计算机网络基础-第五章

《计算机网络基础》第五章第五章广域网技术5.1广域网概述5.2X.25网5.3综合业务数字网ISDN5.4DDN5.5帧中继5.6ATM网络5.7xDSL接入技术小结习题《计算机网络基础》第五章5.1广域网概述广域网（WAN,wideareanet）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。《计算机网络基础》第五章5.1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。《计算机网络基础》第五章5.1.1.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。《计算机网络基础》第五章5.1.1.广域网的概念1.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(2)结构(3)通信方式(4)通信管理(5)通信速率(6)工作层次《计算机网络基础》第五章5.1.1.广域网的概念2.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。《计算机网络基础》第五章5.1.1.广域网的概念(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。《计算机网络基础》第五章5.1.1.广域网的概念(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。《计算机网络基础》第五章5.1.1.广域网的概念(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。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术与数据广域网相关的技术问题主要有2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)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。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术为了实现路由的选择，路由算法必须随时了解网络状态的以下信息。(l)路由器必须确定它是否激活了对该协议组的支持。(2)路由器必须知道目的地网络。(3)路由器必须知道哪个外出接口是到达目的地的最佳路径。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术一个好的路由算法通常要具备以下的条件。(1)迅速而准确的传递分组。(2)能适应由于节点或链路故障而引起的网络拓扑结构的变化。(3)能适应源和目的主机之间的业务负荷的变化。(4)能使分组避开暂时拥塞的链路。(5)能确定网络的连通性。(6)低开销。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术路由算法可以分为：非自适应的和自适应的。非自适应算法不会根据当前测量或者估计的流量和拓扑结构来调整它们的路由决策，这个过程也称为静态路由。相反，自适应算法则会改变它们的路由决策，以反映出拓扑结构的变化，通常也会反映出流量的变化情况，这个过程称为动态路由。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术(1)静态路由算法：在静态路由算法中，首先要根据网络的拓扑结构确定路径，然后将这些路径填入路由表中，并且在相当长的时间内这些路径保持不变。这种路由算法适合于网络拓扑结构比较稳定而且网络规模比较小的网络中。当网络比较大的时候，静态路由算法就不太适用了，因为它不能根据网络的故障和负载的变化来做出快速反应。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术(2)动态路由算法：在动态路由算法中，每个路由器通过与其邻居的通信，不断学习网络的状态。因此网络的拓扑结构变化可以最终传播到整个网络中的所有路由器。根据这些收集到的信息，每个路由器都可以计算出到达目的主机的最佳路径。但是这种算法增加了路由器的复杂性，并且增大了选路时延。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术路由算法根据控制方式还可以分为集中路由算法和分布式路由算法。(1)集中路由算法：在集中式路由算法中，所有可选择的路由都由一个网控中心算出，并且由网控中心将这些信息加载到各个路由器中。这种算法只适用于小规模的网络。(2)分布式路由算法：在分布式路由算法中，每个路由器自己进行各自的路由计算。并且通过路由消息的交换来互相配合。这种算法可以适应大规模的网络，但是容易产生一些不一致的路由结果。而这些不同路由器计算的不同路由结果可能会导致路由环路的产生。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术在路由选择算法中，需要以某种尺度来衡量路径的“长度”。这些尺度可以是跳、成本、延时或者可用带宽。为了得到这些尺度值，路由器必须相互交换信息来协调工作。可以利用距离矢量和链路状态这两种算法来获得这些信息。(1)距离矢量路由算法：这种算法要求相邻路由器之间交换路由表中的信息。这些信息说明到目的地的距离矢量。当相邻路由器交换了这些信息后，就可以寻找最优的路由。这种算法可以逐渐地与网络拓扑的变化相适配。主要以RIP协议为代表。(2)链路状态路由算法：在这种算法中，每个路由器对连接它和相邻路由器的链路状态信息进行扩散，使每个路由器都可以得到整个网络的拓扑图。并根据这个拓扑图来计算最优路由。如OSPF协议。