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网络工程设计与安装 （第2版,第4章）杨威山西师范大学网络信息中心 yangw@sxtu.edu.cn 杨威山西师范大学网络信息中心 yangw@sxtu.edu.cn 电子工业出版社

第4章广域网接入设计与安装 • 知识目标： • 了解广域带网的概念，接入网定义与分类，以及广域网交换技术。 • 了解基于路由原理的广域网接口、基于隧道的广域网接口，广域网IP传输原理，以及SDH光互连设备。 • 基本掌握PPPoE协议，FTTX+LAN接入技术、ADSL接入技术，DDN组网技术，综合业务光端机使用，E1-V.35协议转换器使用。 • 掌握路由器的组成，路由器协议与技术，路由器选型，路由器的安装与配置。会使用静态路由和IGRP动态路由，以及NAT进行网络互联。 • 情感目标： • 亲历广域接入网需求分析的过程，获得广域接入网络组建设计的感性认识。 • 关注用户接入广域网的需求和广域网接入技术的演进，具有一定的价值判断能力和交流沟通能力。 • 技能目标： • 尝试、模仿广域网接入专家分析问题、解决问题的行为，能按照用户接入广域网的需求，设计简单的广域网接入解决方案； • 能够使用静态路由或NAT协议安装、调试路由器，将局域网与广域网连接。

第4章广域网接入设计与安装 • 本章重点： • 基于路由原理的宽带接口、基于隧道的宽带接口， • PPPoE协议，宽带网的IP传输，FTTX+LAN接入，ADSL接入，DDN组网 • 路由器协议与技术，路由器的安装与配置 • 静态路由和IGRP动态路由的网络互连，NAT地址转换。 • 本章难点： • 宽带网的IP传输 • IGRP动态路由网络互连

第4章广域网接入设计与安装 4.1 广域网基本知识 4.1.1 广域网的概念 • 广域网（WAN，wide area network）是在一个广泛范围内建立的计算机通信网。广泛的范围是指地理范围而言，可以超越一个城市，一个国家直至全球。 • 广域网是由众多的局域网（LAN）互连而成，即局域网是广域网的一个终端系统。 • 可以依据通信接口、协议、拓扑结构以及私有网和公共网之间的边界点来确定网络的类型。

4.1.1 宽带网的概念 • 广域网可分为骨干骨、城域网和接入网三个层次。 • 骨干网相当于城市与城市之间的高速公路 • 城域网相当于城市市区内的道路 • 用户接入网解决的则是将道路从市区一直延伸到小区，直至抵达每个家庭用户

4.1.2 广域接入网络 • 国际电信联盟（ITUT）第13组于1995年7月通过了建议G.902的定义 • 接入网络是由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）所组成，如下图所示，为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统

宽带接入网络的分类 金属用户线上的xDSL技术 IDSL，HDSL，SDSL，VDSL，ADSL 光缆到小区，然后通过光电转换节点，利用有线电视CATV的总线式同轴电缆网连接用户，提供综合电信业务的技术混合光纤同轴电缆HFC 无源光纤网络（PON）和有源光纤网络（AON）光纤接入系统以无线通信技术将本地交换局同用户终端连接起来的系统，即无线本地环路宽带无线接入系统

4.1.3 广域交换网络 • 电路交换 • 报文交换 • 分组交换 • 帧中继交换 • ATM交换 • 多协议标签交换MPLS • 光交换

交换技术的概念 • 为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。 • 两个端节点之间的通信连接一般都要通过中间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。 • 就像电话交换机为通话双方接续线路一样，这个过程被称为交换。

电路交换 • 交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。(最早的电路交换连接是由电话接线员通过插塞建立的，现在则由计算机化的程控交换机实现。) • 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。呼叫——建立连接——传输——挂断 • 优缺点：建立连接的时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小。

报文交换 • 整个报文作为一个整体一起发送。 • 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。 • 缺点： • 1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。 • 2）大报文造成存储转发的延时过长； • 3）出错后整个报文全部重发。

