计算机网络第三章.ppt

安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 第第3 3章章 中间节点上的通信技术中间节点上的通信技术 计算机网络计算机网络 3.13.1 交换节点上的通信技术交换节点上的通信技术 3.23.2 路由节点上的通信技术路由节点上的通信技术 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 3.1 3.1 交换节点上的通信技术交换节点上的通信技术 计算机网络计算机网络 从通信的概念上讲，任何信号的转发都可称之为从通信的概念上讲，任何信号的转发都可称之为 交换，实质就是通信线路的切换，其概念是从电话交交换，实质就是通信线路的切换，其概念是从电话交 换网络引用过来，计算机网络中的交换技术也类同。换网络引用过来，计算机网络中的交换技术也类同。 交换技术从其工作特征上分有交换技术从其工作特征上分有电路交换电路交换和和存储转存储转 发交换发交换两种，电路交换技术主要适用于传送和话音相两种，电路交换技术主要适用于传送和话音相 关的业务，而存储转发交换主要用于数据交换。关的业务，而存储转发交换主要用于数据交换。 电路交换和存储转发交换作特点电路交换和存储转发交换作特点 。电路交换：采用面向连接的方式。电路交换：采用面向连接的方式 。存储转发交换：采用面向无连接方式。存储转发交换：采用面向无连接方式 - - 存储转发交换又分有：存储转发交换又分有：报文交换报文交换和和分组交换分组交换。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 电路交换就是使用交换开关，将通信双方的多条链路电路交换就是使用交换开关，将通信双方的多条链路 连接成一条专用的通道，已完成数据转发。通信网中的数连接成一条专用的通道，已完成数据转发。通信网中的数 据交换是从电路交换开始的。据交换是从电路交换开始的。 电路交换的特点电路交换的特点 。通信双方在通信前需建立固定带宽的通信电路；。通信双方在通信前需建立固定带宽的通信电路； 。通信双方在通信过程中将一直占用所分配资源，直。通信双方在通信过程中将一直占用所分配资源，直 到通信结束。到通信结束。 建立连接建立连接( (呼叫呼叫) )数据传送线路拆除数据传送线路拆除( (释放释放) ) 电路交换的优缺点电路交换的优缺点 。可为用户提供足够的带宽，且实时性强，时延小；。可为用户提供足够的带宽，且实时性强，时延小； 。网络带宽利用率不高，一旦电路被建立不管双方。网络带宽利用率不高，一旦电路被建立不管双方 是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。 3.1.1 3.1.1 电路交换电路交换 电路交换延迟图 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 计算机网络计算机网络 电路交换示意电路交换示意 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 主机4 主机主机3 3 主机主机5 5 结点结点A A 结点结点B B 结点结点E E 结点结点F F 结点结点G G 结点结点C C 结点结点D D 通信子网通信子网 主机1 计算机网络计算机网络 电路交换示意图电路交换示意图 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 3.1.23.1.2 存储存储- -转发交换转发交换 该类交换方式是将要传送的信息存入交换节点的缓冲该类交换方式是将要传送的信息存入交换节点的缓冲 区中，等到相应的输出电路空闲时，再将信息转发出去。区中，等到相应的输出电路空闲时，再将信息转发出去。 存储存储- -转发交换特点转发交换特点 。不需要建立专用传输信道，线路利用率高；。不需要建立专用传输信道，线路利用率高； 。可根据网中流量分布动态地选择传输路径；。可根据网中流量分布动态地选择传输路径； 报文交换报文交换 将数据分成长度一定的且含有目的地址的报文进行将数据分成长度一定的且含有目的地址的报文进行 存储转发。线路利用率高，但因报文相对较大，对中间存储转发。线路利用率高，但因报文相对较大，对中间 节点的要求高，且转发延迟较长且不定。节点的要求高，且转发延迟较长且不定。 