1、2022-6-23史忠植 高级计算机网络1 高级计算机网络高级计算机网络 第二章第二章 广域网 史忠植史忠植 中国科学院计算技术研究所中国科学院计算技术研究所 2022-6-23史忠植 高级计算机网络2内容提要2.1 2.1 广域网的基本概念广域网的基本概念2.2 2.2 广域网中的路由选择广域网中的路由选择 2.3 2.3 X.25 X.25 2.4 2.4 帧中继帧中继 2.5 2.5 综合业务数字网综合业务数字网2.6 数字数据网数字数据网 2022-6-23史忠植 高级计算机网络32.1 2.1 广域网的基本概念广域网的基本概念广域网由一些结点交换机以及连接这些交换广域网由一些结点交换
2、机以及连接这些交换机的链路组成。结点交换机执行将分组存储机的链路组成。结点交换机执行将分组存储转发的功能。结点之间都是点到点连接，但转发的功能。结点之间都是点到点连接，但为了提高网络的可靠性，通常一个交换机往为了提高网络的可靠性，通常一个交换机往往与多个结点交换机相连。从层次上考虑，往与多个结点交换机相连。从层次上考虑，广域网和局域网的区别很大，前者使用的协广域网和局域网的区别很大，前者使用的协议在网络层，后者主要在数据链路层。议在网络层，后者主要在数据链路层。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络4互连网2022-6-23史忠植 高级计算机网络52.2 广域网中的路由选择分组交换网的路由
3、选择是基于查找路由表的。为了提高数据传送的效率，许多广域网都采用层次编址方案。最简单的层次地址方案就是把一个地址分成前后两部分。前一部分表示分组交换机，后一部分表示连接在分组交换机上的交换机。结点交换机的一个重要作用就是提供一个路由表，供转发分组时使用。分组经结点交换机查找路由表找到下一站，实现转发。而用于产生路由表的算法和选择策略则是广域网的路由选择的核心问题。2022-6-23史忠植 高级计算机网络62.2 广域网中的路由选择理想的路由算法有以下特点：它必须是正确的、完整的、稳定的、公平的和最佳的，在计算上应简单，并能适应通信量和网络拓扑的变化。从能否随网络的通信量或拓扑自适应地进行调整变
4、化来划分，路由算法可分为两大类：静态路由选择和动态路由选择。静态路由选择策略的特点是简单和开销小，但不能及时适应网络状态的变化。动态路由选择策略的特点是能较好的适应网络的变化，但实现相对比较复杂。2022-6-23史忠植 高级计算机网络72.2 广域网中的路由选择固定路由法、分散通信量法、洪泛法、随机走动法都属于静态路由选择策略。固定路由法的关键是计算出给定网络中任意两个结点之间的最短通路。它在每一个结点上保持一张路由表，表上标明对每一个目的地址应走哪条链路进行转发。这些表在整个系统进行配置时生成，并且在一段时间保持固定不变。分散通信量法是事先在每个结点的内存中设置一个路由表，但此路由表中给出
5、几个可供采用的输出链路，并且对每条链路赋予一个概率。当一个分组到达该结点时，此结点即产生一个从0.00到0.99的随机数，然后按此随机数的大小，查表找出相应的输出链路。它比固定路由法更能平衡网内的通信量，从而减小平均分组时延。洪泛法是当某个结点收到一个不是发给它的分组时，就向所有与此结点相连的链路转发出去。这种方法很少采用，但它具有较好的稳健性。随机走动法的特点是分组到达某个结点时随机选择一条链路为转发的路由。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络82.2 广域网中的路由选择动态路由选择策略包括分布式路由选择策略、集中式路由选择策略及混合式路由选择策略。分布式路由选择策略是每个结点周期性地
6、从相邻的结点获得网络状态信息，同时也将本结点做出的决定周期性地通知周围的各结点，以使这些结点不断地根据网络新的状态更新其路由选择决定。它最基本的算法有距离向量法和链路状态算法。集中式路由选择策略是由网控中心负责全网状态信息的收集、路由计算以及路由选择。它的优点是各个结点不需要进行路由选择计算，较容易得到更精确的路由最优化，但它开销较大且可靠性差。因而综合多种路由选择策略的混合式路由选择策略是一种较为实用的路由选择策略。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络92.3 X.25X.25网络即公共数据网PDN，它采用的主协议名为CCITTX.25，所以简称X.25。它是一种基于模拟系统的包交换数
