网络技术基础教程第五章.ppt

1、第5章 网络互连及其设备,5.1 互连网络的基本概念 5.2 网络互连设备 5.3 广域网的相关技术,5.1 互连网络的基本概念,在网络系统集成中，互连、互联、互通、互操作是具有不同内涵的术语。 （1）互连（Interconnection）：是指物理上的连接，两个网络之间至少有一条在物理上连接的线路，它为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性，但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这要取决于两个网络的通信协议是不是相互兼容。 （2）互联（internetworking）：是指网络在物理和逻辑上，尤其是逻辑上的连接。 （3）互通（intercommunication）：是指两个网络之间可以

2、交换数据。 （4）互操作（interoperability）：是指网络中不同计算机系统之间具有透明地访问对方资源的能力。 显然，网络互连、互联、互通、互操作表示了三层涵义。互连和互联是基础，互通是手段，互操作是网络互连的目的。,下一页,返回,5.1 互连网络的基本概念,5.1.1 网络互连与网络分层 网络在建设时，为了便于实现节点之间的通信即数据的交换，对通信数据的交换采用了不同的层次来完成不同的任务的方法。因此，网络中节点的工作是分成若干个层次来进行的，也就是我们通常所说的网络是分层的。所谓分层，就是说将网络节点所要完成的数据的发送或转发、打包或拆包、控制信息的加载或拆除等工作，分别由不同的

3、硬件和软件模块去完成。为什么网络必须分层呢？这个道理很简单。由于网络所连接的计算机设备是由不同的厂家生产的，这些计算机设备硬件和软件的结构并不相同，接口也不一样。要把结构不同计算机设备互相连接起来，并且正常地工作，完成数据的传送和转发任务，不是一件简单的事，而是一件相当复杂的工作。解决这一难题的最好的方法，就是把网络节点的全部任务加以分解，按照其性质和内容归并成若干部分，由不同的模块去完成。这样就可以将网络通信和网络互连这一复杂的问题变得较为简单。,下一页,返回,上一页,5.1 互连网络的基本概念,网络分层的最大好处是可以将复杂的技术问题化简为一些比较简单的问题去处理，从而使得网络的结构具有较

4、大的灵活性，通信容易实现，可以降低网络互连的设备技术成本，更重要的是，能够实现和促进标准化工作。 网络分层还使得网络互连变得规范和容易。因为网络的互连在多数的情况下是异种网络的互连，也就是不同的网络，如不同局域网互连、局域网与广域网互连，而这些不同网络执行的是不同的协议，其操作系统和接口也不同，其间的连网极其复杂。但如果将网络的接口分层，并严格规定各层之间的作用和界限、联系，将相同的功能安排在相同的层次，这样网络的通信就比较容易实现了。,下一页,返回,上一页,5.1 互连网络的基本概念,5.1.2 网络互连的层次 人们常常使用不同的网络技术（如：Ethernet、ATM、FDDI等）组建自己的

5、局域网。由于不同的网络技术，具有不同的体系结构、不同的协议和不同的特性，在它们之间，有许多方面存在着很大的差异。因此，网络互连技术必须协调和适配这些差异，确保各网络之间的正常通信。两个网络上的计算机使用的协议必须在某一个协议层上是一致的。根据需要，在进行通信的两个网络间选择一个相同的协议层作为互连的基础。如果两个网络的第N层及以上的协议都相同，网络互连设备在这一层上进行互连，我们称该设备为第N层网络互连设备。,下一页,返回,上一页,5.1 互连网络的基本概念,根据网络进行网络互连所在的层次，常用的互连设备有以下几类： 第1层（物理层）：中继器（Repeater）。中继器在两个局域网电缆段之间复

6、制并传送二进制位信号，即复制每一个比特流。 第2层（数据链路层）：网桥（Bridge）。网桥互连两个独立的局域网，在局域网之间存储转发数据帧。 第3层（网络层）：路由器（Router）。路由器在不同的逻辑子网及异构网络之间，转发数据分组。 第4层以上（包括：传输层、会话层、表示层和应用层）：网关（Gateway）。应用程序网关，可以工作在传输层以上，具有协议转换功能。,下一页,返回,上一页,5.1 互连网络的基本概念,5.1.3 网络互连类型 在很多情况下需要将多个局域网互连起来，下面列举几个主要的应用场合： 延长局域网的网络长度。在以前的章节中我们主要讨论了单个局域网技术，所有局域网都有一个

7、共同的特点，那就是网络长度的物理限制，如：10Base-5以太网的一个电缆段最大长度为500米，而10Base-2以太网只有185米。当局域网覆盖的范围超过一个电缆段所能支持的距离时，必须延长网络长度，这时，可以通过网络互连技术，使用一种网络连接设备（如：中继器Repeater）将多个局域网电缆段连接起来，以达到扩大网络长度的目的。,下一页,返回,上一页,5.1 互连网络的基本概念,提高网络效率和网络性能。在共享式局域网中，它们的共同特点是共享带宽。为了提高共享式局域网的网络效率和网络性能，我们常采用网络微段化的技术，把大网络分割为网段，然后，通过网络互连技术，利用网桥或路由器等网间互连设备把

