計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)謝希仁第06章課件

1、第6章 廣 域 網(wǎng)6.1 廣域網(wǎng)的基本概念6.2 廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制6.3 X.25分組交換網(wǎng)6.4 幀中繼FR6.5 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN6.6 異步傳遞方式ATM退出第1頁(yè)，共66頁(yè)。6.1 廣域網(wǎng)的基本概念6.1.1 廣域網(wǎng)的構(gòu)成廣域網(wǎng)由一些結(jié)點(diǎn)交換機(jī)以及連接這些交換機(jī)的鏈路組成。通常一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)往往與多個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)相連。在廣域網(wǎng)中的一個(gè)重要問(wèn)題就是分組的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。圖6-1表示相距較遠(yuǎn)的局域網(wǎng)通過(guò)路由器與廣域網(wǎng)相連，組成了一個(gè)覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng)。廣域網(wǎng)并沒有嚴(yán)格的定義。通常是指覆蓋范圍很廣(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一個(gè)城市的范圍)的長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)，一般都是由電信公司所擁有。第2頁(yè)，共66頁(yè)。第3頁(yè)

2、，共66頁(yè)。6.1.2 數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路網(wǎng)絡(luò)層為接在網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)所提供的服務(wù)可以有兩大類，即無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這兩種服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)就是通常所謂的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)和虛電路服務(wù)。第4頁(yè)，共66頁(yè)。圖6-2中分別畫出了網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)和提供虛電路服務(wù)的特點(diǎn)。看網(wǎng)絡(luò)提供虛電路服務(wù)的情況。先設(shè)圖6-2(b)中主機(jī)H1要和主機(jī)H5通信。在圖6-2(b)中，我們?cè)O(shè)尋找到的路由是ABE。第5頁(yè)，共66頁(yè)。第6頁(yè)，共66頁(yè)。表6-1歸納了虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的主要區(qū)別。第7頁(yè)，共66頁(yè)。6.2 廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制分組交換網(wǎng)的分組轉(zhuǎn)發(fā)是基于查表的。轉(zhuǎn)發(fā)就是在交換結(jié)點(diǎn)收到分組時(shí)，檢查其目的地址，

3、然后用查找轉(zhuǎn)發(fā)表(forwarding table)的方法，找出應(yīng)從結(jié)點(diǎn)的哪一個(gè)接口將該分組發(fā)送出去。路由選擇則是構(gòu)造路由表 (routing table) 的過(guò)程。路由表是用路由選擇算法得到的，而轉(zhuǎn)發(fā)表則是根據(jù)路由表得出的。第8頁(yè)，共66頁(yè)。6.2.1 在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)中查找轉(zhuǎn)發(fā)表1層次結(jié)構(gòu)的地址結(jié)構(gòu)為了減少查找轉(zhuǎn)發(fā)表所花費(fèi)的時(shí)間，在廣域網(wǎng)中一般都采用層次結(jié)構(gòu)的地址(hierarchical addressing)。最簡(jiǎn)單的層次結(jié)構(gòu)地址就是把一個(gè)用二進(jìn)制數(shù)表示的主機(jī)地址劃分為前后兩部分。前一部分的二進(jìn)制數(shù)表示該主機(jī)所連接的分組交換機(jī)的編號(hào)，是第一層地址，而后一部分的二進(jìn)制數(shù)表示所連接的分組交換機(jī)

