计算机网络第四章

计算机网络第四章第一节广域网概述首先介绍广域网基本技术与概念。包交换（PacketSwitch）：整个广域网由许多交换机组成，每台计算机都连接到交换机上。广域网中基本的交换机称为包交换机，因为它将整个包从一个站点传送到另一个站点。每个包交换机是一台小型计算机，它具有处理机和存储器以及用来收发包的输入/输出设备。包交换机硬件的组成取决于广域网技术和所需要的网络速度。第一节广域网概述广域网由一些互连的包交换机组成，并通过交换机连接计算机。一台交换机通常有多个输入/输出接口，能形成多种不同的拓扑结构并连接多台计算机。广域网不象共享局域网那样在一个给定时间内只允许一对计算机交换数据帧，它允许许多计算机同时发送数据包。广域网的包交换系统是存储转发（StoreandForward）交换。存储转发模式的系统能使包以硬件所允许的最快速度在网络中传输。第一节广域网概述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。结点交换机：执行分组存储转发功能。局域网协议主要在数据链路层（包含少量物理层内容），而广域网的协议在网络层。广域网的核心问题是路由选择。第一节广域网概述2、广域网提供的服务广域网提供两类服务：无连接的网络服务、面向连接的网络服务，即数据报服务、需电路服务。数据报服务：主机自由发送数据，每个分组独立选择路由。它是一种“尽最大努力交付”的服务。如因特网的IP数据报。虚电路服务：通过虚线路和确定的路由算法，数据到达端系统的顺序同发送一致。如X.25分组交换网。第一节广域网概述虚电路：由源系统至目的端系统之间由多段逻辑信道串接组成的逻辑通路。有比较好的通信服务质量QoS（QualityofService）。ABCDEFH1H2H3H4H5H6虚线路建立顺序：H1ABCDH4，H1ACDH4，H1AEFDH4，H2BAEH5第一节广域网概述ABCDEFH1H2H3H4H5H6H10B0H11C0H12E0B1E0前站入信道号后站出信道号H10B0各站逻辑信道表A站第一节广域网概述3、虚电路与数据报服务的主要区别内容虚电路数据报建立连接必须有不需要目的站地址连接建立阶段使用各分组都有全地址路由选择虚电路建立后,所有分组按同一路由各分组独立选择路由路由器故障通过该路由器的需电路无法工作出故障路由器会丢失分组，一些路由可能会变化分组顺序按顺序到达不按顺序差错控制通信子网负责主机负责流量控制通信子网负责主机负责第二节广域网中的路由选择机制1、广域网的物理编址每种广域网技术都精确定义了计算机在收发数据时使用的帧格式，并为连到广域网上的每台计算机分配了一个物理地址。广域网采用层次地址方案，使得转发效率更高。较简单的层次地址方案将一个地址分为两个部分：第一部分表示包交换机，第二部分表示连到该交换机上的计算机。如[3，5]表示的是连到包交换机3上的端口5的计算机的地址。第二节广域网中的路由选择机制1、广域网的物理编址存储下一站信息的表称为路由表（RoutingTable），转发一个包到下一站的过程称为路由（Routing）。两段式层次地址方案使得转发时仅使用第一部分地址。当包到达目的计算机所连接的交换机时，交换机才检查第二部分地址并选择目的计算机。第二节广域网中的路由选择机制2、广域网中的路由广域网中的每一台交换机都有一个路由表，路由表中的数据必须满足：完整的路由。每个交换机的路由表必须包含所有可能目的地的下一站的信息。路由优化。对于一个给定的目的地，交换机路由表中下一站的值必须是指向目的地的最短路径。第二节广域网中的路由选择机制2、广域网中的路由如图所示是包含三台交换机的广域网中计算机地址表示：[2，2]交换机2交换机1交换机3123312[1，1][1，3][3，1][3，2][2，3]第二节广域网中的路由选择机制2、广域网中的路由上图交换机2中的路由表如下所示：目的站下一站[1，1]交换机1[1，3]交换机1[3，1]交换机3[3，2]交换机3[2，2]本交换机[2，3]本交换机3、用图表示广域网用图表示广域网，用结点表示结点交换机，结点之间的边表示链路。