第九章廣域網(wǎng)技術(shù)

1、第九章 廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?，它能連接多個城市或國家并能提供遠距離通信。通常廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率比局域網(wǎng)低，而信號的傳播延遲卻比局域網(wǎng)要大得多。廣域網(wǎng)的典型速率是從56Kbps到155Mbps，現(xiàn)在已有622Mbps、2.4 Gbps甚至更高速率的廣域網(wǎng)；底層物理網(wǎng)絡(luò)指的是真正完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。廣域網(wǎng)包括公用電話交換網(wǎng)(PSTN）、公用分組交換網(wǎng)（X.25）、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、幀中繼（Frame Relay）。而局域網(wǎng)包括以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千兆位以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI網(wǎng)。9.1 廣域網(wǎng)的基本概念9.1.1什么是廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)是一種地域上超過局城網(wǎng)的數(shù)據(jù)

2、通信網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)區(qū)別之一在于需要向外界的廣域網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商申請廣域網(wǎng)服務(wù)，例如，地區(qū)貝爾運行公司（regional Bell operating company, RBOC）的廣域網(wǎng)提供廣域網(wǎng)承載網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。廣域網(wǎng)使用通信設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈路連入廣域網(wǎng)，如綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）和幀中繼。廣域網(wǎng)實現(xiàn)了組織成員的互聯(lián)，與其他組織的連接，與外部設(shè)備（如數(shù)據(jù)庫）的連接，與遠端用戶的連接。廣域網(wǎng)可運載不同類型的信息，如聲音、數(shù)據(jù)和視頻信號。廣域網(wǎng)技術(shù)主要體現(xiàn)在OSI參考模型的下3層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。 9.1.2廣域網(wǎng)的特點(1) 由相距較遠的局域網(wǎng)或城域網(wǎng)互連而成，通常是除了計算機設(shè)備以外

3、，還要涉及一些電信通訊方式(2) 與局域網(wǎng)區(qū)別之一在于需要向外界的廣域網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商申請廣域網(wǎng)服務(wù)(3) 廣域網(wǎng)技術(shù)主要體現(xiàn)在OSI參考模型的下3層9.2 廣域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用下面我們將簡單介紹幾種常用的廣域網(wǎng)，包括公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、分組交換網(wǎng)（X.25）、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、幀中繼（Frame Relay）等。9.2.1 PSTN公共電話交換網(wǎng)（Public Switched Telephone Network，PSTN）是以電路交換技術(shù)為基礎(chǔ)的用于傳輸模擬話音的網(wǎng)絡(luò)，如圖9-1所示。目前，全世界的電話數(shù)目早已達幾億部，并且還在不斷增長。要將如此之多的電話連在一起并能很好地工作，唯一可行

4、的辦法就是采用分級交換方式。電話網(wǎng)概括起來主要由三個部分組成：本地回路、干線和交換機。其中干線和交換機一般采用數(shù)字傳輸和交換技術(shù)，而本地回路（也稱用戶環(huán)路）基本上采用模擬線路。由于PSTN的本地回路是模擬的，因此當兩臺計算機想通過PSTN傳輸數(shù)據(jù)時，中間必須經(jīng)雙方Modem實現(xiàn)計算機數(shù)字信號與模擬信號的相互轉(zhuǎn)換。PSTN是一種電路交換的網(wǎng)絡(luò)，可看作是物理層的一個延伸，在PSTN內(nèi)部并沒有上層協(xié)議進行差錯控制。在通信雙方建立連接后電路交換方式獨占一條信道，當通信雙方無信息時，該信道也不能被其他用戶所利用。用戶可以使用普通撥號電話線或租用一條電話專線進行數(shù)據(jù)傳輸，使用PSTN實現(xiàn)計算機之間的數(shù)據(jù)通

5、信是最廉價的，但由于PSTN線路的傳輸質(zhì)量較差，而且?guī)捰邢?，再加上PSTN交換機沒有存儲功能，因此PSTN只能用于對通信質(zhì)量要求不高的場合。目前通過PSTN進行數(shù)據(jù)通信的最高速率不超過56Kbps。圖9-1 PSTN網(wǎng)絡(luò)9.2.2 X.25X.25是在20世紀70年代由國際電報電話咨詢委員會(CCITT)制定的“在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上以分組方式工作的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)電路設(shè)備DCE之間的接口”。X.25于1976年3月正式成為國際標準。1980年和1984年又經(jīng)過補充修訂。從ISO/OSI體系結(jié)構(gòu)觀點看， X.25對應(yīng)于OSI參考模型底下三層，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。X.25的物理層

