計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊課件向建華第6章廣域網(wǎng)

6－1第6章廣域網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊6－2學(xué)習(xí)目標(biāo)本章內(nèi)容：

6.1廣域網(wǎng)概述

6.2廣域網(wǎng)控制技術(shù)

6.3幾種常見的廣域網(wǎng)

6.4廣域網(wǎng)接入

學(xué)習(xí)重點(diǎn)：

廣域網(wǎng)的基本特點(diǎn)及常用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)；幾種常見的廣域網(wǎng)特點(diǎn)和廣域網(wǎng)接入技術(shù)的特點(diǎn)。6－31）特點(diǎn)6.1廣域網(wǎng)概述跨越長距離、連接多個(gè)局域網(wǎng)或主機(jī)在一起的網(wǎng)絡(luò)；（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）兩種基本設(shè)備：1)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)（x.25交換機(jī)、幀中繼交換機(jī)、ATM交換機(jī))2)傳輸線路（包括本地環(huán)路）—雙絞線、大對(duì)電纜、光纖廣域網(wǎng)費(fèi)用成本高，由電信部門提供和管理設(shè)備，多使用多路復(fù)用技術(shù)，提高線路利用率；廣域網(wǎng)為點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，主要技術(shù)在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層（用于結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的路由選擇）。廣域網(wǎng)6－4廣域網(wǎng)連接類型傳輸速率PSTN（公用交換電話網(wǎng)）56kbpsISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）128kbps~2MbpsDDN（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)）64kbps~2MbpsADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶網(wǎng)）上行640kbps，下行8MbpsHFC（混合光纖同軸電纜）30Mbps～50MbpsX.25（公共分組交換）64kbpsFramerelay（幀中繼）56kbps～45MbpsATM（異步傳輸模式）155Mbps～2.5Gbps廣域網(wǎng)接入廣域網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)2）廣域網(wǎng)技術(shù)6－53）廣域網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例連接距離很遠(yuǎn)的兩個(gè)局域網(wǎng)；（幀中繼＋I(xiàn)SDN/DDN）移動(dòng)用戶遠(yuǎn)程訪問企業(yè)網(wǎng)絡(luò)；（ISDN/PSTN/ADSL)廣域網(wǎng)主干連接；（幀中繼/ATM/X.25）家庭用戶訪問因特網(wǎng)；（HFC/ADSL/PSTN/ISDN)小區(qū)訪問因特網(wǎng)；（DDN/ADSL）6－66廣域網(wǎng)6.1廣域網(wǎng)概述

6.2廣域網(wǎng)控制技術(shù)

6.3幾種常見的廣域網(wǎng)

6.4廣域網(wǎng)接入6－76.2廣域網(wǎng)控制技術(shù)源主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)由廣域網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路逐步地轉(zhuǎn)發(fā)到目的主機(jī)。（交換）廣域網(wǎng)控制主要解決的三個(gè)問題：

1）廣域網(wǎng)采用何種數(shù)據(jù)交換技術(shù)？2）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的選擇？3）數(shù)據(jù)大量泄入某結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，擁塞控制問題？6－81）數(shù)據(jù)交換技術(shù)

電路交換（CircuitSwitching）兩用戶進(jìn)行通信時(shí)，首先要建立一條臨時(shí)的獨(dú)占的物理專用線路，不與其它用戶共享，直到通信一方釋放這條專用線路。（PSTN/ISDN）H1和H5通信：專用線路A、B、E6－9三個(gè)階段：建立連接（可以采用復(fù)用技術(shù)，時(shí)間比較長）數(shù)據(jù)傳輸（獨(dú)自占用信道）線路拆除

優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷過重時(shí)，可能出現(xiàn)呼叫不通的情況，而不能建立連接；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯(cuò)機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小，無沖突。6－10

