计算机网络原理(2版)第2章.ppt

第2章中间节点上的通信技术 中间节点 中继节点 交换节点 路由节点 中继节点起放大和整型的作用 本章主要讨论交换节点和路由节点上的通信技术 把一条线路上的数据转接到另一条线路上 称为数据交换 交换方式交换网络交换设备交换协议 2 1交换技术的进步 交换机构的功能是将一条输入信道上的数据转送到另外的输出信道上 将输入端口与输出端口对应起来 交换机构 2 1 1电路交换 电路交换 CircuitSwitching或CircuitExchanging 方式通信的双方在进行数据传送之前先要建立一个实际的物理线路连接 连接的电路被通信的一对用户独占 只有通信结束电路释放后 才能被别人使用 电路交换有如下特点 1 由于需要连接过程 而建立连接需要时间 适合传输大量数据 传输少量数据时 效率不高 2 连接一旦建立 便可以固定的速率传输数据 除了传输延迟外 不再有别的延迟 传输后 接收端要校验正确性 并通知发送方 3 一旦连接成功 就建立了一条临时专线 即使不通话 也被占用 他人不可使用 电路交换过程 连接 呼叫 传输 确认 连接释放 2 1 2存储 转发交换 当发送方要发送信息时 应把目的地址先加到报文中 然后靠地址把报文从发送节点起 一个节点 一个节点地转送到目的节点 在转送过程中 中间节点要先把报文暂时存储 然后在线路不忙时将报文转发出去 报文交换的基本过程 分组交换 packetswitching 分组交换结合报文交换和线路交换的优点 采用存储转发机制 但是规定了传输数据的单位长度 过长的报文被分成较小的单位 分组packet 依次发送 2 1 3分组交换中的最佳帧长度 假设每个网段的传输时延相同 则当分组缩短到1 4时 传输两个网段 比原来缩短了3 4个帧发送时间 A1 传送三个网段 比原来缩短了1 2个帧发送时间 A1 结论 短分组传输时间短 但增加了节点处理量 分组大小确定原则 设分组的长度为K比特 每一分组所包含的固定开销为V比特 则长度为M的消息报文可以分成int M K 1 个分组 其最后一个分组的长度不一定达到K 于是 传输该消息报文的总开销为int M K 1 V比特 再设输入的速率为R 收发之间各链路的容量分别为C1 C2 均大于R b s 则一个比特的时延为T 打包 发送 时延 各链路的传输时延 K R K V Ci可以看出 随着链路带宽 容量 Ci较大幅度的提高 T将主要由K R决定 例如 对于64kb s的数字语音 通常要求的打包时延小于10ms 有K R 打包时延 64 103 10 10 3 640因此K通常取512b或更小 2 2虚电路和数据报 分组交换的两种服务方式 虚电路 VirtualCircuit 数据报 Datagrm 虚电路服务 虚电路服务分3个阶段 建立虚电路数据传输拆除虚电路 数据报服务 A C D B 1 2 3 3 1 2 整序 1 2 3 数据报传输的特点 每个分组所走过的路径可能是不相同的 由于传输路径不同 各节点交换处理的时间不等 到达目的地的时间也不相同 数据报服务不需要进行连接 因此也说它提供无连接的服务 数据报服务要求在传送过程中 每一个数据分组都要带有目的地址和源地址 线路交换 虚电路与数据报的比较 请判断是虚电路还是数据报 2 3交换机 2 3 1交换机的功能 数据转发 物理编址 定义数据帧的物理地址 网络拓扑结构 定义设备物理连接所形成的网络拓扑结构 差错验证 错误发生时发出告警 数据帧整序 流量控制 延缓数据的传输能力 2 3 2交换单元实现技术 空间交换时隙交换多级互联网络交换结构MIN分组交换结构的发展 空间交换 交叉点矩阵 纵横制交换 crossbarswitching 它的N路输入线和N路输出线之间有N2个接点 通常这些接点是触点开关或电子开关 只要适当地控制这些开关的接通或断开 即可在任一路入线和出线之间构成通路 时隙交换 时隙交换是按时间顺序进行交换 即将输入链路上的某个时隙上的分组安排到输出链路上的另一个时隙上 具体的交换方式有 STM传输模式的交换机 图3 9是一种称为ATOM的共享介质型交换单元结构 ATM传输模式的交换机 图3 10为共享内存型交换单元结构 ATOM模块结构 共享内存型交换单元结构 多级互联网络交换结构MIN 为了减少交叉节点的数目 可以把大容量交换网络分成小容量的交换单元 并将这些交换单元连接成多级互联网络 MIN Multi stageInterconnectNetwork 图2 11为一个由2 2的基本交换单元构成的3级MIN结构 分组交换结构的发展 增加了FEP Front EndProcessor 前端机 b 基于计算机的分组交换系统 前端处理机的功能不断增强 计算机退出对分组交换过程的直接干预 基于独立前端处理机的分组交换系统 交换机系统结构 2 4路由节点上的通信 一个路由节点可能连接多个网络 当其中一个端口的数据分组传来时 它需要判断是丢弃还是转发到另一个网络或是对所有的端口都进行转发 3 2 1路由表与路由算法3 2 2路由器的基本结构3 2 3路由器技术的演进 2 4 1路由器与路由表 无线路由器 静态路由表洪泛 flooding 算法热土豆 HotPotato 算法固定路由算法 图3 15为一个固定路由算法的例子 动态路由表距离向量 distancevector 算法 图3 16为一个简单的距离向量路由表示的例子 链路状态 linkstate 算法 图3 17在路由器R1上执行最短路径算法的例子 混合 hybrid 路由算法 2 4 2路由器的组成 网络接口 从大的方面来说 网络接口可以分为局域网接口 如已太网接口 和广域网接口 如各种通用串行口 两种 路由器软件路由交换单元路由器队列 其基本的集中队列调度算法有 基于时标的IP分组调度算法 基于轮转的调度算法 基于优先级的调度算法 2 4 3路由器技术的演进 第1代路由器结构 第2代路由器技术 第2代路由器把网络接口做成可插拔的活动模块 使用户可以根据需要增减网络接口模块 为路由器升级扩容提供了便利 第3代路由器是在各网络接口上增加CPU 第3代路由器结构 第4代路由器技术 第4代路由器则是在第3代实现分布式转发的基础上 将基于CPU的软件转发模式转换到基于