第7章--广域网要点.ppt

1、第7章 广域网,本章学习目标 广域网的基本概念 广域网的常用连接技术 帧中继以及虚电路的基本原理 ATM和信元交换的应用 常用的拨号接入技术,7.1 广域网概述,广域网（Wide Area Network，WAN）在OSI参考模型的物理层、数据链路层以及网络层上操作。 WAN将局域网和局域网相互连接起来，这些局域网通常由于地理分布较广而比较分散。 WAN为路由器/网桥与其支持的局域网交换数据提供了条件。,7.1.1 全球性因特网,广域网是指覆盖范围广阔（通常可以覆盖一个城市、一个省、一个国家）的一类通信子网，有时也称为远程网。 广域网包含运行用户程序的机器和子网两部分,主机通过通信子网（com

2、munication subnet）进行连结。如图7-2所示。,子网的主要功能是把消息从一台主机传送到另一台主机上，通过将通信部分（子网）和应用部分（主机）分开，使得网络的设计得到简化。 子网通常由传输线和交换单元组成。,广域网的特点：,主要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。 覆盖范围广，通信距离远，需要考虑的因素增多，如介质的成本、线路的冗余、介质带宽的利用和差错处理等。 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。,7.1.2 WAN技术概述,下面是在WAN中常用到的一些技术： （1）帧中继（frame relay）

3、。指一种包交换的技术，高性能，运行在OSI的最下二层，即物理层和数据链路层。 （2）ISDN。ISDN是一种在已有的电话线路上传输语音和数据等的数字服务。 （3）平衡链路访问过程（Link Access Procedure Balanced，LAPB）：工作在OSI参考模型的数据链路层，是一种面向连接的协议，一般和X.25技术一起进行数据传输。,（4）高级数据链路控制（High Level Data Link Control，HDLC）：这个是由IBM创建的同步数据链路控制（Synchronous Data Link Control，SDLC）衍生而来的。 （5）点对点协议（Point-to-

4、Point Protocol，PPP）：一种工业标准协议。 （6）异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）：国际电信联盟电信标准委员会（ITU-T）制定的信元（cell）中继标准。,7.1.3 WAN连接类型,常用的WAN连接类型 1租用线路（又称专用线路） 租用线路有时候也叫专线或点对点连接，是预先布置好的通信路径，该路径从客户端通过电信公司的网络连接到远程网络。 2电路交换 这种方式的连接只在有数据需要传输的时候才进行连接，通信完成后终止连接。,7.1.3 WAN连接类型,3包交换 包交换又称为分组交换，用户共享电信公司资源，成本较低。在这样的网络中，网

5、络连接电信公司网络，许多客户共享电信公司网络。 4信元交换 信元交换与分组交换很相似。它们之间真正的区别在于分组的长度是可变的，信元的长度是固定的。,链路的数据传输速率和费用比较,表7-1 点到点链路选项表,链路的数据传输速率和费用比较,表7-2 分组交换选项表,7.1.4 WAN服务提供商,电话和数据服务是常用的WAN服务。电话和数据服务将建筑物的出现点（Point of Presence，POP），即电话公司提供的通信设施与建筑物的主要分发设施之间的连接点，与WAN提供商的中心局（Central Office，CO）连接在一起 。,WAN提供商提供3种主要类型的服务,呼叫建立。 时分多路复

6、用（Time-Division Multiplexing，TMD）。 帧中继（Frame-relay）。,具体介绍这3种WAN提供商提供的服务,1呼叫建立 呼叫建立服务功能建立和拆除电话用户之间的呼叫。呼叫建立也叫信令（signaling），使用未被其他通信使用的独立信道。 2时分多路复用 时分多路复用是为来自单一介质上多个源的信息分配带宽的方法。这种方法将信号合并，通过一条通信线路进行传输，并将每个信号分解成多个持续时间较短的段。 3帧中继 在帧中继服务中，包含在帧中的信息与其他WAN帧中继用户共享带宽。,7.1.5 WAN设备,广域网使用的设备类型包括以下几种： 路由器。提供多种服务，包括

7、网络互联和广域网连接端口。 广域网交换机。它连接到广域网上，进行语音、数据、图像的通信。 调制解调器。提供语音级的服务接口。调制解调器包括CSU/DSU和为ISDN服务提供接口的TA/NT1设备。 通信服务器。集中拨入和拨出的用户通信。,7.1.6 WAN服务提供商和WAN服务术语,当要选择一个合适的广域网解决方案时，需要考虑服务提供商带给你的花费和效益。 图7-8 ISDN终端适配器的使用,最常用的术语与主要的广域网设备,用户端设备（customer premises equipment，CPE）。物理位置在用户室内接入端的设备，包括属于用户的设备和服务提供商租用给用户的设备。 分界点：在C

