6、第6章 广域网与接入技术

1、第6章 广域网与接入技术,学习目标及重点,掌握光纤接入网和混合光纤同轴电缆的接入方式,掌握公共交换电话网络等的组网特点、主要技术和接入方式,掌握广域网的交换技术及其应用,掌握广域网的特点和组成结构,掌握广域网、Internet、万维网的区别,熟悉智能光网络的概念和诞生过程，掌握其体现结构和相关技术,6.1.1 广域网概述 广域网、因特网和万维网 广域网（WAN Wide Area Network）是一种覆盖多个远距离区域的计算机网络；广域网常常连接着多个小型局域网（LAN local area network）或城域网（MAN Metropolitan Area Network）等。 因特网（

2、Internet）是一种连结全球的开放式广域网，它所遵从的通信协议是“传输控制和网间协议”（TCP/IP）。,6.1 广域网,WWW（World Wide Web）网属于广域网范畴，是万维网的简称。万维网则是在因特网基础上发展起来的一种新技术，通过将位于全世界Internet网上不同地点的相关数据信息有机地编织在一起，WWW 提供这样一种友好的信息查询接口。,区别 从OSI七层来说，广域网是数据链路层的解决方案；互联网是网络层和传输层上的一个实例；而万维网是在互联网技术上的一个应用，他工作在OSI的应用层。所以从专业的角度来说把这几个技术放在一起是不合理的。,广域网的相关概念 接入网技术：如何

3、实现和公共传输网络之间的连接，并通过公共传输网络实现远程端点之间的数据交换等，就是接入技术。 接入网：AN（Access Network）又称用户网，是指从电话交换局端到用户之间的网络。 常用的接入网技术：PSTN、DDN、xDSL、HFS 以及光纤接入网和无线接入网。,广域网采用的技术： SONET（Synchronous Optical Network 同步光纤网络）是用于数字通信的标准传输格式，传输速率是有层次的信令结构。 SDH（ Synchronous Digital Hierarchy 同步数字序列）是一种新的数字传输标准。 DWDM（Dense Wavelength Divisi

4、on Multiplexing）是每个波长的间隔不到1nm的波分多路复用技术。,广域网的特点： 网络范围大：覆盖一个国家、一个大洲、甚至全球，网络拓扑结构复杂。 WAN的结构又分为末端系统（两端的用户集合）和通信系统（中间链路）两部分。通信系统是广域网的关键，它主要有以下几种： 公共电话网 专线 即Leased Line，在中国称为DDN 帧中继 异步传输模式 数字电路, 广域网线路通常需要付费 多数企业不可能自己架设线路，而需要租用已有链路，故广域网的大部分花费用在了这里。 广域网常用设备有 广域网交换机（wan switch）：广域网根据不同的协议一般都有相应的交换机在网络中部署，如帧中继

5、交换机，ATM交换机。 调制解调器（Modem）：作为末端系统和通信系统之间信号转换的设备，是广域网中必不可少的设备之一。分为同步和异步两种，分别用来与广域网交换机的同步和异步串口相连接，同步可用于专线、帧中继等，异步用于PSTN的连接。,6.1.2 广域网的基本组成与结构,1. 广域网的结构 一整套的交换机和路由器相互连接在一起形成广域网。 2广域网的基本组成 （1）主机 （2）终端 （3）通信处理机 （4）通信设备 （5）通信线路,通信系统基本模型,广域网的基本组成,6.2 广域网中的交换技术,6.2.1 交换的基本原理 通信子网负责全网中的信息交换。 采用交换方式，利用集中和转接的概念，

6、通过选择和复用技术，可以提高线路资源的利用率，简化网络拓扑结构，降低网络成本。,广域网交换示意图,交换节点的基本组成,6.2.2 交换方式的分类,交换方式的分类,在通信网络中，交换功能是由许多交换节点即交换设备来完成的。 不同的通信网络由于所支持业务的特性不同，其交换设备所采用的交换方式也不同，交换节点转发信息的方式就称为交换方式。,6.2.3 几种交换技术在广域网中的应用,1电路交换在电话网中的应用 在电路交换方式中，根据采用的交换技术，可以分为两种类型：,电话网示意图,空分交换技术,时分交换技术,2报文交换和分组交换在广域网中的应用 克服了电路交换不能连接不同类型终端、不能进行差错控制等问

