【VIP專享】通信網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)-ch03IP業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)01課件

1、第三章IP業(yè)務(wù)承載網(wǎng)參考教材第三、四章2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)2提綱廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路控制和協(xié)議子網(wǎng)提供的服務(wù)子網(wǎng)內(nèi)路由選擇流量控制和擁塞控制廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)實例（FR）2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)3數(shù)據(jù)鏈路類型局域廣播類型數(shù)據(jù)鏈路（例如，LAN）廣域點到點類型數(shù)據(jù)鏈路（例如，DDN，SDH，撥號鏈路）廣域交換式數(shù)據(jù)鏈路（例如，X.25，F(xiàn)R，ATM）SDH網(wǎng)ATM網(wǎng)主機 H1主機 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3局域網(wǎng)局域網(wǎng)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)4數(shù)據(jù)鏈路的功能鏈路管理 幀同步（幀定界） 流量控制 差錯控制 尋址數(shù)據(jù)和控制信息的識別2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)5幀同步（幀定界

2、）一般的做法是將位流分解成離散的幀，在實際應(yīng)用中，通常采用比特填充的分界標志法。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)6流量控制如果發(fā)送方發(fā)送幀的速度超過了接收方能夠接收這些幀的速度，則必須采用流量控制。常用的辦法基于反饋的流控制，接收方給發(fā)送方送回信息，允許它發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，或者至少也要告訴發(fā)送方它的情況怎么樣，如滑動窗口法。處理單元沒有緩沖空間了！后面分組丟棄2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)7差錯控制由于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸特性的不理想和外部干擾的存在，傳輸中出現(xiàn)差錯是不可避免的。由于數(shù)據(jù)序列的獨立性和隨機性，物理層無法有效地發(fā)現(xiàn)和糾正差錯。差錯控制的目的：確保所有的幀按順序正確遞交到網(wǎng)絡(luò)層實體。差錯控制的

3、方法：檢錯及自動請求重發(fā)（automatic repeat request, ARQ）。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)8ABDATADATADATADATA送主機 B送主機 B送主機 B送主機 BABDATA送主機 BDATA送主機 B時間不需要流量控制需要流量控制最簡單的流量控制2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)9實際情況在實際的數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于傳輸信道特性的不理想和外界干擾的存在，出現(xiàn)傳輸差錯是不可避免的。傳輸差錯導(dǎo)致接收的數(shù)據(jù)幀錯誤，接收方要求發(fā)送方重發(fā)數(shù)據(jù)幀。嚴重的傳輸差錯還導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀或應(yīng)答幀丟失，使發(fā)送操作不能繼續(xù)進行，或接收方重復(fù)接收數(shù)據(jù)。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)10四種情況時間A

4、BDATA0送主機ACKDATA1送主機ACK(a) 正常情況ABDATA0DATA0送主機ACK(c) 數(shù)據(jù)幀丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0送主機ACKDATA0丟棄ACK(d) 確認幀丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0NAKDATA0送主機ACK(b) 數(shù)據(jù)幀出錯重傳出錯2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)11前面介紹的方法雖然簡單,但是信道利用率太低,實際應(yīng)用中通常采用滑動窗口控制方法。當發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，不是停下來等待確認幀，而是繼續(xù)發(fā)送若干數(shù)據(jù)幀。由于在等待確認時可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，減少了信道空閑時間，因而提高了整個通信過程的吞吐量。如果幀損壞或沒有按序到達，接收方保持沉默，并且

5、在收到所希望的幀之前放棄所有后續(xù)的幀。如果出現(xiàn)差錯，則發(fā)方從出現(xiàn)差錯的數(shù)據(jù)幀開始全部重發(fā)?；瑒哟翱诳刂?022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)12發(fā)送端和接收端分別設(shè)定發(fā)送窗口和接收窗口 。發(fā)送窗口用來對發(fā)送端進行流量控制，發(fā)送窗口的大小是發(fā)送端可以不等待應(yīng)答而連續(xù)發(fā)送的最大幀數(shù)；當接收到正確的確認之后，窗口就滑動。 發(fā)送窗口2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)1301234567012發(fā)送窗口WT不允許發(fā)送這些幀允許發(fā)送 5 個幀(a)01234567012不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送 4 個幀WT已發(fā)送(b)01234567012不允許發(fā)送這些幀WT已發(fā)送(c)01234567012不允許發(fā)送這些幀還允許發(fā)送

