宽带通信期末复习

1、教 学 内 容宽带通信网概述 通信网技术及发展异步传递模式原理/ATM宽带交换技术/ATM的业务量与拥塞控制IP网络体系结构/网际互连协议IPV6技术TCPUDP IP QoSMPLS技术及其发展移动IP技术IP网络安全和管理网络安全协议SDN网络通信网技术综述 通信网技术的发展历程 通信网发展趋势 宽带通信网的网络技术 宽带通信网的概念 宽带通信网关键技术 相关标准2018/9/302通信网技术及其发展通信网络通信网络的有关特性及参数通信网络的发展与演变3通信网络的发展趋势n 主要特征和趋势（1） 数字化：包括电信网、移动通信网的变化、互联网（2） 标准化：各类网络的核心网IP网（3） 智能

2、化：网络智能化将网络的交换功能与控制功能分离，为各类业务提供灵活的传输服务终端智能化易于构建各种类别服务（4） 综合化：业务综合一个网络接入端口可提供各种业务的传输服务网络综合各类专用网合并为一个通用网4通信网络的发展趋势（5） 宽带化：计算机上网有线/无线宽带接入移动通信 2G3G3G长期演进(LTE)4G（6） 个性化：无论何时、何地、何种环境均能自由接入网络，提供特定需求的定务5通信网络的有关特性及参数n 业务特征（1）自然信息速率（NaturalInformationRate),单位bps;信息速率通常是一个变化的量，受使用人的行为、传输内容和信号处理方法等方面的影响：信息速率通常由以

3、下的参数描述S = max s(t)0 t T峰值速率1TTEs(t) =s(t)dtS平均速率0突发度（突发性）B =Es(t)6通信网络的有关特性及参数n 业务特征（2）突发性率的波动。业务流的突发性可由突发度来描述,自然比特s = Es(t )平均速率：B瞬间允许的最大突发量：s (t ) s + B通常要求用户传输速率应满足：7通信网络的有关特性及参数n 传输速率分配问题带宽：传输速率按照峰值速率来分配带宽：延时最小但效率最低； 按照平均速率来分配带宽：延时很大但效率最高；实际的带宽分配方法：取值介于平均速率与峰值速率之间。带宽资源的动态分配是网络的基本研究问题之一。8通信网络的有关特

4、性及参数通信网络的性能信息（语义）透明性（Information (Semantic) transparency ）误码率BER（误比特率） PER（分组差错率） PLR（分组丢失率） PIR（分组误插率）时间透明性 （Time transparency ）Delay （时延），Delay jitter （时延抖动）9通信网络的有关特性及参数n 通信网络的性能要求（1）信息的透明性地传送到目的地。无论用户发送什么信息，保证信息正确10通信网络的有关特性及参数增强信息透明性的主要方法差错控制：检错重发：逐段链路进行操作(链路层)端到端进行操作(网络层)前向纠错：在传输的信息比特流中插入特定的编码

5、方式的冗余校验码。可以逐段也可以端到端。11通信网络的有关特性及参数（2）时间透明性：无论用户发送什么信息，按照用户对时延的要求将信息传送到目的地。网络时延=发送时延+传播时延+处理时延有关时延的主要参数：最大时延； 最小时延；平均时延；时延抖动：最大时延与最小时延之差。分组网的时延用概率密度函数来表示12通信网络的有关特性及参数时间透明性的增强：在接收端存储，平滑抖动加入同步信息13异步传递模式原理 概述 ATM基本概念 ATM协议参考模型 ATM服务质量约定 ATM流量控制 ATM业务分类第14页ATM信元主要标识虚电路53 字节ATM 信元第15页5 字节信元头48 字节有效载荷虚电路（

6、面向连接）在数据传输之前，根据信令过程分配相应的传输网资源优势：有利于保证服务质量第16页ATM 的逻辑连接机制逻辑信道=VPI/VCI定义的虚通道虚通路是 ATM 网络中的基本交换单元。两个端用户要进行通信，首先必须建立虚通路连接，然后才能在这个端到端连接上以固定信元长度和可变速率进行全双工的通信。数据传送完毕后再释放连接。ATM 网络协议参考模型管理面面管理控制面用户面层管理第18页高层高层ATM 适配层 I.362/363ATM 层I.361物理层ATM服务质量的保证协议ATM 网络）协议 流量描述符峰值信元率 Peak cell rate（PCR 持续信元率 Sustainable c

7、ell rate 最大突发量 Maximum burst size 最小信元率 Minimum Cell Rate 服务质量（QoS）延迟信元丢失第19页协议ATM的流量控制系统方法第20页预防性流量控制流 量控制方 法用户业务接入入网络之前CAC：和网络协商所需资源用户业务进入入网络之前TP 流量整形：确保信息流符合流量协议用户业务进入入网络后UPC/NPC：对用户业务流进行监控反应式流量控制发生拥塞拥塞控制：减少或消除某部分拥塞ATM宽带交换技术ATM 交换的定义ATM 交换的基本原理ATM 交换系统的构成ATM 交换的定义ATM 交换的定义从一条逻辑 ATM 信道到一条或多条逻辑 ATM