7、题，但它不利于实时通信，只适用于公众电报和电子信箱业务。 3分组交换在广域网中的应用 具有传输效率高、安全、可靠等特点在SONET、帧中继、xDSL、ATM等广域网中都得到广泛的应用。,6.3 公共交换电话网络概述,1PSTN的通信原理 由负责接入的终端局（本地交换局）、长途局、地区或区域性的中转局构成。,电话系统网络示意图,终端局有大量的外线和附近的一个或多个交换中心相连，交换中心又称会接局（Tandem Office）和长途局（Tool Office） 如果主叫电话和被叫电话不在同一个端局，要看主叫端局和被叫端局是否在同一个长途局存在一条长途连接干线连接，这在两个端局距离较近时很容易出现，

8、如果存在，便在这个长途局中建立连接。 如果主叫和被叫没有一个共同的长途局，则路由选择将向地区局（Sectional Office）和区域局（Regional Office）中建立。,2PSTN的通信特点 采用异步传输方式，速率为9.656kbit/s 采用语音线路进行数据传输 Modem的数/模是必须的 分布广泛、使用简单、成本低。成为首选方案。,3. PSTN的接入方式,局域网间通过按需拨号实现互联,为其他广域网链路备份,6.4 帧中继网,6.4.1 帧中继概述 1基本概念 帧中继（FR）是在开放系统互连参考模型（OSI/RM）第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种交换技术。,X.25

9、与帧中继的操作方式,2帧中继技术的特点,帧中继协议简化了X.25分组级功能，只有两个层次 传送的基本单元为帧：帧的长度可变，最大长度允许1600字节 。 在数据链路层完成动态（统计）复用、帧透明传输和差错检测，将出错的帧丢弃，不采用重传机制 。 帧中继技术提供了有效的带宽管理和阻塞控制机制。 帧中继现可提供用户的接入速率在64Kbit/s2.048Mbit/s，也可达到45Mbit/s。 帧中继采用了面向连接的工作模式，可以提供PVC业务、SVC业务。,6.4.2 帧中继协议,1帧中继协议结构 帧中继协议分为用户（U User）平面和控制（C Control）平面两部分。 用户平面使用ITUT

10、Q.922协议：是用于传送用户数据和管理信息 。 控制平面使用ITUTQ.931和Q.922两个协议：是用于建立和释放逻辑连接，传送与处理呼叫控制消息。它们仅在用户和网络之间操作。在此只重点介绍帧中继用户平面的协议结构 。 帧中继用户平面的协议结构分为两层：物理层和数据链路层（DL：Data Link）。,帧中继协议结构,2数据链路层的核心协议,Q.922核心层协议功能主要包括： 帧的定界、同步和透明性。 用地址字段进行帧的复用/分路。 帧传输差错检测（但不纠错）。 检测传输帧在“0”比特插入之前和删除之后，是否由整数个8比特组组成。 拥塞控制功能。 检测帧长是否正确。,3帧中继的帧结构,帧中

11、继的帧结构,F（Flag）：标志字段，帧的起始 A（Address）：地址字段 I（Information）：信息字段 FCS（Frame Check Sequence） 4帧中继对无效帧的处理,5帧中继的寻址方式,数据链路连接标识符（DLCI Data Link Controll Indicate），这是每一帧的地址信息。目前帧中继网只提供永久虚电路（PVC Permanent Virtual Circuit）业务，每一个节点机中都存在PVC路由表，当帧进入网络时，节点机通过DLCI值识别帧的去向。,PVC路由,帧中继虚电路逻辑拓扑结构,反向ARP和MAP,6反向ARP（Inverse AR

