2-通信网原理与技术

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1、2010/12/28 1 现 代 通 信 网 络 张 冬 梅 () 北京邮电大学计算机科学与技术学院 2010/12/28 2 第二章 通信网原理与技术 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 3 主要内容 2.1 通信网传输规程 2.2 交换技术 2.3 路由技术 2.4 拥塞控制技术 2.5 多路访问控制技术 2.6 差错控制技术 2.7 移动性管理 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 4 2.1 通信网传输规程 2.1.0 基本概念 2.1.1 物理层标准接口 2.1.2 数据链路层传输控制协议 2.1.3 传输层传输控制协议 课件仅供北邮

2、学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 5 2.1.0 基本概念 服务模型：规定 信息 的 传输方法 分类： 面向连接 和 无连接 影响： 传输能力 和 服务质量 传输控制协议的功能： 适配功能 任意容量的消息 可靠性和有序性 速率与流量控制 定时 寻址 保密性、完整性和身份鉴别 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 6 适配功能的实现： 端到端 法和 逐跳 法 1 2 3 4 1 2 3 4 ACK/NAK ACK/NAK ACK/NAK ACK/NAK 数据 数据 数据 数据 数据 数据 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 7 2

3、.1.1 物理层标准接口 数据终端设备 (DTE)和数据电路端接设备 (DCE)之间的接口 作用 : 将通信信道与 DTE连接起来 ,提供数据送入或取出 DTE的功能 典型设备 通信适配器接口 通用同步 /异步收发器 串行端口 /串行板 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 8 物理层接口具备的四个方面的属性 电气特性 功能特性（控制、定时、数据和地） 机械特性：描述接口的接插件和导线 规程特性 典型协议 RS-232, RS-449 X.21-X.25 I.430: ISDN用户 -网络接口的物理层功能 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 9

4、 2.1.2 数据链路层传输控制协议 数据链路层协议目标： 保证相邻两点之间数据的透明传输 数据链路层传输控制协议基本功能 连接管理 寻址 帧同步 代码透明 差错控制 流量控制 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 10 2.1.3 传输层传输控制协议 传输层协议目标 保证两端点之间数据的透明传输 传输层传输控制协议基本功能 差错控制 流量控制 连接管理 寻址 ？ 问题：相同的功能不同的层次实现方法相同吗？为什么？ 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 11 主要内容 2.1 通信网传输规程 2.2 交换技术 2.3 路由技术 2.4 拥塞控制技

5、术 2.5 多路访问控制技术 2.6 差错控制技术 2.7 移动性管理 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 12 2.2 交换技术 交换概念的引入 节省资源 ，降低网络建设成本； 降低控制的复杂度，提高网络可靠性 直接相连方式 交换相连方式 交换网络 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 13 2.2.1 交换设备的基本功能 寻址； 连接建立，路由选择； 计费、监视用户状态； 连接释放 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 14 2.2.2 交换技术的种类 电路交换 预先分配资源 对于数据连接 ,线路利用率低 ; 通信的

6、设备必须同速率、同码型； 呼损制 典型代表： PSTN 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 15 交换基本概念 (续 ) 分组交换 存储转发式交换， 动态分配资源 交换单位：分组 线路利用率高（对于数据通信） 排队制 可以支持优先级 典型系统：公用分组网 ,Internet等 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 16 2.2.3 虚电路与数据报 虚电路 面向连接 的服务 建立 预定的路由， 分组沿预定路由传输 按序 到达 数据报 无连接服务 分组 独立传输 乱序 到达 2010/12/28 17 通信网络交换技术对比 电路交换 数据报分组交换

7、 虚电路分组及交换 专用的传输通路 没有专用通路 没有专用通路 数据连续传输 分组传输 分组传输 报文不保存 分组在传递出去之前有可能保存 分组在传递出去之前必须保存 在整个会话过程建立通路 为每个分组建立路由 为整个会话过程建立路由 呼叫建立时延，传输时延可以忽略 分组传输时延 呼叫建立时延，分组传输时延 呼损制 排队制 排队制 程控交换机 路由器 分组交换机 通常无速率和编码转换 有速率和编码转换 有速率和编码转换 2010/12/28 18 通信网络交换技术对比（续） 电路交换 数据报分组交换 虚电路分组及交换 超负荷阻塞新呼叫的建立，对于已建立的呼叫没有时延 超负荷会增加分组时延 超负

