第6章 广域网

本章将讨论广域网基本概念，包括广域网所提供的两种服务――数据报和虚电路。广域网的主要问题都在网络层，因此接着要讨论分组的转发机制，即网络交换结点应通过哪条路径(path)才能将数据转发到所要通信的目的主机。这就要查找转发表。本章只讨论查找转发表的简单过程，而转发表是如何建立的则在下一章讨论。另外，本章还将ATM技术的广域网。

6.1 广域网的基本概念

6.1.1 广域网的构成

当主机之间的距离较远时，例如，相隔几十、几百公里或甚至几千公里，局域网显然就无法完成主机之间的通信任务了。这时就需要另一种结构的网络，即广域网。

广域网由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路织成。结点交换机执行将分组存储转发的功能。结点之间都是点到点连接，但为了提高网络的可靠性，通常—个结点交换机往往与多个结点交换机相连。受经济条件的限制，广域网部不使用局域网普遍采用的多点接入技术。从层次上考虑，广域网和局域网的区别很大，因为局域网使用的协议主要在数据链路层(还有少量物理层的内容)，而广域网使用的协议在网络层，在广城网中的一个重要问题就是分组的转发机制。

图6-1表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很广的互联网。这样，局域网就可通过广域网与另一个相隔很远的局域网进行通信。互联网和路由器的工作原理将在第7章中讨论。路由器是一种特殊用途的主机，在图中将它画在两种网络之外。其实它也可同时画在两个网络之中，因为它既属于局域网也属于广域网。

广域网并没有严格的定义。通常是指覆盖范围很广(远远超过一个城市的范围)的长距离网络，一般都是由电信公司所拥有。如图6-1所示的互联网，一般就个称它为广域网，因为在这种网络中，由不同网络的“互连”才是它的最主要的特征。互联网必须使用路由器来连接，而广域网是使用结点交换机而不需要用路由器来连接。

广域网和局域网都是互联网的重要组成构件。尽管它们的价格和作用距离相差很远，但从互联网的角度来看，广城网和局域网都是平等的(在学完这一章后就能更好地理解这点)。这里的一个关键就易广域网和局域网有一个共同点：这连在一个广域网或一个局域网上的主机在该网内进行通情时，只需要使用其网络的物理地址即可。

6.1.2 数据报和电路

从层次上看，局域网中的最高层就是网络层。网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类，即无连接的网络服务和面向连接的网络服务，这两种服务的具体实现就是通常所谓的数据报服务和虚电路服务。

图6-2中分别画出了网络提供数据报服务和提供虚电路服务的特点。连接广域网各结点交换机的链路都是高速链路，其距离不限，可以是几千公里的光纤线路，也可以是几万公里的点对点卫星链路。网络层的用户是运输层实体，但现在为方便起见，可以用主机作为网络层的用户。我们先讨论数据报服务。

网络提供数据报服务的特点是：网络随时都可接受主机发送的分组(即数据报)。网络为每个分组独立地选择路由。网络只是尽最大努力地将分组交付给目的主机，但对源主机没有任何承诺。网络不保证所传送的分组不丢失，也不保证按源主机发送分组的先后顺序以及在多长的时限内必须将分组交付给目的主机。当需要把分组按发送顺序交付给目的主机时，在目的站还必须把收到的分组缓存一下，等到能够按顺序交付主机时再进行交付。当网络发生拥塞时，网络中的某个结点可以将一些分组丢弃。所以，数据报提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。实际上“尽最大努力交付”的服务就是没有质量的服务。如果网络从来都不向目的主机交付分组，则这种网络仍然满足“尽最大努力交付”的定义。图6-2(a)表示主机H1向H5发送的分组，可以看出，有的分组可经过结点A—B—E，而另一些则可能经过结点A—C—E，或A—C—B—E。在一个网络中可以有多个主机同时发送数据报，例如主机H2经过结点B—E与主机H6通信。

再看网络提供虚电路服务的情况。先设图6-2(b)中主机要和主机H5通信。于是，主机H1先向主机H5发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同时也寻找一条合适的路由。若主机H5同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路并可传送数据了。这点很像电话通信，先拨号建立电路，然后再通话。