12、P）和MAP,7帧中继的带宽管理,帧中继网络为每个用户分配三个带宽控制参数：Bc、Be和CIR。同时，每隔Tc时间间隔对虚电路上的数据流量进行监视和控制。Tc值是通过计算得到的，Tc=Bc/CIR。 CIR是网络与用户约定的用户信息传送速率。 Bc是网络允许用户在Tc时间间隔传送的数据量。 Be是网络允许拥护在Tc时间间隔内传送的超过Bc的数据量。,虚电路上的带宽控制,6.4.3 帧中继网的构成,1帧中继网络结构,帧中继支持的网络结构,帧中继网组织示意图,2帧中继网络设备,（1）帧中继交换机 帧中继交换机的类型： 改装型X.25分组交换机； 以全新的帧中继结构设计为基础的新型交换机； 采用信元

13、中继、ATM技术、支持帧中继接口的ATM交换机。 帧中继交换机的接口： 用户接入接口：用户接入接口支持标准的FR UNI规程（物理层接口规程和数据链路层的核心规程），可以用于帧中继用户设备的介入。 中继接口：中继接口支持标准的FR NNI规程，支持与其他交换机设备的互连。 网管接口：负责接入帧中继的网络管理系统。 （2）局间中继线 帧中继网的局间中继传输利用数字传输信道，比如数字微波、光缆等。,3帧中继的用户入网方式,用户接入帧中继网的方式,（1）局域网（LAN）接入方式 LAN用户通过路由器或网桥设备接入帧中继网络 LAN用户通过帧中继装/拆设备（FRAD）接入帧中继网络 （2）终端接入帧中

14、继网的形式 （3）专用帧中继网接入公用帧中继网的形式,4帧中继用户接入设备,（1）帧中继终端 符合帧中继用户网络接口规程的用户终端 。 （2）帧中继装/拆设备 具有非帧中继用户网络接口的用户终端 。 具有以下一些基本特性： 具有协议转换功能； 具有拥塞管理和控制功能； 具有集中功能，可以接入多个用户； 具有维护和测试功能。 （3）路由器和网桥,6.5 ATM网,6.5.1 ATM信元结构,信元结构和信元头结构,信元头各字段的含义如下： 1GFC（Generic Flow Control） 2VPI（Virtual Path Identifier） 3VCI（Virtual Connection

15、 Identifier） 4PTI（Payload Type Identifier） 5CLP（Cell Loss Priority） 6HEC（Header Error Control）,6.5.2 ATM协议分层及各层的功能,1ATM协议参考模型概述 ATM在逻辑上可按三个层面描述: 用户平面 管理平面 控制平面 每个面内采用了分层的方法 物理层 ATM层 AAL层,2ATM协议结构及各层功能,ATM参考模型,ATM协议结构,各子层的功能,6.5.3 ATM交换原理,1ATM交换的概念 将ATM信元从一条入线被传送到一条或多条出线的过程为ATM信元的交换过程。 虚拟通道（VC） 虚拟通路（

16、VP） 传输通路,2ATM的交换及虚连接,不像STM中那样，用户在呼叫期间独占物理通道的一部分，ATM是逻辑上的“虚连接”，故称“虚电路”。,VC及VP的关系,VCC和VPC连接过程,VP交换过程,VC交换,3ATM交换的基本原理,总之，ATM交换机完成信头变换、排队和路由选择（空分交换）三个基本功能。 信头变换 排队 路由选择 信头变换加上选路功能，才能实现ATM交换结构的交换功能,ATM交换的基本原理,自选路由网络,6.6 数字数据网（DDN）,6.6.1 DDN概述 1DDN的概念 数字数据网（DDN：Digital Data Network）是把数据通信技术、数字通信技术、光纤通信技术

