第6章广域网 第6章广域网 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。 本章难点：无 教学时数与实验：3一4学时，无实验。 上一章我们学习了关于局域网的知识，本章将介绍有关广域网技术的知识。广域网是 一个地理覆盖范围超过局域网的数据通信网络。如果说局域网技术主要是为实现共享资源 这个目标而服务，那么广域网则主要是为了实现广大范围内的远距离数据通信，因此广域 网在网络特性和技术实现上与局域网存在明显的差异。 6.1广域网概述 6.1.1广域网的特点 与局域网相比，广域网的特点非常明显。首先是广域网的地理覆盖范围至少在上百公 里以上，远远超出局域网通常为几公里到几十公里的小覆盖范围：其次，如前所述，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：第三，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。第四，与局域网的私有性不同，广域网通常是由公共 通信部门来建设和管理的，他们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，所以其又被称为网络服务提供商，用户如需要此类服务需要向广域网的服务提供商 提出申请：第五，在网络拓扑结构上，广域网更多的采用网状拓扑，其原因在于广域网由 于其地理覆盖范围广，因此网络中两个节点在进行通信时，数据一般要经过较长的通信线 路和较多的中间节点，这样以来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。 6.1.2广域网服务的实现模型 当用户向服务提供商申请广域网服务时，需要购买一些连接广域网所需的基本设备
第 6 章 广域网 1 第 6 章 广域网 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。 本章难点：无 教学时数与实验：３－４学时，无实验。 上一章我们学习了关于局域网的知识，本章将介绍有关广域网技术的知识。广域网是 一个地理覆盖范围超过局域网的数据通信网络。如果说局域网技术主要是为实现共享资源 这个目标而服务，那么广域网则主要是为了实现广大范围内的远距离数据通信，因此广域 网在网络特性和技术实现上与局域网存在明显的差异。 6.１ 广域网概述 6.1.1 广域网的特点 与局域网相比，广域网的特点非常明显。首先是广域网的地理覆盖范围至少在上百公 里以上，远远超出局域网通常为几公里到几十公里的小覆盖范围；其次，如前所述，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；第三，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。第四，与局域网的私有性不同，广域网通常是由公共 通信部门来建设和管理的，他们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，所以其又被称为网络服务提供商，用户如需要此类服务需要向广域网的服务提供商 提出申请；第五，在网络拓扑结构上，广域网更多的采用网状拓扑，其原因在于广域网由 于其地理覆盖范围广，因此网络中两个节点在进行通信时，数据一般要经过较长的通信线 路和较多的中间节点，这样以来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。 6.1.2 广域网服务的实现模型 当用户向服务提供商申请广域网服务时，需要购买一些连接广域网所需的基本设备
计算机网络技术 图6.1给出了实现广域网服务的一般模型，图中相关设备和术语的说明如下： ·用户端设备CPE(customer premises equipment):物理上放置在用户一侧的设备， 包括属于用户的设备或服务提供商放置在用户侧的设备。 ● 分界(demarcation):在CPE的前端，本地环路开始的地方，通常CPE也就是用户 接入所在地。 本地环路(1 ocal loop):从分界到服务提供商中心局的线路。 中心局交换机(Central office switch):是由广域网服务提供商提供的，离用户 最析的局瑞交换机 长途网络(Tol11 network):广域网服务提供商用来实现长途传输的通信网络，通 常由成组的交换机和中继设备组成。 中心交换机 用户端设备 广楼供 ⑤⑤斥地 点斐资隆接路 图6.1广域网服务的实现模型 6.1.3常见广域网设备 常贝的广域网设备包括路由器、广域网交换机、调制解调翠和通信服务婴等，如图6.2 所示。路由器是属于网络层的互连设备，其可以实现不同网络之间的互连，关于路由器的 工作原理我们将在下一章中详细的介绍。在广域网中路由器主要是用来实现LAN与WAN的 互连或AN和WAN的互连。广域网交换机与局域网中所用的以太网交换机一样，都属于数 据链路层的多端口存储转发设备，只不过广域网交换机实现的是广域网数据链路层协议帧 的转发。在实际应用中，广域网交换机有不同的种类，如帧中继交换机、X25交换机等。 作为广域网DCE设备的调制解调器是一种实现数字和模拟信号转换的设备，当数据通过电 话网络进行传输时，发送与接收双方就需要安装相应的调制解调器，如I$D网络中用到的 TANT1设备等。通信服务器主要用来对广域网用户进行身份合法性的验证并提供服务策略。 Gron 何 路由器 宽霜姿损机 调制解调署 通信服务器 图62常见广域网设备
