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1、Page 1,2023/9/15,第五章 网络互联及建网技术,本章重点网络互联概念公共传输系统 PSTN、ISDN、DDN、X.25、帧中继F.R路由选择,Page 2,2023/9/15,5.1 概述,？,网络互联的动力：更大范围的资源共享网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN,Page 3,2023/9/15,1.网络互联层次,从OSI/RM层次观点考察网络互联物理层：在电缆段之间复制比特信号（无地址）,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,物理层,中继器、集线器,Page 4,2023/9/15,
2、数据链路层：在网段之间转发数据帧（根据物理地址）,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,物理层,网桥、交换机,数据链路层,Page 5,2023/9/15,网络层：在网络之间转发报文分组（根据逻辑地址）,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,物理层,路由器,数据链路层,网络层,Page 6,2023/9/15,更高层：连接不同体系结构的网络,网络层,数据链路层,物理层,传输层,表示层,会话层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输
3、层,表示层,会话层,应用层,物理层,网关,数据链路层,网络层,Page 7,2023/9/15,2.LAN的互联,本地互联 特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网 技术，如FDDI、Ethernet 互联设备：网桥、交换机、路由器 远程互联 特点：范围大、主干采用广公共传输系统广域连网技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、F.R等 互联设备：路由器、网关,Page 8,2023/9/15,5.2 公共传输系统,三类：拨号（电路交换）PSTN、N-ISDN分组(帧)交换 ATM、X.25、F.R专线 DDN举例：,Page 9,2023/9/15,互联实例1：远程PC接入局域网
4、,LAN,PSTN,Modem,拨号访问服务器,PC,PC,Page 10,2023/9/15,互联实例2：利用帧中继实现局域网远程互联,LAN1,路由器,LAN2,路由器,LAN3,路由器,FRS,FRS,FRS,FRS：帧中继交换机,广域网,Page 11,2023/9/15,5.3 公共电话交换网PSTN,特征:电路交换有拨号连接过程即可传输模拟信息，也可传输数字信息用户环路为模拟传输数据通信时需要使用MODEM收发双方传输速率必须相同，最高为56kbps,Page 12,2023/9/15,5.4 帧中继（Frame Relay,FR）(P175即第七章7.5节),特征:工作在OSI/
5、RM的物理层和数据链路层帧中继使用永久虚电路（PVC）来建立通信连接，并通过虚电路实现多路复用适用于在WAN上实现LAN的互联传输速率一般为56Kbps45Mbps,Page 13,2023/9/15,F.R网络的组成,FRS,FRS,FRS,FRS,网桥,CSU/DSU,Router,Router,广域网PSTN，X.25,Router,帧中继在这里工作,Host,Bridge,帧中继网交换设备,帧中继网中的设备分两类：,Page 14,2023/9/15,帧中继网中的设备分两类：帧中继网接入设备FRAD：属于用户设备。如支持帧中继的主机、桥接器、路由器等。帧中继网交换设备FRS：属于网络服
6、务提供者设备。,Page 15,2023/9/15,F.R的工作原理,本质上仍是分组交换技术，仅保留物理层和数据链路层，以帧为单位在链路层上进行发送、接收、处理帧出错或发生阻塞时，仅仅简单地丢弃；重传、纠错和流控在端设备中由高层协议完成，所以大大简化了节点的处理过程，缩短了节点的时延，提高了网内数据的传输速率。（这是因为F.R是基于光纤线路的，而光纤线路误码率很低，无需点到点纠错）,Page 16,2023/9/15,F.R 虚电路,帧中继在一条电缆上使用了多条虚电路，每条虚电路为两个通信节点提供了一条数据路径。虚电路是逻辑通路而非物理通路，虚电路有两类：（1）永久虚电路（PVC）两个节点之间
