第五章廣域網與網絡互聯

第五章廣域網與網絡互聯第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.1廣域網

廣域網WAN(WideAreaNetwork)在一個廣泛范圍內建立的計算機通信網。它所覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里，可以覆蓋一個國家、地區(qū)或橫跨幾個洲。目前Internet網絡就是最大的廣域網。

其參考模型與協(xié)議可對照OSI參考模型，廣域網技術主要位于底層的3個層次。

電路交換類：PSTN、IDSN和ADSL，分組交換類：X.25、幀中繼網、ATM網、無線分組網，專線類：數字數據網DDN、數字衛(wèi)星網VSAT

廣域網的分類：2第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日廣域網與局域網的主要區(qū)別和關系5.1廣域網

局域網采用的多點接入技術（主要組成多為局域網交換機連接計算機）廣域網結點之間采用點到點連接（主要組成為分組交換機）主要區(qū)別1.連接技術的區(qū)別2.協(xié)議層次上

局域網主要在DataLink層廣域網主要在Network層4.廣域網與局域網之間采用路由器連接3.應用側重點

局域網強調共享資源，關注如何根據需求

來規(guī)劃、建立與應用廣域網側重數據傳輸，側重提供什么樣的

數據傳輸服務、用戶如何接入。第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日

電話撥號網：使用公用電話交換網PSTN作為通信線路。

公用分組交換網：工作在OSI/RM的低3層。基于X.25標準提供通信子網服務，如TELENET，DATAPAC，CHINAPAC。

X.25建議書是CCITT早在1976年就制定出的一個面向分組交換的網絡協(xié)議標準，其目的在于希望借助現有的公共數據網進行國際間的數據通信。X.25的基本特征:協(xié)議比較復雜。只是對公用分組交換網接口的規(guī)格說明僅提供虛電路服務:從虛電路的建立來講，可分成兩種，即交換式虛電路SVC和永久性虛電路PVC。5.1廣域網常見的廣域網技術：4第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日

數字數據網（DDN,DigitalDataNetwork)

：利用光纖、數字微波或衛(wèi)星等數字傳輸通道和數字交叉復用設備組成，為用戶提供高質量的數據傳輸通道，傳送各種數據業(yè)務，屬于線路交換方式，如ChinaDDN（2Mbps）。幀中繼（FrameRelay,FR）：由于傳輸技術的發(fā)展，數據傳輸誤碼率大大降低，分組通信的差錯恢復機制顯得過于繁瑣，幀中繼將分組通信的三層協(xié)議簡化為兩層（工作在物理層和數據鏈路層），大大縮短了處理時間，提高了效率。幀中繼網內部的糾錯功能很大一部分都交由用戶終端設備來完成。幀中繼是面向連接的方式，采用2個關鍵技術虛擬租用線路和“流水線”方式（56K-45Mbps），為局域網互聯提供合理速率和較低價格的服務。5.1廣域網5第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日

虛擬私有網絡（

VPN,VirtualPrivateNetwork）：是一種利用公共網絡來構建的私人專用網絡技術。與傳統(tǒng)的電信專線網絡相比，VPN虛擬專網具備以下優(yōu)勢：

5.1廣域網廉價的網絡接入:VPN虛擬專網利用免費的Internet資源將企業(yè)在全省乃至全國的各分支機構進行互聯，各節(jié)點全部采用本地電話或本地專線接入方式，大大節(jié)省了長途撥號及長途專線的連接費用。嚴格的用戶認證:VPN系統(tǒng)全部采用CA認證體制。高強度的數據保密