報(bào)文交換（MessageSwitching）

整個(gè)報(bào)文（程序、文件、數(shù)據(jù)塊）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)。報(bào)文M從H1到H4：存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)路線A->F->C->D6－11優(yōu)點(diǎn)：1）傳輸線路不是專用的，可以被多個(gè)報(bào)文傳輸利用，電路利用率高；2）可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)地址（一對(duì)多傳輸），電路交換不能做到。缺點(diǎn)：1）報(bào)文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復(fù)雜；2）大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長；3）出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。6－12將報(bào)文劃分為若干個(gè)大小相等的分組(Packet)進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。（a）數(shù)據(jù)報(bào)交換每個(gè)分組獨(dú)立尋址，不能保證分組順序到達(dá)。分組通常稱為數(shù)據(jù)報(bào)（無連接）。（b）虛電路交換面向連接，先建立一條路徑，每個(gè)分組都走該條路徑，保證每個(gè)分組順序到達(dá)。交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）。數(shù)據(jù)報(bào)分組交換（H1-H4：M-p1/p2/p3)

分組交換（packetSwitching）虛電路分組交換(H1-H3:A、B、C）6－13（C）快速分組交換（FPS）：一個(gè)幀還沒有接收完時(shí)就開始轉(zhuǎn)發(fā)此幀；轉(zhuǎn)發(fā)站不進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)和控制；使用面向連接的永久虛電路。（實(shí)例：幀中繼、ATM）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（廣域網(wǎng)和internet）主要使用分組交換技術(shù)。分組交換優(yōu)點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)發(fā)的分組小，轉(zhuǎn)接于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)結(jié)點(diǎn)的內(nèi)存中，提高了轉(zhuǎn)發(fā)的速度；2）分組分別被轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)并行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，降低了總體的處理時(shí)間；3）傳輸中錯(cuò)誤，只需重發(fā)出錯(cuò)的分組，不必重發(fā)整個(gè)報(bào)文，提高了差錯(cuò)控制效率。6－142）路徑選擇6.2廣域網(wǎng)控制技術(shù)分組交換的具體過程也稱為“路由/徑選擇”，是根據(jù)其目的地址查找交換機(jī)路由表，并找出應(yīng)從結(jié)點(diǎn)的哪一個(gè)接口將該分組發(fā)送出去。路由表是根據(jù)一定的路由選擇算法得到的，一般稱為路由選擇協(xié)議（即負(fù)責(zé)搜索分組從某個(gè)結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)的最佳傳輸路徑，從而得到路由表）。最優(yōu)路徑通過以下指標(biāo)來衡量：距離：路徑的長度；跳數(shù)：路徑經(jīng)過所經(jīng)過的交換機(jī)數(shù)目；時(shí)延：分組由源站到達(dá)目的站所花費(fèi)的時(shí)間；費(fèi)用：通信線路交納的費(fèi)用；可靠性：鏈路的誤碼率。Rip/rip2/ospf/BGP6－15地址編碼方案

局域網(wǎng)采用了單一編址方案（MAC地址）。廣域網(wǎng)中一般都采用分級(jí)編址方案。6－166－17[2,1][2,2]45674567交換機(jī)2交換機(jī)3[1,1][3,2][3,3]這里給出結(jié)點(diǎn)交換機(jī)

2

中的路由表作為例子例如，一個(gè)欲發(fā)往主機(jī)[3,2]的分組到達(dá)了交換機(jī)

2。交換機(jī)1[1,3]目的站下一跳

[1,1]交換機(jī)1[1,3]交換機(jī)1[3,2]交換機(jī)3[3,3]交換機(jī)3[2,1]直接

[2,2]直接這時(shí)應(yīng)查找交換機(jī)

2的路由表，找目的站為[3,2]的項(xiàng)目。45

6

71

2

3123123分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制交換機(jī)

2的路由表6－18[2,1][2,2]12341234交換機(jī)2交換機(jī)3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]嗎？交換機(jī)1[1,3]交換機(jī)

2的路由表目的站下一跳

[1,1]交換機(jī)1[1,3]交換機(jī)1[3,2]交換機(jī)3[3,3]交換機(jī)3[2,1]直接

[2,2]直接查找轉(zhuǎn)發(fā)表中的下一個(gè)項(xiàng)目。否12312345

6

71

2

36－19[2,1][2,2]12341234交換機(jī)2交換機(jī)3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]嗎？交換機(jī)1[1,3]交換機(jī)

2的路由表目的站下一跳

[1,1]交換機(jī)1[1,3]交換機(jī)1[3,2]交換機(jī)3[3,3]交換機(jī)3[2,1]直接

[2,2]直接查找轉(zhuǎn)發(fā)表中的下一個(gè)項(xiàng)目。否12312345

6

71

2

36－20[2,1][2,2]12341234交換機(jī)2交換機(jī)3[1,1][3,2][3,3]目的站是[3,2]嗎？交換機(jī)1[1,3]交換機(jī)

