第7章广域网技术.ppt

李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社第7章广域网技术本章内容提要本章内容提要广域网概述广域网概述广域网的工作原理广域网的工作原理拥塞控制拥塞控制 公共传输基础设施公共传输基础设施 宽带宽带ISDN数字数据网数字数据网帧中继帧中继异步传输模式异步传输模式高级智能网络高级智能网络AIN 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.17.1广域网概述广域网概述广域网由一些结点交换机以及连接这些交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。结点交换机执行将分组存换机的链路组成。结点交换机执行将分组存储转发的功能。结点之间都是点到点连接，储转发的功能。结点之间都是点到点连接，但为了提高网络的可靠性，通常一个结点交但为了提高网络的可靠性，通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。受经济条换机往往与多个结点交换机相连。受经济条件的限制，广域网都不使用局域网普遍采用件的限制，广域网都不使用局域网普遍采用的多点接入技术。的多点接入技术。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.17.1广域网概述广域网概述然而广域网并没有严格的定义。通常广域然而广域网并没有严格的定义。通常广域网是指覆盖范围很广（远远超过一个城市的网是指覆盖范围很广（远远超过一个城市的范围）的长距离网络。范围）的长距离网络。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.17.1广域网概述广域网概述图7.1由局域网和广域网组成互联网 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.17.1广域网概述广域网概述像图像图7-17-1所示的互联网，即使覆盖范围很所示的互联网，即使覆盖范围很广，一般也不称它为广域网，因为在这种网广，一般也不称它为广域网，因为在这种网络中，不同网络的络中，不同网络的“互连互连”才是它的最主要才是它的最主要的特征。互联网必须使用路由器来连接，而的特征。互联网必须使用路由器来连接，而广域网指的是单个的网络，它使用结点交换广域网指的是单个的网络，它使用结点交换机连接各主机而不是用路由器来连接各网络。机连接各主机而不是用路由器来连接各网络。结点交换机和路由器都是用来转发分组，它结点交换机和路由器都是用来转发分组，它们的工作原理相似。但区别是：结点交换机们的工作原理相似。但区别是：结点交换机是在单个网络中转发分组，而路由器是在多是在单个网络中转发分组，而路由器是在多个网络构成的互联网中转发分组。个网络构成的互联网中转发分组。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.17.1广域网概述广域网概述从从层次上看层次上看，广域网中的，广域网中的最高层就是网络最高层就是网络层层。网络层为接在网络上的主机所提供的服。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向连接的网络服务。这两种服务的具体实现就是通常所谓的数据报服务和虚电路服务。就是通常所谓的数据报服务和虚电路服务。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2广域网的工作原理广域网的工作原理广域网采用广域网采用HDLCHDLC或或PPPPPP进行帧封装，采进行帧封装，采用分组转发机制进行工作。用分组转发机制进行工作。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP1.HDLC1.HDLC在在OSIOSI七层协议产生之前，为了使容易产生差七层协议产生之前，为了使容易产生差错的物理链路在通信时变得可靠，使用了一错的物理链路在通信时变得可靠，使用了一些控制协议，包括些控制协议，包括ARPANETARPANET推出的推出的IMP-IMPIMP-IMP协协议和议和IBMIBM推出的推出的BSCBSC协议，这些数据链路层协协议，这些数据链路层协议都是面向字符（即链路上所传输的数据或议都是面向字符（即链路上所传输的数据或控制信息都必须是由规定字符集（例如控制信息都必须是由规定字符集（例如ASCIIASCII码）中的字符所组成）的协议。码）中的字符所组成）的协议。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPPu由于这种面向字符的协议对字符的依赖性由于这种面向字符的协议对字符的依赖性比较强，不便于扩展，为此比较强，不便于扩展，为此IBMIBM推出了面推出了面向比特的规程向比特的规程SDLCSDLC（Synchronous Data Synchronous Data Link ControlLink Control）。后来，）。