1、第 6 章 廣域網(wǎng),第 6章 廣域網(wǎng),6.1 廣域網(wǎng)的基本概念 6.2 廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機制 6.3 擁塞控制 6.4 X.25 網(wǎng) 6.5 幀中繼 FR 6.6 異步傳遞方式 ATM,第 6 章 廣域網(wǎng) 6.1 廣域網(wǎng)的基本概念,6.1.1 廣域網(wǎng)的構(gòu)成 當主機之間的距離較遠時，例如，相隔幾十或幾百公里，甚至幾千公里，局域網(wǎng)顯然就無法完成主機之間的通信任務。這時就需要另一種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡，即廣域網(wǎng)。,由局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組成互聯(lián)網(wǎng),廣域網(wǎng),相距較遠的局域網(wǎng)通過路由器與廣域網(wǎng)相連 組成了一個覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng),應當注意,即使是覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng)，也不是廣域網(wǎng)，因為在這種網(wǎng)絡中，不同網(wǎng)絡的“互連”

2、才是其最主要的特征。 廣域網(wǎng)是單個的網(wǎng)絡，它使用結(jié)點交換機連接各主機而不是用路由器連接各網(wǎng)絡。 結(jié)點交換機在單個網(wǎng)絡中轉(zhuǎn)發(fā)分組，而路由器在多個網(wǎng)絡構(gòu)成的互聯(lián)網(wǎng)中轉(zhuǎn)發(fā)分組。 連接在一個廣域網(wǎng)（或一個局域網(wǎng)）上的主機在該網(wǎng)內(nèi)進行通信時，只需要使用其網(wǎng)絡的物理地址即可。,6.1.2 數(shù)據(jù)報和虛電路,網(wǎng)絡層為接在網(wǎng)絡上的主機所提供的服務可以有兩大類： 無連接的網(wǎng)絡服務（數(shù)據(jù)報服務） 面向連接的網(wǎng)絡服務（虛電路服務）。,數(shù)據(jù)報和虛電路,提供數(shù)據(jù)報服務的特點,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),H1 向 H5 發(fā)送分組,H2 向 H6 發(fā)送分組,路徑可能變化,網(wǎng)絡隨時接受主

3、機發(fā)送的分組（即數(shù)據(jù)報） 網(wǎng)絡為每個分組獨立地選擇路由。,提供數(shù)據(jù)報服務的特點,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),網(wǎng)絡盡最大努力地將分組交付給目的主機， 但網(wǎng)絡對源主機沒有任何承諾。,提供數(shù)據(jù)報服務的特點,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),網(wǎng)絡不保證所傳送的分組不丟失 也不保證按源主機發(fā)送分組的先后順序 以及在時限內(nèi)必須將分組交付給目的主機,提供數(shù)據(jù)報服務的特點,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),當網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時 網(wǎng)絡中的結(jié)點可根據(jù)情況將一些分組丟棄,提供數(shù)據(jù)報服務的特點,H1,H5,H2,H

4、4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),數(shù)據(jù)報提供的服務是不可靠的， 它不能保證服務質(zhì)量。 實際上“盡最大努力交付”的服務 就是沒有質(zhì)量保證的服務。,兩種服務的思路來源不同,虛電路服務的思路來源于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)。 電信網(wǎng)負責保證可靠通信的一切措施，因此電信網(wǎng)的結(jié)點交換機復雜而昂貴。 數(shù)據(jù)報服務力求使網(wǎng)絡生存性好和使對網(wǎng)絡的控制功能分散，因而只能要求網(wǎng)絡提供盡最大努力的服務。 可靠通信由用戶終端中的軟件（即TCP）來保證。,數(shù)據(jù)報服務與虛電路服務之爭,讓網(wǎng)絡只提供數(shù)據(jù)報服務就可大大簡化網(wǎng)絡層的結(jié)構(gòu)。 但技術的進步使得網(wǎng)絡出錯的概率已越來越小，因而讓主機負責端到端的可靠性不但不會給主機增加更