分组交换（包交换） 将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。优点： 1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组——速度快； 2）转发延时小——适用于交互式通信； 3）某个分组出错仅重发该分组——效率高； 4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。特点： 1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。 2）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。

三种交换方式的事件顺序 呼叫请求寻路延迟分组1 报文分组2 分组3 呼叫应答排队延迟数据 A B C D A B C D A B C D 线路交换报文交换分组交换

帧中继（Frame Relay, FR） • 特征: • 工作在OSI/RM的物理层和数据链路层 • 帧中继使用永久虚电路（PVC）来建立通信连接，并通过虚电路实现多路复用 • 用链路层的HDLC帧来封装各种不同的高层协议，如IP、IPX、AppleTalk等 • 适用于在WAN上实现LAN的互联 • 传输速率一般为56Kbps～45Mbps

F.R与OSI/RM的对应关系 F.R是CCITT和ANSI标准，定义了在公共数据网(PDN)上发送数据的流程，属于高性能的链路层协议。它对应于OSI层次模型的最下二层。 OSI 高层 X.25 F.R 网络层网络层帧中继数据链路层数据链路层物理层物理层物理层

F.R网络的组成 Router 广域网 PSTN，X.25 Host Bridge 网桥 FRS FRS Router Router FRS FRS CSU/DSU 帧中继在这里工作

信元头部有效载荷 5B 48B 异步传输模式ATM • ATM是一种高速分组交换技术，采用了以信元（cell）为单位的存储转发方式，故又称为信元交换。 • ATM将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块，并在各数据块前装配地址、优先级等控制信息构成信元。 • 信元由信元头部和有效载荷构成：

在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可插入信息发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输模式。在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可插入信息发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输模式。数据块 1 2 3 4 5 6 信元流 ATM特点： 1)面向连接（虚连接），按序递交； 2)固定大小的信元，便于高速处理（可用硬件实现），传输速率≥622Mb/s； 3) QoS特性保证了ATM可以实时地传送语音和活动图像。

多协议标签交换MPLS • MPLS是在Cisco公司所提出来的Tag Switching技术基础上发展起来的，属于第三层交换技术。它引入了基于标签的机制，把选路和转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径，数据传输通过标签交换路径（LSP）完成。 • MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）、边缘部分的标签边缘路由器（LER）组成。LSR可以看作是ATM交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成。LER的作用是分析IP包头，决定相应的传送级别和标签交换路径（LSP）。 • 由于MPLS技术隔绝了标签分发机制与数据流的关系，因此，它的实现并不依赖于特定的数据链路层协议，可支持多种的物理和数据链路层技术（IP/ATM、以太网、PPP、帧中继、光传输等）。MPLS使用控制驱动模型初始化标签捆绑的分配及分发，用于建立标签交换路径（LSP），通过连接几个标签交换点来建立一条LSP。一条LSP是单向的，全双工业务需要两条LSP。

光交换技术 • 光交换是指对光纤传送的光信号直接进行交换。与电子数字程控交换相比，光交换无须在光纤传输线路和交换机之间设置光端机进行光/电（O/E）和电/光（E/O）交换，而且在交换过程中，还能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点。光纤传输技术与光交换技术融合在一起，可以使光交换技术成为通信网交换技术的一个发展方向。 • 光交换技术的交换方式可分为空分光交换（SDDS）、时分光交换（TDPS）、波分光交换（WDPS）、复全型光交换和自由空间交换（FSPS）等五种方式

4.2 广域网接入技术与设备 • 宽带网接口 • PPPoE协议 • 宽带网的IP传输 • FTTX+LAN接入 • ADSL接入 • DDN接入 • 宽带网接入设备

4.2.1 广域网接口 • 网络接入的地址转换示意图

基于路由原理的广域接口 参照路由器的原理，在用户局域网和宽带骨干网之间构造一个类似路由器的协议栈，即宽带接口。

基于隧道的广域接口 基于PPP协议的隧道接口协议PPPoE（Point to Point over Ethernet）。该方案是在MAC数据帧之上，打通一条通向宽带骨干网络的隧道，将隧道协议封装在MAC数据帧中。这样，极大地简化了协议转换过程，提高了效率

