第6章 广域网d.docx
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第6章广域网d
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本章基本要求：
了解广域网的特点、服务类型及实现方式；
了解常见的广域网设备；
了解若干典型的广域网协议和技术，包括PPP、ISDN、ATM、帧中继和SDH技术等。
第6章广域网
6.1广域网概述
6.2电话网
6.3数字数据网（DDN）
6.4ISDN
6.5分组交换网
6.6帧中继
6.7ATM
6.8SDH技术
习题
6.1广域网概述
广域网（WAN）是一个运行地域超过局域网的数据通信网络。
广域网通常使用电信运营商提供的数据链路在广域范围上访问网络带宽。
广域网将位于各地的多个部分连接起来，并与其他组织连接、与外部服务（比如数据库）连接以及与远程用户连接。
广域网通常可以传输各种各样的通信类型，比如语音、数据和视频。
广域网的主要特性包括：
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广域网运行在超出局域网地理范围的区域内。
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使用各种类型的串行连接来接入广泛地理领域内的带宽。
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连接分布在广泛地理领域内的设备。
?
使用电信运营商的服务。
6.1广域网概述
6.1.1广域网设备
根据定义，广域网连接相隔较远的设备，这些设备包括如下几部分。
?
路由器（Router）：
提供诸如局域网互连、广域网接口等多种服务，包括LAN和WAN的设备连接端口。
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WAN交换机（Switch）：
连接到广域网带宽上，进行语音、数据资料及视频通信。
WAN交换机通常在OSI参考模型的数据链路层之下运行。
?
调制解调器（Modem）：
包括针对各种语音级（VoiceGrade）服务的不同接口，信道服务单元／数字服务单元（CSU/DSU）是T1/E1服务的接口，终端适配器／网络终结器（TA/NT1）是综合业务数字网（ISDN）的接口。
?
通信服务器（CommunicationServer）：
汇集拨入和拨出的用户通信。
6.1广域网概述
6.1.2广域网标准
广域网只涉及ISO/OSI低3层：
物理层、数据链路层和网络层，它将地理上相隔很远的局域网互连起来。
广域网能提供路由器、交换机以及它们所支持的局域网之间的数据分组／帧交换。
1．物理层协议
物理层协议描述了如何为广域网服务提供电气、机械、操作和功能的连接到通信服务提供商。
广域网物理层描述了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（TCE）之间的接口。
连接到广域网的设备通常是一台路由器，它被认为是一台DTE。
而连接到另一端的设备为服务提供商提供接口，这就是一台DCE。
WAN的物理层描述了连接方式，WAN的连接基本上属于专用或专线连接、电路交换连接、包交换连接等3种类型。
它们之间的连接无论是包交换或专线还是电路交换，都使用同步或异步串行连接。
6.1广域网概述
表6.1广域网物理层标准
6.1广域网概述
2．数据链路层协议
在每个WAN连接上，数据在通过WAN链路前都被封装到帧中。
为了确保验证协议被使用，必须配置恰当的第2层封装类型。
协议的选择主要取决于WAN的拓扑和通信设备。
WAN数据链路层定义了传输到远程站点的数据的封装形式，详见6.1.3小节。
广域网数据链路层协议描述了在单一数据路径上各系统间的帧传输方式。
3．网络层协议
著名的广域网网络层协议，有CCITT的X.25和TCP/IP协议中的IP等。
6.1广域网概述
6.1.3广域网帧封装格式
为了确保使用恰当的协议，必须在路由器配置适当的第2层封装。
协议的选择需要根据所采用的广域网技术和通信设备确定。
路由器把数据报以二层帧格式进行封装，然后传输到广域网链路。
默认情况下，Cisco路由器的串口封装使用HDLC协议。
要使用其他封装，必须要手动配置。
封装协议的选择依赖于所使用的广域网技术和通信设备。
通常的广域网协议有以下几种：
