【大学课件】广域通信网

1、第四讲广域通信网第四讲广域通信网 西南林学院计算机与信息科学系西南林学院计算机与信息科学系 广域网广域网 广域网的根本概念广域网的根本概念 广域网是地理分布范围在几十公里至几千广域网是地理分布范围在几十公里至几千 公里，可以连接不同城市、不同国家、普及全公里，可以连接不同城市、不同国家、普及全 球的计算机网络。球的计算机网络。 广域网可看作是局域网利用公用通信网络、广域网可看作是局域网利用公用通信网络、 互连设备连接起来的、可以实现远距离数据通互连设备连接起来的、可以实现远距离数据通 信的计算机网络。信的计算机网络。 常用的广域网技术常用的广域网技术 公共交换公共交换 网网(PSTN) Pub

2、lic Switch Telephone Network 公共数据网公共数据网 帧中继网帧中继网 综合业务数字网综合业务数字网ISDN) ATM 公共交换 网(PSTN) 公共交换公共交换 网全称是：网全称是：Public Switch Telephone Network 该网最初是为了话音通信而建立的网络，从该网最初是为了话音通信而建立的网络，从20 世纪世纪60年代开始又被用于数据传输年代开始又被用于数据传输 其特点是：其特点是： 采用电路交换采用电路交换 现有网络设施完善，价格廉价现有网络设施完善，价格廉价 传输速率低，最多达传输速率低，最多达56Kbps 采用模拟传输，抗干扰能力差采用

3、模拟传输，抗干扰能力差 将逐步被其他网络取代将逐步被其他网络取代 网 标准标准 是是CCITT在在1974年建议、后经屡次修订的公年建议、后经屡次修订的公 用分组交换网接口的标准，其重要特征是：用分组交换网接口的标准，其重要特征是： 只要网络产品制造商按此接口标准生产相应只要网络产品制造商按此接口标准生产相应 产品，就可应用于公用分组交换网，而不管产品，就可应用于公用分组交换网，而不管 其内部采用何技术手段实现。所规定的接口其内部采用何技术手段实现。所规定的接口 在工作时的示意图如下图。在工作时的示意图如下图。 网络提供的效劳是虚电路效劳，图中的两条虚线网络提供的效劳是虚电路效劳，图中的两条虚

4、线VC1VC1、VC2VC2 代表两条虚电路。代表两条虚电路。 的接口分为三个层次，最下层为物理层、传送比特流；中的接口分为三个层次，最下层为物理层、传送比特流；中 间是数据链路层，传送数据帧；最高层是分组层，传送数据分间是数据链路层，传送数据帧；最高层是分组层，传送数据分 组。其层次关系如下图。组。其层次关系如下图。( (见书上见书上P68P68页页 的规定的的规定的DTEDTEDCEDCE接口接口 的层次关系 帧中继网(P86页 帧中继技术是在分组交换技术充分开展，数帧中继技术是在分组交换技术充分开展，数 字与光纤传输线路逐渐代替已有的模拟线路，字与光纤传输线路逐渐代替已有的模拟线路， 用

5、户终端日益智能化的条件下诞生并开展起用户终端日益智能化的条件下诞生并开展起 来的。来的。 帧中继是一种简单的面向连接的分组电路，帧中继是一种简单的面向连接的分组电路， 是基于开放系统互连模型的数据链路层，此是基于开放系统互连模型的数据链路层，此 项技术的开发既可满足局域网互连所需的大项技术的开发既可满足局域网互连所需的大 容量的传送，也可满足用户对数据传输延时容量的传送，也可满足用户对数据传输延时 小的要求。小的要求。 其具有吞吐量大、时延小、适合突发性业务其具有吞吐量大、时延小、适合突发性业务 等特点，能充分利用网络资源。等特点，能充分利用网络资源。 综合业务数字网综合业务数字网ISDNIS

6、DNP94P94页页 将多种业务集成在一个网内，为用户提供经济有效将多种业务集成在一个网内，为用户提供经济有效 的数字化综合效劳，包括的数字化综合效劳，包括 、 、可视图文及数据、可视图文及数据 通信等。通信等。ISDNISDN使用单一入网接口，利用此接口可实现使用单一入网接口，利用此接口可实现 多个终端多个终端(ISDN (ISDN 、终端等、终端等) )同时进行数字通信连接。同时进行数字通信连接。 ISDNISDN的组成部件的组成部件 当多个设备同时接入一条当多个设备同时接入一条ISDNISDN线路时，可能需要网线路时，可能需要网 络终端、终端适配器、用户终端等设备，如下图。络终端、终端适

