计算机网络第6章-广域网

1信管严峻第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.WANLAN北京西安1000km2信管严峻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。WAN运营商通信网北京西安1000km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3信管严峻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。4信管严峻图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。5信管严峻广域网连接方式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：PPP，帧中继点对点6信管严峻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DTEDTEDCEDCE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7信管严峻租用线路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8信管严峻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DTEDTEDCEDCE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9信管严峻电路交换线路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10信管严峻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11信管严峻分组交换网络X.25、FrameRelay、ATM12信管严峻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)13信管严峻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。14信管严峻虚电路与数据报的对比15信管严峻6.2广域网中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16信管严峻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。17信管严峻结点交换机转发分组[2,1][2,2]45674567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4567123123123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。18信管严峻结点交换机转发分组[2,1][2,2]12341234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1231234567123目的站是[3,2]吗？查找转发表中的下一个项目。否19信管严峻结点交换机转发分组[2,1][2,2]12341234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1231234567123目的站是[3,2]吗？查找转发表中的下一个项目。否20信管严峻结点交换机转发分组[2,1][2,2]12341234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1231234567123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21信管严峻结点交换机转发分组[2,1][2,2]12341234交换机2交换机3[1,1][3,2][3,3]交换机1[1,3]1231234567123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）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。22信管严峻6.2.2默认路由1243目的站下一跳1直接233343结点1的转发表这三个项目的“下一跳”都是转发到“3”（结点3）。可以合并以结点1和结点2中的转发表为例23信管严峻1243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。24信管严峻1243目的站下一跳132直接3344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25信管严峻1243目的站下一跳2直接44默认3结点2的转发表默认路由26信管严峻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(SERIAL)：主要是用于连接以前应用非常广泛的DDN、帧中继(FrameRelay)、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.ISDNBRI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。ISDNBRI的3个通道总带宽为144kb/s；5.FDDI端口：只支持光缆和5类电缆；6.光纤端口。27信管严峻主要的广域网技术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信技术FrameRelay：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28信管严峻广域网的基础——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）、数字通信电信网络PSTNISDNATMX.25FRxDSLDDN各种广域网应用29信管严峻广域网技术6.3X.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）DCEDCEDTEDTEX.25公共网X.25X.25一条物理线路可支持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30信管严峻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、分组交换机PSE等。•PAD：分组封包/解封包器非分组终端X.25网卡主机LANRouterDCEDCEDCEDCEPSEPSEPSEPSEPC机PDNX.25X.25X.25X.25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。31信管严峻IP包通过X.25网络传送32信管严峻6.4帧中继FR(FrameRelay，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33信管严峻帧中继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）。帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器34信管严峻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。帧中继网路由器局域网局域网虚电路路由器35信管严峻帧中继与X.25的比较X.25帧中继交换技术在虚电路上进行的分组交换同左虚电路类型PVC或SVC，在第3层实现PVC或SVC，在第2层实现拆/封包设备PADFRAD差错控制由网络实现仅检错，差错恢复由端系统实现流量控制由网络实现由端系统实现确认形式逐链路段进行确认端到端的确认复用多条虚电路复用一条物理链路同左多协议封装支持支持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