在图6-2(b)中，我们设寻找到的路由是A—B—E。这就是我们要建立的虚电路(Virtual Circuit)：H1－A—B—E－H5(将它记为VC1)。以后主机H1向主机H5传送的所有分组都必须沿着这条虚电路传送，在数据传送完毕后，还要将这条虚电路释放掉。

需要注意的是，由于采用了存储转发技术，所以这种虚电路就和电路交换的连接有很大的不同。在电路交换的电话网上打电话时，两个用户在通话期间自始至终地占用一条端到端的物理信道。但当我们占用一条虚电路进行主机通信时，由于采用的是存储转发的分组交换，所以只是断续地占用一段又一段的链路，虽然我们感觉到好像(但并没有真正地)占用了一条端到端的物理电路。建立虚电路的好处是可以在有关的交换结点预先保留一定数量的缓存，作为对分组的存储转发之用。

假定还有主机 H2和主机H6通信。所建立的虚电路为经过B->E两个结点的VC2。

在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道(收发各用—条)。所有发送的分组都按发送的前后顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。因为是全双工通信，所以每一条管道只沿着—个方向传送分组。这样，到达目的站的分组不会因网络出现拥塞而丢失(因为在结点交换机中预留了缓存)，而且这些分组到达目的站的顺序与发送时的顺序一致，因此网络提供虚电路服务就是对通信的服务质量QoS(Quality of Service)有较好的保证。

网络所提供的上述这两种服务的思路来源不同。

虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网将其用户终端(电话机)做得非常简单，而电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。

数据报服务使用另—种完全不同的新思路。它力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。但这种网络要求使用较复杂且有相当智能的主机作为用户终端。可靠通信由用户终端中的软件(即TCP)来保证。

从20世纪70年代起，关于网络层究竟应当采用数据报服务还是虚电路服务，在网络界一直在进行争论。问题的焦点就是网络要不要提供网络端到端的可靠通信？OSI一开的就按照电信网的思路来对待网络，坚持“网络提供的服务必须是非常可靠的”这样一种观点，因此OSI在网络层(以及其他的各个层次)采用了虚电路服务。

然而美国ARPANET的一些专家则认为，根据多年的实践证明，不管用什么方法设计网络，网络(这可能由多个网络互连而成)提供的服务并不可能做得非常可靠，用户主机仍要负责端到端的可靠性。所以他们认为：让网络只提供数据的服务就可大大简化网络层的结构。当然，网络出了差错不去处理而让两端的主机来处理肯定会延误一些时间，但技术的进步使得网络出错的概率越来越小，因而让主机负责端到端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络中运行。因特网能够发展到今天这样的规模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。

除以上的区别外，数据报服务和虚电路服务还都各有一些优缺点。

根据统计，主机在网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短。若采用128个字节为分组长度，则往往一次传送一个分组就够了。这样，用数据报既迅速又经济。若用虚电路，为了传送—个分组而建立虚电路和释放虚电路就显得太浪费网络资源了。

为了在交换进行结点存储转发，在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息，但在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有个很简单的虚电路号码的标志，这就使分组的控制信息部分的比特数减少，因而减少了额外开销。

对待差错处理和流量控制，这两种服务也是有差别的。在使用数据报时，主机承但端到端的差错控制和流量控制。在使用虚电路时，网络应保证分组按顺序交付，而且不丢失、不重复，并维护虚电路的流量控制。

数据报服务对军事通信有其特殊的意义。这是因为每个分组可独立地选择路由。当某个结点发生故障时，后续的分组就可另选路由，因而提高了可靠性。但在使用虚电路时，结点发生故障就必须重新建立另一条虚电路。数据报服务还很适合于将—个分组发送到多个地址(即广播或多播)。

6.2 广域网中的分组转发机制

我们知道分组交换网的分组转发是基于查表的，本节就是讨论这种查表的机制。这一节所讨论的分组转发机制，也是下一章学习互联网的路由选择的基础。

在讨论转发机制之前要先说明一下，“转发”(forwarding)和“路由选择”(routing)这两个名词的使用在过去有些混乱。现在的文献倾向于区分开它们的不同[PETE00]。

转发就是在交换结点收到分组时，检查其目的地址，然后用查找转发表(forwarding table)的方法，找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。