2 计算机网络技术 图 6.1 给出了实现广域网服务的一般模型，图中相关设备和术语的说明如下： z 用户端设备 CPE(customer premises equipment)：物理上放置在用户一侧的设备， 包括属于用户的设备或服务提供商放置在用户侧的设备。 z 分界(demarcation)：在 CPE 的前端，本地环路开始的地方，通常 CPE 也就是用户 接入所在地。 z 本地环路(local loop)：从分界到服务提供商中心局的线路。 z 中心局交换机(Central office switch)：是由广域网服务提供商提供的，离用户 最近的局端交换机。 z 长途网络(Toll network)：广域网服务提供商用来实现长途传输的通信网络，通 常由成组的交换机和中继设备组成。 S S S S S S 点到点或电路 交换连接 本地环路 用户端设备 中心交换机 广域网服务提供商 分界 的长途网络 图 6.1 广域网服务的实现模型 6.1.3 常见广域网设备 常见的广域网设备包括路由器、广域网交换机、调制解调器和通信服务器等，如图 6.2 所示。路由器是属于网络层的互连设备，其可以实现不同网络之间的互连，关于路由器的 工作原理我们将在下一章中详细的介绍。在广域网中路由器主要是用来实现 LAN 与 WAN 的 互连或 WAN 和 WAN 的互连。广域网交换机与局域网中所用的以太网交换机一样，都属于数 据链路层的多端口存储转发设备，只不过广域网交换机实现的是广域网数据链路层协议帧 的转发。在实际应用中，广域网交换机有不同的种类，如帧中继交换机、X.25 交换机等。 作为广域网 DCE 设备的调制解调器是一种实现数字和模拟信号转换的设备，当数据通过电 话网络进行传输时，发送与接收双方就需要安装相应的调制解调器，如 ISDN 网络中用到的 TA/NT1 设备等。通信服务器主要用来对广域网用户进行身份合法性的验证并提供服务策略。 路由器 广域网 调制解调器 宽带交换机 通信服务器 图 6.2 常见广域网设备
第6章广域网 6.1.4常见广域网服务类型和带宽 广域网服务按其实现方式的不同可分为专线服务、线路交换服务和包交换服务。专线 服务方式可以为用户提供永久的专用连接，这种服务不管用户是否有数据在线路上传送都 要为专线付租用费，故又被称为和用线。靠的连接性能和相对较高的和用费伸得去线一 般用于WAN的核心连接中或LAN和LAW之间的长期固定连接。线路交换又称为电路交换， 这种服务方式在每次桶信时都要首先在网络中建立一条物理线路或车接，并在用户数据传 输完毕后要撒除或结束所建立的连接。传统的电话网络就属于典型的线路交换网络，而在 传统电话网络上实现的数字传输服务「SDN也是采用了线路交换那务。与线路交换服务不同， 包交换服务是将待传输的数据分成若干个等长或不等长的数据传输单元来进行独立传输的 一种服务方式。在包交换网络中，网络线路为不同的数据包或帧所共享，交换设备为这些 包或帧选择一条合适的路径将其传送到目的地。若信道没有空闲，则交换设备可以将待转 发的数据包或数据帧暂时缓存起来。我们下面要介绍的帧中继和ATM都属于包交换服务的 范畴。图6.3给出了包交换服务的简单示意，图中利用了三台广域网交换机同时为节点1 和节点2、节点2和节点3之间提供了数据包传输服务。 广域网 节点1 88 D CE 广网交换机 节点2 图6.3关于包交换服务的示意 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。表6.1给出 了常见的广域网传输带宽，其中传输速率最低的为传统电话线上实现的广域网服务，只有 56K,而在基于光纤实现的广域网中，0C-192的传输速率可达到近10G。 表6.1典型的广域网传输带宽
第 6 章 广域网 3 6.1.4 常见广域网服务类型和带宽 广域网服务按其实现方式的不同可分为专线服务、线路交换服务和包交换服务。专线 服务方式可以为用户提供永久的专用连接，这种服务不管用户是否有数据在线路上传送都 要为专线付租用费，故又被称为租用线。可靠的连接性能和相对较高的租用费使得专线一 般用于 WAN 的核心连接中或 LAN 和 LAN 之间的长期固定连接。线路交换又称为电路交换， 这种服务方式在每次通信时都要首先在网络中建立一条物理线路或连接，并在用户数据传 输完毕后要撤除或结束所建立的连接。传统的电话网络就属于典型的线路交换网络，而在 传统电话网络上实现的数字传输服务 ISDN 也是采用了线路交换服务。与线路交换服务不同， 包交换服务是将待传输的数据分成若干个等长或不等长的数据传输单元来进行独立传输的 一种服务方式。在包交换网络中，网络线路为不同的数据包或帧所共享，交换设备为这些 包或帧选择一条合适的路径将其传送到目的地。若信道没有空闲，则交换设备可以将待转 发的数据包或数据帧暂时缓存起来。我们下面要介绍的帧中继和 ATM 都属于包交换服务的 范畴。图 6.3 给出了包交换服务的简单示意，图中利用了三台广域网交换机同时为节点 1 和节点 2、节点 2 和节点 3 之间提供了数据包传输服务。 节点1 节点2 节点3 D C E 广域网 D C E 广域网交换机 图 6.3 关于包交换服务的示意 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。表 6.1 给出 了常见的广域网传输带宽，其中传输速率最低的为传统电话线上实现的广域网服务，只有 56K，而在基于光纤实现的广域网中，OC-192 的传输速率可达到近 10G。 表 6.1 典型的广域网传输带宽
