1、第6章 广域网,6.1 广域网的基本概念 6.2 广域网中的分组转发机制 6.3 异步传输方式ATM,6.1 广域网的基本概念,6.1.1 广域网的构成 6.1.2 结点交换机,6.1.1 广域网的构成,当主机之间的距离较远时，就需要另一种网络，即广域网。 广域网与局域网的比较： 地理覆盖范围：远远超过局域网，在几百到千上万公里； 设计目标：实现广大范围内的远距离数据通信，局域网主要是为了实现小范围内的资源共享； 在归属上：通常由国家或公共通信部门来建设和管理，而局域网通常属于一个企业或单位；,6.1.1 广域网的构成,广域网与局域网的比较： 局域网协议主要集中在数据链路层，广域网协议主要集中
2、在网络层； 局域网采用多点接入方式，广域网为点对点接入方式。 广域网是由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路组成。,由局域网和广域网组成互联网,广域网,相距较远的局域网通过路由器与广域网相连 组成了一个覆盖范围很广的互联网,应当注意,广域网与互联网的区别 广域网是单个的网络 互联网强调的是不同网络的“互连”路由器与结点交换机 工作原理相似，都是用来转发分组的 结点交换机在单个网络中转发分组，而路由器在多个网络构成的互联网中转发分组。,6.1.2 结点交换机,广域网中最基本的交换机称为结点交换机，它可以将分组从一个节点传送到另一个节点。,交换机可实现存储转发,A,B,C,内部交换机和外部交换机
3、,广域网,内部交换机,外部交换机,结点交换机的分类,6.2 广域网中的分组转发机制,6.2.1 广域网的物理编址 6.2.2 在结点交换机中查找转发表 6.2.3 转发表的简化,6.2.1 广域网的物理编址,局域网采用了平面地址结构(flat addressing) MAC地址，如： 18-A9-05-36-87-81，对局域网，这种结构非常方便。 广域网中一般都采用层次地址结构(hierarchical addressing),6.2.1 广域网的物理编址,用二进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分组交换机的编号。 后一部分的二进制数表示所连接的分组交
4、换机的端口号，或主机的编号。,所连接的交换机的编号,所连接的交换机端口的编号,计算机在广域网中的地址,4 5 6 7,交 换 机 1,交换机 2,交 换 机 3,每个交换机都有两组端口,另一组是和其他交换机相连的高速端口,1 2 3,1 2 3,1 2 3,一组是和本地主机相连的低速端口,B,C,D,E,F,A,2, 1,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,每个主机地址采用所连接的结点交换机编号 加上所连接的的低速端口编号的形式构成,交 换 机 1,1, 3,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,主机连接在编号为1的结点交换机上,A,B,C,D,E,F,主机
5、连接在结点交换机上的1号低速端口上,2, 2,2, 1 2, 2,4 5 6 7,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,这里给出结点交换机 2 中的转发表作为例子,一个欲发往主机3, 2的分组到达了交换机 2。,交 换 机 1,1, 3,4 5 6 7,1 2 3,1 2 3,1 2 3,转发表与源站地址无关的,转发表必须是完整的,转发表必须是优化的,2, 1 2, 2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,目的站是3, 2吗？,交 换 机 1,1, 3,查找转发表中的下一个项目。,否,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,2, 1 2,
6、2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,目的站是3, 2吗？,交 换 机 1,1, 3,查找转发表中的下一个项目。,否,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,2, 1 2, 2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,目的站是3, 2吗？,交 换 机 1,1, 3,根据转发表指出的下一跳把分组转发到交换机 3。,是,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,2, 1 2, 2,交换机 2,交 换 机 3,1, 1,3, 2,3, 3,交 换 机 1,1, 3,分组转发到交换机 3 后就查找交换机 3 的转发表。 把该分组直接交付给
7、主机3, 2即可。,1 2 3,1 2 3,4 5 6 7,1 2 3,按照目的站连接的交换机号确定下一跳,只要转发表中目的站一栏中的交换机号相同，那么查出的“下一跳”就是相同的。 在转发分组时，可只根据分组的主机地址中的交换机号来查找转发表。,转发表的简化,目的交换机号,下一跳,1 交换机1,3 交换机3,2 直接,Question:,请写出各个交换机的转发表,6.2.3 转发表的简化,可用图论中的“图(graph)”来表示整个广域网。 用“结点”表示广域网上的结点交换机，用连接结点与结点的“边”表示广域网中的链路。 连接在结点交换机上的主机与分组转发无关，因此在图中可以不画上。,6.2.3
8、 路由表的简化,1,2,3,4,1,2,4,3,每一个结点的转发表,1,2,4,3,结点 1 的转发表,对结点 1 的转发表的第一个项目的解释：,若到达结点 1 的分组的目的地址是结点 1 上的主机， 则下一跳就是直接交付而不必再转发其他结点。,1,2,3,4,直接,3,3,3,对结点 1 的转发表的第二个项目的解释：,若到达结点 1 的分组的目的地址是结点 2 上的主机， 则下一跳就应转发到结点 3。,每一个结点的转发表,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 3 2 直接 3 3 4 4,结点 2 的转发表,6.2.3 转发表的简化,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 直接 2 3 3 3 4
