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1、第6章 广 域 网,6.1 广域网的基本概念,6.1.1 广域网的构成 广域网由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路组成。通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。在广域网中的一个重要问题就是路由选择和分组转发。,图6-1表示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。 广域网并没有严格的定义。通常是指覆盖范围很广(远远超过一个城市的范围)的长距离网络，一般都是由电信公司所拥有。,图6-1 由局域网和广域网组成互联网,6.1.2 数据报和虚电路 网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类，即无连接的网络服务和面向连接的网络服务。这两种服务的具体实现就是通常
2、所谓的数据报服务和虚电路服务。,图6-2中分别画出了网络提供数据报服务和提供虚电路服务的特点。 看网络提供虚电路服务的情况。先设图6-2(b)中主机H1要和主机H5通信。 在图6-2(b)中，我们设寻找到的路由是ABE。,图6-2 数据报服务和虚电路服务,表6-1归纳了虚电路服务与数据报服务的主要区别。,6.2 广域网中的分组转发机制,分组交换网的分组转发是基于查表的。 转发就是在交换结点收到分组时，检查其目的地址，然后用查找转发表(forwarding table)的方法，找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。,路由选择则是构造路由表 (routing table) 的过程。路由表是用路
3、由选择算法得到的，而转发表则是根据路由表得出的。,6.2.1 在结点交换机中查找转发表 1层次结构的地址结构 为了减少查找转发表所花费的时间，在广域网中一般都采用层次结构的地址(hierarchical addressing)。,最简单的层次结构地址就是把一个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的编号，是第一层地址，而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，是第二层地址，如图6-3所示。,图6-3 最简单的层次地址,图6-4中有三个交换机，其编号分别为1, 2和3。每个交换机所连接的主机也按接入的低速端口编上号码。,图
4、6-4 主机在广域网中的地址和交换机中的转发表,转发表中没有源站地址这一项。这是因为路由选择中的下一跳只取决于数据报中的目的站地址，而与源站地址无关。这是一个很重要的概念，应记住。,2按照目的站的交换机号确定下一跳 采用两个层次的编址方案可使转发分组时只使用第一部分地址，即在进行路由选择时，只根据主机地址中的交换机号。,6.2.2 路由表的简化 广域网的路由问题就是要解决分组在各交换机中应如何进行转发。在专门研究广域网的路由问题时，可用图论中的“图(graph)”来表示整个广域网，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。,图6-5左边是一个具有4个结点交
5、换机的例子，而右边则是对应的图。,图6-5 用图表示一个广域网,根据图6-5所示的图，可得出每一个结点中的转发表，如图6-6所示。 使用了默认路由的简化转发表如图6-7所示。,图6-6 图6-5中各结点的转发表,图6-7 使用了默认路由的简化转发表,6.3 异步传递方式ATM,6.3.1 ATM的基本概念 异步传递方式ATM (Asynchronous Transfer Mode)就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术，它采用定长分组作为传输和交换的单位。,同步传递方式STM (Synchronous Transfer Mode)是使各个终端之间有称之为帧参考的一
6、个共同时间参考。,ATM的主要优点如下： （1）选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。 （2）能支持不同速率的各种业务。,（3）所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，以保持电路交换适合于传送实时性很强的业务的优点。 （4）ATM使用光纤信道传输。 ATM的一个明显缺点就是信元首部 的开销太大。,6.3.2 ATM的协议参考模型和信元结构 ATM的协议参考模型，如图6-10所示。,图6-10 ATM的协议参考模型,ATM的协议参考模型共有3层，从上往下看是ATM适配层、ATM层和物理层。这3层与OSI的层次无法严格对应。,（1）ATM适配层 ATM传送和交换的是53字节固
7、定长度的信元，但是，上层的应用程序向下层传递的并不是53字节长的信元。例如，在因特网的IP层传送的是各种长度的IP数据报。,因此，当IP数据报需要在ATM网络上传送时，就需要有一个接口，它能够把IP数据报装入一个个ATM信元，然后在ATM网络中传送。这个接口就是在ATM层上面的ATM适配层，记为AAL层 (ATM Adaptation Layer)。,AAL层的作用就是增强ATM层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。图6-11表示不同信源发出的信号（话音、视频、数据等）通过适当的变换后（这里省略了很多细节和步骤），都要传送到AAL层，成为固定长度的数据块（48字节长），然后交给ATM
8、层，加上5字节的首部后变成为53字节的固定长度信元。,图6-11 AAL层把48字节长的数据块交给ATM层， 加上5字节的首部后变成53字节的信元,ITU-T规定了ATM网络可向用户提供几种类型 (type) 的服务。目前AAL5（即AAL的类型5）是和IP数据报配合起来使用的一种ATM适配层。图6-12表示从层次上看，IP数据报怎样通过AAL层把一个IP数据报划分为48字节的数据块（最后不足48字节的数据块要用0进行填充），然后在ATM层加上5字节的首部，构成为ATM信元。,图6-12 从IP数据报转换为ATM信元,（2）ATM层 ATM层主要完成ATM信元的交换和复用功能，与传送ATM信元