4、的端口號(hào)，或主機(jī)的編號(hào)，是第二層地址，如圖6-3所示。第9頁(yè)，共66頁(yè)。第10頁(yè)，共66頁(yè)。如圖6-4所示有三個(gè)交換機(jī)，其編號(hào)分別為1、2和3。每個(gè)主機(jī)也按接入的交換機(jī)和低速端口進(jìn)行編號(hào)。第11頁(yè)，共66頁(yè)。第12頁(yè)，共66頁(yè)。轉(zhuǎn)發(fā)表中沒有源站地址這一項(xiàng)。這是因?yàn)槁酚蛇x擇中的下一跳只取決于數(shù)據(jù)報(bào)中的目的站地址，而與源站地址無(wú)關(guān)。這是一個(gè)很重要的概念，應(yīng)記住。2按照目的站的交換機(jī)號(hào)確定下一跳采用兩個(gè)層次的編址方案可使轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)只使用第一部分地址，即在進(jìn)行路由選擇時(shí)，只根據(jù)主機(jī)地址中的交換機(jī)號(hào)。第13頁(yè)，共66頁(yè)。6.2.2 路由表的簡(jiǎn)化廣域網(wǎng)的路由問(wèn)題就是要解決分組在各交換機(jī)中應(yīng)如何進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在

5、專門研究廣域網(wǎng)的路由問(wèn)題時(shí)，可用圖論中的“圖(graph)”來(lái)表示整個(gè)廣域網(wǎng)，用“結(jié)點(diǎn)”表示廣域網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，用連接結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)的“邊”表示廣域網(wǎng)中的鏈路。圖6-5左邊是一個(gè)具有4個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的例子，而右邊則是對(duì)應(yīng)的圖。第14頁(yè)，共66頁(yè)。第15頁(yè)，共66頁(yè)。根據(jù)圖6-5所示的圖，可得出每一個(gè)結(jié)點(diǎn)中的轉(zhuǎn)發(fā)表，如圖6-6所示。使用了默認(rèn)路由的簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)發(fā)表如圖6-7所示。第16頁(yè)，共66頁(yè)。第17頁(yè)，共66頁(yè)。第18頁(yè)，共66頁(yè)。6.3 X.25分組交換網(wǎng)X.25所討論的都是以面向連接的虛電路服務(wù)為基礎(chǔ)。這一概念如圖6-8所示。第19頁(yè)，共66頁(yè)。第20頁(yè)，共66頁(yè)。圖6-9表示X.25接口的3個(gè)

6、層次。最下面是物理層，接口標(biāo)準(zhǔn)是X.21建議書。第二層是數(shù)據(jù)鏈路層，接口標(biāo)準(zhǔn)是平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB，它就是第3章介紹的HDLC的一個(gè)子集。第三層是分組層(不叫網(wǎng)絡(luò)層)，在這一層上，在DTE與DCE之間可建立多條邏輯信道(04095號(hào))。從第一層到第三層，數(shù)據(jù)傳送的單位分別是“比特”、“幀”和“分組”。第21頁(yè)，共66頁(yè)。第22頁(yè)，共66頁(yè)。當(dāng)利用現(xiàn)有的一些X.25網(wǎng)來(lái)支持因特網(wǎng)的服務(wù)時(shí)，X.25網(wǎng)就表現(xiàn)為數(shù)據(jù)鏈路層的鏈路。圖6-10說(shuō)明了這一情況。第23頁(yè)，共66頁(yè)。第24頁(yè)，共66頁(yè)。6.4 幀中繼FR6.4.1 幀中繼概述幀中繼就是一種減少結(jié)點(diǎn)處理時(shí)間的技術(shù)。幀中繼的原理很簡(jiǎn)單。當(dāng)幀

7、中繼交換機(jī)收到一個(gè)幀的首部時(shí)，只要一查出幀的目的地址就立即開始轉(zhuǎn)發(fā)該幀。因此在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)幀的處理時(shí)間比X.25網(wǎng)約減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。這種傳輸數(shù)據(jù)的幀中繼方式也稱為X.25的流水線方式。第25頁(yè)，共66頁(yè)。僅當(dāng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)本身的誤比特率非常低時(shí)，幀中繼技術(shù)才是可行的。像上面這樣一面接收幀就一面轉(zhuǎn)發(fā)此幀，就稱為快速分組交換(fast packet switching)。幀中繼的幀長(zhǎng)是可變的。還有一種叫做信元中繼(Cell Relay)的快速分組交換，它采用固定幀長(zhǎng)，每一個(gè)幀叫做一個(gè)信元。圖6-11(a)和(b)分別是一般分組交換網(wǎng)絡(luò)和幀中繼這兩種方式從層次上來(lái)看的對(duì)比。第26頁(yè)，共66頁(yè)。第2

