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1、计算机网络Computer Networks南京邮电大学计算机学院计算机通信教研室第五章第五章 广域网广域网n广域网的基本概念广域网的基本概念n交换的基本原理交换的基本原理n分组转发和拥塞控制分组转发和拥塞控制nX.25X.25分组交换网分组交换网n帧中继网帧中继网nATMATM网网内容纲要内容纲要2 2内容纲要内容纲要n广域网的基本概念广域网的基本概念n交换的基本原理交换的基本原理n分组转发和拥塞控制分组转发和拥塞控制nX.25X.25分组交换网分组交换网n帧中继网帧中继网nATMATM网网3 3广域网的基本概念广域网的基本概念n广域网的构成广域网的构成当当主主机机之之间间的的距距离离较较远
2、远时时，例例如如，相相隔隔几几十十或或几几百百公公里里，甚甚至至几几千千公公里里，局局域域网网显显然然就就无无法法完完成成主主机机之之间间的的通通信信任任务务。这这时时就需要另一种结构的网络，即就需要另一种结构的网络，即广域网广域网。n广域网的特点广域网的特点网网络络范范围围大大，距距离离远远；网网络络用用户户数数量量多多，网络拓扑结构复杂。网络拓扑结构复杂。4 4由局域网和广域网组成互联网互联网局域网局域网广域网路由器结点交换机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 5广域网和互联网广域网和互联网n广域网是广域网是单个的网络单个的网络，它使用，它使用结点交换
3、机结点交换机连接各主机连接各主机而不是用路由器连接各网络。而不是用路由器连接各网络。n结点交换机结点交换机在单个网络中转发分组，而在单个网络中转发分组，而路路由器由器在多个网络构成的互联网中转发分组。在多个网络构成的互联网中转发分组。n连接在一个广域网（或一个局域网）上的连接在一个广域网（或一个局域网）上的主机在该网内进行通信时，只需要使用其主机在该网内进行通信时，只需要使用其网络的网络的物理地址物理地址即可。即可。n即使是覆盖范围很广的互联网，也不是广即使是覆盖范围很广的互联网，也不是广域网，因为在互联网中，不同网络的域网，因为在互联网中，不同网络的“互互连连”才是其最主要的特征。才是其最主
4、要的特征。6 6内容纲要内容纲要n广域网的基本概念广域网的基本概念n交换的基本原理交换的基本原理n分组转发和拥塞控制分组转发和拥塞控制nX.25X.25分组交换网分组交换网n帧中继网帧中继网nATMATM网网7 7交换的基本原理交换的基本原理n交换是一种交换是一种集中集中和和转接转接的概念。的概念。n广域网分布范围广，用户众多，网络广域网分布范围广，用户众多，网络拓扑结构复杂。多个用户之间的通信，拓扑结构复杂。多个用户之间的通信，如果采用点对点直接连接的方式，网如果采用点对点直接连接的方式，网络规模大，费用高，线路利用率低。络规模大，费用高，线路利用率低。n采用交换方式，利用集中和转接的概采用
5、交换方式，利用集中和转接的概念，通过选择和复用技术，可以提高念，通过选择和复用技术，可以提高线路资源的利用率，简化网络拓扑结线路资源的利用率，简化网络拓扑结构，降低网络成本。构，降低网络成本。8 8通信子网的组成通信子网的组成网络拓扑结构网络拓扑结构交换节点交换节点转接中心转接中心用户线用户线中继线中继线全连通全连通9 9通信网交换节点的基本组成通信网交换节点的基本组成交换交换网络网络用户用户接口接口中继中继接口接口控制控制单元单元信号信号单元单元中继线中继线用户线用户线（1 1）建立连接）建立连接（2 2）维持连接）维持连接（3 3）拆除连接）拆除连接1010通信网交换方式分类通信网交换方式
6、分类电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换快速分组交换快速分组交换多速率电路交换多速率电路交换快速电路交换快速电路交换存储存储 -转发转发ATMATM交换交换X.25X.25分组网分组网帧中继帧中继信元交换信元交换1111交换方式交换方式n一个通信网络由许多交换节点组成，一个通信网络由许多交换节点组成，信息在网络中的传输要经过一系列的信息在网络中的传输要经过一系列的交换节点，从一条线路转换的另一条交换节点，从一条线路转换的另一条线路，最后到达目的地。交换节点转线路，最后到达目的地。交换节点转发信息的方式，就称为交换方式。发信息的方式，就称为交换方式。电路交换电路交换报文交换报文交换分
