电子科大计算机网络体系

AdvancedNetworks〔I〕

PrincipleandArchitecture主讲毛玉明：教授李龙江：副教授(第二学期)通信与信息工程学院欢送各位新同学课程介绍从我们熟悉的网络层次结构开始定义网络功能的分层结构电子科技大学—通信与信息工程学院2应用层会话层表示层传送层网络层链路层物理层OSI层次模型驱动bit信号在信道上传输传输有确定意义的数据单元应用层传送层网络层物理网在网络结构中传递数据单元在端系统间传递数据信息各种各样的网络应用管理、协调应用层通信应用层通信信息表示TCP/IP层次模型L1L2L3L4L5L6L7L3L4L7传输介质层功能传输介质包含在物理网中层次的不同看法TCP/IP用物理网取代L1和L2有什么道理？TCP/IP将L5和L6归并到L7出于什么理由？电子科技大学—通信与信息工程学院3通信模型的看法再看看基于层次结构的通信模型电子科技大学—通信与信息工程学院4应用层会话层表示层传送层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层应用层会话层表示层传送层网络层链路层物理层传输介质传输介质传输介质中间系统中间系统描述了数据经过传输介质和中间系统实现端到端的传输过程传送层统一、无差异地传递数据信息通信模型的看法TCP/IP的通信模型是什么样的？这两个通信模型有什么差异？这些差异能给我们什么启示呢？电子科技大学—通信与信息工程学院5TCP/IP层次通信模型电子科技大学—通信与信息工程学院6传送层网络层网络层网络层传送层网络层物理网物理网物理网应用层应用层物理网取代L1和L2，涵盖了更广泛的内容：1、退化为OSI模型的L1、L2和传输介质2、物理网涵盖:通信系统、或通信网络，甚至可以是TCP/IP网络3、物理网具备更灵活多样的组网和通信能力，不同于简单的传输介质更深入的含义涵盖更多的内容网络层：物理网之间的“网关〞物理网比传输介质更具备通信灵活性，“组网结构〞不仅仅只是传输介质(信道)连接的拓扑结构多个物理网在网络层上实现更大的组网，“互联网〞。。。电子科技大学—通信与信息工程学院7物理网物理网物理网物理网网络层网络层网络层网络层网络层网络层跨接在物理网间的网络层网络层网络层互联网结构示意图物理网可以是：传输介质及L1+L2通信系统，如光纤通信系统，卫星通信，微波通信，…传输网络，如网、移动通信网、光通信网，…通信网络，WAN/MAN/LAN/WLAN/PAN,还可以是TCP/IP等电子科技大学—通信与信息工程学院8物理网物理网物理网物理网L567的合并会话管理、信息表示、信息应用合并的原因是什么？电子科技大学—通信与信息工程学院9给我们的启示L1、L2合并成物理网，展宽了内涵包含更多的通信系统组网结构含义更广那么，合并更多层次是否更好？下一代网络—基于高速分组交换网络P2P应用—基于端到端传输构建“信息通信〞各种“云〞—模糊了“端〞的概念电子科技大学—通信与信息工程学院10给我们的启示网络的功能层次电子科技大学—通信与信息工程学院11数据通信数据网络信息通信信息应用L1、L2从数字通信到数据通信L3L4L7从端—端通信延伸到信息网络数据通信网络，还未上升到信息层面信息网络到信息应用，可能包括L4网络的开展趋势ITICT:信息通信技术电子科技大学—通信与信息工程学院12数据通信数据网络信息通信信息应用结合成一个整体，形成网络的通信根底设施“分组交换网〞无线正成为“数据通信〞中接入的主力军从传统的端—端通信，演进到“信息网络系统〞信息效劳从独立“单点〞进入到“群体结构〞学习和掌握网络的知识需要回到网络的根本组成元素层次的功能划分整体与局部的关系协议体系协议栈组成结构、协议原理网络通信中继、互联、路由信息网络的内容留给大家去创新开展电子科技大学—通信与信息工程学院13网络开展创新起点网络的开展和创新少量在成熟协议上的改进主要的开展创新是增添新的协议(图中的虚框)电子科技大学—通信与信息工程学院14IPv4FTPTCPMACPhyUDPWWWEmailDNSTCP/IP协议栈协议栈的层次结构为我们提供了开展创新的大平台协议栈结构的扩展性为我们留出了开展创新的大空间需要掌握协议栈构成原理、协议原理电子科技大学—通信与信息工程学院15什么是体系结构？