《广域网技术》课件.ppt

第5章 计算机广域网技术,本章内容WAN的特征及组成常见的WAN技术：PSTN、xDSL、ISDN、Cable ModemX.25、DDN、FR、ATM各种广域网技术的特点、提供的服务、优缺点和适用场合,5.1 WAN概述,WAN的特点：范围广：地区、国家、洲际、全球建立在电信网络的基础上应用环境复杂：线路、技术、协议、设备介质：双绞线、同轴、光纤、地面微波、卫星传输速率：主干网高，但接入速率低误码率高：复杂的错误控制技术拓扑结构：点到点连接构成的网状结构公共服务：电信服务商优点：资源利用率高、用户建网成本低缺点：用户必须依赖电信部门,广域网的拓扑结构,主要的广域网技术,X.25：公共分组交换网使用X.25协议进行分组交换的数据通信技术Frame Relay：帧中继一种高速的在链路层进行分组交换的技术ISDN：综合业务数据网一种可以在电话线路上同时提供音频、视频和数据服务的数字网络DDN：数字数据网一种利用数字信道提供半永久性连接电路的数字网络xDSL：数字用户线一种利用电话线路进行数字传输的高速接入技术ATM：异步传输模式一种基于异步时分多路复用的、采用信元交换代替分组交换的技术,广域网的协议层次,涉及到OSI/RM的最低三层：物理层：PSTN、DDN、xDSL、SONET数据链路层：ISDN、FR、ATM网络层：X.25,5.2 公共传输系统,广域网的基础电信网络提供公共传输平台物理线路、技术支持、网络服务(音频、视频、数据)模拟通信（仅本地环路）、数字通信,1.电话系统（公共交换电话网（PSTN）,是一种分布最广泛、最容易获得的服务除本地环路外，基本实现了数字传输三个部分：接入网（本地环路、用户环路）提供用户接入交换局：端局(CO)，汇接局、长途局提供交换连接传输网（干线、中继线）交换局间的连接线路,特点：电路交换，有拨号连接过程，连接后独占信道既可传输模拟信息，也可传输数字信息用户环路为模拟传输数据通信时需要使用MODEM收发双方传输速率必须相同，最高为56kb/s无差错控制能力,电话网中的核心技术PCM编码每路语音信号被转换成64kb/s的PCM编码数字信号在端局转换时分多路复用技术多路PCM信号复合成更高速率的信号E1E5（DS1DS5）电话网也可以用于计算机通信通过拨号连接可以实现不超过64kb/s的传输速率由于模拟传输技术的限制，实际传输速率56kb/s通过ISDN、xDSL可以实现更高速率的通信ISDN:128kb/s，xDSL:512kb/s55Mb/s,SONET的优点非专利标准，很多供应商均提供兼容设备ATM交换机、ISDN交换机、路由器远距离的超高速通信SONET应用领域在相距很远的网络之间提供超高速连接远程教学高质量的音频和视频传输远距离的视频会议、远程医学诊断复杂图形的高速传输高分辨率卫星照片,2.SONET/SDH光传输网络,SONET(Synchronous Optical Network)同步光纤网STS-1 同步传送信号（电信号）OC-1 光载波（光信号）基本速率为51.84Mb/s 810路电话SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字体系 STM-1 第一级同步传送模式 基本速率155.52Mb/s,SONET的优点非专利标准，很多供应商均提供兼容设备ATM交换机、ISDN交换机、路由器远距离的超高速通信SONET应用领域在相距很远的网络之间提供超高速连接远程教学高质量的音频和视频传输远距离的视频会议、远程医学诊断复杂图形的高速传输高分辨率卫星照片,3.因特网接入技术通过PSTN接入因特网用户需要“猫”和拨号软件，拨通后即可启动IE上网连接方式,用电话拨号上网的优缺点电话线路非常容易获得对于移动人群特别重要设备简单（Modem），大多数计算机中已集成笔记本电脑和品牌电脑的标准配置成本低设备便宜、通信费用低速度慢，不超过56kb/s需要有连接过程,xDSL（数字用户线）,DSL是在普通电话线上实现数字传输的技术。