6、3 個幀WT已發(fā)送 已發(fā)送并已收到確認(d)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)14接收窗口尺寸：接收端允許連續(xù)接收的幀數(shù)；在接收端只有當收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號落入接收窗口內(nèi)才允許將該數(shù)據(jù)幀收下。 若接收到的數(shù)據(jù)幀落在接收窗口之外，則一律將其丟棄。在返回N連續(xù)ARQ中，接收窗口大小WR=1。連續(xù)ARQ可以采用累積確認方法。 接收窗口2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)15不允許接收這些幀01234567012WR準備接收 0 號幀(a)不允許接收這些幀01234567012WR準備接收 1 號幀已收到(b)不允許接收這些幀01234567012WR準備接收 4 號幀已收到(c)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)16

7、只有接收窗口向前滑動時（與此同時也發(fā)送了確認），發(fā)送窗口才有可能向前滑動。收發(fā)兩端的窗口按照以上規(guī)律不斷地向前滑動，因此這種協(xié)議又稱為滑動窗口協(xié)議。 滑動窗口流量控制方法2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)17數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議實例1974年，IBM 公司推出了面向比特的規(guī)程SDLC (Synchronous Data Link Control)。后來 ISO 把 SDLC 修改后稱為 HDLC (High-level Data Link Control)，譯為高級數(shù)據(jù)鏈路控制，作為國際標準ISO 3309。CCITT 則將 HDLC 再修改后稱為鏈路接入規(guī)程 LAP (Link Access Proc

8、edure)。不久，HDLC 的新版本又把 LAP 修改為 LAPB，“B”表示平衡型(Balanced)，所以 LAPB 叫做鏈路接入規(guī)程(平衡型)。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)18高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC站的定義： 主站：允許發(fā)送控制報文 從站：在主站控制下操作，回復(fù)響應(yīng) 復(fù)合站：具有主、從站雙重功能鏈路配置： 不平衡：用于點點或點多點鏈路 平衡：用于點點鏈路2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)19高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLCNRM 正常響應(yīng)模式 只有主站才能發(fā)起向從站的數(shù)據(jù)傳輸，從站只能響應(yīng)主站的詢問。ARM 異步響應(yīng)模式 允許從站發(fā)起向主站的數(shù)據(jù)傳輸，但主站仍然負責(zé)全程的初始化。ABM

9、異步平衡模式 任一復(fù)合站均可發(fā)送、接收命令/響應(yīng)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)20正常響應(yīng)模式2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)21異步平衡模式2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)22FFACIFCSF 幀標志 01111110A 地址字段C 控制字段I 信息字段FCS 幀校驗序列N(S)0N(R)N(R)0 1TYPETYPETYPE11ISUP/FP/FP/FFFACFCSS幀I/U幀HDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)23標志字段 F (Flag) 為 6 個連續(xù) 1 加上兩邊各一個 0 共 8 bit。在接收端只要找到標志字段就可確定一個幀的位置。 比特888可變168信息 Info標志 F標

10、志 F地址 A控制 C幀檢驗序列 FCS透明傳輸區(qū)間FCS 檢驗區(qū)間 標志字段 FHDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)24 HDLC透明傳輸采用零比特插入法就可傳送任意組合的比特流，或者說，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的透明傳輸。當連續(xù)傳輸兩個幀時，前一個幀的結(jié)束標志字段 F 可以兼作后一幀的起始標志字段。當暫時沒有信息傳送時，可以連續(xù)發(fā)送標志字段，使收端可以一直和發(fā)端保持同步。HDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)25HDLC 采用零比特插入法使一幀中兩個 F 字段之間不會出現(xiàn) 6 個連續(xù) 1。在發(fā)送端，當一串比特流數(shù)據(jù)中有 5 個連續(xù) 1 時，就立即插入一個 0。在接收幀時，先找到 F

11、 字段以確定幀的邊界。接著再對比特流進行掃描。每當發(fā)現(xiàn) 5 個連續(xù) 1 時，就將其后的一個 0 刪除，以還原成原來的比特流。 零比特插入法HDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)26 零比特的插入與刪除數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰好出現(xiàn)和 F 字段一樣的情況0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0會被誤認為是 F 字段發(fā)送端在 5 個連 1 之后插入 0 比特再發(fā)送出去填入 0 比特0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0在接收端將 5 個連 1 之后的 0 比特刪除，恢復(fù)原樣在此位置刪除填入的 0 比特0 1 0 0 1 1 1 1 1

