计算机网络与互联网设施
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计算机网络
计算机网络（Computer Networks）是一组计算机或处理器单元，通过共同的物理介质（电缆或无线传输介质，即通信介质），互相连接在一起，达到资源共享的目的(打印机、存储器、CPU 、内存及文件…等等) 。
计算机网络是互联网服务（Internet Services）的底层基础设施（facilities）。
计算机网络设计
两种设计思路
- 电话系统
笨终端，聪明的网络
确保每个网络部件都是可靠的
系统可靠性＝部件可靠性
通过局部冗余实现部件的高可靠性
期望每个部件都能正常工作，部件失败的可能性很低
需要人工配置的，高度控制的网络
- 互联网
建立在简单的、不可靠部件上的可靠系统
自适应的系统
聪明的终端，可以修正传输错误
工程设计的艺术
工程经济学（经济管理学院 ）
- 互联网架构理念：
颠覆原有的理念，获得用户的支持
鼓励自由创新，成功的商业化模式
在众多的竞争中， TCP/IP架构胜出
- 技术竞争：
从发展的角度去考虑设计问题
从不可靠的网络出发，构建可靠的网络
从互信、未考虑安全因素出发，构建安全网络
从对等角度，构建大规模系统
- 新事物发展过程：
由弱到强，由小到大
局域网（Local Area Network）
以太网（Ethernet）
以太网(Ethernet)是使用最广泛的局域网类型，基于IEEE 802系列标准。
- 标准以太网： 吞吐量10Mbps
CSMA/CD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法
传输介质: 双绞线和同轴电缆
- 快速以太网（Fast Ethernet）：吞吐量100Mbps
1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE－T快速以太网标准（Fast Ethernet）
100BASE－TX 、100BASE－FX、100BASE－T4
千兆以太网 (Gigabit Ethernet)
IEEE802.3z 基于光纤和短距离铜缆的 1000Base-X
1000Base-SX, 1000Base-LX, 1000Base-CX
IEEE802.3ab 1000Base-T
- 交换式以太网
传统以太网技术的缺陷是带宽共享
交换式以太网交换机（switch）采用交换技术可以实现带宽独享。
互联网（Internet）
广域网（Wide Area Network）
互联网（Internet）是采用TCP/IP协议进行互联的世界范围的网络。其中TCP/IP协议簇是整个设计的关键。
- IP协议（Internet Protocol）
IP (Internet Protocol)协议由RFC 791定义，Internet IP网络层协议，尽力而为传送数据到达指定地址，不确认数据是否正确到达，是一种无连接(Connectionless)的协议。
主要功能：网包（Packet)路由选择(Routing)、Packet分段(Fragmentation)及重组(Re-assembly) 。
网络互连协议IP（IP over everything）
应用承载协议（Everything over IP）
基于无连接的分组交换技术(网包)
With IP, “the network knows nothing about individual end applications; end applications know nothing about network internals” -Van Jacobson
- 端到端的管道
- TCP：
定义于 RFC 793 (Transmission Control Protocol)
Connection Oriented (面向连接) 并建立 End-to-End (端对端) Process-to-Process (程序对程序)、Reliable Data Delivery (可靠的数据递送)。
TCP 提供以下三个基本功能：
Reliability：克服 Packet Loss，传送的数据依照顺序交给程序
Multiplexing：通过不同的端口可使相同的IP 地址可以提供上层不同的服务，如 FTP，Telnet，HTTP 等
Flow Control 或 Congestion Avoidance and Control：避免网络或接收端拥塞，以便提供有效率的传输
- UDP：
定义于 RFC 768（User Datagram Protocol）
提供应用程序能够在最低的协议机制下送消息给其他应用程序。
无法保证是不是传送得到或是会被重制或有没有依照传送顺序到达。
讲究传输速度且允许一点数据流失 (Data Loss) 或是数据包丢失 (Packet Loss) 的应用程序常用 UDP 协议。例如 Skype、VoIP、QQ 使用语音等。
重叠网（Overlay Networks）
内容分发网络
Contents Delivery Networks
Akamai的CDN
国内网宿科技
对等网络
Peer-to-Peer network
如电驴（emule）、BitTorrent 等等
未来网络（Future Internet）
未来网络的可能性：计算机网络的创新与创业。
案例1-CCN
- 内容中心网络（Content-centric networking, CCN）
Van Jacobson等人于2009年提出的一种新型网络体系架构，旨在解决效率、安全等当前网络的问题。 其中具有专利部分为PARC公司（Palo Alto Research Center Incorporated）所有。
2017年2月，这部分核心资产被思科收购，作为IoT的战略布局。
PARC前身为施乐Xerox公司的研究院，这里产生了很多划时代的发明，如个人电脑Xerox Alto、图形界面(GUI)、以太网(Ethernet)和激光打印(laser printing)等等。
- 研究论文：
- Van Jacobson et al., "Networking named content." Proceedings of the 5th international conference on Emerging networking experiments and technologies. ACM, 2009.
- Zhang, Lixia, et al. "Named data networking." ACM SIGCOMM Computer Communication Review 44.3 (2014): 66-73.
- 技术规范：
http://blogs.parc.com/ccnx/specifications/
- 网站：
案例2-SDN
软件定义网络（Software Defined Networking）
2012年，Nicira 公司被VMware以12.6亿美元收购。
- 研究论文：
- McKeown, Nick, Tom Anderson, Hari Balakrishnan, Guru Parulkar, Larry Peterson, Jennifer Rexford, Scott Shenker, and Jonathan Turner. "OpenFlow: enabling innovation in campus networks." ACM SIGCOMM Computer Communication Review 38, no. 2 (2008): 69-74.
- Gude, Natasha, Teemu Koponen, Justin Pettit, Ben Pfaff, Martín Casado, Nick McKeown, and Scott Shenker. "NOX: towards an operating system for networks." ACM SIGCOMM Computer Communication Review 38, no. 3 (2008): 105-110.
- 网址：
http://www.vmware.com/products/nsx.html
AiSDN艾思谛网络有限公司产品
- EstiNet SDN交换机
- RT188T Legacy/SDN混合式交换机
• 提供可向后兼容之Legacy/SDN 混合网络融合模式运作
• 支援 OpenFlow 1.3 通讯协议主要功能
• 支援 OpenFlow 硬件量表与计数器
• 支持 传统第二层STP/RSTP 通讯协议
- RT286T SDN交换机
配备了24个Gigabit RJ45交换埠与2个10G SFP+上行交换埠，核心交换速度可达88 Gbps。
均搭载大小达1024的OpenFlow数据流规则表，可有效率支持软件定义网络系统之运作，并搭载硬件OpenFlow量表(meter)可配合软件网络控制器建构ft高效能的资料流行为统计与管理。
- E-Central 集中式网络管理功能
• 网络中央化管理与自动化设定
• 单键即可瞬间调控全网带宽资源分配 (Real-time QoS)
• 快速网络健康状态监控 • 中控整合无线网络管理
• 整合最新SDN/NFV 技术提供开放式平台供客户新增功能
参考标准
IETF RFC 793
IETF RFC 768
