第10章廣域網(wǎng)

10.1廣域網(wǎng)概述10.2公共分組交換網(wǎng)絡(luò)模式10.3幀中繼

10.4ATM網(wǎng)絡(luò)10.5DDN10.6ISDN10.7DSL簡介習題

10.1廣域網(wǎng)概述

廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork)是在一個廣泛的地理范圍內(nèi)建立的計算機通信網(wǎng)，可以覆蓋一個城市，一個國家甚至全球，簡稱WAN。 廣域網(wǎng)也是由資源子網(wǎng)(或主機)與通信子網(wǎng)構(gòu)成的，主機通過通信子網(wǎng)相互連接，通信子網(wǎng)的功能是將信息從一臺主機傳送到另一臺主機。

許多WAN都是通過連接現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來的。由于這些網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常使用不同的設(shè)備和不同的協(xié)議，網(wǎng)間連接設(shè)備必須實現(xiàn)從一個協(xié)議到另一個協(xié)議的邏輯轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)不同系統(tǒng)的互連和相互協(xié)同工作。圖10-1是OSI參考模型不同層次的網(wǎng)間互連設(shè)備的示意圖，在廣域網(wǎng)上使用的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備主要是路由器和網(wǎng)關(guān)。 路由器主要用于兩個和兩個以上的局域網(wǎng)之間的相互連接，根據(jù)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)刂?，以最有效的方式和路線進行傳輸。

Internet是世界上最大的廣域網(wǎng)絡(luò)，一般人如果通過電話線撥號方式連接Internet，就是與Internet上的訪問服務(wù)器進行連接。圖10-1網(wǎng)間互連設(shè)備

廣域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，它大致上介于簡單的總線或環(huán)形結(jié)構(gòu)和全連接之間。更為復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu)要求更為復(fù)雜的協(xié)議。對照OSI參考模型，廣域網(wǎng)技術(shù)主要集中于底層的3個層次，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。圖10-2列出了一些經(jīng)常使用的廣域網(wǎng)技術(shù)與OSI參考模型之間的對應(yīng)關(guān)系。圖10-2OSI參考模型與廣域網(wǎng)技術(shù)的對照10.2公共分組交換網(wǎng)絡(luò)模式

10.2.1分組交換網(wǎng)絡(luò)模式 公共數(shù)據(jù)網(wǎng)通常是分組交換網(wǎng)(Packet-SwitchedNetwork)，如圖10-3所示。圖10-3分組交換網(wǎng)絡(luò)

圖10-4顯示了兩條重疊的虛電路。其中，A和B分別申請和建立與C和D的連接。路徑開始于不同的地方，但在結(jié)點X和Y上重疊。X處理來自任何一條虛電路的分組，并將它們傳送到Y(jié)。而Y將根據(jù)分組到達的虛電路來分別發(fā)送。圖10-4重疊的虛電路

在數(shù)據(jù)報服務(wù)中，每個分組都包含源地址和目的地址。當分組進入網(wǎng)絡(luò)后，結(jié)點將路由邏輯分別用于每個分組。這種方法就允許每個結(jié)點根據(jù)它具有的最新信息尋找更好的路徑。圖10-5顯示了數(shù)據(jù)報是如何通過網(wǎng)絡(luò)的。分組1到分組3進入網(wǎng)絡(luò)，A將它們傳送給X。正好在分組3進入網(wǎng)絡(luò)后，A得到新的路由信息，指出現(xiàn)在Y是將分組送到D的更好選擇，后續(xù)分組4和分組5將被送往Y。圖10-5數(shù)據(jù)報服務(wù)

表10-1列出了虛電路和數(shù)據(jù)報服務(wù)的其它一些優(yōu)缺點。表10-1虛電路和數(shù)據(jù)報的比較 10.2.2X.25公共數(shù)據(jù)網(wǎng)接口標準 接口是公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的一個重要部分。X.25就是一種廣泛使用的接口，它定義了DTE與公共數(shù)據(jù)網(wǎng)相連的DCE間的協(xié)議，如圖10-6所示。圖10-6X.25公共數(shù)據(jù)網(wǎng)接口 X.25定義了類似于OSI底三層的同步傳輸(如圖10-7所示)。圖10-7X.25協(xié)議層 X.25的分組分為數(shù)據(jù)分組和控制分組兩種類型，格式如圖10-8所示。