7、据网。它支持永久性虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC），PVC用于常规的数据传输，SVC支持突发包的传输。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络102.3 X.25的帧结构 标志01111110地址控制信息FCS标志011111101个字节 1个字节 12个字节 可变长 2个字节 1个字节2022-6-23史忠植 高级计算机网络112.3 X.25 X.25公共分组交换网由于分组的多重功能，从而可以在多地点间高效连接，但是物理线路速度一般只有64Kbps左右，为了防止的丢失需要采取很复杂的过程，从而使处理延迟加大，这对于实时性要求高的高速大容量数据传输是不适合的 2022-6-23史忠植
8、 高级计算机网络122.4 帧中继 在局域网间随着高速大容量传输要求的提高，采用相当于专用线的通信量及相当于X.25公共分组交换网的性能价格比的帧中继(Frame Relay)受到了广泛的重视。帧中继的特点如下：（1）以使用错误少的高质量传输线路为前提；（2）可以实现DLCI(Data Link Connection Identifier:数据链接标识符)的多重帧；（3）通过省去帧的顺序控制和重发控制，减轻通信设备的处理负担，实现高速通信；（4）检测出帧的错误时，放弃该帧； (5)通信形式一般为PVC(Permanent Virtual Circuit：永久虚电路)。2022-6-23史忠植
9、高级计算机网络132.4 帧中继 用户特有DL-控制DL-核心物理层用户特有DL-控制DL-核心物理层D L - 核心物理层层2层1用户用户网络层7到层32022-6-23史忠植 高级计算机网络142.4 帧中继 帧中继协议如图2.3所示，它位于OSI基本参考模型数据链路层（DL）的低位层DL-核心协议位置。DL-协议具有以下功能：(1) 帧的边界识别排列渗透性；(2) 由DLCI进行的帧多重/分离；(3) 帧长度检查；(4) 传输错误的检查（不进行错误恢复）；(5) 拥塞控制。2022-6-23史忠植 高级计算机网络152.4 帧中继 帧中继与X25最大的差别是，在帧中继的帧中不存在控制字段
10、。 标志01111110地址信息FCS标志011111101个字节 24个字节 可变长 2个字节 1个字节 2022-6-23史忠植 高级计算机网络162.4 帧中继 高位DLCIC/REA(0)DLCIFECNBECNDEEA(0)DLCIEA(0)低位DLCI或DL-核心控制D/CEA(1)2022-6-23史忠植 高级计算机网络172.4 帧中继 10位DLCI值DLCI值用途0需要时作为内信道号用115备用16991用户数据传输9921007帧方式承载服务的2层管理10081022备用1023内信道2层管理（需要时）2022-6-23史忠植 高级计算机网络182.4 帧中继的拥塞管理
11、当网络中的通信量超过了网络的处理能力或者网络的设备出现故障就会发生拥塞。由于网络的拥塞将会对吞吐量的速度延迟和帧丢失等造成不良影响，因此网络和用户需要进行协调，以避免拥塞的发生。网络可以对用户发出通知，但由于没有对用户流如的通信量的控制功能，因此，接收到拥塞通知的用户，应该自发的减少向网络发出的通信量。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络19拥塞管理 AB通常状态轻拥塞重拥塞网络的通信量对网络的负荷由网络指示的通知FECN/BECN的通知CLLM消息的通知（选用）由网络进行的拥塞恢复2022-6-23史忠植 高级计算机网络20拥塞管理 当网络进入轻拥塞状态时，网络就启动拥塞回避规程，并对
12、用户发出拥塞通知。当拥塞状态进一步恶化，在网络执行拥塞回避规程的同时，启动拥塞恢复规程将帧放弃。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络21拥塞参数 (1) 访问速度：访问信道的数据速度。(2) 认定最大尺寸（Bc）：1个用户在时间Tc内能够向网络发送的最大数据量。(3) 超过最大尺寸（Be）：1个用户在时间Tc内超过Bc可以传输的最大数据量。(4) 认定速度测量时间（Tc）：用户发送认定数据（Bc）和超过数据（）所允许的时间间隔。(5) 认定信息速度（）：网络通常状态所保障的信息传输速度。该速度为时间的平均值。2022-6-23史忠植 高级计算机网络22永久虚链接PVC 周期轮询（）每隔T