计算机网络技术 线路类型 信号标准 传输速率 56 DSO 56kbps 64 DSO 64kbps T1 DS1 1.544Mbps E1 ZM 2.048Mbps E3 M3 34.064Mbps 1 Y1 2 048Mbns T3 DS3 44.736Mbps 0C.1 SoNET 51.84Mbps 0C-3 SONET 155.54Mbps 0C-9 SONET 466.56Mbps 0C-12 SONET 622.08Mbps 0C-18 SONET 933.12Mbps 0C-24 SONET 1244.16Mbps 0C-36 SONET 1866.24Mbps 0C-48 SONET 2488.32Mbps 6.1.5广域网与0Sl模型 广域网主要工作于0SI模型的下三层，即物理层、数据链路层和网络层，图6.4给出 了广域网和0SI参考模型之间的关系。但是，由于目前网络层普遍采用了P协议，所以广 域网技术或标准主要关注物理层和数据链路层的功能及其实现，并且不同广域网技术的差 异就在于它们在物理层和数据链路层实现方式的不同。 第三层 第三层 二层 第二 第一目 第一层 MDEM 第一层第一层 路由器 DCE设备 DCE设备 DTE设备 图6.4广域网和OS参考模型之问的关系 广域网的物理层协议主要描述如何面向广域网的服务提供电气、机械、规程和功能特 性，包括定义DTE和DCE设备的接口（关于DTE和DCE设备我们在第3章中曾经给予了介 绍)。在广域网中，用户端用于连入广域网的路由器设备即属于DTE设备，而调制解调器则 属于DCE设备。 广域网的数据链路层则是定义了数据如何进行帧的封装以通过广域网链路传输到远程 节点。我们在数据链路层一章所介绍的HDLC协议就是一个IS0标准的数据链路层协议。 上面我们已经对广域网技术作了简单的概述，下面我们将介绍一种在广域网中常用的 协议以及一些典型的广域网技术
4 计算机网络技术 线路类型 信号标准 传输速率 56 DS0 56kbps 64 DS0 64kbps T1 DS1 1.544Mbps E1 ZM 2.048Mbps E3 M3 34.064Mbps J1 Y1 2.048Mbps T3 DS3 44.736Mbps OC-1 SONET 51.84Mbps OC-3 SONET 155.54Mbps OC-9 SONET 466.56Mbps OC-12 SONET 622.08Mbps OC-18 SONET 933.12Mbps OC-24 SONET 1244.16Mbps OC-36 SONET 1866.24Mbps OC-48 SONET 2488.32Mbps 6.1.5 广域网与 OSI 模型 广域网主要工作于 OSI 模型的下三层，即物理层、数据链路层和网络层，图 6.4 给出 了广域网和 OSI 参考模型之间的关系。但是，由于目前网络层普遍采用了 IP 协议，所以广 域网技术或标准主要关注物理层和数据链路层的功能及其实现，并且不同广域网技术的差 异就在于它们在物理层和数据链路层实现方式的不同。 广域网 第三层 第二层 第二层 第一层 第一层 第三层 第二层 第二层 第一层 第一层 路由器 路由器 DTE设备 DCE设备 DCE设备 DTE设备 MODEM MODEM 图 6.4 广域网和 OSI 参考模型之间的关系 广域网的物理层协议主要描述如何面向广域网的服务提供电气、机械、规程和功能特 性，包括定义 DTE 和 DCE 设备的接口（关于 DTE 和 DCE 设备我们在第 3 章中曾经给予了介 绍）。在广域网中，用户端用于连入广域网的路由器设备即属于 DTE 设备，而调制解调器则 属于 DCE 设备。 广域网的数据链路层则是定义了数据如何进行帧的封装以通过广域网链路传输到远程 节点。我们在数据链路层一章所介绍的 HDLC 协议就是一个 ISO 标准的数据链路层协议。 上面我们已经对广域网技术作了简单的概述，下面我们将介绍一种在广域网中常用的 协议以及一些典型的广域网技术
第6章广域网 6.2 PPP PPpP是点对点协议(Point--to-Point Protocol)的简称，它是一个工作于数据链路层的 广域网协议。PpP由IETF(Internet Engineering Task Force)开发，目前己被广泛使用 并成为国际标准。PPP为路由器到路由器、主机到网络之间使用串行接口进行点到点的连接 提供了0SI第二层的服务。例如同学们所熟悉的利用MODEM进行拨号上网(163、169、165 等)就是使用PPP实现主机到网络连接的典型例子。 PPP作为第二层的协议，在物理上可使用各种不同的传输介质，包括双纹线、光纤及无 线传输介质，在数据链路层提供了一套解决链路建立、维护、拆除和上层协议协商、认证 等问题的方案：在顿的封装格式上，PPP采用的是一种DLC的变化形式：其对网络层协议 的支持则包括了多种不同的主流协议，如IP和IPX等。图6.5给出了PPP的体系结构，其 中，链路控制协议LCP(Link Control Protocol)用于数据链路连接的建立、配置与测试， NCP(Network Control Protocols)则是一组用来建立和配置不同的网络层协议。 IP 第三层协议 其它 网络层 网络控制协议 认证、其他功能 数据链路层 链路控制协议 同步/异步 传输介质 物理层 图6.5PPP的体系结构 PPP的连接一般要经历链路建立、链路质量协商、网络层协议选择和链路拆除四个阶段， 在链路建立阶段主要是通过发送LCP的帧来对链路进行相关的配置，包括数据的最大传输 单元、是否采用PPP的压缩、PPP的认证方式等；链路质量协商阶段作为一个可选的阶段主 要用于对链路质量进行测试，以确定其能否为上层所选定的网络协议提供足够的支持，另 外若连接的双方己经要求采用安全认证，则在该阶段还要按所选定的认证方式进行相应的 身份认证：在网络层协议洗择阶段，桶过发送NC卫包来洗择网络层协议并讲行相应的配置， 不同的网络层协议要分别进行配置：在第三个阶段完成后，一条完整的PPP链路就建立起 来了，从而可在所建立的PPP链路上进行数据传输。任何时候只要用户请求断开连接或者 由于链路故障，PPP的连接都会被终止即进入链路拆除阶段。 需要说明的是，尽管PP的验证是一个可选项，但一旦选择了采用身份验证，则其必 在网络协层协议阶段之前进行。有两种类型的PPP验证，即PAP(Password Authentication Protocol)与CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)方式。PAP采用的是 一种两次握手方式，远程节点提供用户名与密码，由本地节点提供身份验证的确认或拒绝