圖10-8X.25分組格式(a)數(shù)據(jù)分組；(b)控制分組

分組格式中的標志字段前4比特定義了一般格式指示，或某種程度上定義了分組格式。 邏輯組號(LogicalGroupNumber)和邏輯信道號(LogicalChannelNumber)它們共同為DTE建立的虛電路定義了一個12比特的標號。這樣DTE可以共建立4096個虛電路。數(shù)據(jù)分組的控制字段包括了3比特或7比特的序號和確認號。控制分組的分組類型類型字段指明分組類型，X.25的分組類型有多種，如呼叫請求、呼叫接收等。

X.25在DTE間提供了兩種類型的虛電路。一種是永久虛電路(PermanentVirtualCall)，類似于租用一條電話線，即在DTE發(fā)送數(shù)據(jù)時沒有建立呼叫的開銷，這種方式適合傳輸大量數(shù)據(jù)。另一種是虛呼叫(VirtualCall)，它要求任何傳輸之前，執(zhí)行一次呼叫連接過程。圖10-9顯示了兩臺DTE間的呼叫連接和終止過程。圖10-9虛呼叫10.3幀中繼 10.3.1概述 幀中繼協(xié)議對X.25協(xié)議進行了簡化，綜合了線路交換和分組交換的優(yōu)點，避開了缺點，形成了新型通信手段的優(yōu)勢，它具有以下特點：

1)傳輸速率比較高

2)帶寬利用比較有效

3)業(yè)務(wù)成本比較低廉 10.3.2幀中繼的基本原理 幀中繼雖然保留了X.25鏈路層的HDLC幀格式，但它不采用HDLC的平衡鏈路接入 規(guī)程LAPB(LinkAccessProcedure-Balanced)，而采用D通道鏈路接入規(guī)程LAPD(LinkAccessProcedureontheD-Channel)。LAPD規(guī)程能在鏈路層實現(xiàn)鏈路的復(fù)用和轉(zhuǎn)接，所以幀中繼的層次結(jié)構(gòu)中只有物理層和鏈路層。 與X.25相比，幀中繼在操作處理上做了大量的簡化。

幀中繼協(xié)議結(jié)構(gòu)中智能化的終端設(shè)備把數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈路層，并封裝在LAPD幀結(jié)構(gòu)中，實施以幀為單位的信息傳送，幀不需要第三層的處理，能夠在每個交換機中直接通過，即幀的尾部還未收到之前交換機就可以把幀的頭部發(fā)送給下一個交換機，網(wǎng)絡(luò)層的部分功能(如流量控制)由智能終端來實現(xiàn)。 幀中繼采用統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)，以虛電路機制為每一幀提供地址信息，每一條線路可容納多條虛電路，用戶之間通過虛電路進行連接。在每一幀頭部都包含虛電路號，這是每一幀的地址信息。

幀中繼網(wǎng)絡(luò)通過確定用戶進網(wǎng)的速度以及有關(guān)參數(shù)對全網(wǎng)的帶寬進行控制和管理，用戶申請入網(wǎng)時須與網(wǎng)絡(luò)提供者共同協(xié)商，確定相關(guān)參數(shù)，合理地利用網(wǎng)絡(luò)資源。 當輸入的業(yè)務(wù)量超過網(wǎng)絡(luò)負荷(如帶寬或處理能力)時，網(wǎng)絡(luò)會發(fā)生阻塞，幀中繼通過預(yù)防和緩解措施對所發(fā)生的擁塞進行控制和管理。 10.3.3幀中繼的標準

ITU–T標準主要包括：

(1)?I.122幀中繼承載業(yè)務(wù)框架；

(2)?I.233幀模式承載業(yè)務(wù)；

(3)?I.370幀中繼承載業(yè)務(wù)的擁塞管理；

(4)?I.372幀中繼承載業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)間接口要求；

(5)?I.555幀中繼承載業(yè)務(wù)的互通；

(6)?I.655幀中繼網(wǎng)絡(luò)管理；

(7)Q.922用于幀模式承載業(yè)務(wù)的ISDN數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)規(guī)范；