8、这些网段连成一个大网。其结果不但可以解决提高网络效率和网络性能的问题，而且还能使网络便于管理。 建立一个完整的校园网或企业网。一个校园或一个企业需要将个人计算机、工作站、大型计算机或小型计算机连成局域网，而不同的部门可能采用不同的网络技术，而且这些部门的地理位置分布也比较分散。这些部门可能分布在同一栋楼，也可能分布在几栋楼内，这些不同的楼宇有可能相距很远的距离。例如：有些学校有几个校区，它们分布在不同的城市或一个城市的不同区域。在这种情况下，你需要使用路由器等网间互连设备，通过局域网或广域网技术将不同校区的局域网互连在一起，使它成为一个完整的校园网或企业网。,下一页,返回,上一页,5.1 互连

9、网络的基本概念,实现更大范围的资源共享和信息交流。在许多新的网络应用中（如：远程教学、MIS管理、电子图书馆等），需要更大范围的资源共享和信息交流。人们已经不能满足单个局域网的环境，纷纷要求将不同单位的局域网互连起来。于是各个政府部门、教育部门都使用网络互连技术将不同单位的局域网连起来，建立各自的互联网。在国内有四个大互联网，它们是：CERNET（中国教育与科研计算机网）是一个由教育部门管理的，互连了全国500多所高等院校校园网的互联网；CSTNET（中国科技网）、CHINANET（中国公用计算机互联网）和CHIANGBN（中国金桥网），这四大互联网之间也实现了互连，从而建成了全国范围的计算机

10、互联网，使网上的用户能够共享全国的信息资源。,下一页,返回,上一页,5.1 互连网络的基本概念,实现全球范围的信息交流和资源共享。计算机领域最大的热点之一是Internet互联网，Internet对人类的工作与生活产生了巨大的影响，Internet上极为丰富的资源，深深地吸引着人们。为了共享Internet的资源，实现全世界范围的信息交流，许多国家和地区与Internet实现互连，我国自1986年就开始与Internet连接。目前全世界越来越多的网络和个人计算机连入Internet，这是当前计算机网络互连技术的主要应用场合之一。,下一页,返回,上一页,5.1 互连网络的基本概念,基于以上的几种

11、主要应用场合，按地理覆盖范围对网络进行分类，计算机网络互连有以下四种型式： 局域网与局域网互联，即LAN-LAN。例如，以太网与令牌环之间的互联。 局域网与广域网互联，即LAN-WAN。例如，使用公用电话网、分组交换网、DDN、ISDN、帧中继等连接远程局域网。 广域网与广域网互联，即WAN-WAN。例如，专用广域网与公用广域网的互联。 局域网通过广域网互连，即LAN-WAN-LAN。例如，Extranet。,返回,上一页,5.2 网络互连设备,网络互连设备，包括中继器、网桥、路由器和网关。网络互连的层次不同，所使用的网络互连设备也不同。但随着技术的发展，各种网络连接设备的功能不断地结合，网络

12、连接设备间的界限也愈加模糊。如现在有的中继器也具有路由选择功能，网桥和路由器的功能也趋于结合等等。本节将具体介绍工作在OSI不同层次上的几种网间互连设备的功能、特点及它们的工作原理。,下一页,返回,5.2 网络互连设备,5.2.1 中继器（Bridge） 中继器又叫转发器，是两个网络在物理层上的连接，用于连接具有相同物理层协议的局域网，是局域网互连的最简单的设备。这种设备操作在OSI的物理层，只具有信号放在再生之类的功能，因此只能连接使用相同媒体访问法和相同数据传输速率的LAN。中继器在执行信号放大功能时不需要任何智能或算法，只是将来自一侧的信号转发到另一侧（当为双口中继器时）或将来自一侧的信

13、号转发到多个口。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,然而应当指出，使用中继器连接LAN的电缆段是有限制的。任何两个DTE间允许的传输通路由下述4个部分组成： 5个段； 4个中继器； 2个收发器（也称为MAU）； 2个AUI电缆。 当为上述最大通路时，最多只能使用3个同轴电缆段，其余必须为链路段。当5个段都存在时，每个FOIRL链路段不得超过500m。当通路由3个中继器、4个段组成时，FOIRL链路段最大长度为1000m。图1示出了一种最大通路长度配置。使用中继器扩充网络距离是最简单最廉价的方法，但当负载增加时，网络性能急剧下降，所以只有当网络负载很轻和网络时延要求不高的条件下才能使用

14、。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,5.2.2 网桥（Bridge） 当局域网上的用户日益增多，工作站数日益增加时，局域网上的信息量也将随着增加，可能引起局域网性能下降。这是所有局域网工存的一个问题。在这种情况下，必须将网络进行分段，以减少每段网络上的用户量和信息量。 网桥的第二个适应场合就是用于互联独立而又联系的局域网。使用网桥连接起来的局域网从逻辑上是一个网络，也就是说，网桥能将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑LAN。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,网桥能将一个较大的局域网分割成为多个网段，或者将两个以上的局域网互联为一个逻辑局域网。而且，网桥

