计算机网络与通信(第6章)new

第6章广域网 第6章广域网 6 1概述6 2广域网传输控制机制6 3X 25和帧中继6 4异步传输模式 6 1概述 WAN的拓扑结构 交换结点通过长距离的点对点链路互连 一般呈网状拓扑 WAN是一个多跳的网络 节点转发称为交换 路由选择 电路 报文 分组等几种交换方式 典型的WAN技术有X 25 帧中继 FrameRelay FR 和异步传输模式 AsynchronousTransferMode ATM 等 主要问题 路径优化 拥塞处理WAN和INTERNET WAN 网形拓扑 交换式网络 的网络结构 6 2广域网传输控制机制 6 2 1数据交换技术 结点之间的两两直接连接 线路数L n n 1 2 当n线性增长时 L呈指数增长 实用中仅仅铺设有限的线路 利用交换技术解决网络的数据传输问题 有3种基本的交换技术 电路交换 CircuitSwitching 通过物理设备实现传输线路的转接 在通信的双方建立一条传输链路 电路交换进行一次通信要经过三个过程 电路建立 数据传输和电路释放 面向连接 优点是数据传输可靠 迅速 保持顺序 缺点是线路的利用率不高 6 2 1数据交换技术 报文交换 MessageSwitching 以报文为单位的存储转发 StoreandForward 的转接方式 与电路交换相比有如下特点 报文传输的线路不是专用的 可以被多个传输所利用不要求收方和发方同时处于可用状态 可以实现一对多的传输 可以实现优先级传输 中间结点可及时进行差错控制 而不用等到目的结点在解决 传输时延比电路交换大 分组交换 PacketSwitching 以分组为单位的存储转发的传输方式 优点主要有 6 2 1数据交换技术 由于长度小 转接中分组可缓于转发结点的内存中 提高了转发速度 各转发结点并行进行处理 降低了传输时间 对于传输中的错误 只需要发出错的分组 提高了效率 分组交换分为两种方式 数据报 Datagram 和虚电路 VirtualCircuit 虚电路 交换虚电路 SwitchedVirtualCircuit SVC 和永久虚电路 PermanentVirtualCircuit PVC 两种 虚电路分组交换方式提供的网络服务是面向连接的服务 Connection OrientedService 而数据报分组交换方式提供的网络服务是无连接的服务 ConnectionlessService 6 2 1数据交换技术 快速分组交换 FastPacketSwitching FPS 当一个帧还没有接收完时就开始转发此帧 称为FPS 计算机网络都是分组交换技术 X 25 FR ATM 帧中继 internet 数据报 数据交换方式示意图 6 2 2分组转发和动态路由 分级的编址方式LAN采用单一编址方案 FlatAddressingScheme WAN采用分级编址方案 HierarchicalAddressingScheme WAN地址 交换机 端口 6 2 2分组转发和动态路由 分组转发机制基于路由表的下一跳分组转发机制 路由表 RoutingTable 中最重要的两项内容为分组发往的目的站以及分组路径上的下一跳 NextHop 交换机以分组的目的站地址为索引 查询路由表 得到转发路径上的下一跳 将报文转发出去 简化 确定下一跳只根据目的站地址中的交换机号 进一步简化 默认路由 DefaultRoute 代替所有的具有相同 下一跳 的表项 6 2 2分组转发和动态路由 交换机2的路由表 6 2 2分组转发和动态路由 路由算法静态路由 StaticRouting 动态路由 DynamicRouting 路径度量 Metric 距离 路径的长度 跳数 路径所经过的交换机数目 时延 分组由源站到达目的站所花费的时间 费用 借助电信等部门的通信线路需交纳费用 可靠性 链路的误码率 研究WAN的路由问题时 WAN可以用一个图来表示 路由算法或称路由选择算法是由图求出优化路由的算法 路由协议或称路由选择协议 执行路由算法的协议 6 2 3拥塞控制 网络拥塞 Congestion 现象拥塞是分组交换网共同的问题 主要是因分组交换结点的负载相对它的处理能力过重而引起 电话网增大交换结点的处理能力和缓存空间对解决拥塞是有益的 处理能力是越大越好 但缓存空间并非如此 拥塞时描述网络的性能 吞吐量 Throughput 和端到端的时延 Delay 用图表示一个广域网 6 2 3拥塞控制 拥塞控制的基本策略开环控制面向连接的WAN常使用开环控制 基于资源预约 ResourceReservation 和接纳控制 AdmissionControl 6 2 3拥塞控制 漏桶算法 LeakyBucketAlgorithm 是一种著名的开环控自算法 令牌桶算法 TokenBucketAlgorithm 漏桶算法示意图 6 2 3拥塞控制 闭环控制交换结点负责监视和报告拥塞 源结点在收到拥塞信息后降低输出分组流 即源抑制 SourceQuench 直接或间接地报告流量控制 2 与闭环拥塞控制的区别分组丢弃葡萄酒策略 文件 牛奶策略 视频 ATM 同一分组 随机早期检测 RandomEarlyDetection RED Internet改进分组丢弃策略RED丢弃策略是 当 不丢弃分组 当 丢弃到达的分组 当 按概率p丢弃分组 6 3X 25和帧中继 