06 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 第六章 廣域網(wǎng)

第6章廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)的基本概念6.1廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制6.2異步傳遞方式ATM6.3其它廣域網(wǎng)6.4.6.1廣域網(wǎng)的根本概念6.1.1廣域網(wǎng)的構(gòu)成

廣域網(wǎng)由一些結(jié)點(diǎn)交換機(jī)以及連接這些交換機(jī)的鏈路組成。通常一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)往往與多個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)相連。在廣域網(wǎng)中的一個(gè)重要問題就是路由選擇和分組轉(zhuǎn)發(fā)。

.圖6-1表示相距較遠(yuǎn)的局域網(wǎng)通過路由器與廣域網(wǎng)相連，組成了一個(gè)覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng)。 廣域網(wǎng)并沒有嚴(yán)格的定義。通常是指覆蓋范圍很廣(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一個(gè)城市的范圍)的長距離網(wǎng)絡(luò)，一般都是由電信公司所擁有。.圖6-1由局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)組成互聯(lián)網(wǎng).6.1.2數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路 網(wǎng)絡(luò)層為接在網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)所提供的效勞可以有兩大類，即無連接的網(wǎng)絡(luò)效勞和面向連接的網(wǎng)絡(luò)效勞。這兩種效勞的具體實(shí)現(xiàn)就是通常所謂的數(shù)據(jù)報(bào)效勞和虛電路效勞。

. 圖6-2中分別畫出了網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)報(bào)效勞和提供虛電路效勞的特點(diǎn)。 看網(wǎng)絡(luò)提供虛電路效勞的情況。先設(shè)圖6-2(b)中主機(jī)H1要和主機(jī)H5通信。 在圖6-2(b)中，我們設(shè)尋找到的路由是A→B→E。.圖6-2數(shù)據(jù)報(bào)效勞和虛電路效勞.表6-1歸納了虛電路效勞與數(shù)據(jù)報(bào)效勞的主要區(qū)別。.6.2廣域網(wǎng)中的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制 分組交換網(wǎng)的分組轉(zhuǎn)發(fā)是基于查表的。 轉(zhuǎn)發(fā)就是在交換結(jié)點(diǎn)收到分組時(shí)，檢查其目的地址，然后用查找轉(zhuǎn)發(fā)表(forwardingtable)的方法，找出應(yīng)從結(jié)點(diǎn)的哪一個(gè)接口將該分組發(fā)送出去。

.路由選擇那么是構(gòu)造路由表(routingtable)①的過程。路由表是用路由選擇算法得到的，而轉(zhuǎn)發(fā)表那么是根據(jù)路由表得出的。.6.2.1在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)中查找轉(zhuǎn)發(fā)表1．層次結(jié)構(gòu)的地址結(jié)構(gòu)

為了減少查找轉(zhuǎn)發(fā)表所花費(fèi)的時(shí)間，在廣域網(wǎng)中一般都采用層次結(jié)構(gòu)的地址(hierarchicaladdressing)。

.最簡單的層次結(jié)構(gòu)地址就是把一個(gè)用二進(jìn)制數(shù)表示的主機(jī)地址劃分為前后兩局部。前一局部的二進(jìn)制數(shù)表示該主機(jī)所連接的分組交換機(jī)的編號(hào)，是第一層地址，而后一局部的二進(jìn)制數(shù)表示所連接的分組交換機(jī)的端口號(hào)，或主機(jī)的編號(hào)，是第二層地址，如圖6-3所示。.圖6-3最簡單的層次地址. 圖6-4中有三個(gè)交換機(jī)，其編號(hào)分別為1,2和3。每個(gè)交換機(jī)所連接的主機(jī)也按接入的低速端口編上號(hào)碼。 .圖6-4主機(jī)在廣域網(wǎng)中的地址和交換機(jī)中的轉(zhuǎn)發(fā)表.

轉(zhuǎn)發(fā)表中沒有源站地址這一項(xiàng)。這是因?yàn)槁酚蛇x擇中的下一跳只取決于數(shù)據(jù)報(bào)中的目的站地址，而與源站地址無關(guān)。這是一個(gè)很重要的概念，應(yīng)記住。.2．按照目的站的交換機(jī)號(hào)確定下一跳 采用兩個(gè)層次的編址方案可使轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)只使用第一局部地址，即在進(jìn)行路由選擇時(shí)，只根據(jù)主機(jī)地址中的交換機(jī)號(hào)。.6.2.2路由表的簡化 廣域網(wǎng)的路由問題就是要解決分組在各交換機(jī)中應(yīng)如何進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在專門研究廣域網(wǎng)的路由問題時(shí)，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。

.圖6-5左邊是一個(gè)具有4個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的例子，而右邊那么是對應(yīng)的圖。.圖6-5用圖表示一個(gè)廣域網(wǎng).

