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1、第6章 广域网6.1 广域网的基本概念 6.1.1广域网的产生 局域网主要完成工作站、终端、服务器等在较小物理范围内的互联，只能解决局部的资源共享。,以太网等局域网技术无法支持远程传输;企图通过大量设备级连将局域网扩展到超远距离是不现实的;即使可以扩展局域网的范围，但普通组织没有专用的长距离线路.,当相距遥远的局域网互相连接起来，远距离传输数据、语音、视频等，实现大范围的资源共享时，就需要另一种结构的网络，即广域网。,早期：基于电信运营商的通信网络设施建立远程连接（家庭拨 号上网），在相距遥远的局域网之间建立连接。现代：多数用光纤技术,广域网是由一些结点交换机以及连接交换机的链路组成。 结点交
2、换机的交换方式采用报文或分组存贮转发方式。结点之间都是点到点连接。 从层次上考虑，局域网使用的协议主要在数据链路层，而广域网使用的协议可达网络层。,图6-1-1 由局域网和广域网组成互连网,广域网和局域网都是互连网的重要组成构件。 互连网必须使用路由器来连接，而广域网是使用结点交换机来连接。 广域网中链路一般采用光纤线路或点对点的卫星链路等高速链路，其距离没有限制。这些结点交换机和它们之间的链路一般由电信部门提供，网络由多个部门或多个国家联合组建而成。,广域网连接方式,X.25/帧中继/ATM 点对多点,PSTN/ISDN,分组交换方式,电路交换方式,专线方式,异步/同步专线 点对点协议：PP
3、P，帧中继,点对点,专线连接方式,运营商传输设备,运营商通信网,运营商传输设备,DTE,DTE,DCE,DCE,远程线路,点到点永久性独占线路，固定带宽DTE是客户端设备，DCE是服务器端，运营商设定带宽。链路层常使用HDLC、PPP 、SDLC（IBM协议）等,本地线缆,本地线缆,接入线路,接入线路,用户路由器,用户路由器,租用线路,DDN,模拟专线：半永久性地租用电话线路数字专线：半永久性地租用电信网络的子信道，如DDN昂贵，只适用于企业用户,电路交换连接方式,按需拨号建立连接，独占线路，带宽固定典型技术：PSTN、ISDN、ADSL,广域网交换机,运营商通信网,广域网交换机,DTE,DT
4、E,DCE,DCE,远程交换电路,本地线缆,本地线缆,接入线路,接入线路,用户路由器,用户路由器,电路交换线路,PSTN、 ISDN、ADSL,低速，不超过144kb/s主要用于：家庭上网、移动/远程用户连接企业LAN等,分组交换连接方式,典型技术：X.25、帧中继、ATM分组交换包括基于帧的分组交换和基于信元的分组交换（ATM网络中使用，信元是定长的53字节）它是一种存储-转发交换方式，即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。,分组交换机,运营商分组交换网,分组交换机,虚电路,接入链路,接入链路,用户路由器,用户路由器,分组交换网络,X.25 、Fr
5、ame Relay、ATM,6.1.2 数据报和虚电路 从应用层次上看，广域网使用协议可达网络层。网络层提供的服务有两大类： (1)无连接的网络服务，即数据报服务(如图6-1-2(a)； (2)面向连接的网络服务，即虚电路服务(如图6-1-2(b)。,图6-1-2 数据报服务(a)和虚电路服务(b),两种服务的思路,虚电路服务的思路来源于传统的电信网。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。 数据报服务力求使网络生存性好，对网络的控制功能分散，只能要求网络提供尽最大努力的服务。网络要求使用较复杂且有相当智能的主机作为用户终端。,虚电路与数据报的对比,6.2 广域网中
