网际互连的概念和体系结构模型

1、第三章第三章网际互连的概念和体系结构模型网际互连的概念和体系结构模型网际互连的策略和方法网际互连的策略和方法通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-272页页3.1 引言引言把多种技术实现的网络互连成一个协调工作的把多种技术实现的网络互连成一个协调工作的整体整体根本目标：建立一个支持通用的通信服务的统根本目标：建立一个支持通用的通信服务的统一、协作的互连网络一、协作的互连网络隐藏所有底层网络的具体细节隐藏所有底层网络的具体细节提供通用的通信服务提供通用的通信服务通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-273页页3.2

2、应用级互连应用级互连不同的网络在应用上统一，以实现互连不同的网络在应用上统一，以实现互连网A网B应用层 自然连接不同网络上的应用系统自然连接不同网络上的应用系统 增加一种应用都要编写相应的软件增加一种应用都要编写相应的软件 每增加一种网络都要更新所有的应用软件每增加一种网络都要更新所有的应用软件 中间网络对互连带来巨大的困难中间网络对互连带来巨大的困难 网络管理和控制无法有效实现网络管理和控制无法有效实现通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-274页页3.3 网络级互连网络级互连在网络层上实现互连在网络层上实现互连分组的投递和通信服务，与数据内容无关分组

3、的投递和通信服务，与数据内容无关直接利用物理网络的特点产生高效通信直接利用物理网络的特点产生高效通信分离通信活动和应用，不必理解通信的内容分离通信活动和应用，不必理解通信的内容系统灵活，可建立通用的通信服务系统灵活，可建立通用的通信服务新的网络技术只与网络层有关新的网络技术只与网络层有关网A网B网络层互连的约束条件：互连的约束条件： 1 没有一种网络满足所有需求没有一种网络满足所有需求 2 用户需要通用的互连用户需要通用的互连通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-275页页3.4 Internet的性质的性质通用的通信服务通用的通信服务包容各种网络形式包

4、容各种网络形式不要求硬性的网络拓扑结构不要求硬性的网络拓扑结构存在中介网络存在中介网络共享机器标识符的通用集合共享机器标识符的通用集合用户接口与物理网络无关用户接口与物理网络无关网络层用户接口通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-276页页3.5 Internet的体系结构的体系结构思想思想重新构造一个新的网络：重新构造一个新的网络：互连网各种具体的网络为各种具体的网络为互连网提供通信服务提供通信服务互联：覆盖方式互联：覆盖方式第三层开始，统一到第三层开始，统一到TCP/IP结构上结构上网间互联协议（网间互联协议（Internetworking Prot

5、ocol，IP）通信：分工合作通信：分工合作物理网：实际通信和分组传输服务物理网：实际通信和分组传输服务TCP/IP：网间选路、通用通信服务、应用级服务：网间选路、通用通信服务、应用级服务通信体系通信体系网间通信：采用无连接通信方式，适应多种网络网间通信：采用无连接通信方式，适应多种网络端端通信：通用通信服务，有端端通信：通用通信服务，有/无可靠性保证的通信无可靠性保证的通信通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-277页页互连结构互连结构层次模型层次模型协议结构协议结构互连方式互连方式拓扑结构拓扑结构通信特点通信特点通信网体系与协议通信网体系与协议西南科

6、技大学西南科技大学 by 2022-4-278页页层次模型层次模型在网络层统一到在网络层统一到IP协议层协议层IP借助于各种物理网络实现的借助于各种物理网络实现的IP通信通信避开不同物理网之间的直接通信问题，实现的是物理网上的避开不同物理网之间的直接通信问题，实现的是物理网上的IP之间的通信之间的通信不排除物理网内存在其它类型的通信的可能性（不在该模型不排除物理网内存在其它类型的通信的可能性（不在该模型的考虑范围）的考虑范围）网关的中继网关的中继只对物理网中其它站点来的只对物理网中其它站点来的IP作中继（用作中继（用IP报文的内容）报文的内容）只有只有IP报文能够穿越网关，实现跨网的通信报文能

7、够穿越网关，实现跨网的通信物理网AIPIPIPIP物理网BIP网关做演示。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-279页页层次模型物理网内部层次模型物理网内部需要与网络外部通信的站点都覆盖需要与网络外部通信的站点都覆盖IP层层这些站点之间自然具备了这些站点之间自然具备了IP通信通信内部可以存在没有内部可以存在没有IP层的站点层的站点这些站点无法与外部通信（这些站点无法与外部通信（IP通信意义上）通信意义上）内部存在一种以上的（端端）通信活动内部存在一种以上的（端端）通信活动端端的端端的IP通信通信网络原就具备的端端通信网络原就具备的端端通信IPIPIPI

