第5章-網(wǎng)絡(luò)互連與廣域網(wǎng)技術(shù)

第5章使用操作查詢更新數(shù)據(jù)5.1網(wǎng)絡(luò)互連與廣域網(wǎng)

5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)

5.3廣域網(wǎng)技術(shù)

5.4接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用

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5.1網(wǎng)絡(luò)互連與廣域網(wǎng)

5.1.1廣域網(wǎng)的基本概念廣域網(wǎng)是地理分布范圍在幾十公里至幾千公里，可以連接不同城市、不同國家、遍及全球的計算機網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)可看作是局域網(wǎng)利用公用通信網(wǎng)絡(luò)、互連設(shè)備連接起來的、可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信的計算機網(wǎng)絡(luò)。1.廣域網(wǎng)的構(gòu)成廣域網(wǎng)是由結(jié)點交換機和連接這些交換機的通信鏈路所組成。在通信距離大于幾十公里時，局域網(wǎng)顯然不能完成這樣的數(shù)據(jù)通信任務(wù)，必須由一種新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，這就是廣域網(wǎng)。2

5.1網(wǎng)絡(luò)互連與廣域網(wǎng)

利用公用通信網(wǎng)絡(luò)、結(jié)點交換機、路由器將多個局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)連接起來構(gòu)成互連網(wǎng)絡(luò)的原理示意圖如圖所示。3從OSI模型來看，局域網(wǎng)僅在底部兩層實現(xiàn)小范圍的數(shù)據(jù)通信，要將通信范圍擴大，利用公用電信網(wǎng)、互連設(shè)備將地理上相距甚遠(yuǎn)的局域網(wǎng)連通，實現(xiàn)距離不受限制的數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的互連就顯得更為重要。因此，廣域網(wǎng)的主要問題在網(wǎng)絡(luò)層，如何將源網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的數(shù)據(jù)分組經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到目的網(wǎng)絡(luò)；在傳送過程中，選擇最佳路徑和相應(yīng)的流量控制、擁塞控制，就是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議要解決的具體問題。這里的源網(wǎng)絡(luò)、目的網(wǎng)絡(luò)一般是指局域網(wǎng)。廣域網(wǎng)中，結(jié)點交換機是公用通信網(wǎng)絡(luò)的核心部件，其用途就是將某一端口來的信號轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出端口上；在公用電話網(wǎng)的早期，這種轉(zhuǎn)接工作是手工完成的，由操作人員在開關(guān)板上扳動開關(guān)、實現(xiàn)轉(zhuǎn)接；很快，自動專用交換機PABX(PrivateAutomaticBrancheXchange)代替了手工操作，PABX是采用機電一體化技術(shù)制造出的產(chǎn)品。

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4計算機交換分機CBX能夠?qū)⒛M聲音通信與數(shù)據(jù)通信綜合在一個系統(tǒng)中。CBX系統(tǒng)的核心是一種數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，對數(shù)字信號--比特流進行操作和交換。采用數(shù)字化的交換方法有如下顯著優(yōu)點：⑴數(shù)字技術(shù)的操作與交換易于用軟件和硬件聯(lián)合實現(xiàn)更精確、更可靠的控制。⑵采用時分多路復(fù)用技術(shù)，能更有效地利用內(nèi)部信道資源。⑶有利于進行數(shù)字化控制信號的交換與傳輸。⑷數(shù)字化信號易于實現(xiàn)加密處理，保障信息安全。

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52.廣域網(wǎng)所提供的服務(wù)源網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的數(shù)據(jù)分組經(jīng)廣域網(wǎng)傳送，在如何到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的傳送方式上有兩種形式。一種是先建立連接、再按既定路徑傳送的虛電路方式，另一種是不用建立連接、直接傳送的數(shù)據(jù)報方式。這就是廣域網(wǎng)提供的兩種服務(wù)--面向連接的服務(wù)和面向無連接的服務(wù)。數(shù)據(jù)報傳送方式和虛電路傳送方式的示意圖如圖所示。在圖5-2(a)中，由H1主機發(fā)出的多個數(shù)據(jù)分組沿不同路徑到達(dá)目的主機H5，圖中用帶箭頭的空方框表示。由H2主機發(fā)出的多個分組沿不同路徑到達(dá)目的主機H6，圖中用帶箭頭的虛線方框表示。這種自行選擇傳送路徑的數(shù)據(jù)分組稱為數(shù)據(jù)報，源主機不用與目的主機建立聯(lián)系，直接將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到通信網(wǎng)絡(luò)上。由沿途各結(jié)點交換機根據(jù)數(shù)據(jù)分組中的目的地址、通信鏈路的“閑”“忙”狀態(tài)復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出鏈路上，各個數(shù)據(jù)分組通過不同的路徑到達(dá)目的主機。

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6這種數(shù)據(jù)報傳送方式的好處至少有二：一是不用預(yù)先建立源、目的主機之間的聯(lián)系，省去建立連接的時間，比較經(jīng)濟；二是各個分組自行選擇路徑，可靈活、迅速到達(dá)主機，通信鏈路出現(xiàn)局部故障也不影響數(shù)據(jù)通信，這對通信可靠性要求較高的場合--如軍用通信中，顯得非常重要。但數(shù)據(jù)報傳送方式存在分組無序到達(dá)、丟失、重復(fù)等問題，這也是在所難免的，因而數(shù)據(jù)報方式與面向連接的虛電路方式相比，通信質(zhì)量要差一些，適合于小批量、短時間的突發(fā)式通信。

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7在圖5-2(b)中，源主機H1要向目的主機H5發(fā)送數(shù)據(jù)，先建立通往H5的通信鏈路，H1→A→B→E→H5，然后，數(shù)據(jù)分組按順序沿既定路徑經(jīng)過指定交換機到達(dá)目的主機，通信完畢，還要拆除所建立的通信鏈路，釋放資源；同理，源主機H2向目的主機H6的通信鏈路是H2→B→E→H6。

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8這種虛電路傳送數(shù)據(jù)分組的過程與電路交換方式的過程完全相同，都是建立連接、傳送數(shù)據(jù)、拆除連接三個步驟。但是，虛電路方式對通信鏈路的占用是逐段進行的，當(dāng)它傳送數(shù)據(jù)在某一段鏈路上時，其它各段鏈路仍可為其它通信所用；因此，通信過程和與電路方式一樣、但在通信期間又不獨占全部通信鏈路資源，因此稱之為“虛電路”。虛電路方式通信時，各個數(shù)據(jù)分組是按預(yù)定路線順序傳送的，沒有失序、重復(fù)、丟失數(shù)據(jù)分組等問題出現(xiàn)，通信質(zhì)量比較高；但虛電路方式也有其固有缺點：對小批量、短時間的突發(fā)式通信，建立、拆除連接相對費時、不經(jīng)濟，當(dāng)預(yù)定鏈路故障時，整個通信失敗。因此，虛電路方式適合于長時間、大批量的數(shù)據(jù)通信，在租用專線接入網(wǎng)絡(luò)時，常采用所謂的“永久虛電路”方式進行通信。

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95.1.2網(wǎng)絡(luò)互連的基本概念互連網(wǎng)絡(luò)是指將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備連接起來，以構(gòu)成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，最大程度地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享。

