数据通信网络

1、2021-10-121现 代 通 信 网 络张 冬 梅()北京邮电大学计算机科学与技术学院2021-10-122第二部分 典型通信网络2021-10-123数据通信网计算机学院 2021-10-124主要内容n数据网概述n分组交换网(X.25)n帧中继(FR)n数字数据网(DDN)nATM网络n计算机网络n局域网与城域网n广域网与互联网2021-10-125数据网概述n数据数据：客观事物的符号表示n数据通信数据通信：依照一定的通信协议通信协议，利用数据传输技数据传输技术术，在两个终端之间终端之间传递数据信息数据信息的一种通信方式与通信业务。n 特点特点n计算机之间或者计算机与人之间的通信n准确

2、性与可靠性要求高n接续与响应时间要求快n传输速率高n通信数据是阵发的n接口差异大2021-10-126数据网概述n数据通信系统模型DTE：数据终端设备(Data Terminal Equipment)DTC：数据通信设备(Data Communications Equipment) 数据电路端接设备(Data Circuit terminating Equipment)DTEDCEDCE传输系统传输系统DTE 数据电路数据电路2021-10-127n简化的数据通信网络模型交换节点交换节点WANDTEDCEDCE传输系统传输系统DTEhosthosthosthosthostLAN2021-10-

3、128n数据传输方式n同步传输同步传输与异步传输异步传输n串行传输串行传输与并行传输并行传输n工作方式：单工、半双工与全双工单工、半双工与全双工n数据网网络n概念：由分布在各处的数据传输设备数据传输设备、数据交换设数据交换设备备和数据终端设备数据终端设备组成，用于实现数据信息数据信息的交换交换、传输传输和处理处理的网络。n特征n以传输数据为主n普遍采用存储转发方式的分组交换2021-10-129数据网的组成n数据网的硬件组成n数据终端设备：主机、终端n数据通信设备：编解码器、Modem、终端适配器、集中器、复用器等n数据传输与交换设备：交换机、中继器、网桥、路由器、数字交叉连接设备等n传输介质

4、：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、微波、红外线等2021-10-1210n数据网的软件组成n协议软件：实现网络协议功能的软件n网络操作系统：多任务操作系统n管理软件：实现网络管理功能的软件n交换与路由软件：为通信各部分之间建立和维护传输信息所需的路径n网络应用软件：网络环境下直接面向用户的应用程序分组交换网n功能功能：完成分组数据的交换业务，具有线路利用率高、传输速率高、传递安全可靠的特点n基本结构基本结构n分组交换机分组交换机n数据终端数据终端n分组拆装设备分组拆装设备n传输线路传输线路n网络管理中心网络管理中心n典型网络与协议：X.25协议（略）n基本业务：交换虚电路交换虚电路与永久虚电路

5、永久虚电路2021-10-12112021-10-1212帧中继网n产生背景产生背景n通信容量进一步增加n网内传输质量比较好n计算机的智能程度较高 实质实质是由X.25分组交换技术演变而来n功能功能：完成快速分组交换业务快速分组交换业务n特点特点：资源利用率高、传输速率高、兼容性好、组网功能强2021-10-1213FR帧结构n帧尺寸：可变，最大1000字节n帧格式n帧中继节点的核心业务：无网络层功能n帧定界n虚电路的复用n差错检测n帧有效性检查n拥塞管理n比特级透明2021-10-1214 帧结构: 地址字段结构 F Address Information FCS F字节字节 1 2 8n(

6、1n262) 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 DLCI(高阶高阶) C/R EA0 DLCI(低阶低阶) FECN BECN DE EA1 2021-10-1215n帧格式的特点：无控制字段n只有数据帧，无控制帧n不可能使用带内信令：逻辑连接只能运载用户数据n不可能执行流量控制和差错控制，因为没有序列号n地址字段默认为2个八位位组，运载数据链路连接标识符n连接标识符仅具有本地意义2021-10-1216ABCFRS1FRS3FRS2FRS4baacacbbabcDLCI25DLCI3035455550552021-10-1217带宽管理与拥塞控制n帧中继拥塞控制技术技术类型功能要点丢弃