后来，ISOISO把把SDLCSDLC修改修改后称为后称为HDLCHDLC（High Level Data Link High Level Data Link ControlControl）。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPPuHDLCHDLC最大特点是不需要数据必须是规定字最大特点是不需要数据必须是规定字符集，对任何一种比特流，均可以实现透符集，对任何一种比特流，均可以实现透明的传输。是面向比特的协议，支持全双明的传输。是面向比特的协议，支持全双工通信，采用位填充的成帧技术，以滑动工通信，采用位填充的成帧技术，以滑动窗口协议进行流量控制。窗口协议进行流量控制。uHDLCHDLC是通用的数据链路层协议，为满足不是通用的数据链路层协议，为满足不同应用场合的需要，同应用场合的需要，HDLCHDLC定义了三种站类定义了三种站类型，两种链路结构及三种数据响应模式。型，两种链路结构及三种数据响应模式。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPPuHDLCHDLC协议根据通信站在通信过程中的不同协议根据通信站在通信过程中的不同地位和作用，将其定义为三种不同的类型：地位和作用，将其定义为三种不同的类型：主站（主站（primary stationprimary station）、从站）、从站（secondary stationsecondary station）和组合站）和组合站（combined stationcombined station）。）。主站：主站的主要功能是发送命令帧和数主站：主站的主要功能是发送命令帧和数据信息帧，接收响应帧，并负责控制链路据信息帧，接收响应帧，并负责控制链路的操作与运行。主站向从站发送命令帧，的操作与运行。主站向从站发送命令帧，并从从站接收响应帧。在多点链路中，主并从从站接收响应帧。在多点链路中，主站负责管理与各个从站之间的链路。站负责管理与各个从站之间的链路。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP 从站：从站在主站的控制下进行工作，从从站：从站在主站的控制下进行工作，从站发送响应帧作为对主站命令帧的响应。站发送响应帧作为对主站命令帧的响应。从站对链路无控制权，从站之间不能直接从站对链路无控制权，从站之间不能直接进行通信。进行通信。组合站：同时具有主站与从站的功能，既组合站：同时具有主站与从站的功能，既可以发送命令帧，也可以发送响应帧。可以发送命令帧，也可以发送响应帧。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP这三种类型的站可构成两种逻辑链路结构：这三种类型的站可构成两种逻辑链路结构：不平衡链路结构和平衡链路结构。不平衡链路结构和平衡链路结构。不平衡链路结构：既可用于点对点链路，不平衡链路结构：既可用于点对点链路，也可用于多点链路，它由一个主站与一个也可用于多点链路，它由一个主站与一个或一个以上从站构成。主站控制从站并实或一个以上从站构成。主站控制从站并实现链路管理，主站发出的帧叫做命令现链路管理，主站发出的帧叫做命令（commandcommand），而从站发出的帧叫做响应），而从站发出的帧叫做响应（responseresponse）。在多点链路中，主站与每）。在多点链路中，主站与每个从站之间都有一个分开的逻辑链路。非个从站之间都有一个分开的逻辑链路。非平衡配置可支持双工、半双工通信。平衡配置可支持双工、半双工通信。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP这三种类型的站可构成两种逻辑链路结构：这三种类型的站可构成两种逻辑链路结构：不平衡链路结构和平衡链路结构。不平衡链路结构和平衡链路结构。不平衡链路结构：既可用于点对点链路，不平衡链路结构：既可用于点对点链路，也可用于多点链路，它由一个主站与一个也可用于多点链路，它由一个主站与一个或一个以上从站构成。主站控制从站并实或一个以上从站构成。主站控制从站并实现链路管理，主站发出的现链路管理，主站发出的帧叫做命令帧叫做命令（commandcommand），而从站发出的帧叫做），而从站发出的帧叫做响应响应（responseresponse）。在多点链路中，主站与每）。在多点链路中，主站与每个从站之间都有一个分开的逻辑链路。非个从站之间都有一个分开的逻辑链路。非平衡配置可支持双工、半双工通信。平衡配置可支持双工、半双工通信。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP平衡链路结构：只用于点对点通信，有两平衡链路结构：只用于点对点通信，有两种组成方法，一种是主、从站间配对通信；种组成方法，一种是主、从站间配对通信；另一种是通信的每一方均为组合站，且两另一种是通信的每一方均为组合站，且两组合站具有同等能力。组合站具有同等能力。无论哪种链路结构，站点之间均以帧为单无论哪种链路结构，站点之间均以帧为单位传输数据或状态变化的信息，其方式具位传输数据或状态变化的信息，其方式具有有“行为行为-应答应答”的特点。的特点。