8、PE的末端，是开始提供服务的本地环路部分。通常指在建筑物的电信连接点（POP）处。 本地环路（local loop 或“last-mile”）。从分界点到WAN服务提供商中心局的电缆（一般是铜线）。 中心局交换机（CO Switch）。离电信连接点（POP）最近的广域网服务商的交换设备。 长途网络。指广域网提供商网络中心交换机和设备的集合（称为骨干）。 数据终端设备/数据通信设备（DTE/DCE）：用户端有一个重要的接口，它位于数据终端设备（DTE）和数据电路终端设备（DCE）之间。,7.1.7 WAN信令标准和容量,广域网供应商提供各种速率的广域网链路，单位是比特每秒（bit/s），它决定了

9、广域网链路上数据传输的速度。 信令是指通过物理介质发送信号，以便进行通信的过程。,表7-3 广域网链路类型和带宽,7.1.8 WAN和物理层,广域网使用OSI参考模型分层封装的方法，就像局域网的方法一样，但广域网主要关心物理层和数据链路层。典型的广域网标准描述了物理层传送方法和数据链路层的要求，包括寻址、流量控制和封装。 广域网的物理层协议描述了如何为广域网服务，进行电气、机械、运行和功能等方面的连接。大多数广域网连接需要通信服务提供商，或者一个可替代的通信公司（如因特网服务供应商），或者由邮政、电话、电报（PTT）机构来提供。 广域网物理层还描述了DTE和DCE之间的接口。一般说来，DCE是

10、服务提供商，DTE是连接的设备，。,7.1.9 WAN和数据链路层,数据链路层协议通过专用点对点、多点和多路访问交换服务。与同步串行线路有关常用数据链路层封装包括： Cisco高级数据链路控制（High Level Data Link Control，HDLC）：这一Cisco标准与行业标准HDLC协议不兼容，Cisco的HDLC中包含协议字段，用来标识Cisco的HDLC帧承载网络层协议。 点对点协议（Point to Point，PPP）：RFC 1661对该协议进行了描述。PPP包含协议字段，用来标识PPP帧传输的网络层协议。,同步数据链路控制协议（Synchronous Data Li

11、nk Control Protocol，串行线路接口协议（Serial Line Interface Protocol，SLIP）：该协议一度是非常流行的、仅用于传输IP分组的WAN数据链路协议。 平衡式链路接入过程（Link Access Procedure Balanced，LAPB）：该数据链路协议由X.25使用，有广泛的错误校验能力。 D信道链路接入过程（Link Access Procedure on the D Channel，LAPD）：该WAN数据链路协议用于ISDN D信道上的信令和呼叫建立。 帧模式载体服务链路接入过程（Link Access Procedures to F

12、rame mode bearer services，LAPF）：该协议适用于帧中继模式的载体服务。,7.2.1 WAN连接方式,采用的WAN连接技术有很多，在这里简单地介绍常见的一些技术。 1拨号 采用拨号时，只有使用线路时才需要付费。这意味着线路只在用户拨号时才被激活。拨号线路经常是小型办公室、办事处、远程办公以及移动工作人员的理想选择。拨号连接的缺点是连接速度慢（低于56Kb/s）。 2ISDN ISDN通过现有的电话线系统进行连接，可以有效地替代拨号连接。 3专线 服务提供商还提供专线点对点连接。使用专线时，公司需要为两个远程站点之间的持续连接付费。,4帧中继 帧中继提供面向连接的数据链

13、路层通信。这种服务使用虚电路实现。虚电路（virtual circuit）是一种逻辑电路，通过它可以在两台远程网络设备之间进行通信。 5ATM ATM由物理层和数据链路层的规范构成。与帧中继相同，这项服务也使用虚电路来实现。 6其他WAN连接方式 其他WAN连接方式还包括使用DSL、电缆、无线以及X.25 WAN技术，通常在OSI参考模型的最低两层（物理层和数据链路层）操作。可以购买和租用各种速度或带宽的WAN连接。,7.2.2 多路复用 多路复用（multiplexing）是一种共享进程，其中多个数据信道在源位置被合并为一个数据或物理信道。,1多路复用的目的 充分利用昂贵的通信线路，尽可能地

14、容纳较多的用户和传输较多的信息。 2多路复用的基本原理 当物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需的带宽时，可将该物理信道的总带宽分割成若干个固定带宽的子信道，并利用每个子信道传输一路信号，从而达到多路信号共用一个信道，或者将多路信号组合在一条物理信道上传输的目的，充分利用信道容量。,3多路复用主要采用的技术 时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）。 频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）。 波分多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）。 统计时分多路复用（Stati