12、0 1 0 0 0 1 0 1 0HDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)27地址字段 A不平衡配置：從站地址平衡配置：應(yīng)答站地址控制字段 C 說明幀的類型、功能信息幀I：數(shù)據(jù)傳送，包含信息字段監(jiān)督幀S：監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)傳送無編號幀U：數(shù)據(jù)鏈路的控制和管理信息字段 I高層信息，長度可變幀校驗序列 FCS 差錯控制，CRC校驗HDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)28 信息幀LSB 為 0表明該幀是信息幀。N(S) 號表明該幀的發(fā)送一個幀號。 N(R)號表明該幀的發(fā)送者期望接收的下一個幀號。（對N(R) 1 及以前各幀的確認）3比特編碼表示為模 8 方式。利用信息幀攜帶確認信息可以提高傳

13、送效率。P/F0N(R)N(S)HDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)29監(jiān)視幀用于數(shù)據(jù)傳送階段，實現(xiàn)流量控制和差錯控制，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M行。 N(R)N(R)N(R)P/FP/FP/FRR0 0RNR0 1REJ1 00 10 10 1N(R) P/F1 10 1SREJ 監(jiān)視幀 SHDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)30N(R) 號用于向發(fā)送方應(yīng)答接收端所收到幀的序號。表明該幀的發(fā)送者期望接收的下一個幀號，對N(R) 1及以前各幀確認。RR幀是一種標準應(yīng)答，表示接收端已作好接收準備，發(fā)送方可繼續(xù)發(fā)送信息幀 。RNR幀用來通知遠端停止發(fā)送任何幀，直到發(fā)送RR幀為止，同時確認

14、前面發(fā)送的幀。REJ 幀是用于拒絕收到出錯的幀。SREJ用于要求選擇重發(fā)出錯的幀。 HDLC監(jiān)視幀的作用HDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)31LSB 為 11表明該幀是未編號幀（U幀）。未編號幀的控制字段中沒有N(S) 、N(R) 序號。未編號幀的控制字段中有5位，32種編碼，可以用來表示幀的功能，實際只使用了十幾種。未編號幀一般用于鏈路控制和異常情況處理。 無編號幀 P0011111F0001111F1000111F0110011P0100011SABMDMFRMRUADISCHDLC的幀結(jié)構(gòu)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)32建立和拆除連接2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)33捎帶確認（無

15、差錯）2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)34捎帶確認（有差錯）2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)35HDLC數(shù)據(jù)子網(wǎng)中的應(yīng)用LAPBX.25網(wǎng)鏈路層LAPDISDN用戶網(wǎng)絡(luò)接口D通道鏈路層LAPF幀中繼鏈路層PPP點到點鏈路（IP over SDH）FFACIFCSFFAIFCSFame RelayHDLC7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信 息 部 分PPP目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 15008 字節(jié)MAC2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)37提綱廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路控制和協(xié)議數(shù)據(jù)子網(wǎng)提供的服務(wù)子網(wǎng)內(nèi)路由選擇擁塞控制廣域子網(wǎng)實例（FR/ATM）2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)38數(shù)據(jù)子網(wǎng)提供的

16、服務(wù)數(shù)據(jù)子網(wǎng)根據(jù)其數(shù)據(jù)鏈路類型不同，可以分為廣播類型的數(shù)據(jù)子網(wǎng)(即局域網(wǎng))、點到點類型數(shù)據(jù)子網(wǎng)，以及廣域交換式數(shù)據(jù)子網(wǎng)。 圖所示為異地局域網(wǎng)通過路由器與廣域網(wǎng)相連，組成了一個覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng)。廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)和局域網(wǎng)都是互聯(lián)網(wǎng)的重要組成構(gòu)件。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)39互聯(lián)網(wǎng)廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)廣域網(wǎng)路由器結(jié)點交換機2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)40應(yīng)當注意即使是覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng)，也不是廣域網(wǎng)，因為在這種網(wǎng)絡(luò)中，不同網(wǎng)絡(luò)的“互連”才是其最主要的特征。廣域網(wǎng)是單個的網(wǎng)絡(luò)，它使用結(jié)點交換機連接各主機而不是用路由器連接各網(wǎng)絡(luò)。結(jié)點交換機在單個網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)分組，而路由器在多個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互聯(lián)網(wǎng)