5、多的負擔，反而能夠使更多的應用在這種簡單的網(wǎng)絡上運行。 因特網(wǎng)發(fā)展到今天的規(guī)模，充分說明了在網(wǎng)絡層提供數(shù)據(jù)報服務是非常成功的。,網(wǎng)絡上傳送的報文長度，在很多情況下都很短。 用數(shù)據(jù)報既迅速又經(jīng)濟。 若用虛電路，為了傳送一個分組而建立虛電路和釋放虛電路就顯得太浪費網(wǎng)絡資源了。,數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務 都各有一些優(yōu)缺點,在使用數(shù)據(jù)報時，每個分組必須攜帶完整的地址信息。 在使用虛電路的情況下，每個分組不需要攜帶完整的目的地址，而僅需要有個很簡單的虛電路號碼的標志。 這就使分組的控制信息部分的比特數(shù)減少，因而減少了額外開銷。,數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務 都各有一些優(yōu)缺點,在使用數(shù)據(jù)報時，主機承擔端到端的差錯

6、控制和流量控制。 在使用虛電路時，分組按順序交付，網(wǎng)絡可以負責差錯控制和流量控制。,數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務 都各有一些優(yōu)缺點,數(shù)據(jù)報服務對軍事通信有其特殊的意義。當某個結(jié)點發(fā)生故障時，后續(xù)的分組就可另選路由，因而提高了可靠性。 但在使用虛電路時，結(jié)點發(fā)生故障就必須重新建立另一條虛電路。 數(shù)據(jù)報服務還很適合于將一個分組發(fā)送到多個地址(即廣播或多播)。,數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務 都各有一些優(yōu)缺點,數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務 優(yōu)缺點的歸納,對比的方面 虛電路服務 數(shù)據(jù)報服務 思路 可靠通信應當 可靠通信應當 由網(wǎng)絡來保證 由用戶主機來保證 連接的建立 必須有 不要 目的站地址 僅在連接建立階段 每個分組都

7、有 使用，每個分組使 目的站的全地址 用短的虛電路號,數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務 優(yōu)缺點的歸納,對比的方面 虛電路服務 數(shù)據(jù)報服務 分組的轉(zhuǎn)發(fā) 屬于同一條虛電路 每個分組獨立選擇 的分組均按照同一 路由進行轉(zhuǎn)發(fā) 路由進行轉(zhuǎn)發(fā) 當結(jié)點出 所有通過出故障的 故障結(jié)點可能丟失 故障時 結(jié)點的虛電路 分組，一些路由 均不能工作 可能會發(fā)生變化,數(shù)據(jù)報服務和虛電路服務 優(yōu)缺點的歸納,對比的方面 虛電路服務 數(shù)據(jù)報服務 分組的順序 總是按發(fā)送順序 到達目的站時不一定 到達目的站 按發(fā)送順序 端到端的 可以由分組交換網(wǎng) 由用戶主機負責 差錯處理和 負責也可以由用戶 流量控制 主機負責,返回本章,6.2 廣域網(wǎng)中

8、的分組轉(zhuǎn)發(fā)機制,“轉(zhuǎn)發(fā)” (forwarding)和“路由選擇” (routing)這兩個名詞的使用在過去有些混亂?，F(xiàn)在的文獻傾向于將它們區(qū)分開來。 轉(zhuǎn)發(fā)是當交換結(jié)點收到分組后，根據(jù)其目的地址查找轉(zhuǎn)發(fā)表(forwarding table)，并找出應從結(jié)點的哪一個接口將該分組發(fā)送出去。 路由選擇是構(gòu)造路由表(routing table)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。,“轉(zhuǎn)發(fā)”和“路由選擇”,路由選擇協(xié)議負責搜索分組從某個結(jié)點到目的結(jié)點的最佳傳輸路由，以便構(gòu)造路由表。 從路由表再構(gòu)造出轉(zhuǎn)發(fā)分組的轉(zhuǎn)發(fā)表。分組是通過轉(zhuǎn)發(fā)表進行轉(zhuǎn)發(fā)的。 為了使討論更簡單

9、些，可以不嚴格區(qū)分“轉(zhuǎn)發(fā)”和“路由選擇”，也不一定使用“轉(zhuǎn)發(fā)表”這一名詞。 在轉(zhuǎn)發(fā)分組時可以不是說“查找轉(zhuǎn)發(fā)表”而是說“查找路由表”。,廣域網(wǎng)中的路由選擇,6.2.1 在結(jié)點交換機中查找轉(zhuǎn)發(fā)表,1. 層次結(jié)構(gòu)的地址結(jié)構(gòu) 局域網(wǎng)采用了平面地址結(jié)構(gòu) (flat addressing)。 對局域網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)非常方便。 廣域網(wǎng)中一般都采用層次地址結(jié)構(gòu)(hierarchical addressing)。,最簡單的層次結(jié)構(gòu)地址舉例,用二進制數(shù)表示的主機地址劃分為前后兩部分。 前一部分的二進制數(shù)表示該主機所連接的分組交換機的編號。 后一部分的二進制數(shù)表示所連接的分組交換機的端口號，或主機的編號。,所連接的交

