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  • 三层交换机有何优势?使用三层交换机有何好处?

    三层交换机有何优势?使用三层交换机有何好处?

    今天，小编将在这篇文章中为大家带来三层交换机的有关报道，通过阅读这篇文章，大家可以对三层交换机的优势以及使用三层交换机的好处具备清晰的认识，主要内容如下。 一、什么是三层交换机 三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，工作在OSI网络标准模型的第三层：网络层。三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。 对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。 二、三层交换机的优势 第三层交换机的技术越来越成熟，应用也越来越普及，在一定范围内，其比路由器有很大的优势，但第三层交换机与路由器还是有很大区别，在局域网领域，第三层交换机具有明显优势。 1.子网间传输带宽可任意分配 传统路由器的每个串口都可以连接一个子网，而这种通过路由器进行传输的子网速率就会受到接口带宽的直接限制。第三层交换机则不同，它可以把多个端口定义成一个虚拟网(VLAN)，把多个端口组成的虚拟网作为虚拟网接口，该虚拟网内的信息可通过组成虚拟网的端口发给第三层交换机，由于端口数可任意指定，子网间的传输带宽便没有限制了。 2.合理配置信息资源 因利用第三层交换机连接的网络系统，其访问子网内资源速率和访问全局网中资源速率没有区别，子网设置单独服务器便没有什么意义了。这样，直接通过在全局网中来设置服务器群，在保证内联网宽带传输速率的前提下，不仅可以节省费用，利用服务器集群的软硬件资源优势，更可以做到合理配置和管理所有信息资源。这一点是路由器组网很难办到的。 3.降低成本 在企业网络设计中，由于人们通常只用二层交换机构成同一广播域子网，用路由器进行各子网间的互联，使企业网络形成一个内联网，而路由器的价钱较高，所以支持内联网的企业网络无法在设备上降低成本。目前，人们采用第三层交换机进行内联网络系统设计时，既可以进行任意虚拟子网划分，又可以通过交换机三层路由功能完成子网间的通信，即建立子网与内联子网都可以用交换机完成，大大节省了价格昂贵的路由器。 三、使用三层交换机的好处 除了优秀的性能之外，三层交换机还具有一些传统的二层交换机没有的特性，这些特性可以给校园网和城域教育网的建设带来许多好处，列举如下。 1、高可扩充性 三层交换机在连接多个子网时，子网只是与第三层交换模块建立逻辑连接，不像传统外接路由器那样需要增加端口，从而保护了用户对校园网、城域教育网的投资。并满足学校3~5年网络应用快速增长的需要。 2、高性价比 三层交换机具有连接大型网络的能力，功能基本上可以取代某些传统路由器，但是价格却接近二层交换机。现在一台百兆三层交换机的价格只有几万元，与高端的二层交换机的价格差不多。 3、内置安全机制 三层交换机可以与普通路由器一样，具有访问列表的功能，可以实现不同VLAN间的单向或双向通讯。如果在访问列表中进行设置，可以限制用户访问特定的IP地址，这样学校就可以禁止学生访问不健康的站点。 访问列表不仅可以用于禁止内部用户访问某些站点，也可以用于防止校园网、城域教育网外部的非法用户访问校园网、城域教育网内部的网络资源，从而提高网络的安全。 上述所有信息便是小编这次为大家推荐的内容，希望大家能够喜欢，想了解更多有关它的信息或者其它内容，请关注我们网站哦。

