计算机网络与通信第6章.ppt

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 6.3 X.25和帧中继 6.4 异步传输模式,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。 WAN是一个多跳的网络，节点转发称为交换（路由选择）；电路、报文、分组等几种交换方式。 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。 主要问题：路径优化；拥塞处理 WAN和INTERNET,WAN(网形拓扑、交换式网络)的网络结构,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-面向连接。 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,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,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,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。 计算机网络都是分组交换技术：X.25，FR,ATM-帧中继；internet-数据报,数据交换方式示意图,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,交换机、端口,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,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。,6.2.3 拥塞控制,网络拥塞(Congestion)现象 拥塞是分组交换网共同的问题，主要是因分组交换结点的负载相对它的处理能力过重而引起。电话网 增大交换结点的处理能力和缓存空间对解决拥塞是有益的。处理能力是越大越好，但缓存空间并非如此。 拥塞时描述网络的性能：吞吐量(Throughput)和端到端的时延(Delay)。,用图表示一个广域网,6.2.3 拥塞控制,拥塞控制的基本策略 开环控制 面向连接的WAN常使用开环控制，基于资源预约(Resource Reservation)和接纳控制(Admission Control)。,6.2.3 拥塞控制,漏桶算法(Leaky Bucket Algorithm)是一种著名的开环控自算法。 令牌桶算法(Token Bucket Algorithm)。,漏桶算法示意图,6.2.3 拥塞控制,闭环控制 交换结点负责监视和报告拥塞。源结点在收到拥塞信息后降低输出分组流，即源抑制(Source Quench)。直接或间接地报告 流量控制（2）与闭环拥塞控制的区别 分组丢弃 葡萄酒策略（文件），牛奶策略（视频）ATM-同一分组。 随机早期检测(Random Early Detection, RED)。Internet改进分组丢弃策略 RED丢弃策略是： 当 ，不丢弃分组。 当 ，丢弃到达的分组。 当 ，按概率p丢弃分组。,6.3 X.25和帧中继,1976年CCITT提出的X.25建议，成为分组交换公共数据网(Packet Switched Public Data Network, PSPDN)的基础。采用X.25建议标准接入的PSPDN称为X.25网。欧洲的早期分组交换广域网是X.25网。 X.25借助于电话网，容易受到各种干扰，因此进行两级的差错控制。（10-410-5）链路+网络 帧中继(Frame Relay, FR)由AT&T于1986年提出。与X.25网分为物理层、数据链路层和分组层相比，FR只有物理层和数据链路层（无流量、差错控制）；使用快速分组交换(FPS)；采用面向连接的虚电路交换方式，主要是为长距离用户提供PVC链路。（交换机和接入设备，长距离的用户互联，局域网互联）,6.4 异步传输模式,6.4.1 信元交换,（N-ISDN,B-ISDN,ATM适用于长距离通信主干网，QOS） 同步传输模式(Synchronous Transfer Mode, STM)。STM采用时分复用TDM技术，而ATM采用统计时分复用STDM技术。 ATM传输的单位是信元(Cell)，长度为53B(5/48)。 当交换结点收到信头，ATM就开始转发信元，属于FPS。 ATM采用面向连接的技术，ATM是建立在面向连接的虚电路分组交换技术基础之上的一种FPS，它交换的分组是信元。 ATM建立在大容量光纤传输媒体的基础上，不进行流量控制，也几乎没有差错控制。,6.4.2 ATM体系结构,ATM的层次结构 物理层 PMD子层：提供与媒体相关的接口，发送和接收比特流，进行编码和解码、比特定时和光电转换等。