計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 15課件

[2,1][2,2]12341234交換機(jī)2交換機(jī)3[3,2][3,3]交換機(jī)1交換機(jī)

2的轉(zhuǎn)發(fā)表目的站下一跳

[1]交換機(jī)1[3]交換機(jī)3[2,1]直接[2,2]直接12312345

6

71

2

3圖的應(yīng)用可用圖論中的“圖(graph)”來表示整個(gè)廣域網(wǎng)。用“結(jié)點(diǎn)”表示廣域網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，用連接結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)的“邊”表示廣域網(wǎng)中的鏈路。連接在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)上的主機(jī)與分組轉(zhuǎn)發(fā)無關(guān)，因此在圖中可以不畫上。用圖表示廣域網(wǎng)的例子12341結(jié)點(diǎn)邊243每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)表1243目的站下一跳1直接233343結(jié)點(diǎn)1的轉(zhuǎn)發(fā)表對結(jié)點(diǎn)1的轉(zhuǎn)發(fā)表的第一個(gè)項(xiàng)目的解釋：若到達(dá)結(jié)點(diǎn)1的分組的目的地址是結(jié)點(diǎn)1上的主機(jī)，則下一跳就是直接交付而不必再轉(zhuǎn)發(fā)其他結(jié)點(diǎn)。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)表1243目的站下一跳132直接3344結(jié)點(diǎn)2的轉(zhuǎn)發(fā)表對結(jié)點(diǎn)2的轉(zhuǎn)發(fā)表的第一個(gè)項(xiàng)目的解釋：若到達(dá)結(jié)點(diǎn)2的分組的目的地址是結(jié)點(diǎn)1上的主機(jī)，則下一跳就應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)到結(jié)點(diǎn)3。5.2.2在路由表中使用默認(rèn)路由1243目的站下一跳1直接233343結(jié)點(diǎn)

1

的轉(zhuǎn)發(fā)表這三個(gè)項(xiàng)目的“下一跳”都是轉(zhuǎn)發(fā)到“3”（結(jié)點(diǎn)3）?？梢院喜⒁越Y(jié)點(diǎn)

1

和結(jié)點(diǎn)

2

中的轉(zhuǎn)發(fā)表為例來討論5.2.2在路由表中使用默認(rèn)路由1243目的站下一跳1直接默認(rèn)3結(jié)點(diǎn)1的轉(zhuǎn)發(fā)表默認(rèn)路由5.2.2在路由表中使用默認(rèn)路由1243目的站下一跳132直接3344結(jié)點(diǎn)2的轉(zhuǎn)發(fā)表這兩個(gè)項(xiàng)目的“下一跳”都是轉(zhuǎn)發(fā)到“3”（結(jié)點(diǎn)3）。可以合并5.2.2在路由表中使用默認(rèn)路由1243目的站下一跳2直接44默認(rèn)3結(jié)點(diǎn)2的轉(zhuǎn)發(fā)表默認(rèn)路由使用默認(rèn)路由使轉(zhuǎn)發(fā)表更加簡潔，可減少查找轉(zhuǎn)發(fā)表的時(shí)間。5.3擁塞控制