体系结构计算机体系结构、软件体系结构、网络体系结构ARM体系结构、冯诺依曼体系结构、Office体系结构一些体系结构的定义一组部件以及部件之间的联系(计算机)构件(处理、数据、连接)的集合及相互关系(软件)。抵抗外部作用的构件组成方式(建筑)体系结构的含义企图包含目标对象各方面内容的抽象定义“体系结构〞本身就是模糊的、泛指的东西。“XXX体系结构〞往往都会出现多个定义、各自从不同的角度去描述系统没有哪个系统有公认的体系结构的定义电子科技大学—通信与信息工程学院16什么是网络体系结构？一些关于网络体系结构的描述1、网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准2、网络体系结构是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的3、网络体系结构是计算机网络层次模型和各层协议的集合4、网络体系结构是网络的完整集合分配函数、对等端协议和垂直的接口的层构成的结构关于网络体系结构3和4：层次与协议的集合1和2：隐含有层次与协议，还有一些方法论的内容电子科技大学—通信与信息工程学院17网络体系结构的一些方面横向、纵向MPLS异构网络网络边缘网络接入网络互联纵向：设备的功能和动作配备横向：网络的整体行为。这涉及到网络各处的设备功能配置、动作协调IPv4ARPFTPTCPMACPhyUDPWWWEmailDNS电子科技大学—通信与信息工程学院18网络体系结构的更多内容网络功能结构接入网、会聚网、核心网移动通信(3G、LTE)ps域、移动互联网互联结构、路由结构地址结构：编址与寻址、地址与组网结构网际网、异构互联、。。。本地路由、区域路由、全局路由、。。。通信结构传输结构：点对点、多址访问、。。。交换结构：电路交换、分组交换、。。。。。。电子科技大学—通信与信息工程学院19网络实例1—网络设备以太网两层、共享结构、交换结构核心网络设备：以太网交换机MACPHY互联网底层网+TCP/IP协议栈子网互联结构核心网络设备：路由器底层网TCP/IP协议栈体系结构方面的一个小问题以太网交换机和路由器的差异是什么？仅从设备本身来解释，很容易陷入困境电子科技大学—通信与信息工程学院20接入网、会聚网、核心网网络实例2—网络功能结构ADSL3G/GPRSWLAN以太网接入网会聚网核心网ADSL3G/GPRSWLAN以太网体系结构方面用户接入、运营商提供效劳的不对等关系底层网TCP/IP协议栈底层网TCP/IP协议栈用户运营商对等？不对等？电子科技大学—通信与信息工程学院21网络实例3—WLAN组网结构三种不同的组网模式体系结构方面都采用了CSMA/CA协议，但相互不兼容！从协议本身，看不出有什么问题；只有从组网的角度才能看清不兼容的问题。AP模式组网有线网络AdHoc模式组网中继模式组网电子科技大学—通信与信息工程学院22网络实例4—通信(交换)结构三种典型交换技术IP(分组交换)、MPLS(标签交换)、ATM(信元交换)交换处理纵向方面横向方面IPMPLSATMIP分组MPLS帧ATM信元IPIP分组选择出口MPLSMPLS帧沿约定方向ATMATM信元沿约定方向电子科技大学—通信与信息工程学院23网络实例4—三网合一数据网、网、播送电视网统一到IP平台上因特网上，IP、听播送、视频、看电视等都有三网合一似乎没什么技术难度？