计算机网络之广域网

广域网特点:

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。

覆盖范围广,通信的距离远，需要考虑的因素增多，线路的冗余、媒体带宽的利用和差错处理问题。

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。

1.三代数字传送网

1.1第一代: T1/E1系统

设计目标：支持话音业务，非按需带宽分配（BOD），静态分配

复用交换：TDM/E/E/E，(接收电信号（E）/处理电信号（E）/发送电信号（E）)

传输媒体：铜缆（20世纪60年代）

传输容量：Mbit/s 载荷特征：固定长度网络协议：无

使用时分多路复用技术来支持语音信号的传输

T1系统（北美）：24路、8bit/路、

一个周期：24×8＝192bit + 1（同步位）, 125微秒/周期，

传输速率：193/125微秒＝1.544Mbps

1.2第二代: SONET/SDH（同步光纤网络/同步数字系列）

设计目标：支持话音业务，非按需带宽分配（BOD），静态分配

复用交换：TDM/O/E/O( 接收光信号（O）/将光信号变成电信号以便处理（E）/将电信号变成光信号发送出去（O）)

传输媒体：铜缆、光纤（20世纪80年代）

传输容量：Gbit/s 载荷特征：固定长度

网络协议：部分协议，如PPP，IP，ATM

1.3第三代: OTN（光传送网）

设计目标：支持话音、图像和数据业务、支持可剪裁的QOS、按需带宽分配（BOD），动态分配复用交换：WDM/O/O/O，全光通信方式，无需进行光电转换）

传输媒体：光纤（20世纪90年代末—本世纪初）

传输容量：Tbit/s 载荷特征：固定和可变长度

网络协议：众多协议，如PPP，IP，ATM，MPLS（多协议标签交换），等

TDM技术可以使得更多路信号复用到速率更高的信道上

E1系统（欧洲）：32路/帧、8bit/路、125微秒/帧

传输速率： 32×8/125微秒＝2.048Mbps 0路和16路用于同步和控制信号。

E1系统可支持30路语音信息的传输。

2.SONET/SD（同步光纤网/同步数字体系）

光纤通信系统是数字系统，脉码调制（PCM）技术用于在数字传输系统中支持模拟的电话信号传输。为了充分利用光纤的大带宽，采用多路复用技术

T1系列：支持24路PCM载波信号为基准北美地区，

E1系列：支持32路PCM载波信号为基准欧洲

准同步数字体系（PDH）

目的：将一“群”用户的信息复用到一条线路上传输，

基群(基本的群)速率：最基本的复用速率

逐级复用的技术:

PDH没有国际统一的标准接口，互不兼容，接口无法在光路上互通，只能通过光/电转换成标准的电接口，增加成本，效率低下。

逐级复用：缺乏灵活性，也增加了复用/解复用设施的复杂性

同步光纤网（SONET）

光纤传输网的标准同步光纤网（SONET）

标准：（美国88年制定）以51.84Mbps为基准进行递增，可支持铜缆和光纤基于铜缆的电信号传输称为第一级同步传送信号（STS-1）基于光纤的光信号传输称为第一级光载波（OC-1）

同步数字体系（SDH）

CCITT制定国际标准基本的SDH速率为155.520Mbps，称为第1级同步传送模块（STM-1） SDH标准的制定，使得欧洲、北美和日本的三种不同的数字传输体系在STM-1级别上得到了统一

SDH的原理

SDH是一个基于时分多路复用技术的数字传输网络，由多路复用器和中继器组成，并通过光纤进行连接。

多路复用器：将多个较低级别的信道复用为一个较高级别的信道，

中继器：实现更长距离传输时的信号再生和转发

段：设备之间的连接

线：复用器之间（可能经过一个或者多个中继器）的连接

路径：源和宿之间的连接。

双环结构：支持双向的数据传输，提高网络的效率，提高网络的可靠性，无论是线路或者设备的故障，双环仍然可以通过旁路故障设备或者线路来保证数据的传输. SDH双环自愈合网络

SONET 的体系结构

光子层(Photonic Layer) 处理跨越光缆的比特传送。

段层(Section Layer) 在光缆上传送 STS-N 帧。

线路层(Line Layer) 负责路径层的同步和复用。

路径层(Path Layer) 处理路径端接设备 PTE (Path Terminating Element)之间的业务的传输。

SDH帧结构

采用同步多路复用技术，被复用的信号组成一个数据块（称为帧）进行传输.

STM-1帧（155M）结构：2430个字节（每个字节占8位），排列为9行270列

前9行9列用于存放控制信息：包括段首SH、线首LH和路径首部PH以及段、线和路径设施处理的各种控制信息，如同步信息、时钟信息、校验信息等。。

后9行261列用于存放被传输的信息传输是按行按字节进行的。第1行第1列的字节最先上线路，第2行第1列的字节紧随着第1行第270列的字节之后。

多个STM-1信道复用到更高的SDH信道每个子信道的信息按字节逐个插入到较高级别的信道中

SDH网络仅是数字信号传输网络，是目前一些广域网的基础网络。提供一条高速的物理信道。 PDH和SDH主要是定义了高次群的传输速率，用于构造基于光纤的长途传输干线

JSERNET的拓扑结构

3.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。

特点: 将多路复用技术应用于数字传输信道，来支持多个用户“共享”通信资源 DDN是面向用户的数字传输技术，速度较SDH低。 DDN采用时分多路复用技术将支持数字信息高速传输的光纤通道划