DSL属于接入网技术“最后一公里”；开发目的：宽带接入：满足视频、音频、多媒体、互联网等需要高带宽的应用；利用现有的、广泛应用的电话铜线，而不是重新布线。关键：提高电话线路的传输带宽！方案：利用4kHz以上语音通信未使用的频带DSL的主要应用：网吧、住宅小区的用户接入互联网WWW，文件/电影/音乐下载,DSL包括以下几种技术：ADSL 非对称数字用户线（我国使用最广泛）RADSL 速率自适应非对称数字用户线HDSL 高比特率数字用户线VDSL 甚高比特率数字用户线SDSL 单线对HDSL数字用户线（HDSL2）,DSL的调制方式2B1Q（脉冲幅度调制PAM的一种）用4电平脉冲信号表示2个二进制位；码间干扰大，需要使用自适应均衡器和回波抵消器；信号频谱延伸到4kHz以下，无法与语音通信并存。CAP（无载波幅度相位调制）属于正交幅度调制QAM，幅度调制和相位调制的结合；编码效率高，每个传输符号可携带29位信息；可以与语音通信并存。DMT（离散多音频调制）把数据调制到多个子载波上：先把数据分配到256个宽度为4.3125kHz的信道，每个信道再采用QAM调制；理论上，DMT的数据速率可达25632kb/s8192kb/s可做到信息量的自适应分配，抗噪声性能非常好；根据信道特性和噪声频谱动态调整分配给每个信道的比特数频谱利用率高，在1MHz的带宽上实现了8Mb/s的传输速率；规定为ADSL的标准调制方式（ITU-T G.922）。,ADSL（非对称数字用户线）,宽带接入技术，我国使用最广泛两种标准：G.992.1（G.dmt），G.992.2（G.lite）上下行非对称：用户交换机（上行）：G.dmt：640kb/s，G.lite：512kb/s交换机用户（下行）：G.dmt：6.144Mb/s（最高8Mb/s），G.lite：1.5Mb/s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,ADSL的特点上行速率与下行速率不相同与因特网访问特点相适应下载数据量远大于上传数据量：FTP、WWW、视频点播低的上行速率使近端串扰NEXT较低可以简化用户端设备的设计成本降低仅使用一对铜线，可直接利用原有的电话线；语音和数据同时传输，互不干扰：频分复用：语音：04kHz，数据：30kHz1.1MHz；用户端和局端都需要安装话音/数据分离器。上网时不用拨号，永远在线（打电话仍需拨号）。,ADSL的频谱分配,铜质双绞线在4km的距离内带宽可达1.1MHz,ADSL系统构成,两部分组成：用户端设备和局端设备用户端设备包括：ATU-R(ADSL Transmission Unit)也称为ADSL Modem、ADSL路由器、宽带路由器DMT调制与解调，数据转发，路由分离器分离语音信号和数据信号局端设备包括：DSL接入复用器(DSL Access Multiplexer，DSLAM)ADSL接入和复用分离器/ATU-C机架局端分离器和ADSL Modem组合机柜,ADSL系统构成,ADSL应用方式,PPPoE（PPP over Ethernet）以太网的HUB或交换机用双绞线连接到ATU-R单机使用时，则用双绞线把网卡与ATU-R相连多个用户可共享一条ADSL线路加载PPPoE协议栈，使PPP协议工作在以太网上,其它宽带接入方式,HFC（光纤同轴混合网络）利用有线电视网CATV访问因特网的技术网络结构图见p181，树形总线结构技术特点：主干：光纤，用户：同轴电缆频分复用，上下行占用不同频带用户端设备：线缆调制解调器（Cable Modem）每个光纤节点为一个共享域，多个用户共享带宽（10-30Mb/s）难点：需要对CATV进行双向化改造成本、产业政策替代方案：上行采用电话拨号线路，以降低成本,光纤接入FTTxx=H(ome)、B(uilding)、Z(one)、C(urb)FTTH性能最佳，但成本太高，只能作为远期目标；中期目标可以实现FTTB、FTTZ、FTTC。