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第 7 章　广域网技术

第 7 章　广域网技术. 主讲：冯妍. 7.1 广域网概念. 广域网（ Wide Area Network-WAN ）是指覆盖范围广阔（通常可以覆盖一个城市，一个省，一个国家）的一类通信子网，有时也称为远程网。 广域网的特点 （ 1 ）主要提供面向通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换； （ 2 ）覆盖范围广，通信的距离远，需要考虑的因素增多，如媒体的成本、线路的冗余、媒体带宽的利用和差错处理等； （ 3 ）由电信部门或公司负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务、流量统计和计费问题。. 广域网实例 —— 中国教育和科研计算机网.

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第 7 章　广域网技术

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  1. 第7章　广域网技术 主讲：冯妍

  2. 7.1 广域网概念 • 广域网（Wide Area Network-WAN）是指覆盖范围广阔（通常可以覆盖一个城市，一个省，一个国家）的一类通信子网，有时也称为远程网。 • 广域网的特点 • （1）主要提供面向通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换； • （2）覆盖范围广，通信的距离远，需要考虑的因素增多，如媒体的成本、线路的冗余、媒体带宽的利用和差错处理等； • （3）由电信部门或公司负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务、流量统计和计费问题。 2

  3. 广域网实例——中国教育和科研计算机网 3

  4. 7.2 分组交换数据网络（X.25网络） • 分组交换数据网络（PSDN）遵循CCITT X.25系列建议，因此也被称为X.25网络，X.25网络曾经是使用比较广泛的广域通信子网。 4

  5. 什么是分组交换？ • 分组交换采用存储／转发交换技术，分组是交换处理和传送的对象。先将发信终端发送的数据分成固定长度的分组，然后在网络中经各分组交换机逐级“存储／转发”，最终到达收信终端。 5

  6. 分组交换数据网提供两类服务 • （1）数据报 • 数据报服务类似于邮政信件传递方式，每个分组独立地存储和转发，中间节点接收到分组后，首先暂存该分组，然后从不同的路径将分组转发出去，到达目的节点。 • （2）虚电路服务 • 虚电路服务类似于电话网采用的交换方式，在发送数据之前，需要在发送方和接收方之间建立一条逻辑电路（即虚电路），然后在这条虚电路上传输分组，传输完毕后需要拆除虚电路。 6

  7. 虚电路建立在X.25的第三层。在虚电路方式中，一次通信要经历建立虚电路、数据传输和拆除虚电路三个阶段。一旦建立虚电路，则该虚电路不管有无数据传输都要保持到虚电路拆除或因故障而中断。如果是因故障而中断，则需重新建立虚电路，以继续未完成的数据传输。 虚电路建立在X.25的第三层。在虚电路方式中，一次通信要经历建立虚电路、数据传输和拆除虚电路三个阶段。一旦建立虚电路，则该虚电路不管有无数据传输都要保持到虚电路拆除或因故障而中断。如果是因故障而中断，则需重新建立虚电路，以继续未完成的数据传输。 7

  8. X.25提供两种虚电路服务 • 交换虚电路（SVC） • 交换虚电路类似于电话交换，即双方通信前要临时建立一条虚电路供数据传输，通信完毕后要拆除该虚电路，供其他用户使用。 • ②永久虚电路（PVC） • 永久虚电路可在两个用户之间建立永久的虚连接，用户间需要通信时无需建立连接，可直接进行数据传输，如使用专线一样。 8

  9. 分组交换的特点 • 以分组为单位进行传输； • 能以不同速率传输； • 动态使用带宽； • 延时不固定； • 无专用线路； • 适用于传输数据量不大的通信场合； • 数据传输比较可靠。 9

  10. 7.2.1 X.25与OSI模型 • 虽然X.25协议出现在OSI模型之前，但是ITU-T规范定义了在DTE和DCE之间的分层的通信，与OSI模型的前三层呼应(见图7-2)：X.25物理协议层(第1层)、X.25链接访问层(第2层)、X.25包协议层(第3层)。 10