15、这种互联设备操纵在物理层之上的数据链路层，由于互联设备操纵层次越高，功能越强，所以它出了一些智能特性。 （1）网桥的功能 转换不同局域网存在许多问题，这需要网桥进行妥善处理，因而要求网桥的基本功能有： 网桥对所接收的信息帧只做少量的包装，而不作任何修改。 网桥可以采用另外一种协议来转发信息。 网桥有足够的缓冲空间，以满足高峰时期的要求。 网桥必须具有寻址和路径选择的能力。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,（2）网桥的分类 根据网桥的产品特性，可以把网桥分为几类。 一种常用的分类方法是将网桥分为本地网桥和远程网桥。本地网桥在同一区域中为多哥局域网段提供一个直接的连接，而远程网桥则通过

16、电讯线路，将分布在不同区域的局域网段互联起来。 另外一种分类方法则是根据网桥的不同转化策略来进行划分，可分为透明网桥、源路由网桥和翻译网桥。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,5.2.3 路由器（Router） 路由器是网络层上的连接，即不同网络与网络之间的连接。随着网络规模的扩大，特别是形成大规模广域网环境时，网桥在路径选择、拥塞控制及网络管理方面远远不能满足要求，路由器则加强了这些方面的功能。 路由器在网络层对信息帧进行存储转发，因而能获得更多的网际信息，能更佳地选择路径，由于路由器比网桥在更高一层工作，它比网桥具有更高层的软件智能。路由器了解整个网络的拓扑结构，可以根据转接延时

17、、网络拥塞、传输费用以及源目的站之间的距离来选择最佳路径。路由器不仅可以在网络段之间的冗余路径中进行选择，而且可以将相差很大的数据分组连接到局域网段。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,路由器是目前网络互连设备中应用最为广泛的一种，无论是局域网与骨干网的互连，还是骨干网与广域网的互连，或者是两个广域网的互连，都离不开路由器。尤其是Internet网铺天盖地似的扩展，更使得路由器的地位日益提高。 路由器连接的物理网络可以是同类网络，也可以是异类网。多协议路由器能支持多种不同的网络层协议（如：IP、IPX、DECNET、Appletalk、XNS、CIND等）。路由器能够很容易地实现LA

18、N-LAN、LAN-WAN、WAN-WAN和LAN-WAN-LAN的多种网络连接形式。国际互联网Internet，就是使用路由器加专线技术将分布在各个国家的几千万个计算机网络互连在一起的。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,1. 路由器的基本功能 路由器在网络层实现网络互连，它主要完成网络层的功能。路由器负责将数据分组（包，Packet）从源端主机经最佳路径传送到目的端主机。为此，路由器必须具备两个最基本的功能，那就是确定通过互联网到达目的网络的最佳路径和完成信息分组的传送，即路由选择和数据转发。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,（1）路由选择 当两台连在不同子网上的计算

19、机需要通信时，必须经过路由器转发，由路由器把信息分组通过互联网沿着一条路径从源端传送到目的端。在这条路径上可能需要通过一个或多个中间设备（路由器），所经过的每台路由器都必须要知道怎么把信息分组从源端传送到目的端，需要经过哪些中间设备。为此，路由器需要确定到达目的端下一跳路由器的地址，也就是要确定一条通过互联网到达目的端的最佳路径。所以路由器必须具备的基本功能之一就是路由选择功能。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,所谓路由选择就是通过路由选择算法确定到达目的地址（目的端的网络地址）的最佳路径。路由选择实现的方法是：路由器通过路由选择算法，建立并维护一个路由表。在路由表中包含着目的地址

20、和下一跳路由器地址等多种路由信息。路由表中的路由信息告诉每一台路由器应该把数据包转发给谁，它的下一跳路由器地址是什么。路由器根据路由表提供的下一跳路由器地址，将数据包转发给下一跳路由器。通过一级一级地把包转发到下一跳路由器的方式，最终把数据包传送到目的地。 当路由器接收一个进来的数据包时，它首先检查目的地址，并根据路由表提供的下一跳路由器地址，将该数据包转发给下一跳路由器。如果网络拓扑发生变化，或某台路由器产生失效故障，这时路由表需要更新。路由器通过发布广告或仅向邻居发布路由表的方法使每台路由器都进行路由更新，并建立一个新的、详细的网络拓扑图。拓扑图的建立使路由器能够确定最佳路径。目前，广泛使

21、用的路由选择算法有链路状态路由选择算法和距离矢量路由选择算法。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,（2）数据转发 路由器的另一个基本功能是完成数据分组的传送，即数据转发，通常也称数据交换（Switching）。在大多数情况下，互联网上的一台主机（源端）要向互联网上的另一台主机（目的端）发送一个数据包，通过指定缺省路由（与主机在同一个子网的路由器端口的IP地址为缺省路由地址）等办法，源端计算机通常已经知道一个路由器的物理地址（即MAC地址）。源端主机将带着目的主机的网络层协议地址（如：IP地址、IPX地址等）的数据包发送给已知路由器。路由器在接收了数据包之后，检查包的目的地址，再根据路

