专题七 广域网技术概述（讲义）《计算机网络基础》（河北科学技术出版社）高考备考讲练测（河北省）

专题七 广域网技术概述（讲义） ---《计算机网络基础》专题复习讲练测 [考纲要求] 1.掌握广域网组网的特点 2.掌握路由器与网关的功能及使用方式 3.理解电话网、综合业务数字网、数字数据线路的连接方式及特点 4.理解三层交换机的工作过程 5.熟悉硬件防火墙的工作原理及工作过程 6.熟悉网关的作用 7.理解虚拟专用网VPN [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1、 广域网组网 1.广域网概述 广域网（WAN，Wide Area Network）是覆盖范围从几十千米到几千千米的远程网络，能连接多个地区、城市和国家。Internet是广域网最典型的代表。 2.广域网的特点 广域网与局域网最大的区别在于：广域网强调资源共享，而局域网强调数据传输。广域网使用点对点传输方式，局域网使用广播传输方式。 3.广域网的拓扑结构 广域网的拓扑结构主要有两种：树型结构和网状结构。 （1） 树型结构 树型是层次化分级结构，可以看作总线型的扩展，形状像一棵倒置的树。 ①连接特点：节点按层级连接，有根节点、分支节点、叶子节点；相邻层级节点通信，同层节点一般不直接相连，信息主要在上下节点间传输。 ②优点：结构简单、容易扩展，便于管理和故障隔离，布线成本低。 ③缺点：对根节点依赖性极强，根节点一旦故障，整个分支网络瘫痪；数据传输经过多层转发，延迟较大。 ④广域网应用：运营商部分骨干接入网、分级的区域性广域网。 （2） 网状结构 网络中的各个节点之间，通过多条通信链路相互连接。节点之间可以存在多条传输路径，不是单一通路。 ①可靠性高：当某一条通信链路发生故障时，可以选择其他可用路径传输数据，不会造成整个网络瘫痪。 ②多路径传输：任意两个节点之间可能存在多条通信路径。 ③结构复杂：链路数量多，需要路由算法来选择数据转发路径，网络控制、管理难度较大。 ④建设成本较高：需要铺设较多通信线路。 4.广域网提供的服务 广域网可以向用户提供两种基本服务：面向连接的虚电路服务和面向无连接的数据报服务。 （1） 面向连接的虚电路服务 ①工作方式：在发送数据前，先建立一条逻辑连接（虚电路），然后沿这条虚电路按序发送分组 ②与电路交换的区别：虚电路是逻辑连接而非物理连接，一条物理线路上可复用多条虚电路 ③优点：分组按序到达、无丢失、质量好 ④典型应用：X.25网、帧中继、ATM （2）面向无连接的数据报服务 ①工作方式：每个分组（数据报）独立选择传输路径，不预先建立连接 ②优点：灵活、健壮性强（某链路故障自动选新路径） ③典型应用：Internet的IP协议 （3）两种服务的对比 虚电路服务 数据报服务 是否建立连接 需要（先建立逻辑连接） 不需要 路径选择 建立连接时确定，所有分组走相同路径 每个分组独立选路 分组顺序 按序到达 可能乱序，需重组 可靠性 高（保证按序无丢失） 较低 典型网络 X.25、帧中继、ATM Internet（IP） 2、 广域网的组网方式 1.点对点式的连接 点对点连接是指两个节点之间通过一条专用通信线路直接相连，数据在两点之间直接传输，不经过中间节点。 2.分组交换式的连接 分组交换将较大的数据划分成较小的分组（Packet），每个分组带有源地址和目的地址等控制信息，通过存储转发方式在网络中独立传输，最终到达目的地再重组成完整数据。 3、 广域网实例 1. 公共交换电话网 公共交换电话网（Public Switched Telephone Network，PSTN），就是传统的固定电话网络，属于电路交换网络。 用户打电话时，在通信双方之间建立一条独占的物理线路；通信结束，释放这条线路。早期可以通过调制解调器 Modem，在电话线上传输计算机数字信号，实现广域网接入。特点如下： （1）交换方式：电路交换。通信前建立连接，通信期间独占线路。 （2）优点：通信延迟小，传输连续稳定。 （3）缺点：线路利用率低；建立连接需要时间；带宽低（Modem 最高 56kbps）；一旦线路建立，故障就会中断通信。 （4）用途：早期远程拨号上网，现在很少用于计算机广域网数据传输。 