8、7頁(yè)，共66頁(yè)。 圖6-12比較了兩種情況下從源站到目的站傳送一幀在網(wǎng)絡(luò)的各鏈路上所要傳送的信息。第28頁(yè)，共66頁(yè)。第29頁(yè)，共66頁(yè)。第30頁(yè)，共66頁(yè)。 圖6-14進(jìn)一步給出了幀中繼服務(wù)的幾個(gè)主要組成部分。第31頁(yè)，共66頁(yè)。第32頁(yè)，共66頁(yè)。用戶通過(guò)幀中繼用戶接入電路(user access circuit)連接到幀中繼網(wǎng)絡(luò)。UNI有兩個(gè)端口。在用戶的一側(cè)叫做用戶接入端口(user access port)，而在幀中繼網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的叫做網(wǎng)絡(luò)接入端口(network access port)。第33頁(yè)，共66頁(yè)。幀中繼的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了網(wǎng)絡(luò)互連的代價(jià)。（2）網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性減少但性能卻提

9、高了。（3）由于使用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，增加了互操作性。（4）協(xié)議的獨(dú)立性。第34頁(yè)，共66頁(yè)。6.4.2 幀中繼的體系結(jié)構(gòu)和幀格式幀中繼只用到了Q.922中的下列核心功能：（1）幀定界、對(duì)齊和透明性；（2）用地址字段實(shí)現(xiàn)幀復(fù)用和分用；（3）對(duì)幀進(jìn)行檢查，保證在0比特插入前和抽出后的幀長(zhǎng)是整數(shù)倍的字節(jié)；（4）對(duì)幀進(jìn)行檢查，以保證其長(zhǎng)度不超長(zhǎng)或過(guò)短；（5）檢測(cè)傳輸差錯(cuò)；（6）擁塞控制。第35頁(yè)，共66頁(yè)。幀中繼提供面向連接的數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)，具有下列特點(diǎn)：（1）保持網(wǎng)絡(luò)入口處和出口處所傳輸?shù)膸捻樞颍唬?）保證不交付重復(fù)幀；（3）幀丟失率很少。第36頁(yè)，共66頁(yè)。圖6-15畫的是幀中繼的幀格式，它是由最小

10、功能(minimum-function)的LAPF協(xié)議即LAPF核心協(xié)議(core protocol)所定義的。第37頁(yè)，共66頁(yè)。第38頁(yè)，共66頁(yè)。各字段的作用。（1）標(biāo)志字段：它是一個(gè)和PPP幀格式的標(biāo)志字段一樣的獨(dú)特的01111110的比特序列，用于指示一個(gè)幀的起始和結(jié)束。（2）信息字段：它是長(zhǎng)度可變的用戶數(shù)據(jù)。如果用戶要選擇實(shí)現(xiàn)附加的端到端的數(shù)據(jù)鏈路控制功能，那么可以在信息字段中再放入一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路幀。特別是，用戶通常的選擇是使用完全的LAPF協(xié)議(full LAPF protocol)，也就是LAPF控制協(xié)議(control protocol)，以便完成在LAPF核心功能之上的一些功