6第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日

綜合業(yè)務數據網（ISDN）：使用公用交換網PSTN作為通信線路，完全采用數字信道，提供64K-128Kbps速率傳輸服務。

非對稱數字用戶環(huán)路（ADSL）:所謂非對稱指用戶線的上行（從用戶到網絡，1Mbps）和下行（從網絡到用戶，1.5-8Mbps）的傳輸速率不相同。是一種通過在現有電信網絡使用高級調制技術而在用戶和電話公司之間形成高速網絡連接的技術。直接在電話線上發(fā)送數字信號，支持數據、語音和視頻通信用其特有的調制解調硬件（超級Modem）來連接現有雙絞線連接的各端。傳輸速率高5.1廣域網7第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.1廣域網ADSL工作原理ADSL用頻分復用(FDM)在電話線中創(chuàng)建三個信道：一個高速下傳信道(到用戶端)，一個中速雙工信道和一個POTS信道(4kHz)。POTS信道（電話服務）用以保證即使ADSL連接失敗了，語音通信仍能正常運轉。高速和中速信道均可以復用(TDM)以創(chuàng)建多個低速通道。頻帶：200～1MHz頻帶：25～200kHz頻帶：0～225kHz8第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日有線電視網絡：利用CATV提供視頻信號業(yè)務、語音、數據等寬帶多媒體信息業(yè)務，提供下行38Mbps，上行768Kbps速率傳輸服務。

微波無線網

衛(wèi)星通信網5.1廣域網ADSL的特點:投資小，連接方便傳輸距離遠，誤碼率低，可靠性高速率高，頻帶寬數據保密性好，用戶可獨享高帶寬9第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日問題的提出：●任何一個LAN總會受到兩個方面的限制，即工作站個數和網絡覆蓋距離?！褚粋€LAN內，當工作站較多時，會導致網絡的總體性能下降，例如802.3標準的LAN。●如果一個單位已擁有許多個局域網，常需要將這些局域網互連起來，以實現局域網之間的通信。5.2網絡互聯10第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日

計算機網絡互聯是利用網絡互聯設備及相應的技術措施和協(xié)議把兩個以上計算機網絡連起來，實現計算機網絡之間的連接。其核心是網絡之間的硬件連接和網間互聯的協(xié)議。其特點：①在物理上已連接在一起，并可進行通信;②在邏輯上已經組成了一個大型的計算機網絡。5.2網絡互聯11第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日二種類型的網絡有三種網絡互聯形式：

局域網與局域網互聯局域網與廣域網互聯廣域網與廣域網互聯各種類型的網絡互聯成一個網絡有兩種方式：

利用網間連接器實現網絡互聯，主要用于局域網與局域網互聯。通過互聯網實現網絡互聯，主要用于局域網與廣域網、廣域網與廣域網間的互聯。5.2網絡互聯12第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日

常用的中間連接設備有：中繼器：常用于局域網的擴展，在物理層上實現互聯。網橋：主要用于局域網與局域網之間的互聯，在數據鏈路層實現互聯。路由器：主要用于局域網與廣域網之間互聯，在網絡層上實現互聯。網關：主要用于不同體系結構的網絡之間的互聯，在傳輸層及其以上層實現互聯。5.2網絡互聯13第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.2網絡互聯——局域網互聯

局域網與局域網互聯局域網互聯主要設備為中繼器、集線器與網橋、局域網交換機；互聯設備工作層次：中繼器和集線器屬于物理層設備，而網橋與局域網交換機屬于數據鏈路層設備。14第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.中繼器（Repeater）又稱重發(fā)器（或轉發(fā)器），在物理層實現互聯，完成放大、再生網絡上的物理信號。主要是延長網絡的連接長度或覆蓋范圍。缺點：不具備差錯/糾錯功能，引入延遲。集線器（HUB)一個多端口中繼器，用于連接雙絞線介質或光纖介質以太網系統(tǒng)。用中繼器連接兩個10Base-5電纜段用中繼器連接不同傳輸介質系統(tǒng)的以太網5.2網絡互聯——局域網互聯15第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日中繼器的特性：中繼器只能連接完全相同的局域網，也就是中繼器互聯的局域網應具有相同的協(xié)議和速率。中繼器可以連接相同/不同傳輸介質的同類局域網。由于中繼器在物理層實現互聯，它對物理層以上各層協(xié)議完全透明，即中繼器支持數據鏈路層及其以上各層的任何協(xié)議。5.2網絡互聯——局域網互聯16第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.網橋（Bridge）又稱橋接器，它是一種存儲轉發(fā)設備，主要用于局域網－局域網互聯，網橋連接起來的局域網邏輯上是一個網絡。它接收整個數據幀傳遞到OSI的數據鏈路層，進行存儲轉發(fā)，實現網絡互聯。網橋能夠連接同類型局域網，也可以連接不同類型網絡，且可以是不同的傳輸介質。相同類型：相同的MAC協(xié)議的局域網，如802.3以太網不同類型：不同的MAC協(xié)議網絡，如802.3以太網、802.5令牌環(huán)網和FDDI。

