北京交通大学电气工程学院 黄彧第 六 章 广域网主要内容基本内容:广域网的基本概念,广域网的分组转发机制,常用的广域网技术。
重点掌握:
广域网的两种服务的区别广域网的地址结构广域网的分组转发机制
6.1 广域网的基本概念
6.1.1 广域网的构成
WAN的特点:
范围广:地区、国家、洲际、全球建立在电信网络的基础上应用环境复杂:线路、技术、协议、设备构成,结点交换机+点到点链路主要协议层,网络层主要任务,分组的转发机制广域网的拓扑结构主要的广域网技术
X.25:公共分组交换网使用 X.25协议进行分组交换的数据通信技术
Frame Relay:帧中继一种高速的在链路层进行分组交换的技术
ISDN:综合业务数据网一种可以在电话线路上同时提供音频、视频和数据服务的数字网络
DDN:数字数据网一种利用数字信道提供半永久性连接电路的数字网络
xDSL:数字用户线一种利用电话线路进行数字传输的高速接入技术
ATM:异步传输模式一种基于异步时分多路复用的、采用信元交换代替分组交换的技术应当注意局域网使用的协议主要在数据链路层,用路由器来连接;而广域网使用的协议在网络层,
用结点交换机来连接。
广域网是 单个的网络,它使用 结点交换机连接各主机 而不是用路由器连接各网络。
连接在一个广域网(或一个局域网)上的主机在该网内进行通信时,只需要使用其网络的 物理地址 即可。
6.1.2 数据报和虚电路网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类:
无连接 的网络服务(数据报服务)
面向连接 的网络服务(虚电路服务)
提供数据报服务的特点
H1
H5
H2 H4
H3
A
C
D
B
H6
E
分组交换网
H1向 H5发送分组
H2向 H6发送分组路径可能变化网络随时接受主机发送的分组(即数据报)
网络为每个分组独立地选择路由。
提供数据报服务的特点
H1
H5
H2 H4
H3
A
C
D
B
H6
E
分组交换网网络尽最大努力地将分组交付给目的主机,
但网络对源主机没有任何承诺。
提供数据报服务的特点
H1
H5
H2 H4
H3
A
C
D
B
H6
E
分组交换网数据报提供的服务是不可靠的,
它不能保证服务质量。
提供虚电路服务的特点
H1
H5
H2 H4
H3
A
C
D
B
H6
E
分组交换网
H1要和 H5通信主机 H1 先向主机 H5 发出一个特定格式的控制信息分组,
要求进行通信,同时寻找一条合适路由。若主机 H5 同意通信就发回响应,然后双方就建立了虚电路。
虚电路
H1向 H5发送的所有分组都沿此虚电路传送。
提供虚电路服务的特点
H1
H5
H2 H4
H3
A
C
D
B
H6
E
分组交换网同理,主机 H2 和主机 H6 通信之前,也要建立虚电路。
提供虚电路服务的特点
H1
H5
H2 H4
H3
A
C
D
B
H6
E
分组交换网在虚电路建立后,网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立了一对穿过网络的 数字管道 。
所有发送的分组都按顺序进入管道,然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。
数据报服务和虚电路服务比较对比的方面 虚电路服务 数据报服务思路 可靠通信应当 可靠通信应当由网络来保证 由用户主机来保证连接的建立 必须有 不要目的站地址 仅在连接建立阶段 每个分组都有使用,每个分组使 目的站的全地址用短的虚电路号数据报服务和虚电路服务比较对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的转发 属于同一条虚电路 每个分组独立选择的分组均按照同一 路由进行转发路由进行转发当结点出 所有通过出故障的 故障结点可能丢失故障时 结点的虚电路 分组,一些路由均不能工作 可能会发生变化数据报服务和虚电路服务比较对比的方面 虚电路服务 数据报服务分组的顺序 总是按发送顺序 到达目的站时不一定到达目的站 按发送顺序端到端的 可以由分组交换网 由用户主机负责差错处理和 负责也可以由用户流量控制 主机负责
6.2 广域网中的分组转发机制
“转发,(forwarding)是当交换结点收到分组后,根据其目的地址查找 转发表
(forwarding table),并找出应从结点的哪一个接口将该分组发送出去。
,路由选择,(routing)是构造 路由表
(routing table)的过程。
6.2.1 在结点交换机中查找转发表
