第7章廣域網(wǎng)技術(shù),本章內(nèi)容提要,廣域網(wǎng)概述廣域網(wǎng)的工作原理擁塞控制公共傳輸基礎(chǔ)設(shè)施寬帶ISDN數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)幀中繼異步傳輸模式高級智能網(wǎng)絡(luò)AIN,7.1廣域網(wǎng)概述,廣域網(wǎng)由一些結(jié)點(diǎn)交換機(jī)以及連接這些交換機(jī)的鏈路組成。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)執(zhí)行將分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)的功能。結(jié)點(diǎn)之間都是點(diǎn)到點(diǎn)連接，但為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，通常一個結(jié)點(diǎn)交換機(jī)往往與多個結(jié)點(diǎn)交換機(jī)相連。受經(jīng)濟(jì)條件的限制，廣域網(wǎng)都不使用局域網(wǎng)普遍采用的多點(diǎn)接入技術(shù)。,7.1廣域網(wǎng)概述,然而廣域網(wǎng)并沒有嚴(yán)格的定義。通常廣域網(wǎng)是指覆蓋范圍很廣（遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一個城市的范圍）的長距離網(wǎng)絡(luò)。,7.1廣域網(wǎng)概述,圖7.1由局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組成互聯(lián)網(wǎng),7.1廣域網(wǎng)概述,像圖7-1所示的互聯(lián)網(wǎng)，即使覆蓋范圍很廣，一般也不稱它為廣域網(wǎng)，因?yàn)樵谶@種網(wǎng)絡(luò)中，不同網(wǎng)絡(luò)的“互連”才是它的最主要的特征?；ヂ?lián)網(wǎng)必須使用路由器來連接，而廣域網(wǎng)指的是單個的網(wǎng)絡(luò)，它使用結(jié)點(diǎn)交換機(jī)連接各主機(jī)而不是用路由器來連接各網(wǎng)絡(luò)。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)和路由器都是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組，它們的工作原理相似。但區(qū)別是：結(jié)點(diǎn)交換機(jī)是在單個網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)分組，而路由器是在多個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互聯(lián)網(wǎng)中轉(zhuǎn)發(fā)分組。,7.1廣域網(wǎng)概述,從層次上看，廣域網(wǎng)中的最高層就是網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層為接在網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)所提供的服務(wù)可以有兩大類，即無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這兩種服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)就是通常所謂的數(shù)據(jù)報服務(wù)和虛電路服務(wù)。,7.2廣域網(wǎng)的工作原理,廣域網(wǎng)采用HDLC或PPP進(jìn)行幀封裝，采用分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制進(jìn)行工作。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,1.HDLC在OSI七層協(xié)議產(chǎn)生之前，為了使容易產(chǎn)生差錯的物理鏈路在通信時變得可靠，使用了一些控制協(xié)議，包括ARPANET推出的IMP-IMP協(xié)議和IBM推出的BSC協(xié)議，這些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都是面向字符（即鏈路上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或控制信息都必須是由規(guī)定字符集（例如ASCII碼）中的字符所組成）的協(xié)議。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,由于這種面向字符的協(xié)議對字符的依賴性比較強(qiáng)，不便于擴(kuò)展，為此IBM推出了面向比特的規(guī)程SDLC（SynchronousDataLinkControl）。后來，ISO把SDLC修改后稱為HDLC（HighLevelDataLinkControl）。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,HDLC最大特點(diǎn)是不需要數(shù)據(jù)必須是規(guī)定字符集，對任何一種比特流，均可以實(shí)現(xiàn)透明的傳輸。是面向比特的協(xié)議，支持全雙工通信，采用位填充的成幀技術(shù)，以滑動窗口協(xié)議進(jìn)行流量控制。HDLC是通用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，為滿足不同應(yīng)用場合的需要，HDLC定義了三種站類型，兩種鏈路結(jié)構(gòu)及三種數(shù)據(jù)響應(yīng)模式。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,HDLC協(xié)議根據(jù)通信站在通信過程中的不同地位和作用，將其定義為三種不同的類型：主站（primarystation）、從站（secondarystation）和組合站（combinedstation）。主站：主站的主要功能是發(fā)送命令幀和數(shù)據(jù)信息幀，接收響應(yīng)幀，并負(fù)責(zé)控制鏈路的操作與運(yùn)行。主站向從站發(fā)送命令幀，并從從站接收響應(yīng)幀。在多點(diǎn)鏈路中，主站負(fù)責(zé)管理與各個從站之間的鏈路。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,從站：從站在主站的控制下進(jìn)行工作，從站發(fā)送響應(yīng)幀作為對主站命令幀的響應(yīng)。從站對鏈路無控制權(quán)，從站之間不能直接進(jìn)行通信。組合站：同時具有主站與從站的功能，既可以發(fā)送命令幀，也可以發(fā)送響應(yīng)幀。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,這三種類型的站可構(gòu)成兩種邏輯鏈路結(jié)構(gòu)：不平衡鏈路結(jié)構(gòu)和平衡鏈路結(jié)構(gòu)。不平衡鏈路結(jié)構(gòu)：既可用于點(diǎn)對點(diǎn)鏈路，也可用于多點(diǎn)鏈路，它由一個主站與一個或一個以上從站構(gòu)成。主站控制從站并實(shí)現(xiàn)鏈路管理，主站發(fā)出的幀叫做命令（command），而從站發(fā)出的幀叫做響應(yīng)（response）。在多點(diǎn)鏈路中，主站與每個從站之間都有一個分開的邏輯鏈路。非平衡配置可支持雙工、半雙工通信。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,這三種類型的站可構(gòu)成兩種邏輯鏈路結(jié)構(gòu)：不平衡鏈路結(jié)構(gòu)和平衡鏈路結(jié)構(gòu)。不平衡鏈路結(jié)構(gòu)：既可用于點(diǎn)對點(diǎn)鏈路，也可用于多點(diǎn)鏈路，它由一個主站與一個或一個以上從站構(gòu)成。主站控制從站并實(shí)現(xiàn)鏈路管理，主站發(fā)出的幀叫做命令（command），而從站發(fā)出的幀叫做響應(yīng)（response）。在多點(diǎn)鏈路中，主站與每個從站之間都有一個分開的邏輯鏈路。非平衡配置可支持雙工、半雙工通信。