计算机网络原理-第5章.ppt

计算机网络原理计算机网络原理The Principles of Computer Networking第第5章章广域网广域网1.1.广域网基本概念广域网基本概念q 广域网的构成广域网的构成 q 广域网所提供的服务广域网所提供的服务2.2.广域网中的路由选择机制广域网中的路由选择机制q 结点交换机中的路由表结点交换机中的路由表 a.a.层次法的编址方案层次法的编址方案 b.b.按照目的站交换机号确定下一站按照目的站交换机号确定下一站 q 用图表示广域网用图表示广域网本章要点本章要点本章要点本章要点3.路由选择的一般原理路由选择的一般原理q理想的路由算法理想的路由算法q非自适应路由选择非自适应路由选择q自适应路由选择自适应路由选择4.拥塞控制拥塞控制q拥塞控制的意义拥塞控制的意义q拥塞控制的一般原理拥塞控制的一般原理5.X.25建议书：建议书：6.帧中继帧中继FTR7.异步传输模式异步传输模式ATM5.1基本概念基本概念一、广域网的构成一、广域网的构成1.1.问题：问题：距离较远时距离较远时,例如，几十，几百公里，甚至几千公例如，几十，几百公里，甚至几千公里里,局域网显然是无法完成通信任务，这就需要另一局域网显然是无法完成通信任务，这就需要另一种结构网络，即广域网。种结构网络，即广域网。q广域网的构成：由一些结点交换机以及相应的链路广域网的构成：由一些结点交换机以及相应的链路组成。组成。ABCDE广域网广域网LAN1LAN22、互联网、互联网LAN3LAN4注意注意区别区别1).1).连接技术的区别连接技术的区别局域网采用的多点接入技术局域网采用的多点接入技术广域网结点之间采用点到点连接广域网结点之间采用点到点连接2).2).协议层次上协议层次上 局域网主要在局域网主要在Data LinkData Link层层 广域网主要在广域网主要在NetworkNetwork层层 3).3).广广域网与域网与局域网之间采用路由器连接局域网之间采用路由器连接1.1.无连接（数据报）网络服务无连接（数据报）网络服务有二点：有二点：主机只要想发送数据就随时可发送；主机只要想发送数据就随时可发送；每个分组独立地选择路由；每个分组独立地选择路由；注意：注意：第二点，意味着先发送出去的分组不一定先到第二点，意味着先发送出去的分组不一定先到达目的站主机。达目的站主机。二、广域网提供的服务二、广域网提供的服务无连接的网络服务无连接的网络服务A AB BC CD DE EP1P1P2P2P3P3P4P4P5P5注：注：即分组有二条路由选择，因此，数据报不能保证按发送顺即分组有二条路由选择，因此，数据报不能保证按发送顺序交付给目的站。另外序交付给目的站。另外 ，当网络发生拥塞时，网络中的某个结，当网络发生拥塞时，网络中的某个结点可能将一些分组丢弃。点可能将一些分组丢弃。所以，所以，数据报提供的服务是不可靠的。数据报提供的服务是不可靠的。特征：特征：1 1）数据发送的随意性）数据发送的随意性2 2）每个分组独立选择路由）每个分组独立选择路由3 3）不可靠服务）不可靠服务2.2.面向连接的网络服务面向连接的网络服务H H1 1和和H H5 5 通信，主机通信，主机H H1 1先发起一个虚呼叫，要求进行通信，同时，先发起一个虚呼叫，要求进行通信，同时，也寻找一条合适的路由。也寻找一条合适的路由。若主机若主机H H5 5 同意，就发回响应，然后双方就可以传送数据。就同意，就发回响应，然后双方就可以传送数据。就建立了一条虚电路以后建立了一条虚电路以后H H1 1 向向H H5 5传送所有的分组都沿着这条虚电传送所有的分组都沿着这条虚电路传送；路传送；传送完毕，释放。传送完毕，释放。A AB BC CD DE EH1H2H4H5面向连接服务（虚电路服务）面向连接服务（虚电路服务）:特征特征：1)1)虚电路建立（通过虚呼叫实现）虚电路建立（通过虚呼叫实现）2 2）所有分组均沿同一路径传输所有分组均沿同一路径传输 3 3）可靠服务）可靠服务需要指出的是需要指出的是：这个虚电路和电路交换的连接有很大的区别这个虚电路和电路交换的连接有很大的区别:1.1.电路交换：二个用户通信网始终占用一条端到端的物理电路交换：二个用户通信网始终占用一条端到端的物理信道；信道；2.2.