现代网络技术 第6章 广域网与路由技术

6.1.2 广域网的通信服务 广域网向上可提供两类服务:无连接服务和面向 连接服务. 无连接服务好比邮政系统.每个分组(信件) 带有完整的目的地址,经由系统选择的路径传送. 一般场合,若多个分组发往同一目的地时,则应是 先发先到.
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1. 数据报 数据报服务的特点是: (1) 主机只要想发送数据就随时可发送,无需在源站 和目的站之间建立虚连接. (2) 每个分组根据其标识的地址独立地选择路由. (3) 数据报不保证按发送顺序到达目的站,即先发 送出去的分组不一定先到达目的站.同样,也不保证 不丢失和不重复.
(3) 重复步骤(2),直到所有的网络节点都在N中为止.
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表6-2 计算图6-8网络的最短路径 步骤 初始化 1 2 3 4 5 N [1] [ 1,4 ] [ 1,4,5 ] [ 1,2,4,5 ] [ 1,2,3,4,5 ] [ 1,2,3,4,5, 6] D (2) 2 2 2 ② 2 2 D (3) 5 4 3 3 ③ 3 D (4) 1 ① 1 1 1 1 D (5) ∞ 2 ② 2 2 2 D (6) ∞ ∞ 4 4 4 ④
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图6-11 网络拓扑和节点1的路由表
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现在假定经过了128 ms,节点1收到了来自3个相 邻节点(节点2,3,4)的时延向量D2,D3,D4(如图 6-12(a)所示),于是进行更新D1和S1向量,得出更新 后节点1路由表(如图6-12(b)所示).
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4. 随机走动法 这个算法又称为随机徘徊,其思想是当分组到达 某个节点时就随机地选择一条链路作为转发的路由.
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6.3.2 自适应路由选择 自适应也可从空间上适应,即根据网络局部节点分 布情况调整路由. 1. 分布式路由选择 分布式路由选择的基本思想是每个节点周期性地从 相邻的节点获得网络状态信息,同时也将本节点做出 的决定周期性地通知周围的各节点,以使这些节点不 断地根据网络的最新状态更新其路由.
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图6-2的广域网所对应的图表示如图6-3所示.根据 这个图,可以得到每一个节点的路由表,表中"下一 跳"的符号"-"表示发往本交换机的分组不再需要转 发,直接交给计算机.
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3 4
1
2
图 6-3 用图表示图6-2 所对应的广域网
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时延
不好的 路由选择
良好的 路由选择
网络负 载
流量控制
吞 吐 量
路由选择
吞吐量
被拒绝 的负载 图6-6 路由选择与流量控制的相互作用 图6-7 路由选择对网络性能的影响
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6.3 路由选择算法
6.3.1 非自适应路由选择 1. 固定路由算法 固定路由算法的基本思想是在每个节点上建立一 张路由表,表中指出对每一个目的站地址应走哪条链 路进行转发.
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(4) 当网络发生拥塞时,网络中的某个节点可以将 一些分组丢弃. (5) 端到端的流量和差错控制由主机负责. (6) 适用于批量短报文传送,电子邮件及多播等应用 环境.
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2. 虚电路 虚电路服务的特点是: (1) 源主机与目的主机通信之前,源主机要先请求 一个虚呼叫,即发送一个特定格式的呼叫分组到目的 主机,请求进行通信,同时通过这个请求也寻找到一 条合适的路由. (2) 发送的所有分组都必须经这条虚电路传送,数 据传送结束后,还要释放这条虚电路.
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一个理想的路由算法应具有以下特点: (1) 算法必须是正确的和完整的. (2) 算法在计算上应简单. (3) 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化. (4) 算法应具有稳定性. (5) 算法应是公平的. (6) 算法应是最佳的.
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d i1 , Di = d i N
si1 Si = si N
(6-2)
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பைடு நூலகம்
dij为节点i至节点j的最小时延的当前估值(dii=0)(j= 1,…,N); N为网络中的节点数; Si为节点i的后继节点向量; sij为后继节点(j =1,…,N),即从节点 i到节点j的当 前最小时延路由中节点i的后继节点.
图6-8 已知网络拓扑和链路长度 《现代网络技术》
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(2) 寻找一个不在N中的节点w,其D(w)值为最小.把w 加入到N中.然后对所有不在N中的节点,用 [ D(v), D(w)+l(w,v)] 中的较小的值去更新原有的D(v)值,即: D(v) ← Min [D(v),D(w)+l(w,v)] (6-1)
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分布式路由选择有两个最基本的算法:距离向量算 法和链路状态算法. 距离向量算法最早是在ARPANET网中曾作为路由选 择方法使用,它在计算机通信中有过重要的作用,并 由此改进和出现了新的路由算法. ARPANET使用的算法是在每一个节点上保持两个向 量,即:
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一般说来,分布式路由选择方法包括以下三个要素, 即: 对于网络的某种特性的测量过程; 关于如何传播上述特性的测量结果的协议; 如何计算出所确定的路由.
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ARPANET的路由选择方法具有这三个要素,这里比 较复杂的是对网络的某种特性的测量.具体说来: (1) ARPANET把在一个节点中向某条链路发送的 等待队列内的分组数目再加上一个常数(即偏移)作 为此链路的时延. (2) 当一个分组到达某一个节点时,还需要经过一 段处理时间(这段时间是可变的)才能进入等待队列. (3) 等待队列长度的瞬时值(在测量瞬间得到的值) 并不能精确代表链路的平均时延.
