《广域网技术》PPT课件.pptVIP

第六章广域网技术 6 1广域网 WAN WideAreaNetwork 广域网又称远程网 longhaulnetwork 常利用公用通信网络提供的信道进行数据传输 网络结构比较复杂 传输速率一般低于局域网 广域网 WAN WideAreaNetwork 广域网参考模型 广域网的重要组成部分是通信子网 一般由公用网络系统充当通信子网 如 公用电话交换网 PSTN 数字数据网 DDN 分组交换数据网 X 25 帧中继 FrameRelay 综合业务数据网 ISDN 和交换多兆位数据服务 SMDS 等 广域网的标准协议 包括物理层协议 数据链路层协议和X 25的网络层协议 其中X 21bis是X 25网的物理层协议 V 24 V 35 EIA TIA 232等是同步或异步接口的广域网物理层标准协议 广域网的数据链路层协议有面向字节和面向位两种类型 目前广域网中常用的SDLC HDLC LAP和LAPB等都是同步串行 Serial 面向位的传输 使用数据链路层标准协议 它们具有相同的帧格式 全部使用位填充来保证数据的透明性 同步数据链路控制协议SDLC SynchronousDataLinkControl 它可用于点到点和多点链路 站点分为主站 Primary 和辅站 Secondary SDLC在电路交换和包交换的网络环境中应用 它可以操作在半双工或全双工两种传输方式 高级数据链路控制协议HDLC HighLevelDataLinkControl 是从SDLC演变而来的 ISO在SDLC基础上作了一些修改 产生了HDLC HDLC与SDLC的帧格式相同 全双工操作相同 它们都是同步 面向位的数据链路层协议 数据链路层协议的两种类型 HDLC与SDLC的不同之处是 HDLC只支持点到点链路 SDLC可用于点到点和多点链路 HDLC有32位校验和 SDLC没有 HDLC支持三种传输模式 NRM ARM ABM SDLC只支持一种 由于HDLC对SDLC有很大的改进 所以 HDLC协议在广域网中的应用最为广泛 如 通过DDN数字专线实现点到点的远程连接时 一般都使用HDLC协议 链路访问过程 LAP LinkAccessProcedure LAP是CCITT采纳了HDLC协议后 又对HDLC进行了修改得来的 后来 LAP又被修改为LAPB LinkAccessProcedureBalanced 实际上LAP和LAPB是HDLC的一个子集 它们也都是面向位的协议 LAP和LAPB是X 25网使用的数据链路层协议 串行线互联协议 SLIP SerialLineInternetProtocol 点到点协议 PPP Point to PointProtocol 是串行线上常用的两个数据链路层通信协议 SLIP是早期的串行线协议 它比较简单 仅传输IP分组 而且只能在异步传输的串行线上使用 SLIP通常在拨号线连网环境中应用 SLIP PPP的主要区别如下 PPP协议既可以在异步串行线上使用 拨号网 也可以在同步串行线上 数字专线 使用 SLIP只能在拨号网络中应用 PPP能够支持多种协议 SLIP仅支持IP协议 PPP有错误检测和纠错功能 它比SLIP协议有更好的传输性能 PPP的用户在拨号建立连接时 可进行身份验证 非法用户将被拒绝建立链路 安全性好 PPP协议提供地址协商功能 允许用户拨入时 由PPP服务器动态的分配IP地址 PPP允许通信双方动态的协商一些选项 更适合在异构网环境下使用 6 2Internet的简介 什么是Internet 对一个用户来说 Internet看上去像一个单一的 巨大的网络 但实际上它是由成千上万个通过路由器这种专门计算机网络设备连接起来的网络构成的 路由器能互联广域网和广域网 广域网和局域网 或者局域网和局域网 因为Internet是由路由器将不同的网络连接起来而形成的 因此人们称Internet为网中网 Internet又称为 网际网 国际互连网 因特网 Internet快速发展 1983年 TCP IP协议研制成功 TransmissionControlProtocol InternetProtocol ARPA的鲍勃 凯恩 斯坦福的温登 泽夫合作发明ARPA网并全部采用TCP IP Internet作为使用TCP IP协议连接的各个网络的总称被正式采用internet是各网联结总称 1985年 NSFNet美国国家基金会资助建立连接美5大超级计算中心的科技网 也得到军方的支持 NSFNet MILNet 1986年 多协议路由器Cisco公司发明 Internet快速发展 1984年 HTML超文本置标语言 HyperTextMarkupLanguge 日内瓦欧洲粒子物理实验室 TimeBerners Lee 1989年 WWW研制成功 worldwideweb 1991年公布 1990年 电子邮件 FTP 消息组等Internet应用受到人们的欢迎 TCP IP协议在UNIX系统中的实现更进一步推动了这一发展 Internet快速发展 90年代网络的交换技术 ATM GB以太网等技术的发展 瘦客户机手上电脑 HPC Internet2 NGI NextGenerationInternet 等的研究 Internet的商业化运做 