1. 提高扩展能力的常用模式
黄冬
huangdong@gmail.com

2. 缘起

3. 计算机网络在发展
• 终端-主机
• Client-Server
• 互联网
• Browser-Server
• Client-Server
• P2P

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 提高扩展能力的常用模式

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. 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. 基于二层可扩展模式

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. 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. 二层上的扩展形式
• Ether Channel
• ARP
• ...

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. 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. 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. 基于四层可扩展模式

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. 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. 三层上的扩展形式
• NAT
• DSR
• ......

25. 示例：Web服务扩展
• 特点
• 基于TCP
• 需要TCP会话保持

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. 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. 基于七层可扩展模式

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. 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. 七层上的扩展形式
• 应用层标准协议
• 应用设计架构
• ......

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. 基于协议特性扩展
Mail Mail Mail
DNS
SMTP SMTP SMTP

34. 基于系统架构扩展
SMTP User Profile
Message Message Message

35. 基于应用扩展
POP3 Proxy
User Profile
POP3 POP3 POP3

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. 小结

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. 科技是第一生产力！