2. X.25网 （1） 概述 X.25网是一种公用分组交换网，采用分组交换技术，使用虚电路方式通信，是早期广域网最典型的代表之一。 （2） 特点 ①交换技术：分组交换，以分组为单位传输。 ②通信方式：虚电路（先建立虚电路，分组沿着同一条逻辑路径传输）。 ③可靠性强：每一段链路都做差错检测、出错重传，适合当年质量差的模拟线路。 ④缺点：大量校验和重传操作，传输延迟大、速率低。 ⑤用途：属于公用广域网，面向公众提供分组数据通信服务 （3） X.25协议 X.25协议分为三个层次： ①第1层：物理层，定义物理接口的电气特性和机械特性。 ②第2层：链路层（帧层），负责数据帧的可靠传输（LAPB协议） ③第3层：分组层（网络层），负责建立/维护/释放虚电路，实现分组交换 3. 综合业务数字网 ISDN（综合业务数字网）俗称“一线通”，是在电话网基础上发展起来的数字通信网络。它不需要调制解调器，使用数字信号传输，可同时进行电话、传真、数据等多种通信业务。 ①ISDN的接口 接口类型 通道组成 总速率 适用场景 基本速率BRI 2B+D （2个64kbps B通道 + 1个16kbps D通道） 144kbps 家庭/小型办公室 基群速率PRI 23B+D/ 30B+D 1.544Mbps 企业/大型机构 ②ISDN通道的类型：ISDN（综合业务数字网）信道分为 B 通道、D 通道、H 通道。 B 通道：速率：64 kbps；作用：传输用户业务信息，如数字化语音、数据、图像、传真。特点：可以独立建立电路连接，多个 B 通道可以捆绑合并获得更高带宽。 D 通道：速率：基本速率接口 BRI 中为16 kbps；基群速率接口 PRI 中为64 kbps。作用：传送信令（控制信号），负责 B 通道呼叫的建立、维持、拆除；也可低速传输少量分组数据。 H 通道：属于高速用户通道，由多个 B 通道复用组成。作用：用于视频会议、高速数据、高质量音频等高带宽业务。 4. 数字用户线路 DSL（数字用户线路）技术是通过铜线或本地电话网提供数字连接的一种技术。人们通常把所有的DSL技术统称为xDSL，“X”代表不同种类的数字用户线路技术。DSL技术分为： （1） 对称DSL 上下行速率相同；对线路质量要求低、安装调试简单。分为：HDSL、SDSL、MVL。 （2） 非对称DSL 上下行速率不同（下行>上行）；适用于Internet接入、VOD点播。分为：ADSL、RADSL、VDSL。 5. 数字数据网 DDN（数字数据网）是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，为用户提供半永久性的数字连接。 （1）连接方式：点到点的点对点通信，为用户提供专用线路 （2）连接性质：半永久性数字连接（需租用线路，非永久免费） （3）传输特点：数字信道传输，带宽利用率高、速度快、延迟短 （4）安全性：安全、传输可靠性高 （5）适用场景：大型企业、金融机构 6. 光配线网络 ODN（Optical Distribution Network，光配线网络）位于光纤干线和广大用户之间，负责将光信号分配到各用户。无源的光配线网常称为PON（无源光网络）。 4、 虚拟专用网 1.概述 VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网）是将物理分布在不同地点的网络通过公用骨干网（尤其是Internet）连接而成的逻辑上的虚拟子网。 2.VPN系统的组成 （1）VPN服务器：接收和验证VPN连接请求，处理数据封装/解封装。 （2）VPN客户端：发起VPN连接的计算机或设备 （3）VPN数据通道：在公共网络上建立的逻辑传输通道 3.VPN安全性的4种技术 （1）隧道技术（封装技术） VPN的基本方式。需安全传输的数据分组经封装处理后，从信源VPN端点进入隧道，穿越VPN网络，到达信宿VPN端点，再经过解封装得到原始数据。在中转节点不会解析原始数据。 （2）加密技术 当数据需要跨越多个运营商的网络时，使用加密技术保证数据安全。隧道两端的数据包经过加密和解密。 VPN采用的加密手段：VPN内的各台主机对各自的信息进行相应的加密。 （3）密钥管理技术 主要的密钥交换和管理标准有：SKIP和ISAKMP（安全联盟和密钥管理协议）。 （4）身份认证技术 在隧道建立之前确认访问者身份，系统根据访问者身份实施资源访问控制。 5、 广域网设备 1. 三层交换机 （1）概述 三层交换机是一种在二层交换机的基础上增加了三层路由模块，能够根据IP地址转发数据包，在网络层实现数据包高速转发，以及在多个局域网间完成数据传输的网络互连设备。 （2）工作过程 三层交换机融合二层交换与三层路由功能。当主机同网段通信，直接基于 MAC 地址进行二层交换；当跨网段通信时，数据流的第一个数据包由三层模块进行路由处理，并生成硬件转发表，后续同流数据包直接由硬件二层转发，即一次路由，多次交换，实现高速跨 VLAN 转发。 2.硬件防火墙 硬件防火墙是专门用于网络安全防护的硬件设备，用于监控和控制进出网络的数据流，防止未授权访问和网络攻击。 （1）功能：实现访问控制、NAT 地址转换、日志审计、抵御网络攻击、支持 VPN、流量管理。 （2）分类类型 ①包过滤防火墙（网络层防火墙） 工作在网络层 / 传输层。检查数据包头部信息（源 IP、目的 IP、端口、协议），按规则放行或丢弃。优点：速度快、成本低；缺点：不检查应用层内容，无法识别基于应用的攻击。 ②应用代理防火墙（应用层网关） 工作在应用层。防火墙代替内外网主机建立连接，代理访问。内外网之间没有直接连接。 优点：安全性高，可识别应用层协议；缺点：处理速度慢，每种应用需要单独代理。 ③状态检测防火墙（状态包检测，主流硬件防火墙类型） 兼顾包过滤速度和应用层安全。跟踪连接状态，不是只看单个数据包，而是看整个会话连接。优点：安全性较高，性能好；现在绝大多数硬件防火墙都是这一类。 3. 路由器 路由器（Router）是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组，用于连接不同的网络，实现局域网与局域网、局域网与广域网之间的通信。路由器工作在OSI模型的网络层。 （1）工作原理 ：路由器收到 IP 分组，解析目的 IP，查询路由表，选择下一跳，重新封装二层头部，转发分组；无匹配路由则丢弃分组。 一句话考点：路由器基于 IP 地址转发，隔离广播域。 （2）路由优先级 不同的路由来源具有不同的优先级（管理距离），数字越小优先级越高。 路由来源 优先级 说明 直连路由 0 路由器直接连接的网络 静态路由 最高（1） 由网络管理员手工配置，在所有的路由中静态路由的优先级最高 动态路由RIP 120 距离向量协议，跳数作为度量值 （3）IP分组的交付和路由选择 ①直接交付：源主机和目的主机在同一网段。不经过路由器，主机之间直接二层交付，ARP 获取对方 MAC，封装帧直接发送。 ②间接交付：源主机和目的主机不在同一网段。数据包先发给默认网关（路由器），由路由器逐跳转发，经过多个路由器接力，最终送达目的主机 4. 网关 网关（Gateway）又称网间连接器或协议转换器，用于将两个或多个在OSI参考模型的传输层以上层次使用不同协议的网络连接在一起，实现不同网络协议的翻译和转换工作。 [限时练习] 1.广域网提供的两种服务模式对应的组网方式是（ ）。 A. 虚电路方式和数据报方式 B. 总线型方式和星型方式 C. 虚电路方式和总线型方式 D. 数据报方式和总线型方式 【答案】A 【解析】广域网提供的两种服务模式是：面向连接的服务（对应虚电路方式）和无连接的服务（对应数据报方式）。 2.下列关于DDN的说法，不正确的是（ ）。 A. 带宽利用率高 B. 永久性的数字链接 C. 速度快、延迟短 D. 安全、传输可靠性高 【答案】B 【解析】DDN为用户提供的是半永久性的数字连接[word_22]，即用户申请的连接会在一定时期内保持，但用户需要向电信部门租用线路并支付费用，而非一次部署就永久有效。 3.网关的主要功能是（ ）。 A. 连接相同协议的网络 B. 进行不同协议网络之间的协议转换 C. 放大传输信号延长传输距离 D. 在数据链路层转发数据帧 【答案】B 【解析】网关（Gateway）又称网间连接器或协议转换器，主要功能是进行不同协议网络之间的协议转换和翻译工作，工作在传输层及以上层次。 