    时间：2021-03-21 关键词： 交换机 三层交换机 网络层

  • ZigBee协议栈网络层的研究与实现

    ZigBee协议栈网络层的研究与实现

    1. 引言 随着科学技术的发展，无线技术逐渐取代有线技术，仅支持静态固定拓扑的无线网络也逐渐被支持动态变化拓扑的无线网络取代。在短距离的无线控制、监测、数据传输领域，通用的技术有802.11、蓝牙、HomeRF等，它们各有自己的优势，但仍然存在功耗大、组网能力差等劣势。为了弥补上述协议的不足，ZigBee联盟于2004年12月中旬推出基于IEEE 802.15.4的ZigBee协议栈。 ZigBee短距离低速无线个域网（Low Rate-Wireless Personal Area Network，LR-WPAN）不仅具有低成本、低功耗、低速率、低复杂度的特点；而且具有可靠性高，组网简单、灵活的优势。本文将介绍ZigBee协议栈并提出网络层的具体实现方案。 2. ZigBee协议栈体系结构 本节将在介绍IEEE 802.15.4标准和ZigBee协议的基础上，重点分析ZigBee协议栈的网络层关键技术及其工作机制。 2.1 IEEE 802.15.4标准 IEEE 802.15.4标准[1]于2003年5月制定完成，它满足国际标准化组织 (ISO)开放系统互连(OSI)参考模型，主要包括物理层、数据链路层。IEEE 802.15.4协议与其他无线网络相比，突出的优点是：组网能力强，适应面广，可靠性高，节能性好。 2.2 ZigBee协议栈 完整的Zigbee协议栈由物理层、介质访问控制层、网络层、安全层和高层应用规范组成。 图1 ZigBee协议栈 如图1所示，ZigBee协议栈的网络层、安全层和应用程序接口等由ZigBee联盟制定。其中安全层（Security）主要实现密钥管理、存取等功能。应用程序接口负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持（ApplicaTIon Sub-layger Support，APS）、ZigBee设备对象（ZigBee Device Object，ZDO）等，实现应用层对设备的管理。 2.3 网络层关键技术 ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能，支持Cluster-Tree，AODVjr，Cluster-Tree＋AODVjr等多种路由算法，支持星形（Star）、树形（Cluster-Tree）、网格（Mesh）等多种拓扑结构。 Cluster-Tree（簇－树）是一种由网络协调器（Coordinator）展开生成树状网络的拓扑结构，适合于节点静止或者移动较少的场合，属于静态路由，不需要存储路由表。AODVjr算法是针对AODV[5,6]（Ad hoc按需距离矢量路由协议）算法的改进，考虑到节能、应用方便性等因素，简化了AODV的一些特点，但是仍然保持AODV的原始功能。表1是两种算法的优缺点比较。 表1 Cluster-Tree和AODVjr的优缺点比较 Cluster-Tree＋AODVjr路由算法汇聚了Cluster-Tree和AODVjr的优点。网络中的每个节点被分成四种类型：Coordinator、RN+、RN－、RFD（RN：RouTIng Node，路由节点；RFD：Reduced FuncTIon Device）。其中Coordinator的路由算法跟RN+相同，Coordinator、RN+和RN－都是全功能节点（FFD: Full FuncTIon Device），能给其他节点充当路由节点；RFD只能充当Cluster-Tree的叶子（Leaf Node）。如果待发送数据的目标节点是自己的邻居，直接通信即可；反之，如果不是自己的邻居时，三种类型的节点处理数据包各不相同：RN+可以启动AODVjr，主动查找到目标节点的最佳路由，且它可以扮演路由代理（Routing Agent）的角色，帮助其他节点查找路由；RN-只能使用Cluster-Tree算法，它可以通过计算，判断该交给数据包请自己的父节点还是某个子节点转发；而RFD只能把数据交给父节点，请其转发。 图2为Cluster-Tree＋AODVjr算法时网络层数据传输示意图。节点E发送数据包给节点D，数字代表各种包发送的时间先后次序。从图中可以看出，节点E的类型是RFD，它只能将数据DATA传送给其父节点C。C的类型是RN+，所以它先把数据放入缓存后，再通过组播AODVjr路由请求包RREQ查找到节点D的路由，节点D再通过单播沿最短的路径D-B-C给节点C回复AODVjr路由应答包RREP。节点C找到路由后，把缓存数据沿C-B-D发送给节点D，节点D再沿D-B-C-E发送确认包ACK给节点E，节点E收到确认包后，整个通信过程结束。 图2 网络层数据传输示意图 3.网络层实现 作者已在符合IEEE 802.15.4的硬件平台上实现ZigBee协议栈，成功研发出ZigBee开发包（ZigBee Development Kit，ZDK）,验证了其可行性。同时，根据一些特定的应用将算法改进，取得良好的运用效果。本节将重点介绍ZigBee网络层的实现。 3.1无线模块的设计 根据不同类型节点功能不同的特点，作者在不同的硬件平台设计模块。设计制作的ZigBee系列模块完全满足IEEE 802.15.4和ZigBee协议的规范要求，符合ISM/SRD规范，通过美国FCC认证。模块集无线收发器、微处理器、存储器和用户API等软硬件于一体，能实现1.0版ZigBee协议栈的功能。Coordinator可以连接使用ARM处理器开发的嵌入式系统，功能较多的路由节点（RN+，RN-）由高档单片机充当，功能较少的叶子节点（RFD）使用普通的单片机。模块还可以根据实际需要，工作在不同的睡眠模式和节能方式。 图3是模块的硬件设计框图，射频芯片采用Chipcon公司生产的符合IEEE 802.15.4标准的模块CC2420；控制射频芯片的微处理器，可以根据需要选择Atmel公司的AVR系列单片机或者Silicon Labs公司的8051内核单片机。单片机与射频芯片之间通过SPI进行通信，连接速率是6Mbps。单片机与外部设备之间通过串口进行通信，连接速率是38.4kbps。单片机自带若干ADC或者温度传感器，可以实现简单的模数转换或者温度监控。为了方便代码移植到不同的硬件平台，模块固件采用标准C语言编写代码实现。 图3 ZigBee模块框图 3.2网络的建立 ZigBee网络最初是由协调器发动并且建立。协调器首先进行信道扫描（Scan），采用一个其他网络没有使用的空闲信道，同时规定Cluster-Tree的拓扑参数，如最大的儿子数（Cm）、最大层数（Lm）、路由算法、路由表生存期等。 图4 节点加入及脱离网络握手示意图 图4是设计的节点加入及脱离网络握手示意图。协调器启动后，其他普通节点加入网络时，只要将自己的信道设置成与现有的协调器使用的信道相同，并提供正确的认证信息，即可请求加入（Join）网络。一个节点加入网络后，可以从其父节点得到自己的短MAC地址，ZigBee网络地址以及协调器规定的拓扑参数。同理，一个节点要离开（Leave）网络，只须向其父节点提出请求即可。一个节点若成功地接收一个儿子，或者其儿子成功脱离网络，都必须向协调器汇报。因此，协调器可以即时掌握网络的所有节点信息，维护网络信息库（PIB，PAN Information Base）。

