网络体系2网络模型

Ch-2NetworkmodelingToolsforUnderstanding,Describing,Analyzing11.IntroductionProtocolEntityPresentationApplicationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalNetworkDataLinkPhysicalPhysicalNetworkDataLinkPhysicalPhysicalPresentationApplicationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalOSIReferenceModel2IntroductionDedicatedModel协议、实体、数据单元、协议栈、层间接口、并发通信IPUDPTCPIPIPIPIPUDPTCPAppAppAppAppAppAppAppAppAppAppDLDLDLDLDLDLDLDLPhyPhyPhyPhyPhyPhyPhyPhyEndSystemEndSystemIntermediateSystemDU3IntroductionModelDescriptionsIPUDPTCPAppAppAppAppAppDLPhy协议实体描述层间接口描述并发通信描述DU数据单元描述协议交换描述协议栈结构描述4ProtocolEntityProtocolEntity(协议实体)一个设备中的某个层次内，通常都有不止一个协议在活动这些同层的协议都是独立工作，相互间基本没有关系实体对这种相互独立工作的“元素”的抽象表示ISO的实体定义：系统中活动的元素一个实体通常代表了一个协议—“协议实体”实体对上层提供的通信功能称为“服务(Service)”实体提供并发通信的能力用服务访问点(SAP)表示MACIPv4IPv6ICMPICMP6ServiceAccessPointsLinkEntityNetworkEntities5TCPTCPProtocolEntityPeerEntity(对等实体)协议需要与对方的协议交换信息，实现特定的功能相互交换信息的一对(或多个)协议实体称为对等实体对等实体处于相同层次、相同协议、相互交换信息UDPUDPIPIPMACMACLAPLAP对等实体TCP和对方TCP是对等实体UDP和对方UDP是对等实体TCP和对方UDP不是对等实体IP和对方IP是对等实体MAC和对方MAC是对等实体LAP和对方LAP是对等实体MAC和对方MAC不是对等实体6ProtocolEntity并发通信与SAP实体依靠自己为各个并发的通信赋予的ID来识别和处理来实现并发能力--SAP表现形式为ID值--对上层送下来的DU，实体根据SAP赋予DU相应ID值--对收到下层的DU，实体利用ID分发到对应的SAP上实体将每个SAP下的通信看作是一个独立通信SAPs1234DUDUID信息13121234time软硬件可实现性讨论实体不必关心通信内容、从源头开始利用ID值区分各个通信实体如何管理和操作多个SAP的通信？对两个或多个SAP同时出现了DU发送，实体是如何操作的？DU到达7ProtocolEntity—上下层关联关系与上层实体的关联关系与上层的关联表示了为上层实体提供通信服务的能力关联关系实体可提供多个SAP，但每个SAP只关联一个“上层”实体实体实体实体若一个SAP关联多个上层实体，可能造成模型理解上的歧义--是否意味上层的这些实体通信不是独立的？--通信不独立是否意味着这些实体也不是独立的？8ProtocolEntity—上下层关联关系与下层实体的关联与下层关联表示了实体通过下层实体实现通信的途径关联关系(两种形式)只与单个下层实体关联(链路层、传送层等)与多个下层实体关联(网络层、应用层)实体实体实体与单个下层实体关联表示了实体只有唯一的通信途径与多个下层实体关联表示实体存在多个通信途径9链路层ProtocolEntity—上下层关联关系物理层—链路层物理层基本功能将上层的bit序列转换成bit信号驱动信道将到达的bit信号转换成bit序列递交上层简单信道1个bit序列，对应一个链路层实体复用信道(频分/时分/码分复用等)(复用/解复用)的N个bit序列对应N个链路层实体信道驱动简单信道1xBit序列链路层复用/解复用复用信道NxBit序列链路层链路层10ProtocolEntity—上下层关联关系链路层实体：只能关联单个物理层实体链路层的一个协议实体只能在一个信道上工作链路操作与信道的当前工作状态密切相关关联多个物理层意味着关联多个信道没有一种链路层协议规定了可以关联多个物理层例：以太网交换机模型一台以太网交换机具有若干个以太网接口，在链路层实现中继/交换错误模型：模型的MAC实体表示协议具备中继/交换能力(实际上，MAC协议没有规定中继/交换功能)正确模型：用方框表示了协议外的操作，实体仍关联单个下层实体(物理层)，不会造成协议的歧义DL物理层物理层信道A信道BMACPhyPhyPhyPhyMACMACMAC中继/交换PhyPhyPhyPhyMAC正确的模型错误的模型11传送层实体：只能关联一个网络层实体关联多个网络层实体意味着同时工作在多种网络上各种传送层协议标准都规定了在单一网络层协议上运行，而没有规定跨在多个网络层协议上可能的疑问(图中)网络A和网络B肯定是不同的协议吗？