路由选择则是构造路由表(routing table)的过程。路由表是用路由选择算法得到的，而转发表则是根据路由表得出的。

总之，路由选择协议负责搜索分组从某个结点到目的结点的最佳传输路由，以便构造路由表。从路由表再构造出转发分组的转发表。分组是通过转发表进行转发的。

需要注意的是，当讨论一些原理时，为了使讨论更简单些，在许多文献中没有严格区分“转发”和“路由选择”，也不—定使用“转发表”这一名词(即在转发分组时也是说“查找路由表”)。这样做，并不影响对问题实质的理解。

6.2.1 在结点交换机中查找转发表

在讨论转发表之前，应先知道广域网是怎样给接入到网络的每一台主机进行编址的，这个问题很重要，因为没有地址的主机是无法在网络中进行通信的。

1．层次结构的地址结构

上一章讨论的局域网采用了平面地址结构(flat addressing)。对不需要进行路由选择的局域网，这种结构非常方便。然而在广域网中，分组往往要经过许多的结点交换机的存储转发才到达目的地。在广域网中每一个结点交换机中都有一个转发表，里面存放了到达每—个主机的路由。显然，广域网中的主机数越多，查找转发表就费时间。为了减少查找转发表所花费的时间，在广域网中一般都采用层次结构的地址(hierarchical addressing)。

最简单的层次结构地址就是把一个用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。前部分的二进制数表示该主机所连接的分组交换机的编号，是第一层地址，而后—部分的二进制数表示所连接的分组交换机的端口号，或主机的编号，是第二层地址，如图6-3所示，网络中的结点交换机分为两种：—种是仅和其他经点交换机相连接的结点交换机；另一种是除了和其他结点交换机相连接，还要和用户主机相连接。这两种交换机的主要区别是：第一种交换机的连接端口都是高速端口(因为交换机之间的线路速率较高)，而第二种交换机还要有—些和主机连接的低速端口。

图6-3 最简单的层次地址

如图6-4所示有三个交换机，其编号分别为1、2和3。每个主机也按接入的交换机和低速端口进行编号。这样，交换机l所接入的两个主机的地址就分别记为［1,1］和［1,3］,即方括弧中的第1个数字表示交换机号而第2个数字表示该交换机的端口号(标注在图中的主机旁边)。如果我们用8个比特来表示主机地址，其中文换机的编号和低速端口的编号都各占4个比特，那么上述两个主机的地址就分组是00010001和00010011.不难看出，采用这种编址方法，每一台主机在整个广域网中的地址一定是唯一的。实际上，在许多情况下，用户和应用程序不必知道这个地址是分层结构的，而可以将这样的地址简中地看成是一个数。

下面我们先看一下结点交换机是怎样进行路由选择的。为简单起见，图6-4小只画出了结点交换机2中的转发表，并只给出了转发表中最重要的两个内容．即一个分组将要发往的目的站，以及分组发往的下一跳(next hop)。

例如，图6-4中有一个欲发往主机[3，2]的分组到达了交换机2。查找转发表后在第3行找出，其下一跳应为“交换机3”。于是按照转发表的这个指示将该分组转发到交换机3。如果分组的目的地是直接连接在本交换机上的主机，则不需要再将分组转发到别的交换机，这时转发表上注明的就是：“直接”。例如，有一个欲发往主机［2,1］的分组到达了交换机2。查找转发表后在第5行找出，其下一跳应为“直接”，表明该分组已经到达了最后一个交换机，而目的主机就连接在这个交换机上。

应当注意，转发表中没有源站地址这一项。这是因为路由选择中的下一跳只取决于数据报中的目的站地址，而与源站地址无关。这是—个很重要的概念，应记住。

2．按照目的站的交换机号确定下一跳

仔细再看一下图6-4就可发现，这种转发表还可进行简化。这是因为只要转发表中目的站的交换机号相同．那么查出的“下—跳”就是相同的。因此在确定下一跳时，我们可以不必根据目的站的完整地址，而是可以仅仅根据目的站地址中的交换机号。所以，若将转发表中的“目的站”定义为“目的主机地址中的交换机号”(即不管主机的编号是多少)，那么转发表就可进一步简化。例如，图6-4交换机2中的转发表中的6行就合并为3行，即将交换机号相同的行合并。

若每个交换机连接10台土机，则简化后的转发表就只有原来的十分之一大小。

采用两个层次的编址方案可使转发分组时只使用第一部分地址，即在进行路由选择时，只根据主机地址中的交换机号。只有到分组到达与目的主机相连的结点交换机时，交换机才检查第二部分地址，并通过合适的低速端口将分组交给目的主机。以后在互联网环境下也要用到这种分层次进行路由选样的原理。