22、由表确定它是否知道怎样转发这个包，如果它不知道下一跳路由器的地址，则将包丢弃。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,如果它知道怎么转发这个包，路由器将改变目的物理地址为下一跳路由器的地址，并且把包传送给下一跳路由器。下一跳路由器执行同样的交换过程，最终将包传送到目的端主机。当数据包通过互联网传送时，它的物理地址是变化的，但它的网络地址是不变的，网络地址一直保留原来的内容直到目的端。值得注意的是，为了完成端到端的通信，在基于路由器的互联网中的每台计算机都必须分配一个网络层地址（IP地址），路由器在转发数据包时，使用的是网络层地址。但是在计算机与路由器之间或路由器与路由器之间的信息传送，仍

23、然依赖于数据链路层完成，因此路由器在具体传送过程中需要进行地址转换并改变目的物理地址。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,2. 路由器的主要特点 由于路由器作用在网络层，因此它比网桥具有更强的异种网互连能力、更好的隔离能力、更强的流量控制能力、更好的安全性和可管理维护性，其主要特点是： （1）路由器可以互连不同的 MAC 协议、不同的传输介质、不同的拓扑结构和不同的传输速率的异种网，它有很强的异种网互连能力。 （2）路由器也是用于广域网互连的存储转发设备，它有很强的广域网互连能力，被广泛地应用于 LAN-WAN-LAN 的网络互连环境。 （3）路由器互连不同的逻辑子网，每一个子网都是

24、一个独立的广播域，因此，路由器不在子网之间转发广播信息，具有很强的隔离广播信息的能力。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,（4）路由器具有流量控制、拥塞控制功能，能够对不同速率的网络进行速度匹配，以保证数据包的正确传输。 （5）路由器工作在网络层，它与网络层协议有关。多协议路由器可以支持多种网络层协议（如：IP、IPX和DECNET等），转发多种网络层协议的数据包。 （6）路由器检查网络层地址，转发网络层数据分组（包，Packet）。因此，路由器能够基于IP地址进行包过滤，具有包过滤（Packet filter）的初期防火墙功能。路由器分析进入的每一个包，并与网络管理员制定的一些过滤

25、政策进行比较，凡符合允许转发条件的包被正常转发，否则丢弃。为了网络的安全，防止黑客攻击，网络管理员经常利用这个功能，拒绝一些网络站点对某些子网或站点的访问。路由器还可以过滤应用层的信息，限制某些子网或站点访问某些信息服务，如：不允许某个子网访问远程登录（Telnet）。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,（7）对大型网络进行微段化，将分段后的网段用路由器连接起来。这样可以达到提高网络性能，提高网络带宽的目的，而且便于网络的管理和维护。这也是共享式网络为解决带宽问题所经常采用的方法。 （8）路由器不仅可以在中、小型局域网中应用，也适合在广域网和大型、复杂的互联网环境中应用。,下一页,返

26、回,上一页,5.2 网络互连设备,5.2.4 网关（Gateway） 网关又称为协议转换器。它作用在OSI参考模型的47层，即传输层到应用层。网关的基本功能是实现不同网络协议的互联，也就是说，网关是用于高层协议转换的网间联接器。网关可以被描述为“不相同的网络系统互相连接时所用的设备或节点”。不同体系结构，不同协议之间在高层协议上的差异是非常大的。网关依赖于用户的应用，是网络互联中最复杂的设备，没有通用的网关。而对于面向高层协议的网关来说，其目的就是试图解决网络中不同的高层协议之间的不同性问题，完全做到这一点是非常困难的。所以对网关来说，通常都是针对某些问题而言的。网关的构成是非常复杂的。综合来

27、说，其主要的功能是进行报文格式转换、地址映射、网络协议转换和原语联接转换等。,下一页,返回,上一页,5.2 网络互连设备,网关是实现应用系统级网络互连的设备。前面介绍的中继器、网桥和路由器都是属于通信子网范畴的网间互连设备，它们与应用系统无关。而在实际的网络应用中并不是像人们所希望的那样，现有的应用系统并不都是基于同一个协议TCP/IP，而有许多很好的应用系统是基于专用网络系统协议的。当在使用不同协议的系统之间进行通信时，例如：在使用X.400协议的电子邮件应用系统与使用SMTP协议的电子邮件应用系统之间传送邮件时，就必须进行协议转换，网关就是为了解决这类问题而设计的。 网关的主要功能是完成传

28、输层及其以上各层的协议转换。有传输网关和应用程序网关两种。传输网关是在传输层连接两个网络的网关，应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序的网关。由于应用网关是应用系统之间的转换，所以网关一般只适合于某种特定的应用系统的协议转换。网关可以是一个专用设备也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现网关的功能。,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,广域网也称为远程网，由相距较远的局域网或城域网互联而成，它是近30年来计算机技术与通信技术高速发展、相互促进、相互渗透而逐渐融为一体的具体结果。特别是80年代以来，ISO公布了OSI参考模型，提供了计算机网络通信协议的结构和标准层次划分，为异种机的互连网络有