6、協(xié)議是X.21，用于定義主機與物理網(wǎng)絡(luò)之間物理、電氣、功能以及過程特性。實際上目前支持該物理層標準的公用網(wǎng)非常少，原因是該標準要求用戶在電話線路上使用數(shù)字信號，而不能使用模擬信號。作為一個臨時性措施， CCITT定義了一個類似于大家熟悉的RS-232標準的模擬接口。X.25的數(shù)據(jù)鏈路層描述用戶主機與分組交換機之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸，包括幀格式定義、差錯控制等。X.25數(shù)據(jù)鏈路層一般采用高級數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC（High-level Data Link Control）協(xié)議。X.25的網(wǎng)絡(luò)層描述主機與網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理諸如分組定義、尋址、流量控制以及擁塞控制等問題。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是

7、允許用戶建立虛電路，然后在已建立的虛電路上發(fā)送最大長度為128個字節(jié)的數(shù)據(jù)報文。報文可靠且按順序到達目的端。X.25網(wǎng)絡(luò)層采用分組級協(xié)議（ Packet level Protocol，PLP）。X.25是面向連接的，它支持交換虛電路（ Switched Virtual Circuit，SVC）和永久虛電路PVC（Permanent Virtual Circuit）。交換虛電路（SVC）是在發(fā)送方向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請求建立連接報文要求與遠程機器通信時建立的。而永久虛電路的意思是電公司在內(nèi)部創(chuàng)建映射，并且只要你付費，虛電路就一直有效。一旦虛電路建立起來，就可以在建立的連接上發(fā)送數(shù)據(jù)，而且可以保證數(shù)據(jù)正確到

8、達接收方。X.25同時提供流量控制機制，以防止快速的發(fā)送方淹沒慢速的接收方。永久虛電路（PVC）的用法與SVC相同，但它是由用戶和長途電信公司經(jīng)過商討面預(yù)先建立的，因而它時刻存在，用戶不需要建立鏈路而可直接使用它。PVC類似于租用的專用線路。由于許多的用戶終端并不支持X.25協(xié)議，為了讓用戶啞終端（非智能終端）能接入X.25網(wǎng)絡(luò)， CCITT制定了另外一組標準。用戶終端通過一個稱為分組裝拆器（ Packet Assembler Disassembler，PA D）的“黑盒子”接入X . 2 5網(wǎng)絡(luò)。如圖9-2所示用于描述PA D功能的標準協(xié)議稱為X.3；而在用戶終端和PAD之間使用X.28協(xié)議

9、；另一個協(xié)議是用于PAD和X.25網(wǎng)絡(luò)之間的，稱為X.29。圖9-2 PADX.25網(wǎng)絡(luò)是在物理鏈路傳輸質(zhì)量很差的情況下開發(fā)出來的。為了保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，它在每一段鏈路上都要?zhí)行差錯校驗和出錯重傳；這種復(fù)雜的差錯校驗機制雖然使它的傳輸效率受到了限制，但確實為用戶數(shù)據(jù)的安全傳輸提供了很好的保障。X.25網(wǎng)絡(luò)的突出優(yōu)點是可以在一條物理電路上同時開放多條虛電路供多個用戶同時使用；網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)路由功能和復(fù)雜完備的誤碼糾錯功能。X.25分組交換網(wǎng)可以滿足不同速率和不同型號的終端與計算機、計算機與計算機間以及局域網(wǎng)L A N之間的數(shù)據(jù)通信。X.25網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)傳輸率一般為64Kbps。9.2.3 D

10、DN數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（Digital Data Network，DDN）是一種利用數(shù)字信道提供數(shù)據(jù)通信的傳輸網(wǎng)，它主要提供點到點及點到多點的數(shù)字專線或?qū)＞W(wǎng),如圖9-3所示。DDN由數(shù)字通道、DDN結(jié)點、網(wǎng)管系統(tǒng)和用戶環(huán)路組成。DDN的傳輸介質(zhì)主要有光纖、數(shù)字微波、衛(wèi)星信道等。DDN采用了計算機管理的數(shù)字交叉連接（Data CrossConnection，DXC）技術(shù)，為用戶提供半永久性連接電路，即DDN提供的信道是非交換、用戶獨占的永久虛電路（PVC）。一旦用戶提出申請，網(wǎng)絡(luò)管理員便可以通過軟件命令改變用戶專線的路由或?qū)＞W(wǎng)結(jié)構(gòu)，而無須經(jīng)過物理線路的改造擴建工程，因此D D N極易根據(jù)用戶的需要，在約

