计算机网络技术及应用课件4

1、2022-5-3计算机网络技术及应用1第4章 广域网组网技术 本章主要内容o 广域网概述 o 广域网组网技术2022-5-3计算机网络技术及应用2本章学习要点o 了解广域网的组成和结构o 了解广域网的组网技术2022-5-3计算机网络技术及应用34.1 广域网概述1 广域网的概念和特点 p 广域网的概念 广域网(Wide Area Network，WAN)是指覆盖范围广阔(可以覆盖一个地区，一个国家，甚至全球)的一类数据通信网络。目前，世界上最大的广域网Internet已经覆盖了包括我国在内的180多个国家和地区，连接了数万个网络，终端用户已达数千万。 广域网一般是指为用户提供远距离数据通信业

2、务的传输网络，通常由电信部门负责建设、运营和管理，包括电路交换和包交换网络。2022-5-3计算机网络技术及应用44.1 广域网概述1 广域网的概念和特点 p 广域网的概念 电路交换一般用在电话公司网络中，与我们日常拔打电话类似，是一种按需拔号技术，连接时使用专用物理线路，一般用于备份连接、场点规模小、短时间的访问。常用的组网技术有：拔号上网、ISDN、ADSL等； 包交换也称分组交换，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，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换。 2022-5

3、-3计算机网络技术及应用54.1 广域网概述 包交换技术可以实现多个网络设备共享一条从源点穿过ISP运营商直到目的地的点到点链路，进行数据传输。常用的组网技术有：x.25、帧中继和IP over SDH/SONET等。优点是：由于共享物理线路，包交换连接的性价比较高，可用于长时间、跨地域的连接。o广域网的特点 （1）提供面向通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换；（2）覆盖范围广，通信距离远，需要考虑的因素多，如媒体的成本、线路的冗余、媒体带宽的利用和差错处理等； （3）由电信部门或公司负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务、流量统计和计费问题。 2022-5-3计

4、算机网络技术及应用64.1 广域网概述2 广域网的组成和结构 计算机网络的结构可以抽象为如下图所示，边界路由器的互连构成广域网的核心传输网，局域网通过接入路由器连接到广域网，采用网状拓扑网状拓扑结构。这样，可以简单的把广域网的组成理解为将放置在不同地方的核心路由器通过光纤互连而成，而广域网的组网技术就是如何实现这些路由器的互连技术。 2022-5-3计算机网络技术及应用74.1 广域网概述 3 广域网实例 中国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网CERNET分四级管理，分别是全国网络中心、地区网络中心和地区主节点、省教育科研网、校园网。 全国网络中心设在清华大学，负责全国主干网的运行管理。

5、地区网络中心和地区主节点分别设在清华大学、北京大学、北京邮电大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、电子科技大学、东南大学、东北大学等10所高校，负责地区网的运行管理和规划建设。省级节点设在36个城市的38所大学，分布于全国除台湾省外的所有省、市、自治区。 CERNET已经有28条国际和地区性信道，与美国、加拿大、英国、德国、日本和香港特区联网，总带宽达到250Mb/s。2022-5-3计算机网络技术及应用84.2 广域网组网技术 纵观广域网组网技术的发展，是一个带宽不断升级的过程：最早出现的X.25只能提供64Kb/s的带宽，其后DDN（数字数据网）和FR（帧中继）使带

6、宽提高到2Mb/s，SDH（Synchronous Digital Hierachy：同步数字结构）和ATM（Asynchronous Transfer Mode：异步传输模式）又把带宽提升到2.5Gb/s。 2022-5-3计算机网络技术及应用94.2 广域网组网技术 1 分组交换数据网络（X.25网络） 分组交换数据网络（PSDN）遵循CCITT X.25系列建议，因此也被称为X.25网络，X.25网络曾经是使用比较广泛的广域通信子网。X.25 规定了 DTE-DCE 的接口。 *DTE：数据终端设备 DCE：数据通信设备 VC：虚电路（交换虚电路 SVC 和永久虚电路 PVC ）X.25

7、 接口X.25 接口X.25 公用分组交换网VC2VC1DTEDTEDCEDCEDCEDTEX.25 接口2022-5-3计算机网络技术及应用104.2 广域网组网技术 o X.25 X.25 网络的组成网络的组成 PSEPSE（分组交换设备）（分组交换设备）：将从某一物理链路传输来的数据分组根据一定的路由选择算法转发到另一条物理链路上；PADPAD（分组装拆设施）（分组装拆设施）：为非分组式用户终端提供接入PSDN的能力；NPTNPT（非分组式终端）（非分组式终端）：不具有装拆分组能力的终端设备；PCPC（分组集中器）（分组集中器）：将来自于多个分组式或者非分组式用户终端设备的信息流合并为一