①点对点协议（PPP）②串行线路互连协议（SLIP，SerialLineInternetProtocol）③HDLC:
HDLC同时支持点对点与点对多点连接。
④X.25／平衡式链路访问程序（LAPB）⑤帧中继⑥ATM：
ATM适于利用高速传输介质（如SONET）。
⑦Cisco/IETF：
用来封装帧中继流量。
⑧综合业务数字网（ISDN）。
6.1广域网概述
最常用的两个广域网协议是HDLC和PPP，所有串行线路的封装共享一个公共的帧格式，帧格式在第4章已经介绍过。
每种广域网连接类型使用一个第2层的协议来封装广域网链路的数据。
为确保使用正确的封装协议，必须为路由器的每个串行接口配置使用第2层封装类型。
6.1广域网概述
6.1.4广域网连接的选择
一般如图6.1所示，有两种类型的广域网连接可供选择：
专线和交换连接。
交换连接可以是电路交换或者是分组交换。
6.1广域网概述
1．专线连接与DDN接入
专线连接是一种租用线路的方式，提供全天候服务。
专线通常用于传输数据资料、语音，同时也可以传输视频图像。
在数据网络设计中，专线通常提供主要网站或园区间的核心连接或主干网络连接，以及LAN对LAN的连接。
专线网络常用的典型连接技术如下：
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56kbps。
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64kbps。
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T1（1.544Mbps）美国标准。
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E1（2.048Mbps）欧洲标准。
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E3（34.064Mbps）欧洲标准。
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T3（44.736Mbps）美国标准。
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xDSL
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SONET：
一系列高速的物理层技术。
6.1广域网概述
2．分组交换连接
又称包交换，它不依赖于承载网提供的专用的点对点线路，是让WAN中的多个网络设备共享一条虚拟电路（VirtualCircuit）进行数据传输。
在包交换式网络中，提供商通过配置自己的交换设备产生虚拟电路（VC，VirtualCircuit）来提供端到端连接。
帧中继、SMDS和X.25都属于包交换式的广域网技术。
6.1广域网概述
3．电路交换连接
在电路交换式网络中，专用物理电路只是为每一个通信对话临时建立的。
典型的电路交换式链路有如下几种：
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异步串口连接（POTS）；
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ISDN基本速率接口（BRI）；
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ISDN基群速率接口（PRI）。
4．信元交换
信元交换服务（Cell-SwitchService）提供了一种专用连接交换技术，将数字化的数据组织成信元单元，然后用数字信号技术将其在物理介质中传输。
6.1广域网概述
信元交换服务最常用的有两种：
异步传输模式（ATM，AsychronousTransferMode）和交换式多兆比特数据服务（SMDS，SwitchedMultimegabitDataService）。
5．拨号、电缆和无线服务
包括拨号调制解调器（DialupModems）、电缆调制解调器（CableModems）以及地面和人造卫星的无线服务（TerrestrialandSatelliteWireless）。
6.1.5如何选择适当的广域网技术
每一种广域网线路类型都既有优点又有缺点。
当选择广域网线路时，有许多因素需要考虑。
主要是实用性、带宽和费用。