IBM SUN等公司向以网络为中心经营 中国的Internet 中国1994年4月正式与Internet连接1999 12 312000 06 302001 011 我国上网计算机数 万台 350650892专线上网 万台 41101141拨号上网 万台 3095497512 我国上网用户人数 万 89016902250专线上网人数 万 109258364拨号上网人数 万 66611761543移动终端 家电人数 万 59923 我国WWW站点数 个 1515327289265405中文域名数为 个 717274 我国国际线路的总容量为 M 35112342799连接的国家有美国 加拿大 澳大利亚 英国 德国 法国 日本 韩国等 中国的Internet 中国科学技术计算机网 CSTNET NCFC APT CASnet CERnetCSTnet 信息服务 超级计算 CNNIC1999 12 312000 06 302001 0110M55M中国公用计算机互联网 CHINANET 邮电部主管 依托CHANAPAC CHANADDN PSTN 1995年6月完成2000 06 302001 01711M1953M 北京170M 上海214M 广州327M 北京721M 上海661M 广州571M 中国教育和科研计算机网 CERNET 教育部主管 10主结点 完全采用TCP IP技术 1995年12月完成2000 06 302001 0112M117M中国金桥信息网 CHINAGBN 电子部建设 1996年9月完成 政府机关 文教单位 大型企业1999 12 312000 06 302001 0122M69M148M 北京49M 上海12M 广州8M 北京53M 上海59M 广州36M 6 3Internet地址 要使Internet上主机间能正常通信 必须给每个计算机一个全球都能接收和识别的唯一标识 它就是IP地址 IP地址的分类和表示 从概念上讲 每个IP地址都是由两部分构成 网络号 主机号 其中 网络号标识某个网络 主机号标识在该网络上的一个特定的主机 IP地址分为A B C D E五类 A类 第一个字节的最高位是0B类 第一个字节的前两位是10C类 第一个字节的前三位是110D类 第一个字节的前四位为1110E类 第一个字节的前五位为11110A B C三类IP地址的结构都是由两部分组成 网络号和主机号 A类地址 共128个子网 每个子网内可以有1600万台主机 B类地址 共16 384个子网 每个子网内可以有65 536台主机 C类子网 共200万个子网 每个C类子网内最多只能有256台主机 将IP地址中每个字节以十进制数字表示 并用 隔开 五类地址如下 类型最低地址最高地址A1 0 0 1126 255 255 254B128 0 0 1191 255 255 254C192 0 0 1223 255 255 254 D224 0 0 0239 255 255 255E240 0 0 0247 255 255 255 子网和掩码 严格地说IP协议为每一个网络连接 网卡 分配一个IP地址 如果某台主机有多个网络连接 则要为它分配多个IP地址 同一主机上的多个连接的IP地址之间并没有必然的联系 IP地址并不是标识某台机器 而是标识一个主机与网络的一个连接 地址掩码 mask 和子网 subnet 掩码是一个与IP地址对应的32位数字 掩码是1 0 通过掩码可以把IP地址中的主机号再分为两部分 子网号和主机号 这样 就可以把A类或者B类IP地址的地址空间再细化成若干个稍小一些的子网 每个子网中所能够包含的最多主机数比原来的要少 掩码中的0和1可以任意分布 不过一般在设计时 把掩码开始连续的几位设为1 IP地址与掩码中为1的位相对应的部分为子网号 其他为0的位则表示的是主机号 使用了掩码后 通常把原来的网络号和新划分的子网号合在一起称为网络号 与掩码为1的位相对应 把掩码划分后的新的主机号叫做主机号 与掩码为0的位相对应 A类地址相对应的标准掩码是 255 0 0 0B类地址相对应的标准掩码是 255 255 0 0C类地址相对应的标准掩码是 255 255 255 0 子网和掩码 使用掩码把一个可以包括1600万台主机的A类网络或6万多台主机的B类网络分解成许多小的网络 每个小的网络就称为子网 SUBNET 且每个子网内最多可有主机8192台 可以认为掩码是对地址分类的扩展 它加大了地址分配的灵活性 按照规定 一个主机号部分的所有位都为 0 的地址是代表该网络本身的 叫做网络地址 例如162 105 130 0就是一个网络地址 这样 IP地址可以用来指定单个主机 也可以用来指定一个网络 把主机接口的IP地址和其相应的掩码相与 就得到该接口所在网络的网络地址 而把IP地址和掩码的反码进行与运算 则得到主机地址 在IP协议中 对主机或路由器的每个网络接口都要为之分配一个地址 对应每个地址有相应的掩码 属于同一个网络上的IP地址的掩码应该是一样的 以保证通过掩码计算后的子网地址是相同的 3 3 1IP协议 网际协议 IP 属于TCP IP模型和互连网层 提供关于数据应如何传输以及传输到何处的信息 IP是一种使TCP IP可用于网络连接的子协议 即TCP IP可跨越多个局域网段或通过路由器跨越多种类型的网络 