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101.局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互連在實際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，局域網(wǎng)－局域網(wǎng)之間的互連是最常見的一種。由于局域網(wǎng)種類較多(如令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等)，使用的軟件也較多，因此局域網(wǎng)的互連較為復(fù)雜。但可以大致分為以下兩種：⑴同型局域網(wǎng)互連同型局域網(wǎng)互連是指符合相同協(xié)議的局域網(wǎng)之間的互連，例如兩個以太網(wǎng)之間的互連，或兩個令牌環(huán)網(wǎng)之間的互連。⑵異型局域網(wǎng)互連異型局域網(wǎng)互連是指使用不同協(xié)議的局域網(wǎng)之間的互連，例如一個以太網(wǎng)和一個令牌環(huán)網(wǎng)之間的互連，或者一個以太網(wǎng)與一個ATM網(wǎng)絡(luò)之間的互連。

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112.局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連也是常見的一種方式之一，它們之間的連接可以通過路由器或者網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)。例如，目前不少企事業(yè)都已建好了內(nèi)部局域網(wǎng)，但隨著Internet的迅速發(fā)展，僅搭建局域網(wǎng)已經(jīng)不能滿足眾多企業(yè)的需要，有更多的用戶需要在Internet上發(fā)布信息，或進行信息檢索，將企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)接入Internet已經(jīng)成為眾多企業(yè)的迫切要求。將局域網(wǎng)接入Internet有很多種方法，如采用ISDN(或普通電話撥號)+代理服務(wù)器軟件Wingate或網(wǎng)關(guān)服務(wù)器軟件Sygate、DDN專線及ADSL等。

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123.局域網(wǎng)-廣域網(wǎng)-局域網(wǎng)互連局域網(wǎng)-廣域網(wǎng)-局域網(wǎng)互連是指將兩個分布在不同地理位置的局域網(wǎng)通過廣域網(wǎng)實現(xiàn)互連，這也是常見的網(wǎng)絡(luò)互連類型之一。局域網(wǎng)-廣域網(wǎng)-局域網(wǎng)互連也可以通過路由器或者網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)。局域網(wǎng)-廣域網(wǎng)-局域網(wǎng)互連模式正在改變傳統(tǒng)的接入模式，即主機通過廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)的傳統(tǒng)接入模式，而大量的主機通過組建局域網(wǎng)的方式接入廣域網(wǎng)將是接入廣域網(wǎng)的重要方法。

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134.廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連也是目前常見的一種網(wǎng)絡(luò)互連的方式，如幀中繼與X.25網(wǎng)、DDN均為廣域網(wǎng)，它們之間的互連屬于廣域網(wǎng)的互連。同樣，廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連可以通過路由器或者網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)。廣域網(wǎng)是通過專用的或交換式的連接將地域分布廣泛的計算機或者局域網(wǎng)互連的網(wǎng)絡(luò)。通常廣域網(wǎng)的互連比以上的互連要容易，這是因為廣域網(wǎng)的協(xié)議層次常處于OSI七層模型的低層，不涉及高層協(xié)議。

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145.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)路由器是網(wǎng)絡(luò)連接時必不可少的互連設(shè)備，它工作在OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層，其主要功能是根據(jù)數(shù)據(jù)分組的目的地址進行轉(zhuǎn)發(fā)和擁塞控制，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿つ啃院推胶饩W(wǎng)絡(luò)流量，改善網(wǎng)絡(luò)性能。5.2.1路由器的功能及工作原理1.路由器的主要功能路由器是一種連接多個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它能將不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息進行“翻譯”，使它們能夠相互“讀”懂對方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個更大的網(wǎng)絡(luò)。其功能主要包括下面幾個方面：15⑴在網(wǎng)絡(luò)間接收節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包中的源地址和目的地址，對照自己的路由表，把數(shù)據(jù)包直接轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點。⑵為網(wǎng)際間通信選擇最合理的路由。當(dāng)向路由器發(fā)送信息時，它會找一條最佳路徑，既是傳送信息的最快途徑。多個路由器相連，從一個路由器傳到另一個路由器他們被稱之為驛站。當(dāng)信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，路由器本身會選擇最佳傳輸路徑，當(dāng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁擠時，它會自動跳到其他的路徑來完成傳輸。⑶拆分和包裝數(shù)據(jù)包。⑷不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的連接，目前有些中、高檔的路由器往往具有多通信協(xié)議支持的功能。⑸目前大部分路由器都具備一定的防火墻的功能，能夠屏蔽內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的IP地址，自由設(shè)定IP地址、通信端口過濾，使網(wǎng)絡(luò)更加安全。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)162.路由器及工作原理路由器在發(fā)送數(shù)據(jù)時，找最佳路徑的過程，我們把它叫做“路由”。路由的確定就發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層，路由選擇功能使得路由器能夠確定目的地的可用路徑，建立包的首選路徑。在確定網(wǎng)絡(luò)路徑時，路由選擇協(xié)議使用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ@些信息由網(wǎng)絡(luò)管理員配置，或者通過運行于網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)進程收集。路由器確定了應(yīng)用哪條路徑后，進而交換包，接收從一個接口收到的包然后將其轉(zhuǎn)發(fā)到能反映到目的地有最優(yōu)路徑的另一個接口或端口。其工作過程大致過程為：⑴路由器接收來自它連接的某個網(wǎng)站的數(shù)據(jù)。⑵路由器將數(shù)據(jù)向上傳遞到協(xié)議棧的網(wǎng)際層，舍棄網(wǎng)絡(luò)層的信息，并且重新組合IP數(shù)據(jù)報。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)17⑶路由器檢查IP報頭中的目的地址。如果目的地址位于發(fā)出數(shù)據(jù)的那個網(wǎng)絡(luò)，那么路由器就放下被認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到目的地的數(shù)據(jù)。⑷如果數(shù)據(jù)要送往另一個網(wǎng)絡(luò)，那么路由器就查詢路由表，以確定數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)發(fā)到的目的地。⑸路由器確定哪個適配器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)后，就通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層軟件傳遞數(shù)據(jù)。3.靜態(tài)路由和動態(tài)路由路由器的路由可以分為靜態(tài)路由和動態(tài)路由兩類。靜態(tài)路由是通過人工設(shè)定的，而動態(tài)路由是路由器自己學(xué)習(xí)得到的。選擇路由有路由表，靜態(tài)(static)路由表為事先設(shè)置固定不變的路徑表；動態(tài)(dynamic)路由表是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?fù)載的改變等情況自動調(diào)整的路徑表。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)18⑴靜態(tài)路由靜態(tài)路由是由人工來管理的。根據(jù)互連網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接方式，網(wǎng)絡(luò)管理人員可以為路由器建立靜態(tài)路由。由于靜態(tài)路由在正常工作時不會發(fā)生自動變化。因此，到達(dá)某一個目的網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報的路徑就固定下來了，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，網(wǎng)絡(luò)管理人員必須手工對路由器的靜態(tài)路由做出更新。靜態(tài)路由的主要優(yōu)點是安全可靠、簡單直觀、效率高，避免了動態(tài)路由選擇的開銷。由于需要網(wǎng)絡(luò)管理人員進行手工配置和更新，因此它在互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的情況下使用是一種很好的選擇。但是，對于復(fù)雜的互連網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，靜態(tài)路由的配置會讓網(wǎng)絡(luò)管理人員感到頭痛。這種情況下，靜態(tài)路由的配置不但工作量大，而且很容易出現(xiàn)路由環(huán)，致使IP數(shù)據(jù)報在互連網(wǎng)絡(luò)中兜圈子。另外，在靜態(tài)路由配置完畢后，去往某一網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)報將沿著固定的路徑傳遞。一旦該路徑出現(xiàn)了故障，目的網(wǎng)絡(luò)就變得不可到達(dá)，即使存在著另外一條到達(dá)該目的網(wǎng)絡(luò)的備份路徑，除非網(wǎng)絡(luò)管理人員對靜態(tài)路由重新配置。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)19⑵動態(tài)路由與靜態(tài)路由不同，動態(tài)路由可以通過路由器自身的學(xué)習(xí)，自動修改和刷新路由表。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理人員通過配置命令啟動動態(tài)路由后，無論何時從互連網(wǎng)絡(luò)中收到新的路由信息，路由器都會利用路由管理進程自動更新路由表。當(dāng)路由器自動刷新和修改路由表時，它的首要目標(biāo)是要保證路由表中包含有最佳的路徑信息。為了區(qū)分速度的快慢、帶寬的寬窄、延遲的長短，修改和刷新路由時需要給每條路徑生成一個數(shù)字，該數(shù)字被稱為度量值(metric)。度量值越小，說明這條路徑越好。作為與路徑相關(guān)的重要信息，度量值通常也保存在路由表中。為了使用動態(tài)路由，互連網(wǎng)絡(luò)中的路由器必須運行相同的路由選擇協(xié)議，執(zhí)行相同的路由選擇算法。目前，應(yīng)用最廣泛的路由選擇協(xié)議有兩種，一種叫做路由信息協(xié)議(RIP，routinginformationprotocol)，另一種叫做開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF，openshortestpathfirst)。RIP利用向量-距離算法，而OSPF則使用鏈路-狀態(tài)算法。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)205.2.2路由選擇機制為了能進行有效的通信，網(wǎng)絡(luò)必須一致地表示在路由器之間的可用路徑，在這里路由器必須選出一條最佳路徑。而確定最佳路徑是一件很復(fù)雜的事，通常由路由算法來完成。路由表包含信息分組需達(dá)到的目的網(wǎng)絡(luò)號、連接路由器的下一個節(jié)點(即下一跳)、度量值(如距離等)、信息分組在路由器上的生存時間等信息。路由器彼此通信，通過交換路由信息維護其路由表，路由更新信息通常包含全部或部分路由表，通過分析來自其它路由器的路由更新信息，該路由器可以建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼?xì)圖。網(wǎng)絡(luò)層的通信鏈路選擇功能常常稱為路由選擇。實現(xiàn)路由選擇功能的通信設(shè)備稱為路由器。在廣域網(wǎng)中就是結(jié)點交換機，廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)互連時所用的路由器可看作是一個簡單、專用的結(jié)點交換機，可以是一臺計算機。路由選擇的依據(jù)是路由器中的路由表，路由表如何構(gòu)成？如何更新？如何利用路由表選擇最佳路徑？這是路由選擇時要解決的一系列基本問題。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)211.路由表的構(gòu)成路由選擇是基于查表實現(xiàn)的，路由表如何構(gòu)成的前提是對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每一臺計算機進行編號，即每臺計算機有一個網(wǎng)絡(luò)地址。