PMD子层的规范主要是155.52Mbit/s和622.08Mbit/s的SDH/SONET接口。ATM-ATM, ATM-SDH-SDH-ATM,6.4.2 ATM体系结构,TC子层：进行ATM信元流和比特流的转换。TC子层需要进行以下操作：（atm与物理层独立） 信元差错校验。（信源头部CRC，错误就丢弃） 传输帧的生成与恢复。 速度适配。 信元定界。,ATM信元装载于STM-1帧的例子,6.4.2 ATM体系结构,ATM层 （与上层业务无关，功能：信元传输、复用/解复用、通信量控制） 信元格式,UNI (a)和NNI（b）的信元头部,流量,路由,净负荷类型、拥塞,丢弃优先级,6.4.2 ATM体系结构,信元传输 ATM连接用VP和VC表示。VC是ATM层的基本元素，一个VC表示传送ATM信元的一条通道，用VCI标识。一个VP包含一组VC，VP用VPI标识。 ATM层根据信元首部的VPI/VCI和ATM交换机的VPI/VCI转换表(路由表)转发信元。转换表示建立连接时由信令协议在交换结点上建立的。 转换表的基本信息是： (入口端口号，入口VPI/VCI；出口端口号，出口VPI/VCI)。 信元的复用/解复用,6.4.2 ATM体系结构,ATM信元传输示例,目的地址VPI/VCI,6.4.2 ATM体系结构,AAL层 对用户屏蔽ATM层的具体特性，实现端到端的通信。 AAL仅在ATM网络的端点(主机、IP路由器等)实现。不同业务封装 四种类型AAL协议，即AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。AAL5称为简单有效的适配层(Simple and Efficient Adaptive Layer, SEAL)，是应用最广泛的AAL层协议。 AAL5分为汇聚子层(Convergence Sublayer, CS)和分断重组子层(Segmentation And Reassembly, SAR)，SAR在CS之下。CS又分为特定业务子层(Service Specific CS, SSCS)和公共部分汇聚子层(Common Part CS, CPCS)，CPCS在SSCS之下。,6.4.2 ATM体系结构,ATM网络的协议结构,6.4.2 ATM体系结构,AAL5 数据处理,48的整数倍,6.4.3 ATM服务质量和服务类型,网络QoS (Quality of Service )参数和用户通信量参数 下面3个参数用来描述网络提供的QoS： 信元丢失率(Cell Loss Ratio, CLR) 信元传送时延(Cell Transfer Delay, CTD) 信元时延偏差(Cell Delay Variation, CDV) 以下5个参数用来描述用户的通信量： 峰值信元速率(Peak Cell Rate, PCR) 最小信元速率(Minimum Cell Rate, MCR) 持续信元速率(Sustained Cell Rate, SCR) 最大突发量(Maximum Burst Size, MBS) 信元时延偏差容差(Cell Delay Variation Tolerance, CDVT),6.4.3 ATM服务质量和服务类型,ATM服务类型 ATM论坛制定了5种服务类型： 恒定比特率(Constant Bit Rate, CBR) 语音和视频 实时可变比特率(real-time Variable Bit Rate, rt-VBR) 会议电视 非实时可变比特率(non-real-time Variable Bit Rate, nrt-VBR)。 多媒体电子邮件 不指明比特率(Unspecified Bit Rate, UBR) 尽最大努力，文件传输 可用比特率(Available Bit Rate, ABR) 调整源端发送速率，浏览网页,6.4.3 ATM服务质量和服务类型,6.4.4 ATM通信量控制,资源预约和接纳控制 资源预约：根据合约说明QOS类型，保证通信资源。 接纳控制：若网络资源不够，金的连接请求将被拒绝。 通信量整形与管制 通用信元速率算法：漏桶算法-通信量整形（超出PCR,CDVT） 实际是一种根据合约的开环拥塞控制算法。,6.4.4 ATM通信量控制,ABR拥塞控制 可用比特率，虚电路不保证，相当于无连接闭环的拥塞控制 资源管理(RM)信元携带反映连接上拥塞状况的信息。 ABR得到拥塞状态反馈信息的两种机制： 简单的拥塞指示：数据信元的PT字段，显式前向拥塞指示EFCI比特，RM信元的拥塞指示(Congestion Indicator, CI)比特。 显式的速率反馈：RM信元的显示速率(Explicit Rate, ER)字段。 当RM信元返回后，发送端会根据CI和ER值调整信元发送速率。,