6、的路由选择机制 广域网中结点交换机通过转发表进行转发分组。,交换结点收到分组后，根据其目的地址查找转发表，并找出应 从结点的哪一个接口将该分组发送出去。 路由选择是构造路由表的过程。 路由选择协议 构造路由表 转发表,广域网采用层次地址结构。主机地址划分为两部分： 前一部分表示主机所连接的节点交换机编号，后一部分表示所连接的节点交换机的端口号。,所连接的交换机的编号,所连接的交换机端口的编号,结点交换机转发表重要的两个内容:目的站，下一站（节点）。 注意：转发选择中的下一站只取决于数据报中的目的站地址，而与源站地址无关。,转发分组时，只根据分组的主机地址中的交换机号来查找转发表。只有当分组到达
7、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（主机号），并通过合适的低速端口将分组交给目的主机。,结点交换机转发分组,2, 1 2, 2,4567,交换机 2,交换机3,1, 1,3, 2,3, 3,交换机1,1, 3,交换机 2 的转发表,目的站 下一跳 1, 1 交换机1 1, 3 交换机1 3, 2 交换机3 3, 3 交换机3 2, 1 直接 2, 2 直接,4 5 6 7,1 2 3,123,123,如，一个欲发往主机3, 2的分组到达了交换机 2。,这时应查找交换机 2 的转发表，找目的站为3, 2的项目。,结点交换机转发分组,2, 1 2, 2,交换机 2,交换机3,1
8、, 1,3, 2,3, 3,交换机1,1, 3,目的站 下一跳 1, 1 交换机1 1, 3 交换机1 3, 2 交换机3 3, 3 交换机3 2, 1 直接 2, 2 直接,123,123,4 5 6 7,1 2 3,目的站是3, 2吗？,查找转发表中的下一个项目。,否,结点交换机转发分组,2, 1 2, 2,交换机 2,交换机3,1, 1,3, 2,3, 3,交换机1,1, 3,目的站 下一跳 1, 1 交换机1 1, 3 交换机1 3, 2 交换机3 3, 3 交换机3 2, 1 直接 2, 2 直接,123,123,4 5 6 7,1 2 3,目的站是3, 2吗？,查找转发表中的下一个
9、项目。,否,结点交换机转发分组,2, 1 2, 2,交换机 2,交换机3,1, 1,3, 2,3, 3,交换机1,1, 3,目的站 下一跳 1, 1 交换机1 1, 3 交换机1 3, 2 交换机3 3, 3 交换机3 2, 1 直接 2, 2 直接,123,123,4 5 6 7,1 2 3,目的站是3, 2吗？,根据转发表指出的下一跳把分组转发到交换机 3。,是,结点交换机转发分组,2, 1 2, 2,交换机 2,交换机3,1, 1,3, 2,3, 3,交换机1,1, 3,123,123,4 5 6 7,1 2 3,分组转发到交换机 3 后就查找交换机 3 的转发表。从转发表（此处省略了）
10、可知不必再转发分组了，把该分组直接交付给主机3, 2即可。,6.2.2 默认路由,以结点 1 和结点 2 中的转发表为例,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 直接默认 3,结点 1 的转发表,默认路由,注：用默认路由代替所有的具有相同的“下一跳”的项目。 但默认路由比其它项目的优先级低。,1,2,4,3,目的站 下一跳,1 32 直接3 34 4,结点 2 的转发表,这两个项目的“下一跳” 都是转发到“3”（结点 3）。,可以合并,1,2,4,3,目的站 下一跳,2 直接 4 4默认 3,结点 2 的转发表,默认路由,常见的广域网接口有以下几种：1. RJ-45 端口；2. 高速同步串口(SE
11、RIAL)：主要是用于连接以前应用非常广泛的DDN、帧中继(Frame Relay)、X.25、PSTN(模拟电话线路)等网络连接模式；3. 异步串口：异步串口(ASYNC)主要是应用于Modem 或Modem 池的连接，用于实现远程计算机通过公用电话网拨入网络；4. ISDN BRI 端口：用于ISDN 线路通过路由器实现与Internet 或其他远程网络的连接，用于目前的大多数双绞线铜线电话线。ISDN BRI 的3 个通道总带宽为144 kb/s；5. FDDI 端口：只支持光缆和5 类电缆；6. 光纤端口。,主要的广域网技术,X.25：公共分组交换网使用X.25协议进行分组交换的数据通