15、stical Division Multiplexing，SDM）。,7.2.3 电路交换和分组交换,在当前的数据通信网中，传输交换技术有：线路方式、分组方式、帧方式、信元方式和IP方式等。一个数据通信网的有效性、可靠性和经济性由所采用的传输、交换方式决定。,1线路方式线路交换又称为电路交换，是一点到一点传递信息最简单的方式。它类似于电话系统，希望通信的计算机之间必须事先建立物理线路（或者物理连接）。 线路交换如图所示。 E1系统复用帧格式示意图,线路交换的特点：,独占性：建立线路之后、释放线路之前，即使站点之间无任何数据可以传输，整个线路仍不允许其他站点共享，因此线路的利用率较低，并且容易引

16、起接续时的拥塞。 实时性好：一旦线路建立，通信双方的所有资源（包括线路资源）均用于本次通信，除了少量的传输延迟之外，不再有其他延迟，具有较好的实时性。 线路交换设备简单，不提供任何缓存装置。 用户数据透明传输，要求收发双方自动进行速率匹配。 线路交换的主要缺点是线路持续时间长、线路利用率低。,2分组交换方式,分组交换方式（X.25）属于存储转发的交换方式，它将需要传递的信息划分成一定长度的包（又称为分组），以分组为单位进行存储转发。,分组交换基本原理 分组方式的基本原理是把一条物理电路分成若干条逻辑信道，对应每一个逻辑信道有一个编号，称为逻辑信道号。,分组方式的特点,传输质量高：通过差错控制功

17、能，使分组在网内传送的出错率大大降低。 可靠性高：当网内发生故障时，分组仍能自动选择一条避开故障地点的迂回路由传输，不会造成通信中断。 为不同的终端种类相互通信提供统一的接口，从而能够实现不同速率、码型和传输控制规程终端间的互通。 统计复用，一个物理接口支持多条逻辑电路。 与其他通信网络保持互通。,7.2.4 专线,数字专线 指用户电路中的数据通信方式是数字通信方式，线路的调制编码均为数字方式，广义地讲，DDN专线接入、PDH专线接入、SDH专线接入，甚至DSL专线、电缆调制解调器专线均属于数字专线范畴。,基于DDN网络的因特网数字专线接入,通过DDN电路接入因特网 DDN接入因特网示意图 通

18、过DDN设备接入广域网,利用DDN电路接入因特网基本条件,硬件条件 DDN专线，速率可为64Kb/s2.048Mb/s。 一个基带调制解调器，最好是DDN数据用户终端。 一个路由器，例如Cisco2501等。 单位内部已有局域网和计算机。 软件条件 TCP/IP及各种相关通信软件。 各种因特网上的应用软件。 其他条件 根据要接入因特网的主机数量多少，申请相当的IP地址。 根据需要选择申请建立自己的域名。 根据需要，确定路由器上所采用的路由协议，并配置路由器信息。,7.2.5 帧中继-一种新的分组交换技术,帧中继技术首先是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。 帧中继（FR

19、）网络的特点：帧中继支持OSI最低两层服务并提供部分的网络层功能；帧中继采用光纤作为传输介质，传输误码率低；将分组重发、流量控制、纠正错误、防止拥塞（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。,1.帧中继虚电路,概念 面向连接的数据传输，工作过程类似于线路交换，不同之处在于此时的电路是虚拟的 采用虚电路进行数据传输的过程 数据报与虚电路比较,2.永久虚电路（PVC）,在两个站点之间事先建立固定的连接，类似于存在一条专用电路，任何时候，站点之间都可以进行通信。,3本地管理接口,本地管理接口操作 本地管理接口扩展 本地管

20、理接口帧格式,7.2.6 ATM和信元交换,1ATM的提出 ATM标准主要由CCITT于1985制定了支持宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网的标准，并将ATM作为支持宽带综合业务数字网传输的基础。,2ATM交换技术 当异步传输模式（ATM）技术引入交换机时，出现了ATM交换技术，ATM交换机根据输入端口的各个信元的信元头中的信息将信元“交换”到指定的输出端口。,3ATM交换的优点 ATM网络使用固定长度的信元作为传输的基本单元，固定长度的信元头部可以简化ATM交换机的处理。 4ATM的特征 基于信元的分组交换技术。 快速交换技术。 ATM网络环境。 面向连接的信元交换。 预约带宽。,5ATM

