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[計算機硬件及網(wǎng)絡]第5章分組交換-wenkub.com

2024-12-05 02:17 本頁面
   

【正文】 一般的情況下被忽略不考慮。 ? λ和 μ分別是分組平均達到速率和平均服務速率有相同的單位 bit/s ? 這些參數(shù)都是隨便變量 ? 分組到達過程為泊松過程的條件下來定量分析 假定分組到達過程為泊松過程,對每個分組服務時間TS相互獨立且服從相同的一般分布,供排隊的緩沖器容量無限大,服務規(guī)則為先來先服務 (FIFO),這樣得到 M/G/1排隊模型。解決這個問題采用分組緩沖器,發(fā)生沖突的情況下只發(fā)送其中一個分組,其余分組在緩沖器內(nèi)排隊等待。 三、混合式路由選擇策略 分組交換性能分析 ? 衡量分組交換設備性能的主要指標是交換時延 (Delay)和吞吐量 (Throughput).研究的主要數(shù)學工具是概率論和排隊論。 集中式的路由選擇策略用來尋找在穩(wěn)定狀態(tài)下的最佳路由 , 然后由 NCC將路由表送到每一個結點去 。 一旦 NCC出故障 , 則整個網(wǎng)絡即失去控制 。 集中式路由選擇策略的 好處 是:各個結點不需要進行路由選擇計算 , 容易得到精確的路由最優(yōu)化 。 另一個使用該算法的重要協(xié)議是 ISIS協(xié)議 , 該協(xié)議應用于多種 Inter骨干網(wǎng) (包括老的NSFNET骨干網(wǎng) ), 和一些數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中 。 發(fā)送標志位表示該鏈路狀態(tài)分組必須發(fā)送給哪些鄰結點 , 應答標志位表示應給哪些鄰結點發(fā)送應答消息 。 如果是新的 , 就把它轉發(fā)到除了輸入鏈路之外的所有鏈路;否則 , 則丟棄它 。 構造鏈路狀態(tài)分組舉例 ABCDE F42518637A序 號壽 命B 4E5B序 號壽 命A 4C2F 6C序 號壽 命B 2D3E 1D序 號壽 命C 3F7E序 號壽 命A 5C1F 8F序 號壽 命B 6D7E 8交 換 技 術第 5 章分 組 交 換74 該算法最具技巧性的部分就是如何 可靠地發(fā)布 鏈路狀態(tài)分組 , 避免出現(xiàn)死循環(huán) 、 不可達和其它路由問題 。 在鄰居結點表中 , 列出所有的鄰居結點及相應的鏈路時延 。 取得時延值的最直接方法就是發(fā)送一個要求對方立即響應的特殊的 Echo分組 。 在另一端的結點應發(fā)回一個應答分組 , 以說明它是誰 。 每個路由器必須: 1) 發(fā)現(xiàn)它的鄰居結點 , 并獲取其網(wǎng)絡地址; 2) 測量到各鄰居結點的時延 ( 或代價 ) ; 3) 組裝一個分組通告它剛知道的路由信息; 4) 將這個分組發(fā)送給所有其它網(wǎng)絡結點; 5) 計算到所有其它結點的最短路徑 。 使用水平分裂法 , 壞消息以每交換一次路由信息傳播一個結點的速度傳播 , 這比不用水平分裂方法要好得多 。而對于壞消息 , 所有結點慢慢地增加其距離值 , 直至無窮大時 ,才發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲發(fā)生了變化 。 N為網(wǎng)絡中的結點數(shù); Si為結點 i 的后繼結點向量; sij為后繼結點 , 即從結點 i到結點 j的當前最小時延路由中結點 i的后繼結點 。 路由表中包含兩列向量 , 一個是距離向量 , 另一個稱為后繼結點 (即下一結點 )向量 。 經(jīng)過多次交換 , 各結點均可掌握全網(wǎng)的情況 , 從而根據(jù)某種路由算法計算并更新其路由表 。 在某些特殊場合 , 如需要將某種信息迅速擴散到全網(wǎng)各個結點時 , 洪泛法還是有用的 。 實際應用中很少采用洪泛法 。 當一個分組到達該結點時 , 結點產(chǎn)生一個從 機數(shù) , 然后按此隨機數(shù)的大小 , 查表找出相應的輸出鏈路 。 對所有不在 N 中的結點 v, 寫出: ② 尋找一個不在 N中的結點 w, 其 D(w)值為最小 。 假設結點 1為源結點 , 令 D(v) 表示源結點到結點 v的距 1234 561452113335離 , 它是沿某一路徑的所有鏈路的長度之和 。 