新一代网络体系结构.ppt

计算机网络体系结构的发展,主讲:刘胜全 教授,目录,一、计算机网络与Internet二、全方位重新认识计算机网络体系结构的涵义三、新一代网络体系结构,一、计算机网络与Internet,在Tanenbaum教授编著的计算机网络一书中，把计算机网络定义为自治计算机(autonomous computers)的互联集合。这里自治计算机的含义是指在网络中，每台计算机的地位都是对等的，没有谁受谁控制的问题。,计算机网络的发展已经有了几十年的历史，发展到今天，最大的也是大家最熟悉的计算机网络就是Internet。Internet是人类历史发展中一个伟大的里程碑，它是未来信息高速公路的雏形，人类正由此进入一个前所未有的信息化社会。人们用各种名称来称呼Internet，如国际互联网络、因特网、交互网络、网际网等，它正在向全世界各大洲延伸和扩散，不断增添吸收新的网络成员，已经成为世界上覆盖面最广、规模最大、信息资源最丰富的计算机信息网络。Internet目前已经连接了全球240多个国家和地区，联网主机超过4亿台。在Internet的发展过程中，研究人员和技术人员协作解决了无数的技术问题，使之可以成功运行。实际上，在30年前，没有一个人敢设想Internet能够发展到这样大的规模，并且还能够成功运行。当然，Internet中仍然存在着许多还没有解决的问题，也不断地有新的问题出现。这也需要我们不断去研究，去尝试解决这些问题，推动Internet的发展。,随着INTERNET规模的扩大，传统网络体系结构的局限性越来越突出，如管理和 维护困难、新协议新业务部署较慢等。面对这些问题，以主动网络技术为代表的新一代网络体系结构应运而生。这些新型的网络体系结构将使得网络朝着自适应、动态、智能化的方向发展。,二、全方位重新认识计算机网络体系结构的涵义,当前计算机网络发展所面临的严峻现实,迫使我们不得不回过头来更加深刻地反思计算机网络体系结构的本质和内涵,以期为研究和建立满足下一代网络发展需求的新一代网络体系结构提供参考、借鉴和指导。然而,尽管“网络体系结构”是在计算机网络及其相关研究领域中几乎随处可见的高频用词,但这一名词至今仍然没有一个普遍认可的严格定义。,McCabe认为网络体系结构是设计和构造一个网络的艺术,Tanenbaum 认为网络体系结构是分层和协议的集合,Peterson等人认为网络体系结构是指导网络设计与实现的通用蓝图,而Clark 等人则认为网络体系结构是指导网络技术设计(尤其是协议、机制和算法的设计)的一组抽象设计原则等。,其中,Tanenbaum 的观点比较被广大的计算机网络研究人员所认同,一方面是因为OSI/RM 的设计思想和TCP/IP参考模型的协议实现对研究人员产生了根深蒂固的巨大影响,另一方面是因为谈论分层和协议这种“有形”的概念较容易被人们所接受。,综合考虑计算机网络的发展历史和现状,有学者认为对“网络体系结构”这一名词的全面理解和正确把握,必须注意到网络体系结构概念的如下六个方面涵义。,网络体系结构具有统领所有计算机网络研究的普适性,。概括起来,通用网络体系结构研究主要包括以下几方面的内容(字母A 代表aspect):A1)关于网络系统构成要素及功能的研究;A2)关于网络中命名、编址和路由的研究;A3)关于网络协议设计和构造方法的研究;A4)关于网络系统中的状态和功能部署位置的研究;A5)关于资源的管理、控制和分配的研究;A6)关于网络的功能、性能和管理的研究等。,网络体系结构具有针对某一特定计算机网络的特指性,网络体系结构也并不是一个完全空泛的概念,因为任何网络体系结构最终必然要落实到某一个具体的网络系统,才能使其具有现实的指导意义。由于各种特定计算机网络系统在需求目标和侧重点上的差异性,使得某一特定计算机网络系统所对应的具体网络体系结构,必然会在具有通用网络体系结构研究共性的同时,又具有其自身鲜明的特殊性(即个性),也即是说网络体系结构通常具有专门针对它所考虑的特定计算机网络系统的特指性。