第4章广域网技术

1第四章广域网技术教学内容：4．1数据交换技术4．2几种典型的广域网教学重点：数据交换技术几种典型的广域网教学难点：数据交换技术教学时间：2学时2课程性质：计算机网络技术基础学科。基本理念：网络技术主要是以硬件和协议分析，以及相关的通信技术，网络互连和数据安全等各个方面的学习。教学思路：是以广域网知识为主，为学生介绍多种广域网的接入技术，主要是以概念、功能和方式的介绍为主。内容目标：本章是要通过学习，使学生了解几种常见的广域网和广域网所使用的技术和特点。实践分析：通过几个简单的广域网实例的分析，来加深学生对内容的掌握。问题思考：对一些重要的内容，可以通过实例的说明，加深他们的认识和思考能力。具体问题：1、广域网交换技术有哪些。2、广域网的特点是什么？3第四章广域网技术而在实际的应用过程当中，计算机之间的距离会间隔的更远，在这种情况下，一般的局域网的互联技术不能够满足，各个站点之间的通信。所以就需要采用广域网技术来进行网络的互联。同时广域网互联所采用的设备也有所不同，而是使用结点交换机，来将各个局域网进行连接，并完成相应的数据分组的存储转发。同时由于广域网的工作范围很广，对于各主机之间通信时，对于路由的选择就十分的重要。而在广域网中的路由选择，也和局域网是一样的，主要是使用网内的物理地址来进行通信的。4第一节数据交换技术广域网是一种跨地区的数据通信网络，覆盖范围可以是一个地区、一个国家甚至是整个世界。【公用交换电话网(PSTN)、公用分组交换网(PSDN)、卫星通信网、无线网】广域网由若干结点交换机和这些结点间的链路组成。结点交换机：配置了协议软件的专用计算机。数据交换技术：1．线路交换技术、2．存储转发交换技术：报文交换技术、分组交换技术。一、线路交换技术(CircuitSwitching)要求在发送端和接收端之间建立起专用线路，然后才能开始进行数据传输。【专用线路一直占用，例如电话网】【线路建立、数据传输和线路拆除】连接呼叫、发送数据、线路拆除。【拨号、通话、挂机】优点：是数据传输实时性好；缺点：是通信网络利用率低，费用较高；不具有存储数据的能力和差错控制能力。不适于计算机网络通信二、存储转发交换技术(StoreandForwardswitching)基本思想包含两个方面：5(1)发送端将数据和地址以及相关控制信息组成一定格式的数据单元，并提交给通信子网。(2)通信子网中的交换结点对数据单元进行接收、存储、差错校验和转发。包括了：（1）报文交换(MessageSwitching)：一个完整的数据块，长度无法确定。（2）分组交换(PacketSwitching)两种（数据报(Datagram)和虚电路(VirtualCircuit)）：称为包交换技术，交换的基本数据单元，将报文(如一个文件)分成若干个片段，每个片段封装上目的地址、源地址及相关控制信息而构成的。【X.25网、帧中继网、B-ISDN网】又分为：A：分组交换B：虚电路分组1．报文交换技术数据是以报文为单位存储转发，不需要专用线路。但报文的长度不固定。不适于实时性要求较高的计算机网络通信。【计算机网络中不使用报文交换技术】62．数据报分组交换技术也是存储转发方式的一种，但是以分组为单位的。被称为数据报。【一个报文可以被分割为多个分组】例如写信，一封信不能太长，就要分成几个部分。各个节点收到一个分组后，先进行差错检测，然后通过分组中的地址信息和当时的网络流量和故障等情况，启动路由算法选择应发往的下一个结点。所以，分组到达接收端主机的顺序有错，接收端可以根据分组中的分组序号重新排列。【一种面向无连接的分组交换。传输速度较快，网络资源利用率较高，通信费用较低；缺点：容易出差错，如分组顺序错乱、重复和丢失等缺点、延迟较大不适于实时7会话式通信。】3．虚电路分组交换技术面向连接的分组交换。