為網(wǎng)絡(luò)中的每一臺計算機編址時，一般采用兩層編址方法，前面是交換機號，后跟端口號，如圖5-3中，三個交換機各連兩臺計算機，每臺計算機的編號如圖中數(shù)字所示，前一個數(shù)字是結(jié)點交換機號，后一個數(shù)字是與計算機相連的端口號；每一臺交換機有一個路由表，路由表上有兩個欄目，“目的站”、“下一站”；當(dāng)一個交換機收到一個數(shù)據(jù)報時，根據(jù)目的站地址查表、轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)輸出端口上。如圖中所示，當(dāng)結(jié)點交換機SW2收到目的站為(1,3)的數(shù)據(jù)報時，查表知道應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)達(dá)發(fā)到結(jié)點交換機SW1上；目的站為(3,2)時，轉(zhuǎn)發(fā)到SW3上；目的站為(2,2)時，為本結(jié)點交換機SW2，這時不需要向其它交換機轉(zhuǎn)發(fā)。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)225.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)

圖

廣域網(wǎng)地址與交換機中路由表在圖中所示的路由表中，沒有源站地址，這是因為路由選擇中，“下一站”只取決于數(shù)據(jù)報中的目的站地址，與源站地址無關(guān)。圖中交換機SW2的路由表還可以簡化，只要知道目的站所連的結(jié)點交換機，就可將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)交換機上，而不管計算機的編號，這樣，交換機SW2的路由表可以簡化為：

23

表5-1交換機SW2簡化后的路由表由此可以知道，路由表中只要有兩層次編碼的第一部分地址--結(jié)點交換機號，就可以決定數(shù)據(jù)報向下一站轉(zhuǎn)發(fā)的地址；當(dāng)數(shù)據(jù)報到達(dá)目的結(jié)點交換機時，再根據(jù)第二層編碼地址交給目的計算機；這里，結(jié)點交換機號就是目的網(wǎng)絡(luò)地址；廣域網(wǎng)中，將數(shù)據(jù)分組先送到目的網(wǎng)絡(luò)--即目的計算機所連的結(jié)點交換機，然后再轉(zhuǎn)發(fā)到目的計算機，這是互連網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下路由選擇的基本原理。

目的站下一站1SW12SW2(本交換機)3SW35.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)24從上面的討論還可以知道，廣域網(wǎng)中的路由選擇問題就是解決數(shù)據(jù)分組在各交換機上如何進行轉(zhuǎn)發(fā)的問題。為簡化敘述，常將結(jié)點交換機用一個圓圈表示，再輔以鏈路線段，用此簡圖來探討路由選擇問題是比較方便的。圖5-4(a)所表示的廣域網(wǎng)用結(jié)點圖形簡化后對應(yīng)圖中(b)所示。圖5-4用圖表示的廣域網(wǎng)(a)結(jié)點交換機與通信鏈路、(b)簡化圖表示5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)255.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)圖5-4中(b)所示的簡化圖，可以容易地寫出各個結(jié)點的路由表如下：“—”表示本站結(jié)點1路由表結(jié)點2路由表結(jié)點3路由表結(jié)點4路由表目的站下一站目的站下一站目的站下一站目的站下一站1—131113232—222233333—334344444—