13、391秒用户就对网络发出状态查询信息，使轮询计时器（T391）复位。该周期（T391）称为轮询间隔。（）状态查询消息通常只确认链路完整性（报告类别：00000001）。每隔N391次轮询周期用户就请求全部PVC的状态指示（报告类别：00000000）。（网络对每个状态查询消息都发出状态指示消息，予以应答，使T392计时器复位。该计时器是网络为了检测错误用的。作为状态查询消息应答发出的状态指示消息包括链路完整性确认信息单元和报告类别信息单元。这时如果报告类别是全状态指示，则状态指示消息包含对应于该存取线路的各PVC的PVC 状态信息单元。（ 用户根据报告类别分析状态指示消息。在PVC状态发生变化
14、，或者通知在存取线路上增加新的PVC，特别是用户不要求全状态指示消息时，有时却以全状态指示消息应答。当用户接收全状态消息时，应更新存取线路上设定的各个PVC状态。当用户从全状态指示中删除上次报告的PVC时，在存取线路上必须看作未提供该PVC。2022-6-23史忠植 高级计算机网络23链路完整性确认 （）在交换最初的消息前，网络及用户将发送时序计数器和接收时序计数器的值置“0”。 （）在用户及网络发送消息的发送-接收时序序号字段中分别设置用户及网络所保持的发送-接收时序计数器的值。 (3) 网络及用户接收消息中的接收时序序号与自身保持的发送时序计数器的值相等时，发送时序计数器的值按模256增加
15、（但为“0”时跳过）。接收消息中的发送时序序号放入网络及用户接收时序计数器中。2022-6-23史忠植 高级计算机网络24帧中继应用 块交互数据：主要用于传输高分辨率的图形数据，这种应用的特点是短时延和大流量。文件传送：一般用于传送长文件。对于长文件，要获得比较满意的传输时延，必须有较大的流量。支持多个低速率复用：利用帧中继服务的复用功能，可为较多的低速率应用提供经济的服务。字符交互：如文字编辑，其特点是短帧、短时延和低流量。2022-6-23史忠植 高级计算机网络252.5 综合业务数字网ISDN 综合业务数字网（Integrated Service Digital Network, ISD
16、N）是利用现有电话线路进行高速率数据通信的一门技术，它是为用户提供多种电信业务和端到端数字连接的新型数字通信网。ISDN起源于1967年，但是直到1980年才明确定义。CCITT（现ITU-T）对ISDN是这样定义的：“是以综合数字电话网（IDN）为基础发展起来的通信网，能够提供端到端的数字连接，用来支持包括话音和非话音在内的多种电信业务。用户能够通过有限的一组标准化的多用途用户-网络接口接入网内。”2022-6-23史忠植 高级计算机网络26ISDN四个基本特征 (1)ISDN是以综合数字电话网（IDN）为基础发展而成的通信网。ISDN将从一个用户终端到另一个用户终端之间的传输全部数字化。包
17、括用户线部分，以数字形式统一处理各种业务。 （2）ISDN支持话音及非话音等各种通信业务，实现了业务的综合； （3） 提供标准的用户网络接口（4） ISDN是一个数字网络,实现了用户终端间的全数字化。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络27ISDN LAN数字管道分组交换网电路交换网其它网络数据库其它服务用户ISDN接口ISDN中心局电话终端PBX2022-6-23史忠植 高级计算机网络28ISDN的信道结构 A信道：4k模拟电话信道；B信道：用于话音或数据传输的64k数字PCM信道；C信道：8k或16k数字信道；D信道：用于带外信令传输的16k或64k数字信道；E信道：用于ISDN内部
18、信令传输的64k数字信道；H信道：用于传送高速的用户信息信道或不用作电路交换时的信令信道。有三种标准速率：H0：384k、H11：1536k、H12：1920k。2022-6-23史忠植 高级计算机网络29ISDN的信道结构 B1到到B2（64k）2B+DD（16k)144k或或192k基本速率（基速）信道:（Basic Access），速率为144kbit/s,支持2条64kbit/s的用户信道和1条16kbit/s的信令信道； 2022-6-23史忠植 高级计算机网络30ISDN的信道结构 一次群（基群）信道，23B+D（美国、日本）或30B+D（欧洲等）组合而成。（Primary Rat