  11. X.25 通信层与OSI模型的比较 11

  12. X.25协议分三层：物理层、链路层和网络层。 • 物理层 • 相当于OSI/RM的第一层，定义DTE到DCE的物理和电气接口，采用X.21标准（用于数字信号传输）。 • 链路层（又称帧层） • 相当于OSI/RM的第二层，采用HDLC中的异步平衡模式，称为LAP-B（HDLC的子集）。 • 网络层（又称分组层） • 相当于OSI/RM的第三层，采用的协议数据单元为分组。X.25的网络层向主机提供两种类型的虚电路服务：呼叫虚电路和永久虚电路。 12

  13. 符合X.25协议的分组交换网称为X.25网络 • X.25网络是一种中速数据网络，速率不超过64Kbps 13

  14. 7.2.2 X.25网的设备 X.25网络 14

  15. X. 25网通信主要使用下列设备来完成： • DTE：可以是终端，也可以是从PC到大型机等的各种类型的主机。 • DCE：DCE是诸如X.25适配器、访问服务器或分组交换机等的网络设备，用来将DTE连接到X.25 网络上。 • 包拆装器(Packet Assembler /Disassembler，PAD)：这是一种将分组打包为X.25格式并添加X.25地址信息的设备。当分组到达目标LAN时，可以删除X.25的格式信息。PAD中的软件可以将数据格式化并提供广泛的差错检验功能。 • 分组交换机(Packet -Switching Exchange，PSE)：X.25 WAN网络中位于厂商站点的一种交换机。通过X.25的分组交换网把数据从一个DTE设备向另一个DTE设备传输。 15

  16. X.25网络采用分布式的网状拓扑结构。网状结构的网络具有如下特点：X.25网络采用分布式的网状拓扑结构。网状结构的网络具有如下特点： • 网络扩充和主机入网比较简单，可以很方便地增加结点，或者接纳主机入网； • 网络完整性和可靠性较高，任何一对结点之间都可以具有一条以上的路径，不会因为某些链路或者结点的故障造成全网的瘫痪。 16

  17. 在维护X.25网络时，有四个特别重要的协议。 • X .3协议：该协议规定了PAD是如何转换要发送的X.25格式的分组，以及当分组到达其目标网络时，是如何将X.25信息删除掉的； • X.20协议：该协议定义了DTE和DCE之间的起始和终止传输； • X.28协议：该协议说明了DTE (或称终端)和PAD之间的接口； • X.29协议：该协议说明了控制信息是如何在DTE和PAD之间发送的，以及控制信息发送的格式是怎样的。 • ITU-T定义了X.75协议，也称为网关协议，可以将X.25网络连接到其他分组交换网络上，如帧中继等。 17

  18. 端用户系统 • X.25网络的端用户系统是指企业、部门或者个人连入X.25网络的各种计算机系统，包括各种大、中、小和微型计算机系统。这些系统及其软件（系统软件和应用软件）主要提供面向用户数据处理的服务。为了保证这些端用户系统可以方便地接入网络，PSDN提供了多种接口方式。 18

  19. X25专线/拨号同步方式 • 每台计算机设备占用PSE或者集中器的一个端口，应当具有该端口对应的网络地址。使用此种方式接入PSDN时，MODEM必须配置为同步工作方式。 • 专线/拨号异步方式 • 通过专线或者电话拨号，直接接入分组装拆设备或者集中器的端口，与PSDN网络以异步方式交换信息。为了便于管理和计费，每个端用户系统都被分配一个网络用户标识（NUI）。使用此种方式接入PSDN时，用户端的MODEM必须配置为异步工作方式。 • 路由器入网方式 • 通常，企业内部已经组建了局域网，可以使用路由器作为局域网与分组交换数据网的互连设备，保证所有局域网用户可以通过局域网接入X.25网络。。 19

  20. 标志(LAPB头的一部分 帧级别的控制、地址信息(LAPB头的一部分) 数据 LAPB尾部的一部分 标志(LAPB尾部的一部分) 7.2.4 X.25的帧结构 • X. 25的帧结构如下表所示。 X.25的帧结构 20