6.1广域网概述
6.1.6数据报和虚电路
从层次上看，广域网中的最高层就是网络层。
网络层为接在网络上的主机提供的服务可以有两大类，即无连接的网络服务和面向连接的网络服务。
这两种服务的具体实现就是通过所谓的数据报服务和虚电路服务。
虚电路常用于其服务方式为面向连接的子网中。
虚电路的想法是避免对发送的每一个分组都必须进行路由选择。
取而代之的方法是，当建立连接时，从源端机器到目的端机器的路由就作为连接建立的一部分加以保存，此路由用于传输连接上的所有数据，这与电话系统的工作原理完全一样。
当释放连接时，虚电路也随之撤销。
6.1广域网概述
与之相反，对于数据报通信子网，即使其服务方式是面向连接的，也不预先选择路由。
发出的每一个分组所选择的路由独立于其前面发出的分组，后续的分组可以走不同的路由。
虽然数据报通信子网必须做更多的工作，但它比虚电路式通信子网更健壮，更容易处理传输失败和拥塞的数据。
6.2电话网
6.2.1公用电话交换网
公用电话交换网（PSTN）是向公众提供电话通信服务的一种通信网。
它是国家公用通信基础设施之一，由国家电信部门统一建设、管理和运营。
根据地理范围，电话通信网可分为：
国际长途电话网、国内长途电话网、本地电话网以及用户延伸或补充设备。
电话通信网主要提供电话通信服务，同时还可提供非话音的数据通信服务，例如电报、传真、数据交换、可视图文等。
6.2电话网
6.2.2计算机交换分机
计算机交换分机（CBX，ComputerBranchExchange）是数字交换和电话交换系统两种技术的结合，早先的CBX是一种专用交换机（PBX，PrivateBranchExchange）。
PBX是一种由某个组织所有或租用的办公室设备，它把设施内的电话线互连，并可访问公用电话系统，通常是市内的电话用户拨三四个数码就能呼叫设施内的另一个电话。
若拨一个号码（通常是0或9）就听到接外线的拨号音，意味着允许呼叫者拨外线号码。
CBX中采用了几种新的方法：
CBX能支持声音／数据工作站；电话用一对双绞线，终端用两对双绞线，通常用电话而不是用终端或键盘来选择目的端口。
6.2电话网
6.2.3点到点通信
通常点到点的通信主要适用于两种情况：
第一种情况是成千上万个组织有各种局域网，每个局域网含有众多主机和一些连网设备以及连接至外部的路由器，通过点到点的租用线路和远地路由器相连；第二种情况是成千上万个用户在家里使用调制解调器和拨号电话线连到Internet，这是点到点连接的最主要应用。
不论是路由器对路由器的租线连接，还是拨号的主机到路由器的连接，都需要制订点到点的数据链路协议，用以组成帧、进行差错控制以及其他数据链路层功能。
有两种协议广泛用于Internet，即串行IP协议（SLIP，SerialLineIP）和点对点协议（PPP，PointtoPointProtocol）。
6.3数字数据网（DDN）
6.3.1DDN概述
数字数据网（DDN，DigitalDataNetwork）是利用数字信道提供半永久性连接电路，以传输数据信号为主的数据传输网络。
通过该网络可为最终用户提供全程端到端数字数据业务（是指为公用电信网内部用户提供点到点或点到多点数字专用电路）。
DDN的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线。
DDN为用户提供专用电路、帧中继和压缩话音／G3传真和虚拟专用网等业务。
具有传输质量高、距离远、传输速率高、网络延迟小、无拥塞、透明性好、用户接入方便、传输安全可靠、网络管理方便、适合高流量用户接入等优点。
6.3数字数据网（DDN）
6.3.2DDN的组成
DDN主要以硬件为主，对应OSI模型的低3层。
主要由四大部分组成：
1．本地传输系统:
本地传输系统由用户设备和用户环路（包括用户线和网络接入单元）组成。
用户设备通常是数据终端设备（DTE）、电话机、传真机、计算机等。
用户线是一般市话用户电缆。
网络接入单元可为基带型或频带型、单路或多路复用传输设备等。
2．DDN结点:
DDN结点的功能主要由两大部分组成：
复用和交叉连接。
DDN利用电信网的数字通道工作，通常采用时分复用技术。
6.3数字数据网（DDN）
3．局间传输及网同步系统:
局间传输及网同步系统由两部分组成：
局间传输和同步时钟供给。
局间传输是指结点间的数字通道以及各结点通过与数字通道的各种连接方式组成的各种网络拓扑。
