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1、第第9 9章章 广域网技术广域网技术主编：袁宗福机械工业出版社1广域网概述2广域网的主要特点3广域网数据交换4广域网协议5公共通信网第9章 广域网技术12/20/20222第9章 广域网技术 计算机网络1 广域网概述广域网的概念n广域网（Wide Area Networks，WAN）q距离远、带宽小、延时大服务供应商服务供应商服务供应商服务供应商12/20/20223第9章 广域网技术 计算机网络广域网接入技术分类 12/20/20224第9章 广域网技术 计算机网络专线专线电路交换电路交换分组交换分组交换服务供应商服务供应商服务供应商服务供应商服务供应商服务供应商服务供应商服务供应商广域网接
2、入技术-物理层广域网连接X.21EIA/TIA-232EIA/TIA-449X.21EIA/TIA-232EIA/TIA-449V.24V.35HSSIG.73EIA-530V.24V.35HSSIG.73EIA-53012/20/20225第9章 广域网技术 计算机网络HDLC,PPPHDLC,PPPPPP,HDLCPPP,HDLCX.25,Frame-RelayX.25,Frame-Relay广域网接入技术 数据链路层广域网连接 专线专线电路交换电路交换分组交换分组交换服务供应商服务供应商服务供应商服务供应商LAPBLAPBLAPBLAPB、Frame RelayFrame RelayFr
3、ame RelayFrame Relay、HDLCHDLCHDLCHDLCPPPPPPPPPPPP、SDLCSDLCSDLCSDLC、SMDSSMDSSMDSSMDS12/20/20226第9章 广域网技术 计算机网络2广域网的主要特点n覆盖范围广，通信的距离远，广域网的连接能够跨越多个城市和国家。n广域网建立在电信网络的基础上。通常由政府或跨国企业投资，由电信部门或公司负责组建n广域网应用情况复杂。传输介质可以有双绞线、同轴、光纤、地面微波、卫星等。n传输速率一般比局域网低，而误码率相对较高。随着通信技术的发展，广域网的主干传输速率已大大提高，现在已有622Mbps、2.4Gbps甚至更高速
4、率的主干线路。12/20/20227第9章 广域网技术 计算机网络3广域网数据交换 n电路交换方式电路交换方式n包交换方式包交换方式12/20/20228第9章 广域网技术 计算机网络电路交换方式电路交换方式n电路交换的特点是远程端点之间通过呼叫为每一次会话过程建立，维持和终止一条专用的物理电路。经呼叫建立的物理连接只提供物理层承载服务，在两个端点之间传输二进制位流。电路交换在电信运营商的网络中被广泛使用，其操作过程与普通的电话拨叫过程非常相似。公用交换电话网络（PSTN）和综合业务数字网（ISDN）都是采用电路交换技术的通信网络。n电路交换的特点是传输时延小、透明传输（即传输通路不必对用户数
5、据进行任何修正或解释），但所占带宽固定，线路利用率低。12/20/20229第9章 广域网技术 计算机网络包交换方式包交换方式n通过包交换，网络设备可以共享一条点对点链路通过运营商网络在设备之间进行数据包的传递。n包交换主要采用统计复用技术在多台设备之间实现电路共享。n包交换包含分组交换和信元交换。X.25、帧中继、ATM以及SMDS等都是采用包交换技术的广域网技术。n包交换的特点是带宽可以复用，线路利用率高，但实时性较差。12/20/202210第9章 广域网技术 计算机网络n包交换又分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式。n虚电路方式为每一对节点之间的通信预先建立一条虚电路，交换机不
6、必为每个报文进行路由选择；在数据报方式中，每一个交换机为每一个进入的报文进行一次路由选择。n虚电路又分为永久虚电路（PermanentVirtualCircuit，PVC）和交换虚电路（SwitchingVirtualCircuit，SVC）两种。n永久虚电路由公共传输网络提供者设置，这种虚电路经设置后，长期存在。交换虚电路需要两个远程端点通过呼叫控制协议来建立，并在完成当前数据传输后拆除。12/20/202211第9章 广域网技术 计算机网络虚电路与电路交换的区别n虚电路只给出了两个远程瑞点之间的传输通路，并没有把通路上的带宽固定分配给通路两端的用户，其他用户的信息流可以共享传输通路上物理链