11、定的時間內(nèi)接通所需帶寬的線路。DDN為用戶提供的基本業(yè)務(wù)是點到點的專線。從用戶角度來看，租用一條點到點的專線就是租用了一條高質(zhì)量、高帶寬的數(shù)字信道。用戶在DDN上租用一條點到點數(shù)字專線與租用一條電話專線十分類似。DDN專線與電話專線的區(qū)別在于：電話專線是固定的物理連接，而且電話專線是模擬信道，帶寬窄、質(zhì)量差、數(shù)據(jù)傳輸率低；而DDN專線是半固定連接，其數(shù)據(jù)傳輸率和路由可隨時根據(jù)需要申請改變。另外， DDN專線是數(shù)字信道，其質(zhì)量高、帶寬寬，并且采用熱冗余技術(shù)，具有路由故障自動迂回功能。圖9-3 DDN網(wǎng)絡(luò)下面介紹DDN與X.25網(wǎng)的區(qū)別。X.25是一個分組交換網(wǎng)，X.25網(wǎng)本身具有3層協(xié)議，用呼叫

12、建立臨時虛電路。X.25具有協(xié)議轉(zhuǎn)換、速度匹配等功能，適合于不同通信規(guī)程、不同速率的用戶設(shè)備之間的相互通信。而D D N是一個全透明的網(wǎng)絡(luò)，它不具備交換功能，利用DDN的主要方式是定期或不定期地租用專線。從用戶所需承擔的費用角度看， X.25是按字節(jié)收費，而DDN是按固定月租收費。所以DDN適合于需要頻繁通信的LAN之間或主機之間的數(shù)據(jù)通信。DDN網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)傳輸率一般為2 Mbps，最高可達45 Mbps甚至更高。9.2.4 幀中繼幀中繼（Frame Relay，F(xiàn)R）技術(shù)如圖9-4所示是由X.25分組交換技術(shù)演變而來的。FR的引入是由于過去20年來通信技術(shù)的改變。20年前，人們使用慢速、模

13、擬和不可靠的電話線路進行通信，當時計算機的處理速度很慢且價格比較昂貴。結(jié)果是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用很復(fù)雜的協(xié)議來處理傳輸差錯，以避免用戶計算機來處理差錯恢復(fù)工作。圖9-4 幀中繼隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是光纖通信的廣泛使用，通信線路的傳輸率越來越高，而誤碼率卻越來越低。為了提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸率，幀中繼技術(shù)省去了X.25分組交換網(wǎng)中的差錯控制和流量控制功能，這就意味著幀中繼網(wǎng)在傳送數(shù)據(jù)時可以使用更簡單的通信協(xié)議，而把某些工作留給用戶端去完成，這樣使得幀中繼網(wǎng)的性能優(yōu)于X.25網(wǎng)，它可以提供1.5Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。我們可以把幀中繼看作一條虛擬專線。用戶可以在兩結(jié)點之間租用一條永久虛電路并通過該虛電路發(fā)

14、送數(shù)據(jù)幀，其長度可達1 6 0 0字節(jié)。用戶也可以在多個結(jié)點之間通過租用多條永久虛電路進行通信。實際租用專線（DDN專線）與虛擬租用專線的區(qū)別在于：對于實際租用專線，用戶可以每天以線路的最高數(shù)據(jù)傳輸率不停地發(fā)送數(shù)據(jù)；而對于虛擬租用專線，用戶可以在某一個時間段內(nèi)按線路峰值速率發(fā)送數(shù)據(jù)，當然用戶的平均數(shù)據(jù)傳輸速率必須低于預(yù)先約定的水平。換句話說，長途電信公司對虛擬專線的收費要少于物理專線。幀中繼技術(shù)只提供最簡單的通信處理功能，如幀開始和幀結(jié)束的確定以及幀傳輸差錯檢查。當幀中繼交換機接收到一個損壞幀時只是將其丟棄，幀中繼技術(shù)不提供確認和流量控制機制。幀中繼網(wǎng)和X.25網(wǎng)都采用虛電路復(fù)用技術(shù)，以便充分

