高等学校21世纪教材《计算机网络教程》第6章广域网.ppt

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1、第6章 广 域 网,6.1 广域网的基本概念6.2 广域网中的分组转发机制6.3 X.25分组交换网6.4 帧中继FR6.5 综合业务数字网ISDN6.6 异步传递方式ATM,退出,6.1 广域网的基本概念,6.1.1 广域网的构成广域网由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路组成。通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。在广域网中的一个重要问题就是分组的转发机制。图6-1表示相距较远的局域网通过路由器与广域网相连，组成了一个覆盖范围很广的互联网。广域网并没有严格的定义。通常是指覆盖范围很广(远远超过一个城市的范围)的长距离网络，一般都是由电信公司所拥有。,6.1.2 数据报和虚电路网络层

2、为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类，即无连接的网络服务和面向连接的网络服务。这两种服务的具体实现就是通常所谓的数据报服务和虚电路服务。,图6-2中分别画出了网络提供数据报服务和提供虚电路服务的特点。看网络提供虚电路服务的情况。先设图6-2(b)中主机H1要和主机H5通信。在图6-2(b)中，我们设寻找到的路由是ABE。,表6-1归纳了虚电路服务与数据报服务的主要区别。,6.2 广域网中的分组转发机制,分组交换网的分组转发是基于查表的。转发就是在交换结点收到分组时，检查其目的地址，然后用查找转发表(forwarding table)的方法，找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。路由选

3、择则是构造路由表(routing table)的过程。路由表是用路由选择算法得到的，而转发表则是根据路由表得出的。,6.2.1 在结点交换机中查找转发表1层次结构的地址结构为了减少查找转发表所花费的时间，在广域网中一般都采用层次结构的地址(hierarchical addressing)。最简单的层次结构地址就是把一个用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。前一部分的二进制数表示该主机所连接的分组交换机的编号，是第一层地址，而后一部分的二进制数表示所连接的分组交换机的端口号，或主机的编号，是第二层地址，如图6-3所示。,如图6-4所示有三个交换机，其编号分别为1、2和3。每个主机也按接入的交

4、换机和低速端口进行编号。,转发表中没有源站地址这一项。这是因为路由选择中的下一跳只取决于数据报中的目的站地址，而与源站地址无关。这是一个很重要的概念，应记住。2按照目的站的交换机号确定下一跳采用两个层次的编址方案可使转发分组时只使用第一部分地址，即在进行路由选择时，只根据主机地址中的交换机号。,6.2.2 路由表的简化广域网的路由问题就是要解决分组在各交换机中应如何进行转发。在专门研究广域网的路由问题时，可用图论中的“图(graph)”来表示整个广域网，用“结点”表示广域网上的结点交换机，用连接结点与结点的“边”表示广域网中的链路。图6-5左边是一个具有4个结点交换机的例子，而右边则是对应的图

5、。,根据图6-5所示的图，可得出每一个结点中的转发表，如图6-6所示。使用了默认路由的简化转发表如图6-7所示。,6.3 X.25分组交换网,X.25所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。这一概念如图6-8所示。,图6-9表示X.25接口的3个层次。最下面是物理层，接口标准是X.21建议书。第二层是数据链路层，接口标准是平衡型链路接入规程LAPB，它就是第3章介绍的HDLC的一个子集。第三层是分组层(不叫网络层)，在这一层上，在DTE与DCE之间可建立多条逻辑信道(04095号)。从第一层到第三层，数据传送的单位分别是“比特”、“帧”和“分组”。,当利用现有的一些X.25网来支持因特网的服

6、务时，X.25网就表现为数据链路层的链路。图6-10说明了这一情况。,6.4 帧中继FR,6.4.1 帧中继概述帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。帧中继的原理很简单。当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即开始转发该帧。因此在帧中继网络中，一个帧的处理时间比X.25网约减少一个数量级。这种传输数据的帧中继方式也称为X.25的流水线方式。,仅当帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继技术才是可行的。像上面这样一面接收帧就一面转发此帧，就称为快速分组交换(fast packet switching)。帧中继的帧长是可变的。还有一种叫做信元中继(Cell Relay)的快速

