06 計算機網絡 第六章 廣域網

第6章廣域網廣域網的基本概念6.1廣域網中的分組轉發(fā)機制6.2異步傳遞方式ATM6.3其它廣域網6.4.6.1廣域網的根本概念6.1.1廣域網的構成

廣域網由一些結點交換機以及連接這些交換機的鏈路組成。通常一個結點交換機往往與多個結點交換機相連。在廣域網中的一個重要問題就是路由選擇和分組轉發(fā)。

.圖6-1表示相距較遠的局域網通過路由器與廣域網相連，組成了一個覆蓋范圍很廣的互聯網。 廣域網并沒有嚴格的定義。通常是指覆蓋范圍很廣(遠遠超過一個城市的范圍)的長距離網絡，一般都是由電信公司所擁有。.圖6-1由局域網和廣域網組成互聯網.6.1.2數據報和虛電路 網絡層為接在網絡上的主機所提供的效勞可以有兩大類，即無連接的網絡效勞和面向連接的網絡效勞。這兩種效勞的具體實現就是通常所謂的數據報效勞和虛電路效勞。

. 圖6-2中分別畫出了網絡提供數據報效勞和提供虛電路效勞的特點。 看網絡提供虛電路效勞的情況。先設圖6-2(b)中主機H1要和主機H5通信。 在圖6-2(b)中，我們設尋找到的路由是A→B→E。.圖6-2數據報效勞和虛電路效勞.表6-1歸納了虛電路效勞與數據報效勞的主要區(qū)別。.6.2廣域網中的分組轉發(fā)機制 分組交換網的分組轉發(fā)是基于查表的。 轉發(fā)就是在交換結點收到分組時，檢查其目的地址，然后用查找轉發(fā)表(forwardingtable)的方法，找出應從結點的哪一個接口將該分組發(fā)送出去。

.路由選擇那么是構造路由表(routingtable)①的過程。路由表是用路由選擇算法得到的，而轉發(fā)表那么是根據路由表得出的。.6.2.1在結點交換機中查找轉發(fā)表1．層次結構的地址結構

為了減少查找轉發(fā)表所花費的時間，在廣域網中一般都采用層次結構的地址(hierarchicaladdressing)。

.最簡單的層次結構地址就是把一個用二進制數表示的主機地址劃分為前后兩局部。前一局部的二進制數表示該主機所連接的分組交換機的編號，是第一層地址，而后一局部的二進制數表示所連接的分組交換機的端口號，或主機的編號，是第二層地址，如圖6-3所示。.圖6-3最簡單的層次地址. 圖6-4中有三個交換機，其編號分別為1,2和3。每個交換機所連接的主機也按接入的低速端口編上號碼。 .圖6-4主機在廣域網中的地址和交換機中的轉發(fā)表.

轉發(fā)表中沒有源站地址這一項。這是因為路由選擇中的下一跳只取決于數據報中的目的站地址，而與源站地址無關。這是一個很重要的概念，應記住。.2．按照目的站的交換機號確定下一跳 采用兩個層次的編址方案可使轉發(fā)分組時只使用第一局部地址，即在進行路由選擇時，只根據主機地址中的交換機號。.6.2.2路由表的簡化 廣域網的路由問題就是要解決分組在各交換機中應如何進行轉發(fā)。在專門研究廣域網的路由問題時，可用圖論中的“圖(graph)〞來表示整個廣域網，用“結點〞表示廣域網上的結點交換機，用連接結點與結點的“邊〞表示廣域網中的鏈路。

.圖6-5左邊是一個具有4個結點交換機的例子，而右邊那么是對應的圖。.圖6-5用圖表示一個廣域網.

根據圖6-5所示的圖，可得出每一個結點中的轉發(fā)表，如圖6-6所示。 使用了默認路由的簡化轉發(fā)表如圖6-7所示。.圖6-6圖6-5中各結點的轉發(fā)表.圖6-7使用了默認路由的簡化轉發(fā)表.6.3異步傳遞方式ATM6.3.1ATM的根本概念 異步傳遞方式ATM(AsynchronousTransferMode)就是建立在電路交換和分組交換的根底上的一種面向連接的快速分組交換技術，它采用定長分組作為傳輸和交換的單位。 .

