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1、第二章第二章 通信网业务与承载通信网业务与承载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第二章 通信网通信网业务与承载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，210003Campus Box 456,38,Guangdong Rd,Nanjing 210003,PR CHINA电话号码86-25-8349-2617IPv4地址、MAC地址10-78-D2-98-28-5EURL/URI对象类名地址类型地址类型Namespaces cited by wikipediaNamespaces cited by w
2、ikipediaIPv4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。IPv4IPv4地址空间地址空间CIDRCIDR分配分配RangeDescriptionReference0.0.0.0/8Current network(only valid as source address)RFC 573510.0.0.0/8Private networkRFC 1918100.64.0.0/10Shared Address SpaceRFC 6598127.0.0.0/
3、8LoopbackRFC 5735169.254.0.0/16Link-localRFC 3927172.16.0.0/12Private networkRFC 1918192.0.0.0/24IETF Protocol AssignmentsRFC 5735192.0.2.0/24TEST-NET-1,documentation and examplesRFC 5735192.88.99.0/24IPv6 to IPv4 relayRFC 3068192.168.0.0/16Private networkRFC 1918198.18.0.0/15Network benchmark tests
4、RFC 2544198.51.100.0/24 TEST-NET-2,documentation and examplesRFC 5737203.0.113.0/24TEST-NET-3,documentation and examplesRFC 5737224.0.0.0/4IP multicast(former Class D network)RFC 5771240.0.0.0/4Reserved(former Class E network)RFC 1700255.255.255.255 BroadcastRFC 919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
5、广播单一消息发送到所有接受节点寻址类型寻址类型CIDRCIDR寻址寻址00001100 00000100 00000000 000000001111111111111110 00000000 00000000Address Maskfor hosts Network Prefix 9Longest Prefix Longest Prefix MatchMatchIPIP路由器查找转发表或路由表路由器查找转发表或路由表IPIP前缀与出口之间的映射关系前缀与出口之间的映射关系适用于单播路由适用于单播路由分组只有一个目标地址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路由器查表，得
6、到匹配项最长前缀的表项及出口关键问题关键问题:快速查找快速查找目标地址转发表Serial0/0.1出口链路最简算法性能最差最简算法性能最差每次转发需遍历所有表项每次转发需遍历所有表项以便查到匹配项以便查到匹配项涉及前缀掩码长短的处理涉及前缀掩码长短的处理保留所有匹配项，以便比较出保留所有匹配项，以便比较出LPMLPM处理开销正比于转发表的大小处理开销正比于转发表的大小当前状况下，表项数约为当前状况下，表项数约为150,000-200,000!150,000-200,000!而路由器数纳秒收到一个分组而路由器数纳秒收到一个分组即，未查到出口，新分组已到达即，未查到出口，新分组已到达线速转发需要线
7、速转发需要高性能算法高性能算法硬加速硬加速Patricia TreePatricia Tree前缀按树结构存储前缀按树结构存储一位比特对应一级树节点一位比特对应一级树节点中间节点可对应到有效前缀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即，中间节点可保存下一跳接口信息处理分组时处理分组时接目标地址遍历树接目标地址遍历树达到达到LPMLPM时停止查找时停止查找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)Aloh
8、aCSMA(载波侦听多址)With CD(冲突检测)With CA(冲突避免)多址（接入）类型多址（接入）类型Prob.局所分布Prob.冲突控制POTSPOTS用户环路示例用户环路示例局所规划的经验方法局所规划的经验方法RMA:AlohaRMA:AlohaABCABABCase1:Case2:ttAlohaAloha最大吞吐性能最大吞吐性能ABABG=lambda TTf(0)=exp(-G)S=f(0)f(1)=G exp(-2G)f(1)=G exp(-G)dS/dG=exp(-2G)2Gexp(-2G)=0Gmax=1/2所以所以,Smax=1/2e=18.4%CSMACSMAABBC
9、SNo CS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第二章 通信网通信网业务与承载业务与承载TDMTDM封装和封装和STDMSTDM封装封装Prob.2 帧长Ex for ATM1)64B by USA2)32B by FRA3)48(+5)Prob.1 同步T1:1544 kb/sE1:2048 kb/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第二章 通信网通信网业务与承载业务与承载端到端传送功能的分布
10、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,and D.D.Clark.End-to-End Arguments in System Design.ACM Transactions on Computer Systems.1984,2(4):277-288.被引用2345次，201402；2011IF：1.793对比 The scientific approach to cancer control.CA:A Cancer Journal for Clinicians,1
