《计算机数据通信教程》课件第10章广域网

第10章广域网

10.1广域网概述10.2公共分组交换网络模式10.3帧中继

10.4ATM网络10.5DDN10.6ISDN10.7DSL简介习题

10.1广域网概述

广域网(WideAreaNetwork)是在一个广泛的地理范围内建立的计算机通信网，可以覆盖一个城市，一个国家甚至全球，简称WAN。 广域网也是由资源子网(或主机)与通信子网构成的，主机通过通信子网相互连接，通信子网的功能是将信息从一台主机传送到另一台主机。

许多WAN都是通过连接现有网络发展而来的。由于这些网络经常使用不同的设备和不同的协议，网间连接设备必须实现从一个协议到另一个协议的逻辑转换，以实现不同系统的互连和相互协同工作。图10-1是OSI参考模型不同层次的网间互连设备的示意图，在广域网上使用的网络互连设备主要是路由器和网关。 路由器主要用于两个和两个以上的局域网之间的相互连接，根据数据的传输地址，以最有效的方式和路线进行传输。

Internet是世界上最大的广域网络，一般人如果通过电话线拨号方式连接Internet，就是与Internet上的访问服务器进行连接。图10-1网间互连设备

广域网的拓扑结构十分复杂，它大致上介于简单的总线或环形结构和全连接之间。更为复杂的拓扑结构要求更为复杂的协议。对照OSI参考模型，广域网技术主要集中于底层的3个层次，即物理层、数据链路层和网络层。图10-2列出了一些经常使用的广域网技术与OSI参考模型之间的对应关系。图10-2OSI参考模型与广域网技术的对照10.2公共分组交换网络模式

10.2.1分组交换网络模式 公共数据网通常是分组交换网(Packet-SwitchedNetwork)，如图10-3所示。图10-3分组交换网络

图10-4显示了两条重叠的虚电路。其中，A和B分别申请和建立与C和D的连接。路径开始于不同的地方，但在结点X和Y上重叠。X处理来自任何一条虚电路的分组，并将它们传送到Y。而Y将根据分组到达的虚电路来分别发送。图10-4重叠的虚电路

在数据报服务中，每个分组都包含源地址和目的地址。当分组进入网络后，结点将路由逻辑分别用于每个分组。这种方法就允许每个结点根据它具有的最新信息寻找更好的路径。图10-5显示了数据报是如何通过网络的。分组1到分组3进入网络，A将它们传送给X。正好在分组3进入网络后，A得到新的路由信息，指出现在Y是将分组送到D的更好选择，后续分组4和分组5将被送往Y。图10-5数据报服务

表10-1列出了虚电路和数据报服务的其它一些优缺点。表10-1虚电路和数据报的比较 10.2.2X.25公共数据网接口标准 接口是公共数据网的一个重要部分。X.25就是一种广泛使用的接口，它定义了DTE与公共数据网相连的DCE间的协议，如图10-6所示。图10-6X.25公共数据网接口 X.25定义了类似于OSI底三层的同步传输(如图10-7所示)。图10-7X.25协议层 X.25的分组分为数据分组和控制分组两种类型，格式如图10-8所示。

图10-8X.25分组格式(a)数据分组；(b)控制分组

分组格式中的标志字段前4比特定义了一般格式指示，或某种程度上定义了分组格式。 逻辑组号(LogicalGroupNumber)和逻辑信道号(LogicalChannelNumber)它们共同为DTE建立的虚电路定义了一个12比特的标号。这样DTE可以共建立4096个虚电路。数据分组的控制字段包括了3比特或7比特的序号和确认号。控制分组的分组类型类型字段指明分组类型，X.25的分组类型有多种，如呼叫请求、呼叫接收等。

