【教学课件】第7章广域网技术.ppt

第7章 广域网技术,7.1 广域网协议与OSI参考模型 7.2 分组交换网X.25 7.3 帧中继 7.4 ISDN 7.5 DSL 7.6 SONET 思考题与习题,7.1 广域网协议与OSI参考模型,广域网是一种跨地区或国界的数据通信网络，使用电信运营商提供的设备作为信息传输平台。对照OSI参考模型，广域网技术主要涉及底3层，分别是物理层、数据链路层和网络层。图7-1列出了一些经常使用的广域网技术同OSI参考模型之间的对应关系。,图7-1 对应关系,7.2 分组交换网X.25,在传统的网络概念中，解决远程计算机连网的主要手段是通过租用电话线路，通过调制解调器将数据信号转变成模拟信号，在公共交换电话网(Public Switched Telephone Network，PSTN)上进行传输。其实，公共分组数据网络(Public Switched Data Network，PSDN)已经成为广域网中的重要传输系统。,分组交换是一种在距离相隔较远的工作站点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。CCITT X.25协议是常见的公共数据网的一种协议。因此，公共数据网一般也称为X.25网。X.25网实际上包括相关的一组协议，如CCITT X.3，X.28，X.29，X.75等。X.25协议主要定义了主机与公共分组交换网之间的协议。它提供了点对点的面向连接的通信，而不是点到多点的无连接通信，后者应用在许多其他WAN协议中。,当X.25网服务刚刚引入时，其传输速率被限制在64 kb/s内。1992年，ITU-T更新了X.25标准，传输速率可高达2.048 Mb/s。,7.2.1 X.25与OSI模型 虽然X.25协议出现在OSI模型之前，但是ITU-T规范定义了在DTE和DCE之间的分层的通信，与OSI模型的前三层呼应(见图7-2)：X.25物理协议层(第1层)、X.25链接访问层(第2层)、X.25包协议层(第3层)。,图7-2 X.25 通信层与OSI模型的比较,1.物理协议层 物理协议层由ITU-T的X.21标准定义，采用X.21物理接口。该层控制着到通信适配器和通信电缆的物理和电子连接。物理层使用同步通信来传输帧，在物理层中包含着电压级别、数据位表示、定时及控制信号。X.21物理接口与PC串行通信端口的EIA-232C/D标准很相似。,2.链接访问层 X.25网的第2层等价于OSI模型的数据链路层的MAC子层。它的主要功能是处理数据传输、编址、错误检测和校正、流量控制和X.25帧组成等。其中包含均衡式链路访问过程(Link Access Procedure-Balanced，LAPB)协议，是用来建立或断开WAN上的虚拟连接的。虚拟连接是实现两结点之间的逻辑连接。在一个物理连接或通信电缆中可以有多个虚拟的X.25连接。LAPB还可以确保帧是按发送的顺序来接收的，接收时未受任何损害。,3.包协议层(分组层)第3层类似于OSI的网络层。该层处理信息顺序的交换，并确保虚拟连接的可靠性。它可在一个虚连接上同时转接多达4095个虚拟连接。第3层提供了以下基本服务：(1)在X.25网接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道(所谓“呼叫”是指一次通信过程)；(2)通过逻辑信道号(LCN)来区分同每个用户呼叫有关的分组；,(3)为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组的确认和流量控制过程；(4)提供交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)的连接；(5)提供建立和拆除交换虚电路连接的方法；(6)检测和恢复分组层的差错。,7.2.2 X.25网的设备 X.25网(如图7-3所示)通信主要使用下列设备来完成：(1)DTE：可以是终端，也可以是从PC到大型机等的各种类型的主机。(2)DCE：DCE是诸如X.25适配器、访问服务器或分组交换机等的网络设备，用来将DTE连接到X.25 网络上。,(3)包拆装器(Packet Assembler/Disassembler，PAD)：这是一种将分组打包为X.25格式并添加X.25地址信息的设备。当分组到达目标LAN时，可以删除X.25的格式信息。PAD中的软件可以将数据格式化并提供广泛的差错检验功能。