1、1Computer Network Version 2008 Wenzhou University计 算机网 络http:/http:/2Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityChap6 广域网技 术http:/http:/3Computer Network Version 2008 Wenzhou University本章教学提要本章教学提要教学目标：理解广域网的特点了解广域网服务的实现模型与常见的广域网设备；了解 OSI模型描述的广域网 ；了解典型的广域网协议和技术，包括 PPP、ISDN、 ATM、帧中继和 SDH技术等 。教学难
2、点： 无 教学时数： 2-3学时，无实验 。 4Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityChap6 广域网技 术Section 1 广域网的概述广域网的概述5Computer Network Version 2008 Wenzhou University本节关注问题本节关注问题与局域网技术相比，广域网有什么不同？与局域网技术相比，广域网有什么不同？ 广域网技术与广域网技术与 OSI模型的哪些层次对应？模型的哪些层次对应？ 广域网服务是如何实现的？广域网服务是如何实现的？6Computer Network Version 2008 Wenz
3、hou University广域网的特点广域网的特点广域网：广域网：地理覆盖范围地理覆盖范围远远超过远远超过 LAN，在几百到成千上万公里；，在几百到成千上万公里； 设计目标设计目标主要用于互连广泛地理范围内的 主要用于互连广泛地理范围内的 LAN或或MAN，实现广大范围内的远距离数据通信，实现广大范围内的远距离数据通信 ;在网络特性上与局域网存在明显的差异在网络特性上与局域网存在明显的差异局域网局域网 主要用于实现小范围内的资源共享主要用于实现小范围内的资源共享 。7Computer Network Version 2008 Wenzhou University广域网在技术实现上的特点广域网
4、在技术实现上的特点传输方式上，传输方式上， 为了实现远距离通信，通常采用为了实现远距离通信，通常采用载波形式的频带传输或光传输载波形式的频带传输或光传输 局域网则采用数字化的基带传输。局域网则采用数字化的基带传输。网络拓扑结构上，广域网更多的采用网状拓扑网络拓扑结构上，广域网更多的采用网状拓扑，提高广域网链路的容错性，减少因中间节点，提高广域网链路的容错性，减少因中间节点设备的处理速度、线路的质量以及传输环境的设备的处理速度、线路的质量以及传输环境的噪声影响广域网传输的可靠性噪声影响广域网传输的可靠性在归属上，通常由公共通信部门来建设和管理在归属上，通常由公共通信部门来建设和管理公共通信部门利
5、用所拥有的广域网资源向公共通信部门利用所拥有的广域网资源向用户提供收费的广域网数据传输服务，又被称用户提供收费的广域网数据传输服务，又被称为网络服务提供商为网络服务提供商 (service provider),简称简称 SP。8Computer Network Version 2008 Wenzhou University广域网服务的实现模型广域网服务的实现模型 Toll network：广域网服务提供商用来实现长途传输的通信网络，通常由成组的交换机和中继设备组成Central office switch：由广域网服务提供商提供的，离用户最近的局端交换机物理上放置在用户一侧的设备，包括属于用户
6、的设备或服务提供商放置在用户侧的设备在 CPE的前端，本地环路开始的地方，通常 CPE也就是用户接入所在地从分界到服务提供商中心局的线路9Computer Network Version 2008 Wenzhou University常见广域网设备常见广域网设备 路由器属于网络层的互连设备，用于实现不同网络之间路由器属于网络层的互连设备，用于实现不同网络之间的互连和路由功能；的互连和路由功能； 广域网交换机属于数据链路层的多端口存储转发设备，广域网交换机属于数据链路层的多端口存储转发设备，在广域网中实现数据链路层协议帧的转发。如帧中继交在广域网中实现数据链路层协议帧的转发。如帧中继交换机、换机
7、、 X.25交换机、光交换机等交换机、光交换机等 调制解调设备用于实现数字和模拟信号转换，如调制解调设备用于实现数字和模拟信号转换，如 ISDN网络中用到的网络中用到的 TA/NT1设备等。设备等。 通信服务器主要用来对广域网用户进行身份合法性的验通信服务器主要用来对广域网用户进行身份合法性的验证并提供服务策略。证并提供服务策略。 10Computer Network Version 2008 Wenzhou University常见广域网服务类型之一：常见广域网服务类型之一：专线服务专线服务可以为用户提供永久的专用连接；可以为用户提供永久的专用连接；不管用户是否有数据在线路上传送都要为专线不
8、管用户是否有数据在线路上传送都要为专线付租用费，故又被称为租用线。付租用费，故又被称为租用线。连接的可靠性高，但费用也相对较高；连接的可靠性高，但费用也相对较高；一般用于一般用于 WAN的核心连接，或者用于的核心连接，或者用于 LAN和和LAN之间的长期固定连接。之间的长期固定连接。11Computer Network Version 2008 Wenzhou University常见广域网服务类型之二：常见广域网服务类型之二：线路交换服务线路交换服务每次通信时都要首先在每次通信时都要首先在网络中建立一条物理线网络中建立一条物理线路或连接，并在用户数路或连接，并在用户数据传输完毕后要撤除或据传
9、输完毕后要撤除或结束所建立的连接结束所建立的连接又被称为电路交换。又被称为电路交换。典型例子：典型例子：电话网络、在传统电话网络、在传统电话网络上实现的数字电话网络上实现的数字传输服务传输服务 ISDN。 12Computer Network Version 2008 Wenzhou University广域网服务类型之三：包交换服务广域网服务类型之三：包交换服务将待传输的数据分成若干个等将待传输的数据分成若干个等长或不等长的数据传输单元来长或不等长的数据传输单元来进行独立传输的一种服务方式进行独立传输的一种服务方式。网络线路为不同的数据包或帧网络线路为不同的数据包或帧所共享，交换设备为这些包
10、或所共享，交换设备为这些包或帧选择一条合适的路径将其传帧选择一条合适的路径将其传送到目的地。送到目的地。若信道没有空闲，交换设备将若信道没有空闲，交换设备将待转发的包或帧暂时缓存起来待转发的包或帧暂时缓存起来信道的利用率较高信道的利用率较高典型例子：典型例子：帧中继和帧中继和 ATM 。 13Computer Network Version 2008 Wenzhou University常常见见的的广广域域网网传传输输带带宽宽 14Computer Network Version 2008 Wenzhou University广域网与广域网与 OSI模型模型广域网主要工作于 OSI模型的下三层
11、，即物理层、数据链路层和网络层；由于目前网络层普遍采用了 IP协议，所以广域网技术或标准主要关注物理层和数据链路层的功能及其实现；不同广域网技术的差异就在于它们在物理层和数据链路层实现方式的不同。广域网的物理层协议主要描述如何面向广域网服务提供电气、机械、规程和功能特性，包括定义 DTE和 DCE设备的接口；广域网的数据链路层定义数据帧的封装以及如何通过广域网链路传输到远程节点。 15Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityChap6 广域网技 术Section 2 广域网协议举例广域网协议举例 -PPP16Computer Networ
12、k Version 2008 Wenzhou UniversityPPP概述概述点对点协议 (Point-to-Point Protocol)的简称，由 IETF (Internet Engineering Task Force)开发，被广泛使用并成为国际标准；一个工作于数据链路层的广域网协议。为路由器到路由器、主机到网络之间使用串行接口进行点到点的连接提供了 OSI第二层的服务；在物理上可使用各种不同的传输介质，包括双绞线、光纤及无线传输介质；在数据链路层提供了一套解决链路建立、维护、拆除和上层协议协商、认证等问题的方案；在帧的封装格式上，采用 HDLC的变化形式；对网络层协议的支持包括了多
13、种不同的主流协议，如 IP 和 IPX等。17Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityPPP的体系结构的体系结构18Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityPPP连接的四个阶段连接的四个阶段链路建立阶段 -通过发送 LCP的帧来对链路进行相关的配置，包括数据最大传输单元、是否采用 PPP的压缩、 PPP的认证方式等；链路质量协商阶段 (可选 )-用于对链路质量进行测试，以确定其能否为上层所选定的网络协议提供足够的支持，另外若连接的双方已经要求采用安全认证，在该阶段还要按所选定的认证方
14、式进行相应的身份认证；网络层协议选择阶段 -通过发送 NCP包来选择网络层协议并进行相应的配置，不同的网络层协议要分别进行配置；该阶段完成 表示一条完整的 PPP链路就建立起来了并可在上面进行数据传输。任何时候只要用户请求断开连接或者由于链路故障， PPP的连接都会被终止即进入 链路拆除阶段 。 19Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityPPP的身份验证方式之一：的身份验证方式之一： PAP英文全称： Password Authentication ProtocolPAP采用一种两次握手方式：远程节点提供用户名与密码，由本地节点提供身份
15、验证的确认或拒绝。用户名与密码对由远程网络节点不断地在链路上发送，直到验证被确认或被终结。密码在传输过程中采用明文方式，且发送登录请求的时间和频率完全由远程节点控制；实现简单但易受到攻击。20Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityPPP的身份验证方式之二：的身份验证方式之二： CHAP英文全称， Challenge Handshake Authentication Protocol使用三次握手的验证方式：本地节点提供一个用于身份验证的挑战值，由远程节点根据所收到的挑战值计算出一个回应值发送回本地节点，若该值与本地节点的计算结果一致，则远
