路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論課件

1、路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論第一章第一章 互聯(lián)網(wǎng)概論互聯(lián)網(wǎng)概論北京郵電大學(xué)北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究中心下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究中心路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論2本課程主要內(nèi)容本課程主要內(nèi)容1.互聯(lián)網(wǎng)概論互聯(lián)網(wǎng)概論2.下一代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)下一代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)3.下一代互聯(lián)網(wǎng)動態(tài)路由協(xié)議下一代互聯(lián)網(wǎng)動態(tài)路由協(xié)議 4. IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與工程網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與工程 5.下一代互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)下一代互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 6.未來互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢未來互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢 7. 實驗與觀摩實驗與觀摩路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論3本章提綱本章提綱互聯(lián)網(wǎng)的基本概念互聯(lián)網(wǎng)的基本概念互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史互聯(lián)網(wǎng)

2、的主要問題互聯(lián)網(wǎng)的主要問題下一代互聯(lián)網(wǎng)概述下一代互聯(lián)網(wǎng)概述路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論4電信網(wǎng)電信網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)廣電網(wǎng)廣電網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)是主要實現(xiàn)計算機和計算機之間互聯(lián)互通是主要實現(xiàn)計算機和計算機之間互聯(lián)互通的一種信息網(wǎng)絡(luò)。的一種信息網(wǎng)絡(luò)。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論5互聯(lián)網(wǎng)的定義互聯(lián)網(wǎng)的定義v國際國際“聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)委員會聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)委員會”（FNC：Federal Networking Council） 給互聯(lián)網(wǎng)的定義給互聯(lián)網(wǎng)的定義“互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)”指的是全球性的信息系統(tǒng)：指的是全球性的信息系統(tǒng)： 1.通過通過全球性的唯一的地址邏輯地鏈接在一起全球性的唯一的地址邏輯地鏈接在一起。這個地址是建。這個地址是建立

3、在立在“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”（IP）或今后其它協(xié)議基礎(chǔ)之上的；）或今后其它協(xié)議基礎(chǔ)之上的； 2.可以通過可以通過“傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議”和和“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”（TCP/IP），）， 或者今后其它接替的協(xié)議或與或者今后其它接替的協(xié)議或與“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”（IP）兼容）兼容 的的協(xié)議來進行通信；協(xié)議來進行通信；3.可以讓公共用戶或者私人用戶使用可以讓公共用戶或者私人用戶使用高水平的服務(wù)高水平的服務(wù)，這種服務(wù)，這種服務(wù)是建立在上述通信及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施之上的。是建立在上述通信及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施之上的。 路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論6三個方面的含義三個方面的含義v互聯(lián)網(wǎng)是全球性的；互聯(lián)網(wǎng)是全

4、球性的；v互聯(lián)網(wǎng)上的每一臺主機都需要有互聯(lián)網(wǎng)上的每一臺主機都需要有“地址地址”；v這些主機必須按照共同的規(guī)則（協(xié)議）連接這些主機必須按照共同的規(guī)則（協(xié)議）連接在一起。在一起。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論7本章提綱本章提綱互聯(lián)網(wǎng)的基本概念互聯(lián)網(wǎng)的基本概念互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史互聯(lián)網(wǎng)的主要問題互聯(lián)網(wǎng)的主要問題下一代互聯(lián)網(wǎng)概述下一代互聯(lián)網(wǎng)概述路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論8 1946年2月10日美國的約翰約翰.莫齊利莫齊利、布雷斯帕布雷斯帕.埃克特?？颂氐热搜兄瞥隽耸澜缟系谝慌_電子計算機。1946年世界上第一臺電子計算機計算機誕生年世界上第一臺電子計算機計算機誕生互聯(lián)網(wǎng)誕生的技術(shù)背景互聯(lián)網(wǎng)誕生的技術(shù)

5、背景資源共享的需求資源共享的需求推動計算機與通信結(jié)合與發(fā)展！推動計算機與通信結(jié)合與發(fā)展！路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論9互聯(lián)網(wǎng)誕生的時代背景互聯(lián)網(wǎng)誕生的時代背景v 1957年，前蘇聯(lián)發(fā)射了人類第一顆人造地球衛(wèi)星。作為響應(yīng)，年，前蘇聯(lián)發(fā)射了人類第一顆人造地球衛(wèi)星。作為響應(yīng)，美國國防部組建了高級研究計劃署美國國防部組建了高級研究計劃署(ARPA)，研究將科學(xué)技，研究將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。 v 1961 年年MIT的的Leonard Kleinrock發(fā)表發(fā)表“Information Flow in Large Communication Nets”，第一篇有關(guān)，第一篇有關(guān)分組交換分