5.3.1擁塞控制的意義

在某段時(shí)間，若對網(wǎng)絡(luò)中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞——產(chǎn)生擁塞(congestion)。擁塞就象交通堵塞。出現(xiàn)資源擁塞的條件：對資源需求的總和>可用資源(5-1)最樸素的思想就是:哪不夠就補(bǔ)哪。例如：結(jié)點(diǎn)緩存的存儲空間不夠，那我們就增大存儲空間；鏈路帶寬不夠，那就更換為更高速率的鏈路。這種思想正確嗎？這是頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳的方法。網(wǎng)絡(luò)擁塞是一個(gè)很復(fù)雜的問題，簡單的采用上述方法，在許多情況下，不但不能解決問題，而且還可能使網(wǎng)絡(luò)的性能變得更壞。類似解決交通堵塞問題；配置計(jì)算機(jī)問題。所有部件匹配是關(guān)鍵。舉例當(dāng)某一個(gè)結(jié)點(diǎn)緩存的容量太小，到達(dá)該結(jié)點(diǎn)的分組因無存儲空間暫存而不得不丟棄。現(xiàn)設(shè)想將該結(jié)點(diǎn)緩存的容量擴(kuò)展到非常大，于是凡到達(dá)該結(jié)點(diǎn)的分組均可在這緩存中排隊(duì)。由于輸出鏈路的容量和處理機(jī)的速度并未提高，在這隊(duì)列中的絕大多數(shù)分組的排隊(duì)等待時(shí)間將會很長，結(jié)果上層軟件只好將它們重傳。由此可見，簡單地?cái)U(kuò)大緩存的存儲空間會造成網(wǎng)絡(luò)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，解決不了網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。網(wǎng)絡(luò)擁塞是一個(gè)最優(yōu)化問題。擁塞常常使問題趨于惡化。產(chǎn)生連鎖反映。如果一個(gè)路由器沒有足夠的存儲空間，它就會丟失一些新到的分組。當(dāng)分組被丟失時(shí)，發(fā)送這一分組的相鄰路由器就會重傳這一分組，甚至可能重傳多次。發(fā)送路由器端在未收到確認(rèn)之前必須保留所發(fā)分組的副本以便進(jìn)行重傳?？梢娫诮邮斩水a(chǎn)生的擁塞反過來會引起發(fā)送端緩存的擁塞。擁塞控制與流量控制的關(guān)系擁塞控制有一個(gè)前提，就是網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。擁塞控制是一個(gè)全局性的過程，涉及到所有的主機(jī)、所有的路由器，以及與降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素。流量控制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信量的控制。流量控制所要做的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便使接收端來得及接收。流量控制還可以一定程度的解決擁塞問題。擁塞控制所起的作用提供的負(fù)載吞吐量理想的擁塞控制擁塞死鎖（吞吐量=0）無擁塞控制實(shí)際的擁塞控制輕度擁塞0直接死鎖直接死鎖即由互相占用了對方需要的資源而造成的死鎖。例如兩個(gè)結(jié)點(diǎn)都有大量的分組要發(fā)往對方，但兩個(gè)結(jié)點(diǎn)中的緩存在發(fā)送之前就已經(jīng)全部被待發(fā)分組占滿了。當(dāng)每個(gè)分組到達(dá)對方時(shí)，由于沒有地方存放，只好被丟棄。發(fā)送分組的一方因收不到對方發(fā)來的確認(rèn)信息，只能將發(fā)送過的分組依然保存在自己結(jié)點(diǎn)的緩存中。這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)就這樣一直互相僵持著，誰也無法成功地發(fā)送出一個(gè)分組。

5.3.2擁塞控制的一般原理擁塞控制是很難設(shè)計(jì)的，因?yàn)樗且粋€(gè)動態(tài)的（而不是靜態(tài)的）問題。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)正朝著高速化的方向發(fā)展，這很容易出現(xiàn)緩存不夠大而造成分組的丟失。分組的丟失是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的征兆。在許多情況下，甚至正是擁塞控制本身成為引起網(wǎng)絡(luò)性能惡化甚至發(fā)生死鎖的原因。這點(diǎn)應(yīng)特別引起重視。開環(huán)控制和閉環(huán)控制開環(huán)控制方法就是在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)事先將有關(guān)發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡(luò)在工作時(shí)不產(chǎn)生擁塞。閉環(huán)控制是基于反饋環(huán)路的概念。屬于閉環(huán)控制的有以下幾種措施：監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便檢測到擁塞在何時(shí)、何處發(fā)生。將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動的地方。調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行以解決出現(xiàn)的問題。5.4X.25網(wǎng)X.25所討論的都是以面向連接的虛電路服務(wù)為基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)鏈路層使用的是HDLC的一個(gè)子集——平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB。X.25還規(guī)定了在經(jīng)常需要進(jìn)行通信的兩個(gè)終端之間可以建立永久虛電路。這些虛電路號以及分組序號等控制信息都寫在X.25分組的首部中。X.25網(wǎng)與IP網(wǎng)基于IP協(xié)議的因特網(wǎng)是無連接的，只提供盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，無服務(wù)質(zhì)量可言。X.25網(wǎng)是面向連接的，能夠提供可靠交付的虛電路服務(wù)，能保證服務(wù)質(zhì)量。X.25網(wǎng)退出了歷史舞臺。5.5幀中繼FR

5.5.1幀中繼的工作原理幀中繼在許多方面非常類似于X.25，被稱為第二代的X.25。幀中繼不使用差錯(cuò)恢復(fù)和流量控制機(jī)制。當(dāng)幀中繼交換機(jī)收到一個(gè)幀的首部時(shí)，只要一查出幀的目的地址就立即進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這就是快速分組交換。因此在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)幀的處理時(shí)間比X.25網(wǎng)約減少一個(gè)數(shù)量級。這樣，幀中繼網(wǎng)絡(luò)的吞吐量要比X.25網(wǎng)絡(luò)的提高一個(gè)數(shù)量級以上。幀中繼對差錯(cuò)的處理當(dāng)檢測到有誤碼時(shí)，結(jié)點(diǎn)要立即中止這次傳輸。當(dāng)中止傳輸?shù)闹甘镜竭_(dá)下個(gè)結(jié)點(diǎn)后，下個(gè)結(jié)點(diǎn)也立即中止該幀的傳輸，并丟棄該幀。如果需要重傳出錯(cuò)的幀，則由源站使用高層協(xié)議（而不是幀中繼協(xié)議）請求重傳該幀。因此，僅當(dāng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)本身的誤碼率非常低時(shí)，幀中繼技術(shù)才是可行的。幀中繼使用虛電路幀中繼網(wǎng)絡(luò)向上提供面向連接的虛電路服務(wù)。虛電路一般分為交換虛電路SVC