在一个网际环境中 被连接在一起的单个网络被称为子网 使用子网是TCP IP连网的一个重要部分 数据帧的IP部分被称为一个IP数据报 IP数据报如同数据的封面 包含了路由器在子网中传输数据所必需的信息 IP数据报包括报头和数据 总长度不能超过65535字节 下面描述了IP数据报头的各部分 一个IP数据报的各组件图 IP协议 数据报 版本 标识协议的版本号 接收方工作站首先查看该域以决定它是否能够读取该输入数据 若不能 它将拒绝该数据包 然而 由于大多数TCP IP网络使用IP版本4 IPv4 很少发生拒绝事件 一个更高级的IP版本 即IP版本6 IPv6 已经开发出来并将在不久使用 IPv6将具有向后兼容性以便能够接收IPv4的数据 网际报头长度 IHL 用32位编组形式标识IP报头的长度 最常用的IP报头由四个编组 或20个8位字节组成 该域的重要性在于它向接收点指示了数据从何处开始 在报头结束之后立即开始 服务类型 ToS 通过指定数据的速度 优先权或可靠性 通知IP如何处理输入的数据报 总长度 用字节标识数据报的总长度 其包括报头和数据 IP协议 数据报 标识符 标识一个数据报所属的消息 以使得接收节点可以重组被分断或分段的消息 该域和下面两个域 即标识符和段偏移量 在数据报的分段和重组过程中起作用 标志 无分段 DF 或多个分段 MF 标识一个消息是否被分段 如果是 则表示数据报是否是最后一个段 分段偏移量 标识数据报段属于输入段集的哪一段 生存期 TTL 标识一个数据报在它被抛弃前在网络中存在的最大时间 单位为秒 TTL对应于一个数据报通过路由器的数目 一个数据报每次通过一个路由器 TTL将减去一秒 不论路由器是否花费一整秒进行数据处理 IP协议 数据报 协议 标识将接收数据报的传输层协议类型 如TCP或UDP 报头校验和 决定IP报头是否已被破坏 源地址 标识源节点的完整的IP地址 目标地址 标识目标节点的完整的IP地址 可选项 可以包含可选的路由和实时信息 填充位 包含填充信息以确保报头是32位的倍数 该域的大小可变 数据 包括了由源节点发送的原始数据 外加TCP信息 IP协议是一种不可靠的 无连接的协议 注意到IP数据报并不包含一个校验和部件 报头校验和仅仅验证IP报头中路由信息的完整性 若校验和值不正确 则数据包将被认为已破坏并被抛弃 同时 一个新的数据包被发送 3 3 2TCP协议 传输控制协议 TCP 协议属于TCP IP协议群中的传输层 提供可靠的数据传输服务 TCP是一种面向连接的子协议 意味着在该协议准备发送数据时 通信节点之间必须建立起一个连接 TCP协议位于IP子协议的上层 通过提供校验和 流控制及序列信息弥补IP协议可靠性的缺陷 如果一个应用程序只依靠IP协议发送数据 IP协议将杂乱地发送数据 如不检测目标节点是否脱机 或数据是否在发送过程中已被破坏 另一方面 TCP包括了可保证数据可靠性的几个组件 TCP协议段的各个域描述如下 TCP包头最少也要20个字节长 它包含如下的域 源端口 端口 其他协议也称为套接字或者会话 与两个通信进程之间使用的虚拟电路有些类似 TCP端口也称为 端口 为了兼容性考虑 各个特定的任务都有指定的端口 端口在TCP中的实现意味着两个建立起连接的结点之间在一个网络会话上可以在给定的时间内有多个进程进行通信 例如 其中一个端口用于传输网络的状态 而另外一个端口用于电子邮件或者文件传输 源端口是位于发送设备上的端口 目的端口 接收设备上的端口 用于发送结点和接收结点之间涉及应用进程的通信 例如文件传输 序列号 在传输中的每个帧都具有一个32位的序列号 其作用是保证TCP接收到了全部的帧 序列号还用于识别重复帧 当帧经过不同的网络路径或者信道到达时 对帧进行正确排序 确认号 在检验了序列号之后 TCP将发送确认号 表示该帧已经收到 如果没有发回确认号 该帧将进行重传 偏移量或报头长度 偏移量的值指示的是包头的长度 因此帧的数据部分从何处开始可以很快地确定 标志 在帧的这个域中 有两个标志分别用以指示整个数据流的开始 SYN 和终止 FIN 其他的标志都是控制信息 例如连接重新复位或者显示紧急指示符发生了作用 窗口 要和流量控制协作 窗口由可以在发送者接收到接收者的确认之前进行传输的字节数组成 当达到窗口的尺寸之后 将启动流量控制 终止传输 直到收到下一个确认为止 例如 如果窗口的尺寸为64个字节 那么若在传输完第65个字节之后仍未接收到确认 将启动流量控制 当一个网络由于网络流量太大而变慢时 可以增大窗口的尺寸 以防止在不需要的情况下启动流量控制 当接收结点响应较慢时 也可以将窗口尺寸变窄 使带宽达到最大限度将某些应用问题或者网络拥塞产生的数据重传降到最低 更正传输错误或者网络不能容忍的软件应用故障 校验和 校验和是一个16位的循环冗余校验 其值是通过对包头中的所有域和数据负载域进行计算而得出的 TCP段中的所有域的和 紧急指示符 包头中的这个域向接收者提示所到达的是重要数据 并且还可以用以指示在所传输的帧序列中紧急数据已经发送完毕 其目的是为了提供一种预先的信息 用以说明在一个或者多个帧的序列中 还有多少数据需要接收 选项 帧中的这个域可以包含一些与传输有关的额外信息和标志 填充 填充区用于当选项数据很少或者根本没有选项数据时对包头进行填充以达到所需的包头长度 