中间节点上的通信.ppt

第3章 中间节点上的通信技术,3.1 交换节点上的通信 3.2 路由节点上的通信,3.1 交换节点上的通信,数据交换就是将一条线路上的数据转接到另一条线路上，这 一过程是通过交换节点中的交换机构实现的 交换机构的功能：是将一条输入信 道上的数据转发到另外的输出信 道上，使输入、出端口对应 数据交换的方式主要有两种 电路交换和分组交换(数据网),数据通信是依照通信协议和利用数据传输技术在两个终端之间 传递数据信息的一种通信方式和通信业务 数据通信系统是由计算机、远程终端和数据电路以及有关通信 设备组成的一个完整系统 数据传输就是将数据源发出的数据信息通过传输信道传送到 数据目的地的接收设备端,3.1.1 电路交换,通信特征：通信时建立(连接)电路、通信完毕时拆除(即断开) 特 点 。通信双方需建立实际物理连接电路，建立后传输速率固定 。交换机构为通信双方提供物理电路连接，连接的电路被一对 用户独占，通信结束后才能释放 。建立连接需要时间，仅有传输延迟，适合大数据传输, 以电路连接为目地的交换方式称电路交换方式(电话网),3.1.2 存储转发交换(分组交换),通信特点： 。发送方先把目的地址加入到报文中(报文交换)，然后进行发送 。传送时，中间节点先把报文存储，然后在线路不忙时转发 。不占用专门的通信信道，线路利用率高，可动态选择报文路径 。要为每个交换节点端口分别设置输入、输出缓冲区 。报文较大，传输时间长、易出错，不适合传输实时信号 。报文分组打包，贴标签并分组发出，接收后重装配(分组交换),分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成一定的 长度，每个部分叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组 头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的 地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换。进行 分组交换的通信网称为分组交换网。,ATM、TCP/IP,3.1.3 分组交换的服务方式, 分组交换的服务方式有虚电路服务和数据报服务两种,1、虚电路服务,虚电路：是指位于两台网络设备之间的连接，是由OSI-网络层为 发送和接收数据而建立的逻辑通信路径 功 能：为两个端点间提供临时或专用面向连接的会话服务 虚电路分两种：永久虚电路(PVC)和交换虚电路(SVC) 。永久虚电路：指通信电路在用户看来是永久连接的电路(网管设定） 。交换虚电路：指通信电路在用户看来是由独立节点临时且动态连接的 虚电路，通信完成即取消 虚电路的服务 建立虚电路、数据传输、拆除虚电路,2、数据报服务,。数据报是分组交换的一种形式，它是把所传送的数据分段 打成“包”(分组)，再进行传送 。与传统的连接型分组交换不同，它属于无连接型 。通信前不需先连接好一条电路，各个数据报不一定都通过 同一条路径传输(都带有目的地址和源地址)，故叫“无连接型” 。每个“包” 都作为一个“独立的报文”进行传送，故叫“数据报” 。无连接型能大大提高网络的坚固性和网路的安全性,3、电路交换、虚电路与数据报的比较,1）从连接过程、传输过程、释放过程比较 。电路交换、虚电路均有连接/释放过程；数据报则没有 。电路交换连接的是物理信道，虚电路连接的是逻辑信道 。虚电路的各分组沿同一路径传输，只在连接时进行路由 选择，故目的地址只需用虚电路号代替即可 。数据报各分组传输路径不一定相同，且每做一次转发都 要进行路径选择，所以目的地址会很长(大型网) 2）从时延、顺序、通用性比较 。电路交换只有传输延迟，没有节点延迟 。虚电路或数据报(分组交换)都有传输延迟和节点延迟 。因报文分组所经路径不同，节点延迟不同，故分组到达 目的顺序也不同，目的主机还需重装,1、交换机的作用：接收数据，并有选择地将数据转发 2、交换机的功能： 。物理编址定义数据帧的物理地址 。数据转发、差错检验、数据帧整序、流量控制 。网络拓扑结构设定 定义设备物理连接所形成的拓扑结构 。对VLAN(虚拟网)的支持 。对链路汇聚的支持及防火墙功能,3.1.4 交换机的功能,现代通信网分两类：交换网和传输网 传输网没有交换功能，仅用于数据传输(DDN-数字数据网专线服务) 交换网由交换机实现，它是交通枢纽 交换机是一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转 发数据包功能的网络设备,3.1.5 交换机的实现技术, 构成交换机的基本单元是交换单元，交换单元实现技术 主要有空间交换和时隙交换,1、空间交换 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,共享介质型,典型的空间交换机构,2、时隙交换(时分交换) 时分交换是把时间划分为 若干互不重叠的时隙，不同时 隙建立不同的子信道，通过不 同的时隙完成交换 (即按时间顺序将输入链路上某个 时隙的分组，安排到输出链路上 的另一个时隙上),高速介质,地址过滤器,地址过滤器,地址过滤器,3.2 路由节点上的通信,路由节点是一种连接不同网络的节点，承担的工作是为数据帧寻 找最佳传输路径，并将数据帧传到目的站点 路由节点不但对到达的分组进行交换，且需判断该分组的目的地 址是否与原来的相同(是否是同一网内),3.2.1 路由表与路由算法,路由器的主要功能是为经过路由器的每个数据帧寻找最佳传输路 径。因此，路由器中含有一个路由表，供路由选择用 路由表中的每一个表项均为四元组： （目的地，下一站地址，下一站网络接口号，距离) 路由表的建立和维护是路由器技术的关键。