第4章43计算机广域网.ppt

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1、 4.3 计算机广域网计算机广域网4.3.1 专用广域网专用广域网4.3.2 公用数据网公用数据网24.3 计算机广域网广域网的有关知识广域网的有关知识34.3 计算机广域网什么是计算机广域网？什么是计算机广域网？n广域网（广域网（WAN）是跨越很大地域范围（从几十公里到）是跨越很大地域范围（从几十公里到几千公里）并包含大量计算机的一种计算机网络几千公里）并包含大量计算机的一种计算机网络n特点：特点：n远距离：需要使用远程数字通信线路进行通信远距离：需要使用远程数字通信线路进行通信n大规模：网络中包含大量的网络（子网）和计算机，数大规模：网络中包含大量的网络（子网）和计算机，数量几乎不受限制量

2、几乎不受限制n异构性：进行互连的局域网有多种不同类型异构性：进行互连的局域网有多种不同类型n从功能来说，广域网与局域网并无本质区别，只是由于从功能来说，广域网与局域网并无本质区别，只是由于数据传输速率相差很大，一些在局域网上能够实现的功数据传输速率相差很大，一些在局域网上能够实现的功能在广域网上可能很难完成能在广域网上可能很难完成 44.3 计算机广域网广域网的分类广域网的分类n按用途分：按用途分：n 专用广域网：由机构或组织自行构建，用于处理特定事务专用广域网：由机构或组织自行构建，用于处理特定事务（如政府网、金融网、教育网、军事网等）（如政府网、金融网、教育网、军事网等）n 公用数据网：由

3、网络服务提供商（如电信局、有线电视台）公用数据网：由网络服务提供商（如电信局、有线电视台）构建，用于为社会公众提供数据通信服务构建，用于为社会公众提供数据通信服务n按技术分：按技术分：n X.25网（低速）网（低速）n 帧中继网（中速）帧中继网（中速）n ATM网（中高速）网（中高速）n n 不同局域网、广域网互联而成的广域网不同局域网、广域网互联而成的广域网54.3 计算机广域网广域网的组成广域网的组成 主干网主干网 接入网接入网 接入网接入网 接入网接入网局域网局域网校园网校园网个人计算机个人计算机将用户计算将用户计算机机(网网)接入主接入主干网的有关干网的有关网络设施、网络设施、通信线路

4、和通信线路和通信协议通信协议1 用于数据通信的中继设备、用于数据通信的中继设备、交换设备、路由设备等交换设备、路由设备等2 用于高速数据传输的远程用于高速数据传输的远程数字通信线路数字通信线路3 用于广域网的通信协议用于广域网的通信协议接入广域网的各种计算接入广域网的各种计算机和计算机网机和计算机网通信子网通信子网资源子网资源子网主干网中的交换主干网中的交换机机(或路由器或路由器)通过通过通信线路相互连通信线路相互连接，用于选择路接，用于选择路径、转发数据包径、转发数据包n 交换机和通信干线的性能交换机和通信干线的性能是提高网络性能的重要环节是提高网络性能的重要环节64.3 计算机广域网复习：

5、远程数字通信线路的类型复习：远程数字通信线路的类型n有线有线n 数字电话线路数字电话线路(PDH)n 光纤光纤高速传输干线高速传输干线(SDH)n无线无线n 微波：地面微波：地面/ /卫星卫星SDH模块模块（欧（欧/亚）亚）SONET模块模块（北美）（北美）速率速率（Mbit/s）话路话路数目数目STM-0OC-1;STS-151.840810STM-1OC-3;STS-3155.5202430STM-4OC-12;STS-12622.0809720STM-16OC-48;STS-482488.32038880STM-64OC-192;STS-19210.7Gbit/s155520中国中国(欧

6、洲欧洲)标准标准E1：2.048MbpsE2：8.448MbpsE3：34.368MbpsT1：1.544MbpsT2：6.312MbpsT3：44.736Mbps北美北美(日本日本)标准标准74.3 计算机广域网4.3.1 专用广域网专用广域网 政府网、金融网、科技网、教育网等一些系统和行业政府网、金融网、科技网、教育网等一些系统和行业性的专用广域网，其主干部分和接入部分一般都使用电性的专用广域网，其主干部分和接入部分一般都使用电信部门提供的传输线路和网络设备构建而成，很少有单信部门提供的传输线路和网络设备构建而成，很少有单位全部自行建设。位全部自行建设。 84.3 计算机广域网使用电话网连