29、了一个公认的协议标准；其次，微机的高速发展，促进了LAN的标准化，使它成为连接WAN的一个可靠的基本组成部分；此外，远程用户需求的增加，跨国跨省企业网的兴起，都是促使广域网继续发展的重要动力。WAN不仅在地理范围上超越城市、省界、洲界形成世界范围的计算机互连网络，而且在各种远程通信手段上有许多大的变化，如除了原有的电话网外，已有分组数据交换网、数字数据网、帧中继以及集话音、图象、数据等为一体的ISDN网以及数字卫星VSAT（very Small Aperture Terminal）和无线分组数据通信网等；在技术上也有许多突破，如互连设备的快速发展，多路复用技术和交换技术的发展特别是ATM交换技

30、术的日益成熟，为广域网解决传输带宽这个瓶颈问题展现了美好的前景。下面介绍几种主要公共通信平台。,下一页,返回,5.3 广域网的相关技术,5.3.1 公用电话网PSTN 公共交换电话网络PSTN（Public Switched Telephone Network）是公用通信网络中的基础网，通信区域覆盖全国，利用电话网进行远程通信是投资少、见效快、实现大范围数字通信最便捷的方法。利用现有的电话网，只要计算机或终端设备进入电话网的前端装入调制解调器（MODEM），将数字数据信号变换成模拟信号进入电话交换网即可。按电话使用范围分类，电话网可分为本地电话网、国内长途电话网和国际长途电话网。本地电话网是指

31、在一个统一号码长度的编号区内，由端局、汇接局、局间中继线、长途中继线，以及用户线、电话机组成的电话网；国内长途电话网是指全国各城市间用户进行长途通话的电话网，网中各城市都设一个或多个长途电话局，各长途局间由各级长途电路连接起来；国际长途电话网是指将世界各国的电话网相互连接起来进行国际通话的电话网。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,电话网目前基本发展为程控数字网，即各级交换中心均装用程控数字交换，传输电路均为数字电路。这是分布最广、使用最为普遍的通信连接方法。现在我国大部分地区的长途中继线都已经实现了光纤化、数字化，线路质量完全能够满足计算机通信的需要。因此，在电话网中增加少量设

32、备就能利用电话线路实现远程通信。PSTN的用户端的接入速度是2.4Kb/s，通过编码压缩，一般可达9.656Kb/s，它需要异步调制解调器和电话线连接，通过电话线以拨号方式接入网络，实现广域网连接。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,1. 工作原理 拨号线连接方法的实质是利用由电话交换机和电话线路组成的公用交换电话网进行数据传输。PSTN原本是传输话音信号的，它提供的是一条模拟信道，该信道只能传输模拟信号。为了能在模拟信道上传输数据，实现计算机之间的通信，就必须进行数据转换。数据转换由调制解调器（Modem）完成。 其工作原理是：发送方的计算机在发送数据时，首先通过异步接口（CO

33、M1COM4）把数据传送给本端Modem。发送端Modem则把数字信号调制为模拟信号，并经PSTN将信号传送给接收端Modem。接收端Modem把接收到的模拟信号进行解调，恢复为数字信号，再送给本端计算机。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,2. 拨号线连接方法的主要特点 （1）拨号线连接借助于公用交换电话网，PSTN是普遍存在的，因此，采用拨号线连接方法投资少、见效快、成本低，是家庭电脑连网使用最广泛的一种技术。 （2）用双绞线传输介质，即普通电话线。 （3）采用电路交换技术。 （4）由于拨号线连接借助于公用电话交换网，因此通信距离不受限制，凡PSTN能通达的地方，拨号线连接的

34、网络也能到达。所以拨号线连接能跨越城市、国家。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,（5）PSTN 提供的是一条模拟信道，在其上传输的是模拟信号。计算机的数字信号不能在模拟信道上直接传输，因此，借用PSTN完成数据通信时，通信双方都必须使用连接设备调制解调器（Modem）。 （6）传输速率比较低，一般为9.6Kbps56Kbps，经Modem硬件压缩后，速率可达115.2Kbps。 （7）话音传输和计算机数据通信不能同时进行。 （8）网络结构简单、清晰，拓扑结构为星型。 （9）适宜单个计算机接入网络。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,5.3.2 公共分组交换数据网X

35、.25 分组交换是把电路交换和报文交换的优点结合起来产生的一种交换技术。电路交换过程类似于打电话，当用户需发送数据时，主叫方需通过呼叫，由交换网完成被叫才与它建立一条物理连接数据通路，需拆除接连时，由通信双方中任一方完成。它的特点是适合发送一次性大批量的信息，这就限制了不同速率，不同编码格式，不同通信协议的双方用户进行通信。报文交换的基本原理是采用“存储转发”技术，从源站发送报文时，把目的地址添加在报文中，然后网络中的交换机将源站的报文接收后暂时存储在存储器中，再根据提供的目的地址，不断通过网络中的其他交换机选择空闲路径转发，最后送到目的地址。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,

36、这样就解决了不同类型用户之间的通信，并且不需要象电路交换那样在传输过程中长时间建立一条物理通路，而可以在同一线路上以报文进行多路复用，四大大提高了线路的利用率。但这种方法时延长，时延变化大，不适合实时及会话式通信，但适用于电子邮件、计算机文件、公用电报等业务。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,使用X.25协议的公共分组交换网诞生于20世纪70年代，它是一个以数据通信为目标的公共数据网（PDN）。在PDN内，各结点由交换机组成，交换机间用存储转发的方式交换分组。为了使用户设备经PDN的连接标准化，国际电信联盟远程通信标准委员会（ITU-T）制定了X.25规程，它定义了用户设备和网

