广域网技术

《计算机网络应用教程》第5章广域网技术2011.01第5章广域网技术广域网技术概述1常用的广域网设备2典型广域网协议和技术3第5章广域网技术广域网技术概述1常用的广域网设备2典型广域网协议和技术35.1广域网技术概述1.广域网的概念广域网（WAN，WideAreaNetwork）也称远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网一般由主机（资源子网）和通信子网组成。5.1广域网技术概述2.公共数据通信网一般广域网的通信子网都是由公共数据通信网承担。通常，公共数据通信网是由政府的电信部门建立和管理的，这也是区别于局域网的重要标志之一。许多国家的电信部门都建立了自己的公用分组交换网、数字数据网、综合业务数字网和帧中继网等，以此为基础提供电路交换数据传输业务、分组交换数据传输业务、租用电路数据传输业务、帧中继数据传输业务和公用电话网数据传输业务等。常用的公共网络系统有公用电话交换网PSTN、分组数据交换网X.25网、帧中继网（FR网）、数字数据网DDN、综合业务数字网ISDN和异步传输模式ATM等。第5章广域网技术广域网技术概述1常用的广域网设备2典型广域网协议和技术35.2常用的广域网设备1.广域网交换机广域网交换机是在运营商网络中使用的多端口网络互联设备。广域网交换机工作在OSI参考模型的数据链路层，可以对帧中继，X.25以及SMDS等数据流量进行操作。图5-2是位于广域网两端的两台路由器通过广域网交换机进行连接的示意图。5.2常用的广域网设备2.接入服务器接入服务器是广域网中拨入和拨出连接的会聚点。图5-3说明了接入服务器如何将多条拨出连接集合在一起接入广域网。5.2常用的广域网设备3.调制解调器调制解调器主要用于数字和模拟信号之间的转换，从而能够通过话音线路传送数据信息。在数据发送方，计算机数字信号被转换成适合通过模拟通信设备传送的形式；而在目标接收方，模式信号被还原为数字形式。4.CSU/DSU信道服务单元（CSU）/数据服务单元（DSU）类似数据终端设备到数据通信设备的复用器，可以提供以下几方面的功能：信号再生，线路调节，误码纠正，信号管理，同步和电路测试等。5.2常用的广域网设备5.ISDN终端适配器ISDN终端适配器是用来连接ISDN基本速率接口（BRI）到其它接口，如EIA/TIA-232的设备。从本质上说，ISDN终端适配器就相当于一台ISDN调制解调器。6.路由器(Router)提供诸如局域网互连、广域网接口等多种服务。第5章广域网技术广域网技术概述1常用的广域网设备2典型广域网协议和技术35.3典型广域网协议和技术典型的广域网协议和技术包括公用电话交换网（PSTN）、分组交换网（X.25）、数字数据网（DDN）、帧中继（FR）、交换式多兆位数据服务（SMDS）和异步传输模式（ATM）等。下面我们将简单介绍几种常用的PPP、ISDN、ATM、帧中继、SDH和PPPOE等广域网技术和协议。5.3.1PPP协议1.PPP协议的特点1)能够控制数据链路的建立。2)能够对IP地址进行分配和使用。3)允许同时采用多种网络层协议。4)能够配置和测试数据链路。5)能够进行错误检测。6)有协商选项，能够对网络层的地址和数据压缩等进行协商。5.3.1PPP协议2.PPP的功能和层次结构(1)PPP的功能PPP主要实现以下3部分功能：1)在串行链路上封装数据报的方法：PPP采用高级数据链路控制（HDLC）作为在点对点的链路上封装数据报的基本方法。2)链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）用于启动线路、测试、任选功能的协商及关闭连接。3)网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）用来建立和配置不同的网络层协议。PPP协议允许同时采用多种网络层协议，如IP协议、IPX协议和DECnet协议。