通信网理论与应用-第7章

1、第7章 数据网,数据通信网是由数据终端、传输、交换和处理等设备组成的体系，用于数据信息的传输、交换与处理，并尽可能提高网内各种设备的利用率，以获得网内资源（包括通信线路、硬件、软件数据库等）的共享。,第7章 数据网,7.1 概述 7.2 分组交换网 7.3 DDN网 7.4 帧中继网 7.5 ATM网 7.6 计算机通信网,7.1 概述,7.1.1数据网概念及构成 7.1.2 数据网的分类,7.1.1数据网概念及构成,数据通信系统,DTE（Data Terminal Equipment）是数据终端设备 。可以是连接到数据网络上的任意一个计算机设备 DCE（Data Circuit Equipm

2、ent）是数据电路终接设备 .其作用是把DTE送来的数据信号变换成模拟信号再送往信道；或者反过来把信道来的模拟信号变换成数据信号再送往DTE。,7.1.1数据网概念及构成,7.1.1数据网概念及构成,数据网的构成,数据网的硬件构成包括数据终端设备、数据交换设备和数据传输设备。 数据网的骨干网一般采用网状结构或格形网结构，而数据网的本地网一般采用星型结构或其他结构。,7.1 概述,7.1.1数据网概念及构成 7.1.2 数据网的分类,7.1.2 数据网的分类,数据网的分类 可以从不同的角度来分类 (1)按照传输技术分类 交换网 ：由节点和通信链路组成 广播网 ：每个数据站的收发信机共享同一个传输

3、媒质 (2)按照传输距离分类 局域网 ：传输距离一般在几公里以内，速率在10Mb/s以 上。 城域网 ：传输距离一般在50100公里之内 ，以光纤为 通信媒体 广域网 ：一种跨地区的数据通信网络，通常包含一个国 家或地区。,第7章 数据网,7.1 概述 7.2 分组交换网 7.3 DDN网 7.4 帧中继网 7.5 ATM网 7.6 计算机通信网,7.2 分组交换网,7.2.1 分组交换网络结构 7.2.2 分组交换网的业务功能 7.2.3 分组网的应用,从设备来看，分组交换网由分组交换机、连接这些交换设备的链路、远程集中器（含分组装拆设备）、网络管理中心（NMC：Network Manage

4、ment Center）等组成。 分组交换机可分为转接交换机和本地交换机两种 转接交换机容量大、线路端口数多、具有路由选择功能，主要与其他交换机互连 本地交换机容量小，只有局部交换功能，不具备路由选择功能,7.2.1 分组交换网络结构,分组交换网的基本结构如图,7.2.1 分组交换网络结构,7.2 分组交换网,7.2.1 分组交换网络结构 7.2.2 分组交换网的业务功能 7.2.3 分组网的应用,分组交换网的业务分为基本业务和用户任选业务 基本业务功能：分组网向所有网上的用户提供的基本服务功能 。也就是要求网络能在用户之间“透明地”传送信息 用户任选业务功能： 用户可以根据需要选择任选业务。

5、,7.2.2 分组交换网的业务功能,7.2 分组交换网,7.2.1 分组交换网络结构 7.2.2 分组交换网的业务功能 7.2.3 分组网的应用,分组网的应用可以总结如下： 利用分组网组建本系统的管理信息网 利用分组网进行数据库查询，开展信息服务 利用分组网进行本系统的实时业务处理 利用分组网接入CHINANET,7.2.3 分组网的应用,第7章 数据网,7.1 概述 7.2 分组交换网 7.3 DDN网 7.4 帧中继网 7.5 ATM网 7.6 计算机通信网,7.3.1 DDN网的结构及组成 7.3.2 DDN网的业务及应用,7.3 DDN网,DDN（Digital Data Networ

6、k）是采用数字信道来传输信号的数据传输网。 可以为用户提供全数字、全透明、高质量的网络来连接、传递各种数据业务 可以为用户提供专用的数字数据传输通道 为用户建立自己的专用数据网提供条件 DDN的基础是数字传输网，必须以光缆、数字微波、数字卫星电路为基础。,7.3.1 DDN网的结构及组成,1DDN网的结构,7.3.1 DDN网的结构及组成,DDN网可分为核心层、接入层、用户接口层,(1)核心层以2Mb/s电路构成骨干节点核心，执行网络业务的转接功能，包括帧中继业务的转接。 (2)接入层为DDN各类业务提供子速率复用和交叉连接，主要有帧中继业务、用户接入业务和本地帧中继业务，以及压缩语音/G3传