7、控制丢弃策略为网络应丢弃哪些帧提供指导DE比特反向显式拥塞指示拥塞避免向端系统提供有关网络拥塞情况的指导BECN比特前向显式拥塞指示拥塞避免向端系统提供有关网络拥塞情况的指导FECN比特隐式拥塞指示拥塞恢复端系统根据帧丢失情况推断是否发生拥塞高层PDU序号2021-10-1218拥塞控制n拥塞控制信令n反向显式拥塞指示(BECN)n前向显式拥塞指示(FECN)n拥塞控制方法n帧处理器节点n用户节点2021-10-1219n差错控制功能nFR节点机仅具有有限的差错控制功能n端节点的链路层具备完全的差错控制功能n呼叫控制信令n带外信令nD信道或DLCI=0的虚电路2021-10-1220n网络结构

8、FR节点节点FR节点节点FR节点节点 DCE DTE DTE DCEFR终端系统终端系统FR接口接口FR接口接口FR节点节点2021-10-1221数字数据网nDDN概念：DDN(Digital Data Network)是利用数字信道提供半永久性连接电路传输数据信号的数字传输网络。nDDN的产生nDDN的特点n同步数据传输网，不具备交换功能n速率高、延迟小n传输质量高nDDN全网透明2021-10-1222nDDN的构成n本地传输系统n复用及交叉连接系统n局间传输系统n同步定时系统n网络管理系统2021-10-1223 DDN的基本构成N1:本地局本地局(包含接入、复用和交叉连接系统包含接入

9、、复用和交叉连接系统)N2:中心局中心局(大型数字交叉连接和复用大型数字交叉连接和复用)N1N1N2N2DDN DCEDTE DTE用户环路用户环路本地传输系统本地传输系统网络管理控制中心（网络管理控制中心（NMC） DCE2021-10-1224 nDDN中64kbps数字信道复用与交叉连接n复用技术n交叉连接技术2021-10-1225nDDN的同步n采用数字传输方式的数据通信网正常运行的基本要求: 网同步n网同步的基本要求: 网内节点时钟频率一致n数字网的同步方式n主从同步网n相互同步网n准同步网2021-10-1226 nDDN网络结构n节点类型n2兆节点n接入节点n用户节点n网络结构

10、n二级网络结构n传输层、接入层、用户层2021-10-1227ATM概述n本质上是高速分组传送模式n以固定长度的分组(信元)为单位进行传送n采用存储转发的交换模式n采用统计时分复用n面向连接的寻址方式2021-10-1228ATM信元GFCPTCLP首部差错检测首部差错检测信息字段信息字段（48个八位组）个八位组）VPIVCI（a) UNIPTCLP首部差错检测首部差错检测信息字段信息字段（48个八位组）个八位组）VPIVCI（b) NNI2021-10-1229ATM概述CS PDU物理层物理层ATMSARCS用户用户User dataUser dataSAR PDUATM Cell2021

11、-10-1230ATM通信量管理nATM通信量和拥塞控制需求n网络中的主要通信量并不服从通信量控制n网络可以支持范围很广的各种应用n网络上的应用可能会生成差异很大的通信量模式n网络上不同的应用需要不同的网络服务n交换与传输的极高速率造成ATM网络在拥塞和流控方面更不稳定2021-10-1231ATM业务类别n实时业务n固定比特率(CBR)n实时可变比特率(rt-VBR)n非实时业务n非实时可变比特率(nrt-VBR)n可用比特率(ABR)n未指定的比特率(UBR)2021-10-1232ATM流量相关属性流量描述器n作用：描述ATM连接中信元的流量方式n种类n信源流量描述器：描述一个ATM流的