7、连续可用的路径，并为该路径指定一个电路地址，加入到传输帧中。一旦电路建立，它保持开放，任何时候均可通信。（2）交换虚电路（SVC）根据需要才建立，两个节点之间发送呼叫控制信号，通信结束该呼叫控制信号就发出一个断开连接命令。,Page 17,2023/9/15,5.5ATM(异步传输)技术（P178即第七章7.6节）,1.ATM的信元 传统网络传输的数据包都是不同长度的，ATM的采用固定长度的数据包信元作为传输基本单元成为信元。ATM一个信元单位的长度是53个字节.,其中有效数据48个字节(为携带用户信息的信元载体),5个字节为信元头(载有信元的地址信息和控制信息).看教材178页图ATM 的信
8、元结构,Page 18,2023/9/15,2、并行导向,传统网络每次传输数据时都是只有一个数据包在线路上传送和运作。ATM采用并行传输方式，多个节点可以同时传送数据又不会影响网络速度。,Page 19,2023/9/15,3、虚拟通道连接,ATM网络中节点与节点之间的连接包括了多条虚拟通路VP，用VPI来标志VP地址；每一条虚拟通路又包含了多条虚拟通道VC，用VCI来标志VC的地址。,VP,VC,VP,VC,Page 20,2023/9/15,DSL采用对称和非对称技术。1、对称DSL技术适合收发数据量大的工作，有一下三类：（1）HDSL（高比特DSL）（2）SDSL（单线DSL）（3）MV
9、L（多虚拟数字用户线）,5.6数字用户DSL技术,Page 21,2023/9/15,2、非对称DSL技术非对称DSL技术其上下行速率不相同，上行速率低，下行速率高适合Internet浏览。有三种类型（1）VDSL超高速数字用户线（2）ADSL非对称DSL（3）RADSL速率自适应DSL,Page 22,2023/9/15,5.7 多兆位数据交换服务SMDS,（P184第七章7.8节不作要求）,Page 23,2023/9/15,路由选择及其算法,通信子网络源节点和目的节点提供了多条传输路径的可能性。网络节点在收到一个分组后，要确定向一下节点传送的路径，这就是路由选择。在数据报方式中，网络节点
10、要为每个分组路由做出选择；而在虚电路方式中，只需在连接建立时确定路由。确定路由选择的策略称 路由选择算法是确定路由选择的策略是网络层软件的一部份，是通信子网中的每个节点确定所收到分组应如何转发出去的方法。,Page 24,2023/9/15,设计路由算法时要考虑的技术要素,首先是路由算法所基于的性能指标，一种是选择最短路由，一种是选择最优路由；其次要考虑通信子网是采用虚电路还是数据报方式；三是采用分布式路由算法，即每节点均为到达的分组选择下一步的路由，还是采用集中式路由算法，即由中央点或始发节点来决定整个路由；,Page 25,2023/9/15,4、其四，要考虑关于网络拓扑，流量和延迟等网络
11、信息的来源；5、最后，确定是采用动态路由选择策略，还是选择静态由选择策略。,Page 26,2023/9/15,静态路由选择策略,静态路由选择策略不用测量也无须利用网络信息，这种策略按某种固定规则进行路由选择。其中还可分为泛射路由选择、固定路由选择和随机路由选择三种算法。,Page 27,2023/9/15,）泛射路由选择法,这是一种最简单的路由算法。一个网络节点从某条线路收到一个分组后，再向除该条线路外的所有线路重复发送收到的分组。结果，最先到达目的节点的一个或若干个分组肯定经过了最短的路线，而且所有可能的路径都被同时尝试过。,Page 28,2023/9/15,适用网络：这种方法可用于诸如
12、军事网络等强壮性要求很高的场合，即使有的网络节点遭到破坏，只要源、目间有一条信道存在则泛射路由选择仍能保证数据的可靠传送。另外，这种方法也可用于将一条分组从数据源传送到所有其它节点的广播式数据交换中，它还可用来进行网络的最短传输延迟的测试。,Page 29,2023/9/15,）固定路由选择,这是一种使用较多的简单算法。每个网络节点存储一张表格，表格中每一项记录对应着某个目的节点或链路。当一个分组到达某节点时，该节点只要根据分组的地址信息便进人该固定的路由表中查出对应的目的节点及所应选择的下一节点。网络管理中心按照最佳路由算法得出每对节点的最佳路由，然后为每个节点构造一个固定路由表并发给该节点