8、个X.25分组流送往PSE；NMCNMC（网络管理中心）（网络管理中心）：运行网络管理软件，管理整个网络的运行，包括性能管理、故障检测、差错恢复、用户入网登记及计费等。PEPPEP（策略实施点）：（策略实施点）：根据当前网络条件，对被管对象进行安全防护。 2022-5-3计算机网络技术及应用114.2 广域网组网技术 o 分组交换数据网络的编址方式分组交换数据网络的编址方式 分组交换数据网的编址方式遵循CCITT X.121建议，每个网络地址用不大于40位的十进制数表示。我国目前使用的分组交换数据网的网我国目前使用的分组交换数据网的网络地址采用了络地址采用了1515位十进制数表示，每位十进制位

9、占用位十进制数表示，每位十进制位占用4 4个二进制位。个二进制位。网络地址的结构及其含义如下：网络地址的结构及其含义如下： 网络地址网络地址 P(1) P(1) DNIC(4) DNIC(4) NTN(10)NTN(10) DNIC(4) DNIC(4) 国家代码国家代码(3)(3)网络编号网络编号(1)(1) NTN(10) NTN(10) 节点机编号节点机编号(4) (4) 节点机端口号节点机端口号(4)(4)子地址子地址(2)(2) P（国际前缀）用1位10进制数表示，目前取值为0；DNIC（数据网络识别码）用4位十进制数表示，其中前3位为国家或地区代码，后1位为网络编号。分配给我国的国

10、家代码为460479，目前仅使用460表示。网络编号由国家自行分配； NTN（网络用户号码）用8位或者10位十进制数表示，由网络主管部门分配；前4位表示节点机编号，中间4位表示指定节点机的端口编号，后面的2位为子地址，由用户自行分配，子地址直接对应自行购置的交换设备的端口。 2022-5-3计算机网络技术及应用124.2 广域网组网技术 o 端用户系统端用户系统 X.25网络的端用户系统是指企业、部门或者个人接入X.25网络的各种计算机系统，包括各种大、中、小和微型计算机系统。为保证这些端用户系统可以方便地接入网络，PSDN提供了多种接口方式。 X25X25专线专线/ /拨号同步方式拨号同步方

11、式 每台占用PSE或者集中器的一个端口，具有该端口对应的网络地址。使用此计算机设备种方式接入PSDN时，MODEM必须配置为同步工作方式。 专线专线/ /拨号异步方式拨号异步方式 通过专线或者电话拨号，直接接入分组装拆设备或者集中器的端口，与PSDN网络以异步方式交换信息。每个端用户系统都被分配一个网络用户标识（NUI）。使用此种方式接入PSDN时，用户端的MODEM必须配置为异步工作方式。 路由器接入方式路由器接入方式 若企业内部已组建了局域网，可使用路由器作为局域网与分组交换数据网的互连设备，保证所有局域网用户可通过局域网接入X.25网络。2022-5-3计算机网络技术及应用134.2 广

12、域网组网技术 o X.25 X.25网络的特点网络的特点 支持OSI下三层服务，提供永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）；动态复用技术，可提高信道的利用率，简化物理接口；分组交换网中各节点具有存储转发功能，不同速率的终端可以相互通信；采用虚电路或数据报的方式进行分组传输。 o 缺点缺点 模拟信道、信道质量差，信道差错方面处理比较复杂，数据传输的网络时延较大，端口速率低（=64Kb/s）；适用于交换式短报文的传输，不适合实时性要求高、信息量大的业务使用。 o 发展现状及未来发展发展现状及未来发展 技术规程非常完备，应用广泛；由于数字技术的广泛应用，X.25技术在一定程度上已经过时，但目前主

13、宰着许多低速应用（如：销售终端，电子银行系统，电子信箱应用等）；X.25也是与国外通信的主要手段（通过卫星线路或租用线路等）。 2022-5-3计算机网络技术及应用144.2 广域网组网技术 2 帧中继（FR）网络 1984年，CCITT开始了分组交换技术的“改造工程”，并提出了一种新的分组交换技术帧中继技术，对应的标准为CCITT Q.922。帧中继 FR (Frame Relay)是一种支持高速交换的网络体系结构。在许多方面非常类似于 X.25，被称为第二代的X.25。o 帧中继的原理帧中继的原理 帧中继技术淡化了交换设备上的层次概念，将数据链路层和网络层进行了融合。一方面减少了层次之间的

