广域网技术.docx

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广域网技术

第6章广域网技术

〖主要内容〗网络互连的类型和层次、广域网的技术PSTN、X.25、DDN、ISDN、FR

〖教学重点〗广域网技术的比较、网络互连的设备

计算机网络的出现至今也不过是三十几年的时间，但其发展却非常迅速，尤其是Internet的发展导致网络技术日新月异。

计算机网络从最初的“盘体共享”、“桌上计算”发展到今天的“网络计算”阶段，出现了各种各样的网络并存又彼此有联系的局面，网络间的互连显得非常重要。

各种新兴的计算机业务如多媒体业务、分布式计算等的出现和拓展，“信息时代”信息交流的普遍性和及时性，使得人们越来越关注计算机网络的互连互通。

6.1互连网络的基本概念

计算机网络在网络连接上存在两种层次：

一是网络间物理线路的连接；另一种是网络间物理与逻辑上的连接；两者都能实现网络协议间的通信，一般所说的网络连接指的是后者，即通过相应的技术手段将分布在不同地理位置的网络或网络与远程工作站之间进行物理和逻辑上的连接，以组成更大规模的计算机网络系统，实现更大范围的资源的高度共享和文件传输。

互连网络是指将分布在不同地理位置的网络、设备连接起来，以构成更大规模的网络，最大程度地实现网络资源的共享。

1.网络连接

是指网络在应用级的互连，是对连接于不同网络的各种系统之间的互连，主要强调协议的接续能力，以便完成端到端系统间数据传递。

2.网络互连

是指不同的子网间借助于相应的网络设备（网桥、路由器等）来实现各子网间的互相连接。

其目的是解决子网间的数据交互

3.网络互通

是指网络不依赖于其具体连接形式的一种能力，不仅指两个端系统间的数据传输和转移，还表现出各自业务间相互作用的关系。

◆网络连接和网络互连是解决数据的传送，网络互通是各系统在连通的条件下，为支持应用间的相互作用而创建的协议环境。

6.1.1网络互连的类型

1.LAN-LAN互连

属于较近距离的LAN互连，如校园网（各建筑物间）、各楼层间LAN的互连

同构网的互连：

指相同协议的局域网的互连。

常用的设备有中继器、集线器、交换机、网桥等

异构网的互连：

指两种不同协议的局域网的互连。

常用的设备有网桥、路由器等

2.LAN-WAN互连

属于小区域范围内LAN与WAN互连，主要解决一个小区域范围内相邻的几个楼层或楼群之间以及在一个组织机构内部的网络互连，扩大了数据通信的连通范围，可使不同单位或机构的LAN连入范围更大的网络体系中。

常用的互连设备有网关和路由器（最为常用的）

3.WAN-WAN互连

属于不同地区网络的互连，主要使用路由器来实现。

6.1.2网络互连的层次

网络互连实质上就是协议之间的转换，这种转换必须有一定的理论依据，有一定的标准可循。

为了使异种机、异种网之间能够共享资源和相互通信，国际标准化组织制定并颁布了OSI/RM。

任何计算机系统都可以按照该模型描述或者与该模型相对应。

OSI/RM在不同的层上有不同的协议，网络互连过程中在进行协议的转换时要遵守这样一种原则，即要在异种网中具有相同协议的对应层之间进行协议转换，并且该对应层之上不再存在协议不同的对应层，这样才能实现网络间的互连。

如果两个网络的应用层协议不同，则应在应用层之上增加一个虚拟层进行协议的转换。

网络互连从通信协议的角度来看可分成4个层次，如图所示。

6.2网络互连设备

6.2.1中继器（Repeater）

中继器是工作于OSI/RM物理层的网络连接设备，要求每个网络在数据链路层以上具有相同的协议。

计算机网络的覆盖范围会因为所使用的传输介质的限制，信号传输到一定距离就会因衰减而变得很弱以致于接收设备无法识别出该信号，为了扩大信号的传输距离，在网段间可以使用中继器设备，它接收网上的所有信号（包括CSMA/CD碰撞信号）并将其放大、再生，然后发送出去，从而扩展网络跨距。