  21. X.25网络 • CHINAPAC（国家公共数据网）1989年开通，94年二期工程，覆盖全国各省会城市和直辖市，通过省网辐射全国，已达2200多个城市，和23个国家和地区的44个网络互联，用户数为8.5万； 21

  22. （一）X.25网络的特点 • 支持OSI下三层服务，提供永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）； • 动态复用技术，可提高信道的利用率，简化物理接口； • 分组交换网中各结点具有存储－转发功能，不同速率的终端可以相互通信； • 采用虚电路或数据报的方式进行分组传输。 22

  23. （二）缺点 • 模拟信道、信道质量差，信道差错方面处理比较复杂，数据传输的网络时延较大（差错处理、存储－转发等），端口速率低（<=64Kbps）。 • X.25分组交换网适用于交换式短报文的传输，不适合实时性要求高、信息量大的业务使用。 23

  24. （三）发展现状及未来发展 • 起着主导作用，技术规程非常完备，应用广泛； • 数字技术的广泛应用，X.25技术在一定程度上已经过时，但目前主宰着许多低速应用（如：销售物理，电子银行系统，电子信箱应用等）； • 同时X.25也是与国外通信的主要手段（通过卫星线路或租用线路等） 24

  25. 7.3 帧中继 • 1984年，CCITT开始了分组交换技术的“改造工程”，并提出了一种新的分组交换技术——帧中继技术，对应的标准为CCITT Q.922。 • 帧中继是一种优化的X.25 。帧中继是在X.25基础上，简化了差错控制、流量控制和路由选择功能，着眼于数据的快速传输以提高网络的吞吐量，而形成的一种新型的交换技术。因此帧中继为原X.25用户提供性能更高或范围更广的业务，另外，帧中继也可基于DDN网等平台上实现 。 25

  26. 7.3.1 帧中继的原理 • 帧中继技术首先是淡化了交换设备上的层次概念，将数据链路层和网络层进行了融合。融合的目的一方面减少了层次之间的接口处理；另一方面，也可以通过对融合的功能进行分析，发现冗余项，并进行简化。 • “优化”交换设备性能的另一方面是简化流量控制的功能。 • 上述的优化使得帧中继成为一种极为精简的协议，仅仅需要提供组帧、路由选择和高速传输的功能，从而可以获得较高的性能和有效性。 26

  27. 7.3.2 帧中继的帧格式 帧中继的帧格式 27

  28. 7.3.2 帧中继的帧格式 • 帧间隔符（F）：取值为01111110，用于标识帧的起始和结束； • 地址字段（Addr）：一般占2个字节； • 信息字段（DATA）：可以存放可变长度的用户数据； • 帧校验字段（FCS）：占2字节，采用循环冗余校验； • 数据链路连接标识符（DLCI1+DLCI2）：占10位，主要用于标识使用的数据链路； • 命令/响应（C/R）：由高层实体指明本帧的意义； • 扩展地址（EA）：地址字段可以扩展到3或者4字节（对应的DLCI为17或者24位）；EA=0，表示后继字节仍属地址字段；EA=1，本字节为地址字段的最后字节； 28

  29. 正向拥塞通知（FECN）：由网络中的交换设备置位，通知接收方与本帧同方向传输时曾经出现拥塞现象，并可能继续拥塞； • 反向拥塞通知（BECN）：由网络中的交换设备置位，通知接收方与本帧反方向传输时曾经发生拥塞，并可能继续拥塞； • 丢弃指示（DE）：用户置位时，表明本帧在网络出现拥塞时可以优先丢弃； • 无编号标识符（UI），一个字节，内容等同于HDLC中的无编号帧控制字段，隐含了各种命令，但其中的P/F位应置为0； • 协议标识符（PI）：置为管理帧； • 呼叫参考（CR）：置为0； • 信息类型（Type）：帧中继仅支持两种类型：状态查询和状态报告。 29