7、配器、用户终端等设备，如下图。 ATM(P97页 ATM(异步传送模式异步传送模式)是一种传递模式，在是一种传递模式，在 这一模式中，信息被组成固定长度的信元这一模式中，信息被组成固定长度的信元 在电信网中进行复用、交换、传输。它综在电信网中进行复用、交换、传输。它综 合了电路交换和分组交换的优点，可传送合了电路交换和分组交换的优点，可传送 任意速率的宽带信号，可传输话音、数据、任意速率的宽带信号，可传输话音、数据、 图像和视频业务。图像和视频业务。 公众公众 网络网络(PSTN)是目前普及程度最高、本钱最是目前普及程度最高、本钱最 低的公用通讯网络，它在网络互连中也有广泛的应低的公用通讯网络

8、，它在网络互连中也有广泛的应 用。尽管现在已经有许多速度更快、性能更好的接用。尽管现在已经有许多速度更快、性能更好的接 入技术，如后面将要介绍的入技术，如后面将要介绍的ISDN、ASDL和和Cable Modem等，但使用等，但使用Modem接入仍然是接入接入仍然是接入Internet 的一种选择。如下图为的一种选择。如下图为Modem接入方式。接入方式。 PSTN与Modem接入 Modem接入方式 1物理层概述物理层概述 物理层是物理层是OSI参考模型的最低层，也是最根底参考模型的最低层，也是最根底 的一层，它并不是指连接计算机的具体的物理的一层，它并不是指连接计算机的具体的物理 设备或具

9、体的传输媒体，它向下是物理设备之设备或具体的传输媒体，它向下是物理设备之 间的接口，直接与传输介质相连接，使二进制间的接口，直接与传输介质相连接，使二进制 数据流通过该接口从一台设备传给相邻的另一数据流通过该接口从一台设备传给相邻的另一 台设备，向上为数据链路层提供数据流传输效台设备，向上为数据链路层提供数据流传输效 劳。劳。 公共交换公共交换 网网(PSTN)的物理层的物理层 公共交换公共交换 网网(PSTN)的物理层的物理层 1 1物理层概述物理层概述 物理层主要考虑的是怎样才能在连接各种物理层主要考虑的是怎样才能在连接各种 计算机的传输媒体上传输数据的比特流。计算机的传输媒体上传输数据的

10、比特流。 物理层上的协议有时也称为接口。物理层物理层上的协议有时也称为接口。物理层 协议主要规定物理信道的建立、保持及释协议主要规定物理信道的建立、保持及释 放的特性，这些特性包括放的特性，这些特性包括机械的、电气的、机械的、电气的、 功能的和规程的功能的和规程的4 4个方面特性。个方面特性。 公共交换公共交换 网网(PSTN)的物理层的物理层 在这里引入两个名词：在这里引入两个名词： DTEData Terminal Equipment DCEData Circuit Equipment DTE叫做数据终端设备，是具有一定的数据叫做数据终端设备，是具有一定的数据 处理能力以及发送和接收数据能

11、力的设备，处理能力以及发送和接收数据能力的设备， 是数据的源或目的。是数据的源或目的。 DCE的作用就是在的作用就是在DTE和传输线路之间提供和传输线路之间提供 信号变换和编码功能，并且负责建立、保持信号变换和编码功能，并且负责建立、保持 和释放物理信道的连接。和释放物理信道的连接。 公共交换公共交换 网网(PSTN)的物理层的物理层 DTEDTE与与DCEDCE之间的接口之间的接口 通信接口及设备 广泛使用的通信设备接口标准有：广泛使用的通信设备接口标准有： EIA RS-232C； EIA RS-499； ITU-T建议的等标准。建议的等标准。 RS (Recommended Standa