4.2.2 PPPoE协议 • PPPoE的实质是以太网和拨号网络之间的一个中继协议，它继承了以太网的快速和PPP拨号的简捷、用户验证和IP分配等优势。 • PPPoE协议可以把数据帧报文按照PPP的格式定义封装，例如，数据链路控制协议报文、网络层控制协议报文、认证报文等。 • 这种功能需要在两个对等的端到端网络之间建立一种点到点的传输。而不是像以太网络或其他多点访问网络中定义的点到多点的传输。

PPPoE协议两个阶段：发现和PPP会话 • 发现阶段。在发现过程中客户机以广播方式，寻找可以连接的所有的接入交换机，并获得其以太网MAC地址。然后选择需要连接的认证服务器（提供PPPoE接入服务的主机），并确定所要建立的PPP会话识别标号。 • PPP会话阶段。客户机与接入交换机根据在发现阶段所协商的PPP会话连接参数，进行PPP会话。

4.2.3 FTTX+LAN接入 FTTX（Fiber To The X）可表示为：FTTZ，光纤到小区；FTTB，光纤到楼；FTTH，光纤到家庭。FTTX+LAN是采用千兆以太网交换技术，利用光纤+五类布线来实现用户高速网络接入的一种方式。 FTTX

4.2.4 ADSL接入 非对称数字用户环路（ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Loop）利用现有的一对电话线，为用户提供上、下行非对称的传输速率。上行最高可达1Mbps，下行最高可达8Mbps。ADSL分为虚拟拨号方式和专线方式。

4.2.5 DDN接入 数字数据网（DDN，Digital Data Network），是利用光纤数字电路和数字交叉连接设备组成的数字数据传输网。

4.2.5 DDN接入 • 特征: • 非交换的永久虚电路 • 为用户提供点到点的数字专用线路 • 网络对用户透明，支持任何协议 • 适合于频繁的大数据量通信 • 实际上就是在干线上为用户提供时分复用信道 • 速率可达155Mbps

DDN用户入网方式 （1）DTU接入。通常情况下的接入方式，支持距离在5公里之内，通信速率不超过128Kbps。（2）MODEM接入。支持距离较DTU稍远一些，通信速率不超过128Kbps。（3）xDSL系列设备接入。适用于支持高速用户接入，HDSL可达2048Kbps。若采用ADSL接入（主要用于专线上网），则下行速率最高可达8Mbps。（4）节点机接入。适用于DDN用户专线较集中的位置，特别适用于集团用户中心节点。DDN节点机可通过若干条数字中继接入CHINADDN网，确保集团用户中心节点的稳定性、可靠性、可用性及可扩展性。采用节点机接入维护方便、易于管理，是集团用户理想的接入解决方案。（5）通过光纤电路接入。适用于光纤到户的用户，通信速率可灵活选择。

4.2.6 宽带网接入设备 • 综合业务光端机 • E1-V.35协议转换器 • SDH光互连设备

GD-LY08型（4×E1）综合业务光端机 • 可提供4个E1接口，接口符合ITU. T G703 G742 G832建议； • 可提供1个V.35接口：可作为局域网（LAN）、广域网（WAN） • DDN网传输用接口，接口符合ITU-T V.35建议及ISO 2593标准，支持单端接入； • 可提供1个10 Base–T接口，可作为计算机的以太网卡与远端的以太网交换机相连，或HUB/Switch之间相连的传输接口，接口符合IEEE802.3标准； • 提供2路RS232（V.24）异步数据口，接口速率≤38.4Kb/s（自适应）； • 可提供3路64Kb/s音频接口和1路业务电话联络功能； • 可提供2路带自动电话信令语音电路，作为局端程控交换机用户的延伸，直接与电话机连接； • 设备光接口采用模块化、高可靠、宽动态的收发一体化模块，无中继传输距离≥40Km，最长可达100 Km以上（单模1550nm）；也可采用单纤双向光模块，使系统能在单纤中实现双向通信； • 可从本端监测对端告警状态，区分对端告警内容，可以屏蔽E1告警状态； • 可实现简单协议的集中网管； • 输入电压为：–48V（DC）、±24V（DC）， 220V（AC）可选，整机功耗≤10W； • 整机为型材19英寸1U机箱结构，易于安装。

