《广域网组网技术》PPT课件.ppt

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1、2021/3/29 计算机网络技术及应用 1 补：广域网组网技术 本章主要内容 广域网概述 广域网组网技术 2021/3/29 计算机网络技术及应用 2 本章学习要点 了解广域网的组成和结构 了解广域网的组网技术 2021/3/29 计算机网络技术及应用 3 广域网概述 1 广域网的概念和特点 广域网的概念 广域网 (Wide Area Network， WAN)是指覆盖范围广 阔 (可以覆盖一个地区 ， 一个国家 ， 甚至全球 )的一类 数据通信网络 。 目前 ， 世界上最大的广域网 Internet已 经覆盖了包括我国在内的 180多个国家和地区 ， 连接 了数万个网络 ， 终端用户已达数

2、千万 。 广域网一般是指为用户提供远距离数据通信业务的 传输网络 ， 通常由电信部门负责建设 、 运营和管理 ， 包括电路交换和包交换网络 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 4 广域网概述 1 广域网的概念和特点 广域网的概念 电路交换一般用在电话公司网络中 ， 与我们日常拔打电 话类似 ， 是一种按需拔号技术 ， 连接时使用专用物理线路 ， 一般用于备份连接 、 场点规模小 、 短时间的访问 。 常用的 组网技术有：拔号上网 、 ISDN、 ADSL等； 包交换技术可以实现多个网络设备共享一条从源点穿过 ISP运营商直到目的地的点到点链路 ， 进行数据传输 。 常 用的组网技术有

3、： x.25、 帧中继和 IP over SDH/SONET等 。 优点是：由于共享物理线路 ， 包交换连接的性价比较高 ， 可用于长时间 、 跨地域的连接 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 5 广域网概述 广域网的特点 （ 1） 提供面向通信的服务 ， 支持用户使用计算机进行 远距离的信息交换； （ 2） 覆盖范围广 ， 通信距离远 ， 需要考虑的因素多 ， 如媒体的成本 、 线路的冗余 、 媒体带宽的利用和差错 处理等； （ 3） 由电信部门或公司负责组建 、 管理和维护 ， 并向 全社会提供面向通信的有偿服务 、 流量统计和计费问 题 。 2021/3/29 计算机网络技术及

4、应用 6 广域网概述 2 广域网的组成和结构 计算机网络的结构可以抽象为如下图所示 ， 边界路由器 的互连构成广域网的核心传输网 ， 局域网通过接入路由器 连接到广域网 。 这样 ， 可以简单的把广域网的组成理解为 将放置在不同地方的核心路由器通过光纤互连而成 ， 而广 域网的组网技术就是如何实现这些路由器的互连技术 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 7 广域网概述 3 广域网实例 中国教育和科研计算机网 CERNET分四级管理 ， 分别是全 国网络中心 、 地区网络中心和地区主节点 、 省教育科研网 、 校园网 。 全国网络中心设在清华大学 ， 负责全国主干网的运行管理 。 地区

5、网络中心和地区主节点分别设在清华大学 、 北京大学 、 北京邮电大学 、 上海交通大学 、 西安交通大学 、 华中科技大 学 、 华南理工大学 、 电子科技大学 、 东南大学 、 东北大学等 10所高校 ， 负责地区网的运行管理和规划建设 。 省级节点设 在 36个城市的 38所大学 ， 分布于全国除台湾省外的所有省 、 市 、 自治区 。 CERNET已经有 28条国际和地区性信道 ， 与美国 、 加拿大 、 英国 、 德国 、 日本和香港特区联网 ， 总带宽达到 250Mb/s。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 8 广域网组网技术 纵观广域网组网技术的发展 ， 是一个带宽不断升

6、级的过程：最早出现的 X.25只能提供 64Kb/s的带宽 ， 其后 DDN（ 数字数据网 ） 和 FR（ 帧中继 ） 使带宽提高 到 2Mb/s， SDH（ Synchronous Digital Hierachy： 同步数字结构 ） 和 ATM（ Asynchronous Transfer Mode：异步传输模式 ） 又把带宽提升到 2.5Gb/s。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 9 广域网组网技术 1 分组交换数据网络（ X.25网络） 分组交换数据网络 （ PSDN） 遵循 CCITT X.25系列 建议 ， 因此也被称为 X.25网络 ， X.25网络曾经是使 用比较广泛