(8)?Q.9331號數(shù)字用戶信令(DSS1)幀模式基本呼叫控制的信令規(guī)范； (9)?X.36通過專線線路提供FRDTS的數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)的接口；

(10)?X.76提供FRDTS的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)間接口；

(11)?X.144國際幀中繼PVC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶信息傳送性能參數(shù)。

ANSI標準主要包括：

(1)?T1S1結(jié)構(gòu)框架與業(yè)務(wù)描述；

(2)?T1.620ISDN數(shù)據(jù)鏈路層信令規(guī)范；

(3)?T1.606幀中繼承載業(yè)務(wù)描述；

(4)?T1.617幀中繼承載業(yè)務(wù)的信令規(guī)范；

(5)?T1.618用于幀中繼承載業(yè)務(wù)的幀協(xié)議核心部分。

幀中繼論壇標準主要包括：

(1)?FRF.1用戶—網(wǎng)絡(luò)接口實施協(xié)定；

(2)?FRF.2網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)接口實施協(xié)定；

(3)?FRF.3多協(xié)議包封實施協(xié)定；

(4)?FRF.4SVC用戶—網(wǎng)絡(luò)接口實施協(xié)定；

(5)?FRF.5幀中繼與ATMPVC網(wǎng)絡(luò)互通實施協(xié)定；

(6)?FRF.6幀中繼業(yè)務(wù)用戶網(wǎng)絡(luò)管理實施協(xié)定；

(7)?FRF.7幀中繼PVC廣播業(yè)務(wù)和協(xié)議描述實施協(xié)定；

(8)?FRF.8幀中繼與ATM業(yè)務(wù)互通實施協(xié)定。 10.3.4幀中繼的發(fā)展與應(yīng)用 幀中繼既可作為公用網(wǎng)絡(luò)的接口，也可作為專用網(wǎng)絡(luò)的接口。幀中繼的常見應(yīng)用主要有：

(1)局域網(wǎng)的互連。

(2)語音傳輸。

(3)文件傳輸。10.4ATM網(wǎng)絡(luò) 10.4.1概述

ATM是一種廣域網(wǎng)傳輸方法，它固定數(shù)據(jù)包的大小，可以達到25～622?Mb/s的傳輸速率。ATM首先是由貝爾實驗室的研究人員在1983年提出的。

ATM的這種大小固定的數(shù)據(jù)包又叫信元，通過使用大小固定的數(shù)據(jù)包，ATM提供可預(yù)料的通信模式，并能夠更好地控制帶寬的使用情況。事實上，數(shù)據(jù)包越小，就越會削弱潛在的吞吐量，但使用信元就能更有效地補償數(shù)據(jù)丟失問題。 ATM的特點是進一步簡化了網(wǎng)絡(luò)功能。ATM網(wǎng)絡(luò)不參與任何數(shù)據(jù)鏈路層功能，將差錯控制與流量控制工作都交給終端去做。ATM克服了其它傳輸方式的缺點，能夠適應(yīng)任何類型的業(yè)務(wù)，不論其速度高低、突發(fā)性大小、實時性要求和質(zhì)量要求如何，都能提供滿意的服務(wù)。對時間延遲要求嚴格的數(shù)據(jù)，如視頻、音頻、圖像和其它超大型文件的傳輸是非常適合采用ATM技術(shù)的。例如，一家公司如果想使用T1線路連接其分別位于兩個相反方向的邊緣地區(qū)的辦事處來承載電話呼叫，它可能就會采用ATM技術(shù)。 10.4.2ATM的工作方式 信元實際上就是分組，只是為了區(qū)別于X.25的分組，才將ATM的信息單元叫作信元。ATM的信元具有固定的長度，即為53個字節(jié)。其中5個字節(jié)是信元頭(Header)，48個字節(jié)是信息段。信元頭包含各種控制信息，包括表示信元去向的邏輯地址以及一些維護信息、優(yōu)先級及信頭的糾錯碼。信息段中包含來自各種不同業(yè)務(wù)的用戶數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)透明地穿越網(wǎng)絡(luò)。信元的格式與業(yè)務(wù)類型無關(guān)，任何業(yè)務(wù)的信息都同樣被切割封裝成統(tǒng)一格式的單元。