和永久虛電路PVC

兩種。幀中繼網(wǎng)絡(luò)通常為相隔較遠(yuǎn)的一些局域網(wǎng)提供鏈路層的永久虛電路服務(wù)，它的好處是在通信時(shí)可省去建立連接的過程。幀中繼使用的擁塞控制方法丟棄策略。當(dāng)擁塞足夠嚴(yán)重時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就要被迫將幀丟棄。擁塞避免。在剛一出現(xiàn)輕微的擁塞跡象時(shí)用一些信令機(jī)制及時(shí)使擁塞避免過程開始工作。擁塞恢復(fù)。在已出現(xiàn)擁塞時(shí)，擁塞恢復(fù)過程可阻止網(wǎng)絡(luò)徹底崩潰。5.5.3幀中繼的擁塞控制在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中，所有的幀中繼幀被劃分為高優(yōu)先級和低優(yōu)先級。高優(yōu)先級幀在首部的地址字段中的可丟棄指示DE比特置為0，表示網(wǎng)絡(luò)盡可能不要丟棄這類幀（即使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞）。低優(yōu)先級幀的DE比特置為1，表示這是相對較為不重要的幀，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞時(shí)可丟棄這類幀。幀中繼幀的兩種優(yōu)先級承諾的信息速率CIR

(CommittedInformationRate)

速率接入速率R測量時(shí)間間隔Tct承諾的信息速率CIR用戶在Tc

內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率CIR是對特定的幀中繼連接中，用戶和網(wǎng)絡(luò)共同協(xié)商確定的用戶信息傳送速率的門限數(shù)值。CIR數(shù)值越高，幀中繼用戶向幀中繼服務(wù)提供者交納的費(fèi)用也就越多。承諾的信息速率CIR

(CommittedInformationRate)

只要端用戶在一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率超過CIR，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，幀中繼網(wǎng)絡(luò)就可能會丟棄用戶所發(fā)送的某些幀。速率接入速率R測量時(shí)間間隔Tct承諾的信息速率CIR用戶在Tc

內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率CIR

(CommittedInformationRate)

如果幀的速率總是小于CIR，那么所有的幀都被打上高優(yōu)先級的標(biāo)志（DE比特置0）。這在一般情況下傳輸是有保證的。

速率接入速率R測量時(shí)間間隔Tct承諾的信息速率CIR用戶在Tc

內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率人們曾經(jīng)設(shè)想過“未來最理想的”一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN。B-ISDN采用新的ATM交換技術(shù)。這種技術(shù)結(jié)合了電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)。但B-ISDN并沒有成功。5.6異步傳遞方式ATM

5.6.1ATM的基本概念

ATM是建立在電路交換和分組交換的基礎(chǔ)上的一種面向連接的分組交換技術(shù)。ATM采用定長分組作為傳輸和交換的單位。這種定長分組叫做信元(cell)。異步傳遞方式ATM

(AsynchronousTransferMode)

當(dāng)用戶的ATM信元需要傳送時(shí)，就可插入到SDH的一個(gè)幀中。SDH傳送的同步比特流被劃分為一個(gè)個(gè)固定時(shí)間長度的幀（請注意，這是時(shí)分復(fù)用的時(shí)間幀，而不是數(shù)據(jù)鏈路層的幀）。每一個(gè)用戶發(fā)送的ATM信元在每一時(shí)分復(fù)用幀中的相對位置并不是固定不變的?！爱惒健钡暮x如果用戶有很多信元要發(fā)送，就可以接連不斷地發(fā)送出去。只要SDH的幀有空位置就可以將這些信元插入進(jìn)來。ATM

名詞中的“異步”是指將

ATM

信元“異步插入”到同步的SDH比特流中?！爱惒健钡暮x選擇固定長度的短信元作為信息傳輸?shù)膯挝?，有利于寬帶高速交換。信元長度為53字節(jié)，其首部（可簡稱為信頭）為5字節(jié)。能支持不同速率的各種業(yè)務(wù)。所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，保持了電路交換在保證實(shí)時(shí)性和服務(wù)質(zhì)量方面的優(yōu)點(diǎn)。問題：ATM的信元長度是53字節(jié)，小于以太網(wǎng)最小有效幀長64字節(jié)，這樣做可以嗎？ATM的主要優(yōu)點(diǎn)如下：ATM使用光纖信道傳輸。由于光纖信道的誤碼率極低，且容量很大，因此在ATM網(wǎng)內(nèi)不必在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制(放在高層處理)，因而明顯地提高了信元在網(wǎng)絡(luò)