7、路的带宽。并且，由于分组交换网络提供的不是物理层的承载服务，必须把要求传输的数据信息封装在物理网络所要求的数据链路帧的数据字段中才能传输。12/20/202212第9章 广域网技术 计算机网络4广域网协议n广域网中的常见数据链路层协议：n高级数据链路控制（HDLC）协议n点到点协议（PPP）n帧中继（FrameRelay）12/20/202213第9章 广域网技术 计算机网络HDLC协议 nHDLC工作原理：n（1）协商建立过程n（2）传输报文过程n（3）超时断连阶段12/20/202214第9章 广域网技术 计算机网络HDLC配置技术n配置接口封装协议Router(config-if)#en
8、capsulationhdlc!封装HDLC协议n配置KeepAlive时间Router(config-if)#Keepaliveseconds!设置HDLCKeepAlive的间隔时间12/20/202215第9章 广域网技术 计算机网络HDLC监控和维护 n查看数据链路层封装Router#showinterfacesserialinterface-id n打开报文调试开关命令Router#debugserialinterface-id12/20/202216第9章 广域网技术 计算机网络PPP PPP协议简介nPPP协议是目前使用最广泛的广域网协议，这是因为它具有以下特性：q能够控制数据链
9、路的建立；q能够对IP地址进行分配和使用；q允许同时采用多种网络层协议；q能够配置和测试数据链路；q能够进行错误检测；q有协商选项，能够对网络层的地址和数据压缩等进行协商。12/20/202217第9章 广域网技术 计算机网络(EIA/TIA-232,V.24,V.35,ISDN)LCP(LCP(连接控制协议连接控制协议连接控制协议连接控制协议)NCP(NCP(网络控制协议网络控制协议网络控制协议网络控制协议)OSI21(IP,IPX,AppleTalk)3PPP协议结构12/20/202218第9章 广域网技术 计算机网络PPPPPP协议协议l lPPPPPP不仅适用于拨号用户，而且适用于租
10、用的路由器对路由不仅适用于拨号用户，而且适用于租用的路由器对路由器线路。器线路。l l采用采用NCPNCP协议（如协议（如IPCPIPCP、IPXCPIPXCP），），支持更多的网络层协议支持更多的网络层协议l l具有验证协议具有验证协议CHAPCHAP、PAPPAP，l l更好了保证了网络的安全性更好了保证了网络的安全性PPP协议的优点TCP/IPTCP/IPIPX/SPXPPPSLIPHDLCAppleTalkAppleTalk12/20/202219第9章 广域网技术 计算机网络DeadDeadEstablishEstablishAuthenticateAuthenticateTermi
11、nateTerminateNetworkNetworkUPOpenedSuccess/NoneFailFailDownClosingPPPPPP运行过程三阶段运行过程三阶段l l链路建立阶段（链路建立阶段（LCPLCP）l l验证阶段（验证阶段（AuthenticateAuthenticate）l l网络控制协商阶段（网络控制协商阶段（NCPNCP）PPP运行过程12/20/202220第9章 广域网技术 计算机网络ClientServerHostname:ruijiePassword:123 username ruijiepassword 123 Auth Auth NakNakAuth A
12、uth AckAck两次握手协议两次握手协议明文方式进行验证明文方式进行验证PPP PAP验证RequestRequest用户名用户名用户名用户名+密码密码密码密码验证成功验证成功验证成功验证成功验证失败验证失败验证失败验证失败12/20/202221第9章 广域网技术 计算机网络PAP验证的配置n客户端（被验证方）qRA(config)#interface seril 0qRA(config-if)#encapsulation pppqRA(config-if)#ppp pap sent-username ruijie password 12312/20/202222第9章 广域网技术 计算