17、中轉(zhuǎn)發(fā)分組。連接在一個廣域網(wǎng)（或一個局域網(wǎng)）上的主機在該網(wǎng)內(nèi)進行通信時，只需要使用其網(wǎng)絡(luò)的物理地址即可。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)41數(shù)據(jù)子網(wǎng)提供的服務(wù)從層次上看，廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)的最高層就是網(wǎng)絡(luò)層。子網(wǎng)為接在網(wǎng)絡(luò)上的主機所提供的服務(wù)可以有兩大類：無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（數(shù)據(jù)報服務(wù)）面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（虛電路服務(wù)） 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)42兩種服務(wù) 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)43數(shù)據(jù)報服務(wù)和虛電路服務(wù)對比的方面 虛電路服務(wù) 數(shù)據(jù)報服務(wù) 思路 可靠通信應(yīng)當 可靠通信應(yīng)當 由網(wǎng)絡(luò)來保證 由用戶主機來保證連接的建立 必須有 不要目的站地址 僅在連接建立階段 每個分組都有 使用，每個分組使 目的站

18、的全地址 用短的虛電路號2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)44數(shù)據(jù)報服務(wù)和虛電路服務(wù)優(yōu)缺點的歸納 對比的方面 虛電路服務(wù) 數(shù)據(jù)報服務(wù)分組的轉(zhuǎn)發(fā) 屬于同一條虛電路 每個分組獨立選擇 的分組均按照同一 路由進行轉(zhuǎn)發(fā) 路由進行轉(zhuǎn)發(fā)當結(jié)點出 所有通過出故障的 故障結(jié)點可能丟失 故障時 結(jié)點的虛電路 分組，一些路由 均不能工作 可能會發(fā)生變化2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)45數(shù)據(jù)報服務(wù)和虛電路服務(wù)優(yōu)缺點的歸納 對比的方面 虛電路服務(wù) 數(shù)據(jù)報服務(wù)分組的順序 總是按發(fā)送順序 到達目的站時不一定 到達目的站 按發(fā)送順序 端到端的 可以由分組交換網(wǎng) 由用戶主機負責(zé)差錯處理和 負責(zé)也可以由用戶 流量控制 主機負責(zé)2022

19、/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)46總結(jié)目前運營商的廣域交換式數(shù)據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部都采用永久虛電路方式，即PVC。而在IP層，采用無連接的數(shù)據(jù)報方式轉(zhuǎn)發(fā)IP包。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)47提綱廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路控制和協(xié)議數(shù)據(jù)子網(wǎng)提供的服務(wù)子網(wǎng)內(nèi)路由選擇擁塞控制廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)實例（FR/ATM）2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)48路由優(yōu)化原則路由選擇負責(zé)確定分組從源到宿的最佳傳輸路由。路由選擇算法必須做到：正確性、簡單性、健壯性、穩(wěn)定性、公平性和最優(yōu)性。 通常路由選擇是基于某些性能評估標準的。最簡單的標準是選擇經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的最小跳數(shù)路由（途經(jīng)節(jié)點的數(shù)量最少）。這是一種很容易測量的標準，并且能夠使網(wǎng)絡(luò)資源的消耗最少。將最

20、小跳數(shù)標準推廣到一般情況即是最小費用的路由選擇。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)492022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)50路由選擇策略固定式路由選擇固定式路由選擇為網(wǎng)絡(luò)中的每一對源和目的節(jié)點選擇一條永久的路由。需要創(chuàng)建一個中心路由選擇矩陣，它可能保存在網(wǎng)絡(luò)的控制中心。該矩陣指出每一對源和目的節(jié)點的路由途中的下一個節(jié)點標識。該矩陣指出每一對源和目的節(jié)點的路由途中的下一個節(jié)點標識。從這張完整的矩陣中，可以產(chǎn)生許多路由表，并保存在各個節(jié)點中。在業(yè)務(wù)量比較固定、節(jié)點和鏈路可靠性有一定保證的情況下，比較簡單有效。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)512022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)52路由選擇策略洪泛路由選擇這種技術(shù)不

