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第六章广域网 6 1广域网的发展特点与功能6 2因特网的发展特点与应用6 3因特网协议6 4其他网络技术 6 1广域网的发展特点与功能 6 1 1广域网互连技术6 1 2路由器技术的发展特点与应用6 1 3宽带接入 6 1 1广域网互连技术 广域网基本概念组成 由结点交换机和连接这些交换机的链路组成 结点交换机 执行分组转发的功能 结点之间是点到点的连接 局域网与广域网的区别 局域网使用的协议主要在数据链路层 广域网使用的协议主要在网络层 相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成互联网 广域网提供的服务 数据报服务虚电路服务 广域网向上提供的服务 无连接的网络服务面向连接的网络服务 数据报服务 一种尽最大努力交付的服务 主机可以随意发送数据 每个分组可以独立的选择路由 数据报再按顺序发送交付给目的站 目的站必须把收到的分组缓存 直到能够按顺序交付主机时交付 网络发生阻塞时 网络中的某个结点可以将一些分组丢弃 一个网络中 可以有多个主机同时发送数据 虚电路服务 虚电路服务的特点是在主机之间通信过程由发送主机先发出一个虚呼叫 发送一个特定格式的呼叫分组 要求通信 同时也寻找一条合适的路由 若接受的主机同意通信 就发回响应 然后双方就可以传送数据 数据传送完成后 虚电路就被释放 虚电路与数据报的比较 广域网中的路由选择 广域网的技术核心是路由选择 路由选择解决分组在各交换机中应如何进行转发 即通过哪条通路将数据从源主机发送到通信的目的主机 交换机中的路由表 P147 结点交换机最重要的作用是提供一个路由表 供转发分组时使用 路由表有两个重要的内容 分组将要发往的目的站 分组将要发往的下一站或转发端口 交换机中的路由表 路由表中没有源站地址 这是因为路由选择中的下一站只取决于数据报中的目的站地址 交换机中的路由表 确定下一站 不是根据目的站的完整地址 而是根据目的站中的交换机号 目的站 是 目的站地址中的交换机号 与计算机的编号无关 层次结构编址方案 分为前后两个部分 分组交换机连接在分组交换机上的计算机 转发分组时 只使用第一部分的地址 在分组到达目的计算机相连的结点交换机时 才检查第二部分的地址 路由算法 产生路由表的算法 可分为两种类型 非自适应路由选择策略自适应路由选择策略 非自适应路由选择策略 1 固定路由法 在每个结点上保持一张路由表 在整个系统进行配置时生成路由表 并且在以后相当一段时间内保持固定不变 作法 将网络中任何两个结点之间的最短通路计算好 由算法求出最短通路树目的结点和后继结点 分散通信量法 事先在每个结点的内存中设置一张路由表 在表中给出几个可供采用的输出链路 并对每条链路赋予一个概率 当分组到达该点时 该结点产生一个0 0 99的随机数 然后按照随机数的大小 查表找出相应的输出链路 洪泛法 在某个结点收到一个不是它发给的分组时 就向所有与此结点相连的链路转发出去 多条并行的发送路由中 一定会有一条是最佳的 当网络的通信量很小时 洪泛法可使分组的时延为最小 洪泛法会使分组的数目迅速增长 导致网络拥塞 解决的方法是设置一个计数器 当达到规定值时 将超时的分组丢掉 良好的隐蔽性 随机走动法 当分组到达某个结点时就随机地选择一条链路作为转发的路由 当遇到结点或链路出现故障时 该法很有效 具有良好的稳健性 自适应路由选择算法 该算法能够适应通信量和网络拓扑的变化 当网络中的通信量发生变化或某些结点 链路发生故障时 算法应能够自适应地改变路由 分布式路由选择策略 每个结点周期性地从相邻的结点获得网络状态信息 同时本结点周期性地通知周围的各结点有关结点的信息 所有结点不断地根据网络新的状态更新其路由选择决定 特点 整个网络的路由选择经常处于动态变化的状态 