,(4)分组交换机(Packet-Switching Exchange，PSE)：X.25 WAN网络中位于厂商站点的一种交换机。通过X.25的分组交换网把数据从一个DTE设备向另一个DTE设备传输。每个DTE都是通过PAD来连接在DCE上的。PAD具有多个端口，可以给每一个连接于其上的计算机系统建立不同的虚拟电路。DTE向PAD发送数据，PAD按X.25分组格式将数据格式化并编址，然后通过DCE管理的分组交换电路将其发送出去。DCE连接在分组交换机PSE上。,客户的DCE通过高速的电信线路如T-1或E-1线路连接在厂商PSE上。然后PSE将X.25格式的分组转发到X.25 WAN网络的另一个交换机或分组的目标网络上。,图7-3 X.25网络,在维护X.25网络时，有四个特别重要的协议。(1)X.3协议：该协议规定了PAD是如何转换要发送的X.25格式的分组，以及当分组到达其目标网络时，是如何将X.25信息删除掉的；(2)X.20协议：该协议定义了DTE和DCE之间的起始和终止传输；(3)X.28协议：该协议说明了DTE(或称终端)和PAD之间的接口；,(4)X.29协议：该协议说明了控制信息是如何在DTE和PAD之间发送的，以及控制信息发送的格式是怎样的。ITU-T定义了X.75协议，也称为网关协议，可以将X.25网络连接到其他分组交换网络上，如帧中继等。,7.2.3 虚电路业务 分组交换网向所有网上的客户提供网络的基本服务功能，也就是要求网络能在客户之间“透明地”传送信息。要想传送信息，就必须建立信息通路，在分组网上称这种通路为“虚电路”。虚电路有两种方式：交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)。,交换型虚电路(Switched Virtual Circuit，SVC)是通过动态的呼叫建立和呼叫清除过程所建立的虚电路。这种电路是逻辑的连接，只在数据传输期间存在。一旦传输结束，那么其他结点就可以使用这个信道了。使用这种方式通信的客户，一次完整的通信过程分为3个阶段：呼叫建立、数据传送和拆线。它适用于数据传送量小、随机性强的场合。,永久型虚电路(Permanent Virtual Circuit，PVC)是一种一直都保持的逻辑通信信道。在DTE接入X.25网中时，由协商指定的DTE之间不需要呼叫建立和拆除过程的虚电路。这种连接即使是数据传输结束了都会保持，如同租用专线一样，在两个客户之间建立固定的通路。它适合于两个用户的通信比较频繁、通信量较大的场合。交换型虚电路和永久型虚电路都是分组交换技术的典型例子。,在X.25网中，每一个虚电路是通过虚电路号来识别的。一个虚电路号由逻辑信道群号(15)和逻辑信道号(255)组成。而且，在虚电路两端的虚电路号是不相关的，由DCE把虚电路号映照到虚电路上去。用于虚呼叫的虚电路号范围和永久虚电路的虚电路号范围应在签订业务时与管理部门协商确定和分配。,7.2.4 X.25的帧结构X.25的帧结构如表7-1所示。,表7-1 X.25的帧结构,其中，标志是用来说明帧的起止界限；帧级别的控制和地址包含着第2层LAPB域；数据包含着第3层域；帧检测序列(FCS)用于CRC错误检测。LAPB域位于带LAPB的帧的第3层范围，含有帧的起始标志、帧控制和地址信息，以及由FCS和帧结束标志组成的LAPB注脚域。其中，LAPB控制部分说明了消息是命令还是响应，而且还包含着帧的顺序号；LAPB地址部分标识了帧的目标。X.25帧的数据部分内包含的第3层域由头和从网络发送过来的封装的分组组成，如图7-4所示。,图7-4 X.25分组头格式,其中，GFI为通用格式标识符，用于说明包的头是如何格式化的。它由分组头的第1个字节的第58位组成，包含了Q、D、SS字段，其中，Q位用来区分传输的分组包含的是用户数据还是控制信息，D位表示数据分组是由本地(DTE-DCE)还是由端到端(DTE-DCE)来确认，SS位用以指示数据分组的序号是用3位(即模8)还是7位(即模128)。逻辑信道群号和逻辑信道号(LCGN+LCN)共12位，用以区分DTE-DCE接口中许多不同的逻辑子信道。其中，LCGN占高4位，LCN占低8位，可提供4095个逻辑信道号。,分组类型标识符(PTI)用于区分各种不同的X.25分组类型。对于某些分组它也指出了分组的顺序编号(即发送顺序号和接收顺序号)，用这些编号可以在分组之间建立逻辑连接，通过对编号分组的确认，保证分组传输的正确性和实现分组层的流量控制。