分组交换分组交换 将数据按照一定的长度分割成许多含有目的地址的将数据按照一定的长度分割成许多含有目的地址的 小段分组，然后根据地址信息选择适当链路进行转发。小段分组，然后根据地址信息选择适当链路进行转发。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 分组分组1/21/2 分组分组1 1 分组分组 2 2 分组分组1 1 分组分组 2 2 分组分组1/21/2 报文报文/ /分组交换示意图分组交换示意图 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 3.1.33.1.3 虚电路与数据报虚电路与数据报 分组交换有分组交换有虚电路虚电路和和数据报数据报两种服务类型，虚电路两种服务类型，虚电路 是为通信双方建立逻辑链路，其数据转发利用建立的虚是为通信双方建立逻辑链路，其数据转发利用建立的虚 电路号，而数据报则是利用地址进行数据传输。电路号，而数据报则是利用地址进行数据传输。 1)1)虚电路与数据报服务的区别虚电路与数据报服务的区别 。数据报服务要求每个数据分组均带有目的地址和源。数据报服务要求每个数据分组均带有目的地址和源 地址，而虚电路利用分组的虚电路号进行传输；地址，而虚电路利用分组的虚电路号进行传输； 。数据报服务的每个分组走过的路径可能不同，虚电。数据报服务的每个分组走过的路径可能不同，虚电 路的分组走的路径相同；路的分组走的路径相同； 。数据报分组因走的路径不同，故传输延迟较大，且。数据报分组因走的路径不同，故传输延迟较大，且 端节点需对数据报重新排序，并装配成报文；端节点需对数据报重新排序，并装配成报文； 。虚电路在传输前需建立虚电路，而数据报服务不需。虚电路在传输前需建立虚电路，而数据报服务不需 进行连接，属无连接服务。进行连接，属无连接服务。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 2)2)虚电路与数据报的比较虚电路与数据报的比较 计算机网络计算机网络 。虚电路服务有连接过程，连接的是逻辑信道。数据虚电路服务有连接过程，连接的是逻辑信道。数据 报服务无连接过程；报服务无连接过程； 。虚电路服务所有分组时利用虚电路号进行传输，数虚电路服务所有分组时利用虚电路号进行传输，数 据报服务时利用目的地址完成传输；据报服务时利用目的地址完成传输； 。虚电路分组沿一条路径传输，数据报的各分组传输虚电路分组沿一条路径传输，数据报的各分组传输 路径各不相同，各分组都要进行路由选择；路径各不相同，各分组都要进行路由选择； 。虚电路和数据报都有传输时延和节点时延虚电路和数据报都有传输时延和节点时延( (存储存储/ /转发转发) )； 。虚电路不需对分组进行顺序重排，数据报需对分组虚电路不需对分组进行顺序重排，数据报需对分组 进行顺序重排。进行顺序重排。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 主机A 主机C 通信子网 主机D 主机B 计算机网络计算机网络 虚电路与数据报服务方式虚电路与数据报服务方式 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 3.1.43.1.4 交换机交换机 现代通信网络按有无交换功能可分两大类：交换网现代通信网络按有无交换功能可分两大类：交换网 与传输网。在交换网中，数据交换由交换机实现，故交与传输网。在交换网中，数据交换由交换机实现，故交 换机是交换网的核心设备，也是其交通枢纽。换机是交换网的核心设备，也是其交通枢纽。 1)1)交换机的功能交换机的功能 交换机的作用是接收数据，然后有选择地将数据转交换机的作用是接收数据，然后有选择地将数据转 发和实现数据流的控制。同时它还有下列一些功能：发和实现数据流的控制。同时它还有下列一些功能： 物理编址：定义数据帧的物理地址；物理编址：定义数据帧的物理地址； 差错验证：错误发生时发出警告；差错验证：错误发生时发出警告； 数据帧整序：接收端对分组进行排序；数据帧整序：接收端对分组进行排序； 流量控制：控制数据的传输能力；流量控制：控制数据的传输能力； 网络拓扑结构设定：定义设备物理连接所形成的网网络拓扑结构设定：定义设备物理连接所形成的网 络拓扑结构。络拓扑结构。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 2)2)交换机交换单元的分类交换机交换单元的分类 计算机网络计算机网络 构成交换机的基本单元是构成交换机的基本单元是交换单元交换单元，交换单元实现，交换单元实现 技术有技术有: :空间交换空间交换和和时隙交换时隙交换两种。