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1、第二部分 底层物理网络,广域网公用电话交换网PSTN公用分组交换网X.25帧中继FR数字数据网DDN交换式多兆位数据服务SMDSATM网,局域网以太网快速以太网千兆位以太网令牌环网FDDI网,第四章 广域网,4.1 广域网结构虚电路和数据报虚电路：面向连接，类似电话系统数据报：无连接，类似电报系统两者比较4.2 广域网实例,广域网的结构,广域网的构成：由结点交换机以及连接这些交换机的链路组成。结点之间采用点到点的接入技术。广域网使用的协议在网络层。分组交换网有两种实现方式：数据报方式和虚电路方式。,数据报服务,数据报服务：即无连接的网络服务每个分组独立地选择路由，没有建立连接过程；每个报文必须
2、包含目的地址；尽最大努力交付，而没有任何承诺，可能丢失，可能失序,1.Send data,2.Receive data,1.Send data,2.Receive data,虚电路服务,虚电路服务：即面向连接的网络服务源站申请连接，目的同意连接，建立连接。采用存贮转发技术，断续地占用一段一段的链路服务质量（QoS）有较好的保证,1.Initiate call,2.incoming call,3.Accept call,4.Call connected,5.Data flow begins,6.Receive data,虚电路方式,特点存在虚电路建立过程数据转发沿着同一条路径报文的投递可靠报文中
3、不需要目的地址，只需要虚电路号虚电路必须进行释放原理建立虚电路 填表数据转发 查表释放虚电路删表,两种服务方式的比较,两种服务的比较虚电路服务的思路来源于电信网，电信网负责可靠的通信，结点交换机很复杂；数据报服务力求网络的顽存性好，对网络的控制功能分散，网络提供最大努力的服务，可靠性由用户端软件（TCP）完成，简化了网络层的结构。数据报适合发送计算机的数据（突发性强，数据包短）；额外开销小。历史上曾存在“虚电路派”和“数据报派”争论“端到端”控制还是“跳到跳“控制。,比较表,4.2广域网实例,公用电话交换网PSTN公用分组交换网X.25数字数据网DDN帧中继FR交换式多兆位数据服务SMDSAT
4、M网,4.2.1 PSTN,公共电话交换网PSTN(Public Switched Telephone Network)是以电路交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络。电话网概括起来主要由三个部分组成：本地回路干线和交换机。其中干线和交换机一般采用数字传输和交换技术，但本地回路(也称用户环路)基本上采用模拟线路。当两台计算机想通过PSTN传输数据时，中间必须经双方Modem实现计算机数字信号与模拟信号的相互转换。,电话通信网示意图,4.2.2 X.25公用分组交换网,X.25协议是在70年代由CCITT制定的关于数据终端设备DTE和数据电路设备DCE之间的接口。它规定了用户设备访问公用分组交换
5、网络所遵从的协议，独立于通信网络的内部结构，但影响网络的内部设计。X.25网络由许多称之为分组交换机(PSE)的节点组成。为了保证通信可靠性，每个PSE至少与另两个PSE相连接，使得一个PSE故障时，能通过其他路由继续传输信息PSE之间交换的是分组(包)，所以又称X.25网为分组交换网或包交换网。PSE采用存储转发的方法交换分组。,X.25网络组成,X.25网络结构,X.25层次,X.25协议的层次结构,物理层协议,X.25的物理层协议是X.21或X.21bis，用于定义主机与交换机之间机械、电气、功能和过程特性。,X.21协议,链路层协议,X.25的数据链路层协议描述用户主机与DCE之间数据
6、的可靠传输，包括帧格式定义、差错控制、流量控制等；X.25数据链路层一般采用平衡式链路访问协议LAPB(Link Access Procedure Balanced）。,网络层协议PLP,网络层协议处理诸如分组定义、寻址、流量控制、拥塞控制、创建虚电路、传输数据以及协商DTE之间的网络服务等等。,GFI:通用格式标识符LCN:逻辑信道号PTI:包类型标识符（控制包、数据包）,X.25虚电路,分组级协议,分组交织的统计型多路复用,通信过程,X.25网络的设备,数据终端设备(DTE)：X.25网络的末端设备(如路由器、主机、终端、PC机等)，一般位于用户端（故称为用户设备）数据电路端接设备(DCE