结合了数据报分组交换和线路交换的优点，以期达到最佳的数据传输效果。基本思想是：发送前，建立一条虚电路；分组依次经这条虚电路传送【各个结点上有接收、存储和转发的过程】；数据传输结束后，这条虚电路被拆除。【虚电路建立，数据传输，虚电路拆除】(1)虚电路建立阶段。首先和接收端建立一条虚电路：发送端主机-A-C-F-D-接收端主机。【就像是我们要出门时，会先确定要走的路径】注意：逻辑连接不是线路交换技术中的专用通路，其他报文分组仍然可以使用。(2)数据传输阶段。各结点在数据传输阶段不再需要路由选择，这和数据报技术不相同。(3)虚电路拆除阶段。任一方发送“拆除请求”来拆除虚电路，结束逻辑连8接。虚电路数据报端到端的连接必须有不要目的站地址仅在连接建立阶段使用每个分组偶有目的站的全地址分组的顺序总是按发送顺序到达目的站到达目的站时可能不按发送顺序端到端的差错处理由通信子网负责由主机负责端到端的流量控制由通信子网负责由主机负责4．ATM技术异步传输模式，融合了电路交换和分组交换的优点，是新一代的高速分组交换技术。异步和同步的区别：同步传输模式中，传输信道被分成若干个时间片，预先为用户分配固定的时间片传输数据，即用户数据和时间片位置有着对应关系。【就像是走队列】9异步传输模式则是行动态分配。用户数据和时间片位置没有对应关系，有较高的数据传输率。【现在的网络中，多是采用这种分组的异步工作模式】(1)ATM技术的一些主要特征。固定长度信元。【5个B的信元头、48B信息字段】面向连接的技术，以时分多路复用方式。【虚通路连接VPC（VPI虚通路标识符），和虚通道连接VCC（虚通道标识符）】在数据链路层不进行差错和流量控制，效率高。数据传输速率高【l55Mb/s～2.4Gb/s】安全性好，固定的路由顺序。10第二节几种典型的广域网络一、公用交换电话网(PSTN)是一种向公众提供电话通信服务的通信网络。采用模拟线路。但在主干线和交换机己经实现了数字化。通过PSTN实现两台计算机数据传输的方法是，使用Modem拨号进行数/模或模/数的相互转换，实现网络的接入。二、X.25网1．X.25协议的基本概念X.25是“在公用数据网上以分组方式工作的用户数据终端设备和数据电路端接设备之间的接口”，而且在协议上有一定的独立性。特点：(1)通过差错控制、流量控制、拥塞控制等功能以保证数据传输的可靠性。(2)能接入不同类型、不同速率的用户终端设备。(3)只支持点～点协议，不支持广播协议。(4)能在一条物理链路上实现多路复用功能。用的比较少。11X.25协议是建立在误码率较高的电缆传输介质之上的，不得不通过差错控制、流量控制、拥塞控制等复杂的处理，以保证数据传输的可靠性。因而X.25协议的传输效率不高，延迟时间较长三、帧中继网(FR)1．帧中继的基本概念帧中继网则是建立在数据传输速率高、误码率低的光纤上的。帧中继网从进行改进：(1)简化网络协议。以帧为单位传输交换数据，提高了网络效率。(2)简化了差错控制、流量控制等操作，从而实现了快速交换。【交换机只要检测到帧的目的地址就立即开始转发该帧。这样能减小中间结点的传输延迟。】(3)控制信号和数据分隔传输，简化操作，提高效率。两者的区别：帧中继：传输效率，X.25：高可靠性。12【由传输线路而决定的。】2．帧中继的基本层次帧中继只有物理层和帧中继层。(1)物理层。帧中继在物理层没有定义任何具体的协议，仅提供了一些规格参数。(2)帧中继层。帧中继层使用了HDLC（高级数据链路控制）的一个简化版本。它虽然和HDLC帧相似，但没有控制字段，体现了简化操作。帧中继的帧格式13第三节广域网路由选择广域网中的路由机制，主要是为了我们之后对互联网中的，地址路由选择的基本原理作一个简单的铺垫。一．结点交换机的路由表这里我们先来看一看，在广域网中是采用什么样的方式来对网络中的主机进行编址，以便于在网络中可以进行可靠的、有效的通讯。