《网络工程规划与设计》第三章.ppt

第 3 章广域接入网设计,【本章要点】了解广域网的特点、服务类型及实现方式；掌握常见的广域网设备的配置方法；了解典型的广域网协议和技术，包括PPP、ISDN、ATM、帧中继和SDH 技术等。,3.1广域网基本知识,广域网是一个地理覆盖范围超过局域网的数据通信网络。如果说局域网技术主要是为实现资源共享这个目标，那么广域网则主要是为了实现大范围内的远距离数据通信，因此广域网在网络特性和技术实现上与局域网存在明显的差异。广域网的主要特性包括：广域网运行在超出局域网地理范围的区域内；使用各种类型的串行连接来接入广泛地理领域内的带宽；连接分布在广泛地理领域内的设备；使用电信运营商的服务。,3.1.1 广域网设备,路由器（Router）：提供诸如局域网互连、广域网接口等多种服务，包括LAN和WAN的设备连接端口。WAN交换机（Switch）：连接到广域网带宽上，进行语音、数据资料及视频通信。WAN交换机是多端口的网络设备，通常进行帧中继、X.25及交换百万位数据服务（SMDS）等流量的交换。WAN交换机通常是在OSI参考模型的数据链路层之下运行。调制解调器（Modem）：包括针对各种语音级（VoiceGrade）服务的不同接口，信道服务单元/数字服务单元（CSU/DSU）是T1/E1服务的接口，终端适配器网络终结器（TA/NT1）是综合业务数字网（ISDN）的接口。通信服务器（Communication Server）：汇集拨入和拨出的用户通信。,3.1.2 广域网标准,（1）物理层协议（2）数据链路层协议（3）网络层协议,路由器把数据包以二层帧格式进行封装，然后传送到广域网链路。（1）点对点协议（PPP）：PPP是一种标准协议，规定了同步或异步电路上的路由器对路由器、主机对网络的连接。（2）串行线路互联协议（Serial Line Internet Protocol，SLIP）：SLIP是PPP的前身，用于使用TCP/IP的点对点串行连接。SLIP已经基本上被PPP取代。（3）HDLC：HDLC标准是私有的，它是点对点、专用链路和电路交换连接上默认的封装类型。HDLC是按位访问的同步数据链路层协议，它定义了同步串行链路上使用帧标识和校验和的数据封装方法。当连接不同 设备商的路由器时，要使用PPP封装（基于标准）。HDLC同时支持点对点与点对多点连接。,3.1.3 广域网帧封装格式,（4）X.25/平衡式链路访问程序（LAPB）（5）帧中继：帧中继是一种高性能的包交换式广域网协议，可以被应用于各种类型的网络接口。帧中继适用于更高可靠性的数字传输设备上。（6）ATM：ATM是信元交换的国际标准，在定长（53字节）的信元中能实现传送各种各样的服务类型（如话音、音频、数据）。ATM适于利用高速传输介质如SONET。（7）Cisco/IETF：用来封装帧中继流量。Cisco定义的专属选项，只能在Cisco路由器之间使用。（8）综合业务数字网（ISDN）：一组数字服务，可经由现有的电话线路传输语音和数据资料。,3.1.3 广域网帧封装格式,3.2广域网接入技术,图3.1 广域网连接,电话网,1.公用电话交换网2.计算机交换分机3.点到点通信（1）SLIP协议（2）PPP,3.2.2 数字数据网（DDN）,1.DDN概述2.DDN的组成（1）本地传输系统（2）DDN节点（3）局间传输及网同步系统（4）网络管理系统。3.DDN的网络结构4.网络业务,3.2.3 ISDN,1.ISDN 的组成,图3.2 ISDN的基本组成,3.2.3 ISDN,2.ISDN和OSI模型3.通路类型和接口结构（1）通路类型（2）接口结构4.ISDN的应用,3.2.4 分组交换网,1.什么是分组交换网标准X.25层次结构建立连接和拆除连接,图3.3 X.25与OSI模型,3.2.5 帧中继,1.帧中继概述 2.帧中继的特点 3.帧中继的应用,图3.4 帧中继网络,3.2.6 SDH技术,表3-1 SDH体系速率,3.3路由器,路由器概述 路由器是互联网的主要节点设备，他通过路由决定数据的转发。路由器工作原理路由器的作用 路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。,路由器的类型,1接入路由器 接入路由器连接家庭或ISP内的小型企业客户。2企业级路由器 企业或校园级路由器连接许多终端系统，其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，并且进一步要求支持不同的服务质量。3骨干级路由器 骨干级路由器实现企业级网络的互联。