虚电路：由于采用的是存储转发的分组交换，所以，只虚电路：由于采用的是存储转发的分组交换，所以，只是断续地占用一条一条的链路；是断续地占用一条一条的链路；数据报数据报不要不要每个分组都有每个分组都有 目的站的全地址目的站的全地址每个分组独立选择路由每个分组独立选择路由 出故障的路由的可能会丢失出故障的路由的可能会丢失分组，一些路由可能会发生更改分组，一些路由可能会发生更改可能不按发送顺序可能不按发送顺序由主机负责由主机负责由主机负责由主机负责 从用户端看网络提供的服务：从用户端看网络提供的服务：虚电路与数据报对比：虚电路与数据报对比：对比的方式对比的方式1、连接的建立、连接的建立2、目的站地址、目的站地址3、路由选择、路由选择4、当路由器出故障、当路由器出故障5、分组的顺序、分组的顺序6、差错处理、差错处理7、流量控制、流量控制虚电路虚电路必须有必须有仅在连接建立阶段使用仅在连接建立阶段使用每个分组使用短的虚电路号每个分组使用短的虚电路号在虚电路建立时进行，在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由。所有分组均按同一路由。所有通过出故障的路由所有通过出故障的路由器的虚电路均不能工作器的虚电路均不能工作 总是按发送顺序到达目的站总是按发送顺序到达目的站由通信子网负责由通信子网负责由通信子网负责由通信子网负责5.2广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制术语：术语：q转发（转发（forwarding)q路由选择路由选择(routing)q路由表（路由表（routingtable）一、结点交换机中查找转发表一、结点交换机中查找转发表分组交换网络的路由选择：分组交换网络的路由选择：通过查找路由表完成，那么在讨论路由表之前，通过查找路由表完成，那么在讨论路由表之前，应先了解广域网是如何给接入网络的计算机进行应先了解广域网是如何给接入网络的计算机进行编址的。编址的。1.1.层次结构的编址方案层次结构的编址方案地址地址=分组交换机号，计算机接入交换机的端口号分组交换机号，计算机接入交换机的端口号 例如：有例如：有3 3台交换机，分别接有计算机，如图台交换机，分别接有计算机，如图:2,1 2,21,1下一站4567交交换换机机31,33,23,34 5 6 7交换机交换机2交换机交换机2的转发表的转发表目的站1,1交换机1交换机13,2交换机33,3交换机32,1本交换机2,2本交换机1,32、路由表基本结构、路由表基本结构4567交交换换机机11231 2 31231,3目的站目的站1,13,23,32,12,2交换机交换机1交换机交换机1交换机交换机2交换机交换机2本交换机本交换机本交换机本交换机下一站下一站交换机交换机1交换机交换机3目的站目的站下一站下一站123本交换机本交换机3、简化路由表、简化路由表按照目的站的交换机确定下一跳按照目的站的交换机确定下一跳 在研究广域网的路由问题时，可用图论中的在研究广域网的路由问题时，可用图论中的“图图”表示整表示整个广域网：个广域网：结点结点 表示结点交换机表示结点交换机 边边 表示广域网中的链路表示广域网中的链路12341234图图A1324图图B1234二、用图表示广域网二、用图表示广域网结点结点1结点结点2-3331234下一站下一站目的目的站站目的目的站站下一站下一站12343-34目的目的站站下一站下一站1234124结点结点3目的目的站站下一站下一站1234323结点结点4结点结点1 1目的站目的站下一站下一站1 12 23 34 4-3 33 33 3目的站目的站下一站下一站1 1-3 3进一步化简进一步化简图图(B)(B)的路由表进一步简化的路由表进一步简化:*表示其余的表示其余的默认路由默认路由三、默认路由三、默认路由1 1）用一个默认路由代替所有的具有相同）用一个默认路由代替所有的具有相同“下一站下一站”的项目的项目2 2）默认路由比其他项目的优先级低）默认路由比其他项目的优先级低3 3）若转发分组时找不到明确的项目对应，就使用默认路由）若转发分组时找不到明确的项目对应，就使用默认路由结点结点1 1结点结点2 2目的目的站站下一站下一站1 1*-3 3目的目的站站下一站下一站2 24 4*-4 43 3目的目的站站下一站下一站1 12 23 34 41 12 24 4结点结点3 3目的目的站站下一站下一站2 24 4*2 23 3结点结点4 4在型网络中的路由表很复杂。在型网络中的路由表很复杂。产生路由表的算法产生路由表的算法路路由由算法算法，将在下一章介绍。，将在下一章介绍。简化的路由表简化的路由表5.3拥塞控制拥塞控制（congestion)一、拥塞控制的意义一、拥塞控制的意义1.1.