7、组交换分组交换1212交换方式交换方式电路交换电路交换n在这里，在这里，“交换交换”(switching)的含义的含义是：是：转接转接把一条电话线转接到另一条电话把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。线，使它们连通起来。n从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是按照某种方式就是按照某种方式动态地分配动态地分配传输线路传输线路的资源。的资源。1313电路交换nA和和B通话经过四个交换机通话经过四个交换机n通话在通话在A到到B的连接上进行的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA1414电路交换正向证实信号正向证实信号正向拆线信号正
8、向拆线信号主叫挂机主叫挂机反向拆线信号反向拆线信号被叫挂机被叫挂机被叫用户被叫用户主叫用户主叫用户回铃音回铃音取机取机拨号拨号拨号音拨号音占用信号占用信号占用信号占用信号振铃振铃通话通话(信息传送信息传送)连接连接释放释放呼叫呼叫建立建立A A局局B B局局C C局局挂机挂机1515电路交换方式的传输时延电路交换方式的传输时延连接释放连接释放数据传送数据传送连接建立连接建立ABCDt报文报文1616电话网采用电路交换电话网采用电路交换C1C4C3C2C3本地网本地网省中心省中心省间中心省间中心地市中心地市中心县中心县中心长途网长途网AB1717电电路交换的主要特点路交换的主要特点1.1.电电路
9、路交交换换是是一一种种实实时时交交换换，适适用用于于实实时时要要求求高高的的话音通信话音通信(全程全程 200 ms)200 ms)。2.2.在在通通信信前前要要通通过过呼呼叫叫为为主主、被被叫叫用用户户建建立立一一条条物物理理连连接接。如如果果呼呼叫叫请请求求数数超超过过交交换换网网的的连连接接能能力力(过过负负荷荷)，用用户户会会听听到到忙忙音音。衡衡量量电电话话交交换换服服务务质量指标之一：呼叫损失率。质量指标之一：呼叫损失率。3.3.电电路路交交换换是是预预分分配配带带宽宽，话话路路接接通通后后，即即使使无无信信息息传传送送也也白白白白占占电电路路，据据统统计计，传传送送话话音音时时电
10、电路路利用率仅为利用率仅为36%36%。4.4.在在传传送送信信息息时时，没没有有任任何何差差错错控控制制措措施施，不不利利于于传输可靠性要求高的突发性数据业务。传输可靠性要求高的突发性数据业务。1818电电路交换的主要特点路交换的主要特点电电路交换网的交换设备可选用程控电话交换机路交换网的交换设备可选用程控电话交换机 （数字化）。电话网的设计对象是话音通信，在电（数字化）。电话网的设计对象是话音通信，在电话网的数据传输，是电话网的增值业务。话网的数据传输，是电话网的增值业务。计算机在计算机在电电路交换网上通信：点到点，遵循路交换网上通信：点到点，遵循ITU-TITU-T的的V V系列建议。系
11、列建议。要求通信双方主机设置一致，如异步串行通信：要求通信双方主机设置一致，如异步串行通信：数据速率数据速率 数据位数据位 停止位停止位 校验方式（校验方式（E E、O O、N N）1919报文交换n报文交换的特点：报文交换的特点：存储存储-转发转发t用户电报机用户电报机B用户电报机用户电报机AA局局B局局C局局M1M1M1M1传播时延传播时延传输时延传输时延存储存储/处理时延处理时延2020报文交换的传输时延报文交换的传输时延报报文文报报文文报报文文ABCDt2121报文交换的时延特性报文交换的时延特性n报报文文从从用用户户电电报报终终端端到到交交换换节节点点，或或交交换换节节点点间间的存储
12、转发过程包括四方面的时延：的存储转发过程包括四方面的时延：(1)传播时延传播时延(PropagationDelay)tprop=L/v式式中中，tprop为为传传播播时时延延，L为为传传输输距距离离，v为为电电波波速速度度(3x105公里公里/秒秒)(2)传输时延传输时延(TransmissionDelay)tT=D/C式式中中，tT为为传传输输时时延延，D为为报报文文长长度度，C为为传传输输速速率。率。2222报文交换的时延特性报文交换的时延特性(3)处理时延处理时延(ProcessingDelay)处处理理时时延延是是指指交交换换节节点点内内部部执执行行程程序序所所开开销销的的时时间间。t
13、proc与与报报文文长长度度、处处理理机机处处理理能能力有关。力有关。(4)存储时延存储时延(QueueingDelay)交换节点将收到的报文先在缓存单元存交换节点将收到的报文先在缓存单元存储，等待转发处理。存储时延也就是在缓储，等待转发处理。存储时延也就是在缓存单元的排队时间存单元的排队时间tq。tq是随机的，与交换是随机的，与交换节点的交换能力、网络负荷有关。节点的交换能力、网络负荷有关。2323报文交换特点报文交换特点(1)(1)交交换换节节点点采采用用存存储储转转发发方方式式对对每每份份报报文文完整地完整地加以处理。加以处理。(2)(2)每每份份报报文文中中含含有有报报头头，包包含含收