因为包头的长度必须是32的倍数 在TCP段中实际携带的数据称为数据负载 它由从发送方传送到接收方的原始数据组成 TCP和IP端口支持全双工和半双工通信 TCP确认可能会导致网络上出现过多的额外数据流量 其处理方式有三种 具体方法取决于网络 一种方法是对每一个帧都发送回一个确认 这种做法产生的数据流量最多 因为对每一个接收到的帧都需要发送一个包含确认的空帧 另外一种做法是把TCP的窗口设置为一个特别大的值 在发送确认之前先看看该传输是不是马上可以结束 如果马上可以结束 则由发送结点在接收到的第一个帧的确认中将一批确认信息发回 最后一个做法是使用UDP帧而不是TCP 用户数据报协议 UDP 它选择以无连接数据流的方式传送数据 可以形成 传输和重组数据帧 每个帧由一个简单得多的包头后跟数据组成 UDP包头包含如下几个域 源端口 该端口用于发送结点上的单个进程和接收结点上的相同进程进行通信 目的端口 这是一个接收结点使用的端口 通过该端口可以连接到与之通信的位于发送结点上的进程 长度 长度域包含有帧的长度信息 校验和 校验和的使用方法和TCP相同 用于接收到的帧和所发送的帧进行比较 UDP帧图 UDP不能像传统的TCP那样提供良好的可靠性和差错检查 因为它仅仅依赖于校验和来保证可靠性 UDP不进行任何流量控制 没有序列或者确认 它是一个严格的无连接协议 这使它在处理和传输数据的速度上要快一些 TCP IP包的封装 IP将通信可靠性留给了内嵌的TCP段 TCP包头和负载数据 该段紧跟在IP包头的后面 可以完成流控制 保证包的顺序 确认包的接收等 当TCP段使用IP包头信息进行格式化之后 整个单元就称为一个数据报或者包 6 3 3TCP IP应用层协议 除核心的传输层和互连网层协议之外 TCP IP协议群还包括几个应用层协议 这些协议工作于TCP或UDP及IP协议之上 将用户的请求翻译成网络可阅读的格式 下表描述了较通用的应用层协议 Telnet 一种终端仿真协议 用于通过TCP IP协议群登录到远程主机上 Telnet常用于连接两个不同的系统 如PC和UNIX 通过Telnet 可控制处于局域网和广域网 如Internet上的远程主机 例如 网络管理员使用Telnet从家中登录到公司的路由器上以修改路由器的配置 文件传输协议 FTP 一种借助TCP IP协议进行发送和接收文件的协议 FTP是一种客户机 服务器协议 在该协议中运行FTP协议服务器部分的主机接收来自于运行FTP客户机部分的另一主机的命令 它通过一组非常简单的命令构成它的用户接口 TCP IP应用层协议 简单邮件传输协议 SMTP 该协议负责将消息从一个邮件服务器上传输到Internet上或其他基于TCP IP协议的网络上的另一个邮件服务器 SMTP使用简单的请求 响应机制传输信息 并依据更复杂的协议 如邮局协议 POP 来跟踪邮件的存储和转发 简单网络管理协议 SNMP 一种用于管理TCP IP网络设备的通信协议 为使用SNMP 网络中的每个设备将运行一个代理程序以收集关于该设备的信息 SNMP将收集到的信息传输给一个中央数据库 所有的标准网络管理程序都使用SNMP 6 4广域网的传输方法 多年来一直存在的WAN技术 以及一些目前仍在发展的技术 X 25是最古老的WAN技术之一 但在年代较久远的LAN安装中仍然有很多的应用 新型的WAN技术 如帧中继 ISDN SMDS DSL和SONET 目前在美国和世界上许多地区都得到了应用以进行快速的WAN通信 本节主要介绍 解释X 25通信协议 并实施X 25WAN连接 解释WAN中使用的帧中继 说明语音 数据 视频网络的ISDN通信 并解释如何连接到ISDN 定义SMDS网络互连 并解释它是如何实施的 说明用于高速网络互连的DSL网络通信 解释SONET的工作原理以及它比SMDS应用广泛的原因 公共电话交换网PSTN 特征 电路交换有拨号连接过程即可传输模拟信息 也可传输数字信息用户环路为模拟传输数据通信时需要使用MODEM收发双方传输速率必须相同 最高为56kbps 6 4 1X 25 X 25协议 也称为RecommendationX 25 是WAN协议之一 它采用的是60年代和70年代开发的包交换技术 1976年 X 25协议被国际电话与电报顾问委员会 ConsultativeCommitteeonInternationalTelegraphandTelephone CCITT 现在是ITU T 采纳 用于国际公用电话数据网 PDN 中 X 25协议主要定义了数据是如何从计算机等数据终端设备 DTE 发送到包交换机或访问设备等数据电路端接设备 DCE 的 X 25协议提供了点对点的面向连接的通信 而不是点到多点的无连接通信 后者也应用在许多其他WAN协议中 因为是面向连接的 所以X 25协议包含了证实WAN连接连续的技术 并要确保每个包都可以到达其预期的目标地址 X 25分组交换网 PDN 特征 工作在OSI RM的低3层采用分组交换 面向连接 虚电路 可靠性高多路复用 一条物理链路支持多条虚电路点对点传输 不支持广播支持多种高层协议 它们均作为普通数据被封装在X 25的分组中在网络中传送工作速率 64Kbps X 25 X 25协议不是高速的WAN协议 但它可以提供 全球性的认可 