各结点的路由表经过一定时间的相互作用 各路由表中的数据才能达到稳定的数值 基本算法有距离向量算法和链路状态算法 3要素 对网络某种特性的测量过程如何传播测量结果的协议如何计算出确定的路由 集中式路由选择策略 其核心是网络控制中心NCC 取决于储存在NCC中的网络信息的类型 路由的计算方法和路由选择的实现技术 优点 各个结点不需要进行路由选择计算 对进入网络的通信量的某种流量起到控制作用 缺点 为了解决NCC较近地方的通信量 开销较大以及存在可靠性问题 因此一般采用综合使用几种路由选择的策略 混合式路由选择策略 在一个网络中可以将一些不同类型的路由选择策略混合使用 方法是在每一个结点明确地指出对于哪一种类型的通信量 负荷以及网络的连通条件 应当采用哪一种路由选择策略 6 1 2路由器技术的发展特点与功能 网关 高层协议转发器 用于不同类型且差别较大的网络系统间的互连 也可用于同一个物理网而在逻辑上不同的网络间互连 路由器的主要功能 选择转发数据的路径 均衡网络负载 利用通信协议本身的流量控制功能控制数据传输 具有判断是否需要转发数据分组的功能 对于不该转发的信息过滤掉 路由器按照连接网络的网络层协议分为 单协议路由器 多协议路由器 按网络互连距离分为 远程路由器和本地路由器 内部网关协议IGP 路由协议的目的 网络中的计算机在传输数据时能够经过最短的路径到达最终的站点 内部网关协议IGP 用于有一定规模限制的网络内进行信息交换 外部网关协议RIP 用在不同的自治系统之间进行网络互连 构成网间网 RIP协议 路由选择信息协议 使用一种非常简单的度量制式距离 距离就是通往因特网站点所需经过的链路数 又称 跳数 取值为1 15 RIP支持点到点和广播型网络 RIP协议包含一个请求和一个响应命令 RIP的常规操作是通过对广播响应完成的 广播每隔30秒发送一次 或由路由表的更新触发 路由表每项应包括 目的站点的地址通往目的站点的度量值下一个路由器的地址最新更新过的标志几个定时器 RIP广泛应用的原因 用户可以在几个小时内完成配置工作 无须研究复杂的算法 发生重大错误的风险小 网络拓扑结构简单很少发生故障 缺点 无法胜任庞大复杂的网络 OSPF 在链路状态技术中 各个网络节点不必交换通往目的站点的距离 而只需维护一张网络图 在网络拓扑结构发生变化时及时更新 利用这些图可以计算出比距离向量更为精确的路由 OSPF优点 无环路的收敛性支持精确的度量值支持多重度量制式支持通往一个目的站点的多重路径和区分不同的外部路径 IGRP 内部网关路由协议与RIP IGRP更新时间间隔为90秒 带有精确度量值 其他区别 EIGRP 纠正了距离向量协议的缺陷保持原有的简单性克服IGRP的明显缺陷 环路检测 EGP 采用主干中心树型拓扑结构 不支持不同地区和国家主干网互连的因特网 有9种报文 主要特征 支持相邻搜索 网关不断测试EGP相邻网关是否有响应 相邻网关通过传递路由选择更新报文 网关不断测试EGP相邻网关是否有响应 相邻网关通过传递路由选择更新报文定期交换可达性信息 BGP 边界网关协议 对EGP最重要的革新是路径向量 它能避免拓扑网络中的环路 导致 网络数量急剧膨胀 B类地址耗尽 路由表爆炸 6 1 3宽带接入 网络互连需要解决的一个核心问题是 选择一个协议层次 以该层分割 网络设备中的高层协议是相同的 低层协议和硬件差异通过该层屏蔽 物理层 中继器 集线器 多路复用器 链路层 桥接器 存储转发数据帧 网络层 路由器 在不同的网络之间存储转发分组 传输层以上 网关 互联网的复杂性取决于 互联网的帧 分组报文协议的差异程度 DWDN技术逐渐成熟 HFC 廉价的HFC 容量巨大的宽带接入网 有线电视网的改造 HFC的商业价值在于它拥有巨大的用户资源 ADSL 利用电话线传输宽带数据 传统电话线带宽3kHz 将电话线上1MHz的带宽划分为256个带宽为4KHz的子信道 多数子信道用于传输流向用户的数据 