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPPHDLCHDLC有三种数据响应模式。有三种数据响应模式。正常响应模式（正常响应模式（Normal Response ModeNormal Response Mode，简称简称NRMNRM）：用于不平衡链路结构。主站可）：用于不平衡链路结构。主站可主动向从站传输数据，而从站只有在得到主动向从站传输数据，而从站只有在得到主站允许之后才能向主站传送数据。主站允许之后才能向主站传送数据。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP异步响应模式（异步响应模式（Asynchronous Response Asynchronous Response ModeMode，简称，简称ARMARM）：这种方式用于不平衡链）：这种方式用于不平衡链路结构。路结构。ARMARM方式允许从站在事先不得到主方式允许从站在事先不得到主站的允许下开始传输数据，主站仍然负责站的允许下开始传输数据，主站仍然负责控制和链路管理。控制和链路管理。异步平衡方式（异步平衡方式（Asynchronous Balanced Asynchronous Balanced ModeMode，简称，简称ABMABM）：用于平衡链路结构。任）：用于平衡链路结构。任何一个组合站不必事先得到对方许可，就何一个组合站不必事先得到对方许可，就可以开始传输过程。可以开始传输过程。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP数据链路层的数据传送是以帧为单位的。数据链路层的数据传送是以帧为单位的。HDLCHDLC采用帧结构传输数据，帧格式可以满采用帧结构传输数据，帧格式可以满足所有格式的数据和控制功能要求。足所有格式的数据和控制功能要求。HDLCHDLC的帧如图的帧如图7-27-2所示。从网络层交下来的分组，所示。从网络层交下来的分组，变成为数据链路层的数据，就是图变成为数据链路层的数据，就是图7-27-2中的中的信息字段。信息字段。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP图7-2 HDLC帧格式及控制字段的结构 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP2.PPP2.PPPPPP(PointPPP(Point-to-Point Protocol)-to-Point Protocol)协议是一协议是一个点到点的数据链路层协议，目前是广域个点到点的数据链路层协议，目前是广域网中最重要的点到点数据链路层协议。网中最重要的点到点数据链路层协议。PPPPPP协议作为一种提供在点到点链路上传输、协议作为一种提供在点到点链路上传输、封装网络层数据包的数据链路层协议，主封装网络层数据包的数据链路层协议，主要被设计用来在支持全双工的同异步链路要被设计用来在支持全双工的同异步链路上进行点到点之间的数据传输。上进行点到点之间的数据传输。PPPPPP是一个是一个适用于通过调制解调器、点到点专线、适用于通过调制解调器、点到点专线、HDLCHDLC比特串行线路和其它物理层的多协议比特串行线路和其它物理层的多协议帧机制。帧机制。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP PPPPPP的特性的特性PPPPPP协议是目前使用得最广泛的广域网协议，协议是目前使用得最广泛的广域网协议，这是因为它具有以下特性：这是因为它具有以下特性：能够控制数据链路的建立；能够对能够控制数据链路的建立；能够对IPIP地址地址进行分配和使用；允许同时采用多种网络进行分配和使用；允许同时采用多种网络层协议；能够配置和测试数据链路；能够层协议；能够配置和测试数据链路；能够进行错误检测；有协商选项，能够对网络进行错误检测；有协商选项，能够对网络层的地址和数据压缩等进行协商。层的地址和数据压缩等进行协商。PPPPPP是现在主流的一种国际标准是现在主流的一种国际标准WANWAN封装协封装协议，可支持如下连接类型：同步串行连接；议，可支持如下连接类型：同步串行连接；异步串行连接；异步串行连接；ISDNISDN连接等。连接等。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP PPPPPP的组成的组成PPPPPP作为数据链路层的协议，在物理上可使作为数据链路层的协议，在物理上可使用各种不同的传输介质，包括双绞线、光用各种不同的传输介质，包括双绞线、光纤及无线传输介质，在数据链路层提供了纤及无线传输介质，在数据链路层提供了一套解决链路建立、维护、拆除和上层协一套解决链路建立、维护、拆除和上层协议协商、认证等问题的方案；在帧的封装议协商、认证等问题的方案；在帧的封装格式上，格式上，PPPPPP采用的是一种采用的是一种HDLCHDLC的变化形式；的变化形式；其对网络层协议的支持则包括了多种不同其对网络层协议的支持则包括了多种不同的主流协议，如的主流协议，如IPIP和和IPXIPX等。图等。