7、接远程计算机使用电话网连接远程计算机 n适合家庭用户、外出公干人员和企事业单位的外地分支机构联网适合家庭用户、外出公干人员和企事业单位的外地分支机构联网 n可用技术：可用技术：n 电话拨号电话拨号n ADSLn ISDN公用拨号公用拨号电话网电话网局域网局域网MODEMMODEMMODEMMODEM必须使用调制解调器把数字信号必须使用调制解调器把数字信号调制成模拟音频信号进行传输调制成模拟音频信号进行传输 缺点：线路利用率低，数据传输速度慢，缺点：线路利用率低，数据传输速度慢，通信质量不稳定，费用较高（特别是长通信质量不稳定，费用较高（特别是长途通信）途通信） 94.3 计算机广域网使用使用(

8、远程数字通信远程数字通信)专线连接专线连接n应用：用作政府网、金融网、科技网等广域网中的主干线路应用：用作政府网、金融网、科技网等广域网中的主干线路 n优点：优点：n 实现每周实现每周7天、每天天、每天24小时的不间断通信小时的不间断通信n 可根据需要租用不同的远程数字通信线路（可根据需要租用不同的远程数字通信线路（PDH或或SDH）n 缺点：缺点：租用专线的费用较高租用专线的费用较高 远程数字远程数字 通信线路通信线路局域网局域网局域网局域网路由器路由器租用的专线租用的专线局域网局域网局域网局域网104.3 计算机广域网虚拟专网（虚拟专网（VPN） n构建在帧中继网、构建在帧中继网、ATM网

9、等公用数据网的基础上，也可以构建在因网等公用数据网的基础上，也可以构建在因特网平台之上，是一种逻辑上的专用网络，不必租用专线，但效果特网平台之上，是一种逻辑上的专用网络，不必租用专线，但效果如同租用专线一样如同租用专线一样n采用隧道技术以及加密、身份鉴别等方法，信息安全可以得到保证采用隧道技术以及加密、身份鉴别等方法，信息安全可以得到保证n优点：节省费用、运行灵活、易于扩展、易于管理优点：节省费用、运行灵活、易于扩展、易于管理n虚拟专网应用前景广阔，具体实施也不困难虚拟专网应用前景广阔，具体实施也不困难公用公用骨干网骨干网局域网局域网 专线专线局域网局域网拨号线拨号线114.3 计算机广域网4

10、.3.2 公用数据网公用数据网124.3 计算机广域网什么是公用数据网？什么是公用数据网？n电信部门的传统业务：电话、电报和传真电信部门的传统业务：电话、电报和传真n20世纪世纪80年代以来开展的新业务：年代以来开展的新业务：n 组建公用数据网，向公众提供数据通信服务，如公用电子组建公用数据网，向公众提供数据通信服务，如公用电子信箱、电子数据交换（信箱、电子数据交换（EDI）和因特网业务等）和因特网业务等n 公用数据网是国家的公用通信基础设施之一，由国家统一公用数据网是国家的公用通信基础设施之一，由国家统一建设、管理和运营。建设、管理和运营。n数据通信网的主要特点：数据通信网的主要特点：n 传

11、输的是数字信息传输的是数字信息n 采用数字传输技术而非模拟传输技术采用数字传输技术而非模拟传输技术n 采用分组交换技术而非电路交换技术采用分组交换技术而非电路交换技术(电话网电话网)134.3 计算机广域网什么是分组交换什么是分组交换(Packet Switching)?n分组交换的要点：分组交换的要点：n 被传输的数据必须划分为若干被传输的数据必须划分为若干“分组分组”(packet, 简称简称“包包”)进行传进行传输输n 每个分组中必须包含收发双方的地址每个分组中必须包含收发双方的地址n 每个分组由分组交换机进行处理、存储和转发才能送达目的地每个分组由分组交换机进行处理、存储和转发才能送达

