第5章 广域网技术pptConvertor.docx
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第5章广域网技术pptConvertor
第5章广域网技术
广域网概述
X.25网络
ISDN
帧中继
ADSL
ATM
SDH技术
实训与范例
本章知识点
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5.1广域网概述
广域网（WideAreaNetwork，WAN）是指覆盖范围广阔（可以覆盖一个地区，一个国家，甚至全球）的一类数据通信网络。
由交换机、路由器、网关、调制解调器等多种数据交换设备、数据连接设备构成，具有技术复杂性强、管理复杂、类型多样化、连接多样化、结构多样化、协议多样化、应用多样化的特点。
广域网一般是指为用户提供远距离数据通信业务的传输网络，通常由电信部门负责建设、运营和管理。
与局域网不同点
（1）地理范围不同，局域网主要是为了实现小范围内的资源共享而设计的，而广域网则主要用于互连广泛地理范围内的局域网；
（2）传输方式不同，局域网通常采用基带传输方式，而广域网为了实现远距离通信通常要采用载波形式的频带传输或光传输；
（3）私有性不同，广域网通常是由公共通信部门建设和管理，利用各自的广域网资源向用户提供收费的广域网数据传输服务；
（4）络拓扑结构上不同，广域网更多的采用网状拓扑，数据一般要经过较长的通信线路和较多的中间节点，中间节点设备的处理速度、线路的质量以及传输环境的噪声都会影响广域网的可靠性，采用基于网状拓扑的网络结构，可以大大提高广域网链路的容错性。
2
5.1广域网概述
广域网分为
（1）电路交换网：
组网技术有：
拔号上网、ISDN、ADSL等
（2）分组交换网：
可实现多个网络设备共享一条从源点穿过ISP运营商直到目的地的点到点链路，进行数据传输。
组网技术：
x.25、帧中继等。
优点：
连接性价比较高，可用于长时间、跨地域的连接
（3）专用线路网：
指两个节点间建立一个安全永久的信道。
无需经过任何建立或拨号进行连接，点到点连接的网络。
采用专用模拟线路、E1线路等
按交换方式分
（1）公用电话交换网（PSTN）；
（2）分组交换数据网（X.25）；
（3）帧中继（FrameRelay）；
（4）综合业务数据网（ISDN）；
（5）同步数字体系（SDH）；
（6）异步传输模式（ATM）；
（7）非对称数字环路（ADSL）等。
5.1.1广域网特点与构成
（1）覆盖的地理区域大；
（2）广域网连接常借用公用网络；
（3）传输速率比较低，一般在64kbps-2Mbps，最高可达到45-155Mbps；
（4）网络拓扑结构复杂。
广域网的特点
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5.1广域网概述
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5.1广域网概述
5.1.2WAN提供的服务
WAN提供的服务
1.面向连接的网络业务:
传送数据之前在源点和目的点之间建立虚电路连接
2．无连接的网络业务
（1）永久虚电路（PVC）
（2）可交换的虚电路（SVC）
①数据传输状态
②空闲状态
①建立呼叫状态
②数据传输状态
③空闲状态
④终止呼叫状态
5
5.1广域网概述
5.1.3常见的广域网服务类型和带宽
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5.1广域网概述
广域网根据实现技术的不同，可以提供从K到G数量级的不同传输带宽。
下表给出了常见的广域网传输带宽。
常见的广域网传输带宽
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5.1广域网概述
5.1.4广域网与OSI模型
1）WAN工作于OSI的底三层，物理层、数据链路层和网络层
2）目前网络层普遍采用IP协议，WAN标准主要关注物理层和数据链路层的功能及其实现
3）不同WAN技术的差异在于在物理层和数据链路层实现方式的不同。
4）WAN的物理层协议描述如何面向WAN服务提供四大特性；
5）WAN数据链路层定义数据的封装及如何通过WAN链路传输到远程节点