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,平衡鏈路結(jié)構(gòu)：只用于點(diǎn)對點(diǎn)通信，有兩種組成方法，一種是主、從站間配對通信；另一種是通信的每一方均為組合站，且兩組合站具有同等能力。無論哪種鏈路結(jié)構(gòu)，站點(diǎn)之間均以幀為單位傳輸數(shù)據(jù)或狀態(tài)變化的信息，其方式具有“行為-應(yīng)答”的特點(diǎn)。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,HDLC有三種數(shù)據(jù)響應(yīng)模式。正常響應(yīng)模式（NormalResponseMode，簡稱NRM）：用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)。主站可主動向從站傳輸數(shù)據(jù)，而從站只有在得到主站允許之后才能向主站傳送數(shù)據(jù)。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,異步響應(yīng)模式（AsynchronousResponseMode，簡稱ARM）：這種方式用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)。ARM方式允許從站在事先不得到主站的允許下開始傳輸數(shù)據(jù)，主站仍然負(fù)責(zé)控制和鏈路管理。異步平衡方式（AsynchronousBalancedMode，簡稱ABM）：用于平衡鏈路結(jié)構(gòu)。任何一個組合站不必事先得到對方許可，就可以開始傳輸過程。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳送是以幀為單位的。HDLC采用幀結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)，幀格式可以滿足所有格式的數(shù)據(jù)和控制功能要求。HDLC的幀如圖7-2所示。從網(wǎng)絡(luò)層交下來的分組，變成為數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)，就是圖7-2中的信息字段。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,圖7-2HDLC幀格式及控制字段的結(jié)構(gòu),7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,2.PPPPPP(Point-to-PointProtocol)協(xié)議是一個點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，目前是廣域網(wǎng)中最重要的點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。PPP協(xié)議作為一種提供在點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上傳輸、封裝網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，主要被設(shè)計(jì)用來在支持全雙工的同異步鏈路上進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸。PPP是一個適用于通過調(diào)制解調(diào)器、點(diǎn)到點(diǎn)專線、HDLC比特串行線路和其它物理層的多協(xié)議幀機(jī)制。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,PPP的特性PPP協(xié)議是目前使用得最廣泛的廣域網(wǎng)協(xié)議，這是因?yàn)樗哂幸韵绿匦裕耗軌蚩刂茢?shù)據(jù)鏈路的建立；能夠?qū)P地址進(jìn)行分配和使用；允許同時采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；能夠配置和測試數(shù)據(jù)鏈路；能夠進(jìn)行錯誤檢測；有協(xié)商選項(xiàng)，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)層的地址和數(shù)據(jù)壓縮等進(jìn)行協(xié)商。PPP是現(xiàn)在主流的一種國際標(biāo)準(zhǔn)WAN封裝協(xié)議，可支持如下連接類型：同步串行連接；異步串行連接；ISDN連接等。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,PPP的組成PPP作為數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，在物理上可使用各種不同的傳輸介質(zhì)，包括雙絞線、光纖及無線傳輸介質(zhì)，在數(shù)據(jù)鏈路層提供了一套解決鏈路建立、維護(hù)、拆除和上層協(xié)議協(xié)商、認(rèn)證等問題的方案；在幀的封裝格式上，PPP采用的是一種HDLC的變化形式；其對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的支持則包括了多種不同的主流協(xié)議，如IP和IPX等。圖7-4給出了PPP的體系結(jié)構(gòu)，從中可以看出，PPP協(xié)議主要由兩類協(xié)議組成：,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,鏈路控制協(xié)議（LCP）主要用于數(shù)據(jù)鏈路連接的建立、拆除和監(jiān)控；LCP主要完成MTU（最大傳輸單元）、質(zhì)量協(xié)議、驗(yàn)證協(xié)議、魔術(shù)字、協(xié)議域壓縮、地址和控制域壓縮協(xié)商等參數(shù)的協(xié)商。網(wǎng)絡(luò)層控制協(xié)議族（NCP）網(wǎng)絡(luò)層控制協(xié)議族(NetworkControlProtocol，NCP)主要用于協(xié)商在該鏈路上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的格式與類型，建立和配置不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,圖7-4PPP協(xié)議結(jié)構(gòu),7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,PPP幀結(jié)構(gòu)PPP選擇的幀格式與HDLC的幀格式非常相似，兩者之間最主要的區(qū)別是，PPP是面向字符的，而不是面向位的。特別是，PPP在撥號調(diào)制解調(diào)器線路上使用了字節(jié)填充技術(shù)，所以，所有幀的長度都是字節(jié)的整數(shù)倍，PPP幀結(jié)構(gòu)如圖7-5所示。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,圖7-5無序號模式操作下的PPP完整幀格式,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,PPP的協(xié)商過程PPP鏈路的建立是通過一系列的協(xié)商完成的。其中，鏈路控制協(xié)議除了用于建立、拆除和監(jiān)控PPP數(shù)據(jù)鏈路外，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層特性的協(xié)商，如MTU、驗(yàn)證方式等；網(wǎng)絡(luò)層控制協(xié)議族主要用于協(xié)商在該數(shù)據(jù)鏈路上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的格式和類型，如IP地址。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,PPP在建立鏈路之前要進(jìn)行一系列的協(xié)商過程。PPP協(xié)議大致可以分為如下幾個階段：Dead（鏈路不可行）階段、Establish（鏈路建立）階段、Authenticate（驗(yàn)證）階段、Network（網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議）階段、Terminate（鏈路終止）階段，如圖7-6所示。