同步傳遞方式STM(SynchronousTransferMode)是使各個終端之間有稱之為幀參考的一個共同時間參考。. ATM的主要優(yōu)點如下： 〔1〕選擇固定長度的短信元作為信息傳輸的單位，有利于寬帶高速交換。 〔2〕能支持不同速率的各種業(yè)務。

.〔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時性很強的業(yè)務的優(yōu)點?！?〕ATM使用光纖信道傳輸。 ATM的一個明顯缺點就是信元首部的開銷太大。.6.3.2ATM的協議參考模型和信元結構ATM的協議參考模型，如圖6-10所示。

.圖6-10ATM的協議參考模型.ATM的協議參考模型共有3層，從上往下看是ATM適配層、ATM層和物理層。這3層與OSI的層次無法嚴格對應。.〔1〕ATM適配層ATM傳送和交換的是53字節(jié)固定長度的信元，但是，上層的應用程序向下層傳遞的并不是53字節(jié)長的信元。例如，在因特網的IP層傳送的是各種長度的IP數據報。.因此，當IP數據報需要在ATM網絡上傳送時，就需要有一個接口，它能夠把IP數據報裝入一個個ATM信元，然后在ATM網絡中傳送。這個接口就是在ATM層上面的ATM適配層，記為AAL層(ATMAdaptationLayer)。.AAL層的作用就是增強ATM層所提供的效勞，并向上面高層提供各種不同的效勞。圖6-11表示不同信源發(fā)出的信號〔話音、視頻、數據等〕通過適當的變換后〔這里省略了很多細節(jié)和步驟〕，都要傳送到AAL層，成為固定長度的數據塊〔48字節(jié)長〕，然后交給ATM層，加上5字節(jié)的首部后變成為53字節(jié)的固定長度信元。.圖6-11AAL層把48字節(jié)長的數據塊交給ATM層，加上5字節(jié)的首部后變成53字節(jié)的信元.ITU-T規(guī)定了ATM網絡可向用戶提供幾種類型(type)的效勞。目前AAL5〔即AAL的類型5〕是和IP數據報配合起來使用的一種ATM適配層。圖6-12表示從層次上看，IP數據報怎樣通過AAL層把一個IP數據報劃分為48字節(jié)的數據塊〔最后缺乏48字節(jié)的數據塊要用0進行填充〕，然后在ATM層加上5字節(jié)的首部，構成為ATM信元。.圖6-12從IP數據報轉換為ATM信元.〔2〕ATM層ATM層主要完成ATM信元的交換和復用功能，與傳送ATM信元的物理媒體或物理層無關。

.每一個ATM連接都用信元首部中的兩級標號來識別。第一級標號是虛通路標識符VCI(VirtualChannelIdentifier)，第二級標號是虛通道標識符VPI(VirtualPathIdentifier)

。.我們應當注意到，圖6-12強調了ATM信元的首部中有VCI和VPI這兩個標識符〔在首部中當然還有其他的一些信息，這里從略〕。.虛通路VC是在兩個或兩個以上的端點之間運送ATM信元的通信通路。虛通道VP包含有許多相同端點的虛通路，而這許多虛通路都使用同一個虛通道標識符VPI。圖6-13表示了使用VPI和VCI來標識VP和VC的方法。.如果我們用高速公路來比喻，那么在兩個城市之間的高速公路相當于虛通道VP，這些高速公路的編號是VP1,VP2…虛通路VC那么相當于每條高速公路上的車道，編號是VC1,VC2…因此，汽車的行駛情況由VPx,VCy確定〔即高速公路VPx上的車道VCy〕。.圖6-13ATM連接的標識符VCI和VPI.在一個給定的接口上，屬于兩個不同的VP的兩個VC，可以具有相同的VCI。如圖6-13所示的3個不同的虛通道VP都可以使用相同的虛通路標識符VCx或VCy。.因此，要同時使用VPI和VCI這兩個參數才能完全識別一個虛通路VC。應當強調指出，一個給定的VCI值并沒有端到端的意義。VP在經過集中器或交換機時，其VPI也會改變。關于這點后面還要討論。.〔3〕物理層物理層實現信元流和比特流的轉換，以及在物理媒體上正確傳輸和接收比特流。當使用光纖傳輸時，物理層還必須完成從電信號到光信號〔或反過來〕的轉換。.需要強調的是，AAL層的功能只能駐留在ATM端點之中，而在ATM交換機中只有物理層和ATM層。圖6-14表示出了這個概念。對應于每一個ATM交換機的物理層都畫了兩個，這表示在不同的鏈路可采用不同的物理傳輸媒體。.圖6-14AAL層只能駐留在ATM端點之中.從圖6-14我們可以看出，當孤立地觀察ATM網絡時，ATM網絡就像一個廣域網，因為它可以覆蓋很大的地理范圍，有自己網絡的硬件地址和進行信元轉發(fā)的結點交換機，并且向上提供虛電路效勞。因此，有關ATM技術的內容可以放在廣域網這一章來討論。.但是，當ATM網用于因特網的主干網時，那么從IP層看，整個ATM網絡又相當于兩個IP結點之間的一條數據鏈路。從這個角度看，整個ATM網絡又好似是處在數據鏈路層。這就是為什么在前面曾指出，ATM體系結構中的層次和OSI的層次很難有嚴格的對應關系。.6.3.3ATM的邏輯連接機制 在ATM中使用的虛通路是一種邏輯連接，虛通路是ATM網絡中的一個根本交換單元。