,如IBM 提出的系统网络体系结构SNA、DEC 提出的数据网络体系结构DNA、ISO 提出的开放系统互连OSI 参考模型、以及互联网所采用的TCP/IP 参考模型等。所有这些网络体系结构在研究背景、总体结构、层次划分、构成元素、组网形式、通信协议等方面都存在或多或少的差异。,网络体系结构具有区别于网络具体实现技术的抽象性,现实中人们对于网络体系结构在观念和指向上的差异性,可以从宏观和微观两个层次全面把握。宏观意义上的网络体系结构,是指针对某一特定网络系统的体系结构需求目标而提出的一系列具有指导意义的抽象设计原则及网络总体结构规约,一般它们比具体的网络实现技术更抽象、更通用和更长效。而微观意义上的网络体系结构,则比较注重特定网络系统的某些部分或某些方面,它一般从子系统的整体入手,规定其中各个组成部分以及各部分之间的逻辑关系等。关于特定具体网络系统完整意义上的网络体系结构,必然是其宏观网络体系结构和微观网络体系结构的统一。,网络体系结构具有从需求目标开始前后连贯的过程性,任一特定具体网络系统都将首先考虑并确定其特定的需求目标,然后由这些需求目标导引出若干与之相适应的网络体系结构设计原则(此即宏观意义上的网络体结构),最后在这些网络体系结构设计原则的指导之下进行具体的网络体系结构设计、实现以及演化发展(通常,制定和颁布相应的网络体系结构规范和技术标准等就在这一阶段)等。,网络体系结构是一个时刻处在不断演化中的发展概念,计算机网络所处的环境、所面临的矛盾都在时刻不停地发展变化,因而相应的网络体系结构研究也必然要适应这种变化和反映这种变化。比如互联网中的信任问题就是很好的例子,今天信任、安全和用户管理等问题已成为新时期互联网体系结构研究的主要关注内容。,网络体系结构是一个具有丰富内涵和外延的系统概念,随着计算机网络的飞速发展,与网络体系结构相关的研究现已延伸和拓展到了经济学、物理学、生物学、系统科学、社会科学等多种学科和领域,网络体系结构已经成为一个具有丰富内涵和外延的系统概念。,比如,就计算机网络流量模型理论而言,近年来研究人员在探求网络流量特征及其突发性本质时发现,网络的流量特征与网络的性能、拥塞控制机制以及资源分配机制有着密切的关系，Poisson 模型并不能真实反映计算机网络的流量特性,以太网流量、广域网流量、视频流、Web 流量 等都具有统计自相似性(self-similar nature)。,再者,近年来人们展开了关于网络拓扑模型、网络性能模型、网络行为模型等的研究,包括复杂网络系统建模、网络成长性分析、网络性能模型的建模、网络行为的仿真、网络稳定性分析等。例如,为描述像互联网这类超大规模复杂系统,Carlson 和Doyle等人提出了HOT(Highly Optimized Tolerance)模型;而最近关于复杂网络(complex network)的研究表明,看似无序发展的互联网,实则由其背后深刻的网络动力学规律所支配,具有无尺度(scale-free)特征的互联网同时表现出具有健壮性和脆弱性的双重特性。,三、新一代网络体系结构,3.1、主动网络在传统的分组网络中，网络被动地将数据从一个系统传送到另一个系统，网络中的结点（如交换机、路由器等）的计算能力是非常有限的，只能对数据包进行简单的处理，如分组交换网络中的报头处理，面向连接网络中的信号处理等。这种被动的网络结构存在许多不足，如很难将新技术和新标准集成到现有的网络基础设施中，增加新服务非常困难，协议之间的冗余操作降低网络系统的性能等。,主动网络的目的是提供一个平台，在此平台上可以方便快速地开发和运行新的业务以及试验新的网络体系结构。其基本思想是使用一种可移动的移序代码替换现在的IP报头。网络的中间结点提供一个运行环境，解释并执行数据包中携带的程序或利用其携带的参数执行已在结点上的程序，由程序决定对数据包的具体操作处理，不同的体系结构其具体实现有差异。