7、的广域通信子网 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 10 广域网组网技术 X.25 网络的组成 PSE（ 分组交换设备 ） ：将从某一物理链路传输来的数据分组根据一 定的路由选择算法转发到另一条物理链路上； PAD（ 分组装拆设施 ） ：为非分组式用户终端提供接入 PSDN的能力； NPT（ 非分组式终端 ） ：不具有装拆分组能力的终端设备； PC（ 分组集中器 ） ：将来自于多个分组式或者非分组式用户终端设备 的信息流合并为一个 X.25分组流送往 PSE； NMC（ 网络管理中心 ） ：运行网络管理软件 ， 管理整个网络的运行 ， 包括性能管理 、 故障检测 、 差错恢复 、 用

8、户入网登记 及计费等 。 PEP（ 策略实施点 ） ： 根据 当前网络条件 ， 对被管对象 进行安全防护 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 11 广域网组网技术 分组交换数据网络的编址方式 分组交换数据网的编址方式遵循 CCITT X.121建议 ， 每个网络地址 用不大于 40位的十进制数表示 。 我国目前使用的分组交换数据网的网 络地址采用了 15位十进制数表示 ， 每位十进制位占用 4个二进制位 。 网络地址的结构及其含义如下： 网络地址 P(1) DNIC(4) NTN(10) DNIC(4) 国家代码 (3)网络编号 (1) NTN(10) 节点机编号 (4) 节点机端口

9、号 (4)子地址 (2) P（ 国际前缀 ） 用 1位 10进制数表示 ， 目前取值为 0； DNIC（ 数据网络识别码 ） 用 4位十进制数表示 ， 其中前 3位为国家或地 区代码 ， 后 1位为网络编号 。 分配给我国的国家代码为 460 479， 目 前仅使用 460表示 。 网络编号由国家自行分配； NTN（ 网络用户号码 ） 用 8位或者 10位十进制数表示 ， 由网络主管部 门分配；前 4位表示节点机编号 ， 中间 4位表示指定节点机的端口编号 ， 后面的 2位为子地址 ， 由用户自行分配 ， 子地址直接对应自行购置的 交换设备的端口 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用

10、12 广域网组网技术 端用户系统 X.25网络的端用户系统是指企业 、 部门或者个人接入 X.25网络的各种 计算机系统 ， 包括各种大 、 中 、 小和微型计算机系统 。 为保证这些端用 户系统可以方便地接入网络 ， PSDN提供了多种接口方式 。 X25专线 /拨号同步方式 每台占用 PSE或者集中器的一个端口 ， 具有该端口对应的网络地址 。 使用此计算机设备种方式接入 PSDN时 ， MODEM必须配置为同步工作方式 。 专线 /拨号异步方式 通过专线或者电话拨号 ， 直接接入分组装拆设备或者集中器的端口 ， 与 PSDN网络以异步方式交换信息 。 每个端用户系统都被分配一个网络用 户

11、标识 （ NUI） 。 使用此种方式接入 PSDN时 ， 用户端的 MODEM必须配置为 异步工作方式 。 路由器接入方式 若企业内部已组建了局域网 ， 可使用路由器作为局域网与分组交换数 据网的互连设备 ， 保证所有局域网用户可通过局域网接入 X.25网络 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 13 广域网组网技术 X.25网络的特点 支持 OSI下三层服务 ， 提供永久虚电路 （ PVC） 和交换虚电路 （ SVC） ； 动态复用技术 ， 可提高信道的利用率 ， 简化物理接口；分组交换网中各 节点具有存储转发功能 ， 不同速率的终端可以相互通信； 采用虚电路 或数据报的方式进行分组

