第4章43計算機廣域網(wǎng)

1、 4.3 計算機廣域網(wǎng)4.3.1 專用廣域網(wǎng)4.3.2 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)廣域網(wǎng)的有關(guān)知識什么是計算機廣域網(wǎng)？廣域網(wǎng)（WAN）是跨越很大地域范圍（從幾十公里到幾千公里）并包含大量計算機的一種計算機網(wǎng)絡(luò)特點：遠距離：需要使用遠程數(shù)字通信線路進行通信大規(guī)模：網(wǎng)絡(luò)中包含大量的網(wǎng)絡(luò)（子網(wǎng)）和計算機，數(shù)量幾乎不受限制異構(gòu)性：進行互連的局域網(wǎng)有多種不同類型從功能來說，廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)并無本質(zhì)區(qū)別，只是由于數(shù)據(jù)傳輸速率相差很大，一些在局域網(wǎng)上能夠?qū)崿F(xiàn)的功能在廣域網(wǎng)上可能很難完成 廣域網(wǎng)的分類按用途分：專用廣域網(wǎng)：由機構(gòu)或組織自行構(gòu)建，用于處理特定事務(wù)（如政府網(wǎng)、金融網(wǎng)、教育網(wǎng)、軍事網(wǎng)等）公用數(shù)據(jù)網(wǎng)：由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商（

2、如電信局、有線電視臺）構(gòu)建，用于為社會公眾提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)按技術(shù)分：X.25網(wǎng)（低速）幀中繼網(wǎng)（中速）ATM網(wǎng)（中高速）不同局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)互聯(lián)而成的廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)的組成 主干網(wǎng) 接入網(wǎng) 接入網(wǎng) 接入網(wǎng)局域網(wǎng)校園網(wǎng)個人計算機將用戶計算機(網(wǎng))接入主干網(wǎng)的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、通信線路和通信協(xié)議1 用于數(shù)據(jù)通信的中繼設(shè)備、交換設(shè)備、路由設(shè)備等2 用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h程數(shù)字通信線路3 用于廣域網(wǎng)的通信協(xié)議接入廣域網(wǎng)的各種計算機和計算機網(wǎng)通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)主干網(wǎng)中的交換機(或路由器)通過通信線路相互連接，用于選擇路徑、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包 交換機和通信干線的性能是提高網(wǎng)絡(luò)性能的重要環(huán)節(jié)復(fù)習(xí)：遠程數(shù)字通信線路的類型有線數(shù)字電

3、話線路(PDH)光纖高速傳輸干線(SDH)無線微波：地面/衛(wèi)星SDH模塊（歐/亞）SONET模塊（北美）速率（Mbit/s）話路數(shù)目STM-0OC-1;STS-151.840810STM-1OC-3;STS-3155.5202430STM-4OC-12;STS-12622.0809720STM-16OC-48;STS-482488.32038880STM-64OC-192;STS-19210.7Gbit/s155520中國(歐洲)標準E1：2.048MbpsE2：8.448MbpsE3：34.368MbpsT1：1.544MbpsT2：6.312MbpsT3：44.736Mbps北美(日本)標

4、準4.3.1 專用廣域網(wǎng) 政府網(wǎng)、金融網(wǎng)、科技網(wǎng)、教育網(wǎng)等一些系統(tǒng)和行業(yè)性的專用廣域網(wǎng)，其主干部分和接入部分一般都使用電信部門提供的傳輸線路和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建而成，很少有單位全部自行建設(shè)。 使用電話網(wǎng)連接遠程計算機 適合家庭用戶、外出公干人員和企事業(yè)單位的外地分支機構(gòu)聯(lián)網(wǎng) 可用技術(shù)：電話撥號ADSLISDN公用撥號電話網(wǎng)局域網(wǎng)MODEMMODEMMODEMMODEM必須使用調(diào)制解調(diào)器把數(shù)字信號調(diào)制成模擬音頻信號進行傳輸 缺點：線路利用率低，數(shù)據(jù)傳輸速度慢，通信質(zhì)量不穩(wěn)定，費用較高（特別是長途通信） 使用(遠程數(shù)字通信)專線連接應(yīng)用：用作政府網(wǎng)、金融網(wǎng)、科技網(wǎng)等廣域網(wǎng)中的主干線路 優(yōu)點：實現(xiàn)每周7天