E1-V.35协议转换器 • E1接口75Ω/120Ω可选 • DCE/DTE两种工作模式 • 均匀时钟/非均匀时钟两种工作模式 • 支持N×64Kbit/s（N=1到32）的V.35速率 • 支持网管（作为远端） • 220V AC / -48V DC 可选具有本端正常工作状态和告警状态指示功能可监控对端的告警状态

OptiXTM155/622HSDH光互连设备

？ 4.3 路由器技术与安装 • WAN服务 • 路由器在WAN中的作用 • WAN的物理层和数据链路层 • 路由器基础 • 路由器组成 • Show命令的定义 • 路由器启动和配置 • 路由器文件备份 • 网络层路径选择 • 路由器运行步骤 • 可路由协议和路由协议 • 静态路由协议和动态路由协议 • IGRP协议的配置

WAN服务 • WAN提供在路由器/桥接器之间的数据报/数据帧的交换，这些路由器/桥接器往往作为LAN的外连设备 • 通过WAN互联的LAN一般分布在一个较广的地理范围内 • WAN连接设备：ISDN、MODEM、Frame Relay、ATM、DDN等等

路由器在WAN中的作用 路由器 • 路由器提供多种服务： • 网络互连 • WAN连接接口 • 网络中路由器承担的角色： • 内部路由器 • 骨干路由器 • 区域边界路由器 • 自治系统边界路由器

WAN带宽交换机 • WAN服务商的设备将提供用于传输音频、视频、数据信息的WAN带宽

配合路由器通信的Modem • 另外一个名字为CSU/DSU(channel service units/digital service units)（通道服务单元/数字服务单元） • 在面向音频的连接中提供进行模数转换的接口 • 在DTE/DCE连接对中的DCE方 • 将在以下的章节中介绍DTE/DCE

WAN物理层 • 一般来讲，DCE作为服务提供者DTE作为连接设备 • 这种模型中，为DTE提供服务的往往是通过一个MODEM或是一个CSU/DSU. • DTE：数据终端设备。如：计算机、主机端口、简单终端等。 • DCE：电路终端设备。如：Modem、线路驱动器等。

WAN物理层 • 在DTE和DCE之间的接口标准有多种： • EIA/TIA-232 • EIA/TIA-449 • V.24 • V.35 • X.21 • G.703

EIA/TIA-232及V.24 • EIA/TIA-232（一般叫做RS232），兼容ITU-T的V.24标准，采用9芯或25芯的针型插座 • V.24是国际电报电话咨询委员会（CCITT）定义的与电子工业协会（EIA）RS－232C标准相同的标准 • 最高速率为64kbps

路由器的V.35 • ITU-T标准 • 描述了网络访问设备和数据分组网络之间通信时使用的同步物理层协议 • V.35在美国和欧洲得到普及应用 • 速率可达4Mbps • 实际推荐的最高速率是48Kbps • 最常见为30针

RAM NVRAM Flash ROM Console Interfaces Auxiliary CISCO路由器内部组成以下内容无标注时，均指Cisco路由器

RAM • 临时存放路由器的配置文件 • RAM内容将在关电或重启后消失 • 存放的内容 • 路由表 • ARP缓存 • 快速交换缓存 • 报缓存 • 报存放队列

NVRAM • Non-volatile RAM • 存放备份/启动配置文件 • 内容在系统关电或重启后仍然存在

Flash • EEPROM (Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory) • 存放Cisco IOS (Internet Operating System) • 可以在不更换Flash芯片的情况下升级系统软件 • 可以存放多个版本的IOS • 关电后保持内容

ROM • 包含开机自检程序(POST:Power On Self Test) • 一段引导程序 (加载Cisco IOS) • 操作系统级软件 • 备份IOS • 安装新的芯片组时需要升级

接口 • 网络连接的地方，通过接口传输数据报 • 连接到主板或者成为一个独立的模块

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