可靠性 连接老式的LAN和WAN的能力 将老式主机和微型机连接到WAN的能力 当X 25载波服务刚刚引入时 其传输速度被限制在64Kbps内 1992年 ITU T更新了X 25标准 传输速度可高达2 048Mbps 1 X 25和OSI模型 虽然X 25协议出现在OSI模型之前 但是ITU T规范定义了在DTE和DCE之间的分层的通信 与OSI模型的前三层呼应 见图 X 25物理协议层 第1层 X 25链接访问层 第2层 X 25包协议层 第3层 X 25的体系结构X 25 在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间的接口 它对应于OSI层次模型的最下三层 网络层 数据链路层 物理层 X 25模型 物理协议层 物理协议层由ITU T的X 21标准定义 该层控制着到通信适配器和通信电缆的物理和电子连接 物理层使用同步通信来传输帧 在物理层中包含着电压级别 数据位表示和定时及控制信号 X 25物理接口与PC串行通信端口的EIA 232C D标准很相似 链接访问层 X 25的第2层等价于OSI模型的数据链路层的MAC子层 X 25第2层处理数据传输 编址 错误检测和校正 流控制和X 25帧组成等 其中包含均衡式链路访问过程 LinkAccessProcedure Balanced LAPB 协议 是用来建立或断开WAN上的虚拟连接的 虚拟连接是通信介质中两点之间的逻辑连接 在一个物理连接或通信电缆中可以有多个虚拟的X 25连接 LAPB还可以确保帧是按发送的顺序来接收的 接收时未受任何损害 X 25模型 包协议层 第3层类似于OSI的网络层 该层处理信息顺序的交换 并确保虚拟连接的可靠性 它可在一个虚连接上同时转接多达4095个虚拟连接 第3层提供了以下基本服务 1 在主机等DTE和X 25适配器等DCE之间创建两个逻辑信道 一个信道用于发送端 一个用于接收端 2 在逻辑信道机器相连的网络设备接口之外创建虚拟电路 3 当有多个X 25用户时可以进行多路转接器 交换机 通信会话 2 X 25的传输模式 X 25网络可以通过下列三种模式之一来传输数据 交换型虚拟电路 永久型虚拟电路和数据报 交换型虚拟电路 SwitchedVirtualCircuit SVC 是通过X 25交换机来从结点到结点建立的一种双向的信道 这种电路是逻辑的连接 只在数据传输期间存在 一旦传输结束 那么其他结点就可以使用这个信道了 永久型虚拟电路 PermanentVirtualCircuit PVC 是一种一直都保持的逻辑通信信道 这种连接即使是数据传输结束了都会保持 交换型虚拟电路和永久型虚拟电路都是包交换技术的典型例子 数据报是在未建立通信信道而发送的打包数据 它使用一种消息交换技术来到达其目标地址 各个包都编址到给定的目标地址 根据选择的路径不同 到达的时间可能不同 3 X 25的连接特性 X 25通信由下列设备来完成 DTE 可以是终端 也可以是从PC到大型机等的各种类型的主机 DCE DCE是诸如X 25适配器 访问服务器或包交换机等的网络设备 用来将DTE连接到X 25网络上 包拆装器 PacketAssenbler Disassembler PAD 这是一种将包打包为X 25格式并添加X 25地址信息的设备 当包到达目标LAN时 可以删除X 25的格式信息 PAD中的软件可以将数据格式化并提供广泛的差错检验功能 每个DTE都是通过PAD来连接在DCE上的 PAD具有多个端口 可以给每一个连接于其上的计算机系统建立不同的虚拟电路 X 25的连接特性 DTE向PAD发送数据 PAD按X 25格式将数据格式化并编址 然后通过DCE管理的包交换电路将其发送出去 DCE连接在包交换机 Packet SwitchingExchange PSE 上 PSE是X 25WAN网络中位于厂商站点的一种交换机 X 25网络有四个特别重要的协议 如下所示 X 3协议 规定了PAD是如何转换要发送的X 25格式的包 以及当包到达其目标网络时 是如何将X 25信息删除掉的 X 20协议 定义了DTE和DCE之间的起始和终止传输 X 28协议 说明了DTE 或称终端 和PAD之间的接口 X 29协议 说明了控制信息是如何在DTE和PAD之间发送的 以及控制信息发送的格式是怎样的 X 25网络图 DCE DCE DTE DTE X 25 X 25 PSE 分组交换设备 广域网 X 25网络的组成 X 25网络由许多称之为分组交换机 PSE 的节点组成 为了保证通信可靠性 每个PSE至少与另两个PSE相连接 使得一个PSE故障时 能通过其他路由继续传输信息 PSE之间交换的是分组 包 所以又称X 25网为分组交换网或包交换网 PSE采用存储转发的方法交换分组 X 25网络的设备 数据终端设备 DTE X 25网络的末端设备 如路由器 主机 终端 PC机等 一般位于用户端 故称为用户设备 数据电路端接设备 DCE 专用的通信设备 DTE通过DCE接入X 25网络PSE X 25网络分组交换机 用于数据的存储转发PAD设备 用于将非分组设备接入X 25网 位于DTE与DCE之间 实现三个功能 缓冲 打包 拆包 见下页图 缓冲区 打包拆包 PAD 非分组终端 DCE PAD的工作原理 