建立和维护的算法称 为路由算法。 常用的路由算法：静态路由算法和动态路由算法,1、静态路由算法 特点：用预先编好的程序来定义通过网络的路径，其算法通常由网 管人员实现，安全度较高，适合简单的网络环境 具体算法有： 扩散式算法、最短队列算法、固定式算法,1）扩散式(洪泛)算法 特点是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 为防止网络拥塞现象，可用下面三种方法控制流量 每个分组头部设一个计数器，用来统计分组到达节点的数量，超过 规定值将之丢弃； 节点上建立分组登记表，不接收重复分组； 只选择距目标节点近的部分节点发送分组,静态路由算法,2）最短队列(热土豆)算法 节点在收到一个分组后将其放 在最短队列而不管其目标节点是什么 3）固定式算法 在网络每个节点都存放一 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 特 点：拓扑结构变化时，要 由网管人员手工修改路由 表中的相关路径,静态路由算法,2、动态路由算法,主要优点 。改善网络性能，使网络具有最大吞吐率，网络延迟小 。能对网络的业务量进行控制，可避免或推迟网络拥塞的发生, 算法能时常对网络参数变化作出反映，根据网络系统的运行情况自动调整、维护各自路由表，以此提供最佳路由,主要缺点(算法付出代价) 。最佳路径计算更复杂、更频繁，开销大 。对收集的网络状态信息要送到计算路由的结点，或计算结果 要送到分组的结点，从而增加了网络的负担 。对网络参数的变化反应速度控制困难，快会引起流量的震荡， 太慢得不到最佳路由，为得到最佳路由，需对算法本身参数 进行调整从而增加了网络管理的复杂度,(1) 动态路由算法分类, 根据发现和计算到达目的网络的新路径，动态路由算法具体有 距离向量算法、链路状态算法、混合路由算法, 距离向量算法 特点：每一台路由器向外发送全部或绝大部分的路由表信息，不过该信 息只能发送给临近的路由器,_最短路径优先算法(SPF，Shortest Path First),链路状态：将数据发往网络或路由器所需的代价(距离、时延、带宽等) 是路由器上的接口描述及与相邻路由器关系的总称,链路状态算法:(算法要求每个路由器具备唯一的名字或标识) 。算法使用链路状态数据包/网络拓扑数据库/SPF路径选择算法等，计算出 从该路由器到其它目标网络的最短路径，构成路由表 。每个路由器都需保存一份最新的整个网络的拓扑结构数据库 。算法特点：可把路由信息传递到网络上的所有节点。不过每台路由器只 是向外界发送描述自己链路状态的那一小部分路由表信息,路由表传递示意, 链路状态算法,3.2.2 路由器的基本结构,路由器是工作在OSI参考模型第三层(网络层)的数据包转发设 备。它通过转发数据包来实现网络互连 路由器是一种能连接多个网络(网段)的网络核心设备，它能将 不同网络、网段间的数据信息进行“翻译”,。硬 件: CPU、内存、接口、控制端口等电路组成 。软 件: 分组转发、用户接口、路由协议、SNMP管理、路由计 算、内存管理、接口管理 路由协议是软件核心，主要作用是建立和维护路由表，实现 查表转发、管理维护功能,1、路由器的组成,接口分类 。局域网接口 10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s以太网、令牌环、总线等 。广域网接口 通用串行口(可转为X.21/RS232)、ATM接口(2M/25M/155M/633M) POS接口(155M/622M),2、路由器的网络接口, 有多个LAN和WAN接口，每个接口联的是一独立网络或子网号,。协议转换：对互联网络的网络层及其以下各层协议进行转换 。路由选择：根据分组的目的地址按某种选择算法选择最佳路由 路径，并将其转发且能自适应调整路由表 。多协议路由选择：不同的路由器协议支持不同的网络层协议 。流量拉制：路由器具有存储缓冲区，能控制收、发的数据流量 。分段/组装：当多个网络通过路由器互联时，由于各网络允许的 数据分组大小不同，路由器需对分组进行分段和组装 。网络管理：因网间信息均要流经路由器，因此，借助它能对网 络流量及设备等进行监视和管理,3、路由器的基本功能,4、路由器的队列管理机制,网络的服务质量(QoS),随着网络多媒体技术的发展和需求，各种应用对Qos的需求在迅 速增长，QoS路由成为解决问题的一项关键技术 。QoS路由:是为接入的业务选择满足其服务质量要求的传输路径， 同时保证网络资源的有效利用 。Qos通常用带宽、时延、时延抖动、吞吐量和分组丢失率衡量,队列管理机制是指路由器拥塞管理机制以及队列调度算法,队列 管理的好坏直接影响其性能、QoS能力以及拥塞管理能力 因路由器是基于分组交换设备，所以须在其端口上维护一个或多 个队列，否则它无法处理多个数据包同时向同一端口转发的矛盾 队列管理机制 常见的方法有RED、WRED、WRR、DRR、WFQ、WF2Q等, 目前网络研究主要通过下面两个途径提高QoS 。节点控制 。整网或局部网络控制,5、路由器上的QoS,通过大带宽实现 在路由器上增加接口带宽来保障QoS。该方法只能粗略地使用经 验值作估计， 通常当带宽利用率到达50以后就应扩容 通过端到端带宽预留实现 通过使用资源预订协议(RSVP)向全网范围内通信节点申请端到端 预留带宽来保证QoS。代价高，在大网公网上无法实现 通过接入控制、拥塞控制和区分服务等方式得到 通过多协议标签交换(MPLS)流量工程得到，该方式无法完全保证 QoS，只能与增加接口带宽等方式结合使用, 路由器上的服务质量QoS可以通过下面几种手段获得：,3.2.3 路由器技术的演进,第1代：集中转