网络拥塞产生的原因：网络拥塞产生的原因：当某个结点缓冲区的容量太小时，到达该结点的分当某个结点缓冲区的容量太小时，到达该结点的分组无空间暂存而不得不被丢弃；组无空间暂存而不得不被丢弃；处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞。处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞。q总之：若对网络中某一资源的需求超过了该资源所总之：若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种情能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况称为（拥塞）即况称为（拥塞）即:对资源的需求可用资源对资源的需求可用资源q资源包括网络中的链路容量，交换结点中的缓冲区资源包括网络中的链路容量，交换结点中的缓冲区和处理机等。和处理机等。拥塞分析拥塞分析q问题问题1：某结点缓冲区小，到达该结点的分组因无空间而被丢弃：某结点缓冲区小，到达该结点的分组因无空间而被丢弃 解决：将缓冲区扩大，使所有分组可以暂存解决：将缓冲区扩大，使所有分组可以暂存 但：链路容量和但：链路容量和CPU速度未变速度未变分组在很长时间内排队未发分组在很长时间内排队未发 因超时分组重发因超时分组重发 拥塞加剧拥塞加剧q问题问题2：发送端在未收到确认前，保留分组副本。接收端产生的拥塞导致：发送端在未收到确认前，保留分组副本。接收端产生的拥塞导致发送端缓冲区的拥塞。发送端缓冲区的拥塞。交换结点交换结点A AAAB BBBC=1C=1 C=1 C=1C=1C=1C=10C=10A AB B初始：链路容量：初始：链路容量：C C 平均速率：平均速率：A A B B0.80.8 整个网络吞吐量：整个网络吞吐量：1.61.6 当主机当主机A A和和B B到交换结点的两条链路都饱和时（到交换结点的两条链路都饱和时（A A1 1 B B1010），），结点缓冲区有限，导致主机结点缓冲区有限，导致主机A A或或B B到交换结点的分组被丢弃。到交换结点的分组被丢弃。主机主机B B到交换结点的分组到达率是主机到交换结点的分组到达率是主机A A到交换结点的分组到达到交换结点的分组到达率的率的1010倍，倍，因此主机因此主机B B和和A A，其，其占有输入缓冲区的机会为占有输入缓冲区的机会为10:110:1。最终从交换结点输出到主机最终从交换结点输出到主机BB的的数据率不超过数据率不超过1 1，按上述，按上述10:110:1关系，最终从交换结点输出到主机关系，最终从交换结点输出到主机AA的数据率不超过的数据率不超过0.10.1。整个网络吞吐量：整个网络吞吐量：1.11.1拥塞控制：全局性拥塞控制：全局性流量控制：局部的，给定的发送端和接收端之间流量控制：局部的，给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的点对点通信量拥塞控制和流量控制区别拥塞控制和流量控制区别轻度拥塞轻度拥塞 拥塞拥塞 理想的流量控制理想的流量控制实际测量控制实际测量控制无流量控制无流量控制 死锁死锁输入负载输入负载0 0 具有理想拥塞控制的网络，在吞吐量饱和之前，网络吞具有理想拥塞控制的网络，在吞吐量饱和之前，网络吞吐量应等于网络负载，故吞吐量曲线是吐量应等于网络负载，故吞吐量曲线是4545的斜线。的斜线。但当网络负载超过某一限度时，由于网络资源受限，吞但当网络负载超过某一限度时，由于网络资源受限，吞吐量不再增长，即吞吐量达到饱和。虽然如此，在这种理想吐量不再增长，即吞吐量达到饱和。虽然如此，在这种理想的拥塞控制作用下，网络的吞吐量仍能维持在量大值。的拥塞控制作用下，网络的吞吐量仍能维持在量大值。2.2.拥塞与流量控制的关系拥塞与流量控制的关系q实际网络的情况：实际网络的情况：a.a.网络负载的增大网络负载的增大 网络吞吐量逐渐减小。网络吞吐量逐渐减小。b.b.网络进入了轻度拥塞的状态，这时的吞吐量明网络进入了轻度拥塞的状态，这时的吞吐量明显地小于理想的吞吐量。显地小于理想的吞吐量。c.c.网络拥塞状态，当网络负载达到某一数值时，网络拥塞状态，当网络负载达到某一数值时，吞吐量随负载的增大而下降，直到死锁吞吐量随负载的增大而下降，直到死锁（deadlockdeadlock）。）。