计算机网络原理及应用6

1、计算机网络原理与应用计算机网络原理与应用第第6 6章章 广域网广域网6.1 6.1 广域网的基本概念广域网的基本概念 6.2 6.2 广域网中的路由选择机制广域网中的路由选择机制6.3 X.256.3 X.25建议书建议书6.4 6.4 帧中继帧中继(FR)(FR)6.5 6.5 综合数字业务网综合数字业务网ISDNISDN6.6 ATM6.6 ATM6.7 6.7 广域网技术选择广域网技术选择 本章先讨论广域网基本概念，包括广域网所提供的两种服务。本章先讨论广域网基本概念，包括广域网所提供的两种服务。接着要讨论接着要讨论路由选择路由选择。后面介绍几种广域网技术。后面介绍几种广域网技术。6.1

2、 广域网的基本概念广域网的基本概念 q广域网广域网WAN (Wide Area Network)WAN (Wide Area Network) ：作用范围为几十到几千公里。一：作用范围为几十到几千公里。一般利用般利用公用通信网络公用通信网络提供的信道进行数据传输，用户无需维护。提供的信道进行数据传输，用户无需维护。q广域网的组成：广域网的组成：-结点交换机：结点交换机：执行将分组存储转发的功能。执行将分组存储转发的功能。-连接交换机间的链路：连接交换机间的链路：结点之间都是点到点连接，但为了提高网络结点之间都是点到点连接，但为了提高网络的可靠性，通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。的可

3、靠性，通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。q广域网和局域网的区别：广域网和局域网的区别：-局域网使用的协议在局域网使用的协议在数据链路层数据链路层（还有少量物理层的内容）（还有少量物理层的内容）-广域网使用的协议在广域网使用的协议在网络层网络层。在广域网中需进行路由选择。在广域网中需进行路由选择。q相距较远的局域网可通过相距较远的局域网可通过路由器路由器与广域网相连，组成互连网。与广域网相连，组成互连网。6.1.1 广域网的构成广域网的构成 q无连接的网络服务无连接的网络服务：具体实现就是：具体实现就是数据报服务数据报服务(datagram)(datagram)；q面向连接的网络服务面

4、向连接的网络服务：具体实现就是：具体实现就是虚电路服务虚电路服务(virtual circuit)(virtual circuit)。6.1.2 6.1.2 网络层所提供的两种服务网络层所提供的两种服务H1H5H2H4H3A(a)(b )CBDH6E通 信 子 网H1H5H2H4H3ACBDH6EV C1V C2q采用采用数据报服务数据报服务的广域网，源主机要与目的主机进行通信无须建立的广域网，源主机要与目的主机进行通信无须建立一条链路。源主机随时向网络发送的一条链路。源主机随时向网络发送的分组（即数据报）分组（即数据报）。网络为每个。网络为每个分组独立地选择路由。在目的主机须把收到的分组独立

5、地选择路由。在目的主机须把收到的分组缓存分组缓存一下，等到能一下，等到能够按顺序交付主机时再进行交付。够按顺序交付主机时再进行交付。q特点：特点：-每个分组必须携带完整的地址信息。每个分组必须携带完整的地址信息。 -不保证所传送的分组不丢失不保证所传送的分组不丢失-不保证按源主机发送分组的先后顺序交付给目的主机不保证按源主机发送分组的先后顺序交付给目的主机-不保证在多长的时限内必须将分组交付给目的主机。不保证在多长的时限内必须将分组交付给目的主机。-当网络发生拥塞时，网络中的某个结点可以将一些分组丢弃。当网络发生拥塞时，网络中的某个结点可以将一些分组丢弃。-提供的服务是不可靠的，它不能保证服务

6、质量。提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。 1 1）数据报服务）数据报服务p采用采用虚电路服务虚电路服务的广域网，源主机要与目的主机进行通信之前，首的广域网，源主机要与目的主机进行通信之前，首先必须建立一条从源主机到目的主机的先必须建立一条从源主机到目的主机的虚电路虚电路( (即逻辑连接即逻辑连接) )，然后通，然后通过该虚电路进行数据传输最后当传输结束时，释放该虚电路过该虚电路进行数据传输最后当传输结束时，释放该虚电路p特点：特点：-在两个主机之间建立了一对在两个主机之间建立了一对数字管道数字管道( (收发各用一条收发各用一条) )-不会出现拥塞而丢失不会出现拥塞而丢失-分组到达目的站