14、接口处理；另一方面，也可以通过对融合的功能进行分析，发现冗余项，并进行简化。上述的优化使得帧中继成为一种极为精简的协议，仅仅需要提供组帧、路由选择和高速传输的功能，从而可以获得较高的性能和有效性。 帧中继对差错的处理 ： 当检测到有误码时，结点要立即中止这次传输。 当中止传输的指示到达下个结点后，下个结点也立即中止该帧的传输，并丢弃该帧。如果需要重传出错的帧，则由源站使用高层协议（而不是帧中继协议）请求重传该帧。2022-5-3计算机网络技术及应用154.2 广域网组网技术 o 帧中继的帧格式帧中继的帧格式 帧间隔符（帧间隔符（F）：）：取值为01111110，标识帧的起始和结束；地址字段（地

15、址字段（Addr）：）：一般占2个字节；信息字段（信息字段（DATA）：）：存放可变长度的用户数据；帧校验字段帧校验字段（FCS）：）：占2字节，采用循环冗余校验；数据链路连接标识符（数据链路连接标识符（DLCI1+DLCI2）：）：占10位，标识使用的数据链路；命令命令/响应（响应（C/R）：）：由高层实体指明本帧的意义；扩展地址（扩展地址（EA）：）：地址字段可以扩展到3或者4字节（对应的DLCI为17或者24位）； EA=0，表示后继字节仍属地址字段；EA=1，本字节为地址字段的最后字节；正向正向拥塞通知（拥塞通知（FECN）/反向拥塞通知（反向拥塞通知（BECN）：）：由网络中的交换设

16、备置位，通知接收方与本帧同/反方向传输时曾经出现拥塞现象，并可能继续拥塞；丢弃指示丢弃指示（DE）：）：用户置位时，表明本帧在网络出现拥塞时可以优先丢弃；无编号标识符（UI）：一个字节，隐含了各种命令，但其中的P/F位应置为0；协议标识符（PI）：置为管理帧；呼叫参考（CR）：置为0；信息类型（Type）：帧中继仅支持两种类型（状态查询和状态报告）。2022-5-3计算机网络技术及应用164.2 广域网组网技术 o 帧中继帧中继网络的特点网络的特点（1）FR支持OSI下二层服务并提供部分的网络层功能； （2）FR采用光纤作为传输介质，传输误码率低； （3）将分组重发、流量控制、纠正错误、防止拥

17、塞（正向拥塞通知，反向拥塞通知，丢失指示等）等处理过程由端系统去实现；简化了节点的处理过程，缩短了处理时间，降低了网络时延； （4）具有灵活可靠的组网方式，可采用永久虚电路（或交换虚电路）的方式，一条物理连接能够提供多个逻辑连接，用户所需的进网端口数减少； （5）FR具有按需分配带宽的特点，用户支付了一定的费用购买“承诺信息速率”，当突发性数据发生时，在网络允许的范围内，可以使用更高的速率； （6）使用FR，用户接入费用相应减少。 2022-5-3计算机网络技术及应用174.2 广域网组网技术 o 帧中继网络的发展帧中继网络的发展 帧中继可通过X.25更新软件实现，可在DDN（数字数据网）网上

18、配置端口实现，在以ATM为主干的网络中，帧中继仍然可以作为良好的用户接入方式。 目前大多数业务都集中在2Mb/s之内，是FR业务的最经济有效的范畴，未来的FR业务将有很大的市场发展潜力，有较好的投资保护。2022-5-3计算机网络技术及应用184.2 广域网组网技术 3 数字数据网(DDN) DDN是电信部门向用户提供的一种高速通信业务，利用数字通道提供半永久性的连接电路，提供中高速、高质量的点对点、点对多点的数字专用电路。2022-5-3计算机网络技术及应用194.2 广域网组网技术 o DDN的特点的特点 l 将多路复用技术应用于数字传输信道，支持多个用户共享通信资源； l DDN是面向用

19、户的数字传输技术，速度较SDH低； l DDN采用时分多路复用技术将支持数字信息高速传输的光纤通道划分为一系列的子信道； l DDN仅是一条支持用户数据点到点高速传输的通道； l 用户可以向电信部门定时的租用子信道（独占）； l DDN的基本速率为64Kb/s，用户租用的信道速率应为64Kb/s的整数倍； l DDN本身并不提供任何通信协议的支持，在DDN信道上使用何种通信协议由用户自行决定； l DDN信道的最大不足是DDN仅提供点到点通信的专用信道（也称专线），因此当一个用户希望和多个其它的用户使用DDN通信时，必须租用多个DDN端口； l 速率高、物理时延小，最高速率为150Mb/s；

20、l 支持数据、图像、声音等多种业务； l 网络运行管理简便，没有任何检错、纠错功能； l DDN适用于传输数据量大的业务。2022-5-3计算机网络技术及应用204.2 广域网组网技术 o DDN 的缺点的缺点 DDN是固定信道方式，不能进行动态复用，在数据量不大的情况下线路利用率较低；由于是点对点的通信，需要多个DDN端口才能支持与多个节点通信，进网的端口数多。o 发展现状和未来发展发展现状和未来发展 目前，我国采用DDN组网的部门很多，发展较快。国际范围内，DDN用于许多部门（金融、保险、航空、企业、政府部门等）。但发展势头趋于平稳，主要是受ATM技术的影响和帧中继网络技术的影响。2022