约达6Mb s 回传信号只占用0 6Mb s ADSL 不用拨号 直接上网独享信道 稳定性好 安全性好 弱点 离交换机越远 速度下降越快 如果需要获得8Mb s的下行速率 用户离交换机的距离不超过5km xDSL 为推动VOD技术而开发的 基于双绞铜线技术 利用现有的公用电话网的用户环路部分 是目前最受关注 最有可能在短期内普及的接入技术 X表示A H S C I V RA等不同的数据调制实现方法 使数据或多媒体信息可以更高速地在铜质双绞线上传送 避免拥塞 DSL技术按上行和下行速率的是否相同 可分为速率对称型和速率非对称型两种 如果用户下载的数据量比较大 采用速率非对称型DSL技术 全光网 最宽的接入 这种技术的发展得益于PON无源光网络 不用安装光接收机单模光纤在骨干网中大量使用 无线网设备 实现远程和没有地下电缆管道的建筑物之间的通信 远程网桥集线器 远程网桥 远程无线Ethernet和令牌网桥 两个网桥无线的部分与天线连接 数据包以超高频的无线电波传输 高频区域提供了更高速度的更大带宽 无线网桥的工作频率是902MHz 928MHz范围内的扩频无线电波 视线内传输 这些频率的传输很难被拦截 射频接口低于常规接口 不受气候条件的干扰 不要求许可证 美国 LMDS 本地多点配送服务 花钱最少 见效最快的宽带接入网 固定无线宽带接入技术之一 特别适合人口密集的城市中局域网用户的接入 工作于28GHz 频段高度达1GHz 理论上数据传输达155Mb s 网络结构类似蜂窝移动电话通信网 缺点 高频率导致传输距离很短 基站与用户的收发机之间不能有任何阻碍 雨雪等天气原因会影响微波的传送 移动通信网 3G技术的发展 卫星 优点 线路不受地理条件限制 传输距离远传输质量可靠组网灵活观众广安全速度高 6 2因特网的发展特点和应用 6 2 1Internet名词技术 Internet 全球的 开放的计算机互连网络 主要功能 信息浏览检索用户最多影响最广的国际互连网络系统 冲浪 网上遨游 调制解调器 猫 调制 数字信号转换成模拟信号解调 模拟信号转换成数字信号分为内置 外置式速率有14 4kb s 28 8kb s 33 6kb s 56kb s等 ISP 因特网服务提供商 HTML Hypertextmarkuplanguage超文本标记语言 超链接 HyperLink TCP IP server 服务器 提供通信 文件共享 网络打印 Homepage 主页 第一个信息界面 WWW WorldWideWeb万维网 网络漫游工具 基于超文本方式的信息检索工具 E mail 电子邮件 通过SMTP协议完成传输 POP PostOfficeProtocol 邮局协议 在邮箱所在的计算机上再运行一个服务器 这个服务器使用POP协议 用户运行的电子邮件软件成为POP服务器的客户 对邮箱的内容进行存取 SMTP与POP3 SMTP保证服务器把邮件传送出去 当邮件传送程序与远程服务器通信时 它就构造了一个TCP连接并在上面通信 一旦连接存在 两个程序就遵从SMTP HTTP Hypertexttransferprotocol超文本传输协议当用户在浏览器的地址栏输入 表示用使用http的web页 URL Uniformresourcelocator统一资源定位格式 Web上的地址编码 包括 所用的传输协议 服务器名称 文件的完整路径 IPAddress Internet上的每台主机的唯一地址 包括 网络地址 主机地址 域名 用句点分割的英文字母组成 标识因特网上的一台主机 域名服务器 负责将域名翻译成IP地址 Telnet 远程登录 因特网上最早的应用程序之一 FTP 文件传输协议 文件传输工具 利用FTP登录服务器的方式有两种 该系统的正式用户 匿名用户登录 Newsgroup 新闻组 个人或单位向新闻服务器投递邮件的集合 必须首先由ISP建立一个与新闻服务器的链接 