X 25网络 X 25网络为用户提供的是虚电路服务 多个虚电路可复用到单条物理电路上 DTE之间端到端的通信是通过双向虚电路来完成的 一般申请16个双向虚电路 X 25即支持永久虚电路PVC 也支持交换虚电路SVC X 25提供的服务 X 25网络的接入 分组终端 直接接入非分组终端 通过PAD接入字符终端 用拨号 PSTN 方式间接接入 X 28 X 32 利用X 25组网 1 通过X 25将PC接入局域网PC端 X 25网卡 同步MODEMLAN端 路由器 同步MODEM2 通过X 25实现LAN的远程互连双方均需路由器 同步MODEM X 25的连接特性 这种形式的包交换包含着用存储转发技术来传送消息 DTE将数据消息整理为包的形式发送给PAD PAD可以在一条电缆介质上从多个DTE向包交换结点 DCE 发送数据 DCE就是一个交换机 它在物理上与几个其他DCE连接 在X 25网络上 DCE交换机可以通过X 25协议设计创建的几个逻辑信道发送数据 交换机接受传输来的包并将它们存储在缓冲区中 直到预期的传输信道可用 然后 包被转发到目标地址 DCE再将包发送为PAD 由PAD将包重新组合为原来的顺序 因为X 25支持多个信道 所以几个DTE可在同时传输 交换机顺序地从信道到信道转换 从每个DTE上传送数据 4 X 25的帧结构 X 25帧包含着以下域 标志 说明帧的起始 帧的级别和控制地址 包含着第2层LAPB域 数据 包含着第3层域 帧检测序列 FCS 用于CRC错误检测 标志 说明帧结束 LAPB域位于带LAPB的帧的第3层周围 含有帧的起始标志 帧控制地址信息 以及由FCS和帧结束标志组成的LAPB注脚域 LAPB地址部分标识了帧的目标 控制部分说明了消息是命令还是响应 而且还包含着帧的顺序号 X 25的帧结构 X 25帧的数据部分内包含的第3层域 上图所示 是由头和从发送网络处过来的封装的包组成 头由以下域组成 通用格式标识符 GFI 说明包的头是如何格式化的 逻辑信道标识符 LCI 包含着一个数字 指示用来传输帧的虚拟电路 包类型标识符 PTI 说明传输的X 25包的类型 一旦建立了虚拟电路 X 25就在每个帧中放置一个顺序号 这个顺序号存储在帧的LAPB部分的控制域中 而当连接建立完毕后 就可以确定无须接收端DTE进一步请求就可以发送的帧的最大数目 通常 帧受的限制是根据分配的预定时间而决定的 6 4 2帧中继 帧中继是以满足高容量 高带宽的WAN提出的要求 帧中继在WAN是非常流行的 起初 帧中继的最常见的实施速度为56Kbps和2Mbps 但目前在DS 3链路上帧中继的速度可高达45Mbps 帧中继在几个方面上与X 25相同 例如 二者均在虚拟电路 在帧中继上 称为虚拟连接 上使用包交换技术 另外 虚拟连接可以有交换型 SVC 和永久型 PVC 两种 在帧中继中 DTE可以是路由器 网桥或连接在DCE上的计算机 其中DCE是连接到帧中继WAN上的一种网络设备 见图 帧中继没有像X 25那样使用PAD来转换包 而是使用帧中继拆装器 FRAD 来进行 而FRAD通常就是路由器 交换机或底盘集线器中的一个模块 帧中继 FrameRelay 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网络的组成 FRS FRS FRS FRS 网桥 CSU DSU Router Router 广域网PSTN X 25 Router 帧中继在这里工作 Host Bridge 帧中继网中的设备分两类 帧中继网接入设备FRAD 属于用户设备 如支持帧中继的主机 桥接器 路由器等 帧中继网交换设备FRS 属于网络服务提供者设备 如T1 E1一次群复用设备和帧交换结点机 F R的工作原理 本质上仍是分组交换技术 但舍去了X 25的分组层 仅保留物理层和数据链路层 以帧为单位在链路层上进行发送 接收 处理在链路层上完成统计复用 实现帧定界 寻址 差错检测 但省略了帧编号 重传 流控 窗口 应答 监视等功能帧出错或发生阻塞时 仅仅简单地丢弃 重传 纠错和流控在端设备中由上层协议 如TCP 完成 这是因为F R是基于光纤线路的 而光纤线路误码率很低 无需点到点纠错 F R用数据链路连接标识符DLCI来标识虚电路 最多1024个 不同的DLCI在链路层上实现了复用 标志 DLCI FECN BECN DE等 数据 FCS 标志 1 2 2 1 可变 标志 帧的开始和结束DLCI 数据链路连接标识符 标识一个虚电路FECN 前向显式阻塞通知 FrontExplicitCongestionNotification BECN 后向显式阻塞通知DE 允许丢弃指示 F R的帧结构 帧中继 与X 25不同 帧中继设计为要与现代网络进行接口 这些先进的网络可以自动进行差错检验 通过设定新型的网络技术在直接连接的结点上也具备差错检验功能 帧中继赢得了高速的数据传输 因此它并没有融合大量的差错检验功能 也就是说 这是一个面向无连接的服务 帧中继常与基于TCP IP或基于IPX的网络共同使用 而这两种协议可以处理端到端的差错检验 参见TCP IP 帧中继的确会寻找出错的检验序列 如果检查出直接结点没有检查出的错误 帧中继会抛弃这个坏的包 而当检测出网络有严重阻塞时 