广域网与网络互联课件

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1、第5章 广域网与网络互连,第5章 广域网与网络互连,教学目标 (1) 了解各种广域网技术； (2) 掌握网络互连的概念、类型和层次； (3) 熟悉有关网络互连设备的功能与使用； (4) 掌握对等网的组建与使用。,第5章 广域网与网络互连,教学内容 5.1 广域网技术 5.2 网络互连技术 5.3 网络互连设备 5.4 对等网技术,2020/9/24,4,5.1 广域网技术,广域网通过通信线路将异地的称为通信处理机的专用计算机连接起来，构成一个有机的通信网络，即网络中的通信子网，而用户主机与通信处理机相连接。,2020/9/24,5,5.1 广域网技术,5.1.1 公用电话网 5.1.2 公用分

2、组交换数据网 5.1.3 帧中继 5.1.4 综合业务数据网 5.1.5 异步传输模式,5.1.1 公用电话网,公用交换电话网（Pubic Switched Telephone Network，PSTN）是向全社会提供电话通信服务的一种通信网，由交换设备、交换设备之间的链路、传输线路和终端设备构成。传输线路主要采用铜缆；交换设备有市内自动电路交换设备、长途电话交换机以及国际自动电话交换设备等；终端有电话机或传真机等。 利用电话网进行计算机通信，需要调制解调器和电话线连接，通过电话线以拨号方式接入网络，实现广域网的连接。,5.1.1 公用电话网,为了能在模拟信道上传输数字数据，必须进行数据转换，

3、数据转换的工作由调制解调器MODEM完成。 发送端MODEM：把计算机上的数字信号转换为电话线上传输的模拟信号。接收端MODEM：把电话线上传输的模拟信号转换为计算机能识别的数字信号。 PSTN用于计算机通信的主要缺点是传输速率低、可靠性差。传输速率一般为9.6Kbps56Kbps。,5.1.2 公用分组交换数据网,公用分组交换数据网采用国际电信联盟制定的X.25协议。 1X.25协议工作原理 X.25协议以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路终端设备DCE之间的接口，为公用数据网络在包模式下提供终端操作。 X.25协议分为三层：物理层、数据链路层和分组层，分别对应OSI的最低三层。,5

4、.1.2 公用分组交换数据网,(1) 物理层 称为X.21接口，定义从计算机终端到X.25分组交换网络中的附件结点的物理电气接口。 (2) 数据链路层 定义象帧序列那样的数据传输。使用的协议是平衡式链路访问规程（LAP-B），它是高级数据链路控制（HDLC）协议的一部分。 (3) 分组层 定义通过分组交换网络的可靠虚电路。 在X.25中，一条虚电路在穿越分组交换网络的两个地点之间建立一条临时性或永久性的“逻辑”通信信道。,5.1.2 公用分组交换数据网,2. X.25网络的连接方式 (1)利用拨号方式，通过MODEM连接分组装拆器PAD（Packet Assembler/Disassemble

5、r），再由PAD连上X.25网络。 (2) 计算机本身具有X.25接口，可直接连上X.25网络。 (3) 局域网可通过X.25网关连上X.25网络。,5.1.3 帧中继,帧中继技术（FR）由X.25分组交换技术演变而来。提供的是数据链路层和物理层的协议规范，任何高层协议都独立于帧中继协议。 1帧中继技术简介 (1) 帧中继技术主要用于传递数据业务，它使用一组规程将数据信息以帧的形式有效地进行传送。 (2) 帧中继所使用的是逻辑连接，而不是物理连接，在一个物理连接上可复用多个逻辑连接。 (3) 帧中继协议是对X.25协议的简化，处理效率高，网络吞吐量高，通信时延低，帧中继用户的接入速率在64kb