6）X.25建议将数据网的通信功能划分为三个相互独立的层次，物理层、数据链路层和网络层。
7）X.25的物理层协议是X.21，定义主机和网络之间的接口。
要求线路使用数字信号。
8）X.25采用高级数据链路控制协议（HDLC）作为数据链路层的控制协议。
它的最小传输单位是帧，其帧结构如下图所示：
8
5.1广域网概述
9
5.1广域网概述
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5.2X.25网络
X.25协议
（1）在PDN上以分组方式工作的DTE和DCE间的接口，不涉及网络内部功能实现。
最早的WAN协议之一，1976年由CCITT（现在的ITU-T）制定。
1992年修订，速率从64kb/s扩展到2.048Mb/s。
（2）X.25分组交换网的技术特征
①工作在OSI网络体系结构的低3层；
②采用分组交换；
③提供点对点的、面向连接的通信，包含验证WAN连接连续性的技术并
确保每个分组正确到达预期目的地的技术。
④多路复用，一条物理链路支持多条虚电路；
⑤支持多种高层协议：
高层协议的PDU均作为普通数据被封装在
X.25的分组中在网络中传送；
⑥工作速率≤64kb/s（2.048Mb/s，罕见）。
5.2.1X.25网络的组成
1.X.25网络采用分布式的网状拓扑结构。
其网络结构如下图所示。
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5.2X.25网络
（1）PSE（分组交换设备）：
据路由选择算法，将物理链路（输入）传输来的数据分组转发到另一条物理链路（输出）上。
（2）PAD（分组装拆设施）：
为非分组式用户终端提供接入PSDN的能力。
（3）NPT（非分组式终端）：
不具有装拆分组能力的DTE（PC机，异步传输）。
（4）PC（分组集中器）：
充分利用PSE的X.25端口，将来自于多个分组式或者非分组式用户DTE的信息合并为一个X.25分组流并送往PSE。
（5）NMC（网络管理中心）：
运行网络管理软件，管理整个网络的运行，其功能对整个网络的运行质量具有直接的影响。
（6）集中控制和管理：
单个网络管理中心。
（7）分布式的控制和管理：
多个网络管理中心。
（8）MODEM：
通信子网必备的硬件设备，端用户都应配置MODEM。
MODEM的工作方式
①同步工作方式：
连接到PSE或Hub同步端口的MODEM。
②异步工作方式：
连接到PAD机或Hub的PAD端口的MODEM。
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5.2X.25网络
2.网状结构的网络的特点
（1）网络扩充和主机入网简单，可方便地增加节点或接纳主机入网。
（2）完整性和可靠性较高，任何一对节点间都可以具有一条以上的路径，不会因某些链路或节点的故障造成全网的瘫痪。
3..X.25建议将数据网的通信功能划分为三个相互独立的层次
（1）物理层
（2）数据链路层
（3）网络层
每一层的通信实体利用下一层提供的服务，不管下一层如何实现。
每一层收到上一层的信息，加上控制信息（帧头），形成比特流。
4.X.25协议的系统结构和信息流关系如右图所示。
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5.2X.25网络
5.X.25协议的物理层规定采用X.21建议。
用于定义主机和网络之间物理的、电子的和程序上的接口。
X.21建议规定如下：
X.21接口的连接关系如右图所示
X.21建议规定
（1）机械特性：
采用ISO4903规定的15针连接器和引线分配，通常使用8线。
（2）电气特性：
平衡型电气特性。
（3）同步串行传输。
（4）点到点全双工。
（5）适用于交换电路和租用电路。
6.X.25数据链路层功能
（1）差错控制，采用CRC循环校验，发
现出错时自动请求重发。
（2）帧的装配和拆卸及帧同步。
（3）帧的排序及对正确接收帧的确认。
（4）数据链路的建立、拆除和复位控制。
（5）流量控制。
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5.2X.25网络
5.2.2X.25网络的编址方式
1.遵循CCITTX.121建议，网址用不大于40位的十进制数表示。