7、的顺序与发送时的顺序一致分组到达目的站的顺序与发送时的顺序一致-能够保证通信的服务质量能够保证通信的服务质量QoS QoS -每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有个每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有个虚电路号虚电路号。-每个交换机都维持一个每个交换机都维持一个虚电路表虚电路表。一旦建立了一条虚电路，就在。一旦建立了一条虚电路，就在所有交换机的所有交换机的虚电路表虚电路表上都登记有该条虚电路号的信息。上都登记有该条虚电路号的信息。-报文在通过虚电路的过程中，报文头中的虚电路号会发生变化。报文在通过虚电路的过程中，报文头中的虚电路号会发生变化。 2 2）虚电路服务）虚电路服务数据

8、报服务和虚电路服务对比数据报服务和虚电路服务对比对比的方面对比的方面虚电路服务虚电路服务数据报服务数据报服务思路思路可靠通信由网络来保证可靠通信由网络来保证可靠通信由用户主机来保证可靠通信由用户主机来保证连接的建立连接的建立必须有必须有不要不要目的站地址目的站地址仅在连接建立阶段使用，每个仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号分组使用短的虚电路号每个分组都有目的站的全地址每个分组都有目的站的全地址路由选择路由选择在虚电路建立时进行，所有分在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由组均按同一路由每个分组独立选择路由每个分组独立选择路由当路由器出故障时当路由器出故障时所有通过出故障的路由器的

9、虚所有通过出故障的路由器的虚电路均不能工作电路均不能工作出故障的路由器可能会丢失分组，一出故障的路由器可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化些路由可能会发生变化分组的顺序分组的顺序总是按发送顺序到达目的站总是按发送顺序到达目的站到达目的站时不一定按发送顺序到达目的站时不一定按发送顺序端到端的差错处理端到端的差错处理和流量控制和流量控制由通信子网负责由通信子网负责由用户主机负责由用户主机负责6.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制q 广域网上的编址方案有两种：广域网上的编址方案有两种： 层次结构的编址方案：层次结构的编址方案：许多许多WANWAN都采用层次编址方案。都采用层次编址方案

10、。最简单的层次编址方案就是把一个地址分成前后两部分最简单的层次编址方案就是把一个地址分成前后两部分。前一部分表示。前一部分表示分组交换机分组交换机，后一部分表示，后一部分表示连接在分组连接在分组交换机上的计算机交换机上的计算机。如，。如，3,23,2 按照目的站的交换机号确定下一站方案：按照目的站的交换机号确定下一站方案：确定下一站不确定下一站不是根据目的站的完整地址，而是仅仅根据目的站地址中是根据目的站的完整地址，而是仅仅根据目的站地址中的交换机号。所以，若将路由表中的的交换机号。所以，若将路由表中的目的站目的站定义为定义为目的目的站地址中的交换机号站地址中的交换机号。只有到分组到达与目的站

11、相连的。只有到分组到达与目的站相连的结点交换机时，交换机才检查第二部分地址。结点交换机时，交换机才检查第二部分地址。 6.2 广域网中的分组转发机制广域网中的分组转发机制6.2.1 在结点交换机中查找转发表在结点交换机中查找转发表 目的站目的站下一站下一站1 1交换机交换机1 13 3交换机交换机3 32 2本交换机本交换机简化后的路由表简化后的路由表分组交换网的分组转发是基于查分组交换网的分组转发是基于查转发表。转发表。每个结点交换机中每个结点交换机中都有一个都有一个转发表，转发表转发表，转发表是根据路由表得出的，路由表是由是根据路由表得出的，路由表是由路由选择算法得到的。路由选择算法得到的

12、。6.2.2用图表示广域网用图表示广域网(1)(1) q 可用图论中的可用图论中的图图(graph)(graph)来表示整个广域网，用来表示整个广域网，用结点结点表示广域网上表示广域网上的的结点交换机结点交换机，用结点之间的，用结点之间的边边表示广域网中的表示广域网中的链路链路。而连接在结。而连接在结点交换机上的点交换机上的计算机计算机由于与由于与路由选择无关路由选择无关，因此一律不画上。，因此一律不画上。6.2.2用图表示广域网用图表示广域网(2)(2) q 为了消除路由表中的重复项目，可以用一个为了消除路由表中的重复项目，可以用一个默认路由默认路由(default (default rou

13、te)route)代替所有的具有相同代替所有的具有相同“下一站下一站”的项目。默认路由比其的项目。默认路由比其他项目的他项目的优先级低优先级低。q 若转发分组时找不到明确的项目对应，就使用默认路由。在路若转发分组时找不到明确的项目对应，就使用默认路由。在路由表中默认路由的目的站记为符号由表中默认路由的目的站记为符号“* *” 6.2.3 路由选择的原理路由选择的原理p 路由表中的各项目的建立方法：路由表中的各项目的建立方法： 简单网络，看一下就能写出所有结点的路由表。简单网络，看一下就能写出所有结点的路由表。 大型广域网，必须使用合适的路由算法。所谓大型广域网，必须使用合适的路由算法。所谓“路