网络结构图见p183：树形结构，无源光纤网络目前较佳的方案是FTTx与其它铜线或无线技术相结合的方式：FTTxLAN、FTTxxDSL、FTTxWLAN、优缺点：数据速率高，上行可达155Mb/s，下行可达622Mb/s建设成本高，光纤到户困难很大,5.3 广域网的通信服务类型,电路交换PSTN、ISDN：低速，不超过144kb/s主要用于：家庭上网、移动/远程用户连接企业LAN、高速线路的备份等优点：实时性好分组交换X.25：可靠性高、速度慢（64kb/s）适用于一般的数据通信帧中继：速度快（2Mb/s以上）适用于企业用户，如远程局域网互联、多媒体通信优点：灵活性好租用专线模拟专线：永久性地租用电话线路数字专线：租用电信网络的子信道，如DDN带宽：N64kb/s（1N 30），为部分或全部E1带宽昂贵，只适用于企业用户,5.4 广域网的链路层协议,1.HDLC（高级数据链路控制协议）历史SDLC，IBM，SNA的数据链路层协议，1974HDLC，ISO，数据链路层协议的国际标准LAP，CCITT（ITU-T），X.25的数据链路层协议LAPB，ITU-T，最新版本的国际标准面向位的链路层协议HDLC链路的两种基本配置：非平衡型：主站/从站（点到点链路或多点链路）平衡型：复合站（点到点链路）,点到点链路多点链路,控制链路的工作：如初始化、建立、拆除、差错恢复等,只有当主站轮询到自己时才能被动地对主站进行响应,站点的三种工作模式：正常响应模式（NRM）主站控制通信，从站只有在主站允许时才能发送数据。用于非平衡配置中。异步响应模式（ARM）从站可以不经过主站的允许就发送数据，但不能发送命令。建立、维护和拆除连接仍由主站负责。用于非平衡配置中。异步平衡模式（ABM）每个站都能发送命令或数据。每个站都可以建立、维护和拆除连接。用于平衡配置中。,HDLC的帧格式,标志：帧的开始和结束（01111110B，7EH）为防止标志之间出现同样的位模式，需要使用“位填充法”。即发送方每碰到5个连续1，就要填充一个0。接收方需做删0操作（5个连续1后面的0要删除）。连续发送多个帧时，前一帧的结束标志可以作为下一帧的起始标志。无信息发送时，可以连续发送标志，使接收端与发送端保持同步。,地址：寻址目的设备,控制：帧类型和链路控制,帧校验：用于错误检测 校验区间为：地址、控制和数据。,HDLC帧的控制字段控制字段中第1、2位决定了帧的类型：,N(S)：本帧的序号。N(R)：所期望的下一帧的序号（隐含表示N(R)-1以前的帧已正确接收）。,P/F：对主站为轮询位。主站想了解从站的情况时，就发送P/F=1的帧；对次站为终结位。次站发出的最后一个信息帧的P/F应为1，表示数 据已发送完。,S：共2位，用于数据传输过程管理。,M：共5位，用于链路控制和管理。,N(S)和N(R)均以8为模，轮流使用0-7这8个编号,S字段的定义S=00，接收就绪（RR帧）确认N(R)-1及以前的帧，请求序号为N(R)的帧。S=01，拒绝（REJ帧）请求重发N(R)开始的以后各帧(Go_Back_N ARQ)。S=11，选择拒绝（SREJ帧）请求重发序号为N(R)的帧(选择重传ARQ)。S=10，接收未就绪（RNR帧）确认N(R)-1及以前的帧，从N(R)开始的以后各帧请暂停发送。M字段定义了32种链路控制操作，常用的操作有：SNRM/SARM/SABM：设置正常响应/异步响应/异步平衡模式DISC：断开连接DM：拒绝收到的命令，断开连接（用于拒绝链路初始化命令）UA：确认收到的命令UP：无编号轮询,2.PPP（点对点协议）用于在点对点链路上提供传输多种网络层协议的功能三个组成部分：封装多种网络层协议数据报的方法；用于建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议（LCP）；一组用于建立、配置不同网络层协议的网络控制协议（NCP）。PPP的功能：配置和测试数据链路，控制数据链路的建立、维护和终止；错误检测；对IP地址进行分配和管理；同时支持多种网络层协议；对网络层的地址和数据压缩等选项进行协商；如拨号上网时动态分配IP地址以及是否启用数据压缩功能支持PAP(口令认证协议)和CHAP(挑战握手认证协议)认证。