非自適應路由選擇主要有: 固定路由法 、 概率路由法 和 洪泛法 。 三、路由策略的分類 交 換 技 術第 5 章分 組 交 換60 非自適應路由選擇 該方法是在每個結點上保持一張路由表 , 表上標明去每一個目的結點的分組應從哪條鏈路進行轉發(fā) 。 路由選擇算法僅是路由策略的一部分 。 5)算法應是 公平 的。 通路(路徑)的表示 A C E F D B l 6 l 1 l 10 l 4 l 7 l 8 l 5 l 2 l 3 l 9 ? 現(xiàn)在的問題 : ? 1)用什么算法來選擇合適的路徑 ? ? 2)依據(jù)什么信息來做這種選擇 ? ? 3)如何執(zhí)行這種選擇策略 ? ? 4)怎么評價所選路徑的好壞 ? 下面討論路由選擇的一般原理及不同的 路由選擇策略 和 算法 . 交 換 技 術第 5 章分 組 交 換57 一個理想的路由選擇算法應滿足如下要求: 1) 算法必須是 正確 的和 完整 的 。 因此 , 所謂 “ 路由算法 ” 或 “ 路徑選擇算法 ” , 就是指確定分組從它的源點到達目的點的有向傳輸通路的法則 。 目 的 結 點 下 一 結 點1 * 3目 的 結 點 下 一 結 點24 4* 34結 點 3 的 路 由 表目 的 結 點 下 一 結 點1 12 23 4結 點 2 的 路 由 表結 點 1 的 路 由 表目 的 結 點 下 一 結 點224 * 3結 點 4 的 路 由 表交 換 技 術第 5 章分 組 交 換54 路由表的簡化 路由問題就是解決分組交換網(wǎng)中的各結點交換機應該如何進行分組轉發(fā)的問題 , 因此有必要先研究網(wǎng)絡的拓撲結構 。 1243路 由 表 結 點 1 的 路 由 表目 的 結 點下 一 結 點1 2 33 34 3結 點 2 的 路 由 表1 32 3 34 4結 點 3 的 路 由 表1 12 23 4 4結 點 4 的 路 由 表1 32 23 34 下 一 結 點 下 一 結 點下 一 結 點目 的 結 點目 的 結 點目 的 結 點交 換 技 術第 5 章分 組 交 換53 路由表的簡化 為了消除路由表中的重復項目 , 可以用一個 默認路由(“*”)代替所有具有相同 “ 下一站 ” 的項目 。 如圖所示 , 假定分組的路徑為 A- C- E- D, 可將這四個結點的編號和相應的鏈路標識在分組標頭域中 。 那么路由應該如何表示 ? 網(wǎng)絡依據(jù)什么信息來進行路由選擇 ? 路由選擇應該采取哪些策略和算法 ? 這些就是本節(jié)要討論的問題 。 (3) 分組 順序 VC方式中 , 分組不會產(chǎn)生失序現(xiàn)象 。 (5) 提供的 服務 和 應用 VC方式支持面向連接的服務 , 適用于連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳送 。 根據(jù)用戶預約 , 由網(wǎng)絡運營者為之建立的永久性虛電路 , 稱之為 PVC, 不需建立連接直接傳輸 。 此外 , 還可以采取連接接納控制等措施進行流量控制 。 虛電路實際使用的帶寬取決于單位時間內(nèi)傳輸?shù)姆纸M數(shù) , 因而帶寬的分配是 動態(tài) 的 。 這種連接通路稱為虛通路或虛電路 (VC)。 此外 , 數(shù)據(jù)報提供的是一種 “ 盡力傳送 ” 的服務 。 交 換 技 術第 5 章分 組 交 換42 分組交換方式 數(shù)據(jù)報分組交換在傳送數(shù)據(jù)之前 , 不需要預先建立任何連接 , 而是直接按照每個分組首部中的目的地址獨立選擇轉發(fā)路徑 。 交換機處理分組的過程 交 換 技 術第 5 章分 組 交 換41 分組交換的優(yōu)點和存在的問題 優(yōu)點 所采用的手段 高效 在分組傳輸中鏈路被統(tǒng)計復用,動態(tài)分配傳輸帶寬 靈活 每個結點均有智能 , 可根據(jù)情況決定路由 迅速 以分組為單位,結點存儲轉發(fā);網(wǎng)絡使用高速鏈路 可靠 采用完善的網(wǎng)絡協(xié)議和分布式多路由的通信子網(wǎng) 分組交換也帶來一些新的 問題 , 分組在各結點存儲轉發(fā)時 , 因為要排隊等待 , 總會造成一定的時延 。 