拥塞控制的关键：拥塞控制的关键：1 1）关键：合理、动态分配资源）关键：合理、动态分配资源 2 2）应具备的功能：）应具备的功能：a)a)防止网络因过载而导致吞吐率下降和时延增加防止网络因过载而导致吞吐率下降和时延增加 b)b)防止死锁防止死锁死锁：当网络负载达到某一数值时，网络的吞吐量就下降到零，死锁：当网络负载达到某一数值时，网络的吞吐量就下降到零，网络无法工作，这就是所谓死锁。网络无法工作，这就是所谓死锁。1 1）直接死锁：由互相占用对方需要的资源而造成的死锁）直接死锁：由互相占用对方需要的资源而造成的死锁2 2）重装死锁：由于路由器的缓冲区的拥塞而引起的。）重装死锁：由于路由器的缓冲区的拥塞而引起的。3.“3.“死锁死锁”的现象的现象假设有三个报文假设有三个报文A A、B B、C C经过三个路由器经过三个路由器P P、Q Q、R R送往送往主机主机H H，每个报文由每个报文由3 3 个分组组成：个分组组成：A A3 3B B4 4C C2 2C C3 3B B1 1C C1 1B B2 2B B3 3A A1 1A A2 2 A A4 4H H路由器路由器P P路由器路由器Q Q路由器路由器R R 每个路由器的缓冲能容纳每个路由器的缓冲能容纳4 4个分组；个分组；路由路由器器R R为报文为报文A A预留了预留了4 4个分组的缓冲区；个分组的缓冲区；由于由于A3A3还暂留在路由还暂留在路由器器P P中，无法转发到中，无法转发到Q Q，因为因为Q Q缓冲区已满；缓冲区已满；路由器路由器Q Q也无法送往也无法送往R R，这样，从这样，从PQRPQR的链路的任何一个分组都的链路的任何一个分组都不能转发，形成了由于缓冲区的拥塞而引起的重装死锁。不能转发，形成了由于缓冲区的拥塞而引起的重装死锁。二、拥塞控制的一般原理二、拥塞控制的一般原理q开环控制开环控制:在设计网络中事先将有关发生拥塞的在设计网络中事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求工作时不产生拥塞。因素考虑周到，力求工作时不产生拥塞。缺点缺点:一旦整个系统运行起来，就不再中途进行一旦整个系统运行起来，就不再中途进行改正。改正。q闭环控制闭环控制:基于反馈环路原理，有几种措施：基于反馈环路原理，有几种措施：监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生；监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生；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；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。三、通信量控制策略：三、通信量控制策略：问题：问题：拥塞发生的主要原因在于通信量常常是突发性的。如拥塞发生的主要原因在于通信量常常是突发性的。如果主机能以一个恒定的速率发送分组，拥塞将会少得多。果主机能以一个恒定的速率发送分组，拥塞将会少得多。对于子网而言，子网强迫分组以某种预定的速率的传送。对于子网而言，子网强迫分组以某种预定的速率的传送。1 1、漏桶算法（、漏桶算法（leaky bucket algorithmleaky bucket algorithm）思思路路:用户通过一个流规范（用户通过一个流规范（flow specificationflow specification）说明自说明自已的通信量模式，并经过协商过程来与通信子网和接收者已的通信量模式，并经过协商过程来与通信子网和接收者达成一致。通过调整分组传输的速率，从而减少可能发生达成一致。通过调整分组传输的速率，从而减少可能发生的拥塞。的拥塞。漏桶算法：漏桶算法：主机主机漏桶接口漏桶接口网络网络说明：说明：有一小孔的桶，不管水注入桶的速有一小孔的桶，不管水注入桶的速率如何，水从桶中往外漏的速率是恒率如何，水从桶中往外漏的速率是恒定的定的，一旦桶空，外漏的速率为，一旦桶空，外漏的速率为0 0。在桶满之后，再注入桶中的水都会在桶满之后，再注入桶中的水都会从桶边溢出。从桶边溢出。该漏桶空实际上是一个有限的内部该漏桶空实际上是一个有限的内部队列。队列。当队列满之后，如果有新的分组要进当队列满之后，如果有新的分组要进入队列，该分组就被丢弃。入队列，该分组就被丢弃。2 2、令牌桶算法（、令牌桶算法（token buckettoken bucket）思思路路：每隔每隔 T T秒生成一个令牌，且漏桶秒生成一个令牌，且漏桶可以保留这些令牌。可以保留这些令牌。如果要发送分组，必须首先抓住如果要发送分组，必须首先抓住一个令牌，在发送分组后令牌被销一个令牌，在发送分组后令牌被销毁。毁。