。计算机网络技术53电子科大计算机学院，软件学院基本概念由于IP多播得不到广泛传播，又加上人们想利用多播的许多优点，又不愿意改动互联网底层的设备和架构，于是应用层多播技术应运而生。应用层多播是一种在覆盖网络上实现多播的特殊多播方式，它的多播功能是由主机来实现的，多播数据的实际传输通过底层网络的单