根據(jù)圖6-5所示的圖，可得出每一個(gè)結(jié)點(diǎn)中的轉(zhuǎn)發(fā)表，如圖6-6所示。 使用了默認(rèn)路由的簡化轉(zhuǎn)發(fā)表如圖6-7所示。.圖6-6圖6-5中各結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)表.圖6-7使用了默認(rèn)路由的簡化轉(zhuǎn)發(fā)表.6.3異步傳遞方式ATM6.3.1ATM的根本概念 異步傳遞方式ATM(AsynchronousTransferMode)就是建立在電路交換和分組交換的根底上的一種面向連接的快速分組交換技術(shù)，它采用定長分組作為傳輸和交換的單位。 .

同步傳遞方式STM(SynchronousTransferMode)是使各個(gè)終端之間有稱之為幀參考的一個(gè)共同時(shí)間參考。. ATM的主要優(yōu)點(diǎn)如下： 〔1〕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。 〔2〕能支持不同速率的各種業(yè)務(wù)。

.〔3〕所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，以保持電路交換適合于傳送實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)?！?〕ATM使用光纖信道傳輸。 ATM的一個(gè)明顯缺點(diǎn)就是信元首部的開銷太大。.6.3.2ATM的協(xié)議參考模型和信元結(jié)構(gòu)ATM的協(xié)議參考模型，如圖6-10所示。

.圖6-10ATM的協(xié)議參考模型.ATM的協(xié)議參考模型共有3層，從上往下看是ATM適配層、ATM層和物理層。這3層與OSI的層次無法嚴(yán)格對應(yīng)。.〔1〕ATM適配層ATM傳送和交換的是53字節(jié)固定長度的信元，但是，上層的應(yīng)用程序向下層傳遞的并不是53字節(jié)長的信元。例如，在因特網(wǎng)的IP層傳送的是各種長度的IP數(shù)據(jù)報(bào)。.因此，當(dāng)IP數(shù)據(jù)報(bào)需要在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送時(shí)，就需要有一個(gè)接口，它能夠把IP數(shù)據(jù)報(bào)裝入一個(gè)個(gè)ATM信元，然后在ATM網(wǎng)絡(luò)中傳送。這個(gè)接口就是在ATM層上面的ATM適配層，記為AAL層(ATMAdaptationLayer)。.AAL層的作用就是增強(qiáng)ATM層所提供的效勞，并向上面高層提供各種不同的效勞。圖6-11表示不同信源發(fā)出的信號(hào)〔話音、視頻、數(shù)據(jù)等〕通過適當(dāng)?shù)淖儞Q后〔這里省略了很多細(xì)節(jié)和步驟〕，都要傳送到AAL層，成為固定長度的數(shù)據(jù)塊〔48字節(jié)長〕，然后交給ATM層，加上5字節(jié)的首部后變成為53字節(jié)的固定長度信元。.圖6-11AAL層把48字節(jié)長的數(shù)據(jù)塊交給ATM層，加上5字節(jié)的首部后變成53字節(jié)的信元.ITU-T規(guī)定了ATM網(wǎng)絡(luò)可向用戶提供幾種類型(type)的效勞。目前AAL5〔即AAL的類型5〕是和IP數(shù)據(jù)報(bào)配合起來使用的一種ATM適配層。圖6-12表示從層次上看，IP數(shù)據(jù)報(bào)怎樣通過AAL層把一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)劃分為48字節(jié)的數(shù)據(jù)塊〔最后缺乏48字節(jié)的數(shù)據(jù)塊要用0進(jìn)行填充〕，然后在ATM層加上5字節(jié)的首部，構(gòu)成為ATM信元。.圖6-12從IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)換為ATM信元.〔2〕ATM層ATM層主要完成ATM信元的交換和復(fù)用功能，與傳送ATM信元的物理媒體或物理層無關(guān)。