8、 信道的信息交换；而在该交换过程中， 可以在许多逻辑 ATM 信道中进行选择。逻辑 ATM 信道以物理端口以及该物理端口上的逻辑信道来表征：逻辑 ATM 信道 = 物理端口 + 物理端口上的逻辑信道物理端：表征了物理入线或出线物理端口上的逻辑信道：由虚通路/虚信道标识 (VPI/VCI) 表征集中/复用、扩展/分路与交换一个含义ATM 交换的基本原理基本交换模块的类型基于矩阵结构的交换单元所有的输入线和输出线互连构成矩阵网格，信元通过网格接点并行传送。基于时分复用结构的交换单元 输入线和输出线通过时分复用的方式共享传输介质或存储介质，从而实现信元交换。 基于时分复用结构的交换单元又可分为：共享

9、总线式交换单元环型交换单元中央存贮式交换单元三种排队策略的实现参数比较25比较的方面输出排队输入排队中央排队存储器速度高低高控制逻辑FIFOFIFO复杂缓冲器大小大很大小性能高低高支持组播容易困难困难ATM网络的业务量控制与拥塞控制1、网络的拥塞问题2、ATM网络的业务类型3、网络的业务量管理框架4、网络业务量管理功能5、网络业务量参数6、网络接口信元速率控制7、不同类型业务的控制参数8、ATM网络的UNI信令、 PNNI接口9、拥塞控制机制10、ATM网络的反馈控制ATM网络的业务类型ATM网络的业务类型CBR (ConstantBitRate)如传统的话音业务；VBR-RT(Variabl

10、eBitRate-RealTime)如编码后的语音和视频业务；VBR-NRT(VariableBitRate-Non-RealTime)如普通的非实时数据业务；ABR(AvailableBitRate)可根据可用带宽进行传输调节的业务；UBR(UnspecifiedBitRate)如一般的在网络中级别最低、无质量保证的数据业务；GFR(GuaranteedFrameRate)一种新的需要以帧为单位保障传输的业务。27网络业务量参数n 描述业务特性的主要参数(描述器参数)峰值信元速率(PCR)可维持信元速率(SCR):平均信元速率最小信元速率(MCR)信元时延变化容限(CDVT)突发容限(BT)

11、和最大突发长度(MBS)n 信源业务的基本参数：PCR、SCR、MCR和MBSn 连接要求的基本业务参数：PCR、SCR、MCR、MBS和CDVT28网络接口信元速率控制n 连接一致性：若连接的用户业务特性与用户-网络间商定的业务合约相同，称该连接具有一致性；是网络为用户提供服务质量(QoS)承诺的基本条件；连接是否满足一致性通过连接中不满足一致性的信元的个数是否超过某一设定的门限值来判定。n 通用信元速率算法(GCRA):一种用于判断连接是否满足一致性的的方法；包括连续状态漏桶算算法B:LeakyBucket)和虚调度GCRA的主要参数：信元速率(信元速率所决定的信元间的间隔)信元速率/信元

12、间隔的变化容限296、网络接口信元速率控制n 虚调度算法记：TAT信元的理论到达时间；ta-信元的实际到达时间；L-时间容限变化参数；I-信元到达间隔参数306、网络接口信元速率控制n 连续状态漏桶算B:LeakyBucket)：在用户-网络接口设立一个容量等于允许的最大突发长度(MBS)的缓冲器(漏桶)；漏桶以商定的信元速率均匀输出；溢出漏桶的信元自动被判定为非一致性信元并做相关处理。316、网络接口信元速率控制n 漏桶算B:LeakyBucket)的控制流程描述当缓冲器队列长度超过某一门限时，到达的信元被判为非一致。32IP网络体系结构计算机网络的概念和发展TCP/IP 网际互连的体系结构

13、因特网的网际协议 IP网际协议 IP及其配套协议路由协议地址解析协议 ARP逆地址解析协议 RARP因特网控制报文协议 ICMP网际协议 IP 及其配套协议应用层运输层网际层网络接口层35物理硬件各种应用层协议(TELNET, FTP, SMTP 等)TCP, UDPIP与各种网络接口ARPRARPICMPIGMPIP 地址的编址方法分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法， 在 1981 年就通过了相应的标准协议。子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在 1985 年通过。构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。36因特网控制报文协

14、议 ICMP为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)。ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去。37因特网有两大类路由选择协议内部网关协议 IGP(InteriorGatewayProtocol)即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多， 如 RIP OSPF 协议。外部网关协议 EGP (Exter

15、nal Gateway Protocol) 若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。38和RIP 协议的要点仅和相邻路由器交换信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的时间间隔交换路由信息，例如， 每隔 30 秒。RIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。39内部网关协议 OSPF(Open Shortest

