提高扩展能力的常用模式
          黄冬
  huangdong@gmail.com
缘起
计算机网络在发展
• 终端-主机
• Client-Server
• 互联网
 • Browser-Server
 • Client-Server
 • P2P
互联网用户在发展

• 截至2007年12月,网民数已达到2.1亿
  人,当年增加了7300万,年增长率为
  53.3%
• 中国的互联网普及率达到16%,但仍然
  比全球平均水平19.1%低3.1个百分点
• 宽带网民数达到1.63亿人...
互联网基础设施在发展
• 中国互联网国际出口带宽数达到
  368,927Mbps,年增长率为43.7%
• 中国的IP地址数达到1.35亿个,年增长
  率为38%,目前万人拥有IP地址1029
  个,每万个网民拥有的IP地址是6442个
...
互联网服务兴起

• 越来越多的企业走向互联网
• 越来越多的业务搬入互联网
• 生活越来越多的与互联网结合
• 金融服务、交通服务
• 政府办公、媒体信息
互联网服务的特性


• 用户数量的区间巨大
• 用户会使用众多不同的方式使用服务
• 世界上每个角落都会有人需要你的服务
互联网服务的挑战

• 如何为更多的用户提供服务
• 如何给用户更快的服务
• 如何给用户不间断的服务
• 如何给用户更高效的服务
我们将讲述的内容


• 系统提高扩展能力的常用模式
• 系统提高扩展能力的思考方法
你将要了解的


• 系统架构的基础点
• 系统架构的模型和应用方法
• 系统架构设计的方法
提高扩展能力的常用模式
可扩展能力

• 系统是否可以通过简单的增加设备就可
  以提供更多的服务的能力
• 可扩展能力不应该随着规模的扩大而
  降低性能
• 系统可以使用尽量少的设备就可以提
  供服务
可扩展的模式基础

• 以网络模型为基础进行可扩展设计
• 二层(基于ARP)
• 四层(基于TCP/UDP)
• 七层(基于协议和应用)
基于二层可扩展模式
OSI二层(数据链路层)
• 数据链路层通过物理网络链路提供可靠
  的数据传输。不同的数据链路层定义了
  不同的网络和协议特征,其中包括物理
  编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序
  列以及流控。数据链路层实际上由两个
  独立的部分组成...
TCP/IP一层(网络接口层)

 • 网络接口层包括用于协作IP数据在已有
   网络介质上传输的协议。实际上TCP/IP
   标准并不定义与ISO数据链路层和物理层
   相对应的功能。相反,它定义像地址解
   析协议(Address ...
二层上的扩展形式


• Ether Channel
• ARP
• ...
示例:IM协议扩展

• 特点
 • 基于UDP
 • 无会话保持
 • 单个UDP包内完成内容传送
Ether Channel变形


                  交换机

Channel
          服   服   服   服   服   服
          务   务   务   务   务   务
         ...
特性分析

• Ether Channel 扩展是基于以太网帧,所
  以只使用于UDP
• ARP扩展是基于MAC识别,所以只提供
  了可靠性的基础,需要更高级(如DNS)
  来提供可扩展能力
• 只要在一个以太网内,提供了几乎无限
  ...
基于四层可扩展模式
OSI四层(传输层)

• 传输层向高层提供可靠的端到端的网络
  数据流服务。传输层的功能一般包括流
  控、多路传输、虚电路管理及差错校验
  和恢复。传输控制协议(TCP)是提供
  可靠数据传输的TCP/IP协议族中的传输
  层协议。
TCP/IP三层(传输层)

• 传输层对应于OSI七层参考模型的传输
  层,它提供两种端到端的通信服务。其
  中TCP协议(Transmission Control
  Protocol)提供可靠的数据流运输服务,
  UDP协议(Use...
三层上的扩展形式


• NAT
• DSR
• ......
示例:Web服务扩展


• 特点
 • 基于TCP
 • 需要TCP会话保持
四层交换机


               交换机

pool
       服   服   服   服   服   服
       务   务   务   务   务   务
       器   器   器   器   器   器
特性分析


• 四层扩展是基于IP,所以需要进行包头
  的重构
• 由于需要CPU的参与,容量视四层交换
  机所承担的IP包数量为上限
基于七层可扩展模式
OSI七层(应层)