三网合一有两个方面困难1、政策问题；2、体系结构问题体系结构问题因特网上的、TV等，都是局部、受限案例应该在IP网络平台上形成：系统、TV系统系统结构如何？IP网络该如何改造？。。。IP网络能否成网？电子科技大学—通信与信息工程学院24网络实例5—下一代网络人们对下一代网络抱有极大热情，但对其体系结构的认识仍旧模糊不清一般认为，下一代网络具有的一些特性分层的体系结构根底通信方式为分组交换能够搭载目前及今后的通信相关系统数据系统、系统、电视播送系统移动系统通信系统、多媒体系统、物联网系统、各种专网。。。能够方便接纳各种现存网络IPv4、IPv6、以太网、802系列网络、3G/4G等将IPv6定义为下一代网络显然不妥下一代网络的最关键问题到底该采用什么形式的体系结构电子科技大学—通信与信息工程学院25关于本课程课程目的为提升对网络的系统架构分析能力提供帮助课程的特点网络技术的归纳总结、形成一般性技术问题不是具体网络，而是网络的一般性原理以OSI模型为参考不讲解各个具体层次，讲层次间的结合模型和动作配合课程内容层次结构模型、协议原理、中继原理、路由原理、互联原理系列课程《网络体系结构》《局域网与城域网》《TCP/IP协议原理》电子科技大学—通信与信息工程学院26系列课程的相互关系应用层会话层表示层传送层网络层链路层物理层OSI层次模型应用层传送层网络层底层网TCP/IP层次模型《TCP/IP协议原理》基于OSI模型和根本原理网络、传送、应用的实现技术较少涉及物理网《局域网与城域网》基于OSI模型和根本原理底层网通信、组网实现技术不涉及上层结构《网络体系结构》网络的理论模型、总体技术网络层次、协议、功能结构较少涉及实现技术电子科技大学—通信与信息工程学院27参考教材《计算机网络》〔中文〕《ComputerNetworks》〔English〕其它网络书籍电子科技大学—通信与信息工程学院28课程说明—需具备的知识根底网络根本概念层次结构、通信协议、路由等根本概念网络工作原理与根本功能数据通信原理数字传输原理、传输系统PDU传输技术软件技术根底C语言、数据结构、软件流程信息表示、协议描述与实现操作系统原理多进程/多线程/多任务，并发操作网络协议栈、协议功能结构电子科技大学—通信与信息工程学院29课程内容安排网络根底介绍网络根本工作原理与根本功能网络结构模型层次结构、协议结构、功能结构网络协议原理协议功能、算法、描述、实现中继原理中继功能、特性、算法互联原理网间互联技术、互联结构、互联技术路由原理路由类型、路由算法与协议电子科技大学—通信与信息工程学院30网络根底网络层次结构与各层的功能数据通信技术与通信系统网络拓扑结构数据交换技术内容简介电子科技大学—通信与信息工程学院31网络结构模型横向与纵向角度来看网络的层次结构纵向描述：层次结构与协议栈层间接口模型网络设备横向描述：网络通信模型通信协议与功能网络互联技术内容简介电子科技大学—通信与信息工程学院32网络结构模型结构模型描述层功能/层间接口/层间效劳层协议/对等协议同一层次中的协议约束关系PDU变迁内容简介PhyL2L3PhyL2PhyL2PhyL2L3PhyL2PhyL2PhyL2L4PhyL2L3L4L3层间接口层间接口协议协议协议协议电子科技大学—通信与信息工程学院33网络结构模型纵向结构设备协议层次协议栈结构上下层协议的约束关系、组合关系内容简介PhyL2PhyL2PhyL2PhyL2PhyL2PhyL2L3L1设备PhyPhyPhyPhyL2PhyL2PhyL2L3L4PhyL2L3L4L7端设备L2设备L3设备高层设备电子科技大学—通信与信息工程学院34网络结构模型横向结构二层组网/三层组网/多层混合组网交换