12、传输 。 缺点 模拟信道 、 信道质量差 ， 信道差错方面处理比较复杂 ， 数据传输的网 络时延较大 ， 端口速率低 （ =64Kb/s） ；适用于交换式短报文的传输 ， 不适合实时性要求高 、 信息量大的业务使用 。 发展现状及未来发展 技术规程非常完备 ， 应用广泛；由于数字技术的广泛应用 ， X.25技术 在一定程度上已经过时 ， 但目前主宰着许多低速应用 （ 如：销售终端 ， 电子银行系统 ， 电子信箱应用等 ） ； X.25也是与国外通信的主要手段 （ 通过卫星线路或租用线路等 ） 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 14 广域网组网技术 2 帧中继（ FR）网络 1984

13、年 ， CCITT开始了分组交换技术的 “ 改造工程 ” ， 并提出了一 种新的分组交换技术 帧中继技术 ， 对应的标准为 CCITT Q.922。 帧中继 FR (Frame Relay)是一种支持高速交换的网络体系结构 。 在 许多方面非常类似于 X.25， 被称为第二代的 X.25。 帧中继的原理 帧中继技术淡化了交换设备上的层次概念 ， 将数据链路层和网络 层进行了融合 。 一方面减少了层次之间的接口处理；另一方面 ， 也 可以通过对融合的功能进行分析 ， 发现冗余项 ， 并进行简化 。 上述 的优化使得帧中继成为一种极为精简的协议 ， 仅仅需要提供组帧 、 路由选择和高速传输的功能

14、， 从而可以获得较高的性能和有效性 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 15 广域网组网技术 帧中继的帧格式 帧间隔符 （ F） ： 取值为 01111110， 标识帧的起始和结束； 地址字段 （ Addr） ： 一般占 2个字节； 信息字段 （ DATA） ： 存放可变长度的用户数据； 帧校验字段 （ FCS ） ： 占 2 字节 ， 采 用 循 环 冗 余 校 验 ； 数 据 链 路 连 接 标 识 符 （ DLCI1+DLCI2） ： 占 10位 ， 标识使用的数据链路； 命令 /响应 （ C/R） ： 由高层 实体指明本帧的意义； 扩展地址 （ EA） ： 地址字段可以扩展到

15、 3或者 4字节 （ 对应 的 DLCI为 17或者 24位 ） ； EA=0， 表示后继字节仍属地址字段； EA=1， 本字节为 地址字段的最后字节； 正向拥塞通知 （ FECN） /反向拥塞通知 （ BECN） ： 由网络 中的交换设备置位 ， 通知接收方与本帧同 /反方向传输时曾经出现拥塞现象 ， 并可 能继续拥塞； 丢弃指示 （ DE） ： 用户置位时 ， 表明本帧在网络出现拥塞时可以优 先丢弃； 无编号标识符 （ UI） ： 一个字节 ， 隐含了各种命令 ， 但其中的 P/F位应置 为 0； 协议标识符 （ PI） ： 置为管理帧； 呼叫参考 （ CR） ： 置为 0； 信息类型 （

16、 Type） ： 帧中继仅支持两种类型 （ 状态查询和状态报告 ） 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 16 广域网组网技术 帧中继 网络的特点 （ 1） FR支持 OSI下二层服务并提供部分的网络层功能； （ 2） FR采用光纤作为传输介质 ， 传输误码率低； （ 3） 将分组重发 、 流量控制 、 纠正错误 、 防止拥塞 （ 正向拥 塞通知 ， 反向拥塞通知 ， 丢失指示等 ） 等处理过程由端系统 去实现；简化了节点的处理过程 ， 缩短了处理时间 ， 降低了 网络时延； （ 4） 具有灵活可靠的组网方式 ， 可采用永久虚电路 （ 或交换 虚电路 ） 的方式 ， 一条物理连接能够提

17、供多个逻辑连接 ， 用 户所需的进网端口数减少； （ 5） FR具有按需分配带宽的特点 ， 用户支付了一定的费用 购买 “ 承诺信息速率 ” ， 当突发性数据发生时 ， 在网络允许 的范围内 ， 可以使用更高的速率； （ 6） 使用 FR， 用户接入费用相应减少 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 17 广域网组网技术 帧中继网络的发展 帧中继可通过 X.25更新软件实现 ， 可在 DDN（ 数 字数据网 ） 网上配置端口实现 ， 在以 ATM为主干的 网络中 ， 帧中继仍然可以作为良好的用户接入方式 。 目前大多数业务都集中在 2Mb/s之内 ， 是 FR业务的 最经济有效的范畴