.每一個(gè)ATM連接都用信元首部中的兩級(jí)標(biāo)號(hào)來識(shí)別。第一級(jí)標(biāo)號(hào)是虛通路標(biāo)識(shí)符VCI(VirtualChannelIdentifier)，第二級(jí)標(biāo)號(hào)是虛通道標(biāo)識(shí)符VPI(VirtualPathIdentifier)

。.我們應(yīng)當(dāng)注意到，圖6-12強(qiáng)調(diào)了ATM信元的首部中有VCI和VPI這兩個(gè)標(biāo)識(shí)符〔在首部中當(dāng)然還有其他的一些信息，這里從略〕。.虛通路VC是在兩個(gè)或兩個(gè)以上的端點(diǎn)之間運(yùn)送ATM信元的通信通路。虛通道VP包含有許多相同端點(diǎn)的虛通路，而這許多虛通路都使用同一個(gè)虛通道標(biāo)識(shí)符VPI。圖6-13表示了使用VPI和VCI來標(biāo)識(shí)VP和VC的方法。.如果我們用高速公路來比喻，那么在兩個(gè)城市之間的高速公路相當(dāng)于虛通道VP，這些高速公路的編號(hào)是VP1,VP2…虛通路VC那么相當(dāng)于每條高速公路上的車道，編號(hào)是VC1,VC2…因此，汽車的行駛情況由VPx,VCy確定〔即高速公路VPx上的車道VCy〕。.圖6-13ATM連接的標(biāo)識(shí)符VCI和VPI.在一個(gè)給定的接口上，屬于兩個(gè)不同的VP的兩個(gè)VC，可以具有相同的VCI。如圖6-13所示的3個(gè)不同的虛通道VP都可以使用相同的虛通路標(biāo)識(shí)符VCx或VCy。.因此，要同時(shí)使用VPI和VCI這兩個(gè)參數(shù)才能完全識(shí)別一個(gè)虛通路VC。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，一個(gè)給定的VCI值并沒有端到端的意義。VP在經(jīng)過集中器或交換機(jī)時(shí)，其VPI也會(huì)改變。關(guān)于這點(diǎn)后面還要討論。.〔3〕物理層物理層實(shí)現(xiàn)信元流和比特流的轉(zhuǎn)換，以及在物理媒體上正確傳輸和接收比特流。當(dāng)使用光纖傳輸時(shí)，物理層還必須完成從電信號(hào)到光信號(hào)〔或反過來〕的轉(zhuǎn)換。.需要強(qiáng)調(diào)的是，AAL層的功能只能駐留在ATM端點(diǎn)之中，而在ATM交換機(jī)中只有物理層和ATM層。圖6-14表示出了這個(gè)概念。對應(yīng)于每一個(gè)ATM交換機(jī)的物理層都畫了兩個(gè)，這表示在不同的鏈路可采用不同的物理傳輸媒體。.圖6-14AAL層只能駐留在ATM端點(diǎn)之中.從圖6-14我們可以看出，當(dāng)孤立地觀察ATM網(wǎng)絡(luò)時(shí)，ATM網(wǎng)絡(luò)就像一個(gè)廣域網(wǎng)，因?yàn)樗梢愿采w很大的地理范圍，有自己網(wǎng)絡(luò)的硬件地址和進(jìn)行信元轉(zhuǎn)發(fā)的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，并且向上提供虛電路效勞。因此，有關(guān)ATM技術(shù)的內(nèi)容可以放在廣域網(wǎng)這一章來討論。.但是，當(dāng)ATM網(wǎng)用于因特網(wǎng)的主干網(wǎng)時(shí)，那么從IP層看，整個(gè)ATM網(wǎng)絡(luò)又相當(dāng)于兩個(gè)IP結(jié)點(diǎn)之間的一條數(shù)據(jù)鏈路。從這個(gè)角度看，整個(gè)ATM網(wǎng)絡(luò)又好似是處在數(shù)據(jù)鏈路層。這就是為什么在前面曾指出，ATM體系結(jié)構(gòu)中的層次和OSI的層次很難有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。.6.3.3ATM的邏輯連接機(jī)制 在ATM中使用的虛通路是一種邏輯連接，虛通路是ATM網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)根本交換單元。

.在下面圖6-15的例子中，我們設(shè)從端點(diǎn)A到端點(diǎn)B經(jīng)過ATM交換機(jī)X,Y和Z。圖中用粗線表示信元通過的這條特定路徑A→X→Y→Z→B。.圖6-15端點(diǎn)A通過ATM交換機(jī)X,Y和Z與端點(diǎn)B建立了一條邏輯連接.6.4其他廣域網(wǎng) 6.4.1X.25分組交換網(wǎng)X.25所討論的都是以面向連接的虛電路效勞為根底。.6.4.2幀中繼FR

幀中繼就是一種減少結(jié)點(diǎn)處理時(shí)間的技術(shù)。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開始轉(zhuǎn)發(fā)該幀。.