第 6 章 广域网 5 6.2 PPP PPP 是点对点协议(Point-to-Point Protocol)的简称，它是一个工作于数据链路层的 广域网协议。PPP 由 IETF (Internet Engineering Task Force)开发，目前已被广泛使用 并成为国际标准。PPP 为路由器到路由器、主机到网络之间使用串行接口进行点到点的连接 提供了 OSI 第二层的服务。例如同学们所熟悉的利用 MODEM 进行拨号上网(163、169、165 等)就是使用 PPP 实现主机到网络连接的典型例子。 PPP 作为第二层的协议，在物理上可使用各种不同的传输介质，包括双绞线、光纤及无 线传输介质，在数据链路层提供了一套解决链路建立、维护、拆除和上层协议协商、认证 等问题的方案；在帧的封装格式上，PPP 采用的是一种 HDLC 的变化形式；其对网络层协议 的支持则包括了多种不同的主流协议，如 IP 和 IPX 等。图 6.5 给出了 PPP 的体系结构，其 中，链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)用于数据链路连接的建立、配置与测试， NCP(Network Control Protocols)则是一组用来建立和配置不同的网络层协议。 数据链路层 PPP I P I P X 第三层 协议 IPCP IPXCP 其 它 网络控制协议 认证、其他功能 链路控制协议 同步/异步 传输介质 物理层 网络层 图 6.5 PPP 的体系结构 PPP 的连接一般要经历链路建立、链路质量协商、网络层协议选择和链路拆除四个阶段。 在链路建立阶段主要是通过发送 LCP 的帧来对链路进行相关的配置，包括数据的最大传输 单元、是否采用 PPP 的压缩、PPP 的认证方式等；链路质量协商阶段作为一个可选的阶段主 要用于对链路质量进行测试，以确定其能否为上层所选定的网络协议提供足够的支持，另 外若连接的双方已经要求采用安全认证，则在该阶段还要按所选定的认证方式进行相应的 身份认证；在网络层协议选择阶段，通过发送 NCP 包来选择网络层协议并进行相应的配置， 不同的网络层协议要分别进行配置；在第三个阶段完成后，一条完整的 PPP 链路就建立起 来了，从而可在所建立的 PPP 链路上进行数据传输。任何时候只要用户请求断开连接或者 由于链路故障，PPP 的连接都会被终止即进入链路拆除阶段。 需要说明的是，尽管 PPP 的验证是一个可选项，但一旦选择了采用身份验证，则其必 在网络协层协议阶段之前进行。有两种类型的 PPP 验证，即 PAP(Password Authentication Protocol)与 CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)方式。PAP 采用的是 一种两次握手方式，远程节点提供用户名与密码，由本地节点提供身份验证的确认或拒绝
计算机网络技术 用户名与密码对由远程网络节点不断地在链路上发送，直到验证被确认或被终结。密码在 传输过程中采用的是明文方式，而且发送登录请求的时间和频率完全由远程节点控制，所 以这种验证方式虽然实现简单但易受到攻击。CHP所使用的是三次握手的验证方式，本地 节点提供一个用于身份验证的桃战值，由远程节点根据所收到的挑战值计算出一个回应值 发送回本地节点，若该值与本地节点的计算结果一致，则远程节点被验证通过：显然一个 没有获得挑战值的远程节点是不可能尝试登录并建立连接的，也就是说CHAP是由本地来控 制登录的时间与频率：并且由于每次所发送的挑战值都是一个不可预测的随机变量，所以 CHAP较之PAP更加安全有效，因此在通常情况下，更多采用的是CHAP验证方式。 6.3 ISDN 上个世纪70年代，随着计算机网络应用的多样化，信息在表达形式上呈现出彩煤体趋 势，在这种情况下，网络不仅被要求能够传送文字、数据，还被要求能够传送图形、声音 和视频等。以往，电信网只是用来传输语音信息，而电报、数据等其他业务皆需要各自独 立的网络来传送，这种多种网络并存的现状为用户的使用带来许多不便，并且这些网络存 在着线路利用率低，资源不能共享，管理不便等问题。为了克服上述缺点，人们提出了建 立一个能够将话音、数据、图像、视频等业务综合在一个网络内的设想，即建立一个综合 业务数字网。由此，ISDN应运而生。 综合业务数字网(Integrated Service Digital Network,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) 定义ISDN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。根据上述定义，我们可以归纳出I$DW 的以下特性：以综合数字电话网(IDN)为基础发展而成的通信网：支持端到端的数字连接， 是一个全数字化的网络：支持各种通信业务：提供标准的用户-网络接口，用户对ISDN的 访问通过该接口完成。 6.3.11SDN的组成 ISDN的组成包括终端、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， 如图6.6所示，其中，ISDN的终端分为两种类型，即标准ISDN终端和非标准ISDN终端： 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。关于ISDN组件的有 关说明如下： ●标准ISDN终端(TE1):TE1是符合ISDN接口标准的用户设备，如数字电话机和 四类传真机等 ●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ISDN标准接口