,主动网络中的网络结点具有计算能力，它从网络接收数据包后执行相应的程序，对该数据包进行处理（如路由选择、数据合并、数据解包等），然后将数据包（可能已被修改）发送给其他网络结点。这种计算可以是基于每个用户，每个应用或者是其他需求的。,主动网络的主动性体现在两个方面：一是网络结点对流经它们的数据能进行计算；二是用户可以向网络中插入客户化的程序。,1、主动网络实现的方法：,实现这种可编程的主动网络主要有两种方法：一是数据与处理数据的程序分离的离散方法:用户需预先将数据包处理程序传送给要经过的每个节点，当相应的数据包经过该网络节点时，网络节点通过检查该数据包的报头来决定调用相应得处理程序。这种处理方式通过由报头决定报文内容的处理程序提供了一定的客户化计算能力。对于需要严格控制所装载程序以及客户化程序比较大的场合，这种离散的方法是非常有效的。,二是集成化方法，即每个数据包都是由程序代码和数据组成的程序。当数据包到达某个网络节点后，数据包所携带的程序代码被执行，以处理数据包所携带的数据。这种方法具有更大的灵活性和可编程性，但也更为复杂。可移动代码和可编程节点等技术的发展为这种集成化的方法提供了坚实的基础。,2、主动网络的体系结构,3、主动网络的优缺点,优点：(1)大大加快网络基础结构的更新步伐。在传统的计算机网络中，实现新技术从实验室从实验原型到大规模用的转变过程需要大约10年时间，这个过程包括标准化，进入硬件生产商的产品，相关程序的开发和用户的安装调试。在主动网络中，新的网络业务的推出，不再需要漫长的标准化过程，只要用户有需要，就可以开发新的业务，并马上投入使用。,（2）提高了网络互操作性的抽象层次,在Internet中，IP协议的语义和语法有详细的规范，以支持互操作要求的所有网络节点对流经它们的分组实现相同的计算。而主动节点对不同的应用可以实现不同的计算。网络层的互操作性是基于统一的编程模型和计算模型，取代IP网络中标准化分组格式和固定计算。,（3）提供功能强大的网络平台,传统网络中的路由器基于专用硬件平台，并且与固定的软件捆绑在一起。主动网络提供了改变网络结构的机会，它使网络结构从传统的软件和硬件捆绑在一起的“主机”模式转变为软、硬分离的“虚拟”模式，允许第三方开发的软件进入而无需定制它们的专用平台。缺点：导致严重的安全问题。,4、主动网络的编程模型,1）对程序编程的要求可移动性：指主动程序在网络上的迁移能力。互操作性：保证程序代码在主动结点上的互操作性。为在主动包经过的所有结点上实现互操作性，有三种不同水平的程序实现：一是采用高级描述语言（如TCL）,可读性好，能快速构建原型；二是采用平台独立的中间代码，典型的是针对字节编码的“虚拟指令集”如Java；三是依赖平台的二进制编码形式如Oinniware.,安全性：指对主动包访问主动节点资源的限 制能力。高效性：应保证在大多数情况下，因网络节 点的内部计算存在，网络性能不降 低。,2）提供公共原语（Common Primitives）服务,内置于每个节点内的服务必须包括如下几类操作：（1）允许对主动包进行适当的处理，如改变它的头 部信息、负载、长度等（2）提供对节点环境的访问，如节点地址、链接状 态等（3）对主动包流的控制，如转发、复制、丢弃等（4）提供对节点存储器的访问（5）实现对主动节点资源的管理与分配。节点资源 包括物力资源（如传输带宽、处理能力、存储 容量）和逻辑资源（如路由表、结点的MIB等）。,5、执行环境（实例）,(EE)执行环境实际上是一个与平台无关的透明的可编程的空间。它运行网络中各个主动节点上和用户终端节点上，多个执行环境可以同时运行在同一个主动节点上，执行环境(EE)为上层应用提供了各种各样的网络应用接口（Network API）获取运行程序所需的相关资源，实现特定的功能。,每个EE都可以运行多个AP。