13、。,Page 30,2023/9/15,1,7,6,5,4,3,2,3,5,2,5,2,1,1,1,1,权值根据距离、信道带宽、平均通信量、通信开销、队列平均长度、测量到的时延和其他的一些因素用函数计算出来的。,计算该图的最短路径。,Page 31,2023/9/15,固定路由选择的优点是简便易行，在负载稳定，拓扑结构变化不大的网络中运行效果很好。它的缺点是灵活性差，无法应付网络中发生的阻塞和故障。,Page 32,2023/9/15,）随机路由选择 在这种方法中，收到分组的节点，在所有与之相邻的节点中为分组随机选择一个出路节点。方法虽然简单，也较可靠，但实际路由不是最佳路由，增加了不必要的负
14、担，而且分组传输延迟也不可预测，故此法应用不广。,Page 33,2023/9/15,动态路由选择策略,节点路由选择要依靠网络当前的状态信息来决定的策略称动态路由选择策略，这种策略能较好地适应网络流量、拓扑结构的变化，有利于改善网络的性能。但由于算法复杂，会增加网络的负担，有时会因反应太快引起振荡或反应太慢不起作用。独立路由选择、集中路由选择和分布路由选择是三种动态路由选择策略的具体算法。,Page 34,2023/9/15,）独立路由选择 在这类路由算法中，节点仅根据自己搜到的有关信息作出路由选择的决定，与其它节点不交换路由选择信息，虽然不能正确确定距离本节点较远的路由选择，但还是能较好地适
15、应网络流量和拓扑结构的变化。一种简单的独立路由选择算法是 aran 在1964年提出的热土豆（ot otato）算法。当一个分组到来时，节点必须尽快脱手，将其放入输出列最短的方向上排队，而不管该方向通向何方。,Page 35,2023/9/15,）集中路由选择 集中路由选择也象固定路由选择一样，在每个节点上存储一张路由表。不同的是，固定路由选择算法中的节点路由表由手工制作，而在集中路由选择算法中的节点路由表由路由控制中心（outing ontrol enter）定时根据网络状态（如：连接情况、流量、队列长度等）计算出最短路径，并分送各相应节点。由于利用了整个网络的信息，所以得到的路由选择是完美
16、的，同时也减轻了各节点计算路由选择的负担。,Page 36,2023/9/15,）分布路由选择,采用分布路由选择算法的网络，所有节点定其地与其每个相邻节点交换路由选择信息。每个节点均存储一张以网络中其它每个节点为索引的路由选择表，网络中每个节点占用表中一项，每一项又分为两个部分，即所希望使用的到目的节点的输出线路和估计到目的节点所需要的延迟或距离。距离向量路由算法、链路状态路由算法是分布式路由算法中常见的两个算法。,Page 37,2023/9/15,4）层次路由算法,如果网络节点很多，则每个节点要存储的路由信息很大，增加了节点的处理时间；而层次路由算法将整个网络分成若干个区域，各个区域内的节
17、点只考虑本区域内的路由，而区域之间的路由选择由各个区域中某几个节点完成。,Page 38,2023/9/15,阻塞控制,阻塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象。这种现象跟公路网中通常所见的交通拥挤一样，当节假日公路网中车辆大量增加时，各种走向的车流相互干扰，使每辆车到达目的地的时间都相对增加（即延迟增加），甚至有时在某段公路上车辆因堵塞而无法开动（局部死锁）。,Page 39,2023/9/15,Page 40,2023/9/15,当通信子网负荷（即通信子网正在传输的分组数）比较小时，网络的吞吐量（单位为分组数/秒）随网络负荷（可用每个节点中分组的平均数表示）的增加而线性增加。当网络负荷增加到某一值后，若网络吞吐量反而下降，则表征网络中出现了阻塞现象。在一个出现阻塞现象的网络中，到达一个节点的分组将会遇到无缓冲区可用的情况，从而使这些分组不得不由前一节点重传，或者需要由源节点或源端系统重传。当阻塞比较严重时，通信子网中相当多的传输能力和节点缓冲器都用于这种无谓的重传，从而使通信子网的有效吞吐量下降，由此导致恶性循环，使通信子网的局部甚至全部处于死锁状态，网络有效吞吐量接近为零。,