用于互相确认对方身份的合法性,PPP的链路操作过程（以拨号过程为例）PPP链路初始状态为链路静止状态。激活链路物理层收到载波信号，通过电路交换与对方建立物理连接。建立链路发送方的PPP实体通过发送一系列的LCP帧对链路进行测试和配置（这时，只允许发送LCP帧）。认证可选，对通信双方身份进行认证（认证协议帧）。配置网络层协议发送方发送NCP帧,对需要使用的网络层协议（IP、IPX等）进行配置，如分配IP地址。未被配置的网络层协议，PPP将予以丢弃。配置完成后，双方就建立起网络连接，可以传送数据。终止链路当物理链路丢失载波信号、认证失败、线路质量恶化、链路空闲时间过长、管理员主动关闭链路时，PPP将终止链路。PPP重新进入链路静止状态。,5.6 综合业务数字网（ISDN）,ISDN:Intergrated Service Digital Network综合服务：语音、电报、数据、图形、视频统一的用户网络接口：UNI全数字传输：通信质量好，可靠性高支持交换和专线服务采用带外信令两类：B-ISDN分组交换，基于异步传输模式（ATM）高传输速率：Up to 622Mb/s or HigherN-ISDN（ISDN，“一线通”）：电路交换，利用现有的电话交换系统，需要拨号连接过程传输速率：最高2.048Mb/s,ISDN的两种主要信道类型：D信道：16kb/s数字信道用于传输信令（带外信令）B信道：64kb/s数字信道用于传输用户的数据信息在B信道上可以建立4种类型的连接：电路交换，通过拨号建立点到点连接分组交换，通过ISDN连接到X.25分组交换网帧中继，通过ISDN连接到帧中继网络半永久电路（租用专线），无需拨号，始终处于连接状态电信公司通常把多个信道组合起来（称为数字管道或通道）提供给用户使用，标准的组合方式有：基本速率接口BRI：2B+D,144kb/s；D:16kb/s主速率接口PRI：30B+D，2.048Mb/s 23B+D，1.544Mb/s；D：64kb/s,D,ISDN数字管道示意图,基本速率数字管道，26416144kb/s,BRI,B1,B2,B信道既可以单独使用，也可捆绑起来使用，以提供更高的带宽。,分开使用时，两个信道可分别用于传输数据和电话，二者互不干扰。,ISDN的协议结构物理层使用I.430（BRI）和I.431（PRI）；链路层控制：LAPD(链路访问规程)（I.441/Q.921）用户：PPP、FR、LAPB（X.25）等网络层控制：呼叫控制协议（I.451/Q.931）用户：IP、X.25,I.451/Q.931,LAPD,I.430/I.431,网络层,数据链路层,物理层,PPP,FR,LAPB,IP/IPX,X.25,用户访问(B信道),控制(D信道),控制信令 电路交换 帧中继 分组交换,ISDN用户接入结构在ISDN中，设备分为若干个功能组：网络端接设备，称为NT1；执行交换和集中功能的智能设备（如程控交换机、终端控制器），称为NT2；支持ISDN的用户设备（如ISDN数字电话、ISDN终端等），称为TE1类终端；普通用户设备（如PC微机），称为TE2类终端ISDN终端适配器，又称为TA，用于连接TE2功能组之间通过参考点分隔：参考点U：NT1与ISDN本地环路的接口参考点T：用户设备与NT1（ISDN网络）的接口参考点S：TE1/TA与NT2的接口参考点R：TE2与TA的接口,ISDN用户接入结构示意图,NT1,网络端接设备，NT1；功能属物理层；属于局端设备，但安装在用户端,参考点U：NT1与ISDN本地环路的接口,支持ISDN的用户设备，TE1类终端,普通用户设备，TE2类终端,ISDN终端适配器，TA，用于连接TE2,参考点R：TE2与TA的接口,执行交换和集中功能，NT2,参考点T：用户设备与NT1的接口,参考点S：TE1/TA与NT2的接口,家庭用户通过ISDN访问互联网的例子,企业/机构通过ISDN连网的例子,可以是一个单独的设备，也可以做成接口卡插入微机。