第五章 广域网new.ppt

1、第五章 广域网,5.1 广域网概述,广域网基本概念 覆盖的范围在几十至几千公里以上，往往由国家或大的电信公司构建； 由结点交换机以及连接这些交换机的链路组成； 结点之间采用点到点的网状连接方法（多路由）； 使用的协议主要在网络层主要解决结点之间的路由问题（不能象局域网那样一跳到达）,广域网提供的两种服务 数据报服务：即无连接的网络服务（与互联网类似） 每个分组独立地选择路由； 尽最大努力交付，而没有任何承诺，可能丢失， 可能失序。,虚电路服务：即面向连接的网络服务 源站申请连接，目的同意连接，建立连接； 一次连接中所有的分组走同样的路线（不同于分组交换，类似电路交换） 采用存贮转发技术，断续地

2、占用一段一段的链路（与电路交换的不同） 服务质量（QoS）有较好的保证。,两种服务的比较 虚电路服务的思路来源于电信网，网络负责可靠通信，结点交换机很复杂,但额外开销小指地址标识； 数据报服务力求网络的顽存性好，对网络的控制功能分散，网络提供最大努力的服务，可靠性由用户端软件（TCP）完成，简化了网络层的结构； 虚电路服务适合于长文件或重要数据的传输；数据报则适合于短而突发性强的数据发送及广播通信。,5.2 广域网中的路由选择机制,基于路由表驱动 结点交换机中的路由表 层次结构的编址方案：把一个地址分成两部分，前一部分表示分组交换机，后一部分表示连接在分组交换机上的计算机，如：1，11，33，

3、23，3 路由表的构成：主要有目的站、下一站（没有源站） 按照目的站的交换机号确定下一站：路由表中的目的站定义为目的站地址中的交换机号 使用缺省路由简化路由表：针对下一站相同的结点路由记录,如此可以用图表示广域网：交换机抽象为点，链路抽象为边,1,2,3,1 2 3 4,1234,1234,4,1 2 3 4,1,2,4,3,结点1的路由表,结点2的路由表,结点3的路由表,结点4的路由表,结点1的路由表,结点2的路由表,结点3的路由表,结点4的路由表,用缺省路由路由表可简化为：,?,5.3 广域网中的拥塞控制,拥塞的定义：对网络中某一资源（包括？方面）的需求超过了该资源所能提供的可用部分，从而

4、使网络的性能变坏。 拥塞是由于整个系统的各个部分不匹配； 拥塞常常使问题趋于恶化； 拥塞控制与流量控制的关系密切，但也有差别，拥塞是一个全局性的问题，而流量控制是一局部问题，往往指在发送端和接收端之间的点到点的通信量控制； 拥塞的征兆：大量包的丢失，时延的加大；,丢失分组的百分数 平均队列长度 超时重传的分组百分数 平均分组时延 分组时延的标准差 尽量科学化因为网络具有随机性、突发性,监测网络拥塞采用的指标,图的解释？,输入负载,拥塞与流量控制,直接死锁：,因互相占用了对方需要的资源而造成的死锁而引起的 图中：两个结点A和B都有大量的分组要发往对方，但两个结点中的缓冲区在发送之前就已经全部被等

5、待发送的分组占满了。这样，当每个分组到达对方时，由于没有地方存放，只好被丢弃。发送分组的一方因收不到对方发来的确认信息，只能将发送过的分组依然保存在自己结点的缓冲区中。这两个结点就这样一直互相僵持着，谁也无法成功地发送出一个分组。,重装死锁：,由于路由器的缓存的拥塞而引起的。 图中：设三个报文A,B和C经过交换机P,Q,R发往主机H。每个报文由四个分组构成。又假设每个交换机的缓冲区只能容纳4个分组。从图中可以看出，交换机R已为报文A预留了4个分组的缓冲区。由于分组A3还没到达，所以目前不能交付给主机H。目前A3暂存于P的缓冲区中，它无法转发到Q,因Q的缓冲区已满。Q的缓冲区中的任何一个分组都不

6、能向前转发，因R的缓冲区全是给报文A预留的。,拥塞控制的一般原理 开环控制：在设计网络时，事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作中不产生拥塞（不具有动态适应性，很难保证） 闭环控制：它是基于反馈环路的概念，具体有以下措施： 监测网络系统，以便检测到拥塞在何时、何处发生 将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方 调整网络系统的运行以解决出现的问题 （具体方法在帧中继广域网技术中体会） 有效方法是两者的结合,5.4 X.25网,产生背景 X.25分组交换网是在1976年根据CCITT的X.25建议书实现的计算机网络，其在推动分组交换网的发展中曾做出很大贡献。但是，现在已经有了性能更好的网络

7、来代替它，如帧中继网和ATM网。 X.25只是一个对公用分组交换网接口的规约。 X.25所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。,标准的层次结构 1 物理层：接口标准采用的是X.21建议书。 2 链路层：采用的接口标准是平衡型链路接入规程LAPB，它是HDLC的一个子集（ HDLC 的一个应用例子）。 3 报文分组层：在分组层，在DTE和DCE之间可建立多条逻辑信道，这样可以使一个DTE同时和网络其他多个DTE建立虚电路并进行通信。从第一层到第三层，数据传送的单位分别是”比特“、”帧“和”分组“。,DTE和DCE之间的通信过程,呼叫建立 数据传送阶段 虚电路释放阶段,X.25还规定了在经常需