有三个令牌，发送了三个分组。有三个令牌，发送了三个分组。主机主机令牌桶令牌桶网络网络令牌令牌分组分组层层 次次策策 略略传输层传输层 重发策略重发策略 乱序缓存策略乱序缓存策略 确认策略确认策略 流量控制策略流量控制策略 超时终止超时终止网络层网络层 子网内的虚电路与数据报子网内的虚电路与数据报 分组排队和服务策略分组排队和服务策略 分组丢弃策略分组丢弃策略 路由选择算法路由选择算法 分组生命期管理分组生命期管理数据链路层数据链路层 重发策略重发策略 乱序缓存策略乱序缓存策略 确认策略确认策略 流量控制策略流量控制策略四、拥塞预防策略四、拥塞预防策略5.4 X.255.4 X.25建议建议书书 X.25X.25建议书是建议书是CCITTCCITT在在19761976年制定的一个著名标准。广年制定的一个著名标准。广泛应用于：数据分组交换网泛应用于：数据分组交换网.q适用于适用于：低中速线路（：低中速线路（9600bps,64Kbps,9600bps,64Kbps,或或T1 1.44MbpsT1 1.44Mbps线线路）。路）。qX.25X.25分组交换网现已成为分组交换网现已成为WANWAN，MANMAN，或，或LANLAN互连常用的通信互连常用的通信子网。子网。一、一、X.25X.25与与OSI/RMOSI/RM的对应点的对应点 X.25X.25并不是严格定义下的网络层协议，是一组协议集并不是严格定义下的网络层协议，是一组协议集合，包括含物理层、合，包括含物理层、Data linkData link和和NetworkNetwork，所定义的功能所定义的功能被划分到下面三级中。被划分到下面三级中。applicationNetworkDatalink物理层物理层1237分组层分组层LAPBX.21和其它和其它X.25第三级第三级第二级第二级第一级第一级 ：分组：分组 ：帧：帧传输单位：比特传输单位：比特DTEDCEDCEDCEDTEDTEX.25接口接口x.25接口接口vc1vc2x.25公用分组公用分组交换网交换网X.25接口接口（1）物理层）物理层定义了定义了DTE和和DCE之间的电气接口之间的电气接口定义了建立物理的信息传输通路的过程定义了建立物理的信息传输通路的过程可以看成一条输送信息的管道，不执行控制功能可以看成一条输送信息的管道，不执行控制功能控制功能主要由链路层和分组层来完成控制功能主要由链路层和分组层来完成接口规程接口规程lX.21、X.21bis（与（与V.24或或RS-232接口标准兼容）接口标准兼容）lV系列建议（系列建议（RS-232-C、V.35）（2）数据链路层）数据链路层对实施信息传输的控制对实施信息传输的控制规定了在规定了在DTE和和DCE之间的线路上交换分组的过程之间的线路上交换分组的过程链路层的主要功能如下：链路层的主要功能如下：l在在DTE和和DCE之间有效地传输数据之间有效地传输数据l确保接收器和发送器之间信息的同步确保接收器和发送器之间信息的同步l检测和纠正传输中产生的差错检测和纠正传输中产生的差错l识别并向高层协议报告规程性错误识别并向高层协议报告规程性错误l向分组层通知链路层的状态向分组层通知链路层的状态（3）链路层帧结构）链路层帧结构采用了采用了HDLC的帧的帧(Frame)结构结构HDLC是是ISO开发的一种面向比特的同步通信规程开发的一种面向比特的同步通信规程lLAP(链路访问规程）链路访问规程）lLAPB(平衡型链路访问规程）平衡型链路访问规程）lLAPD(ISDN的的D信道链路访问规程）信道链路访问规程）（4）分组层功能）分组层功能在在X.25接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道通过逻辑信道号通过逻辑信道号(LCN)来区分同每个用户呼叫有关的分组。来区分同每个用户呼叫有关的分组。为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号，分组的确认和流量控制号，分组的确认和流量控制提供交换虚电路提供交换虚电路(SVC)和永久虚电路和永久虚电路(PVC)的连接的连接提供建立和清除交换虚电路连接的方法提供建立和清除交换虚电路连接的方法检测和恢复分组层的差错检测和恢复分组层的差错X.25层次关系层次关系用户数据用户数据用户数据用户数据X.25首部首部LAPB首部首部LAPB尾部尾部X.25分组分组LAPB帧帧 近近年年来来，随随着着光光纤纤传传输输技技术术的的迅迅速速发发展展，公公共共电电信信基基础础设设施施逐逐步步以以高高质质量量光光纤纤数数字字传传输输系系统统取取代代了了传传统统的的铜铜线线模模拟拟传传输输系系统统，光光纤纤数数字字传传输输系系统统为为用用户户提提供供的的可可用用带带宽宽和和传传输输误误码码率率是是模模拟拟系系统统无无法法比比拟拟的的。