传送层协议为何不在多种不同的网络层协议上运行？一个网络层协议为何不可以用多个实体来表示？ProtocolEntity—上下层关联关系传送网络A网络BTCPIPIP今后的传送协议是否可以设计成可同时跨在不同的网上呢？12ProtocolEntity—上下层关联关系网络层实体：关联多个链路层实体网络层的本职工作就是用多条链路来构建的网络节点应用层实体：可关联多个传送层实体需求驱动的通信方式未涉及到的一种关联形式上下层的两个实体间同时存在多个关联上层实体需要进行多个独立的通信(哪层的实体有此需求？)IP链路A链路B链路C应用传送A传送B传送C上实体下实体13ProtocolStack(协议栈)协议栈指单台设备上的协议实体层次结构上下层关系是协议栈构建的基本规则IPv4UDPTCPAppDLPhyDLPhyDLPhyIPv6UDP6TCP6App6DLPhyWindowsXP下的双栈结构应用软件--根据需要可选择TCP或UDP实现通信--并可实现多个独立的通信（如多网页的浏览器）传送层实体--经特定的网络、而不能选择不同的网络实现传送网络层实体--根据目的地址的方向选择适当的链路来传输--链路层提供的并行通信能力造就了多个并行网络链路层实体--具体链路的传输处理物理层实体--具体信道的信号传输14ProtocolStack(协议栈)IPv4RouterIPv6RouterDualStackRouterIPv4链路A链路B链路CV4IPv6链路A链路B链路CV6IPv4链路A链路B链路CV4/V6IPv6仅在IPv4网络上工作仅在IPv6网络上工作工作在IPv4/v6混合网络上15ProtocolStack(协议栈)协议栈可能出错情况IPv4UDPTCPAppDLPhyDLPhyDLPhyIPv6UDP6TCP6App6DLPhyPhy传送层实体不能跨接在两个网络上1个SAP不能支持多个上层实体网络层和链路层间多个关联无意义链路层不能关联多个物理层传送层和网络层间多个关联无意义16Phy协议栈的构建(1)链路层(以太网MAC)实体在MAC上构建可通信的(以太网内部)对等实体如此构建的以太网上的IP实体要实现到其它链路层(网络)的通信网络层实体实现链路跨越802.3Phy802.3Phy802.3Phy802.3IPIPSerPPPSerPPPIP17协议栈的构建(2)在链路层上的其它实体ARP实体，辅助网络层解析地址映射由于不是网络层实体，ARP功能局限于所在的以太网内PPPoE在以太网上“再”形成点对点链路层哪两点？在PPP协议内部指定其它实体以太网上的各种系统(见RFC1700，pp168-171)很多实体不属于网络层的实体Phy802.3Phy802.3Phy802.3Phy802.3ARPARPARPARPPPPPPPPPPPPP18协议栈的构建(3)网络层(如IP)实体之上可以在任意远近的两个站点间形成对等实体如传送层的TCP、UDPIPIPIPXX19协议栈的构建(4)例：IP上的其它实体--XICMP实体(1)任意站点间为IP传递控制消息EGP实体、IGP实体(8,9)任意站点间交换路由消息、计算路由ETHERIP实体(97)任意站点间传递以太网数据帧CPHB实体(73)任意两台计算机间的“心跳线”IPIPIPXX20DataElementsEthernetexample将[Data]从M1送到M4M1的MAC如何知道目的方是M4？M4的MAC如何知道目的方是自己？又是谁送的？增加首部，包含对等MAC实体需掌握的信息以太帧格式用接口参数控制[Data]的走向802.3802.3802.3802.3DataData802.3M1M2M3M4M5StationMACaddressM1~M5DataTM4M1Dst,Src,Type,DataDst,Src,Type,Data(M1)(M4)21DataElements模型化EntityEntityDataDataDataHPDU实体附加自己定义的首部，实现与对等实体的协议交流PDU作为下层传递的Data单元22SDUDataElementsEntity：HeaderaddingandremovingICI：InterfaceControlInformationSDU：ServiceDataUnitHICISAPSDUICISDU内部信息HSDUICIICIHSDUICIHSDUICI内部信息SDUICISAPSDUICIICI：--关于发送数据的描述信息--关于接收数据的描述信息H：Header--实体附加的协议首部信息23DataElementsProtocolDataUnit(PDU)ProtocolHeader+ProtocolDataDataIPUDPTCPAppAppAppAppAppDLPhyApp-DataApp-Header(AdditionalInfo.)DatasID,rID,…DataID,…TransportHeaderNetworkHeaderDataID,…DataLinkHeaderData…PhysicalHeaderAPDUTPDUNPDU(Packet)DL-PDU(Frame)Phy-PDU(Signal)PDUName24DataElementsHeader:AddingandRemovingEntity-1Entity-2Entity-3DataDataH3DataH2DataH1DataDataH3DataH2DataH1AddingHeaderRemovingHeaderEveryEntitywillAddingorremovingitsheaderwhenmovingtheDUdownorupEntity-1Entity-2Entity-3DataDataH3DataH3DataH1DataDataH3DataH2DataH1AddingHeaderRemovingHeaderIfEntity-2hasnoheaderaddingorremoving,itwilldisappearfromthestack

(PDUhasnoinformationaboutprotocolprocessingassociatedwithEntity-2)25DataElements例TCP/IP中的SessionTCP：通信会话管理与控制：如流控等，没有与对方交流的信息，因此没有设计相应的首部，相应的功能，TCP完成一部分，应用软件完成一部分Session实体没有存在的必要UDP：根本没有考虑流控等会话管理Session实体没有存在的必要AppTCPSessionAppTCPSession26SAPUsage如图你是否会担心从A的TCP发出的DU，会不会送到B的UDP上？一般地讲，这是一个SAP使用规则问题保证通信从正确位置出发，到达正确的目的位置从某个协议实体出发，到达对方的对等实体上IP1617IP1617IP1617IP1617TCPTCPTCPUDPUDPUDPUDPAB27网络网络网络SAPUsage网络层从某个SAP出发的DU，在目的端仍从相同的SAP回到上层实体使用规则:各种上层协议实体都固定关联网络层的特定SAP保证了上层各种协议的通信不会出现协议间交叉的情况161716171617网络1617例：IP的ID使用规则[RFC1700]ID=1：ICMPID=6：TCPID=17：UDP…ID=1ID=6ID=17ID网络DU既是上层进入网络实体的ID，也是网络实体送向上层的IDID28SAPUsage网络层SAP使用效果设：网络实体提供的SAP=[1..N]，网络实体为A、B、C、…，则整个网络构成了N个通信子集S1,S2,…,SNSi={所有网络实体上使用SAP=i的实体}Si内所有实体间都可实现通信Si内实体和Sj内的实体不能实现通信（i≠j）实体A实体B实体CS1S2SN29SAPUsage链路层：与网络层相似链路两端相同的上层协议实体固定关联在特定SAP上i--i的通信(i=1..N)，共N对通信链路层通信的复用现象目前DL的SAP存在的毛病不同链路层协议对ID使用规定不同，例以太网规定：ID=0800H供IP协议使用PPP协议规定：ID=0021H共IP协议使用DL12nDL12nID链路帧网络1网络n网络2网络1网络n网络2既是上层进入DL的ID，也是DL送向上层的ID网络DUID30SAPUsage链路层通信复用现象r1r2r3r4r1r2r3r4常规时分复用TDM，信道速率为Rri(i=1..N)为固定值∑ri=Rr1r2r3r4r1r2r3r4统计时分复用STDM，信道速率为Rri(i=1..N)值0~R可变∑ri≤R第i路的速率固定为ri若某路无数据，仍被保留，不能供其它路使用信道利用率降低第i路的速率ri最小为0，最大可达R若某路无数据，则其它路的速率可相应增加信道利用率高31SAPUsage传送层：在SAP设置上存在两大难题难题1：多个传送层协议间的SAP协调问题各个协议独立提供各自的SAP，极易造成应用实体使用上的混乱难题2：SAP固定关联上层协议，无法满足应用层协议的需求应用协议无法接受一个应用协议只有一个实体的现实传送A传送B55应用若都是5号ID，增加了应用实体区分不同传送协议的困难独立设置SAP传送5应用A应用A使两个相同的应用无法实现--如两个文件同时传输--浏览两个网页SAP固定关联32TCP/IP设计者提出了创新性解决方案所有传送层协议实体共享统一的SAP域SAP与应用协议实体采取动态关联动态关联可能造成应用层协议间的交叉通信设计者提出了C/S模型成功解决了该问题SAPUsage传送A传送B1应用A23ikn传送C共享SAP域应用A应用BsID传送DUrID应用DUsID和rID分别表明发送方SAP和接收方的SAP应用实体可使用任一SAP与任意传送协议关联33SAPUsageSAP通信模型12n12nSAPsSAPsIDDU结构固定分配模型(链路层、网络层)通信双方12n12n动态分配模型(传送层)DU结构sIDrIDDLDL网络网络网络网络网络网络传送传送传送传送传送传送传送传送传送传送N个独立的逻辑链路描述：应用进程间灵活的通信行为探讨：SAP的通信行为描述：N个“独立的”网络通信行为研讨：SAP的通信行为34SAPIDexampleEthernet（16bit）dMACsMACTypeDataType1:0~5DCLLC2:0800IP3:0801X.754:0802NBS5:0803ECMA6:0804ChaosNet7:0805X.258:0806ARP……IPLLCX.75ECMA12345NBS802.3MACType=?