14、收、发发双双方方的的地地址址，以以便便交交换换节节点点进进行行路路由由选选择择，可可以一对多地传送报文。以一对多地传送报文。(3)(3)报文交换可进行速率、码型的变换，具报文交换可进行速率、码型的变换，具有差错控制措施。有差错控制措施。(4)(4)存储转发时延大，随机性也大存储转发时延大，随机性也大，过负过负荷时将会导致报文延迟。荷时将会导致报文延迟。2424分组交换（Packet Switching）P2P1报文报文2525分组交换的传输时延分组交换的传输时延P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4ABCDP2P12626分组交换的特点分组交换的特点（1）可实现）可实现多路通信功能多路通信功
15、能。（2）采用统计时分多路复用，提高了）采用统计时分多路复用，提高了线路利线路利用率用率。（3）能够实现）能够实现不同类型不同类型的数据终端设备（含的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的编码、不同的有不同的传输速率、不同的编码、不同的通信控制规程等）之间的通信。通信控制规程等）之间的通信。（4）数据传输质量高、可靠性高，可使用）数据传输质量高、可靠性高，可使用优优先级先级。（5）提高了链路利用率，经济性好。）提高了链路利用率，经济性好。2727分组交换的缺点分组交换的缺点n由于采用由于采用存储存储转发方式转发方式处理分组，所以分处理分组，所以分组在网内的组在网内的平均时延平均时延可达几百毫
16、秒。可达几百毫秒。n每个分组附加的分组标题，都会需要交换机每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分析处理，而分析处理，而增加开销增加开销，因此分组交换适宜，因此分组交换适宜于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用。境中应用。n分组交换分组交换技术比较复杂技术比较复杂，涉及到网络的流量，涉及到网络的流量控制、差错控制、编码、速率的变换方法和控制、差错控制、编码、速率的变换方法和接口；网络的管理和控制的智能化等接口；网络的管理和控制的智能化等。2828数据报和虚电路数据报和虚
17、电路n根据网络接口和网络中继节点对分组根据网络接口和网络中继节点对分组的路由选择和转发方式不同，网络层的路由选择和转发方式不同，网络层为连接在网络上的主机所提供的分组为连接在网络上的主机所提供的分组交换服务可以有两大类：交换服务可以有两大类：无连接无连接的网络服务（数据报服务）的网络服务（数据报服务）面向连接面向连接的网络服务（虚电路服务）的网络服务（虚电路服务）2929数据报数据报n数据报是分组交换网向用户提供的一种无连数据报是分组交换网向用户提供的一种无连接的网络服务方式。接的网络服务方式。n通信前不需要先在源和目的节点之间建立一通信前不需要先在源和目的节点之间建立一个连接个连接，分组在网
18、络中是采用逐段链路进行，分组在网络中是采用逐段链路进行存储存储转发处理，每个分组都作为一个转发处理，每个分组都作为一个独立独立的报文来处理。的报文来处理。n每个分组每个分组独立地独立地进行路由选择，一个报文的进行路由选择，一个报文的多个分组可能通过多个分组可能通过不同的不同的路径传送，分组到路径传送，分组到达目的结点的顺序可能与发送顺序不同。达目的结点的顺序可能与发送顺序不同。3030虚电路虚电路n虚电路是分组交换网向用户提供的一种面向虚电路是分组交换网向用户提供的一种面向连接连接(ConnectionOriented：CO)的网络服务的网络服务方式。方式。n通信前需要先在源和目的节点之间建立
19、一个通信前需要先在源和目的节点之间建立一个连接连接，分组在网络中是沿着该连接，逐段链，分组在网络中是沿着该连接，逐段链路进行存储路进行存储转发处理，因此每段的处理由转发处理，因此每段的处理由分组型终端或分组交换机分组型终端或分组交换机基于线路传输能力基于线路传输能力的按需动态分配原则的按需动态分配原则来确定一个逻辑信道。来确定一个逻辑信道。n一条虚电路实际上是由多段分配的逻辑信道一条虚电路实际上是由多段分配的逻辑信道链接而成的。链接而成的。3131数据报方式分组交换P3P1计算机计算机B计算机计算机AA局局B局局C局局传播时延传播时延传输时延传输时延存储存储/处理时延处理时延P2t3232虚电