X.25分组类型有4种：(1)B呼叫建立分组：用于在两个DTE之间建立交换虚电路，这类分组包括呼叫请求分组、入呼叫分组、呼叫接收分组和呼叫连接分组。,(2)数据传输分组：用于在两个DTE之间实现数据传输。这类分组包括数据分组、流量控制分组、中断分组和在线登记分组。(3)恢复分组：实现分组层的差错恢复，包括复位分组、再启动分组和诊断分组。(4)呼叫拆除分组：在两个DTE之间断开虚电路，包括拆除请求分组、拆除指示分组和拆除证实分组。,7.2.5 呼叫建立和呼叫拆除 为了建立一条虚电路，必须进行X.25分组层的呼叫建立过程。首先，主叫DTE发送呼叫请求分组给本地DCE，由子网通过网络传送到远端DCE，最后由远端DCE将其转换为入呼叫分组，并发送给被叫DTE。被叫DTE通过发送呼叫接收分组表示同意建立虚电路，远端DCE接收到呼叫接收分组之后，通过网络规程传送到本地DCE，本地DCE发送呼叫连接分组到主叫DTE，表示网络已完成虚电路的建立过程。此后，两个DTE之间可以利用这条全双工虚电路交换数据。,主叫DTE可选择任意一个未用的虚电路号进行对话。如果目的DTE已用了该号与其他DTE通信，其目的DCE需用一未用的虚电路号替换它之后再递交给目的DTE。发出的呼叫由主叫DTE选择虚电路号，而进入的呼叫由DCE选择虚电路号，有时呼叫请求分组和入呼叫分组可能选择同一虚电路号，称为呼叫冲突。为了防止冲突，选择虚电路号时分别从高端和低端进行选择，同时规定在发生呼叫冲突时，发出的呼叫有效，而入呼叫无效。,在虚电路任何一端的DTE都能够呼叫拆除，而且呼叫也可以由网络拆除。呼叫拆除规程将导致与该呼叫有关的所有网络信息被清除，所有网络资源被释放。主叫DTE发送拆除请求分组，并通过网络到达远端DCE，远端DCE发送拆除指示分组到被叫DTE，被叫DTE用拆除证实分组予以响应，并传到本地DCE，本地DCE再发送拆除证实分组到主叫DTE，完成呼叫拆除规程。,7.2.6 数据传输 在主叫DTE和被叫DTE之间完成了虚电路的建立之后，就开始了数据传输阶段。在每一条交换式虚电路或永久虚电路上，正常的网络操作应保证DTE之间的数据分组和中断分组中的所有用户全透明地通过网络。在两个DTE之间交换的分组包括数据分组、流量控制分组(RR、RNR、REJ)和中断分组。,数据分组中包括了分组发送顺序号P(S)、分组接收顺序号P(R)以及Q比特、D比特、M比特等。其中M称为后续比特，M=0表示该数据分组是一份用户报文的最后一个分组；M=1表示该数据分组之后还有属于同一份报文的数据分组。M比特为DTE装配报文提供了方便，一个长的报文常常要被分成若干个分组进行传送。,中断分组是由DTE使用的一个特殊信号，中断分组中包含了一个字节的用户数据。由于该分组没有顺序编号，不受流量控制机制的影响，它不经过分组层的顺序号检查，在分组交换网的各个交换机中直接进入数据分组序列的最前面，从而能快速通过网络，到达被叫DTE。被叫DTE通过发送中断证实分组到主叫DTE来作出响应。中断分组是非常有用的，即使在被叫DTE已经通过发送RNR分组暂停接收，或者分层窗口已经关闭的情况下，它也能通过网络到达被叫DTE。,7.2.7 流量和差错控制 在DTE-DCE接口上的每个逻辑信道上，每个方向都用一个滑动窗口机制来限制DTE向网络连续发送分组的数目，这种机制与链路访问层的原理一样。如果采用模8编号方法，则窗口最大为7。数据分组中的分组发送序号P(S)由发送端DTE指定，作为当前分组在窗口中的位置。DCE可以用数据分组、接收准备好分组RR、接收未准备好分组RNR中的分组接收序号P(R)来确认分组，使发送端DTE相应地滑动窗口。,数据分组的确认根据发出地数据分组中的D位不同而具有不同的含义。如果D=0，数据的发送与确认及流量控制是在DTE与网络之间实施的，实际的确认可以是由本地DCE也可能是由远地DCE产生的；如果D=1，由于DTE之间进行端到端流量控制，实际确认由远地DTE产生。X.25的差错控制是回退N(go-back-N)的ARQ协议，使用拒绝分组REJ来发送拒绝确认，它将重传由REJ分组指出的数据分组(包括该分组)后的所有数据分组。,与电路交换相比，X.25分组交换体系结构具有以下优缺点：数据分组通过网络的路由是根据这个分组头中的目的地址进行选择的，用户可以与多个不同的地点进行连接，而不像电路交换的网络那样在任何两点之间仅仅存在一条专用线路。但是分组交换会产生延迟，尤其是网络负载较重时。