12、信技术Frame Relay：帧中继（FR）一种高速的在链路层进行分组交换的技术ATM：异步传输模式一种基于异步时分多路复用的、采用信元交换代替分组交换的技术ISDN：综合业务数据网一种可以在电话线路上同时提供音频、视频和数据服务的数字网络xDSL：数字用户线一种利用电话线路进行数字传输的高速接入技术DDN：数字数据网一种利用数字信道提供半永久性连接电路的数字网络,广域网的基础电信网络提供公共传输平台物理线路、技术支持、网络服务(音频、视频、数据)模拟通信（仅本地环路）、数字通信,广域网技术6.3 X.25分组交换网 1.产生背景 X.25网络是面向连接的网络,利用虚电路服务实现在不可靠的电话
13、线传输数据。为确保传输无差错，X.25有一套复杂的差错处理及重发机制，每个结点都需要作差错检查。（传输网络的可靠性低；作为用户终端的PC机处理能力弱）,一条物理线路可支持4095个虚电路。DTE之间端到端的通信是通过双向虚电路来完成。X.25支持的虚电路类型包括永久虚电路PVC和交换虚电路SVC：PVC：预先配置的、半永久性的，无需建立/拆除过程 适用于频繁的、数据量较大的、猝发的数据传输SVC：通过呼叫建立的、动态的,X.25分组交换网的结构三类设备DTE：数据终端设备，如计算机、路由器等；DCE：数据电路设备，其中又分为：数据电路终端设备：Modem；数据电路交换设备：如数字传输设备、分组
14、交换机PSE等。PAD：分组封包/解封包器,为了保证通信可靠性，每个PSE至少与另外两个PSE相连接，使得一个PSE故障时，还能通过其他路由继续传输信息。,PSE采用存储转发的方法交换分组。,PAD用于将非分组设备接入X.25网。位于DTE与DCE之间，实现三个功能：缓冲、打包、拆包。,IP包通过X.25网络传送,6.4 帧中继FR (Frame Relay，FR) 6.4.1 帧中继概述 帧中继协议是在X.25分组交换技术的基础上发展起来的一种链路层快速分组交换技术，是改进了的X.25协议。使用光纤作为传输介质，能实现近似无差错传输。(传输网络的可靠性大大提高；作为用户终端的PC微机已经具备
15、了强大的数据处理能力) 特点： 1. 帧中继网络不执行纠错功能，数据传输速率和传输时延比X.25网络要分别高或低至少一个数量级。 2.以帧的形式传递数据信息 3.提供面向连接的虚电路服务。 4.仅能检测到传输错误，而不试图纠正错误，而只是简单地将错误帧丢弃。 5.在链路层实现分组交换,帧中继WAN工作过程,1.用户在局域网上传送的 MAC 帧传到与帧中继网络相连接的路由器。 2.路由器就剥去 MAC 帧的首部，将 IP 数据报交给路由器的网络层。3.网络层再将 IP 数据报传给帧中继接口卡。 4.帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机。5.帧中继交换机
16、收到帧中继帧就按地址字段中的虚电路号转发帧（若检查出有差错则丢弃）。,6.当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时，终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部，加上局域网的首部和尾部，交付给连接在此局域网上的目的主机。,帧中继与X.25的比较,FRAD：帧中继封装/解封装器。它通常是插在路由器、交换机、通信控制器上的一个模块，属于DTE设备。其用途是封装LAN发送到FRAD的数据分组，以便这些数据分组可以在帧中继网络中传输；它也解封装帧中继格式的数据，使LAN能够识别这些数据。,差错控制和确认形式：帧中继与X.25之比较,数链,网络,物理,数链,网络,物理,数链,物理,数链,物理,X.25的逐段链路差