EE接收到达的主动分组，或者执行其中的程序，或者修改它们的状态，然后再发送一个或者更多的新的分组和程序，EE是体现主动网络可编程特性的最主要的部分。一般来说，每种EE都面向一种特定的编程语言。,主动应用通过EE的交互获得服务，执行环境EE负责用户和网络之间接口的各个方面，包括用户发出的分组的语法和语义检查，支持不同的编程模式、寻址和命令方式等。,ANTS和PAN,Active Network Transfer Service 是一个最为流行的基于Java的EE。Practical Active NetworkANTS的主要目标是提供一个网络协议动态升级的体系结构，采用Java语言编程。ANTS结构中有三个组件：主动包（Capsule）、程序代码分布系统和主动包程序代码执行环境。,主动包代替了原来的IP数据包。除数据外，主动包还包含了一个MD5指纹加密的程序代码索引，根据该索引就可以获得处理数据包的程序代码。程序代码分布系统是用于在数据包的传输路径上传输程序代码的一个简单的轻量级协议。,当主动包到达一个节点，该节点首先在自己的程序代码库中查找相应的程序代码。如果程序代码存在，主动包将被立即处理；如果程序代码不在，该节点沿原路径向前一个节点发一个请求去申请相应的程序代码；当然，对主动包的处理将延迟一段时间；如果前一节点找到了所需程序代码段，便会立即返回该程序代码段。否则，继续向更前面的节点发送请求。,程序代码索引机制允许完成较大较复杂的协议，因为程序代码没有在主动包中传输，而且程序代码索引有安全性的优点。用于产生程序代码索引的MD5指纹将在每个结点被重新计算，以判断程序代码是否正确或已被改动或被欺骗。而且ANTS还建议，程序代码由服务提供者预先检查正确性、资源使用和安全等有关问题。SANTS(Secure ANTS)是ANTS的一个扩展，主要是在ANTS中加入安全机制，在节点操作系统上采用X.509加入较精细的授权和身份认证来决定应用能否在节点上被执行。,Switch Ware体系结构,6、节点操作系统,Node OS类似于一般的操作系统，为系统的正常运行提供最基本的功能，如CPU管理、存储器管理、文件管理等资源管理功能。Node OS还为EE提供了一个固定接口。这个接口提供了一系列的底层的基本函数，上层的EE将利用这些底层基本函数产生更高层次的网络应用程序接口（Network API），通过Network API，Node OS将上层的EE与底层资源管理的具体实现隔离开来，从而使得EE不必关心底层的资源管理如何实现。,同时，Node OS也保证了各个EE相互独立，避免了EE之间的交叉联系；另一方面，EE也将它们与各个用户应用交互的细节的绝大部分对Node OS隐藏起来，从而Node OS也不必关心每个具体的应用。Node OS能够限制任何一个指定域所获得的资源，为了平衡各个EE的资源分配，保障网络安全，所有的EE都必须通过Node OS才能获得节点资源。,Node OS接口定义,Node OS接口定义了5种主要的抽象结构：线程池（Thread pool）、内存池（Memory pool）、信道（Channels）、文件（Files）和域（domains，也有叫流的）。上、下文 域可看成是一个资源容器，它包括一个穿越节点操作系统合EE的特定流所需要的全部资源。,Node OS 实例,Scout.JANOS.AMP.Router plugings,3.2 移动和Ad Hoc网络,日益广泛使用的无线网络设备和移动通信设备正逐步推进基于IP的移动技术的应用，基于IP网络的移动通信技术的发展将大大改善网络用户的移动特性，解决用户在不同网络接入点之间漫游时服务的不间断性。移动计算最大的特点就是：在主机或用户移动的情况下，IP地址随着接入网的变化而变化。而网络应用仍然不间断地进行，底层网络的变化对于终端用户透明。