网络互联及建网技术.ppt

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1、第五章第五章 网络互联及建网技术网络互联及建网技术本章重点本章重点网络互联概念网络互联概念公共传输系统公共传输系统 PSTN、ISDN、DDN、X.25、帧中继帧中继F.R路由选择路由选择12/20/202215.1 概述概述？网络互联的动力：更大范围的资源共享网络互联的动力：更大范围的资源共享网络互联：网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN12/20/202221.网络互联层次网络互联层次l从从OSI/RM层次观点考察网络互联层次观点考察网络互联物理层：在物理层：在电缆段电缆段之间复制之间复制比特信号（无地址）比特信号（无地址）网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输

2、层表示层表示层会话层会话层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层物理层物理层中继器、集线器中继器、集线器12/20/20223数据链路层：数据链路层：在在网段网段之间转发之间转发数据帧（根据物理地址）数据帧（根据物理地址）网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层物理层物理层网桥、交换机网桥、交换机数据链路层数据链路层12/20/20224网络层：网络层：在在网络网络之间转发之间转发报文分

3、组（根据逻辑地址）报文分组（根据逻辑地址）网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层物理层物理层路由器路由器数据链路层数据链路层网络层网络层12/20/20225更高层：更高层：连接不同体系结构的网络连接不同体系结构的网络网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层物理层物理层网关网关数据链路层数据链路层网络层网络层

4、12/20/202262.LAN的互联的互联本地互联本地互联 特点：范围有限、主干（特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网采用局域网 技术，如技术，如FDDI、Ethernet 互联设备：网桥、交换机、路由器互联设备：网桥、交换机、路由器 远程互联远程互联 特点：范围大、主干采用广公共传输系统广域连网特点：范围大、主干采用广公共传输系统广域连网技术，如技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、F.R等等 互联设备：路由器、网关互联设备：路由器、网关12/20/202275.2 公共传输系统公共传输系统三类：三类：拨号（电路交换）拨号（电路交换）PSTN、N-ISDN分组分组(帧帧

5、)交换交换 ATM、X.25、F.R专线专线 DDN举例：举例：12/20/20228互联实例互联实例1：远程：远程PC接入局域网接入局域网LANPSTNModem拨号访问服务器拨号访问服务器PCPC12/20/20229互联实例互联实例2：利用帧中继实现局域网远程互联：利用帧中继实现局域网远程互联LAN1路由器路由器LAN2路由器路由器LAN3路由器路由器FRSFRSFRSFRS：帧中继交换机帧中继交换机广域网广域网12/20/2022105.3 公共电话交换网公共电话交换网PSTN特征特征:电路交换电路交换有拨号连接过程有拨号连接过程即可传输模拟信息，也可传输数字信息即可传输模拟信息，也可

6、传输数字信息用户环路为模拟传输用户环路为模拟传输数据通信时需要使用数据通信时需要使用MODEM收发双方传输速率必须相同，最高为收发双方传输速率必须相同，最高为56kbps12/20/2022115.4 帧中继（帧中继（Frame Relay,FR）(P175即第七章即第七章7.5节节)特征特征:工作在工作在OSI/RM的的物理层和数据链路层物理层和数据链路层帧中继使用帧中继使用永久虚电路（永久虚电路（PVC）来建立通信连接，来建立通信连接，并通过虚电路实现多路复用并通过虚电路实现多路复用适用于在适用于在WAN上上实现实现LAN的的互联互联传输速率一般为传输速率一般为56Kbps45Mbps12

7、/20/202212F.R网络的组成网络的组成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HostBridge帧中继网交换设备帧中继网交换设备帧中继网中的设备分两类：帧中继网中的设备分两类：12/20/202213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。12

8、/20/202214F.R的工作原理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，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；帧出错或发生阻塞时，仅仅简单地丢弃；重传、纠错和重传、纠错和流控流控在端设备中由高层协议完成，在端设备中由高层协议完成，所以大大简化了节点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。输速率。（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

9、线路误码率很低，无需点光纤线路误码率很低，无需点到点纠错）到点纠错）12/20/202215F.R 虚电路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：物理通路，虚电路有两类：（1）永久虚电路（）永久虚电路（PVC）两个节点之间连续可用的路径，并为该路径指定一个电路两个节点之间连续可用的路径，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，任地址，加入到传输帧中。一旦电路建立，它保持开放，任