帧中继也会抛弃一些包 在评价这种技术时应考虑的一个弱点 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 网络层 数据链路层 物理层 高层 网络层 数据链路层 物理层 X 25 OSI F R 帧中继 物理层 1帧中继分层通信 帧中继和X 25之间的另一差别在于帧中继只使用两个通信层 物理层和帧模式承载服务链接访问协议 LAPF 这些层分别对应于OSI模型中的物理层和数据链路层 如图所示 物理层由接口构成 这些接口和X 25中使用的接口 例如 EIA 232 C D类型的接口可以连接到帧中继网络 和在电线上进行通信的电信线路 例如 T载波线路上的接口 有些类似 第二层LAPF是为快速通信服务而设计的 它包含一个可选的子层 在需要高可靠性的情形可以使用该子层 帧中继分层通信 所有的帧中继通信都实现了LAPF核心协议 该协议处理的是基本的通信服务 LAPF核心协议执行的任务有帧的格式化和交换 对帧进行度量确保其长度在允许的长度范围之内 检查传输中的差错和线路的拥塞状态 帧中继通信可以有选择地使用LAPF控制协议 在每个虚拟连接上进行流控制 LAPF控制协议是从接收结点进行管理的 为了进行更为快速的服务 有时会故意将流控制从必要的第二层功能中删除 这就意味着当实现了可选的LAPF控制协议之后 服务将变慢 2交换和虚拟连接 帧中继在一条电缆介质上使用了多个虚拟连接 每个虚拟连接在两个通信的结点之前提供一个数据路径 和X 25中的通信一样 虚拟连接是逻辑连接而不是物理连接 在帧中继中存在两个类型的虚拟连接 永久性虚拟连接和交换式虚拟连接 帧中继的永久性虚拟连接是两个结点之间的一条持续可用的通路 该通路被分配了一个连接ID 在该通路上发送的每一个包都必须使用这个ID 一旦连接被定义之后 它将一直保持开通状态 所以通信可以在任何时间进行 信号的传输是在物理层进行的 虚拟连接是LAPF层的一部分 在一条单一的电缆上 可以同时支持多个虚拟连接 这些虚拟连接可以到达不同的目的地 交换连接 交换式虚拟连接传输在1993年成为帧中继标准的一部分 这种虚拟连接需要一个建立传输会话的过程 一旦通信结束 呼叫控制信号将对每个结点发出一个命令 要求断开连接 交换式虚拟连接是为了让网络或者T载波提供商可以确定数据吞吐率而设计的 它可以根据应用的需求和当前的网络流量状况来进行调整 在一条点到点的电缆上 可以支持多个交换式虚拟连接 在帧中继中 交换式虚拟连接是一种比永久性虚拟连接更新的技术 3帧格式 帧中继的帧格式和X 25相似 但是没有帧级别的控制域 其帧由以下部分构成 见图 标志 指示帧的开始 地址 长度可变 2 4个字节 数据 包含用户在帧中继上传输的数据 FCS 用于基本的差错检验 标志 指示帧的结束 地址域包含的是数据链路连接标识符 DLCI 用于标识传输该帧所用的虚拟连接 在帧中继中 DLCI域的功能和LCI域在X 25LAPB头中的作用相同 帧格式 为了对基本的帧信息进行补充 在帧的数据部分可以包含几个局部管理接口 LMI 扩展 其中的一个扩展针对的是虚拟连接状态报文 可以在使用PVC的时候包含在每一个帧中 该扩展可帮助实现DTE和DCE之间的同步通信 确保在数据被发送之前存在一条完整的连接 对于需要进行多点传送的多媒体应用 有一个可选的LMI 通过该LMI可以实现将一个帧传输到多个目的地 该LMI和多媒体路由协议是相容的 另外一个LMI是为全局地址提供的 通过该LMI可以在整个WAN上解析某个地址 就像在一个单一的LAN中那样 例如 通过将名称解析为IP地址 将IP地址解析为名称 计算机名称 域名 Internet名便可以像在LAN上那样进行对待了 第四个LMI用于在WAN上的互连设备之间实现传统的XON XOFF流控制 6 4综合业务数字网ISDN IntegratedServiceDigitalNetwork 特征 电路交换 利用现有的电话交换系统有拨号连接过程全数字传输网络多服务 语音 数据 文本 图形 视频采用带外信令 D信道 拨号连接速度快载体信道 B信道 带宽为64Kb s 综合业务数字网 ISDN 可提供语音 数据 图形和视频数字服务 在1984和1988年由ITU T进行了标准化 这些标准表示的是窄带ISDN N ISDN 引入该技术 是对在电信的WAN上通常使用的9 6kbps标准的一大改进 ISDN是基于数字的电信标准 当前的实际限制为1 536Mbps 而理论上的传输速率上限为622Mbps 需要ISDN服务的个人可以从本地的电话公司获取一条 专线服务 的数字ISDN线路 专线服务允许终端用户在线路上连接多个设备 例如传真 计算机和数字电话 例如 USWest的专线服务可以提供8个设备的连接能力 ISDN ISDN具有广泛的应用 其中有 LAN to LAN连接 家庭办公室和远程计算 商业计算机系统的离线备份和灾难恢复 传输大的图像和数据文件 LAN to LAN视频和多媒体应用 1988年发布的 I 系列标准包括如下内容 I 100 该标准的这一部分是对ISDN的介绍和一份术语表 I 200 向用户提供的服务包括 完全保证的端到端能力 标准化的终端和规程 在国际目录中的ISDN用户的列表 标准测试和维护规程 收费和计帐规则 I 300 