37、络设备之间的接口标准，所以习惯上称PDN为X.25。 X.25能接入不同类型的用户设备。由于X.25内各结点具有存储转发能力，并向用户设备提供了统一的接口，从而能够使得不同速率、码型和传输控制规程的用户设备都能接入X.25，并能相互通信。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,X.25是一个典型的可靠的面向连接的公用网，它包含物理层、数据链路层和分组层（即网络层）3层的协议，提供呼叫虚电路和永久虚电路服务。呼叫虚电路是一种在DTE（Data Terminal Equipment，数据终端设备）需要传送数据时即进行呼叫而建立的一种临时性的虚电路。在虚电路建立之后双方的DTE才真正交换数

38、据，在数据交换完毕后拆除。永久型虚电路（PVC）是通信双方事先商定向X.25服务者申请的一条固定的虚电路逻辑信道。X.25是一个高可靠的网络，除了在分组层上为用户提供了可靠的面向连接的虚电路服务外，在链路层上也有可靠性措施。在X.25内部，每个结点（交换机）至少与另外两个交换机相连，以免当一个中间结点出现故障时，中断通信。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,X.25采用了多路复用技术。当用户设备以点对点方式接入X.25网时，能在单一物理链路上同时复用多条逻辑信道（即虚电路），使每个用户设备能同时与多个用户设备进行通信，两个固定用户设备在每次呼叫建立一条虚电路时，中间路径可能不同。

39、 X.25上有流量控制。在X.25协议中，采用滑动窗口的方法进行流量控制，即发送方在发送完分组后要等待接收方的确认分组，然后再发送新的分组。接收方可通过暂缓发送确认分组来控制发送方的发送速度，进而达到控制数据流的目的。X.25通过提供设置窗口尺寸和一些控制分组来支持窗口算法。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,X.25分组交换网主要由分组交换机、用户接入设备和传输线路组成。 （1）分组交换机。分组交换机是X.25的枢纽，根据它在网中所在的地位，可分为中转交换机和本地交换机。其主要功能是为网络的基本业务和可选业务提供支持，进行路由选择和流量控制，实现多种协议的互连，完成局部的维护、

40、运行管理、故障报告、诊断、计费及网络统计等。 现代的分组交换机大都采用功能分担或模块分担的多处理器模块式结构来构成。具有可靠性高、可扩展性好、服务性好等特点。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,（2）户接入设备。X.25的用户接入设备主要是用户终端。用户终端分为分组型终端和非分组型终端两种。X.25根据不同的用户终端来划分用户业务类别，提供不同传输速率的数据通信服务。 （3）传输线路。X.25的中继传输线路主要有模拟信道和数字信道两种形式。模拟信道利用调制解调器进行信号转换，传输速率为9.6Kb/s，48Kb/s和64Kb/s，而PCM数字信道的传输速率为64Kb/s，128Kb

41、/s和2Mb/s。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,5.3.3 数字数据网DDN 数字数据网DDN（Digital Data Network）是利用数字信道传输数据信号的数字传输网络，它主要向用户提供端到端的数字型数据传输信道，即可用于计算机远程通信，也可传送数字化传真、数字话音、图象等各种数字业务，这与在模拟信道上通过MODEM来实现数据传输有很大的区别。因为现有通信网的模拟信道主要是为了传输话音信号而设置的，它通信速率低、可靠性差，很难满足日益增长的计算机通信用户和其他数字传输用户需求。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,DDN的优点主要有：DDN专线速率为6

42、4Kb/s2.048Mb/s，它传输质量高、时延小，不受外界环境的影响，速率稳定不变，误码率极低；安全路由器可过滤大部分非法访问，用户也可设置防火墙，提高安全性；网络整体接入，使局域网用户可共享互联网资源；专线用户可免费得到多个Internet合法IP地址及免费子域名；信息发布，用户可建立自己的Web站点，向全世界发布信息；用户可构筑自己的Intranet，建立自己的E_mail系统、信息应用系统等。 DDN特点： 传输速率高：在DDN网内的数字交叉连接复用设备能提供2.048Mb/s速率的数字传输信道。 传输质量较高：数字中继大量采用光纤传输系统，用户之间专有固定连接，网络时延小。 协议简单

43、：采用交叉连接技术和时分复用技术，由智能化程度较高的用户端设备来完成协议的转换，本身不受任何规程的约束，是面向各类数据用户的全透明网络。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,灵活的连接方式：可以支持数据、语音、图像传输等多种业务，它不仅可以和用户终端设备进行连接，也可以和用户网络连接，为用户提供灵活的组网环境。 电路可靠性高：采用路由迂回和备用方式，使电路安全可靠。 网络运行管理简便：采用网管对网络业务进行调度监控，管理起来非常方便。 现在很多行业都在使用DDN接入Internet，如金融、无线移动通信、气象、公安、铁路、医院、证券、银行等。DDN网络把数据通信技术、数字通信技术、

