1 第5章广域网与网络互联 主要学习内容 基本概念常见的广域网技术网络互联 2 5 1广域网 广域网WAN WideAreaNetwork 在一个广泛范围内建立的计算机通信网 它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里 可以覆盖一个国家 地区或横跨几个洲 目前Internet网络就是最大的广域网 其参考模型与协议可对照OSI参考模型 广域网技术主要位于底层的3个层次 电路交换类 PSTN IDSN和ADSL 分组交换类 X 25 帧中继网 ATM网 无线分组网 专线类 数字数据网DDN 数字卫星网VSAT 广域网的分类 4 电话拨号网 使用公用电话交换网PSTN作为通信线路 公用分组交换网 工作在OSI RM的低3层 基于X 25标准提供通信子网服务 如TELENET DATAPAC CHINAPAC X 25建议书是CCITT早在1976年就制定出的一个面向分组交换的网络协议标准 其目的在于希望借助现有的公共数据网进行国际间的数据通信 X 25的基本特征 协议比较复杂 只是对公用分组交换网接口的规格说明仅提供虚电路服务 从虚电路的建立来讲 可分成两种 即交换式虚电路SVC和永久性虚电路PVC 5 1广域网 常见的广域网技术 5 数字数据网 DDN DigitalDataNetwork 利用光纤 数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成 为用户提供高质量的数据传输通道 传送各种数据业务 属于线路交换方式 如ChinaDDN 2Mbps 帧中继 FrameRelay FR 由于传输技术的发展 数据传输误码率大大降低 分组通信的差错恢复机制显得过于繁琐 帧中继将分组通信的三层协议简化为两层 工作在物理层和数据链路层 大大缩短了处理时间 提高了效率 帧中继网内部的纠错功能很大一部分都交由用户终端设备来完成 帧中继是面向连接的方式 采用2个关键技术虚拟租用线路和 流水线 方式 56K 45Mbps 为局域网互联提供合理速率和较低价格的服务 5 1广域网 6 虚拟私有网络 VPN VirtualPrivateNetwork 是一种利用公共网络来构建的私人专用网络技术 与传统的电信专线网络相比 VPN虚拟专网具备以下优势 5 1广域网 廉价的网络接入 VPN虚拟专网利用免费的Internet资源将企业在全省乃至全国的各分支机构进行互联 各节点全部采用本地电话或本地专线接入方式 大大节省了长途拨号及长途专线的连接费用 严格的用户认证 VPN系统全部采用CA认证体制 高强度的数据保密 7 综合业务数据网 ISDN 使用公用交换网PSTN作为通信线路 完全采用数字信道 提供64K 128Kbps速率传输服务 非对称数字用户环路 ADSL 所谓非对称指用户线的上行 从用户到网络 1Mbps 和下行 从网络到用户 1 5 8Mbps 的传输速率不相同 是一种通过在现有电信网络使用高级调制技术而在用户和电话公司之间形成高速网络连接的技术 直接在电话线上发送数字信号 支持数据 语音和视频通信用其特有的调制解调硬件 超级Modem 来连接现有双绞线连接的各端 传输速率高 5 1广域网 8 5 1广域网 ADSL工作原理 ADSL用频分复用 FDM 在电话线中创建三个信道 一个高速下传信道 到用户端 一个中速双工信道和一个POTS信道 4kHz POTS信道 电话服务 用以保证即使ADSL连接失败了 语音通信仍能正常运转 高速和中速信道均可以复用 TDM 以创建多个低速通道 频带 200 1MHz 频带 25 200kHz 频带 0 225kHz 9 有线电视网络 利用CATV提供视频信号业务 语音 数据等宽带多媒体信息业务 提供下行38Mbps 上行768Kbps速率传输服务 微波无线网卫星通信网 5 1广域网 ADSL的特点 投资小 连接方便传输距离远 误码率低 可靠性高速率高 频带宽数据保密性好 用户可独享高带宽 10 问题的提出 任何一个LAN总会受到两个方面的限制 即工作站个数和网络覆盖距离 