计算机网络教程谢希仁第06章广域网

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1、计算机网络教程第6章 广域网谢希仁第6章 广域网本章目录第6章广域网16.1广域网的基本概念16.1.1广域网的构成16.1.2数据报和虚电路16.2广域网中的分组转发机制36.2.1在结点交换机中查找转发表36.2.2路由表的简化46.3异步传递方式ATM46.3.1ATM的基本概念56.3.2ATM的协议参考模型和信元结构56.3.3ATM的逻辑连接机制86.4其他广域网86.4.1X.25分组交换网86.4.2帧中继FR96.1 广域网的基本概念6.1.1 广域网的构成1. 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。2. 通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。3. 在广域

2、网中的一个重要问题就是分组的转发机制。4. 图6-1_P125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。5. 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1. 网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：1) 即无连接的网络服务（数据报服务）。(1) 网络随时都可接受主机发送的分组（即数据报）。(2) 网络为每个分组独立地选择路由。(3) 网络只是尽最大努力将分组交付给目的主机。(4) 网络不保证所传送的分组不丢失。(5) 网络不保证按源主机发送分组的先后顺序向目

3、的主机交付分组。(6) 网络不保证在多长的时限内必须交付分组。2) 和面向连接的网络服务（虚电路服务）。(1) 虚电路服务的思路来源于传统的电信网。(2) 网络需要提供端到端的可靠通信。(3) 可靠通信由事先建立端到端的连接（即虚电路）来保证。(4) 通信完结后则需要拆除原先建立的连接。3) 关于网络层应当采用数据报服务还是虚电路服务的争论。4) 关于应由网络来保证通信的可靠和由智能主机来保证通信的可靠的争论。5) 关于对网络的控制功能应分散还是应集中的争论。2. 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。1) 图6-2_P125中分别画出了网络提供数据报服务和提供虚电路服务的

4、特点。2) 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。3) 在图6-2(b)中，我们设寻找到的路由是ABE。4) 表6-1归纳了虚电路服务与数据报服务的主要区别。表6-1虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不要目的站地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有目的站的全地址路由选择在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由每个分组独立选择路由当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总

5、是按发送顺序到达目的站到达目的站时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制由分组交换网负责由用户主机负责6.2 广域网中的分组转发机制1. 分组交换网的分组转发是基于查表的。2. 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。3. 路由选择则由构造路由表（routing table）的开始。4. 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1) 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（hi

6、erarchical addressing）。2) 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：(1) 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，(2) 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。3) 如图6-4所示有三个交换机，其编号分别为1、2和3。(1) 每个主机也按接入的交换机和低速端口进行编号。(2) 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1) 采用

7、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1. 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。2. 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”。3. 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。4. 使用了默认路由的简化转发表如图6-7所示。6.3 异步传递方式ATM6.3.1 ATM的基本概念1.

8、 面向连接的ATM网络1) 参见图6-8_P131.2) 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，它采用定长分组作为传输和交换的单位，能够较好地对宽带信息进行交换。3) 这种定长分组叫做信元（cell）。4) 国际标准同步数字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy）（参见第3章3.6节）。(1) 是指网络中各链路上的比特流都是受同一个非常精确的主时钟的控制。(2) 这些比特流被划分为长度固定的“时间组”称为“时间帧”。(3) “时间帧”序列类似于自动电梯。5)

9、 ATM名词中的“异步”是指将ATM信元“异步插入”到同步的SDH比特流中。类似于人们“异步地”（或随机地）踏入自动电梯。2. ATM的主要优缺点如下：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。由于光纤信道的误码率极低，且容量很大，因此不必在数据链路层进行差错控制和流量控制（放在高层处理）。5) ATM的一个明显缺点就是信元首部的开销太大，即5字节的信元首部在整个53字节的信元中所占的比例相当大。3. ATM交换机。

10、1) ATM网络中最重要的设备。2) 就是快速分组交换机。3) 主要构件是：(1) 交换结构(2) 若干高速输入、输出端口(3) 必要的缓存(4) 参见图6-9_P133（未画出缓存）：6.3.2 ATM的协议参考模型和信元结构1. ATM的协议参考模型参见图6-10_P133。2. 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）。3. 各层简介1) ATM适配层(1) 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。(2) ITU-T的I.362规定了AAL向上

11、提供的服务是：A. 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；B. 对比特差错进行监控和处理；C. 处理丢失和错误交付的信元；D. 流量控制和定时控制。(3) ITU-T规定了ATM网络可向用户提供四种类别（class）的服务，从A类到D类。服务类别的划分是根据：A. 比特率是固定的还是可变的；B. 源站和目的站的定时是否需要同步；C. 是面向连接还是无连接。D. 表6-2是这4个类别服务的比较。表6-2ATM网络向用户提供的四种服务服务类别(class)A类B类C类D类AAL类型(type)AAL1, AAL5AAL2, AAL5AAL3/4, AAL5AAL3

12、/4, AAL5比特率恒定可变是否需要同步需要不需要连接方式面向连接无连接应用举例64 kbit/s话音变比特率图像面向连接数据无连接数据(4) AAL层又划分为两个子层：A. 汇聚子层CS（Convergence Sublayer）B. 拆装子层SAR（Segmentation And Reassembly）C. 以上所述可归纳为补充图1所示的砂漏模型（即样子是上下宽、中间窄的砂漏）。(5) 补充图2为ATM信元的格式。(6) ATM信元首部中各字段的作用：A. 类属流量控制GFC（Generic Flow Control）：4 bit字段，通常置为0。B. VPI/VCI：即路由字段。C.

13、 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）。D. 信元丢失优先级CLP（Cell Loss Priority）：1bit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）。E. 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。2) ATM层(1) 图6-13_P135表示了使用VPI和VCI来标识

14、VP和VC的方法。(2) ATM层的功能是：A. 信元的复用与分用；B. 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）；C. 信元首部的产生与提取；D. 一般的流量控制。3) 物理层(1) 物理层的功能：A. 实现信元流和比特流的转换。B. 在物理媒体上正确传输和接收比特流。(2) 需要强调的：A. AAL层的功能只能驻留在ATM端点之中。B. 在ATM交换机中只有物理层和ATM层。C. 图6-14_P135表示出了这个概念：a) 对应于每一个ATM交换机的物理层都画出了两个，这表示在不同的链路可采用不同的物理传输媒体。b) 当孤立地观察ATM网络时，ATM网络就

15、像一个广域网，因为：i. 它可以覆盖很大的地理范围。ii. 有自己的网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机。iii. 向上提供虚电路服务。c) 当ATM网用于因特网的主干网时，从IP层看，整个ATM网络又相当于两个IP结点之间的一条数据链路。6.3.3 ATM的逻辑连接机制1. 在ATM中使用的虚通路是一种逻辑连接。2. 虚通路是ATM网络中的一个基本交换单元。1) 两个ATM端点要进行通信，首先必须建立虚通路连接。2) 然后才能在这个端到端连接上进行全双工的通信。3) 数据传送完毕后再释放连接。3. 多个虚通路组成一个虚通道，或者说一个虚通道包括许多个虚通路。6.4 其他广域网6.4.1

16、X.25分组交换网1. X.25所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。2. 这一概念如补充图3所示。3. 补充图4表示X.25接口的3个层次。1) 最下面是物理层，接口标准是X.21建议书。2) 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。3) 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）。4) 从第一层到第三层，数据传送的单位分别是“比特”、“帧”和“分组”。5) 当利用现有的一些X.25网来支持因特网的服务时，X.25网就表现为数据链路层的链路。补充图5说明了这一情况。6.4.2 帧

17、中继FR1. 帧中继（Frame Relay）就是一种减少结点处理时间的技术。2. 帧中继的原理很简单：1) 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。2) 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。3) 这种传输数据的帧中继方式也称为X.25的流水线方式。3. 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。4. 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）。5. 帧中继的帧长是可变的。6. 还有一种叫做信元中继（Cell Relay）的快速分组交换，它采用固定帧长，每一个帧叫做一个信元。7. 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。第 9 页 共 9 页