7、真用户入网。 (3)用户接口层为用户入网提供适配和转接功能，如小容量时分复用设备等。,7.3.1 DDN网的结构及组成,2DDN网的组成 一个DDN主要由本地传输系统、交叉连接和复用系统、局间传输及同步时钟系统和网络管理系统组成 (1)本地传输系统：指从终端用户至DDN的本地局之间的传输系统，即用户线路，一般采用普通的市话用户线，也可使用电话线上复用的数据设备。,7.3.1 DDN网的结构及组成,(2)交叉连接和复用系统：交叉连接是将符合一定格式的用户数据信号与零次群复用器的输入或者将一个复用器的输出与另一复用器的输入交叉连接起来，实现半永久性的固定连接。 (3)局间传输及同步时钟系统：通常采

8、用数字通信网的全网同步时钟系统 。 (4)网络管理系统 ：对网上的传输通道、用户参数的修改、监测、维护与调度实行集中管理。,7.3.1 DDN网的结构及组成,一个典型的DDN网结构,7.3.1 DDN网的结构及组成,3DDN的特点 传输速率高。 协议简单。 全透明传输。 灵活的连接方式。 电路可靠性高。 传输质量高、网络时延小。 网络运行管理简便。,7.3.1 DDN网的结构及组成,7.3.1 DDN网的结构及组成 7.3.2 DDN网的业务及应用,7.3 DDN网,1DDN网提供的业务 为分组交换网、公用计算机互联网等提供中继电路。 租用专线业务，可提供点对点、点对多点的业务。 提供帧中继业

9、务，扩大了DDN的业务范围。 提供语音、G3传真、图像、智能用户电报等通信。 提供虚拟专用网业务。,7.3.2 DDN网的业务及应用,2DDN的应用 数据传输、图像传输、语音传输； 民航、火车站售票联网； 银行联网； 股市行情广播及交易； 信息数据库查询系统； 智能小区； 任何电脑连网通信。,7.3.2 DDN网的业务及应用,第7章 数据网,7.1 概述 7.2 分组交换网 7.3 DDN网 7.4 帧中继网 7.5 ATM网 7.6 计算机通信网,7.4.1 帧中继的定义及特点 7.4.2 帧中继的业务,7.4 帧中继网,帧中继是在传统分组交换技术和光纤传输的基础上发展起来的高速分组交换技术

10、，简化了分组交换中使用的X.25协议，取消了网内逐段的差错控制和流量控制，而将其移到端系统中进行，采用端对端的检错、重发控制机制，从而缩短了交换节点处的处理时间。帧中继的帧信息长度远比X.25分组长度要长，最大帧长度可达1600字节/帧，适合于封装局域网的数据单元，适合传送突发业务(如压缩视频业务、WWW业务等)。,7.4.1 帧中继的定义及特点,2帧中继网结构,7.4.1 帧中继的定义及特点,图7.7 帧中继通信示意图,局域网1和局域网2代表两个要通过帧中继网络互联的局域网，路由器或帧中继拆装设备FRAD的作用是将局域网1的帧(如以太网帧、令牌环帧等)封装打包成FR的帧，送入FR网络进行传送

11、。FR路由器将从FR网络接收到的帧中继帧解包，并转换为以太网帧送给局域网2。,1帧中继的优点 按需分配带宽，网络资源利用率高，网络费用低廉。 采用虚电路技术，适用于突发性业务的使用。 不采用存储转发技术，时延小、传输速率高、数据吞吐量大。 兼容X.25、SNA、DECNET、TCP/IP等多种网络协议，可为各种网络提供快速、稳定的连接。 帧中继业务支持多种数据用户，如局域网互联，可应用于银行、证券等金融及大型,7.4.1 帧中继的定义及特点 7.4.2 帧中继的业务,7.4 帧中继网,适用范围 大企业、银行、政府部门总部和各地分支机构的局域网之间的互连； 医疗、金融机构之间图像、图表的传送；

12、大文件的传送； 数据库的检索； 组建虚拟专用网等 2典型应用：某公司采用中国电信帧中继数据传送业务组建内部办公系统,7.4.2 帧中继的业务,第7章 数据网,7.1 概述 7.2 分组交换网 7.3 DDN网 7.4 帧中继网 7.5 ATM网 7.6 计算机通信网,7.5.1 ATM概念及特点 7.5.2 ATM网络结构,7.5 ATM网,1ATM概念:异步传送模式(ATM：Asynchronous Transfer Mode) 是一种能高速传递综合业务信息、效率高、控制灵活、新颖的信息传递模式，已被ITU-T确定为传送和交换语音、图像、数据及多媒体信息的手段。 ATM系统使用异步时分复用技