2的路由表目的站下一跳

[1,1]交換機(jī)1[1,3]交換機(jī)1[3,2]交換機(jī)3[3,3]交換機(jī)3[2,1]直接

[2,2]直接根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表指出的下一跳把分組轉(zhuǎn)發(fā)到交換機(jī)

3。是12312345

6

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2

36－21[2,1][2,2]12341234交換機(jī)2交換機(jī)3[1,1][3,2][3,3]交換機(jī)1[1,3]分組轉(zhuǎn)發(fā)到交換機(jī)

3

后就查找交換機(jī)

3

的路由表。從路由表（此處省略了）可知不必再轉(zhuǎn)發(fā)分組了，把該分組直接交付給主機(jī)[3,2]即可。12312345

6

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2

36－223）擁塞控制在某段時(shí)間，若對(duì)網(wǎng)絡(luò)中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞——產(chǎn)生擁塞(congestion)。若網(wǎng)絡(luò)中有許多資源同時(shí)產(chǎn)生擁塞，網(wǎng)絡(luò)的性能就要明顯變壞，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量將隨輸入負(fù)荷的增大而下降。最終，數(shù)據(jù)流量趨于零，出現(xiàn)擁塞崩潰；到了數(shù)據(jù)流量為零，網(wǎng)絡(luò)完全失去了傳輸能力，稱為死鎖。擁塞控制方法：開環(huán)控制：就是在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)事先將有關(guān)發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡(luò)在工作時(shí)不產(chǎn)生擁塞。（資源預(yù)約和接納控制，廣域網(wǎng)采用）閉環(huán)控制：是基于反饋環(huán)路的概念。屬于閉環(huán)控制的有以下幾種措施：監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便檢測到擁塞在何時(shí)、何處發(fā)生。將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動(dòng)的地方。（源結(jié)點(diǎn)）分組丟棄6.2廣域網(wǎng)控制技術(shù)6－236廣域網(wǎng)6.1廣域網(wǎng)概述

6.2廣域網(wǎng)控制技術(shù)

6.3幾種常見的廣域網(wǎng)

6.4廣域網(wǎng)接入6－246.3幾種常見的廣域網(wǎng)1）X.25網(wǎng)它是1976根據(jù)CCITT（即現(xiàn)在的ITU-T）的X.25建議書實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