固定关联的上层协议35SAPIDexampleIP(8bits)IGMPICMPGGPST12345IPIndexProtocol1:1ICMP2:2IGMP3:3GGP4:4IP5:5ST6:6TCP…17:17UDPTCP6IPProtocol=?固定关联的上层协议36SAPIDexampleTCP/UDP(16bits)SourceSAP：SrcPortDestinationSAP：DstPortSrcPortDstPortDataTCP/UDPpacket37SAPIDexample例：文件传输协议FTP你可以把客户方A和客户方B看作不同计算机上的FTP应用实体也可以看作是一台计算机上的两个FTP实体FTP2021TCP服务器方FTPxTCPFTPyTCP客户方A客户方B服务器方：20用于文件传输控制21用于文件数据传输客户方：任意ID，与服务器的20实现交互控制与服务器的21实现文件数据传递x2020xy2020yy2121yx2121x依靠客户方ID及地址信息识别对方，服务器可以为任意个数的客户方提供文件传输服务依靠服务器方的ID和地址识别数据和控制，客户方用不同的ID就可同时实现与多个服务器的多个文件传输38ProtocolModelExchangeInformationbetweenpeerentitiestoperformspecificfunctions,andprovideservicestoupperEntitiesExampleDataHDataHFunctionsFunctionsProtocol(InformationExchange)ServicesServicesTCPTCPFTPFTP交互、文件处理反馈、重传、排序等TCP提供的可靠传送服务使FTP不必考虑出错情况39Services服务指下层实体对上层实体提供的支持存在两种截然不同的通信服务面向连接先建立连接，才开始通信，最后拆除连接无连接直接与对方通信EntityServicesprovided40Services电话系统提供了什么样的服务？拨号服务无法拨号可以拨号拨通接通通话服务正常通话对方挂机来话服务对方来电拨号音忙音振铃音振铃电话系统提供的服务由六种服务原语的组合构成话音无声41Services邮政系统的邮件服务接收你递交的邮件投递邮件到目的方的邮箱递交邮件投递邮件服务原语42SPSUServicePrimitives(服务原语)SP：服务提供者(下层实体)SU:享受服务的用户(上层实体)服务原语：是SP提供服务的分解动作原语：不可再分解的动作ReqIndRespConf下层对等实体上层对等实体下层实体SP(ServiceProvider)上层实体SU(ServiceUser)ServicesReq：上层向下层发起的动作Ind：下层向上层发起的动作Resp：上层对Ind的回应Conf：下层对Req的回应43面向连接的服务建立连接主动方向下层发起建立连接的请求下层将该请求传送到对方下层对方下层向上层表示有连接到达上层同意(拒绝)建立连接，向下层回应下层向本方下层传回回应本方下层回应上层同意(拒绝)连接Conn-Req、Ind、Resp、Conf都是下层提供的服务Conn-ReqConn-IndConn-RespConn-Conf下层对等实体上层对等实体44数据传送服务(面向连接、无连接)有确认的传送服务上层向下层发起传送数据的服务请求下层将数据封装，传送到对方下层对方拆封后，将数据投递到上层上层对数据向下层予以确认下层将确认传递到本方下层本方下层向上层予以回应Data-Req、Ind、Resp、Conf都是下层提供的服务Data-Resp、Data-Conf又称ACKData-ReqData-IndData-RespData-Conf下层对等实体上层对等实体45数据传送服务(面向连接、无连接)无确认的传送服务上层向下层发起传送数据的服务请求下层将数据封装，传送到对方下层对方拆封后，将数据投递到上层Data-Req、Ind都是下层提供的服务Data-ReqData-Ind下层对等实体上层对等实体46ServicePrimitives(服务原语)原语的几种形式(提供服务的动作类型)ReqForm1IndForm2ReqForm3IndReqForm4IndForm5IndRespConfIndIndForm6IndRespRespReqForm7Form8ReqForm9IndConfReqConfReqConfConf47Req,Ind,Resp,Conf的区别Req、RespReq：SU向SP发起的新动作(与之前发生的动作无关)Resp：SU向SP发起的动作，