11、能。（3）幀檢驗(yàn)序列字段：它包括2字節(jié)的循環(huán)冗余檢驗(yàn)。（4）地址字段：地址字段一般為2字節(jié)，但也可擴(kuò)展為3或4字節(jié)。第39頁(yè)，共66頁(yè)。地址字段中的幾個(gè)重要部分是： 數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識(shí)符 前向顯式擁塞通知 反向顯式擁塞通知 丟棄指示應(yīng)當(dāng)注意：數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識(shí)符DLCI只具有本地意義。第40頁(yè)，共66頁(yè)。6.4.3 幀中繼的擁塞控制1幀中繼的擁塞控制方法幀中繼使用的擁塞控制方法有以下三種：（1）丟棄策略。（2）擁塞避免。（3）擁塞恢復(fù)。第41頁(yè)，共66頁(yè)。2承諾的信息速率 若數(shù)據(jù)率小于CIR，在一般情況下傳輸是有保證的。 若數(shù)據(jù)率大于CIR但小于所設(shè)定的最高速率，則在可能的情況下進(jìn)行傳送。 若數(shù)據(jù)

12、率大于所設(shè)定的最高速率，則立即丟棄。3利用顯式信令避免擁塞4利用隱式信令進(jìn)行擁塞恢復(fù)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)丟棄幀時(shí)就產(chǎn)生了隱式信令(implicit signaling)。第42頁(yè)，共66頁(yè)。6.5 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN6.5.1 窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)N-ISDN共路信令主要用于：（1）呼叫建立、路由選擇和呼叫釋放；（2）內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)；（3）網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與支持；（4）計(jì)費(fèi)。第43頁(yè)，共66頁(yè)。ISDN最基本的概念就是在用戶和ISDN之間的連線相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字比特管道。管道中的雙向比特流可來(lái)自數(shù)字電話機(jī)或數(shù)字傳真機(jī)等其他終端。這種數(shù)字比特管道用時(shí)分復(fù)用方式可支持多個(gè)獨(dú)立通路 (channel)。ISDN定義了一些標(biāo)

13、準(zhǔn)化的通路，都各用一個(gè)英文字母表示。其中最常見的是B通路(64 kbit/s的數(shù)字PCM話音或數(shù)據(jù)通路)和D通路(16 bit/s或64 kbit/s用作帶外信令的數(shù)字通路)。（1）基本速率（2）一次群速率第44頁(yè)，共66頁(yè)。ITU-T將ISDN提供的業(yè)務(wù)分為基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。基本業(yè)務(wù)又分為以下兩種：（1）承載業(yè)務(wù)(Bearer Service)（2）用戶終端業(yè)務(wù)(Teleservice) 近幾年來(lái)因特網(wǎng)的用戶急劇增長(zhǎng)，使得N-ISDN又找到了一些市場(chǎng)。用戶可以使用一條B通路上網(wǎng)，而用另一條B通路打電話?；蛘哂谜麄€(gè)基本速率共144 kbit/s的數(shù)字鏈路接入到因特網(wǎng)。這就是電信部門宣傳的“一

14、線通”，它的一個(gè)很大的好處就是使只擁有一條電話線的用戶在上網(wǎng)的同時(shí)，還能夠接打電話，并且上網(wǎng)的速率比使用56 kbit/s調(diào)制解調(diào)器的效果還要好些。第45頁(yè)，共66頁(yè)。6.5.2 寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN也是企圖將各種業(yè)務(wù)，如話音、數(shù)據(jù)、圖像以及活動(dòng)圖像都綜合在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳送和交換。第46頁(yè)，共66頁(yè)。B-ISDN與N-ISDN相比，具有以下的一些重大區(qū)別：（1）N-ISDN使用的是電路交換，它只是在傳送信令的D通路使用分組交換。B-ISDN則使用一種快速分組交換，稱為異步傳遞方式ATM。（2）N-ISDN是以目前正在使用的電話網(wǎng)為基礎(chǔ)，其用戶環(huán)路采用雙絞線

