因特网体系结构和骨干网简介

因特网体系结构和骨干网简介

目录
1 因特网拓扑结构
2 因特网交换局
3 因特网交换局与NAP(网络接入点)
4 网络与自治系统
5 POP和因特网数据中心

因特网(Internet)又称国际计算机互联网，是目前世界上影响最大的国际性计算机网络。它属于具有分布式网状拓扑结构的分组交换网络。信息以分组的形式通过由到达同一目的地的多个路径构成的网络传送。网络通过路由器(它按照分组的目的地路径将信息转发)相连。“网状拓扑结构”提供了冗余链路。如果某个链路出现故障,分组会避开此链路按其他路径选择路由。

因特网有时被称为骨干网,但这是一种误导,因为因特网实际上是相互连接在一起形成网状的许多骨干网。“骨干网”一词源自NSFNET,这是一种用于早期研究的网络,该网络由美国国家科学基金会出资兴建。它创建了至今仍在使用的分层结构模型。这种模型中,本地服务提供商连接到区域服务,而后者又依次连接到全国或全球的服务提供商。目前,已有许多骨干网相互连接在一起,这就使得任何两台主机之间都可通信。此外,许多区域性的网络避开了骨干网而直接彼此相连。

因特网的网络由大量独立的服务提供商(比如MCI Worldcom、Sprint、Earthlink、Cable and Wireless等)管理。其中包括NSP(网络服务提供商)、ISP(因特网服务提供商)和交换点。NSP构建全国或全球性的网络并向区域性的NSP出售带宽。区域性的NSP接着向本地ISP转售带宽。而本地ISP则向终端用户提供服务方面的销售与管理。

 

因特网拓扑结构

NSFNET是美国国家科学基金会网。这是在1986年到1995年，由NSF控制的大型网络，提供了联网服务以支持美国的教育和研究。它重新定义了因特网的早期体系结构和运作,并定义了沿用至今的网络和服务提供商分层结构。

美国的许多大学、政府资助的研究机构甚至一些私营的研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFNet中，使得其迅速扩大。当时,该网络被作为一种高速骨干网。它的速度是56kbit/s，但到了1991年,它在T3链路上运行,而T1处于坡道上。各机构以28.8Kbit/s或56kbit/s连接。

该网络是分层结构的。区域网络连接在顶级骨干网上。然后,本地网络通过比较短的链路连接到区域性网络。骨干网和区域性网络由不同的受权机构管理,为本地网络提供带宽和传输服务。带宽再次转售。 ISP业务模型是由早期的网络提供商和服务提供商开发的。企业主可以各自在本地区建立设施并从更高一级的NSP购买带宽、路由和传输服务。然后,这些本地ISP向终端用户转售上述服务。许多ISP起初都是由某人出售多余带宽起家的。典型的ISP通常先安装拨号设备(调制解调器、调制解调器组合器、集中器、接入和身份验证服务器等等),然后对用户的服务进行计量和收费。

因特网交换局

NSFNET骨干网概念已深入人心。其他的美国联邦机构,包括MILNET(军用网络)、NSI(NASA科学互联网)以及Esnet(能源科学网络)等,也创建了类似的骨干网。很明显,这时需要在这些网络间交换通信,因此就建立了两个被称作FIX (联邦因特网交换局)的相互连接点。“FIX—Wast”位于海湾地区,而“FIX—East”位于华盛顿特区附近。

FIX是因特网交换局。参加的机构利用交换局以对等方式相互连接起来。对等是一种不同的网络受权机构同意交换路由广告和通信的关系。在FIX处,每个机构都有一个路由器用来与其他机构的路　由器交换路由信息和通信。如同联邦AUP(可接受使用政策)限制非联邦机构通信一样,这些路由器之间的通信受到各个机构的政策限制。

通过不同骨干网的相互连接,因特网不再是一个单一的骨干网,而是变成了一个网状网络。此时,任何所说的骨干网都仅指在中层网络间提供转接服务的骨干线之一。虽然NSFNET的分层式结构(具有顶层、中层和馈线网络)得到了保留,但是多个骨干网重叠起来,如图I—4所示。注意下面：

•主骨干网在因特网交换站点处相互连接并交换通信。

•区域性网络通过因特网交换站点或直接连接接入骨干网。

一些网络通过专有对等链路,避开骨干网络直接交换通信。

图 I-4 20世纪90年代初期的因特网

因特网交换局与NAP(网络接入点)

