通信网理论基础nettheory02

第二章通信网业务与承载2.1定址、寻址及多址2.2信息封装与分组化2.3端到端断言2.4业务承载质量2.5网络资源复用第二章

通信网业务与承载邮政地址和邮政编码南京市广东路38号456信箱，210003CampusBox456,38,GuangdongRd,Nanjing210003,PRCHINA电话号码86-25-8349-2617IPv4地址、MAC地址2010-78-D2-98-28-5EURL/URIwangwn@对象类名地址类型NamespacescitedbywikipediaIPv4使用32位（4字节）地址，因此地址空间中只有4,294,967,296（232）个地址。私有网络（约18百万个地址）和多播地址（约270百万个地址），所以全球可分配40亿个地址。IPv4地址空间/micro-reading/fortune/2013-06-18/content_9339744.htmlCIDR分配RangeDescriptionReference/8Currentnetwork(onlyvalidassourceaddress)RFC5735/8PrivatenetworkRFC1918/10SharedAddressSpaceRFC6598/8LoopbackRFC5735/16Link-localRFC3927/12PrivatenetworkRFC1918/24IETFProtocolAssignmentsRFC5735/24TEST-NET-1,documentationandexamplesRFC5735/24IPv6toIPv4relayRFC3068/16PrivatenetworkRFC1918/15NetworkbenchmarktestsRFC2544/24TEST-NET-2,documentationandexamplesRFC5737/24TEST-NET-3,documentationandexamplesRFC5737/4IPmulticast(formerClassDnetwork)RFC5771/4Reserved(formerClassEnetwork)RFC170055BroadcastRFC919单播单一地址标识出单一目标节点多播单一源发出的分组送到到一组目标节点广播单一消息发送到所有接受节点寻址类型CIDR寻址IPAddress:IPMask:0000110000000100000000000000000011111111111111100000000000000000AddressMaskforhostsNetworkPrefixWrittenas/159LongestPrefixMatchIP路由器查找转发表或路由表IP前缀与出口之间的映射关系适用于单播路由分组只有一个目标地址路由器查表，得到匹配项最长前缀的表项及出口关键问题:快速查找/8/17/21/23/247目标地址转发表Serial0/0.1出口链路最简算法性能最差每次转发需遍历所有表项以便查到匹配项涉及前缀掩码长短的处理保留所有匹配项，以便比较出LPM处理开销正比于转发表的大小当前状况下，表项数约为150,000-200,000!而路由器数纳秒收到一个分组即，未查到出口，新分组已到达线速转发需要高性能算法硬加速PatriciaTree前缀按树结构存储一位比特对应一级树节点中间节点可对应到有效前缀即，中间节点可保存下一跳接口信息处理分组时接目标地址遍历树达到LPM时停止查找0100101110010100*0*11*32层SDMA(空分多址)POTS的用户环路FDMA(频分多址)xDSL的DMTTDMA(固定时分多址)E1/T1等TDMCDMA(码分多址)3G的二个标准RMA(随机多址)AlohaCSMA(载波侦听多址)WithCD(冲突检测)WithCA(冲突避免)多址（接入）类型Prob.局所分布Prob.冲突控制POTS用户环路示例局所规划的经验方法RMA:AlohaABCABABCase1:Case2:ttAloha最大吞吐性能ABABG=lambda×TTf(0)=exp(-G)S=f(0)×f(1)=G×exp(-2G)f(1)=G×exp(-G)dS/dG=exp(-2G)–2G×exp(-2G)=0Gmax=1/2所以,Smax=1/2e=18.4%CSMAABBCSNoCS等待时长~64B51.2usSmax>37%专利图2.1定址、寻址及多址2.2信息封装与分组化2.3端到端断言2.4业务承载质量2.5网络资源复用第二章

通信网业务与承载TDM封装和STDM封装Prob.2帧长ExforATM1)64BbyUSA2)32BbyFRA3)48(+5)Prob.1同步T1:1544kb/sE1:2048kb/s2.1定址、寻址及多址2.2信息封装与分组化2.3端到端断言2.4业务承载质量2.5网络资源复用第二章

通信网业务与承载端到端传送功能的分布AEFCDB23641113路由选择：离不开中间节点差错控制：可以放在中间节点安全控制：不宜放在中间节点Saltzer,J.H.,D.P.Reed,andD.D.Clark.End-to-EndArgumentsinSystemDesign.ACMTransactionsonComputerSystems.1984,2(4):277-288.[被引用2345次，201402；2011IF：1.793][对比Thescientificapproachtocancercontrol.CA:ACancerJournalforClinicians,1984,34(6):328-332.被引用78次，2012IF：101.78]P2P差错控制AFC21p:正确概率，1-p:出错概率<n>=p+2(1-p)p+3(1-p)2p…=1/pp(1-p)p