15、利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，降低用戶通信費用。但是，由于幀中繼網(wǎng)對差錯幀不進行糾正，簡化了協(xié)議，因此，幀中繼交換機處理數(shù)據(jù)幀所需的時間大大縮短，端到端用戶信息傳輸時延低于X.25網(wǎng)，而幀中繼網(wǎng)的吞吐率也高于X.25網(wǎng)。幀中繼網(wǎng)還提供一套完備的帶寬管理和擁塞控制機制，在帶寬動態(tài)分配上比X.25網(wǎng)更具優(yōu)勢。幀中繼網(wǎng)可以提供從2Mbps到45 Mbps速率范圍的虛擬專線。9.2.5 ISDN國際電信標準化組織ITU(前身為CCITT)對綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN，Integrated Service Digital Network)是這樣定義的：ISDN是電話網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)結(jié)合而成的一種網(wǎng)絡(luò)，它提供端到端的數(shù)字連

16、接，用來提供語音業(yè)務(wù)和非語音業(yè)務(wù)等各種服務(wù)。綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)中“綜合”的含義是指在同一條傳輸信道上，同時傳送數(shù)字化語音和各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用戶可以通過一系列標準化的接口接入ISDN網(wǎng)，享受它提供的多種服務(wù)，包括普通語音服務(wù)、4類傳真、電視會議等。ISDN的目的就是為每個家庭和辦公室用戶提供清晰可靠的數(shù)據(jù)。ISDN的基礎(chǔ)是3類電話線，由于在模擬糾錯和傳輸技術(shù)方面有了改進，因此它傳輸數(shù)據(jù)的速度比現(xiàn)在用得最多的288Kbps或336xbps的速度要快一些。ISDN是可擴展的，它的服務(wù)可應(yīng)用于家庭和辦公室，也可以代替Tl連接在大型設(shè)備上的位置。由于ISDN的應(yīng)用廣泛，它可以讓電視會議及其它高帶寬應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實

17、。用戶通過一個具有一定比特率的數(shù)字管道(Digital Pipe)的本地接口來對ISDN進行訪問，不同速率的管道可用于不同的用戶需要。ISDN的連接如下圖9-5所示。圖9-5 ISDN普通模擬電話網(wǎng)采用數(shù)字傳輸相交換以后就變成了IDN(綜合數(shù)字網(wǎng)，InegratedDigital Network)，但是在IDN中，從用戶終端(如電話機)到電話局交換機之間仍是模擬傳輸，需要配備調(diào)制解調(diào)器才能傳送數(shù)字信號。而作為全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的ISDN能將用戶和電話局之間的最后一百英尺變成數(shù)字連接，這樣它就可以便從一個用戶終端到另一個用戶終端之間的傳輸全部數(shù)字化而不再需要Modem。ISDN技術(shù)的核心就是將帶寬

18、分成幾個信道，其中包括B、D兩種信道。B倍道是一種負載信道，D信道是一種文電和X25包數(shù)據(jù)信道。每條B信道可真正地以64Kbps的速率傳輸高速數(shù)據(jù)，這包括數(shù)字化的聲音信號，數(shù)字化的視頻信號和原始數(shù)據(jù)。而D信道只能攜帶有關(guān)負載信道的信息，這使得呼叫建立和拆卸信號有了自己的專用通道B通道的全部帶寬就可以用于實際數(shù)據(jù)的傳輸。 D通道的傳輸速率一般為16Kbps，對于主要速率接口信道，D通道的速率為64Kbps。ISDN線路接口主要可分為兩種類型：基本速串接口(BRI，Basic Rate Interface)和主要速率接口(PRI，Primary Rate Interface)，這兩種不同類型線路的

19、帶寬和速率是截然不同的。ISDN的基本速率接口BRI提供了兩個B通道和一個D通道，即所謂的2B+D(見下圖9-6)，其速率可達144xbps，但目前一般還未開通D信道，因此速率只可能達到128Kbps。圖9-6 2B+D美國、日本和其它一些國家都使用1544Mbps(T1)作為主要速率接口的標準，而歐洲、澳大利亞等國則使用2048MbPs(E1)作為主要速率接口的標準，但基本速率接口全世界都是相同的。T1提供了23個B通道和一個D通道，即所謂的23B+D(見下圖9-7)，而E1提供了30個B通道和一個D通道，即所謂的30B+D。 圖9-7 230B+D當建立一個ISDN信道后一系列信息將在用戶

20、的終端適配器和連接到用戶工作地點的中央辦公室(Central Office)電話系統(tǒng)之間來回傳送。這些信息允許每個呼叫使用ISDN的一個不同服務(wù)而不需要對線路上的任何中央辦公室進行重新配置。 ISDN最初出現(xiàn)在70年代初期，由于1984年國際電信標準化組織給出了ISDN的標準定義，業(yè)界開始出現(xiàn)第一次ISDN研究和應(yīng)用的高潮。然而由于終端設(shè)備的成本過于高昂和技術(shù)上的原因而未能大規(guī)模推廣使用。只有到了1993年，由22個歐洲國家對ISDN的標準進行了最終統(tǒng)一以后，ISDN才開始在全球迅速發(fā)展起來。尤其是隨著Internet的發(fā)展，給ISDN的發(fā)展帶來了新的生機和潛力?，F(xiàn)在普通用戶大多使用電話撥號上

