计算机网络 第三章课件

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1、第3章 中间节点上的通信技术,计算机网络,3.1 交换节点上的通信技术 3.2 路由节点上的通信技术,3.1 交换节点上的通信技术,计算机网络,从通信的概念上讲，任何信号的转发都可称之为 交换，实质就是通信线路的切换，其概念是从电话交 换网络引用过来，计算机网络中的交换技术也类同。 交换技术从其工作特征上分有电路交换和存储转 发交换两种，电路交换技术主要适用于传送和话音相 关的业务，而存储转发交换主要用于数据交换。 电路交换和存储转发交换作特点 。电路交换：采用面向连接的方式 。存储转发交换：采用面向无连接方式 - 存储转发交换又分有：报文交换和分组交换。,电路交换就是使用交换开关，将通信双方

2、的多条链路 连接成一条专用的通道，已完成数据转发。通信网中的数 据交换是从电路交换开始的。 电路交换的特点 。通信双方在通信前需建立固定带宽的通信电路； 。通信双方在通信过程中将一直占用所分配资源，直 到通信结束。 建立连接(呼叫)数据传送线路拆除(释放) 电路交换的优缺点 。可为用户提供足够的带宽，且实时性强，时延小； 。网络带宽利用率不高，一旦电路被建立不管双方 是否处于通话状态，分配的电路都一直被占用。,3.1.1 电路交换,电路交换延迟图,计算机网络,电路交换示意,计算机网络,电路交换示意图,3.1.2 存储-转发交换,该类交换方式是将要传送的信息存入交换节点的缓冲 区中，等到相应的输

3、出电路空闲时，再将信息转发出去。 存储-转发交换特点 。不需要建立专用传输信道，线路利用率高； 。可根据网中流量分布动态地选择传输路径； 报文交换 将数据分成长度一定的且含有目的地址的报文进行 存储转发。线路利用率高，但因报文相对较大，对中间 节点的要求高，且转发延迟较长且不定。 分组交换 将数据按照一定的长度分割成许多含有目的地址的 小段分组，然后根据地址信息选择适当链路进行转发。,报文/分组交换示意图,3.1.3 虚电路与数据报,分组交换有虚电路和数据报两种服务类型，虚电路 是为通信双方建立逻辑链路，其数据转发利用建立的虚 电路号，而数据报则是利用地址进行数据传输。 1)虚电路与数据报服务

4、的区别 。数据报服务要求每个数据分组均带有目的地址和源 地址，而虚电路利用分组的虚电路号进行传输； 。数据报服务的每个分组走过的路径可能不同，虚电 路的分组走的路径相同； 。数据报分组因走的路径不同，故传输延迟较大，且 端节点需对数据报重新排序，并装配成报文； 。虚电路在传输前需建立虚电路，而数据报服务不需 进行连接，属无连接服务。,2)虚电路与数据报的比较,计算机网络,。虚电路服务有连接过程，连接的是逻辑信道。数据 报服务无连接过程； 。虚电路服务所有分组时利用虚电路号进行传输，数 据报服务时利用目的地址完成传输； 。虚电路分组沿一条路径传输，数据报的各分组传输 路径各不相同，各分组都要进行

5、路由选择； 。虚电路和数据报都有传输时延和节点时延(存储/转发)； 。虚电路不需对分组进行顺序重排，数据报需对分组 进行顺序重排。,主机A,主机C,通信子网,主机D,主机B,计算机网络,虚电路与数据报服务方式,3.1.4 交换机,现代通信网络按有无交换功能可分两大类：交换网 与传输网。在交换网中，数据交换由交换机实现，故交 换机是交换网的核心设备，也是其交通枢纽。 1)交换机的功能 交换机的作用是接收数据，然后有选择地将数据转 发和实现数据流的控制。同时它还有下列一些功能： 物理编址：定义数据帧的物理地址； 差错验证：错误发生时发出警告； 数据帧整序：接收端对分组进行排序； 流量控制：控制数据

6、的传输能力； 网络拓扑结构设定：定义设备物理连接所形成的网 络拓扑结构。,2)交换机交换单元的分类,计算机网络,构成交换机的基本单元是交换单元，交换单元实现 技术有:空间交换和时隙交换两种。 (1)空间交换 指交换单元按链路的空间分布进行交换，将分组 从一条链路转发到另一条链路上。典型的空间交换机 构是交叉点矩阵结构。 工作原理 适当控制空间 内的触点开关，即 可在任一路输入线 和输出线之间构成 通路。,计算机网络,(2)交换机的时隙交换,时隙交换实现原理是将输入链路上某个时隙上的分 组安排到输出链路上的另一个时隙上进行转发的过程。,3.2 路由节点上的通信,计算机网络,3.2.1 路由器与路