6、it/s至34Mbit/s，甚至可高达45Mbit/s。 (4) 帧中继的最大帧长度可达1600字节/帧，适合传送突发业务。,5.1.3 帧中继,2帧中继技术的应用 (1) 局域网互联 (2) 图像传送 (3) 虚拟专用网 (4) 大文件的传送 (5) 数据库的检索 3帧中继的接入方式（CHINAFRN） (1) 用户设备类型： 局域网（LAN）接入、 终端接入、 不具有标准接口规程的终端通过帧中继接入设备FRAD接入CHINAFRN。 (2) 用户接入方式： 经专线方式、 经数字数据网DDN 专线接入、 经综合业务数字网ISDN接入。,5.1.4 综合业务数据网,综合业务数据网（ISDN），

7、引入了数字位流管道的概念，该管道支持多个按照时分复用的信道。其中常用的信道有：B信道、D信道和H信道。 B信道也称载体信道，其速率为64Kbps，是基本的用户通道。 D信道也称数据信道，其速率为16Kbps或64Kbps视用户的需要而定。 H信道也称混合信道，其速率为384Kbps、1.536 Mbps 或1.92Mbps。 ISDN有两种接口：基本速率接口（简称BRI）和基群速率接口（简称PRI）。,5.1.4 综合业务数据网,1. 传统ISDN 传输速率为64Kbps155Mbps ,称为窄带ISDN(N-ISDN )。 2. 宽带ISDN 速率可以从155Mbps1Gbps以上，使用信元

8、而不使用数据包。 3.宽带ISDN与窄带ISDN的区别 窄带ISDN以目前使用的公用电话交换网为基础，而宽带ISDN以光纤作为干线和用户环路传输介质。 窄带ISDN采用同步时分多路复用技术，而宽带ISDN采用异步传输模式ATM技术。 窄带ISDN各通路及其速率是预先规定的，而宽带ISDN使用通路的概念，它的传输速率不是预先规定的。,5.1.5 异步传输模式,异步传输模式 (Asynchronous Transfer Mode，ATM)是以定长信元（Cell）作为高速通信信息的载体，能提供高速和小延迟的异步转送。ATM信元是固定长度的分组，共有个字节，分为个部分。前面个字节为信头，主要完成寻址的

9、功能；后面的个字节为信息段，用来装载来自不同用户、不同业务的信息。,5.1.5 异步传输模式,1ATM的工作原理 (1)ATM主机在传输数据之前，首先将数据组织成若干个信元，并根据对网络带宽的需求，发出连接建立请求。 (2)ATM交换机在接收到请求后，将根据网络状况选择从源ATM端主机，经过ATM网到达目的ATM端主机的路径，构造相应的路由表，从而建立一条源与目的ATM主机的虚拟连接。每个信元的信元头部分不需要带有目的地址与源地址，但需要带有虚连接标识符。 (3)ATM交换机根据信元头的虚连接标识符和路由表中的记录，将信元送到合适的交换机输出端口，直到目的地。,5.1.5 异步传输模式,2AT

10、M的特点 面向连接的分组交换技术，综合了电路交换和分组交换的优点。 ATM是基于交换的技术，因此非常容易扩充。 信元长度固定每个信元含有53字节，其中48个字节是有效负载，5个字节是头。 带宽的有效使用ATM的信元交换方法只在应用需要时才给他们分配信元。因此，一个ATM结点只在有数据传输时才消耗带宽。 灵活和可变的带宽。ATM支持的速率一般为155Mbps2.4Gbps。ATM的物理链路可以使用多种类型电缆、光纤。 没有纠错ATM不提供链路到链路上的纠错和流量控制功能。,2020/9/24,18,5.2 网络互连技术,5.2.1 网络互连的概念 5.2.2 网络互连的类型 5.2.3 网络互连

11、的层次,5.2.1 网络互连的概念,网络互联（Internetworking）是指采用各种网络互连设备及相应的技术措施和协议将同一类型的网络或不同类型网络相互连接起来，组成地理覆盖范围更大、功能更强的网络。 实现网络互联的硬件称为网络互连设备；用于实现网络互联协议的软件，称为网络互联软件。,5.2.2 网络互连的类型, 局域网与局域网的互联(LANLAN) 局域网互联包括同构网络互联和异构网络的互联。 同构网络互联是指符合相同协议局域网的互联，而异构网的互联是指两种不同协议局域网的互联。 局域网与广域网的互联(LANWAN) 局域网与广域网的互联是目前常见的方式之一。 局域网经广域网的互联(L