20、路方式分组交换计算机计算机DTEB释放指示分组释放指示分组呼叫请求分组呼叫请求分组呼叫连通分组呼叫连通分组呼叫接受分组呼叫接受分组入呼叫分组入呼叫分组P3P1传播时延传播时延传输时延传输时延存储存储/处理时延处理时延计算机计算机DTEAA局局DCEB局局DCEC局局DCEP2呼叫呼叫建立建立释放请求分组释放请求分组DCE释放证实分组释放证实分组DTE释放证实分组释放证实分组连接连接释放释放数据数据传输传输t3333提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组路径可能变化网络随时接受主机发送的分组（即数据报）网络为每个分组独立
21、地选择路由。3434提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网网络尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。3535提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网网络不保证所传送的分组不丢失也不保证按源主机发送分组的先后顺序以及在时限内必须将分组交付给目的主机 3636提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网当网络发生拥塞时网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃 3737提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网数据报提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。实际上“尽最大努力交付”
22、的服务就是没有质量保证的服务。3838提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 要和 H5 通信主机 H1 先向主机 H5 发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同时寻找一条合适路由。若主机 H5 同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。虚电路H1 向 H5 发送的所有分组都沿此虚电路传送。3939提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网同理，主机 H2 和主机 H6 通信之前，也要建立虚电路。4040提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立
23、了一对穿过网络的数字管道。所有发送的分组都按顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。4141提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致，因此网络提供虚电路服务对通信的服务质量 QoS(Quality of Service)有较好的保证。4242两种服务的思路不同两种服务的思路不同n虚电路服务的思路来源于传统的电信虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网负责保证可靠通信的一切网。电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。而昂贵。n数据报服务力求使网络
24、生存性好和使数据报服务力求使网络生存性好和使得网络的控制功能分散，因而只能要得网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。求网络提供尽最大努力的服务。可靠可靠通信由用户终端中的软件（即通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。来保证。4343数据报服务与虚电路服务之争数据报服务与虚电路服务之争n网络只提供数据报服务可大大简化网络层网络只提供数据报服务可大大简化网络层的结构和处理开销，提高传输速率。的结构和处理开销，提高传输速率。n技术的进步使得网络出错的概率已越来越技术的进步使得网络出错的概率已越来越小，因而让主机负责端到端的可靠性不但小，因而让主机负责端到端的可靠性不但不会给主
25、机增加更多的负担，反而能够使不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络上运行。更多的应用在这种简单的网络上运行。n因特网发展到今天的规模，充分说明了在因特网发展到今天的规模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。网络层提供数据报服务是非常成功的。4444数据报和虚电路的优缺点数据报和虚电路的优缺点n传输效率传输效率n网络上传送的报文，在很多情况下其网络上传送的报文，在很多情况下其长度都很短。用数据报既迅速又经济。长度都很短。用数据报既迅速又经济。n若用虚电路，为了传送一个分组而建若用虚电路，为了传送一个分组而建立虚电路和释放虚电路就显得太浪费立虚电路和释放虚电路就显