10、換機的編號,所連接的交換機端口的編號,計算機在廣域網(wǎng)中的地址,2, 1 2, 2,4 5 6 7,交 換 機 1,交換機 2,交 換 機 3,1, 1 1, 3,3, 2,3, 3,每個交換機都有兩組端口。 一組是和本地主機相連的低速端口，,另一組是和其他交換機相連的高速端口。,1 2 3,1 2 3,1 2 3,2, 1 2, 2,交換機 2,交 換 機 3,1, 1,3, 2,3, 3,每個主機地址中后面的數(shù)字是指該交換機的低速端口,主機地址3, 2是指連接在交換機 3 的 2 號低速端口,交 換 機 1,1, 3,主機地址1, 3是指連接在交換機 1 的 3 號低速端口,1 2 3,1

11、2 3,4 5 6 7,1 2 3,按照目的站連接的交換機號 確定下一跳,只要轉(zhuǎn)發(fā)表中目的站一欄中的交換機號相同，那么查出的“下一跳”就是相同的。 在轉(zhuǎn)發(fā)分組時，可只根據(jù)分組的主機地址中的交換機號來查找轉(zhuǎn)發(fā)表。 只有當分組到達與目的主機相連的結(jié)點交換機時，交換機才檢查第二部分地址（主機號），并通過合適的低速端口將分組交給目的主機。,圖的應用,可用圖論中的“圖(graph)”來表示整個廣域網(wǎng)。 用“結(jié)點”表示廣域網(wǎng)上的結(jié)點交換機，用連接結(jié)點與結(jié)點的“邊”表示廣域網(wǎng)中的鏈路。 連接在結(jié)點交換機上的主機與分組轉(zhuǎn)發(fā)無關，因此在圖中可以不畫上。,6.3 擁塞控制 6.3.1 擁塞控制的意義,在某段時間，

12、若對網(wǎng)絡中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡的性能就要變壞產(chǎn)生擁塞(congestion)。 出現(xiàn)資源擁塞的條件： 對資源需求的總和 可用資源 (5-1) 若網(wǎng)絡中有許多資源同時產(chǎn)生擁塞，網(wǎng)絡的性能就要明顯變壞，整個網(wǎng)絡的吞吐量將隨輸入負荷的增大而下降。,擁塞控制與流量控制的關系,擁塞控制所要做的都有一個前提，就是網(wǎng)絡能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡負荷。 擁塞控制是一個全局性的過程，涉及到所有的主機、所有的路由器，以及與降低網(wǎng)絡傳輸性能有關的所有因素。 流量控制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間的點對點通信量的控制。 流量控制所要做的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便使接收端來得及接收。,直接

13、死鎖,直接死鎖即由互相占用了對方需要的資源而造成的死鎖。 例如兩個結(jié)點都有大量的分組要發(fā)往對方，但兩個結(jié)點中的緩存在發(fā)送之前就已經(jīng)全部被待發(fā)分組占滿了。 當每個分組到達對方時，由于沒有地方存放，只好被丟棄。發(fā)送分組的一方因收不到對方發(fā)來的確認信息，只能將發(fā)送過的分組依然保存在自己結(jié)點的緩存中。 這兩個結(jié)點就這樣一直互相僵持著，誰也無法成功地發(fā)送出一個分組。,重裝死鎖舉例,A4,A2,A1,B3,C1,B1,B2,C3,B4,A3,C2,路由器 P,路由器 Q,路由器 R,主機 H,報文 A、B 和 C 經(jīng)過路由器 P、Q 和 R 發(fā)往主機 H。 每一報文由 4 個分組構(gòu)成。每個路由器的緩存只能