由由于于现现代代光光纤纤数数字字传传输输系系统统的的误误码码率率已已低低于于10-9，因因此此现现代代通通信信网网的的纠纠错错能能力力已已不不再再是是评评价价网网络络性性能能的的主主要要指指标标。过过去去X.25分分组组交交换换技技术术的的某某些些优优点点在在光光纤纤数数字字传传输输系系统统中中已已不不明明显显，相相反反地地有有些功能甚至是多余的。些功能甚至是多余的。另另一一方方面面，随随着着LAN数数量量的的剧剧增增，通通过过WAN的的通通信信量量成成倍倍地地增增加加，使使WAN变变得得更更加加拥拥挤挤，延延迟迟增增大大，通通信信费费用用上上升升，这这与与高高带带宽宽、低低延延迟迟和和低低费费用用的的LAN相比，形成较大的反差。相比，形成较大的反差。传传统统的的WAN，如如X.25分分组组交交换换网网存存在在着着传传输输速速率率低低、网网络络延延时时大大、吞吞吐吐量量小小以以及及通通信信费费用用高高等等缺缺陷陷，已难以满足不断发展的通信业务质量的要求已难以满足不断发展的通信业务质量的要求。5.5帧中继（帧中继（FrameRelay,FR）q帧中继是一种帧中继是一种快速分组交换快速分组交换技术，它以面向技术，它以面向协议数据的通讯规程为基础，依靠智能化的协议数据的通讯规程为基础，依靠智能化的用户终端和高稳定性的传输用户终端和高稳定性的传输 线路，在用户线路，在用户和网络接口之间提供用户信息的双向透明传和网络接口之间提供用户信息的双向透明传输，并提供对多种网络协议的支持。输，并提供对多种网络协议的支持。1特征特征:q工作在工作在OSI/RMOSI/RM的物理层和数据链路层的物理层和数据链路层q帧中继使用永久虚电路（帧中继使用永久虚电路（PVCPVC）来建立通信连接，并来建立通信连接，并通过虚电路实现多路复用通过虚电路实现多路复用q用链路层的用链路层的HDLCHDLC帧来封装各种不同的高层协议，如帧来封装各种不同的高层协议，如IPIP、IPXIPX、AppleTalkAppleTalk等等q适用于在适用于在WANWAN上实现上实现LANLAN的互联的互联q传输速率一般为传输速率一般为56Kbps56Kbps45Mbps45MbpsF.R是是CCITT和和ANSI标标准准，定定义义了了在在公公共共数数据据网网(PDN)上上发发送数据的流程，属于高性能的链路层协议送数据的流程，属于高性能的链路层协议。它对应于它对应于OSI层次模型的最下二层。层次模型的最下二层。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层高层高层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层X.25OSIF.R帧中继帧中继物理层物理层2F.R与与OSI/RM的对应关系的对应关系FRSFRSFRSFRS网桥网桥CSU/DSURouterRouter广域网广域网PSTN，X.25Router帧中继在帧中继在这里工作这里工作HostBridge3F.R网络的组成网络的组成4 帧中继网中的设备分两类：帧中继网中的设备分两类：帧中继网接入设备帧中继网接入设备FRAD：属于用户设备。属于用户设备。如支持帧中继的主机、桥接器、路由器等。如支持帧中继的主机、桥接器、路由器等。帧中继网交换设备帧中继网交换设备FRS：属于网络服务提供者设备。属于网络服务提供者设备。如如T1/E1一次群复用设备和帧交换结点机。一次群复用设备和帧交换结点机。5 F.R的工作原理的工作原理本质上仍是分组交换技术，但舍去了本质上仍是分组交换技术，但舍去了X.25的分组层，仅保留物理的分组层，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、处理在链路层上完成统计复用，实现帧定界、寻址、差错检测；但省在链路层上完成统计复用，实现帧定界、寻址、差错检测；但省略了帧编号、重传、流控、窗口、应答、监视等功能略了帧编号、重传、流控、窗口、应答、监视等功能帧出错或发生阻塞时，仅仅简单地丢弃；重传、纠错和流控帧出错或发生阻塞时，仅仅简单地丢弃；重传、纠错和流控在在端端设备中由上层协议设备中由上层协议(如如TCP)TCP)完成完成（这是因为（这是因为F.R是基于光纤线路的，而是基于光纤线路的，而光纤线路误码率很低，无需点到点纠错）光纤线路误码率很低，无需点到点纠错）F.R用数据链路连接标识符用数据链路连接标识符DLCI来标识虚电路来标识虚电路(最多最多1024个个)，不同的，不同的DLCI在链路层上实现了复用在链路层上实现了复用标志标志DLCI、FECN、BECN、DE等等数据数据FCS标志标志122 