僅當(dāng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)本身的誤比特率非常低時(shí)，幀中繼技術(shù)才是可行的。 像上面這樣一面接收幀就一面轉(zhuǎn)發(fā)此幀，就稱為快速分組交換(fastpacketswitching)。.當(dāng)正在接收一個(gè)幀時(shí)就轉(zhuǎn)發(fā)此幀，通常被稱為快速分組交換(fastpacketswitching)?？焖俜纸M交換在實(shí)現(xiàn)的技術(shù)上有兩大類，它是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳送的幀長是可變的還是固定的來劃分。.在快速分組交換中，當(dāng)幀長為可變時(shí)就是幀中繼；當(dāng)幀長為固定時(shí)〔這時(shí)每一個(gè)幀叫做一個(gè)信元〕就是信元中繼(CellRelay)，像異步傳遞方式ATM就屬于信元中繼。. 幀中繼的呼叫控制信令是在與用戶數(shù)據(jù)分開的另一個(gè)邏輯連接上傳送的〔即共路信令或帶外信令〕。幀中繼的邏輯連接的復(fù)用和交換都在第二層處理。 . 幀中繼網(wǎng)絡(luò)向上提供面向連接的虛電路效勞。虛電路一般分為交換虛電路SVC和永久虛電路PVC兩種，但幀中繼網(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效勞。永久虛電路的優(yōu)點(diǎn)是在通信時(shí)可省去建立連接的過程。 .

如果有N個(gè)路由器需要用幀中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，那么就一共需要有N(N–1)/2條永久虛電路。如圖6-16(a)所示的例子。幀中繼網(wǎng)絡(luò)有4個(gè)幀中繼交換機(jī)。 .當(dāng)幀中繼網(wǎng)絡(luò)為其兩個(gè)用戶提供幀中繼虛電路效勞時(shí)，對兩端的用戶來說，幀中繼網(wǎng)絡(luò)所提供的虛電路就好似在這兩個(gè)用戶之間有一條直通的專用電路，如圖6-16(b)所示。用戶看不見幀中繼網(wǎng)絡(luò)中的幀中繼交換機(jī)。.圖6-16幀中繼網(wǎng)絡(luò)提供的效勞.下面用簡單的例子來說明幀中繼網(wǎng)絡(luò)的工作過程。當(dāng)用戶在局域網(wǎng)上傳送的MAC幀傳到與幀中繼網(wǎng)絡(luò)相連接的路由器時(shí)，該路由器就剝?nèi)AC幀的首部，將IP數(shù)據(jù)報(bào)交給路由器的網(wǎng)絡(luò)層。.網(wǎng)絡(luò)層再將IP數(shù)據(jù)報(bào)傳給幀中繼接口卡。幀中繼接口卡把IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到幀中繼幀的信息字段中，加上幀中繼幀的首部〔其中包括幀中繼的標(biāo)志字段和地址字段，幀中繼幀的標(biāo)志字段和PPP幀的一樣〕，進(jìn)行CRC檢驗(yàn)后，加上幀中繼幀的尾部〔其中包含幀檢驗(yàn)序列字段和標(biāo)志字段〕，如圖6-17所示。.圖6-17IP數(shù)據(jù)報(bào)被封裝成幀中繼幀. 然后，幀中繼接口卡把封裝好的幀通過向電信公司租來的專線發(fā)送給幀中繼網(wǎng)絡(luò)中的幀中繼交換機(jī)。幀中繼交換機(jī)在收到一個(gè)幀時(shí)，就按地址字段中的虛電路號(hào)對幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)〔假設(shè)檢查出有過失那么丟棄〕。.為了區(qū)分開不同的永久虛電路PVC，每一條PVC的兩個(gè)端點(diǎn)