12、目的地n每个分组的格式如下：每个分组的格式如下： 有效载荷有效载荷(传输的数据传输的数据)校验校验信息信息发送计算机发送计算机地址地址目的计算机目的计算机地址地址编号编号n分组交换示意：分组交换示意：321（c）132（b）不同的包在不同链不同的包在不同链路上进行传输路上进行传输1233 2 1（d）到接收方到接收方后，再将后，再将收到的包收到的包按顺序组按顺序组合在一起合在一起3213 2 1（a）发送方将发送方将数据分成数据分成3个包个包表示分组交换机表示分组交换机144.3 计算机广域网分组交换的优点和技术基础分组交换的优点和技术基础n优点：优点：n 可同时处理许多不同的传输任务，线路利

13、用率较高可同时处理许多不同的传输任务，线路利用率较高n 收发双方不必同步工作，当接收方忙时，数据可留在分组交换机收发双方不必同步工作，当接收方忙时，数据可留在分组交换机中缓冲中缓冲n 可以给数据建立优先级，使得重要的数据能优先传送可以给数据建立优先级，使得重要的数据能优先传送n实现分组交换的条件实现分组交换的条件“分组交换机分组交换机”n 分组交换机的任务是：负责包的转发分组交换机的任务是：负责包的转发n 实现分组交换的原理是：存储转发实现分组交换的原理是：存储转发 + 路由选择路由选择n 分组交换机有许多端口，用来连接计算机和远程数字通信线路分组交换机有许多端口，用来连接计算机和远程数字通信

14、线路n 分组交换机可以互连，以扩大网络的规模和任意延伸网络的连接分组交换机可以互连，以扩大网络的规模和任意延伸网络的连接距离距离154.3 计算机广域网使用分组交换机构建广域网使用分组交换机构建广域网计算机的编址方案计算机的编址方案使用两个整数表示：使用两个整数表示：第第1个数表示分组交个数表示分组交换机号，第换机号，第2个数表个数表示计算机连接到该交示计算机连接到该交换机上的端口号换机上的端口号交交换换机机1 1123412345交交换换机机2 2123412345交换机交换机3 31 2 3 4 51 2 3 4 交换机交换机4 41 2 3 4 51 2 3 4 高速数字通信干线高速数字

15、通信干线1,21,53,23,54,1 4,34,52,3分组交换机有许多端口，低速端口用来连接计算机，高速端口则通过远分组交换机有许多端口，低速端口用来连接计算机，高速端口则通过远程数字通信线路连接另一交换机程数字通信线路连接另一交换机, 每个端口既可输入也可输出每个端口既可输入也可输出164.3 计算机广域网分组交换与存储转发的过程分组交换与存储转发的过程 1.发送数据的计算机将包发给它所连接的分组交换机发送数据的计算机将包发给它所连接的分组交换机2.交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址：交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址：n 若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将

16、包发往该计算机若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将包发往该计算机n 若目的地不是本分组交换机上的计算机，则若目的地不是本分组交换机上的计算机，则选择一个输出端口选择一个输出端口，通过连接该，通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台交换机（如果线路忙，则可放在对应的缓端口的高速数字线路转发给另一台交换机（如果线路忙，则可放在对应的缓冲器中排队等候）冲器中排队等候）3.下一台交换机收到数据包之后，重复过程下一台交换机收到数据包之后，重复过程2直到数据包到达目的计算机为止直到数据包到达目的计算机为止例例1：计算机：计算机C发送数据发送数据包给计算机包给计算机H例例2：计算机：计算机A发送

17、数据发送数据包给计算机包给计算机G交交换换机机1 1123412345交交换换机机2 2123412345交换机交换机3 31 2 3 4 51 2 3 4 交换机交换机4 41 2 3 4 51 2 3 4 高速数字通信干线高速数字通信干线1,21,53,23,54,14,3 4,52,3ABCDEFGH174.3 计算机广域网分组交换机的路由表分组交换机的路由表 n网络中所有交换机都必须有一张路由表，用来指网络中所有交换机都必须有一张路由表，用来指出发送给哪台目的计算机的包应该从哪个端口转出发送给哪台目的计算机的包应该从哪个端口转发出去发出去n例：当交换机例：当交换机3收到目的地地址为收到

