6－1第6章廣域網計算機網絡與通訊6－2學習目標本章內容：

6.1廣域網概述

6.2廣域網控制技術

6.3幾種常見的廣域網

6.4廣域網接入

學習重點：

廣域網的基本特點及常用的數據交換技術；幾種常見的廣域網特點和廣域網接入技術的特點。6－31）特點6.1廣域網概述跨越長距離、連接多個局域網或主機在一起的網絡；（網狀結構）兩種基本設備：1)結點交換機（x.25交換機、幀中繼交換機、ATM交換機)2)傳輸線路（包括本地環路）—雙絞線、大對電纜、光纖廣域網費用成本高，由電信部門提供和管理設備，多使用多路復用技術，提高線路利用率；廣域網為點到點網絡，主要技術在物理層、數據鏈路層和網絡層（用于結點交換機的路由選擇）。廣域網6－4廣域網連接類型傳輸速率PSTN（公用交換電話網）56kbpsISDN（綜合業務數字網）128kbps~2MbpsDDN（數字數據網）64kbps~2MbpsADSL（非對稱數字用戶網）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廣域網接入廣域網主干網絡2）廣域網技術6－53）廣域網應用實例連接距離很遠的兩個局域網；（幀中繼＋ISDN/DDN）移動用戶遠程訪問企業網絡；（ISDN/PSTN/ADSL)廣域網主干連接；（幀中繼/ATM/X.25）家庭用戶訪問因特網；（HFC/ADSL/PSTN/ISDN)小區訪問因特網；（DDN/ADSL）6－66廣域網6.1廣域網概述

6.2廣域網控制技術

6.3幾種常見的廣域網

6.4廣域網接入6－76.2廣域網控制技術源主機發送的數據由廣域網中的結點交換機通過點對點鏈路逐步地轉發到目的主機。（交換）廣域網控制主要解決的三個問題：

1）廣域網采用何種數據交換技術？2）點對點鏈路的選擇？3）數據大量泄入某結點交換機，擁塞控制問題？6－81）數據交換技術

電路交換（CircuitSwitching）兩用戶進行通信時，首先要建立一條臨時的獨占的物理專用線路，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、E6－9三個階段：建立連接（可以采用復用技術，時間比較長）數據傳輸（獨自占用信道）線路拆除

優缺點：建立連接的時間長，當網絡節點負荷過重時，可能出現呼叫不通的情況，而不能建立連接；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；無糾錯機制；建立連接后，傳輸延遲小，無沖突。6－10

報文交換（MessageSwitching）

整個報文（程序、文件、數據塊）作為一個整體一起發送。在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時再轉發出去，一級一級中轉，直到目的地。這種數據傳輸技術稱為存儲-轉發。報文M從H1到H4：存儲－轉發路線A->F->C->D6－11優點：1）傳輸線路不是專用的，可以被多個報文傳輸利用，電路利用率高；2）可以把一個報文發送到多個地址（一對多傳輸），電路交換不能做到。缺點：1）報文大小不一，造成緩沖區管理復雜；2）大報文造成存儲轉發的延時過長；3）出錯后整個報文全部重發。6－12將報文劃分為若干個大小相等的分組(Packet)進行存儲轉發。（a）數據報交換每個分組獨立尋址，不能保證分組順序到達。分組通常稱為數據報（無連接）。（b）虛電路交換面向連接，先建立一條路徑，每個分組都走該條路徑，保證每個分組順序到達。交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）。數據報分組交換（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）：一個幀還沒有接收完時就開始轉發此幀；轉發站不進行差錯檢驗和控制；使用面向連接的永久虛電路。（實例：幀中繼、ATM）計算機網絡（廣域網和internet）主要使用分組交換技術。分組交換優點：1）轉發的分組小，轉接于轉發節結點的內存中，提高了轉發的速度；2）分組分別被轉發節點并行存儲轉發，降低了總體的處理時間；3）傳輸中錯誤，只需重發出錯的分組，不必重發整個報文，提高了差錯控制效率。6－142）路徑選擇6.2廣域網控制技術分組交換的具體過程也稱為“路由/徑選擇”，是根據其目的地址查找交換機路由表，并找出應從結點的哪一個接口將該分組發送出去。路由表是根據一定的路由選擇算法得到的，一般稱為路由選擇協議（即負責搜索分組從某個結點到目的結點的最佳傳輸路徑，從而得到路由表）。最優路徑通過以下指標來衡量：距離：路徑的長度；跳數：路徑經過所經過的交換機數目；時延：分組由源站到達目的站所花費的時間；費用：通信線路交納的費用；可靠性：鏈路的誤碼率。Rip/rip2/ospf/BGP6－15地址編碼方案

局域網采用了單一編址方案（MAC地址）。廣域網中一般都采用分級編址方案。6－166－17[2,1][2,2]45674567交換機2交換機3[1,1][3,2][3,3]這里給出結點交換機