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,圖7-6PPP的協(xié)商過程,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,PPP身份驗(yàn)證PPP協(xié)議包含了通信雙方身份驗(yàn)證的安全性協(xié)議，即在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)商IP地址之前，首先必須通過身份驗(yàn)證。PPP的身份驗(yàn)證有兩種方式：CHAP和PAP。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,PAP的驗(yàn)證過程PAP（PasswordAuthenticationProtocol）協(xié)議是兩次握手協(xié)議，它通過用戶名及口令來進(jìn)行用戶的驗(yàn)證，其過程如下：當(dāng)開始驗(yàn)證階段時，被驗(yàn)證方首先將自己的用戶名及口令發(fā)送到驗(yàn)證方，驗(yàn)證方根據(jù)本端的用戶數(shù)據(jù)庫（或Radius服務(wù)器）察看是否有此用戶，口令是否正確，如果正確則發(fā)送Ack報文通知對端進(jìn)入下一階段協(xié)商，否則發(fā)送Nak報文通知對端驗(yàn)證失敗。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,此時，并不直接將鏈路關(guān)閉。只有當(dāng)驗(yàn)證失敗達(dá)到一定次數(shù)時才關(guān)閉鏈路，來防止因網(wǎng)絡(luò)誤傳、網(wǎng)絡(luò)干擾等因素造成不必要的LCP重新協(xié)商的過程。PAP是在網(wǎng)絡(luò)上以明文的方式傳送用戶名及口令，所以安全性不高。其報文交互過程如圖7-7所示。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,圖7-7PAP的協(xié)商過程,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,CHAPCHAP為三次握手協(xié)議，它只在網(wǎng)絡(luò)上傳用戶名而不傳口令，因此安全性比PAP高。其驗(yàn)證過程為：首先驗(yàn)證方向被驗(yàn)證方發(fā)送一些隨機(jī)的報文，并加上自己的主機(jī)名；被驗(yàn)證方收到驗(yàn)證方的驗(yàn)證請求，通過收到的主機(jī)名和本端的用戶數(shù)據(jù)庫查找用戶口令字（密鑰），如果找到用戶數(shù)據(jù)庫中和驗(yàn)證方主機(jī)名相同的用戶，便利用接收到的隨機(jī)報文、此用戶的密鑰和報文ID用Md5加密算法生成應(yīng)答，隨后將應(yīng)答和自己的主機(jī)名送回；,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,驗(yàn)證方收到此應(yīng)答后，利用對端的用戶名在本端的用戶數(shù)據(jù)庫中查找本方保留的口令字，用本方保留的用戶的口令字（密鑰）、隨機(jī)報文和報文ID用Md5加密算法生成結(jié)果，與被驗(yàn)證方的應(yīng)答比較，相同則返回Ack，否則返回Nak。其報文交互過程如圖7-8所示。,7.2.1廣域網(wǎng)的幀封裝：HDLC和PPP,圖7-8CHAP的協(xié)商過程,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇轉(zhuǎn)發(fā)就是當(dāng)交換結(jié)點(diǎn)收到分組后，根據(jù)其目的地址查找轉(zhuǎn)發(fā)表(forwardingtable)，并找出應(yīng)從結(jié)點(diǎn)的哪一個接口將該分組發(fā)送出去。路由選擇則是構(gòu)造路由表（routingtable）的過程。路由表是根據(jù)一定的路由選擇算法得到的，而轉(zhuǎn)發(fā)表又是根據(jù)路由表構(gòu)造出的。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,廣域網(wǎng)中使用的是分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，其分組轉(zhuǎn)發(fā)是基于查表的，1、在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)中查找轉(zhuǎn)發(fā)表層次結(jié)構(gòu)的地址結(jié)構(gòu)在廣域網(wǎng)中，分組往往要經(jīng)過許多的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)才到達(dá)目的地。在廣域網(wǎng)中每一個結(jié)點(diǎn)交換機(jī)中都有一個轉(zhuǎn)發(fā)表，里面存放了到達(dá)每一個主機(jī)的路由。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,圖7-9最簡單的層次地址,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,顯然，廣域網(wǎng)中的主機(jī)數(shù)越多，查找轉(zhuǎn)發(fā)表就越費(fèi)時間。為了減少查找轉(zhuǎn)發(fā)表所花費(fèi)的時間，在廣域網(wǎng)中一般都采用層次地址結(jié)構(gòu)(hierarchicaladdressing)。最簡單的層次結(jié)構(gòu)地址就是把一個用二進(jìn)制數(shù)表示的主機(jī)地址劃分為前后兩部分。前一部分的二進(jìn)制數(shù)表示該主機(jī)所連接的分組交換機(jī)的編號，而后一部分的二進(jìn)制數(shù)表示所連接的分組交換機(jī)的端口號，或主機(jī)的編號（圖7-9）。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,僅和其他結(jié)點(diǎn)交換機(jī)相連接；除了和其他結(jié)點(diǎn)交換機(jī)相連接，還要和用戶主機(jī)相連接。這兩種交換機(jī)的主要區(qū)別是：第一種交換機(jī)的連接端口都是高速端口（因?yàn)榻粨Q機(jī)之間的線路速率較高），而第二種交換機(jī)還要有一些和主機(jī)連接的低速端口。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,圖7-10主機(jī)在廣域網(wǎng)中的地址和交換機(jī)中的轉(zhuǎn)發(fā)表,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,圖7-10中有一個欲發(fā)往主機(jī)3,2的分組到達(dá)了交換機(jī)2。在轉(zhuǎn)發(fā)表的第3行找出下一跳應(yīng)為“交換機(jī)3”。于是按照轉(zhuǎn)發(fā)表的這個指示將該分組轉(zhuǎn)發(fā)到交換機(jī)3。如果分組的目的地是直接連接在本交換機(jī)上的主機(jī)，則不需要再將分組轉(zhuǎn)發(fā)到別的交換機(jī)，這時轉(zhuǎn)發(fā)表上注明的就是：“直接”。例如，有一個欲發(fā)往主機(jī)2,1的分組到達(dá)了交換機(jī)2。查找轉(zhuǎn)發(fā)表后在第5行找出，其下一跳應(yīng)為“直接”，表明該分組已經(jīng)到達(dá)了最后一個交換機(jī)，而目的主機(jī)就連接在這個交換機(jī)上。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,按照目的站的交換機(jī)號去確定下一跳仔細(xì)再看看圖7-10就可發(fā)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)發(fā)表還可進(jìn)行簡化。這是因?yàn)橹灰D(zhuǎn)發(fā)表中目的站的交換機(jī)號相同，那么查出的“下一跳”就是相同的。因此在確定下一跳時，可以不必根據(jù)目的站的完整地址，而是可以僅僅根據(jù)目的站地址中的交換機(jī)號。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,2、在路由表中使用默認(rèn)路由所謂廣域網(wǎng)的路由問題就是要解決分組在各交換機(jī)中應(yīng)如何進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。前面所提到的轉(zhuǎn)發(fā)表就是為了解決廣域網(wǎng)的路由問題而在交換機(jī)中專門設(shè)置的。