图7-47-4给出了给出了PPPPPP的体系结构，从中可以看出，的体系结构，从中可以看出，PPPPPP协议协议主要由两类协议组成：主要由两类协议组成：李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP链路控制协议（链路控制协议（LCPLCP）主要用于数据链路连接的建立、拆除和监主要用于数据链路连接的建立、拆除和监控；控；LCPLCP主要完成主要完成MTUMTU（最大传输单元）、（最大传输单元）、质量协议、验证协议、魔术字、协议域压质量协议、验证协议、魔术字、协议域压缩、地址和控制域压缩协商等参数的协商。缩、地址和控制域压缩协商等参数的协商。网络层控制协议族（网络层控制协议族（NCPNCP）网络层控制协议族网络层控制协议族 (Network Control(Network Control ProtocolProtocol，NCP)NCP)主要用于协商在该链路上主要用于协商在该链路上所传输的数据包的格式与类型，建立和配所传输的数据包的格式与类型，建立和配置不同网络层协议；置不同网络层协议；李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP图7-4 PPP协议结构 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP PPPPPP帧结构帧结构PPPPPP选择的帧格式与选择的帧格式与HDLCHDLC的帧格式非常相似，的帧格式非常相似，两者之间最主要的区别是，两者之间最主要的区别是，PPPPPP是面向字符是面向字符的，而不是面向位的。特别是，的，而不是面向位的。特别是，PPPPPP在拨号在拨号调制解调器线路上使用了字节填充技术，调制解调器线路上使用了字节填充技术，所以，所有帧的长度都是字节的整数倍，所以，所有帧的长度都是字节的整数倍，PPPPPP帧结构如图帧结构如图7-57-5所示。所示。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP图7-5 无序号模式操作下的PPP完整帧格式 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP PPPPPP的协商过程的协商过程PPPPPP链路的建立是通过一系列的协商完成的。链路的建立是通过一系列的协商完成的。其中，链路控制协议除了用于建立、拆除其中，链路控制协议除了用于建立、拆除和监控和监控PPPPPP数据链路外，还要进行数据链路数据链路外，还要进行数据链路层特性的协商，如层特性的协商，如MTUMTU、验证方式等；网络、验证方式等；网络层控制协议族主要用于协商在该数据链路层控制协议族主要用于协商在该数据链路上所传输的数据的格式和类型，如上所传输的数据的格式和类型，如IPIP地址。地址。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPPPPPPPP在建立链路之前要进行一系列的协商过在建立链路之前要进行一系列的协商过程。程。PPPPPP协议大致可以分为如下几个阶段：协议大致可以分为如下几个阶段：DeadDead（链路不可行）阶段、（链路不可行）阶段、EstablishEstablish（链（链路建立）阶段、路建立）阶段、AuthenticateAuthenticate（验证）阶（验证）阶段、段、NetworkNetwork（网络层协议）阶段、（网络层协议）阶段、TerminateTerminate（链路终止）阶段，如图（链路终止）阶段，如图7-67-6所所示。示。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP图7-6 PPP的协商过程 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP PPPPPP身份验证身份验证PPPPPP协议包含了通信双方身份验证的安全性协议包含了通信双方身份验证的安全性协议，即在网络层协商协议，即在网络层协商IPIP地址之前，首先地址之前，首先必须通过身份验证。必须通过身份验证。PPPPPP的身份验证有两种的身份验证有两种方式：方式：CHAPCHAP和和PAPPAP。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP PAPPAP的验证过程的验证过程PAPPAP（Password Authentication Password Authentication ProtocolProtocol）协议是两次握手协议，它通过）协议是两次握手协议，它通过用户名及口令来进行用户的验证，其过程用户名及口令来进行用户的验证，其过程如下：当开始验证阶段时，被验证方首先如下：当开始验证阶段时，被验证方首先将自己的用户名及口令发送到验证方，验将自己的用户名及口令发送到验证方，验证方根据本端的用户数据库（或证方根据本端的用户数据库（或RadiusRadius服服务器）察看是否有此用户，口令是否正确，务器）察看是否有此用户，口令是否正确，如果正确则发送如果正确则发送AckAck报文通知对端进入下一报文通知对端进入下一阶段协商，否则发送阶段协商，否则发送NakNak报文通知对端验证报文通知对端验证失败。