13、术的快速分组交换方式。能采用单一的交换方式，支持从窄带语音、数据传输到高速数字电视等范围极广的各种业务。ATM网络可以适用于任何业务，不论其速率高低、突发性大小、质量和实时性要求如何，网络都按照同样的模式来处理，真正做到了完全的业务综合。,7.5.1 ATM概念及特点,2ATM特点 （1）对服务质量（QoS）的支持:ATM采用固定长度的信元传送信息 ,采用面向连接的通信方式 （2）ATM的综合能力 （3）灵活的动态带宽分配与连接管理能力 （4）ATM对已有技术的兼容性,7.5.1 ATM概念及特点,7.5.1 ATM概念及特点 7.5.2 ATM网络结构,7.5 ATM网,ATM网可分为三大部

14、分：公用ATM网、专用ATM网和ATM接入网 公用ATM网是由运营商经营和管理的ATM网，它通过用户网络接口连接各专用ATM网和ATM终端。 专用ATM网是指一个单位或部门范围内的ATM网，专用网主要用于局域网互连或直接构成ATM LAN，以在局域网上提供高质量的多媒体业务和高速数据传送。 ATM接入网主要指在各种接入网中使用ATM技术，传送ATM信元，如基于ATM的无源光纤网络(APON)、混合光纤同轴(HFC)、非对称数字环路(ADSL)以及利用ATM的无线接入技术等,7.5.2 ATM网络结构,7.5.2 ATM网络结构,ATM网具有多种接口，主要有UNI、NNI、B-ICI、DXI、F

15、UNI五种 1为ATM网中的用户网络接口，它是用户设备与网络之间的接口，直接面向用户。 2NNI 一般为两个交换机之间的接口，也定义了物理层、ATM层等各层的规范，以及信令等功能，但由于NNI接口关系到连接在网络中的路由选择问题，所以特别对路由选择方法做了说明。 3B-ICI:定义为两个公用ATM网之间的接口，为分别属于两个运营者的UNI接口提供了连接。 4DXI:定义在DTE和DCE之间，DTE通过DXI与DCE相连，再通过ATM UNI接口接入ATM网中，DCE完成了不符合ATM标准的数据终端到ATM的适配过程，相当于终端适配器。 5FUNI将ATM适配功能完全移入了交换机内部，终端和AT

16、M交换机之间传送FUNI帧，所以与基于信元的DXI接口相比，FUNI在接入线上有更高的效率。,7.5.2 ATM网络结构,第7章 数据网,7.1 概述 7.2 分组交换网 7.3 DDN网 7.4 帧中继网 7.5 ATM网 7.6 计算机通信网,7.6.1 局域网 7.6.2 城域网 7.6.3 广域网,7.6 计算机通信网,数据通信网是计算机技术和通信技术相结合的产物，亦称计算机通信网。计算机网的结构图,7.6 计算机通信网,1.局域网的拓扑结构:一般有星形、总线形、环形、树形、网状等五种结构。 2.局域网的传输媒质 3局域网的访问控制方式:常用的访问控制方式有三种,分别是带冲突检测的载波

17、侦听多址接入（CSMA/CD）；令牌环(Token Ring)；令牌总线(Token Bus)。 4局域网协议标准：IEEE为局域网制定了一系列标准。 主要为IEEE802 系列,7.6.1 局域网,5以太网：以太网最初是美国Xerox公司和STANFORD大学合作于1975年推出的一种局域网。 IEEE802.3就是以DIX规范为主要来源而制定的以太网标准。以太网具有传输速率高、网络软件丰富、安装连接简单、使用维护方便等优点，已成为国际流行的局域网标准之一。 （1）10BASET双绞线以太网,7.6.1 局域网,10BASET采用的是无屏蔽双绞线。 其主要技术特性： (a) 数据传输速率是1

18、0Mb/s基带传输； (b) 每段双绞线最大长度为100m(HUB与工作站间及两个HUB之间)； (c) 一条通路允许连接HUB数为4个； (d) 拓扑结构为星形或总线形； (e) 访问控制方式为CSMA/CD； (f) 帧长度是可变的，最大1518个字节； (g) 最大传输距离是500m； (h) 每个HUB可连接的工作站是96个；,7.6.1 局域网,7.6.1 局域网,（2）100BASET快速以太网 100BASET的信息包格式、包长度、差错控制及信息管理均与10BASET相同，但信息传输速率比10BASET提高了10倍。,7.6.1 局域网,7.6.1 局域网, 100BASET的主