也就是说,移动计算可为网络用户带来在任意时间、任意地点保持“始终在线”的移动能力。,面临问题(1)现有固定互连网络拓扑结构的理论与协议根本不能满足新型移动互连网络需要。(2)目前移动互连网理论和协议基本上是针对移动终端的。缺乏对运动网络（移动路由器）动态连接的支持，更没有考虑网络拓扑频繁高速改变的问题。(3)移动互联网络的自身特点要求研究全新的路由理论与协议。(4)互联网技术的不断进步使得研究移动互联网络理论与协议成为可能。(5)互联网应用的发展要求开展动态变化网络组播理论和算法研究。,1、移动IP网络与Ad Hoc网络移动IP介绍移动IP协议由IETF的MOBILE IP工作组制定,是INTERNET支持主机移动的网络层解决方案。它对下层传输媒体不做任何要求，可以在不同媒介的网络间提供主机移动功能。向上层则屏蔽了主机移动的细节。因此，现有INTERNET中的上层协议和应用都无须改动。移动IP提供了一种IP路由机制，使移动节点可以通过一个永久的IP地址连接到任何链路上。它通过在合适的节点上设立路由表，最终将IP包送到那些不在家乡链路上的移动节点。,2、移动IPV4概念,移动节点、家乡代理、家乡链路、外地链路 移动节点的家乡地址 外地代理、外地转交地址 配置转交地址，通过代理搜索、DHCP或手工得到转交地址 代理搜索 向家乡代理的经过认证的注册 到移动节点的数据传送采用隧道 由其他协议完成路由优化,3、移动IPV4的基本工作机制,代理搜索Agent Discovery完成以下功能：（1）判定MN当前连在家乡链路上还是外地链路上；（2）检测它是否切换了链路；（3）当连在外地链路上时，得到一个转交地址。,注册通过注册机制，移动节点可以方便的将其当前的网络连接情况告知家乡代理。通过注册，可以实现：（1）MN通过注册得到外地链路上的外地代理的路由服务；（2）MN通知HA它的当前转交地址；（3）可以使即将过期的注册重新生效；（4）MN回到家乡链路后通过注册实现注销。传送单播数据,4、移动IPV4存在的问题 1、三角路由 2、源路由问题 3、切换问题,5、移动IPv6技术简介,1996年，IETF的移动IP工作组(IP Routing for Wireless/Mobile Hosts)制订了移动IPv4的技术标准【1】【2】【3】。但是，到目前为止，移动IPv6的标准仍在制订的过程中，并经历了多次版本更新。最新的草案(Draft)为第19版本的Mobility Support in IPv6【4】。,移动IPv6技术充分利用了IPv6协议对移动性的内在支持。首先，路由器在路由器广播报文中指示了它是否能担任本地代理。同一个子网内允许多个本地代理存在，移动节点可以向任意一个本地代理注册。本地代理中保存有移动节点的家乡地址和转交地址的对照表，收到发送给移动节点的报文后，根据对照表把报文转发给移动节点。其次，每当移动节点收到其他主机发来的报文后，在响应报文中以转交地址作为源地址，并要附带上移动节点的家乡地址。,其他主机的后续报文以移动节点的转交地址为目的地址，但是要附带源路由选择头，报头内容为移动节点的家乡地址。使用这种机制的目的是保证移动节点在移动过程中也不会丢失报文。最后，IPv6中定义了重定向过程。当移动节点在小区间切换时，移动节点重新登记成功后，基站应该向原来的基站发重定向包文，使切换过程中路由有偏差的报文重新找到移动节点。,移动IPv6的主要目标就是使得移动节点总是通过家乡地址寻址，不管是连接在家乡链路还是移动到外地网络。移动IPv6对于IP层以上的协议层是完全透明的，这使得移动节点在不同子网间移动时，运行在该节点上的应用程序不需修改或配置仍然可用。