44、光纤通信技术、数字交叉连接技术和计算机技术有机地结合在一起，DDN应用范围从单纯提供端到端的数据通信扩大到能提供和支持多种通信业务和具有众多功能的传输网络。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,5.3.4 帧中继 帧中继（Frame Relay）是一种网络与数据终端设备（DTE）接口标准，为广域网的公共通信平台提供了一种新的高速、高质量的数据传输服务。 帧中继技术的基本原理：X.25分组交换技术产生的背景是针对过去质量较差的传输环境，为提供可靠性的数据服务，保证端到端传送质量，所以它裁汰用逐段链路差错控制和流量控制，由于协议多，每台X.25交换机都要进行大量的处理，这样就使传输率降

45、低，时延增加。而帧中继就是在这种环境下产生的，它是在分组技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐代替已有的模拟线，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,帧中继提供的是数据链路层和物理层的协议规范，任何高层协议都独立于帧中继协议，因此，大大地简化了帧中继的实现。目前帧中继的主要应用之一是局域网互联，特别是在局域网通过广域网进行互联时，使用帧中继更能体现它的低网络时延、低设备费用、高带宽利用率等优点。 帧中继技术功能与特点： 帧中继技术主要用于传递数据业务，它将数据信息以帧的形式进行传送，是广域网通信的一种方式。 帧中继所使用的是逻辑连接，而不是

46、物理连接，在一个物理连接上可复用多个逻辑连接，可实现带宽的复用和动态分配。 帧中继协议是对X.25协议的简化，因此处理效率很高，网络吞吐量高，通信时延低，帧中继用户的接入速率在64Kb/s2.048Mb/s，甚至可达到34Mb/s。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,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和传送突发业务等。 帧中继技术首先在美国和欧洲得到应用。1991年末，美国第一个帧中继网Wilpac投入运行，它覆盖全美91个城市。在北欧，芬兰、丹麦、瑞典、挪威等在20世纪90年代初联合建立了北欧帧中继网WORDF

47、RAME，以后英国等许多欧洲国家也开始了帧中继网的建设和运行。在我国，中国国家帧中继骨干网于1997年初初步建成，目前已经覆盖绝大部分省市和地区。1998年各省帧中继网相继建成。随着多媒体业务和IP技术的发展，作为数据通信基础网络技术的帧中继技术将越来越多地被应用。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,5.3.5 综合业务数字网ISDN 综合业务数字网ISDN是由电话综合数字网IDN（Integrated Digital Network）为基础发展起来的通信网。电话网是各种主要的电信网，为了使模拟发展成了数字网，首先要将大量模拟电话网改造成为能实现传输和交换的数字网，这就形成电话I

48、DN。而ISDN不仅要利用IDN的数字交换的数字传输，而且要在用户终端之间实现端到端的双向数字传输，并把各种信息源的电信业务（电话、电话、传真、数据、图象）采用一个共同的接口，综合在同一网内进行传输和处理，统一计费，并可在不同的业务终端之间实现通信，使数字技术的综合电信业务的综合相结合在一起构成综合业务数字网。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,通过ISDN有两种方式接入Internet，一种是基本速率接入方式，它提供给用户128Kb/s的带宽。另一种是基群速率接入方式，用户实际能得到1920Kb/s的带宽。我国ISDN网的建设，大多是在PSTN基础上叠加建网，即在PSTN交换机

49、上增扩ISDN功能，所以ISDN接入可以像普通电话线接入方式一样简便廉价。 ISDN是由两个B通道和一个D通道组成，即基本接口为2B+D。每个B通道可提供64Kb/s的语音或数据传输，用户不但可以同时绑定两个通道以128K的速率上网，也可以在以64K上网的同时在另一个通道上打电话。ISDN是数字的多路复用用户线路，它分为N-ISDN（窄带ISDN）与B-ISDN（宽带ISDN），N-ISDN线路的传输速率为160Kb/s，B-ISDN 线路的传输速率为155.52Mb/s。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,ISDN业务原理具有这样一些特点： 综合性：ISDN用户只需接入一个网络

50、，就可进行各种不同方式的通信业务，用户在接口上可连接多个通信终端。 多路性：一条ISDN可至少提供两路传输通道，用户可同时使用两种以上不同方式的通信业务。 高速率：ISDN能够提供比普通市内电话高出几倍的通信速度，最高可以达128Kb/s，为用户上网、传输数据和使用可视电话提供了方便。 方便性：ISDN可提供许多普通电话无法实现的附加业务，如来电号码显示、限制对方来电、多用户号码等。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,ISDN可实现的网络业务功能： （1）中、高速专用线功能； （2）中、高速电路交换功能； （3）64Kb/s的专线功能； （4）64Kb/s的电路交换功能； （5）

51、分组交换功能； （6）实现传送用户到用户的公共信道信号功能，一般是采用7号信令系统； （7）用户线交换功能。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,ISDN的基本功能是64Kb/s电路交换连接，此外它还有384Kb/s的中速电路交换功能以及大于2Mb/s的高速电路交换功能。ISDN的主要用户是企业和机关团体，利用从电信部门租用的专线，把分散在各地的专用小交换机（PBX）连接起来，构成本单位的专用网。随着宽带ISDN的出现，在实现以Internet和计算机数据接入方式上也将提供理想的宽带互联技术。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,5.3.6 xDSL技术 xDSL是DS