6.2.2 路由表的简化

从上面的讨论可知，所谓广域网的路由问题就是要解决分组在各交换机中应如何进行转发。前面所提到的转发表就是为了解决广域网的路由问题而在交换机中专门设置的。因此，在专门研究广域网的路由问题时，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。至于连接在结点交换机上的主机由于与路由选择无关(因为现在我们是根据主机所连接到的交换机号进行路由选择)，因此在图中一律不画上主机而只剩下各结点交换机。这样得出较简单的图对于讨论路由选择是非常清晰的。

图6-5左边是一个具有4个结点交换机的例子，而右边则是对应的图。图中结点表示交换机，圆圈中的数字就是结点交换机号，连接两结点的边表示连接交换机的链路。

根据图6-5所示的图，可得出每一个结点中的转发表，如图6-6所示。在“下一跳”下面的符号“-”表示就通过“本交换机”直接交付给所连接的主机而不要再转发到其他结点。凡是要经过其他交换结点转发的都是间接文付。

分析图6-6所示的转发表，发现还可再将转发表进一步简化。例如，在结点1的转发表中，当目的站为2、3或4时，分组都是转发到结点3，因而“下—跳”这一列中的“3”是重复出现的。为什么会出现这种情况呢 只要看一下图6-5就知道了。结点1只有—条链路连接到结点3。从结点1发往其他任何结点的分组都只能先转发到结点3。

在较小的网络中，转发表中重复的项目不多。但很大的广域网的转发表中就有可能出现很多的重复项目。这会导致搜索转发表时花费较长的时间。为了消除转发表中的重复项目，可以用一个默认路由(default route)代替所有的具有相同“下一跳”的项目。默认路由比其他项目的优先级低。若转发分组时找不到明确的项目对应，就使用默认路由。在转发表中默认路由的目的站记为符号“*”，使用了默认路由的简化转发表如图6-7所示。

从图6-7可看出，只有超过一个以上的目的站有相同的下一跳时使用默认路由才会使转发表更加简洁，从而减少转发表的搜索时间。

到目前为止，我们已经讨论了怎样查找转发表，找到下一跳。然而我们还没有讨论转发表中的各项目是怎样写入的。如图6-5所示的简单网络，我们稍加观察就能写出所有结点的转发表。但对于大型广域网(如有上百个或更多的结点)情况就不同了。在这种情况下就必须使用合适的路由算法。所谓“路由算法”就是用于产生路由表的算法。有关路由算法的问题我们将在下一章进行讨论。

6.3 异步传递方式ATM

6.3.1 ATM的基本概念

现有的电路交换和分组交换在实现宽带高速的交换任务时，都表现出一些缺点。

对于电路交换，当数据的传输速率及其突发性变化非常之大时，交换的控制就变得十分复杂。对于分组交换，在数据传输速率很高时，协议数据单元在各层的处理成为很大的开销，无法满足实时性很强的业务的时延要求。

但电路交换的实时性很好而分组交换的灵活性很好、因此，宽带综合业务数字网就想采用结合这两种交换方式优点的另一种新的交换技术。

异步传递方式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术，它采用定长分组，能够较好地对宽带信息进行交换。

与“异步”相对应的是“同步”。同步传递方式STN(Synchronous Transfer Mode)是使各个终端之间有称之为帧参考(即时分复用的时间项，而不是数据链路层的帧)的一个共同时间参考(不要和SDH中的同步传递模块STM的缩写弄混)。而异步传递方式则假定各终端之间没有共同的时间参考。在STM中，每一个信道周期性地占用一个帧中的固定的时隙。而在ATM中，每个时隙没有确定的占有者，各信道根据通信量的大小和排队规则来占用时隙。每一个时隙就相当于一个分组．这在ATM中叫做信元(cell)。

ATM的主要优点如下：

(1)选择固定长度的短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(可简称为信头)为5字节。长度固定的首部可使ATM交换机的功能尽量简化，只用硬件电路就可对信元进行处理，因而缩短了每一个信元的处理时间。在传输实时话音或视频业务时，短的信元有利于减小时延，也节约了结点交换机为存储信元所需的存储空间。