失败。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP此时，并不直接将链路关闭。只有当验证此时，并不直接将链路关闭。只有当验证失败达到一定次数时才关闭链路，来防止失败达到一定次数时才关闭链路，来防止因网络误传、网络干扰等因素造成不必要因网络误传、网络干扰等因素造成不必要的的LCPLCP重新协商的过程。重新协商的过程。PAPPAP是在网络上以是在网络上以明文的方式传送用户名及口令，所以安全明文的方式传送用户名及口令，所以安全性不高。其报文交互过程如图性不高。其报文交互过程如图7-77-7所示所示。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP图7-7 PAP的协商过程 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP CHAPCHAPCHAPCHAP为三次握手协议，它只在网络上传用为三次握手协议，它只在网络上传用户名而不传口令，因此安全性比户名而不传口令，因此安全性比PAPPAP高。其高。其验证过程为：首先验证方向被验证方发送验证过程为：首先验证方向被验证方发送一些随机的报文，并加上自己的主机名；一些随机的报文，并加上自己的主机名；被验证方收到验证方的验证请求，通过收被验证方收到验证方的验证请求，通过收到的主机名和本端的用户数据库查找用户到的主机名和本端的用户数据库查找用户口令字（密钥），如果找到用户数据库中口令字（密钥），如果找到用户数据库中和验证方主机名相同的用户，便利用接收和验证方主机名相同的用户，便利用接收到的随机报文、此用户的密钥和报文到的随机报文、此用户的密钥和报文IDID用用Md5Md5加密算法生成应答，随后将应答和自己加密算法生成应答，随后将应答和自己的主机名送回；的主机名送回；李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP验证方收到此应答后，利用对端的用户名验证方收到此应答后，利用对端的用户名在本端的用户数据库中查找本方保留的口在本端的用户数据库中查找本方保留的口令字，用本方保留的用户的口令字（密钥）令字，用本方保留的用户的口令字（密钥）、随机报文和报文、随机报文和报文IDID用用Md5Md5加密算法生成结加密算法生成结果，与被验证方的应答比较，相同则返回果，与被验证方的应答比较，相同则返回AckAck，否则返回，否则返回NakNak。其报文交互过程如图。其报文交互过程如图7-87-8所示。所示。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.1广域网的帧封装：HDLC和PPP图7-8 CHAP的协商过程 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制转发和路由选择转发和路由选择转发转发就是当交换结点收到分组后，根据其就是当交换结点收到分组后，根据其目的地址查找转发表目的地址查找转发表(forwarding table)(forwarding table)，并找出应从结点的哪一个接口将该分组，并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。发送出去。路由选择路由选择则是构造路由表（则是构造路由表（routing routing tabletable）的过程。）的过程。路由表是根据一定的路由选择算法得到的，路由表是根据一定的路由选择算法得到的，而转发表又是根据路由表构造出的。而转发表又是根据路由表构造出的。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制广域网中使用的是分组转发机制，其广域网中使用的是分组转发机制，其分组转发是基于查表的，分组转发是基于查表的，1 1、在结点交换机中查找转发表、在结点交换机中查找转发表 层次结构的地址结构层次结构的地址结构在广域网中，分组往往要经过许多的结点在广域网中，分组往往要经过许多的结点交换机的存储转发才到达目的地。在广域交换机的存储转发才到达目的地。在广域网中每一个结点交换机中都有一个转发表，网中每一个结点交换机中都有一个转发表，里面存放了到达每一个主机的路由。里面存放了到达每一个主机的路由。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制图7-9最简单的层次地址 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制显然，广域网中的主机数越多，查找转发显然，广域网中的主机数越多，查找转发表就越费时间。为了减少查找转发表所花表就越费时间。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地费的时间，在广域网中一般都采用层次地址结构址结构(hierarchical addressing)(hierarchical addressing)。