6 计算机网络技术 用户名与密码对由远程网络节点不断地在链路上发送，直到验证被确认或被终结。密码在 传输过程中采用的是明文方式，而且发送登录请求的时间和频率完全由远程节点控制，所 以这种验证方式虽然实现简单但易受到攻击。 CHAP 所使用的是三次握手的验证方式，本地 节点提供一个用于身份验证的挑战值，由远程节点根据所收到的挑战值计算出一个回应值 发送回本地节点，若该值与本地节点的计算结果一致，则远程节点被验证通过；显然一个 没有获得挑战值的远程节点是不可能尝试登录并建立连接的，也就是说 CHAP 是由本地来控 制登录的时间与频率；并且由于每次所发送的挑战值都是一个不可预测的随机变量，所以 CHAP 较之 PAP 更加安全有效，因此在通常情况下，更多采用的是 CHAP 验证方式。 6.3 ISDN 上个世纪 70 年代，随着计算机网络应用的多样化，信息在表达形式上呈现出多媒体趋 势，在这种情况下，网络不仅被要求能够传送文字、数据，还被要求能够传送图形、声音 和视频等。以往，电信网只是用来传输语音信息，而电报、数据等其他业务皆需要各自独 立的网络来传送，这种多种网络并存的现状为用户的使用带来许多不便，并且这些网络存 在着线路利用率低，资源不能共享，管理不便等问题。为了克服上述缺点，人们提出了建 立一个能够将话音、数据、图像、视频等业务综合在一个网络内的设想，即建立一个综合 业务数字网。由此，ISDN 应运而生。 综合业务数字网（Integrated Service Digital Network ，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） 定义 ISDN 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。根据上述定义，我们可以归纳出 ISDN 的以下特性：以综合数字电话网（IDN）为基础发展而成的通信网；支持端到端的数字连接， 是一个全数字化的网络；支持各种通信业务；提供标准的用户-网络接口，用户对 ISDN 的 访问通过该接口完成。 6.3.1 ISDN 的组成 ISDN 的组成包括终端、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， 如图 6.6 所示，其中，ISDN 的终端分为两种类型，即标准 ISDN 终端和非标准 ISDN 终端； 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。关于 ISDN 组件的有 关说明如下： z 标准 ISDN 终端（TE1）: TE1 是符合 ISDN 接口标准的用户设备，如数字电话机和 四类传真机等。 z 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 ISDN 标准接口
第6章广域网 2 ● 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。 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。 网络终端2(T2):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。 ISDN ISDN 公用网络 交 NTI 换 专用网络 换 机 机 R 图6.6ISDN的基本组成 图6.6中，R、S、T、U等是ISDN组件之间的连接规范，被称为ISDW参考点。ISDN参 考点是ISDN中不同功能的分界点，表6.2列出了各参考点的含义供大家参考。 表6.21SDN的参考点 参考点 含义 R 非ISDN兼容设备和TA之间的参考点 连接NT2或用户交换设备的参考点 T 从NT2向外连接NT1的参考点 U NTI与ISDN网络连接的参考点 6.3.2ISDN的速率服务 ISDW为用户提供了两种基本的服务，一种是基本速率接口(basic rate interface,, 简称BRI),另一种是基群速率接口(primary rate interface,简称PRI)。 BRI接口包括两条全双工的B信道和一条全双工的D信道，简称为2B+D。B信道的速率 为64KB/S,用来传送用户信息，D信道的速率为16KB/S,用来传送用户网络信令或低速的 分组数据，如图6.7(a)所示。这3个分离的信道提供的总带宽为144KB/S。 基群速案接口PRI又叫做一次群接口，由于各国数字传输系统的体系不同，因此基群 又分为两种速率。欧洲和中国采用2.048B/S的速率，此时基群接口的信道结构为30B+D, 其中B信道的速率为64KB/S,用来传送用户信息，D信道的速率也为64KB/S,但用来传送 用户网络指令，如图6.7(b)所示。在美国和日本采用1.544B/S的速率，此时基群接 的信道结构为23B+D