表5-2各個結(jié)點的路由表26表5-3各個結(jié)點路由表的簡化表5-2中的路由表還可以簡化，某一結(jié)點路由表中，有兩個及以上的目的站經(jīng)過相同的下一站時，就可以簡化記錄，用“＊”表示到達(dá)同一“下一站”的所有目的站。如表5-2中結(jié)點1的路由表，到達(dá)目的站2、3、4的數(shù)據(jù)分組都要經(jīng)過結(jié)點3轉(zhuǎn)發(fā)，所以，結(jié)點3就是結(jié)點1路由表中的“默認(rèn)路由”，當(dāng)目的地址在表中找不到時，就轉(zhuǎn)發(fā)到默認(rèn)路由上去。同理可理解結(jié)點2、結(jié)點3、結(jié)點4各自路由表中的“默認(rèn)路由”。見表5-3內(nèi)容所示。“＊”為默認(rèn)路由結(jié)點1路由表結(jié)點2路由表結(jié)點3路由表結(jié)點4路由表目的站下一站目的站下一站目的站下一站目的站下一站1—2—1113*344224—*33—*3445.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)27結(jié)點交換機按照路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的問題解決之后，下一個問題就是：路由表是如何建立起來的，對于上面所述的簡單網(wǎng)絡(luò)，各個結(jié)點的路由表很容易寫出來，但對于具有成千上萬個結(jié)點的廣域網(wǎng)，要建立每一結(jié)點的路由表，不是一件輕松的工作，必須按照一定的算法建立各個結(jié)點的路由表，這就是通常所講的“路由算法”問題；路由選擇的策略和算法不同，建立起來的轉(zhuǎn)發(fā)策略與結(jié)點路由表就會有差異，路由性能、效率等方面會大不相同。路由算法應(yīng)當(dāng)滿足：方法正確完善、計算簡單穩(wěn)定、能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，找到最佳路徑，使傳輸費用最小；這里，傳輸費用由傳輸時延、數(shù)據(jù)速率、鏈路長度、差錯率等諸多因素綜合確定。最小費用路由是指網(wǎng)絡(luò)中一條路徑是最短的或是最經(jīng)濟的。路徑最短可以用跳步數(shù)計數(shù)，每經(jīng)過一個路由為一跳，而不管這條路徑的實際長度為多少，都被認(rèn)為是等長的。另一種方法是將一個權(quán)值賦予某條鏈路，權(quán)值也稱為鏈路的符號長度。。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)282.靜態(tài)路由選擇方法靜態(tài)路由算法簡單易行、占用資源少、費用低，但不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信量和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。靜態(tài)路由的主要算法有如下幾種：⑴固定路由算法：這種算法在每個結(jié)點上保存一張路由表，表明對每一個目的地址應(yīng)當(dāng)向哪條鏈路轉(zhuǎn)發(fā)。路由表制作成功后，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定，不隨網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)的變化而變化。制作這種固定路由表的方法是，首先標(biāo)明任意兩個直接相連的結(jié)點之間、每條鏈路的費用，然后計算出以指定站點為根結(jié)點對整個網(wǎng)絡(luò)的最短通路樹，從而得出各個結(jié)點的路由表。如圖5-5(a)所示的網(wǎng)絡(luò)簡圖，鏈路上數(shù)字為傳輸費用，由此計算產(chǎn)生結(jié)點１的最短通路樹，其圖形表示為5-5(b)。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)29最短通路樹可以寫出結(jié)點１的路由表如表5-4：表5-4由最短通路樹得到結(jié)點１的路由表圖5-5(a)廣域網(wǎng)結(jié)點圖、(b)最短通路樹目的站點后繼站點1—22*4同樣方法可得出每一個結(jié)點的路由表。5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)30⑵分散通信量法⑶散射法⑷隨機走動法5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)313.動態(tài)路由選擇策略對于廣域網(wǎng)通信，網(wǎng)絡(luò)中的流量和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化是必然的，有時還是比較頻繁的，靜態(tài)路由選擇難以適應(yīng)這種變化，預(yù)先確定的最佳路徑難以滿足長時間工作的要求。如果定期刷新一次路由表，即重新計算一次最佳路由；這樣，刷新間隔太長則無意義，太短則引起網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)振蕩，難以隨時滿足網(wǎng)絡(luò)工作在最佳狀態(tài)的要求。動態(tài)路由選擇的基本思想就是在時間和空間上自動調(diào)整各個結(jié)點的路由表，隨時滿足最佳路由要求。動態(tài)路由選擇有如下三種策略：⑴分布式路由選擇策略⑵集中式路由選擇策略⑶混合式路由選擇策略5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)324.擁塞控制網(wǎng)絡(luò)中所述的擁塞，與道路交通擁擠有某種類似之處；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)局部范圍流量過大、結(jié)點緩存空間不足、CPU處理太慢、線路容量有限等等狀態(tài)發(fā)生時，都會造成網(wǎng)絡(luò)局部處理不及時，分組等待時間超時，源站又會因超時而重發(fā)分組，進一步加劇擁塞，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)局部癱瘓；這種狀態(tài)的蔓延，會使整個網(wǎng)絡(luò)完全無法正常工作。⑴解決擁塞的思路⑵擁塞與死鎖⑶擁塞控制的一般原理5.2用路由器互連網(wǎng)絡(luò)335.3廣域網(wǎng)技術(shù)5.3.1幀中繼FR(FrameRelay)目前，用光纖作為傳輸媒體的幀中繼網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，提供了比傳統(tǒng)分組交換網(wǎng)更高的交換速率，現(xiàn)在主要應(yīng)用在中速干線網(wǎng)上。幀中繼網(wǎng)絡(luò)作為一種快速分組交換網(wǎng)絡(luò)，是在傳統(tǒng)分組交換網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為了便于理解幀中繼的工作原理和應(yīng)用，先介紹一些有關(guān)傳統(tǒng)分組交換網(wǎng)的概念和相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)X.25。1.X.25標(biāo)準(zhǔn)X.25是CCITT在1974年建議、后經(jīng)多次修訂的公用分組交換網(wǎng)接口的標(biāo)準(zhǔn)，其重要特征是：只要網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商按此接口標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品，就可應(yīng)用于公用分組交換網(wǎng)，而不管其內(nèi)部采用何技術(shù)手段實現(xiàn)。X.25所規(guī)定的接口在工作時的示意圖如圖所示。34X.25網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)是虛電路服務(wù)，圖中的兩條虛線VC1、VC2代表兩條虛電路。X.25的接口分為三個層次，最下層為物理層、傳送比特流；中間是數(shù)據(jù)鏈路層，傳送數(shù)據(jù)幀；最高層是分組層，傳送數(shù)據(jù)分組。其層次關(guān)系如圖所示。圖5-7X.25的規(guī)定的DTE—DCE接口X.25的層次關(guān)系5.3廣域網(wǎng)技術(shù)352.幀中繼原理幀中繼技術(shù)是由X.25分組交換技術(shù)演變、進化而來的，在20世紀(jì)80年代后期，許多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用迫切要求提高分組交換服務(wù)的速率，用光纖作為通信媒體已是必然的發(fā)展趨勢，高帶寬、低誤碼率、抗干擾能力強的光纖作為傳輸媒體，為X.25技術(shù)的大幅度升級提供了最佳選擇，幀中繼技術(shù)主要在簡化差錯控制處理、加快分組交換速率和提供更多的邏輯信道等兩個方面比X.25有了本質(zhì)上的飛躍。幀中繼技術(shù)在許多方面與X.25類似，可以看作是“減少結(jié)點處理時間”的X.25或X.25的流水線方式；采用光纖作為通信媒體，誤碼率極低，可以認(rèn)為傳輸不會出錯，這樣，幀中繼技術(shù)在傳輸分組時可不進行、或只有很少步驟的差錯檢測、控制指示，這樣，結(jié)點的處理時間會大大減少，分組的交換速率會大大提高。X.25數(shù)據(jù)鏈路層對到達(dá)結(jié)點的數(shù)據(jù)幀，采用傳統(tǒng)的“接收--存儲--校驗--轉(zhuǎn)發(fā)”模式，轉(zhuǎn)發(fā)一個幀大約需要30個處理步驟，幀中繼技術(shù)對到達(dá)結(jié)點的幀，只執(zhí)行大約6次以下的檢測處理步驟，并且在接收到數(shù)據(jù)幀頭部中的目的地址時，就開始轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀。這種一邊接收、一邊轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的交換方式稱為快速分組交換。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)363.幀中繼的工作特征這里，主要將幀中繼工作過程與X.25的工作過程進行一些比較。(略)從中間結(jié)點的結(jié)構(gòu)上來看，……..從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的工作方式來看，……..從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的處理流程來看，……..從控制信令與數(shù)據(jù)是否分離來看，……..5.3廣域網(wǎng)技術(shù)374.幀中繼的服務(wù)與速率幀中繼提供服務(wù)的幾個主要組成部分如圖所示。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)38幀中繼的傳輸速率有一個底限值，同時允許傳送數(shù)據(jù)量超出底限值而工作，這在租用幀中繼線路的實際應(yīng)用中有意義，下面介紹之。