在我国，目前主要采用T1（2048kbps）数字通道，少部分采用E1数字通道。
同步时钟供给则是由于DDN是一个同步数字传输网，为了保证全网所有设备同步工作，必须有一个全国统一的同步方法来确保全网设备的同步。
4．网络管理系统:
对于一个公用的DDN来讲，网络管理至少包括：
用户接入管理，网络资源的调度和路由管理，网络状态的监控，网络故障的诊断、报警与处理，网络运行数据的收集与统计，计费信息的收集与报告等。
6.3数字数据网（DDN）
6.3.3DDN的网络结构
DDN的网络结构按网络的组建、运营、管理和维护的责任地理区域，可分为一级干线网、二级干线网和本地网三级。
各级网络应根据其网络规模、网络和业务组织的需要，参照前面介绍的DDN结点类型，选用适当类型的结点，组建多功能层次的网络。
可由2Mbps结点组成核心层，主要完成转接功能；由接入结点组成接入层，主要完成各类业务接入；由用户结点组成用户层，完成用户入网接口。
6.3数字数据网（DDN）
6.3.4网络业务
DDN网络业务分为专用电路、帧中继和压缩话音／G3传真、虚拟专用网等业务。
DDN的主要业务是向用户提供中、高速率，高质量的点到点和点到多点数字专用电路（简称专用电路）；在专用电路的基础上，通过引入帧中继服务模块（FRM），提供永久性虚电路（PVC）连接方式的帧中继业务；通过在用户入网处引入话音服务模块（VSM）提供压缩话音／G3传真业务。
在DDN上，帧中继业务和压缩话音／G3传真业务均可看做在专用电路业务基础上的增值业务。
压缩话音／G3传真业务可由网络增值，也可由用户增值。
6.4ISDN
综合业务数字网（IntegratedServiceDigitalNetwork，简称ISDN）是基于现有的电话网络来实现数字传输服务的标准，与后来提出的宽带ISDN相对应。
传统的ISDN又被称为窄带（Narrowed）ISDN即N-ISDN，简称ISDN。
CCITT（现更名为国际电信联合会ITU）将ISDN定义为：
ISDN是由电话综合数字网（IDN）演变而来的，它向用户提供端到端的连接，并支持一切话音、数字、图像、图形、传真等广泛业务。
用户可以通过一组有限的、标准的、多用途用户网络接口来访问这个网络获得相应的业务。
ISDN又称“一线通”，即可以在一条线路上同时传输语音和数据，用户打电话和上网可同时进行。
ISDN的出现，使Internet的接入方面产生了很大的效果，极大地加快了Internet在我国的普及和推广速度。
6.4ISDN
6.4.1ISDN的组成
ISDN的组成包括了许多终端、终端适配器（TA）、网络终端设备（NT）、线路终端设备和交换终端设备。
如图6.4所示，ISDN终端分为标准ISDN终端（TE1）和非标准ISDN终端（TE2）。
TE1通过4根、2对数字线路连接到ISDN网络。
TE2连接ISDN网络要通过TA。
网络终端也被分为网络终端1（NT1）和网络终端2（NT2）两种类型。
图6.4中，R、S、T、U等是ISDN组件之间的连接点，称为ISDN参考点。
6.4ISDN
图6.4ISDN的基本组成
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标准ISDN终端（TE1）：
TE1是符合ISDN接口标准的用户设备，如数字电话机、G4传真机和可视电话终端等，接入S/T参考点。
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非标准ISDN终端（TE2）：
TE2是不符合ISDN接口标准的用户设备，TE2需要经过终端适配器（TA）的转换，才能接入R参考点。
6.4ISDN
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终端适配器（TA）：
完成适配功能，包括速率适配和协议转换等，使TE2能够接入ISDN。
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网络终端1（NT1）：
NT1是放置在用户处的物理和电器终端装置，它属于网络服务提供商的设备，是网络的边界。
通过U参考点接入网络，采用双绞线，距离可达1000m。
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网络终端2（NT2）：
NT2又称为智能网络终端，如数字PBX、集中器等，它可以完成交换和集中的功能。
通过T参考点接入NT1。
