《广域网技术与路由》PPT课件.ppt

,计算机网络与互联网 第13章 广域网技术与路由 主讲：刘刚 数学与计算机科学学院 湖南师范大学,前面一章介绍了远距离提供数字通信的技术以及通过本地回路传递数字信息给用户的技术。 本章讨论如何利用那些基本技术来构建一个跨越广大区域的网络，描述可跨越广大区域的分组交互系统的各个基本组成部分，并解释路由的基本概念以及在这类网络中如何应用路由技术。,13.1 概述,一般，依据网络的规模，网络可以分为三类： 局域网：LAN 城域网：MAN 广域网：WAN 区分局域网和广域网的关键是网络的规模广域网能按需要连接跨越较大距离的许多站点，每个站点有许多计算机，并且使大规模网络的性能达到相当水平，否则不能称之为广域网。,13.2 大型网络和广域概念,补充知识：交换技术,线路交换 在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被一对用户完全占有。应用：普通电话。 报文交换 报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。 分组交换 此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。,三种交换方式的比较,其他的交换方式,利用数字语音插空技术（DSI，Digital Speech Interpolation）能提高线路交换的传输能力。 帧中继（Frame Relay）是对目前广泛使用的X.25分组交换通信协议的简化和改进。 异步传输模式（ATM，Asynchronous Transfer Mode）是线路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥线路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力。,13.3 分组交换机,广域网中基本的电子交换机(packet switch)称之为分组交换机，概念上，分组交换机是一台小型的计算机，实际上是一种专用设备。 几乎所有的通信方式都可以用来建立广域网：光纤、微波、卫星以及局域网技术。,高速端口,低速端口,13.4 广域网的构成,分组交换机是广域网的基本组成，广域网由一些互联的分组交换机构成，并由此连接计算机，其他的交换机或连接设备在需要时可随时加入。 广域网的互连布局不必是对称的可根据预期的流量来确定，并提供冗余量以供故障情况时所需。,由分组交换机互连而成的小型广域网,广域网允许许多计算机同时发送数据。 广域网中的交换机采用存储转发技术，在转发之前，交换机都把包存储在队列中。这项技术使分组交换机能处理多个包同时到达的情况。 分组交换机的输入/输出硬件把一个包的副本放在存储器中并通知处理器（使用中断），然后进行转发（forward）操作。处理器检查包，决定应该送到哪个接口并启动输出硬件设备发送包。,13.5 存储转发,广域网采用分层编址方案，最简单的分层编址方案就是把一个地址分成前后两部分。前一部分表示分组交换机，后一部分表示连接在分组交换机上的计算机这样可以使转发效率更高。 如下图有两个交换机，其编号分别为1，2。每个交换机所接入计算机也按接入的低速端口编上号码。这样，交换机1所接入的两个计算机的地址就分别为1，1和1，5。,13.6 广域网的物理编址,广域网分层地址举例,一个分组交换机必须选择一条路径来转发包，如果包的目的地址在交换机直接相连的计算机上，就直接发往该计算机。如果包的目的地址的计算机连接在另外一个分组交换机上，交换机必须选择本机的一个出口将其转发出去下一跳转发。 下一跳转发可根据目的地址组织成一张表，表中每一项列出了一个目的地址以及为达到这个目的地址所对应的下一跳接口编号。,13.7 下一跳转发,下一跳转发示意图,分组交换机switch2的转发信息,在到达某一特定的交换机之前，下一跳转发并不依赖于包的源地址，也不依赖于包已走过的路径，包的下一跳转发出口仅依赖于包的目的地址，这个概念称为源地址独立性(source independence)。 