第5章 廣域網(wǎng)技術(shù)-數(shù)據(jù)交換

第5章廣域網(wǎng)技術(shù)—數(shù)據(jù)交換5.1線路(電路)交換技術(shù)5.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)5.3分組交換機5.4下一跳轉(zhuǎn)發(fā)5.5信元交換技術(shù)1廣域網(wǎng)2三種類型的網(wǎng)絡:局域網(wǎng)LocalAreaNetwork(LAN)城域網(wǎng)MetropolitanAreaNetwork(MAN)廣域網(wǎng)WideAreaNetwork(WAN)廣域網(wǎng)技術(shù)的關鍵問題在于：廣域網(wǎng)不僅僅連接很多計算機，而且它能提供足夠的容量允許這些計算機同時通信。廣域網(wǎng)資源利用策略—交換3線路/電路交換CircuitSwitching存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換StoreandForward報文交換MessageSwitching分組交換PacketSwitching定義4存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換:

消息/分組到達某個交換機后被存儲在隊列中，直到交換機找到了通往目的地的正確路徑后再將其轉(zhuǎn)發(fā)出去。電路交換：網(wǎng)絡中通信的兩端點間存在一條物理路徑，在整個通信過程中，這條路徑被通信雙方獨占。所有的數(shù)據(jù)/消息通過這條路徑連續(xù)傳送。通信結(jié)束后必須拆除這條路徑。5.1線路(電路)交換技術(shù)5.1.1原理55.1.2特點發(fā)送數(shù)據(jù)之前收發(fā)站點間要先建立一條專用通信線路；兩個站點間有一個實際的物理連接；預先分配帶寬，一次傳送所有數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳送完后需要拆除通信線路。65.1.3時分交換(T接線器)輸出控制：順序?qū)懭肟刂谱x出HW:一條PCM用戶線TS:時隙輸入控制：控制寫入順序讀出輸出TS8要裝入SM123的內(nèi)容輸出TS123要裝入SM8的內(nèi)容輸入TS8的內(nèi)容要放入SM123中輸入TS123的內(nèi)容要放入SM8中按CM的順序輸出交換后的復用幀按SM的順序輸出交換后的復用幀7SM：話音存儲器CM：控制存儲器5.1.4空分交換(S接線器)輸出控制85.1.5STS接線器TS2TS7TS7TS31IN1OUT395.1.6Example–電話10((((SwitchSwitchSwitchSwitchLocalSubscriberlineBDCALocalSubscriberlineAcommunicateswithB5.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)

5.2.1報文交換11M1,M2:Message,整個報文5.2.1報文交換(cont’)特點:采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，無需事先建立連接，無需事先分配帶寬；數(shù)據(jù)傳送單位是整個報文(消息)；某個中間節(jié)點完整地接收報文(消息)，暫存之，再轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點。125.2.2分組交換數(shù)據(jù)傳輸時，將完整的信息報文分割成具有統(tǒng)一格式、一定（不是固定）長度的數(shù)據(jù)塊，并進行獨立傳輸，這樣的數(shù)據(jù)塊稱為分組?？梢蕴幚矸纸M的網(wǎng)絡稱為分組網(wǎng)。分組交換有兩種模式數(shù)據(jù)報模式虛電路模式131.什么是分組5.2.2分組交換Dsends(M2=P3)toCviaBP32.數(shù)據(jù)報(Datagram)模式14M1,M2:Message,整個報文P1,P2,P3:Packet,分組5.2.2分組交換3.虛電路(VirtualCircuit)模式15

5.2.2分組交換4.分組交換的特點:采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式；數(shù)據(jù)傳送過程中動態(tài)分配帶寬；數(shù)據(jù)以分組為單位，分組具有一定長度。16虛電路vs數(shù)據(jù)報虛電路數(shù)據(jù)報連接的建立必須有不要目的站地址僅在連接建立階段使用,每個分組使用短的虛電路號每個分組都有目的站的全地址路由選擇在虛電路連接建立時進行，所有分組均按同一路由每個分組獨立選擇路由當路由器出故障所有通過了出故障的路由器的虛電路均不能工作出故障的路由器可能會丟失分組，一些路由可能會發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達目的站到達目的站時可能不按發(fā)送順序175.Example–互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換18H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組路由器主機在路由器E

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達目的主機H5在路由器C

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器A

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口5.3分組交換機19一個網(wǎng)絡(廣域網(wǎng))的規(guī)模是由交換機的數(shù)量和交換機所連接的計算機的數(shù)量決定的。如果有需要，可以添加更多的交換機。[2,1][2,2]4567456745