17、错控制,帧中继的有限差错控制,源站,中间节点,目的站,源站,目的站,中间节点,X.25的确认方式,帧中继的确认方式,中间节点,中间节点,目的站,源站,数据,确认,中间节点,中间节点,目的站,源站,数据,确认,6.5 异步传输方式ATM (Asynchronous Transfer Mode) 6.5.1 ATM的基本概念 ATM（异步传输模式）是建立在电路交换和分组交换基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。 与帧中继相比，它采用定长分组（长度为53字节的短分组，信元），目前最高速率为10Gb/s，即将达到40Gb/s 。 ATM是宽带综合业务数据网（B-ISDN）的基本传输方法；主要用于广域
18、网，也可用于局域网。 ATM采用面向连接的传输方式，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式。,ATM网络的构成最简单的ATM网络规模大一些的ATM网络,光纤,ATM的应用作为LAN的主干链路例如校园网主干连接到服务器的高速链路特别是用于服务器群Windows2000/XP/2003/2008/Vista都支持ATM协议广域网链路基于ATM的LAN-LAN互联作为FR的底层网络，例如通过ATM连接两个FR网,ATM的优缺点固定长度的短信元使得网络交换速度非常快：固定长度信元使得交换机中的存储器便于管理。能支持各种不同的业务：各种类型的数据都被分割成大
19、小一致的信元进行传输。先天的QoS（服务质量保证）机制：具有极小的传输时延和抖动以及极小的信元丢失率，尤其适合于传输视频、音频等多媒体信息。技术复杂（建设、维护、人员）、成本高；对高带宽和QoS的要求不是很严格时，高速以太网技术（FE/GE）比ATM更具有成本效益。,PSTN(Public Switched Telephone Network ,公共交换电话网络),是一种分布最广泛、最容易获得的服务除本地环路外，基本实现了数字传输三个部分：交换局：端局(CO)，汇接局、长途局提供交换连接接入网（本地环路、用户环路）提供用户接入传输网（干线、中继线）交换局间的连接线路,通过拨号连接可以实现不超过
20、64kb/s的传输速率由于模拟传输技术的限制，实际传输速率56kb/s通过ISDN、xDSL可以实现更高速率的通信ISDN: 128kb/s， xDSL: 512kb/s55Mb/s,通过PSTN接入因特网用户需要“猫”和拨号软件,用电话线路进行通信的优缺点优点电话线路非常容易获得对于移动人群特别重要设备简单（Modem）成本低设备便宜、通信费用低缺点速度慢，不超过56kb/s电路连接时间长,ISDN（Integrated Services Digital Network，综合业务数字网） 其目标是将电话、传真、可视图文及数据通信等多种业务集中在一个网内，为用户提供经济有效的数字化的综合服务。
21、 ISDN使用电话线路进行拨号连接, 可以同时传输数据和语音。 ISDN连接都基于两种信道:B信道和D信道。 B信道是承载信道，采用电路交换技术通过ISDN来传输话音、视频、音频和其他类型的数据。 D信道是信令信道，采用分组交换技术来传输关于呼叫的信息。 每一个ISDN连接只使用一个D信道。,ISDN的两种主要信道类型：D信道：16kb/s数字信道用于传输信令B信道：64kb/s数字信道用于传输用户的数据信息在B信道上可以建立4种类型的连接：电路交换，通过拨号建立点到点连接半永久电路（租用专线），无需拨号，始终处于连接状态分组交换，通过ISDN连接到X.25分组交换网帧中继，通过ISDN连接到
22、帧中继网络电信公司通常把多个信道组合起来（称为数字管道或通道）提供给用户使用，标准的组合方式有：基本速率接口BRI：2B+D主速率接口PRI：30B+D,D,ISDN数字管道示意图,基本速率数字管道，26416144kb/s,BRI,B1,B2,B信道既可以单独使用，也可捆绑起来使用，以提供更高的带宽。,分开使用时，两个信道可分别用于传输数据和电话，二者互不干扰。,目前，常用的ISDN连接有以下三种类型：(1) 基本速率ISDN（BRI） BRI（基本速率ISDN）使用两个B信道和一个D信道：2B+D。 这两个B信道被网络按两个独立的连接来处理，并能同时传输相互间独立的一路话音和一路数据，或者