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,因此，在專門研究廣域網(wǎng)的路由問題時，可用圖論中的“圖(graph)”來表示整個廣域網(wǎng)，用“結(jié)點(diǎn)”表示廣域網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，用連接結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)的“邊”表示廣域網(wǎng)中的鏈路。至于連接在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)上的主機(jī)由于與分組轉(zhuǎn)發(fā)無關(guān)（因?yàn)楝F(xiàn)在是根據(jù)主機(jī)所連接到的交換機(jī)號進(jìn)行分組的轉(zhuǎn)發(fā)），因此在圖中一律不畫上主機(jī)而只剩下各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。這樣得出的較簡明的圖用來討論分組轉(zhuǎn)發(fā)是非常清晰的。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,圖7-11用圖表示一個廣域網(wǎng),7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,圖7-12圖7-11中每個結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)表,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,在較小的網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)發(fā)表中重復(fù)的項(xiàng)目不多。但很大的廣域網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)表中就有可能出現(xiàn)很多的重復(fù)項(xiàng)目。這會導(dǎo)致搜索轉(zhuǎn)發(fā)表時花費(fèi)較長的時間。為了減少轉(zhuǎn)發(fā)表中的重復(fù)項(xiàng)目，可以用一個默認(rèn)路由（defaultroute）代替所有的具有相同“下一跳”的項(xiàng)目，默認(rèn)路由比其他項(xiàng)目的優(yōu)先級低。若轉(zhuǎn)發(fā)分組時找不到明確的項(xiàng)目對應(yīng)，才使用默認(rèn)路由。,7.2.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,圖7-13使用了默認(rèn)路由的簡化轉(zhuǎn)發(fā)表,7.3擁塞控制,7.3.1擁塞控制的意義若網(wǎng)絡(luò)中有許多資源同時產(chǎn)生擁塞，網(wǎng)絡(luò)的性能就要明顯變壞，整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量將隨輸入負(fù)荷的增大而下降。,7-1,7.3.1擁塞控制的意義,圖7-14擁塞控制的作用,7.3.1擁塞控制的意義,從圖7-14可看出，隨著提供的負(fù)載的增大，網(wǎng)絡(luò)吞吐量的增長速率逐漸減小。也就是說，在網(wǎng)絡(luò)吞吐量還未達(dá)到飽和時，就已經(jīng)有一部分的輸入分組被丟棄了。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量明顯地小于理想的吞吐量時，網(wǎng)絡(luò)就進(jìn)入了輕度擁塞的狀態(tài)。更值得注意的是，當(dāng)提供的負(fù)載達(dá)到某一數(shù)值時，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量反而隨提供的負(fù)載的增大而下降，這時網(wǎng)絡(luò)就進(jìn)入了擁塞狀態(tài)。,7.3.1擁塞控制的意義,當(dāng)提供的負(fù)載繼續(xù)增大到某一數(shù)值時，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量就下降到零，網(wǎng)絡(luò)已無法工作。這就是所謂的死鎖(deadlock)。死鎖中有一種是直接死鎖，即由互相占用了對方需要的資源而造成的死鎖。還有一種死鎖是由于路由器的緩存的擁塞而引起的重裝死鎖(reassemblydeadlock)。,7.3.1擁塞控制的意義,圖7-15重裝死鎖,7.3.2擁塞控制的一般原理,由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個很復(fù)雜的系統(tǒng)，因此可以從控制理論的角度來看擁塞控制這個問題。這樣，從大的方面看，可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種方法。開環(huán)控制方法就是在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時事先將有關(guān)發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡(luò)在工作時不產(chǎn)生擁塞。但一旦整個系統(tǒng)運(yùn)行起來，就不再中途進(jìn)行改正了。,7.3.2擁塞控制的一般原理,閉環(huán)控制是基于反饋環(huán)路的概念。屬于閉環(huán)控制的有以下幾種措施：(1)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便檢測到擁塞在何時、何處發(fā)生。(2)將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動的地方。(3)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行以解決出現(xiàn)的問題。,7.4公共傳輸基礎(chǔ)設(shè)施,7.4.1公共電話交換網(wǎng)公共電話交換網(wǎng)(PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN)是向公眾提供電話通信服務(wù)的一種通信網(wǎng)，是國家公用通信基礎(chǔ)設(shè)施之一，由國家電信部門統(tǒng)一建設(shè)、管理和運(yùn)營。,7.4.1公共電話交換網(wǎng),根據(jù)地理范圍，電話通信網(wǎng)可分為：國際長途電話網(wǎng)、國內(nèi)長途電話網(wǎng)、本地電話網(wǎng)以及用戶延伸或補(bǔ)充設(shè)備。電話通信網(wǎng)主要提供電話通信服務(wù)，同時還可提供非話音的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，例如電報、傳真、數(shù)據(jù)交換、可視圖文等。,7.4.2SONET/SDH光傳輸系統(tǒng),SONET(SynchronousOpticalNetwork)中文名稱是同步光纖網(wǎng)，是一種用于高速數(shù)據(jù)通信的光纖傳輸系統(tǒng)。SONET是一種提供先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理和標(biāo)準(zhǔn)光纖接口的智能系統(tǒng)。它采用自恢復(fù)環(huán)結(jié)構(gòu)，如果一條線路發(fā)生故障，它能夠改道傳送。SONET干線廣泛用于匯集低速T1和T3線路。SONET是寬帶ISDN（B-ISDN）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。,7.4.2SONET/SDH光傳輸系統(tǒng),SDH(SynchronousDigitalHierarchy)中文名稱是同步數(shù)字序列，是1989年國際電報電話咨詢委員會CCITT在SONET標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上略作修改，形成國際標(biāo)準(zhǔn)，使之成為不僅適于光纖也適于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g(shù)體制。SDH網(wǎng)絡(luò)是一個基于時分多路復(fù)用技術(shù)的數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)，由多路復(fù)用器和中繼器組成，并通過光纖進(jìn)行連接，如下圖7-16所示。