1可变可变标志：帧的开始和结束标志：帧的开始和结束DLCI：数据链路连接标识符，标识一个虚电路数据链路连接标识符，标识一个虚电路FECN：前向显式阻塞通知（前向显式阻塞通知（Front Explicit Congestion Notification）BECN：后向显式阻塞通知后向显式阻塞通知DE：允许丢弃指示允许丢弃指示6 F.R的帧结构的帧结构永久虚电路：是指在帧中终端用户之间建立固定永久虚电路：是指在帧中终端用户之间建立固定的虚电路连接，并在其上提供数据传输业务。的虚电路连接，并在其上提供数据传输业务。交换虚电路：是指在两个帧中继终端用户之间通交换虚电路：是指在两个帧中继终端用户之间通过虚呼叫建立需电路连接，网络在建好的虚电路上过虚呼叫建立需电路连接，网络在建好的虚电路上提供数据信息的传送服务。终端用户可通过呼叫清提供数据信息的传送服务。终端用户可通过呼叫清除操作终止虚电路。除操作终止虚电路。6 6 帧中继所提供的服务帧中继所提供的服务7 7 帧中继业务的适用范围帧中继业务的适用范围 数据传输，图象传输，语音传输，数据传输，图象传输，语音传输，INTERNETINTERNET接入，接入，银行，证券，期货，保险，信息数据库查询系统，银行，证券，期货，保险，信息数据库查询系统，电脑连网通信，电脑连网通信，虚拟专用网建设虚拟专用网建设源站源站源站源站中间结点中间结点中间结点中间结点中间结点中间结点 中间结点中间结点 目的站目的站目的站目的站一般分组交换网存储转发一般分组交换网存储转发帧中继存储转发帧中继存储转发8帧中继存储转发方式帧中继存储转发方式9 9 帧中继与分组交换的比较帧中继与分组交换的比较 分组交换分组交换 帧中继帧中继1.1.差错控制差错控制 完全的完全的 有限的有限的2.2.分组的重发处理分组的重发处理有有 无无3.3.中间结点的中间结点的需要需要 不需要（最后由目的不需要（最后由目的 每帧确认每帧确认 站一次确认）站一次确认）4.4.流量控制流量控制没有没有无无10帧中继的拥塞控制帧中继的拥塞控制 许诺的信息速率许诺的信息速率CIRCIR CIR CIR就是对一个特定的帧中继连接网络同意支持的信就是对一个特定的帧中继连接网络同意支持的信息传送速率。只要数据传输速率超过了息传送速率。只要数据传输速率超过了CIRCIR，在网络在网络出现塞时就会遭受到帧的丢弃。出现塞时就会遭受到帧的丢弃。1 1）用户要通过帧中继用户接入电路才能连接到帧中继网络。）用户要通过帧中继用户接入电路才能连接到帧中继网络。常用的用户接入电路的速率是常用的用户接入电路的速率是64kb/s64kb/s和和2.048Mb/s(2.048Mb/s(或或TlTl速速率率1.544Mb/s)1.544Mb/s)2)2)帧中继用户接入电路又称为用户网络接口帧中继用户接入电路又称为用户网络接口UNIUNI。UNIUNI有两有两个端口。在用户的一侧叫做用户接入端口，在帧中继网络个端口。在用户的一侧叫做用户接入端口，在帧中继网络一侧的叫做网络接入端口。一侧的叫做网络接入端口。3 3）用户接入端口即在用户屋内设备）用户接入端口即在用户屋内设备CPECPE中的一个物理端口。中的一个物理端口。4 4）一个）一个UNIUNI中可以有一条或多条虚电路中可以有一条或多条虚电路(永久的或交换的永久的或交换的)。5 5）每一条虚电路都是双向的，并且每一个方向都有一个指）每一条虚电路都是双向的，并且每一个方向都有一个指派的许诺的信息速率派的许诺的信息速率CIRCIR。6 6）为了区分开不同的永久虚电路为了区分开不同的永久虚电路PVCPVC，每一条每一条PVCPVC的两个端的两个端点都各有一个数据链路连接标识符点都各有一个数据链路连接标识符DLCIDLCI。帧中继的拥塞控制（续）帧中继的拥塞控制（续）q解决帧中断拥塞控制的目标与方法解决帧中断拥塞控制的目标与方法 帧中断使用的拥塞控制方法有以下三种：帧中断使用的拥塞控制方法有以下三种：（1 1）丢弃策略。）丢弃策略。当拥塞足够严重时，网络就要被迫当拥塞足够严重时，网络就要被迫将帧丢弃。将帧丢弃。（2 2）拥塞避免。）拥塞避免。在刚一出现轻微的拥塞迹象时可采在刚一出现轻微的拥塞迹象时可采取拥塞避免的方法。