6、組交換的論文。的論文。v 1969年，為了能在爆發(fā)核戰(zhàn)爭時保障通信聯(lián)絡(luò)，美國國防部年，為了能在爆發(fā)核戰(zhàn)爭時保障通信聯(lián)絡(luò)，美國國防部高級研究計劃署高級研究計劃署ARPA資助建立了資助建立了世界上第一個分組交換試世界上第一個分組交換試驗網(wǎng)驗網(wǎng)ARPANET，連接美國四個大學(xué)。，連接美國四個大學(xué)。 ARPANET即為現(xiàn)代即為現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的前身?；ヂ?lián)網(wǎng)的前身。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論10斯坦福研究院猶他大學(xué)UCSBUCLAARPANETARPANET最初的結(jié)構(gòu)最初的結(jié)構(gòu) 指導(dǎo)思想：網(wǎng)絡(luò)必須經(jīng)受得住故障的考驗而維持正指導(dǎo)思想：網(wǎng)絡(luò)必須經(jīng)受得住故障的考驗而維持正常的工作，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，當網(wǎng)絡(luò)的某一部分因遭受

7、攻常的工作，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，當網(wǎng)絡(luò)的某一部分因遭受攻擊而失去工作能力時，網(wǎng)絡(luò)的其他部分應(yīng)能維持正常的擊而失去工作能力時，網(wǎng)絡(luò)的其他部分應(yīng)能維持正常的通信工作。通信工作。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論11TCP/IP協(xié)議的提出協(xié)議的提出 v1974年，年，Vinton Cerf和和Robert Kahn提出了提出了TCP/IP協(xié)議族，用以解決不同計算機網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題協(xié)議族，用以解決不同計算機網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題 。v1981年，年，IP的協(xié)議規(guī)范的協(xié)議規(guī)范RFC791和和TCP的協(xié)議規(guī)范的協(xié)議規(guī)范 RFC 793出現(xiàn)，并在出現(xiàn)，并在1983年成為年成為ARPNET的正式標的正式標準，這使準，這使ARPNET的

8、規(guī)模迅速擴大。的規(guī)模迅速擴大。 路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論12互聯(lián)網(wǎng)的誕生互聯(lián)網(wǎng)的誕生v20世紀世紀80年代中期，美國國家自然科學(xué)委籌建年代中期，美國國家自然科學(xué)委籌建NSFNET。vNSFNET是一個通用的研究網(wǎng)絡(luò)，它將地區(qū)網(wǎng)絡(luò)連是一個通用的研究網(wǎng)絡(luò)，它將地區(qū)網(wǎng)絡(luò)連接起來，原來連接到接起來，原來連接到ARPANET 的的大學(xué)電腦大學(xué)電腦，轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為接入接入 NSFNET，成為互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)。，成為互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)。v到到20世紀世紀90年代初，年代初， NSFNET被一個更有競爭力、被一個更有競爭力、商業(yè)化更強的骨干網(wǎng)商業(yè)化更強的骨干網(wǎng)ANSNET代替，將代替，將Internet向向商業(yè)用戶開放。

9、商業(yè)用戶開放。 路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論13萬維網(wǎng)的出現(xiàn)萬維網(wǎng)的出現(xiàn)服務(wù)器服務(wù)器連接到互聯(lián)網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)My webpageHello world!This is my first webpage!My webpageHello world!This is my first webpage!My webpageHello world!This is my first webpage!超文本超文本 1992年，歐洲粒子物理實驗室提出了一個稱為年，歐洲粒子物理實驗室提出了一個稱為WWW（World Wide Web）的概念，隨后一年，發(fā)布了稱為）的概念，隨后一年，發(fā)布了稱為Mosaic的的WWW客

10、戶程序。這是客戶程序。這是Internet發(fā)展史上一個劃時代的事件，發(fā)展史上一個劃時代的事件，因為它使得因為它使得Internet從一個由科學(xué)家和研究人員使用的文本工從一個由科學(xué)家和研究人員使用的文本工具轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎善胀ㄈ司涂梢允褂玫膱D形工具具轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎善胀ㄈ司涂梢允褂玫膱D形工具。 路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論14從從IPv4到到IPv6v 以以TCP/IP協(xié)議體系為基礎(chǔ)技術(shù)支撐的互聯(lián)網(wǎng)在取得巨大成功協(xié)議體系為基礎(chǔ)技術(shù)支撐的互聯(lián)網(wǎng)在取得巨大成功的同時，也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)和問題。的同時，也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)和問題。v 直接原因：互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模迅速膨脹和各種新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)。直接原因：互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模迅速膨脹