,对局域网用户，此设备应采用路由器或远程访问服务器,5.7 数字数据网DDN,建立在数字信道上的数据网络；点到点或点到多点，全数字化：包括中继线和用户线；非交换的时分复用信道；永久虚电路（Permanent Virtual Circuit，SVC）由网络管理员手工创建点到点的数字专用线路；DDN专线就相当于一条高质量、高带宽、透明的双向数字线路，用户可以在其上利用任何类型的协议进行两点间的直接数据传输。适合于频繁的大数据量通信，可用于计算机之间的通信，或用于传送数字语音，数字视频、数字图像等。,DDN的接入速率一般为2.048Mb/s（E1），分为32个64kb/s信道（PCM信道）：用户数据速率64kb/s时，采用子速率复用；多个低速用户数据复用一个PCM信道。用户数据速率64kb/s时，采用时分复用：PCM帧复用：每个用户可使用一个或多个PCM信道，共有30个信道可供用户使用（不包括同步(0)/信令(16)）。超速率复用：多个PCM信道合并后提供给用户使用，用户速率为N64kb/s（N131）实现：在E1帧中分配连续的N个时隙。,DDN网的组成用户设备：数据终端设备、计算机、网桥、路由器等网络接入单元：可以是调制解调器、基带传输设备（DSU/CSU）以及时分复用、语音/数字复用设备等。DDN节点：复用及数字交叉连接系统（DCS）NMC：网管中心对网络结构和业务进行配置，实时地监视网络运行情况，进行网络信息、网络节点告警、线路利用情况等收集、统计和报告。,DDN节点,DDN节点,DDN节点,DDN节点,数字专线,数字专线,NMC,CSU/DSU,CSU/DSU,DSU/CSU的功能主要有两个：1.把用户数据转换成适合在E1电路上传输的信号和帧结构。2.从E1电路信号中提取同步时钟，送给路由器作为发送和接收时钟。,DDN提供的服务类型专用电路（专线）在两个用户之间的一条双向的点对点专线（逻辑线路），传输速率可在64Kbit/s2.048Mbit/s之间。帧中继DDN也提供帧中继(Frame Relay)业务，传输速率2.048Mb/s。压缩话音/G3传真用户话音/传真设备接入DDN的话音服务模块(VSM)，由VSM完成模数转换、话音编码压缩和处理，DDN在二端的VSM之间提供数字化信号的透明传输。虚拟专网用户租用DDN线路构成自己的虚拟专用网，能够对租用的网络资源参与调度和管理。,DDN的特点传输速率高64kb/s、N64kb/s或2.048Mb/s。传输质量好误码率低，网络时延小（每节点小于450s）。多协议支持全透明网络，可支持任何高层协议。多种业务可以支持数据、语音、图像的传输。可靠性高多路由网状拓扑，故障时传输路由能自动迂回改道。无需拨号，永远在线。主要应用HOST-HOST、LAN-LAN、LAN-WAN等需要实时性、突发性、高速和大通信量的应用场合。,实例：通过DDN实现局域网互连,*5.8 X.25分组交换网,X.25协议：最早的WAN协议之一;1976年由CCITT（现在的ITU-T）制定，用于公用数据网（PDN）；1992年修订，速率从64kb/s扩展到2.048Mb/s。“在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间的接口”。X.25只涉及DTE与DCE的接口，不涉及网络内部功能实现。,X.25分组交换网的技术特征工作在OSI网络体系结构的低3层；采用分组交换；提供点对点的、面向连接的通信；包含确保每个分组正确到达预期目的地的技术。多路复用，一条物理链路支持多条虚电路；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。工作速率64kb/s（2.048Mb/s，罕见）。,X.25协议的体系结构对应于OSI层次模型的最低三层。,物理层：采用ITU-T X.21标准.,链路访问层：采用LAPB(平衡型链路接入规程)协议。,分组层：建立逻辑通道（虚电路），保证虚电路的可靠性，使分组可靠地传输;允许同时建立4095条虚电路。,X.25的虚电路服务X.25分组交换网为用户提供的是虚电路服务。一条物理线路可支持4095个虚电路。