,移动IPv6的工作原理,移动IPv6从移动IPv4中借鉴了许多概念和术语，例如IPv6中移动节点(MN)、家乡代理(HA)、家乡地址、家乡链路、转交地址和外地链路等概念和移动IPv4中的几乎一样，但两者还是有差别的，具体如表所示：,等效的移动IPv6概念,移动节点、家乡代理、家乡链路、外地链路 全球可路由的家乡地址和链路-局部地址 外地链路上的一个“纯”IPv6路由器，没有外地代理，只有配置转交地址 通过主动地址自动配置、DHCP或手工得到转交地址 路由器搜索 向家乡代理和其他通信节点（CN）的带认证的通知 到移动节点的数据传送可采用隧道和源路由 集成了路由优化,移动IPv6的操作可以总结如下：移动节点采用IPv6版的路由器搜索确定它的转交地址。移动节点连接在它的家乡链路上时与任何固定的主机和路由器一样工作。当移动节点连接在它的外地链路上时，它采用IPv6定义的地址自动配置方法得到外地链路上的转交地址。由于移动IPv6没有外地代理，因此移动IPv6中唯一的一种转交地址是配置转交地址，移动节点用接受的路由器广播报文中的M位来决定采用哪一种方法。如果M位为0，那么移动节点采用被动地址自动配置，否则移动节点采用主动地址自动配置。,移动节点将它的转交地址通知给家乡代理。如果可以保证操作时的安全性，移动节点也将它的转交地址通知几个通信节点。移动IPv6采用布告(Notification)过程通知移动节点家乡代理或其他节点它当前的转交地址。移动IPv6中的布告和移动IPv4中的注册有很大的不同。在移动IPv4中，移动节点通过UDP/IP包中携带的注册信息将它的转交地址告诉家乡代理，相反地，移动IPv6中的移动节点用目的地址可选项(Destination Options)来通知其他节点它的转交地址。为移动IPv6布告所定义的三条消息为绑定更新(Binding Update)、绑定应答(Binding Acknowledgment)和绑定请求(Binding Request)。,这些消息都被放在目的地可选报头中，这表明这些消息都只被最终目的节点检查。移动IPv6布告过程包括在移动节点和家乡代理或通信节点间交换绑定更新和绑定应答。绑定应答很可能是在移动节点收到一个绑定请求后发出的。有时，通信节点通过向移动节点发送一个绑定请求启动布告过程，移动节点则通过发送绑定更新(不是由任何绑定请求激起的)启动布告过程。在这两种情况中，移动节点都向家乡代理或通信节点告知它当前的转交地址。移动节点可以通过绑定更新中的应答位(A)来要求接收者是否通过向移动节点发送绑定应答来响应，绑定应答首先通知移动节点绑定更新已收到，其次还告诉移动节点绑定更新是否被接受。,移动IPv6中同时采用隧道和源路由技术向连接在外地链路上的移动节点传送数据包。知道移动节点的转交地址的通信节点可以利用IPv6选路报头直接将数据包发送给移动节点，这些包不需要经过移动节点的家乡代理，它们将经过从始发点到移动节点的一条优化路由。如果通信节点不知道移动节点的转交地址，那么它就像向其他任何固定节点发送数据包那样向移动节点发送数据包。这时，通信节点只是将移动节点的家乡地址(也是它知道的唯一地址)放入目的IPv6地址域中，并将它自己的地址放在源IPv6地址域中，然后将数据包转发到合适的下一跳上(这由它的IPv6路由表决定)。这样发送的一个数据包将被送往移动节点的家乡链路，就像移动IPv4中那样。在家乡链路上，家乡代理截获这个数据包，并将它通过隧道送往移动节点的转交地址。移动节点将送过来的包拆封，发现内层数据包的目的地是它的家乡地址，于是将内层数据包交给高层协议处理。,在相反方向，移动节点送出的数据包采用特殊的机制被直接路由到它们的目的地。然而，当存在入口方向的过滤时，移动节点可以将数据包通过隧道送给家乡代理，隧道的源地址为移动节点的转交地址。,小结目前世界上有很多组织或者机构在对移动IPv6进行研究，并且已有了一些在不同操作系统上开发出来的实验系统。例如Windows下的Microsoft MIPv6 Project(MIPv6)实验系统，Free BSD下的CMU Monarch Project，KAME Project实验系统，以及Linux下的Lancaster 移动 IPv6，USAGI(UniverSAl playGround)，MIPL移动IPv6实验系统等等。