21、需要任何網(wǎng)絡(luò)信息，其工作過程如下。一個分組由源節(jié)點發(fā)送到與其相鄰的每一個節(jié)點上。在各個節(jié)點上，收到的分組再次被傳輸?shù)匠纸M到達時所經(jīng)過的鏈路以外的所有輸出鏈路。特點：傳輸可靠性高，健壯性好，但無效傳輸量大，網(wǎng)絡(luò)開銷大。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)53泛洪法示例（跳數(shù)=3） 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)54路由選擇策略隨機路由選擇 具有洪泛法的簡單性和穩(wěn)健性，并且具有遠遠低于洪泛法的通信量負荷。使用隨機路由選擇時，為了重傳收到的分組，節(jié)點只選擇一條輸出鏈路。 這種技術(shù)的改良方法是為每條輸出鏈路分配一個概率，并根據(jù)這個概率來選擇鏈路。這個概率有可能是基于數(shù)據(jù)率的，此時有： 其中，Pi為選擇鏈路i的

22、概率，Rj為鏈路j的數(shù)據(jù)率，式中的總和指的是所有候選的輸出鏈路的數(shù)據(jù)率總和。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)55路由選擇策略自適應(yīng)型路由選擇算法要使自適應(yīng)路由選擇成為可能，就必須在節(jié)點和節(jié)點之間交換有關(guān)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的信息。與固定路由選擇相比，使用自適應(yīng)路由選擇因判決更加復(fù)雜，而增加了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的處理負擔(dān)。比較常見的路由選擇策略是以從相鄰節(jié)點上或者是從所有節(jié)點上得到的信息為基礎(chǔ)的。這兩種策略都使用了各節(jié)點上的有關(guān)時延和損耗的當前信息。這一類的自適應(yīng)策略可以是分布式的，也可以是集中式的。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)56自適應(yīng)型路由選擇算法分布式：各相鄰節(jié)點之間周期性或不定期地交換各自的路由信息，并以此為基礎(chǔ)

23、產(chǎn)生新的時延表和路由表。集中式：設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)控制中心，收集各節(jié)點的狀態(tài)信息，計算各節(jié)點的時延表和路由表。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)57提綱廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)數(shù)據(jù)子網(wǎng)的類型數(shù)據(jù)鏈路控制機制子網(wǎng)內(nèi)路由選擇擁塞控制廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)實例（FR/ATM）2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)58擁塞控制的意義 在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路容量（即帶寬）、交換節(jié)點中的緩存和處理機等，都是網(wǎng)絡(luò)的資源。在某段時間，若對網(wǎng)絡(luò)中某一資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞，這種情況就叫做擁塞（congestion）。網(wǎng)絡(luò)擁塞往往是由許多因素引起的，如當某個節(jié)點緩存的容量太小時，到達該節(jié)點的分組因無存儲空間暫存而不得不被丟

24、棄。又如，處理機處理的速率太慢可能引起網(wǎng)絡(luò)的擁塞。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)59擁塞和死鎖出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的條件： 對資源需求的總和 可用資源若網(wǎng)絡(luò)中有許多資源同時產(chǎn)生擁塞，網(wǎng)絡(luò)的性能就要明顯變壞，整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量將隨輸入負荷的增大而下降。如果擁塞情況繼續(xù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)吞吐量為0，則為死鎖。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)60直接死鎖直接死鎖即由互相占用了對方需要的資源而造成的死鎖。例如兩個結(jié)點都有大量的分組要發(fā)往對方，但兩個結(jié)點中的緩存在發(fā)送之前就已經(jīng)全部被待發(fā)分組占滿了。當每個分組到達對方時，由于沒有地方存放，只好被丟棄。發(fā)送分組的一方因收不到對方發(fā)來的確認信息，只能將發(fā)送過的分組依然保存在自己結(jié)

25、點的緩存中。這兩個結(jié)點就這樣一直互相僵持著，誰也無法成功地發(fā)送出一個分組。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)61重裝死鎖(reassembly deadlock)A4A2A1B3C1B1B2C3B4A3C2路由器 P路由器 Q路由器 R主機 H 報文A、B和C經(jīng)過路由器P、Q和R發(fā)往主機H。每一報文由4個分組構(gòu)成。每個路由器的緩存只能容納4個分組。路由器R已為報文A預(yù)留了4個分組的緩存。由于分組A3還未到達，所以目前還不能交付給主機H。分組A3暫存于路由器P的緩存中，它無法轉(zhuǎn)發(fā)到路由器Q，因為路由器Q的緩存已全占滿了。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)62擁塞控制與流量控制擁塞控制所要做的一個前提，就是

