计算机网络与通信(第6章)

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,6.1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。典型的WAN技术有X.25、帧中继(FrameRelay,FR)和异步传输模式(AsynchronousTransferMode,ATM)等。,WAN(网形拓扑、交换式网络)的网络结构,广域网是作用的地理范围从数十公里到数千公里，可以连接若干个城市、地区甚至跨越国界、遍及全球的一种通信网络。高速广域网是速度高、延迟小的一种广域网，包括帧中继网、异步传输模式ATM网以及同步光纤网SONET等。,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。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。,数据交换方式示意图,长报文划分为多个分组,DCN19.4,ATM的主要特性：面向连接技术固定长度信元每个信元有标识符作为标志实时通信确保频带地址基于虚拟通道(virtualchannel)和虚拟通路(virtualpath),虚拟通路交换,虚拟通道与虚拟通路交换,ATM信元头结构,GFC：总流控；VPI/VCI：虚拟通路标识符/虚拟通道标识符（路由域）；PT：有效载荷类型；CLP：信元丢失优先权；HEC：信元头差错控制。,DCN19.10,AAL子层汇聚子层(CS)分段和重组子层(SAR),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,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。,主机H2,通信的路径H1经过R1转发再经过R2转发H2,初始状态：各路由表只有到相邻路由器的信息,路由器B收到相邻路由器A和C的路由表,A说：“我到网1的距离是1。”因此B现在也可以到网1，距离是2，经过A。”,1151,路由器B收到相邻路由器A和C的路由表,A说：“我到网2的距离是1。”因此B现在也可以到网2，距离是2，经过A。”,1151,路由器B收到相邻路由器A和C的路由表,A说：“我到网3的距离是1。”但B没有必要绕道经过路由器A再到达网3，因此这一项目不变。,最终所有的路由器的路由表都更新了,计算机网络中，链路容量、交换节点中的缓冲区和处理机都是网络资源。网络资源决定网络的处理能力。在一段时间内，如果对网络中某一资源的需求超出了该资源的可用数量，即网络负载超出了网络的处理能力，网络的性能就会急剧恶化，这种情况称为拥塞。,拥塞控制原理,网络拥塞产生的原因：当某个结点缓冲区的容量太小时，到达该结点的分组无空间暂存而不得不被丢弃；处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞。总之：若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况称为（拥塞）即:对资源的需求可用资源资源包括网络中的链路容量，交换结点中的缓冲区和处理机等。,拥塞分析：问题1：某交换结点缓冲区小，到达该交换结点的分组因无空间而被丢弃解决：将缓冲区扩大，使所有分组可以暂存,问题2：发送端在未收到确认前，保留分组副本。接收端产生的拥塞导致发送端缓冲区的拥塞。,网络拥塞往往是由许多元素引起的。如某个结点缓冲区的容量太小或处理机处理的速率太慢、线路拥挤以及带宽不足也可能引起网络的拥塞。,拥塞导致的结果:若网络中的许多资源同时产生拥塞，直接后果是网络的性能就要明显变差，整个网络的吞吐量将随输入负载的增大而下降。从而导致传输时延的增加、数据的丢失。若继续增加输入负载吞吐量将减小到零，造成网络死锁。死锁有两种：直接死锁、重装死锁。,1）直接死锁：由互相占用对方需要的资源而造成的死锁2）重装死锁：由于路由器的缓冲区的拥塞而引起的。,假设有三个报文A、B、C经过三个路