中继器虽然延伸了网络，但从网络层看仍然是一个网络，因此常被看成是网段的连接设备而不是网络互连设备。

使用中继器时要遵守5－4－3规则，中继器不仅起到扩展计算机网络的作用，还能将不同传输介质的网络连接在一起，如同轴电缆和光纤。

优点：

价格低廉、使用简单、效率高。

缺点：

不能均衡及阻止“广播风暴”（由于中继器与连接的网段属于同一广播网）、无法进行包过虑

◆广播风暴：

是指过多的广播数据包占用了网络带宽的所有容量，使网络的性能变得非常差。

6.2.2网桥（Bridge）

网桥又被称为桥接器，它工作在OSI参考模型的数据链路层，要求每个网络在网络层以上各层中采用相同或兼容协议。

网桥一般用于互连两个运行同类型NOS的LAN，而网络的拓扑结构、通信介质和通信协议可以不同。

6.2.2.1网桥的特点：

Ø网桥以接收、存储、地址过滤与转发（基于MAC地址和网桥内部的站表判断是否转发，即具有信息过虑功能）的方式实现两个互连网络之间的通信，并实现大范围局域网的互连

Ø网桥可以分隔两个网络之间的通信量（由于信息过虑功能使得网段内的通信量不会传输到另一个网段），有利于改善互连网络的性能。

若是同网络内的信息传递，则网桥不进行复制和转发，否则转发。

Ø网桥若仅有桥接功能，不附加路由功能，则在同一点只能连接两个局域网。

Ø当两个LAN之间采用两个或两个以上的网桥互连时，由于网桥转发广播数据包，易产生广播风暴

优点：

具有信息过虑功能、效率高、配置简单

缺点：

不能均衡及阻止“广播风暴”

6.2.2.2网桥的分类

1.简易网桥、透明网桥、源路由网桥

简易网桥分为简易内桥（普通PC机插入多块网卡分别连接多个局域网，同时运行相应的网桥软件所构成的网桥）和简易外桥（网络中工作站插入多块网卡构成的网桥），网桥软件通常由NOS厂家提供，如NetWareNOS。

透明网桥又称为生成树网桥，遵守IEEE802.1网桥标准，路径的选择完全由网桥自己来决定，对各站点来说是透明的。

该网桥通过Baran逆向学习法建立网桥内部表，形成站点MAC地址与相应网桥端口的对应表，并据此得出信息发送路径。

在网桥刚刚接入网络内时，站点表还没有形成，网桥采用“洪泛法”以广播方式向其他端口转发信息，并且每个网桥运行一个简单的支撑树算法即IEEE802.1D，使任何两个站点只有一条通路，从而避免了信息在网桥间反复（用于以太网中）。

该类网桥不能充分利用全部网络资源，所选择的路径不一定是最佳的，时延较大。

源路由网桥，即源路由选择网桥，遵从IEEE802.5网桥标准，网络中每个源路由网桥都有唯一的ID标识。

路径选择由发送信息的源站点负责，源站点通过广播“发现帧”的方式记录到达目的站点所经过的路径，并从中获得到达目的站的最佳路径。

网桥接收到帧之后只扫描帧的头部，以获取发送的路径（用于令牌环网中）。

该类网桥需要进行手工操作，因此使用复杂。

转换式网桥是透明网桥的一种特殊形式，用于不同介质类型格式和传输机制的网络间进行转换，它在物理层和数据链路层使用不同协议的LAN提供网络连接服务。

封装网桥通常用于连接FDDI骨干网。

如用封装网桥将4个Ethernet连到FDDI骨干网上，则LAN1中发送节点将其发送数据和有关地址发送到与FDDI连接的封装网桥上进行FDDI骨干网使用的信封装入，再进行网络传输，当网络上的其他封装网桥收到该信时，拆除信封进行地址比对，若不是则丢弃，否则送到预定的工作站。