26、網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負荷。擁塞控制是一個全局性的過程，涉及到所有的主機、所有的路由器，以及與降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素。 流量控制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間的點對點通信量的控制。 流量控制所要做的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便使接收端來得及接收。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)63擁塞控制的作用衡量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標有兩個，一是網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，另一個是分組的平均時延。網(wǎng)絡(luò)吞吐量與網(wǎng)絡(luò)輸入負載之間的關(guān)系如圖3.9所示，圖中的橫坐標是網(wǎng)絡(luò)的負載，代表單位時間內(nèi)輸入給網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù)目；縱坐標是吞吐量，代表單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)輸出的分組數(shù)目。具有理想擁塞控制的網(wǎng)絡(luò)，在吞吐量飽和之前，網(wǎng)絡(luò)吞吐量

27、應(yīng)等于提供的負載，故吞吐量曲線是45的斜線。但當提供的負載超過某一限度時，由于網(wǎng)絡(luò)資源受限，吞吐量不再增長而保持為水平線，即吞吐量達到飽和。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)64擁塞控制的作用提供的負載吞吐量理想的數(shù)據(jù)傳輸擁塞死鎖（吞吐量 = 0）無擁塞控制實際的擁塞控制輕度擁塞012022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)65擁塞控制的一般方法 從原理上講，尋找擁塞控制的方案無非是增大網(wǎng)絡(luò)的某些可用資源，或是減少一些用戶對某些資源的需求。從控制理論的角度，可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種方法。開環(huán)控制方法就是在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時事先將有關(guān)發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡(luò)在工作時不產(chǎn)生擁塞。但一旦整個系統(tǒng)運行起來，就不再中

28、途進行改正了。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)66閉環(huán)控制是基于于反饋環(huán)路的概念。屬于閉環(huán)控制的措施有以下幾種。監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便檢測到擁塞在何時、何處發(fā)生。將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動的地方。調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行以解決出現(xiàn)的問題。有很多的方法可用來監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的擁塞。主要的一些指標是：由于缺少緩存空間而被丟棄的分組的百分數(shù)；平均隊列長度；超時重傳的分組數(shù)；平均分組時延；分組時延的標準差等。上述這些指標的上升都標志著擁塞的增長。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)67具體擁塞控制方法丟棄超量分組從一個擁塞節(jié)點向信源節(jié)點發(fā)送控制分組，保持網(wǎng)內(nèi)分組的總量；依靠路由信息（ARPAnet）；利用點到點的探測分組（時

29、間戳測定兩端點的延遲）；在通過的分組上允許交換節(jié)點把擁塞信息標注（如FRN）。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)68提綱廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)數(shù)據(jù)子網(wǎng)的類型數(shù)據(jù)鏈路控制機制子網(wǎng)內(nèi)路由選擇擁塞控制廣域數(shù)據(jù)子網(wǎng)實例（FR）2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)69幀中繼背景幀中繼的網(wǎng)絡(luò)幀中繼的協(xié)議層次（數(shù)據(jù)幀的格式）擁塞控制2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)70背景傳統(tǒng)分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)ITU-T X.25建議定義了分組式終端以專線方式接入公用分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)的DTEDCE接口。X.25 是以面向連接的虛電路服務(wù)為基礎(chǔ)。三個功能層次：分組級（Packet Level）幀級 （Frame Level） LAPB物理級（Physical

30、Level) X.212022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)71X.25 規(guī)定了 DTE-DCE 的接口X.25 接口X.25 接口X.25 公用分組交換網(wǎng)VC2VC1DTEDTEDCEDCEDCEDTEX.25 接口2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)72X.25 的層次關(guān)系LAPB 幀X.25 分組分組層（網(wǎng)絡(luò)層）數(shù)據(jù)鏈路層IP包IP包X.25首部LAPB首部LAPB尾部高層2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)73X.25 的主要特征X.25數(shù)據(jù)鏈路級采用了HDLC的幀結(jié)構(gòu)，具有流量控制和差錯控制機制（采用連續(xù)ARQ方法）。在分組級也具有流量控制和差錯控制機制。在分組級利用呼叫控制分組建立和拆除虛電路在分組級 DT

