计算机网络与通信(第6章)ppt课件

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第,6,章 广域网,第6章 广域网,第,6,章 广域网,6.1,概述,6.2,广域网传输控制机制,第6章 广域网6.1 概述,6.1,概述,WAN,的拓扑结构,:,交换结点通过长距离的点对点链路互连，一般呈网状拓扑。,典型的,WAN,技术有,X.25,、帧中继,(Frame Relay,FR),和异步传输模式,(Asynchronous Transfer Mode,ATM),等。,WAN(,网形拓扑、交换式网络,),的网络结构,6.1 概述WAN的拓扑结构:交换结点通过长距离的点对,广域网是作用的地理范围从数十公里到数千公里，可以连接若干个城市、地区甚至跨越国界、遍及全球的一种通信网络。高速广域网是速度高、延迟小的一种广域网，包括帧中继网、异步传输模式,ATM,网以及同步光纤网,SONET,等。,广域网是作用的地理范围从数十公里到数千公里，,6.2,广域网传输控制机制,6.2 广域网传输控制机制,6.2.1,数据交换技术,结点之间的两两直接连接，线路数,L=n(n-1)/2,。,当,n,线性增长时，,L,呈,指数增长。实用中仅仅铺设有限的线路，利用交换技术解决网络的数据传输问题。有,3,种基本的交换技术：,电路交换,(Circuit Switching),通过物理设备实现传输线路的转接，在通信的双方建立一条传输链路。电路交换进行一次通信要经过三个过程：电路建立、数据传输和电路释放。,优点是数据传输可靠、迅速，保持顺序。,缺点是线路的利用率不高。,6.2.1 数据交换技术结点之间的两两直接连接，线路数L=,6.2.1,数据交换技术,报文交换,(Message Switching),以报文为单位的存储转发,(Store and Forward),的转接方式。与电路交换相比有如下特点：,报文传输的线路不是专用的，可以被多个传输所利用,不要求收方和发方同时处于可用状态。,可以实现一对多的传输，可以实现优先级传输。,中间结点可及时进行差错控制，而不用等到目的结点在解决。,传输时延比电路交换大。,分组交换,(Packet Switching),以分组为单位的存储转发的传输方式。,优点主要有：,6.2.1 数据交换技术报文交换(Message Swit,6.2.1,数据交换技术,由于长度小，转接中分组可缓于转发结点的内存中，提高了转发速度。,各转发结点并行进行处理，降低了传输时间。,对于传输中的错误，只需要发出错的分组，提高了效率。,分组交换分为两种方式：数据报,(Datagram),和虚电路,(Virtual Circuit),。,虚电路：交换虚电路,(Switched Virtual Circuit,SVC),和永久虚电路,(Permanent Virtual Circuit,PVC),两种。,虚电路分组交换方式提供的网络服务是面向连接的服务,(Connection-Oriented Service),，而数据报分组交换方式提供的网络服务是无连接的服务,(Connectionless Service),。,6.2.1 数据交换技术由于长度小，转接中分组可缓于转发结,6.2.1,数据交换技术,快速分组交换,(Fast Packet Switching,FPS),当一个帧还没有接收完时就开始转发此帧，称为,FPS,。,数据交换方式示意图,长报文划分为多个分组,6.2.1 数据交换技术快速分组交换(Fast Packe,计算机网络与通信(第6章)ppt课件,DCN19.4,DCN19.4,ATM,的主要特性：,面向连接技术,固定长度信元,每个信元有标识符作为标志,实时通信确保频带,地址基于虚拟通道,(virtual channel),和虚拟通路,(virtual path),ATM的主要特性：,虚拟通路交换,虚拟通路交换,虚拟通道与虚拟通路交换,虚拟通道与虚拟通路交换,ATM,信元头结构,GFC,：总流控；,VPI/VCI,：虚拟通路标识符,/,虚拟通道标识符（路由域）；,PT,：有效载荷类型；,CLP,：信元丢失优先权；,HEC,：信元头差错控制。,ATM信元头结构GFC：总流控；,DCN19.10,DCN19.10,AAL,子层,汇聚子层,(CS),分段和重组子层,(SAR),AAL子层,6.2.2,分组转发和动态路由,分级的编址方式,LAN,采用单一编址方案,(Flat Addressing Scheme),。,WAN,采,用分级编址方案,(Hierarchical Addressing Scheme),。,WAN地址,6.2.2 分组转发和动态路由分级的编址方式WAN地址,6.2.2,分组转发和动态路由,分组转发机制,基于路由表的下一跳分组转发机制。,路由表,(Routing Table),中最重要的两项内容为分组发往的目的站以及分组路径上的下一跳,(Next Hop),。,交换机以分组的目的站地址为索引，查询路由表，得到转发路径上的下一跳，将报文转发出去。,简化：确定下一跳只根据目的站地址中的交换机号。,进一步简化：默认路由,(Default Route),代替所有的具有相同“下一跳”的表项。,6.2.2 分组转发和动态路由分组转发机制,6.2.2,分组转发和动态路由,交换机,2,的路由表,6.2.2 分组转发和动态路由交换机2的路由表,6.2.2,分组转发和动态路由,路由算法,静态路由,(Static Routing),动态路由,(Dynamic Routing),路径度量,(Metric),距离：路径的长度。,跳数：路径所经过的交换机数目。,时延：分组由源站到达目的站所花费的时间。,费用：借助电信等部门的通信线路需交纳费用。,可靠性：链路的误码率。,研究,WAN,的路由问题时，,WAN,可以用一个图来表示。,路由算法或称路由选择算法是由图求出优化路由的算法。,路由协议或称路由选择协议，执行路由算法的协议。