12、ANWANLAN) 将两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网实现其互联。 广域网与广域网互联(WANWAN),5.2.3 网络互连的层次,1物理层互联 物理层互联主要解决的是在不同的电缆段之间复制位信号。 2数据链路层互联 若两个网络的链路层及其下层(物理层)的协议不同时，则只能在数据链路层实现其互联。数据链路层主要是解决网络之间如何存储转发数据帧。 3网络层互联 若两个网络的网络层及其以下各层的协议是不相同的，则只能在网络层实现其网络互联。网络层互联主要是解决在不同的网络之间存储转发分组。 4高层互联 传输层及其以上各层协议不同的网络之间的互联属于高层互联。,2020/9/24,22,5.

13、3 网络互连设备,5.3.1 网桥 5.3.2 路由器 5.3.3 三层交换机 5.3.4 网关,5.3.1 网桥,网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。 网桥的工作原理 网桥接收一个完整的帧，然后分析帧，并基于包含在帧中的信息，根据帧的目的地址(MAC地址)段，来决定是删除这个帧，还是转发这个帧。如果目的站点和发送站点在同一个局域网，网桥则将帧删除，不进行转发；如果目的局域网和源局域网不在同一个网络时，网桥进行路由选择，并按着指定的路径将帧转发给目的局域网。,5.3.2 路由器,路由器（

14、Router），是在网络层提供多个独立子网连接服务的一种存储转发设备。 功能：路径选择、存储转发、过滤、网络管理、介质转换等。 软路由：在一台连接多个网络的计算机上运行路由软件，以实现网络间的路由。 硬路由：专门的路由设备。,2020/9/24,25,5.3.3 三层交换机,三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机（Switch），三层交换机最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这个目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。 1.三层交换机工作原理 三层交换机就是将网络层的功能融入交换机，以交换机的性能完成路由器的功能，即二层的桥和三层的路由合二为一，使得网络的路由功

15、能分布于整个网络中的各个交换节点上。传统的交换技术是在OSI参考模型中的第二层数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在OSI参考模型中的第三层实现了数据包的高速转发。,2020/9/24,30,交换机(Switch) 第二层交换机：相当于一个高速网桥。 第三层交换机：相当于一个高速路由器。,5.3.3 三层交换机,2三层交换机种类 三层交换机可以根据其处理数据的不同而分为纯硬件和纯软件两大类。 纯硬件:当数据由端口接口芯片接收进来以后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址，如果查到，就进行二层转发，否则将数据送至三层引擎。在三层引擎中，ASIC芯片查找相应的路由表信息，与数据的目的IP

16、地址相比对，然后发送ARP数据包到目的主机，得到该主机的MAC地址，将MAC地址发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。,5.3.4 网关,网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。它作用在OSI参考模型的第4层第7层用于高层协议转换的网间连接器。 网关提供以下的功能： 地址格式的转换：网关可实现不同网络之间不同地址格式的转换，以便供寻址和选择路由之用。 寻址和选择路由：寻址的目的在于指定各设备或资源在网络上的位置，如同门牌号，配合传输路由的选择，以便建立两个网络之间的连接。 包格式的转换：网关可提供包的分割与重组，适合不同的网络传输。 数据字符格式的转换：对于不同的字符系统，提供字符格式的转换。 网络传输流量控制：网络传输的流量必须加以控制，以避免拥塞或数据流失。 协议转换：网关可提供不同网络间的协议转换。,2020/9/24,33,5.4 对等网技术,5.4.1 对等网概念 5.4.2 对等网的组建 5.4.3 对等网的使用,5.4.1 对等网概念,所谓对等网，就是网络中各计算机之间可自由访问，关系平等，共享双方的各种资源。对等网不适用于大型网络环境,特别适合小型