到了1993年,NSFNET决定停止向NSHNFF提供基金,并废除AUP以促进因特网的商业化。许多商业化因特网网络都是在这时出现的。事实上,那些起初由NSF支持的区域性网络都变成了商业化服务提供商,包括UUNet、PSINet, BBN，Intermedia, Netcom和其他提供商。它们连接这些商业骨干网，并为它们的终端用户提供通信通道。

NSF的私有化计划包括创建NAP(网络接入点),这些是因特网交换局,具有支持商业和国际通信的开放接入策略。NAP就像是为不同航空公司服务的机场,航空公司租借机场空间并使用机场的设施。同样地,NSP租借NAP的空间并使用其交换设备与因特网的其他部分交换通信。

各个ISP是通过网络接入点（NAP）互相连接的，各NAP的任务是在各ISP和其他网络之间交换业务量的。NAP必须具有100 Mbit/s的链路速度，因此它的本地网是用分布式光纤数据接口（FDDI）、100BASE-T （100 Mbit/s快速以太网）或1000BASE-T（吉位即1 Gbps 以太网）实现的。大多数NAP 是用ATM交换和SONET （同步光纤网）连接到其他的NAP和更大的ISP。

NSF的策略之一是,所有获得政府基金的NSP必须与所有NAP连接起来。1993年,NFS将华盛顿特区、芝加哥、旧金山和纽约四处NAP的NAP合同分别给予了MFS (都市光纤系统)Communication、Ameritech、Pacific Bell和Sprint四家公司。MFS已经运营华盛顿特区的MAE(城域交换局)(东部MAE)和加利福尼亚州“硅谷”的MAE(西部MAE)。MAE就是覆盖一个都市区域的光纤回路,它为本地服务提供商和公司提供连接点。1999年初，NAP和城域交换局（MAE）被统称为公共因特网交换点（IXP）。

NAP是物理设施,包括设备架、电源、电缆托架及用来连接到外部通信系统的设备。NAP运营商安装交换设备。最初,NAP使用FDDI和交换“以太网”,但如今ATM交换机或“吉比特以太网”交换机已非常普遍。NSP在NAP处安装自己的路由器并将其连接到交换设备上,如图I-5所示。因此,起始于ISP的通信经过NSP的路由器后,进入NAP的交换设备,到达其他NSP在该NAP上的路由器。

图I-5 NAP 交换设备

如今大多数NAP是由被路由器包围起来的核心ATM交换机所构成的。通信通过ATM PVC(永久虚电路)来交换。通常,NAP会提供一套默认的全网状PVC,它提供到达该NAP上其他任何NSP路由器的电路。但是,NSP能够删除PVC以封锁来自特定NSP的通信。然而,由于没有平等的通信交换,所以较大的NSP可能不想与小的NSP实行对等。一条经验是,NSP通过其在每个NAP处的存在按平等的原则实现彼此对等。

NAP运营商不在NSP之间建立对等协议,而只提供能够实现对等的设施。对等协议是NSP之间磋商的双边协议,该协议定义它们如何在NAP处交换通信。此外,所有的IP数据报路由选择都是由NSP的设备来处理的。但是,NAP提供数据分组被路由后通过的交换设备。

NSF也为创建“路由仲裁”服务提供了基金,该服务以路由服务器和“路由仲裁数据库”(RADB)的形式提供路由协调。路由服务器处理NAP处的路由选择任务,而RADB生成路由服务器配置文件。RADB是一组分布式数据库,即“因特网路由注册表”的一部分,该数据库是普通格式的公告的路由和路由策略的公共储存库。NSP使用该注册表中的信息配置他们的骨干网路由器。

如今,因特网交换局只是因特网体系结构的一部分。如前所说,许多的NSP之间建立了专用对等协议。专用连接是直接的物理链路,它使通信避免通过经常处于超负荷状态下的NAP交换设施来转发。NSP以两种方式创建专用连接。一种方法是在NAP设施处各自的路由器之间敷设电缆;另一种方法是在自己的设施之间铺设电缆或租用线路,但花费比较昂贵。

Internap网络服务公司提供了一项达到最佳性能的因特网交换业务。它的Assimilator (同化者)专有技术提供了智能的路由选择和路由管理以扩展和提高BGP4路由性能。Assimilator技术允许P-NAP作出明智的路由选择决定,如当目的地是多宿主时选择更快的多重主干网来路由数据。Internap户分组立即被发送到正确的因特网骨干网,而不是随机选择的公共的或专用的对等点。