31、E 與 DCE 之間可建立多條邏輯信道(04095 號) ，使一個 DTE 同時和網(wǎng)上其他多個 DTE 建立虛電路并進行通信。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)74虛電路和邏輯信道VC 分類：永久虛電路（PVC）或交換虛電路（SVC）每條VC（虛電路）是由LCN（邏輯信道號）來加以識別；支持全雙工通信。X.25建議：一個DTE在DTE-DCE鏈路上可建立212=4096條VC多路復(fù)用。每個獨立VC有限定的容量2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)75LCN號僅有本地意義Router分組交換網(wǎng)LCN =64LCN=74RouterRouterACBLCN =91LCN =401LCN =96LCN =261LC

32、N =400LCN =90LCN =95LCN =2602022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)76X.25 網(wǎng)不再是網(wǎng)絡(luò)主流到了20世紀90年代，情況發(fā)生了很大的變化。通信主干線路已大量使用光纖技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量大大提高使得誤碼率降低好幾個數(shù)量級，而 X.25 十分復(fù)雜的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和分組層協(xié)議已成為多余的。PC 機的價格急劇下降使得無硬盤的啞終端退出了通信市場。這正好符合因特網(wǎng)當初的設(shè)計思想：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡量簡單而智能應(yīng)盡可能放在網(wǎng)絡(luò)以外的用戶端。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)77幀中繼的特點設(shè)計幀中繼（FR）就是為了消除X.25帶給端用戶系統(tǒng)和分組網(wǎng)絡(luò)的大部分開銷，以減少節(jié)點處理時間，它是一種快速分組交換

33、技術(shù)。幀中繼是在數(shù)據(jù)鏈路層上，采用簡化協(xié)議，且以幀為單元來傳送數(shù)據(jù)的一種技術(shù)。幀中繼與X.25的區(qū)別主要有以下幾方面：2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)78幀中繼的特點呼叫控制信令和用戶數(shù)據(jù)在各自獨立的邏輯連接上傳輸，因此，中間節(jié)點不需要維護狀態(tài)表或者處理基于單連接的呼叫控制相關(guān)報文。邏輯連接的復(fù)用和交換發(fā)生在第二層而不是第三層，減少了整整一層的處理。從一跳到另一跳之間沒有流量控制和差錯控制，端到端的流量控制和差錯控制由高層負責(zé)。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)79一般分組交換網(wǎng)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式與幀中繼方式的對比 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)80幀中繼背景幀中繼的網(wǎng)絡(luò)幀中繼的協(xié)議層次（數(shù)據(jù)幀的格式）擁塞

34、控制2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)81幀中繼網(wǎng)絡(luò)2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)82幀中繼網(wǎng)絡(luò)幀中繼通常被用作一個WAN來連接LAN或主機（如前圖示）。幀中繼網(wǎng)絡(luò)是一個虛電路網(wǎng)絡(luò)，它提供永久虛連接（PVC）和交換式虛連接（SVC）。它不使用物理地址來定義與網(wǎng)絡(luò)連接的DTE，而是使用虛電路標示符。幀中繼的虛連接用數(shù)據(jù)鏈路連接標識（DLCI）來定義。當網(wǎng)絡(luò)建立一條虛電路時，就給DTE一個DLCI的編號。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)83幀中繼網(wǎng)幀中繼交換機路由器局域網(wǎng)局域網(wǎng)虛電路路由器幀中繼提供虛電路服務(wù)幀中繼網(wǎng)路由器局域網(wǎng)局域網(wǎng)虛電路路由器虛電路像一條專用電路用戶看不見幀中繼網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的幀中繼交換機2022

35、/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)84DLCI賦值對于PVC而言, 端端連接是由業(yè)務(wù)提供者所作的硬連接 “hard wired” 。DLCI是預(yù)先由網(wǎng)絡(luò)管理員賦予的。對于SVC而言，要臨時建立虛電路，幀中繼協(xié)議本身不能完成該工作，需要另外的網(wǎng)絡(luò)層呼叫控制協(xié)議來支持，例如（ISDN的D通道呼叫控制協(xié)議）。FRADFRADFRSFRSFRSDLCI=22DLCI=122022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)85幀中繼point to point配置實例 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)86Router1: interface serial 0 encapsulation frame-relay interface serial