13、机网络PAP验证的配置n服务端（验证方）qRB(config)#username ruijie password 123qRB(config)#interface seril 0qRB(config-if)#encapsulation pppqRB(config-if)#ppp authentication pap12/20/202223第9章 广域网技术 计算机网络ClientServerHostname:RAPassword:123 Hostname:RBPassword:123 ChallengeSuccessFailureCHAPCHAP为三次握手协议为三次握手协议只在网络上传输用户名
14、，而并不传输口令只在网络上传输用户名，而并不传输口令安全性要比安全性要比PAPPAP高，但认证报文浪费带宽高，但认证报文浪费带宽RBRAPPP CHAP验证RB+RB+挑战报文挑战报文挑战报文挑战报文ResponseResponseRA+RA+加密后的密码加密后的密码加密后的密码加密后的密码验证成功验证成功验证成功验证成功验证失败验证失败验证失败验证失败12/20/202224第9章 广域网技术 计算机网络CHAP认证配置n客户端（被验证方）qRA(config)#usernameRBpassword123qRA(config)#interfaceserial0qRA(config-if)#e
15、ncapsulationppp12/20/202225第9章 广域网技术 计算机网络CHAP认证配置n服务端（验证方）服务端（验证方）qRB(config)#username RA password 123qRB(config)#interfaceserial0qRB(config-if)#encapsulation pppqRB(config-if)#ppp authentication chap12/20/202226第9章 广域网技术 计算机网络显示协议的接口信息显示协议的接口信息Router#showRouter#show interface serial interface seri
16、al interface-number interface-number PPPPPP调试信息调试信息调试信息调试信息 Router#debugRouter#debugRouter#debug PPP packet PPP packet PPP packet !在在在在在在PPPPPPPPP通信过程中打印报文调试信息通信过程中打印报文调试信息通信过程中打印报文调试信息通信过程中打印报文调试信息通信过程中打印报文调试信息通信过程中打印报文调试信息 Router#debugRouter#debugRouter#debug PPP negotiation PPP negotiation PPP ne
17、gotiation !在在在在在在PPPPPPPPP通信过程中打印协商调试信息通信过程中打印协商调试信息通信过程中打印协商调试信息通信过程中打印协商调试信息通信过程中打印协商调试信息通信过程中打印协商调试信息 Router#debugRouter#debugRouter#debug PPP authentication PPP authentication PPP authentication !在在在在在在PPPPPPPPP通信过程中打印授权调试信息通信过程中打印授权调试信息通信过程中打印授权调试信息通信过程中打印授权调试信息通信过程中打印授权调试信息通信过程中打印授权调试信息PPP认证的调
18、试12/20/202227第9章 广域网技术 计算机网络PPP典型配置举例 假如某公司为了满足不断增长的业务需求，申请了专线接入。这时，客户端路由器与ISP进行链路协商时要验证身份，现需要配置路由器以保证链路的建立，并考虑其安全性。12/20/202228第9章 广域网技术 计算机网络5公共通信网 n广域网的通信子网功能一般由公共通信网实现。公共通信网一般由国家的电信部门建立并管理，如我国的中国电信、中国移动、中国联通、国家广电部门等。随着通信技术的不断发展，公共通信网络也有了快速的发展，有传统的公用电话网、分组数据交换网、数字数据网、帧中继网、ISDN网以及光纤网络和卫星通信网等，为高速接入
19、广域网提供了广泛的基础。n公共通信网主要提供三种服务：电路交换服务，如PSTN、ISDN网络；分组交换服务，如X.25网、帧中继网等；租用线路或专线服务，如DDN网。12/20/202229第9章 广域网技术 计算机网络公共交换电话网（Public Switched Telephone Network，PSTN）nPSTN是公共通信网络中的基础网，是以电路交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络。n公共交换电话网一般由本地电话网和长途电话网组成，本地电话网是指一个城市或一个地区的电话网。nPSTN通信区域覆盖全国，利用电话网进行远程通信投资少、见效快，是实现大范围数字通信最便捷的方法。利用现有的