第 6 章 广域网 7 z 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。 z 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。 z 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。 TE1 TE2 NT2 (PBX) TA NT1 ISDN 交 换 机 ISDN 交 换 机 公用网络 或 专用网络 R S T U 图 6.6 ISDN 的基本组成 图 6.6 中，R、S、T、U 等是 ISDN 组件之间的连接规范，被称为 ISDN 参考点。ISDN 参 考点是 ISDN 中不同功能的分界点，表 6.2 列出了各参考点的含义供大家参考。 表 6.2 ISDN 的参考点 参考点 含 义 R 非 ISDN 兼容设备和 TA 之间的参考点 S 连接 NT2 或用户交换设备的参考点 T 从 NT2 向外连接 NT1 的参考点 U NT1 与 ISDN 网络连接的参考点 6.3.2 ISDN 的速率服务 ISDN 为用户提供了两种基本的服务，一种是基本速率接口( basic rate interface， 简称 BRI)，另一种是基群速率接口（primary rate interface，简称 PRI）。 BRI 接口包括两条全双工的 B 信道和一条全双工的 D 信道，简称为 2B+D。B 信道的速率 为 64KB/S，用来传送用户信息，D 信道的速率为 16KB/S，用来传送用户网络信令或低速的 分组数据，如图 6.7 （a）所示。这 3 个分离的信道提供的总带宽为 144KB/S。 基群速率接口 PRI 又叫做一次群接口，由于各国数字传输系统的体系不同，因此基群 又分为两种速率。欧洲和中国采用 2.048MB/S 的速率，此时基群接口的信道结构为 30B+D， 其中 B 信道的速率为 64KB/S，用来传送用户信息，D 信道的速率也为 64KB/S，但用来传送 用户网络指令，如图 6.7（b）所示。在美国和日本采用 1.544MB/S 的速率，此时基群接口 的信道结构为 23B+D
计算机网络技术 D(I6kbps) 基速信道 B1到B2(64kbps) (a)基速信道 ☐D(64kbDs) 基群信道 B1到B23或B30 (64kbps) (b)基群信道 图6.71SDN的两种基本服务 6.3.31SDN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。所谓承载业务是指由ISD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送到另一个地方，在传送过程中对数据不做任何处理。用户终借业务 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主要用于接入因特网。个人用户使用因特网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ISD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。 6.4 ATM 由于N-ISDN在用户一网络接口处提供的速率不超过一次群速率，因此实际上N-ISDN 并不能真正提供电视信号、视频业务等许多高速率业务。并且N-ISD作为在数字电话网基 础上演变而来的技术，其主要业务仍是64kbs的电路业务，对技术发展的适应性很差。另 外，在N-ISDN中，用户通过标准用户一网络接口进入网络实现了多种业务的综合接入，但 在网络内部，针对不同的业务，实际还是采用不同的交换方法，并未实现真正统一的综合 交换 针对N-ISDN的不足，提出了一种高速传输网络，就是宽带ISDN(Broadband ISDN),即 B-ISDN。B-ISDW的设计目标是以光纤为传输介质，以提供远远高于一次群速率的传输信道， 并针对不同的业务采用相同的交换方法，即致力于真正做到用统一的方式来支持不同的业 务。为此，一种新的数据交换方式即异步转移模式(Asynchronous Transfer Mode,简称 ATM)被提了出来。现在己经没有人再去提关于B-ISDN的理想了，但ATM作为其中的关键技
8 计算机网络技术 基速信道 B1到B2 (64kbps) 基群信道 （a）基速信道 （b）基群信道 D (16kbps) D (64kbps) B1到B23或B30 (64kbps) 图 6.7 ISDN 的两种基本服务 6.3.3 ISDN 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。所谓承载业务是指由 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送到另一个地方，在传送过程中对数据不做任何处理。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 主要用于接入因特网。个人用户使用因特网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。 6.4 ATM 由于 N-ISDN 在用户－网络接口处提供的速率不超过一次群速率，因此实际上 N-ISDN 并不能真正提供电视信号、视频业务等许多高速率业务。并且 N-ISDN 作为在数字电话网基 础上演变而来的技术，其主要业务仍是 64kbps 的电路业务，对技术发展的适应性很差。另 外，在 N-ISDN 中，用户通过标准用户－网络接口进入网络实现了多种业务的综合接入，但 在网络内部，针对不同的业务，实际还是采用不同的交换方法，并未实现真正统一的综合 交换。 针对 N-ISDN 的不足，提出了一种高速传输网络，就是宽带 ISDN(Broadband ISDN)，即 B-ISDN。B-ISDN 的设计目标是以光纤为传输介质，以提供远远高于一次群速率的传输信道， 并针对不同的业务采用相同的交换方法，即致力于真正做到用统一的方式来支持不同的业 务。为此，一种新的数据交换方式即异步转移模式 (Asynchronous Transfer Mode，简称 ATM)被提了出来。现在已经没有人再去提关于 B-ISDN 的理想了，但 ATM 作为其中的关键技