12、rd)表示推荐标准，表示推荐标准， 232、499等为标识号码，而后缀如等为标识号码，而后缀如RS- 232C中的中的C表示该推荐标准被修改正的表示该推荐标准被修改正的 次数。次数。ITU-T也有一些相应的标准。也有一些相应的标准。 与与EIA RS-232C兼容的建议，与兼容的建议，与EIA RS-422 兼容的等。兼容的等。 EIA RS-232C接口 在串行通信中，EIA RS-232C是应用最为广泛的标准， EIA在1969年公布的数据通信标准，其后为了改进RS- 232C的局限性，提供更高的传输距离和数据速率，增 加了新的功能，如环路测试功能，在1977年公布了RS- 499。由于R

13、S-499标准太复杂，EIA于1987年公布了与 RS-232C兼容的改进版RS-232D。 发送和接收数据的计算机或终端系统，称为数据终端 设备DTE，如计算机。用来实现信息的收集、处 理和变换的设备称为数据通信设备DCE，如调制 解调器。 RS-232C接口的特性 RS-232C使用使用9针或针或25针的针的D型连接器型连接器DB-9或或 DB-25。 目前，绝大多数计算机使用的是目前，绝大多数计算机使用的是9针的针的D型连接型连接 器。器。RS-232D规定使用规定使用25针的针的D型连接器。型连接器。 RS-232C采用的信号电平采用的信号电平515V代表逻辑代表逻辑 “1，515V代

14、表逻辑代表逻辑“0。在传输距离。在传输距离 不大于不大于15米时，最大速率为。米时，最大速率为。 RS-232C接口各针脚的功能定义 针脚号针脚号信号名称信号名称说说 明明 1保护地保护地（SHG）屏蔽地线屏蔽地线 7信号地信号地（SIG）公共地线公共地线 2发送数据发送数据（TxD）DTE将数据传送给将数据传送给DCE 3接收数据接收数据（RxD）DTE从从DCE接收数据接收数据 4请求发送请求发送（RTS）DTE到到DCE表示发送数据准备就绪表示发送数据准备就绪 5允许发送允许发送（CTS）DCE到到DTE表示准备接收要发送的数据表示准备接收要发送的数据 6数据传输设备就绪数据传输设备就绪

15、（DSR）通知通知DTE，DCE已连到线路上准备发送已连到线路上准备发送 20数据终端就绪数据终端就绪（DTR）DTE就绪，通知就绪，通知DCE连接到传输线路连接到传输线路 22振铃指示振铃指示（RI）DCE收到呼叫信号向收到呼叫信号向DTE发发RI信号信号 8接收线载波检测接收线载波检测（DCD）DCE向向DTE表示收到远端来的载波信号表示收到远端来的载波信号 21信号质量检测信号质量检测DCE向向DTE报告误码率的高低报告误码率的高低 23数据信号速率选择器数据信号速率选择器DTE与与DCE间选择数据速率间选择数据速率 24发送器码元信号定时发送器码元信号定时（TC）DTE提供给提供给DC

16、E的定时信号的定时信号 15发送器码元信号定时发送器码元信号定时（TC）DCE发出，作为发送数据时钟发出，作为发送数据时钟 17接收器码元信号定时接收器码元信号定时（RC）DCE提供的接收时钟提供的接收时钟 RS232接口DB-9和DB-25的对应关系 DB-9信号名称信号名称DB-25 1载波检测（载波检测（CD）8 2发送数据（发送数据（TD）2 3接收数据（接收数据（RD）3 4数据终端准备（数据终端准备（DTR）20 5信号地（信号地（SIG）7 6数据传输设备准备（数据传输设备准备（DSR）6 7请求发送（请求发送（RTS）4 8允许发送（允许发送（CTS）5 9振铃指示（振铃指示（

17、RI）22 RS-232接口的应用接口的应用 异步应用异步应用 两个两个DTE计算机设备通过计算机设备通过 线进行异步通信，并使线进行异步通信，并使 用调制解调器作为数据通信设备。用调制解调器作为数据通信设备。 同步应用同步应用 两个两个DTE设备通过设备通过RS-232C进行同步通信，使用进行同步通信，使用DB-25针针 接口的第接口的第17和第和第24针脚提供外同步的时钟信号，实现数针脚提供外同步的时钟信号，实现数 据的收发。据的收发。 由于由于9针的针的RS-232C接口不能提供时钟信号，因而不能进接口不能提供时钟信号，因而不能进 行同步通信。行同步通信。 RS-232接口的空Modem