26、得太浪费网络资源了。网络资源了。4545数据报和虚电路的优缺点数据报和虚电路的优缺点n路由选择路由选择n在使用数据报时，每个分组必须携带在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。完整的地址信息。n在使用虚电路的情况下，每个分组不在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要需要携带完整的目的地址，而仅需要有个很简单的虚电路号码的标志。这有个很简单的虚电路号码的标志。这就使分组的控制信息部分的比特数减就使分组的控制信息部分的比特数减少，因而减少了额外开销。少，因而减少了额外开销。4646数据报和虚电路的优缺点数据报和虚电路的优缺点n处理的复杂性处理的复杂性n在使用数据报时
27、，主机承担端到端的在使用数据报时，主机承担端到端的差错控制和流量控制。差错控制和流量控制。n在使用虚电路时，分组按顺序交付，在使用虚电路时，分组按顺序交付，网络可以负责差错控制和流量控制。网络可以负责差错控制和流量控制。4747数据报和虚电路的优缺点数据报和虚电路的优缺点n数据报服务对军事通信有其特殊的意数据报服务对军事通信有其特殊的意义。当某个结点发生故障时，后续的义。当某个结点发生故障时，后续的分组就可另选路由，因而提高了可靠分组就可另选路由，因而提高了可靠性。性。n但在使用虚电路时，结点发生故障就但在使用虚电路时，结点发生故障就必须重新建立另一条虚电路。必须重新建立另一条虚电路。n数据报
28、服务还很适合于将一个分组发数据报服务还很适合于将一个分组发送到多个地址送到多个地址(即广播或多播即广播或多播)。4848数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳对比的方面 虚电路服务 数据报服务 思路 可靠通信应当 可靠通信应当 由网络来保证 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 每个分组都有 使用，每个分组使 目的站的全地址 用短的虚电路号4949数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的转发 属于同一条虚电路 每个分组独立选择 的分组均按照同一 路由进行转发 路由进行转发当结点出 所有通过出故障的 故障结点可能丢失 故障时 结点的虚
29、电路 分组，一些路由 均不能工作 可能会发生变化5050数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的顺序 总是按发送顺序 到达目的站时不一定 到达目的站 按发送顺序 端到端的 可以由分组交换网 由用户主机负责差错处理和 负责也可以由用户 流量控制 主机负责5151内容纲要内容纲要n广域网的基本概念广域网的基本概念n交换的基本原理交换的基本原理n分组转发和拥塞控制分组转发和拥塞控制nX.25X.25分组交换网分组交换网n帧中继网帧中继网nATMATM网网5252广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制n在在广域网中，任意两个网络节点之间广域网中，任意两个网络节点
30、之间可能存在多个连接（直接或间接的），可能存在多个连接（直接或间接的），因此在两个节点之间传送的数据包就因此在两个节点之间传送的数据包就需要选择一条最佳的传输路径。需要选择一条最佳的传输路径。n网络中间转接节点在收到一个数据包网络中间转接节点在收到一个数据包时，也必须选择一个最佳的转发方向，时，也必须选择一个最佳的转发方向，实现分组的转发。实现分组的转发。5353广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制n“转发转发”(forwarding)和和“路由选择路由选择”(routing)这两个名词的使用在过去有些混乱。这两个名词的使用在过去有些混乱。现在的文献倾向于将它们区分开来。现在的文献倾向
31、于将它们区分开来。n转发是当交换结点收到分组后，根据其目的转发是当交换结点收到分组后，根据其目的地址查找地址查找转发表转发表(forwardingtable)，并找出并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。n路由选择是构造路由选择是构造路由表路由表(routingtable)的过程。的过程。n路由表是根据一定的路由选择算法得到的，路由表是根据一定的路由选择算法得到的，而转发表又是根据路由表构造出的。而转发表又是根据路由表构造出的。5454“转发转发”和和“路由选择路由选择”n路由选择协议负责搜索分组从某个结点到目路由选择协议负责搜索分组从某个结点到目的