14、容納 4 個分組。 路由器 R 已為報文 A 預留了 4 個分組的緩存。 由于分組 A3 還未到達，所以目前還不能交付給主機 H。 分組 A3 暫存于路由器 P 的緩存中，它無法轉(zhuǎn)發(fā)到路由器 Q， 因為路由器 Q 的緩存已全占滿了。,重裝死鎖（動畫演示）,6.3.2 擁塞控制的一般原理,擁塞控制是很難設計的，因為它是一個動態(tài)的（而不是靜態(tài)的）問題。 當前網(wǎng)絡正朝著高速化的方向發(fā)展，這很容易出現(xiàn)緩存不夠大而造成分組的丟失。但分組的丟失是網(wǎng)絡發(fā)生擁塞的征兆而不是原因。 在許多情況下，甚至正是擁塞控制本身成為引起網(wǎng)絡性能惡化甚至發(fā)生死鎖的原因。這點應特別引起重視。,開環(huán)控制和閉環(huán)控制,開環(huán)控制方法就

15、是在設計網(wǎng)絡時事先將有關發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡在工作時不產(chǎn)生擁塞。 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： 監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)以便檢測到擁塞在何時、何處發(fā)生。 將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動的地方。 調(diào)整網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行以解決出現(xiàn)的問題。,返回本章,6.4 X.25 網(wǎng),X.25 網(wǎng)就是 X.25 分組交換網(wǎng)，它是在二十多年前根據(jù) CCITT（即現(xiàn)在的 ITU-T）的 X.25 建議書實現(xiàn)的計算機網(wǎng)絡。 X.25 只是一個對公用分組交換網(wǎng)接口的規(guī)約。X.25 所討論的都是以面向連接的虛電路服務為基礎。,X.25 的層次關系,用戶數(shù)據(jù)在 X.25 的分組層（相當于網(wǎng)絡層

16、）加上 X.25 的首部控制信息后，就組裝成為 X.25 分組。 在數(shù)據(jù)鏈路層使用的是 HDLC 的一個子集平衡型鏈路接入規(guī)程 LAPB。 在分組層 DTE 與 DCE 之間可建立多條邏輯信道(04095 號) ，使一個 DTE 同時和網(wǎng)上其他多個 DTE 建立虛電路并進行通信。 X.25 還規(guī)定了在經(jīng)常需要進行通信的兩個 DTE 之間可以建立永久虛電路。這些虛電路號以及分組序號等控制信息都寫在 X.25 分組的首部中。,X.25 的層次關系,LAPB 幀,X.25 分組,分組層（網(wǎng)絡層）,數(shù)據(jù)鏈路層,用戶數(shù)據(jù),用戶數(shù)據(jù),X.25首部,LAPB首部,LAPB尾部,X.25 網(wǎng)與 IP 網(wǎng),基于

17、 IP 協(xié)議的因特網(wǎng)是無連接的，只提供盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報服務，無服務質(zhì)量可言。 X.25 網(wǎng)是面向連接的，能夠提供可靠交付的虛電路服務，能保證服務質(zhì)量。 正因為 X.25 網(wǎng)能保證服務質(zhì)量，在二十多年前它曾經(jīng)是頗受歡迎的一種計算機網(wǎng)絡。,X.25 網(wǎng)退出了歷史舞臺,到了 20 世紀 90 年代，情況就發(fā)生了很大的變化。通信主干線路已大量使用光纖技術，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量大大提高使得誤碼率降低好幾個數(shù)量級，而 X.25 十分復雜的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和分組層協(xié)議已成為多余的。 PC 機的價格急劇下降使得無硬盤的啞終端退出了通信市場。這正好符合因特網(wǎng)當初的設計思想：網(wǎng)絡應盡量簡單而智能應盡可能放在網(wǎng)絡以外的

18、用戶端。,返回本章,6.5 幀中繼 FR 6.6.1 幀中繼的工作原理,在 20 世紀 80 年代后期，許多應用都迫切要求增加分組交換服務的速率。 幀中繼 FR (Frame Relay)就是一種支持高速交換的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。 幀中繼在許多方面非常類似于 X.25，被稱為第二代的 X.25。 今天的數(shù)字光纖網(wǎng)比早期的電話網(wǎng)具有低得多的誤碼率，如果減少結(jié)點對每個分組的處理時間，則各分組通過網(wǎng)絡的時延亦可減少，同時結(jié)點對分組的處理能力也就增大了。,幀中繼減少結(jié)點處理時間,幀中繼不使用差錯恢復和流量控制機制。 當幀中繼交換機收到一個幀的首部時，只要一查出幀的目的地址就立即進行轉(zhuǎn)發(fā)。 因此在幀中繼網(wǎng)絡中