X.25在DTE间提供了两种类型的虚电路。一种是永久虚电路(PermanentVirtualCall)，类似于租用一条电话线，即在DTE发送数据时没有建立呼叫的开销，这种方式适合传输大量数据。另一种是虚呼叫(VirtualCall)，它要求任何传输之前，执行一次呼叫连接过程。图10-9显示了两台DTE间的呼叫连接和终止过程。图10-9虚呼叫10.3帧中继 10.3.1概述 帧中继协议对X.25协议进行了简化，综合了线路交换和分组交换的优点，避开了缺点，形成了新型通信手段的优势，它具有以下特点：

1)传输速率比较高

2)带宽利用比较有效

3)业务成本比较低廉 10.3.2帧中继的基本原理 帧中继虽然保留了X.25链路层的HDLC帧格式，但它不采用HDLC的平衡链路接入 规程LAPB(LinkAccessProcedure-Balanced)，而采用D通道链路接入规程LAPD(LinkAccessProcedureontheD-Channel)。LAPD规程能在链路层实现链路的复用和转接，所以帧中继的层次结构中只有物理层和链路层。 与X.25相比，帧中继在操作处理上做了大量的简化。

帧中继协议结构中智能化的终端设备把数据发送到链路层，并封装在LAPD帧结构中，实施以帧为单位的信息传送，帧不需要第三层的处理，能够在每个交换机中直接通过，即帧的尾部还未收到之前交换机就可以把帧的头部发送给下一个交换机，网络层的部分功能(如流量控制)由智能终端来实现。 帧中继采用统计复用技术，以虚电路机制为每一帧提供地址信息，每一条线路可容纳多条虚电路，用户之间通过虚电路进行连接。在每一帧头部都包含虚电路号，这是每一帧的地址信息。

帧中继网络通过确定用户进网的速度以及有关参数对全网的带宽进行控制和管理，用户申请入网时须与网络提供者共同协商，确定相关参数，合理地利用网络资源。 当输入的业务量超过网络负荷(如带宽或处理能力)时，网络会发生阻塞，帧中继通过预防和缓解措施对所发生的拥塞进行控制和管理。 10.3.3帧中继的标准

ITU–T标准主要包括：

(1) I.122帧中继承载业务框架；

(2) I.233帧模式承载业务；

(3) I.370帧中继承载业务的拥塞管理；

(4) I.372帧中继承载业务的网络—网络间接口要求；

(5) I.555帧中继承载业务的互通；

(6) I.655帧中继网络管理；

(7)Q.922用于帧模式承载业务的ISDN数据链路层技术规范；

(8) Q.9331号数字用户信令(DSS1)帧模式基本呼叫控制的信令规范； (9) X.36通过专线线路提供FRDTS的数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)的接口；

(10) X.76提供FRDTS的公用数据网网间接口；

(11) X.144国际帧中继PVC业务数据网络用户信息传送性能参数。

ANSI标准主要包括：

(1) T1S1结构框架与业务描述；

(2) T1.620ISDN数据链路层信令规范；

(3) T1.606帧中继承载业务描述；

(4) T1.617帧中继承载业务的信令规范；

(5) T1.618用于帧中继承载业务的帧协议核心部分。

帧中继论坛标准主要包括：

(1) FRF.1用户—网络接口实施协定；

(2) FRF.2网络—网络接口实施协定；

(3) FRF.3多协议包封实施协定；

(4) FRF.4SVC用户—网络接口实施协定；

(5) FRF.5帧中继与ATMPVC网络互通实施协定；

(6) FRF.6帧中继业务用户网络管理实施协定；

(7) FRF.7帧中继PVC广播业务和协议描述实施协定；

(8) FRF.8帧中继与ATM业务互通实施协定。 10.3.4帧中继的发展与应用 帧中继既可作为公用网络的接口，也可作为专用网络的接口。帧中继的常见应用主要有：