19、要技术特性： (a)媒质传输速率是100Mb/s基带传输； (b)拓扑结构为星形； (c)从集线器到节点最大距离为100m(非屏蔽双绞线UTP)和185m(光缆)； (d)一个网段最多允许的HUB是2个； 100BASET的特点如下 (a)性能价格比高。 (b)升级容易。 (c)移植方便。 (e)易于扩展。,7.6.1 局域网,（3）千兆位以太网 千兆位以太网又叫G比特以太网，是一种新型高速局域网。它可以提供1Gbs的通信带宽，采用和传统10100M以太网同样的CSMACD协议、帧格式和帧长，因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级，从而能最大限度地保护用户以前的投资。 千兆位

20、以太网特性 简便、直接的高性能升级，而且无网络崩溃危险 (b) 较低的总体开销 (c) 对新型应用和数据类型的支持 (d) 灵活的网络互联和网络设计 (e) 不能保证服务质量,7.6.1 局域网, 如何升级到千兆位以太网：一个非常直接的升级方案是将快速以太网交换机之间或中继器之间的100Mbs的链路升到1000Mbs。,7.6.1 局域网,6令牌环网：局域网的传统组网方式之一，它具有实现简单、控制效率高的特点。 主要技术特性 (1)传输速率可以是4Mb/s或16Mb/s； (2)传输媒质是有非屏蔽双绞线（UTP）或屏蔽双绞线（STP）； (3)拓扑结构是环形结构； (4)媒质访问控制方式为IE

21、EE802.5 Token Passing Ring； (5)多站访问部件（MAU：Multi-Access Unit）连接线缆最大长度为45m； (6)最大节点数为96个(4Mb/s)和256个(16Mb/s)。,7.6.1 局域网,令牌环网的连接方式,7.6.1 局域网,7. FDDI网 （1）FDDI网结构:FDDI网的基本结构为逆向双环 。一个环为主环，另一个环为备用环。当主环上的设备失效或光缆发生故障时，通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。,7.6.1 局域网,（2）FDDI网的主要技术特性 传输媒质为光缆，可连接UTP或STP； 传输速率为100Mb/s； 拓扑结

22、构为双环、双环树、树形； 主环最大站点数为1000个（用光缆）； 环网最大长度为200公里（光缆）； 站点间最大距离为2公里（多模光纤）、60公里（单模光纤）、200米（STP）和100米（UTP）； 媒质访问控制方式为定时令牌传递； 延时时间10200毫秒； 最大帧长 4500字节。,7.6.1 局域网,8无线局域网: 就是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需要有线传输媒质，网络能够随着实际需要移动或变化。 （1）无线局域网网络结构 对等网络：最简单的无线局域网结构是对等网络。 基础网络结构：在基础网络结构中，无线中继站（如无线接入访问点、无线HUB

23、和无线网桥等设备）把无线局域网与有线网连接起来，并允许用户有效地共享网络资源。以分为网桥连接型、基站接入型、HUB接入型、无中心结构四种。,7.6.1 局域网,（2）无线局域网的组网 设备主要包括：无线网卡、无线访问接入点、无线HUB、和无线网桥， 无线网卡主要包括NIC（网卡）单元、扩频通信机和天线三个功能模块。 无线HUB负责管理其覆盖区域内的信息流量。 无线网桥主要用于无线或有线局域网之间的互连。,7.6.1 局域网,（3）无线局域网的传输媒体 主要有红外线系统、无线电波和蓝牙技术三种。 红外线局域网采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性 无线电波是目前应用最多的无线局域

24、网的传输媒质,无线局域使用的频段主要是S频段（2.4GHz2.4835GHz） 蓝牙技术是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本、近距离的无线通信连接技术。,7.6.1 局域网,9虚拟局域网 虚拟局域网（VLAN）是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。 虚拟局域网在交换机上的实现方法，可以大致划分为四类： （1）基于端口划分 （2）基于MAC地址划分 （3）基于网络层划分 （4）根据IP组播划分,7.6.1 局域网,虚拟局域网具有以下优点： （1）控制网络广播风暴。 （2）确保网络安全。 （3）简化网络管理。,7.6.1 局域网,