,6.2.2 分组转发和动态路由路由算法,主机,H,2,通信的路径,H,1,经过,R,1,转发再经过,R,2,转发,H,2,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,查找路由表,查找路由表,主机 H2通信的路径HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1,初始状态：各路由表只有到相邻路由器的信息,1 1,2 1,3 1,F,E,D,C,B,A,5 1,6 1,2 1,5 1,3 1,4 1,4 1,6 1,1 1,5 1,网,3,网,2,网,4,网,6,网,5,网,1,“,4”,表示“从本路由器到网,4”,“,1”,表示“距离是,1”,“,”表示“直接交付”,初始状态：各路由表只有到相邻路由器的信息1 1 FED,路由器,B,收到相邻路由器,A,和,C,的路由表,A,说：“我到网,1,的距离是,1,。”,因此,B,现在也可以到网,1,，,距离是,2,，经过,A,。”,1 1,2 1,3 1,F,E,D,C,B,A,5 1,6 1,2 1,5 1,3 1,4 1,4 1,6 1,1 1,5 1,网,3,网,2,网,4,网,6,网,5,网,1,1 1,2 1,3 1,4 1,6 1,1 2 A,2 2 A,3 1,4 1,6 2 C,更新后,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表A 说：“我,1 1,5 1,路由器,B,收到相邻路由器,A,和,C,的路由表,A,说：“我到网,2,的距离是,1,。”,因此,B,现在也可以到网,2,，,距离是,2,，经过,A,。”,1 1,2 1,3 1,F,E,D,C,B,A,5 1,6 1,2 1,5 1,3 1,4 1,4 1,6 1,网,3,网,2,网,4,网,6,网,5,网,1,1 1,2 1,3 1,4 1,6 1,1 2 A,2 2 A,3 1,4 1,6 2 C,更新后,1 1,5 1,1 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由,路由器,B,收到相邻路由器,A,和,C,的路由表,A,说：“我到网,3,的距离是,1,。”,但,B,没有必要绕道经过路由器,A,再到达网,3,，因此这一项目不变。,1 1,2 1,3 1,F,E,D,C,B,A,5 1,6 1,2 1,5 1,3 1,4 1,4 1,6 1,1 1,5 1,网,3,网,2,网,4,网,6,网,5,网,1,1 1,2 1,3 1,4 1,6 1,1 2 A,2 2 A,3 1,4 1,6 2 C,更新后,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表A 说：“我,最终所有的路由器的路由表都更新了,F,E,D,C,B,A,1 1,2 1,3 1,4 2,B,5 2 E,6 3 B,1 1,2 2,A,3 2,A,4 3,A,5 1,6 2 F,1 2,E,2 2,D,3 3,C,4 2,C,5 1,6 1,1 3,B,2 3,B,3 2,B,4 1,5 2 F,6 1,网,2,网,6,网,5,网,1,网,3,网,4,1 2,A,2 1,3 2,A,4 3,A,5 1,6 2 F,1 2,A,2 2,A,3 1,4 1,5 3 C,6 2 C,最终所有的路由器的路由表都更新了FEDCBA1 1 1,计算机网络中，链路容量、交换节点中的缓冲区和处理机都是网络资源。网络资源决定网络的处理能力。在一段时间内，如果对网络中某一资源的需求超出了该资源的可用数量，即网络负载超出了网络的处理能力，网络的性能就会急剧恶化，这种情况称为,拥塞,。,拥塞控制原理,计算机网络中，链路容量、交换节点中的缓冲区和处理机都是网络资,网络拥塞产生的原因：,当某个结点缓冲区的容量太小时，到达该结点的分组无空间暂存而不得不被丢弃；,处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞。,总之：,若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况称为（拥塞）即,:,对资源的需求可用资源,资源包括网络中的链路容量，交换结点中的缓冲区和处理机等。,网络拥塞产生的原因：,拥塞分析：,问题,1,：,某交换结点缓冲区小，到达该交换结点的分 组因无空间而被丢弃,解决：,将缓冲区扩大，使所有分组可以暂存,拥塞分析：,问题,2,：,发送端在未收到确认前，保留分组副本。接收端产生的拥塞导致发送端缓冲区的拥塞。,网络拥塞往往是由许多元素引起的。如某个,结点缓冲区的容量太小,或,处理机处理的速率太慢、线路拥挤以及带宽不足,也可能引起网络的拥塞。,问题2：发送端在未收到确认前，保留分组副本。接收端产生的拥塞,拥塞导致的结果,:,若网络中的许多资源同时产生拥塞，直接后果是网络的性能就要明显变差，整个网络的吞吐量将随输入负载的增大而下降。从而导致传输时延的增加、数据的丢失。若继续增加输入负载吞吐量将减小到零，造成网络,死锁,。,死锁有两种：,直接死锁、重装死锁。,拥塞导致的结果:,1,）,直接死锁：,由互相占用对方需要的资源而造成的死锁,2,）,重装死锁：,由于路由器的缓冲区的拥塞而引起的。,1）直接死锁：由互相占用对方需要的资源而造成的死锁,A3,路由器,R,假设有三个报文,A,、,B,、,C,经过三个路由器,P,、,Q,、,R,送往主机,H,，每个报文由,3,个分组组成：,每个路由器的缓冲能容纳,4,个分组；,路由器,R,为报文,A,预留了,4,个分组的缓冲区；,由于,A3,还暂留在路由,P,中，无法转发到,Q,，因为,Q,缓冲区已满；,路由器,Q,也无法送往,R,，这样，从,PQ R,的链路的任何一个分组都不能转发，形成了由于缓冲区的拥塞而引起的重装死锁。,A3路由器R假设有三个报文A、B、C经过三个路由器P、Q、R,