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1、第五章广域网与网络互联第1页，共38页，编辑于2022年，星期三5.1 5.1 广域网广域网 广域网WAN(Wide Area Network)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。l电路交换类：PSTN、IDSN和ADSL，l分组交换类：X.25、帧中继网、ATM网、无线分组网，l专线类：数字数据网DDN、数字卫星网VSAT 广域网的分类：广域网的分类：2第2页，共38页，编辑于2022年，星期三广域网与
2、局域网的主要区别和关系广域网与局域网的主要区别和关系5.1 5.1 广域网广域网 局域网采用的多点接入技术局域网采用的多点接入技术（主要组成多为局域网交换机（主要组成多为局域网交换机连接连接计算机）计算机）广域网结点之间采用点到点连接广域网结点之间采用点到点连接（主要组成为分组交换机）（主要组成为分组交换机）主要区别1.1.连接技术的区别连接技术的区别2.2.协议层次上协议层次上 局域网主要在局域网主要在Data LinkData Link层层 广域网主要在广域网主要在NetworkNetwork层层4.4.广域网与局域网之间采用广域网与局域网之间采用路由器路由器连接连接3.3.应用侧重点应用
3、侧重点 局域网强调共享资源，关注如何根据需求局域网强调共享资源，关注如何根据需求 来规划、建立与应用来规划、建立与应用 广域网侧重数据传输，侧重提供什么样的广域网侧重数据传输，侧重提供什么样的 数据传输服务、用户如何接入。数据传输服务、用户如何接入。第3页，共38页，编辑于2022年，星期三 电话拨号网电话拨号网：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
4、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:u协议比较复杂。u只是对公用分组交换网接口的规格说明u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 5.1 广域网广域网常见的广域网技术：常见的广域网技术：4第4页，共38页，编辑于2022年，星期三 数字数据网数字数据网（DDN,Digital Data Network)：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）。帧中继帧中继（Frame Relay,FR）：由
5、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 5.1 广域网广域网5第5页，共38页，编辑于2022年，星期三 虚拟私有网络虚拟私有网络（VPN,Virtual Private Network）：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，V
6、PN虚拟专网具备以下优势：5.1 5.1 广域网广域网u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。u严格的用户认证:VPN系统全部采用CA认证体制。u高强度的数据保密 6第6页，共38页，编辑于2022年，星期三 综合业务数据网综合业务数据网（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非对称数字用户环路（ADSL）:所谓非对称指用户线的上行上行（从用户到网络，1Mbps）和
7、下行下行（从网络到用户，1.5-8Mbps）的传传输速率不相同。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 5.1 广域网广域网7第7页，共38页，编辑于2022年，星期三5.1 5.1 广域网广域网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(4 kHz)。POTS信道（电话服务）用以保证即使ADSL连接失败
8、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：频带：频带：频带：2002001MHz1MHz频带：频带：频带：频带：2525200kHz200kHz频带：频带：频带：频带：0 0225kHz225kHz8第8页，共38页，编辑于2022年，星期三 有线电视网络有线电视网络：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。微波无线网微波无线网 卫星通信网卫星通信网5.1 5.1 广域网广域网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
9、高带宽9第9页，共38页，编辑于2022年，星期三问题的提出：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 5.2 网络互联网络互联10第10页，共38页，编辑于2022年，星期三 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
10、成了一个大型的计算机网络。5.2 5.2 网络互联网络互联11第11页，共38页，编辑于2022年，星期三二种类型的网络有三种网络互联形式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：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 5.2 网络互联网络互联12第12页，共38页，编辑于2022年，星期三 常用的中间连接设备有：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
11、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 5.2 网络互联网络互联13第13页，共38页，编辑于2022年，星期三5.2 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联 局域网与局域网互联局域网互联局域网互联主要设备主要设备为中继器、集线器与网桥、局域网交为中继器、集线器与网桥、局域网交换机；换机；互联设备工作层次互联设备工作层次：中继器和集线器属于：中继器和集线器属于物理层物理层设备，而网设备，而网桥与局域网交换机属于桥与局
12、域网交换机属于数据链路层数据链路层设备。设备。14第14页，共38页，编辑于2022年，星期三1.1.中继器（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。用中继器连接两个用中继器连接两个10Base-5电缆段电缆段用中继器连接不同传输介质系统的以太网用中继器连接不同传输介质系统的以太网5.2 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联15第15页，共38页，编辑于2022年，星期三中继器的特
13、性：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 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联16第16页，共38页，编辑于2022年，星期三2.网桥（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
14、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 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联17第17页，共38页，编辑于2022年，星期三网桥的工作原理网桥的工作原理概念上网桥是概念上网桥是LAN上的一个工作站，用来实现上的一个工作站，用来实现MAC层的层的LAN互连。互连。5.2 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联18第18页，共38页，编辑于2022年，星期三网桥工作原理网桥工作原理：n不断监听各端口是否有信号。n收到无差
15、错的帧则缓存，反之将差错帧丢弃。n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。n网桥不转发同一网段内通信的帧。n网桥不修改所转发的帧的源地址。5.2 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联19第19页，共38页，编辑于2022年，星期三 网段网段A A 网段网段B B网桥的的基本结构与工作过程网桥的的基本结构与工作过程 地址表地址表 转发机构（处理器及端口处理软件）转发机构（处理器及端口处理软件）缓冲区缓冲区端口端口2端口端口1站地址站地址 端口端口站站1 1站站2 1站站3 1站站4 2站站5 2站站6 21265435.2 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网