(1)局域网的互连。

(2)语音传输。

(3)文件传输。10.4ATM网络 10.4.1概述

ATM是一种广域网传输方法，它固定数据包的大小，可以达到25～622 Mb/s的传输速率。ATM首先是由贝尔实验室的研究人员在1983年提出的。

ATM的这种大小固定的数据包又叫信元，通过使用大小固定的数据包，ATM提供可预料的通信模式，并能够更好地控制带宽的使用情况。事实上，数据包越小，就越会削弱潜在的吞吐量，但使用信元就能更有效地补偿数据丢失问题。 ATM的特点是进一步简化了网络功能。ATM网络不参与任何数据链路层功能，将差错控制与流量控制工作都交给终端去做。ATM克服了其它传输方式的缺点，能够适应任何类型的业务，不论其速度高低、突发性大小、实时性要求和质量要求如何，都能提供满意的服务。对时间延迟要求严格的数据，如视频、音频、图像和其它超大型文件的传输是非常适合采用ATM技术的。例如，一家公司如果想使用T1线路连接其分别位于两个相反方向的边缘地区的办事处来承载电话呼叫，它可能就会采用ATM技术。 10.4.2ATM的工作方式 信元实际上就是分组，只是为了区别于X.25的分组，才将ATM的信息单元叫作信元。ATM的信元具有固定的长度，即为53个字节。其中5个字节是信元头(Header)，48个字节是信息段。信元头包含各种控制信息，包括表示信元去向的逻辑地址以及一些维护信息、优先级及信头的纠错码。信息段中包含来自各种不同业务的用户数据，这些数据透明地穿越网络。信元的格式与业务类型无关，任何业务的信息都同样被切割封装成统一格式的单元。

ATM采用异步时分复用方式工作，将来自不同信息源的信元汇集到一起，在一个缓冲器内排队，队列中的信元被逐个输出到传输线路中，在传输线路上形成首尾相接的信元流。网络根据信元头中的控制信息来转移信元。 信息源随机地产生信息，因此信元到达队列也是随机的。高速的业务信元来得十分频繁、集中，低速的业务信元来得很稀疏。这些信元都按“先来后到”的顺序在队列中排队，然后按输出次序复用到传输线上，如图10-10所示。图10-10信元流

异步时分复用方式使ATM具有很大的灵活性，任何业务也都可按实际需要来占用资源。 若某个时刻队列中没有等待发送的信元，则在线路上传输未分配信元；反之，若某个时刻传输线路上找不到可以传输信元的机会，队列缓冲区已经充满，此时为了尽量减少对业务质量的影响，将优先级别低的信元丢弃。

ATM以面向连接的方式工作，从而提高了处理速度并降低了延迟。

ATM交换结点的工作比X.25分组交换网中的结点要简单得多。 10.4.3ATM的协议模型 实际上，ATM是ITU–T定义的B–ISDN的一部分(有关内容将在10.6节中介绍)；图10-11显示了ATM/B–ISDN分层参考模型。图10-11ATM/B–ISDN参考模型

平台管理(PlaneManagement)确保了各种平台恰当地协调它们的行为。模型的底部是物理层，规定了传输的物理特征。 物理层上面是ATM层。它执行类似于OSI第2层和第3层中的功能。它定义了信元格式以及如何响应信元头中的信息；还负责建立和释放连接，建立虚电路和虚通道；执行拥塞控制。

10.5DDN 10.5.1概述 随着数据通信业务的发展，一种新型网络——DDN(数字数据网，DigitalDataNetwork)迅速发展起来了，它利用光纤、数字微波或卫星等数字传输通道提供永久或半永久性连接电路，为用户提供专用的数字数据传输通道，并为用户建立自己的专用数据网提供条件。

DDN由数字电路、DDN结点、网络控制和用户环路组成。 DDN为用户提供的基本业务是专用电路业务，其中最典型或最主要的是点对点的专用电路。

DDN与X.25网的主要区别在于DDN不具备交换功能，利用DDN的主要方式是定期或不定期地租用专线。 10.5.2DDN的特点

DDN的特点如下：

(1)DDN是透明传输网。

(2) DDN是同步数据传输网。

(3) DDN传输速率高，网络时延小。

(4) DDN可提供灵活的连接方式。

10.5.3DDN的应用 由于DDN的高质高效性，它能满足人们对传输信息量大、误码率低的要求。在美国，DDN主要用于商业、金融业和办公自动化系统。在我国，使用DDN业务的客户也集中在教育科研机构、金融商务和证券领域。