一个LAN内 当工作站较多时 会导致网络的总体性能下降 例如802 3标准的LAN 如果一个单位已拥有许多个局域网 常需要将这些局域网互连起来 以实现局域网之间的通信 5 2网络互联 11 计算机网络互联是利用网络互联设备及相应的技术措施和协议把两个以上计算机网络连起来 实现计算机网络之间的连接 其核心是网络之间的硬件连接和网间互联的协议 其特点 在物理上已连接在一起 并可进行通信 在逻辑上已经组成了一个大型的计算机网络 5 2网络互联 12 二种类型的网络有三种网络互联形式 局域网与局域网互联局域网与广域网互联广域网与广域网互联 各种类型的网络互联成一个网络有两种方式 利用网间连接器实现网络互联 主要用于局域网与局域网互联 通过互联网实现网络互联 主要用于局域网与广域网 广域网与广域网间的互联 5 2网络互联 13 常用的中间连接设备有 中继器 常用于局域网的扩展 在物理层上实现互联 网桥 主要用于局域网与局域网之间的互联 在数据链路层实现互联 路由器 主要用于局域网与广域网之间互联 在网络层上实现互联 网关 主要用于不同体系结构的网络之间的互联 在传输层及其以上层实现互联 5 2网络互联 14 5 2网络互联 局域网互联 局域网与局域网互联 局域网互联主要设备为中继器 集线器与网桥 局域网交换机 互联设备工作层次 中继器和集线器属于物理层设备 而网桥与局域网交换机属于数据链路层设备 15 1 中继器 Repeater 又称重发器 或转发器 在物理层实现互联 完成放大 再生网络上的物理信号 主要是延长网络的连接长度或覆盖范围 缺点 不具备差错 纠错功能 引入延迟 集线器 HUB 一个多端口中继器 用于连接双绞线介质或光纤介质以太网系统 用中继器连接两个10Base 5电缆段 用中继器连接不同传输介质系统的以太网 5 2网络互联 局域网互联 16 中继器的特性 中继器只能连接完全相同的局域网 也就是中继器互联的局域网应具有相同的协议和速率 中继器可以连接相同 不同传输介质的同类局域网 由于中继器在物理层实现互联 它对物理层以上各层协议完全透明 即中继器支持数据链路层及其以上各层的任何协议 5 2网络互联 局域网互联 17 2 网桥 Bridge 又称桥接器 它是一种存储转发设备 主要用于局域网 局域网互联 网桥连接起来的局域网逻辑上是一个网络 它接收整个数据帧传递到OSI的数据链路层 进行存储转发 实现网络互联 网桥能够连接同类型局域网 也可以连接不同类型网络 且可以是不同的传输介质 相同类型 相同的MAC协议的局域网 如802 3以太网不同类型 不同的MAC协议网络 如802 3以太网 802 5令牌环网和FDDI 不同介质 粗细同轴电缆 光纤以太网系统 5 2网络互联 局域网互联 18 网桥的工作原理 概念上网桥是LAN上的一个工作站 用来实现MAC层的LAN互连 5 2网络互联 局域网互联 19 网桥工作原理 不断监听各端口是否有信号 收到无差错的帧则缓存 反之将差错帧丢弃 若所收帧的目的MAC地址属另一网段 则通过站表决定向何端口转发 网桥不转发同一网段内通信的帧 网桥不修改所转发的帧的源地址 5 2网络互联 局域网互联 20 网段 A 网段 B 网桥的的基本结构与工作过程 地址表 转发机构 处理器及端口处理软件 缓冲区 端口 2 端口 1 站地址 端口 站 11 站 21 站 31 站 42 站 52 站 62 1 2 6 5 4 3 5 2网络互联 局域网互联 21 网桥的特性 1 网桥工作在数据链路层它可以实现不同类型的局域网的互连 2 网桥独立于网络层协议对互不兼容的网络层协议 如IP IPX DECnet或Appletalk等都能以无意义的数据封装在帧内经网桥运行 所以网桥各端口分别连接的各网段属于同一个逻辑网络号 子网号 例如 所有网段都应有同一个IP网络号 子网号 5 2网络互联 局域网互联 22 3 网桥是一个存储转发设备网桥是一个有源的帧存储转发设备 这使网桥能具有如下功能 能匹配不同端口的速度 对帧具有检测和过滤的作用 网桥能扩大网络地理范围 也增加了整个局域网上工作站的最大数目 