不同介質：粗細同軸電纜、光纖以太網系統(tǒng)。5.2網絡互聯——局域網互聯17第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日網橋的工作原理概念上網橋是LAN上的一個工作站，用來實現MAC層的LAN互連。5.2網絡互聯——局域網互聯18第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日網橋工作原理：不斷監(jiān)聽各端口是否有信號。收到無差錯的幀則緩存，反之將差錯幀丟棄。若所收幀的目的MAC地址屬另一網段，則通過站表決定向何端口轉發(fā)。網橋不轉發(fā)同一網段內通信的幀。網橋不修改所轉發(fā)的幀的源地址。5.2網絡互聯——局域網互聯19第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日

網段A網段B網橋的的基本結構與工作過程

地址表

轉發(fā)機構（處理器及端口處理軟件）

緩沖區(qū)端口2端口1站地址

端口站11站21站31站42站52站621265435.2網絡互聯——局域網互聯20第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日網橋的特性（1）網橋工作在數據鏈路層它可以實現不同類型的局域網的互連。（2）網橋獨立于網絡層協(xié)議對互不兼容的網絡層協(xié)議，如IP，IPX，DECnet或Appletalk等都能以無意義的數據封裝在幀內經網橋運行。所以網橋各端口分別連接的各網段屬于同一個邏輯網絡號/子網號。例如，所有網段都應有同一個IP網絡號/子網號。5.2網絡互聯——局域網互聯21第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日（3）網橋是一個存儲轉發(fā)設備網橋是一個有源的幀存儲轉發(fā)設備，這使網橋能具有如下功能：①能匹配不同端口的速度②對幀具有檢測和過濾的作用。③網橋能擴大網絡地理范圍，也增加了整個局域網上工作站的最大數目。④提升網絡帶寬：網橋以分割網段提升帶寬。5.2網絡互聯——局域網互聯22第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日（1）由于網橋對接收的幀要先存儲和查找站表，然后才轉發(fā)。這就增加了時延。（2）在MAC子層并沒有流量控制功能。當網絡上的負荷很重時，網橋中的緩沖區(qū)的存儲空間可能不夠而發(fā)生溢出，以致產生幀丟失的現象。（3）具有不同MAC子層的網段橋接在一起時，網橋在轉發(fā)一個幀之前，必須修改幀的某些字段的內容，以適合另一個MAC子層的要求。這也需要耗費時間。（4）網橋只適合于用戶數不太多（不超過幾百個）和通信量不太大的局域網，否則有時還會產生較大的廣播風暴。網橋存在的不足5.2網絡互聯——局域網互聯23第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日基于不同路由選擇策略，網橋的類型可分為：（1）透明網橋（TB）透明網橋由各網橋自己來決定路由選擇，局域網上的各站點不負責路由選擇。透明網橋是最普遍采用的網橋。這里所謂“透明”是指局域網上的每個站并不知道所發(fā)送的幀將經過哪幾個網橋，而網橋對各站來說是看不見的。