源路由透明网桥是综合了源路由网桥和透明网桥的混合式网桥，可实现混合网络环境中的通信。

2.本地网桥和远程网桥

本地网桥（用于直接连接本地很近的LAN）和远程网桥（用于通过PSTN连接两个远距离的网络）

3.级联网桥和多端口网桥

级联网桥（由于网桥只有两个连接端口，因此只能连接两个网络段，可采用级联方式连接形成更大的网络）和多端口网桥（由于网桥具有多端口可由于多个网段的互连）

6.2.3路由器（Router）

6.2.3.1路由器工作原理与特征

路由器工作在OSI/RM的网络层，实现网络层以及以下各层的协议转换，通常用来互连局域网和广域网或者实现在同一点两个以上的局域网的互连。

最基本的功能是转发数据包。

在通过路由器实现的互连网络中，路由器根据网络层地址（如IP地址）进行信息的转发，主要的功能有两个：

路由选择和数据转发。

对数据包进行检测，判断其中所含的目的地址，若数据包不是发向本地网络的某个节点，路由器就要转发该数据包，并决定转发到哪一个目的地以及从哪个网络接口转发出去。

路由器的特点：

●路由器是在网络层上实现多个网络之间互连的设备

●路由器为两个或3个以上网络之间的数据传输解决的最佳路径选择

●路由器与网桥的主要区别是：

网桥独立于高层协议，它把几个物理子网连接起来，向用户提供一个大的逻辑网络；路由器是从路径选择角度为逻辑子网的节点之间的数据传输提供最佳的路线。

●路由器要求节点在网络层以上的各层中使用相同或兼容的协议

6.2.3.2路由器的功能

连接功能：

提供不同网络（如通信、类型、速率或接口）的连接，而且在不同网段之间定义了网络的逻辑边界，从而将网络分成各自独立的广播网域。

网络地址判断、最佳路由选择和数据处理功能：

通过对每一种网络层协议建立的路由表来判断目的地址、最佳路由以及数据过滤和特定数据的转发

设备管理：

可通过软件协议本身的流量控制参量来控制其转发的数据的流量，以解决拥塞问题；还提供对网络配置管理、容错管理和性能管理的支持。

6.2.3.3路由器的相关概念

1.静态路由和动态路由

静态路由选择是通过网络管理员设置路由表来完成某条网络链路是否关闭。

动态路由器通过监控网络变化决定是否自动更新路由表重新配置网络路径。

2.路由表

路由表是指记录相邻路由器的地址和状态信息的数据库。

静态路由表由网络管理员手工建立，一旦形成，到达某一目的网络的路由便固定下来。

它不能自动适应互联网结构的变化，添加或删除网络或路由器需要手工操作，若一旦路由出现故障，即使存在其它路由，IP数据报也不能传送到目的地。

（这是网络中最常用的）

动态路由表是网络中的路由器相互自动发送路由信息而动态建立的。

路由器使用路由表并根据传输距离和通信费用等要素通过优化算法来决定一个特定的数据包的最佳传输路径。

路由表通常包含许多（N,R）对序偶，其中N指的是目的网络的IP地址，R是到网络N路径上的“下一个”路由器的IP地址，因此，在路由器R中的路由表仅仅指定了从R到目的网络路径上的一步，而路由器并不知道目的地的完整路径。

为了减少路由设备中路由表的长度，提高路由算法的效率，路由表中的N常常使用目的网络地址，而不是目的主机地址。

在图中利用路由器互连网络时，路由器R的路由表是：

网络Net2与Net3都与路由器R直接连接，路由器R收到一IP数据报，如果其目的IP地址的网络号为20.0.0.0或30.0.0.0，那么R就将该报文直接传送到目的主机；如果接收的报文的目的地网络为40.0.0.0，那么R就将该报文传送给与直接相连的另一路由器S，由路由器S再次投递报文。

3.IP数据报的传输

前面讲述了路由器的概念和路由器的路由选择方法，若网络中有两台主机A与B要进行通信，即存在IP数据报的传输，它的过程如下：

（1）主机A形成原始数据并按照IP协议在IP层封装成IP数据报

（2）根据源主机A与目的主机B是否同一网络，若是则直接将报文投递出去；若不是则要经过路由器再投递，由图可见，是投递到路由器Q

（3）路由器Q接收该数据报，并判断是否与自己同属一个网络，若是则直接投递，否则经过下一个路由器进行再次投递。

由图中可见，路由器Q与路由器T和路由器R相连，路由器Q的路由表中下一跳步就有两种情况：

一是路由器T，一是路由器R。

这要视路由器Q的设置而定，如果采用RIP路由协议（选择跳数最少的路由），则会选择路由器T。

假设路由器Q的下一跳步为路由器T，则路由器Q将把IP数据报投递给路由器T。

（4）路由器T接