ATM采用異步時分復(fù)用方式工作，將來自不同信息源的信元匯集到一起，在一個緩沖器內(nèi)排隊，隊列中的信元被逐個輸出到傳輸線路中，在傳輸線路上形成首尾相接的信元流。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)信元頭中的控制信息來轉(zhuǎn)移信元。 信息源隨機地產(chǎn)生信息，因此信元到達隊列也是隨機的。高速的業(yè)務(wù)信元來得十分頻繁、集中，低速的業(yè)務(wù)信元來得很稀疏。這些信元都按“先來后到”的順序在隊列中排隊，然后按輸出次序復(fù)用到傳輸線上，如圖10-10所示。圖10-10信元流

異步時分復(fù)用方式使ATM具有很大的靈活性，任何業(yè)務(wù)也都可按實際需要來占用資源。 若某個時刻隊列中沒有等待發(fā)送的信元，則在線路上傳輸未分配信元；反之，若某個時刻傳輸線路上找不到可以傳輸信元的機會，隊列緩沖區(qū)已經(jīng)充滿，此時為了盡量減少對業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響，將優(yōu)先級別低的信元丟棄。

ATM以面向連接的方式工作，從而提高了處理速度并降低了延遲。

ATM交換結(jié)點的工作比X.25分組交換網(wǎng)中的結(jié)點要簡單得多。 10.4.3ATM的協(xié)議模型 實際上，ATM是ITU–T定義的B–ISDN的一部分(有關(guān)內(nèi)容將在10.6節(jié)中介紹)；圖10-11顯示了ATM/B–ISDN分層參考模型。圖10-11ATM/B–ISDN參考模型

平臺管理(PlaneManagement)確保了各種平臺恰當?shù)貐f(xié)調(diào)它們的行為。模型的底部是物理層，規(guī)定了傳輸?shù)奈锢硖卣鳌? 物理層上面是ATM層。它執(zhí)行類似于OSI第2層和第3層中的功能。它定義了信元格式以及如何響應(yīng)信元頭中的信息；還負責建立和釋放連接，建立虛電路和虛通道；執(zhí)行擁塞控制。

10.5DDN 10.5.1概述 隨著數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，一種新型網(wǎng)絡(luò)——DDN(數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)，DigitalDataNetwork)迅速發(fā)展起來了，它利用光纖、數(shù)字微波或衛(wèi)星等數(shù)字傳輸通道提供永久或半永久性連接電路，為用戶提供專用的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸通道，并為用戶建立自己的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)提供條件。

DDN由數(shù)字電路、DDN結(jié)點、網(wǎng)絡(luò)控制和用戶環(huán)路組成。 DDN為用戶提供的基本業(yè)務(wù)是專用電路業(yè)務(wù)，其中最典型或最主要的是點對點的專用電路。

DDN與X.25網(wǎng)的主要區(qū)別在于DDN不具備交換功能，利用DDN的主要方式是定期或不定期地租用專線。 10.5.2DDN的特點

DDN的特點如下：

(1)DDN是透明傳輸網(wǎng)。

(2)?DDN是同步數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。

(3)?DDN傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)時延小。

(4)?DDN可提供靈活的連接方式。

10.5.3DDN的應(yīng)用 由于DDN的高質(zhì)高效性，它能滿足人們對傳輸信息量大、誤碼率低的要求。在美國，DDN主要用于商業(yè)、金融業(yè)和辦公自動化系統(tǒng)。在我國，使用DDN業(yè)務(wù)的客戶也集中在教育科研機構(gòu)、金融商務(wù)和證券領(lǐng)域。

DDN可提供的基本業(yè)務(wù)和服務(wù)是出租專用電路業(yè)務(wù)，專用電路包括點對點的專線和多點專線兩類。 用戶租用一條點對點專線后，DDN為兩個用戶間提供一條雙向的高速的、高質(zhì)的專用電路。 多點專用電路包括一點對多點和多點對多點兩類。一點對多點是指一個主站可對多個從站進行廣播或輪詢；多點對多點專用是指多個站點之間可以相互通信，視頻會議可采用這種方法。 除了基本業(yè)務(wù)和服務(wù)外，DDN還提供多種增值業(yè)務(wù)，包括幀中繼、壓縮話音/G3傳真以及虛擬專用網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)和服務(wù)。10.6ISDN 10.6.1概述