6

7s1s2s3[1,1][1,3][3,2][3,3]一種端口連接計算機，運行在低傳輸速率1231231

2

3一個分組交換機有兩種類型的I/O端口一種端口連接其他的分組交換機，運行在高傳輸速率203號交換機的第三個端口FormingaWAN21交換機有很多I/O連接端口，可以連接構(gòu)成很多不同的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。WAN不需要是對稱結(jié)構(gòu)。22分組交換機不需要保存如何到達所有可能目的地的完整信息。相反地，交換機只關心如何將信息送往“下一跳”，使得信息最終能到達目的地。5.4下一跳轉(zhuǎn)發(fā)Next-hopforwarding5.4.1下一跳轉(zhuǎn)發(fā)原理如果某分組的目的地是computerC([3,2])，當該分組到達switch2，switch2將為該分組查詢轉(zhuǎn)發(fā)表=[3,2]？Nextentryno235.4.1下一跳轉(zhuǎn)發(fā)原理=[3,2]？Nextentryno245.4.1下一跳轉(zhuǎn)發(fā)原理=[3,2]？根據(jù)這條記錄，switch2將把分組通過interface4送往switch3。yes255.4.1下一跳轉(zhuǎn)發(fā)原理當分組到達了switch3,它還需要查詢switch3中的轉(zhuǎn)發(fā)表。根據(jù)switch3中的轉(zhuǎn)發(fā)表，分組將可以直接發(fā)送給computerC([3,2])。265.4.2源獨立性下一跳轉(zhuǎn)發(fā)(Next-hopforwarding)并不依賴于分組最初的出發(fā)地(源)，也不依賴于分組在到達某個分組交換機之前已經(jīng)經(jīng)過的路徑。分組應該被送往哪個下一跳只依賴于分組的最終目的地?！椽毩⑿?SourceIndependence).源獨立性允許轉(zhuǎn)發(fā)機制更精簡、更有效—對于使用同一條路徑的所有分組，轉(zhuǎn)發(fā)表中只需要維護一條記錄信息。2728當發(fā)送一幀到另一個計算機時，發(fā)送方必須提供目的地的地址。分層地址策略：將地址劃分成多個部分。5.4.3WAN中的物理地址5.4.4分層地址與路由之間的關系29使用分層地址時的路由處理：當轉(zhuǎn)發(fā)一個分組時，分組交換機只需要檢查地址的第一個部分。只有當分組到達了與目的地計算機直接相連的交換機的時候，交換機才需要檢查地址的第二部分。5.4.4分層地址與路由之間的關系30優(yōu)點：整個路由表可以更短；轉(zhuǎn)發(fā)一個分組所需的計算時間可以被減少。5.4.5在WAN中路由3112341nodeedge243如果網(wǎng)絡中兩個分組交換機之間有一條直接相連的鏈路(link)，那么網(wǎng)絡的拓撲圖中用一條線(edge)連接兩個節(jié)點(node)來表示。5.4.5在WAN中路由32路由表中的數(shù)據(jù)必須保證以下特性：完整的路由：每個交換機的路由表必須包含所有可能目的地的next-hops；最優(yōu)的路由：對于一個給定的目的地，其下一跳必須指向到達目的地的最短路徑。5.4.6使用默認路由33使用默認路由的好處：消除了普通的重復表項；節(jié)約了在路由表中搜索所耗費的時間。重復5.4.6使用默認路由345.5信元交換技術(shù)

5.5.1簡介TDM(同步)時分復用: 每個信道周期性地占用一個幀中的固定時隙ATDM(AsynchronousTDM)異步時分復用: 每個時隙沒有固定的占有者，且不形成幀區(qū)別：有無稱之為幀同步的一個共同的時間參考355.5.2ATM信元信元(Cell):ATM的數(shù)據(jù)傳輸單位，53bytesGFC：一般流量控制

VPI：虛路徑標識符

VCI：虛通道標識符PT：凈荷類型

CLP：信元丟失優(yōu)先級

HEC：信頭差錯控制首部＋凈荷36信元的特點固定長度信元的優(yōu)點：

使聯(lián)網(wǎng)和交換的排隊時延更容易預測，提高了服務質(zhì)量，有利于傳輸實時語音或視頻。與可變長度的數(shù)據(jù)分組或幀相比，ATM信元便于簡單可靠地進行處理，便于硬件實現(xiàn)。使信元中繼式交換機可以并行處理各個信元，交換速度大為提高。37信元交換的特點綜合了電路交換的簡單性和分組交換的靈活性：靈活性

使用異步時分復用方式，動態(tài)分配電路帶寬；以虛電路方式建立連接，虛電路的帶寬動態(tài)地分配。高速性

取消了每條鏈路上的差錯保護和流量控制；采用面向連接方式：網(wǎng)絡預先為連接建立預留資源，避免路由選擇；減少信頭功能：信頭主要起標識作用，簡化硬件處理，提高交換速度；短小的凈荷長度：減小組裝、拆裝、排隊等時延。385.5.3信元交換的流量控制1.為什么信元交換需要流量控制？答:在信元交換網(wǎng)絡中，信元的丟失是最大的敵人。以太網(wǎng)（1500字節(jié)）＝32信元IPoverATM（9180字節(jié)）＝192信元FDDI光纖分布式數(shù)據(jù)接口（4470字節(jié)）＝96信元可見：丟失一個信元，剩下的信元毫無用處。需要重傳32個以上信元。造成擁塞沖突。392.流量控制的方法網(wǎng)絡資源預訂：以某種方式分配網(wǎng)絡資源

連接許可控制：網(wǎng)絡防止自己超載

使用參數(shù)控制優(yōu)先級控制……

402.流量控制的方法參數(shù)控制法：令牌桶算法連接許可控制法：漏桶算法415.5.3信元交換的沖突控制方法資源預留：建立虛電路時，主機與子網(wǎng)達成協(xié)議，子網(wǎng)根據(jù)協(xié)議在虛電路上為此連接預留資源。抑制包：監(jiān)控線路及其它資源的利用情況，若超過某個閾值，則減少發(fā)向特定目的地的流量。負載丟棄：其他算法都不能消除擁塞時，交換機只能將包丟棄?；舅枷耄阂坏┌l(fā)生擁塞，在問題解