18、目的地地址为2,3的包时，的包时，就把此包发往端口就把此包发往端口3的队列中，等待从端口的队列中，等待从端口3发送发送至交换机至交换机2。如果包的目的地地址是。如果包的目的地地址是3,2，那么，那么交换机就把该包直接发给计算机交换机就把该包直接发给计算机Cn交换机交换机3的路由表的路由表目的地目的地出口出口端口端口2端口端口2端口端口3计算机计算机C计算机计算机D端口端口4端口端口44,13,53,24,32,31,51,2端口端口44,5下一站下一站交换机交换机1交换机交换机1交换机交换机2交换机交换机4交换机交换机4交换机交换机4目的地目的地出口出口端口端口2端口端口3本地计算机本地计算机

19、端口端口44,X3,X2,X1,X下一站下一站交换机交换机1交换机交换机2交换机交换机4（ 第第1次次 简化简化 ）n 路由表的简化：路由表的简化：n下一站（出口）既不依赖于包的源下一站（出口）既不依赖于包的源地址，也不依赖于包所走过的路径，地址，也不依赖于包所走过的路径，它仅依赖于包的目的地址它仅依赖于包的目的地址n下一站相同时，即目的地地址中的下一站相同时，即目的地地址中的第第1 1部分部分( (交换机地址交换机地址) )相同时，都会相同时，都会从同一个出口转发从同一个出口转发目的地交换机目的地交换机4321下一站交换机下一站交换机 交换机交换机1交换机交换机2交换机交换机4（ 第第2次次

20、 简化简化 ）1234184.3 计算机广域网关于路由表的说明关于路由表的说明n每台分组交换机均有路由表每台分组交换机均有路由表1324目的地目的地 下一站下一站(1,3)4321(1,3)(1,3)目的地目的地 下一站下一站(2,3)4321(2,3)(2,4)目的地目的地 下一站下一站(3,1)(3,2)4321(3,4)目的地目的地 下一站下一站(4,3)(4,2)4321(4,3)(a) 拓扑图拓扑图(b) 交换机交换机1(c) 交换机交换机2(d) 交换机交换机3(e) 交换机交换机4n实际网络中包含了大量的网络和交换机，因此交换机中的路由实际网络中包含了大量的网络和交换机，因此交换

21、机中的路由表非常庞大和复杂表非常庞大和复杂n由于交换机之间的连接以及计算机的接入情况经常发生变化，由于交换机之间的连接以及计算机的接入情况经常发生变化，因此路由表需要不断进行更新，路由器经常向其它路由器广播因此路由表需要不断进行更新，路由器经常向其它路由器广播自己的路由信息，并获取其他路由器的路由信息自己的路由信息，并获取其他路由器的路由信息 n路由表是通过软件自动计算得到的，算法比较复杂路由表是通过软件自动计算得到的，算法比较复杂 1234194.3 计算机广域网附：分组交换机的结构原理附：分组交换机的结构原理n分组交换机原理上可以看成为一台共享存储器的专用计算机，分组交换机原理上可以看成为

22、一台共享存储器的专用计算机，其关键技术是高速存储器和快速查表算法其关键技术是高速存储器和快速查表算法输入输入端口端口 存储器存储器写控制写控制 读控制读控制输出输出端口端口输输 入入 分分 组组输输 出出 分分 组组每个到达的分组，由写控制电路检每个到达的分组，由写控制电路检查其头部信息中的目的地地址，然查其头部信息中的目的地地址，然后查路由表，将该分组写入相应输后查路由表，将该分组写入相应输出端口的缓冲器中出端口的缓冲器中读控制电路从每个缓冲器中取读控制电路从每个缓冲器中取出分组，将它们分别送到适当出分组，将它们分别送到适当的端口，并通过通信线路发送的端口，并通过通信线路发送出去出去存储器被