最简单的层次结构地址就是把一个用二进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。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，而后一部分的二进制分组交换机的编号，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，或数表示所连接的分组交换机的端口号，或主机的编号（图主机的编号（图7-97-9）。）。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制 仅和其他结点交换机相连接；仅和其他结点交换机相连接；除了和其他结点交换机相连接，还要和用除了和其他结点交换机相连接，还要和用户主机相连接。户主机相连接。这两种交换机的主要区别是：第一种交换这两种交换机的主要区别是：第一种交换机的连接端口都是高速端口（因为交换机机的连接端口都是高速端口（因为交换机之间的线路速率较高），而第二种交换机之间的线路速率较高），而第二种交换机还要有一些和主机连接的低速端口。还要有一些和主机连接的低速端口。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制图7-10主机在广域网中的地址和交换机中的转发表 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制图图7-107-10中有一个欲发往主机中有一个欲发往主机3,23,2的分组到达的分组到达了交换机了交换机2 2。在转发表的第。在转发表的第3 3行找出下一跳应为行找出下一跳应为“交换机交换机3 3”。于是按照转发表的这个指示将。于是按照转发表的这个指示将该分组转发到交换机该分组转发到交换机3 3。如果分组的目的地是。如果分组的目的地是直接连接在本交换机上的主机，则不需要再将直接连接在本交换机上的主机，则不需要再将分组转发到别的交换机，这时转发表上注明的分组转发到别的交换机，这时转发表上注明的就是：就是：“直接直接”。例如，有一个欲发往主机。例如，有一个欲发往主机2,12,1的分组到达了交换机的分组到达了交换机2 2。查找转发表后。查找转发表后在第在第5 5行找出，其下一跳应为行找出，其下一跳应为“直接直接”，表明，表明该分组已经到达了最后一个交换机，而目的主该分组已经到达了最后一个交换机，而目的主机就连接在这个交换机上。机就连接在这个交换机上。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制 按照目的站的交换机号去确定下一跳按照目的站的交换机号去确定下一跳仔细再看看图仔细再看看图7-107-10就可发现，这种转发表还可就可发现，这种转发表还可进行简化。这是因为只要转发表中目的站的交进行简化。这是因为只要转发表中目的站的交换机号相同，那么查出的换机号相同，那么查出的“下一跳下一跳”就是相同就是相同的。因此在确定下一跳时，可以不必根据目的的。因此在确定下一跳时，可以不必根据目的站的完整地址，而是可以仅仅根据目的站地址站的完整地址，而是可以仅仅根据目的站地址中的交换机号。中的交换机号。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制2 2、在路由表中使用默认路由在路由表中使用默认路由所谓广域网的路由问题就是要解决分所谓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。前组在各交换机中应如何进行转发。前面所提到的转发表就是为了解决广域面所提到的转发表就是为了解决广域网的路由问题而在交换机中专门设置网的路由问题而在交换机中专门设置的。的。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制因此，在专门研究广域网的路由问题时，可用因此，在专门研究广域网的路由问题时，可用图论中的图论中的“图图(graph)(graph)”来表示整个广域网，来表示整个广域网，用用“结点结点”表示广域网上的结点交换机，用连表示广域网上的结点交换机，用连接结点与结点的接结点与结点的“边边”表示广域网中的链路。表示广域网中的链路。至于连接在结点交换机上的主机由于与分组转至于连接在结点交换机上的主机由于与分组转发无关（因为现在是根据主机所连接到的交换发无关（因为现在是根据主机所连接到的交换机号进行分组的转发），因此在图中一律不画机号进行分组的转发），因此在图中一律不画上主机而只剩下各结点交换机。这样得出的较上主机而只剩下各结点交换机。这样得出的较简明的图用来讨论分组转发是非常清晰的。简明的图用来讨论分组转发是非常清晰的。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制图7-11 用图表示一个广域网 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制图7-12 图7-11中每个结点的转发表 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制在较小的网络中，转发表中重复的项目不多。