9、 3,结点 1 的转发表,以结点 1 和结点 2 中的转发表为例来讨论,6.2.3 转发表的简化,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 直接 默认 3,结点 1 的转发表,默认路由在一张转发表中只能有一个，并且优先级最低,使用默认路由使转发表更加简洁，可减少查找转发表的时间。,6.2.3 路由表的简化,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 3 2 直接 3 3 4 4,结点 2 的转发表,6.2.3 路由表的简化,1,2,4,3,目的站 下一跳,2 直接4 4 默认 3,结点 2 的转发表,练一练,用图来表示该广域网，并写出每个交换机的路由表(简化的路由表和使用默认路由的简化路由表),6.3 异步
10、传输方式ATM,6.3.1 ATM 的基本概念 6.3.2 ATM 的参考模型和信元结构 6.3.3 ATM 的逻辑连接机制,ATM成为高速广域网传输技术的重要基础，作为因特网的主干网。 ATM 交换技术结合了电路交换和分组交换的优点。 电路交换的实时性和可靠性，适合于发送对延迟敏感的数据； 分组交换的高效性。,6.3.1 ATM 的基本概念,选择固定长度的信元作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。信元长度为 53 字节，其首部为 5 字节。 能支持不同速率的各种业务。 所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点。 ATM 使用光纤信道传输。,AT
11、M 的主要优点,信元首部的开销太大。信元长度为 53 字节，其首部为 5 字节。 ATM的技术复杂且价格较高，导致发展受限。 ATM能够直接支持的应用不多。 10吉比特以太网的问世，进一步削弱了ATM在因特网高速主干网领域的竞争能力。,ATM 的主要缺点,6.3.2 ATM 的参考模型和信元结构,1. ATM 的协议参考模型ATM 的协议参考模型共有三层，大体上与 OSI的最低两层相当（但无法严格对应）。,ATM 层,物理层,PMD 子层,TC 子层,ATM 适配层 (AAL 层),SAR子层,CS子层,3,2,1,ATM 的层次,(1) 物理层（分为两个子层）,物理层实现信元流和比特流的转换
12、，以及在物理媒体上正确传输和接收比特流。 PMD，物理介质相关，是与实际电缆的接口； TC，传输汇聚，将信元以位串的形式发送给PMD子层。,ATM 层,物理层,PMD 子层,TC 子层,ATM 适配层 (AAL 层),SAR子层,CS子层,3,2,1,ATM 的层次,(2) ATM 层,ATM 层,物理层,PMD 子层,TC 子层,ATM 适配层 (AAL 层),SAR子层,CS子层,3,2,1,ATM 的层次,主要管理信元，包括信元的生成和传输，信元的复用与分用。,VCI 与 VPI（VPI 包含 VCI）,ATM 连接用信元首部中的两级标号来识别。 虚通路标识 VCI (Virtual C
13、hannel Identifier) 虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier),传输链路,VCI 与 VPI（VPI 包含 VCI）,一个虚通路 VC 是在两个或两个以上的端点之间的一个运送 ATM 信元的通信通路。 一个虚通道 VP 包含有许多相同端点的虚通路 VC，而这许多 VC 都使用同一个 VPI。,传输链路,VCI 与 VPI（VPI 包含 VCI）,在一个给定的接口，复用在一条链路上的许多不同的 VP，用它们的 VPI 来识别。 复用在一个 VP 中的不同的 VC，用它们的 VCI 来识别。,传输链路,VCI 与 VPI（VPI 包含 VCI）,一个
14、给定的 VCI 值没有端到端的意义。 VP 在经过集中器或交换机时，其 VPI 也会改变。,传输链路,AAL (ATM Adaptation Layer)层的作用就是增强 ATM 层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。 SAR，分段和重组，在源端，把分组分割成信元，在目的端又把它们重组回去； CS，聚集子层，为不同的应用提供不同种类的服务。,(3) ATM 适配层 AAL,ATM 层,物理层,PMD 子层,TC 子层,ATM 适配层 (AAL 层),SAR子层,CS子层,3,2,1,ATM 的层次,AAL 层将 48 字节长的数据块交给 ATM 层，加上 5 字节的首部后变成 53
15、字节的信元,从IP数据报转换为ATM信元,ATM 层和 AAL 层,在 ATM 交换机中只有物理层和 ATM 层。,ATM 端点,AAL层,IP 层,物理层,ATM层,AAL层,IP 层,物理层,ATM层,ATM 网络,ATM 网络,ATM 端点,ATM 层和 AAL 层,AAL 层只能驻留在 ATM 端点之中。,交换机,交换机,ATM 网络,ATM 网络,ATM 层,物理层,物理层,物理层,ATM 层,物理层,IP 层,物理层,ATM层,IP 层,物理层,ATM层,6.3.3 ATM 的逻辑连接机制,在 ATM 中使用的虚通路是一种逻辑连接。 虚通路是 ATM 网络中的基本交换单元。 两个端
16、用户要进行通信，首先必须建立虚通路连接，然后才能在这个端到端连接上以固定信元长度和可变速率进行全双工的通信。数据传送完毕后再释放连接。,ATM 网络,A,B,交换机 X,交换机 Y,UNI,UNI,NNI,NNI,t,数据传送阶段,VCI 和 VPI 的转换,ATM 信元在 ATM 网络中传输时，一定是在某个特定的虚连接上按序传送的。 ATM 信元首部一定要有这个虚连接的标识符 VPI/VCI，以便唯一地标识该信元属于哪一个虚通路。 所有的 VPI/VCI 值只在每一段物理链路上具有唯一的值。 每经过一段链路，信元的 VPI/VCI 值都可能改变数值。,ATM 网络,A,B,交 换 机X,交 换 机Y,交 换 机Z,1,2,1,2,3,2,3,4,3,4,1,4,3/17,42/55,6/35,9/35,交换机 X 的 VPI/VCI 转换表,交换机 Y 的 VPI/VCI 转换表,交换机 Z 的 VPI/VCI 转换表,端点 A 通过 ATM 交换机 X, Y 和 Z 与端点 B 建立了一条逻辑连接,