源地址独立性能使计算机网络中的转发机制更紧凑和更有效即不管来自何处的包，它们都使用相同的机制进行转发。,13.8 源地址独立性,存储下一跳信息的表通常称为路由表(Routing table)。包转发到下一跳的过程称为路由选择。 仅使用分层地址的一部分来实现包转发有两个重要的意义：一是可通过索引加快转发时间；二是可减小路由表的规模。 使用分层地址转发包时，首先检查包的目的地址中与分组交换机相关的部分。如果一致，再检查第二部分地址。否则，利用该地址在路由表中选择下一跳。,13.9 分层地址与路由的关系,路由表的简化形式,为了扩大广域网的规模和容量，可在网络内部增加分组交换机来分担负载。这些交换机称为内部交换机只连接交换机。 为了使广域网能正确地工作，内部、外部交换机都必须维护一张路由表。表中的数据必须符合以下条件： 全局的路由：所有可能目的地的下一跳路径 最优的路由：指向目的地的最短路径。 网络拓扑图：节点（node），链路（link）,13.10 广域网中的路由,网络图及节点路由表,（u，v）表示从节点u到节点v的边,演示,路由表中往往存在许多重复的项，它无谓地增大了路由表的规模。 大多数路由表都采用默认路由来简化路由表。即允许使用路由表中的一个单项来代替那些相同的项。 一个路由表只有一个默认路由，默认路由的优先级最低，如果转发时路由表中没有适合的下一跳转发出口，路由器将使用该默认路由。 默认路由是可选的，即仅当超过一个以上的目的地址有相同的下一跳时，才会存在默认项。,13.11 默认路由的使用,到外部网络具有最大容量的路由,有默认路由的路由表,不存在默认路由,路由表如何构造？ 静态路由 通过程序计算并设置好路由，此后不作改变 特点：简单，开销小，但不灵活。 动态路由 通过程序建立初始路由表，此后程序根据网络改变的情况对路由表进行随时更改。 特点：自适应性强。大多数大型网络都采用这种方法。,13.12 路由表计算,13.13 图的最短路径计算,把网络表示成图，可用软件来计算构造路由表。一般采用迪杰斯特拉（Dijkstra）算法。 Dijkstra算法能用来计算不同定义的最短路径 最小权值路径概念： 每条边被赋予一个 非负值，称之为权 值；两点之间的距 离定义为沿两点间 路径的权重之和。,Dijkstra算法（算法13.1）,建立三个数组： 数组S：节点的集合（剩余节点）； 数组D：源节点到每个节点的当前距离； 数组R：最短路径的下一跳（路由）； 对所有的节点编号 weight(i, j)函数：返回节点 i 到 j 边的权值。如果没有边，则返回一个保留值infinity。 采用迭代计算，找出最短路径。,每个分组交换机计算本地路由表，然后通过网络把计算结果周期性的发送给相邻的交换机。 能产生与算法13.1一样的路由表。 如果网络中的交换机或链路出现问题，可很快的适应于故障和网络更新情况。,13.14 分布式路由计算,分布式路由算法中最著名的是矢量距离算法（distancevector），路由表中添加了经由该项的下一跳对应的路径到目的地的距离。 分组交换机周期性的通过网络向相邻节点发送路由信息，每条信息包括“目的”和“距离”，当其它节点收到路由信息时就检查路由表，如果通过相邻节点到某地的路径比正在使用的路径短，就更新路由表。,13.15 距离矢量路由,最短路径优先SPF (Shortest Path First)路由算法也发送信息，但这些信息不是路由表中的信息，这些信息仅是分组交换机之间的路径状态信息（相邻与否），以及该链路的“度量”。每个分组交换机把所有的信息集中起来用Dijkstra算法建立以自己为源的路由表。 SPF算法在某一链路状态改变之后，“同时”计算更新自己的路由表，而距离矢量路由算法要求分组交换机在发送信息之前要更新自己的路由表。,13.16 链路状态路由,度量：包括费用、距离、时延、带宽等,ARPANET：早期的因特网。串行线路。 X.25：由2个以上通过租用线路连接的分组交换机构成。CCITT标准。 Frame Relay 帧中继：工作在桥接局域网网段上。用来传递和接收数据块（8K）。 SMDS