我国分组交换数据网采用15位十进制数表示，每位十进制位占用4个二进制位。
其结构及其含义如下：
网络地址＝P
（1）＋DNIC（4）＋NTN（10）
DNIC（4）＝国家代码（3）＋网络编号
（1）
NTN（10）＝节点机编号（4）＋节点机端口号（4）＋子地址
（2）
P（国际前缀）用1位10进制数表示，目前取值为0；
DNIC（数据网络识别码）用4位十进制数表示，前3位-国家或地区代码，1位-网络编号。
我国国家代码460～479，目前用460表示。
网络编号由国家自行分配；
NTN（网络用户号码）用8位或10位十进制表示；前4位表示节点机编号，中间4位表示指定节点机的端口编号，后面的2位为子地址，用户自行分配，子地址直接对应自行购置的交换设备的端口。
2.X.25数据链路层一般采用LAPB（平衡链路访问规程）;
3.LAPB按HDLC的格式传送控制信息和数据信息。
规定DTE和DCE之间采用全双工物理链路连接，信息传输按点到点方式进行，而不采用多点方式。
址编码只有两种:
（1）地址A:
DTE地址（11000000）
（2）地址B:
DCE地址（10000000）
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5.2X.25网络
X.25链路层地址字段
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5.2X.25网络
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5.2X.25网络
分组类型表
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5.2X.25网络
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5.2X.25网络
5.2.3X.25端用户系统
指企业、部门或个人接入X.25网络的各种计算机系统。
为用户方便接入网络，PSDN提供
⑴X25专线/拨号同步方式：
占用PSE或Hub一个端口且有该端口对应的网络地址，可用此方式接入PSDN时，MODEM必须配置为同步工作方式。
⑵专线/拨号异步方式：
专线或者拨号接入分组装拆设备或Hub的端口，与PSDN网络以异步方式交换信息。
每个端用户被分配一个网络用户标识（NUI）。
MODEM为异步工作方式。
⑶路由器接入方式：
企业已组建LAN，可用路由器作为LAN与分组交换数据网的互连设备，保证所有局域网用户可通过局域网接入X.25网络。
5.2.4X.25网络的特点
（1）X.25优点
①支持OSI低三层服务，提供永久虚电路和交换虚电路（SVC）；
②动态复用技术，可提高信道的利用率，简化物理接口；
③各节点具有存储－转发功能，不同速率的终端可以相互通信
④采用虚电路或数据报的方式进行分组传输。
（2）X.25缺点
①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，端口速率低（<=64Kbps）。
②X.25分组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。
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5.3ISDN
5.3.1ISDN概述
（1）ISDN是20世纪80年代由CCITT引入，提供语音、数据、图像和视频数字服务，以数字形式统一处理各种公用网的通信业务。
（2）ISDN设计目标：
以数字形式统一处理各种公用网通信业务，设置相应的ISDN终端交换机，提供标准的用户/网络接口。
（3）ISDN提供的服务
①语音业务允许用户将ISDN终端或计算机接入ISDN；
②可视图文；
③智能用户电报、传真业务；
④遥测和告警业务
5.3.2ISDN的组成
（1）用户和ISDN间的连线相当于一个数字比特管道，其中的比特流来自数字电话机、传真机或其它终端，且可双向流动。
（2）网络由三部分构成，即：
用户网、本地网和长途网。
（3）用户类型：
一个家庭或小单位（如下左图）；一个较大单位（如下右图）
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5.3ISDN
（4）用户网指所在地的用户设备和配线。
