计算机网络与通信（第6章）

1、 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(Frame Relay, FR)和异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode, 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

2、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(Circuit Switching) 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(Message Switching) 以报文为单位的存储转发(Store and Forward)的转接方

3、 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(Packet Switching) 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 (Virtual

4、Circuit)。 虚电路：交换虚电路(Switched Virtual Circuit, SVC)和 永久虚电路(Permanent Virtual Circuit, 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-Oriented Service)，而数据报分组交换 方式提供的网络服务是无连接的服务(Connectionless Service)。 6.2.1 数据交换技术 快速分组交换(Fast Packet Switching, 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长报文划分为多

5、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 (virtual channel) 和虚 拟通路 (virtual path) 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(Flat Addressing

6、Scheme)。WAN 采 用分级编址方案(Hierarchical Addressing Scheme)。 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(Routing Table)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(Next Hop)。 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(Default Route)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

7、.2.2 分组转发和动态路由 路由算法 静态路由(Static Routing) 动态路由(Dynamic Routing) 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 通信的路径通信的路径 H1经过经过 R1 转发转发再经过再经过 R2 转发转发H2 HA1HA5HA4HA3HA6 主机

8、H1 路由器 R1 硬件地址 路由器 R2 HA2 IP1IP2 局域网局域网局域网 查找路由表 查找路由表 初始状态：各路由表只有到相邻路由器的信息初始状态：各路由表只有到相邻路由器的信息 1 1 2 1 3 1 F E D C B A 5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 网 3 网 2 网 4 网 6 网 5 网 1 “4”表示“从本路由器到网 4” “1”表示“距离是 1” “ ”表示“直接交付” 路由器路由器 B B 收到相邻路由器收到相邻路由器 A A 和和 C C 的路由表的路由表 A A 说：说：“我到网我到网 1 1 的距离是的距离是

9、 1 1。” 因此因此 B B 现在也可以到网现在也可以到网 1 1， 距离是距离是 2 2，经过，经过 A A。” 1 1 2 1 3 1 F E D C B A 5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 网 3 网 2 网 4 网 6 网 5 网 1 1 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C 更新后 1 1 5 1 路由器路由器 B B 收到相邻路由器收到相邻路由器 A A 和和 C C 的路由表的路由表 A A 说：说：“我到网我到网 2 2 的距离是的距离是 1 1。” 因此因此 B B 现在也可以

10、到网现在也可以到网 2 2， 距离是距离是 2 2，经过，经过 A A。” 1 1 2 1 3 1 F E D C B A 5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 网 3 网 2 网 4 网 6 网 5 网 1 1 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C 更新后 1 1 5 1 路由器路由器 B B 收到相邻路由器收到相邻路由器 A A 和和 C C 的路由表的路由表 A A 说：说：“我到网我到网 3 3 的距离是的距离是 1 1。” 但但 B B 没有必要绕道经过路由器没有必要绕道经过路由器 A A 再到达网再到达网

11、3 3，因此这一项目不变。，因此这一项目不变。 1 1 2 1 3 1 F E D C B A 5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 网 3 网 2 网 4 网 6 网 5 网 1 1 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C 更新后 最终所有的路由器的路由表都更新了最终所有的路由器的路由表都更新了 F E D C B A 1 1 2 1 3 1 4 2 B 5 2 E 6 3 B 1 1 2 2 A 3 2 A 4 3 A 5 1 6 2 F 1 2 E 2 2 D 3 3 C 4 2 C 5 1 6 1

12、 1 3 B 2 3 B 3 2 B 4 1 5 2 F 6 1 网 2 网 6 网 5 网 1 网 3 网 4 1 2 A 2 1 3 2 A 4 3 A 5 1 6 2 F 1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 5 3 C 6 2 C 计算机网络中，链路容量、交换节点中的缓冲计算机网络中，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，即网络负载超出了需求超出了该资源的可用数量，即网络负载超出了 网络的

13、处理能力，网络的性能就会急剧恶化，这种网络的处理能力，网络的性能就会急剧恶化，这种 情况称为情况称为拥塞拥塞。 拥塞控制原理拥塞控制原理 网络拥塞产生的原因：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；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。处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞。 总之：总之：若对网络中某一资源的需求超过了该资源所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，这能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这 种情况称为（拥

14、塞）即种情况称为（拥塞）即: 对资源的需求可用资源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。和处理机等。 拥塞分析：拥塞分析： 问题问题1：某交换结点缓冲区小，到达该交换某交换结点缓冲区小，到达该交换 结点的分结点的分 组因无空间而被丢弃组因无空间而被丢弃 解决：解决：将缓冲区扩大，使所有分组可以暂存将缓冲区扩大，使所有分组可以暂存 问题问题2：发送端在未收到确认前，保留分组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副本。接收端产生的拥塞导致发送 端缓冲区的拥塞。端缓冲区的拥塞。 网络拥塞往往

15、是由许多元素引起的。网络拥塞往往是由许多元素引起的。 如某个如某个结点缓冲区的容量太小结点缓冲区的容量太小或或处理机处处理机处 理的速率太慢、线路拥挤以及带宽不足理的速率太慢、线路拥挤以及带宽不足也也 可能引起网络的拥塞。可能引起网络的拥塞。 拥塞导致的结果拥塞导致的结果: 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，造成网丢失。若继续增加输入负载吞吐量将减小到零，造成网 络络死锁死锁。 死锁有两种：死锁有两种： 直接死锁、重装死锁。直接死锁、重装死锁。 1）直接死锁：直接死锁：由互相占用对方需要由互相占用对方需要 的资源而造成的死锁的资源而造成的死锁 2）重装死锁：重装死锁：由于路由器的缓冲区由于路由器的缓冲区 的拥塞而引起的。的拥塞而引起的。 A3 路由器路由器R 假设有三个报文假设有三个报文A、B、C经过三个路由器经过三个路由器P、Q、R送送 往主机往主机H，每个报文由，