20、电话网，只要在计算机或终端设备进入电话网的前端装入调制解调器Modem，将数字数据信号变换成模拟信号进入电话交换网即可。12/20/202230第9章 广域网技术 计算机网络帧中继网帧中继网（Frame-Relay，FR）n帧中继网络是在分组技术充分发展，数字与光纤传输技术和计算机技术日益成熟的条件下发展起来的。n帧中继仅完成OSI物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成，大大简化了节点机之间的协议；n帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，因而帧中继具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。n帧中继具有很大的潜力，主要应用在广域网中，支持多种数据型业务，如局域网互
21、联、图像查询、图像监视和会议电视等。n由于帧中继高效简单，又可以实现一对多的连接，因此得到了广泛地应用。12/20/202231第9章 广域网技术 计算机网络数字数据网（Digital Data Network，DDN）nDDN是一种利用数字信道提供数据通信的传输网，提供点到点及点到多点的数字专线或专网。DDN既可用于计算机远程通信，也可传送数字化传真、数字话音、图像等各种数字化业务，这与在模拟信道上通过Modem来实现数据传输有很大区别。12/20/202232第9章 广域网技术 计算机网络nDDN提供的服务类型有：n专用电路（专线）服务：在两个用户之间的一条双向的点对点专线（逻辑线路），传
22、输速率可在64Kbps2.048Mbps之间。n帧中继：DDN也可提供帧中继业务，传输速率为2.048Mbps。n虚拟专网：用户租用DDN线路构成自己的虚拟专用网，能够对租用的网络资源参与调度和管理。12/20/202233第9章 广域网技术 计算机网络DDN网络主要特点n传输速率高：数据传输率从64Kbps开始，以N64Kbps直到2.048Mbps的最高传输速率。n传输质量好：误码率低，网络时延小（每节点小于450s）。n多协议支持：全透明网络，可支持任何高层协议。n多种业务：可以支持数据、语音、图像的传输。n可靠性高：多路由网状拓扑，故障时传输路由能自动迂回改道。n无需拨号，永远在线。1
23、2/20/202234第9章 广域网技术 计算机网络综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）nISDN是由电话综合数字网为基础发展起来的通信网，它以公用电话交换网作为通信网络，即利用电话线进行传输，提供包括语音、文字、数据、图像等综合业务的数字服务。12/20/202235第9章 广域网技术 计算机网络n第一代ISDN是窄带ISDN，即N-ISDN，电信运营商成为“一线通”服务。n第二代ISDN称为宽带ISDN，即B-ISDN，它支持更高的数据传输速率，是以信元为单位的分组交换技术，数据传输速率可达622Mbps或更高。12/20/20
24、2236第9章 广域网技术 计算机网络nISDN相比于PSTN网络，网络连接速度较快；它在用户设备与端局电话线之间实现数字传输，比传统的模拟传输的抗干扰性好，可靠性较高；可处理包括语音、文本、图像、视频等在内的几乎所有类型的信息；可同时完成多个通信任务，如语音处理和上网服务同时进行。n随着宽带接入技术的发展，窄带ISDN不能满足高质量的VOD等宽带应用的需求。12/20/202237第9章 广域网技术 计算机网络非对称数字用户环路（Asymmetric Digital Subscriber Loop，ADSL）nADSL是数字用户环路技术xDSL系列的一个。xDSL是目前通信领域发展最快的宽带
25、接入技术，x是指的是不同的DSL，如ADSL、HDSL和RADSL。nDSL是在普通电话线路上实现高速数字传输的技术，属于广域网中的接入网部分。它的主要思想是：利用现有的电话铜线，利用4KHz以上语音通信未使用的频带，实现满足视频、音频、多媒体、互联网等需要的高带宽接入。nADSL使用最为广泛，它采用FDM（频分复用）技术和离散多音频DMT调制技术，在保证不影响正常电话使用的前提下，利用原有的电话双绞线进行高速数据传输。12/20/202238第9章 广域网技术 计算机网络ADSL的主要特点n为用户提供了上行速率与下行速率不相同。上行（从用户到网络）为低速的传输，从512Kbps到最高1Mbp