19、，一個幀的處理時間比 X.25 網(wǎng)約減少一個數(shù)量級。這樣，幀中繼網(wǎng)絡的吞吐量要比 X.25 網(wǎng)絡的提高一個數(shù)量級以上。,幀中繼對差錯的處理,當檢測到有誤碼時，結(jié)點要立即中止這次傳輸。 當中止傳輸?shù)闹甘镜竭_下個結(jié)點后，下個結(jié)點也立即中止該幀的傳輸，并丟棄該幀。 如果需要重傳出錯的幀，則由源站使用高層協(xié)議（而不是幀中繼協(xié)議）請求重傳該幀。 因此，僅當幀中繼網(wǎng)絡本身的誤碼率非常低時，幀中繼技術才是可行的。,幀中繼使用虛電路,幀中繼的邏輯連接的復用和交換都在第二層處理，而不是像 X.25 在第三層處理。 幀中繼網(wǎng)絡向上提供面向連接的虛電路服務。虛電路一般分為交換虛電路 SVC 和永久虛電路 PVC 兩

20、種。 幀中繼網(wǎng)絡通常為相隔較遠的一些局域網(wǎng)提供鏈路層的永久虛電路服務，它的好處是在通信時可省去建立連接的過程。 如果有 N 個路由器需要用幀中繼網(wǎng)絡進行連接，那么就一共需要有 N(N 1)/2 條永久虛電路。,幀中繼的控制信令,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（即共路信令或帶外信令）。 這點和 X.25 很不相同。X.25 使用帶內(nèi)信令，即呼叫控制分組與用戶數(shù)據(jù)分組都在同一條虛電路上傳送。,幀中繼接口卡把 IP 數(shù)據(jù)報封裝到幀中繼幀的信息字段。 加上幀中繼幀的首部（包括幀中繼的標志字段和地址字段，幀中繼幀的標志字段和 PPP 幀的一樣），進行 CRC 檢驗后，加上

21、幀中繼幀的尾部（包含幀檢驗序列字段和標志字段），就構(gòu)成了幀中繼幀。,IP 數(shù)據(jù)報,幀中繼網(wǎng)絡的工作過程,目的主機若發(fā)現(xiàn)有差錯，則報告上層的 TCP 協(xié)議處理。 即使 TCP 協(xié)議對有錯誤的數(shù)據(jù)進行了重傳，幀中繼網(wǎng)也仍然當作是新的幀中繼幀來傳送，而并不知道這是重傳的數(shù)據(jù)。,6.6.2 幀中繼的幀格式,IP 數(shù)據(jù)報,標志字段是一個 01111110 的比特序列， 用于指示幀中繼幀的起始和結(jié)束。 它的惟一性是通過比特填充法來確保的。,幀中繼的幀格式,IP 數(shù)據(jù)報,信息字段是長度可變的用戶數(shù)據(jù)。,幀中繼的幀格式,IP 數(shù)據(jù)報,幀檢驗序列字段是 2 字節(jié)的 CRC 檢驗。 當檢測出差錯時，就將此幀丟棄。

22、,幀中繼的幀格式,IP 數(shù)據(jù)報,地址字段一般為 2 字節(jié)， 但也可擴展為 3 或 4 字節(jié)。,地址字段中的幾個重要部分,數(shù)據(jù)鏈路連接標識符 DLCI DLCI 字段的長度一般為10 bit（采用默認值 2 字節(jié)地址字段），但也可擴展為 16 bit（用 3字節(jié)地址字段），或 23 bit（用 4 字節(jié)地址字段），這取決于擴展地址字段的值。 DLCI 的值用于標識永久虛電路(PVC)、呼叫控制或管理信息。 數(shù)據(jù)鏈路連接標識符 DLCI 只具有本地意義。,地址字段中的幾個重要部分,前向顯式擁塞通知 FECN (Forward Explicit Congestion Notification) 若某

23、結(jié)點將 FECN 置為1，表明與該幀在同方向傳輸?shù)膸赡苁芫W(wǎng)絡擁塞的影響而產(chǎn)生時延。,地址字段中的幾個重要部分,反向顯式擁塞通知 BECN (Backward Explicit Congestion Notification) 若某結(jié)點將BECN置為1即指示接受者，與該幀反方向傳輸?shù)膸赡苁芫W(wǎng)絡擁塞的影響產(chǎn)生時延。,地址字段中的幾個重要部分,可丟棄指示 DE (Discard Eligibility)的長度是 1 bit。 DE 比特為 1 的幀表明這是較為不重要的低優(yōu)先級幀，在必要時可丟棄。,幀中繼使用的擁塞控制方法 丟棄策略。當擁塞足夠嚴重時，網(wǎng)絡就要被迫將幀丟棄。 擁塞避免。在剛一出現(xiàn)輕