23、同时为两路数据。通过绑定过程，一个BRI连接所能容纳的最大吞吐量为144Kbps的数据。,一个BRI链路,(2) 主速率ISDN（PRI） PRI（主速率ISDN）使用23个B信道和一个64Kbps的D信道（美国和日本，23B+D=1.544Mbps ），或使用30个B信道和一个64Kbps的D信道（欧洲，30B+D=2.048Mbps ）。,PRI链接,(3) 宽带ISDN（B-ISDN） 它基于ATM技术，能提供比BRI或PRI更高的通信容量，它以155Mbit/s的速率把固定大小的分组（信元）从源端传送到目的地。 B-ISDN与N-ISDN的区别：(1)B-ISDN使用快速分组交换， N
24、-ISDN使用电路交换；(2)B-ISDN用户环路和主干线采用光缆， N-ISDN以电话网为基础；(3)B-ISDN使用虚通路，其传输比特率只受用户到网络接口的物理 比特率的限制；N-ISDN各通路的比特率是预先设定的。(4)B-ISDN可以传送高速图像，N-ISDN不能传送。,家庭用户通过ISDN访问因特网,企业/机构通过ISDN连网,可以是一个单独的设备，也可以做成接口卡插入微机。,对局域网用户，此设备应采用路由器或远程访问服务器,xDSL（数字用户线）,DSL是在普通电话线上实现数字传输的技术。开发目的：宽带接入：满足视频、音频、多媒体、互联网等需要高带宽的应用；利用现有的、广泛应用的电
25、话铜线。关键：提高电话线路的传输带宽方案：利用4kHz以上语音通信未使用的频带DSL的主要应用：网吧、住宅小区的用户接入互联网WWW，文件/电影/音乐下载,DSL包括以下几种技术：ADSL 非对称数字用户线（我国使用最广泛）RADSL 速率自适应非对称数字用户线HDSL 高速数字用户线（对称）VDSL 甚高比特率数字用户线（非对称）SDSL 单线/对称数字用户线,ADSL接入方式,ADSL（ Asymmetric Digital Subscriber Line ）非对称数字用户线，利用数字编码技术获得最大的传输容量。ADSL（Asymmetrical DSL）上行一般为640Kbps-1Mbp
26、s,下行可达6Mbps-8Mbps.语音和数据同时传输，互不干扰。上网时不需要拨号，使用一对双绞线，可直接利用电话线。,ADSL网络基本结构,互联网,电话交换网,PC,ADSL Modem,电话,DSLAM,高频数据信号,低频语音信号,用户侧,电话局侧,用户线路,DSLAM：数字用户线路接入复用器,分离器,分离器,从PC发出的数据是数字信号，经过Modem调制成高频模拟信号，再在分离器处与语音的低频信号混合,Cable Modem的接入方式,传输速率快，费用低 上行数据速率可达31.2kbit/s10Mbit/s；下行速率可达3Mbit/s38Mbit/s。 传输距离远 理论上讲，没有距离限制
27、。 具有较强的抗干扰能力 入户连接介质是同轴电缆，不易受外界干扰。 即插即用、安装方便 Cable Modem支持即插即用，接入Internet不需要拨号。 共享网络带宽 用户是共享带宽的，若有多用户同时接入时，数据带宽由这些用户均分个Cable Modem，速率也将会相应降低。,总 结,以太网(Ethernet)令牌环网（Token Ring）令牌总线网（Token Bus）光纤分布式数据接口（FDDI）异步传输模式（ATM）无线局域网(WLAN),公用交换电话网（PSTN）综合业务数据网(ISDN)分组交换网(X.25)数字用户线路（xDSL）电缆调制解调器（Cable Modem）数字数据网（DDN）帧中继（FrameRelay）宽带网（LANFTTX）本地多点分配接入系统（LMDS）甚小天线地球站（VSAT）无源光网络（PON）,局域网组网技术,广域网接入技术,本章重点：1. 局域网、广域网、互连网间的关系2. 广域网提供的服务：数据报(无连接)服务和虚电路(面向连接)服务3. 广域网连接模式： 专线:HDLC、PPP 电路式交换：ISDN、ADSL 分组式交换：X.25、帧中继FR、ATM,