如何得到等比数列计算I(x)=1+x+x2

…xI(x)=1+x+x2

…-1(1-x)I(x)=1I(x)=1/(1-x)I’(x)=1/(1-x)2=1+2x+3x2

…<n>=p+2(1-p)p+3(1-p)2p…=p×I’(1-p)=p×1/[1-(1-p)]2=1/pE2E差错控制AFCtt传输延时<T>=2t<n>=2t/p二段链路E2Eq=p2:正确概率，1-q=1-p2:出错概率<T>=2t/p2

>2t/p,对于所有p<1k段链路E2Eq=pk:正确概率考虑重传请求的P2PAFC<T/2>=t×p+(2+1)t×(1-p)p+(4+1)t×(1-p)2p…=t×p+t×(1-p)p+t×(1-p)2p…+

2t{(1-p)p+2(1-p)2p…}=t×p×I(1-p)+2t×(1-p)p×I‘(1-p)=t+2t×(1-p)/p

=t(2-p)/pp(1-p)p

I(x)=1+x+x2

…xI(x)=1+x+x2

…-1(1-x)I(x)=1I(x)=1/(1-x)I’(x)=1/(1-x)2=1+2x+3x2

…考虑重传请求的E2EAFCp(1-p)p

<TP2P>=2t(2-p)/p<TE2E>=2t(2-p2)/p2

<TE2E>-<TP2P>=2t[(2-p2)-(2p-p2)]/p2

=4t(1-p)/p2

>0重传控制处理时间AFC<TP2P>=k(t0+th)(2-p)/p<TE2E>=(kt0+th)(2-pk)/pk

p(1-p)p

<TE2E>-<TP2P>~(k-1)[2kt0(1-p)-th)]t=t0+tht=kt0+th跳数：k1-p<<1若：th>RTT×(1-p)重传控制的适用范围AFCt=t0+tht=kt0+th跳数：kc=300,000km/s=>d~100msforHRP27,500km~100ms(HRP)27,500m~100us(LAN)27.5m~100ns(HAN)2.75cm~100ps(IC)384,400km~1.28s(地月)th>RTT×(1-p)E2E适用条件：th>200us,HRP200ns,LAN2.56ms,地月1-p＝10-3重传业务量返回AFC<SP2P>=s0+s0(1-p)+s0(1-p)2+…=s0/p<SE2E>=s0/p2p(1-p)跳数：2p2分组数：SP2P分组数：SP2P分组数：s0重传的业务量强度AFC<SP2P>=s0+s0(1-p)+s0(1-p)2+…=s0/p<SE2E>=s0/p2p(1-p)跳数：2p2分组数：SP2P分组数：SE2E分组数：s0<TP2P>=2t/p<TE2E>=2t/p2

<TP2P>=2t(2-p)/p<TE2E>=2t(2-p2)/p2

路由选择，安排在中间节点，形成IP链路控制，安排在所有节点，形成网络接口传输控制，安排在终端节点，形成TCP应用接口，当然也在终端节点，形成应用层协议E2E必然结果E2E的难解问题WebBrowserWebServerHTTP/HTTPS客户端：对于服务器端HTML内容

未发生更新的内容缓存服务器端：对于客户端经常访问的

内容存在缓存CDN解决方案其他类似问题：NAT、6to4、HIP/LSIP、Firewall在网络中间节点部署应用缓存功能，形成独立的BOXClassicalNetworkAppliance

ApproachBRASFirewallDPICDNTester/QoEmonitorWANAccelerationMessageRouterRadio/FixedAccessNetworkNodesCarrier

GradeNATSessionBorderControllerPERouterSGSN/GGSNFragmented,purpose-builthardware.Physicalinstallperappliancepersite.Hardwaredevelopmentlargebarriertoentryfornewvendors,constraininginnovation&competition.NetworkFunctionsVirtualisationApproachHighvolumeEthernetswitchesHighvolumestandardserversHighvolumestandardstorageOrchestrated,automatic&remoteinstall.Competitive&InnovativeOpenEcosystemIndependentSoftwareVendors2个CDN部署实例2.1定址、寻址及多址2.2信息封装与分组化2.3端到端断言2.4业务承载质量2.5网络资源复用第二章

通信网业务与承载时间透明的保障AEFCDB23641113传波时间：受制于跳数和单跳路径长度处理时间：受制于跳数和单跳处理能力排队时间：受制于数据流的业务量强度排队时间和上溢AFCpN1211-pq(n)：缓冲区有n个分组的概率w(n)：第n个分组等待发送的时间q(N)：新到分组被丢弃的概率需要E2E控制优先排队AEFCDB23641113HPQLPQ调度分类EAC优先排队调度HPQLPQ调度分类EATCCACRSVP，ResourceReservationProtocolRSVP