18、连接 当近距离的两个当近距离的两个DTE之间进行通信时，可以不使之间进行通信时，可以不使 用用Modem，而是采用空，而是采用空Modem连接方式连接方式 例如，两个例如，两个DTE之间分别采用两个之间分别采用两个25针和两个针和两个9针针RS- 232C接口的空接口的空Modem连接方式。连接方式。 空Modem的简单连接方式 在实际应用中，在实际应用中， DTE与与DCE之间、之间、DTE和和DTE之间之间 可以使用最简单连接方式可以使用最简单连接方式 DTE与与DCE相连时，相连时，DTE和和DCE对应的针脚直连，且只对应的针脚直连，且只 需要使用发送需要使用发送TD、接收、接收RD和信

19、号地和信号地SIG。 对于对于DTE与与DTE相连时，相对的发送和接收针脚需要交相连时，相对的发送和接收针脚需要交 叉相连，因此，有时也把空叉相连，因此，有时也把空Modem线称为串口交叉线。线称为串口交叉线。 RS-232C接口的工作流程 RS-232C接口的工作流程是指按照各个针脚的状接口的工作流程是指按照各个针脚的状 态有序地实现数据传输。态有序地实现数据传输。 例如：两个例如：两个DTE之间采用租用线路实现全双工同步数之间采用租用线路实现全双工同步数 据传输的全过程。据传输的全过程。 建立连接阶段；建立连接阶段； 数据传输阶段；数据传输阶段； 释放连接阶段；释放连接阶段； EIA RS

20、-449接口 由于由于RS-232C标准采用的信号电平高，为非标准采用的信号电平高，为非 平衡发送和接收方式，而且其接口电路由于平衡发送和接收方式，而且其接口电路由于 有公共地线，当信号线穿过电气干扰环境时，有公共地线，当信号线穿过电气干扰环境时， 发送的信号将会受到影响，假设干扰足够大，发送的信号将会受到影响，假设干扰足够大， 发送的发送的“0会变成会变成“1，“1会变成会变成“0 ，所以存在数据传输速率低，传输距离短，所以存在数据传输速率低，传输距离短， 串扰信号较大等缺点。为了改善串扰信号较大等缺点。为了改善RS-232C的的 性能，提高抗干扰能力，增加传输距离，性能，提高抗干扰能力，增

21、加传输距离， EIA推荐了和推荐了和RS-232C完全兼容的完全兼容的RS-449接接 口标准。口标准。 标准 RS-449标准规定的接口特性标准规定的接口特性与一致；与一致； 采用采用37针和针和9针连接器针连接器，其中，其中37针连接器包含了与针连接器包含了与 RS-449相关的所有信号相关的所有信号； 每一个信号线均需采用一对导线；每一个信号线均需采用一对导线； 通过测试线可以自环进行测试，以检验通信设备是通过测试线可以自环进行测试，以检验通信设备是 否有故障；否有故障； RS-449有两个子标准，即平衡式的有两个子标准，即平衡式的RS-422A标标 准和非平衡式的准和非平衡式的RS-4

22、23A标准。标准。 RS-423-A：规定电气特性为非平衡传输，有公共地，：规定电气特性为非平衡传输，有公共地， 电缆长度电缆长度10米，最大数据率为米，最大数据率为100kbps RS-422-A：规定电气特性为平衡传输，无公共地，：规定电气特性为平衡传输，无公共地， 电缆长度电缆长度100米，最大数据率为米，最大数据率为1Mbps; DTE DCE T（发送）（发送） C（控制）（控制） R（接收）（接收） I（指示）（指示） S（位定时）（位定时） B（字节定时，可选）（字节定时，可选） Ga（DTE公共回线）公共回线） G（地）（地） 建议书 是是ITU-T推荐的数字接口，用于在公用数

23、据网推荐的数字接口，用于在公用数据网 上进行同步操作的上进行同步操作的DTE和和DCE之间的通用接之间的通用接 口。口。X系列的可以将转换为适合于模拟信道的系列的可以将转换为适合于模拟信道的 接口，起到从模拟信道过渡到数字信道的作用。接口，起到从模拟信道过渡到数字信道的作用。 机械特性：机械特性：15根引脚；根引脚； 功能特性：功能特性：8条信号线；条信号线； 接口的工作流程 接口标准规定了在建立和 释放呼叫，DTE与DCE之 间交换的信息DCE表示 DTE和网络接口的设备 C:控制电路 T:发送电路 R:接收电路 I: 指示电路 X.21bis 建议 用于设备 的过渡，使用模 拟信道，DCE