虽然许多网络能够通过选择路由来避开拥挤的电路，但随着访问网络的人数增多，网络通信量激增，延迟会增加，会降低网络性能。与此相反，电路交换的网络在两个站点之间提供一个固定的带宽，它不能适应超过这个带宽的传输的要求。,X.25网易于建立，适用于远程终端或计算机访问以及传输通信量不高的情况。同时，X.25网还是电话系统网络中在不可靠的区域建立可靠网络链路的惟一途径。X.25网开销较大，在一个分组的传输路径上的每个结点都必须完整地接收一个分组，并且在发送之前还必须完成差错检查。在通信线路质量高的情况下，可以减少这些开销，帧中继交换就是这种改进的方案。帧中继结点只是简单地查看分组头中的目的地址信息，并立即转发该分组。在有些情况下，甚至在它完整接收一个分组之前就开始转发。帧中继不需要在每个中间结点中用于处理流控、差错检测的状态表，而是由端结点对丢失的帧进行检查，并请求重发。,7.3 帧 中 继,帧中继是一种只是简单地提供面向连接的、将数据从甲地传递至乙地的、廉价的、中速的公共网(如图7-5所示)。这种网的产生是由于近20年技术的变化和发展。20年前，采用电话线的通信是低速的、模拟的、不可靠的，而计算机本身性能较差，且造价高。这样就需要复杂的协议来屏蔽差错，而用户计算机要具有这种功能，其成本又太高。,现今租用的电话线可以是高速的、数字的、可靠的，而计算机的性能有很大的提高，价格又便宜。这样只要简单的通信协议，且大部分处理可由用户计算机自行处理，不需要网络来处理。,图7-5 帧中继WAN,帧中继技术是由X.25分组交换技术演进而来的，由于光纤通信的误码率低，为了提高网络速率，省去了很多在X.25分组交换中的纠错功能，使帧中继的性能优于X.25分组交换的性能。帧中继的ITU-T标准于1984年提出，以满足高容量、高带宽的WAN提出的要求。其他附加的标准于1990年、1992年及1993年通过，以适应帧中继的发展需要。起初，帧中继的最常见的实施速度为56 kb/s和2 Mb/s。,7.3.1 帧中继与X.25的比较 传统的分组交换网络使用X.25协议，它不仅定义了用户与网络之间的接口，而且也影响了网络内部的设计。X.25网络的关键技术如下：(1)呼叫控制分组，用来建立和清除虚电路连接，它与数据在一条信道上传输；(2)在网络第三层中采用了多路复用技术；(3)网络第二层和第三层都实施了流量控制和差错控制。,实现X.25协议的开销较大。它既考虑了通信的源结点和目的结点之间一个分组的传输及其确认分组传回，又考虑了在连接虚电路的每一个中间结点，数据链路控制协议将与其相邻结点进行数据传输和确认，同时将进行流量控制和差错控制处理。这些开销在网络连接有较大可能性出现差错时是必要的，但这不是现代数据通信网络合适的传输方法，现代的信息网络是建立在高质量、高可靠性的网络连接介质上的(如光纤)。在这些介质上，可以达到较高的传输速率和较低的误码率，在这种网络环境下，X.25网的数据传输方法会降低网络传输的效率。,帧中继技术的设计是为了尽量减少X.25协议中用户端和网络内部的开销，它与X.25的区别是：(1)呼叫控制分组和用户分组采用不同的信道传输。这样，中间结点就无需维护有关呼叫控制的状态信息。(2)逻辑连接的多路复用和交换将在网络第二层，而不是在第三层实现。减少了一层网络处理环节。(3)中间结点间的数据传输没有流量控制和差错控制，端到端(传输的源结点和目的结点)的流量控制和差错控制将在高层协议中实现。,与X.25技术相比，帧中继技术的最大不足是放弃了连接的流量控制和差错控制。帧中继技术的优点是它简化了传输的操作过程。用户与网络接口的操作和内部网络的操作都有不同程度的简化。这样，我们可以在帧中继网络中得到低延迟、高传输速率的性能。,7.3.2 帧中继分层通信 从网络的体系结构上看，帧中继和X.25之间的一个区别在于帧中继只使用两个通信层：物理层和帧模式承载服务链接访问协议(LAPF)层。这些层分别对应于OSI模型中的物理层和数据链路层(如图7-6所示)。,图7-6 帧中继通信分层和OSI模型分层比较,物理层由接口构成，这些在X.25中使用的接口(例如EIA-232-C/D类型的接口可以连接到帧中继网络)和在电路上进行通信的电信线路(例如，T载波线路上的接口)有些类似。第二层LAPF是为快速通信服务而设计的，它没有X.25的开销。但是它包含一个可选的子层，在需要高可靠性的情形可以使用该子层。,所有的帧中继通信都实现了LAPF核心协议，该协议处理的是基本的通信服务。