24、微的擁塞跡象時用一些信令機制及時使擁塞避免過程開始工作。 擁塞恢復。在已出現(xiàn)擁塞時，擁塞恢復過程可阻止網(wǎng)絡徹底崩潰。,6.6.3 幀中繼的擁塞控制,在幀中繼網(wǎng)絡中，所有的幀中繼幀被劃分為高優(yōu)先級和低優(yōu)先級。 高優(yōu)先級幀在首部的地址字段中的可丟棄指示 DE 比特置為 0，表示網(wǎng)絡盡可能不要丟棄這類幀（即使網(wǎng)絡發(fā)生了擁塞）。 低優(yōu)先級幀的 DE 比特置為1，表示這是相對較為不重要的幀，在網(wǎng)絡發(fā)生了擁塞時可丟棄這類幀。,幀中繼幀的兩種優(yōu)先級,承諾的信息速率 CIR,速率,測量時間間隔 Tc,t,CIR 是對特定的幀中繼連接中，用戶和網(wǎng)絡共同協(xié)商確定的用戶信息傳送速率的門限數(shù)值。CIR 數(shù)值越高，幀中

25、繼用戶向幀中繼服務提供者交納的費用也就越多。,承諾的信息速率 CIR,只要端用戶在一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率超過 CIR，在網(wǎng)絡出現(xiàn)擁塞時，幀中繼網(wǎng)絡就可能會丟棄用戶所發(fā)送的某些幀。,速率,測量時間間隔 Tc,t,承諾的信息速率 CIR,每個幀中繼結(jié)點都應使通過該結(jié)點的所有連接的 CIR的總和不超過該結(jié)點的容量，即不能超過該結(jié)點的接入速率(access rate)。,速率,測量時間間隔 Tc,t,承諾的信息速率 CIR,雖然使用了“承諾的”這一名詞，但當數(shù)據(jù)傳輸速率不超過 CIR 時，網(wǎng)絡并不保證一定不發(fā)生幀丟棄。,速率,測量時間間隔 Tc,t,承諾的信息速率 CIR,CIR 是用來限制用戶在某

26、一段測量時間間隔 Tc內(nèi)所發(fā)送的數(shù)據(jù)的平均數(shù)據(jù)率。 當網(wǎng)絡必須把一些幀丟棄時，網(wǎng)絡將首先選擇超其 CIR 值的那些連接上的幀予以丟棄。,速率,測量時間間隔 Tc,t,承諾的信息速率 CIR,如果幀的速率總是小于 CIR，那么所有的幀都被打上高優(yōu)先級的標志（DE 比特置 0）。 這在一般情況下傳輸是有保證的。,速率,測量時間間隔 Tc,t,承諾的信息速率 CIR,若數(shù)據(jù)率僅在不太長的時間間隔大于 CIR，則網(wǎng)絡可以將這樣的幀置為 DE = 1，并在可能的情況下進行傳送（即不一定丟棄，視網(wǎng)絡的擁塞程度而定）。,速率,測量時間間隔 Tc,t,承諾的信息速率 CIR,若數(shù)據(jù)率超過 CIR 的時間較長，

27、以致注入到網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)量超過了網(wǎng)絡所設定的最高門限值，則應立即丟棄該連接上傳送的幀。,速率,測量時間間隔 Tc,t,返回本章,人們曾經(jīng)設想過“未來最理想的”一種網(wǎng)絡應當是寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng) B-ISDN。 B-ISDN 采用新的 ATM 交換技術。這種技術結(jié)合了電路交換和分組交換的優(yōu)點。 雖然在 B-ISDN 并沒有成功，但 ATM 技術還是獲得了相當廣泛的應用，并在因特網(wǎng)的發(fā)展中起到了重要的作用。,6.6 異步傳遞方式 ATM 6.6.1 ATM 的基本概念,ATM 是建立在電路交換和分組交換的基礎上的一種面向連接的快速分組交換技術。 ATM 采用定長分組作為傳輸和交換的單位。這種定長分組叫做