    时间：2020-09-09 关键词： Zigbee 网络层

  • 网络层协议有哪些

    网络层协议有哪些

    　　网络层协议有哪些 　　OSI是一个开放性的通信系统互连参考模型，他是一个定义得非常好的协议规范。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。 OSI的7层从上到下分别是 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 ；其中高层（即7、6、5、4层）定义了应用程序的功能，下面3层（即3、2、1层）主要面向通过网络的端到端的数据流。 　　 　　应用层 　　与其它计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例：TELNET，HTTP，FTP，NFS，SMTP等。 　　表示层 　　这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASCII等。 　　会话层 　　它定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向消息的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。 　　传输层 　　这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。 　　网络层 　　这层对端到端的包传输进行定义，它定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP，IPX等。 　　数据链路层 　　它定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。 　　物理层 　　OSI的物理层规范是有关传输介质的特这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、帧、帧的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：Rj45，802.3等。

    时间：2020-08-06 关键词： 网络层

  • 网络层的主要功能

    网络层的主要功能

    　　什么是网络层 　　网络层是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间，它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。主要内容有：虚电路分组交换和数据报分组交换、路由选择算法、阻塞控制方法、X.25协议、综合业务数据网（ISDN）、异步传输模式（ATM）及网际互连原理与实现。 　　 　　网络层的功能目的 　　网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是“路径选择、路由及逻辑寻址”。 　　为了说明网络层的功能，如图4.1所示的交换网络拓扑结构，它是由若干个网络节点按照任意的拓扑结构相互连接而成的。网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式。网络层从物理上来讲一般分布地域宽广，从逻辑上来讲功能复杂，因此是OSI模型中面向数据通信的下三层（也即通信子网）中最为复杂也最关键的一层。 　　 　　网络层的主要功能 　　1.异构网络互联 　　所谓网络的互联是指将两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一种或者多种通信处理设备（中间设备）相互连接起来，以构成更大的网络系统 　　物理层中继系统：中继器，集成器。 　　数据链路层：网桥或者交换机。 　　网络层中继系统：路由器。 　　网络层以上的中继系统：网关 　　2.路由与转发 　　路由选择：指按照复杂的分布式算法。根据从各相邻路由器所得到的关于整个网络的拓扑情况，动态地改变所选择的路由 　　分组转发：指路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。 　　3.拥塞控制 　　由于出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞。

    时间：2020-08-06 关键词： 网络层

  • 网络层和传输层的区别

    网络层和传输层的区别

    　　在协议栈中，传输层协议为不同主机上运行的进程提供逻辑通信，而网络层协议为不同主机提供逻辑通信。这个区别很微妙，但却非常重要。下面我们用一家人作为类比来说明一下这个区别： 　　假设想有两所房子，一个位于东海岸而另一个位于西海岸，每所房子里都住着10个小孩。东海岸的房子里的小孩和西海岸房子里的小孩是堂兄妹。两所房子里的孩子喜欢互相通信——每个孩子每周都给每一个堂兄妹写一封信，每一封信都由老式的邮局分别用信封来寄。 　　这样，每一家每周就都有100封信要送到另一家（这些孩子如果可以用电子邮件的话就可以省掉很多钱了！）在每一家里面。都由一个孩子——西海岸的房子里的Ann和东海岸房子里的BilI——负责邮件的收集和分发。每周Ann都从她的兄弟姐妹那里收集信件，并将这些信件送到每天都来的邮递服务员那里。当信件到达西海岸的房子，Ann又将这些信件分发给她的兄弟姐妹。BilI在东海岸有着同样的工作。 　　在这个例于中，邮递服务提供着两所房子之间的逻辑通信——邮递服务在两所房子之间传递邮件，而不是针对每个人的服务。另一方面，Ann和BilI提供堂兄妹之间的逻辑通信——Ann和BilI从他们的兄弟姐妹那里收集邮件并将邮件递送给他们。注意，从这些堂兄妹的角度看，Ann和BilI是邮件的服务人，尽管他们俩只是端到端寄送服务的一部分（终端系统部分）。 　　 　　这个例子是传输层和网络层之间的关系的一个形象比喻： 主机（也称为终端系统）=房子 进程 = 堂兄妹 　　应用程序消息 = 信封里的信 　　网络层协议 = 邮递服务（包括邮递员） 传输层协议 = Ann和Bill 　　继续这个例子，Ann和Bill各自在他们的家中做所有的工作： 　　他们不负责各个邮递中心的邮件分类工作以及将邮件从一个中心送到另一个中心的工作。这正与传输层协议在终端系统中的作用一样。在一个终端系统中，传输层协议将应用进程的消息传送到网络边缘（也就是网络层），反之亦然：但是它并不涉及消息是如何在网络层之间传送的工作。事实上，中间路由器对于传输层加在应用程序消息上的信息不能做任何识别和处理。 　　继续这个例子，假设Ann和Bill都去度假了，另外一对堂兄妹——Susan和Harvey代替——他们来提供家庭内部的邮件收取和分发工作。不幸的是，Susan和Harvey所提供的收集和分发工作与Ann和Bill所提供的不完全相同。对于年龄更小的Susan和Harvey来说，他们收集和分发邮件的频率比较少，而且偶尔会发生丢失信件的事情。 　　这样，这一对堂兄妹Susan和Harvey提供了一套不同于Ann和Bill的服务（也就是说，服务模型不同）。打比方来说，正如一个计算机网络可以接受不同的传输层协议一样，每一个协议为应用程序提供不同的服务模型。 　　Ann和Bill所能提供的服务明显受限于邮递服务所提供的服务。例如，如果邮递服务并不提供在两所房子之间传递邮件所需要的最大时限（如3天），那么Ann和Bill也就不能保证各个堂兄妹之间的邮件的最大延迟。 　　同样，传输层协议所提供的服务也通常受限于位于其下方的网络层协议。如果网络层协议不能提供主机之间传送的PDU的延迟和带宽保证，那么传输层协议也不能提供进程之间传送的消息的延迟和带宽保证。