是SU对之前的Ind通知的响应Ind、ConfInd：SP向SU通知的新事件，事件来源是对等SU、或SP内部Conf：SP对SU的通知，是SP对之前SU发起的Req的回答SPReqSUSPRespSUSPIndSUSPConfSUReq/Ind表示新动作或事件Resp/Conf是与先前动作相关的动作或事件48ServiceDefinition具体协议定义各自的服务定义服务的功能、定义使用的原语类型例：TCP定义的服务建立连接服务：建立与对方的通信连接原语类型4数据传送服务：可靠的数据传送原语类型3拆除连接服务：拆除与对方的通信连接原语类型9异常通信中断：通知和善后处理原语类型3和5ReqIndRespConfConnectReqIndReqIndConfDiscIndIndResetReqIndResetDataTCPSUSU49解读TCP提供的服务建立连接发起：需用connect发起连接，得到对方响应后才能通信接收：需用Accept来接受对方连接，才能进行通信TCPTCPConnect(Req)Connect(Ind)Accept(Resp)Connect(Conf)ACKSYNSYN+ACKTCP内部的三次握手，对SU而言，仍是服务原语4ReqIndRespConfConnect50解读TCP提供的服务数据传送拆除连接TCPTCPData(Req)Data(Ind)SYNACKTCP内部的ACK，对SU而言，仍是无确认的服务原语TCPTCPDisc(Ind)DiscACKDisc(Req)Disc(Conf)TCP不管内部处理如何，都会向SU回应ReqIndDataReqIndConfDisc51解读TCP提供的服务异常中断IndIndResetTCPTCP中断XResetReset如果TCP出现异常中断，会同时向连接的双方的TCP发出Reset，TCP将会通知上层SU实体52ProtocolFunctionsAddressingSegmentationandreassemblyTransferreliabilityRelay53AddressingAddress(地址)用于标识网络设备，每一个设备至少有一个唯一的地址Addressing(编址、寻址)编址：设备地址的编排方案寻址：查找指定地址的设备所在位置地址问题部分链路层有地址需求网络层有地址需求其它层可认为没有地址需求54Addressing—DataLinkLayerP2P信道两点间的通信，故地址没有实际用途多点连接信道需要用地址来区分各个设备而且，每个帧中都必须包含源地址和目的地址信息地址无法包含设备的位置信息平面地址DLDLPhyPhyDLDLPhyPhyDLPhyDLPhy55Addressing—NetworkLayer复杂的网状拓扑结构每个设备都需要用地址标识地址应该是全网统一编排的否则无法从其它地点访问它独立于链路层的地址没有链路层地址也需要网络地址全网统一编排，链路层地址没有全局效果地址可以包含位置相关信息名称：网络地址业务资源网移动接入ADSL接入宽带无线接入广域连接56Addressing—NetworkLayerLinkBasedNetwork网络由“点”和“线”描述的拓扑结构OSI为其定义了结构化的地址格式网络地址=<国家号,地区号,网号,节点号,链路号>特殊技术最后一个节点选择链路而不是选择目的计算机57Addressing—NetworkLayerSubnetBasedNetwork网络拓扑结构不能完全用“点”和“线”描述多点连接信道(子网)TCP/IP为其定义了基于子网的地址结构网络地址(IP地址)=<网络号,[子网号,]主机号>特殊技术子网也可以作为节点间的“信道”子网内的站点用“平面地址”寻址58Addressing—NetworkLayer思考题两类地址：“平面地址”和“结构地址”代表的含义OSI的地址方式不需要为计算机分配地址，而IP地址需要分配到计算机上，为什么？OSI地址是一种可变长地址，IP地址是一种定长地址列举一些变长和定长地址的优缺点OSI为何考虑使用变长地址、IP为何考虑使用定长地址？是想规避那些问题、发挥哪些优点？是否可重新定义OSI地址的某些域，使其可用于基于子网的结构？这样与定长的IP地址在通信上有什么差别？59协议实体SegmentationandReassembly分段的需求(某层)协议受下层传输长度的限制如IP在不同的链路间中继遇到的情况(某层)协议自身通信模式的设计如ATM固定的53字节信元长度分段的模型协议实体分段Segmentation重组Reassembly协议实体不重组实体为每个分段都加上协议首部60SegmentationandReassembly分段/重组特性重组问题：某协议要可靠地进行重组，附加信息中应包含什么内容(考虑什么因素)？同一个DU的各分段的重组各分段的顺序在传递的途中还可能被再次分段服务特性上层协议是如何“享受”下层协议的分段和重组服务?若下层协议只有分段而没有重组功能，情况又如何呢？