24、为同步 MODEM； 主叫主叫DTE DCE C接通，接通，T=0 R=“+.+” T= 被叫地址被叫地址 R=呼叫进行信号呼叫进行信号 R=1， I 接通接通 T= 数据数据 C断开，断开，T= 0 R=0，I 断开断开 建建 立立 连连 接接 拆拆 除除 连连 接接 数数 据据 传传 输输 调制解调器 Modem是为数字信号在具有有限带宽的模是为数字信号在具有有限带宽的模 拟信道上进行远距离传输而设计的，是一拟信道上进行远距离传输而设计的，是一 种数据通信设备种数据通信设备DCE。其主要功能是进行。其主要功能是进行 信号的调制和解调，在信号的调制和解调，在DTE和模拟传输线和模拟传输线 路

25、之间起到数字信号与模拟信号之间的转路之间起到数字信号与模拟信号之间的转 换作用。换作用。 计算机也可以通过计算机也可以通过Modem的的 和语音功能，和语音功能， 发送发送 以及提供以及提供 录音留言和全双工的免持录音留言和全双工的免持 听筒效劳。听筒效劳。 调制解调器的组成 Modem一般由基带处理、调制解调、信号放大和 滤波、均衡等几局部组成。 调制解调器的分类一调制解调器的分类一 按通信设备分类可分为：按通信设备分类可分为： 拨号拨号Modem 拨号拨号Modem主要用于公用主要用于公用 网上传输数据。网上传输数据。 拨号拨号Modem具有在性能指标较低的环境中具有在性能指标较低的环境中

26、 进行有效操作的特殊性能。多数拨号进行有效操作的特殊性能。多数拨号 Modem具备自动拨号、自动应答和自动拆具备自动拨号、自动应答和自动拆 线等功能。线等功能。 专线专线Modem 专线专线Modem主要用在专用线路或租用线路主要用在专用线路或租用线路 上，它不必带有自动应答和自动拆线功能。上，它不必带有自动应答和自动拆线功能。 专线专线Modem的数据传输率比拨号的数据传输率比拨号Modem要要 高。高。 调制解调器的分类二调制解调器的分类二 按按Modem速度分类速度分类 传输速率在传输速率在1200bps以下的为低速以下的为低速Modem，1200 9600bps之间的为中速之间的为中速

27、Modem，9600bps以上的为高以上的为高 速速Modem。 按按Modem调制方式分类调制方式分类 一般一般Modem产品的调制方式有频移键控、差分相移产品的调制方式有频移键控、差分相移 键控、正交幅度调制等。键控、正交幅度调制等。 按按Modem内部控制方式分类内部控制方式分类 分为智能分为智能Modem和非智能和非智能Modem两类。智能两类。智能Modem 的内部控制逻辑由微处理器实现，它能够接收一系列的内部控制逻辑由微处理器实现，它能够接收一系列 Modem控制命令控制命令AT命令集来完成通信过程的控命令集来完成通信过程的控 制，并具有自动拨号、重复拨号、选择传输速率等功制，并具

28、有自动拨号、重复拨号、选择传输速率等功 能。能。 调制解调器的分类三调制解调器的分类三 按数据传输方式分类按数据传输方式分类 同步同步Modem 异步异步Modem 调制解调器的分类四调制解调器的分类四 按按Modem与计算机的连接方式分类与计算机的连接方式分类 外置式外置式Modem 内置式内置式Modem 调制解调器的标准调制解调器的标准 Modem标准主要是按ITU-T V系列建议的标准 。 ITU-T建议建议信号速率信号速率(bps)调制方式调制方式 V.21300FSK V.2212004 PSK V.22bis2400/120016-QAM/4-DPSK V.231200FSK V