21、体系结构,从数据流的角度出发，ATM网络主要含物理层和数据链路层。 数据链路层又被划分为两个子层：ATM适配子层（AAL）和ATM子层,ATM物理层,ATM物理层被进一步划分为两个子层：物理介质子层（PM）和传输汇聚子层（TC）。 1）物理介质子层（Physical Medium Dependent）。它负责在物理介质上正确传输和接收比特流。它只完成和介质相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等。 2）传输汇聚子层（Transmission Convergence）。它实现信元流和比特流的转换，包括速率适配（空闲信元的插入）、信元定界与同步、传输帧的产生与恢复等。,ATM层,ATM

22、层主要定义信元头结构，以及使用物理链路的方法，完成交换和复用功能 1）信元头结构（右图） 2）ATM层的功能。 信元的汇集和分检,ATM适配层。,ATM适配层记为AAL（ATM Adaptation Layer），其作用是增强ATM层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。 AAL的主要目的是将高层的信息转换成适合ATM网络传输要求的格式。,1）CCITT的通信业务分类。 CCITT将ATM网络可以支持的业务分为4个种类： A类：支持源/宿之间具有实时要求的恒定位速率（CBR）业务，CBR业务采用面向连接的工作方式。 B类：支持源/宿之间具有实时性要求的可变位速率（VBR）业务，VBR业

23、务采用面向连接的工作方式。 C类：支持源/宿之间无实时性要求的可变位速率业务。 D类：支持面向无连接的数据传输服务。,2）AAL协议类型 为了支持上述4种类别的业务，CCITT定义了4种类型的AAL协议（见表）。,AAL协议的连接模式,3）AAL5的工作过程 发方AAL的CS子层实体接到高层发出的用户数据，组成CS-PDU。,图7-21 CS-PDU 的格式,7.2.7 拨号接入技术,1ISDN 主要目标： 集成声音和非声音的服务，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。 设计目标： 是以数字形式统一处理各种公用网的通信业务，

24、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。 提供的业务（即服务）主要有： 语音业务允许用户将ISDN终端或计算机接入ISDN。 可视图文。 智能用户电报、传真业务。 遥测和告警业务。,（2）ISDN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、数字传真机或其他终端，并且比特流可以双向流动。 （3）ISDN的两种接入速率 1）基本速率接口（BRI）。两个B通路和一个D通路（2B+D），通常速率为144Kb/s。 2）基群速率接口（PRI）。 T1系

25、统（1.544Mb/s）：美国、日本等国采用23个64Kb/s的B通路和一个64Kb/s的D通路的速率接口（23B+D）。,（4）宽带综合业务数字网（B-ISDN）。 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，通常信道容量至少应在1Mb/s以上。为了表示区别，原有的ISDN技术被称为窄带ISDN（N-ISDN）。 （5）N-ISDN和B-ISDN在性能上的差异。 N-ISDN以目前的电话网为基础，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。,2PPP,（1）简介 PPP（Point-to-Point Protocol

26、，点到点协议）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。 （2）PPP链路建立过程 PPP协议中提供了一整套方案来解决链路建立、维护、拆除、上层协议协商、认证等问题。 一个典型的PPP链路建立过程分为3个阶段：创建阶段、认证阶段和网络协商阶段。 （3）认证方式 口令认证协议（PAP）。 质询握手认证协议（CHAP）。 （4）PPP协议的应用。PPP协议是目前广域网上应用最广泛的协议之一，它的优点在于简单、具备用户认证能力，可以解决IP分配等。,3HDLC,是一种标准的数据链路层协议。 使用帧字符和校验和指定了同步串行数据链路上的数据的封装方法。 支持点对点配置和多点配置。 协

27、议包含一种验证身份的方法。 在不同厂商间可能不兼容，因为每个厂商选择实现它的方式不同。,HDLC的封装,7.3 在局域网中搭建广域网模拟环境,7.3.1 使用两台路由器和一对基带调制解调器搭建广域网速率模拟环境 1模拟环境,广域网模拟环境如图所示,2搭建广域网速率模拟环境所需准备的设备 两台同样型号的基带调制解调器。 两台接入路由器。 3广域网速率模拟环境的搭建 使用两根V.35 DTE电缆将两台路由器的WAN Serial接口分别与一个基带调制解调器的V.35接口相连。 使用两根线缆分别将一个基带调制解调器的接收数据接口（In接口）连接到另一个基带调制解调器的发送数据接口（OUT接口）上。 通过两台路由器上的以太网或快速以太网接口分别将两台路由器连接到搭建好的测试网络环境中。,4广域网速率模拟环境的配置任务 将物理设备连接好之后，接下来就需要调整两个基带调制解调器上的两个主要参数设置。一个是基带调制解调器的时钟方式，另一个是基带调制解调器的时钟频率（Clock Rate）。以瑞得RAD ASM-31同步基带调制解调器为例。 打开基带调制解调器的机箱盒，查找调制解调器电路板上时钟转换