,7.4.2SONET/SDH光傳輸系統(tǒng),7.4.2SONET/SDH光傳輸系統(tǒng),多路復(fù)用器：將多個較低級別的信道復(fù)用為一個較高級別的信道；中繼器：實(shí)現(xiàn)更長距離傳輸時的信號再生和轉(zhuǎn)發(fā)；段：設(shè)備之間的連接；線：復(fù)用器之間（可能經(jīng)過一個或者多個中繼器）的連接；路徑：源和宿之間的連接。,7.4.2SONET/SDH光傳輸系統(tǒng),SONET采用時分復(fù)用（TDM）技術(shù)同時傳送多數(shù)據(jù)流，其數(shù)據(jù)傳輸速率可以高達(dá)1Gbps以上。SONET的一個優(yōu)點(diǎn)是它是非專有的，所以可以從眾多的廠家購買點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。SONET的另外一個優(yōu)點(diǎn)是它可以在很長的距離上提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，例如在兩個城市或者州之間。,7.4.2SONET/SDH光傳輸系統(tǒng),SONET在以下方面特別有用：在兩個相距很遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)之間提供高速的數(shù)據(jù)連接（例如，在大學(xué)校園和私有公司發(fā)起的研究中心之間提供高速的數(shù)據(jù)傳輸）。在兩個相距很遠(yuǎn)的站點(diǎn)之間舉行視頻會議。遠(yuǎn)程教學(xué)。高質(zhì)量的音頻和視頻播放。復(fù)雜圖形的高速傳輸，例如，通過衛(wèi)星拍攝得到的地形學(xué)地圖和圖像。,7.4.3ADSL,ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine）的中文名稱是不對稱數(shù)字用戶線路，被歐美等發(fā)達(dá)國家譽(yù)為“現(xiàn)代信息高速公路上的快車”，是目前應(yīng)用最廣泛的一種寬帶接入技術(shù)。ADSL是一種非對稱的DSL技術(shù)，利用現(xiàn)有的雙絞電話銅線提供獨(dú)享“非對稱速率”的通信帶寬。,7.4.3ADSL,所謂非對稱是指用戶線的下行速率（從端局到用戶）與上行速率（從用戶到端局）不同，上行速率低，下行速率高，特別適合傳輸多媒體信息業(yè)務(wù)，如視頻點(diǎn)播（VOD）、多媒體信息檢索和其他交互式業(yè)務(wù)，可以滿足絕大多數(shù)用戶的帶寬需要。,7.4.3ADSL,ADSL在一對銅線上支持上行速率512Kbps1Mbps，下行速率1Mbps8Mbps，有效傳輸距離在35公里范圍以內(nèi)。在用戶端，ADSL接入方式的核心設(shè)備是ADSLModem。,7.4.3ADSL,ADSL主要的優(yōu)點(diǎn)：可直接利用現(xiàn)有的用戶電話線，無須另鋪電纜進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造，節(jié)省投資。ADSL具有較高的傳輸速度。ADSL安裝、連接簡單：用戶只要有一條電話線路、一塊以太網(wǎng)卡和一個ADSLModem即可安裝ADSL?？梢詫?shí)現(xiàn)上網(wǎng)和打電話互不影響，即“一線雙通”，ADSL數(shù)據(jù)信號和電話音頻信號以頻分復(fù)用原理調(diào)制于各自頻段，互不干擾。ADSL獨(dú)享高帶寬，安全可靠。,7.4.3ADSL,ADSL接入技術(shù)也一樣存在不足，主要表現(xiàn)在以下兩方面：傳輸距離較近。目前ADSL的傳輸距離還比較短，通常要求用戶端到電信公司的ADSL局端距離在5km以內(nèi)。傳輸速率不夠快。目前提到的ADSL的上行和下行速率都是理論值，實(shí)際上傳輸速率受到許多因素的制約，遠(yuǎn)不如理論值。,7.4.4HFC,HFC(Hybridfibercoax)中文名稱是光纖同軸電纜混合網(wǎng)，是采用光纖和有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的寬帶接入技術(shù)。在中國由廣電總局提供，所采用的傳輸介質(zhì)是有線電視的同軸電纜。,7.4.4HFC,當(dāng)有線電視網(wǎng)重建其分布網(wǎng)以升級現(xiàn)有的服務(wù)時，大部分轉(zhuǎn)向了一種新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，通常稱之為“光纖到用戶區(qū)”。在這種體系結(jié)構(gòu)中，單根光纖用于把有線電視網(wǎng)的前端連到200-1500戶家庭的居民小區(qū)，這些光纖由前端的模擬激光發(fā)射機(jī)驅(qū)動，并連到光纖接收器上（一般為“結(jié)點(diǎn)”），通常是電話桿或用戶區(qū)基座。,7.4.4HFC,這些光纖接收器的輸出驅(qū)動一個標(biāo)準(zhǔn)的用戶同軸網(wǎng)。寬帶分布網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，把光纖用于從交換中心或前端到用戶群的遠(yuǎn)距離傳送，結(jié)合同軸電纜下載到單個用戶，就如通常所說的“混合光纖同軸電纜”。這種光纖電纜系統(tǒng)，正在由有線電視網(wǎng)和電話交換局作為通用的基礎(chǔ)設(shè)備鋪開。,7.4.4HFC,在用戶端，HFC接入方式的核心設(shè)備是CableModem。CableModem是一種通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入的裝置，一般有兩個接口，一個用來接室內(nèi)的有線電視端口，另一個與計(jì)算機(jī)相連。“光纖到用戶群”（光纖到用戶區(qū)）的體系結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的由電纜組成的網(wǎng)相比較，主要好處在于它消除了一系列的寬帶RF放大器，需要用來補(bǔ)償同軸干線的前端到用戶群的信號衰減，這些放大器逐步衰減系統(tǒng)的性能，并且要求很多維護(hù)。,7.4.5其他寬帶接入技術(shù),還有其它寬帶接入技術(shù)，例如：VDSL和電力線上網(wǎng)。VDSL（VeryhighdatarateDigitalSubscriberLine）的中文名稱是甚高速數(shù)字用戶線，從技術(shù)角度看，甚高速數(shù)字用戶線可被視為ADSL的下一代。VDSL在短距離內(nèi)提供的最大下行速率是55Mbps，上行速率可達(dá)19.2Mbps，甚至更高。,7.4.5其他寬帶接入技術(shù),VDSL與ADSL類似，利用雙絞銅線提供上行與下行兩個方向的寬帶業(yè)務(wù)，采用頻分復(fù)用方式，將電話和VDSL的上、下行信號放在不同的頻段內(nèi)傳輸。VDSL也是在局端和用戶端配置VDSLModem，電話業(yè)務(wù)通過POTS分離器和耦合器加入通道，各類應(yīng)用數(shù)據(jù)通過VDSL下行通道送至用戶端。,7.4.5其他寬帶接入技術(shù),電力線上網(wǎng)簡稱為PLC（PowerLineCommunication），是利用電力線作為傳輸數(shù)據(jù)和語音信號介質(zhì)的一種通信方式。電力線接入是把戶外通信設(shè)備插入到變壓器用戶側(cè)的輸出電力線上，該通信設(shè)備可以通過光纖與主干網(wǎng)相連，向用戶提供數(shù)據(jù)、語音和多媒體等業(yè)務(wù)。戶外設(shè)備與各用戶端設(shè)備之間的所有連接都可看成是具有不同特性和通信質(zhì)量的信道，如果通信系統(tǒng)支持室內(nèi)組網(wǎng)，則室內(nèi)任何兩個電源插座間的連接都是一個通信信道。,7.4.5其他寬帶接入技術(shù),電力線通信技術(shù)是利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號的一種通信方式。該技術(shù)是把載有信息的高頻加載于電流，然后用電線傳輸，接收信息的調(diào)制解調(diào)器再把高頻從電流中分離出來，并傳送到計(jì)算機(jī)或電話，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。,7.5寬帶ISDN,7.5.1B-ISDN的概念當(dāng)人們認(rèn)識到數(shù)字技術(shù)的優(yōu)越性時，就將其用于模擬通信網(wǎng)中的傳輸系統(tǒng)或交換系統(tǒng)。