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第6章广域网广域网的基本概念6.1广域网中的分组转发机制6.2异步传递方式ATM6.3其它广域网6.46.1广域网的基本概念6.1.1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。通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。在广域网中的一个重要问题就是路由选择和分组转发。图6-1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。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。局域网局域网广域网路由器结点交换机互联网图6-1由局域网和广域网组成互联网6.1.2数据报和虚电路网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类，即无连接的网络服务和面向连接的网络服务。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。图6-2中分别画出了网络提供数据报服务和提供虚电路服务的特点。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。在图6-2(b)中，我们设寻找到的路由是A→B→E。图6-2数据报服务和虚电路服务表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表6-1归纳了虚电路服务与数据报服务的主要区别。6.2广域网中的分组转发机制分组交换网的分组转发是基于查表的。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(forwardingtable)的方法，找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。路由选择则是构造路由表(routingtable)①的过程。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(hierarchicaladdressing)。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。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，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。所连接的交换机的编号所连接的交换机端口号计算机在广域网中的地址图6-3最简单的层次地址图6-4中有三个交换机，其编号分别为1,2和3。每个交换机所连接的主机也按接入的低速端口编上号码。456745674567交换机1交换机2[1,1][1,3][3,2][2,1][2,2]交换机2的转发表1是交换机号3是交换机的端口号下一跳3是交换机的端口号1是交换机号目的站[3,3]目的站下一跳[1,1]交换机1[1,3]交换机1[3,2]交换机3[3,3]交换机3[2,1]直接[2,2]直接交换机3123123123图6-4主机在广域网中的地址和交换机中的转发表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采用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。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。12341结点边243图6-5用图表示一个广域网根据图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。使用了默认路由的简化转发表如图6-7所示。目的站下一跳1直接233343结点1的转发表目的站下一跳132直接3344结点2的转发表目的站下一跳11223直接44结点3的转发表目的站下一跳1322334直接结点4的转发表可以合并可以合并可以合并图6-6图6-5中各结点的转发表目的站下一跳1直接默认3结点1的转发表目的站下一跳2直接44默认3结点2的转发表目的站下一跳11223直接44结点3的转发表目的站下一跳224直接默认3结点4的转发表默认路由图6-7使用了默认路由的简化转发表6.3异步传递方式ATM6.3.1ATM的基本概念异步传递方式ATM(AsynchronousTransferMode)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。同步传递方式STM(SynchronousTransferMode)是使各个终端之间有称之为帧参考的一个共同时间参考。ATM的主要优点如下：（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。ATM的一个明显缺点就是信元首部的开销太大。6.3.2ATM的协议参考模型和信元结构ATM的协议参考模型，如图6-10所示。图6-10ATM的协议参考模型ATM的协议参考模型共有3层，从上往下看是ATM适配层、ATM层和物理层。这3层与OSI的层次无法严格对应。（1）ATM适配层ATM传送和交换的是53字节固定长度的信元，但是，上层的应用程序向下层传递的并不是53字节长的信元。例如，在因特网的IP层传送的是各种长度的IP数据报。因此，当IP数据报需要在ATM网络上传送时，就需要有一个接口，它能够把IP数据报装入一个个ATM信元，然后在ATM网络中传送。这个接口就是在ATM层上面的ATM适配层，记为AAL层(ATMAdaptationLayer)。AAL层的作用就是增强ATM层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。图6-11表示不同信源发出的信号（话音、视频、数据等）通过适当的变换后（这里省略了很多细节和步骤），都要传送到AAL层，成为固定长度的数据块（48字节长），然后交给ATM层，加上5字节的首部后变成为53字节的固定长度信元。