网络互联与广域网技术

Page1,2020/5/9,第8章网络互联与广域网技术,本章重点网络互联概念广域网技术PSTN、ISDN、DDN、X.25、帧中继FR、数字用户线xDSL,Page2,2020/5/9,8.1概述,？,网络互联的动力：更大范围的资源共享网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN,Page3,2020/5/9,1.网络互联层次,从网络体系结构的层次观点来考察网络互联，可分为四个层次：物理层广义的意义上数据链路层网络层网络层以上,Page4,2020/5/9,物理层：在电缆段之间复制比特流没有地址概念，因此从本质上并非是网络互连,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,中继器、集线器,电缆段2,电缆段1,Page5,2020/5/9,物理层,数据链路层：在网段之间转发数据帧（根据物理地址）,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,网桥、交换机,数据链路层,网段1,网段2,Page6,2020/5/9,链路层,物理层,网络层：在网络之间转发报文分组（根据逻辑地址）,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,路由器,链路层,网络层,网络2,网络1,Page7,2020/5/9,更高层：连接不同体系结构的网络,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,网关,链路层,网络层,网络1,传输层,应用层,物理层,链路层,网络层,网络2,Page8,2020/5/9,2.LAN的互联,本地互联特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网技术，如FDDI、Ethernet互联层次：链路层（网络层）互联设备：网桥、交换机（有时可采用路由器）远程互联特点：范围大、主干采用广域网技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、FR、ADSL等互联层次：网络层或更高层互联设备：路由器、网关（有时可采用远程网桥）,Page9,2020/5/9,LAN1,LAN2,中继器或HUB,LAN1,LAN2,网桥或交换机,LAN1,LAN2,路由器,LAN1,路由器,LAN2,路由器,WAN,本地,远程,Page10,2020/5/9,3.远程访问,移动用户、远程用户远程访问局域网特点：远程结点，可以没有IP地址（动态分配）如PSTN、ISDN、X.25、ADSL等层次：网络层（链路层）设备：路由器、访问服务器（RAS）,LAN,路由器或RAS,WAN,Page11,2020/5/9,8.2广域网技术,三类：拨号（电路交换）PSTN、ISDN分组(帧)交换ATM、X.25、FrameRelay专线（点到点）DDN、xDSL,Page12,2020/5/9,互联实例1：远程PC接入局域网,LAN,PSTN,Modem,拨号访问服务器RAS,PC,PC,Modem,Page13,2020/5/9,互联实例2：利用帧中继实现局域网远程互联,LAN1,路由器,LAN2,路由器,LAN3,路由器,FRS,FRS,FRS,FRS：帧中继交换机,广域网,Page14,2020/5/9,8.3公共电话交换网PSTN(POTS),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,Page15,2020/5/9,PSTN的协议结构物理层主要使用RS-232(DTE和Modem之间的接口)；链据层为PPP(或SLIP，现已很少用)；PPP支持的任何一种高层协议,IP/IPX/,PPP/SLIP,RS-232,网络层,数据链路层,物理层,Page16,2020/5/9,PSTN的组成,中继网,电话交换机,计算机,本地环路,电话公司的设备,用户的设备,用户家庭,电信公司,MODEM,MODEM,数字线路,模拟线路,RS-232,Page17,2020/5/9,8.4综合业务数字网ISDN（IntegratedServiceDigitalNetwork）,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64kbit/s,Page18,2020/5/9,Q.931,LAPD(Q.921),I.430/I.431,网络层,数据链路层,物理层,ISDN的协议结构物理层使用I.430(BRI)和I.431(PRI)；链路层和网络层分为控制呼叫协议和用户访问协议链路层控制：LAPD用户：PPP、FR、LAPB(X.25)等网络层控制：Q.931用户：IP、X.25,PPP,FR,LAPB,IP/IPX,X.25,用户访问,控制呼叫,Page19,2020/5/9,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,Page20,2020/5/9,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,Page21,2020/5/9,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。,Page22,2020/5/9,1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。,Page23,2020/5/9,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。,Page24,2020/5/9,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16kbit/s数字信道，用于带外信令。B信道64kbit/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（一次群速率接口）。30B+D,Page25,2020/5/9,基本速率数字管道，144kbps,主速率数字管道，2Mbps,数字管道示意图,Page26,2020/5/9,8.5数字数据网DDN(DigitalDataNetwork),是利用数字信道传输数据信号的数据传输网。非交换的永久/半永久虚电路。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，可用于计算机之间的通信，或用于传送数字化传真，数字话音，数字图像信号等。实际上就是在干线上为用户提供时分复用信道。用户接入速率一般为2Mbit/s，干线最高155bit/s。网络延迟约为450微妙。,Page27,2020/5/9,RS-232/V.35/,网络层,数据链路层,物理层,点对点专线和DDN的协议结构物理层使用RS-232、V.35等物理层协议；数据链路层与ISDN类似，但没有控制呼叫协议链路层：PPP、FR、LAPB(X.25)、HDLC等网络层：IP、X.25等,PPP,FR,LAPB,IP/IPX,X.25,HDLC,Page28,2020/5/9,DDN节点,DDN节点,DDN节点,DDN节点,数字专线,数字专线,DTE,DTE,DSU/CSU:数据服务单元。可以是调制解调器或基带传输设备，以及时分复用、语音/数字复用等设备。NMC:网管中心。可以方便地进行网络结构和业务的配置，实时地监视网络运行情况，进行网络信息、网络节点告警、线路利用情况等收集、统计和报告。