4太比特路由器5.多WAN路由器（1）带宽汇聚（2）一网多线（3）费用优化（4）智能备援,路由器体系结构,路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关、路由处理器和其他端口。,1.配置（1）用CISCO随机带CONSOLE线，一端连在CISCO路由器的CONSOLE口，一端连在计算机的COM口。（2）打开电脑，启动超级终端，为您的连接取个名字，比如CISCO_SETUP，下一步选定连接时用COM1，秒位数9600，数据位8，奇偶校验无，停止位1，数据流控制无，最后选确定。（3）打开路由器电源，这时超级终端将出现以下画面：（4）配置以太网端口（5）X.25的配置（6）专线的配置（7）帧中继的配置（8）配置同步/异步口（适用于2522）（9）动态路由的配置（10）静态路由的配置,配置与调试,2.综合调试,当路由器全部配置完毕后，可进行一次综合调试。（1）首先将路由器的以太网口和所有要使用的串口都激活。方法是进入该口，执行no shutdown。（2）将和路由器相连的主机加上缺省路由（中心路由器的以太地址）。方法是在Unix系统的超级用户下执行：router add default XXXX 1（XXXX为路由器的E0口地址）。每台主机都要加缺省路由，否则，将不能正常通讯。（3）ping本机的路由器以太网口，若不通，可能以太网口没有激活或不在一个网段上。ping广域网口，若不通，则没有加缺省路由。ping对方广域网口，若不通，路由器配置错误。ping主机以太网口，若不通，对方主机没有加缺省路由。（4）在专线卡X.25主机上加网关（静态路由）。方法是在Unix系统的超级用户下执行：router add X.X.X.X Y.Y.Y.Y 1（为对方以太网地址，为对方广域网地址）。（5）使用Tracert对路由进行跟踪，以确定不通网段。,3.路由器的选购,选择路由器时应注意安全性、控制软件、网络扩展能力、网管系统、带电插拔能力等方面。（1）由于路由器是网络中比较关键的设备，针对网络存在的各种安全隐患，路由器必须具有如下的安全特性：（2）路由器的控制软件是路由器发挥功能的一个关键环节。（3）随着计算机网络应用的逐渐增加，现有的网络规模有可能不能满足实际需要，会产生扩大网络规模的要求，因此扩展能力是一个网络在设计和建设过程中必须要考虑的。扩展能力的大小主要看路由器支持的扩展槽数目或者扩展端口数目。（4）随着网络的建设，网络规模会越来越大，网络的维护和管理就越难进行，所以网络管理显得尤为重要。（5）在我们安装、调试、检修和维护或者扩展计算机网络的过程中，免不了要给网络中增减设备，也就是说可能会要插拔网络部件。那么路由器能否支持带电插拔，是路由器的一个重要的性能指标。,4.影响路由器性能的因素,路由器的工作原理决定了它必须使用芯片来完成一些必要的判断和数据包的转发，而这个工作是交由一个处理器来完成，各种有待处理或者处理好的数据包则存在内存里面，因此，处理器的工作频率和内存容量很大程度上决定着一款路由器的性能。但是，路由器的性能也不能完全看处理器频率和内存容量，处理器性能差则路由器性能就会差，但反过来处理器好路由器性能却不一定好.,5.决定路由器档次的指标,虽然，处理器和内存很大程度决定路由器性能，但是，决定一款路由器档次的指标却不是它们，而是吞吐量。吞吐量是指路由器每秒能处理的数据量，这个参数是指LAN-to-WAN的吞吐量，其测量结果应是在NAT开启，防火墙关闭的情况下，分别用 Smart bits和Chariot两种测试方式分别进行。用Smart bits方式时，比较64Byte小包测试数据，便能得出结论；Chariot测试最好是在多连接下进行，一般可以选择100对连接基本上就可以看出产品间的区别。,主要原因：（1）性能不同，性能强劲的路由器内置强悍的处理器和大容量内存，因此成本比较高。（2）应用不同，性能强劲的路由器可以用于更多负载的网络，而低端路由器则不可以。（3）功能不同，虽然基本功能一样，但是一些路由器还内置了其他比较实用的功能，像专业防火墙功能、VPN这些，因此技术要求较高，价格自然也会跟着提高。,6.影响路由器价格的原因,小型企业广域网接入的网络拓扑结构设计 一般的企业网络，特别是小型企业网络与广域网的连接都是基于因特网连接的，目前主要的因特网接入方式非常多，如MODEM拨号、ISDN拨号、ADSL、HDSL、VDSL、Cable MODEM、FTTx、LDMS、MMDS等，但目前在企业网络中所采用的因特网接入方式是ADSL、Cable MODEM、FTTx这3种。