ISDN提供端到端的數(shù)字連接綜合業(yè)務(wù)和標準的入網(wǎng)接口，它具有以下三個基本特性：

(1)端到端的數(shù)字連接。

(2)綜合的業(yè)務(wù)。

(3)標準的入網(wǎng)接口。 10.6.2ISDN體系結(jié)構(gòu)

ITU–T還定義了參考點(referencepoint)對基本連接策略進行分類。下述內(nèi)容描述了其參考點的主要功能：

(1)NT1(網(wǎng)絡(luò)終端1)涉及信號的物理和電氣特征的非智能終端。它們主要執(zhí)行OSI第一層功能，如同步和計時。NT1設(shè)備通常構(gòu)成用戶站點和ISDN端局間的邊界，而ISDN端局像電話系統(tǒng)的端局那樣提供對其它站點的訪問。

(2)NT2(網(wǎng)絡(luò)終端2)負責執(zhí)行OSI第二層、第三層中指定功能的智能終端。這個組的功能有：交換、集中和多路復(fù)用等。普通的NT2設(shè)備是一個PBX。它可用來將用戶的設(shè)備連接在一起，或連入一個NT1以提供對ISDN端局的訪問。 (3)?NT12將NT1和NT2合并在一個設(shè)備中。

(4)?TE1(終端設(shè)備1)ISDN設(shè)備，如：ISDN終端、數(shù)字電話或有ISDN兼容接口的計算機這種設(shè)備通常直接與一個網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備連接。

(5)?TE2(終端設(shè)備2)非ISDN設(shè)備，包括打印機、PC、模擬電話或任何具有非ISDN接口(如RS.232或X.21)的設(shè)備。

(6)?TA(終端適配器)用于TE2設(shè)備，它可將信號轉(zhuǎn)換成ISDN兼容的格式。目的是將非ISDN設(shè)備綜合于ISDN網(wǎng)絡(luò)中。

參考點有4個：

(1)參考點R將TE2設(shè)備與TA分隔開(如圖10-12(a)所示)。點R能夠根據(jù)TE2標準響應(yīng)多種不同的接口。

(2)參考點S將NT2設(shè)備與ISDN設(shè)備隔開(如圖10-12(a)和(b)所示)。它支持2B+D信道，比特率為192kb/s。事實上，它將專用于用戶功能的設(shè)備和專用于通信功能的設(shè)備分隔開。

(3)參考點T是對用戶站點的訪問點(如圖10-12(a)和(c)所示)。通常，它將客戶設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商的設(shè)備分開。一般而言，如果T是NT1和終端設(shè)備或終端適配器間的接口，則它對應(yīng)于一條2B+D信道。如果它位于兩個NT設(shè)備間，那么它對應(yīng)于一條23B+D信道。

(4)參考點U定義了NT1和ISDN端局間的連接(如圖10.12(d)所示)。圖10-12ISDN參考點 10.6.3寬帶ISDN(B-ISDN)

ISDN的數(shù)字特征是十分吸引人的，但在一個100?Mb/s的LAN和千兆比特率的光纖時代里，ISDN的64?kb/s就相形見絀了。ITU–T開發(fā)了一套新文檔描述寬帶ISDN，目的是使用現(xiàn)行高帶寬技術(shù)來提供需要高傳輸率的服務(wù)。

B–ISDN可提供多種服務(wù)，如視頻會議和電視電話。目前的ISDN標準能提供視頻電話，但只有小屏幕。更大的屏幕和高質(zhì)量的視頻圖像則要求更高的傳輸率。目前B–ISDN采用的傳輸模式主要有高速分組交換、高速電路交換、異步傳輸模式ATM和光交換方式四種。

高速分組交換是利用分組交換的基本技術(shù)，簡化了X.25協(xié)議，采用面向連接的服務(wù)，在鏈路上無流量控制、無差錯控制，集中了分組交換和同步時分交換的優(yōu)點，已有多個試驗網(wǎng)已投入運行。 高速電路交換主要采用多速時分交換方式(TDSM)，這種方式允許信道按時間分配，其帶寬可為基本速率的整數(shù)倍。由于這是快速電路交換