23、划分为若存储器被划分为若干缓冲器，每个缓干缓冲器，每个缓冲器对应着一个输冲器对应着一个输出端口出端口204.3 计算机广域网如何检测数据传输有无错误？如何检测数据传输有无错误？n由于种种原因数据在传输中可能会发生错误，因此需采取措施由于种种原因数据在传输中可能会发生错误，因此需采取措施检测有无错误发生，并进而采取措施予以修正检测有无错误发生，并进而采取措施予以修正( (纠错纠错) )n措施之一是在数据分组措施之一是在数据分组( (包包) )中中增加校验信息，例如：增加校验信息，例如：n 奇偶校验位奇偶校验位(Parity bit) (Parity bit) 例如：例如：ASCIIASCII码是

24、码是7 7位码，第位码，第8 8位可作为奇偶校验位位可作为奇偶校验位n 校验和校验和(checksum)例如：例如：1 2 3 4， 5 6 7 8 ，9 0 A B的校验和是：的校验和是： F 9 5 7n 循环冗余码循环冗余码CRC （Cyclic Redundancy Code）：）：可检测出所有的单错、双错和一些突发错可检测出所有的单错、双错和一些突发错,在以太网数据帧中使用在以太网数据帧中使用n到达接收方之后，接收方重新计算可以到达接收方之后，接收方重新计算可以校验位、校验和或者校验位、校验和或者CRCCRC，然后，然后进行比较，若不一致，则表示数据传输有错进行比较，若不一致，则表示

25、数据传输有错 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 5 6 7 8 + 9 0 A B+ 9 0 A B F 9 5 7 F 9 5 7因为：因为：214.3 计算机广域网发送分组发送分组1启动计时器启动计时器收到接收端发回的收到接收端发回的ACK1分组分组发送分组发送分组2启动计时器启动计时器计时器到点计时器到点重发分组重发分组2启动计时器启动计时器接收接收ACK2数据传输错误或丢失如何处理？数据传输错误或丢失如何处理？包丢失包丢失收到发送来的分组收到发送来的分组1计算并核对校验信息计算并核对校验信息若正确，发回确认信息若正确，发回确认信息(ACK1)（若错误，丢弃该分组）（若错误

26、，丢弃该分组）收到发送来的分组收到发送来的分组2计算并核对校验信息计算并核对校验信息若正确，发回确认信息若正确，发回确认信息(ACK1)（若错误，丢弃该分组）（若错误，丢弃该分组）发送方计算机发送方计算机 接收方计算机接收方计算机224.3 计算机广域网常用的几种公用数据网常用的几种公用数据网n为适应不同应用的需要，常用的公用数据网有：为适应不同应用的需要，常用的公用数据网有：n低速：低速：X.25公共分组交换网（传输速率仅公共分组交换网（传输速率仅64kbps）n利用公共电话网以分组交换方式进行数据传输利用公共电话网以分组交换方式进行数据传输n中速：使用光纤作为传输介质中速：使用光纤作为传输

27、介质n帧中继交换网帧中继交换网 （传输速率可达（传输速率可达2Mbps）n中高速：使用光纤作为传输介质中高速：使用光纤作为传输介质nSMDS（交换多兆位数据服务网）（交换多兆位数据服务网）nATM 广域网广域网 (155Mbps(155Mbps或者更高或者更高) )234.3 计算机广域网小结：不同公用数据网的比较小结：不同公用数据网的比较n不同的公用数据网，基于不同的技术，采用不同的公用数据网，基于不同的技术，采用不同的协议：不同的协议：n物理层：物理层：n不同的传输介质不同的传输介质n不同的信号编码方法不同的信号编码方法n不同的拓扑结构不同的拓扑结构n链路层：链路层：n不同的编址方法和分组不同的编址方法和分组(包包)格式格式n不同的共享介质方法不同的共享介质方法n不同的差错检测与处理措施不同的差错检测与处理措施不同的链路层协议不同的链路层协议,需使用不同的网卡需使用不同的网卡和分组交换机和分组交换机不同的物理层协议，不同的物理层协议，需使用不同的介质和需使用不同的介质和发送发送/接收电路接收电路