第5章广域网技术.pptx

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1、 主 编：张 彬 段国云 副主编：杜丹蕾 廖文芳 李娅菲 出版社：中 国 铁 道 出 版 社 第5章 广域网5.1 广域网概述5.2 公共传输系统及其接入技术5.3 X.25 分组交换网5.4 综合业务数字网5.5 数字数据网5.6 帧中继 FR5.7 异步传输模式5.8 网 络 互 连5.1.15.1.1 广域网广域网简介简介广域网（Wide Area Network，WAN）又称远程网。包括两种基本的部件：结点交换机和连接结点交换机的传输线路。有时也将连接结点交换机和用户设备之间的线路包括在广域网中。广域网中的传输线路可以使用双绞线、大多数电缆或光纤。广域网的一些应用实例： 连接距离相隔很

2、远的两个局域网； 移动用户远程访问企业内部网络； 远地的办事处访问公司总部的局域网； 银行的自动取款机与主机的连接； 民航的售票终端与主机的连接。5.1 广域网广域网概述概述5 5.1.2 .1.2 广域网广域网与局域网的区别与局域网的区别（1）广域网的地理覆盖范围至少在上百公里以上，远远超出局域网通常为几公里到几十公里的小覆盖范围。（2）局域网主要是为了实现小范围内的资源共享而设计的，而广域网则主要用于互联广泛地理范围内的局域网。（3）局域网通常采用基带传输方式，而广域网为了实现远距离通信通常要采用载波形式的频带传输或光传输。（4）与局域网的私有性不同，广域网通常是由公共通信部门来建设和管理

3、的。（5）在网络拓扑结构上，广域网更多的采用网状拓扑。5 5.1.1.3 3 数据数据交换技术交换技术数据交换技术经历了电路方式、分组方式、帧方式、信元方式等阶段。1.电路交换电路交换（1）电路交换的三个过程：电路建立数据传输电路拆除（2）电路交换技术的优缺点及其特点优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。2. 报文交换报文交换 报文交换实际上是一种存储

4、-转发交换（Store and Forward Switching）。对于一些非实时数据，交换节点先把待传输数据存储起来，等线路空闲的时候再转发到下一节点，下一节点如还是交换节点，则仍存储数据，并继续向目标节点方向转发。存储交换的工作过程如下：报文交换的优点是中继线路利用率高报文交换适用于传输报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信。3.分组交换分组交换 分组交换实际上也是一种存储-转发交换，兼有线路交换和报文交换的优点。分组交换的优点是分组较小且分散，因此数据传输灵活，转发时延小，转发差错少，便于转发控制，允许传输打断；缺点是分组中必须要带有分组编号，增加网络开销，目标节点需要对分组重装

5、，增加系统开销。 分组交换提供两种不同的服务，虚电路服务和数据报服务，虚电路是面向连接的服务，而数据报是面向非连接的服务。 （1） 虚电路 （Virtual Circuit） ：在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。 （2） 数据报（Data Gram）：在数据报分组交换中，每个分组的传送是被单独处理的。 （3） 虚电路与数据报的异同4帧交换帧交换 帧交换方式的典型技术就是帧中继（Frame Relay），帧中继技术实际是对分组交换的一种改进，因而也可以看做是一种快速的分组交换。5信元交换信元交换 信元交换技术以固定长度的信元（Cell）为单位，在数据链路层上进行数据交换。信元交换的特点

6、是具有高度灵活性、高速传输、支持广播传送。 典型的信元交换技术是异步传输模式（Asynchronous Tranfer Mode, ATM）。 ATM实际也可以看成是一种快速的分组交换方式，ATM信元也就相当于分组。ATM连接都采用虚电路的方式实现，只有真正发送信元时，才占用网络资源。通常采用的连接方式有虚通道连接、虚通路连接。 ATM网络适用于高速交换业务，如宽带综合业务数字网。各种交换方式：5.2.1 公共公共交换交换电话网电话网5.2.2 公共传输系统接入方式公共传输系统接入方式5.2 公共公共传输系统及其接入技术传输系统及其接入技术X.25只是一个对公用分组交换网接口的规约。X.25所

7、讨论的都是以面向连接的虚电路服务为基础。X.25接口的三个层次：5.3 X.25分组交换网分组交换网1ISDN的定义的定义ISDN综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）是一个数字电话网络国际标准，是一种典型的电路交换网络系统。2ISDN的特点的特点（1）多种业务的兼容性（2）数字传输（3）标准化的接口（4）使用方便（5）终端移动性（6）费用低廉5.4 综合业务数字网综合业务数字网ISDN3ISDN的接口及的接口及配置配置（1）基本接口（Basic Rate ISDN， BRI）（2）一次群速率接口（Primary Rate ISDN，