由用户终端至T参考点所包含的机线设备。
进网方式比电话网用户复杂，拓扑结构：
总线结构、星形结构、网状结构
（5）本地网建设以ISDN端局为基础。
实现ISDN功能需在用户到端局间使用ISDN用户信令，在ISDN端局之间或端局与汇接局间采用共路信令。
（6）长途网用于互连所有本地网的一组设备。
引入数字传输设备及交换设备，开通7号信令成为实现ISDN长途传输与服务的基础
（7）设备组成包括终端、终端适配器、网络终端设备、线路终端设备和交换终端设备等，如下图所示
（8）ISDN组件说明：
①标准终端（TE1）:
符合ISDN接口标准的用户设备，如数字电话机等；
接入标准接口。
TA：
完成适配功能-速率适配和协议转换等；
②非标准终端（TE2）:
不符合ISDN
接口标准用户设备，需经适配器TA的转换，才能
③网络终端（NT1）：
放置在用户处的物理和电器终端装置，属于ISP的设备，是网络的边界；
④网络终端（NT2）：
称为智能网络终端，如数字PBX、集中器等，实现交换和集中的功能。
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5.3ISDN
（9）上图中R、S、T、U是ISDN组件之间的连接规范，即参考点。
含义见下表：
5.3.3ISDN的接入速率
技术核心就将带宽分成几个信道。
基本信道为
①B信道：
透明地传输用户信息，可用任意通信协议；
②D信道：
用户和网络间控制信息交换，建立、拆除连接等，支持低速率数据传输。
（1）基本速率接口（BRI）
2B＋D，v=144Kbps。
两条B，v=64Kbps，支持话音和数据传输；一条D--传输控制信号和数据，全双工通道v=16Kbps。
至少可使三个一般的终端同时在2B＋D的信道上传输数据。
（2）一次群速率接口（PRI）
T1系统（1.544Mbps）：
美国、日本等用23B＋D速率接口。
VB=VD=64Kbps
E1系统（2.048Mbps）：
欧洲国家采用（30B＋D）速率接口。
VB=VD=64Kbps
各种业务类型按照业务的数据率主要分为两级，如上图所示:
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5.3ISDN
5.3.4B-ISDN
1.传统ISDN的问题--提供固定接口速率
①数字化语音传输只要32Kb/s通道，用64Kb/s的B信道传输语音，50％信道被浪费。
②支持图像传输，64Kb/s不足。
为此提出B-ISDN的系列建议。
速率可达155--1Gb/s
2.N-ISDN的局限性
（1）铜线传输，接口数率≤PCM次群速率，不适用新业务的发展；
（2）网络交换系统复杂；
（3）对新业务的引入局限性大，以固定速率支持现有电信业务
3.N-ISDN和B-ISDN在性能上的差异
（1）N-ISDN以电话网为基础，环路用双绞线，B-ISDN用光缆；
（2）N-ISDN通道速率固定，B-ISDN的速率是可变；
（3）N-ISDN传输语音为主，B-ISDN传输各种数字化信息。
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5.4帧中继
为解决X.25效率低下、速率慢的问题，1984年ITU-T推出：
由ITU-T.451、Q.931、Q.922标准定义。
基本思想：
差控和流控由端系统处理，网络只保证快速传输数据。
理由
（1）传输网络的可靠性大大提高；
（2）作为用户终端的PC微机已经具备了强大的数据处理能力。
5.4.1帧中继的原理
（1）淡化交换设备上的层次概念，将数据链路层和网络层融合。
减少层次间接口处理；通过对融合功能分析，发现冗余并进行简化。
该优化使FR成为精简的协议，仅需要提供组帧、路由选择和高速传输的功能，可获较高的性能和有效性。
（2）将差控、流控推到网络的边界，从而实现轻载协议网络，如下图
1.原理
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5.4帧中继
2.FR技术特征
（1）工作在OSI最低两层；
（2）在数据链路层实现分组交换
①FR仍是分组交换技术，舍去X.25的分组层。
②链路层功能：
帧定界、寻址和差检；略编号、重传、流控、应答等功能。
（3）使用虚电路（PVC/SVC）来建立通信连接，并通过虚电路实现多路复用；