(2)能支持不同速率有各种业务。ATM允许终端有足够多比特时就去利用信道，从而取得灵活的带宽共享。来自各终端的数字流在链路控制器中形成完整的信元后，即按先到先服务的规则，经统计夏用器，以统一的传输速率将信元插入到一个空闲时隙内。链路控制器调节信息源进网的速率。不同类型的服务都可复用在一起，高速率信源就占有较多的时隙。交换设备只需按网络最大速率来没置，它与用户设备的特性无关。

(3)所有信息在最低层是以面向连接的方式传送，以保持电路交换适合于传送实时性很强的业务的优点。但对用户来说，ATM既可工作于确定方式(即承载某种业务的信元基本上周期性地出现)，以支持实时型业务；也可以工作于统计方式(即信元不规则地出现)，以支持突发型业务。

(4)AIM使用光纤信道传输。由于光纤信道的误码率极低，且容量很大，因为在ATM网内不必在数据链路层进行差错控制和流量控制(放在高层处理)，这就明显地提高了信元网络中的传送速率。

ATM的一个明显缺点就是信元首部的开销太大，即5字节的信元首部在整个53字节的信元中所占的比例太大。

虽然ATM具有上述的许多优点，但实际上ATM的发展并不如当初预期的那样顺利。这是因为ATM技术复杂且设备的价格较高，同时ATM能够直接支持的应用不多。与此同时，无连接的IP协议的因特网却发展非常快，各种应用与因特网的衔接非常好，设备较便宜，而快速以太网和吉比特以太网又已推向市场，因而ATM目前的应用主要局限于因特网的高速主干网。

—个ATM网络包括两种网络元素，即ATM端点(endpoint)和ATM交换机。ATM端点就是在ATM网络中能够产生或接收信元的源站或目的站。ATM端点通过点到点链路与ATM交换机相连。ATM交换机就是一个快速分组交换机(交换容量高达数百G Bit/s)，其主要构件是交换机构(switching fabric)、若干个高速输入和输出端口以及必要的缓存。出于ATM标准并不对ATM交换机的具体交换机构做出规定，因此现在已经出现了多种类型的ATM交换机构。限于篇幅，本书不讨论ATM文换机的结构。

最简单的ATM网络可以只有一个ATM交换机，并通过一些点到点的链路与各ATM端点相连。较小的ATM网络有少量的ATM交换机，一般都连接成网格状则可以获得较好的连通性。大型ATM网络拥有较多数量的ATM交换机，并按照分级的结构组成网络。

6.3.2 ATM的协议参考模型

制定ATM标准的最主要的组织机构有ITU-T和ATM论坛(ATM Forum)以及IETF等。下面介绍ATM的协议参考模型(图6-8)。

ATM的协议参考模型共有三层，大体上与OSI的最低两层相当(但无法严格与OSl的层次相对应)。

1. 物理层

物理层又分为两个子层。靠下面的是物理媒体相关(Physical Medium Dependent)子层，即PMD子层。PMD子层的上面由是传输汇聚(Transmission Convergence)子层，即TC子层。

(1)PMD子层，它负责在物理媒体上正确传输和接收比特流，它只完成和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等，对于不同的传输媒体，PMD子层是不同的。可供PMD子层使用的传输媒体主要是光纤(单模或多模)，但也可使用铜线(UTP或STP)、同轴电缆或无线信道等。

图6-8 ATM的协议参考模型

(2)TC子层，它实现信元流和比特流的转换，包括速率适配(空闲信元的插入)、信元定界与同步、传输帧的产生与恢复等。在发达时，TC子层将上面的ATM层交下来的信元流转换成比特流．再交给下面的PMD子层。在接收时，TC子层将PMD子层交上来的比特流转换成信元流，标记出每一个信元的开始和结束．并交给ATM层。TC子层的存在使得ATM层实现了与下面的传输媒体完全无关。典型的TC子层就是SONET/SDH。

图6-9 ATM的信元流是怎样装入到—个STM-l帧

图6-9给出了一个例子，说明ATM的信元流是怎样装入到—个STM-l帧(STM-1的速率就是OC-3的速率)中。由于这样的一个帧的字节数太多，因此只能将帧的结构画成为平面形状。—个STM-1帧共有270×9字节，每秒发送8000帧。因此数据率为155.520 M Bit/s。在每—行的270字节中的前9个字节作为开销(overhead)和指针(pointer)之用(其格式相当复杂，这里从略)，这样一帧中的有效载荷(Payload，有人也将此名词译为“净负荷”)是2349字节。由于2349并不是53的整数倍，一个信元会跨过有效载荷的边界，因此需要用指针来指明一个信元的边界在何处。