8、 PRI）4宽带宽带ISDN（B-ISDN）及其信息传送方式）及其信息传送方式窄带ISDN（N-ISDN）向宽带ISDN（B-ISDN）的发展，可分为三个阶段：第一阶段是进一步实现话音、数据和图象等业务的综合。第二阶段的主要特征是B-ISDN和用户网络接口已经标准化，光纤已进入家庭，光交换技术已广泛应用，因此它能提供包括具有多频道的高清晰度电视HDTV在内的宽带业务。第三阶段的主要特征是在宽带ISDN中引入了智能管理网。1DDN概述概述 DDN是利用数字信道传输数据信号的数据传输网。它的主要作用是向用户提供永久性和半永久性连接的数字数据传输信道，既可用于计算机之间的通信，也可用于传送数字化传真

9、，数字话音，数字图像信号或其它数字化信号。2.DDN网络网络介绍介绍 DDN网是由数字传输电路和相应的数字交叉复用设备组成。其中，数字传输主要以光缆传输电路为主，数字交叉连接复用设备对数字电路进行半固定交叉连接和子速率的复用。5.5 数字数据数字数据网网DDNDDN网络结构DTE（数据终端设备）：接入DDN网的用户端设备可以是局域网，通过路由器连至对端，也可以是一般的异步终端或图像设备，以及传真机、电传机、电话机等。DTE和DTE之间是全透明传输。 DSU（数据业务单元）：可以是调制解调器或基带传输设备，以及时分复用、语音/数字复用等设备。 DTE和DSU主要功能是业务的接入和接出。 NMC（

10、网管中心）：可以方便地进行网络结构和业务的配置，实时地监视网络运行情况，进行网络信息、网络节点告警、线路利用情况等收集、统计报告。按照网络的基本功能DDN网又可分为核心层、接入层、用户接口层。 核心层：以2M电路，构成骨干节点核心，执行网络业务的转接功能，包括帧中继业务的转接功能。 接入层：为DDN各类业务提供子速率复用和交叉连接，帧中继业务用户接入和本地帧中继功能，以及压缩话音/G3传真用户入网。 用户接口层：为用户入网提供适配和转接功能。3DDN网特点网特点 （1）传输速率高（2）传输质量较高（3）协议简单（4）灵活的连接方式（5）电路可靠性高（6）网络运行管理简便4DDN网络的应用网络的

11、应用 （1）DDN网络在计算机联网中的应用 （2）DDN网在金融业中的应用 （3）DDN网在其它领域中的应用 5DDN网络的发展方向网络的发展方向 5.6.1 帧帧中继的工作原理中继的工作原理 帧中继就是一种减少结点处理时间的技术。帧中继的原理很简单。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。 帧中继的主要优点：(1) 减少了网络互联的代价(2) 网络的复杂性减少但性能却提高了。(3) 由于使用了国际标准，增加了互操作性。(4) 协议的独立性。 根据帧中继的特点，可以知道帧中继适用于大文件（如高分辨率图像）的传送、多个低速率线路的复用，以及局域网的互联。5.6

12、 帧帧中继中继FR5.6.2 帧中继的帧中继的帧格式帧格式(1) 标志：是一个01111110的比特序列，用于指示一个帧的起始和结束。它的唯一性是通过比特填充法来确保的。(2) 信息：是长度可变的用户数据。(3) 帧检验序列：包括2字节的CRC检验。当检测出差错时，就将此帧丢弃。(4) 地址：一般为2字节，但也可扩展为3或4字节。 5.6.3 帧帧中继的中继的拥塞控制拥塞控制 (1) 丢弃策略。 (2) 拥塞避免。 (3) 拥塞恢复。 为了进行拥塞控制，帧中继采用了一个概念，叫做承诺的信息速率(Committed Information Rate，CIR)，其单位为b/s。CIR就是对一个特定

13、的帧中继连接，用户和网络共同协商确定的关于用户信息传送速率的门限数值。拥塞控制的原则是：(1) 若数据率小于CIR，则在该连接上传送的所有帧均被置为DE = 0。这在一般情况下传输是有保证的。(2) 若数据率仅在不太长的时间间隔大于CIR，则网络可以将这样的帧置为DE = 1，并在可能的情况下进行传送。(3) 若数据率超过CIR的时间较长，以致注入到网络的数据量超过了网络所设定的最高门限值，则应立即丢弃该连接上传送的帧。 5.7.1 ATM的基本的基本概念概念 异步传递方式ATM (Asynchronous Transfer Mode)就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分