17、、数字交叉连接技术和计算机技术有机结合在一起的新型通信技术。是依托中国电信数字数据骨干网（CHINADDN），利用光纤、数字微波、卫星等数字信道，向客户提供带宽独享的、全数字的、物理层透明通道的数据业务。是覆盖范围最广的中高速骨干数据通信网络之一。,2DDN的功能,提供9.6K、N64K直至2M速率的数字专线通道。 提供透明传输，可承载语音、数据、视频等多种业务。 可为不同的客户端设备提供多种物理接口选择，入网方式有3种：频道传输、基带传输和数字数据传输。 利用DDN可以进行局域网的互连。,3DDN的特点,通信质量高 透明传输 业务成熟 灵活的接入方式 网络管理简便,6.6.2 DDN的组成及

18、基本工作原理,1DDN的网络结构,DDN三级网络结构,2DDN节点功能和分类,（1）DDN节点的功能 DDN节点主要包括复用及数字交叉连接设备等。其主要功能有： 复用和解复用； 交叉连接； 提供各种数字通道接口和用户接口并接入各种业务； 保持网络同步。 （2）DDN节点分类 骨干节点机：执行网络业务的转换功能 。 接入节点机：主要为DDN各类业务提供接入功能 。 用户节点机：主要为DDN用户入网提供接口并进行必要的协议转换。,3DDN的组成,DDN的网络组成,（1）本地传输系统 由用户设备和用户环路组成。 用户设备一般是数据终端设备（DTE） 可以是局域网，通过路由器连至对端，也可以是一般的异

19、步终端或图像设备，以及传真机、电传机、电话机等。DTE和DTE之间是全透明传输。 用户环路包括用户线和用户网络接入单元（Network Access Umit，NAU）,（2）复用及数字交叉连接系统 复用 一级复用 二级复用 数字交叉连接系统 是对数字群路信号及其子速率信号进行交换的设备。信号的交叉连接可采用两种方式： 背靠背人工布线方法 通过计算机控制的时隙交换网络来实现 交叉连接的原理是时隙互换,（b）采用时隙交换网络实现交叉连接,（C）DXC中的时隙交换,DDN中的交叉连接,6.6.3 DDN入网方式,DDN的入网方式,DDN用户接入方式,6.7 数字用户线路（XDSL）,6.7.1 数

20、字用户线路概述 主要技术： （1）ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Loop非对称数据用户线,提供1.58Mbit/s的下行传输速率，16640Kbit/s上行传输速率。在1.5Mbit/s下行传输速率下，传输距离可达5.5km，在68Mbit/s下行传输速率下，传输距离可达3.03.5km。） （2）RADSL（Rate Adaptive DSL速率自适应ADSL, RADSL的传输速率和距离与ADSL相同 ,不同的是能根据实际的双绞线长度和双绞线传输特性来自动调整传输速率。 ）,6.7.1 数字用户线路概述 主要技术： （3）HDSL（High-bi

21、t-rate Digital Subscriber Link高比特率数字用户线,是对称技术, 2对双绞线提供T1 速率；3对双绞线提供E1速率，距离4.5km。） （4）SDSL（Symmetrical DSL对称数字用户线,传输距离3km，但只需单对双绞线就可达T1/E1的传输速率。） （5）VDSL（Very High-bit DSL超高比特率数字用户线,是不对称的技术 。提供1532Mbit/s的下行传输速率，1.52.3Mbit/s上行传输速率。传输距离限制在0.31.2km之间。由于VDSL的高速传输特性，用户可以通过VDSL下载高清晰度电视节目。）,6.7 数字用户线路（XDSL）

22、,6.7.2 利用ADSL组建广域网,1模拟拨号接入方式 （1）用户拨号接入方式,利用ADSL模拟拨号将计算机接入广域网,（2）局域网公用一个ADSL帐号接入广域网,利用ADSL模拟拨号将局域网接入广域网,2专线接入方式,利用ADSL专线接入广域网,6.8 混合光纤同轴电缆（HFC）,混合光纤同轴电缆是指光缆敷设到小区，然后通过光电转换接点，利用有线电视网（CATV Cable Television 有线电视）的总线型同轴电缆连接到用户，提供综合电信业务技术。,HFC接入网方式,通过HFC接入网方式组建广域网时，需要有电缆调制解调器（Cabel Modem），连接方式可参考ADSL接入方式（如

