计算机网络与通讯课件向建华第6章广域网

6－1第6章广域网计算机网络与通讯6－2学习目标本章内容：

6.1广域网概述

6.2广域网控制技术

6.3几种常见的广域网

6.4广域网接入

学习重点：

广域网的基本特点及常用的数据交换技术；几种常见的广域网特点和广域网接入技术的特点。6－31）特点6.1广域网概述跨越长距离、连接多个局域网或主机在一起的网络；（网状结构）两种基本设备：1)结点交换机（x.25交换机、帧中继交换机、ATM交换机)2)传输线路（包括本地环路）—双绞线、大对电缆、光纤广域网费用成本高，由电信部门提供和管理设备，多使用多路复用技术，提高线路利用率；广域网为点到点网络，主要技术在物理层、数据链路层和网络层（用于结点交换机的路由选择）。广域网6－4广域网连接类型传输速率PSTN（公用交换电话网）56kbpsISDN（综合业务数字网）128kbps~2MbpsDDN（数字数据网）64kbps~2MbpsADSL（非对称数字用户网）上行640kbps，下行8MbpsHFC（混合光纤同轴电缆）30Mbps～50MbpsX.25（公共分组交换）64kbpsFramerelay（帧中继）56kbps～45MbpsATM（异步传输模式）155Mbps～2.5Gbps广域网接入广域网主干网络2）广域网技术6－53）广域网应用实例连接距离很远的两个局域网；（帧中继＋ISDN/DDN）移动用户远程访问企业网络；（ISDN/PSTN/ADSL)广域网主干连接；（帧中继/ATM/X.25）家庭用户访问因特网；（HFC/ADSL/PSTN/ISDN)小区访问因特网；（DDN/ADSL）6－66广域网6.1广域网概述

6.2广域网控制技术

6.3几种常见的广域网

6.4广域网接入6－76.2广域网控制技术源主机发送的数据由广域网中的结点交换机通过点对点链路逐步地转发到目的主机。（交换）广域网控制主要解决的三个问题：

1）广域网采用何种数据交换技术？2）点对点链路的选择？3）数据大量泄入某结点交换机，拥塞控制问题？6－81）数据交换技术

电路交换（CircuitSwitching）两用户进行通信时，首先要建立一条临时的独占的物理专用线路，不与其它用户共享，直到通信一方释放这条专用线路。（PSTN/ISDN）H1和H5通信：专用线路A、B、E6－9三个阶段：建立连接（可以采用复用技术，时间比较长）数据传输（独自占用信道）线路拆除

优缺点：建立连接的时间长，当网络节点负荷过重时，可能出现呼叫不通的情况，而不能建立连接；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小，无冲突。6－10

报文交换（MessageSwitching）

整个报文（程序、文件、数据块）作为一个整体一起发送。在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。报文M从H1到H4：存储－转发路线A->F->C->D6－11优点：1）传输线路不是专用的，可以被多个报文传输利用，电路利用率高；2）可以把一个报文发送到多个地址（一对多传输），电路交换不能做到。缺点：1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂；2）大报文造成存储转发的延时过长；3）出错后整个报文全部重发。6－12将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。（a）数据报交换每个分组独立寻址，不能保证分组顺序到达。分组通常称为数据报（无连接）。（b）虚电路交换面向连接，先建立一条路径，每个分组都走该条路径，保证每个分组顺序到达。交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）。数据报分组交换（H1-H4：M-p1/p2/p3)

分组交换（packetSwitching）虚电路分组交换(H1-H3:A、B、C）6－13（C）快速分组交换（FPS）：一个帧还没有接收完时就开始转发此帧；转发站不进行差错检验和控制；使用面向连接的永久虚电路。（实例：帧中继、ATM）计算机网络（广域网和internet）主要使用分组交换技术。分组交换优点：1）转发的分组小，转接于转发节结点的内存中，提高了转发的速度；2）分组分别被转发节点并行存储转发，降低了总体的处理时间；3）传输中错误，只需重发出错的分组，不必重发整个报文，提高了差错控制效率。6－142）路径选择6.2广域网控制技术分组交换的具体过程也称为“路由/径选择”，是根据其目的地址查找交换机路由表，并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。路由表是根据一定的路由选择算法得到的，一般称为路由选择协议（即负责搜索分组从某个结点到目的结点的最佳传输路径，从而得到路由表）。最优路径通过以下指标来衡量：距离：路径的长度；跳数：路径经过所经过的交换机数目；时延：分组由源站到达目的站所花费的时间；费用：通信线路交纳的费用；可靠性：链路的误码率。Rip/rip2/ospf/BGP6－15地址编码方案

局域网采用了单一编址方案（MAC地址）。广域网中一般都采用分级编址方案。6－166－17[2,1][2,2]45674567交换机2交换机3[1,1][3,2][3,3]这里给出结点交换机

2

中的路由表作为例子例如，一个欲发往主机[3,2]的分组到达了交换机

2。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]直接这时应查找交换机

2的路由表，找目的站为[3,2]的项目。45

6

71

2

3123123分组转发机制交换机

2的路由表6－18[2,1][2,2]12341234交换机2交换机3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]吗？交换机1[1,3]交换机

2的路由表目的站下一跳

[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]直接查找转发表中的下一个项目。否12312345

6

71

2

36－19[2,1][2,2]12341234交换机2交换机3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]吗？交换机1[1,3]交换机

2的路由表目的站下一跳

[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]直接查找转发表中的下一个项目。否12312345

6

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2

36－20[2,1][2,2]12341234交换机2交换机3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]吗？交换机1[1,3]交换机

2的路由表目的站下一跳

[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]直接根据转发表指出的下一跳把分组转发到交换机

3。是12312345

6

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2

36－21[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]分组转发到交换机

3

后就查找交换机

3

的路由表。从路由表（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。12312345

6

71

2

36－223）拥塞控制在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏——产生拥塞(congestion)。若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。最终，数据流量趋于零，出现拥塞崩溃；到了数据流量为零，网络完全失去了传输能力，称为死锁。拥塞控制方法：开环控制：就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。（资源预约和接纳控制，广域网采用）闭环控制：是基于反馈环路的概念。属于闭环控制的有以下几种措施：监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生。将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方。（源结点）分组丢弃6.2广域网控制技术6－236广域网6.1广域网概述

6.2广域网控制技术

6.3几种常见的广域网

6.4广域网接入6－246.3几种常见的广域网1）X.25网它是1976根据CCITT（即现在的ITU-T）的X.25建议书实现的计算机网络。

X.25网络中，数据以分组形式通过分组交换机传输，也称x.25分组交换网。X.25只是一个对公用分组交换网接口（数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCT）的规约。X.25所讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。X.25网概述6－25X.25网的体系结构（工作在OSI的最低三层）用户数据在X.25的分组层（相当于网络层）加上X.25的首部控制信息后，就组装成为X.25分组。在分组层DTE与DCE之间可建立多条逻辑信道(0~4095号)，使一个DTE同时和网上其他多个DTE建立虚电路并进行通信。在数据链路层使用的是HDLC的一个子集——平衡型链路接入规程LAPB。6－26X.25网的特点优点：（1）可靠性高。面向连接的虚电路服务。（2）多路复用。单一物理链路上复用多条虚电路，使一个DTE和网络中多个DTE通信。（3）支持多种协议：IP、IPX、Appletalk等。缺点：（1）传输线路借助于电话网，容易收到干扰，误码率高；（2）两级差错控制，传输效率低（64kbps）；（3）数据链路层和物理层协议复杂。由于数字光纤电话网和新的广域网技术的出现，X.25已退出了历史舞台。6－272）Framerelay（帧中继）Framerelay概述20世纪八十年代后期出现，类似x.25网络，被称为第二代x.25网络。使用快速分组交换（FPS）技术，当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即进行转发。借助于数字光纤网，不使用差错控制和流量控制（交给高层/传输层处理)；帧中继连接的复用和交换在第二层处理，而X.25在第三层处理。帧中继提供面向连接的PVC。6.3几种常见的广域网6－28Framerelay帧格式标志字段：用来指示帧的开始和结束。信息字段：长度可变的用户数据。帧检验序列：2字节的CRC校验（当检验出差错，就丢弃）。地址：一般为2字节，可扩展为4字节。数据链路连接标识（DLCI）：一般默认为16比特，用于标识永久虚电路（PVC）。地址里也包含一些拥塞控制信息。6－29Framerelay工作过程局域网上的Mac帧传到与帧中继相连的路由器。路由器就剥去MAC帧的首部和尾部，将IP数据报交给路由器的网络层，网络层再将IP数据报传给帧中继接口卡。帧中继接口卡把IP数据报封装到帧中继帧的信息字段。帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线(DLCI对构成）发送给帧中继网络中的帧中继交换机。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。6－303）ATM（异步传输模式）网络ATM网络概述ATM采用定长分组（信元）作为传输和交换的单位。信元共53字节，48字节数据＋5字节首部（信头）。ATM是建立在电路交换和分组交换的基础上的快速分组交换技术（FPS），（只检验信元的头部，无错就立即转发）。ATM采用STDM传送技术，用户信息在每帧中位置不是固定不变的，只要帧有空闲，信息就可占用，使得用户信息在传输信道中没有规律和周期性（异步传输）。ATM底层主要使用同步数字系列SDH（ATM信元是异步插入到SDH帧中）。6.3几种常见的广域网6－31ATM的特点优点：（1）选择固定长度的53字节信元作为信息传输单位，有利于宽带高速交换。（2）能支持不同速率的各种业务。（3）ATM使用光纤，误码率低，不必在链路层进行差错和流量控制（差错在高层处理），提高了信元在网络中的传输速率。155Mbps～2.5Gbps。（4）底层面向连接，ATM更好地支持实时的语音和视频传输以及QOS。缺点：（1）ATM技术复杂硬件成本高。硬件比千兆以太网及其它高速网贵。（2）信元首部开销大（5/53)；（3）ATM支持的应用并不多；（4）切实实惠千兆/10千兆以太网的出现削弱了ATM的竞争优势。6－326广域网6.1广域网概述

6.2广域网控制技术

6.3几种常见的广域网

6.4广域网接入广域网的接入是指从用户终端到广域网结点交换机之间的