LAPF核心协议执行的任务有帧的格式化和交换，对帧进行度量确保其长度在允许的长度范围之内，检查传输中的差错和线路的拥塞状态。帧中继通信可以有选择地使用LAPF控制协议，在每个虚拟连接上进行流控制。LAPF控制协议是从接收结点进行管理的。,7.3.3 交换与虚拟连接 帧中继在一条电缆介质上使用了多个虚拟连接(虚电路)。每个虚电路在两个通信的结点之间提供一个数据路径。和X.25中的通信一样，虚电路是逻辑连接而不是物理连接。在帧中继中存在两个类型的虚电路：永久性虚电路和交换式虚电路。,永久性虚电路是在1984年作为最初的帧中继标准的一部分而提出来的。帧中继的永久性虚电路是两个结点之间的一条持续可用的通路。该通路被分配了一个连接ID，在该通路上发送的每一个分组都必须使用这个ID。一旦连接被定义之后，它将一直保持开通状态。所以，通信可以在任何时间进行。信号的传输是在物理层进行的，虚电路是LAPF层的一部分。在一条单一的电缆上，可以同时支持多个虚电路，这些虚电路可以到达不同的目的地。,交换式虚电路传输在1993年成为帧中继标准的一部分，这种虚电路需要一个建立传输连接的会话过程。一旦通信结束，呼叫控制信号将对每个结点发出一个命令，要求断开连接。交换式虚电路是为了让网络或者T载波提供商可以确定数据吞吐率而设计的。它可以根据应用的需求和当前的网络流量状况来进行调整。在一条点到点的电缆上，可以支持多个交换式虚电路。在帧中继中，交换式虚电路是一种比永久性虚电路新的技术。,7.3.4 帧格式 帧中继的帧格式和X.25相似，但是没有帧级别的控制域，其帧格式如图7-7所示。它由以下部分构成：(1)标志：帧的开头和结尾，必须包含至少一个7EH分隔符。这个比特序列使得接收方能够与帧的开始、结束保持同步。,(2)地址：地址域可以为2、3或4字节。常用的为2字节。在2字节的地址域中包含以下子域：DLCI：10比特长，包含了标志虚链路的DLCI值。如典型的帧头为两字节的帧，这个域可以在01023间取值。一些DLCI值如0、1023是为帧中继管理保留的，用户的DLCI值在16991之间。CR：命令响应位，在一般的帧中继中并不使用。EA：地址扩展位，用来指示报头是2字节还是3字节、4字节的，在报头的最后一字节中将其置为1。,FECN：向前阻塞标志位，它用来告诉接收帧中继帧的用户方在发送方向上发生了帧阻塞。后面将详细讨论FECN。BECN：是向后直接阻塞标志位。它用来告诉接收方在帧发送相反的方向上出现了直接阻塞。后面将详细讨论BECN。DE：可丢弃位。这一位可由帧中继DTE设备(如路由器)或帧中继交换网络来设置。当帧中继网络拥塞时，具有DE位的帧置位，表示该帧可以丢弃，DE标志帧是否被丢弃就看帧中继网络是怎么规定的了。,图7-7 帧中继的帧格式,(3)用户数据：包含用户的真正有效数据。(4)帧校验序列(FCS)：这是一个两字节长的循环冗余检测，它是根据整个帧中除标志位及FCS以外的数据计算出来的。帧中继网络会丢弃FCS有错的帧。FCS只能检测出帧长小于等于4 K字节的帧错误。对于更大的帧，用提供的2字节CRC校验可能检测不出它们的错误。,值得注意的是，帧也是一个分组。但是，与上述的分组 是有区别的。其一，后者是一个与硬件结构无关的逻辑概念，它用于表示网络体系结构中网络层所定义的分组。而帧是指在一个具体网络上所传输的数据最小单元。从这个意义上讲，帧概念只能用于表示网络体系结构中数据链路层所定义的分组，因为只有这个层次的分组才是网络上所传输的数据最小单元。其二，按协议每个帧除了包含数据外，还必须指明发送端地址和接收端地址，但它所指示的地址是各端点的物理地址，而分组则指示端点的逻辑地址。,7.3.5 帧中继的拥塞控制 使帧中继成为高效协议的另一个原因就是它简单的拥塞控制。在帧中继的帧地址域里有3位是用来进行拥塞控制的，它们是BECN、FECN和DE。图7-8给出了在帧中继帧内BECN和FECN是如何置位的。,假设在A和B之间有一条PVC，并设这条链路从A到B不拥塞，而从B到A正处于拥塞状态。帧中继网络将把那些从B发到A的帧的FECN位置为1，把从A发到B去的帧的BECN位置为1。路由器接到这些BECN和FECN置位的帧后，不一定要对网络中出现的拥塞作出反应，许多用户终端设备也没有能力作出反应。这个重要特点是缺省的：它使路由器动态地减少每条PVC上流出的数据量，当BECN值为1的帧停止进入路由器时，数据的输出率又一次增加了。