15、(銅線)。但在B-ISDN中，其用戶環(huán)路和干線都采用光纜(但短距離也可使用雙絞線)。（3）N-ISDN各通路的比特率是預(yù)先設(shè)置的。（4）N-ISDN無(wú)法傳送高速圖像，但B-ISDN可以傳送。第47頁(yè)，共66頁(yè)。6.6 異步傳遞方式ATM6.6.1 ATM的基本概念異步傳遞方式ATM (Asynchronous Transfer Mode)就是建立在電路交換和分組交換的基礎(chǔ)上的一種面向連接的快速分組交換技術(shù)，它采用定長(zhǎng)分組，能夠較好地對(duì)寬帶信息進(jìn)行交換。同步傳遞方式STM (Synchronous Transfer Mode)是使各個(gè)終端之間有稱之為幀參考的一個(gè)共同時(shí)間參考。第48頁(yè)，共66頁(yè)。

16、ATM的主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）選擇固定長(zhǎng)度的短信元作為信息傳輸?shù)膯挝唬欣趯拵Ц咚俳粨Q。（2）能支持不同速率的各種業(yè)務(wù)。（3）所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，以保持電路交換適合于傳送實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。（4）ATM使用光纖信道傳輸。ATM的一個(gè)明顯缺點(diǎn)就是信元首部的開銷太大。第49頁(yè)，共66頁(yè)。6.6.2 ATM的協(xié)議參考模型ATM的協(xié)議參考模型(圖6-16)。第50頁(yè)，共66頁(yè)。第51頁(yè)，共66頁(yè)。ATM的協(xié)議參考模型共有三層，大體上與OSI的最低兩層相當(dāng)(但無(wú)法嚴(yán)格與OSI的層次相對(duì)應(yīng))。1物理層物理層又分為兩個(gè)子層。靠下面的是物理媒體相關(guān)(Physical Medium De

17、pendent)子層，即PMD子層。PMD子層的上面是傳輸匯聚(Transmission Convergence)子層，即TC子層。（1）PMD子層（2）TC子層圖6-17給出了一個(gè)例子，說(shuō)明ATM的信元流是怎樣裝入到一個(gè)STM-1幀(STM-1的速率就是OC-3的速率)中。第52頁(yè)，共66頁(yè)。第53頁(yè)，共66頁(yè)。2ATM層圖6-18表示了使用VPI和VCI來(lái)標(biāo)識(shí)VP和VC的方法。ATM層的功能是：（1）信元的復(fù)用與分用；（2）信元的VPI/VCI轉(zhuǎn)換(就是將一個(gè)入信元的VPI/VCI轉(zhuǎn)換成新的數(shù)值)；（3）信元首部的產(chǎn)生與提?。唬?）一般的流量控制。第54頁(yè)，共66頁(yè)。第55頁(yè)，共66頁(yè)。3

18、ATM適配層ATM適配層記為AAL (ATM Adaptation Layer)，其作用是增強(qiáng)ATM層所提供的服務(wù)，并向上面高層提供各種不同的服務(wù)。ITU-T的I.362規(guī)定了AAL向上提供的服務(wù)是：（1）將用戶的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU劃分為信元或?qū)⑿旁匮b成為應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU；（2）對(duì)比特差錯(cuò)進(jìn)行監(jiān)控和處理；（3）處理丟失和錯(cuò)誤交付的信元；（4）流量控制和定時(shí)控制。第56頁(yè)，共66頁(yè)。ITU-T規(guī)定了ATM網(wǎng)絡(luò)可向用戶提供四種類別(class)的服務(wù)，從A類到D類。服務(wù)類別的劃分是根據(jù)：比特率是固定的還是可變的；源站和目的站的定時(shí)是否需要同步；是面向連接還是無(wú)連接。表6-2是這4個(gè)類別服務(wù)的比較。第57頁(yè)，共66頁(yè)。第58頁(yè)，共66頁(yè)。AAL層又劃分為兩個(gè)子層：（1）匯聚子層CS (Convergence Sublayer) （2）拆裝子層SAR (Segmentation And Reassembly以上所述可歸納為圖6-19所示的砂漏模型(即樣子是上下寬、中間窄的砂漏)。第59頁(yè)，共66頁(yè)。第60頁(yè)，共66頁(yè)。6.6.3 ATM的信元結(jié)構(gòu)圖6-20為ATM信元