X.25網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)以分組形式通過分組交換機(jī)傳輸，也稱x.25分組交換網(wǎng)。X.25只是一個(gè)對(duì)公用分組交換網(wǎng)接口（數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCT）的規(guī)約。X.25所討論的都是以面向連接的虛電路服務(wù)為基礎(chǔ)。X.25網(wǎng)概述6－25X.25網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)（工作在OSI的最低三層）用戶數(shù)據(jù)在X.25的分組層（相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)層）加上X.25的首部控制信息后，就組裝成為X.25分組。在分組層DTE與DCE之間可建立多條邏輯信道(0~4095號(hào))，使一個(gè)DTE同時(shí)和網(wǎng)上其他多個(gè)DTE建立虛電路并進(jìn)行通信。在數(shù)據(jù)鏈路層使用的是HDLC的一個(gè)子集——平衡型鏈路接入規(guī)程LAPB。6－26X.25網(wǎng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性高。面向連接的虛電路服務(wù)。（2）多路復(fù)用。單一物理鏈路上復(fù)用多條虛電路，使一個(gè)DTE和網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)DTE通信。（3）支持多種協(xié)議：IP、IPX、Appletalk等。缺點(diǎn)：（1）傳輸線路借助于電話網(wǎng)，容易收到干擾，誤碼率高；（2）兩級(jí)差錯(cuò)控制，傳輸效率低（64kbps）；（3）數(shù)據(jù)鏈路層和物理層協(xié)議復(fù)雜。由于數(shù)字光纖電話網(wǎng)和新的廣域網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，X.25已退出了歷史舞臺(tái)。6－272）Framerelay（幀中繼）Framerelay概述20世紀(jì)八十年代后期出現(xiàn)，類似x.25網(wǎng)絡(luò)，被稱為第二代x.25網(wǎng)絡(luò)。使用快速分組交換（FPS）技術(shù)，當(dāng)幀中繼交換機(jī)收到一個(gè)幀的首部時(shí)，只要一查出幀的目的地址就立即進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。借助于數(shù)字光纖網(wǎng)，不使用差錯(cuò)控制和流量控制（交給高層/傳輸層處理)；幀中繼連接的復(fù)用和交換在第二層處理，而X.25在第三層處理。幀中繼提供面向連接的PVC。6.3幾種常見的廣域網(wǎng)6－28Framerelay幀格式標(biāo)志字段：用來指示幀的開始和結(jié)束。信息字段：長度可變的用戶數(shù)據(jù)。幀檢驗(yàn)序列：2字節(jié)的CRC校驗(yàn)（當(dāng)檢驗(yàn)出差錯(cuò)，就丟棄）。地址：一般為2字節(jié)，可擴(kuò)展為4字節(jié)。數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識(shí)（DLCI）：一般默認(rèn)為16比特，用于標(biāo)識(shí)永久虛電路（PVC）。地址里也包含一些擁塞控制信息。6－29Framerelay工作過程局域網(wǎng)上的Mac幀傳到與幀中繼相連的路由器。路由器就剝?nèi)AC幀的首部和尾部，將IP數(shù)據(jù)報(bào)交給路由器的網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層再將IP數(shù)據(jù)報(bào)傳給幀中繼接口卡。幀中繼接口卡把IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到幀中繼幀的信息字段。幀中繼接口卡將封裝好的幀通過向電信公司租來的專線(DLCI對(duì)構(gòu)成）發(fā)送給幀中繼網(wǎng)絡(luò)中的幀中繼交換機(jī)。當(dāng)幀中繼幀被轉(zhuǎn)發(fā)到虛電路的終點(diǎn)路由器時(shí)，終點(diǎn)路由器就剝?nèi)欣^幀的首部和尾部，加上局域網(wǎng)的首部和尾部，交付給連接在此局域網(wǎng)上的目的主機(jī)。6－303）ATM（異步傳輸模式）網(wǎng)絡(luò)ATM網(wǎng)絡(luò)概述ATM采用定長分組（信元）作為傳輸和交換的單位。信元共53字節(jié)，48字節(jié)數(shù)據(jù)＋5字節(jié)首部（信頭）。ATM是建立在電路交換和分組交換的基礎(chǔ)上的快速分組交換技術(shù)（FPS），（只檢驗(yàn)信元的頭部，無錯(cuò)就立即轉(zhuǎn)發(fā)）。ATM采用STDM傳送技術(shù)，用戶信息在每幀中位置不是固定不變的，只要幀有空閑，信息就可占用，使得用戶信息在傳輸信道中沒有規(guī)律和周期性（異步傳輸）。ATM底層主要使用同步數(shù)字系列SDH（ATM信元是異步插入到SDH幀中）。6.3幾種常見的廣域網(wǎng)6－31ATM的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）選擇固定長度的53字節(jié)信元作為信息傳輸單位，有利于寬帶高速交換。（2）能支持不同速率的各種業(yè)務(wù)。（3）ATM使用光纖，誤碼率低，不必在鏈路層進(jìn)行差錯(cuò)和流量控制（差錯(cuò)在高層處理），提高了信元在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速率。155Mbps～2.5Gbps。（4）底層面向連接，ATM更好地支持實(shí)時(shí)的語音和視頻傳輸以及QOS。缺點(diǎn)：（1）ATM技術(shù)復(fù)雜硬件成本高。硬件比千兆以太網(wǎng)及其它高速網(wǎng)貴。（2）信元首部開銷大（5/53)；（3）ATM支持的應(yīng)用并不多；（4）切實(shí)實(shí)惠千兆/10千兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)削弱了ATM的競爭優(yōu)勢。6－326廣域網(wǎng)6.1廣域網(wǎng)概述

6.2廣域網(wǎng)控制技術(shù)

6.3幾種常見的廣域網(wǎng)

6.4廣域網(wǎng)接入廣域網(wǎng)的接入是指從用戶終端到廣域網(wǎng)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)之間的