10、何时候均可通信。何时候均可通信。（2）交换虚电路（）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。结束该呼叫控制信号就发出一个断开连接命令。12/20/2022165.5ATM(异步传输异步传输)技术（技术（P178即即第七章第七章7.6节）节）1.ATM的信元的信元 传统网络传输的数据包都是不同长度的，传统网络传输的数据包都是不同长度的，ATM的的采用固定长度的数据包信元作为传输基本单元成为采用固定长度的数据包信元作为传输基本单元成为信元。信元。ATM一个信元单位的长度是一个信

11、元单位的长度是53个字节个字节.,其中有效数其中有效数据据48个字节个字节(为携带用户信息的为携带用户信息的信元载体信元载体),5个字节个字节为为信元头信元头(载有信元的地址信息和控制信息载有信元的地址信息和控制信息).看教材看教材178页图页图ATM 的信元结构的信元结构12/20/2022172、并行导向、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。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。据又不会影响网络速度。12/20/2022183、虚

12、拟通道连接、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网络中节点与节点之间的连接包括了多条虚拟通路通路VP，用用VPI来标志来标志VP地址；每一条虚拟通路又包地址；每一条虚拟通路又包含了多条虚拟通道含了多条虚拟通道VC，用用VCI来标志来标志VC的地址。的地址。VPVCVPVC12/20/202219DSL采用对称和非对称技术。采用对称和非对称技术。1、对称、对称DSL技术适合收发数据量大的工作，有一下三类：技术适合收发数据量大的工作，有一下三类：（1）HDSL（高比特高比特DSL）（2）SDSL（单线单线DSL）（3）MVL （多虚拟数字用户线）多虚拟数字用户线）5.6数字用

13、户数字用户DSL技术技术12/20/2022202、非对称、非对称DSL技术技术非对称非对称DSL技术其上下行速率不相同，上行速率低，下行技术其上下行速率不相同，上行速率低，下行速率高适合速率高适合Internet浏览。有三种类型浏览。有三种类型（1）VDSL超高速数字用户线超高速数字用户线（2）ADSL非对称非对称DSL（3）RADSL速率自适应速率自适应DSL12/20/2022215.7 多兆位数据交换服务多兆位数据交换服务SMDS（P184第七章第七章7.8节不作要求）节不作要求）12/20/202222路由选择及其算法路由选择及其算法 通信子网络源节点和目的节点提供了多条传通信子网络

14、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，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，这就是要确定向一下节点传送的路径，这就是路由选路由选择择。在数据报方式中，网络节点要为每个分组路由在数据报方式中，网络节点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立时确定路由。确定路由选择的策略称 路由选择算法路由选择算法是确定路由选择的策略是网络层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

15、如何转发出去的方法。所收到分组应如何转发出去的方法。12/20/202223设计路由算法时要考虑的技术要素设计路由算法时要考虑的技术要素1.1.首先是路由算法所基于的性能指标，一种是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；选择最短路由，一种是选择最优路由；2.2.其次要考虑通信子网是采用虚电路还是数据其次要考虑通信子网是采用虚电路还是数据报方式；报方式；3.3.三是采用分布式路由算法，即每节点均为到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式路由算法，即

16、由中央点或始发节点来决定整个路由；整个路由；12/20/2022244 4、其四，要考虑关于网络拓扑，流量和延迟等、其四，要考虑关于网络拓扑，流量和延迟等网络信息的来源；网络信息的来源；5 5、最后，确定是采用动态路由选择策略，还是、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。选择静态由选择策略。12/20/202225静态路由选择策略l 静态路由选择策略不用测量也无须利用网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。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、固定路由选择和随其中还可分为泛射路由选择、固定路由选择和随

17、机路由选择三种算法。机路由选择三种算法。12/20/202226）泛射路由选择法）泛射路由选择法l 这是一种最简单的路由算法。一个网络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，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过了最短的路线，而且所有可能的路径都被同时尝试过。时尝试过。12/20/202227适用网络：适用网络：这种方法可用于诸如军事网络等强壮性要求很这种

18、方法可用于诸如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。短传输延迟的测试。12/20/202228）固定路由选择）固定路由选择l 这是一种使用较多的简单算法。每个网络这是一种使用较多的简单算法。每个网络