⑴允許信息速率CIR(CommittedInformationRate)即幀中繼連接網(wǎng)絡(luò)同意支持的信息傳送速率，當(dāng)實際工作速率小于等于CIR時，能夠保證服務(wù)質(zhì)量，基本不丟棄數(shù)據(jù)幀。對于永久虛電路，CIR在連接時就已確定下來；對于交換式幀中繼網(wǎng)絡(luò)，CIR的數(shù)值在呼叫建立階段協(xié)商確定。當(dāng)擁塞發(fā)生時，結(jié)點處的幀處理模塊將所收到幀的丟棄指示比特置“1”后再轉(zhuǎn)發(fā)，在需要丟棄一些幀時，將丟棄指示為“1”的幀先丟掉、以緩解擁塞；當(dāng)然，丟棄指示為“1”的幀也有可能被成功轉(zhuǎn)發(fā)。CIR與傳輸質(zhì)量的關(guān)系是：當(dāng)數(shù)據(jù)速率小于CIR時，傳輸質(zhì)量有保證；基本沒有丟棄幀的現(xiàn)象。當(dāng)數(shù)據(jù)速率大于CIR、但小于設(shè)定的最高速率時，在可能的情況下進行傳送；當(dāng)數(shù)據(jù)速率大于設(shè)定的最高速率時，多余部分的幀立即被丟棄。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)39⑵允許的突發(fā)量Bc(committedburstsize)在正常傳輸時，在給定時間間隔T內(nèi)，允許傳送數(shù)據(jù)的最大限量。即：Bc=T×CIR(5.1)式(5.1)式就是在T時間內(nèi)，在CIR速率下最多可傳送的比特數(shù)。實際傳輸比特數(shù)低于此值時，基本沒有幀被丟棄。⑶附加突發(fā)量Be(excessburstsize)在正常傳輸時，T時間內(nèi)在允許突發(fā)量Bc的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)還可額外傳送Be比特的數(shù)據(jù)；當(dāng)然，這時就不能保證所有數(shù)據(jù)幀都正確傳送，會有部分幀被丟棄；即服務(wù)質(zhì)量會下降。舉例來說，當(dāng)CIR=1Mbps時，在1秒鐘內(nèi)最多允許1M比特數(shù)據(jù)正確傳送。如果再允許附加200K比特的突發(fā)量，1秒鐘內(nèi)傳送數(shù)據(jù)量在1.2M比特也是可以的，但不能保證全部正確傳送，會出現(xiàn)一些幀被丟棄。超過1.2M的數(shù)據(jù)比特肯定被丟棄。這就是幀中繼網(wǎng)絡(luò)租用1Mbps的線路，每秒鐘可獲得大于1M比特數(shù)據(jù)的原因。這對于用戶來說，支付1M線路的租金，獲得高于每秒1M的數(shù)據(jù)比特，是比較合算的。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)405.幀中繼的擁塞控制在幀中繼網(wǎng)絡(luò)的中間結(jié)點上，沒有流量控制、只有功能非常有限的差錯控制，如果有擁塞現(xiàn)象出現(xiàn)，它用如下三種方法解決。⑴丟棄部分幀⑵擁塞避免⑶擁塞恢復(fù)5.3廣域網(wǎng)技術(shù)41如何在剛有擁塞征兆出現(xiàn)時，就檢測出來、通知主機進行調(diào)節(jié)，有顯式和隱式兩類方法。顯式擁塞的避免方法是：在幀中繼網(wǎng)絡(luò)的幀結(jié)構(gòu)中，除開有丟棄指示比特DE外，還有兩個指示比特，一個是正向顯式擁塞通知比特，另一個是反向顯式擁塞通知比特。隱式擁塞避免方法是：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有丟棄幀時，主機就可知擁塞現(xiàn)象出現(xiàn)，主機高層協(xié)議采用自適應(yīng)的策略來進行。主機端系統(tǒng)的流量控制開始工作，實際中采用的一種方法是減小流量控制窗口，開始時用最大窗口W=Wmax工作，當(dāng)出現(xiàn)擁塞時，將流量控制窗口減半，即工作窗口W=max{0.5W，Wmin}，這里，Wmin為最小流量窗口。當(dāng)一連串的幀都成功地通過網(wǎng)絡(luò)傳輸時，可再逐步增加窗口數(shù)，W=min{W+1,Wmax}。實踐證明，這種方法在很多情況下是很有效的。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)425.3.2綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN1.ISDN概述當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)都采用數(shù)字技術(shù)時，這種網(wǎng)絡(luò)就稱為綜合數(shù)字網(wǎng)IDN(IntegratedDigitalNetwork)。這里，綜合的意思是指網(wǎng)絡(luò)中使用了“數(shù)字傳輸”和“數(shù)字交換”兩種相關(guān)的技術(shù)，其基礎(chǔ)是程控交換技術(shù)和脈碼調(diào)制PCM(Pluscodemodulation)技術(shù)。人們使不同業(yè)務(wù)信息經(jīng)數(shù)字化以后，在一個數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中傳輸，這就是綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork)的涵義；這里的“綜合”既是指“業(yè)務(wù)綜合”，又是指“數(shù)字綜合”，具有雙重綜合之意。對綜合業(yè)務(wù)，最基本的綜合是將語音和數(shù)據(jù)在一個網(wǎng)絡(luò)中傳輸，這就是窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)N-ISDN(Narrow-ISDN)，后來又出現(xiàn)了寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN(Broadband-ISDN)，其標(biāo)準(zhǔn)由國際電信聯(lián)盟ITU-T(InternationalTelecommunicationUnion-Telephone)制訂，1998年修訂的I系列建議書共有77個。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)432.共路信令系統(tǒng)ISDN的信令采用共路信令系統(tǒng)CCS(Common-Channel