32、结点的最佳传输路由，以便构造路由表。的结点的最佳传输路由，以便构造路由表。n从路由表再构造出转发分组的转发表。分组从路由表再构造出转发分组的转发表。分组是通过转发表进行转发的。是通过转发表进行转发的。n为了使讨论更简单些，可以不严格区分为了使讨论更简单些，可以不严格区分“转转发发”和和“路由选择路由选择”，也不一定使用，也不一定使用“转发转发表表”这一名词。这一名词。在转发分组时可以不是说在转发分组时可以不是说“查找转发表查找转发表”而是说而是说“查找路由表查找路由表”。5555路由选择方法路由选择方法n路由选择是网络层的主要功能，路由选择路由选择是网络层的主要功能，路由选择在网络的源节点和中
33、转节点上进行。在网络的源节点和中转节点上进行。n路由选择需要对网内的每个节点进行计算，路由选择需要对网内的每个节点进行计算，必定会引起网络延迟。必定会引起网络延迟。n理想的路由选择算法特征：理想的路由选择算法特征：算法正确、简单，而且是最佳；算法正确、简单，而且是最佳；算法具有公平性、健壮性和稳定性。算法具有公平性、健壮性和稳定性。n实际的路由选择算法只能是相对最佳的。实际的路由选择算法只能是相对最佳的。5656广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制n结点交换机中查找转发表结点交换机中查找转发表n在路由表中使用默认路由在路由表中使用默认路由n局域网中一般采用局域网中一般采用平面地址结构平
34、面地址结构(flataddressing)。n广域网中一般都采用广域网中一般都采用层次地址结构层次地址结构(hierarchicaladdressing)。5757最简单的层次结构地址举例最简单的层次结构地址举例n用二进制数表示的主机地址划分为前用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。后两部分。n前一部分的二进制数表示该主机所连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。接的分组交换机的编号。n后一部分的二进制数表示所连接的分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。组交换机的端口号，或主机的编号。所连接的交换机的编号所连接的交换机端口的编号计算机在广域网中的
35、地址5858按照目的站连接的交换机号按照目的站连接的交换机号确定下一跳确定下一跳n只要转发表中目的站一栏中的交换机号相只要转发表中目的站一栏中的交换机号相同，那么查出的同，那么查出的“下一跳下一跳”就是相同的。就是相同的。n在转发分组时，可只根据分组的主机地址在转发分组时，可只根据分组的主机地址中的交换机号来查找转发表。中的交换机号来查找转发表。n只有当分组到达与目的主机相连的结点交只有当分组到达与目的主机相连的结点交换机时，交换机才检查第二部分地址（主换机时，交换机才检查第二部分地址（主机号），并通过合适的端口将分组交给目机号），并通过合适的端口将分组交给目的主机。的主机。5959网络中图的
36、应用网络中图的应用n可用图论中的可用图论中的“图图(graph)”来表示整来表示整个广域网。个广域网。n用用“结点结点”表示广域网上的结点交换表示广域网上的结点交换机，用连接结点与结点的机，用连接结点与结点的“边边”表示表示广域网中的链路。广域网中的链路。n连接在结点交换机上的主机与分组转连接在结点交换机上的主机与分组转发无关，因此在图中可以不画出。发无关，因此在图中可以不画出。6060用图表示广域网的例子用图表示广域网的例子12341结点边2436161每一个结点的转发表每一个结点的转发表1243目的站 下一跳1 直接2 33 34 3结点 1 的转发表对结点 1 的转发表的第一个项目的解释
37、：若到达结点 1 的分组的目的地址是结点 1 上的主机，则下一跳就是直接交付而不必再转发其他结点。6262每一个结点的转发表1243目的站 下一跳1 32 直接3 34 4结点 2 的转发表对结点 2 的转发表的第一个项目的解释：若到达结点 2 的分组的目的地址是结点 1 上的主机，则下一跳就应转发到结点 3。6363在路由表中使用默认路由1243目的站 下一跳1 直接2 33 34 3结点 1 的转发表这三个项目的“下一跳”都是转发到“3”（结点 3）。可以合并以结点 1 和结点 2 中的转发表为例来讨论6464在路由表中使用默认路由1243目的站 下一跳 1 直接默认 3结点 1 的转发表