5、、每天24小時的不間斷通信可根據(jù)需要租用不同的遠程數(shù)字通信線路（PDH或SDH） 缺點：租用專線的費用較高 遠程數(shù)字 通信線路局域網(wǎng)局域網(wǎng)路由器租用的專線局域網(wǎng)局域網(wǎng)虛擬專網(wǎng)（VPN） 構(gòu)建在幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)等公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，也可以構(gòu)建在因特網(wǎng)平臺之上，是一種邏輯上的專用網(wǎng)絡(luò)，不必租用專線，但效果如同租用專線一樣采用隧道技術(shù)以及加密、身份鑒別等方法，信息安全可以得到保證優(yōu)點：節(jié)省費用、運行靈活、易于擴展、易于管理虛擬專網(wǎng)應(yīng)用前景廣闊，具體實施也不困難公用骨干網(wǎng)局域網(wǎng) 專線局域網(wǎng)撥號線4.3.2 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)什么是公用數(shù)據(jù)網(wǎng)？電信部門的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)：電話、電報和傳真20世紀80年代以來開展的新業(yè)

6、務(wù)：組建公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，向公眾提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，如公用電子信箱、電子數(shù)據(jù)交換（EDI）和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)等公用數(shù)據(jù)網(wǎng)是國家的公用通信基礎(chǔ)設(shè)施之一，由國家統(tǒng)一建設(shè)、管理和運營。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的主要特點：傳輸?shù)氖菙?shù)字信息采用數(shù)字傳輸技術(shù)而非模擬傳輸技術(shù)采用分組交換技術(shù)而非電路交換技術(shù)(電話網(wǎng))什么是分組交換(Packet Switching)?分組交換的要點：被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須劃分為若干“分組”(packet, 簡稱“包”)進行傳輸每個分組中必須包含收發(fā)雙方的地址每個分組由分組交換機進行處理、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)才能送達目的地每個分組的格式如下： 有效載荷(傳輸?shù)臄?shù)據(jù))校驗信息發(fā)送計算機地址目的計算機地址編號分組交換示意：

7、321（c）132（b）不同的包在不同鏈路上進行傳輸1233 2 1（d）到接收方后，再將收到的包按順序組合在一起3213 2 1（a）發(fā)送方將數(shù)據(jù)分成3個包表示分組交換機分組交換的優(yōu)點和技術(shù)基礎(chǔ)優(yōu)點：可同時處理許多不同的傳輸任務(wù)，線路利用率較高收發(fā)雙方不必同步工作，當接收方忙時，數(shù)據(jù)可留在分組交換機中緩沖可以給數(shù)據(jù)建立優(yōu)先級，使得重要的數(shù)據(jù)能優(yōu)先傳送實現(xiàn)分組交換的條件“分組交換機”分組交換機的任務(wù)是：負責(zé)包的轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)分組交換的原理是：存儲轉(zhuǎn)發(fā) + 路由選擇分組交換機有許多端口，用來連接計算機和遠程數(shù)字通信線路分組交換機可以互連，以擴大網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和任意延伸網(wǎng)絡(luò)的連接距離使用分組交換機構(gòu)建廣域網(wǎng)

8、計算機的編址方案使用兩個整數(shù)表示：第1個數(shù)表示分組交換機號，第2個數(shù)表示計算機連接到該交換機上的端口號交換機1123412345交換機2123412345交換機31 2 3 4 51 2 3 4 交換機41 2 3 4 51 2 3 4 高速數(shù)字通信干線1,21,53,23,54,14,34,52,3分組交換機有許多端口，低速端口用來連接計算機，高速端口則通過遠程數(shù)字通信線路連接另一交換機, 每個端口既可輸入也可輸出分組交換與存儲轉(zhuǎn)發(fā)的過程 發(fā)送數(shù)據(jù)的計算機將包發(fā)給它所連接的分組交換機交換機每收到一個包，就檢查該包的目的地地址：若數(shù)據(jù)包目的地是直接與之相連的計算機，交換機就將包發(fā)往該計算機若目

9、的地不是本分組交換機上的計算機，則選擇一個輸出端口，通過連接該端口的高速數(shù)字線路轉(zhuǎn)發(fā)給另一臺交換機（如果線路忙，則可放在對應(yīng)的緩沖器中排隊等候）下一臺交換機收到數(shù)據(jù)包之后，重復(fù)過程2直到數(shù)據(jù)包到達目的計算機為止例1：計算機C發(fā)送數(shù)據(jù)包給計算機H例2：計算機A發(fā)送數(shù)據(jù)包給計算機G交換機1123412345交換機2123412345交換機31 2 3 4 51 2 3 4 交換機41 2 3 4 51 2 3 4 高速數(shù)字通信干線1,21,53,23,54,14,34,52,3ABCDEFGH分組交換機的路由表 網(wǎng)絡(luò)中所有交換機都必須有一張路由表，用來指出發(fā)送給哪臺目的計算機的包應(yīng)該從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)