ATM物理层中的TC子层和许多功能类似于OSI模型中的数据链路层。

2．ATM层

主要完成交换和复用功能，与传送ATM信元的物理媒体或物理层无关。

每一个ATM连接都用信元首都中的标号来识别。标号包括虚通路标识VCI(Virtual Channel Identifier)和虚通记标识符VPI(Virtual Path Identifier)。

一个虚通路VC是在两个或两个以上的端点之间的—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，而这许多虚通路都使用一个虚通道标识符VPI。在一个给定的接口，复用在一个传输有效载荷(transmission payload)上的许多不同的虚通道，用它们的虚通道标识符来识别，而复用在一个虚通道VP中的不同的虚通路，用它们的虚通路标识符VCI来识别。图6-18表示了使用VPI和VCI来识别VP和VC的方法。在一个给定的接口上，由于两个不同的VP的两个VC，可以具有相同的VCI，如图6-10所示的三个不同的虚通道VP都可以使用相同的虚通路标识符VCx或VCy。因此，要同时使用 VPI和VCI这两个参数才能完全识别一个虚通路VC，应当强调指出，一个给定的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，关于这点后面还要讨论。ATM层的功能是：

(1)信元的复用与分用；

(2)信元的VPI/VCI转换(就是将一个个信元的VPI/VCI转换成新的数值)；

(3)信元首部的产生与提取；

(4)一般的流量控制。

图6-10 ATM连接的标识符VCI和VPI

2. ATM适配层

AIM适配层记为AAL(ATM Adaptation Layer)，其作用是增强ATM层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。

ITU-T的I.362规定了AAL向上提供的服务是：

(1)将用户的应用数据单元ADU划分为信元或将信元重装成为应用数据单元ADU；

(2)对比特差错进行监控和处理；

(3)处理丢失和错误交付的信元；

(4)流量控制和定时控制。

ITU-T规定了ATM网络可向用户提供四种类别(class)的服务，从A类别D类。服务类别的划分是根据：比特率是固定的还是可变的；源站和目的站的定时是否需要同步；是面向连接还是无连接。

ITU-T最初规定了四种类别的AAL，分别支持上述的四类服务。但后来就将AAL改分为四种类型(type)，并且一种类型的AAL可支持不止—种类别服务。此外，ITU-T发现没有必要划分开类型3和类型4，于是将这两个类别合并，取名类型3/4，它可支持C类或D类服务。此后又增加一种新的类型，即类型5，用来支持各类服务。

最近，ATM论坛又定义了一 个新的服务类别，即X类。X类是面向连接的，但其通信量的类型和对定时的需求则由用户来定义。

为了方便，AAL层又划分为两个字层，即CS子层和SRA子层，CS子层在上面。

(1) 汇聚子层CS (Convergence Sub layer)它使ATM系统可以对不同的应用(如文件传送、点播现象等)提供不同的服务，每一个AAL用户通过服务访问点SAP(即应用程序的地址)接入到AAL层，在CS子层形成的协议数据单元叫做CS-PDU。

(2) 拆装子层SAR(Segmentation And Reassembly)，在发送时，该子层将CS子层传下来的协议数据单元CS-PDU划分为长度为48字节的单元，交给ATM层作为信元的有效载荷。在接收时，SAR子层进行相反的操作，将ATM层交下来的48字节长的有效载荷装配成CS-PDU。这样，SAR子层就使得ATM层以与上面的应用无关。

图6-11砂漏模型

以上所述可归纳为图6-11所示的砂漏模型(即样子是上下宽，中间窄的砂漏)。这个模型说明ATM层可以支持上面AAL层的许多不同的服务，而在ATM层下面也可以有许多种不同的物理层能够支持ATM。

我们还要指出，上面所讨论的ATM协议参考模型假定了ATM网络拓扑是由点到点链路构成的。当ATM网络包括共享媒体的拓扑时(如使用了已有的局城网)，则在ATM层和物理层之间还应加上一个局城网的MAC层。由于ATM网络最好使用点到点的连接。因此在ATM的协议参考模型中一般都 不会画出ATM层。