5.2網絡互聯——局域網互聯24第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日（2）源路選網橋（SRB）源路選(sourceroute)網橋在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。選路方法：源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個探測幀，每個探測幀都記錄所經過的路由。探測幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。優(yōu)缺點：優(yōu)點：網橋功能可以很簡單；可以用最佳路由傳送。缺點：源站計算路由費時；主機負擔重。5.2網絡互聯——局域網互聯25第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.2網絡互聯——局域網互聯26第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日網橋與中繼器的區(qū)別：（a）中繼器只是將網絡的覆蓋距離簡單的延長，而且距離有限，具體實現是在物理層；而網橋不僅具有將LAN的覆蓋距離延長的作用，而且理論上可做到無限延長，具體實現是在MAC層。（b）中繼器僅具有簡單的信號整形和放大的功能；而網橋則屬于一種智能互連設備，它主要提供信號存儲和轉發(fā)、數據過濾、路由選擇等能力。（c）中繼器僅是一種硬設備；而網橋可能既包括硬件又包括軟件。（d）中繼器僅只能互連同類LAN；而網橋可支持不同類型的LAN互連。5.2網絡互聯——局域網互聯27第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.3局域網與廣域網互聯一、路由器（Router）局域網與廣域網互聯

局域網與廣域網互聯的主要設備是路由器、網關。路由器（Router）又稱為選徑器，網絡層互聯設備；路由器上有多個端口，每個端口可分別連接到不同的網段上，或連接到另一臺路由器；其中保存了一個路徑信息的路由表。Cisco公司的路由器28第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.3局域網與廣域網互聯路由器將廣播消息限制在各子網內，不轉發(fā)廣播消息，因此可以隔離廣播風暴。從概念上講，與網橋類似，但作用層次高于網橋，其轉發(fā)的信息以及轉發(fā)方法與網橋不同；路由器連接多個不同的邏輯網絡（即子網），每個邏輯子網具有不同的網絡地址（邏輯地址，如IP地址）。而網橋互聯的是一個邏輯網。路由器互聯的物理網絡可以是同類的，也可以是異類的。多協(xié)議路由器支持多種不同的網絡層協(xié)議，它很容易實現LAN-LAN、LAN-WAN、WAN-WAN、LAN-WAN-LAN多種網絡形式的互聯。29第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.3局域網與廣域網互聯1．路由器的基本工作原理

路由器負責將數據分組從源端主機經最佳路徑傳送到目的主機，基本功能就是路由選擇和數據轉發(fā)。網A

網B

網C

網D

R

R

R

R

30第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.3局域網與廣域網互聯

當路由器接收一個進來的數據包時，它首先檢查目的地址，并根據路由表提供的下一站路由器地址或子網地址，將該數據包轉發(fā)給下一路由器或子網。路由算法可在路由表中寫入各種不同的信息，路由器會根據數據包所要到達的目的地選擇最佳路徑把數據包發(fā)送到可以到達該目的地的下一臺路由器處。路由器之間可以進行相互通訊，而且可以通過傳送不同類型的信息維護各自的路由表。通過分析其它路由器發(fā)出的路由更新信息，路由器可以掌握整個網絡的拓撲結構。（1）路由選擇

31第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.3局域網與廣域網互聯（2）數據轉發(fā)

完成數據分組的傳送。當一個包到達路由器時，路由器必須將它放到適當的輸出鏈路。路由器從某個端口收到一個數據包。（a）首先把鏈路層的包頭去掉（拆包），讀取目的IP地址。（b）然后查找路由表，若能確定下一步往哪送，則再加上鏈路層的包頭（打包），把該數據包轉發(fā)出去。（c）如果不能確定下一步的地址，則向源地址返回一個信息，并把這個數據包丟掉。（d）當下一臺路由器接收到該數據包時，也會查看其目標地址，路由器將改變目的物理地址為下一站路由器的地址，并使用合適的路徑繼續(xù)傳送給下一站路由器。（e）依次類推，直到數據包到達最終目的地。

32第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.3局域網與廣域網互聯2．路由器的主要特點可以互聯不同的MAC協(xié)議、不同的傳輸介質、不同的拓撲結構和不同的傳輸速率的異種網；工作在網絡層，它與網絡層協(xié)議有關，多協(xié)議路由器可以支持多種網絡層協(xié)議（如TCP/IP、IPX、DECNET等）。網絡分段與隔離廣播風暴。最佳路由選擇（路由器兩個基本功能：路由選擇與數據轉發(fā)）。安全訪問控制（防火墻功能）。33第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.