14、组交换技术。 一个ATM网络包括两种网络元素，即ATM端点(endpoint)和ATM交换机。5.7.2 ATM的协议参考模型和信元的协议参考模型和信元结构结构 1. ATM的协议参考的协议参考模型模型：5.7 异步传输异步传输模式模式ATMATM的协议参考模型共有三层(1) 物理层PMD子层：物理媒体相关(Physical Medium Dependent)TC子层：传输汇聚(Transmission Convergence)(2) ATM层 主要完成交换和复用功能，与传送ATM信元的物理媒体或物理层无关。(3) ATM适配层 AAL层又划分为两个子层，即CS子层和SAR子层。汇聚子层CS

15、(Convergence Sublayer)使ATM系统可以对不同的应用提供不同的服务。拆装子层SAR (Segmentation And Reassembly)2. ATM的信元结构的信元结构 ATM信元采用固定长度的分组，它由5个字节的首部和48字节的信息字段组成。信元首部包含着在ATM网络中传递信息所需的信息。下图为ATM信元的结构：5.7.3 ATM的逻辑连接机制的逻辑连接机制1. 逻辑逻辑连接的建立和连接的建立和释放释放2. 虚通路标识符虚通路标识符VCI和虚通道标识符和虚通道标识符VPI的的转换转换5.7.4 AAL层举例：层举例：AAL55.8.1 网络网络互联互联概述概述1网络

16、互联的网络互联的概念概念网络互联的目的主要有3个：（1）将不同的网络或相同的网络用互联设备连接在一起而形成一个范围更大的网络。（2）为增强网络性能以及出于安全和管理方面的考虑，将一个原来很大的网络划分为多个网段或逻辑上的子网。（3）有时，一个网络中的用户有可能需要使用另一个网络所提供的服务或资源，但那个网络与用户在网络的体系结构差别很大，此时通过网络互联就能实现异种网络之间服务和资源的共享。5.8 网络网络互联互联根据不同的目的，网络互联可以在网络体系结构的不同层次上实现，归纳如下：（1）物理层：使用中继器或集线器在不同的电缆段之间复制位信号，无寻址功能。（2）数据链路层：使用网桥或交换机在局

17、域网之间存储转发数据帧，用MAC地址寻址。（3）网络层：使用路由器在不同的网络之间存储转发分组，用IP地址寻址。（4）高层：使用网关提供更高层次的互联，用端口号或其他特定标识寻址。2网络互联方式网络互联方式（1）局域网-局域网互联（LAN-LAN）（2）局域网-广域网互联（LAN-WAN）（3）广域网-广域网互联（WAN-WAN）（4）局域网-广域网-局域网互联（LAN-WAN-LAN）3.网络互联要求网络互联要求（1）在网络之间提供一条链路，至少需要一条物理和链路控制的链路。（2）在不同网络的进程之间提供路径选择和传递数据。（3）提供各用户使用网络的访问和保持状态信息。（4）在提供上述服务时

18、，不需修改原有各网络的网络结构，这就需要网络互联功能协调各个网络的不同特性。5.8.2 因特网接入技术因特网接入技术（1）住宅接入：将居民家中的端接系统连接入网。（2）机构接入：将学校、公司和政府机构的端接系统连接入网。（3）移动接入：将移动的端接系统连接入网。5.8.3 网络网络互联实例互联实例1局域网局域网-局域网局域网互联互联同种局域网互联两个相邻学生寝室的网络互联异种局域网互联有线以太网和无线以太网互联2局域网局域网-广域网互联广域网互联学生寝室网络的Internet共享3. 局域网局域网-广域网广域网-局域网互联局域网互联企业虚拟专用网（VPN），按服务大致可分为3类：Intranet VPN、Access VPN和Extranet VPN。小结小结 本章阐述了广域网的结构、工作原理和主要的广域网技术。广域网的数据传输方法种类繁多，取决于所采用的具体技术，但是大多数方法都采用一种或两种交换技术，包括电路交换和分组交换等。交换技术提供通过多段链路尽可能快地向指定地址发送数据的连接方法。广域网技术已经非常成熟，可以提供从64kbps到10Gbps以上的通信速率。 常见的广域网技术包括X.25、帧中继、DDN、ISDN、ADSL、ATM、Cable MODEM和传统的拨号连接。