DDN可提供的基本业务和服务是出租专用电路业务，专用电路包括点对点的专线和多点专线两类。 用户租用一条点对点专线后，DDN为两个用户间提供一条双向的高速的、高质的专用电路。 多点专用电路包括一点对多点和多点对多点两类。一点对多点是指一个主站可对多个从站进行广播或轮询；多点对多点专用是指多个站点之间可以相互通信，视频会议可采用这种方法。 除了基本业务和服务外，DDN还提供多种增值业务，包括帧中继、压缩话音/G3传真以及虚拟专用网等多种业务和服务。10.6ISDN 10.6.1概述

ISDN提供端到端的数字连接综合业务和标准的入网接口，它具有以下三个基本特性：

(1)端到端的数字连接。

(2)综合的业务。

(3)标准的入网接口。 10.6.2ISDN体系结构

ITU–T还定义了参考点(referencepoint)对基本连接策略进行分类。下述内容描述了其参考点的主要功能：

(1)NT1(网络终端1)涉及信号的物理和电气特征的非智能终端。它们主要执行OSI第一层功能，如同步和计时。NT1设备通常构成用户站点和ISDN端局间的边界，而ISDN端局像电话系统的端局那样提供对其它站点的访问。

(2)NT2(网络终端2)负责执行OSI第二层、第三层中指定功能的智能终端。这个组的功能有：交换、集中和多路复用等。普通的NT2设备是一个PBX。它可用来将用户的设备连接在一起，或连入一个NT1以提供对ISDN端局的访问。 (3) NT12将NT1和NT2合并在一个设备中。

(4) TE1(终端设备1)ISDN设备，如：ISDN终端、数字电话或有ISDN兼容接口的计算机这种设备通常直接与一个网络终端设备连接。

(5) TE2(终端设备2)非ISDN设备，包括打印机、PC、模拟电话或任何具有非ISDN接口(如RS.232或X.21)的设备。

(6) TA(终端适配器)用于TE2设备，它可将信号转换成ISDN兼容的格式。目的是将非ISDN设备综合于ISDN网络中。

参考点有4个：

(1)参考点R将TE2设备与TA分隔开(如图10-12(a)所示)。点R能够根据TE2标准响应多种不同的接口。

(2)参考点S将NT2设备与ISDN设备隔开(如图10-12(a)和(b)所示)。它支持2B+D信道，比特率为192kb/s。事实上，它将专用于用户功能的设备和专用于通信功能的设备分隔开。

(3)参考点T是对用户站点的访问点(如图10-12(a)和(c)所示)。通常，它将客户设备与网络供应商的设备分开。一般而言，如果T是NT1和终端设备或终端适配器间的接口，则它对应于一条2B+D信道。如果它位于两个NT设备间，那么它对应于一条23B+D信道。

(4)参考点U定义了NT1和ISDN端局间的连接(如图10.12(d)所示)。图10-12ISDN参考点 10.6.3宽带ISDN(B-ISDN)

ISDN的数字特征是十分吸引人的，但在一个100 Mb/s的LAN和千兆比特率的光纤时代里，ISDN的64 kb/s就相形见绌了。ITU–T开发了一套新文档描述宽带ISDN，目的是使用现行高带宽技术来提供需要高传输率的服务。

B–ISDN可提供多种服务，如视频会议和电视电话。目前的ISDN标准能提供视频电话，但只有小屏幕。更大的屏幕和高质量的视频图像则要求更高的传输率。目前B–ISDN采用的传输模式主要有高速分组交换、高速电路交换、异步传输模式ATM和光交换方式四种。

高速分组交换是利用分组交换的基本技术，简化了X.25协议，采用面向连接的服务，在链路上无流量控制、无差错控制，集中了分组交换和同步时分交换的优点，已有多个试验网已投入运行。 高速电路交换主要采用多速时分交换方式(TDSM)，这种方式允许信道按时间分配，其带宽可为基本速率的整数倍。由于这是快速电路交换