14、路由算法由算法”就是用于产生路由表的算法。就是用于产生路由表的算法。p 路由算法有两大类：路由算法有两大类： 非自适应路由选择策略非自适应路由选择策略：也叫做：也叫做静态路由选择静态路由选择，其，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。的变化。 自适应路由选择策略自适应路由选择策略：也叫做：也叫做动态路由选择动态路由选择，其特，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂。为复杂。 6.3 X.25X.25分组交换网分组交换网 p X.25: X.25:是是CCITT(CCITT(国

15、际电话电报咨询委员会国际电话电报咨询委员会) )早在早在19761976年就制定在公年就制定在公用数据网上以用数据网上以分组方式分组方式工作的数据终端设备工作的数据终端设备DTEDTE和和DCEDCE之间的接口标准之间的接口标准。目前基本被淘汰。目前基本被淘汰。X.25X.25是以虚电路服务为基础是以虚电路服务为基础。pX.25X.25的通信过程：的通信过程：呼叫建立呼叫建立、数据传送数据传送和和虚电路释放虚电路释放。 D C ED C ED C ED T ED T ED T EX .2 5 接 口X .2 5 接 口X .2 5 接 口X .2 5 公 用 分 组 交 换 网V C2V C1

16、6.4 帧中继帧中继( FR)( FR) p帧中继帧中继(Frame Relay,FR)(Frame Relay,FR)技术技术: :是由是由X.25X.25分组交换技术演变分组交换技术演变而来的。可以称为第二代的而来的。可以称为第二代的X.25X.25。在。在2020世纪世纪9090年代，帧中继年代，帧中继得到了很大的发展。随着通信线路得到了很大的发展。随着通信线路( (如光纤如光纤) )的传输率越来越的传输率越来越高，而误码率却越来越低。为了提高网络的传输率，帧中继高，而误码率却越来越低。为了提高网络的传输率，帧中继技术技术省去了省去了X.25X.25中的差错控制和流量控制功能中的差错控制

17、和流量控制功能，而把某些工，而把某些工作留给用户端上完成。作留给用户端上完成。p帧中继的原理：帧中继的原理：帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。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开始转发该帧。当检测到有误码时，结点要立即地址就立即开始转发该帧。当检测到有误码时，结点要立即中止这次传输。并丢弃该帧。源站将用较高层的协议请求重中止这次传输。并丢弃该帧。源站将用较高层的协议请求重传该帧。传该帧。仅当帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继仅当帧中继网络本身的误比特率非常低时，帧中继

18、技术才是可行的。技术才是可行的。p帧中继网络向上提供帧中继网络向上提供面向连接面向连接的虚电路服务。虚电路一般分的虚电路服务。虚电路一般分为为交换虚电路交换虚电路SVCSVC和和永久虚电路永久虚电路PVCPVC两种。两种。分组交换网络和帧中继的对比分组交换网络和帧中继的对比 p分组交换网的数据链路层具有分组交换网的数据链路层具有完全的差错控制完全的差错控制功能；帧中继网络中功能；帧中继网络中的各结点没有网络层，并且其的各结点没有网络层，并且其数据链路层只具有有限的差错控制功能数据链路层只具有有限的差错控制功能。只有。只有在两端的主机中的数据链路层才具有完全的差错控制功能在两端的主机中的数据链路

19、层才具有完全的差错控制功能。 p分组交换网中每一个结点在收到一帧后都要发回确认帧，而目的站分组交换网中每一个结点在收到一帧后都要发回确认帧，而目的站在收到一个帧后向源站发回确认时，也要逐站进行确认；帧中继网只在收到一个帧后向源站发回确认时，也要逐站进行确认；帧中继网只有在目的站收到一帧后才向源站发回端到端的确认。帧中继的数据链有在目的站收到一帧后才向源站发回端到端的确认。帧中继的数据链路层也没有流量控制能力，其流量控制也由高层来完成。路层也没有流量控制能力，其流量控制也由高层来完成。帧中继的优点帧中继的优点 减少了网络互连的费用。减少了网络互连的费用。 网络的复杂性减少但性能却提高了。网络的复