4.包过滤防火墙工作在哪一层，它根据（ ）信息进行过滤。 A. 应用层；数据内容 B. 数据链路层；MAC地址 C. 网络层；IP地址和端口号 D. 传输层；TCP序列号 【答案】C 【解析】包过滤防火墙工作在网络层（也称分组过滤路由器），通过检查单个数据包的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号、协议类型等信息，与规则表的规则进行比较后决定是否允许数据包通过。 5.下列选项中，关于VPN的描述正确的是（ ）。 A. VPN需要有自己专用的物理线路 B. VPN在隧道传输过程中，中转节点可以解析原始数据内容 C. VPN只能用于公司总部和分公司的连接 D. VPN在公共网络上通过隧道技术建立逻辑上的专用通道 【答案】D 【解析】 VPN（虚拟专用网）利用公共网络资源建立逻辑上的专用通道，没有自己的专用线路。 6.应用层网关代理防火墙的工作过程是（ ）。 A. 客户机将数据请求发给代理服务器，代理服务器向目标服务器索取数据后，再传输给客户机 B. 客户机直接与目标服务器建立连接 C. 客户机向代理服务器发送数据，代理服务器不做任何处理直接转发 D. 代理服务器只检查数据包的IP地址和端口号 【答案】A 【解析】应用层网关工作过程：①客户机将数据请求发给代理服务器→②代理服务器向目标服务器索取数据→③代理服务器将数据传输给客户机。代理服务器通过自身复制数据，防止受信主机与非受信主机间直接建立联系。 7.下列叙述中错误的是（ ）。 A. 公共交换电话网采用电路交换技术 B. 公共数据网X.25采用分组交换技术 C. 综合业务数字网可以传送语音和数据业务 D. 帧中继网提供无连接的传输服务 【答案】D 【解析】帧中继网本质上是分组交换技术（面向连接的方式），不是无连接服务。 8.目前VPN使用了（ ）技术保证了通信的安全性。 A. 隧道协议、身份认证和数据加密 B. 身份认证、数据加密 C. 隧道协议、身份认证 D. 隧道协议、数据加密 【答案】A 【解析】目前VPN使用了隧道协议、身份认证和数据加密三项技术结合保证通信安全性。隧道协议提供数据传输通道，身份认证确认访问者身份，数据加密保证数据内容安全。 9. 关于路由器，下列说法中正确的是 （ ）。 A. 路由器处理的信息量比交换机少，因而转发速度比交换机快 B. 对于同一目标，路由器只提供延迟最小的最佳路由 C. 通常的路由器可以支持多种网络层协议，并提供不同协议之间的分组转换 D. 路由器不但能够根据逻辑地址进行转发，而且可以根据物理地址进行转发 【答案】C 【解析】路由器工作在网络层（OSI第三层），通常支持多种网络层协议（如IPv4、IPv6、IPX等），并能实现不同协议之间的分组转换（例如IPv4与IPv6之间的转换），这是路由器的核心功能之一。 10.广域网的通信子网通常采用分组交换技术。（ ） 【答案】对 【解析】广域网的通信子网主要采用分组交换技术。广域网中最典型的交换方式就是分组交换，它将较大的数据划分成较小的分组，通过存储转发方式在网络中独立传输。 11.根据上下行数据的传输速率是否相同，DSL技术可以分为_________和_________。 【答案】对称DSL、非对称DSL 【解析】DSL技术分为两大类：对称DSL（上下行速率相同，如HDSL、SDSL）和非对称DSL（上下行速率不同，下行>上行，如ADSL、VDSL）。 12. ISDN定义了三种通道类型，即______、__________和__________。 【答案】B通道、D通道、H通道 【解析】 ISDN定义了三种通道类型：B通道（64kbps，用于传输数据/语音）、D通道（16kbps或64kbps，用于传输控制信号）、H通道（用于高速传输）。 [内容小结] 1.重点记忆广域网与局域网的区别、三种接入技术（PSTN/ISDN/DDN）的特点。 2.理解三层交换机工作原理：核心口诀“一次路由，多次交换”。 3.区分防火墙三种类型的层次、安全性和速度对比。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $