计算机网络与通信(第6章)

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6.3X.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。典型的WAN技术有X.25、帧中继(FrameRelay,FR)和异步传输模式(AsynchronousTransferMode,ATM)等。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(CircuitSwitching)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报文交换(MessageSwitching)以报文为单位的存储转发(StoreandForward)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(PacketSwitching)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(VirtualCircuit)。虚电路：交换虚电路(SwitchedVirtualCircuit,SVC)和永久虚电路(PermanentVirtualCircuit,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-OrientedService)，而数据报分组交换方式提供的网络服务是无连接的服务(ConnectionlessService)。6.2.1数据交换技术快速分组交换(FastPacketSwitching,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(FlatAddressingScheme)。WAN采用分级编址方案(HierarchicalAddressingScheme)。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(RoutingTable)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(NextHop)。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(DefaultRoute)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(StaticRouting)动态路由(DynamicRouting)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。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(ResourceReservation)和接纳控制(AdmissionControl)。6.2.3拥塞控制漏桶算法(LeakyBucketAlgorithm)是一种著名的开环控自算法。令牌桶算法(TokenBucketAlgorithm)。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(SourceQuench)。分组丢弃葡萄酒策略，牛奶策略。随机早期检测(RandomEarlyDetection,RED)。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。1aacLLLalowLLahighLLlowahighLLL6.3X.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(PacketSwitchedPublicDataNetwork,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。帧中继(FrameRelay,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；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。6.4异步传输模式6.4.1信元交换同步传输模式(SynchronousTransferMode,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。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。6.4.2ATM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。6.4.2ATM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：信元差错校验。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6.4.2ATM体系结构ATM层信元格式UNI(a)和NNI（b）的信元头部6.4.2ATM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6.4.2ATM体系结构ATM信元传输示例6.4.2ATM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。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(SimpleandEfficientAdaptiveLayer,SEAL)，是应用最广泛的AAL层协议。AAL5分为汇聚子层(ConvergenceSublayer,CS)和分断重组子层(SegmentationAndReassembly,SAR)，SAR在CS之下。CS又分为特定业务子层(ServiceSpecificCS,SSCS)和公共部分汇聚子层(CommonPartCS,CPCS)，CPCS在SSCS之下。6.4.2ATM体系结构ATM网络的协议结构6.4.2ATM体系结构AAL5数据处理6.4.3ATM服务质量和服务类型网络QoS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(CellLossRatio,CLR)信元传送时延(CellTransferDelay,CTD)信元时延偏差(CellDelayVariation,CDV)以下5个参数用来描述用户的通信量：峰值信元速率(PeakCellRate,PCR)最小信元速率(MinimumCellRate,MCR)持续信元速率(SustainedCellRate,SCR)最大突发量(MaximumBurstSize,MBS)信元时延偏差容差(CellDelayVariationTolerance,CDVT)6.4.3ATM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(ConstantBitRate,CBR)实时可变比特率(real-timeVariableBitRate,rt-VBR)非实时可变比特率(non-real-timeVariableBitRate,nrt-VBR)。不指明比特率(UnspecifiedBitRate,UBR)可用比特率(AvailableBitRate,ABR)6.4.3ATM服务质量和服务类型6.4.4ATM通信量控制资源预约和接纳控制通信量整形与管制通用信元速率算法(GenericCellRateAlgorithm,GCRA)，使用漏桶算法。ABR拥塞控制资源管理(RM)单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(CongestionIndicator,CI)比特。显式的速率反馈：RM信元的显示速率(ExplicitRate,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。