Signaling)，是指將多個數(shù)據(jù)通道的控制信令集中在一個專門的信令通道中傳送，與其傳送數(shù)據(jù)的通道分開，形成所謂的共路信令系統(tǒng)CCS。傳統(tǒng)電話網(wǎng)中，控制信令和話音信息是在同一個話帶中傳送的，這種話帶中含信令的傳送方式的缺點是顯而易見的：傳送速率慢、易受干擾，因此功能較差。將控制信令與數(shù)據(jù)分開傳送、即采用帶外信令，在數(shù)據(jù)通道不用維護信令狀態(tài)，只管傳送數(shù)據(jù)，這樣可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率，而專門的信令通道傳送、維護控制信令信息，傳送速率快且干擾小。這種帶外信令方式比帶內(nèi)信令方式在總體上簡化了控制管理，提高了數(shù)據(jù)傳送效率。對共路信令系統(tǒng)CSS，將多個數(shù)據(jù)通道的控制信令集中在一個信令通道中分時共享傳送，進一步提高了信令通道的資源利用率。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)443.ISDN接入ISDN接入方式有兩種配置，一種是家庭或小單位的配置模式，另一種是部門辦公室配置模式，兩種配置模式的差別僅是用戶方的設(shè)備和配置不同，而局方ISDN交換機、網(wǎng)絡(luò)接入是相同的。兩種接入方式如圖所示。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)ISDN接入方式：(a)家庭接入、(b)辦公室接入45圖5-10(a)中，NT1是網(wǎng)絡(luò)端接設(shè)備，在用戶一方，利用它與局方ISDN交換機相連實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，NT1與ISDN交換機之間用傳統(tǒng)電話線路傳送數(shù)字信號，它們之間的接口稱為用戶接口，簡稱U口。NT1與ISDN數(shù)字終端--計算機或數(shù)字電話機之間的接口稱為T口，一個NT1最多可接入8個ISDN數(shù)字終端。NT1具有網(wǎng)絡(luò)管理、測試和性能監(jiān)控功能。圖5-10(b)中，NT2為ISDN專用的小型程控交換機，屬于第2類網(wǎng)絡(luò)終端接設(shè)備；NT2與ISDN數(shù)字終端之間的接口稱為S口；TA(TerminalAdopter)為ISDN終端適配器。模擬終端如普通電話機，要通過TA才能與S口相連；模擬終端與TA之間的接口稱為R口。在實際應(yīng)用中，ISDN終端適配器有外置TA和內(nèi)置卡式TA兩種產(chǎn)品，卡式TA插在PC機擴展槽中，一般只提供T口、用RJ45接口及網(wǎng)線與NT1相連。外置TA有U口和T/S口之分，U口TA將NT1內(nèi)置其中，可直接與局方ISDN交換機相連，TA自身通信口與PC機COM口相連，R口與普通電話機相連，在上網(wǎng)的同時可以打電話；T/S口的外置TA前端與NT1相連，其余同U口相連TA。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)464.標(biāo)準(zhǔn)化通路與基本速率ISDN定義了一些標(biāo)準(zhǔn)化的通路，A通路--4kHz帶寬的標(biāo)準(zhǔn)模擬話路；B通路--64kbps的數(shù)字PCM話音或數(shù)據(jù)通路；C通路--8kbps或16kbps的數(shù)字通路；D通路--16kbps或64kbps用作帶外信令的數(shù)字通路；E通路--64kbps，為內(nèi)部ISDN信令使用的數(shù)字通路；H通路--384kbps、1538kbps或1920kbps的數(shù)字通路。①基本速率2B+D=144kbps，兩個B通道各提供64kbps數(shù)據(jù)通路，一個D通道提供16kbps帶外信令通路。②一次群速率23B+D(美國和日本)或30B+D(歐洲、中國等)，這里的信令通路為64kbps。這里，B通道可支持電路交換的數(shù)字電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也可支持分組交換的數(shù)據(jù)。在用2B+D的外置TA與Internet相連接時，可提供128Kbps的上網(wǎng)速率。上網(wǎng)的同時再打電話，一個通道被語音通信所用、上網(wǎng)速率自動下降為64kbps。通話結(jié)束后，又可恢復(fù)128kbps的上網(wǎng)速率。當(dāng)然，為了節(jié)約上網(wǎng)費用，也可以在單通道方式下工作，只有64kbps的上網(wǎng)速率，另外一個通道照樣可以打電話。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)475.寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN(Broadband-ISDN)⑴寬帶網(wǎng)的概念由于Internet應(yīng)用的迅速普及和深入發(fā)展，視頻會議、視頻點播、音樂、動畫等多媒體信息在Internet網(wǎng)絡(luò)上的大量涌現(xiàn)，對網(wǎng)絡(luò)傳送速率提出了更高的要求；同時，光纖作為傳輸媒體、快速分組交換技術(shù)的成熟應(yīng)用，也為大幅度提高Internet網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率提供了強有力的物質(zhì)保障與技術(shù)支持。Internet網(wǎng)絡(luò)到最終用戶的速率為多大才算寬帶，目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。就視頻點播時多媒體數(shù)據(jù)傳輸率至少要大于256kbps才能得到流暢的畫面為最低標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在約定成俗的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為：最終用戶獲得的網(wǎng)絡(luò)速率大于256kbps才能算是寬帶；也有人認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸率的值大于1M或2M才算是寬帶等。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)48⑵寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)N-ISDN不能適應(yīng)目前多媒體數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男枨螅贜-ISDN還沒有推廣應(yīng)用時，寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN的思想就已經(jīng)被提出來了。B-ISDN也是將各種業(yè)務(wù)，如話音、數(shù)據(jù)、圖像以及活動圖像都綜合在一個網(wǎng)絡(luò)中傳送和交換，包括了N-ISDN提供的所有業(yè)務(wù)。但網(wǎng)絡(luò)速率比N-ISDN要高得多，其傳輸與交換體制是全新的。B-ISDN與N-ISDN主要區(qū)別如下：N-ISDN使用電路交換，在傳送信令時用D通路進行分組交換；B-ISDN則使用快速分組交換，稱為異步傳輸模式。N-ISDN以電話網(wǎng)為傳輸網(wǎng)絡(luò)，用戶環(huán)路采用銅質(zhì)雙絞線，在B-ISDN中，用戶環(huán)路和干線都采用光纖。N-ISDN各通路的比特率是預(yù)先設(shè)置的，一個B通路的速率為64kbps，無法提高。B-ISDN中使用了虛通路的概念，本身傳送速率不受限制，只受用戶接入速率的限制。N-ISDN無法傳送高速圖像，B-ISDN則可以。5.3廣域網(wǎng)技術(shù)495.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用5.5.1接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展1.接入網(wǎng)的概念如果將國家級大型主干網(wǎng)比作國家級公路，那么接入網(wǎng)就相當(dāng)于各個區(qū)域的公路。國家首先要設(shè)計和建設(shè)覆蓋全國的國家級高速主干網(wǎng)，各個城市、地區(qū)需要設(shè)計與建設(shè)覆蓋一個城市和地區(qū)的主干網(wǎng)，最后還需要解決用戶計算機的接入問題。對于Internet來說，任何一個家庭用的微型機、機關(guān)、企業(yè)的用戶計算機都必須首先連接到本地區(qū)的主干網(wǎng)中，才能通過地區(qū)主干網(wǎng)、國家級主干網(wǎng)與Internet連接。