提升网络带宽 网桥以分割网段提升带宽 5 2网络互联 局域网互联 23 1 由于网桥对接收的帧要先存储和查找站表 然后才转发 这就增加了时延 2 在MAC子层并没有流量控制功能 当网络上的负荷很重时 网桥中的缓冲区的存储空间可能不够而发生溢出 以致产生帧丢失的现象 3 具有不同MAC子层的网段桥接在一起时 网桥在转发一个帧之前 必须修改帧的某些字段的内容 以适合另一个MAC子层的要求 这也需要耗费时间 4 网桥只适合于用户数不太多 不超过几百个 和通信量不太大的局域网 否则有时还会产生较大的广播风暴 网桥存在的不足 5 2网络互联 局域网互联 24 基于不同路由选择策略 网桥的类型可分为 1 透明网桥 TB 透明网桥由各网桥自己来决定路由选择 局域网上的各站点不负责路由选择 透明网桥是最普遍采用的网桥 这里所谓 透明 是指局域网上的每个站并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥 而网桥对各站来说是看不见的 5 2网络互联 局域网互联 25 2 源路选网桥 SRB 源路选 sourceroute 网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中 选路方法 源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个探测帧 每个探测帧都记录所经过的路由 探测帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站 源站在得知这些路由后 从所有可能的路由中选择出一个最佳路由 凡从该源站向该目的站发送的帧的首部 都必须携带源站所确定的这一路由信息 优缺点 优点 网桥功能可以很简单 可以用最佳路由传送 缺点 源站计算路由费时 主机负担重 5 2网络互联 局域网互联 26 5 2网络互联 局域网互联 27 网桥与中继器的区别 a 中继器只是将网络的覆盖距离简单的延长 而且距离有限 具体实现是在物理层 而网桥不仅具有将LAN的覆盖距离延长的作用 而且理论上可做到无限延长 具体实现是在MAC层 b 中继器仅具有简单的信号整形和放大的功能 而网桥则属于一种智能互连设备 它主要提供信号存储和转发 数据过滤 路由选择等能力 c 中继器仅是一种硬设备 而网桥可能既包括硬件又包括软件 d 中继器仅只能互连同类LAN 而网桥可支持不同类型的LAN互连 5 2网络互联 局域网互联 28 5 3局域网与广域网互联 一 路由器 Router 局域网与广域网互联 局域网与广域网互联的主要设备是路由器 网关 路由器 Router 又称为选径器 网络层互联设备 路由器上有多个端口 每个端口可分别连接到不同的网段上 或连接到另一台路由器 其中保存了一个路径信息的路由表 Cisco公司的路由器 29 5 3局域网与广域网互联 路由器将广播消息限制在各子网内 不转发广播消息 因此可以隔离广播风暴 从概念上讲 与网桥类似 但作用层次高于网桥 其转发的信息以及转发方法与网桥不同 路由器连接多个不同的逻辑网络 即子网 每个逻辑子网具有不同的网络地址 逻辑地址 如IP地址 而网桥互联的是一个逻辑网 路由器互联的物理网络可以是同类的 也可以是异类的 多协议路由器支持多种不同的网络层协议 它很容易实现LAN LAN LAN WAN WAN WAN LAN WAN LAN多种网络形式的互联 30 5 3局域网与广域网互联 1 路由器的基本工作原理路由器负责将数据分组从源端主机经最佳路径传送到目的主机 基本功能就是路由选择和数据转发 31 5 3局域网与广域网互联 当路由器接收一个进来的数据包时 它首先检查目的地址 并根据路由表提供的下一站路由器地址或子网地址 将该数据包转发给下一路由器或子网 路由算法可在路由表中写入各种不同的信息 路由器会根据数据包所要到达的目的地选择最佳路径把数据包发送到可以到达该目的地的下一台路由器处 路由器之间可以进行相互通讯 而且可以通过传送不同类型的信息维护各自的路由表 通过分析其它路由器发出的路由更新信息 路由