两种。 (1)(1)空间交换空间交换 指交换单元按链路的空间分布进行交换，将分组指交换单元按链路的空间分布进行交换，将分组 从一条链路转发到另一条链路上。典型的空间交换机从一条链路转发到另一条链路上。典型的空间交换机 构是交叉点矩阵结构。构是交叉点矩阵结构。 工作原理工作原理 适当控制空间适当控制空间 内的触点开关，即内的触点开关，即 可在任一路输入线可在任一路输入线 和输出线之间构成和输出线之间构成 通路。通路。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 计算机网络计算机网络 (2)(2)交换机的时隙交换交换机的时隙交换 时隙交换实现原理是将输入链路上某个时隙上的分时隙交换实现原理是将输入链路上某个时隙上的分 组安排到输出链路上的另一个时隙上进行转发的过程。组安排到输出链路上的另一个时隙上进行转发的过程。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 3.23.2 路由节点上的通信路由节点上的通信 计算机网络计算机网络 3.2.13.2.1 路由器与路由表路由器与路由表 路由节点位于网络的边界，其作用是为分组数据路由节点位于网络的边界，其作用是为分组数据 的转发寻找传输的最佳路径，使用设备是路由器。的转发寻找传输的最佳路径，使用设备是路由器。 路由器转发分组是根据其内部路由表转发，路由路由器转发分组是根据其内部路由表转发，路由 表中记录着数据分组从源节点到目的节点可能经过路表中记录着数据分组从源节点到目的节点可能经过路 径的详细信息径的详细信息（目的地址、下一站地址、下一站网络目的地址、下一站地址、下一站网络 接口号和距离等）接口号和距离等）。所以路由表是路由器的中枢，建所以路由表是路由器的中枢，建 立和维护路由表就是路由器的关键技术。立和维护路由表就是路由器的关键技术。 路由器转发分组时，如发现收到的分组目标地址路由器转发分组时，如发现收到的分组目标地址 与送来的节点地址相同与送来的节点地址相同( (本地本地) )，则进行本地转发，而，则进行本地转发，而 不进行网间转发。不进行网间转发。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 3.2.23.2.2 路由表与路由算法路由表与路由算法 路由表按其生成的方式分路由表按其生成的方式分静态路由表静态路由表和和动态路由表动态路由表 两种，对应的算法有两种，对应的算法有静态路由算法静态路由算法和和动态路由算法动态路由算法。 1)1)静态路由表静态路由表 静态路由表由网管人员根据网络拓扑预先设定，静态路由表由网管人员根据网络拓扑预先设定， 一般不会修改。当拓扑结构发生变化，网管人员则根一般不会修改。当拓扑结构发生变化，网管人员则根 据变化的情况加以修改。静态路由信息一般为私有，据变化的情况加以修改。静态路由信息一般为私有， 不会传递给其他的路由器，但可设置为共享。不会传递给其他的路由器，但可设置为共享。 2)2)动态路由表动态路由表 动态路由表是路由器根据网络系统的运行情况自动态路由表是路由器根据网络系统的运行情况自 动调整的路由表。通常是通过路由器与相邻路由器交动调整的路由表。通常是通过路由器与相邻路由器交 换网络信息来动态地进行路由表维护。换网络信息来动态地进行路由表维护。 计算机网络计算机网络 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 3)3)常用静态路由算法常用静态路由算法 具体有扩散式算法、最短队列算法和固定式算法。具体有扩散式算法、最短队列算法和固定式算法。 扩散式扩散式( (洪泛洪泛) )算法算法 每个节点在收到分组后，即将其发往除分组来的每个节点在收到分组后，即将其发往除分组来的 节点之外的其它各相邻节点。节点之外的其它各相邻节点。 最短队列最短队列( (热土豆热土豆) )算法算法 节点在收到分组后将其放在最短队列，而不管其节点在收到分组后将其放在最短队列，而不管其 目标地址在那。目标地址在那。 固定式算法固定式算法 每个路由节点都存放一预先计算好的路由表，表每个路由节点都存放一预先计算好的路由表，表 中给出节点到所有目标节点的最短路径，网络拓扑中给出节点到所有目标节点的最短路径，网络拓扑 结构变化后由管理人员重新填写。