1,层次结构的地址结构局域网采用了 平面地址结构
(flat addressing)。
对局域网,这种结构非常方便。
广域网中一般都采用 层次地址结构
(hierarchical addressing)。
最简单的层次结构地址举例用二进制数表示的主机地址划分为前后两部分。
分组交换机编号:前一部分的二进制数表示该主机所连接的分组交换机的编号。
端口号:后一部分的二进制数表示所连接的分组交换机的端口号,或主机的编号。
所连接的交换机的编号 所连接的交换机端口的编号计算机在广域网中的地址
[2,1] [2,2]
4
5
6
7
4
5
6
7
4 5 6 7
交换机
1
交换机 2
交换机
3
[1,1]
[1,3]
[3,2]
[3,3]
每个交换机都有两组端口。
一组是和本地主机相连的低速端口,
另一组是和其他交换机相连的高速端口。
1
2
3
1
2
3
1 2 3
[2,1] [2,2]
4
5
6
7
4
5
6
7
交换机 2
交换机
3
[1,1]
[3,2]
[3,3]
每个主机地址中后面的数字是指该交换机的低速端口主机地址 [3,2]是指连接在交换机 3 的 2 号低速端口交换机
1[1,3]
主机地址 [1,3]是指连接在交换机 1 的 3 号低速端口
1
2
3
1
2
3
4 5 6 7
1 2 3
[2,1] [2,2]
4
5
6
7
4
5
6
7
交换机 2
交换机
3
[1,1]
[3,2]
[3,3]
这里给出结点交换机 2中的转发表作为例子例如,一个欲发往主机 [3,2]的分组到达了交换机 2。
交换机
1[1,3]
交换机 2
的转发表目的站 下一跳
[1,1] 交换机 1
[1,3] 交换机 1
[3,2] 交换机 3
[3,3] 交换机 3
[2,1] 直接
[2,2] 直接这时应查找交换机 2 的转发表,找目的站为 [3,2]的项目。
4 5 6 7
1 2 3
1
2
3
1
2
3
[2,1] [2,2]
1
2
3
4
1
2
3
4
交换机 2
交换机
3
[1,1]
[3,2]
[3,3]
目的站是 [3,2]吗?
交换机
1[1,3]
交换机 2
的转发表目的站 下一跳
[1,1] 交换机 1
[1,3] 交换机 1
[3,2] 交换机 3
[3,3] 交换机 3
[2,1] 直接
[2,2] 直接查找转发表中的下一个项目。

1
2
3
1
2
3
4 5 6 7
1 2 3
[2,1] [2,2]
1
2
3
4
1
2
3
4
交换机 2
交换机
3
[1,1]
[3,2]
[3,3]
目的站是 [3,2]吗?
交换机
1[1,3]
交换机 2
的转发表目的站 下一跳
[1,1] 交换机 1
[1,3] 交换机 1
[3,2] 交换机 3
[3,3] 交换机 3
[2,1] 直接
[2,2] 直接查找转发表中的下一个项目。

1
2
3
1
2
3
4 5 6 7
1 2 3
[2,1] [2,2]
1
2
3
4
1
2
3
4
交换机 2
交换机
3
[1,1]
[3,2]
[3,3]
目的站是 [3,2]吗?
交换机
1[1,3]
交换机 2
的转发表目的站 下一跳
[1,1] 交换机 1
[1,3] 交换机 1
[3,2] 交换机 3
[3,3] 交换机 3
[2,1] 直接
[2,2] 直接根据转发表指出的下一跳把分组转发到交换机 3。

1
2
3
1
2
3
4 5 6 7
1 2 3
[2,1] [2,2]
1
2
3
4
1
2
3
4
交换机 2
交换机
3
[1,1]
[3,2]
[3,3]
交换机
1[1,3]
分组转发到交换机 3 后就查找交换机 3 的转发表。
从转发表(此处省略了)可知不必再转发分组了,
把该分组直接交付给主机 [3,2]即可。
1
2
3
1
2
3
4 5 6 7
1 2 3
2,按照目的站连接的交换机号确定下一跳只要转发表中目的站一栏中的交换机号相同,那么查出的“下一跳”就是相同的。
在转发分组时,可只根据分组的主机地址中的交换机号来查找转发表。
只有当分组到达与目的主机相连的结点交换机时,交换机才检查第二部分地址(主机号),并通过合适的低速端口将分组交给目的主机。
目的站 下一跳
[1,*] 交换机 1
[3,*] 交换机 3
[2,*] 直接图的应用可用图论中的,图 (graph)”来表示整个广域网。
,结点,——广域网上的结点交换机用连接结点与结点的,边,——广域网中的链路。
连接在结点交换机上的主机与分组转发无关,因此在图中可以不画上。
用图表示广域网的例子
1 2
3 4
1
结点 边
2
43