分段重组分段重组上层协议上层协议仅分段仅分段上层协议上层协议61TransferReliability目前设计上，上层协议“享受”的可靠性分两种无连接型：DU可靠性不排除出现DU丢失、重复、序列错乱面向连接型：DU序列可靠性DU序列的可靠，无丢失、无重复、按序其它可靠性（有待设计）可靠性实现技术无连接型接收方：检测和排除出错的DU发送方：是否需要知道DU被正确接收到了？面向连接型为序列中的DU编序号接收方反馈DU序列接收情况发送方重传出错的DU实体实体上层协议上层协议协议仅编序号、反馈、重传是无法实现序列可靠性的！62Relay(中继)网络层协议的本职工作其它层次呢？简单地说，除了网络层协议规定了中继功能外，其它层次在协议上都没有规定要实现中继功能这些层次上实现中继功能的意义和作用何在？中继功能是这些层次的协议外的内容中继类型与协议的关系协议内中继协议外中继与层次的关系同层中继跨层中继网络实体中继实体实体实体实体中继实体中继实体中继实体链路层中继网络层中继传送层中继跨层中继从协议栈模型可推断出中继类型63NetworkArchitectureAnalysisEthernetHDLCPPPIP/UDP/TCPMPLSIPXX.2564Ethernet(以太网)工作场景IEEE802.3(1985)[802.3ae,802.3af,802.3aj,802.3ak]总线型共享信道(多点连接)的组网链路层主要特性共享信道高效传输算法(CSMA/CD)三种通信方式：单播、多播、广播平面地址结构(6字节长度，称为MAC地址)设备的MAC地址直接固化在MAC的硬件内源站到目的站通信经信道直接传输实现FrameFormat64~1518Bytes无分段/重组能力SAP:TypefieldID=[0..65535]提供了丰富的并发能力MACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyDASATypeDataBody66246-1500FCS4EtherHeader65Ethernet(以太网)ServiceDefinitionDataTransmission,Primitiveform3SAPUsage(Type域)静态分配给上层协议ReqIndMA_DATA_Req(dMAC,sMAC,Type,SDU,pri)MA_DATA_Ind(dMAC,sMAC,Type,SDU,Rx_Status)MACSDUICIHSDUFrameType(hex)上层协议0~5DC LLC0800 IP0805 X.250806 ARP8863 PPP(Discover)8864 PPP(Session)86DD IPv6......MAC66网桥扩展原有的通信不受影响站点间感觉上仍然是“经信道直接传输”站点的工作方式不受影响中继转发只转发“应该转发”的帧提升了性能(两个独立信道)多口网桥网桥的多接口扩展性能进一步提升(更多信道)以太网交换机以太网接口密度更高的网桥8、16、32、48口软件无法达到相应的中继转发性能中继转发改用硬件交换电路实现性能大幅度提升Ethernet(以太网)MACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhy中继转发网桥设备所有SAPMACPhyMACPhyMACPhyMACPhy中继转发多口网桥交换芯片以太网交换机67Ethernet(以太网)交换式以太网每个站点独享一个交换接口组网性能通信性能有质的飞跃信道共享算法蜕化半双工变成全双工全部信道独立组网效果站点间感觉上仍然是“经信道直接传输”站点的通信方式未受影响评价以太网交换机一种把以太网共享信道转变成交换信道的设备以太网的高性能信道设备MACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhyMACPhy68HDLCHigh-levelDataLinkControl工作场景P2P信道同步信道(同步HDLC)、异步信道(异步HDLC)主要特性协议大类(其中的子集就能组成新的协议)LAPB，LAPD：序列可靠性PPP：DU可靠性帧结构帧长：随信道特性可变(双方协商)C域：定义了多种帧类型(控制帧、信息帧、应答帧)没有用于并发ID的域(不适应并发的通信)HDLCPhyHDLCPhyP2P信道CDataBodyFCSHDLCOnly1SAP69HDLCServiceDefinitions根据服务定义，描述HDLC的应用特点Set-Mode(建立连接)HDLCResetHDLCHDLCResetHDLCDisc(拆除连接)HDLCFrame(数据帧)HDLCFrame_ACK(数据应答)HDLCHDLCUserUserServices70PPPPoint-PointProtocol工作场景P2P信道同步信道(同步PPP)、异步信道(异步PPP)使用HDLC中的一种帧类型(UI帧)特性Connectionless支持任意网络协议的链路层多个子协议：链路协商、认证、网络参数协商帧结构帧长：随信道特性可变(链路协商)ID域：prot，子协议标识PPPPhyPPPPhyP2P信道00000011DataBodyFCSprotPPP帧LCPIPIPCPPPPPAP2可变长71PPPServiceDefinitionsPPPLink建立、配置协商（LCP）认证(PAP)(可选项)网络层协议配置协商（NCP）网络层协议传输Link中止PPPOpenPPPL-ConfigPPPN-ConfigPPPAuthenticationPPPNet-DataPPPCloseProt：C021：LCP子协议C023：PAP子协议8021：NCP(IP,IPCP)8023：NCP(ISO-CLNP，ISOCP)0021：NP(IP)0023：NP(CLNP)LCPNet-iNCP-kPPPPAPPPP经历阶段NCP-iNet-k72IP工作场景多个网互联环境特性Connectionless静态ID分配分段/重组IPIPsDataIP_Req(sIP,dIP,Protocol,SDU)UserIP_Ind(sIP,dIP,Protocol,SDU)ServiceDifinitionIPIPIPUser73UDP工作场景因特网上端-端传送特性Connectionless动态ID分配UDPUDPUserUserIP网络UDPDataSendTo(sIP,sPort,dIP,dPort，SDU)RecvFrom(sIP,sPort,dIP,dPort，SDU)ServiceDifinition74TCP工作场景因特网上端-端传送特性ConnectionOriented分段/不重组动态ID分配TCPTCPUserUserServiceDifinitions=Conn(sIP,sPort,dIP,dPort)Send(s,SDU,Len)sRecv(d,SDU,Len)dd=Accept(sIP,sPort,dIP,dPort)Disc(s)Disc(d)Reset(s)Reset(d)Reset(s)Reset(d)建立连接拆除连接数据传送异常IP网络75MPLS工作场景Multi-ProtocolLabelSwitch网状拓扑结构多协议交换链路层(功能高于链路层，2.5层)特性ConnectionlessLabel域：4字节Label:20bit，标识转发路径TTL:8bit，报文生存期限其它：4bit，附加功能动态/静态Label分配Label标示目的地，不同Label到达不同目的地基于Label实现高速转发LDUMPLSswitchNetworkMPLS帧MPLSDataData_Req(Label,SDU)Data_Ind(Label,SDU)ServiceDifinitionMPLSPhyPhySAP：Labels76PhyPhyMPLS任意DU在进入MPLS时添加MPLS首部，分配标签MPLS根据标签实现高速交换和中继在出MPLS时去掉MPLS首部，还原DU与DU协议无关的交换网故称：“多协议标签交换”MPLS节点间高速大容量信道如光纤信道1G、10G、40GDWDM(n*10G)MPLSswitchCoreL1L2MPLSPhyPhyMPLS核心节点77MPLS多协议分组交换核心网为多种网络体提供大容量交换L1L2MPLSCoreTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPIPXIPXIPXISOISOISOMPLSPhyPhyPhyPhy协议栈中继MPLS边界节点将任意协议都转换成2层结构的交换78IPX工作场景以太网上的Novell网络层协议多个以太网互联环境InternetProtocoleXchange特性Connectionless以太网地址兼作IPX地址以太网间通过IPX服务器连接Protocol目的网络目的MAC地址目的Port源网络源MAC地址源PortIPX报文首部(部分)MACPhyIPXSAP=8137SAP=Protocol5=SPX17=NCPIPXDataData_Req(Protocol，dNet,dMac,dPortSDU)ServiceDifinitionData_Req(Protocol，sNet,sMac,sPortSDU)MACPhyIPXMACPhy79LAPBPhyX.25工作场景ISO最早定义的一种网络层协议基于链路拓扑结构的网络特性ConnectionOriented协议过程复杂ServiceDefinitionsLAPBPhyX.25OnlySAPCall(建立连接)X.25GroupChannelTypeOtherDataX.25PacketG1G2Ch1~NCh1~NDisc(拆除连接)X.25DataX.25ClearX.25InterruptX.25ResetX.25RestartX.25DIAGNOSTICX.25LAPBPhyX.25G1G2Ch1~NCh1~NLAPBPhy80任何一个协议实体的SAP没有限定必须是何种协议没有限定一定是更高层次的协议思考可不可以将底层的协议放到高层的协议之上？可不可以将同层的一个协议放到另一个之上？一个协议可不可以使用更下层的SAP？有什么限制因素？对网络有什么好处？特性发生了什么变化？