移动IPv6是一个庞杂的协议，包含的内容非常多，而且目前还在继续发展。移动IPv6又是一个设计精巧的协议，虽然目前还有一些缺陷，但我们可以看到，移动IPv6协议的前景是非常光明的。在可以预见的未来，我们将可以解决移动的这些缺陷，例如IPv6无缝切换和AAA问题，充分享受移动IPv6给我们带来的便捷，自由徜徉在移动信息的世界里。,3.3 光网络,非全光网的极限速率只有近乎10Gb/s，构成传输系统的“电子瓶颈”。全光网（AON:All Optical Network）系指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式存在的网络。用户向全程光传送基础之上，增设了具有光信号处理、存储、交换以及多路复用/分接、进网/出网等作用的设施，使得全光网的数据传输、信息交换与处理等重要功能更趋完善高效。,新一代光网络必须具有以下几方面的特性：（1）开放、支持多业务（2）灵活和易升级（3）具有更高效的保护和恢复策略（4）更简单、高效的网络控制与管理功 能,1、光网络中的常见术语,（1）波分多路复用WDM WDM采用“虚光纤”方法，在发送端将不同波长的光信号组合起来，耦合到光缆线路同一根光纤中进行传输，在接收端再度将组合波长的光信号分解，恢复出原信号。时分多路复用、频分多路复用、空分多路复用、波分多路复用DWDM,（2）光交叉连接器OXC（Optical Cross-Connects）是在输入和输出端口之间交换光数据流的空分交换机。OXCFXC 光纤交叉连接 WSXC 波长选择交叉连接 WIXC 波长交换交叉连接,（3）光通路:是光网络的两个访问之间点到点的光层的连接。（4）光子网：是指由OXC构成的能够支持端到端光通路的网络，它可以提供光路的路由、监控、保护和恢复功能。（5）光网络：通过Mesh拓扑相连接的一组光子网。（6）光互联网络：通过Mesh拓扑相连接的一组光网络。（7）波长连续性：一条光通路可以用相同的波长进行端到端的传输，则满足波长连续性。（8）波长路径：满足波长连续性的光通路。（9）透明/不透明光网络：是否进行光电转换（10）信任域：单一管理机构管理（11）OADM 光分插复用（WADM波分插复用）,2、光网络技术进展关键器件,集成开关矩阵、波长变换器、新型光纤、OADM、OXC超高速光传输、WDM滤波器（复用与解复用器）、高性能集成探测器和可调谐激光器阵列、集成阵列波导器件、光开关等。,DWDM技术网络结构分类：光网络可按照物理连接分为环网、网状网、星型网和总线结构 光层处理技术 全光联网技术除了要求必须直接在光层上传递业务信息外，还必须在光层上提供管理光信道（Optical Channel，OCh）的操作、管理、维护能力和光信道性能监测能力。,光层的生存能力 包括保护倒换、恢复和直接在光层上处理光信号、建立和动态分配光通道的功能。波长路由 波长交换机（波长路由器）构成形式有以下几类：（1）非重构交换机（2）与波长无关型可重构交换机（3）波长选择型可重构交换机,光组播技术 点到多点的光连接，就形成了组播“光树”。光分组交换 广播与选择网、波长路由网、光分组交换、光突发交换。光分组交换机由4个部分组成：输入接口、交换矩阵、输出接口和控制单元。输入接口的主要功能是分组切割与调整，分组头部信息分离。交换矩阵的功能是交换光分组。输出接口把重新生成的光分组头部信息插入分组头部。控制单元利用分组头部的信息对交换过程进行控制。要求分组长度固定。当一个分组到达WDM光分组交换机时，首先由输入接口进行处理，分组头部和分组负载信息被分离开，分组头部信息将被转换成电信号并由控制单元处理。负载仍然以光信号的形式通过交换机。