每一个结点的转发表
1 2
43
目的站 下一跳
1 直接
2 3
3 3
4 3
结点 1 的转发表对 结点 1 的转发表的第一个项目的解释:
若到达 结点 1 的分组的目的地址是结点 1 上的主机,
则下一跳就是直接交付而不必再转发其他结点。
每一个结点的转发表
1 2
43
目的站 下一跳
1 3
2 直接
3 3
4 4
结点 2 的转发表对 结点 2 的转发表的第一个项目的解释:
若到达 结点 2 的分组的目的地址是结点 1 上的主机,
则下一跳就应转发到结点 3。
6.2.2 在路由表中使用默认路由
1 2
43
目的站 下一跳
1 直接
2 3
3 3
4 3
结点 1 的转发表这三个项目的“下一跳” 都是转发到,3”(结点 3)。
可以合并以结点 1 和结点 2 中的转发表为例来讨论使用默认路由
1 2
43
目的站 下一跳
1 直接默认 3
结点 1 的转发表默认路由默认路由
1 2
43
目的站 下一跳
1 3
2 直接
3 3
4 4
结点 2 的转发表这两个项目的“下一跳” 都是转发到,3”(结点 3)。
可以合并默认路由
1 2
43
目的站 下一跳
2 直接
4 4
默认 3
结点 2 的转发表默认路由使用默认路由使转发表更加简洁,可减少查找转发表的时间。
转发表例题问题:求下图广域网络中 3号和 4号交换机的采用默认路由的转发表。
1,1
3,-
*,2
4,-
5,5
*,2
常用广域网技术
X.25
帧中继
ATM
X.25 网
X.25 只是一个对公用分组交换网接口的规约。
X.25 所讨论的都是以 面向连接的虚电路服务为基础。
用户数据在 X.25 的分组层(相当于网络层)
加上 X.25 的首部控制信息后,就组装成为
X.25 分组。
X.25 的层次关系
LAPB 帧
X.25 分组分组层(网络层)
数据链路层用户数据用户数据X.25首部
LAPB首部 LAPB尾部
X.25 网与 IP 网基于 IP 协议的因特网是无连接的,只提供尽最大努力交付的数据报服务,无服务质量可言。
X.25 网是面向连接的,能够提供可靠交付的虚电路服务,能保证服务质量。
帧中继 Frame Relay
为解决 X.25效率低下、速率慢的问题而开发,
基本思想,差错控制和流量控制交由端系统处理,网络只要保证尽可能快地传输数据即可 。这样做的理由是:
传输网络的可靠性大大提高;
作为用户终端的 PC微机已经具备了强大的数据处理能力。
帧中继不使用差错恢复和流量控制机制。
当帧中继交换机收到一个帧的首部时,只要一查出帧的目的地址就立即进行转发,
因此,仅当帧中继网络本身的误码率非常低时,帧中继技术才是可行的。
帧中继使用虚电路帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处理,而不是像 X.25 在第三层处理。
帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务。虚电路一般分为交换虚电路 SVC
和永久虚电路 PVC 两种。
综合业务数字网 ISDN
综合服务:语音、电报、数据、图形、视频两类:
B-ISDN
分组交换,基于异步传输模式( ATM)
高传输速率,Up to 622Mb/s or Higher
N-ISDN( ISDN,“一线通”),
电路交换,利用现有的电话交换系统,需要拨号连接过程
全数字传输:通信质量好,可靠性高
采用带外信令,拨号连接速度快
ATM ( Asynchronous Transfer Mode )建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。
ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位 。
这种定长分组叫做 信元 (cell)。
异步:指将 ATM 信元,异步插入,到同步的
SDH 比特流中,信元在每一帧中的相对位置不是固定不变的 。
异步传递方式 ATM
优点:
定长短分组 ( 5字节信元头+ 48字节有效载荷 ) 。
能支持不同速率的各种业务 。
所有信息在最低层是以面向连接的方式传送,保持了电路交换在保证实时性和服务质量方面的优点 。
ATM 使用光纤信道传输 。
缺点:
信元首部开销大 。
ATM 的技术复杂且价格较高 。
ATM 能够直接支持的应用不多 。
ATM 的主要特点小结掌握数据报与虚电路的区别;
掌握广域网的地址结构;
掌握广域网如何实现分组转发;
作业,P139 1题
P140 4题