X.25支持的虚电路类型包括永久虚电路PVC和交换虚电路SVC：PVC：预先配置的、半永久性的，无需建立/拆除过程适用于频繁的、数据量较大的、猝发的数据传输SVC：通过呼叫建立的、动态的适用于偶发的、数据量较小的数据传输,X.25分组交换网的结构三类设备DTE：数据终端设备，如计算机、路由器等；DCE：数据电路设备，其中又分为：数据电路终端设备：Modem；数据电路交换设备：如数字传输设备、分组交换机PSE等。PAD：分组封包/解封包器,为了保证通信可靠性，每个PSE至少与另外两个PSE相连接，使得一个PSE故障时，还能通过其他路由继续传输信息。,PSE采用存储转发的方法交换分组。,PAD用于将非分组设备接入X.25网。位于DTE与DCE之间，实现三个功能：缓冲、打包、拆包。,支持PVC和SVC,X.25的特点可靠性高网络提供了高可靠性的传输服务：面向连接的虚电路多路复用同一物理信道上的多条虚电路允许一个用户设备同时与多个其他用户设备通信提供流量控制和拥塞控制能力点对点的通信，不支持广播，适用于网状拓扑支持多种协议TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk、DECnet、对于其他协议来说，X.25起到了数据链路层的作用PDU被封装在X.25分组中经分组交换网中传送到目的地,X.25分组交换网与因特网的比较,网络设计思想产生如此巨大差别的原因：通信线路普通双绞线 vs 光纤计算机的普及“哑”终端 vs“足够智能”的微机,实例：通过X.25分组交换网实现局域网互连,64kb/s,X.25,64kb/s,LAN1,路由器,LAN2,路由器,同步Modem,同步Modem,5.9 帧中继（Frame Relay,FR）,1984年由ITU-T推出：由ITU-T.451、Q.931、Q.922标准定义财富杂志前1000家公司的首选WAN技术；为解决X.25效率低下、速率慢的问题而开发:基本思想：差错控制和流量控制交由端系统处理，网络只要保证尽可能快地传输数据即可。这样做的理由是：传输网络的可靠性大大提高；作为用户终端的PC微机已经具备了强大的数据处理能力。,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,FRS,FRS,FRS,FRS,内含FRAD的通信控制器,插有FRAD模块的路由器,插有FRAD模块的交换机,插有FRAD模块的路由器,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。,帧中继的技术特征工作在OSI网络体系结构的最低两层；在数据链路层实现分组交换；帧中继在本质上仍是分组交换技术，但舍去了X.25的分组层，仅保留物理层和数据链路层，以帧为单位在链路层上进行交换。链路层的功能包括帧定界、寻址和差错检测；但省略了帧编号、重传、流控、窗口、应答、监视等功能。不提供错误恢复和流量控制功能；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;可以封装多种类型的协议。可以通过帧中继传输的典型协议包括：IP、IPX、AppleTalkPPP（封装TCP/IP、IPX/SPX或NetBEUI）传输速率为56kb/s、2.048Mb/s和45Mb/s。,帧中继的特点传输速率和传输延迟比X.25网络要分别提高和降低至少一个数量级。帧长度可变，允许最大帧长在1000字节以上。因为采用了基于变长帧的异步多路复用技术，帧中继主要用于数据传输，而不适合语音、视频或其他对延迟时间敏感的信息的传输。虽然PVC和SVC都可以提供，但在实际的帧中继网络中，主要使用PVC。对传输错误仅仅进行检测，但并不纠错，发现错误时仅是简单地将错误帧丢弃。重传、纠错和流控由端设备中的上层协议(如TCP/IP)完成。