1．层次结构的编址方案这里所说的层次结构的编址方案，指的就是，将一个地址分为两个组成部分，在这里就是广域网中就是包括了分组交换机、和连接在分组交换机上的计算机的地址部分。这样，在这个有限的广域网中的所有的站点的编号，或者说是地址就是唯一的。【人的名字是由姓氏，和名字组成的，那么在看一个人时，首先看他的姓氏，接着在分析名字。比如在一个不大的村子里面，同姓的人很可能就是亲戚（一家人），在这个家族里面才看名字来区分。所以我们说，在一个有限的范围里面，可以采用这种方式来区分不同的站点。】但是随着网络的扩展，简单的通过结点分组交换机，加上分组内部的主机名来区分，网络中的不同的主机，就不再有效了，就需要采用更广泛的方式来区分主机。所以就采用了IP地址来区分主机。就像前面的例子中，一个村子可以采14用姓氏的方法，但是一旦范围扩大到一个市，一个省，一个国家，人的数量增加了，单用姓名是不能区分各个人的，于是会采用其所在的省市，单位来区分。这也是采用的我们所说的层次结构的编址方案，只是，这个层次划分的更详细，所覆盖的地域更广而已。而在广域网中，我们所说的是通过：交换机；交换机中的主机，来对网络中的计算机进行标识，那么在广域网中，路由的基本过程，我们可以通过下面的例子来分析一下。要注意的是，在路由信息中，数据发送的过程中，路由的选择主要是由目的地址所决定的，和源地址无关。2．通过目的站点的交换机号确定下一站前面我们所说的编址方式，是采用层次结构的方式。同时路由寻址也是按照相应的层次来，逐步的完成的。在交换机与交换机之间进行交换的时候，不用分析，网络上主机地址中的分组交换机内部的计算机地址的部分，只需要分析分组交换机的地址部分就可以了，等具体到了主机所在的分组交换机以后，再在交换机所联接的各个主机中找到目的主机就可以了！二．理想的路由算法一个理想的路由算法应具有如下的一些特点：15（1）算法必须是正确的、完整的。这点不需要做更多的解释。否则，路由就没有意义了。（1）算法在计算上成简单。由于在每个结点上都要进行路由选择的计算，因此必然要增加分组的时延。计算简单可以使时延增加得不多。另外，路由选择的计算不应使网络的通信量增加大多的额外开销。如果为了计算合适的路由必须使用网络其他结点发来的大量状态信息时，额外开销就会较大。（2）算洁应能适应通信量和同络拓扑的变化，这就是说，要有自适应性。当网络中的通信量发生变化时，算法能自适应地改变路由。当某个或某些结点、链路发生故障不能工作，或者修理好了再投入运行时，算法也能及时地改变路由。有时称这种自适应性为“健壮性”（robustness）。（4）算法应具有稳定性。当通信量和网络拓扑发生变化时，路由算法应收敛于一个可以接受的解，而不应产生过多的振荡。所谓振荡，就是指由算法得出的路由是在一些路由之间来回不停地变化。（5）算法应足公平的。这就是说，算法应对所有用户（除16对少数优先级高的用户）都是平等的。平等的占用，及共享带宽。例如，着使某一对用户的端到端时延为最小，但却不考虑其他的广大用户，这就明显地不符合公平性的要求。（6）算法应是最佳的。这里的“最佳”是指以最低的费用来实现路由算法。这里所说的“费用”主要指是，每一段网络进行数据传输所要消耗的资源和花费时间等等的很多的因素。所以，所谓的最佳路由算法。主要指的是针对不同的需求而言的。这就是我们所说的，理想路由的几个特点，而路由选择的好坏，也会影响到，一个网络的性能的好坏。一个网络的最主要的性能指标就是：吞吐量（这是服务的数量）平均时延（这是服务的质量）。而一个好的路由选择机制，当然可以有效的增加网络的吞吐量，并且减少，数据在传输过程中时延。而在实际的网络中，各个网段的实际情况是不一定的，所以需要在网络的初始化时，形成一个理想的路由路径。