分为一系列的子信道（例如：2.048Mbps的光纤信道划分为32路64Kbps的子信道，可以分配给32个用户使用）

DDN仅是一条支持用户数据点到点高速传输的通道

用户可以向电信部门定时的租用子信道（独占） DDN的基本速率为64Kbps，用户租用的信道速率应为64Kbps的整数倍。 DDN本身并不提供任何通信协议的支持，在DDN信道上使用何种通信协议由用户自行决定 DDN信道的最大不足是DDN仅提供点到点通信的专用信道（也称专线），因此当一个用户希望和多个其它的用户使用DDN通信时，必须租用多个DDN端口速率高、物理时延小，最高速率为150Mbps

支持数据、图像、声音等多种业务。网络运行管理简便，没有任何检错、纠错功能 DDN适用于传输数据量大的业务。 CHINADDN（公用数字数据网）94年10月开通，覆盖全国21个省会城市，并通过省内DDN网络延伸到地市县。传输速率2.048Mb/s。已达2300多个城市，用户12.2 万以上。

分组交换数据网络（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，主干网速率可达2Mb/s。

X.25网络组成 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： 1) 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； 2) 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。

特点遵循OSI下三层标准，提供永久/交换虚电路（PVC/SVC）；

结点具有存储－转发功能，不同速率的终端可以相互通信；

采用动态复用技术，提高信道利用率，简化物理接口；

采用虚电路或数据报的方式进行分组传输。支持多用户。

缺点：模拟信道，端口速率低（<=64Kbps），规程复杂，差错处理，数据传输时延较大。

现在逐渐被替代，有时被推荐为应用系统的备用方案。

4. 帧中继网络（Frame Relay）

（1）帧中继的提出依据：高质量传输媒体应用，传输差错率下降，简化差错处理； LAN应用促使LAN-WAN-LAN连通，帧通过WAN进行中继。

帧中继网络与X25网络相似，简化X25协议，不提供差错处理的过程，提供交换功能。速率可达2～155Mb/s。

FR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。

FR和DDN的比较：

DDN：采用复用技术的逻辑数字专线，多端口接入；

FR：具有路由交换功能的数字网络，单端口接入。

帧中继一般在DDN网上配置端口实现，方便用户接入，并降低端口数，减少成本（租金约为DDN线路的1/4）。

如果大多数业务在2Mbps之内，是FR业务的最经济有效的范畴。

5. ISDN（综合业务数据网络）

（1） ISDN的目标

集电话、电报、传真、数据通信为一体，以数字化技术统一处理各种公用网的业务，为用户提供“一线通”服务；用户线保持双绞线，数字化客户端，使用T或者E载波系统；

（2）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。

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）

一个较大单位：拥有较多的电话和终端，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。

（3）ISDN网络的接入速率

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。

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）。

B 通道：透明地传输用户信息（数字化语音和数据），用户可以采用任意的通信协议；

D 通道：主要用于用户和网络之间的控制信息交换，包括建立和拆除连接等，也可支持较低速率要求的数据传输；

较大单位可使用租用 T1线路。

6.宽带综合业务数字网（B-ISDN）

应用需求： 64Kbps的基准速率无法提供令人满意的服务；新的数字化编码，语音传输无需64Kbps的带宽；更多的应用期待更高的带宽，如视频点播、现场转播、局域网互连、高速数据传输等。引入宽带ISDN（B-ISDN）：支持实时的应用，也可提供可靠的数据传输业务。

N-ISDN和B-ISDN的比较：

B-ISDN采用另一种传输技术异步传输模式（ATM）—Asynchronous Transfer Mode

ATM：为满足多媒体传输的要求而出现的一种通信技术。

数据传输的特点：允许延时，但不能有差错，数据的差错将导致数据含义的不同，引起错误的结果；

语音传输的特点：具有固定速率的实时性要求，且允许少量差错，差错只能影响当时的语音质量；

图象传输的特点：信息量大，实时性高，允许少量差错，差错只能影响当时的图象质量。

一般的高速网技术在支持多媒体应用存在不足：高速以太网（100Mbps）在高负载时的实时传输能力和传输距离有限（LAN）； FDDI（100Mbps），具有定时传输的优点，但令牌处理和传递占用了宝贵的时间，统计延时为10～200ms。

异步传输模式（ATM）：以异步时分复用概念为基础，每个时间片没有固定的占有者，各子信道的信息按照优先级和排队规则按需分配时间片。每个分组占53字节，称为信元(cell)，对应的报头称为信元头。 ATM交换机根据输入端口的各个信元的信元头中的信息将信元“交换”到指定的输出端口。按需分配时间片的策略，信道的利用率得到提高，使用优先级机制，使得具有实时性要求的信息可以尽快传输。

ATM的特征

基于信元的分组交换技术

信元具有固定的长度和格式：信元头（5字节）：存放信元穿越ATM网络时所用的路由控制信息等；

数据域（48字节），称为有效负载（payload），存放各种高层数据。