,图7-8 帧中继拥塞示例,7.4 ISDN,目前的通信网络以专用目的为特征，如电话网、闭路电视网、电路交换网等。即对每一种业务，都必须存在一种相应的网络进行信息传输。其中电话网是最普及和完善的网络。鉴于电话网不能有效地支持非话音业务，因而产生了一些专用的数据网，其中Internet就是目前世界上最大的数据网。,由于网络的专门化，使网络在不同业务的兼容性、灵活性和资源利用率等方面存在严重的缺陷。因此，建立一个与业务无关的，可以支持各种业务的数据网是非常重要的，对该网络的要求是它应能传输所有的业务，并在不同业务之间灵活分配网络资源。这种网络就是综合业务数字网ISDN。,ISDN是在20世纪80年代由CCITT引入的，用以提供语音、数据、图形和视频数字服务，在1984和1988年由ITU-T进行了标准化。这些标准表示的是窄带ISDN(N-ISDN)。引入该技术，是对在电信的WAN上通常使用的9.6 kb/s标准的一大改进。ISDN是基于数字的电信标准，当前的实际限制为1.536 Mb/s，而理论上的传输速率上限为622 Mb/s。ISDN具有广泛的应用，其中有LAN-to-LAN连接；家庭办公室和远程计算；商业计算机系统的离线备份和灾难恢复；传输大的图像和数据文件；LAN-to-LAN视频和多介质应用。,7.4.1 数字通信服务 ISDN的体系结构主要是用户设备和ISDN交换系统之间的接口。一个重要的概念是数字位管道，即在用户设备和传输设备之间通过数据流的管道。不管这些数据流来自数字电话、数字终端，还是其他设备，这些数据流都可以双向通过管道。,数字位管道使用位流的时分复用来支持多个独立的通道。在数字位管道的接口规范中定义了位流的确切格式以及位流复用的方式。目前已定义了两种位管道的标准。这两种数字位管道接口都能同时提供声音和数据服务，能在同一传输通道上进行线路交换和分组交换。接口也能以不同的数据速率和专业网相连。这两种数字位管道标准接口称为基本速率接口(BRI)和主要速率接口(PRI)。,BRI的数据传输速率为144 kb/s。BRI接口由三个信道构成：两个64 kb/s的B信道用于传输数据、语音和图形，一个16 kb/s的D信道用于传输通信信令、包交换和信用卡验证。在ISDN中，D信道的主要功能是建立呼叫和撤消呼叫，开始和终止一次通信会话。BRI主要用于LAN到LAN的连接、视频会议、到ISP的Internet连接和对远程计算机和家庭办公室的高速连接。,基于BRI的ISDN使用双绞电话线延伸到用户的居住区，连接到一个终端适配器(TA)上，终端适配器应该包含一个网络终端1(NT1)的网络端接设备，NT1是一个用于DCE设备的术语，该设备连接的是数字的电信线路。,PRI支持更快的数据传输速率，其交换带宽的总和为1.536 Mb/s。在美国和日本，PRI由23个64 kb/s的信道和一个传输信令进行包交换的64 kb/s的信道组成。在欧洲，基于PRI的ISDN由32个64 kb/s的信道和一个传输信令进行包交换的64 kb/s的信道组成。PRI可以用于LAN-to-LAN连接、ISP站点、视频会议或者在公司的站点上支持使用ISDN的远程计算机。,PRI通过多路复用器或者PBX连接到用户的居住区，整个24个信道的总和称为一个干线。当基于PRI的ISDN用来提供LAN到LAN的连接或者用于ISP站点的时候，通常会使用多路复用器(如图7-9所示)。随着高速网络的发展，宽带ISDN(B-ISDN)才能取得进展，B-ISDN的传输速率可达155 Mb/s到1 Gb/s以上。,图7-9 连接到ISDN PRI,7.4.2 ISDN和OSI分层通信 ISDN的分层通信和OSI模型的物理层、数据链路层、网络层和传输层一一对应(见图7-10)。ISDN的第1层提供信号传输和竞争检测。因为有可能两个结点同时发送数据，所以，需要使用一个回波位来检测冲突，建立传输优先级。第1层赋予信令信息最高的优先权。如果在电话传输和数据传输之间产生了冲突，则电话传输将具有较高的优先权。ISDN的第2层管理控制信令和最大限度地为高度可靠的通信检测出通信中出现的差错。ISDN的第3层处理的是呼叫的建立和拆除以及通过电路交换和包交换连接建立通路。ISDN的第4层确保连接通路建立之后的可靠性。,图7-10 ISDN通信层和OSI模型的比较,7.4.3 帧格式 ISDN使用的帧格式叫做D信道链路语句规程(LAPD)，其格式和X.25的LAPB格式相似(如表7-2所示)。