T参考点采用4线电缆。
如果没有NT2就是一个住宅系统，此时S和T可以合在一起，称S/T参考点。
6.4ISDN
6.4.2ISDN和OSI模型
ISDN是由ITUT制定的一组跨越OSI模型的物理层、数据链路层、网络层的标准。
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物理层：
在ITUT的I.430中定义了对ISDN基本速率接口（BRI）的物理层规范。
在ITUT的I.431中定义了对ISDN基群速率接口（PRI）的物理层规范。
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数据链路层：
ISDN的数据链路层规范是以LAPD为基础的，在ITUT的Q.920和ITUTQ.921中作了正式的描述。
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网络层：
ISDN网络层是在ITUTQ.930和Q.931中定义的。
这两个标准结合在一起，描述了用户到用户、电路交换和数据报交换连接的规范。
6.4ISDN
6.4.3通路类型和接口结构
ISDN用户-网络接口中有两个重要因素，即通路类型和接口结构。
通路是表示接口信息传输的能力。
通路根据速率、信息性质以及容量又可以分成几种类型，称为通路类型。
通路类型的组合称为接口结构，它规定了在这个结构上最大的数字信息传输能力。
1．通路类型
通路有两种主要类型，一种类型是信息通路，为用户传输各种信息流；另一种是信令通路，它为了进行呼叫控制而传输信令信息。
6.4ISDN
根据CCITT建议，在用户／网络接口处向用户提供的通路有以下类型：
?
A通路：
4kbps，模拟电话使用。
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B通路：
64kbps，供传递用户信息用。
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C通路：
8kbps或16kbps，用于数字通信。
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E28通路：
用于ISDN内部信令传输的64kbps数字信道。
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D通路：
16kbps或64kbps，供传输信令和分组数据使用。
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H0通路：
384kbps，供传递用户信息用（如立体声节目、图像和数据等）。
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H11通路：
1536kbps，供传递用户信息用（如高速数据传输、会议电视等）。
?
H12通路：
1920kbps，供传递用户信息用（如高速数据传输、图像和会议电视等）。
6.4ISDN
通常使用的是B信道和D信道。
B信道只传输用户信息，可用于电路交换、分组交换和半永久交换。
D信道主要用于传输电路交换的信令信息，还可以用于传输分组交换数据。
2．接口结构
已经标准化的ISDN用户-网络接口有两类，
（1）基本接口（BRI）
基本接口是把现有电话网的普通用户线作为ISDN用户线的接口，它是ISDN最常用、最基本的用户-网络接口。
它由两个B通路和一个D通路（2B+D）构成。
B通路的速率为64kbps，D通路的速率为16kbps。
所以用户可以利用的最高信息传输速率是64?
2+16=144kbps。
这种接口是为最广大的用户使用ISDN而设计的。
它与用户线二线双向传输系统相配合，可以满足千家万户对ISDN业务的需求。
6.4ISDN
（2）一次群速率接口（PRI）
一次群速率用户-网络接口的结构根据用户对通信的不同要求可以有多种安排。
一种典型的结构是nB+D。
n的数值对应于2.048Mbps和1.544Mbps的基群，分别为30或23。
在此，B通路和D通路的速率都是64kbps。
这种接口结构，对于以NT2为综合业务用户交换机的用户而言，是一种常用的选择。
当用户需求的通信容量较大时（例如，大企业或大公司的专用通信网络），一个一次群速率的接口可能不够使用。
这时可以多装几个一次群速率的用户-网络接口，以增加通路数量。