  30. 7.3.3 帧中继（FR）网络的特点 • FR支持OSI下二层服务并提供部分的网络层功能； • FR采用光纤作为传输介质，传输误码率低； • 将分组重发、流量控制、纠正错误、防止拥塞（正向拥塞通知，反向拥塞通知，丢失指示等）等处理过程由端系统去实现；简化了结点的处理过程，缩短了处理时间，降低了网络时延； • 具有灵活可靠的组网方式，可采用永久虚电路（或交换虚电路）的方式，一条物理连接能够提供多个逻辑连接，用户所需的进网端口数减少； • FR具有按需分配带宽的特点，用户支付了一定的费用购买“承诺信息速率”，当突发性数据发生时，在网络允许的范围内，可以使用更高的速率； • 使用FR，用户接入费用相应减少。 30

  31. 7.3.4 帧中继网络的发展 • 帧中继标准已渐成熟，业务需求不断增加，目前已进入高速发展时期。帧中继可通过X.25更新软件实现，可在DDN网上配置端口实现，在以ATM为主干的网络中，帧中继仍然可以作为良好的用户接入方式。 • 目前大多数业务都集中在2Mbps之内，是FR业务的最经济有效的范畴，未来的FR业务将有很大的市场发展潜力，有较好的投资保护。 31

  32. 现今租用的电话线可以是高速的、数字的、可靠的，而计算机的性能有很大的提高，价格又便宜。这样只要简单的通信协议，且大部分处理可由用户计算机自行处理，不需要网络来处理。 32

  33. 帧中继技术是由X.25分组交换技术演进而来的，由于光纤通信的误码率低，为了提高网络速率，省去了很多在X.25分组交换中的纠错功能，使帧中继的性能优于X.25分组交换的性能。帧中继技术是由X.25分组交换技术演进而来的，由于光纤通信的误码率低，为了提高网络速率，省去了很多在X.25分组交换中的纠错功能，使帧中继的性能优于X.25分组交换的性能。 • 帧中继的ITU-T标准于1984年提出，以满足高容量、高带宽的WAN提出的要求。其他附加的标准于1990年、1992年及1993年通过，以适应帧中继的发展需要。起初，帧中继的最常见的实施速度为56 kb/s和2 Mb/s。 33

  34. 帧中继WAN 34

  35. 图中，LAN1和LAN2&127;代表两个要通过帧中继网络互联的局域网。路由器或FRAD(帧中继拆装设备)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。FR路由器2或FRAD2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。 • 帧中继网络是由许多帧中继交换机通过中继电路连接组成。目前，加拿大北电、新桥，美国朗讯、FORE等公司都能提供各种容量的帧中继交换机。 35

  36. 7.3.5 帧中继和X.25的异同点 36

  37. 7.4 ISDN • ISDN是Integrated Serviced Digital Network的缩写，一般译为“综合业务数字网”，电信局称之为“一线通”，就是因为它能实现把语音服务和数据传输服务组合在同一通信介质上，为用户同时提供这两种服务的连接。ISDN的基本速率接口提供两个64Kbps和一个16Kbps的信道带宽（2B+D)，其中一个64Kbps信道用于传输语音，另一个64Kbps信道传输数据（当不需要传输语音时，数据传输可占用两个B信道共128Kbps的速率），16Kbps的信道用于传输通讯指令等服务信息。 37

  38. 主要目标：集成声音和非声音的服务，以数字形式统一处理各种公用网的通信业务。采用数字技术，替代模拟通信网中的传统系统或交换系统中使用的模拟技术。 • ISDN设计的目标是以数字形式统一处理各种公用网的通信业务，设置能够与各种通信网接续的ISDN终端交换机，并提供标准的用户/网络接口，使得用户可以通过一条用户线接入网络，获得各种电信服务。 38

  39. 特点 • 是用户经由一个标准的用户网络接口可享用各种类型的网络服务。ISDN将网络分为用户网络、接入网络、核心网络。 • ISDN交换系统以时分复用技术经过一个双向数字管道与用户互传比特流信息。数据传输速率为64Kb/s。 39