    时间：2020-08-06 关键词： 传输层 网络层

  • 一文看懂数据链路层和网络层的区别

    一文看懂数据链路层和网络层的区别

    　　网络层的概念 　　网络层是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间，它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。主要内容有：虚电路分组交换和数据报分组交换、路由选择算法、阻塞控制方法、X.25协议、综合业务数据网（ISDN）、异步传输模式（ATM）及网际互连原理与实现。 　　网络层的主要功能 　　1.异构网络互联 　　所谓网络的互联是指将两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一种或者多种通信处理设备（中间设备）相互连接起来，以构成更大的网络系统 　　物理层中继系统：中继器，集成器。 　　数据链路层：网桥或者交换机。 　　网络层中继系统：路由器。 　　网络层以上的中继系统：网关 　　2.路由与转发 　　路由选择：指按照复杂的分布式算法。根据从各相邻路由器所得到的关于整个网络的拓扑情况，动态地改变所选择的路由 　　分组转发：指路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。 　　3.拥塞控制 　　由于出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞。 　　数据链路层的概念 　　数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。 　　移动通信系统中Uu口协议的第二层，也叫层二或L2。 　　数据链路层的功能 　　链路层是为网络层提供数据传送服务的，这种服务要依靠本层具备的功能来实现。链路层应具备如下功能： 　　①链路连接的建立，拆除，分离。 　　②帧定界和帧同步。链路层的数据传输单元是帧，协议不同，帧的长短和界面也有差别，但无论如何必须对帧进行定界。 　　③顺序控制，指对帧的收发顺序的控制。 　　④差错检测和恢复。还有链路标识，流量控制等等。差错检测多用方阵码校验和循环码校验来检测信道上数据的误码，而帧丢失等用序号检测。各种错误的恢复则常靠反馈重发技术来完成。 　　数据链路层的作用 　　1、为IP模块发送和接收IP数据报。 　　2、为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答。 　　3、为RARP发送RARP请求和接收RARP应答。 　　数据链路层和网络层的区别 　　作用不同：数据链路层实现具体的传输~（仅仅高于物理层而已）而网络层是实现网络功能。 　　传输单元不同：（明显的不同）网络层是大名鼎鼎的IP包，DL层则是数据FRAME 　　协议不同：网络层就是IP协议，数据链路层协议则很多。HDLC和PPP等等。　网络中程序员多数考虑的是网络层。

    时间：2020-07-22 关键词： 数据链路层 网络层

  • Wi-Fi传感器在物联网领域有什么应用

    Wi-Fi传感器在物联网领域有什么应用

    将物联网生态系统可视化的一种方法是将其分为三层。首先，我们有一个物理层，包括分布在特定环境中的传感器或设备。这些设备的作用是收集（有时利用）物联网数据。车辆的位置、房间的温度、负载的重量——所有这些数据都由所述设备收集，然后进行汇总和数字化，以便进一步处理和分析。 这将我们带到第二层——网络层。无线连接将大量设备连接到某种分析平台或引擎，然后可以对其进行处理以将其转变为切实的业务见解。分析平台或引擎构成了第三层——应用层。 让我们把注意力集中到网络层。哪种技术最适合提供这种连接？蓝牙、Z-Wave、Zigbee和LoRaWAN都是无线通信技术，已经被用于物联网生态系统。但最受欢迎的，也是消费者最熟悉的，是Wi-Fi。 那么，为什么嵌入式物联网设备对WI-FI青睐有加？ 一个关键因素是成本。随着宽带网络的日益普及，网络连接成本也越来越低。因此，越来越多的设备和传感器能够内置WI-FI也就理所当然了。与许多竞争性连接技术相比，Wi-Fi还提供了更大的覆盖范围。 然后是易于设置和管理。特别是在诸如医疗保健可穿戴设备和智能家居设备之类的消费者环境中，Wi-Fi网络是熟悉且成熟的。 然而，物联网生态系统中的Wi-Fi传感器并非没有挑战。与其他形式的连接方式相比，Wi-Fi传统上是一种更耗电的技术，因此要在物联网使用情形中保持实用性，就必须设计得尽可能节能。在典型物联网生态系统中部署支持WI-FI的传感器可以直接插入电源，充电电池或电池供电，但后者对功耗比较敏感。 随着物联网的不断扩展以及对物联网生态系统带宽需求的不断增长，Wi-Fi传感器的设计者和制造商将需要优先考虑电源问题。