16、 Path First)是分布式的链路状态协议。向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。 “链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。40OSPF 的其他特点OSPF 对不同的链路可根据 IP 分组的不同服务类型 TOS 而设置成不同的代价。因此，OSPF 对于不同类型的业务可计算出不同的路由。如果到同一个目的网络有多条相同代价的路径， 那么可以将通信量分配给这几条路径。这叫作多路径间的

17、负载平衡。所有在 OSPF 路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能。支持可变长度的子网划分和无分类编址 CIDR。每一个链路状态都带上一个 32 bit 的序号，序号越大状态就越新。41TCP/UDPThe Transport Service Elements of Transport ProtocolsThe Transport Layer in theHybrid ModelResourcesTransport Service UserSubnetCommunicationSubnetTransport Service ProviderIt forms the major boundary

18、between the provider &user of the reliable data transmission service, also the major boundary between resources Subnet and Communication Subnet, which put the transport layer in a key position.43Application LayerTransport LayerNetwork LayerData Link LayerPhysic LayerTCPThe TCP Service Model The TCP

19、Segment HeaderTCP Connection Establishment TCP Connection ReleaseTCP Window ManagementTCP Congestion Control TCP Timer Management44TCP Window ManagementTCP uses dynamic buffer allocation and decouple the buffering from the acknowledgements.The receiver sends an acknowledgment and the maximum number

20、of bytes that may be sent.When the window is 0, the sender may not normally send segments, with two exceptions: urgent data and 1-byte request for reannounce the window size.45TCP Congestion Control (2)An example of the Internet congestion algorith4m6.TCP拥塞控制机制慢启动: 从1开始，每收到一个新数据的确认，就将Cwin的大小加1，直到上一次

21、拥塞发生的1/2处，拥塞结束后，Cwin的大小=1拥塞避免：加1直到拥塞发生快速重传：如果发送端接收到对同一个报文的3个重复确认（包括原有的确认一共4 个）时，认为确认序号以后的报文段已经丢失，立即重发相应的数据。快速恢复：Cwin窗口不从1开始， 而是快速恢复至原有拥塞窗口的一半。TCP拥塞控制机制TCP中用于拥塞控制的算法主要有：慢启动（Slow Start）拥塞避免（Congestion Avoidance） 快速重传（Fast Retransmit）快速恢复（Fast Recovery）基本原理：根据传输过程中的证实ACK 或超时进行拥塞的智能判断，控制CWND的大小，算法的不同组合，

22、可构成TCP的不同版本48TCP 拥塞窗口TCP 的拥塞窗口（Congestion Window） TCP 采用拥塞窗口机制来控制发送窗口的大小，防止拥塞的发生，即在拥塞出现时逐步消除拥塞采用拥塞窗口机制后，在任何时刻，TCP 协议的发送窗口大小将根据以下公式计算：AWin = min( Rcvr_Adv, Cong_Win )AWin :Allowed Window SizeRcvr_Adv :Cong_Win :Receiver Advertisement SizeCongestion Window Size49.TCP拥塞控制机制：OldTahoe50TCP拥塞控制机制：Tahoe51T

23、CP拥塞控制机制：Reno52UDP Introduction to UDP53IPv6技术 IPv6的引入 IPv6 的基本首部 IPv6 的扩展首部 IPv6 的地址空间 从IPv4 向IPv6 过渡 ICMPv654IP网络的QoS技术QoS技术概述IP的QOS技术IP的业务模型IP的QOS技术实施QOS路由55IP QoSIP QoS 机制 综合服务（Integrated Services)：基于流 区分服务（Differentiated services):基于类56综合服务网络和区分服务网络IntServ networkDiffServ network“呼叫抑制” 方法“设定优先权

24、” 方法57IntServ模型设置协议（Setup protocol) 使主机或路由器能够动态地保留网络资源，以便满足特殊业务流 的QoS要求业务流说明（Flow specification) 用于定义一个特定业务流的QoS 业务流（flow)是指具有相同QoS的，从某个源到目的端的一个流量控制接纳控制（Admission Control) 确定设备是否能够支持特定业务流的QoS分类器（Classifier) 根据IP分组头中的特定字段鉴别和选择业务利用类型调度器（Scheduler) 在设备的输出链路上提供所需的QoS服务58IntServ模型（续）预留设置消息IP流主机路由器59分类器调度器接纳/策略控制设置路由协议/数据库设置数据分类器调度器应用资源预留协议 (RSVP)在Internet中实现QoS的信令协议利用现有的Internet网络结构和路由协议将业务流的QoS状态传递给通路上的主机或与路 由器，协商进行资源预留 终端主机: 用RSVP协议向网络申请资源，以提供应用数据流所需的服务质量； 路由器(网络节点): 用RSVP协议建立和保持资源预留状态，并将资源预留请求转发给数据流经过的其它路由器，最终实现资源预留支持组播业务60服务等级说明Service