于是人們就設(shè)想使各種不同業(yè)務(wù)的信息，經(jīng)過數(shù)字化后，都在廣域網(wǎng)中傳送和交換。這就是綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork)。后來由于又提出了寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN，因此ITU-T（即前CCITT）在20世紀(jì)70年代中期提出的ISDN就稱為窄帶ISDN，或N-ISDN。,7.5.1B-ISDN的概念,B-ISDN與N-ISDN相比，具有以下的一些重大區(qū)別：(1)N-ISDN使用的是電路交換。只是在傳送信令的D通路使用分組交換。B-ISDN使用的交換方式是快速分組交換，即異步傳遞方式ATM。(2)N-ISDN是以目前正在使用的電話網(wǎng)為基礎(chǔ)，其用戶環(huán)路采用雙絞線(銅線)。但在B-ISDN中，其用戶環(huán)路和干線都采用光纜（短距離的通信也可使用雙絞線）。,7.5.1B-ISDN的概念,(3)N-ISDN各通路的比特率是預(yù)先設(shè)置的。如B通路比特率為64kb/s。但B-ISDN使用虛通路的概念，其比特率只受用戶到網(wǎng)絡(luò)接口的物理比特率的限制。(4)N-ISDN無法傳送高速圖像，但B-ISDN可以傳送服務(wù)質(zhì)量有保證的高速圖像。,7.5.2ISDN的接入,用戶線接入ISDN的方式從速率和用戶配置上劃分共有以下5類。基本接入方式基本接入利用現(xiàn)有的市話電纜對用戶提供一個ISDN的兩條B通道（64Kbps）和一條D通道（16Kbps）組成的最低速率的接入形式，廣泛用于一般家庭和PBX內(nèi)線一側(cè)。,7.5.2ISDN的接入,一次群接入方式一次群的D通道傳輸速率為64Kbps。該方式能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€ISDN的30B+D（歐洲、澳洲等地區(qū)）或23B+D（美國和日本）接口，通常用于連接用戶交換機(jī)或局域網(wǎng)設(shè)備。,7.5.2ISDN的接入,一般數(shù)字接入方式該方式可以用于一次群或二次群數(shù)字段去連接遠(yuǎn)端的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以支持任何模擬的、數(shù)字的和ISDN用戶接入的組合，通常是集線器設(shè)備接入數(shù)字交換機(jī)。數(shù)字接入鏈路該方式能夠?yàn)橛脩籼峁┒鄠€2B+D基本接入的復(fù)合功能，可以連接遠(yuǎn)端復(fù)用設(shè)備。,7.5.3ISDN的功能與服務(wù),接入網(wǎng)絡(luò)該方式是國際電信聯(lián)盟最新定義的用戶接入類型，這種接入網(wǎng)絡(luò)對于實(shí)現(xiàn)和發(fā)展本地交換局中的寬帶用戶接入具有特別的意義。該接入網(wǎng)絡(luò)稱為V5接口，按照其接口的帶寬、通路結(jié)構(gòu)和所支持的業(yè)務(wù)，V5接口可以分為V5.1和V5.2兩種。,7.5.3ISDN的功能與服務(wù),1、ISDN標(biāo)準(zhǔn)的功能ISDN中“綜合”二字指的是在同一數(shù)字傳輸鏈路上，通過同一數(shù)字交換機(jī)同時傳送數(shù)字化的話音信號和各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。ISDN的關(guān)鍵在于數(shù)字電話網(wǎng)，只要花費(fèi)很小的費(fèi)用就可以提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，而對于已在IDN上傳送的話音業(yè)務(wù)既不增加費(fèi)用也不影響其功能。ISDN基本上是對電話系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，國際間的協(xié)作是由ITU-T來完成的。,7.5.3ISDN的功能與服務(wù),ISDN的主要業(yè)務(wù)仍是話音，但其功能必須加以擴(kuò)展。ISDN的新業(yè)務(wù)包括交互電視；用戶電傳，它基本上是電子郵件的一種形式。此外，還可以提供傳真服務(wù)，把圖形、圖像用電子掃描和數(shù)字化，得到的比特流通過ISDN系統(tǒng)傳送到目的地，然后再還原畫在紙上。,7.5.3ISDN的功能與服務(wù),2、ISDN的網(wǎng)絡(luò)功能為了實(shí)現(xiàn)綜合服務(wù)，ISDN包括下列功能，64Kbps的線路交換和專用線功能，中高速的線路交換和專用線功能；分組交換功能和公共通信信令以及通信處理功能等。,7.6數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng),7.6.1DDN概述DDN（DigitalDataNetwork）指的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)，是利用數(shù)字信道提供半永久性連接電路，以傳輸數(shù)據(jù)信號為主的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。通過DDN可為用戶提供全程端到端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)（為公用電信網(wǎng)內(nèi)部用戶提供點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)字專用電路）。,7.6.1DDN概述,DDN的傳輸介質(zhì)有光纜、數(shù)字微波、衛(wèi)星信道以及用戶端可用的普通電纜和雙絞線。利用數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號與傳統(tǒng)的模擬信道相比，具有傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬利用率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。,7.6.1DDN概述,DDN為用戶提供的基本業(yè)務(wù)是專用電路業(yè)務(wù)，其中最典型或最主要的是點(diǎn)對點(diǎn)的專用電路。從用戶角度來看，租用一條點(diǎn)對點(diǎn)的專線就是租用了一條高質(zhì)量、高帶寬的雙向數(shù)字信道，可以直接進(jìn)行數(shù)字通信。用戶在DDN上租用一根點(diǎn)對點(diǎn)專線與租用一根電話專線十分相似。,7.6.2DDN的組成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),DDN的組成主要以硬件為主，對應(yīng)OSI模型的低三層，主要由4大部分組成：本地傳輸系統(tǒng)、DDN結(jié)點(diǎn)、局間傳輸及網(wǎng)同步系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。,7.6.3用戶接入DDN的方式,DDN網(wǎng)提供了豐富的用戶接入方式：通過調(diào)制解調(diào)器接入。通過DDN的數(shù)據(jù)終端設(shè)備接入。通過用戶集中設(shè)備接入。通過模擬電話接入。,7.6.4DDN網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)功能,DDN可提供的基本業(yè)務(wù)和服務(wù)是：除專用電路業(yè)務(wù)外，DDN還提供了多種增值業(yè)務(wù)。增值業(yè)務(wù)包括：幀中繼、壓縮話音/G3傳真、虛擬專用網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)和服務(wù)。,7.7幀中繼,7.7.1幀中繼概述幀中繼是一種只簡單地提供面向連接的、將數(shù)據(jù)從甲地傳遞至乙地的、廉價的公共網(wǎng)。幀中繼規(guī)程為用戶設(shè)備（DTE）接入幀中繼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（DCE）提供了統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)。作為DTE與DCE接口，幀中繼提供了分組交換數(shù)據(jù)通信能力，在DTE與DCE間單一的物理鏈路上能復(fù)用多條邏輯鏈路，從而使一個源DTE可用多條虛電路和多個目的DTE實(shí)現(xiàn)連接。