2

中的路由表作為例子例如，一個欲發往主機[3,2]的分組到達了交換機

2。交換機1[1,3]目的站下一跳

[1,1]交換機1[1,3]交換機1[3,2]交換機3[3,3]交換機3[2,1]直接

[2,2]直接這時應查找交換機

2的路由表，找目的站為[3,2]的項目。45

6

71

2

3123123分組轉發機制交換機

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

2的路由表目的站下一跳

[1,1]交換機1[1,3]交換機1[3,2]交換機3[3,3]交換機3[2,1]直接

[2,2]直接查找轉發表中的下一個項目。否12312345

6

71

2

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

2的路由表目的站下一跳

[1,1]交換機1[1,3]交換機1[3,2]交換機3[3,3]交換機3[2,1]直接

[2,2]直接查找轉發表中的下一個項目。否12312345

6

71

2

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

2的路由表目的站下一跳

[1,1]交換機1[1,3]交換機1[3,2]交換機3[3,3]交換機3[2,1]直接

[2,2]直接根據轉發表指出的下一跳把分組轉發到交換機

3。是12312345

6

71

2

36－21[2,1][2,2]12341234交換機2交換機3[1,1][3,2][3,3]交換機1[1,3]分組轉發到交換機

3

后就查找交換機

3

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

6

71

2

36－223）擁塞控制在某段時間，若對網絡中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網絡的性能就要變壞——產生擁塞(congestion)。若網絡中有許多資源同時產生擁塞，網絡的性能就要明顯變壞，整個網絡的吞吐量將隨輸入負荷的增大而下降。最終，數據流量趨于零，出現擁塞崩潰；到了數據流量為零，網絡完全失去了傳輸能力，稱為死鎖。擁塞控制方法：開環控制：就是在設計網絡時事先將有關發生擁塞的因素考慮周到，力求網絡在工作時不產生擁塞。（資源預約和接納控制，廣域網采用）閉環控制：是基于反饋環路的概念。屬于閉環控制的有以下幾種措施：監測網絡系統以便檢測到擁塞在何時、何處發生。將擁塞發生的信息傳送到可采取行動的地方。（源結點）分組丟棄6.2廣域網控制技術6－236廣域網6.1廣域網概述

6.2廣域網控制技術

6.3幾種常見的廣域網

6.4廣域網接入6－246.3幾種常見的廣域網1）X.25網它是1976根據CCITT（即現在的ITU-T）的X.25建議書實現的計算機網絡。

X.25網絡中，數據以分組形式通過分組交換機傳輸，也稱x.25分組交換網。X.25只是一個對公用分組交換網接口（數據終端設備DTE和數據電路端接設備DCT）的規約。X.25所討論的都是以面向連接的虛電路服務為基礎。X.25網概述6－25X.25網的體系結構（工作在OSI的最低三層）用戶數據在X.25的分組層（相當于網絡層）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)，使一個DTE同時和網上其他多個DTE建立虛電路并進行通信。在數據鏈路層使用的是HDLC的一個子集——平衡型鏈路接入規程LAPB。6－26X.25網的特點優點：（1）可靠性高。面向連接的虛電路服務。（2）多路復用。單一物理鏈路上復用多條虛電路，使一個DTE和網絡中多個DTE通信。（3）支持多種協議：IP、IPX、Appletalk等。缺點：（1）傳輸線路借助于電話網，容易收到干擾，誤碼率高；（2）兩級差錯控制，傳輸效率低（64kbps）；（3）數據鏈路層和物理層協議復雜。由于數字光纖電話網和新的廣域網技術的出現，X.25已退出了歷史舞臺。6－272）Framerelay（幀中繼）Framerelay概述20世紀八十年代后期出現，類似x.25網絡，被稱為第二代x.25網絡。使用快速分組交換（FPS）技術，當幀中繼交換機收到一個幀的首部時，只要一查出幀的目的地址就立即進行轉發。借助于數字光纖網，不使用差錯控制和流量控制（交給高層/傳輸層處理)；幀中繼連接的復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6－28Framerelay幀格式標志字段：用來指示幀的開始和結束。信息字段：長度可變的用戶數據。幀檢驗序列：2字節的CRC校驗（當檢驗出差錯，就丟棄）。地址：一般為2字節，可擴展為4字節。數據鏈路連接標識（DLCI）：一般默認為16比特，用于標識永久虛電路（PVC）。地址里也包含一些擁塞控制信息。6－29Framerelay工作過程局域網上的Mac幀傳到與幀中繼相連的路由器。路由器就剝去MAC幀的首部和尾部，將IP數據報交給路由器的網絡層，網絡層再將IP數據報傳給幀中繼接口卡。幀中繼接口卡把IP數據報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對構成）發送給幀中繼網絡中的幀中繼交換機。當幀中繼幀被轉發到虛電路的終點路由器時，終點路由器就剝去幀中繼幀的首部和尾部，加上局域網的首部和尾部，交付給連接在此局域網上的目的主機。6－303）ATM（異步傳輸模式）網絡ATM網絡概述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，48字節數據＋5字節首部（信頭）。ATM是建立在電路交換和分組交換的基礎上的快速分組交換技術（FPS），（只檢驗信元的頭部，無錯就立即轉發）。ATM采用STDM傳送技術，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律和周期性（異步傳輸）。ATM底層主要使用同步數字系列SDH（ATM信元是異步插入到SDH幀中）。6.3幾種常見的廣域網6－31ATM的特點優點：（1）選擇固定長度的53字節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務。（3）ATM使用光纖，誤碼率低，不必在鏈路層進行差錯和流量控制（差錯在高層處理），提高了信元在網絡中的傳輸速率。155Mbps～2.5Gbps。（4）底層面向連接，ATM更好地支持實時的語音和視頻傳輸以及QOS。缺點：（1）ATM技術復雜硬件成本高。硬件比千兆以太網及其它高速網貴。（2）信元首部開銷大（5/53)；（3）ATM支持的應用并不多；（4）切實實惠千兆/10千兆以太網的出現削弱了ATM的競爭優勢。6－326廣域網6.1廣域網概述

6.2廣域網控制技術

6.3幾種常見的廣域網

6.4廣域網接入廣域網的接入是指從用戶終端到廣域網結點交換機之間的