在存在多个一次群速率接口时，不必在每个一次群接口上分别设置D通路，可以让n个接口合用一个D通路。
6.4ISDN
6.4.4ISDN的应用
ISDN的作用是为用户提供一系列综合的业务，这些业务分为承载业务、用户终端业务和补充业务三大类。
承载业务是指由ISDN网络提供的单纯的信息传输业务，其任务是将信息从一个地方传输到另一个地方，在传输过程中对数据不进行任何处理。
用户终端业务指那些由网络和用户终端设备共同完成的业务，除了电话、可视图文、用户电报、可视电话等业务外，ISDN主要用于接入Internet。
6.4ISDN
个人用户使用Internet接入这项业务主要是利用ISDN的远程接入功能，接入时采用拨号方式。
企业用户则可以使用ISDN作为备份线路，如远程办公室和中心办公室之间的备份线路，这样不但可以防止断线，同时还可以分担主干线路的数据流量。
用户补充业务是对承载业务和用户终端业务的补充和扩展，它为用户提供更加完善和灵活的服务，如主叫用户线识别、被叫用户线识别、呼叫等待等。
6.5分组交换网
6.5.1什么是分组交换网
分组交换是一种在距离相隔较远的工作站之间进行大容量数据传输的有效方法，它结合线路交换和报文交换的优点，将信息分成较小的分组进行存储、转发，动态分配线路的带宽。
它的优点是出错少，线路利用率高。
分组交换数据网提供数据报和虚电路两种服务。
虚电路建立在X.25的第3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3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。
6.5分组交换网
X.25提供以下两种虚电路服务。
（1）交换虚电路
交换虚电路类似于电话交换，即双方通信前要建立一条虚电路供数据传输，通信完毕后要拆除这条虚电路，供其他用户使用。
（2）永久虚电路
永久虚电路可在两个用户之间建立永久的虚电路，用户间需要通信时无须建立连接，可直接进行数据传输，如使用专线一样。
6.5分组交换网
6.5.2X.25标准
（1）X.25层次结构
X.25由3层组成，对应于ISO/OSI互连参考模型的低3层.
①物理层定义数据终端设备（DTE）（如计算机、智能终端、前端通信处理机等）与数据电路终端设备（DCE）（如网络结点、分组交换机等）之间建立物理连接和维持物理连接所必需的机械、电气、功能和规程。
②链路访问层定义数据链路控制过程，即控制链路的操作过程和纠正通信线路的差错。
采用HDLC的子集LAP-B作为该层的标准。
③分组层定义DTE与DCE之间数据交换的分组格式和控制过程，包括多条逻辑信道到一条物理连接的复用，分组流量控制和差错控制等。
6.5分组交换网
（2）建立连接和拆除连接
建立和拆除虚电路连接时，发送方DTE先向本地DCE发出呼叫连接请求分组，DCE选择合适的路径将该分组通过网络传输到接收方的DCE，并送给接收方DTE，接收方DTE回送一个呼叫接收分组给发送方DTE，因此建立起虚电路后就可以传输数据了。
数据传输完毕后，一方DTE发出连接拆除分组给本地DCE，另一方DCE接收到该分组后，发送一拆除指示分组给DTE，则双方DTE的连接就拆除了。
6.5分组交换网
6.5.3分组交换网的组成
X.25分组交换网由分组交换机、通信传输线路和用户接入设备组成。
1．分组交换机:
分组交换机是分组交换网中最关键的设备，分为中间结点交换机和本地交换机。
2．通信传输线路:
通信传输线路分为分组交换机间的中继传输线路和用户传输线路。
中继传输线路通常使用n?
64kbps的数字信道。
3．用户接入设备:
用户终端是X.25分组交换网的主要用户接入设备。
用户终端设备分为分组型终端（PT）和非分组型终端（NPT）。
6.6帧中继
6.6.1帧中继概述
帧中继技术继承了X.25提供的统计复用功能和采用虚电路交换的优点，但是简化了可靠传输和差错控制机制，将那些用于保证数据可靠性传输的任务（如流量控制和差错控制等）委托给用户终端或本地结点机来完成，从而在减少网络时延的同时降低了通信成本。
帧中继中的虚电路是帧中继包交换网络为实现不同DTE之间的数据传输所建立的逻辑链路，这种虚电路可以在帧中继交换网络内跨越任意多个DCE设备或帧中继交换机。
虚电路为两个相互通信的DTE结点之间提供了面
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