DDN节点:数字交叉连接时分复用设备,NMC,DDN的组成,Page29,2020/5/9,DDN的物理接口,接入DDN的设备，物理接口应符合ITU-T的相关建议：2Mbit/s数字复用电路接口：应符合ITU-TG.703、G.704、G.732、G.823、G.826、G.921等建议；N64kbit/s数字复用电路：应符合ITU-TG.735、G.736建议；TDM接口：应符合ITU-TG.703、V.35、V.24/V.28、X.21建议复用标准符合X.50、X.58。64kbit/s数字复用电路：应符合ITU-TG.735、G.737建议；帧中继接口：应符合ITU-TI.122、Q.932建议。,Page30,2020/5/9,传输速率高：2Mbit/s或N64kbit/s（N30或31）传输质量高：无连接延迟，网络时延小。协议简单：不受任何协议的约束，是全透明网。多种业务：可以支持数据、语音、图像的传输。帧中继：提供帧中继服务。灵活的连接方式：可支持PC-LAN、LAN-LAN连接，为用户提供灵活的组网环境。可靠性高：采用路由迂回和备用方式，安全可靠。,DDN的特点,Page31,2020/5/9,用DDN进行LAN互联,64k-2M,DDN,64k-2M,LAN1,路由器,LAN2,路由器,Page32,2020/5/9,8.6X.25分组交换网（PDN）,工作在网络体系结构的低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,Page33,2020/5/9,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。,X.21/RS-232/V.35/,网络层,数据链路层,物理层,LAPB,X.25,Page34,2020/5/9,X.25网络的组成,DCE,DCE,X.25,X.25,PSE：分组交换设备,广域网,DTE,DTE,Page35,2020/5/9,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。,Page36,2020/5/9,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）,Page37,2020/5/9,缓冲区,打包拆包,PAD,非分组终端,DCE,PAD的工作原理,X.25网络,Page38,2020/5/9,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。一条物理电路可支持4096个虚电路。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,Page39,2020/5/9,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,Page40,2020/5/9,用X.25进行LAN互联,64k,X.25,64k,LAN1,路由器,LAN2,路由器,同步MODEM,同步MODEM,Page41,2020/5/9,8.7帧中继（FrameRelay,FR）,在数据链路层实现分组交换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56kbit/s45Mbit/s,Page42,2020/5/9,LAPF(核心),FR的协议层次与OSI/RM的对应关系FR是CCITT和ANSI标准，定义了在公共数据网(PDN)上发送数据的流程，属于链路层协议。其用户它对应于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,FR,LAPF(Q.922),V.35/I.430/I.431,Q.931Q.933,控制,用户,Page43,2020/5/9,F.R网络的组成,FRS,FRS,FRS,FRS,网桥,CSU/DSU,Router,Router,广域网PSTN,X.25,DDN,Router,帧中继在这里工作,Host,Bridge,LAN,LAN,LAN,Page44,2020/5/9,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。,Page45,2020/5/9,FR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）FR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。,Page46,2020/5/9,用DLCI路由用户数据帧,192.168.0.1,10.0.0.1,LAN10.0.0.0,LAN192.168.0.0,R1,R2,A,B,C,DLCI=222,DLCI=333,帧中继交换机,DA=10.0.0.1,DLCI=111,R1把10.0.0.1映射为DLCI=111,A把DLCI=111映射为DLCI=222,B把DLCI=222映射为DLCI=333,Page47,2020/5/9,FR中虚电路,在FR中，多条虚电路可复用一条物理线路。,R1,R2,A,B,C,102,101,100,103,105,104,106,107,11,12,13,14,22,31,32,21,交换机A的路由表,交换机C的路由表,交换机B的路由表,R3,R4,Page48,2020/5/9,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,FR的帧结构(LAPF核心功能),FR用于承载用户数据的协议是LAPF的核心功能。,Page49,2020/5/9,8.8xDSL(数字用户线),为满足VOD、多媒体等需要高带宽的应用而开发。在普通电话线路上实现了高速传输(1.552Mbit/s)。主要用于广域网的用户接入。包括以下几种技术：ADSL非对称数字用户线RADSL速率自适应数字用户线HDSL高速数字用户线VDSL甚高速数字用户线SDSL单线数字用户线属于点对点专线，协议层次与DDN基本相同。我国使用最广泛的是ADSL。,Page50,2020/5/9,几种用户数字线的比较,Page51,2020/5/9,ADSL的特点,上行速率与下行速率不相同“非对称”上行1664kbit/s下行1.58Mbit/s与因特网访问特点相适应(要求的下传速率高)。仅使用一对双绞线，可直接利用用户原有的电话线。语音和数据同时传输，互不干扰；上网时不用拨号，永远在线（打电话仍需拨号）。,Page52,2020/5/9,ADSL工作原理,铜质双绞线在4km的距离内带宽可达1.1MHzADSL把1.1MHz的频带分为3个频率段：04kHz仍然用于传输电话语音信号1050kHz用作上行信息流的传输带宽52kHz1.1MHz用作下行信息流的传输带宽,语音通道,中速双工通道,高速下行通道,ADSL把整个线路的带宽划分为三个通道,Page53,2020/5/9,ADSL的频谱,从这个意义上看，ADLS采用了频分复用技术。,Page54,2020/5/9,ADSL的编码技术,目前被广泛采用的ADSL调制技术有3种：无载波幅度-相位调制(CarrierlessAmplitude-Phasemodulation,CAP)离散多音复用(DiscreteMultiTone,DMT)离散小波多音复用(DiscreteWaveletMultiTone,DWMT)其中DMT技术已被正式采纳为国际标准。目前还有一种称为G.lite的标准，下行/上