8、PIPIP通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2710页页Protocol ArchitectureEnd System1 个物理网接口（也可能有几个）个物理网接口（也可能有几个）可能存在其它网络层协议（不在考虑范围）可能存在其它网络层协议（不在考虑范围）Gateway ( also: Router)较多（一般几个到几十个）物理网接口（数量、类型）较多（一般几个到几十个）物理网接口（数量、类型）只作只作IP的中继，只有与的中继，只有与IP有关的协议有关的协议物理网接口（物理网接口（NetIf，network interface）协议的层次结构与所接的物

9、理网相同协议的层次结构与所接的物理网相同IP物理网A物理网B物理网XIP物理网AOther NetNLayerALayerEnd systemGateway通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2711页页Router ExampleTypical Router1 or 2 Ethernet， 18 WAN（Syn or Asyn Serial）Modern RouterMore Network interfaceMore Types of Network InterfaceHigh IP packet throughput IPMACPHYPPPSYN

10、PPPASYNRCircuit switchCircuit switch orPacket switchR通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2712页页NetIf (Network Interface)NetIf：IP与具体物理网的层间接口与具体物理网的层间接口IP通过该接口使用物理网提供的服务通过该接口使用物理网提供的服务IP实现策略：如何适应多种物理网络提供的服务？实现策略：如何适应多种物理网络提供的服务？NetIf：抽象网络接口，：抽象网络接口，IP不关心具体物理网不关心具体物理网针对每种物理网，都有相应的针对每种物理网，都有相应的NetIf（

11、软件模块）（软件模块）每种每种NetIf处理物理网细节，对处理物理网细节，对IP提供抽象网络接口提供抽象网络接口IP(IPoE)IPoAIPoXPPPEthernetATMX.25Syn/AsynEthernetATMX.25/FR/DDN/ISDNNetIf具体网络接口抽象网络接口通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2713页页Protocol Stack（协议栈）（协议栈）具体物理网络有多种实现形式，甚至几种网络技术应用具体物理网络有多种实现形式，甚至几种网络技术应用于某个物理网络上，使得网络接口有较大变化于某个物理网络上，使得网络接口有较大变化I

12、P采取的对应措施（前采取的对应措施（前2种为主）种为主）1. 采用以太网接口，（物理网转换，提供以太网服务）采用以太网接口，（物理网转换，提供以太网服务）2. 采用采用PPP （物理网上叠加（物理网上叠加PPP）3. 直接使用物理网的服务直接使用物理网的服务IPNetIf-1NetIf-2NetIf-3PHYMACLLCPPPPHYPHYMACLLCPPPPHYATMPHYATMNetIf-4NetIf-5PHYATMNetIf-6MACPHYATMNetIf-7X25L3PHYX25L2NetIf-8PPPPHYFRNetIf-9PPP通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学

13、 by 2022-4-2714页页RFCs For NetIfRFC1042, IP over 802 LANRFC1483, MP over ATMRFC1577, IP over ATM（IPoA）RFC2364, PPP over ATM （PPPoA）RFC2516, PPP over Ethernet （PPPoE）通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2715页页物理网间的互连由网关实现物理网间的互连由网关实现IP意义上的互连意义上的互连物理网仍然是相互独立的物理网仍然是相互独立的连接方式连接方式一个网关连接两个物理网络一个网关连接两个物理网

14、络一个网关连接多个网络一个网关连接多个网络互连方式互连方式-物理网的观点物理网的观点连接两个物理网络连接多个物理网络通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2716页页互连方式互连方式-网关的观点网关的观点考查网关之间的通信关系考查网关之间的通信关系两个网关直接连接：两个网关直接连接：P2P连接连接多个网关连接起来多个网关连接起来多个网关等效成大型网关多个网关等效成大型网关(如用高性能物理网络如用高性能物理网络)物理网络的多个出口物理网络的多个出口任意两个网关间都可直接通信任意两个网关间都可直接通信物理网连接网关网关直接连接P2P通信网体系与协议通信网体系

15、与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2717页页拓扑结构拓扑结构由路由器和物理网组成的不规则网状结构由路由器和物理网组成的不规则网状结构不同的物理网通过网关互连起来不同的物理网通过网关互连起来本地网通过广域网与其它网的远程连接本地网通过广域网与其它网的远程连接计算机通过远程连接（接入网）到网络上计算机通过远程连接（接入网）到网络上网络还在不断扩张网络还在不断扩张各种拓扑形式都有可能出现各种拓扑形式都有可能出现通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2718页页通信特点物理网内通信特点物理网内物理网内运行物理网内运行IP的站点，的站点，IP的