,帧中继与X.25的比较,差错控制和确认形式：帧中继与X.25之比较,数链,网络,物理,数链,网络,物理,数链,物理,数链,物理,X.25的逐段链路差错控制,帧中继的有限差错控制,源站,中间节点,目的站,源站,目的站,中间节点,X.25的确认方式,帧中继的确认方式,中间节点,中间节点,目的站,源站,数据,确认,中间节点,中间节点,目的站,源站,数据,确认,帧中继协议的体系结构分为控制面和用户面两个部分控制面仅用于建立虚电路三层使用LMI协议管理链路用户面用于用户数据传输只有两层，链路层协议使用LAPF（Link Access Procedure for Frame-mode Bearer Service，帧模式承载服务的链路接入规程）核心功能完成用户数据传输,LAPF核心功能：用户数据传输去掉了LAPF的差错控制、流控制功能；仅提供以下功能：帧的格式化、帧定界和透明传输；用帧中的DLCI字段实现多路复用和解复用；帧长度检测和错误检测；拥塞控制。帧格式(参考HDLC),数据链路连接标识符(即虚电路号)，用于标识虚电路。长度为10位、16位或23位。,前向显式阻塞通知（Front Explicit Congestion Notification）。前向传输堵塞通知,反向显式阻塞通知（Back Explicit Congestion Notification）。后向传输堵塞通知,允许丢弃位。发生拥塞时，有此标记的帧首先被丢弃。,地址扩展位。用于把地址扩充到3个或4个字节。,帧中继的虚电路操作基于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。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）。,例：NET1发送的三个帧，目的网络？,R1,R2,B,C,102,101,100,103,105,104,106,107,11,12,13,14,22,31,32,21,交换机A的路由表,交换机C的路由表,交换机B的路由表,R3,R4,A,NET1,NET2,NET3,NET4,Q:IP地址如何映射到DLCI？A:由网管员在路由器中设置它们的对应关系。,*5.10 异步传输模式（ATM）,ATM(synchronous Transfer Mode)是宽带综合业务数据网（B-ISDN）的基本传输方法；ATM也可用于局域网。在局域网中优势不大，逐渐被FE、GE所取代。ATM是建立在电路交换和分组交换基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。吸取了电路交换实时性好、分组交换灵活性强的优点；基本思想是以小的定长分组来传输所有类型的信息；ATM的传输单元长度为53字节的短分组，称为信元（Cell）其中5字节为信元头，48字节为有效载荷能够高速传输数据、语音、视频和多媒体；目前最高速率为10Gb/s，即将达到40Gb/s；采用异步时分复用方式，信道不是通过时隙在帧中的位置来确定，而是通过信息首部或标头来区分不同的信道。,ATM的主要特性定长短分组(5字节信元头48字节有效载荷)；使用虚电路连接；在交换节点上传输错误时不请求重发；可以使用多种介质：UTP、STP、MMF、SMF；提供4类服务：恒定比特率（CBR）服务可变比特率（VBR）服务可用比特率（ABR）服务未定比特率（UBR）服务,CBR：虚拟的固定带宽电路，能保证数据传输的可靠性和实时性。,VBR：虚拟的可变带宽电路，保证传输可靠性，实时或非实时性。,ABR：保证数据传输可靠性，但不保证传输的实时性。,UBR：不保证数据传输可靠性，也不保证传输的实时性。,ATM协议体系结构分为三层，对应于OSI的物理层和数据链路层ATM物理层：在物理介质上以位为单位传输信元，包括用于ATM的电气接口和物理接口。ATM层：构造信元，错误控制，建立/撤销虚电路。ATM适配层：对数据进行分割和重组，对不同的数据传输类型赋予正确的服务。,物理层,数据链路层,OSI,ATM,1ATM适配层ATM适配层记为AAL(ATM Adaptation Layer)，其作用是增强ATM层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。