结构变化后由管理人员重新填写。 扩散式扩散式( (洪泛洪泛) )算法算法 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 静态路由算法静态路由算法 计算机网络计算机网络 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 固定式算法固定式算法 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 计算机网络计算机网络 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 4)4)常用动态路由算法种类常用动态路由算法种类 计算机网络计算机网络 算法有距离向量算法、链路状态算法两大类。算法有距离向量算法、链路状态算法两大类。 距离向量算法距离向量算法 相邻路由器之间周期性地相互交换各自路由表相邻路由器之间周期性地相互交换各自路由表 信息，用以告知网中每个节点的最远和最近距离，信息，用以告知网中每个节点的最远和最近距离， 构成路由表。构成路由表。 ( (目的地址、下一跳地址、路由开销目的地址、下一跳地址、路由开销- -距离距离) )， 链路状态算法（最短路径算法）链路状态算法（最短路径算法） 算法使用链路状态数据包计算从该路由器到其算法使用链路状态数据包计算从该路由器到其 它目标网络的最短路径，以形成路由表。它目标网络的最短路径，以形成路由表。 链路状态数据包所含计算度量链路状态数据包所含计算度量 （路径长度、可靠性、时延、带宽、负载、通信成本等）（路径长度、可靠性、时延、带宽、负载、通信成本等） 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 距离向量算法距离向量算法 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 3.2.3 3.2.3 路由器功能路由器功能 计算机网络计算机网络 1)1)网络互连网络互连： 路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用 于各种网络的互联，实现不同网络互相通信；于各种网络的互联，实现不同网络互相通信； 2)2)数据处理：数据处理： 提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、 加密、压缩和防火墙等功能；加密、压缩和防火墙等功能； 3)3)网络管理：网络管理： 路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、 容错管理和流量控制等功能。容错管理和流量控制等功能。 4)4)协议转换：协议转换： 对网络层及其以下各层协议进行转换。对网络层及其以下各层协议进行转换。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院 计算机网络计算机网络 3.2.4 3.2.4 路由器的基本结构路由器的基本结构 1)1)路由器的组成路由器的组成 。硬件：。硬件：CPUCPU、内存、接口、控制等电路组成、内存、接口、控制等电路组成; ; 。软件：路由协议、。软件：路由协议、SNMPSNMP管理、内存和接口管理管理、内存和接口管理; ; 2)2)路由器的网络接口路由器的网络接口 。通用串行接口。通用串行接口( (通过电缆转换成通过电缆转换成RS-232RS-232接口接口);); 。V.35 DTE/DCEV.35 DTE/DCE接口接口( (通用终端接口通用终端接口); ); 。X.21 DTE/DCEX.21 DTE/DCE接口（公用数据网间接口接口（公用数据网间接口) )； 。10M10M、100M100M、10/100M10/100M、1000M1000M以太接口；以太接口； 。ATMATM接口接口( (异步传输模式异步传输模式);); 。POS(PacketPOS(Packet over over SONET/SDHSONET/SDH) )接口接口; ; 。令牌环接口、。令牌环接口、FDDIFDDI接口、接口、ISDNISDN接口接口 。E1/T1E1/T1、E3/T3E3/T3接口接口( (电接口速率电接口速率) )。 安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息