BBS Bulletinboardsystem电子公告栏 交互性强内容丰富及时响应 搜索引擎 用来查询搜索世界各地因特网网络资源的Web服务器 download 下载通过网络将其资源拷贝到本地的过程 上传 将自己的资源传送到网上的某个主机上 ICQ Iseekyou 网络寻呼 网管 administrator网络管理员负责网络服务器管理和维护 资源和资源共享 资源有硬件和软件资源 资源共享就是让多个用户同时享用资源 6 2 2Internet Intranet Intranet 企业级内部网 采用Internet技术 利用TCP IP技术 为企业内部提供完整解决方案的计算机网络 具有企业内部网络安全性 又有Internet的灵活与开放 基本的标准服务 文件共享目录查询打印共享电子邮件网络管理 首要任务 为企业内部的日常业务及办公管理提供完整的解决方案 具备良好的开放性 可与世界高速公路连接 特点 成本低具有伸缩性可以选择不同厂家的设备和服务协同发布信息容易开发 可利用原有数据 只需改变目前企业网的应用方式和界面 不需改动现有企业网的物理结构 Intranet是基于Internet技术 Web技术 TCP IP和HTML技术的国际企业信息系统 集成一个开放的 安全的和可管理的统一的应用平台 可以实现信息共享 业务处理和协同工作 关键技术 1Web技术浏览时的工作过程 阅读HTML文档解释标记代码HTTP协议向Web服务器提出请求阅读返回的内容并解释 显示 2Web服务器 选择操作系统平台WindowsNTUNIXLINUX Web服务器软件NetscapeCommunicationServerNetscapeCommerceServerApacheIIS 以HTML语言HTTP协议为基础 3文本组织 4电子邮件系统 客户软件可以是公司内部的e mail系统运行在主机系统上的软件包独立的POP3或IMAP兼容软件包 5FTP 6CGI 公共网关接口对外进行信息服务的标准接口 提供动态变化信息 一般用C或C 语言编写 CGI为脚程序定义一些标准的方法 以确定如何为服务器提供必要的信息 CGI脚本负责处理从服务器请求一个动态响应必须的所有任务 CGI的主要用途是使用户能够编写与浏览器相交互的程序 CGI可以编写的程序 动态地创建新的Web页面处理HTML表格输入在Web和其他服务之间架设沟通的渠道 7Web的数据库 工作过程 用户通过编写表格执行查询和数据请求CGI脚本程序把输入到表格中的信息提取出来 把它组织成有效的SQL查询 CGI脚本将其发送到后台数据库 同一个CGI脚本程序在数据库引擎对数据进行处理之后接收查询结果 Oracle数据库应用程序网关Sybase数据库应用程序网关Informix数据库应用程序网关Microsoft的IIS和ODBC 创建包含有数据库中信息的web页面从Web页面执行基于用户输入的插入 修改 和删除数据库信息 执行其他SQL命令 6 2 3企业网站建设 Intranet体系结构关键技术构建方法3种网络操作系统解决方案 1Intranet的组成 A网络平台 Intranet的核心和中枢 网络服务平台 为网络用户提供各种信息服务 信息点播信息广播Internet服务远程计算其他 开发平台 通用开发工具Web开发工具Java开发工具数据库开发工具 数据库平台 对用户的数据信息资源进行组织管理和维护 OracleInformixDB2SybaseWindowsSQLServer 网络管理平台网络安全平台网络用户平台环境平台通信平台 Intranet网络的硬件结构 继承LAN和WAN的特点 集线器交换设备服务器调制解调器远程访问服务器 防火墙路由器网桥网关 3Intranet网络的软件结构 WWW技术是基础 网络浏览器Web服务器应用数据库管理系统CGI接口管理软件网络操作系统Java和VPN VPN 