25、7.6.2 城域网 1城域网的兴起的背景 为了解决局域网和广域网之间的瓶颈问题，构建衔接局域网和广域网之间的较大区域网，就被提上了日程。这就是试图利用低成本以太网技术或其他技术来构建城域网（MAN）的初衷。 2城域网定义 （1）城域网：是一种能支持多种通信协议、提供丰富的多业务、主要面向集体用户、最大可覆盖整个城市的公用网。是一个直径为2150公里覆盖区内的网络集。是一个独立的城市地区网络，为一个城市地区提供服务。典型城域网的覆盖范围在直径为550公里区域内。,（2）宽带城域网：就是在城市范围内，以IP和ATM通信技术为基础，以光纤作为传输媒介，集数据、语音、视频服务于一体的高带宽、多功能、多

26、业务接入的的多媒体通信网络。 3城域网分级体系 城域网通常分为IntraPoP，地区城域网和城域接入三个主要领域。,7.6.2 城域网,图7.14 城域网分级体系,7.6.2 城域网,4城域网结构与技术 城市范围通信网，纵向由上而至下可划分成三种网络：业务网、传送网、物理承载网。业务网主要包括语音和数据网；传送网主要基于SDH技术构建；物理承载网由广泛分布的光线路互连组成，是所有上层网络的物理媒体承载平台。,图7.15城域数据网的层次结构,7.6.2 城域网,图7.16 某城市城域网结构,7.6.2 城域网,（1）IP城域网技术 IP城域网利用路由器组网，核心、汇聚节点之间利用PoS端口互连。

27、其核心是PoS ，采用点到点协议（PPP）对IP数据包进行封装，并采用HDOC的帧格式映射到SDH/SONET帧上，按某个相应的线环进行线速传送，它保留了IP面向非连接的特性。 （2）城域以太网技术,7.6.2 城域网,城域以太网技术的优点如下： 价格便宜。以太网的技术相对简单，它的扩展基于现有的设备，因此它的价格相对于帧中继、ATM便宜。 可快速按需配置。以太网能按照用户的要求提供各种速率，从1Mb/s10Gb/s，而且带宽增加的颗粒可以为1Mb/s或者更小，甚至用户可以使用基于Web的工具自己控制带宽。 速率长级容易。以太网不具备不同的平台和环境，因此配置和工作更为简单。以太网的可插卡性使

28、以太网从低速向高速的升级很容易。 应用广泛。多年来以太网广泛应用于企业和校园局域网中，并提供标准的FE/GE/10Gbit/s接口。,7.6.2 城域网,（3）光城域网技术 光城域网属于传送网范畴，它的核心是利用光传输网络直接承载IP/Ethernet：SDH连接、密集波分复用（DWDM）/粗波分复用（CWDM）连接或者RPR连接。根据光纤电路类型的不同，光城域网技术可分为多业务传送平台技术（MSTP）、RPR技术、DWDM/CWDM技术三种。 多业务传送平台：MSTP是以SDH平台为基础，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，并提供统一管理的多业务节点技术。,7.6.2 城

29、域网,MSTP技术有如下特点： (a) 继承了SDH技术的诸多优点； (b) 支持多种物理接口； (c) 支持多种协议； 支持多种光纤传输； (e) 提供集成的数字交叉连接交换； (f) 支持动态带宽分配； (g) 链路的高效建立能力； (h) 协议和接口的分离； (i) 提供综合网络管理功能。,7.6.2 城域网,多业务传输平台城域网具有许多独特特性： 高集成度。 多分插复用集成和业务调度能力。 多业务传送能力。 支持10M/100M/1000Mb/s的业务。 具备RPR功能。 智能化管理。,7.6.2 城域网,弹性分组环（RPR）技术 RPR是一项基于分组的全新传输技术，它综合了以太网和S

30、DH的优点，将IP路由技术对带宽的高效利用、丰富的业务融合能力和光纤环路的高带宽及自愈能力结合起来，可更好地满足城域网的多业务需求。 RPR一般采用双环结构，由两根反向光纤组成环形拓扑结构。节点在环上可从两个方向到达另一节点。每根光纤可以同时用来传输数据和同向控制信号，RPR环双向可用。,7.6.2 城域网,RPR技术的优点是能提供MAC层的50毫秒自愈时间，能提供多等级、可靠的QoS服务。其缺点是：标准不成熟；组网能力差；业务能力不统一。 DWDM/CWDM技术 WDM光城域网是由简单的WDM点对点传输深化而来的。其结构变化经历了从灵活性受限到提供动态可重新配置应用的过程。进化后的WDM光城域网系统提供的应用，与SDH提供的控制和业务选项相似。改进设计使得WDM光城域网系统更像S