20、杂性减少但性能却提高了。 由于使用了国际标准，增加了互操作性。由于使用了国际标准，增加了互操作性。 协议的独立性。帧中继可以很容易地配置成容纳多种协议的独立性。帧中继可以很容易地配置成容纳多种不同的网络协议不同的网络协议( (如如IP, IPX, IP, IPX, 和和SNASNA等等) )的通信量。的通信量。6.5 6.5 综合数字业务网综合数字业务网ISDNISDNp传统的电话业务使用电路交换网；而帧中继等新型数据业务则使用传统的电话业务使用电路交换网；而帧中继等新型数据业务则使用分组交换网。要分别管理这些不同的网络是一件头痛的事。分组交换网。要分别管理这些不同的网络是一件头痛的事。p综合

21、业务数字网综合业务数字网(ISDN)(ISDN)：使各种不同业务的信息，在经过数字化后：使各种不同业务的信息，在经过数字化后，都在一个网络中传送和交换。，都在一个网络中传送和交换。ISDNISDN标准是在标准是在19841984年由年由CCITTCCITT发布。发布。pISDNISDN技术已经历了两代技术已经历了两代: :-窄带窄带ISDN(N-ISDN):ISDN(N-ISDN):利用利用64Kb/s64Kb/s的的B B信道作为信道作为基本交换单位基本交换单位，采用电路交换技术采用电路交换技术; ;如，如，2B+D2B+D。-宽带宽带ISDN(BISDN(BISDN):ISDN):支持更高

22、的数据传输速率，采用分组交支持更高的数据传输速率，采用分组交换技术或信元交换技术。换技术或信元交换技术。p宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网B-ISDNB-ISDN：将各种业务，如话音、数据、图像以将各种业务，如话音、数据、图像以及活动图像都综合在一个网络中传送和交换，包括了及活动图像都综合在一个网络中传送和交换，包括了N-ISDNN-ISDN所有的业所有的业务功能。务功能。B-ISDNB-ISDN的最重要的任务就是要以全新的的最重要的任务就是要以全新的交换体制交换体制来支持所有来支持所有可能的电信业务。可能的电信业务。6.6 ATM6.6 ATMp异步传递方式异步传递方式ATM (Asyn

23、chronous Transfer Mode):ATM (Asynchronous Transfer Mode):就是建立在就是建立在电电路交换路交换和和分组交换分组交换的基础上的一种新的交换技术。由于电路交换的的基础上的一种新的交换技术。由于电路交换的实时性很好而分组交换的灵活性很好，因此，实时性很好而分组交换的灵活性很好，因此，B-ISDNB-ISDN应采用这种结应采用这种结合这两种交换方式优点的合这两种交换方式优点的ATMATM技术。而技术。而ATMATM的物理基础目前主要是采的物理基础目前主要是采用用SDHSDH标准的光纤传输网络。主要用于因特网的高速主干网。标准的光纤传输网络。主要用

24、于因特网的高速主干网。pATMATM的主要优点如下：的主要优点如下：选择选择固定长度固定长度5353字节的短信元字节的短信元作为传输的单位。由于包长度固定作为传输的单位。由于包长度固定, ,交换的效率很高交换的效率很高, ,速度也很快。速度也很快。ATMATM数据传输率可达数据传输率可达2.5Gb/s2.5Gb/s。能支持能支持不同速率的各种业务不同速率的各种业务。从而取得灵活的带宽共享。从而取得灵活的带宽共享。所有信息在最低层是以所有信息在最低层是以面向连接的方式面向连接的方式传送。适合于传送实时性传送。适合于传送实时性很强的业务，也支持突发型业务。很强的业务，也支持突发型业务。采用光纤信道

25、使误码率极低，且容量很大采用光纤信道使误码率极低，且容量很大。因此在。因此在ATMATM网内不必在网内不必在数据链路层进行差错控制和流量控制，因而提高了传送速率。数据链路层进行差错控制和流量控制，因而提高了传送速率。ATMATM既可用于局域网也可用于广域网，既可用于局域网也可用于广域网，ATMATM可以用作骨干网，连接可以用作骨干网，连接不同的拓扑结构的网络。不同的拓扑结构的网络。6.7 6.7 广域网技术选择广域网技术选择类型类型方式方式传输速度传输速度可靠性可靠性费用费用适用范围适用范围PSTNPSTN（电话网络）（电话网络）电话线电话线56kbit/s56kbit/s差差低廉低廉个人，小型企业；个人，小型企业；InternetInternet浏览浏览ISDN ISDN （综合业务数字（综合业务数字网）网）电话线电话线128kbit/s128kbit/s差差低廉低廉个人，小型企业；个人，小型企业；InternetInternet浏览浏览ADSLADSL（非对称数字用（非对称数字用户线路）户线路）电话线电话线下行下行512K 8Mbit/s512K 8Mbit/s上行上行16K640Kbit/s16K640Kbit/s一般一般中等中等个人，小型企业；个人，小型企业；VODVOD和宽带和宽带InternetInte