7、分组交换，它采用固定帧长，每一个帧叫做一个信元。图6-11(a)和(b)分别是一般分组交换网络和帧中继这两种方式从层次上来看的对比。,图6-12比较了两种情况下从源站到目的站传送一帧在网络的各链路上所要传送的信息。,图6-14进一步给出了帧中继服务的几个主要组成部分。,用户通过帧中继用户接入电路(user access circuit)连接到帧中继网络。UNI有两个端口。在用户的一侧叫做用户接入端口(user access port)，而在帧中继网络一侧的叫做网络接入端口(network access port)。,帧中继的主要优点：（1）减少了网络互连的代价。（2）网络的复杂性减少但性能却提

8、高了。（3）由于使用了国际标准，增加了互操作性。（4）协议的独立性。,6.4.2 帧中继的体系结构和帧格式帧中继只用到了Q.922中的下列核心功能：（1）帧定界、对齐和透明性；（2）用地址字段实现帧复用和分用；（3）对帧进行检查，保证在0比特插入前和抽出后的帧长是整数倍的字节；（4）对帧进行检查，以保证其长度不超长或过短；（5）检测传输差错；（6）拥塞控制。,帧中继提供面向连接的数据链路层服务，具有下列特点：（1）保持网络入口处和出口处所传输的帧的顺序；（2）保证不交付重复帧；（3）帧丢失率很少。,图6-15画的是帧中继的帧格式，它是由最小功能(minimum-function)的LAPF协议

9、即LAPF核心协议(core protocol)所定义的。,各字段的作用。（1）标志字段：它是一个和PPP帧格式的标志字段一样的独特的01111110的比特序列，用于指示一个帧的起始和结束。（2）信息字段：它是长度可变的用户数据。如果用户要选择实现附加的端到端的数据链路控制功能，那么可以在信息字段中再放入一个数据链路帧。特别是，用户通常的选择是使用完全的LAPF协议(full LAPF protocol)，也就是LAPF控制协议(control protocol)，以便完成在LAPF核心功能之上的一些功能。（3）帧检验序列字段：它包括2字节的循环冗余检验。（4）地址字段：地址字段一般为2字节，

10、但也可扩展为3或4字节。,地址字段中的几个重要部分是：数据链路连接标识符 前向显式拥塞通知 反向显式拥塞通知 丢弃指示应当注意：数据链路连接标识符DLCI只具有本地意义。,6.4.3 帧中继的拥塞控制1帧中继的拥塞控制方法帧中继使用的拥塞控制方法有以下三种：（1）丢弃策略。（2）拥塞避免。（3）拥塞恢复。,2承诺的信息速率 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，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。3利用显式信令避免拥塞4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(implicit signaling

11、)。,6.5 综合业务数字网ISDN,6.5.1 窄带综合业务数字网N-ISDN共路信令主要用于：（1）呼叫建立、路由选择和呼叫释放；（2）内部数据库访问；（3）网络运行与支持；（4）计费。,ISDN最基本的概念就是在用户和ISDN之间的连线相当于一个数字比特管道。管道中的双向比特流可来自数字电话机或数字传真机等其他终端。这种数字比特管道用时分复用方式可支持多个独立通路(channel)。ISDN定义了一些标准化的通路，都各用一个英文字母表示。其中最常见的是B通路(64 kbit/s的数字PCM话音或数据通路)和D通路(16 bit/s或64 kbit/s用作带外信令的数字通路)。（1）基本速

12、率（2）一次群速率,ITU-T将ISDN提供的业务分为基本业务和补充业务。基本业务又分为以下两种：（1）承载业务(Bearer Service)（2）用户终端业务(Teleservice)近几年来因特网的用户急剧增长，使得N-ISDN又找到了一些市场。用户可以使用一条B通路上网，而用另一条B通路打电话。或者用整个基本速率共144 kbit/s的数字链路接入到因特网。这就是电信部门宣传的“一线通”，它的一个很大的好处就是使只拥有一条电话线的用户在上网的同时，还能够接打电话，并且上网的速率比使用56 kbit/s调制解调器的效果还要好些。,6.5.2 宽带综合业务数字网B-ISDN宽带综合业务数字