16、通信的通信IP的寻址，借助于物理网的寻址，实现通信的寻址，借助于物理网的寻址，实现通信运行运行IP的站点，一定是可用物理网寻址的的站点，一定是可用物理网寻址的IP站点间的通信，是在物理网的直接通信站点间的通信，是在物理网的直接通信可能存在物理网内部的中继，基于物理网报文内容的中继，可能存在物理网内部的中继，基于物理网报文内容的中继，与与IP无关（尽管无关（尽管IP报文也被中继了）报文也被中继了）IP通信路径：源通信路径：源IP物理网物理网目的目的IP即：传输的中间过程不需要即：传输的中间过程不需要IP参与参与IPIPIPIPIPIPIPIPIPIP通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西

17、南科技大学 by 2022-4-2719页页通信特点物理网间通信特点物理网间除了除了IP，物理网间没有直接通信（，物理网间没有直接通信（IP意义上的通信）意义上的通信）任何一个出物理网的任何一个出物理网的IP通信，都是源通信，都是源IP把报文直接交把报文直接交给网关，再中继到另一个物理网上给网关，再中继到另一个物理网上因此，因此，IP有至少有两种通信行为：有至少有两种通信行为：1. 通过物理网直达目的站点（源、目的在同一物理网）通过物理网直达目的站点（源、目的在同一物理网）2. 通过物理网递交给网关（源、目的不在同一物理网）通过物理网递交给网关（源、目的不在同一物理网）这两种通信行为是这两种通

18、信行为是IPIP寻址技术的前提条件寻址技术的前提条件IPIPIPIPIPIP通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2720页页通信特点网状结构中通信特点网状结构中网状结构中，网关起着至关重要的作用网状结构中，网关起着至关重要的作用路由的选择路由的选择IP报文在不同物理网中的中继报文在不同物理网中的中继处理不同物理网上传输的差异处理不同物理网上传输的差异网关间的配合选路网关间的配合选路传输路径传输路径源：通过源物理网直接把报文送给源网关（第一个中继网关）源：通过源物理网直接把报文送给源网关（第一个中继网关）中继网关：通过中继物理网把报文送给下一个网关中继网

19、关：通过中继物理网把报文送给下一个网关 【过程重复若干次，直到到达目的网关（最后一个网关）】【过程重复若干次，直到到达目的网关（最后一个网关）】目的网关：通过目的物理网把报文直接送到目的站点目的网关：通过目的物理网把报文直接送到目的站点传输路径等效传输路径等效源源网关网关1网关网关2网关网关n目的目的R1SDRnR2R3通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2721页页通信特点等效拓扑结构通信特点等效拓扑结构从源到目的的通信过程，可以：从源到目的的通信过程，可以：网关等效为拓扑结构结构中的网关等效为拓扑结构结构中的“点点”物理网等效为拓扑结构中的物理网等

20、效为拓扑结构中的“线线”一个物理网连接多个网关将使拓扑结构变得复杂化一个物理网连接多个网关将使拓扑结构变得复杂化从不同的位置，看到的网络拓扑结构可能不同（图中从不同的位置，看到的网络拓扑结构可能不同（图中x点）点）RRRR1234RRRR1243xx网关之间都能通信全连通通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2722页页通信特点物理网的影响通信特点物理网的影响物理网的通信方式对物理网的通信方式对IP通信有较大的影响通信有较大的影响物理网可以分为两种类型的通信方式物理网可以分为两种类型的通信方式广播型网络广播型网络非广播型网络非广播型网络通信网体系与协议通

21、信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2723页页通信特点广播型物理网通信特点广播型物理网物理网的通信物理网的通信支持广播通信，物理网能把广播报文送达所有站点支持广播通信，物理网能把广播报文送达所有站点一般也支持组播通信一般也支持组播通信支持无连接通信，任意站点间的通信无需建立连接和拆除支持无连接通信，任意站点间的通信无需建立连接和拆除的过程的过程例：例：802网，共享式及交换式网，共享式及交换式点对点信道（只有两个站点），所有通信都等效点对点信道（只有两个站点），所有通信都等效IP的通信的通信IP无连接通信方式、广播、组播在该种网络上实现简单无连接通信方式、广播、组播在

22、该种网络上实现简单通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2724页页通信特点非广播型物理网通信特点非广播型物理网物理网的通信物理网的通信不一定支持广播和组播通信不一定支持广播和组播通信一般采用面向连接的通信一般采用面向连接的通信任意站点之间的通信都有连接建立、拆除过程任意站点之间的通信都有连接建立、拆除过程例：例：X.25/ATM/FRIP通信通信IP在该网络上有较大的局限性在该网络上有较大的局限性网络上网络上IP站点少时：全连接、广播多个重复传输站点少时：全连接、广播多个重复传输网络上网络上IP站点多时：部分连接，无法实现任意站点多时：部分连接，无法实