8、要进行通信的两个DTE之间可以建立永久虚电路。这很像电话网中的专线电话，它不需要每次先拨号再通话。对于永久虚电路，因为其虚电路已经建立好了，因此每次通信时就只有数据传输阶段。,5.5帧中继FR,帧中继概述 为确保传输无差错，X.25在每个结点都需要作大量的处理。在一个典型的X.25网络中，分组在传输过程中在每个结点大约有30次左右的差错检查或其他处理步骤（想象不出。 今天的数字光纤网比早期的电话网具有低得多得误码率，因此，我们可以简化X.25的某些差错控制过程。帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。,帧中继的原理 认为帧的传送基本上不会出错，因而只要一知道帧的目的地址就立即开始转发该帧（在传输

9、过程中转发帧）。这样，在一个帧中继网络中，一个结点在收到一个帧时，大约只需执行6个检错步骤。这显然减少了帧在结点的时延。这种传输数据的帧中继方式也称为X.25的流水线方式，但帧中继网络的吞吐率却要比X.25网络的提高一个数量级以上。,帧中继的拥塞控制问题 拥塞控制对帧中继特别重要，因为帧处理模块能使用的工具是非常有限的： 帧中继协议着眼于尽量提高网络的吞吐率和效率 无法控制从用户或从相邻的帧处理模块发来的帧 不能使用典型的滑动窗口技术来进行流量控制 帧中继的拥塞控制实际上是网络和用户共同负责来实现的。网络可以非常清楚地监视全网的拥塞程度，而用户则在限制通信量方面是最有效的。,帧中继的拥塞控制原

10、理,1承诺的信息速率CIR(P154)为用户和网络公司共同商定 若数据率小于CIR，在一般情况下传输是有保证的。 若数据率大于CIR但小于所设定的最高速率（为接入速率，也成为信道容量R，目前FR的R为一次群速率，2.048Mbps），则在可能的情况下进行传送。 若数据率大于所设定的最高速率，则立即丢弃。 说明：（1）在FR网中，所有的帧被分为两类：高/低优先级，高优先级的DE被置为0，低相反； （2）用户速率的测量是通过事先定义一个测量时间间隔Tc （3）CIR作用的范例P155,2利用显式信令避免拥塞 分为前向和后向，前向好处理。 3利用隐式信令进行拥塞恢复 当网络丢弃帧时就产生了隐式信令(

11、implicit signaling)。,帧中继的拥塞控制方法： 丢弃策略：当拥塞足够严重时，网络就要被迫将帧丢弃，这是网络对拥塞的最基本的响应。但在具体操作时应当对所有用户都是公平的。 拥塞避免：在刚一出现轻微的拥塞迹象时可采取拥塞避免的方法。这时，帧中继网络有一些信令机制及时地使拥塞避免过程开始工作。 拥塞恢复：在已经出现拥塞时，拥塞恢复过程可以阻止网络的彻底崩溃。当网络由于拥塞开始将帧丢弃时，拥塞恢复过程就应开始工作。,5.6 ATM技术,ATM概述 ATM技术是一种在电路交换和分组交换的基础上发展起来的全新的通信技术，它具有利用单一的网络提供话音、数据和视频等综合业务的能力。 ATM是

12、一种传递模式，在这一模式中信息被组织成信元(Cell)，包含一段信息的信元不需要周期性地出现，所以属于异步传递模式。,同步传输模式(STM)和异步传输模式(ATM),同步传递方式的特点是在由N路原始信号复合成的时分复用信号中，各路原始信号都是按一定时间间隔周期性出现，所以只要根据时间就可以确定现在是哪一路的原始信号。 异步传递方式的各路原始信号不一定按照一定时间间隔周期性地出现，因而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。例如采用在信元前附加信头的标志就是异步传递方式。宽带BISDN中ATM信元的信头就是一个例子。,ATM的特点,1.ATM具有电路交换和分组交换的双重特性,AT

13、M技术是面向连接的，它需要通过信令在通信双方之间建立和拆除连接，所以说ATM具有电路交换的特点；ATM的数据传输采用固定长数据分组（称为信元），在信元头部分包含了用于选路的信息，因而ATM又具有分组交换的特点。 ATM是一种面向连接的快速分组交换技术。,2.ATM中采用信元承载数据,在ATM中，数据分组长度固定为53字节，称其为信元，采用短且固定长度的数据分组有助于确定信元传输时延和减小所需缓冲区的资源。,ATM的信头功能与其它分组技术中的分组头功能相比有所简化，信头中只含有必要的路由和控制信息，可降低协议的处理时延；定长信元便于硬件处理，完成高速交换。,ATM的信元结构,5个字节的信头中包含

14、流量控制信息、虚连接标识符、净荷类型、信元丢失优先级和信头差错控制信息。,3.ATM具有虚通道/虚通路两级连接,ATM是面向连接的，在ATM信头中有标识信元属于哪一个连接的字段。 ATM中的连接为虚连接，是在两个层次上建立的，即所谓的虚通道（VP）和虚通路（VC）。,信头中采用虚通道标识符（VPI）和虚通路标识符（VCI）分别表示两个不同层次上的虚连接。,虚通道VP和虚通路VC都是用于描述ATM信元单向传输的路由，每个VP可以用复用方式容纳多个VC，属于同一VC的信元群具有相同的VCI，属于同一VP的不同VC具有不同的VCI，而分属不同VP的VC可有相同的VCI，VP间具有不同的VPI值。,4.ATM具有支持不同QOS等级的能力*,在基于ATM技术的B-ISDN中，可以支持话音、数据、图像等多种业务，而这些业务所要求的带宽、信元丢失率、时延和时延抖动等都不相同，为了保证通信质量和带宽资源的有效利用，ATM通过QOS参数实现用户业