52、L（Digital Subscriber Line）的统称，意即数字用户线路，它包括HDSL，SDSL，VDSL，ADSL和RADSL等，是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。DSL技术在传统的电话网络（POTS）的用户环路上支持对称和非对称传输模式，解决了经常发生在网络服务供应商和最终用户间的“最后一公里”的传输瓶颈问题。由于电话用户环路已经被大量铺设，如何充分利用现有的铜缆资源，通过铜质双绞线实现高速接入就成为业界的研究重点，因此DSL技术很快就得到重视，并在一些国家和地区得到大量应用。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,xDSL系统主要由局端设备（DSLAM，Digita

53、l Subscriber Line Access Multiplexed）和用户端设备（CPE）组成，局端由DSLAM接入平台、DSL局端卡、语音分离器、IPC（数据汇聚设备）等组成，其中IPC为可选的设备。语音分离器将线路上的音频信号和高频数字调制信号分离，并将音频信号送入电话交换机，高频数字调制信号送入DSL接入系统；DSLAM接入平台可以同时插入不同的DSL接入卡和网管卡等；局端卡将线路上的信号调制为数字信号，并提供数据传输接口；IPC为DSL接入系统提供不同的广域网接口，如ATM、帧中继、T1/E1等。这些设备都设在电话系统的交换机房中。 用户设备由DSL Modem和语音分离器组成，

54、DSL Modem对用户的数据包进行调制和解调，并提供数据传输接口。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,xDSL中，“x”代表着不同种类的数字用户线路技术。各种数字用户线路技术的不同之处，主要表现在信号的传输速率和距离，还有对称和非对称的区别上。 DSL技术主要分为对称和非对称两大类： 1. 对称DSL技术 对称DSL技术主要有以下几种： （1）HDSL（High-bit-rate DSL，高比特率DSL） HDSL是xDSL技术中最成熟的一种，已经得到了较为广泛的应用。这种技术可以通过现有的铜双绞线以全双工T1或E1方式传输。其特点是：,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相

55、关技术,利用两对双绞线传输； 支持N64kbps各种速率，最高可达E1速率； HDSL是T1/E1的一种替代技术，主要用于数字交换机的连接、高带宽视频会议、远程教学、蜂窝电话基站连接、专用网络建立等。 与传统的T1/E1技术相比，HDSL具有以下优点： 价格便宜； 容易安装，T1/E1要求每隔0.91.8公里就安装一个放大器，而HDSL可在3.6公里的距离上传输而不用放大器。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,（2）SDSL（Single-line DSL） 这是HDSL的单线版本，它可以提供双向高速可变比特率连接，速率范围从160Kbps到2.048Mbps。其特点是： 利用单

56、对双绞线； 支持多种速率到T1/E1； 用户可根据数据流量，选择最经济合适的速率，最高可达E1速率，比用HDSL节省一对铜线； 在0.4mm双绞线上的最大传输距离为3公里以上。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,2. 非对称DSL技术 非对称DSL技术主要有以下几种： （1）ADSL（Asymmetric DSL，非对称DSL），ADSL为网络提供速率从32Kbps到8.192Mbps的上行流量和从32Kbps到1.088Mbps的下行流量，同时在同一根线上可以仿真提供语音电话服务。其特点是： 利用一对双绞线传输； 上/下行速率从1.5Mbps/64Kbps到6Mbps/640K

57、bps； 支持同时传输数据和语音。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,（2）RADSL（Rate Adaptive DSL，速率自适应DSL），这种技术允许服务提供者调整xDSL连接的带宽以适应实际需要并且解决线长和质量问题。其特点是： 利用一对双绞线传输； 支持同步和非同步传输方式； 速率自适应，下行速率从640Kbps到12Mbps，上行速率从128Kbps到1Mbps； 支持同时传输数据和语音。 （3）VDSL（Very High Data Rate DSL，甚高速数字用户线），在用户回路长度小于5000英尺的情况下，可以提供的速率高达13Mbps甚至还可能更高，这种技术可

58、作为光纤到路边网络结构的一部分。此技术可在较短的距离上提供极高的传输速率。,下一页,返回,上一页,5.3 广域网的相关技术,5.3.7 ATM技术 ATM（Asychronous Transfer Mode，异步转移模式）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（国际电信联盟电信标准化部门）确定为传送和交换话音。图像、数据及多媒体信息的工具，受到人们的广泛重视。是今天信息交换的热门话题之一。ATM系统是使用异步时分复用技术的快速分组交换方式，它将信息流分割成固定长度的ATM信元，能比较容易地实现各种信息流混合在一起的多媒体通信，能根据业务类型、传输速率等动态分配有效容量，对高速信息元传输频率高，对低速信息元传输频率次低。因此ATM能采用单一的交换方式，支持从窄带话音、数据传输到HDTV等范围极广的各种业务。ATM是基于信元（cell）的交换或交换访问（switched access），它利用固定长度的信元在网上传送信息。每个信元有53个字节长，其中5个字节为信元头，其余48个字节为信息部分。,下一页,返回,上一页,5.3