    时间：2020-04-30 关键词： 物联网 网络层

  • 城域网路由器网络层可靠性技术

    城域网路由器还有很多值得我们学习的地方，这里我们主要介绍如何保证城域网路由器网络层可靠性技术，宽带业务快速发展，给传统电信业和IT业带来了深刻的变革。多业务、多网络的融合已经成为不可逆转的趋势。宽带城域网作为城域网路由器内的主要网络实体将成为3G、NGN以及其它新兴增值业务的承载平台。 　　3G、NGN这类实时的语音和视频应用，要求城域网路由器提供服务质量保证和类似于传统电信技术99.999%的电信级网络可靠性要求。同时，激烈的竞争也推动运营商向客户提供类似SLA有服务质量保证的服务，网络可靠性是其中的首要也是最重要的指标。通过提高网络的可靠性，运营商可以通过提供差别化的服务，在运营商之间的竞争中占居有利的地位，进一步树立和巩固企业的品牌形象。 　　城域网路由器的可靠性体现在以下两个方面，一个是设备层的可靠性，另一个是网络层的可靠性。网络可靠性是城域网路由器可靠性保障的一个重要内容，由于传统的路由器协议收敛比较慢(IGP在秒级，BGP在分钟级)，不能满足承载实时业务的需求。网络可靠性也是城域网路由器新技术比较活跃的领域。目前新出现的网络层可靠性技术主要有IP路由快速收敛、端到端LSP备份、MPLS快速重路由、平稳重启等。 　　IP路由快速收敛 　　IP动态路由是最基本的网络层可靠性保障机制，是IP路由网络与生俱来的功能。IP动态路由协议负责进行网络层IP转发路径计算，在链路或者节点发生故障导致原数据转发路径中断时，路由协议对数据转发路径进行动态重新计算，虽然各种路由协议通过采用不同的机制，其响应时间有差别，但是平均水平在秒一级。对于传统IP业务这个恢复时间可以接受，但是对于承载实时业务等多业务的电信级IP网来说要求毫秒级恢复响应时间，传统IP动态路由技术和这一要求有很大差距。 　　在传统路由协议的基础上，进行改进可以缩短IP路由协议的故障响应时间，这些措施主要是加快路由协议的收敛。加快路由协议收敛速度可以分为链路故障检测、路由重计算、路由信息更新等几个方面考虑。通过加快链路之间Hello消息的发送频率，加快SPF计算速度和为路由更新消息设定高优先级，路由协议可以快速发现、处理故障，并且准确快速地进行路由更新，加快路由协议的收敛，通过优化IGP路由协议可以实现小于1s的收敛。另一种加快路由协议收敛的方法是采用IGP和EGP对网络进行合理的层次规划，IGP进行域内设备的路由，EGP(BGP4)承载外部路由，两种路由之间进行有效隔离，不相互进行重分配。IGP和BGP的合理分工，形成了一个层次化的路由结构，域内和域间路由协议的收敛相互独立，互不影响，可以实现最快速度收敛。 　　LSP保护切换 　　保护切换是ITU-T采用的术语，保护切换技术对于提高MPLS网络的可用性和稳定性具有关键意义。保护切换一般对受保护LSP路由的预计算和资源的预分配，所以可以保证在LSP连接失效或者中断后可以快速重新获得网络资源。目前技术的发展只可以支持对点到点LSP的保护切换，保护可以采用两种方式：1+1保护和1：1保护。 　　1+1保护使用一条专用的备份LSP作为主LSP保护，在IngressLSR处，主LSP和备份LSP桥接在一起，主LSP上的流量复制到备份LSP上同时传送到EgressLSR，EgressLSR根据故障指示参数的取值，选择接收主备LSP上的流量。 　　1：1保护时也使用专用的备份LSP作为主LSP的保护，但是主备LSP不同时传送相同的流量，备份LSP在主LSP工作正常的前提下可以传送其它流量，流量的保护切换裁决在IngressLSR进行。