這就像一個大學(xué)需要將校內(nèi)的道路就近與城市公路連接起來，使得學(xué)校的車輛可以方便地行駛出去。要做到這一點，學(xué)校就要解決連接城市公路的“最后一公里”問題。同樣，可以形象地將家庭、機關(guān)、企業(yè)部門用戶計算機接入本地區(qū)主干網(wǎng)的問題也叫做信息高速公路中的“最后一公里”問題。解決最終用戶接入地區(qū)性網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)就是接入網(wǎng)技術(shù)。502.接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展目前，可以作為用戶接入網(wǎng)的主要有三類：電信通信網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡(luò)與廣播電視網(wǎng)。雖然這三種網(wǎng)絡(luò)之間有很多的不同，但目前都在朝著一個共同的方向發(fā)展，因為數(shù)字技術(shù)可以將各種信息都變成數(shù)字信號來獲取、處理、存儲與傳輸。雖然這三種網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸介質(zhì)、傳輸機制都不相同，但各自按自己的體制經(jīng)歷了數(shù)字化的進程。郵電通信網(wǎng)的電話交換網(wǎng)正在從模擬通信方式向數(shù)字通信方式發(fā)展。廣播電視網(wǎng)同樣也在向數(shù)字化方向發(fā)展。計算機網(wǎng)絡(luò)本身就是用于傳輸數(shù)字信號的。在文本、語音、圖像與視頻信息實現(xiàn)數(shù)字化后，這三種網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)字信號這個基本點上是一致的。同時，它們在完成自己原來的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)外，還有可能經(jīng)營原本屬于其他網(wǎng)的業(yè)務(wù)。數(shù)字化技術(shù)使得這三種網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)業(yè)務(wù)相互交叉，三網(wǎng)之間的界限越來越模糊，人們希望能夠選擇一種最簡單、費用最低的方式將自己的計算機連入Internet。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用513.主要的接入方式目前從技術(shù)角度看，接入網(wǎng)的接入方式主要分為以下幾類：地面有線通信系統(tǒng)(銅纜用戶網(wǎng)、光纜用戶網(wǎng))，無線通信、移動通信網(wǎng)，衛(wèi)星通信網(wǎng)(同步衛(wèi)星與低軌道衛(wèi)星)，有線電視網(wǎng)，地面廣播電視網(wǎng)。人們形象地將它們稱為用戶連入信息高速公路的5條車道。早期它們是屬于不同的部門的，但是數(shù)字化使得它們都有可能提供語音、數(shù)據(jù)與視頻的綜合業(yè)務(wù)，這就造成了通信、計算機、廣播電視等產(chǎn)業(yè)的會聚，經(jīng)營業(yè)務(wù)相互融合，從而促進了這些產(chǎn)業(yè)的重組，同時也會開辟大量新的信息服務(wù)市場，這就是所謂的“數(shù)字會聚”現(xiàn)象。“數(shù)字會聚”現(xiàn)象對未來通信體制將產(chǎn)生重大的影響。未來的信息高速公路建設(shè)應(yīng)該將服務(wù)與建設(shè)分開，建立分層的服務(wù)模型與統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以使原屬于不同行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)過渡形成一個全國性的大網(wǎng)，為各種新應(yīng)用的發(fā)展提供高效能的服務(wù)平臺，讓更多的家庭、企業(yè)、機關(guān)的計算機更方便地連入Internet。這種應(yīng)用需求促進了接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與變化，最終將導(dǎo)致郵電通信網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡(luò)與電視通信網(wǎng)的“三網(wǎng)融合”局面的出現(xiàn)。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用525.5.2接入Internet方式接入互連網(wǎng)絡(luò)的具體方式有多種，例如普通撥號、ADSL、ISDN、有線電視、DDN、幀中繼和ATM等，用戶可根據(jù)自己的情況選擇上網(wǎng)方式。那些使用時間不長，只在有用時才打開計算機上網(wǎng)的用戶，可采用普通撥號上網(wǎng)方式。而對于那些使用網(wǎng)絡(luò)時間長、通信量大、不間斷通信的集團性用戶，則多采用DDN專線等方式上網(wǎng)。這種上網(wǎng)方式可為用戶提供高速、高效、安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接。此外，個人用戶還可通過ISDN、ADSL和有線電視高速接入Internet，而集團用戶則可通過幀中繼FR和ATM接入，這些方式是為用戶提供的高速接入方式。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用531.PSTN與Modem接入公眾電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)是目前普及程度最高、成本最低的公用通訊網(wǎng)絡(luò)，它在網(wǎng)絡(luò)互連中也有廣泛的應(yīng)用。盡管現(xiàn)在已經(jīng)有許多速度更快、性能更好的接入技術(shù)，如后面將要介紹的ISDN、ASDL和CableModem等，但使用Modem接入仍然是接入Internet的一種選擇。如圖所示為Modem接入方式。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用Modem接入方式54⑴Modem的功能Modem是一個數(shù)字信號與模擬信號之間的轉(zhuǎn)換設(shè)備。在一個通信過程中，在其中一端，它將計算機輸出(一般為串行口輸出)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后再送到線路上傳輸，在另一端，Modem接收線路上發(fā)送過來的模擬信號，并將其還原為發(fā)送前的數(shù)字信號，再提交給計算機進行處理。目前廣泛使用的56KbpsModem的上行速率只有33.6Kbps，而下行速率可以達(dá)到56Kbps。⑵Modem的分類MODEM從結(jié)構(gòu)上可分為外置、內(nèi)置和PC卡式三種。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用552.ISDN的接入方式綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN將多種業(yè)務(wù)集成在一個網(wǎng)內(nèi)，為用戶提供經(jīng)濟有效的數(shù)字化綜合服務(wù)，包括電話、傳真、可視圖文及數(shù)據(jù)通信等。ISDN使用單一入網(wǎng)接口，利用此接口可實現(xiàn)多個終端(ISDN電話、終端等)同時進行數(shù)字通信連接。⑴ISDN的組成部件當(dāng)多個設(shè)備同時接入一條ISDN線路時，可能需要網(wǎng)絡(luò)終端、終端適配器、用戶終端等設(shè)備，如圖所示。ISDN的組成部件5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用56①網(wǎng)絡(luò)終端(NT)對于用戶而言，雖然用戶端線路和普通模擬電話線路是完全相同的，但是用戶設(shè)備不再直接與線路連接。所有終端設(shè)備都是通過NT上的兩個S/T接口接入網(wǎng)絡(luò)的。②終端適配器(TA)TA又叫ISDNModem，是將現(xiàn)有模擬設(shè)備的信號轉(zhuǎn)換成ISDN幀格式的數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備。在使用了ISDN后，原來使用的諸如模擬電話、傳真機、調(diào)制解調(diào)器等模擬設(shè)備就依然能使用。在ISDN設(shè)備中提供了TA，負(fù)責(zé)連接一些不符合ISDN標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備，TA再與NT連接。