PPP协议使用NCP对多种协议进行封装。5.3.1PPP协议(2)PPP中各层的功能PPP协议由层次结构组成见表5-1。5.3.1PPP协议3.PPP会话建立的过程1)链路的建立和配置协调：通信的发起方发送LCP帧来配置和检测数据链路，主要用于协商选择将要采用的PPP参数，包括身份验证、压缩、回叫、多链路等。2)链路质量检测：在链路建立、协调之后，这一阶段是可选的。3)网络层协议配置协调：通信的发起方发送NCP帧以选择并配置网络层协议。配置完成后，通信双方可以发送各自的网络层协议数据报。4)关闭链路：通信链路将一直保持到LCP或NCP帧关闭链路，或者是发生一些外部事件（如空闲时间超长或用户干预）。5.3.1PPP协议4.PAP和CHAP原理PPP提供了两种可选的身份认证方法：口令验证协议（PasswordAuthenticationProtocol，PAP）和质询握手协议（ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol，CHAP）。(1)PAP(2)CHAP5.3.2ISDN技术1.ISDN概述ISDN（IntegratedServiceDigitalNetwork）是一种由交换机和数字信道构成，可提供语音、数据、图像等综合业务信息传输的数字通信网络。它可以使用户通过一条通信线路获得各种电信服务。ISDN有三个基本特征：1)端到端的数字连接。2)综合的业务。3)标准的入网接口（两种速率标准—基本速率和基群速率）。5.3.2ISDN技术2.N-ISDN和B-ISDNITU-T（国际电联电信标准化部分）在N-ISDN基础上提出宽带ISDN（B-ISDN）的系列建议，它是一种信道速率超过主群接口速率的系统。因为在使用中2Mbps的速率很难满足用户的要求。B-ISDN以光纤为传输介质，传输速率可达155Mbps、622Mbps，甚至高达几Gbps。各种不同速率业务都能以同样的方式在B-ISDN网络中传输。为了实现B-ISDN功能，ITU-T定义了一种新型的快速传输技术--异步传输模式ATM作为其核心技术。B-ISDN也是将各种业务（如语音、数据、图像、动画等）综合在一个网络中传输，它包含N-ISDN的所有业务功能。5.3.3ATM技术ATM具有如下特点：◆面向连接的快速（信元）交换。◆综合了线路交换--实时性好（节点延迟小）和分组交换--灵活性好（动态分配网络资源）的优点。◆支持不同速率的数据传输，满足实时性业务和突发性业务要求。◆支持多媒体信息传输（业务综合化）。◆服务质量QoS高。5.3.3ATM技术1.信元结构ATM以信元为基本信息传输单位。信元是一种短的固定长度的数据分组，由信元头和信元体组成。信元固定为53字节，其中5个字节为信元头，用来承载信元的控制信息，它可以标志不同的信道和优先级等控制信息；48字节为信元体用来承载用户要分发的信息。信元体中可是任何类型的信息。这种短小而固定的信元传输可以缩小网络传输延迟；长度固定的信元首部，可以只用硬件电路对信元进行处理，减少节点对信元的处理时间。5.3.3ATM技术2.信元种类信元种类有：◆普通信元：承载用户信息。◆信令信元：承载控制信息。◆维护信元：承载运行和维护信息。◆空闲信元：填充空闲信道。5.3.3ATM技术3.ATM交换原理ATM虽然用信元作为信息转移的基本单位，但仍然是一种面向连接的转移模式。各信元在网络内的流动不是独立的，它们以连接为单位进行路由选择，即属于同一连接的信元具有相同的转移路径。当然这种连接不同于电路交换系统那样的实电路连接，而是与分组交换相似的虚电路连接（逻辑连接）。为便于管理，ATM的虚电路被分为两个级别：虚通道VC（VirtualChannel）和虚通路VP（VirtualPath）。相应的连接有VC连接（VCC）和VP连接（VPC），每个连接都由转移点和点与点之间的链路构成。用户终端一般是VCC的端点，而在VCC的转移点要实现VC交换或交叉连接。