13、网B-ISDN也是企图将各种业务，如话音、数据、图像以及活动图像都综合在一个网络中传送和交换。,B-ISDN与N-ISDN相比，具有以下的一些重大区别：（1）N-ISDN使用的是电路交换，它只是在传送信令的D通路使用分组交换。B-ISDN则使用一种快速分组交换，称为异步传递方式ATM。（2）N-ISDN是以目前正在使用的电话网为基础，其用户环路采用双绞线(铜线)。但在B-ISDN中，其用户环路和干线都采用光缆(但短距离也可使用双绞线)。（3）N-ISDN各通路的比特率是预先设置的。（4）N-ISDN无法传送高速图像，但B-ISDN可以传送。,6.6 异步传递方式ATM,6.6.1 ATM的基本

14、概念异步传递方式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术，它采用定长分组，能够较好地对宽带信息进行交换。同步传递方式STM(Synchronous Transfer Mode)是使各个终端之间有称之为帧参考的一个共同时间参考。,ATM的主要优点如下：（1）选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。（2）能支持不同速率的各种业务。（3）所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，以保持电路交换适合于传送实时性很强的业务的优点。（4）ATM使用光纤信道传输。ATM的一个明显缺点就是信元首部的开销

15、太大。,6.6.2 ATM的协议参考模型ATM的协议参考模型(图6-16)。,ATM的协议参考模型共有三层，大体上与OSI的最低两层相当(但无法严格与OSI的层次相对应)。1物理层物理层又分为两个子层。靠下面的是物理媒体相关(Physical Medium Dependent)子层，即PMD子层。PMD子层的上面是传输汇聚(Transmission Convergence)子层，即TC子层。（1）PMD子层（2）TC子层图6-17给出了一个例子，说明ATM的信元流是怎样装入到一个STM-1帧(STM-1的速率就是OC-3的速率)中。,2ATM层图6-18表示了使用VPI和VCI来标识VP和VC

16、的方法。ATM层的功能是：（1）信元的复用与分用；（2）信元的VPI/VCI转换(就是将一个入信元的VPI/VCI转换成新的数值)；（3）信元首部的产生与提取；（4）一般的流量控制。,3ATM适配层ATM适配层记为AAL(ATM Adaptation Layer)，其作用是增强ATM层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。ITU-T的I.362规定了AAL向上提供的服务是：（1）将用户的应用数据单元ADU划分为信元或将信元重装成为应用数据单元ADU；（2）对比特差错进行监控和处理；（3）处理丢失和错误交付的信元；（4）流量控制和定时控制。,ITU-T规定了ATM网络可向用户提供四种类别

17、(class)的服务，从A类到D类。服务类别的划分是根据：比特率是固定的还是可变的；源站和目的站的定时是否需要同步；是面向连接还是无连接。表6-2是这4个类别服务的比较。,AAL层又划分为两个子层：（1）汇聚子层CS(Convergence Sublayer)（2）拆装子层SAR(Segmentation And Reassembly以上所述可归纳为图6-19所示的砂漏模型(即样子是上下宽、中间窄的砂漏)。,6.6.3 ATM的信元结构图6-20为ATM信元的格式。,ATM信元首部中各字段的作用。（1）类属流量控制GFC(Generic Flow Control)：4 bit字段，通常置为0。

18、（2）VPI/VCI：即路由字段。（3）有效载荷类型PT(Payload Type)3 bit字段，用来区分该信元是用户信息或非用户信息。此字段又称为有效载荷类型指示PTI(I表示Indicator)。（4）信元丢失优先级CLP(Cell Loss Priority)：16 bit字段，指示信元的丢失优先级。网络还可能将违反通信量合约(contract)的信元的CLP从0改为1，这个过程称为“打标记”(tagging)。（5）首部差错控制HEC(Header Error Control)：8 bit字段，提供覆盖信元首部所有字段(但不包括有效载荷部分)的差错控制。,6.6.4 ATM的逻辑连接机制在ATM中使用的虚通路是一种逻辑连接，它和X.25中的虚电路或帧中继中的数据链路连接相似。虚通路是ATM网络中的一个基本交换单元。在下面图6-21的例子中，我们设从端点A到端点B经过ATM交换机X,Y和Z。,电话交换机采用了交叉连接交换机(crossconnect switch)对群路进行交换。一个虚通道包括许多个虚通路，而每一个虚通道具有一个惟一的虚通道标识符VPI。,