18、， 未来的 FR业务将有很大的市场 发展潜力 ， 有较好的投资保护 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 18 广域网组网技术 3 数字数据网 (DDN) DDN是电信部门向用户提供的一种高速通信业 务 ， 利用数字通道提供半永久性的连接电路 ， 提 供中高速 、 高质量的点对点 、 点对多点的数字专 用电路 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 19 广域网组网技术 DDN的特点 将多路复用技术应用于数字传输信道 ， 支持多个用户共享通信资源； DDN是面向用户的数字传输技术 ， 速度较 SDH低； DDN采用时分多路复用技术将支持数字信息高速传输的光纤通道划分为 一系列的子

19、信道； DDN仅是一条支持用户数据点到点高速传输的通道； 用户可以向电信部门定时的租用子信道 （ 独占 ） ； DDN的基本速率为 64Kb/s， 用户租用的信道速率应为 64Kb/s的整数倍； DDN本身并不提供任何通信协议的支持 ， 在 DDN信道上使用何种通信协 议由用户自行决定； DDN信道的最大不足是 DDN仅提供点到点通信的专用信道 （ 也称专线 ） ， 因此当一个用户希望和多个其它的用户使用 DDN通信时 ， 必须租用多个 DDN端口； 速率高 、 物理时延小 ， 最高速率为 150Mb/s； 支持数据 、 图像 、 声音等多种业务； 网络运行管理简便 ， 没有任何检错 、 纠错

20、功能； DDN适用于传输数据量大的业务 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 20 广域网组网技术 DDN 的缺点 DDN是固定信道方式 ， 不能进行动态复用 ， 在数 据量不大的情况下线路利用率较低；由于是点对点 的通信 ， 需要多个 DDN端口才能支持与多个节点通 信 ， 进网的端口数多 。 发展现状和未来发展 目前 ， 我国采用 DDN组网的部门很多 ， 发展较快 。 国际范围内 ， DDN用于许多部门 （ 金融 、 保险 、 航 空 、 企业 、 政府部门等 ） 。 但发展势头趋于平稳 ， 主要是受 ATM技术的影响和帧中继网络技术的影响 。 2021/3/29 计算机网络技术

21、及应用 21 广域网组网技术 4 综合业务数字网（ ISDN） 综合业务数字网 （ ISDN） 是 20世纪 80年代由 CCITT 引入的 ， 用以提供语音 、 数据 、 图像和视频数字服务 ， 以数字形式统一处理各种公用网的通信业务 。 采用数字 技术 ， 替代模拟通信网中的传统系统或交换系统中使用 的模拟技术 。 ISDN设计的目标是 以数字形式统一处理各种公用网的 通信业务 ， 设置能够与各种通信网接续的 ISDN终端交 换机 ， 并提供标准的用户 /网络接口 ， 使得用户可以通过 一条用户线接入网络 ， 获得各种电信服务 。 ISDN所提供的业务 （ 即服务 ） 主要有： 语音业务允

22、许 用户将 ISDN终端或计算机接入 ISDN； 可视图文；智 能用户电报 、 传真业务；遥测和告警业务 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 22 广域网组网技术 ISDN的组成 在 ISDN中 ， 用户和综合业务数字网之间的连线相 当于一个数字比特管道 ， 管道中的比特流可以来自 数字电话机 、 数字传真机或其它终端 ， 并且比特流 可以双向流动 。 ISDN 的用户类型：一个家庭或小单位 （ 如下左 图 ） ；一个较大单位 （ 如下右图 ） 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 23 广域网组网技术 小单位 ISDN接入 大单位 ISDN接入 2021/3/29 计算机网