36、 0.1 point-to-point ip address 172.16.1.1 255.255.255.0 frame-relay interface-dlci 105 interface serial 0.2 point-to-point ip address 172.16.2.1 255.255.255.0 frame-relay interface-dlci 102 interface serial 0.3 point-to-point ip address 172.16.4.1 255.255.255.0 frame-relay interface-dlci 104 2022/7/

37、20通信網(wǎng)基礎(chǔ)87Router2:interface serial 0 encapsulation frame-relay interface serial 0.1 point-to-point ip address 172.16.2.2 255.255.255.0 frame-relay interface-dlci 201 interface serial 0.2 point-to-point ip address 172.16.3.1 255.255.255.0 frame-relay interface-dlci 203 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)88幀交換2022/7/20通信網(wǎng)基

38、礎(chǔ)89幀中繼幀中繼的特點幀中繼的網(wǎng)絡(luò)幀中繼的協(xié)議層次（數(shù)據(jù)幀的格式）擁塞控制2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)90幀中繼的層次數(shù)據(jù)鏈路層Q.922核心功能物理層ANSI標準幀中繼中的物理層沒有定義一個具體的協(xié)議，它允許實現(xiàn)者使用可用的任何協(xié)議。幀中繼支持任何可以被ANSI所識別的協(xié)議。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)91數(shù)據(jù)幀格式FFACIFCSDLCI (高階比特 )DLCI ( 低 )C/READEEAFECNBECN8 7 6 5 4 3 2 1EA = 0EA = 1FFAIFCSQ .922核心HDLC2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)92幀的字段數(shù)據(jù)鏈路連接標識符（DLCI Data Link C

39、onnection Identifier）：當采用2字節(jié)的地址字段時，DLCI占10位，用于標識永久虛電路，呼叫控制或管理信息。命令/響應(yīng)（C/R）： 與高層應(yīng)用有關(guān)，幀中繼本身并不使用。擴展地址（EA）：當EA0時表示下一個字節(jié)仍為地址字段，當EA1時，表示下一個字節(jié)為信息字段的開始。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)93幀的字段前向顯式擁塞通知（FECN Forward Explicit Congestion Notification）若某節(jié)點將FECN置為1，表明與該幀同方向傳輸?shù)膸赡苁艿骄W(wǎng)絡(luò)擁塞的影響而遲延。反向顯式擁塞通知 （BECN ）。若BECN1，表明與該幀反方向傳輸?shù)膸赡苁艿骄W(wǎng)

40、絡(luò)擁塞的影響而遲延。丟棄指示（DE：Discard Eligilility）由用戶置為1時，表明有網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，為了維持網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平，該幀與DE0的幀相比應(yīng)先丟棄。 2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)94幀中繼幀中繼的特點幀中繼的網(wǎng)絡(luò)幀中繼的協(xié)議層次（數(shù)據(jù)幀的格式）擁塞控制2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)95擁塞控制X.25在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層都有流量控制，防止了擁塞；而幀中繼沒有，另外它還允許用戶傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)，因此擁塞控制是必須的。方法：利用幀中的FECN、BECN來顯示的警告（擁塞避免）丟棄（DE比特）2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)96顯示警告2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)972022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)98通信量控制擁塞控制要求FR對通信量進行度量，以確定何時對BECN、FECN、DE比特置位FR設(shè)計了四個不同的指標：訪問速率、提交突發(fā)業(yè)務(wù)量Bc 、承諾的信息速率CIR和超額突發(fā)業(yè)務(wù)量Be 。在用戶和網(wǎng)絡(luò)進行協(xié)商期間，這些參數(shù)都要設(shè)置。2022/7/20通信網(wǎng)基礎(chǔ)99通信量控制訪問速率取決于用戶連接到網(wǎng)絡(luò)的通道的帶寬，用戶永遠不可超過這個速率提交突發(fā)業(yè)務(wù)量Bc對每個連接，定義一個Bc。它是網(wǎng)絡(luò)在預(yù)定時間（T）內(nèi)確保數(shù)據(jù)無丟棄傳輸，所能接收的最大數(shù)據(jù)量。承諾的信息速率CIR