19、节点存储一张节点存储一张表格表格，表格中每一项记录对应着某，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，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路由表中查出对应的目的节点及所应选择的下一节点。节点。l网络管理中心按照最佳路由算法得出每对节点的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最佳路由，然后为每个节点构造一个固定路由表，然后为每个节点构造一个固定路由表并发给该节点。并发给该节点。12/20/202229176543235252111

20、1权值根据距离、信道带权值根据距离、信道带宽、平均通信量、通信宽、平均通信量、通信开销、队列平均长度、开销、队列平均长度、测量到的时延和其他的测量到的时延和其他的一些因素用函数计算出一些因素用函数计算出来的。来的。计算该图的最短路径。计算该图的最短路径。12/20/202230l固定路由选择的优点是简便易行，在负载稳定，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。拓扑结构变化不大的网络中运行效果很好。l它的缺点是灵活性差，无法应付网络中发生的它的缺点是灵活性差，无法应付网络中发生的阻塞和故障。阻塞和故障。12/20/202231）随机路由选择）随机路由选择

21、在这种方法中，收到分组的节点，在所有在这种方法中，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。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，增加了不必要的负担，而且分组传输延迟路由，增加了不必要的负担，而且分组传输延迟也不可预测，故此法应用不广。也不可预测，故此法应用不广。12/20/202232动态路由选择策略动态路由选择策略 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策略称动态路由选择策略，这

22、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。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独立路由选择、集中路由选择和分布路由选择是三是三种动态路由选择策略的具体算法。种动态路由选择策略的具体算法。12/20/202233）独立路由选择）独立路由选择 在这类路由算法中，节点仅根据自己搜到的在这类路由算法中，节点仅根据自己搜到的有关信息作出路由选择的决定，与其它节点不交有关信息作

23、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，但还是能较好地适应网络流量较远的路由选择，但还是能较好地适应网络流量和拓扑结构的变化。和拓扑结构的变化。一种简单的独立路由选择算法是一种简单的独立路由选择算法是 aran aran 在在19641964年提出的热土豆（年提出的热土豆（ot ot otatootato）算法。当算法。当一个分组到来时，节点必须尽快脱手，将其放入一个分组到来时，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输出列最短的方向上排队，而不管该方向通向何方。方。12/2

24、0/202234）集中路由选择）集中路由选择 集中路由选择也象固定路由选择一样，在每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选择算法中的节点路由表由路由控制中心（outing outing ontrol ontrol enterenter）定时根据网络状定时根据网络状态（如：连接情况、流量、队列长度等）计算出最态（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

25、了整短路径，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的，同个网络的信息，所以得到的路由选择是完美的，同时也减轻了各节点计算路由选择的负担。时也减轻了各节点计算路由选择的负担。12/20/202235）分布路由选择 采用分布路由选择算法的网络，所有节点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。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

26、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。延迟或距离。距离向量路由算法、链路状态路由算法距离向量路由算法、链路状态路由算法是分是分布式路由算法中常见的两个算法。布式路由算法中常见的两个算法。12/20/2022364）层次路由算法l如果网络节点很多，则每个节点要存储的路由如果网络节点很多，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；信息很大，增加了节点的处理时间；l而层次路由算法将整个网络分成若干个区域，而层次路由算法将整个网络分成若干个区域，各个区域内的节点只考虑本区域内的路由，而各个区

27、域内的节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区域之间的路由选择由各个区域中某几个节点完成。完成。12/20/202237阻塞控制l阻塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数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，即出现死锁现至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象。象。l这种现象跟公路网中通常所见的交通拥挤一样，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

28、路网中车辆大量增加时，各种走向的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）。车辆因堵塞而无法开动（局部死锁）。12/20/20223812/20/202239l当通信子网当通信子网负荷负荷（即通信子网正在传输的分组数）（即通信子网正在传输的分组数）比较小时比较小时，网络的吞吐量（单位为分组数网络的吞吐量（单位为分组数/秒）随网络负荷（可用每个秒）随网络负荷（可用每个节点中分组的平均数表示）的增加而

29、线性增加。节点中分组的平均数表示）的增加而线性增加。l当网络当网络负荷增加到某一值后负荷增加到某一值后，若网络吞吐量反而下降，则表，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，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。系统重传。l当当阻塞比较严重阻塞比较严重时，通信子网中相当多的传输能力和节点缓时，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。死锁状态，网络有效吞吐量接近为零。12/20/202240