28、信元(cell)。,異步傳遞方式 ATM (Asynchronous Transfer Mode),當用戶的 ATM 信元需要傳送時，就可插入到 SDH 的一個幀中。 SDH 傳送的同步比特流被劃分為一個個固定時間長度的幀（請注意，這是時分復用的時間幀，而不是數(shù)據(jù)鏈路層的幀）。 每一個用戶發(fā)送的 ATM 信元在每一時分復用幀中的相對位置并不是固定不變的。,“異步”的含義,如果用戶有很多信元要發(fā)送，就可以接連不斷地發(fā)送出去。只要 SDH 的幀有空位置就可以將這些信元插入進來。 ATM 名詞中的“異步”是指將 ATM 信元“異步插入”到同步的 SDH 比特流中。,“異步”的含義,選擇固定長度的短信

29、元作為信息傳輸?shù)膯挝?，有利于寬帶高速交換。信元長度為 53 字節(jié)，其首部（可簡稱為信頭）為 5 字節(jié)。 能支持不同速率的各種業(yè)務。 所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，保持了電路交換在保證實時性和服務質(zhì)量方面的優(yōu)點。,ATM 的主要優(yōu)點如下：,ATM 使用光纖信道傳輸。由于光纖信道的誤碼率極低，且容量很大，因此在ATM 網(wǎng)內(nèi)不必在數(shù)據(jù)鏈路層進行差錯控制和流量控制(放在高層處理)，因而明顯地提高了信元在網(wǎng)絡中的傳送速率。,ATM 的主要優(yōu)點如下：,ATM 的一個明顯缺點就是信元首部的開銷太大，即 5 字節(jié)的信元首部在整個 53 字節(jié)的信元中所占的比例相當大。 ATM 的技術復雜且價格較高。

30、ATM 能夠直接支持的應用不多。 10 千兆以太網(wǎng)的問世，進一步削弱了 ATM 在因特網(wǎng)高速主干網(wǎng)領域的競爭能力。,ATM 的缺點,ATM 網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡元素,ATM 端點（又稱為 ATM 端系統(tǒng)）通過點到點鏈路與 ATM 交換機相連。 ATM 交換機是一個快速分組交換機（交換容量高達數(shù)百 Gb/s），其主要構(gòu)件是： 交換結(jié)構(gòu)(switching fabric) 若干個高速輸入端口和輸出端口 必要的緩存,ATM 的交換結(jié)構(gòu),ATM 交換機,交換結(jié)構(gòu),輸入信元,輸出信元,6.6.2 ATM 的協(xié)議參考模型 和信元結(jié)構(gòu),1. ATM 的協(xié)議參考模型 ATM 的協(xié)議參考模型共有三層，大體上與 OSI的

31、最低兩層相當（但無法嚴格對應）。,ATM 層,物理層,PMD 子層,TC 子層,ATM 適配層 (AAL 層),SAR子層,CS子層,3,2,1,ATM 的層次,(1) 物理層 （分為兩個子層）,靠下面的是 PMD 子層，即 物理媒體相關子層 (Physical Medium Dependent Sublayer),ATM 層,物理層,PMD 子層,TC 子層,ATM 適配層 (AAL 層),SAR子層,CS子層,3,2,1,ATM 的層次,(1) 物理層 （分為兩個子層）,靠上面是 TC 子層 傳輸匯聚子層 (Transmission Convergence Sublayer),ATM 層,

32、物理層,PMD 子層,TC 子層,ATM 適配層 (AAL 層),SAR子層,CS子層,3,2,1,ATM 的層次,物理層中的 PMD 子層,ATM 層,物理層,PMD 子層,TC 子層,ATM 適配層 (AAL 層),SAR子層,CS子層,3,2,1,ATM 的層次,PMD 子層負責在物理媒體上正確傳輸和接收比特流。它完成只和媒體相關的功能，如線路編碼和解碼、比特定時以及光電轉(zhuǎn)換等。,物理層中的 TC 子層,TC 子層實現(xiàn)信元流和比特流的轉(zhuǎn)換，包括速率適配（空閑信元的插入）、信元定界與同步、傳輸幀的產(chǎn)生與恢復等。 在發(fā)送時，TC 子層將 ATM 層交下來的信元流轉(zhuǎn)換成比特流，再交給下面的 P