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第6章 广域网与路由技术 章
6.1 广域网的体系结构 6.2 广域网的路由问题 6.3 路由选择算法 6.4 拥塞控制 6.5 X.25分组交换网 分组交换网 6.6 帧中继 6.7 ISDN
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6.1 广域网的体系结构
6.1.1 广域网的组成 广域网一般由资源子网和通信子网 (Communication Subnet)组成.通信子网由一些节点 交换机(也叫交换机,分组交换节点,数据交换设备) 以及连接这些交换机的链路组成.节点交换机完成分 组存储转发功能.
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(3) 能保证按顺序交付,不丢失和不重复. (4) 提供可靠,有服务质量保证的服务,适用于文件 传送的应用场合. (5) 端到端的流量和差错控制由通信子网负责.
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表6-1 虚电路与数据报的对比 对比项目 连接的建立 目的站地址 路由选择 路由器有故障 分组的顺序 端到端的差错控制 端到端的流量控制 必须有 仅在连接建立阶段使用,每 个分组使用短的虚电路号 在虚电路建立时进行,所有 分组均按同一路由 所有通过出故障的路由器的 虚电路均不能工作 总是按发送顺序到达目的站 由通信子网负责 由通信子网负责 虚电路 不要 每个分组都有目的站的全地 址 每个分组独立选择路由 出故障的路由器可能会丢失 分组,一些路由可能会发生 变化 到达目的站时可能不按发送 顺序 由主机负责 由主机负责 数据报
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图6-12 节点1收到的3个时延向量和更新后的路由表 《现代网络技术》
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可以看一下更新后路由表中d13=3和s13=4是怎样得出 的.节点1的3个相邻节点是2,3,4,因此,从节点1 经不同节点到节点3的时延分别为: ①→②→③:d12 + d 23 = 2+3 = 5 ①→③: d 13+d 33 = 5 + 0 = 5 ①→④→③:d l4 + d 43 = 1+2 = 3
A
M
0.50
L
0.40
N
0.10
A B
M
C N D
B
M
0.35
N
0.35
L
0.30
C
N
0.65
M
0.25
P
0.10
K
D
N
0.55
P
0.30
M
0.15
E
L
P
E
P
0.45
N
0.30
N
0.25
…
…
…
…
图6-10 用分散通信量法确定路由 《现代网络技术》
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3. 洪泛法 实际上,在运行的网络中很少采用洪泛法.这是因 为采用洪泛法后,网络中的分组数目会迅速增长,结 果导致网络出现拥塞现象. 可以采用两种方法来限制分组的数目.一种方法 是在每个分组的首部中设置一个计数器.另一种方法 是在每一个节点建立一个登记表.
2. 分散通信量法 算法的基本思想是:事先在每个节点中设置一个路 由表,此路由表中给出几个可供采用的输出链路,并 且对每条链路赋予一个概率.当一个分组到达该节点 时,此节点即产生一个0～1之间的随机数,然后按此 随机数的大小,查表找出相应的输出链路.
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目的站 经过 概率 经过 概率 经过 概率
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(3) 步 骤 (0) 1 2 1 4 (1) (a) 1 2
(4) 3 1 2 5 (2) (b) 5 (5) 6
目的节点 2 3 4 5 6
下一跳 2 4 4 4 4
图6-9 (a) 最短路径树;(b) 节点1的路由表 《现代网络技术》
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图6-4 针对图6-3中各个结点得到的路由表
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图6-5 针对图6-4使用默认路由得 到的路由表
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6.2.3 路由选择算法种类 有了转发机制,还要解决路由表的生成问题.有两 种构造路由表的方法: (1) 静态路由选择(Static routing).节点交换机启 动时由程序计算并设置路由,以后路由不再改变. (2) 动态路由选择(Dynamic routing).
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每个节点每隔128 ms与它的所有相邻节点交换它们 的时延向量.然后根据收到的全部时延向量来修改本 节点的时延向量和后继节点向量.对于任一节点k,就 按以下方法进行两个向量的修改:
d kj = Min[d ki + d ij ]
i∈ i∈ A
(6-3)
(6-4)
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如图6-1所示,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更广的互联网(互联 网技术将在第7章中讨论).
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节点交换机
广域网
路由器
局域网
图6-1 由局域网和广域网组成的互联网 《现代网络技术》
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skj= i,用这个i使[dki + dij ]为最小,
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仍以图6-8所示的网络为例.现在把每条链路旁 边注明的数字看成是时延(单位是ms).图6-11是 网络的拓扑以及更新前节点1的路由表.从中可以看 到,从节点1到节点3,5和6的时延并不是所能得到 的最小时延,这是由某些原因(如某条链路暂时有 故障)造成的.
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6.2 广域网的路由问题
6.2.1 分层编址与路由表 从连接计算机的角度来看,连接到广域网上的每 一台计算机(与局域网一样)都被指定一个地址,发 送方计算机必须给出目的计算机地址才能发送数据.
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图6-2 广域网中的地址和交换机中的路由表 《现代网络技术》
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整个算法分为两步: (1) 初始化.令N表示网络节点的集合.先令N={1}. 对所有不在N中的节点v,计算: D(v) = l(1,v) 若节点v与节点1直接相连 ∞ 若节点v与节点1不直接相连
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5 2 1 1 4 2 3 3 1 3 2 1 5 6 5