第5章广域网技术

第5章广域网技术广域网(WAN，WideAreaNetwork)也称远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。本章首先介绍广域网的概念及其特点，主要是常用的广域网技术，包括：数字数据网(DDN)、帧中继网络、DSL、异步传输模式(ATM)等技术。然后着重讲解近年来非常普及的NAT、VPN、广域网优化等技术。本章的学习目标：●了解广域网的基本概念和特点●了解广域网接口及其接入方式●了解数字数据网(DDN)、帧中继网络、ATM技术等广域网接入技术●了解VPN的概念和特点●学习NAT的配置●了解DSL技术5.1广域网基本概念5.1.1计算机网络的分类虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网4种。局域网一般来说只能是一个较小区域内，城域网是不同地区的网络互联，不过在此要说明的一点就是这里的网络划分并没有严格意义上地理范围的区分，只能是一个定性的概念。下面简要介绍这几种计算机网络。1.局域网(LocalAreaNetwork；LAN)通常所见的LAN就是指局域网，这是最常见、应用最广的一种网络。现在局域网随着整个计算机网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局域网，有的甚至家庭中都有自己的小型局域网。很明显，所谓局域网，那就是在局部地区范围内的.176.计算机网络实用技术网络，它所覆盖的地区范围较小。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。一般来说在企业局域网中，工作站的数量在几十到200台次左右。在网络所涉及的地理距离上一般来说可以是几米至10公里以内。广播式LAN常见的拓扑结构有总线状、环状等。局域网的特点是组建方便、使用灵活。随着信息化的不断发展，为了更好地发挥网络的作用，局域网也可以连接到广域网或者公用网上。用户可以使用Internet提供商提供的许多资源。2.城域网(MetropolitanAreaNetwork；MAN)这种网络一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。这种网络的连接距离可以在10~100公里，它采用的是IEEE802.6标准。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络通常连接着多个LAN网。如连接政府机构的LAN、医院的LAN、电信的LAN、公司企业的LAN等等。由于光纤连接的引入，使MAN中高速的LAN互连成为可能。城域网多采用ATM技术做骨干网。ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法。ATM包括一个接口和一个协议，该协议能够在一个常规的传输信道上，在比特率不变及变化的通信量之间进行切换。ATM也包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致的介质。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，以便能够适应不同规模、速度以及寻址技术的网络。ATM的最大缺点就是成本太高，所以一般在政府城域网中应用，如邮政、银行、医院等。3.广域网(WideAreaNetwork；WAN)这种网络也称为远程网，所覆盖的范围比城域网(MAN)更广，它一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般是要租用专线，通过IMP(接口信息处理)协议和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题。从计算机网络各组成部件的功能来看，各部件主要完成两种功能，即网络通信和资源共享。把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为资源子网。在广域网中，通信子网由一些专用的通信处理机(即节点交换机)及其运行的软件、集中器等设备和连接这些节点的通信链路组成。资源子网由上网的所有主机及其外部设备组成。4.互联网(Internet)互联网因其英文单词Internet的谐音，又称为“因特网”。在互联网应用如此发展的今天，它已是人们每天都要打交道的一种网络，无论从地理范围，还是从网络规模来讲它都是最大的一种网络，就是人们常说的Web、和万维网等多种叫法。从地理范围来说，它可以是全球计算机的互联，这种网络的最大的特点就是不定性，整个网络的计算机每时每刻随着人们网络的接入在不断地变化。当用户连在互联网上的时候，用户的计算机可以算是互第5章广域网技术.177.联网的一部分，但一旦当用户断开互联网的连接时，用户的计算机就不属于互联网了。但它的优点也是非常明显的，就是信息量大，传播广，无论身处何地，只要联上互联网就可以对任何可以联网的用户发出自己的信函和广告。因为这种网络的复杂性，所以这种网络实现的技术也是非常复杂的。5.1.2广域网概述近年来，计算机通信网的重要组成部分——广域网(WAN)得到了很大的发展。20世纪80年代以来，ISO公布了OSI参考模型，提供了计算机网络通信协议的结构和标准层次划分，使得异种计算机的互联网络有了一个公认的协议准则；另外，微机的高速发展，促进了LAN的标准化、产品化，使它成为WAN的一个可靠的基本组成部分。WAN不仅在地理范围上超越城市、省界、国界、洲界形成世界范围的计算机互联网络，而且在各种远程通信手段上有许多大的变化，如除了原有的电话网外，已有分组数据交换网、数字数据网、帧中继网以及集话音、图像、数据等为一体的ISDN网、数字卫星网VSAT(verySmallApertureTerminal)和无线分组数据通信网等；同时WAN在技术上也有许多突破，如互联设备的快速发展，多路复用技术和交换技术的发展，特别是ATM交换技术的日臻成熟，为广域网解决传输带宽这个瓶颈问题展现了美好的前景。