第二节广域网中的路由选择机制目的站下一站1-2333431342结点1的路由表结点2的路由表结点3的路由表结点4的路由表目的站下一站132-3344目的站下一站11223-44目的站下一站1322334-第二节广域网中的路由选择机制目的站下一站1-*31342结点1的路由表结点2的路由表结点3的路由表结点4的路由表目的站下一站2-44*3目的站下一站11223-44目的站下一站224-*3默认路由：1、X.25建议书X.25是CCITT于1976年制定的著名标准，推动了分组交换网的发展。X.25是一个公用分组交换网（PPSN）接口的规格说明，即网络与网络外部数据终端设备DTE的接口标准。第三节X.25建议书1、X.25建议书第三节X.25建议书DCEDTEDTEDTEDCEDCEvc2vc1x.25公用分组交换网x.25接口x.25接口x.25接口x.25规定了DTE-DCE的接口2、X.25协议X.25协议包括三层：物理层（X.21协议）、数据链路层（平衡型链路接入规程LAPB）、分组层。分组层是X.25协议的核心部分。涉及在DTE和DCE之间虚线路建立/释放，分组传输控制（差错控制和流量控制）及异常处理。第三节X.25建议书2、X.25协议第三节X.25建议书数据链路层物理层高层分组层分组层数据链路层物理层X.21物理层接口LAPB数据链路层接口逻辑信道：多重信道接口至远程用户进程X.25的层次关系第三节X.25建议书字节\比特123456781格式标识逻辑信道组号2逻辑信道号3分组类型4同分组类型有关信息…数据X.25分组格式第三节X.25建议书3、X.25虚电路的建立和释放过程呼叫请求呼叫进入呼叫建立呼叫接收数据释放请求释放证实释放指示数据数据数据释放证实主叫方DTE主叫方交换机被叫方交换机被叫方DTE1、帧中继的基本概念由于光纤传输使得误码率小于10-9，网络的差错处理不再作为主要性能指标。此情形下，x.25协议缺点愈加明显：传输速率低、结点时延大、吞吐量小、传输成本高。80年代未提出帧中继标准。2、帧中继网络（FRN）结构FRN接入设施和FRN交换设施组成。3、帧中继的要点在交换结点中，收到帧首部随即转发；在帧中继网内部，取消流量控制、确认/重发功能；帧中继网内部只有物理层和数据链路层，并在数据链路层实现虚电路。第四节帧中继FR帧中继网络结构示意图：第四节帧中继FR接入设备FR路由器接入设备接入设备FR端系统非FR端系统帧中继网FR交换机T1/E1线路4、帧中继与X.25比较X.25分组交换网：结点收到完整分组后，检错，逐站确认，有错逐站重发，是一种完全差错控制。帧中继交换网：结点只识别出去向即转发；检测有错则中止转发，通知下游结点；中间结点不发确认。只检错，不确认/不重发，是一种有限差错控制。5、帧中继的帧格式类似HDLC，无“控制字段”（无序号，无确认）第四节帧中继FRF帧标头数据FCSF12--4不定（1600—2048）21字节上图为2字节帧标头格式。DLCI：数据链路连接标识，即逻辑信道号，标识虚线路在本链路段的编号。C/R：命令/响应。（在端系统中高层协议使用）FECN：前向显式拥塞通知。“1”为有“拥塞”。BECN：反向显式拥塞通知。“1”为有“拥塞”DE：“1”表示该帧在拥塞时可优先丢弃。第四节帧中继FR高位DLCIC/R0低位DLCIFECNBECNDE112--45678位5、帧中继的主要优点：减少网络互连的代价网络的复杂性减少，性能提高增加了互操作性协议的独立性第四节帧中继FR1、异步传输模式ATM的基本概念ATM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，采用信元（53字节）作为传输和交换的单位。ATM异步的含义：将ATM信元“异步插入”到同步的SDH比特流中。SDH为同步数字序列，它将同步比特流划分为一个个固定时间长度的帧，即同步时分复用。