式网络网络通信方式与组网协议网络地址、编址、与寻址内容简介二层网络三层网络L2L1L2L1L3MPLS交换网络电子科技大学—通信与信息工程学院35协议原理协议功能要到达的目的使用的算法和采取的动作与对等实体交换的信息需求接口关系使用的效劳—使用下层提供的功能提供的效劳—提供本协议实现的功能信息交换信息表示对话规那么内容简介协议实体协议实体使用的效劳提供的效劳提供的效劳使用的效劳协议功能的补充或扩展为主协议增添新的功能(协议扩展)为主协议补充功能的缺乏协议原理电子科技大学—通信与信息工程学院36主协议主协议协议扩展协议扩展补充协议补充协议控制or参考控制or参考层间接口辅助接口电子科技大学—通信与信息工程学院37协议原理协议算法实现协议功能的理论方法算法的实现方法、步骤(操作、信息交换〕协议描述与对等协议信息交换的动作描述协议内部的操作描述Petri网描述时间图描述有限状态机描述内容简介电子科技大学—通信与信息工程学院38中继原理中继：网络设备的必备功能不同层次中继特性二层中继：网桥三层中继：网关/路由器高层中继：内容网关、应用网关中继功能桥接路由选择流量分配过滤(地址、内容、策略)通信质量保障。。。内容简介入处理出处理中继处理中继系统出处理电子科技大学—通信与信息工程学院39中继原理中继与协议协议外中继协议无中继功能不同协议间中继协议内中继协议本身具备中继功能中继方式基于地址的中继基于数据流的中继基于策略的中继PhyL2PhyL2PhyL2外中继内容简介PhyL2PhyL2PhyL2内中继L3电子科技大学—通信与信息工程学院40中继原理中继容量：单位时间内中继的最大报文数量基于软件处理的中继基于硬件处理的中继〔交换〕当前中继系统的难点：极大容量的中继系统信道传输能力急剧上升设备端口密度急剧增加中继系统结构内容简介软件中继硬件中继大容量中继电子科技大学—通信与信息工程学院41中继原理中继处理技术内容简介入处理分类处理出处理排队输出调度中继控制〔基于地址、数据流、策略〕电子科技大学—通信与信息工程学院42互连原理网络的归属问题将两个或多个网连接起来，成为了一个较大的网还是可相互通信的“独立的网络〞？你上校园网时，感觉你是校园网的一份子吗？专门针对你还是针对你所在的网？内容简介网A网B网C电子科技大学—通信与信息工程学院43互连原理互联的方式同种网之间的互联不同网之间的互联互联技术互联条件互联后各个网络扮演的角色互联引入的新问题互联拓扑结构网间流量分配网间路由技术内容简介MPLS边缘路由器如何把流量合理分配到三条信道上？不同网之间的互联相同网间的互联电子科技大学—通信与信息工程学院44路由原理路由的概念静态路由与动态路由小型网路由与大型网的路由最正确路由原理路由的根本特性路由的主要技术难题路由算法与路由协议DV算法原理与协议操作SPF算法原理与协议操作网间路由(边界路由)内容简介电子科技大学—通信与信息工程学院45练习工具—网络仿真系统opnet使用opnet工具的目的帮助我们体会和理解网络中的关键技术问题网络技术的课程实验一种基于有限状态机模型的仿真工具用图形化工具设计网络节点的协议层次模型用图形化工具设计协议的有限状态机用C语言设计动作细节opnet仿真系统提供图形化的协议层次编辑工具图形化的协议状态机编辑工具C语言编辑工具，用Visual-C++完成编译大量的系统模块和opnet系统调用，简化编程过程仿真数据记录工具，帮助分析仿真结果电子科技大学—通信与信息工程学院46Opnet—节点编辑工具节点组成处理器(协议)图标线条(通信方向)信道收发设备编辑完全的图形编辑拖放画线添加文本修改属性电子科技大学—通信与信息工程学院47Opnet—状态机编辑工具节点模型的每个处理器就是一个有限状态机状态机组成初始状态常规状态强制状态转移条件/处理函数编