19、e A c c e s s ） ， 其 速 率 和 P C M 一 次 群 速 率 相 同2048kbit/s或1544kbit/s），支持30或23条64kbit/s的用户信道和1条64kbit/s的信令信道。B1到到B23或或B30（64k）23B+DD（64k)1.5M或或2M2022-6-23史忠植 高级计算机网络31ISDN的信道结构 混合信道，混合信道，A+C即模拟信道和数字信道的一种组合，是过渡性信道。A（4k模拟）模拟）A+CC（8/16k)2022-6-23史忠植 高级计算机网络322.6 数字数据网 数字数据网数字数据网 （Digital Data NetworkDigit
20、al Data Network，DDNDDN）是一种利用数字通道提供半永久是一种利用数字通道提供半永久性连接电路性连接电路115115，以传输数据信号为主的数字传输网络，通过该网络为最终用，以传输数据信号为主的数字传输网络，通过该网络为最终用户提供全程端到端数字数据业务。所谓数字数据业务，是指为公用电信网内部和户提供全程端到端数字数据业务。所谓数字数据业务，是指为公用电信网内部和用户提供点到点和点到多点数字专用电路。用户提供点到点和点到多点数字专用电路。 DDNDDN的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞
21、线；双绞线；DDNDDN利用数字信道传输数据信号，与传统的模拟信道相比，具有传输质利用数字信道传输数据信号，与传统的模拟信道相比，具有传输质量高，速度快，带宽利用率高等一系列优点；量高，速度快，带宽利用率高等一系列优点； DDNDDN向用户提供的是半永久性的数向用户提供的是半永久性的数字连接，沿途不进行复杂的软件处理，因此延时较短，避免了分组网中传输延时字连接，沿途不进行复杂的软件处理，因此延时较短，避免了分组网中传输延时大且不固定的缺点；大且不固定的缺点；DDNDDN采用交叉连接装置，可以根据用户的需要，在约定的时采用交叉连接装置，可以根据用户的需要，在约定的时间内接通所需带宽的线路，信道容
22、量的分配和接续在计算机的控制下进行，具有间内接通所需带宽的线路，信道容量的分配和接续在计算机的控制下进行，具有极大的灵活性；极大的灵活性；DDNDDN为用户提供多用电路，帧中继，语音为用户提供多用电路，帧中继，语音/ /G3G3传真，和虚拟专用网传真，和虚拟专用网等业务。等业务。2022-6-23史忠植 高级计算机网络33数字数据网优点优点 （1）传输质量高，距离远）传输质量高，距离远 （2）传输速率高，网络时延小，无拥塞）传输速率高，网络时延小，无拥塞 （3）透明性好）透明性好 （4）用户接入方便）用户接入方便 （5）适合高流量用户接入）适合高流量用户接入（6）传输安全可靠）传输安全可靠 （
23、7）网络管理方便）网络管理方便2022-6-23史忠植 高级计算机网络34DDN与与X.25的比较的比较 DDN X.25传输原理传输原理TDM为基础的半永久性连接，按时隙分配用户，固定资源分配交换式的分组包传输，统计时分复用方式，信道利用率高，不浪费资源时延时延很小大速率速率高低透明性透明性很好对协议敏感，不透明业务业务话音、图像、数据、VPN主要适用于数据 差错控制差错控制流量控制流量控制无，网络不会拥塞有，会拥塞突发业务支持能突发业务支持能力力差差连接方式连接方式TDM专线，点对点，点对多点虚电路，点对点，点对多点，数据报体系结构体系结构物理层、链路层、网络层物理层、链路层、分组层（网络
24、层）计费方法计费方法按用户速率、距离收月租费（固定，昂贵）按用户速率及占用时间、信息量计费，与距离无关（按需计费）适用对象适用对象相对固定的高流量、多业务用户分散的、不固定的、业务量不大数据用户2022-6-23史忠植 高级计算机网络35 DDN与帧中继的比较 DDN 帧中继 传输原理传输原理TDM为基础的半永久性连接，按时隙分配用户，固定资源分配交换式的帧中继包，统计时分复用方式，信道利用率高时延时延很小小速率速率45.5kbit/s2048kbit/s96kbit/s2048kbit/s透明性透明性很好不透明业务业务话音、图像、数据、VPN数据为主，VPN差错控制差错控制流量控制流量控制无