    时间：2011-02-10 关键词： 路由器 城域网 可靠性技术 网络层

  • 无线Mesh网网络层和MAC层相关研究

    0 引言    Mesh网起源于海湾战争时期美国的军事领域，作为一种新型的公共无线城域网解决方案，已经在美国等地被广泛用于市政、公共安全、教育、医疗、物流等领域。它提供持续的连接，并且当链路中断或者阻塞时可以通过“多跳”的形式从一个节点跳到另一节点，直到目的地址。与其他网络不同的是Mesh网的各个组成部分通过多跳的形式彼此连接，一般来说这些节点是不移动的(这点与adhoc网络不同)。Mesh 网可以看作是adhoc网络的一种。因此移动adhoc网(MANet)和mesh网之间有紧密联系。但移动adhoc网还需要考虑各个节点的移动性。1 WMN网络特点    无线网状网(WMN)是移动adhoc网络的一种特殊形态，它继承了adhoc网络的特点，具有自配置、自组织与自管理等特性，能以很低的发射功率提供无处不在的宽带服务。WMN是动态自组织自配置的网络系统。其网络节点能够自动形成类似于adhoc一样的网络并保持网络的连通。因此，WMN不仅是adhoc网络的另一种形态，而且能使adhoc网络更多样化。2 WMN中的MAC层2．1 WMN与无线网络的不同    WMN网络的MAC协议与典型的无线网络的MAC协议是不一样的。WMN的MAC协议关注的是大于一跳时的通信。典型的MAC协议仅局限于单跳通信而路由协议则需考虑多跳通信的问题。该假设使协议设计简单化。但是这种方法不适用WMN，因为在WMN内数据的发送和接收不仅受单跳节点的影响，两跳甚至多跳外的节点都有影响。多跳无线局域网中的隐藏节点问题就是个例子。MAC层是分布式互相协作共同完成多点到多点间的通信。在WMN网络中，没有中央控制器。 MAC功能通过分布式的方法来完成。所以MAC协议在传输时能保证所有的节点相互协作，任何具有Mesh网络功能的网络节点都能与其邻居节点通信。因此，在这些节点之间可以建立多点对多点通信。网络的自组织性对MAC层来说是必需的。2．2 在单通道MAC层中改进现有的MAC协议    通过提高CSMA／CA协议，人们提出了很多多跳adhoc网络的MAC协议。这些方案通常都是调整CSMA／CA参数，比如调整竞争窗口的大小或者更改回退机制等。这些方案可提高单跳通信机制的吞吐量。但对于像WMN这样的多跳网络来讲，那些方案并不能显著减少相邻节点之间竞争的可能。一旦竞争频繁发生，就不停的有回退等待的情况，由于各节点之间的累积效应，端到端的吞吐量会显著下降。2．3 为单通道MAC层提出新的MAC协议    为从根本上解决WMN网络端到端之间吞吐量低的问题，必需提出新的设计方案。到目前为止几乎没有TD-MA或者CDMA的MAC协议是针对WMN提出的。这可能有两方面原因：一方面是因为用TDMA或者CDMA开发一个分布式相互协作的MAC协议非常复杂，开销很大。另一方面可能由于TDMA或者CDMA与目前的MAC协议存在兼容性问题。例如，IEEE802．16中，最初的MAC协议都是TDMA方案。适用于IEEE802．16的分布式TDMAMAC协议仍在研究。在基于IEEE802．11的wMN中，如何设计一个涵盖CSMA／CA的分布式TDMAMAC协议还是一个相当有挑战的问题。因为要设计一个分布式TDMA或者CSMAMAC协议有许多问题需要考虑，比如基于网络拓扑和功率控制的网络自组织能力等。2．4 多通道MAC协议    多通道MAC能在多种不同的硬件平台上实现，在各平台上实现的方式也有所不同。如果主要关注成本和兼容性，那么多通道的无线单收发机是首选的硬件平台。该网络中每个网络节点一次只能使用一个收发机和一条信道。然而，为了提高系统容量，不同节点可能同时使用不同信道。为了协调该情况下不同节点之间信息的发送，就需要多信道MAC协议。    每个网络节点在多无线电MAC体系中都有各自的MAC层和物理层。这些无线电之间的通信是完全独立的。因此，虚拟的MAC协议比如多射频MAC协议 (MUP)要求在MAC层顶端以便协调各通道之间的通信。事实上一个无线电可以有多条信道。然而为了简化设计和应用，每个无线电只用一条信道。3 WMN中的网络层3．1 设计路由协议    尽管目前adhoe网络已有许多路由协议，但是专门为WMN网络设计路由协议仍然有其积极意义。首先，新的性能指标需要去开发和利用以提高路由协议的性能。另外，现存的路由协议仍有很多的局限性。