1ADSL接入,3.4广域网设计,图3.5 ADSL的代理服务器/网关服务器共享方式网络拓扑结构示意图,2Cable MODEM接入,图3.6 ADSL的宽带路由器共享方式网络拓扑结构示意图,3FTTx光纤以太网接入,图3.7 FTTx接入的代理服务器/网关服务器共享网络结构示意图,图3.8 FTTx接入的宽带路由器共享网络结构示意图,3.4.2 ISDN广域网接入的网络拓扑结构设计,1选择ISDN连接的考虑2ISDN网络连接的拓扑结构,图3.9 ISDN局域网互联拓扑结构示意图,图3.10 ISDN使用V.120协议进行数据通信的拓扑结构示意图,3.4.3 X.25广域网接入的网络拓扑结构设计,1选择X.25连接的考虑2X.25广域网连接拓扑结构,图3.11 X.25广域网连接拓扑结构示意图,图3.12 通过X.25网络的两个局域网互联结构示意图,3.4.4 FR广域网连接拓扑结构设计,1选择FR连接的考虑2FR广域网专用网络连接拓扑结构,图3.14典型帧中继网络拓扑结构,3.4.5 ATM广域网连接拓扑结构设计,1选择ATM连接的考虑2ATM网络应用的拓扑结构,图3.15 ATM广域网连接示意图,图3.16 ATM与LAN网络的混合连接,3.4.6 光纤接入网广域网连接拓扑结构设计,1总线型结构,图3.17 总线型光纤接入网基本网络结构,2环型结构,图3.18光纤环接入网基本网络结构,3星型结构,图3.19 有源单星型光纤网基本网络结构,图3.20 有源双星型基本网络结构,4EPON广域网连接拓扑结构,图3.21 EPON基本网络结构,3.6.7 无线接入广域网连接拓扑结构设计,1WLL广域网接入拓扑结构,图3.22 WLL无线接入基本网络拓扑结构,2LMDS广域网接入拓扑结构,3MMDS广域网接入拓扑结构,综合练习3,1、试从多个方面比较虚电路和数据报这两种服务的优缺点。2、设有一分组交换网。若使用虚电路，则每一分组必须有3字节的分组首部，而每个网络结点必须为虚电路保留8字节的存储空间来识别虚电路。但若使用数据报，则每个分组需有15字节的分组首部，而结点就不需要保留转发表的存储空间。设每段链路每传1MB需0.01元。购买结点存储器的代价为每字节0.01元，而存储器的寿命为2年工作时间（每周工作40小时）。假定一条虚电路的每次平均时间为1000s，而在此时间内发送200分组，每个分组平均要经过4段链路。试问采用哪种方案（虚电路或数据报）更为经济？相差多少？3、假定分组交换网中所有结点的处理机和主机均正常工作，所有的软件也正常无误。试问一个分组是否可能被投送到错误的目的结点（不管这个概率有多小？）如果一个网络中所有链路的数据链路层协议都能正确工作，试问从源结点到目的结点之间的端到端通信是否一定也是可靠的?,综合练习3,4、广域网中的主机为什么采用层次结构方式进行编址？5、作为中间系统。转发器、网桥、路由器和网关有何区别？6、一个分组交换网其内部采用虚电路服务，沿虚电路共有n个结点交换机，在交换机中每一个方向设有一个缓存，可存放一个分组。在交换机之间采用停止等待协议，并采用以下措施进行拥塞控制。结点交换机在收到分组后要发回确认，但条件是：接收端已成功收到了该分组；有空闲的缓存。设发送一个分组需T秒（数据或确认），传输的差错可忽略不计，主机和结点交换机之间的数据传输时延也可忽略不计。试问：交付给目的主机的速率最快为多少？,综合练习3,7、试简单说明下列协议的作用：IP、ARP、RARP和ICMP。8、（1）子网掩码为代表什么意思？（2）一网络的子网掩码为，问该网络能够连接多少台主机？（3）一A类网络和一B类网络的子网号subnet-id分别为16bit的8bit，问这两个网络的子网掩码有何不同？（4）一个B类地址的子网掩码是。试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？（5）一个A类地址的子网掩码为。它是否为一个有效的子网掩码？（6）某个IP地址的十六进制表示是C22F1481，试将其转换为点分十进制的形式.这个地址是哪一类IP地址?（7）C类网络使用子网掩码有无实际意义?为什么?,实训3 广域网PAP和CHAP配置,一、实验目的（1）了解路由器PPP协议工作原理。（2）掌握PAP验证配置方法。（3）了解路由器广域网协议PPP工作原理。（4）掌握CH验证协议的配置方法。二、实验设备及环境,图3.26网络连接拓扑结构图,三、实验步骤1ISP路由器的配置2User路由器的配置四、实验中的问题及解决办法。五、实验总结,