38、默认路由6565在路由表中使用默认路由1243目的站 下一跳1 32 直接3 34 4结点 2 的转发表这两个项目的“下一跳”都是转发到“3”（结点 3）。可以合并6666在路由表中使用默认路由1243目的站 下一跳 2 直接 4 4默认 3结点 2 的转发表默认路由使用默认路由使转发表更加简洁，可减少查找转发表的时间。6767分组交换网的拥塞控制分组交换网的拥塞控制交换节点交换节点ABC队列网络队列网络80%分组交换网实质上是一个队列网络，在分组交换网实质上是一个队列网络，在每个交换设备的输入每个交换设备的输入/输出都配有相应的缓冲输出都配有相应的缓冲区，用于存储区，用于存储/转发分组。转发
39、分组。6868拥塞和死锁n在某段时间，若对网络中某资源的需求超在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏性能就要变坏产生产生拥塞拥塞(congestion)。n出现网络拥塞的条件：出现网络拥塞的条件：对资源需求的总和对资源需求的总和可用资源可用资源n若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。如果拥塞情将随输入负荷的增大而下降。如果拥塞情况继续发展，网络吞吐量为况继续发展，网络吞吐量为0，则为
40、，则为死锁死锁。6969直接死锁n直接死锁即由互相占用了对方需要的资源直接死锁即由互相占用了对方需要的资源而造成的死锁。而造成的死锁。n例如两个结点都有大量的分组要发往对方，例如两个结点都有大量的分组要发往对方，但两个结点中的缓存在发送之前就已经全但两个结点中的缓存在发送之前就已经全部被待发分组占满了。部被待发分组占满了。当每个分组到达对方时，由于没有地方存放，当每个分组到达对方时，由于没有地方存放，只好被丢弃。发送分组的一方因收不到对方发只好被丢弃。发送分组的一方因收不到对方发来的确认信息，只能将发送过的分组依然保存来的确认信息，只能将发送过的分组依然保存在自己结点的缓存中。这两个结点就这样
41、一直在自己结点的缓存中。这两个结点就这样一直互相僵持着，谁也无法成功地发送出一个分组。互相僵持着，谁也无法成功地发送出一个分组。7070重装死锁重装死锁(reassemblydeadlock)A4A2A1B3C1B1B2C3B4A3C2路由器 P路由器 Q路由器 R主机 H报文 A、B 和 C 经过路由器 P、Q 和 R 发往主机 H。每一报文由 4 个分组构成。每个路由器的缓存只能容纳 4 个分组。路由器 R 已为报文 A 预留了 4 个分组的缓存。由于分组 A3 还未到达，所以目前还不能交付给主机 H。分组 A3 暂存于路由器 P 的缓存中，它无法转发到路由器 Q，因为路由器 Q 的缓存已
42、全占满了。7171拥塞控制与流量控制拥塞控制与流量控制n拥塞控制拥塞控制所要做的有一个前提，就是网络所要做的有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。能够承受现有的网络负荷。n拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、所有的路由器，以及与降低网有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。络传输性能有关的所有因素。n流量控制流量控制往往指在给定的发送端和接收端往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的控制。之间的点对点通信量的控制。n流量控制所要做的就是抑制发送端发送数流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得
43、及接收。据的速率，以便使接收端来得及接收。7272拥塞控制的作用拥塞控制的作用提供的负载吞吐量理想的数据传输拥塞死锁（吞吐量=0）无拥塞控制实际的拥塞控制轻度拥塞017373拥塞控制方法拥塞控制方法n丢弃超量分组丢弃超量分组n从一个拥塞节点向信源节点发送控制从一个拥塞节点向信源节点发送控制分组，保持网内分组的总量；分组，保持网内分组的总量；n依靠路由信息（依靠路由信息（ARPAnet）；）；n利用点到点的探测分组（时间戳测定利用点到点的探测分组（时间戳测定两端点的延迟）；两端点的延迟）；n在通过的分组上允许交换节点把拥塞在通过的分组上允许交换节点把拥塞信息标注（如信息标注（如FRN）。）。74