25、，网络不会拥塞有，会拥塞突发业务支持能突发业务支持能力力差很好连接方式连接方式TDM专线，点对点，点对多点PVC虚电路，（点对点，点对多点）体系结构体系结构物理层、链路层、网络层物理层、链路层计费方法计费方法按用户速率、距离收月租费（固定，昂贵）按相应CIR速率、距离收月租适用对象适用对象相对固定的高流量、多业务用户特别适合LAN-LAN通信2022-6-23史忠植 高级计算机网络36 DDN与ISDN的比较 DDN I-ISDN传输原理传输原理TDM为基础的半永久性连接，按时隙分配用户，固定资源分配电路交换为主，分组交换（暂无），固定资源分配，统计时分复用（分组）时延时延很小电路交换时延很小
26、，分组交换时延很大速率速率高64、128、384、1536、1920kbit/s分组速率待定透明性透明性很好数据透明，有信令协议业务业务话音、图像、数据、VPN话音、图像、数据等用户接入用户接入多种接口，大部分为端到端数字连接统一接口（S、T、U、R）,全程数字连接信令信令电话信令与业务不分离7号信令，并与业务分离连接方式连接方式TDM专线，点对点，点对多点拨号接入的交换电路或分组的虚电路体系结构体系结构物理层、链路层、网络层物理层、链路层、网络层计费方法计费方法按用户速率、距离收月租费（固定，昂贵）按实际通信时间（分），速率和距离收费（按需计费）适用对象适用对象相对固定的高流量、多业务用户相
27、对固定或分散用户都适用，尤其适合因特网用户上网2022-6-23史忠植 高级计算机网络37选择网络选择网络DDN适用相对固定的大流量高速用户，费用偏高； X.25适用于分散小流量的低速用户； 帧中继特别适用于有突发性的计算机通信； ISDN虽然未达到原先设想的效果，但特别适合因特网用户上网。 在具体选择网络时，可根据其不同特点，按需求进行选择。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络38数字数据网组成数字数据网组成本地传输系统;DDN节点;局间传输及网同步系统;网络管理系统 本地传输系统 网络管理控制中心 NMC用户环路用户线2022-6-23史忠植 高级计算机网络39本地传输系统本地传输系
28、统 本地传输系统由用户设备，用户环路（包括用户线和网络接入单元）组成。用户设备通常是数据终端设备（DTE）、电话机、传真机、个人计算机以及用户自选的其他用户终端设备。用户线是一般市话用户电缆。网络接入单元可由多种设备组成，对数据通信来讲通常是基带型或频带型，单路或多路复用传输设备。 用户设备送出的是用户的原始信息，它可以是脉冲形式的数据，音频形式的话音和信息图文，数字形式的活动影视和其他形式的信息等。用户接入单元在用户端把这些原始信息转换成能在一定距离的用户线上传输的信号方式，诸如频带型和成基带型的调制信号。有的还需多路复用，然后由局端的相应设备或接口电路把他们还原成几个用户设备信号或系统所需
29、要的一定信号方式，再输入到节点进行下一步的传输。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络40DDN节点 DDN节点的功能主要由两大部分组成，即复用和交叉连接。DDN利用电信网的数字通道工作，时分复用是DDN的基本技术。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络41局间传输及网同步系统 局间传输及网同步系统由两部分组成，即局间传输和同步时钟供给。局间传输是指节点间的数字通道以及各节点通过与数字通道的各种连接方式组成的各种网络拓扑。在我国，目前主要采用T1(2048k bit/s)数字通道，少数也采用部分E1数字通道。同步时钟供给则是由于DDN是一个同步数字传输网，所以为了保证全网所有设备同步工
30、作，必须有一个全网统一的同步方法来确保全网设备的同步。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络42 网络管理系统 网络管理是网络正常运转和发挥其性能的必要条件，尤其当网的规模不断扩大时，其重要性就更为突出。对一个公用的DDN来讲，网络管理至少应包括：用户接入管理（包括安全管理），网络资源的调度和路由管理，网络状态的监控，网络故障的诊断，告警与处理，网络运行数据的收集与统计，计费信息的收集与报告等。 2022-6-23史忠植 高级计算机网络43 DDN的结构 用户 用户接口层 核心层接入层2022-6-23史忠植 高级计算机网络44 数字数据网的业务 DDN主要有四类业务 专用电路 帧中继 话音/G3传真 虚拟专用网2022-6-23史忠植 高级计算机网络45 谢谢! THANK YOU