取拥塞避免的方法。（3 3）拥塞恢复。）拥塞恢复。在已经出现拥塞时，拥塞恢复过程在已经出现拥塞时，拥塞恢复过程可以阻止网络的彻底崩溃。可以阻止网络的彻底崩溃。若数据率小于若数据率小于CIRCIR，在一般情况下传输是有保证的；在一般情况下传输是有保证的；若数据率大于若数据率大于CIRCIR但小于所设定的最高速率，则在但小于所设定的最高速率，则在可能的情况下进行传送；可能的情况下进行传送；若数据率大于所设定的最高速率，则立即丢弃。若数据率大于所设定的最高速率，则立即丢弃。许诺的突发量许诺的突发量BcBc（committed burst sizecommitted burst size）这是在正常情况下，在测量时间间隔这是在正常情况下，在测量时间间隔T T内，网内，网络允许传送的数据最大限量。络允许传送的数据最大限量。许诺的突发量许诺的突发量BcBc等于时间间隔等于时间间隔T T乘以许诺的信乘以许诺的信息速率息速率CIRCIR。即即 BcBc=T=TCIRCIR附加突发量附加突发量BeBe（excess burst sizeexcess burst size）这是在正常情况下，在测量时间间隔这是在正常情况下，在测量时间间隔T T内，在内，在许诺的突发量许诺的突发量BeBe的基础上，网络试图再额外传送的基础上，网络试图再额外传送的数据的最大限量。的数据的最大限量。时间时间丢弃区丢弃区DE=1DE=1区区DE=0DE=0区区传输的比特数传输的比特数Bc+BeBc+BeBcBc0 0第第1 1帧帧第第2 2帧帧 第第3 3帧帧T TDE=0DE=0 DE=0DE=0 DE=0DE=0所有帧的所有帧的DEDE比特均为零比特均为零拥塞拥塞参数参数比较：比较：发送的发送的3 3个帧的总比特数在许诺的个帧的总比特数在许诺的突发量突发量BcBc以下，因此以下，因此3 3个帧的丢弃个帧的丢弃指示指示DEDE都是都是0 0。虽然在第。虽然在第1 1帧发送过帧发送过程中实际的发送速率暂时超过程中实际的发送速率暂时超过CIRCIR，但帧处理模块是检查在整个时间但帧处理模块是检查在整个时间间隔内总的累计数据量是否超过许间隔内总的累计数据量是否超过许诺的突发量诺的突发量BcBc0 0时间时间丢弃区丢弃区DE=1DE=1区区DE=0DE=0区区传输的比特数传输的比特数Bc+BeBc+BeBcBc0 0第第1 1帧帧第第2 2帧帧第第3 3帧帧T TDE=0DE=0DE=0DE=0 DE=1DE=11 1帧的帧的DEDE比特为比特为1 1拥塞拥塞参数参数比较：比较：第第3 3帧在帧在发送过程中使发送过程中使累计数据量超过累计数据量超过BcBc，因此因此帧处理模块将此帧的帧处理模块将此帧的DEDE比比特置为特置为1 1。Bc+BeBc+BeBcBc0 0时间时间丢弃区丢弃区DE=1DE=1区区DE=0DE=0区区传输的比特数传输的比特数第第1 1帧帧第第2 2帧帧 第第3 3帧帧T TDE=0DE=0 DE=0DE=0 DE=1DE=11 1帧的帧的DEDE比特比特1 1第第4 4帧帧丢弃丢弃拥塞拥塞参数参数比较：比较：漏桶有漏桶有3 3个重要参数：个重要参数：参数参数C C表示桶内不断变化着的数据量。表示桶内不断变化着的数据量。参数参数BcBc是是许诺的突发量。当桶内的数据量许诺的突发量。当桶内的数据量C C小于小于BcBc时，帧时，帧处理模块按正常方式转发所收到的帧，并且帧的处理模块按正常方式转发所收到的帧，并且帧的DEDE比特为零。比特为零。参数参数BeBe是附加突发量。是附加突发量。BeBeBcBcC=C=桶内的桶内的数据量，随数据量，随 数据的流入而增大数据的流入而增大每隔每隔时间时间T T，桶内数据量桶内数据量C C的减少值是的减少值是MinC,BcMinC,Bc 漏桶算法漏桶算法 当数据量在当数据量在BcBc至至Bc+BeBc+Be之间时，就要将帧的之间时，就要将帧的DEDE比比特置为特置为1 1。只要桶内有足够。只要桶内有足够多的数据量，则每隔时间多的数据量，则每隔时间T T，由于数据不断地被转发，由于数据不断地被转发，桶内的数据量就减少桶内的数据量就减少BcBc。但由于桶内的数据量不能但由于桶内的数据量不能为负值，因此更准确的说为负值，因此更准确的说法是：每隔时间法是：每隔时间T T，桶内的桶内的数据量减少的值为数据量减少的值为C C和和BcBc这这两个数值中最小的一个，两个数值中最小的一个，即数据量减少的值为即数据量减少的值为MinCMinC，BcBc。BeBeBcBcC=C=桶内的桶内的数据