11、984,34(6):328-332.被引用78次，2012IF：101.78P2PP2P差错控制差错控制AFC21p:正确概率，1-p:出错概率=p+2(1-p)p+3(1-p)2p =1/pp(1-p)p 如何得到等比数列计算等比数列计算 I(x)=1+x+x2 xI(x)=1+x+x2 -1(1-x)I(x)=1 I(x)=1/(1-x)I(x)=1/(1-x)2 =1+2x+3x2 =p+2(1-p)p+3(1-p)2p =pI(1-p)=p1/1-(1-p)2 =1/pE2EE2E差错控制差错控制AFCtt传输延时=2t =2t/p二段链路E2Eq=p2:正确概率，1-q=1-p2:出
12、错概率=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考虑重传请求的P2PP2PAFC=tp+(2+1)t(1-p)p+(4+1)t(1-p)2p =tp+t(1-p)p+t(1-p)2p+2t(1-p)p+2(1-p)2p =tpI(1-p)+2t(1-p)pI(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)=1 I(x)=1/(1-x)I(x)=1/(1-x)2 =1+2x+3x2 考虑重传请求的考虑重传请求的E2EE2EAFCp(1-p)p =2t(2-p)/
13、p=2t(2-p2)/p2 -=2t(2-p2)-(2p-p2)/p2 =4t(1-p)/p2 0 重传控制处理时间重传控制处理时间AFC=k(t0+th)(2-p)/p=(k t0+th)(2-pk)/pk p(1-p)p -(k-1)2kt0(1-p)-th)t=t0+tht=k t0+th跳数：k1-p RTT(1-p)重传控制的适用范围重传控制的适用范围AFCt=t0+tht=k t0+th跳数：kc=300,000 km/s=d 100 ms for HRP27,500 km 100 ms(HRP)27,500 m 100 us(LAN)27.5 m 100 ns(HAN)2.75
14、cm 100 ps(IC)384,400 km 1.28s(地月)th RTT(1-p)E2E适用条件：th 200 us,HRP 200 ns,LAN 2.56 ms,地月1-p10-3重传业务量返回重传业务量返回AFC=s0+s0(1-p)+s0(1-p)2+=s0/p=s0/p2p(1-p)跳数：2p2分组数：SP2P分组数：SP2P分组数：s0重传的业务量强度重传的业务量强度AFC=s0+s0(1-p)+s0(1-p)2+=s0/p=s0/p2p(1-p)跳数：2p2分组数：SP2P分组数：SE2E分组数：s0=2t/p=2t/p2 =2t(2-p)/p=2t(2-p2)/p2 路由选
15、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E2EE2E必然结果必然结果E2EE2E的难解问题的难解问题Web BrowserWeb ServerHTTP/HTTPS 客户端：对于服务器端客户端：对于服务器端HTML内容内容 未发生更新的内容缓存未发生更新的内容缓存服务器端：对于客户端经常访问的服务器端：对于客户端经常访问的 内容存在缓存内容存在缓存CDNCDN解决方案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BOXCla
16、ssical Network ApplianceApproachBRASFirewallDPICDNTester/QoEmonitorWANAccelerationMessageRouterRadio/Fixed AccessNetwork NodesCarrierGrade NATSession BorderControllerPE RouterSGSN/GGSNFragmented,purpose-built hardware.Physical install per appliance per site.Hardware development large barrier to entr
17、y for new vendors,constraining innovation&competition.Network Functions Virtualisation ApproachHigh volume Ethernet switchesHigh volume standard serversHigh volume standard storageOrchestrated,automatic&remote install.Competitive&Innovative Open EcosystemIndependentSoftware Vendors2 2个个CDNCDN部署实例部署实
18、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第二章 通信网通信网业务与承载业务与承载时间透明的保障时间透明的保障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排队时间和上溢AFCpN 12 11-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控制优先排队优先排队AEFCDB23641113HPQLPQ调度分类EAC优先排队调度优先排队调度HPQLPQ调度分类EATCC
19、ACRSVP，Resource Reservation ProtocolRSVP-TE，RSVP-Traffic Engineering有质量保障的路由有质量保障的路由AEFCDB236411131）计算最短路由；2）存在不能保证质量的链路删除，否则结束；3）如果全部链路删除完结束，否则执行1）。显然，需要找出更好的解决方法。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第二章 通信网通信网业务与承载业务与承载信道资源复用TDM、FDM/OFDM、SDM、WDM链路资源复用VPN、VLAN、VPLS信息资源复用P2P、CDN网络
20、复用OTT、SDN网络资源复用的类型网络资源复用的类型LANLAN组网组网目标：如何阻止所有不希望接入的其他终端？方案一、独立建网方案一、独立建网特点：部署并维护独立的传输链路方案二、方案二、VLANVLAN服务服务特点：分布在不同群体区域的设备复用传输链路VLAN交换机MAN VPNMAN VPN假想示例：红点接哪个绿点假想示例：红点接哪个绿点MAN VPNMAN VPN假想示例的问题假想示例的问题Prob.1接入规划Prob.2交换与路由规划Prob.3故障保护规划Prob.4交换机控制开放方案Prob.5多ISP联合开放虚拟运营商的必然需求基础运营商解决的问题2.1 为何202.119.224.201是C类地址？202.119.224.201/19表示的子网容量是多少？2.2 用户环路中哪些因素会影响ADSL的数据速率？2.3 相比于纯ALOHA，什么因素使CSMA具有更好的吞吐性能？2.4 以南邮四个校区为例，简单计算分析网络交换中心的理想位置。2.5 存在排队时延时，如何对比分析P2P和E2E差错控制的吞吐性能？思考题与作业思考题与作业