（4）不提供错误恢复和流量控制功能；
（5）封装多种类型的协议。
可传输的典型协议
①IP、IPX、AppleTalk
②PPP（封装TCP/IP、IPX/SPX或NetBEUI）
（6）传输速率为56kb/s、2.048Mb/s和45Mb/s。
3.FR的特点
（1）速率和延迟比X.25网络分别提高和降低一个数量级。
（2）帧长度可变，允许最大帧长在1600字节以上。
（3）采用了基于变长帧的异步多路复用技术，主要用于数据传输，不适合语音、视频或其他对延迟时间敏感的信息传输。
（4）虽PVC和SVC都可提供，实际FR网络中，主要使用PVC。
（5）对错误仅检测，不纠错，有错时仅将错误帧丢弃。
重传、纠错和流控由端设备中的上层协议（如TCP/IP）完成。
FRAD：
帧中继封装/解封装器。
它通常是插在路由器、交换机、通信控制器上的一个模块，属于DTE设备。
其用途是封装LAN发送到FRAD的数据分组，以便这些数据分组可以在帧中继网络中传输；它也解封装帧中继格式的数据，使LAN能够识别这些数据。
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5.4帧中继
6.帧中继的应用场合
（1）高带宽突发型数据业务，远程LAN之间的互联。
（2）块交互应用：
典型例子高分辨率图像传输，如CAD/CAM等。
（3）大型文件传输：
传输延迟不是最主要，关键是高吞吐率，能在合理的时间内完成大文件传输。
（4）字符交互应用：
典型例子文本编辑，最主要特征是短帧、低延迟和低吞吐率。
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5.4帧中继
5.4.2帧中继的组成与实现
1.帧中继WAN的组成
FRS：
帧中继网交换设备
FRAD：
帧中继封装/解封装器
2.帧中继的实现
帧中继的虚电路操作：
（1）基于DLCI（数据链路连接标识符），DLCI用来标识虚电路（2字节地址时最多为1024个）。
DLCI只具有本地意义，通过虚电路连接的两个用户可以使用不同的DLCI来标识该连接。
（2）FRS交换帧的方法：
每建立一条虚电路，FRS都会在路由表中增加一行；FRS中的路由表每一行都具有以下的格式：
FRS根据帧中的DLCI进行转发。
对每一个输入帧，根据其输入端口和DLCI查找路由表。
找到后，从找到的那一行所指定的输出端口把帧转发出去，转发时，用“出DLCI”替换掉原来的DLCI（从这里即可看出为什么DLCI只具有本地意义）。
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5.4帧中继
（1）高效：
帧中继在OSI的第二层，仅完成物理层和链路层核心层的功能，简化节点之间的处理过程，不纠错，重发及流量控制等。
（2）经济：
采用统计复用技术（即宽带按需分配）向客户提供共享的网络资源，每一条线路和网络端口都可以由多个终端按信息流共享，在网络资源富裕时，允许客户数据突发占用为预定的带宽。
（3）可靠：
传输质量好，不易出错，为保证自身的可靠性，采取了PVC管理和拥塞管理，保证网络品质。
（4）灵活：
协议简单，操作简单、实现灵活。
3.帧中继的优点
例：
NET1发送的三个帧，目的网络？
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5.4帧中继
1.帧中继的逻辑连接功能是携带用户数据，并且没有帧的序号，也不能进行流量控制和差错控制。
2.帧中继接口中，数据链路层传输的帧由4种字段组成：
标志字段F，地址字段A，信息字段I和帧校验序列字段FCS，帧格式如图所示。
5.4.3帧中继的帧结构
（1）标志字段（F）：
取值为01111110，标识帧的起始和结束；
（2）地址字段（Addr）：
一般占2个字节；
（3）信息字段（DATA）：
存放可变长度的用户数据；
（4）帧校验字段（FCS）：
占2字节，采用循环冗余校验；（5）数据链路连接标识符（DLCI1+DLCI2）：
占10位，标识使用的数据链路；
（6）命令/响应（C/R）：
由高层实体指明本帧的意义；
（7）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；