• 应用层是最接近终端用户的OSI层,这就
  意味着OSI应用层与用户之间是通过应用
  软件直接相互作用的。这类应用软件程
  序超出了OSI模型的范畴。应用层的功能
  一般包括标识通信伙伴、定义资源的可
  用性和...
TCP/IP四层(应用层)


• 应用层对应于OSI七层参考模型的应用层
  和表达层。因特网的应用层协议非常
  多,在RFC中定义了包括HTTP、FTP等
  大量应用层协议
七层上的扩展形式


• 应用层标准协议
• 应用设计架构
• ......
示例:邮件服务扩展


• 特点
 • 邮件传递并发大
 • 邮件存储量大
基于协议特性扩展

        Mail    Mail   Mail

DNS



      SMTP     SMTP    SMTP
基于系统架构扩展

           SMTP         User Profile




Message   Message   Message
基于应用扩展


       POP3 Proxy
                           User Profile



POP3       POP3     POP3
特性分析

• 七层扩展是对协议的理解升华,需要系
  统更有效的利用标准协议在设计时提供
  的特性
• 七层扩展是对架设计提到了一个新的高
  度,需要在应用层有效设计扩展特性
小结
万物究其源

• 当你理解了事物的根本时,你可以用它
  去做到你想做到的任何事
• 当你要做一件事的时候,其实你并不需
  要所有的结果
• 去思维、去创造!
• 感谢我身边的每一个伙伴!
科技是第一生产力!
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提高扩展能力的常用模式——黄东

  1. 1. 提高扩展能力的常用模式 黄冬 huangdong@gmail.com
  2. 2. 缘起
  3. 3. 计算机网络在发展 • 终端-主机 • Client-Server • 互联网 • Browser-Server • Client-Server • P2P
  4. 4. 互联网用户在发展 • 截至2007年12月,网民数已达到2.1亿 人,当年增加了7300万,年增长率为 53.3% • 中国的互联网普及率达到16%,但仍然 比全球平均水平19.1%低3.1个百分点 • 宽带网民数达到1.63亿人,手机网民达到 5040万人 2007年12月 CNNIC数据
  5. 5. 互联网基础设施在发展 • 中国互联网国际出口带宽数达到 368,927Mbps,年增长率为43.7% • 中国的IP地址数达到1.35亿个,年增长 率为38%,目前万人拥有IP地址1029 个,每万个网民拥有的IP地址是6442个 • 网通、电信互联带宽129Gbps,网通、 移动互联带宽15Gbps,电信、移动互联 带宽15Gbps 2007年12月 CNNIC数据
  6. 6. 互联网服务兴起 • 越来越多的企业走向互联网 • 越来越多的业务搬入互联网 • 生活越来越多的与互联网结合 • 金融服务、交通服务 • 政府办公、媒体信息
  7. 7. 互联网服务的特性 • 用户数量的区间巨大 • 用户会使用众多不同的方式使用服务 • 世界上每个角落都会有人需要你的服务
  8. 8. 互联网服务的挑战 • 如何为更多的用户提供服务 • 如何给用户更快的服务 • 如何给用户不间断的服务 • 如何给用户更高效的服务
  9. 9. 我们将讲述的内容 • 系统提高扩展能力的常用模式 • 系统提高扩展能力的思考方法
  10. 10. 你将要了解的 • 系统架构的基础点 • 系统架构的模型和应用方法 • 系统架构设计的方法
  11. 11. 提高扩展能力的常用模式
  12. 12. 可扩展能力 • 系统是否可以通过简单的增加设备就可 以提供更多的服务的能力 • 可扩展能力不应该随着规模的扩大而 降低性能 • 系统可以使用尽量少的设备就可以提 供服务
  13. 13. 可扩展的模式基础 • 以网络模型为基础进行可扩展设计 • 二层(基于ARP) • 四层(基于TCP/UDP) • 七层(基于协议和应用)
  14. 14. 基于二层可扩展模式
  15. 15. OSI二层(数据链路层) • 数据链路层通过物理网络链路提供可靠 的数据传输。不同的数据链路层定义了 不同的网络和协议特征,其中包括物理 编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序 列以及流控。数据链路层实际上由两个 独立的部分组成,介质存取控制 (Media Access Control,MAC)和逻辑 链路控制层(Logical Link Control,LLC)。
  16. 16. TCP/IP一层(网络接口层) • 网络接口层包括用于协作IP数据在已有 网络介质上传输的协议。实际上TCP/IP 标准并不定义与ISO数据链路层和物理层 相对应的功能。相反,它定义像地址解 析协议(Address Resolution Protocol,ARP)这样的协议,提供TCP/IP 协议的数据结构和实际物理硬件之间的 接口。
  17. 17. 二层上的扩展形式 • Ether Channel • ARP • ...
  18. 18. 示例:IM协议扩展 • 特点 • 基于UDP • 无会话保持 • 单个UDP包内完成内容传送
  19. 19. Ether Channel变形 交换机 Channel 服 服 服 服 服 服 务 务 务 务 务 务 器 器 器 器 器 器
  20. 20. 特性分析 • Ether Channel 扩展是基于以太网帧,所 以只使用于UDP • ARP扩展是基于MAC识别,所以只提供 了可靠性的基础,需要更高级(如DNS) 来提供可扩展能力 • 只要在一个以太网内,提供了几乎无限 的无损可扩展空间
  21. 21. 基于四层可扩展模式
  22. 22. OSI四层(传输层) • 传输层向高层提供可靠的端到端的网络 数据流服务。传输层的功能一般包括流 控、多路传输、虚电路管理及差错校验 和恢复。传输控制协议(TCP)是提供 可靠数据传输的TCP/IP协议族中的传输 层协议。
  23. 23. TCP/IP三层(传输层) • 传输层对应于OSI七层参考模型的传输 层,它提供两种端到端的通信服务。其 中TCP协议(Transmission Control Protocol)提供可靠的数据流运输服务, UDP协议(Use Datagram Protocol)提供 不可靠的用户数据报服务。
  24. 24. 三层上的扩展形式 • NAT • DSR • ......
  25. 25. 示例:Web服务扩展 • 特点 • 基于TCP • 需要TCP会话保持
  26. 26. 四层交换机 交换机 pool 服 服 服 服 服 服 务 务 务 务 务 务 器 器 器 器 器 器
  27. 27. 特性分析 • 四层扩展是基于IP,所以需要进行包头 的重构 • 由于需要CPU的参与,容量视四层交换 机所承担的IP包数量为上限
  28. 28. 基于七层可扩展模式
  29. 29. OSI七层(应层) • 应用层是最接近终端用户的OSI层,这就 意味着OSI应用层与用户之间是通过应用 软件直接相互作用的。这类应用软件程 序超出了OSI模型的范畴。应用层的功能 一般包括标识通信伙伴、定义资源的可 用性和同步通信。在同步通信中,所有 应用程序之间的通信都需要应用层的协 同操作。
  30. 30. TCP/IP四层(应用层) • 应用层对应于OSI七层参考模型的应用层 和表达层。因特网的应用层协议非常 多,在RFC中定义了包括HTTP、FTP等 大量应用层协议
  31. 31. 七层上的扩展形式 • 应用层标准协议 • 应用设计架构 • ......
  32. 32. 示例:邮件服务扩展 • 特点 • 邮件传递并发大 • 邮件存储量大
  33. 33. 基于协议特性扩展 Mail Mail Mail DNS SMTP SMTP SMTP
  34. 34. 基于系统架构扩展 SMTP User Profile Message Message Message
  35. 35. 基于应用扩展 POP3 Proxy User Profile POP3 POP3 POP3
  36. 36. 特性分析 • 七层扩展是对协议的理解升华,需要系 统更有效的利用标准协议在设计时提供 的特性 • 七层扩展是对架设计提到了一个新的高 度,需要在应用层有效设计扩展特性
  37. 37. 小结
  38. 38. 万物究其源 • 当你理解了事物的根本时,你可以用它 去做到你想做到的任何事 • 当你要做一件事的时候,其实你并不需 要所有的结果 • 去思维、去创造! • 感谢我身边的每一个伙伴!
  39. 39. 科技是第一生产力!

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