16、互联20第20页，共38页，编辑于2022年，星期三网桥的特性网桥的特性（1 1）网桥工作在数据链路层）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 2）网桥独立于网络层协议）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Apple talk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 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联21第21页，共38页，编辑于2022年，星期三（3 3）网桥是一个存储转发设备）网桥是一个存储转发设备 网桥是
17、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 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联22第22页，共38页，编辑于2022年，星期三（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
18、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。网桥存在的不足网桥存在的不足5.2 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联23第23页，共38页，编辑于2022年，星期三基于不同路由选择策略，网桥的类型可分为：基于不同路由选择策略，网桥的类型可分为：（1）透明网桥（）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 5.2 网络互
19、联网络互联局域网互联局域网互联24第24页，共38页，编辑于2022年，星期三（2）源路选网桥（）源路选网桥（SRB）源路选(source route)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 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联
20、25第25页，共38页，编辑于2022年，星期三5.2 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联26第26页，共38页，编辑于2022年，星期三网桥与中继器的区别：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
21、的LAN互连。5.2 5.2 网络互联网络互联局域网互联局域网互联27第27页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联一、路由器（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局域网与广域网互联的主要设备是路由器、网关路由器、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公司的路由器公司的路由器28第28页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网
22、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。29第29页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联1路由器的基本工作原理路由器的基本
23、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。网网A 网网B 网网C 网网D R R R R R R R R 30第30页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联u 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。u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。u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
24、自的路由表。u通过分析其它路由器发出的路由更新信息，路由器可以掌握整个网络的拓扑结构。（1）路由选择）路由选择 31第31页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联（2）数据转发）数据转发 完成数据分组的传送。当一个包到达路由器时，路由器必须将它放到适当的输出链路。路由器从某个端口收到一个数据包。（a）首先把链路层的包头去掉（拆包），读取目的IP地址。（b）然后查找路由表，若能确定下一步往哪送，则再加上链路层的包头（打包），把该数据包转发出去。（c）如果不能确定下一步的地址，则向源地址返回一个信息，并把这个数据包丢掉。（d）当下一台路由器接收到该
25、数据包时，也会查看其目标地址，路由器将改变目的物理地址为下一站路由器的地址，并使用合适的路径继续传送给下一站路由器。（e）依次类推，直到数据包到达最终目的地。32第32页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联2 2路由器的主要特点路由器的主要特点可以可以互联不同的互联不同的MAC协议协议、不同的传输介质不同的传输介质、不同的拓扑不同的拓扑结构结构和和不同的传输速率不同的传输速率的异种网；的异种网；工作在工作在网络层网络层，它与网络层协议有关，多协议路由器可以支持，它与网络层协议有关，多协议路由器可以支持多种网络层协议（如多种网络层协议（如TCP
26、/IP、IPX、DECNET等）等）。网络分段与隔离广播风暴网络分段与隔离广播风暴。最佳路由选择（路由器两个基本功能：最佳路由选择（路由器两个基本功能：路由选择与数据转发路由选择与数据转发）。）。安全访问控制安全访问控制（防火墙功能）。（防火墙功能）。33第33页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联路由器应用实例 路由器实现路由器实现LAN-WAN-LAN互联示例互联示例34第34页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联3.路由器与网桥、交换机的异同路由器与网桥类似：都接收和处理数据，并依据数
27、据单元中的地址信息和路由表或地址映射表进行转发；路由器与网桥的本质区别：路由器接收与转发分组，而网桥接收和处理帧，网桥只检查链路层帧的头部（包含地址映射表），不查看帧的网络层分组信息；路由器检查网络层分组的头部信息，并根据其网络层地址信息做出转发决定。路由器除硬件支撑外，其强大的功能基本通过软件实现。路由器速度最慢，网桥次之，交换机速度最快（1:10:100）。交换机与路由器的结合第三层交换机（路由交换机）。35第35页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联二、网关（二、网关（Gateway）网关又称协议转换器（或网间连接器，信关），其作用是使
28、处于通信网上采用不同高层协议的主机仍然可以互相合作，完成各种分布式应用。网关工作在七层协议的传输层或更高层，主要用于连接不同体系结构的网络和局域网与主机的连接。中继器、网桥和路由器都是属于通信子网范畴的网间互联设备，它与应用系统无关。而实际应用中，被连接的系统并不都是基于同一个协议的，连接时需要进行协议转换，因而概念上网关也就是一个协议转换器，或语言翻译机。36第36页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联1.1.网关的工作原理网关的工作原理37第37页，共38页，编辑于2022年，星期三5.3 5.3 局域网与广域网互联局域网与广域网互联2.2.网关的类型网关的类型协议网关：在使用不同协议的网络区域间做协议转换工作；协议网关：在使用不同协议的网络区域间做协议转换工作；应用网关：在不同数据格式间翻译数据的系统；应用网关：在不同数据格式间翻译数据的系统；安全网关：即防火墙；安全网关：即防火墙；支付网关：银行支付服务。支付网关：银行支付服务。38第38页，共38页，编辑于2022年，星期三