该系列重点阐述的是网络问题 例如编号和编址 I 400 处理的是网络接口方面的主题 如设备配置 传输速率和协议规范 I 500 该部分定义ISDN和异种网络之间的接口 I 600 该部分定义的是用户安装 访问服务和一般的体系结构 ISDN 优越之处 ISDN的实现对于设备投资而言较为昂贵 因为ISDN完全是数字的 所以需要替换掉模拟的和机电的老交换机 美国主要的长途电话运营商 例如AT T MCI和Sprint正在替换老化的设备 实现ISDN ISDN的优越之处如下 在一个网络上提供语音 数据和视频服务 具有和OSI相容的分层协议结构 以64Kbps 384Kbps 1536Kbps倍数的方式提供通信信道 具有交换和非交换连接服务 宽带ISDN的传输速率可以到达155Mpbs或者更高 ISDN 数字通信服务 ISDN支持两种接口 基本速率接口和主要速率接口 基本速率接口 BRI 的数据传输速率为144Kbps BRI接口由三个信道构成 两个64Kbps的B信道用于传输数据 语音和图形 一个16Kbps的D信道用于传输通信信令 包交换和信用卡验证 在ISDN中 D信道的主要功能是建立呼叫和撤消呼叫 开始和终止一次通信会话 BRI主要用于LAN到LAN的连接 视频会议 到Internet连接和对远程计算机和家庭办公室的高速连接 许多传统的LAN具有的数据速率为1 16Mbps ISDN不太适合于某些网络应用 例如大文件传输和图形应用 除非将信道捆绑到一起 例如 一个BRI线路的两个64Kbps的信道可以形成一个128Kbps的连接 再加上D信道便可以得到144Kbps的传输速率 另外一个例子是将三个BRI线路的6个64Kpbs信道捆绑到一起形成一个384Kbps的传输信道 ISDN 数字通信服务 BRIISDN使用双绞电话线延伸到用户的居住区 连接到一个终端适配器 TA 上 该适配器有时被不正确地称为数字调制解调器 终端适配器应该包含一个网络终端1 NT1 网络端接设备 NT是一个用于DCE设备的术语 该设备连接的是数字的电信线路 主要速率接口 PRI 支持更快的数据传输速率 其交换带宽的总和为1 536Mbps PRI可以用于LAN to LAN连接 视频会议或者在一些站点上支持使用ISDN的远程计算机 当PRIISDN用来提供LAN到LAN的连接的时候 通常会使用多路复用器 ISDN的组成 广域网 ISDN交换机 ISDN终端 ISDN数字电话 本地回路 电信公司的设备 NT1 用户的设备 用户家庭 电信公司 家庭用的ISDN TE1 TE1 TE1 T U 广域网 ISDN交换机 TE1 本地回路 电信公司的设备 NT1 用户的设备 用户办公室 电信公司 大型商用的ISDN TE1 TE1 TE2 TA NT2 U T S S S R PBX ISDN的设备1类终端设备 TE1 与ISDN网络兼容的设备 可直接连接1类网络终结设备NT1或2类网络终结设备NT2 通过4根 2对 数字线路连接到ISDN网络 2类终端设备 TE2 与ISDN网络不兼容的设备 连接ISDN网时需要使用终端适配器TA 终端适配器 TA 把非ISDN设备的信号转换成符合ISDN标准的信号 可以是一个单独的设备 也可以安装在TE2内 1类网络终结设备 NT1 用户端网络设备 与4线的ISDN用户线或传统的2线用户环路连接 一般由电信公司提供 是ISDN网络的一部分 物理层设备 NT1的用户端接口可支持连接8台ISDN终端设备 2类网络终结设备 NT2 位于用户端的执行交换和集中功能的一种智能化设备 可提供OSI RM的第2 3层服务 如小型的数字程控交换机PBX 大型用户终端数量多 需要使用NT2做交换连接 ISDN参考点 ISDN网络中不同设备之间连接的规范 U参考点 NT1与电信公司ISDN交换机间的连接点T参考点 NT1到用户设备之间的连接点 S参考点 NT2与TE1 TA之间的连接点 R参考点 TE2与TA之间的连接点 ISDN接口 ISDN提供了一种数字化的比特管道 使信息在用户与电信公司之间流动 ISDN比特管道支持由TDM分隔的多个信道 常用的有两种标准化信道 D信道 16kb s数字信道 用于带外信令 B信道 64kb s数字PCM信道 用于语音或数字 ISDN比特管道主要支持两种信道的组合 BRI 基本速率接口 2B DPRI 主速率接口 30B D 基本速率数字管道 144kbps 主速率数字管道 2Mbps 数字管道示意图 ISDN 数字通信服务 随着高速网络的发展 产生了宽带ISDN B ISDN 其传输速率可达155Mbps到1Gbps以上 ISDN和许多现有的数字网络 电信技术都是兼容的 包括ATM X 25和T 1 如此表所示 ISDN被划分成了64kbps的信道 具体包括B C D H10 H11 H12 用于欧洲 和H4X 宽带 ISDN 和OSI分层通信 ISDN的分层通信和OSI模型的物理层 数据链路层和网络层 传输层一一对应 见图 ISDN第一层提供信号传输和竞争检测 因为有可能两个结点同时发送数据 所以需要使用一个回波位来检测冲突 建立传输优先级 第一层赋予信令信息最高的优先权 如果在电话传输和数据传输之间产生了冲突 则电话传输将具有较高的优先权 第二层管理控制信令和最大限度地为高度可靠的通信检