層次交換網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)

無(wú)限層次樹(shù)形筆記本 　　早期設(shè)計(jì)Internet時(shí)，一個(gè)核心的思想就是要保證可靠性。這樣做有充足的理由：當(dāng)時(shí)的信道失效率和誤碼率都很高；希望在自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)有很好的可存活性無(wú)限層次樹(shù)形筆記本。但絕對(duì)沒(méi)有一個(gè)設(shè)計(jì)者想到過(guò)將來(lái)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)怎樣用于話音和視頻等實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用。甚至連這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的用戶群體和使用規(guī)模都是他們始料不及的，不然的話，很容易設(shè)計(jì)的地址空間問(wèn)題，就不會(huì)讓后人這樣費(fèi)盡周折了。他們從可靠性出發(fā)，各種設(shè)計(jì)都采取了無(wú)中心、分散、分布的思想。以太網(wǎng)是最典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由粗纜或細(xì)纜相連的多臺(tái)計(jì)算機(jī)，沒(méi)有主次，沒(méi)有控制者或協(xié)調(diào)者，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)的失效，都不會(huì)影響其他計(jì)算機(jī)的通信。Internet網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用的是格狀網(wǎng)(Mesh)任意連接結(jié)構(gòu)，沒(méi)有中心，沒(méi)有層次無(wú)限層次樹(shù)形筆記本，想怎么連就怎么連，只要每個(gè)路由交換設(shè)備有兩條或兩條以上信道，就認(rèn)為可靠性獲得了很大提高。IP地址的安排，以網(wǎng)號(hào)為基礎(chǔ)，輔以網(wǎng)內(nèi)主機(jī)號(hào)。而在路由算法中起決定性作用的網(wǎng)號(hào)是一維平鋪(Flat)的，沒(méi)有任何結(jié)構(gòu)，更沒(méi)有層次性。對(duì)一維平鋪的IP網(wǎng)絡(luò)地址，當(dāng)其數(shù)量十分龐大時(shí)，既不能設(shè)計(jì)出高效的路由信息交換算法，也無(wú)法設(shè)計(jì)出快速的路由表查詢算法。這就是路由問(wèn)題的癥結(jié)所在。

　　其實(shí)，任意連接的結(jié)構(gòu)和一維平鋪的地址空間并不適合人類的思維模式和計(jì)算機(jī)高效處理的要求，更缺少可擴(kuò)展性，只有在非常小的系統(tǒng)中才能以其簡(jiǎn)易而獲得應(yīng)用。人類社會(huì)的組織結(jié)構(gòu)和地址空間，無(wú)一不是層次式的，例如一個(gè)國(guó)家、一個(gè)學(xué)校、一個(gè)企業(yè)、一支部隊(duì)、郵政地址空間、學(xué)科分類、圖書(shū)編目等等，幾乎找不出非層次性的組織。傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)是一個(gè)可管可控、可擴(kuò)展并能保證通信質(zhì)量的成功系統(tǒng)，也是層次式的。Internet的域名系統(tǒng)，最初是一維平鋪的，連網(wǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)量達(dá)到數(shù)百臺(tái)時(shí)，就無(wú)法使用了，不得不中途改為層次式結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，再也沒(méi)有人用總線方式了無(wú)限層次樹(shù)形筆記本，改用集線器(HUB)或交換機(jī)，端口不夠或距離延伸時(shí)，將多個(gè)交換機(jī)級(jí)連，變成了典型的星形或樹(shù)形的層次結(jié)構(gòu)。層次式結(jié)構(gòu)無(wú)處不在。從管理的角度看，層次式結(jié)構(gòu)本身代表了一種分散/分布性，該由下級(jí)完成的事情，上級(jí)不必操心也無(wú)法操心，下級(jí)在自己的管轄范圍內(nèi)所做的變動(dòng)，上級(jí)可以不知道，這使得系統(tǒng)充分可擴(kuò)展。文獻(xiàn)[1]是最早建議層次式結(jié)構(gòu)的，由于其編址方法不夠完善和靈活，沒(méi)有擺脫路由的影響，沒(méi)有得到重視。研究人員意識(shí)到當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大時(shí)，首先受到挑戰(zhàn)的是路由系統(tǒng)的擴(kuò)展性，便都從層次化入手，提出了諸如地標(biāo)分層[2]、地理分層、按因特網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商(ISP)分層[3]等層次化方法。