29、.2624004-PSK V.2748008-PSK V.29960016-QAM V.32960032-QAM V.32bis1440064-QAM V.3314400128-QAM V.3428800336004096-QAM 关于56K的调制解调器 对于对于56K的调制解调器，的调制解调器，ITU-T为其制定的标准为其制定的标准 为，它是一种传输速率非对称的调制解调器，为，它是一种传输速率非对称的调制解调器， 其下行传输速率可以到达其下行传输速率可以到达56Kbps，但上行传输，但上行传输 速率是。速率是。 在用户使用在用户使用56K的的Modem拨号连接拨号连接Internet时，时，

30、 只有当提供拨号接入的只有当提供拨号接入的ISP具有数字中继线时，具有数字中继线时， 才可以使用用户才可以使用用户Modem的下行传输速率到达的下行传输速率到达 56Kbps。假设两个用户使用。假设两个用户使用56Kbps的的Modem 进行直接拨号连接时，进行直接拨号连接时，Modem的传输速率最高的传输速率最高 只能到达。只能到达。 调制解调器的压缩标准 数据压缩指的是发送端的数据压缩指的是发送端的Modem在发送数据以前先将在发送数据以前先将 数据进行压缩，而接收端的数据进行压缩，而接收端的Modem收到数据后再把数收到数据后再把数 据复原，从而提高了据复原，从而提高了Modem的有效传

31、输速率。的有效传输速率。 通常使用的压缩技术有两种：通常使用的压缩技术有两种： ITU-T标准标准 ITU-T标准的标准的V. 42bis标准，使用的是标准，使用的是Huffman霍夫霍夫 曼编码技术。曼编码技术。Huffman压缩技术非常适合于压缩文压缩技术非常适合于压缩文 本数据文件。本数据文件。 Microcom网络协议网络协议MNPMicrocom Networking Protocol：MNP是一组独立的过失控制和数据压缩是一组独立的过失控制和数据压缩 标准，标准，MNP有几种压缩编码方式。有几种压缩编码方式。 MNP5：在一行中发现有：在一行中发现有3个以上相同字符时那么发送个以上

32、相同字符时那么发送 该字符及重复个数，从而到达压缩目的。对于图表文该字符及重复个数，从而到达压缩目的。对于图表文 件，使用这种协议到达的压缩比很高，件，使用这种协议到达的压缩比很高， MNP5可以实可以实 现现2 1的压缩比。的压缩比。 MNP 7：根据字符对的频率进行编码字符，进一步提：根据字符对的频率进行编码字符，进一步提 高压缩能力高压缩能力 ，MNP7的压缩比可以到达的压缩比可以到达3 1。 调制解调器的过失技术标准 对于高速对于高速Modem，线路中的瞬间噪声可使，线路中的瞬间噪声可使Modem产生产生 多位错误。因此必须采用过失控制技术，制定相应的标多位错误。因此必须采用过失控制技

33、术，制定相应的标 准。准。 常用的过失控制标准有常用的过失控制标准有ITU-T和和MNP标准标准 ITU-T标准标准 ITU-T的过失控制标准是。的过失控制标准是。 MNP标准标准 MNP标准使用的最广泛。标准使用的最广泛。MNP5和和MNP7定义了数据压定义了数据压 缩技术，缩技术，MNP14以及以及MNP10用于描述过失控制技术。用于描述过失控制技术。 MNP4过失控制标准的过失控制标准的Modem已得到广泛应用。已得到广泛应用。 把把 MNP4作为选项。如果某个作为选项。如果某个Modem应答时不支持应答时不支持V. 42标标 准，那么可用准，那么可用MNP4方式，从而做到兼容。方式，从

34、而做到兼容。 MNP10是功能非常齐全的过失控制协议，可用于像蜂是功能非常齐全的过失控制协议，可用于像蜂 窝窝 这样的噪声环境。这样的噪声环境。 使用和使用和MNP4协议的协议的Modem可以协商传输速率。如果通可以协商传输速率。如果通 信线路在某个速率条件下连续出错次数超过一个设定值，信线路在某个速率条件下连续出错次数超过一个设定值， 那么通信双方的那么通信双方的Modem降低速度，直到可以正常传输降低速度，直到可以正常传输 数据为止。数据为止。 数据封装的过程数据封装的过程 Data 0111111010101100010101101010110001 Data Segment Header Data Segment Header Network Header Frame Trailer Frame Header Data Segment Header Network Header 缓