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第6章 广域网第6章 广域网n6.1 概述n6.2 广域网传输控制机制n6.3 X.25和帧中继n6.4 异步传输模式6.1 概述nWAN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。n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。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n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:n电路交换(Circuit Switching)n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。n优点是数据传输可靠、迅速,保持顺序。n缺点是线路的利用率不高。6.2.1 数据交换技术n报文交换(Message Switching)n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:n报文传输的线路不是专用的,可以被多个传输所利用n不要求收方和发方同时处于可用状态。n可以实现一对多的传输,可以实现优先级传输。n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。n传输时延比电路交换大。n分组交换(Packet Switching)n以分组为单位的存储转发的传输方式。n优点主要有:6.2.1 数据交换技术n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。n各转发结点并行进行处理,降低了传输时间。n对于传输中的错误,只需要发出错的分组,提高了效率。n分组交换分为两种方式:数据报(Datagram)和虚电路 (Virtual Circuit)。n虚电路:交换虚电路(Switched Virtual Circuit, SVC)和 永久虚电路(Permanent Virtual Circuit, PVC)两种。n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。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 6.2.2 分组转发和动态路由n分组转发机制n基于路由表的下一跳分组转发机制。n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)。n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。n简化:确定下一跳只根据目的站地址中的交换机号。n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n路由算法n静态路由(Static Routing)n动态路由(Dynamic Routing)n路径度量(Metric)n距离:路径的长度。n跳数:路径所经过的交换机数目。n时延:分组由源站到达目的站所花费的时间。n费用:借助电信等部门的通信线路需交纳费用。n可靠性:链路的误码率。n研究WAN的路由问题时,WAN可以用一个图来表示。n路由算法或称路由选择算法是由图求出优化路由的算法。n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n网络拥塞(Congestion)现象n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。n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。n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n拥塞控制的基本策略n开环控制n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n闭环控制n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)。n分组丢弃n葡萄酒策略,牛奶策略。n随机早期检测(Random Early Detection, RED)。nRED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n1976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。nX.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。n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;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n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。nATM传输的单位是信元(Cell),长度为53B。n当交换结点收到信头,ATM就开始转发信元,属于FPS。nATM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。nATM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nATM的层次结构n物理层nPMD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。6.4.2 ATM体系结构nTC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:n信元差错校验。n传输帧的生成与恢复。n速度适配。n信元定界。 ATM信元装载于STM-1帧的例子 6.4.2 ATM体系结构nATM层n信元格式UNI (a)和NNI(b)的信元头部 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 6.4.2 ATM体系结构nAAL层n对用户屏蔽ATM层的具体特性,实现端到端的通信。nAAL仅在ATM网络的端点(主机、IP路由器等)实现。n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。nAAL5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 6.4.3 ATM服务质量和服务类型n网络QoS参数和用户通信量参数n下面3个参数用来描述网络提供的QoS:n信元丢失率(Cell Loss Ratio, CLR) n信元传送时延(Cell Transfer Delay, CTD)n信元时延偏差(Cell Delay Variation, CDV)n以下5个参数用来描述用户的通信量:n峰值信元速率(Peak Cell Rate, PCR)n最小信元速率(Minimum Cell Rate, MCR)n持续信元速率(Sustained Cell Rate, SCR)n最大突发量(Maximum Burst Size, MBS)n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nATM服务类型nATM论坛制定了5种服务类型:n恒定比特率(Constant Bit Rate, CBR)n实时可变比特率(real-time Variable Bit Rate, rt-VBR)n非实时可变比特率(non-real-time Variable Bit Rate, nrt -VBR)。n不指明比特率(Unspecified Bit Rate, UBR)n可用比特率(Available Bit Rate, ABR)6.4.3 ATM服务质量和服务类型6.4.4 ATM通信量控制n资源预约和接纳控制n通信量整形与管制n通用信元速率算法(Generic Cell Rate Algorithm, GCRA) ,使用漏桶算法。nABR拥塞控制n资源管理(RM)单元携带反映连接上拥塞状况的信息。nABR得到拥塞状态反馈信息的两种机制:n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。n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。
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