,表7-2 ISDN的帧的格式,其中，标志字段用于标识帧的起止界限；地址字段用于指示端结点或者结点的地址，因为一个帧可能是发送给多个结点的；控制字段包含传输的控制信息，其中包括使用电路的标志和发送帧的类型；数据字段包含在ISDN中传输的包头和负载数据；FCS用于提供差错检验。,7.4.4 ISDN设备 ISDN和非ISDN设备通过网络终端适配器(NTA)连接到ISDN WAN上。NTA的原理和NIC相似，可以将ISDN终端设备(TE)，例如访问服务器和终端适配器(TA)连接到ISDN WAN之上。NTA的接口类型有三种：U接口、R接口和S/T接口，其中，U接口在双绞线电缆上提供全双工的通信，用于一个单独连接的设备；R接口用于连接非ISDN的电话，向电话提供受限的ISDN服务；S/T接口可以将发送和接收信号分流到不同的电线对上，提供完全的ISDN服务，通常用于将计算机设备和电话连接到WAN上。,图7-11显示了连接客户站点到电话运营商中央办公室的ISDN服务的各种功能设备，以及将它们连接到网络服务的ITU-TSS定义的接口。符合ITU-TSS定义接口的设备保证与ISDN和从客户场所连到ISDN的各种功能设备间的兼容性。终端设备(TE)由利用ISDN传输信息的设备组成，如计算机、电话传真机或电视会议机等。有两类终端设备：带内部ISDN接口的设备，称为TE1；无内部ISDN接口的设备，称为TE2。,图7-11 ISDN各参考点,7.5 DSL,数字用户线路DSL 是一种通过在现有的电信网络使用高级调制技术而在用户和电话公司(例如RBOC)之间形成高速网络连接的技术。DSL支持数据、语音和视频通信，包括多介质应用。最初，DSL主要面向的是远程计算机用户和小的公司。现在，中等规模和大的公司和企业渐渐开始使用DSL作为他们连接到电话公司时“最后一千米接入”所使用的技术，通常用于以下情况：,(1)远程计算中的住宅区线路。(2)Internet访问，尤其适合于文件的上载和下载。(3)通过网络访问多介质，包括最新的音乐和电影。(4)从一处向别处快速传输一个大的文件，例如一幅地图。(5)进行交互式的课程教学或者研讨会。(6)在地理位置上分散的用户之间实现分布式的客户机/服务器应用。,7.5.1 DSL基础 DSL是一种数字技术，工作在铜线之上，而这些铜线已经为提供电话服务而延伸到了各个居民区和商业区。为了使用DSL，必须在诸如计算机、访问服务器、集线器之类的设备上安装一块DSL网络适配器，然后使用这些设备连接到DSL网络上(见图7-12)。该适配器在外观上和调制解调器很相似，但是它完全是数字的，也就是说它没有把DTE(计算机网络设备)的数字信号转换为模拟信号，而是直接在电话线上发送数字信号。,两对线被连接在适配器上，然后再引出来接到电线杆上。在铜线上的通信是单一的，这就意味着一对线用于向外发送，另外一对线用于数据的接收，这样便形成了到电话公司的上行线路和到用户的下行线路。上行传输的最大速率可以高达2.3 Mb/s，而下行通信可以高达60 Mb/s。同样，在不使用中继器的情况下，用户到电话公司的最大距离可以达到5.5 km(3.4英里，和ISDN十分相似)。,图7-12 通过计算机上的DSL适配器进行连接,7.5.2 DSL服务类型 DSL有5种服务类型：不对称数字用户线路(ADSL)；自适应速率不对称数字用户线路(RADSL)；高比特速率数字用户线路(HDSL)；超高比特速率用户数字线路(VDSL)；对称数字用户线路(SDSL)。1.ADSL 当前ADSL已经成为最为常见的一种DSL版本。除了可以用于传统的数据和多介质应用之外，ADSL还非常适合于交互式多介质和远程教学。,1)ADSL标准 ADSL有CAP和DMT两种标准，CAP由AT&T Paradyne设计，而DMT由Amati通信公司发明，其区别在于发送数据的方式。ANSI标准T1.413是基于DMT的，DMT已经成为国际标准，而CAP则大有没落之势。CAP(Carrierless Amplitude/Phase Modulation)无载波振幅调制。CAP是AT&T Paradyne的专有调制方式，结合幅度和相位调制，数据被调制到单一载体信道，然后沿电话线发送。信号在发送前被压缩，在接收端重组。可以达到1.544 Mb/s的信号速率，和有线电视使用的技术相同。,DMT(Discrete Multi-Tone)分立多音频技术。由ANSI支持的DMT是一种较新的技术，该技术将整个带宽隔离成了256个4 kHz的信道。