网络与自治系统

从选路的角度来说，处于一个管理机构控制之下的网络和路由器群组称为一个自治系统或AS(autonomous system) 。一个AS既是一个管理域,同时也是一个路由选择域。自制系统通常在统一的控制管理之下，例如大的公司或大学。小的站点常常是其因特网服务提供商自制系统的一部分。在一个自治系统内的路由器可以自由地选择寻找路由、广播路由、确认路由以及检测路由的一致性的机制。典型的AS是由NSP求ISP来运作的。每个在因特网中的AS都由因特网授权机构(现在的ICANN)分配的数值来标识。

一个AS可能会使用一个或更多内部路由协议以维护内部路由表。通常的内部路由协议是OSPF(开放式最短路径优先)或者IS-IS(中间系统到中间系统)。

外部路由协议则处理AS之间路由信息的交换。AS必须提供自己关于可达目的地的相关内部路由计划和相容性图。最常见的外部协议是外部网关协议EGP(External Gateway Protocol)和边缘网关协议BGP(Border Gateway Protocol)，BGP是较新的协议，在逐渐地取代EGP。BGP运行于“边界路由器”中,该路由器将AS与其他的AS连接起来。一个AS边缘的边界路由器将其内部网络路由的相关信息告诉另一个AS边缘的边界路由器。这些路由以地址聚合的形式公布。类似于用邮政编码934xx来表示加利福尼亚中海岸的一个邮政地区组。路由聚合是一种更有效地使用IP地址空间的方法。ISP可以聚合地址块,并在因特网上以单个网络地址公布这些地址。同时,ISP可以随心所欲地分配这些地址,如以单个地址、少数几个地址或者大地址块分配给更低一级的ISP。

POP和因特网数据中心

PoP是客户可以连接到服务提供商的设备并获得对更大网络访问的任何设施。一些PoP是为最终用户接入设计的,而另一些是为允许ISP连接到NSP网络而设计的。PoP不是因特网专有的实体。ILEC与CLEC拥有自己的PoP,且装有语音和数据设备。

ISP可能足够的大,能建立自己的PoP设施,或者在现有PoP处租赁空间来并置其设备。并置是明智之举,因为PoP设施提供了安全、后备电源、灾难防护、因特网快速连接、因特网交换的交换机、因特网Web服务等等。在有些情况下,ISP没有任何设备,而都是从NSP那里租用的。这种ISP的业务主要是转售服务给终端用户并提供用户持。

经过许多年以后,尤其是随着56K调制解调器技术的采用,终端用户拨号连接的方式发生了改变。到20世纪90年代中期时,ISP就在自己的设施上安装一组的调制解调器和接入服务器。然后终端用户拨号连接到ISP的调制解调器上。当56K调制解调器技术出现时,只有将呼叫通过数字连接(T1或T3线路)从电信运营商的PoP中继到ISP的设备上,才能达到调制解调器的最大速度。在很多情况下,ISP简单地将调制解调器群和接入服务器并置到电信运营商的设施处,以避免租用昂贵的线路或安装在电信公司或服务提供商设施处的调制解调器组合器。

图I-6显示了ISP和NSP所用的设备。下面的部分显示了通过PSTN拨入ISP设备的用户。本地ISP将其通信中继到区域性NSP,接着NSP将通信转发到因特网主干网或其他连接上。注意:插图下面的部分假定用户是通过PSTN接入的。ISP可能还支持其他的接入方式,如城域以太网和无线接入业务。

因特网数据中心已成为提供并置和外包设备的大型设施。它们提供了安全性、灾难防护、专业服务、高带宽连接等等。虚拟ISP服务VISP（Virtual Internet Service Provide），是以ASIACONNECT宽带IP网络为平台，向用户提供动态分配的端口，并根据其端口使用情况进行收费的ISP服务模式。如前所述,许多的ISP实际上是虚拟ISP,它们转售更大的电信公司所提供的业务,而不是投资构建自己的ISP基础设施。在这方面,虚拟ISP成为纯粹的因特网服务零售商,主要是获得新的因特网客户,提供服务台业务、处理记帐和客户管理。

私人公司也使用这些设施作为其Web站点的主机,并且通过VPN为其远程用户提供因特网接入。

图I-6 ISP和NSP设备