7、)：专用的通信设备，DTE通过DCE接入X.25网络PSE：X.25网络分组交换机，用于数据的存储转发PAD设备：用于将非分组设备接入X.25网。位于DTE与DCE之间，实现三个功能：缓冲、打包、拆包。（见下页图）,分组交换机功能：实现交换虚电路和永久虚电路业务 路由选择、流量控制和拥塞控制 实现X.25、X.75等多种接口协议 完成局部维护、诊断、计费等功能,PAD工作原理,中国公用分组交换网骨干结构示意图,当分组大小为128个字节时：全网总的不可检误码率为4106；国内总呼叫请求延迟373ms；国际则为270ms,X.25的特点,X.25网络为用户提供的是虚电路服务，是面向连接的。多个虚电
8、路可复用到单条物理电路上。它支持交换虚电路SVC和永久虚电路PVC。数据传输率一般为64Kbps。交换虚电路SVC是在发送方发送请求建立连接报文呼叫远程机器时建立的。永久虚电路PVC的用法与SVC相同，但它是由用户和长途电信公司商讨预先建立的，因而它时刻存在，用户不需要建立链路而直接使用。PVC类似于租用的专用线路。X.25同时提供流量控制、差错校验和重传机制，以防止快速的发送方淹没慢速的接收方。,4.2.4 帧中继,X.25的背景传输线路：slow，analog，unreliable计算机：slow，expensiveX.25：协议复杂，X.25网络的可靠性得到保证，端用户对传输数据的处理相
9、对简单。FR的背景(ANSI 1988)传输线路（光缆或数字微波）：fast，digital，reliable计算机：fast，inexpensiveFR：协议比较简单，帧中继网络的可靠性不保证，端用户对传输数据的处理相对复杂。,X.25和帧中继比较,X.25与帧中继网络的比较,F.R网络的组成,帧中继拓扑结构,NNI和UNI，正如它们的名字的含义那样，都是接口规范，帧中继网络提供者可以在网络内部自由地实现任何类型的协议、结构或其它参数。,帧中继特点,提供面向连接的分组交换(SVC或PVC)业务；速度快（用户接入速率54/64Kbps到1.544/2.048Mbps局间中继速率34/44.37
10、6Mbps，最高可达155Mbps）允许突发性数据，用户不必遵守X.25或T线路规定的恒定速率。工作在OSI/RM的物理层和数据链路层。帧长可变，提供帧定界、差错检测，顺序传送。但不进行差错恢复，恢复工作由用户完成；不提供Acknowledge，Flow Control功能。物理层没有定义一个具体的协议，允许实现者使用自己认为是方便的协议（ANSI标准）。遵从ISDN保持用户数据和信令分离的原则。,帧中继主要性能,F.R与OSI/RM的对应关系,F.R是CCITT和ANSI标准，定义了在公共数据网(PDN)上发送数据的流程，属于高性能的链路层协议。它对应于OSI层次模型的最下二层。,帧中继网络
11、基本系统结构图,帧格式,终端可以同时支持许多到达不同目的地的虚呼叫,简单的拥塞控制,帧中继协议平面,控制面负责建立和终止逻辑连接，用户面负责在用户之间的用户数据传送。,帧中继协议结构,帧中继的路由选择,帧中继的设备,帧中继网中的设备分两类：帧中继网接入设备FRAD：属于用户设备。如支持帧中继的主机、桥接器、路由器等。帧中继网交换设备FRS：属于网络服务提供者设备。如T1/E1一次群复用设备和帧交换结点机。,帧中继的接入,帧中继应用,帧中继的应用,帧中继小结,本质上仍是分组交换技术，但舍去了X.25的分组层，仅保留物理层和数据链路层，以帧为单位在链路层上进行发送、接收、处理在链路层上完成统计复用
12、，实现帧定界、寻址、差错检测；但省略了帧编号、重传、流控、窗口、应答、监视等功能帧出错或发生阻塞时，仅仅简单地丢弃；重传、纠错和流控在端设备中由上层协议(如TCP)完成（这是因为F.R是基于光纤线路的，而光纤线路误码率很低，无需点到点纠错）F.R用数据链路连接标识符DLCI来标识虚电路(最多1024个)，不同的DLCI在链路层上实现了复用,4.2.3 数字数据网DDN,数字数据网DDN是一种利用数字信道提供数据通信的传输网，它主要提供点到点及点到多点的半永久性数字专线或专网（交叉连接），以解决分组交换存在的一些制约。,DDN网络特点,提供非交换的永久虚电路服务，实际上就是在干线上为用户提供时分