.在下面圖6-15的例子中，我們設從端點A到端點B經過ATM交換機X,Y和Z。圖中用粗線表示信元通過的這條特定路徑A→X→Y→Z→B。.圖6-15端點A通過ATM交換機X,Y和Z與端點B建立了一條邏輯連接.6.4其他廣域網 6.4.1X.25分組交換網X.25所討論的都是以面向連接的虛電路效勞為根底。.6.4.2幀中繼FR

幀中繼就是一種減少結點處理時間的技術。當幀中繼交換機收到一個幀的首部時，只要一查出幀的目的地址就立即開始轉發(fā)該幀。.

僅當幀中繼網絡本身的誤比特率非常低時，幀中繼技術才是可行的。 像上面這樣一面接收幀就一面轉發(fā)此幀，就稱為快速分組交換(fastpacketswitching)。.當正在接收一個幀時就轉發(fā)此幀，通常被稱為快速分組交換(fastpacketswitching)。快速分組交換在實現的技術上有兩大類，它是根據網絡中傳送的幀長是可變的還是固定的來劃分。.在快速分組交換中，當幀長為可變時就是幀中繼；當幀長為固定時〔這時每一個幀叫做一個信元〕就是信元中繼(CellRelay)，像異步傳遞方式ATM就屬于信元中繼。. 幀中繼的呼叫控制信令是在與用戶數據分開的另一個邏輯連接上傳送的〔即共路信令或帶外信令〕。幀中繼的邏輯連接的復用和交換都在第二層處理。 . 幀中繼網絡向上提供面向連接的虛電路效勞。虛電路一般分為交換虛電路SVC和永久虛電路PVC兩種，但幀中繼網絡通常為相隔較遠的一些局域網提供鏈路層的永久虛電路效勞。永久虛電路的優(yōu)點是在通信時可省去建立連接的過程。 .

如果有N個路由器需要用幀中繼網絡進行連接，那么就一共需要有N(N–1)/2條永久虛電路。如圖6-16(a)所示的例子。幀中繼網絡有4個幀中繼交換機。 .當幀中繼網絡為其兩個用戶提供幀中繼虛電路效勞時，對兩端的用戶來說，幀中繼網絡所提供的虛電路就好似在這兩個用戶之間有一條直通的專用電路，如圖6-16(b)所示。用戶看不見幀中繼網絡中的幀中繼交換機。.圖6-16幀中繼網絡提供的效勞.下面用簡單的例子來說明幀中繼網絡的工作過程。當用戶在局域網上傳送的MAC幀傳到與幀中繼網絡相連接的路由器時，該路由器就剝去MAC幀的首部，將IP數據報交給路由器的網絡層。.網絡層再將IP數據報傳給幀中繼接口卡。幀中繼接口卡把IP數據報封裝到幀中繼幀的信息字段中，加上幀中繼幀的首部〔其中包括幀中繼的標志字段和地址字段，幀中繼幀的標志字段和PPP幀的一樣〕，進行CRC檢驗后，加上幀中繼幀的尾部〔其中包含幀檢驗序列字段和標志字段〕，如圖6-17所示。.圖6-17IP數據報被封裝成幀中繼幀. 然后，幀中繼接口卡把封裝好的幀通過向電信公司租來的專線發(fā)送給幀中繼網絡中的幀中繼交換機。幀中繼交換機在收到一個幀時，就按地址字段中的虛電路號對幀進行轉發(fā)〔假設檢查出有過失那么丟棄〕。.為了區(qū)分開不同的永久虛電路PVC，每一條PVC的兩個端點