在较小的网络中，转发表中重复的项目不多。但很大的广域网的转发表中就有可能出现很多但很大的广域网的转发表中就有可能出现很多的重复项目。这会导致搜索转发表时花费较长的重复项目。这会导致搜索转发表时花费较长的时间。为了减少转发表中的重复项目，可以的时间。为了减少转发表中的重复项目，可以用一个默认路由（用一个默认路由（default routedefault route）代替所有）代替所有的具有相同的具有相同“下一跳下一跳”的项目，默认路由比其的项目，默认路由比其他项目的优先级低。若转发分组时找不到明确他项目的优先级低。若转发分组时找不到明确的项目对应，才使用默认路由。的项目对应，才使用默认路由。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.2.2广域网中的分组转发机制图7-13使用了默认路由的简化转发表 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.3拥塞控制拥塞控制7.3.1拥塞控制的意义拥塞控制的意义u若网络中有许多资源同时产生拥塞，若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。7-1 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.3.1拥塞控制的意义图7-14 拥塞控制的作用 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.3.1拥塞控制的意义拥塞控制的意义u从图从图7-14可看出，随着提供的负载的增大，网可看出，随着提供的负载的增大，网络吞吐量的增长速率逐渐减小。也就是说，在络吞吐量的增长速率逐渐减小。也就是说，在网络吞吐量还未达到饱和时，就已经有一部分网络吞吐量还未达到饱和时，就已经有一部分的输入分组被丢弃了。当网络的吞吐量明显地的输入分组被丢弃了。当网络的吞吐量明显地小于理想的吞吐量时，网络就进入了轻度拥塞小于理想的吞吐量时，网络就进入了轻度拥塞的状态。更值得注意的是，当提供的负载达到的状态。更值得注意的是，当提供的负载达到某一数值时，网络的吞吐量反而随提供的负载某一数值时，网络的吞吐量反而随提供的负载的增大而下降，这时网络就进入了拥塞状态。的增大而下降，这时网络就进入了拥塞状态。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.3.1拥塞控制的意义拥塞控制的意义u当提供的负载继续增大到某一数值时，网络的当提供的负载继续增大到某一数值时，网络的吞吐量就下降到零，网络已无法工作。这就是吞吐量就下降到零，网络已无法工作。这就是所谓的死锁所谓的死锁(deadlock)。u死锁中有一种是直接死锁，即由互相占用了对死锁中有一种是直接死锁，即由互相占用了对方需要的资源而造成的死锁。方需要的资源而造成的死锁。u还有一种死锁是由于路由器的缓存的拥塞而引还有一种死锁是由于路由器的缓存的拥塞而引起的重装死锁起的重装死锁(reassembly deadlock)。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.3.1拥塞控制的意义拥塞控制的意义图7-15 重装死锁 李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.3.2拥塞控制的一般原理拥塞控制的一般原理u由于计算机网络是一个很复杂的系统，因此可由于计算机网络是一个很复杂的系统，因此可以从控制理论的角度来看拥塞控制这个问题。以从控制理论的角度来看拥塞控制这个问题。这样，从大的方面看，可以分为开环控制和闭这样，从大的方面看，可以分为开环控制和闭环控制两种方法。开环控制方法就是在设计网环控制两种方法。开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。但一旦整个系统求网络在工作时不产生拥塞。但一旦整个系统运行起来，就不再中途进行改正了。运行起来，就不再中途进行改正了。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.3.2拥塞控制的一般原理拥塞控制的一般原理u闭环控制是基于反馈环路的概念。属于闭环闭环控制是基于反馈环路的概念。属于闭环控制的有以下几种措施：控制的有以下几种措施：(1)监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生。发生。(2)将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方。将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方。(3)调整网络系统的运行以解决出现的问题。调整网络系统的运行以解决出现的问题。李太君李太君 林元乖林元乖 等编著等编著 清华大学出版社清华大学出版社7.4公共传输基础设施公共传输基础设施7.4.1公共电话交换网公共电话交换网u公共电话交换网公共电话交换网(Public Switched