第6章广域网 、9 术却被保留了下来并成为高速广域网传输技术的重要基础。 6.4.1ATM的实现 传统的交换模式为电路交换与分组交换。电路交换采用时分复用方式，通信双方周期 性地占用重复出现的时隙，信道以其在一顿中的时隙来区分，而且在通信过程中无论是否 有信息发送，所分配的信道（时隙）均为相应的两端独占。分组交换则不分配任何时隙， 采用存储转发方式，属于统计复用。显然，线路交换模式的实时性好，适合于发送对延迟 敏感的数据，但信道带宽的浪费较大：包交换方式的灵活性好，适合突发性业务，且信道 带宽的利用率高，但分组间不同的延时会导致传输抖动，因此不适合实时通信。ATW技术综 合了电路交换的可靠性与分组交换的高效性，借鉴了两种交换方式的优点，采用了基于信 元的统计时分复用技术。 信元(cell)是ATM用于传送信息的基本单元，其采用53字节的固定长度。其中，前 5个字节为信头，载有信元的地址信息和其他一些控制信息，后48个字节为信息段，装载 来自各种不同业务的用户信息。固定长度的短信元可以充分利用信道的空闲带宽。信元在 统计时分复用的时隙中出现，即不采用固定时隙，而是按需分配，只要时隙空闲，任何允 许发送的单元都能占用。所有信元在底层采用面向连接方式传送，并对信元交换采用硬件 以并行处理方式去实现，减少了结点的时延，其交换速度远远超过总线结构的交换机。 ATM网络系统由ATM业务终端、交换、传输等部分组成，其结构如图6.8所示。 终端复用 复用终端 图6.8ATM的网络组成 其中，ATM交换机是ATM网络的核心，它采用面向连接的方式实现信元的交换， 6.4.2ATM的特点和应用 ATM具有许多优点。首先，ATW是以面向连接的方式工作的，大大降低了信元丢失率， 保证了传输的可靠性：其次，由于ATW的物理线路使用光纤，误码率很低：第三，短小的 信元结构使得ATW信头的功能被简化，并使信头的处理能基于硬件实现，从而大大减少了 处理时延：第四，采用短信元作为数据传输单位可以充分利用信道空闲，提高了带宽利用 率。总之，ATM的高可靠性和高带宽使得其能有效传输不同类型的信息，如数字化的声音、 数据、图像等。目前，ATM论坛定义的物理层接口有SDH STM-1、4、16,其数据传输速率 分别可达成55.52N、662.08M、2488.32M。对应于不同信息类型的传输特性，如可靠性、延 迟特性和损耗特性等，ATW可以提供不同的服务质量来适应这些差别。 ATM是一种应用极为广泛的技术，在实际的应用中能够适应从低速到高速的各种传输业 务，可应用于视频点播(WOD)、宽带信息查询、远程教有、远程医疗、远程协同办公、家庭 购物、高速骨干网等
第 6 章 广域网 9 术却被保留了下来并成为高速广域网传输技术的重要基础。 6.４.1 ATM 的实现. 传统的交换模式为电路交换与分组交换。电路交换采用时分复用方式，通信双方周期 性地占用重复出现的时隙，信道以其在一帧中的时隙来区分，而且在通信过程中无论是否 有信息发送，所分配的信道（时隙）均为相应的两端独占。分组交换则不分配任何时隙， 采用存储转发方式，属于统计复用。显然，线路交换模式的实时性好，适合于发送对延迟 敏感的数据，但信道带宽的浪费较大；包交换方式的灵活性好，适合突发性业务，且信道 带宽的利用率高，但分组间不同的延时会导致传输抖动，因此不适合实时通信。ATM 技术综 合了电路交换的可靠性与分组交换的高效性，借鉴了两种交换方式的优点，采用了基于信 元的统计时分复用技术。 信元(cell) 是 ATM 用于传送信息的基本单元，其采用 53 字节的固定长度。其中，前 ５个字节为信头，载有信元的地址信息和其他一些控制信息，后 48 个字节为信息段，装载 来自各种不同业务的用户信息。固定长度的短信元可以充分利用信道的空闲带宽。信元在 统计时分复用的时隙中出现，即不采用固定时隙，而是按需分配，只要时隙空闲，任何允 许发送的单元都能占用。所有信元在底层采用面向连接方式传送，并对信元交换采用硬件 以并行处理方式去实现，减少了结点的时延，其交换速度远远超过总线结构的交换机。 ATM 网络系统由 ATM 业务终端、交换、传输等部分组成，其结构如图 6.8 所示。 A T M 光纤 终端 A T M 终端 A T M 复用 A T M 复用 A T M 交换机 A T M 交换机 光纤 光纤 图 6.8 ATM 的网络组成 其中，ATM 交换机是 ATM 网络的核心，它采用面向连接的方式实现信元的交换。 6.4.２ATM 的特点和应用 ATM 具有许多优点。首先，ATM 是以面向连接的方式工作的，大大降低了信元丢失率， 保证了传输的可靠性；其次，由于 ATM 的物理线路使用光纤，误码率很低；第三，短小的 信元结构使得 ATM 信头的功能被简化，并使信头的处理能基于硬件实现，从而大大减少了 处理时延；第四，采用短信元作为数据传输单位可以充分利用信道空闲，提高了带宽利用 率。总之，ATM 的高可靠性和高带宽使得其能有效传输不同类型的信息，如数字化的声音、 数据、图像等。目前，ATM 论坛定义的物理层接口有 SDH STM-1、4、16，其数据传输速率 分别可达成 55.52M、662.08M、2488.32M。对应于不同信息类型的传输特性，如可靠性、延 迟特性和损耗特性等， ATM 可以提供不同的服务质量来适应这些差别。 ATM 是一种应用极为广泛的技术，在实际的应用中能够适应从低速到高速的各种传输业 务，可应用于视频点播(VOD)、宽带信息查询、远程教育、远程医疗、远程协同办公、家庭 购物、高速骨干网等