11、和各種新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)。v 根本原因：現(xiàn)有根本原因：現(xiàn)有IPv4協(xié)議存在著諸多設(shè)計上的缺陷，包括：協(xié)議存在著諸多設(shè)計上的缺陷，包括：地址空間不足地址空間不足配置復(fù)雜配置復(fù)雜不能很好的支持語音和視頻服務(wù)不能很好的支持語音和視頻服務(wù)安全性不高安全性不高移動性支持差移動性支持差路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論15從從IPv4到到IPv6v 互聯(lián)網(wǎng)的標準化組織互聯(lián)網(wǎng)的標準化組織IETF從從20世紀世紀90年代就著手制訂下一年代就著手制訂下一代網(wǎng)際協(xié)議代網(wǎng)際協(xié)議IPv6。v 1996年，描述年，描述IPv6及其支持協(xié)議的及其支持協(xié)議的RFC出現(xiàn)（出現(xiàn)（這些這些RFC基本基本上都已經(jīng)被新的標準所代替上都已經(jīng)被新的標

12、準所代替）。）。v 1998年，新的描述年，新的描述IPv6的協(xié)議標準的協(xié)議標準RFC 2460取代了舊的取代了舊的RFC 1883，新的描述，新的描述IPv6地址結(jié)構(gòu)的地址結(jié)構(gòu)的RFC 2373代替了代替了RFC 1884，而這個，而這個RFC在在2003年又被年又被RFC 3513所代替。所代替。v 目前目前IPv6已經(jīng)形成了比較完善的協(xié)議體系。已經(jīng)形成了比較完善的協(xié)議體系。 路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論16本章提綱本章提綱互聯(lián)網(wǎng)的基本概念互聯(lián)網(wǎng)的基本概念互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史互聯(lián)網(wǎng)的主要問題互聯(lián)網(wǎng)的主要問題下一代互聯(lián)網(wǎng)概述下一代互聯(lián)網(wǎng)概述路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論17互聯(lián)網(wǎng)通信示意互

13、聯(lián)網(wǎng)通信示意路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論18數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)（路由）問題數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)（路由）問題 信息在互聯(lián)網(wǎng)上傳遞，有兩個基本問題需要解信息在互聯(lián)網(wǎng)上傳遞，有兩個基本問題需要解決：一個是數(shù)據(jù)在鏈路上的傳輸；另一個就是數(shù)據(jù)決：一個是數(shù)據(jù)在鏈路上的傳輸；另一個就是數(shù)據(jù)在中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)。在中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)。 對比：火車運行需要鐵軌，還需要車站的調(diào)度對比：火車運行需要鐵軌，還需要車站的調(diào)度路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論19如何實現(xiàn)快速正確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)？如何實現(xiàn)快速正確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)？v 互聯(lián)網(wǎng)中負責(zé)對各種數(shù)據(jù)進行交換轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備稱為路由器?；ヂ?lián)網(wǎng)中負責(zé)對各種數(shù)據(jù)進行交換轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備稱為路由器。v 路由器要實現(xiàn)快速正確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，有兩

14、個關(guān)鍵問題需要解路由器要實現(xiàn)快速正確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，有兩個關(guān)鍵問題需要解決：決：v 路由器應(yīng)該知道向哪個方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)路由器應(yīng)該知道向哪個方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)不能南轅北轍不能南轅北轍v 路由器知道向哪個方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)后，要快速的對數(shù)據(jù)進行處理路由器知道向哪個方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)后，要快速的對數(shù)據(jù)進行處理v 第一個問題的解決：第一個問題的解決：動態(tài)路由協(xié)議動態(tài)路由協(xié)議v 第二個問題的解決：路由器硬件體系結(jié)構(gòu)、調(diào)度算法、路由第二個問題的解決：路由器硬件體系結(jié)構(gòu)、調(diào)度算法、路由查詢算法等。查詢算法等。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論20網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題v骨干網(wǎng)設(shè)計骨干網(wǎng)設(shè)計 給定節(jié)點位置和節(jié)點間流量，在網(wǎng)絡(luò)成本給定節(jié)點位置