16、程节点被验证通过；一个没有获得挑战值的远程节点是不可能尝试登录并建立连接的，也就是说 CHAP是由本地来控制登录的时间与频率；由于每次所发送的挑战值都是一个不可预测的随机变量，所以 CHAP较之 PAP更加安全有效；在通常情况下，更多采用的是 CHAP验证方式。 21Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityChap6 广域网技 术Section 3 PTSN与与 ISDN22Computer Network Version 2008 Wenzhou University公共电话交换网及其组成公共电话交换网及其组成Public Switch
17、ed Telephone Network， 用于电话传输的网络简称 PSTN；已经由模拟电话网向数字电话网络发展 在 数字传输线路中传输 端到端的模拟语音 信号。采用电路交换形式23Computer Network Version 2008 Wenzhou University公共电话交换网的组成公共电话交换网的组成终端设备 模拟制式的脉冲或者双频电话机，或数字电话机、传真机等数字终端设备 交换设备 各种电话交换机，目前主流的是采用程序控制方式的计算机系统构成的程控数字交换机传输线路 连接用户终端设备和交换设备的用户线路；各个交换机之间的中继线路 。信令系统 电话通信过程所遵守的 (物理层 )
18、协议标准，目前主要使用 NO.7信令系统由电话交换设备构成网络中的通信控制设备 24Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityPSTN在计算机网络中的应用在计算机网络中的应用提供了现成的、可供长距离传输的网络连接资源 在传统语音外，可传输数据和可视图文 。 基于 PSTN引入了数字用户线路（ DSL）、 综合业务数字网（ ISDN） 技术 数字用户线路 DSL(Digital Subscriber Line) 是以铜缆电话线为传输介质的点对点传输技术。 25Computer Network Version 2008 Wenzhou Univ
19、ersityChap6 广域网技 术Section 4 ATM26Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityATM的产生背景的产生背景N-ISDN的问题：不能真正提供电视信号、视频业务等许多高速率业务。作为在数字电话网基础上演变而来的技术，其主要业务仍是 64kbps的电路业务，对技术发展的适应性很差。尽管用户通过标准用户网络接口进入网络实现了多种业务的综合接入，但在网络内部，针对不同的业务，实际还是采用不同的交换方法，并未实现真正统一的综合交换。B-ISDN(Broadband ISDN) 被提了出来：以光纤为传输介质，提供远远高于一次群
20、速率的传输信道，并针对不同的业务采用相同的交换方法，即致力于真正做到用统一的方式来支持不同的业务。ATM作为其中的关键技术却被保留了下来并成为高速广域网传输技术的重要基础。 27Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityATM的实现的实现综合了电路交换的可靠性与分组交换的高效性 (link)，采用了基于信元的统计时分复用技术。 信元 (cell) 是 ATM的基本协议数据单元：53字节的固定长度 :前个字节为信头，载有信元的地址信息和其他控制信息，后 48个字节为信息段，装载来自各种不同业务的用户信息。固定长度的短信元可以充分利用信道的空闲
21、带宽。信元在统计时分复用的时隙中出现，即不采用固定时隙，而是按需分配，只要时隙空闲，任何允许发送的单元都能占用。信元在底层采用面向连接的线路交换方式传送，并对信元交换采用硬件以并行处理方式去实现，减少了结点的时延，其交换速度远远超过总线结构的交换机。28Computer Network Version 2008 Wenzhou University电路交换电路交换 V.S.分组交换分组交换电路交换采用时分复用方式，通信双方周期性地占用重复出现的时隙，信道以其在一帧中的时隙来区分，而且在通信过程中无论是否有信息发送，所分配的信道（时隙）均为相应的两端独占。实时性好，适合于发送对延迟敏感的数据信道
22、带宽的浪费较大；分组交换不分配任何时隙，采用存储转发方式，属于统计复用。灵活性好，适合突发性业务，且信道带宽的利用率高分组间不同的延时会导致传输抖动，不适合实时通信。 29Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityATM的组成的组成ATM网络系统由 ATM业务终端、交换、传输等部分组成 。ATM交换机是 ATM网络的核心，它采用面向连接方式实现信元的交换。 30Computer Network Version 2008 Wenzhou UniversityATM的特点的特点以面向连接的方式工作，大大降低了信元丢失率，保证了传输的可靠性；物理线路使用光纤，误码率很低；短小的信元结构使得 ATM信头的功能被简化，并使信头的处理能可基于硬件实现，从而大大减少了处理时延；采用短信元作为数据传输单位可以充分利用信道空闲，提高了带宽利用率。ATM论坛定义的物理层接口有 SDH STM-1、 4、 16，其数据传输速率分别可达成 55.52M、 662.08M、 2488.32M。对应于不同信息类型的传输特性，如可靠性、延迟特性和损耗特性等， ATM可以提供不同的服务质量来适应这些差别。