21、-5-3计算机网络技术及应用214.2 广域网组网技术 4 综合业务数字网（ISDN） 综合业务数字网（ISDN）是20世纪80年代由CCITT引入的，用以提供语音、数据、图像和视频数字服务，以数字形式统一处理各种公用网的通信业务。采用数字技术，替代模拟通信网中的传统系统或交换系统中使用的模拟技术。 ISDN设计的目标是以数字形式统一处理各种公用网的以数字形式统一处理各种公用网的通信业务通信业务，设置能够与各种通信网接续的ISDN终端交换机，并提供标准的用户/网络接口，使得用户可以通过一条用户线接入网络，获得各种电信服务。 ISDN所提供的业务（即服务）主要有：语音业务允许语音业务允许用户将用

22、户将ISDN终端或计算机接入终端或计算机接入ISDN； 可视图文；智可视图文；智能用户电报、传真业务；遥测和告警业务。能用户电报、传真业务；遥测和告警业务。 2022-5-3计算机网络技术及应用224.2 广域网组网技术 o ISDN的组成的组成 在ISDN中，用户和综合业务数字网之间的连线相当于一个数字比特管道，管道中的比特流可以来自数字电话机、数字传真机或其它终端，并且比特流可以双向流动。 ISDN 的用户类型：一个家庭或小单位（如下左图）；一个较大单位（如下右图）。2022-5-3计算机网络技术及应用234.2 广域网组网技术 小单位ISDN接入 大单位ISDN接入 *NT1:用户端接设

23、备*PBX：专用小换局2022-5-3计算机网络技术及应用244.2 广域网组网技术 o ISDN 的两种接入速率的两种接入速率 B 通道：通道：透明地传输用户信息（数字化语音和数据），用户可以采用任意的通信协议； D 通道通道：主要用于用户和网络之间的控制信息交换，包括建立和拆除连接等，也可支持较低速率要求的数据传输； （1）基本速率接口（）基本速率接口（BRI） 两个B通路和一个D通路（2BD），通常速率为144 Kbps。两条64 Kbps的B通路，支持话音和数据传输；一条D通道，用于传输控制信号和数据，16Kbps全双工数据通道。适用于家庭或小单位，可以通过BRI接口传送语音、数据、传

24、真及一般质量的图像，可传输可视电话、电视会议。至少可使三个一般的终端同时在2BD的信道上传输数据。 （2）一次群速率接口（）一次群速率接口（PRI） T1系统（1.544Mbps）： 美国、日本等国采用23个64 Kbps的B通路和1个64 Kbps的D通路的速率接口（23BD）。 E1系统（2.048Mbps）：欧洲国家采用的是30个64 Kbps的B通路和1个64 Kbps的D通路的速率接口（30BD）。 2022-5-3计算机网络技术及应用254.2 广域网组网技术 o 宽带综合业务数字网（宽带综合业务数字网（B-ISDN） ISDN通过一条线路满足用户使用多种通信业务的需求，但在推广过

25、程中却遇到了一些问题，而最主要的问题就是ISDN提供的固定接口速率。一方面，目前数字化语音传输只要32Kb/s通道即可，仍旧利用64Kb/s的B信道支持数字化语音传输，50以上的信道容量会被浪费。另一方面，图像的传输已逐步成为人们需求的重点，为支持图像传输，64Kb/s的信道容量又嫌不足。为解决这一新问题，CCITT在原有ISDN的基础上，公布了有关宽带ISDN的系列建议。宽带意味着更高的传输速率，B-ISDN的传输速率可达155Mb/s到1Gb/s以上。为了表示区别，原有的ISDN技术被称为窄带ISDN（N-ISDN）。N-ISDN和和B-ISDN在性能上的差异：在性能上的差异：（1）N-ISDN 以电话网为基础，用户环路主要采用双绞线，而B-ISDN 的用户环路和长途干线都采用光缆； （2）N-ISDN 的各种通道的速率固定（如：B通道为64Kb/s），而B-ISDN 的速率是可变的； （3）N-ISDN 以传输数字化语音为主，而B-ISDN 可以传输各种数字化信息（如：语音、数据和图像等）。 2022-5-3计算机网络技术及应用264.2 广域网组网技术 5 SONET/SDH o 同步光纤网（同步光纤网（SONET） 同步光纤网（SONET）标准，是由美国在1988年推出的一个新标准。新标准着重于高次群的统一，方便国际