26、s；下行为高速传输，可从1.5Mbps到20Mbps。用户的实际可用速率与线路质量、距离和电信运行商的市场策略有关。n直接利用原有的电话网络，无需重新布线；n语音和数据同时传输，互不干扰。采用频分复用技术，语音通信使用04KHz频带；数据通信使用30KHz1.1MHz。n用户端和局端都需要安装专用接入设备-话音/数据分离器；n上网时不用拨号，一直在线。12/20/202239第9章 广域网技术 计算机网络光纤同轴混合网（Hybrid Fiber Coax，HFC）nHFC是利用传统有线电视网（CATV）作为访问互连网络的技术。HFC是对CATV的一种改造。它在干线传输中用光纤作为传输介质，代替
27、了原来的同轴电缆nHFC和CATV的一个根本区别是：HFC提供双向通信业务，而CATV仅提供单向通信业务。12/20/202240第9章 广域网技术 计算机网络nHFC主要特点是其网络传输主干为光纤，用户端为同轴电缆接入。采用频分复用技术，上下行占用不同频带。nHFC频谱的具体分配为：542MHz为上行信道；50550MHz是下行信道，用于CATV，可传输60100路模拟广播的PAL制电视信号；550750MHz可用于附加的模拟CATV或数字CATV，或用于双向交互式业务和视频点播VOD业务；7501000MHz仅用于双向通信业务。12/20/202241第9章 广域网技术 计算机网络HFC网
28、络系统和其他网络相比的特点n（1）能充分利用现有资源，为用户提供高速率接入因特网。HFC建设成本低、接入带宽高，采用组合总线型的分层树型拓扑结构，可实现各种数据业务及多媒体应用。n（2）不占用电话线路及无须拨号专线连接。n（3）有线电视网的带宽为所有用户所共享。即每一用户所占的带宽并不固定，它取决于某一时刻对带宽进行共享的用户数。n（4）由于有线电视网为共享型网络，数据传送基于广播机制，通信的安全性不够高。n（5）覆盖的范围不及电话网络。n（6）要实现HFC网络，必须对现有的有线电视网CATV进行双向化和数字化改造。12/20/202242第9章 广域网技术 计算机网络光纤接入网（Optica
29、l Access Network，OAN）nOAN是指采用光纤传输技术的接入网。泛指在本地交换机或远端模块与用户之间全部或部分采用光纤通信的系统。n光纤通信可以传输高速的数字信号，通信容量很大。为了充分利用光纤的带宽，在光纤网中通常采用波分复用、频分复用、时分复用、空分复用、副载波复用和码分多址等多种光复用技术。12/20/202243第9章 广域网技术 计算机网络n光纤接入网服务分为：n光纤到交换箱（FiberToTheCabinet，FTTCab）n光纤到路边（FiberToTheCurb，FTTC）n光纤到大楼（FiberToTheBuilding，FTTB）n光纤到户（FiberToT
30、heHome，FTTH）等4种服务形态。n上述服务可统称FTTx（Fiber-to-the-x）。12/20/202244第9章 广域网技术 计算机网络n这种接入方式一般要租用网络带宽，需要按带宽支付费用，相对费用较高。该接入方案主要是面向大的商业用户、集团用户或需求比较集中的住宅用户群。12/20/202245第9章 广域网技术 计算机网络光纤接入技术的特点光纤接入技术的特点n（1）光纤可用带宽大，数据速率高，上行可达155Mbps，下行可达622Mbps。而且还有巨大潜力可以开发，能满足用户对各种业务的需求。n（2）光纤不受电磁干扰，传输质量好，网络可靠性高；损耗低，传输距离长、节约管道资源。n（3）光纤接入网提供数据业务，有完善的监控和管理系统，能适应将来宽带综合业务数字网的需要。n光纤接入网最大的问题是成本还比较高，尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接入设备成本就越高。光纤接入网还需要管道资源，施工难度相对较大。12/20/202246第9章 广域网技术 计算机网络无线通信网 n无线通信网中一般采用微波、卫星、无线蜂窝等无线传输技术，实现在用户线盲点偏远地区和海岛的多个分散的用户或用户群的业务接入服务。n无线通信网络大致可分成3种类型：永久性无线网络、半永久性无线网络和移动通信系统。12/20/202247第9章 广域网技术 计算机网络