10、出去例：當交換機3收到目的地地址為2,3的包時，就把此包發(fā)往端口3的隊列中，等待從端口3發(fā)送至交換機2。如果包的目的地地址是3,2，那么交換機就把該包直接發(fā)給計算機C交換機3的路由表目的地出口端口2端口2端口3計算機C計算機D端口4端口44,13,53,24,32,31,51,2端口44,5下一站交換機1交換機1交換機2交換機4交換機4交換機4目的地出口端口2端口3本地計算機端口44,X3,X2,X1,X下一站交換機1交換機2交換機4（ 第1次 簡化 ） 路由表的簡化：下一站（出口）既不依賴于包的源地址，也不依賴于包所走過的路徑，它僅依賴于包的目的地址下一站相同時，即目的地地址中的第1部分(交

11、換機地址)相同時，都會從同一個出口轉(zhuǎn)發(fā)目的地交換機4321下一站交換機 交換機1交換機2交換機4（ 第2次 簡化 ）1234關(guān)于路由表的說明每臺分組交換機均有路由表1324目的地下一站(1,3)4321(1,3)(1,3)目的地下一站(2,3)4321(2,3)(2,4)目的地下一站(3,1)(3,2)4321(3,4)目的地下一站(4,3)(4,2)4321(4,3)(a) 拓撲圖(b) 交換機1(c) 交換機2(d) 交換機3(e) 交換機4實際網(wǎng)絡(luò)中包含了大量的網(wǎng)絡(luò)和交換機，因此交換機中的路由表非常龐大和復(fù)雜由于交換機之間的連接以及計算機的接入情況經(jīng)常發(fā)生變化，因此路由表需要不斷進行更新

12、，路由器經(jīng)常向其它路由器廣播自己的路由信息，并獲取其他路由器的路由信息 路由表是通過軟件自動計算得到的，算法比較復(fù)雜 1234附：分組交換機的結(jié)構(gòu)原理分組交換機原理上可以看成為一臺共享存儲器的專用計算機，其關(guān)鍵技術(shù)是高速存儲器和快速查表算法輸入端口 存儲器寫控制讀控制輸出端口輸 入 分 組輸 出 分 組每個到達的分組，由寫控制電路檢查其頭部信息中的目的地地址，然后查路由表，將該分組寫入相應(yīng)輸出端口的緩沖器中讀控制電路從每個緩沖器中取出分組，將它們分別送到適當?shù)亩丝冢⑼ㄟ^通信線路發(fā)送出去存儲器被劃分為若干緩沖器，每個緩沖器對應(yīng)著一個輸出端口如何檢測數(shù)據(jù)傳輸有無錯誤？由于種種原因數(shù)據(jù)在傳輸中可能

13、會發(fā)生錯誤，因此需采取措施檢測有無錯誤發(fā)生，并進而采取措施予以修正(糾錯)措施之一是在數(shù)據(jù)分組(包)中增加校驗信息，例如：奇偶校驗位(Parity bit) 例如：ASCII碼是7位碼，第8位可作為奇偶校驗位校驗和(checksum)例如：1 2 3 4， 5 6 7 8 ，9 0 A B的校驗和是： F 9 5 7循環(huán)冗余碼CRC （Cyclic Redundancy Code）：可檢測出所有的單錯、雙錯和一些突發(fā)錯,在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中使用到達接收方之后，接收方重新計算可以校驗位、校驗和或者CRC，然后進行比較，若不一致，則表示數(shù)據(jù)傳輸有錯 1 2 3 4 5 6 7 8 + 9 0 A B F 9 5 7因為：發(fā)送分組1啟動計時器收到接收端發(fā)回的ACK1分組發(fā)送分組2啟動計時器計時器到點重發(fā)分組2啟動計時器接收ACK2數(shù)據(jù)傳輸錯誤或丟失如何處理？包丟失收到發(fā)送來的分組1計算并核對校驗信息若正確，發(fā)回確認信息(ACK1)（若錯誤，丟棄該分組）收到發(fā)送來的分組2計算并核對校驗信息若正確，發(fā)回確認信息(ACK1)（若錯誤，丟棄該分組）發(fā)送方計算機 接收方計算機常用的幾種公用數(shù)據(jù)網(wǎng)為適應(yīng)不同應(yīng)用的需要，常用的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)有：低速：X.25公共分組交換網(wǎng)（傳輸速率僅64kbps）利用公共電話網(wǎng)以分組交換方式進行數(shù)據(jù)傳輸中速：使用光纖作為傳輸介質(zhì)幀中繼交