分組交換網(wǎng) BACED H1HHHHH32456 ( a ) 通 信 子 網(wǎng) 和 主 機 通 信 子 網(wǎng)H1H2H4H6H5H3結 點交 換 機ABDEC1 2 3 4123441 2 31 2 341234 ( b ) 結 點 交 換 機 的 兩 組 端 口 結 點交 換 機結 點交 換 機結 點交 換 機結 點交 換 機高 速 鏈 路交 換 技 術第 5 章分 組 交 換40 結點交換機處理分組的過程是:將收到的分組先放入緩沖區(qū) , 再查找 路由表 , 然后確定將該分組交給某個端口轉發(fā)出去 。 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 … … … … … … 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0首 部 數(shù) 據(jù) 首 部 數(shù) 據(jù) 首 部 數(shù) 據(jù)分 組發(fā) 送 在 前報 文存儲轉發(fā)的原理 郵件的傳遞過程就是發(fā)端局(中轉局)把一定時間里收到的信件存起來,進行分揀,然后進行轉發(fā),信件的傳遞過程就是一個典型的存儲轉發(fā)過程。 分組交換是報文交換的繼承和發(fā)展 。 異步時分復用是分組交換的技術基礎。如果采用同步時分復用,每一幀都有 4個時隙第一到第四個時隙分別分配給 ABCD當某個數(shù)據(jù)源無數(shù)據(jù)發(fā)送相應的時隙就空閑,不能被其他用戶使用,但是如果采用異步時分復用用時隙標題區(qū)分各路數(shù)據(jù)。 異步時分復用與同步時分復用的比較如圖所示 。 另外,由于計算機和各種終端的傳送 速率不一樣,采用電路交換不同類型,不同規(guī)格,不同速率的終端很難相互通信,而電路交換所分配的帶寬是固定的或量化的,因此缺乏 靈活性, 而且電路交換通話雙方建立的通路中的任何一個點出了故障就必須重新?lián)芴柦㈡溄印?理論與實際均已表明 , 按照電話業(yè)務的特征設計的電路交換不適合于計算機數(shù)據(jù)通信 , 而分組交換則是根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務的特征設計的交換技術 。 TCP/IP的網(wǎng)絡接口層嚴格來說并不是一個層次而僅僅是一個接口 , 而在網(wǎng)絡層下面的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層則根本沒有 。 (3) TCP/IP較早就有較好的網(wǎng)絡管理功能 , 而 OSI到后來才開始考慮這個問題 。 但 ISO和CCITT最初只考慮到使用一種標準的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)將各種不同的系統(tǒng)互連在一起 。 網(wǎng)際層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元是 IP數(shù)據(jù)報或 IP分組 。 運輸層 這層可使用兩種不同的協(xié)議 , 一種是面向連接的傳輸控制協(xié)議 TCP。 在 Inter的各種協(xié)議中 , 最重要的是傳輸控制協(xié)議 TCP和網(wǎng)際協(xié)議 IP, 而 TCP/IP往往是表示Inter所使用的 體系結構 或整個 TCP/IP協(xié)議族 。 交 換 技 術第 5 章分 組 交 換25 ( 2) 表示層 ( Presentation Layer) 應用層負責為用戶提供接入 OSI環(huán)境的方法 , 支持各種應用 , 如網(wǎng)絡虛擬終端 、 文件傳送 、 電子郵件 、 多媒體 、 WWW等 。 在分時半雙工通信的情況下,會話層負責雙方的同步,保證雙方不同時發(fā)送數(shù)據(jù),實時控制雙方收發(fā)轉換。 開放系統(tǒng)互連參考模型 國際標準化組織 ( ISO, International Standard Organization ) 制 定的 開放 系統(tǒng) 互連 ( OSI, Open System Interconnection) 參考模型采用 7個層次的網(wǎng)絡體系結構 , 也就是將前面所講的原理性體系結構中的應用層
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