8、荷会增加分组时延 用户进行差错控制 网络可能会对单个分组负责 网络可能会对分组序列负责 固定带宽传输 动态使用带宽 动态使用带宽 按顺序到达 可能会乱序到达 按顺序到达 呼叫建立后无额外开销比特 每个分组中都有额外开销比特 每个分组中都有额外开销比特 QoS恒定 QoS变化 QoS变化 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 19 2.2.4 交换技术的发展 ATM交换 交换单位：信元； 统计时分复用； 主要提供半永久性连接； 按需分配带宽，保证 QoS 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 20 主要内容 2.1 通信网传输规程 2.2 交换技术

9、 2.3 路由技术 2.4 拥塞控制技术 2.5 多路访问控制技术 2.6 差错控制技术 2.7 移动性管理 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 21 2.3.1 路由技术基本概念 路由选择 是 交换网络 的关键设计问题 路由选择的 功能 为每一对正在 通信的端节点 设计 穿过网络的路由 ，以 有效地利用网络 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 22 2.3.2 路由问题的描述 给定网络 G(V,E)，其中 ： V是节点集； E是边集； P是路径集； 对源节点 s V及目的节点 t V,从 s到 t的路 径 p P，使得开销最小，而所有约束条

10、件 均能满足 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 23 2.3.3 路由概述 路由算法对网络性能的影响 吞吐量 (服务数量 ) 平均延迟 (服务质量 ) 路由与流量控制之间的关系 流量控制 路由 提供的负荷 拒绝的负荷 吞吐量 延迟 延迟 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 24 网络路由的重要性与困难性 分级分类与统一协调的路由 对路由算法的要求 一般性 可扩展性 简单性 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 25 2.3.4 电路交换网中的路由选择 在电路交换网络中，电路连接包括： 主叫用户 多个交换机 中继线和用

11、户线 被叫用户 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 26 路由选择策略 对路由选择策略的要求 效率 :能够处理 预期负载 的前提下将所涉及的 物理资源 减至 最少 弹性 :当出现 通信量峰值 或 交换机 /中继线 偶尔故障， 短时间无法使用时 ，网络所提供的 服务水平同样 是 可接受 的 路由选择策略需要在网络 效率 和 弹性之间寻求 平衡 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 27 电路交换网中的路由选择 传统上使用 静态路由选择 策略 交换机被组织成 固定树形（层次）结构 通路的建立过程 从 主叫用户开始 ； 沿树形逆流而上， 到达第一个共

12、同的节点； 再沿树形下行 到达被叫用户 辅助 高使用频率的 中继线 贯穿在树形结构中，以增加网络弹性 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 28 静态路由选择策略 (续 ) 优点 简单 不需要额外维护路由表 (冗余开销少 ) 缺点 无法适应网络条件的变化 弹性和效率有局限性 改进 :动态路由选择 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 29 动态路由选择策略 动态路由选择 指在 决定选择何种路由 时需要 考虑网络当前通信条件 没有提供一条或一组基于层次结构的“ 自然形成 ” 的通路，有多条路由可以选择 典型举例 : 交替路由选择 课件仅供北邮学生授

13、课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 30 交替路由选择 思想：建立并使用 路由选择序列 两个端局之间能够使用的路由是预先定义的 主叫交换机负责为每次呼叫选择合适的路由 最佳的选择是直达路由 如果直达不可用，则按路由选择序列选择其次的路由 实质：根据 当前网络通信量条件 选择 路由选择序列 中的路由 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 31 交替路由选择 (续 ) 方法 固定 交替路由选择机制（ 一个 路由选择序列） 动态 交替路由选择机制（ 多个 路由选择序列） 举例： 动态交替路由选择机制 主叫交换机 X有 4条可能的路由到达目的交换机 Y; 直达路由为首选

14、路由； 直达路由不可用（忙或拒绝服务），则按照路由选择序列一次尝试其他路由； 路由选择序列 与 时间段 相关 2010/12/28 32 X Y I J K 路由 d 路由 b 路由 a 路由 c 路由 a: X-Y 路由 b: X-J-Y 路由 a: X-K-Y 路由 a: X-I-J-Y (a) 网络拓扑结构 (b) 路由表 时间段 第一路由 第二路由 第三路由 最终路由 早上 a b c d 下午 a d b c 晚上 a d c b 周末 a c b d 课件仅供北邮学生授课使用 ， 禁止传播 2010/12/28 33 2.3.5 分组交换网中的路由选择 路由选择： 分组交换网中最复杂最关键的技术 对路由选择策略的需求 正确性 简洁性 稳健性 公平性 最优性 高效性 2010/12/28 34 分