（8）正向拥塞通知（FECN）/反向拥塞通知（BECN）：
由网络中的交换设备置位，通知接收方与本帧同/反方向传输时曾经出现拥塞现象，并可能继续拥塞；
（9）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；
（10）无编号标识符（UI）：
一个字节，隐含了各种命令，但其中的P/F位应置为0；
（11）协议标识符（PI）：
置为管理帧；（12）呼叫参考（CR）：
置为0；
（13）信息类型（Type）：
帧中继仅支持两种类型（状态查询和状态报告）。
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5.5ADSL
5.5.1ADSL基础知识
1.ADSL是DSL的一种非对称版本，它利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规语音服务。
2.宽带接入技术。
两种标准
对称：
G.992.1（G.dmt），G.992.2（G.lite）
上下行
非对称
用户→CO（上行）：
G.dmt：
640kb/s，G.lite：
512kb/s
CO→用户（下行）：
G.dmt：
6.144Mb/s（最高8Mb/s），G.lite：
1.5Mb/s
3.实际的用户可用速率与线路质量、距离和电信公司的市场策略有关，原因是它用电话话音传输以外的频率传输数据。
5.5.2ADSL技术的特点和业务功能
1.ADSL的特点
（1）直接利用PSTN，节约投资；
（2）上行速率与下行速率不同，可享受最大带宽
（3）语音和数据同时传输，互不干扰：
频分复用：
语音：
0～4kHz，数据：
30kHz～1.1MHz；
（4）安装简单，不需要另外申请线路，只需要在普通电话线上加装ADSLMODEM，在PC上装上网卡即可。
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5.5ADSL
2.ADSL提供的服务功能
⑴高速的数据接入。
用户可以通过ADSL宽带接入方式快速地浏览互连网上的各种信息。
⑵视频点播。
ADSL适合用户对音乐、影视和交互式游戏的点播，可以根据用户自己的需要，任意地对上述业务进行随意控制。
⑶网络互连业务。
ADSL宽带接入方式可以将不同地点的局域网连接起来,同时又不影响各用户对互连网的浏览。
⑷家庭办公。
⑸远程教学、远程医疗等。
5.5.3ADSL的安装
1.ADSL系统构成
（1）用户端设备
（2）局端设备
①ATU-R（ADSLTransmissionUnit）,也称为ADSLModem、ADSL路由器、宽带路由器;DMT调制与解调，数据转发，路由。
②分离器。
分离语音信号和数据信
①DSL接入复用器（DSLAccessMultiplexer，DSLAM）：
ADSL接入和复用
②分离器/ATU-C机架：
局端分离器和ADSLModem组合机柜
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5.5ADSL
2.安装步骤
（1）安装网卡。
为了在计算机和调制解调器间建立一条高速传输数据通道；
（2）安装ADSLModem的信号分离器（又叫滤波器，Splite）。
低频语音信号
由分离器接电话机，用来传输普通语音信息；高频数字信号则接入ADSL
Modem，用来传输上网信息和VOD视频点播节目；
（3）安装ADSLModem。
关键的步骤，用一根电话线将来自于信号分离器的
ADSL高频信号接入ADSLModem的ADSL插孔，再用一根五类双绞线，
一头连接ADSLModem的10BaseT插孔，另一头连接计算机网卡中的网
线插孔，打开计算机和ADSLModem的电源，如果两边连接网线的插孔
所对应的LED都亮了，那么硬件连接也就成功了；
（4）安装PPPoE驱动程序；
（5）使用标准的Windows操作系统拨号网络，建立连接呼叫；
（6）用户同以前使用普通调制解调器一样，需要键入自己的用户名和相应的
密码。
ADSL系统构成
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5.6ATM
5.6.1ATM技术引入的背景
1.N-ISDN的问题
（1）不能真正提供电视信号、视频业务等许多高速率业务。
（2）作为在数字
升级会员 