15、和節(jié)點間流量，在網(wǎng)絡(luò)成本最小原則下，選擇每條鏈路的容量和流量，最小原則下，選擇每條鏈路的容量和流量，滿足時延等要求。滿足時延等要求。v接入網(wǎng)設(shè)計接入網(wǎng)設(shè)計有線接入（光纖、有線接入（光纖、XDSL、同軸電纜等）、同軸電纜等）無線接入（移動接入、固定接入）無線接入（移動接入、固定接入）路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論21移動性問題移動性問題v電信網(wǎng)：有線電信網(wǎng)：有線無線無線移動移動v互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也遵循同樣的規(guī)律互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也遵循同樣的規(guī)律路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論22安全和管理問題安全和管理問題v互聯(lián)網(wǎng)是一個開放性的網(wǎng)絡(luò)，在給人們帶來互聯(lián)網(wǎng)是一個開放性的網(wǎng)絡(luò)，在給人們帶來方便的同時，也存在嚴重的安全隱患。方

16、便的同時，也存在嚴重的安全隱患。v常見的網(wǎng)絡(luò)安全問題：常見的網(wǎng)絡(luò)安全問題：以各種方式有選擇的破壞信息。如：修改、刪除、以各種方式有選擇的破壞信息。如：修改、刪除、偽造、冒充、制造病毒等。偽造、冒充、制造病毒等。 在不干擾網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)正常工作的情況下，進行在不干擾網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)正常工作的情況下，進行偵聽、截獲、竊取、破譯和業(yè)務(wù)流量分析。偵聽、截獲、竊取、破譯和業(yè)務(wù)流量分析。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論23組播問題組播問題 從視頻服務(wù)器上下載視頻，假設(shè)每人占用1M帶寬，10個人就是10M，那1萬個人呢？路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論24 大家用同一個地址來接收視頻，1萬個人也是1M帶寬，這就是組播技術(shù)，即一對

17、多，可以有效降低網(wǎng)絡(luò)資源的消耗。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論25互聯(lián)網(wǎng)多種業(yè)務(wù)支持問題多種業(yè)務(wù)支持問題不僅包括傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，還要包括語音和視頻等各種業(yè)務(wù)路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論26本章提綱本章提綱互聯(lián)網(wǎng)的基本概念互聯(lián)網(wǎng)的基本概念互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史互聯(lián)網(wǎng)的主要問題互聯(lián)網(wǎng)的主要問題下一代互聯(lián)網(wǎng)概述下一代互聯(lián)網(wǎng)概述路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論27互聯(lián)網(wǎng)面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)互聯(lián)網(wǎng)面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn) 互聯(lián)網(wǎng)在不斷演進和發(fā)展的過程中，面互聯(lián)網(wǎng)在不斷演進和發(fā)展的過程中，面臨著重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括：臨著重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括： 地址空間即將耗盡地址空間即將耗盡 網(wǎng)絡(luò)安全可信度差網(wǎng)絡(luò)安全可信

18、度差 移動漫游能力有限移動漫游能力有限 可擴展性壓力日增可擴展性壓力日增 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量難以保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量難以保障 運營管理水平亟待提升運營管理水平亟待提升路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論28主要技術(shù)路線主要技術(shù)路線v以解決當前互聯(lián)網(wǎng)地址短缺為出發(fā)點，在以以解決當前互聯(lián)網(wǎng)地址短缺為出發(fā)點，在以IP為核心的現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)上不斷為核心的現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)上不斷“演進演進”的路的路線，通常稱這一目標為線，通常稱這一目標為“下一代互聯(lián)網(wǎng)下一代互聯(lián)網(wǎng)”。v以滿足未來以滿足未來1015年以后的互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需年以后的互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要為出發(fā)點，重新設(shè)計新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)要為出發(fā)點，重新設(shè)計新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的的“革命革命”路線，在有些國家將此體系目標路線，在有些國家將此體系目標稱為稱為“未來網(wǎng)絡(luò)未來網(wǎng)絡(luò)”或或“新一代互聯(lián)網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)”。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論29國內(nèi)主要觀點國內(nèi)主要觀點v不安全論不安全論v等待論等待論v落后論落后論v演進中創(chuàng)新論演進中創(chuàng)新論路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論30下一代互聯(lián)網(wǎng)定義下一代互聯(lián)網(wǎng)定義 一般來說，一般來說，“下一代互聯(lián)網(wǎng)下一代互聯(lián)網(wǎng)”是指在是指在目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，較好目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，較好解決上述重大技術(shù)挑戰(zhàn)的新一代互聯(lián)網(wǎng)。解決上述重大技術(shù)挑戰(zhàn)的新一代互聯(lián)網(wǎng)。路由原理與技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)概論31下一代互聯(lián)網(wǎng)主要特征下一代互聯(lián)網(wǎng)主要特