33、MD 子層。 在接收時，TC 子層將 PMD 子層交上來的比特流轉(zhuǎn)換成信元流，標記出每一個信元的開始和結(jié)束，并交給 ATM 層。 TC 子層的存在使得 ATM 層實現(xiàn)了與下面的傳輸媒體完全無關。典型的 TC 子層就是 SONET/SDH。,9 行,ATM 信元流 裝入一個 STM-1 幀的例子,270 字節(jié),261 字節(jié),(2) ATM 層,ATM 層,物理層,PMD 子層,TC 子層,ATM 適配層 (AAL 層),SAR子層,CS子層,3,2,1,ATM 的層次,主要完成交換和復用功能，與傳送 ATM 信元的物理媒體或物理層無關。,VCI 與 VPI （ VPI 包含 VCI）,ATM 連

34、接用信元首部中的兩級標號來識別。 虛通路標識 VCI (Virtual Channel Identifier) 虛通道標識符 VPI (Virtual Path Identifier),傳輸鏈路,VCI 與 VPI （ VPI 包含 VCI）,一個虛通路 VC 是在兩個或兩個以上的端點之間的一個運送 ATM 信元的通信通路。 一個虛通道 VP 包含有許多相同端點的虛通路 VC，而這許多 VC 都使用同一個 VPI。,傳輸鏈路,VCI 與 VPI （ VPI 包含 VCI）,在一個給定的接口，復用在一條鏈路上的許多不同的 VP，用它們的 VPI 來識別。 復用在一個 VP 中的不同的 VC，用它

35、們的 VCI 來識別。,傳輸鏈路,VCI 與 VPI （ VPI 包含 VCI）,一個給定的 VCI 值沒有端到端的意義。 VP 在經(jīng)過集中器或交換機時，其 VPI 也會改變。,傳輸鏈路,信元的復用與分用 信元的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換（就是將一個入信元的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換成新的數(shù)值） 信元首部的產(chǎn)生與提取 流量控制,ATM 層的功能,AAL (ATM Adaptation Layer)層的作用就是增強 ATM 層所提供的服務，并向上面高層提供各種不同的服務。,(3) ATM 適配層 AAL,ATM 層,物理層,PMD 子層,TC 子層,ATM 適配層 (AAL 層),SAR子層,CS子層,

36、3,2,1,ATM 的層次,AAL 層將 48 字節(jié)長的數(shù)據(jù)塊 交給 ATM 層，加上 5 字節(jié)的首部后 變成 53 字節(jié)的信元,AAL 層又劃分為兩個子層 CS 子層 SAR 子層,AAL 層的兩個子層,ATM 層,物理層,PMD 子層,TC 子層,ATM 適配層 (AAL 層),SAR子層,CS子層,3,2,1,ATM 的層次,使 ATM 系統(tǒng)可對不同的應用（如文件傳送、點播視像等）提供不同的服務。每一個 AAL 用戶通過相應的服務訪問點 SAP（即應用程序的地址）接入到 AAL 層。在 CS 子層形成的協(xié)議數(shù)據(jù)單元叫做 CS-PDU。,匯聚子層 CS (Convergence Subla

37、yer),在發(fā)送時， SAR 子層將 CS 子層傳下來的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 CS-PDU 劃分成為 48 字節(jié)的單元，交給 ATM 層作為信元的有效載荷。 在接收時，SAR 子層進行相反的操作，將 ATM 層交上來的 48 字節(jié)長的有效載荷裝配成 CS-PDU。 SAR 子層就使得 ATM 層與上面的應用無關。,拆裝子層 SAR (Segmentation And Reassembly),ATM 層和 AAL 層,在 ATM 交換機中只有物理層和 ATM 層。,ATM 端點,AAL層,IP 層,物理層,ATM層,AAL層,IP 層,物理層,ATM層,ATM 網(wǎng)絡,ATM 網(wǎng)絡,ATM 端點,ATM 層和 AAL 層,AAL 層只能駐留在 ATM 端點之中。,交換機,交換機,ATM 網(wǎng)絡,ATM 網(wǎng)絡,ATM 層,物理層,物理層,物理層,ATM 層,物理層,IP 層,物理層,ATM層,IP 層,物理層,ATM層,ATM 在哪一層？,當孤立地觀察一個 ATM 網(wǎng)絡時，ATM 網(wǎng)絡像一個廣域網(wǎng)，因為它可以覆蓋很大的地理范圍，有自己網(wǎng)絡的硬件地址和進行信元轉(zhuǎn)發(fā)的結(jié)點交換機，并且向上提供虛電路服務。 從 IP 層來看，整個的 ATM 網(wǎng)絡又相當于兩個 IP 結(jié)點之