将传输的数据进行分段，每一段分配一个惟一的数据ID，然后再通过256个信道进行传输。在接收端，根据数据ID可以完成数据的重组。DMT使用了我们熟悉的机制来创建调制解调器间的连接。根据线路的噪音和衰减，两个调制解调器可能成功地以最高速率连接或逐步降低速率，直到双方都满意。,2)实现原理 ADSL用其特有的调制解调硬件来连接现有双绞线连接的各端，它创建具有三个信道的管道(见图7-13)。该管道具有一个高速下传信道(到用户端)，一个中速双工信道和一个POTS信道(4 kHz)，POTS信道用以保证即使ADSL连接失败了，语音通信仍能正常运转。高速和中速信道均可以复用以创建多个低速通道。表7-3给出了一个ADSL速率的参考值，此值仅供简单的参考，实际线速要受物理线缆长度、尺寸和干扰等因素的影响。,图7-13 ADSL线路示意图,表7-3 ADSL速率,在过去数年中，电话系统的硬件技术有了很大进步，然而ADSL使用了非常简单的方法来获取惊人的速率：压缩。它使用很先进的DSP和算法在电话线(双绞线)中压缩尽可能多的信息。ADSL用频分复用(FDM)或回馈抑制(Echo Cancellation)在电话线中创建多个信道。FDM使用一条下传数据管道和一条上传数据管道，并用时分复用(TDM)将下传管道分割，上传管道也被分成多个低速信道。回馈抑制将下传管道和上传管道重叠，并用本地回馈抑制(如V.34规范)将二者区分。回馈抑制虽然更加有效，但增加了复杂性和成本。,ADSL复用下传信道，双工化，将信道分块，给每块加上错误码，然后发送数据，接收端根据误码和块长纠错。测试表明ADSL调制解调器的纠错足以应付MPEG2和多种其他的数字视频方案。,2.RADSL RADSL最初是为视频点播传输而开发的，它应用了ADSL技术，但是可以根据传输的数据是数据、多介质还是语音提供可变的传输速率。建立传输速率的方式有两种，一种是电话公司根据对线路使用的估计，为每一个用户线路设置一个特殊的速率。另外一种是电话公司根据线路上的实际需求自动地调整传输速率。RADSL对用户十分有利，因为他们只需为需要的带宽付费，电话公司可以将没有使用的带宽分配给其他用户。,RADSL的另外的一个优点是当带宽没有被全部使用时，线路的长度可以很长，因此可以满足那些距电话公司5.5 km之外的用户。下行传输速率可以达到7 Mb/s，而上行传输速率可以达到1 Mb/s。,3.VDSL VDSL的目标是成为使用铜线或者光纤电缆的连网技术的一种替代方案。VDSL的下行速率可以达到5155 Mb/s，而上行速率可以达到1.62.3 Mb/s。尽管它提供了较大的带宽，但是覆盖的范围较小，只有3001800 m(9805900英尺)，这就限制了VDSL在WAN领域的应用。VDSL的工作方式和RADSL相似，也可以根据需求自动地分配带宽，同时它和DMT及ADSL也有些类似，因为它可以在双绞线上创建多个信道，在传输数据的同时也可以进行语音传输。,4.HDSL HDSL最初的设计是在两对电话线上进行全双工的通信，发送和接收的速率最高为1.544 Mb/s，传输距离最大为3.6 km(2.25英里)。现在已经有了HDSL的另外一种实现，这种实现只利用两对电话线之中的一对，但是也可以进行全双工通信，传输速率为768 kb/s。HDSL存在一个限制，它不像ADSL和RADSL那样可以支持语音传输。但是，HDSL最有望成为T-1服务的取代者，因为它可以使用现有的电话线，而实现起来的花费比T-1要小，所以它对于需要进行LAN连接的公司尤为有用。,5.SDSL 这是HDSL的单线版本，它可以提供双向高速可变比特率连接，速率范围为160 kb/s2.084 Mb/s。利用单对双绞线，支持多种速率到T1/E1，用户可根据数据流量，选择最经济合适的速率，最高可达E1速率，比用HDSL节省一对铜线。在0.4 mm双绞线上的最大传输距离为3 km以上。,7.6 SONET,SONET(同步光纤网)：一种光纤技术，其数据传输速率可以高达1 Gb/s以上。SONET增长得很快，越来越多的电话公司都将它纳入了服务范围。该标准是由Bellcore和电信工业解决方案联盟(ATIS)开发的，在1984年被提交给ANSI，成为一个开放的、灵活的和廉价的光纤传输标准。在1986年，ITU-T开始开发类SONET的传输和速度建议，但是最终形成的标准却叫做同步数字序列(SDH)，该标准主要在欧洲使用。,现在，SONET的数据传输速率已经可以高达2.