1976年CCITT提出的X 25建议 成为分组交换公共数据网 PacketSwitchedPublicDataNetwork PSPDN 的基础 采用X 25建议标准接入的PSPDN称为X 25网 欧洲的早期分组交换广域网是X 25网 X 25借助于电话网 容易受到各种干扰 因此进行两级的差错控制 10 4 10 5 链路 网络帧中继 FrameRelay FR 由AT T于1986年提出 与X 25网分为物理层 数据链路层和分组层相比 FR只有物理层和数据链路层 无流量 差错控制 使用快速分组交换 FPS 采用面向连接的虚电路交换方式 主要是为长距离用户提供PVC链路 交换机和接入设备 长距离的用户互联 局域网互联 6 4异步传输模式 6 4 1信元交换 N ISDN B ISDN ATM适用于长距离通信主干网 QOS 同步传输模式 SynchronousTransferMode STM STM采用时分复用TDM技术 而ATM采用统计时分复用STDM技术 ATM传输的单位是信元 Cell 长度为53B 5 48 当交换结点收到信头 ATM就开始转发信元 属于FPS ATM采用面向连接的技术 ATM是建立在面向连接的虚电路分组交换技术基础之上的一种FPS 它交换的分组是信元 ATM建立在大容量光纤传输媒体的基础上 不进行流量控制 也几乎没有差错控制 6 4 2ATM体系结构 ATM的层次结构物理层PMD子层 提供与媒体相关的接口 发送和接收比特流 进行编码和解码 比特定时和光电转换等 PMD子层的规范主要是155 52Mbit s和622 08Mbit s的SDH SONET接口 ATM ATM ATM SDH SDH ATM 6 4 2ATM体系结构 TC子层 进行ATM信元流和比特流的转换 TC子层需要进行以下操作 atm与物理层独立 信元差错校验 信源头部CRC 错误就丢弃 传输帧的生成与恢复 速度适配 信元定界 ATM信元装载于STM 1帧的例子 6 4 2ATM体系结构 ATM层 与上层业务无关 功能 信元传输 复用 解复用 通信量控制 信元格式 UNI a 和NNI b 的信元头部 流量 路由 净负荷类型 拥塞 丢弃优先级 6 4 2ATM体系结构 信元传输ATM连接用VP和VC表示 VC是ATM层的基本元素 一个VC表示传送ATM信元的一条通道 用VCI标识 一个VP包含一组VC VP用VPI标识 ATM层根据信元首部的VPI VCI和ATM交换机的VPI VCI转换表 路由表 转发信元 转换表示建立连接时由信令协议在交换结点上建立的 转换表的基本信息是 入口端口号 入口VPI VCI 出口端口号 出口VPI VCI 信元的复用 解复用 6 4 2ATM体系结构 ATM信元传输示例 目的地址 VPI VCI 6 4 2ATM体系结构 AAL层对用户屏蔽ATM层的具体特性 实现端到端的通信 AAL仅在ATM网络的端点 主机 IP路由器等 实现 不同业务封装四种类型AAL协议 即AAL1 AAL2 AAL3 4和AAL5 AAL5称为简单有效的适配层 SimpleandEfficientAdaptiveLayer SEAL 是应用最广泛的AAL层协议 AAL5分为汇聚子层 ConvergenceSublayer CS 和分断重组子层 SegmentationAndReassembly SAR SAR在CS之下 CS又分为特定业务子层 ServiceSpecificCS SSCS 和公共部分汇聚子层 CommonPartCS CPCS CPCS在SSCS之下 6 4 2ATM体系结构 ATM网络的协议结构 6 4 2ATM体系结构 AAL5数据处理 48的整数倍 6 4 3ATM服务质量和服务类型 网络QoS QualityofService 参数和用户通信量参数下面3个参数用来描述网络提供的QoS 信元丢失率 CellLossRatio CLR 信元传送时延 CellTransferDelay CTD 信元时延偏差 CellDelayVariation CDV 以下5个参数用来描述用户的通信量 峰值信元速率 PeakCellRate PCR 最小信元速率 MinimumCellRate MCR 持续信元速率 SustainedCellRate SCR 最大突发量 MaximumBurstSize MBS 信元时延偏差容差 CellDelayVariationTolerance CDVT 6 4 3ATM服务质量和服务类型 ATM服务类型ATM论坛制定了5种服务类型 恒定比特率 ConstantBitRate CBR 语音和视频实时可变比特率 real timeVariableBitRate rt VBR 会议电视非实时可变比特率 non real timeVariableBitRate nrt VBR 多媒体电子邮件不指明比特率 UnspecifiedBitRate UBR 尽最大努力 文件传输可用比特率 AvailableBitRate ABR 调整源端发送速率 浏览网页 6 4 3ATM服务质量和服务类型 6 4 4ATM通信量控制 资源预约和接纳控制资源预约 根据合约说明QOS类型 保证通信资源 接纳控制 若网络资源不够 金的连接请求将被拒绝 通信量整形与管制通用信元速率算法 漏桶算法 通信量整形 超出PCR CDVT 实际是一种根据合约