13、多路复用信道。仅有物理层协议，是透明的传输网，可支持任何传输规程（物理层以上）。传输速率高，网络延迟小。可直接向计算机用户提供高速点到点连接的数字线路（E1速率）。非常适合数据信息流量大，传输质量高的数据通信情况（例如为帧中继，LAN等不同类型的网络提供互联），带宽 可按（N*64Kbps）随意设定。是同步(有主时钟）数据传输网，不具备分组交换功能。网络运行管理简便（纠检错等功能都由用户终端处理）。,DDN特点,可靠性高，具有自动迂回故障和重构的能力。与PSTN相似，也有信道利用率不高的缺点。,DDN基本系统结构,DDN节点上复用和交叉连接示意图,电话网、分组交换网、帧中继和DDN比较,DDN
14、专线与电话专线的区别：电话专线是固定的物理连接，而且电话专线是模拟信道、带宽窄、质量差、数据传输率低；DDN专线是半固定连接，其数据传输率、路由可随时根据需要申请改变。,DDN专线与X.25的区别：X.25具有三层协议，具有交换功能提供SVC和PVC服务。而DDN不具备交换功能，在用户申请专线后，连接就完成。X.25按通信量收费，而DDN按固定月租收费。另外，DDN具有实时性，突发性、高速和通信量大的通信特点。,DDN专线与帧中继的区别：帧中继比DDN便宜，但是其传输实时性、可靠性和延迟时间都不如DDN。帧中继有两层协议，而DDN只有物理层，无传输规程，适合大业务量的专业用户。,用电话专线联网
15、,专用于数据通信，例如早期的ARPA网,4.2.5 SMDS,交换式多兆位数据服务SMDS，有如下特点：为传送数据业务量而制定的协议类型。是一种快速分组交换技术，信元长度固定（53字节）。是由局域网互联驱动的技术。SMDS标准速率是45Mbps，低于45Mbps的速率也是可行的（最低1.17Mbps）。SMDS提供无连接的报文传输服务。,连接4个LAN的两种不同方案,SMDS参考体系结构,SIP协议层,9188 字节,53 字节,53 字节,ISSI协议层内工作概貌,传输子层常采用T3线路或SONET/SDH,3265535,4.2.6 ISDN/ATM,所谓综合业务数字网ISDN就是在一个统
16、一的网络系统内传送和处理各种类型数据，向用户提供多种业务服务，如电话、传真、视频以及数据通信业务等。ISDN的标准最早于1984年由CCITT发布。第一代ISDN称为窄带ISDN(N-ISDN)，它利用64Kbps的信道作为基本交换单位，采用电路交换技术。第二代ISDN称为宽带ISDN(B-ISDN)。它支持更高的数据传输速率，发展趋势是采用快速分组交换技术或信元交换技术。,ISDN服务,ISDN的发展,电话网络(模拟),ISDN的发展,电话网络(模拟),ISDN的发展,ISDN的发展,ISDN的发展,可将现有的专用线路或公用通信网络互联，并连接各种类型的服务设施，如计算中心，数据库等作为IS
17、DN内部的网络设施，向用户提供综合业务。,NISDN基本结构模型,公共信道信令系统可达64Kbps,N-ISDN的B信道和D信道的层,B信道(用户平面）,D信道(控制平面）,物理层,数据链路层,网络层,47层,ISDN与其他业务的连接示意图,N-ISDN,NISDN是在原有的数字电话网的基础上发展起来的，NISDN交换机是在现有数字程控交换机上开发的，具有64Kbps电路交换功能。原有的64Kbps电路交换传输网络仍可继续使用，只需将局间信令系统的功能扩展为No.7信令系统。其他实现工作将集中在用户进网部分；增加交换机的ISDN软件功能，将模拟用户电路板改为数字用户电路板；实现用户线传输的数字
18、化；在用户处设立网络终端，开发和推广使用ISDN终端等。,家庭ISDN接入,连接方式,一线通,连接方式,连接方式,大型商用ISDN接入,ISDN的设备,1类终端设备（TE1）与ISDN网络兼容的设备，可直接连接1类网络终结设备NT1或2类网络终结设备NT2。通过4根（2对）数字线路连接到ISDN网络。2类终端设备（TE2）与ISDN网络不兼容的设备。连接ISDN网时需要使用终端适配器TA。终端适配器（TA）把非ISDN设备的信号转换成符合ISDN标准的信号。可以是一个单独的设备，也可以安装在TE2内。,ISDN设备,1类网络终结设备（NT1）用户端网络设备，与4线的ISDN用户线或传统的2线用