  40. ISDN所提供的业务（即服务）主要有 • 语音业务允许用户将ISDN终端或计算机接入ISDN； • 可视图文； • 智能用户电报、传真业务； • 遥测和告警业务。 40

  41. ISDN 的组成 • 在ISDN中，用户和综合业务数字网之间的连线相当于一个数字比特管道，管道中的比特流可以来自数字电话机、数字传真机或其它终端，并且比特流可以双向流动。 41

  42. ISDN 的用户类型 • 一个家庭或小单位： 在用户家中或办公室中安装一个用户端接设备（NT1），用户的电话、传真、计算机等等通过NT1与ISDN交换局相连，用户设备可多达8个。只需要一根线（一线通）。 42

  43. ISDN 的用户类型 • 一个较大单位：拥有较多的电话和终端，因为用户设施较多，需要较大的接入带宽。 NT1不够用，需要一个ISDN的专用小交换局（PBX），称为第二类网络端接设备（NT2）。类似于电话交换机。 43

  44. ISDN 的两种接入速率 • 基本速率接口（BRI） • 两个B通路和一个D通路（2B＋D），通常速率为144 Kbps。两条64 Kbps的B通路，支持话音和数据传输，一条D通道，用于传输控制信号和数据，16Kbps全双工数据通道。适用于家庭或小单位，可以通过BRI接口传送语音、数据、传真及一般质量的图像，可传输可视电话、电视会议。至少可使三个一般的终端同时在2B＋D的信道上传输数据。 44

  45. ISDN 的两种接入速率 • 一次群速率接口（PRI） • T1系统（1.544Mbps）： 美国、日本等国采用23个64 Kbps的B通路和1个64 Kbps的D通路的速率接口（23B＋D）。 • E1系统（2.048Mbps）：欧洲国家采用的是30个64 Kbps的B通路和1个64 Kbps的D通路的速率接口（30B＋D）。较大单位可使用租用 T1线路。 45

  46. 7.5 数字数据网(DDN) • DDN是电信部门向用户提供的一种高速通信业务,利用数字通道提供半永久性的连接电路，提供中高速、高质量的点－点、点－多点的数字专用电路。 46

  47. 一种利用数字信道提供数据信号传输的数据传输网，也是面向所有专线或专网用户的基础电信网。DDN网的特点：传输速率高、质量好、距离远、多协议支持、安全可靠、费用低廉。DDN提供的业务有专用电路、帧中继、压缩话音/G3传真业务、虚拟专用网。带宽在2M以内。一种利用数字信道提供数据信号传输的数据传输网，也是面向所有专线或专网用户的基础电信网。DDN网的特点：传输速率高、质量好、距离远、多协议支持、安全可靠、费用低廉。DDN提供的业务有专用电路、帧中继、压缩话音/G3传真业务、虚拟专用网。带宽在2M以内。 • DDN接入方式非常丰富，常用的有：二线模拟传输方式、二线（四线）频带调制解调器传输方式、2B+D数据终端单元（DTU）传输方式等等。 47

  48. DDN 的缺点 • DDN是固定信道方式，不能进行动态复用，在数据量不大的情况下线路利用率较低；由于是点－点的通信，需要多个DDN端口才能支持与多个结点通信，进网的端口数多。 48

  49. 发展现状和未来发展 • 目前，我国采用DDN组网的部门很多，发展较快。国际范围内，DDN用于许多部门（金融、保险、航空、企业、政府部门等）。但发展势头趋于平稳，主要是受ATM技术的影响和帧中继网络技术的影响。 49

  50. 7.6 ADSL • 近年来随着INTERNET的迅猛发展，普通MODEM拨号的速率，已远远不能满足人们获取大容量信息的需求，用户对接入速率的要求越来越高。如今一种名叫ADSL的技术已投入实际使用，使用户享受到了高速冲浪的欢悦。 50

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