1.广域网的概念广域网是将地理位置上相距较远的多个计算机系统，通过通信线路按照网络协议连接起来，实现计算机之间相互通信的计算机系统的集合。广域网由交换机、路由器、网关、调制解调器等多种数据交换设备、数据连接设备构成。具有技术复杂性强、管理复杂、类型多样化、连接多样化、结构多样化、协议多样化、应用多样化的特点。2.广域网与局域网的比较广域网是由多个局域网相互连接而成的。局域网可以利用各种网间互联设备，如中继器、网桥、路由器等，构成复杂的网络，并扩展成广域网。局域网与广域网不同之处如下所示。(1)作用范围局域网的网络通常分布在一座办公大楼、实验室或者宿舍大楼中，为一个部门所有，涉及范围一般在几公里以内。广域网的网络分布通常在一个地区、一个国家甚至全球的范围。(2)结构局域网的结构简单，局域网中计算机数量少，一般是规则的结构，可控性、可管理性以及安全性都比较好。广域网由众多异构、不同协议的局域网连接而成，包括众多各种类型的计算机，以及上面运行的种类繁多的业务。因此广域网的结构往往是不规则的，且管理和控制复杂，安全性也比较难于保证。.178.计算机网络实用技术(3)通信方式局域网多数采用广播式的通信方式，采用数字基带传输。广域网通常采用分组点到点的通信方式，无论是在电话线传输、借助卫星的微波通信以及光纤通信采用的都是模拟传输方式。(4)通信管理局域网信息传输的时延小、抖动也小，传输的带宽比较宽，线路的稳定性比较好，因此通信管理比较简单。在广域网中，由于传输的时延大、抖动大，线路稳定性比较差，同时，通信设备多种多样，通信协议也种类繁多，因此通信管理非常复杂。(5)通信速率局域网的信息传输速率比较高，一般能达到100Mbps、1000Mbps，甚至能够达到万兆。传输误码率比较低。而在广域网中，传输的带宽与多种因素相关。同时，由于经过了多个中间链路和中间节点，传输的误码率也比局域网高。(6)工作层次广域网是由结点交换机以及连接这些交换机的链路组成。结点交换机执行分组存储转发的功能。结点之间都是点到点的连接。从层次上看，局域网和广域网主要区别是：局域网使用的协议主要在数据链路层，广域网技术主要体现在OSI参考模型的下3层：物理层、数据链路层和网络层，重点在于网络层。3.广域网的类型广域网能够连接距离较远的节点。建立广域网的方法有很多种，如果以此对广域网来进行分类，广域网可以被划分为：电路交换网、分组交换网和专用线路网等。(1)电路交换网电路交换网是面向连接的网络，在数据需要发送的时候，发送设备和接收设备之间必须建立并保持一个连接，等到用户发送完数据后中断连接。电路交换网只有在每个通话过程中建立一个专用信道。它有模拟和数字的电路交换服务。典型的电路交换网是电话拨号网和ISDN网。(2)分组交换网分组交换网使用无连接的服务，系统中任意两个节点之间被建立起来的是虚电路。信息以分组的形式沿着虚电路从发送设备传输到接收设备。大多数现代的网络都是分组交换网，例如X.25网、帧中继网等。(3)专用线路网专用线路网是指两个节点之间建立一个安全永久的信道。专用线路网不需要经过任何建立或拨号进行连接，它是点到点连接的网络。典型的专用线路网采用专用模拟线路、E1线路等。第5章广域网技术.179.5.1.3广域网相关技术彼此通信的多个设备构成了数据通信网。通信网可以分为交换网络和广播网络，在交换网络中又分为电路交换网络和分组交换网络(包括帧中继和ATM)；而在广播网络中包括总线网络、环形网络和星形网络。由于广域网中的用户数量巨大，而且需要双向的交互，如果采用广播网会产生广播“风暴”，导致网络失效。因此在广域网中主要采用的是交换网络。与数据广域网相关的技术问题主要介绍以下3个。(1)路由选择：由于源和目的站不是直接连接的，因此网络必须将分组从一个节点选择路由传输到另一个节点，最后通过整个网络。(2)分组交换：路由选择确定了输出端口和下一个节点后，必须使用交换技术将分组从输入端口传送到输出端口，实现输送比特通过网络节点。(3)拥塞控制：进入网络的通信量必须与网络的传输量相协调，以获得有效、稳定、良好的性能。1.分组交换简介分组交换技术是在计算机技术发展到一定程度，人们除了打电话直接沟通，通过计算机和终端实现计算机与计算机之间的通信，在传输线路质量不高、网络技术手段还较单一的情况下，应运而生的一种交换技术。分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将它们转发至目的地，这一过程称为分组交换。进行分组交换的通信网称为分组交换网。从交换技术的发展历史看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。分组交换方式不是以电路连接为目的，而是以信息分发为目的。分组交换机将用户要传送的数据按一定长度分割成若干个数据段，这些数据段叫做“分组”(或称包)。传输过程中，需在每个分组前加上控制信息和地址标识(即分组头)，然后在网络中以“存储——转发”的方式进行传送。到了目的地，交换机将分组头去掉，将分割的数据段按顺序装好，还原成发端的文件交给收端用户，这一过程称为分组交换。这一过程类似于平常的邮寄信件，人们把写好的信用信封包装起来，然后在信封上写上接收人的地址和姓名，就相当于分组头中的路由控制信息；信封好后投入邮筒，由邮局进行分拣，发往不同的地点，最后送到接收人的手中；接收人打开信件阅读，如同分组中的拆包。这整个过程如同分组交换过程，只不过分组交换为了把信息准确、可靠、高速地传到对方，技术上要复杂得多。此外，还要加上地址域和控制域，用以表示这段信息的类型和送往何方，再加上错误校验位以检验传送过程中发生的错误。分组交换的任务是，从各个入端读入数据分组，根据它们上面的地址域和控制域，来把它们分发到各个出端上。形象地说，电路是一种“粗放”和“宏观”