7、由表 路由节点位于网络的边界，其作用是为分组数据 的转发寻找传输的最佳路径，使用设备是路由器。 路由器转发分组是根据其内部路由表转发，路由 表中记录着数据分组从源节点到目的节点可能经过路 径的详细信息（目的地址、下一站地址、下一站网络 接口号和距离等）。所以路由表是路由器的中枢，建 立和维护路由表就是路由器的关键技术。 路由器转发分组时，如发现收到的分组目标地址 与送来的节点地址相同(本地)，则进行本地转发，而 不进行网间转发。,3.2.2 路由表与路由算法,路由表按其生成的方式分静态路由表和动态路由表 两种，对应的算法有静态路由算法和动态路由算法。 1)静态路由表 静态路由表由网管人员根据网

8、络拓扑预先设定， 一般不会修改。当拓扑结构发生变化，网管人员则根 据变化的情况加以修改。静态路由信息一般为私有， 不会传递给其他的路由器，但可设置为共享。 2)动态路由表 动态路由表是路由器根据网络系统的运行情况自 动调整的路由表。通常是通过路由器与相邻路由器交 换网络信息来动态地进行路由表维护。,计算机网络,3)常用静态路由算法,具体有扩散式算法、最短队列算法和固定式算法。 扩散式(洪泛)算法 每个节点在收到分组后，即将其发往除分组来的 节点之外的其它各相邻节点。 最短队列(热土豆)算法 节点在收到分组后将其放在最短队列，而不管其 目标地址在那。 固定式算法 每个路由节点都存放一预先计算好的

9、路由表，表 中给出节点到所有目标节点的最短路径，网络拓扑 结构变化后由管理人员重新填写。,扩散式(洪泛)算法,静态路由算法,计算机网络,固定式算法,计算机网络,4)常用动态路由算法种类,计算机网络,算法有距离向量算法、链路状态算法两大类。 距离向量算法 相邻路由器之间周期性地相互交换各自路由表 信息，用以告知网中每个节点的最远和最近距离， 构成路由表。 (目的地址、下一跳地址、路由开销-距离)， 链路状态算法（最短路径算法） 算法使用链路状态数据包计算从该路由器到其 它目标网络的最短路径，以形成路由表。 链路状态数据包所含计算度量 （路径长度、可靠性、时延、带宽、负载、通信成本等）,距离向量算

10、法,3.2.3 路由器功能,计算机网络,1)网络互连： 路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用 于各种网络的互联，实现不同网络互相通信； 2)数据处理： 提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、 加密、压缩和防火墙等功能； 3)网络管理： 路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、 容错管理和流量控制等功能。 4)协议转换： 对网络层及其以下各层协议进行转换。,计算机网络,3.2.4 路由器的基本结构,1)路由器的组成 。硬件：CPU、内存、接口、控制等电路组成; 。软件：路由协议、SNMP管理、内存和接口管理; 2)路由器的网络接口 。通用串行接口(通过电缆转换成RS-232接口); 。V

11、.35 DTE/DCE接口(通用终端接口); 。X.21 DTE/DCE接口（公用数据网间接口)； 。10M、100M、10/100M、1000M以太接口； 。ATM接口(异步传输模式); 。POS(Packet over SONET/SDH)接口; 。令牌环接口、FDDI接口、ISDN接口 。E1/T1、E3/T3接口(电接口速率)。,3.2.5 路由器技术的演进, 伴着网络发展，路由器的发展已经过了五代。,计算机网络,第1代：集中转发，总线交换;(华为Quidway R2500系列) - 低端，目前广泛服务于远程分支、网点、家庭； 第2代：接口模块化，总线交换;(华为Quidway R3600系列) - 中端，仍是企业网的主流联网设备； 第3代：分布转发，总线交换;(华为Quidway NetEngine16/08系列) - 高端，主要应用于电信网络边缘和行业网络骨干； 第4代：ASIC分布转发，交换网络结构;(Juniper M40/160系列)瞻博 - 核心路由器，主要应用于IP网络骨干汇聚和城域网环境； 第5代：网络处理器分布转发，交换网络结构。(华为NetEngine80/40系列) - 适合多业务应用(MPLS技术，VPN技术、IP-QoS技术等)。满足了当 前数据、语音、图像综合承载的需求。,