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术目前最广泛使用的路由选择算法有Bellman-Ford算法和Dijkstra算法，还包括扩散法、偏差路由算法和源路由算法。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术(1)Bellman-Ford算法：这种算法的原理是A和B之间最短路径上的节点到A节点和B节点的路径也是最短的。这种算法容易分布实现，这样每个节点可以独立地计算该节点到每个目的地的最小费用，但是这种算法对链路故障的反应很慢。有可能会产生无穷计算的问题。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术(2)Dijkstra算法：这种算法比Bellman-Ford算法更有效，但是它要求每段链路的费用为正值。它的主要思想是在增加路径费用的计算中不断标记出离源节点最近的节点。这种算法要求所以链路的费用是可以得到的。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术(3)扩散法：这种算法的原理是要求分组交换机将输入分组转发到交换机的所有端口。这样只要源和目的地之间有一条路径，分组就可以最终到达目的地。当路由表中的信息不能得到时，或者对网络的健壮性要求很严格时，扩散法是一种很有效的路由算法。但是扩散法很容易淹没网络。因此必须对扩散进行一些控制。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术(4)偏差路由算法：这种算法要求网络为每一对源和目的地之间提供多条路径。每个交换机首先将分组转发到优先端口，如果这个端口忙或者拥塞，再将该分组转发到其他端口。偏差路由算法可以很好地工作在有规则的网络拓扑中。这种算法的优点是交换机可以不用缓存区，但是由于分组可以走其他的替代路径，因此不能保证分组的按序传递。它是光纤网络中最强有力的候选算法。而且还可以实现许多高速分组交换。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术(5)源路由算法：这种算法不要求中间节点保持路由表，但要求源主机承担更繁重的工作。它可以用在数据报或者虚电路的分组交换网中。在分组发送之前，源主机必须知道目的地主机的完整路由，并将该信息包含在分组头中。根据这个路由信息，分组节点可以将分组转发到下一个节点。《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术4.拥塞控制拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象。∑对资源的需求＞可用资源《计算机网络基础》第五章5.1.2广域网相关技术目前已经提出了各种拥塞控制算法，可以把拥塞控制分为两大类：开环控制算法和闭环控制算法。开环控制算法是通过保证源所产生的业务流不会把网络性能降低到规定的QOS以下，来防止拥塞的出现。如果预计当加入新的业务流使QOS无法得到保证，就必须拒绝。闭环算法通常是根据网络的状态来调整业务流。《计算机网络基础》第五章5.1.3广域网接口介绍路由器不仅能实现局域网之间连接，更重要的应用还是在于局域网与广域网、广域网与广域网之间的相互连接。路由器可将不同协议的广域网连接起来，使不同协议、不同规模的网络之间进行互通。而路由器与广域网连接的接口就被称之为广域网接口(WAN接口)。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)3.异步串口4.ISDNBRI端口5.FDDI端口6.光纤端口《计算机网络基础》第五章5.2X.25网所谓分组交换，实质上是一种建立在“存储——转发”基础上发展起来的数据交换技术。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据（即分组）。每个分组信息都在有接收和发送地址的标识，在一条物理线路上采用多路复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发送短的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。达到接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。《计算机网络基础》第五章5.2X.25网分组交换网是一种采用分组交换方式的数据通信网，1976年CCITT的X.25协议就是针对分组交换网而制定的国际标准。因此，分组交换网又称X.25网。《计算机网络基础》第五章5.2X.25网事实上X.25只是一个对公用分组交换网接口的规约。许多人使用术语“X.25网络”，这导致许多人错误地认为X.25定义了网络协议。但事实并非如此，X.25只是定义了数据终端设备DTE与公用分组交换网相连的数据电路终端设备DCE之间的接口（如图5.1所示）。《计算机网络基础》第五章5.2X.25网X.25接口DTEDCEDCEDCEX.25接口DTEDTEX.25接口X.25公用分组交换网图5.1X.25规定了DTE-DCE的接口《计算机网络基础》第五章5.2X.25网从ISO/OSI体系结构的观点看，X.25包含了OSI七层模型中的下3层：物理层、数据链路层、网络层，定义了专用电路连接到公用数据网上的分组型数据终端设备（DTE）与数据电路终端设备（DCE）之间的接口标准。X.25定义了一系列的规定，它们决定了分组型终端设备如何把控制信息和数据装入分组，建立呼叫，保持和拆除呼叫，以及传输的管理和流量的控制。X.25定义了3级通信协议：物理级、链路级和分组级。《计算机网络基础》第五章5.2X.25网分组交换网一般由分组交换机、网络管理中心、远程集中器、