19、户环路连接。一般由电信公司提供，是ISDN网络的一部分。物理层设备。能将数字流组织成可以通过数字管道发送的帧，具有交错复用功能。或反之。NT1的用户端接口可支持连接8台ISDN终端设备。2类网络终结设备（NT2）位于用户端的执行交换和集中功能的一种智能化设备（可提供OSI/RM的第2、3层服务）。如小型的数字程控交换机PBX。大型用户终端数量多，需要使用NT2做交换连接。,ISDN参考点,ISDN网络中不同设备之间连接的规范。U参考点：NT1与电信公司ISDN交换机间的连接点T参考点：NT1到用户设备之间的连接点。S参考点：NT2与TE1/TA之间的连接点。R参考点：TE2与TA之间的连接点。
20、,CCITT建议的N-ISDN网络/用户接口,提供数字化的比特管道，支持按TDM分割的多个信道基本访问速率(basic access rate)由2个64Kbps的B信道和1个16Kbps的D信道组成(2B1D)。B信道用于传送用户数据；D信道用于传送控制信息，所以基本访问速率为144Kbps。基本访问速率可利用现有用户电话线支持，提供电话、传真以及数据传输等常规业务。基群访问速率(primary access rate)北美：23B+D（64K），可提供T1速率；欧洲：31B+D（64K），可提供E1速率。可为大型商业用户服务。,数字管道示意图,B-ISND/ATM,随着用户信息传送量和传送
21、速率的不断提高，N-ISDN已无法满足用户要求。在此情况下，人们提出了宽带ISDN，即B-ISDN。所谓宽带是指要求传送信道能够支持大于基群速率的服务。B-ISDN面临两大技术挑战：一是高速传输(用户/网络接口提供150Mbps以上)；二是高速交换。光纤通信技术已经给前者提供了良好的支持，如同步光纤网SONET(SDH)；异步传输模式ATM为实现高速交换展示了诱人的前景，使得B-ISDN网络的实现成为可能。,B-ISDN的访问方法,B-ISDN参考配置,宽带ISDN的功能和协议结构,ATM网络,ATM广域网,Ethernet&ATM Switch,ATM网卡,Caption:An ATM in
22、terface card for use with twisted pair cabling.The silver box on the right edge of the card is an RJ-45 connector.,信元交换技术,工作原理信元交换技术是以固定长度数据单元Cell为交换单位的一种快速分组交换技术。特点便于用硬件实现，加快交换速度。信元交换有较大的适应性，能方便地处理恒定比特率CBR(Constant Bit Rate)业务（如话音、视频），也能处理可变比特速率VBR(Variable Bit Rate)业务（如计算机突发数据）。交换机可以并行方式工作，使队列更好控制
23、，并获得更高的数据传输率（Gbps量级），提供实时性业务。,ATM的异步TDM,长度固定和不固定的报文复用,基于ATM 的B-ISDN参考模型,提供用户信息的传送，采用分层结构。,提供呼叫和连接控制功能，采用分层结构。,用于实现与整个系统有关的管理功能及控制面和用户面之间的信息交换，不分层。,ATM承载业务图,宽带ISDN的功能和协议结构,ATM适配层的目标是向应用程序提供有用的服务，并且遮蔽在源端把数据分割为信元、在目的地又把信元重组为数据的机制。,ATM中的分段和重组,AAL,ATM,AAL,ATM,AAL层PDU格式,ATM信元,ATM信元的标记交换,交换机配置和路由选择表,VCI,AT
24、M服务类,不同服务类与网络总容量的关系,ATM的电路和分组方式,ATM特点,提供点到点的面向连接的服务。极端灵活和可变的带宽，ATM标准被设计成与传送的技术无关，支持速率155Mbps24Gbps，不同的介质使用不同的传送技术，比较典型的是SONET/SDH技术。简单的链路出错控制和流量控制。网络直径可大可小，适用于广域网、局域网，并可在两种网络之间提供单一的网络技术，实现完美的网络集成。具有较强的Qos功能。设备昂贵，标准还在完善之中，由于是全新的技术，在网络升级时几乎要换掉现行网络中的所有设备。面对千兆位以太网等新技术的竞争，ATM能否扩展它的应用领域还有待于观察。,4.3 各种广域网的比较,小结,PSTN是采用电路交换技术的模拟电话网；X.25分组交换网是最早用于数据传输的广域网；DDN是一种采用数字交叉连接的全透明传输网，它不具备交换功能；帧中继网是从X.25网络上改进而来，它简化的X.25协议，提高了数据传输率；SMDS提供无连接的报文传输服务，它的设计目标是用于LAN与LAN之间的高速通信；ATM网络的主要目标是在同一个网络上提供数据、话音、图象和视频等综合业务的能力。,