此外，必须考虑跨层交互以提高WMN网络中路由协议的性能。更重要的是WMN和adhoc网络对节点的功率和移动性都存在很大的区别。在WMN网络中，骨干网中的网络节点几乎不移动并且在功耗方面没有限制，而客户端节点对移动性和功率等都要考虑。3．2 WMN网络的路由协议    基于对现存adhoc网络路由协议性能和WMN网络需求的特殊性的考虑，WMN网络理想的路由协议必须包括性能指标，具有链接失败负载平衡的容错能力，可测量性以及支持Mesh路由器和客户端等特点。许多现存的路由协议都用最小跳数作为路由选择的标准。该方案已被证明在很多情况下并不是最好的方法。假设两个具有最小跳数的节点之间链路质量很差，如果用最小跳数作为选择标准的话，这两个节点之间的吞吐量将会很低。为了解决该问题，性能指标还需要考虑链路质量问题。一旦发生拥塞现象，最小跳数也不是精确的性能指标。通常往返时间(RTT)也是衡量网络性能的一个性能指标。路由路径的选择需要考虑多个性能指标。    设计WMN网络时目标之一是保证链接失败后网络的健壮性。如果某条链路断开了，路由协议要迅速找到另一条链路以避免服务中断。WMN网络的另一个目标是实现不同用户之间网络资源的共享。当部分WMN网络发生拥塞时，新的数据流应避开该部分网络。性能指标如RTT等有助于实现负载平衡，但并不是总是有效，因为RTT可能被链路质量所影响。在大范围的无线网络中建立一条路由路径可能需要很长时间，并且端到端的延迟会增大。此外，即使路由路径已建立，路径上各网络节点的状态也会变动。因此，在WMN网络中测量路由非常困难。考虑骨干网中路由器几乎不移动和没有功耗限制的特点，路由器的路由协议可以设计的比现存的 adhoc路由协议简单的多。但是对客户端来说，路由协议必须有adhoc路由协议的全部功能。因此，有必要为WMN网络设计有效的路由协议使其不仅适应路由器同时也支持客户端。3．3 网桥和路由    网桥用于控制数据流。其工作于MAC层，网桥是一个相关的数据移动的过程，依赖于三个F：泛洪搜索(Flood-ing)，转发(Forwarding)，过滤(Filtering)。网桥是通过创建端口地址表来运作的。当网桥中的某个端口收到数据帧时，它检查其目的地址并与端口地址表比较。如果网桥不能找到合适的目的地址它会以泛洪的方式向周围的所有端口发送帧。另外，网桥关注数据帧的源地址和帧进入网桥的端口，利用该信息更新它的端口地址表。    路由方法是网络层控制数据流的方法。与第二层MAC层的网桥相比，有两个关键的不同之处，一是网桥是自适应设备，而路由要手动配置。从本质上来讲网桥是一个即插即用设备，安装好后无需手动配置。而路由器需要为每个接口定义地址以及其他的配置数据，或手动输入数据或从先前定义的配置列表中选择。第二个不同是路由器可以平衡通信量改变路由，因此路由器需要能通过网络改变数据流的机制。路由器使用路由协议使数据从源地址通过中间设备发送至目标地址。当通信阻塞或者现存的路径不起作用时中间路由器能改变路由寻找更合适的路径。相比较而言，位于第二层的网桥只能简单的检查MAC地址或者转发，泛洪搜索或过滤数据包，而不能改变数据流的发送路径。4 总结    到目前为止，多跳adhoc网络的可扩展性问题一直没能很好解决。大部分现存的基于CSMA／CA的MAC协议只能解决部分问题。除了CSMA／CA技术，如果开发一套分布式方案能部分消除TDMA或CDMA在adhoc网络应用中的困难，那么基于TDMA和CDMA的网络技术也可应用于WMN。为了设计一个可扩展的MAC方案使之适用于WMN网络，还需考虑论文先前讨论的WMN网络与无线局域网的区别。关于WMN的扩展性可以在MAC层中通过两种方式实现。第一种是改善现存的MAC协议或者提出新的MAC协议以提高单信道网络节点间端到端的吞吐量。第二种方式是允许每个网络节点能多信道传输。在以后的研究中，将分别研究现存的单信道MAC协议和多信道MAC协议。IEEE802．11协议是一项广泛应用于WMN网络的无线电技术，因此以后研究的焦点也会集中在IEEE802．11MAC协议，例如带RTS／CTS的CSMA／CA协议。多播应用中的路由是另一个重要的研究课题。对于该路由协议研究先前只关注第三层的功能，这样的路由协议可能不能满足当前状况。第二层的MAC协议和第三层的路由协议之间应采用多种性能指标。然而媒体访问控制和路由的交互如此紧密仅仅靠改变协议层的一些参数是远不够的，或许融合媒体访问控制和路由的部分功能是个有效的方法。