当分组到达输出接口时，它和新的头部信息重新组合在一起。,冲突解决,当同一时刻有多个输入分组想从同一个输出端口转发出去的时候，就会发生冲突。一般的解决方案是只允许冲突分组中的一个输出，而把其他所有的分组都缓存起来。在光分组交换机中，解决冲突的方案主要有光缓存、波长转换和偏转路由。这些技术是否足以解决这些问题仍然没有定论。,智能自动光交换网络,指网络的管理和控制具有智能化特点，能够动态的、自动的完成端到端光通路的建立、拆除和修改，并且当网络出现故障时，能够根据网络拓扑信息、可用的资源信息、配置信息等动态地指派最佳恢复路由。,3.4 应用层网络,应用层网络又称覆盖网络（Overlay Network）在现有的Internet传输网络之上构建一个完全位于应用层的网络系统？OW是一个基于Internet网络的大规模分布式应用，由于这种分布式应用的规模大，它必须借助网络层的一些技术来进行成员之间的寻址和路由，从而使应用层的数据处理具有了网络层的某些特征。具体应用有：对等网络、应用层组播和内容分送网络等。,1、覆盖网络弹性覆盖网络RON,是一种分布式覆盖网络体系结构。RON的设计目标（1）快速失效检测和恢复 20S之内恢复（2）路由选择与应用紧密集成（3）灵活的策略路由,RON的体系结构 RON客户端通过Conduit(管道)接口与RON交互。服务覆盖网络 SON SON用于在 Internet上提供端到端的服务质量保证。双向的服务级别全约SLA。,2、对等网络,对等网络性能对比NAPSTER采用了集中式的目录服务器机制，主要用于MP3文件共享。GNUTELLA采用了完全分布式的策略，FREENET也采用了完全分布式的模型而且增加了一些改进措施类 OSPF协议,用于对等网络的分布式哈希查找系统 Chord,1、相容哈希 Chord给每一个结点和每一个数据都分配一个Key，那么对等网络中的数据查找问题就可以用相容哈希算法很容易地解决。后继节点Successor(k)是节点标识符=关键字标识符的第一个节点。,相容Hash的几个特点：1、负载平衡2、当第N个节点加入或离开网络时，只有1/N的（关键字）数据需要移动到另外的位置，对网络的冲击可以达到最小。,2、关键字查找 每个节点只需维护最多m个表项的路由表。节点n（任意）的查找表的第i个表项包括的是S=Success(n+2i-1)mod 2m,这里1im,S称为节点n的第i个指针，用n.fingeri.node表示。以图5.7为例：m=3,节点1的指针表项n.finger1.start=(1+21-1)mod 23=2n.finger2.start=(1+22-1)mod 23=3n.finger3.start=(1+23-1)mod 23=5 n.finger1.node=Success(2)=3 1 n.finger2.node=Success(3)=3 1 n.finger3.node=Success(5)=0 3 Pred:1、1、3,3、新节点的加入4、节点失效处理,内容访问网络（Content-Addressable Network,CAN）,1、CAN的组成每个节点保存哈希表的一部分，称为一个区（Zone），还保存少量的邻接区的信息。虚拟笛卡尔坐标空间采用下面的方法保存（关键字、值）对。当保存（Ki、Vi）时，使用统一的哈希函数把关键字Ki 映射成坐标空间中的点P，值Vi 将被保存在P 所在区域的节点中。有效的路由机制是CAN中的一个关键问题。,2、CAN的路由机制 如果一个d维空间划分成n个相等的区域，那么平均路由长度是（d/4）(n1/d).例：d=2 n=9 则RLA=(2/4)(91/2)=3/2每个节点只需维护2d的邻接节点信息。节点增加时，路由长度以O(n1/d)的数量级增长。3、节点的加入与退出加入：CAN通过分裂现有的节点区域实现这一过程。离开：节点区域被收回。,谢谢！,2010年7月,