21、悶，這種方式雖然便宜，但傳輸速度受到很大限制，無法滿足用戶日益增長的帶寬需求。而通過專線上網(wǎng)雖然速度可以提高，但成本過于高昂，使許多家庭用戶無法承受。而通過ISDN上網(wǎng)，卻能以較低的成本享受到專線的高速度。因此ISDN受到眾多的Internet用戶的歡迎。1.ISDN的特性ISDN能提供各種通信業(yè)務(wù)。如：語音、數(shù)據(jù)、可視圖文、可視電話、傳真、電子信箱、會議電視和語音信箱等等。ISDN能夠綜合現(xiàn)在各種公用網(wǎng)的業(yè)務(wù)，并可以提供許多方便用戶的新業(yè)務(wù)。SDN的簡便性主要體現(xiàn)在ISDN的安裝上。安裝又可分為用戶把自己的終端設(shè)備連接到路ISDN線上和局方為用戶安裝ISDN列線兩個方面。對于前者，ISDN為

22、用戶很好地解決了連接問題，它提供標準的用戶網(wǎng)絡(luò)接口，這一特點是ISDN成功的關(guān)鍵所在。它以標準接口將各種類型的終端設(shè)備接入到ISDN網(wǎng)絡(luò)中。只要用戶使用一對用戶線、一個ISDN號碼、一臺有ISDN標淮接口的終端適配器(ISDN TA)，將現(xiàn)有的設(shè)備(包括模擬設(shè)備如：普通電話機、傳真機等)連接到ISDN TA上。這樣，用戶就可以保留原有的模擬設(shè)備，節(jié)省投資。如果用戶家中已有了第二條電話線專為電腦上網(wǎng)使用，也就是說終端設(shè)備只有電腦，那么就可以不必購買ISDN終端適配器(ISDN TA)了，只需插一塊ISDN PC卡就可完成電腦與ISDN線的連接。由此可見，ISDN線與終端設(shè)備的連接是很靈活的。對于

23、后者(局方為用戶安裝ISDN線方面)，用戶需要做的事情只是申請ISDN服務(wù)和配置ISDN TA或ISDN PC卡。在美國，電話公司一般使用一個U接口為它的用戶提供BRI服務(wù)。 U接口是一個雙線的電話交換接口，它支持在一對電話線路上的全雙工的數(shù)據(jù)傳輸，因此一個U接口只能連接一臺設(shè)備。這個設(shè)備就叫作網(wǎng)絡(luò)終端1(NT-1)。其它國家的情況可能不盡相同，但只要電話公司提供有NT-1，它都會給用戶提供一個S/T接口。NT-l是一個將雙線U接口轉(zhuǎn)換成4線S/T接口的相對簡單的設(shè)備。S/T接口支持多個設(shè)備(可多達7個)，因為它雖然仍是一個全雙工接口，但卻有一對線路用以接收數(shù)據(jù)，另一對線路用以發(fā)送數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在許

24、多設(shè)備都內(nèi)置有NT-1接口，這樣能夠降低設(shè)備的成本并反更易于安裝，但它又會由于不允許連接額外的設(shè)備而降低了靈活性。從技術(shù)上講，ISDN設(shè)備必須經(jīng)過一個網(wǎng)絡(luò)終端2(NT-2)設(shè)備，它將T接口轉(zhuǎn)換成S接口。實際上所有的ISDN設(shè)備在設(shè)計時都包括了一個NT2設(shè)備，NT2同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信并且處理Layer 2和Layer 3的ISDN協(xié)議?，F(xiàn)在最常用的配置是內(nèi)置NT1的U接口或S/T接口兩沖。連接到S/T(或S)接口的設(shè)備包括能夠使用ISDN的電話和傳真設(shè)備、電視會議設(shè)備、橋/路由器設(shè)備和終端適配器等。所有能使用ISDN線路的設(shè)備部帶有終端設(shè)備1(TEl)o所有不能使用ISDN但具有一個POST電話接口(也稱為R接口)的其它設(shè)備都配有一個終端設(shè)備2(TE2)，它包括普通的模擬電話、傳真