23、络技术及应用 24 广域网组网技术 ISDN 的两种接入速率 B 通道： 透明地传输用户信息 （ 数字化语音和数据 ） ， 用户可以 采用任意的通信协议； D 通道 ：主要用于用户和网络之间的控制信息交换 ， 包括建立和 拆除连接等 ， 也可支持较低速率要求的数据传输； （ 1） 基本速率接口 （ BRI） 两个 B通路和一个 D通路 （ 2B D） ， 通常速率为 144 Kbps。 两条 64 Kbps的 B通路 ， 支持话音和数据传输；一条 D通道 ， 用于传输控 制信号和数据 ， 16Kbps全双工数据通道 。 适用于家庭或小单位 ， 可 以通过 BRI接口传送语音 、 数据 、 传真

24、及一般质量的图像 ， 可传输 可视电话 、 电视会议 。 至少可使三个一般的终端同时在 2B D的信 道上传输数据 。 （ 2） 一次群速率接口 （ PRI） T1系统 （ 1.544Mbps） ： 美国 、 日本等国采用 23个 64 Kbps的 B通 路和 1个 64 Kbps的 D通路的速率接口 （ 23B D） 。 E1系统 （ 2.048Mbps） ：欧洲国家采用的是 30个 64 Kbps的 B通路 和 1个 64 Kbps的 D通路的速率接口 （ 30B D） 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 25 广域网组网技术 宽带综合业务数字网（ B-ISDN） ISDN通过一

25、条线路满足用户使用多种通信业务的需求 ， 但在推广 过程中却遇到了一些问题 ， 而最主要的问题就是 ISDN提供的固定接 口速率 。 一方面 ， 目前数字化语音传输只要 32Kb/s通道即可 ， 仍旧 利用 64Kb/s的 B信道支持数字化语音传输 ， 50 以上的信道容量会被 浪费 。 另一方面 ， 图像的传输已逐步成为人们需求的重点 ， 为支持 图像传输 ， 64Kb/s的信道容量又嫌不足 。 为解决这一新问题 ， CCITT在原有 ISDN的基础上 ， 公布了有关宽带 ISDN的系列建议 。 宽 带意味着更高的传输速率 ， B-ISDN的传输速率可达 155Mb/s到 1Gb/s 以上

26、。 为了表示区别 ， 原有的 ISDN技术被称为窄带 ISDN（ N- ISDN） 。 N-ISDN和 B-ISDN在性能上的差异： （ 1） N-ISDN 以电话网为基础 ， 用户环路主要采用双绞线 ， 而 B- ISDN 的用户环路和长途干线都采用光缆； （ 2） N-ISDN 的各种通道的速率固定 （ 如： B通道为 64Kb/s） ， 而 B-ISDN 的速率是可变的； （ 3） N-ISDN 以传输数字化语音为主 ， 而 B-ISDN 可以传输各种数 字化信息 （ 如：语音 、 数据和图像等 ） 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 26 广域网组网技术 5 SONET/SD

27、H 同步光纤网 （ SONET） 同步光纤网 （ SONET） 标准 ， 是由美国在 1988年推 出的一个新标准 。 新标准着重于高次群的统一 ， 方便国 际间光纤干线的互通 。 （ 1） 以 51.84Mbps为基准进行递增； （ 2） 对于基于铜缆的电信号传输称为第一级同步传送信 号 （ STS-1） ； （ 3） 对于基于光纤的光信号传输称为第一级光载波 （ OC-1） 。 2021/3/29 计算机网络技术及应用 27 广域网组网技术 同步数字体系（ SDH） CCITT在 SONET标准的基础上略作修改 ， 形成国际 标准：同步数字体系 （ SDH） 。 使之成为不仅适用于光 纤传

28、输同时也适用于微波和卫星传输的通用技术 。 基本 的 SDH速率为 155.520Mbps， 称为第 1级同步传送模块 （ STM-1） ， 再将其同步复用 、 字节间插后得到更高级 的 STM-N信号 ， SDH只支持一定的 N值 (如 1,4,16,64 等 ) 。 目前 ， 我国广域网骨干链路主要采用 2.5G(STM- 16)和 10G(STM-64)组网技术 。 SDH标准的制定 ， 使 得欧洲 、 北美和日本的三种不同的数字传输体系在 STM- 1级别上得到了统一 。 虽然 SONET和 SDH略有差异 ， 但 在较高次群上趋于一致 ， 因此 ， 有时又将 SONET和 SDH作为同义词看待 。