,7.7.1幀中繼概述,幀中繼就是一種減少結(jié)點(diǎn)處理時間的技術(shù)。幀中繼的原理很簡單。當(dāng)幀中繼交換機(jī)收到一個幀的首部時，只要一查出幀的目的地址就立即開始轉(zhuǎn)發(fā)該幀。,7.7.1幀中繼概述,當(dāng)正在接收一個幀時就轉(zhuǎn)發(fā)此幀，通常被稱為快速分組交換(fastpacketswitching)?？焖俜纸M交換在實(shí)現(xiàn)的技術(shù)上有兩大類，它是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳送的幀長是可變的還是固定的來劃分。在快速分組交換中，當(dāng)幀長為可變時就是幀中繼；當(dāng)幀長為固定時（這時每一個幀叫做一個信元）就是信元中繼(CellRelay)，像異步傳遞方式ATM就屬于信元中繼。,7.7.1幀中繼概述,圖7-17(a)和(b)分別是一般分組交換網(wǎng)絡(luò)和幀中繼這兩種方式在層次上的對比。對于一般的分組交換網(wǎng)，其數(shù)據(jù)鏈路層具有完全的差錯控制。但對于幀中繼網(wǎng)絡(luò)，不僅其網(wǎng)絡(luò)中的各結(jié)點(diǎn)沒有網(wǎng)絡(luò)層，并且其數(shù)據(jù)鏈路層只具有有限的差錯控制功能。只有在通信兩端的主機(jī)中的數(shù)據(jù)鏈路層才具有完全的差錯控制功能。圖7-17(b)中帶陰影的部分表示幀中繼網(wǎng)絡(luò)只有最低的兩層。,7.7.1幀中繼概述,圖7-17從層次關(guān)系上比較一般分組交換網(wǎng)與幀中繼方式,7.7.1幀中繼概述,圖7-18比較了兩種情況下從源站到目的站傳送一幀在網(wǎng)絡(luò)的各鏈路上所要傳送的信息。若在傳送的過程中出現(xiàn)了差錯而導(dǎo)致分組的重傳，則二者的差別就還要大。,7.7.1幀中繼概述,圖7-18一般分組交換網(wǎng)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式與幀中繼方式的對比,7.7.1幀中繼概述,幀中繼的呼叫控制信令是在與用戶數(shù)據(jù)分開的另一個邏輯連接上傳送的。幀中繼的邏輯連接的復(fù)用和交換都在第二層處理。幀中繼網(wǎng)絡(luò)向上提供面向連接的虛電路服務(wù)。虛電路一般分為交換虛電路SVC和永久虛電路PVC兩種，但幀中繼網(wǎng)絡(luò)通常為相隔較遠(yuǎn)的一些局域網(wǎng)提供鏈路層的永久虛電路服務(wù)。永久虛電路的好處是在通信時可省去建立連接的過程。,7.7.1幀中繼概述,7.7.2幀中繼網(wǎng)的接入,目前，大部分用戶采用直通用戶電路接入幀中繼網(wǎng)，也有些用戶通過電話交換電路或ISDN交換電路接入。一般而言，用戶接入幀中繼網(wǎng)可采用以下幾種形式，如圖7-20所示。局域網(wǎng)接入形式。局域網(wǎng)用戶一般通過網(wǎng)橋/路由器接入幀中繼網(wǎng)，也可以通過其他的幀中繼接入設(shè)備（如集線器、PAD、規(guī)程轉(zhuǎn)換器等）接入幀中繼網(wǎng)。,7.7.2幀中繼網(wǎng)的接入,計(jì)算機(jī)接入形式各類計(jì)算機(jī)要通過幀中繼接入設(shè)備（FRAD），將非標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)程轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的UNI接口規(guī)程后接入幀中繼網(wǎng)絡(luò)；如果計(jì)算機(jī)自身帶有標(biāo)準(zhǔn)的UNI規(guī)程，則可作為幀中繼終端直接接入幀中繼網(wǎng)。用戶幀中繼交換機(jī)接入公用幀中繼網(wǎng)。用戶專用的幀中繼網(wǎng)接入公用幀中繼網(wǎng)時，將專用網(wǎng)絡(luò)中的一臺交換機(jī)作為公用幀中繼網(wǎng)的用戶，以標(biāo)準(zhǔn)的UNI規(guī)程接入。,7.7.2幀中繼網(wǎng)的接入,7.7.3幀中繼的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn),幀中繼網(wǎng)是由三個要素組成的，幀中繼接入設(shè)備、幀中繼交換設(shè)備和公用幀中繼業(yè)務(wù)。幀中繼接入設(shè)備（FRAD）：用戶住宅設(shè)備（CPE），包括主機(jī)、網(wǎng)橋/路由器、分組交換機(jī)、特殊的幀中繼“PAD”。幀中繼交換設(shè)備：TI/E1（1.544/2.048Mbps）一次群復(fù)用器、分組交換機(jī)、專用幀中繼交換設(shè)備等，為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)幀中繼接口。,7.7.3幀中繼的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn),幀中繼協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)包括控制平面和用戶平面兩個操作平面，如圖7-21所示。,7.7.4幀中繼的業(yè)務(wù)應(yīng)用,幀中繼的應(yīng)用十分廣泛，它較適合于大流量、短延遲、高分辨率的可視圖文及長文件的傳輸。1、局域網(wǎng)互聯(lián)利用幀中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行局域網(wǎng)互聯(lián)，是幀中繼最典型的一種應(yīng)用。在已建成的幀中繼網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行局域網(wǎng)互聯(lián)的用戶數(shù)量占90%以上，因?yàn)閹欣^很適合為局域網(wǎng)用戶傳送大量的突發(fā)性數(shù)據(jù)。,7.7.4幀中繼的業(yè)務(wù)應(yīng)用,2、圖像傳送幀中繼網(wǎng)絡(luò)可提供圖像、圖表的傳送業(yè)務(wù)，這些信息的傳送往往要占用較大的網(wǎng)絡(luò)帶寬。例如，醫(yī)療機(jī)構(gòu)要傳送一張X光胸透照片往往要占8Mbps的帶寬。如果用分組交換網(wǎng)傳送則端對端的延遲過長，用戶也會難受；如果采用電路交換網(wǎng)傳送，則費(fèi)用太高，用戶也會難以承受；幀中繼網(wǎng)絡(luò)由于具有高速率、低延遲、動態(tài)分配帶寬、成本低等特點(diǎn)，很適合傳輸這類圖像信息。,7.7.4幀中繼的業(yè)務(wù)應(yīng)用,3、虛擬專用網(wǎng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)可以將網(wǎng)絡(luò)中的若干個節(jié)點(diǎn)劃分為一個分區(qū)，并設(shè)置相對獨(dú)立的管理機(jī)構(gòu)，對分區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)流量及各種資源進(jìn)行管理，這種分區(qū)結(jié)構(gòu)就是虛擬專用網(wǎng)（VPN）。采用虛擬專用網(wǎng)比建立一個實(shí)際的專用網(wǎng)要經(jīng)濟(jì)合算，尤其適合于大型企業(yè)的用戶。,7.8異步傳輸模式,電路交換和分組交換在實(shí)現(xiàn)寬帶高速的交換任務(wù)時，都表現(xiàn)有一些缺點(diǎn):對于電路交換，當(dāng)數(shù)據(jù)的傳輸速率及其突發(fā)性變化非常之大時，交換的控制就變得十分復(fù)雜。對于分組交換，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率很高時，協(xié)議數(shù)據(jù)單元在各層的處理成為很大的開銷，無法滿足實(shí)時性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)的時延要求。特別是，基于IP的分組交換網(wǎng)不能保證服務(wù)質(zhì)量。但電路交換的實(shí)時性和服務(wù)質(zhì)量都很好而分組交換的靈活性卻很好。,7.8.lATM的定義,異步傳遞方式ATM(AsynchronousTransferMode)就是建立在電路交換和分組交換的基礎(chǔ)上的一種面向連接的快速分組交換技術(shù)，它采用定長分組作為傳輸和交換的單位。在ATM中這種定長的分組叫做信元(cell)。ATM采用面向連接的傳輸方式，將數(shù)據(jù)分割成固定長度的信元，通過虛連接進(jìn)行交換。