第7章 广域技术.ppt
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1、第7章 广域网技术,教学要求与目的: 了解广域网基本概念; 了解广域网参考模型; 了解广域网的构成; 掌握广域网的地址与路由; 掌握X.25基本概念。,教学内容: 广域网基本概念、参考模型及构成 广域网地址与路由 X.25,教学重点与难点 广域网的基本概念及其地址、路由; X.25基本概念; 难点在于广域网中分组及路由概念的理解,X.25分组格式的理解。,教学方法与手段:多媒体教学 讲解+练习,教学时数:4学时,第7章 广域网技术,7.1、概述,广域网:由节点交换机和连接节点交换机的链路组成。 广域网要解决的问题包括:路由问题、流量控制问题(在数据链路层和传输层也有),1、基本概念,广域网是单
2、个网络,它使用结点交换机连接各主机而不是用路由器连接各网络。 结点交换机在单个网络中转发分组,而路由器在多个网络构成的互联网中转发分组。 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,只需要使用其网络的物理地址即可。 即使是覆盖范围很广的互联网,由于是多个网络的“互连”,因此,不能根据长距离来简单地划分成广域网。,7.1、概述, 覆盖距离;, 从层次结构来看,局域网使用的协议主要体现在 数据链路层和物理层,而广域网使用的协议除了数据链路 层和物理层外还包括网络层。而且,在广域网中的一个重 要问题就是路由选择。,广域网与局域网的主要区别和关系, 更多的情况下,广域网是由大量的局域网
3、组成。 图1给出了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连网。,7.1、概述,2、广域网提供的服务,从网络的层次上看,广域网中的最高层次是网络层。 网络层为网络上的主机所提供的服务可以有两大类:a)无连接的网络服务(数据报服务)b)面向连接的网络服务(虚电路服务),7.1、概述,数据报服务,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地选择路由。,数据报服务,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。,数据报服务,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,数据报服务
4、,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,数据报服务,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”的服务 就是没有质量保证的服务。,数据报服务总结:,主机只要想发送数据就可随时发送(数据发送的任意性)。,每个分组独立地选择路由。因此,先发送出的分组不一 定先到达目的站主机。即:数据报不能保证按发送顺序交付 给目的站。,当网络发生拥塞时,网络中的某个结点可以将一些分组 丢弃。所以,数据报提供的服务是不可靠的,它不能保证服 务质量,而是一种“尽最大努力交付”的服务。,每个分组必需携带完整的目的地址信息。,提供虚电路服务的特点,H1,H5,
5、H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,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。,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,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。,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,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
6、,然后按照 先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,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。,虚电路服务总结,数据通信过程与电路交换类似,均要经过“连接建立、数据 交换和释放连接”三个阶段。电路交换在交换数据期间自始至终 地占用一条端到端的物理信道;虚电路在进行计算机通信时,分断 地占用一段又一段的链路。,虚电路就好像在两个主机之间建立了一条穿过网络的数字管道, 因而所有分组都将按发送的先后顺序
7、沿着管道被送到目的主机,即 分组的收发顺序是一致的。,由于在建立虚电路时,涉及的中间交换结点预先保留了一定数 量的缓冲区,因而分组一般不会因网络出现拥塞而丢失。,分组不需携带完整的目的地址,仅需携带虚电路号。,两种服务的思路来源不同,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措施,因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。 数据报服务力求使网络生存性好和使对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。 可靠通信由用户终端中的软件来保证。,7.1、概述,3、数据报服务的分析,网络只提供数据报服务就可大大简化网络层的结构。 尽管数据报服务器需要主机提供可靠性保证,但由于
8、 技术的进步使得网络出错的概率已越来越小,因而主机 为可靠性消耗的资源实际很少。 因特网应用的实践证明了在网络层提供数据报服务的成功。,7.1、概述,4、数据报和虚电路服务比较,7.2 广域网中的分组转发机制,实现恰当的路由选择是广域网的主要任务之一,而对广域网中的任一中间交换节点来讲,分组转发的实施则是通过对所谓的转发表进行查找来完成的,而转发表的形成又依赖于路由表,因而恰当的路由选择实际上要解决两个方面的问题:, 如何形成路由表? 如何使用转发表?,1、“转发”和“路由选择”,路由选择协议负责搜索分组从某个结点到目的结点的最佳传输路由,并构造路由表。 转发表从路由表构造得到,分组通过转发表
9、进行转发。 不同于局域网中的平面地址结构, 广域网中一般都采用层次地址结构。,7.2 广域网中的分组转发机制,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编号。 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。,最简单的层次结构地址举例,7.2 广域网中的分组转发机制,2, 1 2, 2,4 5 6 7,交 换 机 1,交换机 2,交 换 机 3,1, 11, 3,3, 2,3, 3,每个交换机都有两组端口。 一组是和本地主机相连的低速端口,,另一组是和其他交换机相连的高速端口。,1 2 3,1 2 3,1 2 3,2, 1 2,