最后再强调一下，ATM协议参考模型和OSI的七层协议模型(或原理体系结构的五层协议模型)并没有严格的对应关系。

习 题

1．试从多个方面比较虚电路和数据报这两种服务的优缺点。

2．设有一分组交换网。若使用虚电路，则每一分组必须有3字节的分组首部，而每个网络结点必须为虚电路保留3字节的存储空间来识别虚电路。但若使用数据报，则每个分组要有15字节的分组首都，而结点就不需要保留转发表的存储空间。设每链路每传1 MB需0.01元。购买结点存储器的代价为每字节0.01元，而存储器的寿命为2年工作时间(每周工作40小时)。假定—条虚电路的每次平均使用时间为1000 s，而在此时间内发送200分组，每个分组平均要经过4段链路。试问：采用哪种方案(虚电路或数据报)更为经济 相差多少？

3．假定分组交换网中所有结点的处理机和主机均正常工作，所有的软件也正确无误。试问一个分组是否可能被投送到错误的目的结点(不管这个概率有多小)

如果—个网终中所有链路的数据链路层协议都能正常工作，试问从源结点到目的结点之间的端到端通信是否一定也是可靠的(见下题)

4．有AB和BC两条链路。A经过B向C发送数据。B收到 A发来的数据时，可以先向C转发再向A发确认，也可以把这顺序反地来。也就是说，B要做的三件事的顺序是：接收数据->转发->发确认，或：接收数据->发确认->转发，现假定B在做完第一件事后处理机即出故隙，存储器中所存信息全部丢失，但很快又恢复了工作。试证明：只有采用端到端发确认信息的方法(即从C向A发确认信息)，才能保证在任何情况下数据都能从A经B正确无误地交付到C。

5．广域网中的主机为什么采用层次结构方式进行编址？

6．在广域网中，直接交付和间接交付有何不同？

7．在广域网的转发表中使用默认路由有什么奸处

8．一个数据报分组交换网允许各结点在必要时将收到的分组丢弃。设结点丢弃一个分组的概率为p。现有一个主机经过两个网络结点与另一个主机以数据报方式通信，因此两个主机之间要经过3段接路。当传送数据报时，只要任何一个结点丢弃分组，则源点主机最终将重传此分组。试问：

(a)每一个分组在一次传输过程中平均经过几段链路

(b)每一个分组平均要传送几次

(c)目的主机每收到一个分组，连同该分组在传输时被丢弃的传输，平均需要经过几个链路

9．一个分组交换网其内部采用虚电路服务，沿虚电路共有n个结点交换机，在交换机中为每一个方向设有一个缓存，可存放一个分组。在交换机之间采用停止等待协议，并采用以下的措施进行拥塞控制。结点交换机在收到分组后要发回确认，但条件是：①接收端已成功地收到了此分组：②有空闲的缓存。设发送一个分组需T秒(数据或确认)，传输的差错可忽略不计，主机和结交换机之间的数据传输时延也可忽略不计。试问：分组交付给目的主机的速率最快为多少？

10．为什么X.25分组交换网会发展到帧中继？帧中继有什么优点？试从层次结构上以及结点交换机需要进行的处理过程进行讨论。

11．快速分组交交换和普通的分组交换的区别是什么？

12．帧中继的数据链路连接标识符DLCI的用途是什么？什么是“本地意义”？

13．帧中继的拥塞控制是怎样进行的 承诺的信息速率CIR在拥塞控制中起何作用？丢弃指示比特DE有何用处

14．N-ISDN和B-ISDN的区别是什么？它们对宽带网络的发展起什么作用？

15．共路信令和随路信令有何区别？什么是带内信令和带外信令？

16．为什么说ATM集中了电路交换和分组交换的优点？为什么现在ATM未能够成为宽带网络中最为重要的技术？

17．异步传送方式ATM中的“异步”体现在什么地方？

18．AIM网络中的ATM端点和ATM交换机各有何特点

19．试画出ATM的协议参考模型，并解释各层的作用。

20．写出英文缩写ATM，AAL，PMD，TC，CS，SAR，GFC，VCI，VPI，PT，PTI，CLP，HEC，UNI和NNI的全名，并简单说明其意义。