虚拟专用网公司总部与其分支机构之间建立IntranetVPN为公司的供货商 重要客户及消费者建立ExtranetVPN为移动用户访问公司总部网络提供服务的远程访问AccessVPN 4IntranetVPN 实现用户内部网络各LA难得安全互连 5ExtranetVPN 将Intranet范围上向外扩展 将若干个企业的IntranetVPN结合起来构成一个大的虚拟企业内部网 6AccessVPN 将Intranet的范围扩展到经过授权的移动个人 IP VPN 利用公用骨干网络的广泛而强大的传输能力降低企业内部网络的建设成本极大的提高用户网络运营和管理的灵活性满足用户对信息传输的安全性 实时性 宽频带 方便性的需要 促使IP VPN发展的原因 Internet和IP技术的迅猛发展办公观念的转化ISP可利用IP VPN实现新的利润增长 7构建自己的Intranet 全盘的设计目标规划恶化创意研究软件模块的功能设计必须的硬件和网络设备的配置 步骤 需求分析系统设计硬件选型软件选型系统实现系统测试和试运行验收系统管理 6 3因特网协议 6 3 1Internet运输层协议6 3 2TCP IP体系中的运输层 6 3 1Internet运输层协议 在层次体系中提供端到端的互相通信进程的可靠通信 面向通信部分的最高层 面向用户功能的最低层 是网络体系结构中的关键层 ICMP ICMP不保证IP数据报的可靠性 而仅仅是关于网络问题的返回报告 TCP IP体系中的运输层 TCP UDP 6 4其他网络技术 DDN数字数据网X 25分组交换数据网PSTN公共电话网ISDN综合业务数字网帧中继 DDN数字数据网 利用光纤 数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成 为用户提供高质量的数据传输通道 传送各种业务 可选速率为2400b s到2048b s X 25分组交换数据网 X 25说明网络与网络外部数据终端设备的接口应遵循X 25标准 X 25以虚电路服务为基础 分为3个层次物理层接口标准 采用X 21建议书 使用最多的是RS 232标准 数据链路层采用平衡型链路接入LAPB 是HDLC的一个子集 分组层 需电路工作的3个阶段 1呼叫建立阶段2数据传送阶段3虚电路释放阶段 特点 可实现多方通信提高线路利用率信息传递安全 可靠 传输率高可实现全国漫游提供速率2400b s到64kb s PSTN公共电话网 目前使用广泛的网络系统 覆盖区域广 易于使用 价格低 ISDN综合业务数字网 利用已有的电话线 实现用户传输的数字化 可以传输语音 数据 图象等 ISDN终端设备通过标准的用户 网络接入网络 窄带ISDN有两种不同的速率 基本接入 144kb s 支持两条64kb s的用户信道和一条16kb s的信令信道 一次群介入 2048kb s或1544kb s 支持30或24条64kb s的用户信道和一条64kb s的信令信道 宽带B ISDN 基于PBX实现 为了提供不同的服务 需要建立不同的网络 分别用于电话 电视和数据 窄带N ISDN 以光缆为传输干线 可传输声音 视频和多媒体信息 帧中继 在用户于网络接口之间提供用户信息流的双向传输 并保持信息顺序不变的一种承载业务 是综合业务数字网ISDN标准化过程中产生的一种重要的技术 它是在数字光纤传输线路逐步代替原有的模拟线路 用户终端日益智能化的情况下 由X 25分组交换技术发展起来的一种传输技术 工作原理 在一个结点接到帧的首部后 就立即开始发送该帧的某些部分 一旦知道帧的目的地址就立即开始转发帧 采用帧中继可以减少减错的数量级 优点 传输时延小 速率高 组网和网络处理简单 一个端口可实现多个连接能和入网速率不同的用户通信传输带宽能够按需动态分配特别适合为LAN提供互连 快速分组交换技术 1帧中继 网络中帧长可变 只考虑如何接入到一个网络 2信元中继 网络中帧长固定 