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,1、ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備ATM網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由多個ATM交換機(jī)和ATM端點(diǎn)組成如圖7-22所示。ATM網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的接口稱為用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）；ATM交換機(jī)與ATM交換機(jī)之間的接口稱為網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)接口（NNI）。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,圖7-22ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,ATM端點(diǎn)又稱為ATM端系統(tǒng)，即在ATM網(wǎng)絡(luò)中能夠產(chǎn)生或接收信元的源站或目的站。ATM端點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與ATM交換機(jī)相連。ATM交換機(jī)就是一個快速分組交換機(jī)（交換容量高達(dá)數(shù)百Gb/s），其主要構(gòu)件是交換結(jié)構(gòu)（switchingfabric）、若干個高速輸入端口和輸出端口、以及必要的緩存，如圖7-23所示:,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,圖7-23ATM交換機(jī)結(jié)構(gòu)模式,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,由于ATM標(biāo)準(zhǔn)并不對ATM交換機(jī)的具體交換結(jié)構(gòu)做出規(guī)定，因此現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多種類型的ATM交換結(jié)構(gòu)。最簡單的ATM網(wǎng)絡(luò)可以只有一個ATM交換機(jī)，并通過一些點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與各ATM端點(diǎn)相連。較小的ATM網(wǎng)絡(luò)只擁有少量的ATM交換機(jī)，一般都連接成網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)，以獲得較好的連通性。大型ATM網(wǎng)絡(luò)則擁有較多數(shù)量的ATM交換機(jī)，并按照分級的結(jié)構(gòu)連成網(wǎng)絡(luò)。ATM交換機(jī)有多種類型，但所有的交換機(jī)都要實(shí)現(xiàn)以下兩個基本目標(biāo)：盡量減少信元交換中的信元的丟失率；在同一條虛通道上進(jìn)行傳輸?shù)男旁捻樞虿荒鼙桓淖儭?7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,2、ATM的協(xié)議參考模型制定ATM標(biāo)準(zhǔn)的最主要的組織機(jī)構(gòu)有ITU-T和ATM論壇(ATMForum)以及IETF等。下面介紹ATM的協(xié)議參考模型。ATM的協(xié)議參考模型共有三層，如圖7-24所示大體上與OSI的最低兩層相當(dāng)（但無法嚴(yán)格對應(yīng)）。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,圖7-24ATM的協(xié)議參考模型,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,(1)物理層物理層又分為兩個子層?？肯旅娴氖俏锢砻襟w相關(guān)(PhysicalMediumDependent)子層，即PMD子層。PMD子層的上面是傳輸匯聚(TransmissionConvergence)子層，即TC子層。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,(2)ATM層主要完成交換和復(fù)用功能，與傳送ATM信元的物理媒體或物理層無關(guān)。每一個ATM連接都用信元首部中的兩級標(biāo)號來識別。第一級標(biāo)號是虛通路標(biāo)識VCI(VirtualChannelIdentifier)，第二級標(biāo)號是虛通道標(biāo)識符VPI(VirtualPathIdentifier)。一個虛通路VC是在兩個或兩個以上的端點(diǎn)之間的一個運(yùn)送ATM信元的通信通路。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,圖7-25虛通道、虛通路和傳輸鏈路的關(guān)系,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,ATM層的功能是：信元的復(fù)用與分用；信元的VPI/VCI轉(zhuǎn)換；信元首部的產(chǎn)生與提??；流量控制。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,(3)ATM適配層ATM傳送和交換的是53字節(jié)固定長度的信元。但是上層的應(yīng)用程序向下層傳遞的并不是53字節(jié)長的信元。因此當(dāng)IP數(shù)據(jù)報需要在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送時，就需要有一個接口，它能夠?qū)P數(shù)據(jù)報裝入一個個ATM信元，然后在ATM網(wǎng)絡(luò)中傳送。這個接口就是在ATM層上面的ATM適配層，記為AAL(ATMAdaptationLayer)。AAL層的作用就是增強(qiáng)ATM層所提供的服務(wù)，并向上面高層提供各種不同的服務(wù)。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,3、ATM的信元結(jié)構(gòu)信元長度主要由兩個互相矛盾的因素決定。當(dāng)采用分組交換時，分組越長，分組首部的額外開銷就相對越小。ATM信元采用固定長度的分組，它由5個字節(jié)的首部和48字節(jié)的信息字段組成，如圖7-26所示。信元首部包含著在ATM網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息所需的信息。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,圖7-26ATM信元的結(jié)構(gòu),7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,介紹ATM信元首部中各字段的作用。(1)通用流量控制GFC(GenericFlowControl)4bit字段，通常置為0。根據(jù)ITU-T標(biāo)準(zhǔn)，GFC用來在共享媒體上進(jìn)行接入流量控制，現(xiàn)在的點(diǎn)到點(diǎn)配置不需要這一字段的接入控制功能。GFC字段完成的是類似局域網(wǎng)MAC子層的功能，與ATM層的處理無關(guān)。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,(2)VPI/VCI即路由字段，總共24bit。VPI/VCI字段和幀中繼中的DLCI字段的作用相似。對于用戶到網(wǎng)絡(luò)接口UNI，VPI/VCI字段中的虛通道標(biāo)識符VPI占8bit，而虛通路標(biāo)識符VCI占16bit。(3)有效載荷類型PT(PayloadType)3bit字段，用來區(qū)分該信元是用戶信息或非用戶信息。此字段又稱為有效載荷類型指示PTI（I表示Indicator）。第一個比特為0表示是用戶數(shù)據(jù)信元，第二個比特表示有無遭受到擁塞（該比特由網(wǎng)絡(luò)的ATM交換機(jī)填寫），第三個比特用來區(qū)分服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU的類型。,7.8.2ATM網(wǎng)絡(luò)的組成和設(shè)備,(4)信元丟失優(yōu)先級CLP(Cel