10 计算机网络技术 6.5帧中继 在80年代末，90年代初，帧中继技术被提出之前，X.25分组交换在广域网中被大量的 采用，它是借助于虚电路（逻辑电路）来提供面向连接服务的一种技术。X25丰富的检、 纠错机制特别适合于当时广泛使用铜缆的网络环境。但是，随着容量大、质量高（误码率低 于109)的光纤被大量使用，通信网的纠错能力就不再成为评价网络性能的主要指标。这样 以来，以往的X.25分组交换的某些优点在光纤传输系统中已经得不到体现（如丰富的检、 纠错机制等)，相反有些功能显得累赘。在此背景下产生了顿中继技术。 帧中继(Frame Relay,简称FR)是以X25分组交换技术为基础，摒弃其中繁琐的检 纠错过程，改造了原有的帧结构，从而获得了良好的性能。帧中继的用户接入速率一般为 64Kbps一2Mbps,局间中继传输速率一般为2Nbps、34Mbps,现已可达155Mbps。 6.5.1帧中继的实现 帧中继技术继承了X25提供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，将邦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节点机来完成，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节点之间提供了面向连接的第二层服务。在帧中继网络中，不同的虚电路由 数据链路连接标识符(Data-Link Connection Identifier,DLCI)进行标识。按照虚电路实 现方式的不同，帧中继链路又被分为交换虚电路(Switched Virtual Circuits,SVCs)与 永久虚电路(Permanent Virtual Circuits,PVCs),所谓交换式虚电路是一种“临时”的 电路连接，它只有在双方需要通信时才建立，而永久性虚电路中的连接与双方是否需要进 行通信无关，或者说这种连接是“永久”存在的。在帧中继中，PVC是一种更为普遍使用的 方式。 从网络层次上看，相对于具有三层体系的X25而言，顿中继网络只有物理层和链路层 两层，并对链路层功能进行了较大的调整。它将统计复用、数据交换、路由选择等功能定 义在数据链路层执行，取消了流量控制、纠错及确认等处理功能，并且数据交换以帧为单 位（故称为帧交换）。通过这些简化措施，提高了网络性能，减少了网络时延。 6.5.2帧中继的组成 一个典型的帧中继网络是由用户设备与网络交换设备组成，如图6.10所示.。作为 中继网络核心设备的FR交换机其作用类似于我们前面讲到的以太网交换机，都是在数据链 路层完成对帧的传送，只不过R交换机处理的是FR帧而不是以太帧。帧中继网络中的用 户设备负责把数据帧送到帧中继网络，用户设备分为帧中继终端和非帧中继终端两种，其
10 计算机网络技术 6.5 帧中继 在 80 年代末,90 年代初，帧中继技术被提出之前，X.25 分组交换在广域网中被大量的 采用，它是借助于虚电路（逻辑电路）来提供面向连接服务的一种技术。X.25 丰富的检、 纠错机制特别适合于当时广泛使用铜缆的网络环境。但是，随着容量大、质量高(误码率低 于 10-9)的光纤被大量使用,通信网的纠错能力就不再成为评价网络性能的主要指标。这样 以来，以往的 X.25 分组交换的某些优点在光纤传输系统中已经得不到体现(如丰富的检、 纠错机制等),相反有些功能显得累赘。在此背景下产生了帧中继技术。 帧中继(Frame Relay，简称 FR)是以 X.25 分组交换技术为基础，摒弃其中繁琐的检、 纠错过程,改造了原有的帧结构，从而获得了良好的性能。帧中继的用户接入速率一般为 64Kbps—2Mbps，局间中继传输速率一般为 2Mbps、34Mbps，现已可达 155Mbps。 6.５.1 帧中继的实现 帧中继技术继承了 X.25 提供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节点机来完成，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 节点之间提供了面向连接的第二层服务。在帧中继网络中，不同的虚电路由 数据链路连接标识符(Data-Link Connection Identifier，DLCI)进行标识。按照虚电路实 现方式的不同，帧中继链路又被分为交换虚电路(Switched Virtual Circuits ，SVCs)与 永久虚电路(Permanent Virtual Circuits，PVCs)，所谓交换式虚电路是一种“临时”的 电路连接，它只有在双方需要通信时才建立，而永久性虚电路中的连接与双方是否需要进 行通信无关，或者说这种连接是“永久”存在的。在帧中继中，PVC 是一种更为普遍使用的 方式。 从网络层次上看，相对于具有三层体系的 X.25 而言，帧中继网络只有物理层和链路层 两层，并对链路层功能进行了较大的调整。它将统计复用、数据交换、路由选择等功能定 义在数据链路层执行，取消了流量控制、纠错及确认等处理功能，并且数据交换以帧为单 位(故称为帧交换)。通过这些简化措施，提高了网络性能，减少了网络时延。 6.５.2 帧中继的组成 一个典型的帧中继网络是由用户设备与网络交换设备组成，如图 6.10 所示.。作为帧 中继网络核心设备的 FR 交换机其作用类似于我们前面讲到的以太网交换机，都是在数据链 路层完成对帧的传送，只不过 FR 交换机处理的是 FR 帧而不是以太帧。帧中继网络中的用 户设备负责把数据帧送到帧中继网络，用户设备分为帧中继终端和非帧中继终端两种，其