44、74开环控制和闭环控制n开环控制方法就是在设计网络时事先将有开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。工作时不产生拥塞。n闭环控制是基于反馈环路的概念。属于闭闭环控制是基于反馈环路的概念。属于闭环控制的有以下几种措施：环控制的有以下几种措施：监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生。生。将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方。将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方。调整网络系统的运行以解决出现的问题。调整网络系统的运行以解决出现的问题。7575网络流量控制方法网络流量控
45、制方法n点对点流量控制点对点流量控制链路层，滑动窗口链路层，滑动窗口n端网流量控制端网流量控制通信子网界面通信子网界面许可证法许可证法n端到端（源节点到目的节点）流量控制端到端（源节点到目的节点）流量控制网络层，滑动窗口网络层，滑动窗口n端到端（源主机到目的主机）流量控制端到端（源主机到目的主机）流量控制传输层，滑动窗口传输层，滑动窗口7676内容纲要内容纲要n广域网的基本概念广域网的基本概念n交换的基本原理交换的基本原理n分组转发和拥塞控制分组转发和拥塞控制nX.25X.25分组交换网分组交换网n帧中继网帧中继网nATMATM网网7777X.25分组交换网分组交换网n1976年，年，ITU-
46、T（原（原CCITT）X.25建议建议nX.25建议定义：分组式终端以专线方式接入建议定义：分组式终端以专线方式接入公用分组交换数据网的公用分组交换数据网的DTEDCE接口。接口。nX.25所讨论的都是以所讨论的都是以面向连接的虚电路服务面向连接的虚电路服务为基础。为基础。n三个功能层次：三个功能层次：n分组级（分组级（PacketLevel）n帧级帧级（FrameLevel）LAPBn物理级（物理级（PhysicalLevel)X.217878X.25 规定了 DTE-DCE 的接口X.25 接口X.25 接口X.25 公用分组交换网VC2VC1DTEDTEDCEDCEDCEDTEX.25
47、接口7979X.25 的层次关系LAPB 帧X.25 分组分组层（网络层）数据链路层用户数据用户数据X.25首部LAPB首部LAPB尾部高层8080X.25物理层物理层nX.25的物理层定义了的物理层定义了DTEDCE之间的接之间的接口特性，为帧级提供一个物理连接，实现口特性，为帧级提供一个物理连接，实现比特流的透明传输。比特流的透明传输。nX.25的物理层主要包括：的物理层主要包括：ITUTV系列建议，关于电话网上数据传输系列建议，关于电话网上数据传输的接口标准；的接口标准；ITUTX系列建议，关于公用数据网上数据系列建议，关于公用数据网上数据通信的建议和接口标准；通信的建议和接口标准；IT
48、UTI系列建议，关于系列建议，关于ISDN上数据、电话、上数据、电话、图像通信的接口标准。图像通信的接口标准。8181X.25的数据链路层（帧级）的数据链路层（帧级）nX.25帧级采用了帧级采用了ISO开发的高级数据链路控开发的高级数据链路控制规程（制规程（HDLC）的帧结构，是的帧结构，是HDLC一个一个子集平衡型链路接入规程子集平衡型链路接入规程(LAPB)。nLAPB使用异步平衡模式，允许两个复合站使用异步平衡模式，允许两个复合站中的任何一个建立平衡连接，即双向链路。中的任何一个建立平衡连接，即双向链路。nX.25帧级包括单链路规程和多链路规程。帧级包括单链路规程和多链路规程。nX.25
49、帧级采用连续帧级采用连续ARQ方法。方法。8282X.25的数据链路层（帧级）nOSI数据链路层数据链路层(DataLinkLayer)控制相邻的两控制相邻的两个设备间通信。个设备间通信。n对每一链路需要独立的链路控制，且跨越网络。对每一链路需要独立的链路控制，且跨越网络。1Layers3-7DTE(DCE)LAPB节点节点1222 28383帧的类型nLAPB的帧类型和作用与的帧类型和作用与HDLC相同。相同。信息帧信息帧(Information),监视帧监视帧(Supervisory),未编号帧未编号帧(Unnumbered)n使用三类帧控制一条链路和发送业务量使用三类帧控制一条链路和发送
50、业务量(traffic)：信息帧信息帧(I)在信息字段携带分组信息在信息字段携带分组信息(packetinformation)。监视帧监视帧(S)控制业务流量。控制业务流量。未编号帧未编号帧(U)用于链路建立和链路管理。用于链路建立和链路管理。8484X.25 的分组层nX.25的分组层端到端的连接。的分组层端到端的连接。n用户数据在用户数据在X.25的分组层（相当于网络层）的分组层（相当于网络层）的数据字段，加上的数据字段，加上X.25的首部控制信息后，的首部控制信息后，就组装成为就组装成为X.25分组。分组。n在分组层在分组层DTE与与DCE之间可建立多条逻辑之间可建立多条逻辑信道信道(0