23、图6.37，用户拨入和局域网共用一个ADSL帐号接入），只需要将ADSL Modem换成Cabel Modem，从外面进来的有线电视的同轴电缆接到Cabel Modem，然后用网线通过Cabel Modem的网线接口接计算机的网卡接口，用有线电视同轴电缆通过Cabel Modem的相应接口接电视机。,6.9 光纤接入网,光纤接入网是使用光纤作为主要传输介质的网络系统，其结构如图6.38所示。在交换局一侧，要把电信号转换为光信号，以便在光缆中传输；在用户侧，要使用光网络单元（ONU）将光信号转换成电信号再传送到用户终端。,1. 光纤接入网的分类,（1）FTTC光纤接入网 是为住宅用户提供服务，将

24、ONU放在路边，从ONU出来用同轴电缆提供电视服务，用双绞线提供电话服务。 （2）FTTB光纤接入网 是为大中型企事业单位及商业用户服务，将ONU放在大楼内，提供高速数据通信、远程教育、远程医疗、电子商务等宽带业务。 （3）FTTH光纤接入网 是为家庭用户提供服务，将ONU放置在用户家中，由用户专用，为家庭提供多种宽带业务。,2. 光纤接入网的结构,（1）星形结构 星型网又分为单星型网和多星型网 。 （2）环形结构 首尾都接入同一个交换局端，这种环路能提供路由选择的机会，从运行和可靠性上讲都是十分有益的。 （3）树形结构 是一种在网络中使用无源光器件来共享光纤的无源网络，从交换局端到用户光纤的

25、不同地点装有一定数量的光分路器，使一根光纤逐级分出若干个支路 。,3利用光纤网组建广域网,PON光纤接入网结构,利用光纤网组建广域网,6.10 智能光网络,6.10.1 智能光网络简介 新一代的光联网有如下三个特征： （1）更高的光网络带宽利用率； （2）更加灵活的网络结构； （3）更加有效的支持面向未来的业务； 新一代光网络的核心技术主要包括光网络核心层中的智能光网络（ION）技术，光传送网（OTN）技术和光网络汇聚层接入层中的多业务传送平台（MSTP）技术和光以太网技术等。,6.10.2 智能光网的诞生和基本概念,智能光网络最初的思路来源于几年前的“IP over WDM”网络模型，是对该

26、模型的进一步优化。 传统的光传送网络中通常只涉及对信号的传送、复用、交叉连接、监控和保护恢复，是一个静态的网络，而智能光网络将引入动态交换的概念，特别是引入业务层与传送层之间的自动协同工作机制，这种创新的体系结构代表了新一代光网络的重要发展趋势。 智能光网络结构将使未来网络出现三个平面：数据/传送面、管理面和控制面，最终实现由业务层提出带宽需求，通过标准的控制面来使传送层提供动态自动的路由,智能光网络体系结构,6.10.3 智能光网相应技术,1网络模型 （1）重迭模型 在这个模型中IP业务层和光层是完全独立的两层，这两个层面拥有各自独立的控制面，它们通过一个公共的用户到网络接口协议（UNI）来完成互联，而边缘客户层设备和核心网络层设备之间不交换网络内部信息（例如光网络拓扑信息等），实施独立选路。,重叠模型,（2）对等模型 IP业务层和光网络层是对等的，既在两个层面上运行同一个路由协议，采用统一集成的控制面 。IETF将这种控制面称之为GMPLS（Generalized MPLS）技术，这是对传统的MPLS和MplambdaS的路由、信令协议和控制机制的进一步拓展。边缘设备可以看到网络的拓扑，对于路由协议，每个边缘设备只需与相邻的光交叉机而不是其它边缘设备相关连，这使得路由协议能够