话音信号数据信号视频信号A/DA/DAAL层AAL层ATM层ATM层48字节数据块长度可变的突发数据分组数字化的采样信号图像帧压缩的编码信号AAL层AAL层AAL层AAL层48字节数据块48字节数据块53字节信元ATM层ATM层ATM层ATM层53字节信元53字节信元添加首部添加首部添加首部图6-11AAL层把48字节长的数据块交给ATM层，加上5字节的首部后变成53字节的信元ITU-T规定了ATM网络可向用户提供几种类型(type)的服务。目前AAL5（即AAL的类型5）是和IP数据报配合起来使用的一种ATM适配层。图6-12表示从层次上看，IP数据报怎样通过AAL层把一个IP数据报划分为48字节的数据块（最后不足48字节的数据块要用0进行填充），然后在ATM层加上5字节的首部，构成为ATM信元。48字节5字节首部有效载荷ATM信元（53字节）VPIVCI发送在前IP数据报48字节填充IP层AAL层ATM层图6-12从IP数据报转换为ATM信元（2）ATM层ATM层主要完成ATM信元的交换和复用功能，与传送ATM信元的物理媒体或物理层无关。每一个ATM连接都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符VCI(VirtualChannelIdentifier)，第二级标号是虚通道标识符VPI(VirtualPathIdentifier)。我们应当注意到，图6-12强调了ATM信元的首部中有VCI和VPI这两个标识符（在首部中当然还有其他的一些信息，这里从略）。虚通路VC是在两个或两个以上的端点之间运送ATM信元的通信通路。虚通道VP包含有许多相同端点的虚通路，而这许多虚通路都使用同一个虚通道标识符VPI。图6-13表示了使用VPI和VCI来标识VP和VC的方法。如果我们用高速公路来比喻，那么在两个城市之间的高速公路相当于虚通道VP，这些高速公路的编号是VP1,VP2…虚通路VC则相当于每条高速公路上的车道，编号是VC1,VC2…因此，汽车的行驶情况由VPx,VCy确定（即高速公路VPx上的车道VCy）。传输链路虚通道VPxVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCxVPyVPz虚通路图6-13ATM连接的标识符VCI和VPI在一个给定的接口上，属于两个不同的VP的两个VC，可以具有相同的VCI。如图6-13所示的3个不同的虚通道VP都可以使用相同的虚通路标识符VCx或VCy。因此，要同时使用VPI和VCI这两个参数才能完全识别一个虚通路VC。应当强调指出，一个给定的VCI值并没有端到端的意义。VP在经过集中器或交换机时，其VPI也会改变。关于这点后面还要讨论。（3）物理层物理层实现信元流和比特流的转换，以及在物理媒体上正确传输和接收比特流。当使用光纤传输时，物理层还必须完成从电信号到光信号（或反过来）的转换。需要强调的是，AAL层的功能只能驻留在ATM端点之中，而在ATM交换机中只有物理层和ATM层。图6-14表示出了这个概念。对应于每一个ATM交换机的物理层都画了两个，这表示在不同的链路可采用不同的物理传输媒体。图6-14AAL层只能驻留在ATM端点之中从图6-14我们可以看出，当孤立地观察ATM网络时，ATM网络就像一个广域网，因为它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机，并且向上提供虚电路服务。因此，有关ATM技术的内容可以放在广域网这一章来讨论。但是，当ATM网用于因特网的主干网时，那么从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。从这个角度看，整个ATM网络又好像是处在数据链路层。这就是为什么在前面曾指出，ATM体系结构中的层次和OSI的层次很难有严格的对应关系。6.3.3ATM的逻辑连接机制在ATM中使用的虚通路是一种逻辑连接，虚通路是ATM网络中的一个基本交换单元。在下面图6-15的例子中，我们设从端点A到端点B经过ATM交换机X,Y和Z。图中用粗线表示信元通过的这条特定路径A→X→Y→Z→B。图6-15端点A通过ATM交换机X,Y和Z与端点B建立了一条逻辑连接6.4其他广域网6.4.1X.25分组交换网X.25所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。6.4.2帧中继FR帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。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。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。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(fastpacketswitching)。当正在接收一个帧时就转发此帧，通常被称为快速分组交换(fastpacketswitching)。快速分组交换在实现的技术上有两大类，它是根据网络中传送的帧长是可变的还是固定的来划分。在快速分组交换中，当帧长为可变时就是帧中继；当帧长为固定时（这时每一个帧叫做一个信元）就是信元中继(CellRelay)，像异步传递方式ATM就属于信元中继。帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据分开的另一个逻辑连接上传送的（即共路信令或带外信令）。帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处理。帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务。虚电路一般分为交换虚电路SVC和永久虚电路PVC两种，但帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供链路层的永久虚电路服务。永久虚电路的优点是在通信时可省去建立连接的过程。如果有N个路由器需要用