12、信源属性n连接流量描述器：描述一个ATM连接上的某个ATM流的属性2021-10-1233 峰值信元速率 可维持信元速率 最大突发长度 最小信元速率信源流量描述器信源流量描述器 峰值信元速率 可维持信元速率 最大突发长度 最小信元速率 信元时延变化容限 一致性定义连接流量描述器连接流量描述器2021-10-1234ATM的流控与拥塞控制功能响应时间响应时间流量控制流量控制拥塞控制拥塞控制长期使用虚通道管理资源连接期间连接接纳控制往返传播时间快速资源管理显式前向拥塞指示(EFCI)信元插入时间用法参数控制ABR流控优先级控制选择信元丢弃流量整形帧丢弃2021-10-1235流量控制n目标：避免拥

13、塞避免拥塞或减轻拥塞的影响减轻拥塞的影响n背景：用户与网络之间的业务量和约n网络同意在某个级别上支持用户的连接n用户同意不超出性能界限n流量控制策略功能n判断是否能容纳一个给定的新的ATM连接n同意用户支持的性能参数2021-10-1236使用虚通道管理资源n网络资源管理的本质本质: 按照业务特性分离业务流的方法来分配网络资源nVPC(虚通道连接):组合多条类似的虚信道连接(VCC)2021-10-1237VC-SwVP-SwVP-SwVP-Sw21342021-10-1238连接接纳控制n功能：判断网络是否接纳新连接n作用：保护网络不因为接纳新连接而造成流量过载n方法n用户请求新连接用户请求

14、新连接(VPC或VCC)时，需要指定(明确的或隐含的)连接的双向要求双向要求n网络网络在满足条件满足条件的情况下接纳该连接接纳该连接n能够调拨支持该流量等级的必要的资源n保持现有连接商定的QoS2021-10-1239设置流量和约参数的过程n隐式指定n缺省规则隐含定义（网络操作员指定）n显式指定n在预约时指定参数（网络操作员指定）n在连接建立时设置参数（由用户与网络通过信令协商）2021-10-1240用法参数控制(UPC)n功能：监视连接是否遵守流量和约n作用：保护网络上其他连接不被一个过载的连接影响n过程nUPC定位n峰值信元速率计算n可维持信元速率计算nUPC操作2021-10-1241

15、选择性信元丢弃n功能：网络在超出UPC功能的某点丢弃CLP=1的信元n作用：通过选择性信元丢弃保证高优先级的信元的性能2021-10-1242局域网技术 2021-10-1243局域网技术 n协议体系结构nLAN体系结构的讨论集中在数据链路层和物理层nIEEE802协议层n物理层n介质访问控制子层n逻辑链路控制子层2021-10-1244应用程序数据应用程序数据TCP首部首部IP首部首部LLC首部首部MAC首部首部MAC尾部尾部TCP报文段报文段IP数据报数据报LLC协议数据单元协议数据单元MAC帧帧MAC层层LLC层层IP层层TCP层层应用层应用层2021-10-1245IEEE802系列标

16、准nIEEE801.1 网间互连定义 nIEEE802.2 逻辑链路控制 nIEEE802.3 CSMA/CD网络 nIEEE802.4 令牌环总线 nIEEE802.5 令牌环网 nIEEE802.6 城域网nIEEE802.7 宽带技术咨询组 nIEEE802.8 光纤技术咨询组 2021-10-1246nIEEE802.9 综合数据声音网 nIEEE802.10 网络安全技术咨询组 nIEEE802.11 无线局域网 nIEEE802.12 100VG-AnyLAN nIEEE802.14 交互电视 nIEEE802.15 短距离无线网 nIEEE802.16 宽带无线接入 2021-1

17、0-1247互联网技术 2021-10-1248Internet的网络结构n由路由器将各子网联接起来routerrouterrouter子网1子网2网络Arouterrouterrouter子网3子网4网络Brouterrouterrouter子网5子网6网络Crouterrouter高端路由器低端路由器2021-10-1249Internet的网络技术特性nInternet是支持数据通信数据通信的网络（目前是多媒体通信量）；nInternet采用自适应路由自适应路由算法nInternet网络层提供无连接无连接服务nInternet的网络层提供的服务：尽最大努力投尽最大努力投递、综合服务与区分服务递、综合服务与区分服务nInternet的拥塞控制：网络层、传输层网络层、传