考虑如何用一个综合的交换设备对各种不同类型的信息交换 一般分组交换网和帧中继按传送方式对比 一般分组交换网每一个结点收到一帧后都要发回确认帧 反之一样 帧中继的中间站只转发帧而不发送确认帧 只有在目的站收到1帧后才向源站发回端到端的确认 6 4 6异步传输模式ATM 一种建立在电路交换和分组焦化的基础上的新的交换技术 它可以较好的对宽带信息进行交换 ATM面向连接的 通过建立虚电路进行数据传输 优点 信元 固定长度的数据 53字节 信元头为5字节 功能十分有限 主要用来标识虚连接 还可完成功能有限的流量控制 拥塞控制 差错控制 信元更便于简单可靠地进行处理 统计时分复用 ATM采用统计时分复用技术进行数据传输 根据各种业务的统计特性 保证业务质量要求的情况下 在各业务之间动态的分配网络带宽 达到最佳的资源利用率 AAL ATM适配层 传统的信息传输方式有两种 电路交换和分组交换 电路交换 将几个时隙放在同一帧中就可使几个连接在一条链路上进行时分复用 分组交换网 用户信息封装在分组中 分组中有分组头 其中包含一些附加信息 附加信息主要用于路由选择 差错纠正 流量控制 ATM传输过程 连接建立数据传输连接终止 网络组成 ATM端点 在ATM网络中能够产生或接收信元的源站点或目的站 ATM交换机 快速分组交换机 接口种类 用户网络接口 UNI 指ATM网络与用户之间的接口 网络与网络接口 UNI 指ATM交换机与指ATM交换机之间的接口 专用ATM网络的UNI和UNI分别叫专用UNI和专用UNI 公用ATM网有公用UNI和公用UNI 宽带公用接口B ICI ATM中的虚连接 建立过程 ATM网络发送一个建立连接的请求 接收端接到请求并同意建立连接 虚连接上所有中继交换机中都会建立连接映象表 虚连接用VPI VCI标识 在虚连接中 相邻两个交换机间信元的VPI VCI值保持不变 当信元经过交换机时 其信元中VPI VCI值将根据要发送的目的地 参照连接映象表被映射成新的VPI VCI 通过一系列的VP VC交换 信元被准确的传送到目的地 虚连接分类 永久虚连接PVC 由网络管理等外部机制建立的虚拟连接 该连接在网络中一直存在 交换虚连接SVC 在进行数据传输之前通过信令协议自动建立的 数据传输之后便被拆除 服务质量参数QoS 数据传输所需要的带宽数据负载类型数据优先级时延 选择ATM信元的因素 传输率打包时延交换机的排队时延交换机中存储器的大小 ATM网络的特点 适应高带宽应用的需求能同时传输多种数据信息具有良好的可扩展性对LAN和WAN具有同意的结构以及能为应用提供特有的Qos参数 ATM协议参考模型 用户平面支持数据传送 流量控制 差错检测以及其他的用户功能信息 控制平面用于连接管理 包括对信令信息的管理 管理平面用来维护网络和执行操作功能 采用OSI的分层方法 物理层 其功能相当于7层模型中的物理层和数据链路层 ATM层 相当与7层模型中的网络层 ATM适配层 负责处理从高层应用来的信息 CCITT 国际电话电报协会ConsultativeCommitteeonInternationalTelephoneandTelegraph 提供的服务 A类 面向连接的恒定比特率服务 B类 可变比特率服务 C类 ATM上的帧中继D类 表示ATM上的无连接的数据服务 X类 允许用户或厂家自定义服务类型 ATM层是ATM网络的核心 其功能主要有 信元头生成和去除一般流量控制连接的分配和取消信元复用和交换网络阻塞控制汇集信元到物理接口从物理接口分拣信元 ATM层功能 ATM层接收到AAL层提供的信元载体后 加上信元头生成信元 使信元能够成功的在ATM网络上进行传输 当ATM层将信元逶靥逑蚋卟鉇AL层传输时 必须去除信元头 ATM地址 本书提到两个字段 IDI字段 表示不同的国家 DSP字段 细分为固定的等级结构 路由信息域RD地区标识符AREA终端系统标识符ESI 48位的MAC地址 S