    时间：2009-10-12 关键词： 无线 mac mesh 网络层

  • ZigBee协议网络层的设计与实现

    1 引言 Zigbee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，主要用于近距离的无线通信，由于具有低功耗、低成本、可扩展以及良好的互操作能力等特性，在工业自动化、建筑自动化以及工业无线领域占有重要地位[1][2][3]。ZigBee联盟[4]成立于2001年8月，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司等四大公司加盟ZigBee联盟，这一事件成为ZigBee技术的里程碑。到目前为止，加盟ZigBee联盟已经涵盖IT领域以及其它行业的200多家企业，其中还包括来自我国的华为技术有限公司和中国科学院沈阳自动化研究所。2 协议栈架构Zigbee协议栈软件采用C语言编写，开发环境采用AVR Studio4.12，硬件平台采用的单片机为Atmega128，射频模块采用CC2420。采用的标准是ZigBee 1.0规范[5], 整个协议栈软件采用单线程，考虑到Atmega128内部RAM只有4K的空间，因此，各模块之间采用共享缓冲区进行通信。Zigbee协议栈软件的架构如图1所示。每个模块具有一个执行函数，用于接收来自底层模块的数据。在数据接收阶段，底层模块将接收到的数据帧在本层解析后，将需要向上层模块发送的数据存放在共享的接收缓冲区，同时通过全局变量的形式向上层模块提供指示原语；在上层模块的执行函数中，首先通过判断来自底层模块的指示原语确定是否存在来自其它节点的数据，如果存在则解析并处理，同时将需要传递给更高模块的数据放入接收缓冲区，同样通过指示原语通知更高层模块。 图1 Zigbee协议栈软件架构3 网络层的设计与实现网络层通过两个服务实体分别提供两类服务，它们分别是网络层数据服务和网络层管理服务。1) 数据服务实体：提供数据服务，主要负责数据的发送和接收；2) 管理服务实体：提供管理服务，主要负责网络层的管理和维护，包括网络的发现和创建，设备的加入和离开以及路由的创建与维护。3.1 数据发送和接收网络层的数据服务实体负责数据的接收和发送，接收处理模块负责接收数据，发送处理模块负责发送数据。数据接收和发送处理模块的功能和工作流程如下：1) 数据接收处理模块接收处理模块负责从下层接收数据，解析报文的网络层头部，分情况做相应的处理：如果是重复报文，则丢弃；如果是发给本节点的数据报文或者广播报文，则交给上层处理；如果是需要本节点转发的报文，则将报文交给发送处理模块处理。2) 数据发送处理模块发送处理模块负责从上层或者接收处理模块中接收数据，根据不同的情况做相应的处理：如果报文的剩余跳数不大于0，则视为“死报文”，丢弃之; 否则需要进行报文发送。首先查找路由表，如果找到了到目的节点的有效路由表项，则根据路由信息将报文发送出去；如果没有，则根据报文的路由发现选项决定是否进行路由发现，以及是通过树型路由发送报文还是等待路由回复消息到达后再发送报文，具体的我们将在3.3节的路由发现和维护中进行详细说明。3.2 网络设备管理 ZigBee的网络中包括协调器设备、路由设备和终端节点设备，其中，协调器设备负责创建网络，路由设备可以参与网络路由和数据转发但是终端节点设备只能作为叶子节点而不能参与路由。设备管理主要包括网络的发现和创建以及节点的加入和离开。节点进行网络通信的第一步是由协调器设备负责创建网络。协调器节点首先进行信道扫描来进行网络发现，根据扫描结果，选择一个最佳的空闲信道并在该信道上创建网络。在协调器节点创建网络后，非协调器节点就可以加入网络了。具体的步骤如下：1）进行网络发现。如果指定了PANID（Personal Area Network ID,个域网ID），则发现相应ID的个域网才进行加入，否则，加入到最先扫描到的网络。2）选择合适的父节点，发送加入网络请求。从邻居节点中选择合适的节点作为自己的父节点，并向其发出加入网络的请求。3）加入网络。通过父节点加入网络，并获得一个16位的网络层地址。 协调器节点创建网络或者非协调器节点加入网络，其实现的难点和关键在于进行网络发现。我们通过设计有限状态机的方法来进行网络发现，其状态转换如图2所示。 图2 网络发现状态转换图转换图中共有5个状态，各个状态定义如表1所示：表1网络发现状态定义节点可以通过发送LEAVE_REQUEST请求原语离开网络，也可以通过发送LEAVE_REQUEST请求原语让别的节点离开网络。当节点收到LEAVE_REQUEST请求（来自本节点的应用层或者来自其他节点）时，执行离开网络操作：首先，节点发送离开指示报文LEAVE_INDICATION给所有的邻居节点；然后，邻居节点收到LEAVE_INDICATION后,将该节点从邻居表和路由表等信息中移除；最后，清空本节点网络层信息，离开网络。图3 收到路由请求命令报文后的处理流程3.3 路由路由，作为网络层的核心功能之一， 它的设计与开发直接影响着网络的性能，这也是整个协议开发的重点和难点。下面我们将对路由协议的设计，路由发现以及维护分别进行介绍。当且仅当一个节点要单播发送数据报文但是当前路由表中没有到目的节点的有效路由时，节点向外广播发送路由请求报文RREQ(Route Request)进行路由发现。节点收到路由请求报文后的详细处理流程如图3所示。当节点收到路由回复报文时，首先查找路由表和路由发现表看是否有对应的项，如果有则更新路由表和路由发现表。如果该节点地址不等于路由回复报文命令负载中的发起节点地址，则需要继续转发该路由回复。节点收到路由回复报文后的详细处理流程如图4所示。 图4 收到路由回复命令报文后的处理流程4 结论根据ZigBee协议国际规范，设计和开发了具有我国自主知识产权的ZigBee协议栈。本文，我们针对Atmega128闪存空间有限的特点设计了合适的协议栈软件架构；并且重点对协议栈网络层进行了详细的介绍，主要包括服务实体的定义和划分、网络层的功能描述和实现（如数据收发、设备管理以及路由发现与维护）。本文作者创新点：为了在有限存储空间上实现ZigBee规范定义的诸多功能，设计实现了共享缓冲区进行数据收发；针对无线网络的链路特点，设计实现了适用于工业环境的无线Mesh网络路由协议，在进行路径选择的时候充分考虑链路质量因素，提高了选路的可靠性。

    时间：2009-07-08 关键词： 协议 Zigbee 网络层

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