VCC的转移点一般又是VPC的端点，在VPC的转移点要实现VP交换或交叉连接。5.3.3ATM技术4.ATM网络及应用ATM可应用于如下四个方面：1)ATMLAN，用于计算机工作站、高速或多媒体计算机之间的联网，提供高速数据和视频更信业务。2)作为骨干网络或中继网络，实现LAN、PABX、WAN等的互连以便于实现现有网络的互通。3)现有大型数字程控交换机中的宽带ATM交换模块，支持高速数据和视频通信业务，并逐步向B-ISDN过渡。4)在将来的B-ISDN中，作为其统一的信息转移模式。鉴于现有电话网、数据网是一笔巨大的资产，不可能很快淘汰，而ATM也存在着如何经济地支持电话业务等问题，B-ISDN的普遍实现还需要经历相当长的时间。5.3.4帧中继协议1.帧中继技术原理及特点(1)技术原理当分组到达节点时，直接“穿越”节点被转接到输出链路上，减少和避免节点对分组的存储和处理时间。而将网络节点的差错控制、流量控制和纠错重发等处理放在终端系统进行。帧中继可以看作是由对X.25协议的简化和改进而得。帧中继简化了网络层和链路层的功能，它不设分组级，而是以链路级的帧为基础实现多条链路的转换和统计复用（所以叫帧中继）。5.3.4帧中继协议(2)帧中继特点1)具有统计时分复用和虚电路的优点。2)简化了网络功能，减少了网络开销，因此提高了数据传输速率，降低了网络延迟，增大了网络吞吐量。（向用户提供64Kbps～2.048Mbps，甚至10Mbps的接入速率，最多可达45Mbps）。3)帧中继的帧长度可变（1.6～2KB），比X.25长，非常适合LAN业务。4)提供动态的带宽管理和差控机制，适于传输突发性数据。5)采用面向连接的虚电路方式，可提供交换式虚电路和永久性虚电路业务。5.3.4帧中继协议2.帧中继层次结构帧中继网络在链路层和网络层，只保留了帧检错功能，遇到有差错的帧就简单地抛弃，而不进行差错纠正、重发和流量控制等，这些相应的功能由端系统实现。因此，帧中继简化掉了分组级（网络层），并简化了链路层功能。帧中继网络体系结构也比OSI/RM简单帧中继标准只提供链路层和物理层的规格参数，而它独立于高层协议，因此，可以利用现有的网络设备实现帧中继业务。5.3.4帧中继协议3.帧中继的帧格式帧中继的帧格式与HDLC相似，但无控制字段，因此，帧中继只有数据帧。标志字段与HDLC相同；地址字段较复杂，由2个字节组成；信息字段长度可变，说明帧中继帧的长度是可变的；FCS字段构成与HDLC同，但只能检错，无纠错功能。4.帧中继的应用帧中继业务应用十分广泛，以下是几个实际中应用的永久性虚电路业务的例子。(1)图像传输(2)虚拟专用网5.3.5SDH技术1.SDH的概念2.SDH的产生背景3.SDH的基本传输原理4.SDH的特点5.SDH的应用6.SDH的发展趋势5.3.6PPPOE协议1.PPPoverEthernet协议1998年后期问世的以太网上点对点协议（PPPoverEthernet）技术是由Redback网络公司、客户端软件开发商RouterWare公司以及Worldcom子公司UUNETTechnologies公司在IETFRFC的基础上联合开发的。通过把最经济的局域网技术-以太网和点对点协议的可扩展性及管理控制功能结合在一起，网络服务提供商和电信运营商便可利用可靠和熟悉的技术来加速部署高速互联网业务。它使服务提供商在通过数字用户线、电缆调制解调器或无线连接等方式，提供支持多用户的宽带接入服务时更加简便易行。同时该技术亦简化了最终用户在动态地选择这些服务时的操作。5.3.6PPPOE协议2.PPPoverEthernet基本帧格式建立一个以太网上点对点协议会话包括两个阶段：1)发现（Discovery）阶段。在Discovery过程中用户主机以广播方式寻找可以连接的所有的接入集线器，并获得其以太网MAC地址。然后选择需要连接的主机并确定所要建立的PPP会话识别标号。2)PPP会话阶段。用户主机与接入集线器根据在发现阶段所协商的PPP会话连接参数进行PPP会