网络的变化、更新、发展的主要方向之一层次、协议、组合协议实体?????81工作场景在以太网上实现点到点通信运营商提供接入手段之一特性通过Discovery，找到PPPServerPPP的Session与固定的Server通信，实现点到点PPPServer可与多个PPPClient建立点到点会话协议的组合变化--PPPoEMACMACMACMACPPPPPPPPPPPPMACPPPClientDiscovery(<Broadcast>,A,SDU)MACPPPServerABDiscoveryACK(A,B,SDU)PPPSession(B,A,SDU)PPPSession(A,B,SDU)SAP：8863用于DiscoverySAP：8864用于PPPSessionEtherFramePPPFrame链路层82协议的组合变化-LLCLLCDSAPSSAPDataBodyCCarrieddataCompatiblewithHDLCCfieldsIDrID工作场景扩展MAC的功能ConnectionOriented动态ID分配ServicesSameasHDLC111or2MLLCformatLLCLLCMACLLC仅使用了MAC的一个SAPMACMACMACLLC链路层83工作场景基于交换式以太网的MPLS特性仅使用以太网的一个SAPMAC的8847供MPLS用利用以太网接口，连接MPLS核心交换IP路由器接入MPLSIP/MPLS的双交换设备协议的组合变化-MPLS(oE)交换式以太网MACMPLSPhySAP=8847MPLSoE节点链路层MACPhyMACPhyMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLSMACMACMACMACMPLS画出该设备的协议栈结构IP网IP网MPLSCore84分布式以太网桥用网桥技术将分布在因特网上的几个以太网连成一个以太网设计要求可行性分析、用途分析、特性分析设计网桥层次与协议体系设计中继方案设计中继控制功能在Linux系统上实现和测试协议的组合变化—本科毕业设计课题因特网以太网以太网以太网MACMAC中继??85以太网在接入网的应用扩展(思科公司)设想下述在SDH传输网上的以太网扩展应用的协议体系EPL(EthernetPrivateLine）提供点对点的独享带宽以太网专线服务基于SDH/MSTP、DWDMEWS（EthernetWireService）在一个共享带宽的架构中提供点对点的以太网服务多个EWS业务可共享一个SDH传输通道ERS（EthernetRelayService）提供点到多点的以太网连接服务多个ERS业务可共享一个SDH传输通道EMS（EthernetMultipointService)提供多点到多点的以太网连接服务多个EMS业务可共享一个SDH传输通道EPS（EthernetPrivateRing)在一个独立带宽的架构中提供多点对多点服务提供任意点之间的互通和组播等功能86BasiccriterionsPeerentitycriterionTransparentcriterionIndependentcriterionXYPDU?EntityEntity?1)Entitytalkingwithpeerentity2)X=Y3)Entityisindependentofupperorlowerentity87MACMACPeerentitycriterionPDUheadercarryinfo.thatissenttopeerentityEntityPDUThePDUheadercanonlybeunderstoodbytheentitythatexecutethesameprotocolThepeerentityistheonewhoprocessthesender’sPDUheaderIPIPIPIPIPMACMACMACMACPeerentityareadjacentIPentity(IPentitymaychangetheIPheader)Twocomputers’MACmaybeconsideredaspeerentity(TheswitchdonotaltertheMACheader)88PeerentitycriterionExampleADSL：PPPoEPPPauthenticationoccurbetweenuserandISPConsiderthepossiblecaseofmeddledeviceentitystructureADSLIPPPPMACIPPPP…PPPauthentication802.3TelephonelinePhyPhyADSL……89TransparentcriterionTransparentmeansSameDUcontentsSameDUsizeEntityEntityEntityEntityEntityEntityDUDUEntityEntityPeerentityworkbasedontransparent90TransparentcriterionIfIPentityreceiveIPpacketintwosegmentsIPprocessingmaybecomemorecomplexIfIPentityreceiveIPpacketwithhead