23、现任意IP站点间的站点间的直接通信（由网关转？）直接通信（由网关转？）通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2725页页即使站点数少，网络的连接关系也将是异常复杂的即使站点数少，网络的连接关系也将是异常复杂的复杂的通信关系复杂的通信关系是否还要划分网关和非网关？（网关的含义冲突）是否还要划分网关和非网关？（网关的含义冲突）若采用部分连接，与若采用部分连接，与IP网络的模型有巨大的差异网络的模型有巨大的差异IP的策略：的策略：尽可能避免在该网上构筑大规模站点数的网络尽可能避免在该网上构筑大规模站点数的网络该种网络以提供多个该种网络以提供多个P2P的网关连接

24、为主的网关连接为主通信特点非广播型物理网（续）通信特点非广播型物理网（续）RRRR43RRRR4322RRRR432通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2726页页平等地对待网络接口平等地对待网络接口IP通过网络抽象接口，平等的看待每个通过网络抽象接口，平等的看待每个NetIf每个每个NetIf 连接的都是物理网络连接的都是物理网络P2P连接也看作是有两个站点的物理网络连接也看作是有两个站点的物理网络网关将为自己所有的网关将为自己所有的NetIf之间实现之间实现IP中继中继RRR网络网络RR网络网络通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大

25、学 by 2022-4-2727页页小结小结在物理网络上覆盖在物理网络上覆盖IP层，实现层，实现IP通信意义上的互联通信意义上的互联IP通信在同一个物理网时，不用通信在同一个物理网时，不用IP中继而用物理网传中继而用物理网传输，不同物理网时，才用输，不同物理网时，才用IP的中继的中继网关为不同物理网间的网关为不同物理网间的IP通信提供中继通信提供中继网关上不同网关上不同NetIf接不同的物理网接不同的物理网抽象抽象IP接口简化接口简化IP与各种物理网的接口与各种物理网的接口网关要应付比单纯点线更复杂的拓扑结构网关要应付比单纯点线更复杂的拓扑结构IP体系适宜在广播型网络上实现，非广播型的网络适体

26、系适宜在广播型网络上实现，非广播型的网络适宜为宜为IP提供提供P2P信道信道IP将每个将每个P2P信道都看作是一个物理网络信道都看作是一个物理网络通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2728页页互连结构互连结构多个网络如何互连？多个网络如何互连？物理上，只能通过一台机器来连接（物理连接）物理上，只能通过一台机器来连接（物理连接）这台机器应该是能把分组从一个网络投递到另一个网络的这台机器应该是能把分组从一个网络投递到另一个网络的网关（网关（Gateway）或路由器（）或路由器（Router）R的作用的作用R1把网络把网络1上要到网络上要到网络2和网络和网

27、络3的分组送到网络的分组送到网络2上上R2把网络把网络3上要到网络上要到网络1和网络和网络2的分组送到网络的分组送到网络2上上网络1网络2R1网络3R2通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2729页页复杂互连结构复杂互连结构多个多个Router互连物理网络，构成互连网互连物理网络，构成互连网计算机（计算机（Host）与其中物理网络相连）与其中物理网络相连RRRRRRTCP/IP互连设备R通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2730页页拓扑结构拓扑结构节点：节点：Router信道：物理网络（网络信道，其中还有计算

28、机存在）信道：物理网络（网络信道，其中还有计算机存在）拓扑结构：不规则网状结构拓扑结构：不规则网状结构无网络信道时，采用点对点信道和协议沟通节点无网络信道时，采用点对点信道和协议沟通节点（SLIP/PPP）RRRRRRSLIP/PPPSLIP/PPP通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2731页页协议层次协议层次用户接口用户接口TLI：Transport Layer InterfaceSocketIPTCPUDPICMPIGMP用户进程用户进程用户进程用户进程用户接口（Socket）网络层传输层应用层NI：Network Interface通信网体系与

29、协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2732页页层次结构层次结构上层网络和下层网络上层网络和下层网络上层网络统一到上层网络统一到TCP/IP结构上结构上逻辑意义上的网络（互联网）逻辑意义上的网络（互联网）不限制下层网络的层次结构不限制下层网络的层次结构TCP/IP物理网络第三层下层网络HostHost通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2733页页互连网网络结构网络结构互联网逻辑意义上的网络互联网逻辑意义上的网络基础是物理网络基础是物理网络Host、Router都与实际物理网相连都与实际物理网相连HostHostRRHos

30、tHost物理网物理网物理网层间接口通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2734页页串行信道串行信道Designed to convey IP （2层结构）层结构）SLIP：Serial Line Interface ProtocolPPP：Point to Point Protocol物理网物理网SLIP/PPP连接模型层次模型HostHostIPIP层通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-2735页页接口模型接口模型使用互联网服务的计算机称为主机使用互联网服务的计算机称为主机互连设备没有互连设备没有IP的上层的上层NI是进是进/出物理网络的接口出物理网络的接口都包含所连接物理网络的层次与协议都包含所连接物理网络的层次