10、2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,每个主机地址中后面的数字是指该交换机的低速端口,主机地址3, 2是指连接在交换机 3 的 2 号低速端口,交 换 机 1,1, 3,主机地址1, 3是指连接在交换机 1 的 3 号低速端口,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,2, 1 2, 2,4 5 6 7,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,这里给出结点交换机 2 中的转发表作为例子,例如,一个欲发往主机3, 2的分组到达了交换机 2。,交 换 机 1,1, 3,这时应查找交换机 2 的转发表,找目的站为3, 2的项目。,4 5 6 7,1
11、 2 3,1 2 3,1 2 3,2, 1 2, 2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,目的站是3, 2吗?,交 换 机 1,1, 3,查找转发表中的下一个项目。,否,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,2, 1 2, 2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,目的站是3, 2吗?,交 换 机 1,1, 3,查找转发表中的下一个项目。,否,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,2, 1 2, 2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,目的站是3, 2吗?,交 换 机 1,1, 3,根据转发表指出的下一
12、跳把分组转发到交换机 3。,是,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,2, 1 2, 2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,交 换 机 1,1, 3,分组转发到交换机 3 后就查找交换机 3 的转发表。 从转发表(此处省略了)可知不必再转发分组了, 把该分组直接交付给主机3, 2即可。,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,按照目的站连接的交换机号确定下一跳, 在转发分组时,只根据分组的主机地址中的交换机号来查找转发表。 只要转发表中目的站一栏中的交换机号相同,那么查出的“下一跳”就是相同的。 只有当分组到达与目的主机相连的结点交换机时,交换
13、机才检查第二部分地址(主机号),并通过合适的低速端口将分组交给目的主机。,7.2 广域网中的分组转发机制,2、图的应用,用图论中的“图(graph)”来表示整个广域网,便于形式化描述和理论推导。 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。 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上。,7.2 广域网中的分组转发机制,用图表示的广域网例子,7.2 广域网中的分组转发机制,每一个结点的转发表,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 直接 2 3 3 3 4 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:,若到达结点 1 的分组的
14、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。,每一个结点的转发表,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 3 2 直接 3 3 4 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。,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 直接 2 3 3 3 4 3,结点 1 的转发表,以结点 1 和结点 2 中的转发表为例来讨论,3、在转发表中使用默认路由,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 直接 默认 3,结点 1 的转发表,3、在转发表中使用默认路由,1,2,4,3,目的站 下一跳
15、,1 3 2 直接 3 3 4 4,结点 2 的转发表,3、在转发表中使用默认路由,1,2,4,3,目的站 下一跳,2 直接4 4 默认 3,结点 2 的转发表,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。,但要注意,默认路由只能处在转发表的最后,3、在转发表中使用默认路由,7.3 拥塞控制,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,网络的性能就要变坏产生拥塞(congestion)。 出现资源拥塞的条件:对资源需求的总和 可用资源 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,整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。,1、 拥塞控制的意义,(1)
16、拥塞控制与流量控制的关系,拥塞控制起作用的前提,就是网络能够承受现有的网络负荷。() 拥塞控制是全局性的过程,涉及到所有的主机、所有的路由器,以及与降低网络传输性能有关的所有因素。,流量控制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(局部性)。 流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率,以便使接收端来得及接收。,若网络中在许多资源处同时产生拥塞,网络的性能会明显变差,整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降,拥塞常常使问题趋于恶化。看两个例子:,例1:如果一个中间交换结点没有足够的缓冲区,它 就会丢弃一些新到的分组。但当分组被丢弃时,发送这一 分组的相邻交换结点就会重发这一分组,
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