如此看來，TA起到了模擬設(shè)備接入ISDN的轉(zhuǎn)接作用。一般TA具有與計算機相同的RS232數(shù)據(jù)接口，可以連接到計算機的串行口。普通電話機和傳真機則通過標(biāo)準(zhǔn)RJ11插頭連接。③用戶終端ISDN的用戶終端主要分為兩種類型：類型1和類型2。其中類型1終端設(shè)備(TE1)是ISDN標(biāo)準(zhǔn)的終端設(shè)備，通過四芯的雙絞線數(shù)字鏈路與ISDN連接，如數(shù)字電話機和4類傳真機等；類型2終端設(shè)備(TE2)是非ISDN標(biāo)準(zhǔn)的終端設(shè)備，必須通過終端適配器TA才能與ISDN連接。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用57⑵ISDN的優(yōu)越性①綜合的通信業(yè)務(wù)②高速度的數(shù)據(jù)傳輸③高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸④標(biāo)準(zhǔn)化的用戶接口⑤使用靈活方便5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用583.xDSL技術(shù)DSL是數(shù)字用戶環(huán)路(DigitalSubscriberLine)的簡稱，是以銅質(zhì)電話雙絞線為傳輸介質(zhì)的點對點傳輸技術(shù)。DSL利用軟件和電子技術(shù)結(jié)合，使用在電話系統(tǒng)中沒有被利用的高頻信號傳輸數(shù)據(jù)以彌補銅線傳輸?shù)囊恍┤毕?。⑴xDSL的特點①xDSL支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)②xDSL是一種Modem③對稱與非對稱之分5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用59如圖所示為ADSL的典型連接結(jié)構(gòu)，由圖可以看到ADSL直接連接到電信寬帶網(wǎng)的機房，用戶獨享帶寬。ADSL利用電話網(wǎng)絡(luò)深入千家萬戶，骨干網(wǎng)采用遍布全國的光纖傳輸，各節(jié)點采用ATM寬帶交換機處理交換信息，獨享帶寬，信息傳遞快速、可靠、安全。ADSL數(shù)據(jù)信號和電話音頻信號以頻分復(fù)用原理調(diào)制于各自頻段互不干擾。用戶上網(wǎng)的同時可使用電話，而且，由于數(shù)據(jù)傳輸不通過電話交換機，因此使用ADSL上網(wǎng)不需要繳納撥號上網(wǎng)的電話費用，節(jié)省了通信費用。在現(xiàn)有電話線上安裝ADSL，只需在用戶端安裝一臺ADSLModem和一只電話分離器，用戶線路不用做任何改動，極其方便。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用ADSL的典型連接結(jié)構(gòu)604.CableModem接入CableModem是電纜調(diào)制解調(diào)器的英文名，簡稱CM。CableModem是允許高速的數(shù)據(jù)經(jīng)由有線電視網(wǎng)絡(luò)接入Internet的一種設(shè)置。前面討論的Modem是通過電話線上Internet，而電纜調(diào)制解調(diào)器是在有線電視網(wǎng)絡(luò)上用來上Internet的設(shè)備，它是串接在用戶家的有線電視電纜插座和上網(wǎng)設(shè)備之間的，而通過有線電視網(wǎng)絡(luò)與之相連的另一端是在有線電視臺(稱為頭端：Head-End)。CableModem理論上可以達(dá)到3Mbps到40Mbps的下行速率和128kbps到10Mbps的上行速率。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用61⑴CableModem的優(yōu)點與56KModem、ISDN及ADSL接入方式相比，CableModem接入具有以下的優(yōu)點：①連接速率快。在目前應(yīng)用的所有接入方式中，CableModem是最快的一種。②成本低廉。CableModem利用已有的有線電視(CATV)網(wǎng)絡(luò)，無須更換全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。③提供了非對稱的專線連接。CableModem采用了與ADSL類似的非對稱傳輸模式，提供了最高為40Mbps的下行速率和最高為l0Mbps的上行速率。CableModem和ADSL一樣是一直在線的，用戶無需撥號上網(wǎng)，也不用擔(dān)心遇到忙音，只要一打開計算機就會通過CableModem自動建立與Internet的高速連接。④不受連接距離的限制。用戶所在地和有線電視中心局之間的同軸電纜能夠按照用戶的需要延伸，不受連接距離的限制，而ADSL等接入方式卻不同。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用62⑵CableModem的標(biāo)準(zhǔn)在CableModem的發(fā)展過程中出現(xiàn)了兩個直接影響其技術(shù)發(fā)展和設(shè)備制造商的標(biāo)準(zhǔn)，分別是DOCSIS和IEEE802.14。第1代CableModem沒有統(tǒng)一的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)指標(biāo)由各生產(chǎn)廠商自行確定，這顯然不利于技術(shù)的發(fā)展和推廣。1997年3月，有線電視工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織(MultimediaCableNetworkSystemPartnersLtd，MCNS)頒布了關(guān)于通過有線電視網(wǎng)絡(luò)高速傳輸數(shù)據(jù)的具體工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DOCSIS(DataOverCableSystemInterfaceSpecification)，該標(biāo)準(zhǔn)包括CableModem到用戶前端設(shè)備接口技術(shù)、CableModem終端系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)端接口技術(shù)、CableModem電話線回叫接口技術(shù)等技術(shù)規(guī)范。DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的制定，被稱之為CableModem的第2代標(biāo)準(zhǔn)。參加該標(biāo)準(zhǔn)制定的有Cisco、Motorola和3COM等世界知名的公司。IEEE在DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)出臺后才開始制定IEEE802.14標(biāo)準(zhǔn)(電纜電視媒體訪問控制和物理協(xié)議)。該標(biāo)準(zhǔn)是繼DOCSIS后關(guān)于CableModem的又一標(biāo)準(zhǔn)。不過兩者在關(guān)鍵技術(shù)上基本是相同的，在CableModem與PC機接口規(guī)范上兩者均選用了10Base-T以太網(wǎng)連接。5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用63⑶CableModem的安裝CableModem在有線電視臺前端有一個重要組成部分CableModem端接收系統(tǒng)(CMTS)，CMTS端接收來自用戶端的信號，并把這些信息匯集到有線電視臺前端的設(shè)備上輸出。CableModem在用戶端的安裝比較簡單，只需要把計算機、電視機按連接要求接入CableModem即可，計算機一般通過網(wǎng)卡與CableModem相連。如果使用的是USB接口CableModem或內(nèi)置的CableModem卡，計算機中還不需要安裝網(wǎng)卡。CableModem連接示意圖5.5接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用645.機頂盒接入機頂盒(SetTopBox)的概念是比較寬泛的。從廣義上說，所有與電視機連接的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備都可稱為機頂盒，從狹義上說，我們可以將模擬設(shè)備排除在外，按主要功能將機頂盒分為上網(wǎng)機頂盒、數(shù)字衛(wèi)星綜合接收解碼器、數(shù)字地面機頂盒，以及有線電視數(shù)字機頂