第五节异步传输模式ATM1、异步传输模式ATM的基本概念ATM的主要优点：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。能支持不同速率的各种业务。所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点。ATM使用光纤信道传输。误码率低，容量大，不必在数据链路层进行流量和差错控制。第五节异步传输模式ATM1、异步传输模式ATM的基本概念ATM的缺点：信元首部开销太大ATM网络包括：ATM端点：ATM端系统，在ATM网络中能够产生或接收信元的源站或目的站。它通过点到点的链路与ATM交换机相连。ATM交换机：快速分组交换机，交换容量达数百Gb/s，由交换结构、若干输入端口和输出端口、必要的缓存组成。第五节异步传输模式ATM1、异步传输模式ATM的基本概念ATM交换机的基本结构：第五节异步传输模式ATMabcdhgfe交换结构输入信元输出信元ATM交换机2、ATM的协议参考模型和信元结构ATM的协议参考模型第五节异步传输模式ATMATM适配层（AAL层）ATM层物理层CS子层SAR子层ATM层TC子层PMD子层2、ATM的协议参考模型和信元结构物理层PMD（物理媒体相关）子层：负责在物理媒体上正确传输和接收比特流，它完成只与媒体相关的功能，如编码和解码、比特定时以及光电转换。对于不同的传输媒体PMD子层是不同的。TC（传输汇聚）子层：实现信元流和比特流的转换，包括速率匹配、信元定界与同步、传输帧的产生与恢复。第五节异步传输模式ATM2、ATM的协议参考模型和信元结构ATM层：完成交换和复用功能。每个ATM连接用信元首部中的两级标号来识别：第一级标号是虚通路标识VCI，第二级标号是虚通道标识VPI。一条链路上可以有多条复用的虚通道，一条虚通道VP中可以复用多条虚通路。第五节异步传输模式ATM2、ATM的协议参考模型和信元结构ATM层的功能：信元的复用与分用信元的VPI/VCI转换信元首部的产生与提取流量控制第五节异步传输模式ATM2、ATM的协议参考模型和信元结构ATM适配层（AAL层）作用：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：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对比特差错进行检测和处理处理丢失和错误交付的信元流量控制和定时控制第五节异步传输模式ATM2、ATM的协议参考模型和信元结构ATM适配层（AAL层）：CS子层与SAR子层。有AAL1，AAL2，AAL3/4，AAL5类型。CS汇聚子层：使ATM系统可以对不同的应用提供不同的服务，每个AAL用户通过相应的SAP接入到AAL层，该层协议数据单元为CS-PDU。SAR拆装子层：发送时，将CS子层传下来的CS-PDU划分成长度为48字节的单元，交给ATM层作为信元的有效载荷。接收时，执行相反操作。第五节异步传输模式ATM2、ATM的协议参考模型和信元结构第五节异步传输模式ATMATM端点ATM端点交换机交换机ATM网络物理层物理层物理层物理层物理层物理层ATM层ATM层ATM层ATM层AAL层AAL层IP层IP层ATM网络2、ATM的协议参考模型和信元结构第五节异步传输模式ATMAAL1AAL253字节AAL3/4AAL5UTPSTP同轴电缆光纤不同类型的应用AAL层ATM层物理层信元2、ATM的协议参考模型和信元结构ATM信元结构第五节异步传输模式ATM首部有效载荷5字节48字节GFCVPIVCIPTCLPHECVPIVCIPTCLPHECUNINNI4816318比特2、ATM的协议参考模型和信元结构ATM信元首部各字段的作用：通用流量控制GFC：4位，实现共享媒体上接入流量控制，类似局域网的MAC子层。路由字段VPI/VCI：24位，理论上一台主机最多可以建立256个