9、的物理媒体或物理层无关。,每一个ATM连接都用信元首部中的两级标号来识别。第一级标号是虚通路标识符VCI (Virtual Channel Identifier)，第二级标号是虚通道标识符VPI (Virtual Path Identifier) 。,我们应当注意到，图6-12强调了ATM信元的首部中有VCI和VPI这两个标识符（在首部中当然还有其他的一些信息，这里从略）。,虚通路VC是在两个或两个以上的端点之间运送ATM信元的通信通路。 虚通道VP包含有许多相同端点的虚通路，而这许多虚通路都使用同一个虚通道标识符VPI。图6-13表示了使用VPI和VCI来标识VP和VC的方法。,如果我们用高
10、速公路来比喻，那么在两个城市之间的高速公路相当于虚通道VP，这些高速公路的编号是VP1, VP2虚通路VC则相当于每条高速公路上的车道，编号是VC1, VC2因此，汽车的行驶情况由VPx, VCy确定（即高速公路VPx上的车道VCy）。,图6-13 ATM连接的标识符VCI和VPI,在一个给定的接口上，属于两个不同的VP的两个VC，可以具有相同的VCI。如图6-13所示的3个不同的虚通道VP都可以使用相同的虚通路标识符VCx或VCy。,因此，要同时使用VPI和VCI这两个参数才能完全识别一个虚通路VC。应当强调指出，一个给定的VCI值并没有端到端的意义。VP在经过集中器或交换机时，其VPI也会
11、改变。关于这点后面还要讨论。,（3）物理层 物理层实现信元流和比特流的转换，以及在物理媒体上正确传输和接收比特流。当使用光纤传输时，物理层还必须完成从电信号到光信号（或反过来）的转换。,需要强调的是，AAL层的功能只能驻留在ATM端点之中，而在ATM交换机中只有物理层和ATM层。图6-14表示出了这个概念。对应于每一个ATM交换机的物理层都画了两个，这表示在不同的链路可采用不同的物理传输媒体。,图6-14 AAL层只能驻留在ATM端点之中,从图6-14我们可以看出，当孤立地观察ATM网络时，ATM网络就像一个广域网，因为它可以覆盖很大的地理范围，有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点交换机，
12、并且向上提供虚电路服务。因此，有关ATM技术的内容可以放在广域网这一章来讨论。,但是，当ATM网用于因特网的主干网时，那么从IP层看，整个ATM网络又相当于两个IP结点之间的一条数据链路。从这个角度看，整个ATM网络又好像是处在数据链路层。这就是为什么在前面曾指出，ATM体系结构中的层次和OSI的层次很难有严格的对应关系。,6.3.3 ATM的逻辑连接机制 在ATM中使用的虚通路是一种逻辑连接，虚通路是ATM网络中的一个基本交换单元。,在下面图6-15的例子中，我们设从端点A到端点B经过ATM交换机X, Y和Z。图中用粗线表示信元通过的这条特定路径AXYZB。,图6-15 端点A通过ATM交换
13、机X, Y和Z 与端点B建立了一条逻辑连接,6.4 其他广域网,6.4.1 X.25分组交换网 X.25所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。,6.4.2 帧中继FR 帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即开始转发该帧。,仅当帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继技术才是可行的。 像上面这样一面接收帧就一面转发此帧，就称为快速分组交换(fast packet switching)。,当正在接收一个帧时就转发此帧，通常被称为快速分组交换 (fast packet switching)。快速分组交换在实现的技术上有两大类，它是根据
14、网络中传送的帧长是可变的还是固定的来划分。,在快速分组交换中，当帧长为可变时就是帧中继；当帧长为固定时（这时每一个帧叫做一个信元）就是信元中继 (Cell Relay)，像异步传递方式ATM就属于信元中继。,帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据分开的另一个逻辑连接上传送的（即共路信令或带外信令）。帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处理。,帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务。虚电路一般分为交换虚电路SVC和永久虚电路PVC两种，但帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供链路层的永久虚电路服务。永久虚电路的优点是在通信时可省去建立连接的过程。,如果有N个路由器需要用帧中继网络进行连接，那么就
15、一共需要有N (N 1) /2条永久虚电路。如图6-16 (a) 所示的例子。帧中继网络有4个帧中继交换机。,当帧中继网络为其两个用户提供帧中继虚电路服务时，对两端的用户来说，帧中继网络所提供的虚电路就好像在这两个用户之间有一条直通的专用电路，如图6-16 (b) 所示。用户看不见帧中继网络中的帧中继交换机。,图6-16 帧中继网络提供的服务,下面用简单的例子来说明帧中继网络的工作过程。 当用户在局域网上传送的MAC帧传到与帧中继网络相连接的路由器时，该路由器就剥去MAC帧的首部，将IP数据报交给路由器的网络层。,网络层再将IP数据报传给帧中继接口卡。帧中继接口卡把IP数据报封装到帧中继帧的信
16、息字段中，加上帧中继帧的首部（其中包括帧中继的标志字段和地址字段，帧中继帧的标志字段和PPP帧的一样），进行CRC检验后，加上帧中继帧的尾部（其中包含帧检验序列字段和标志字段），如图6-17所示。,图6-17 IP数据报被封装成帧中继帧,然后，帧中继接口卡把封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机。帧中继交换机在收到一个帧时，就按地址字段中的虚电路号对帧进行转发（若检查出有差错则丢弃）。,为了区分开不同的永久虚电路PVC，每一条PVC的两个端点都各有一个数据链路连接标识符DLCI (Data Link Connection Identifier)。,当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时，终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部，加上局域网的首部和尾部，交付给连接在此局域网上的目的主机。目的主机若发现有差错，则报告上层的TCP协议处理。即使TCP协议对有错误的数据进行了重传，帧中继网也仍然当做是新的帧中继帧来传送，而并不知道这里面是重传的数据。,根据帧中继的特点，可以知道帧中继适用于大文件（如高分辨率图像）的传送、多个低速率线路的复用，以及局域网的互连。,