只在网络端点(如路由器)上实现，ATM交换机无此层；包含两个子层：汇聚子层(CS)、分段和重组子层(SAR)；ITU-T的I.362规定了AAL向上提供的服务是：（1）把上层的数据包分割成48字节的信元载荷，或把信元载荷组装成原始数据包；（2）对比特差错进行监控和处理；（3）处理丢失和错误交付的信元；（4）流量控制和定时控制。,ITU-T规定了ATM网络可向用户提供四种类别(class)的服务，这是通过定义不同的AAL来实现的。有5类AAL：AAL1：CBR服务，用于语音和实时视频；AAL2：VBR服务，用于面向连接的应用的同步；AAL3/4：VBR服务，用于LAN互联，面向连接的和无连接的数据传输；AAL5：VBR服务，低开销，用以支持IP、X.25和FR的面向连接的和无连接的数据传输。IP-Over-ATM技术就是使用了AAL5来支持TCP/IP网络,2、ATM层功能：在ATM网络中相邻节点间传输信元建立和清除虚电路（虚电路由虚路径和虚信道构成）。构造信元：把AAL 递交的用户数据封装在信元中；错误检测；对信元进行多路复用和交换；ATM信元结构,信元头部（5字节）,有效载荷（48字节）,4 8 16 3 1 8 bits,通用流控制。用于UNI接口中的流量控制。在NNI接口中，此字段与后面的8位构成12位的VPI。,虚路径/虚信道标识符。它们共同决定了信元的路由。,载荷类型标识符。用于指明信元中有效载荷的类型。,信元丢弃优先级。用于指明本信元的优先级。遇到拥塞时，CLP=1的信元将首先被丢弃。,信元头错误校验码。用来对信元首部进行检错和纠错。也用于信元定界。,虚路径（VP）与虚信道（VC）,VP和VC是两个表示信元传输信道的概念VP：节点间的逻辑链路（虚路径）在虚路径上建立的连接叫虚路径连接（VP Connection，VPC）虚路径连接由源端点到目的端点之间一系列的VP链路构成VC：两个端点之间传送ATM信元的逻辑信道（虚信道）。在虚信道上建立的连接叫虚信道连接（VC Connection，VCC）一条VP包含多个VC信元中的VPI和VCI共同构成了信元的逻辑路由地址VPI和VCI都只具有本地含义（交换时可能会被改变）ATM虚电路连接就像大楼中充满各种电缆的管道 两点之间可能有多条电缆，每一条电缆中又有多根电线,ATM网络中的两类交换机VC交换机完成VC路由选择，把输入VC链路的VCI值转换成输出VC链路对应的VCI值；可以把一条VP中的VC交换到另一条VP中的VC。示意图VP交换机完成VP路由选择，把输入VP链路的VPI值翻译成输出VP链路对应的VPI值；VPI改变后，原VP中的所有VC都将改道，通过新的 VP传输。示意图,3、ATM物理层功能：在物理链路上传输信元流速率：25Mb/s10Gb/s介质：双绞线、光纤、微波两个子层：物理介质相关子层PMD线路编码/解码、插入/提取位定时信息、光电转换、产生/接收与介质相关的信号波形PMD类型光纤链路上运行的SDH/SONET光纤、微波或铜线链路上运行的E载波无帧结构，在物理链路上直接传输ATM信元传输汇聚子层TC传输帧产生/恢复：把信元流封装到传输帧中/从传输帧中提取信元流、信元定界、速率匹配（空闲信元插入/挤出）、HEC校验,ATM网络的构成最简单的ATM网络规模大一些的ATM网络,光纤,ATM的应用作为LAN的主干链路例如校园网主干连接到服务器的高速链路特别是用于服务器群Windows2000/XP/2003都支持ATM协议广域网链路基于ATM的LAN-LAN互连作为FR的底层网络，例如通过ATM连接两个FR网,ATM的优缺点固定长度的短信元使得网络交换速度非常快：ATM交换机可以用硬件来处理信元首部；固定长度信元使得交换机中的存储器便于管理。能支持各种不同的业务：各种类型的数据都被分割成大小一致的信元进行传输。先天的QoS（服务质量保证）机制：具有极小的传输时延和抖动以及极小的信元丢失率，尤其适合于传输视频、音频等多媒体信息。根据用户的需求预留满足其业务要求的资源：只有网络确认可以满足用户的服务质量要求时，才会接纳用户的服务请求。技术复杂（建设、维护、人员）、成本高；对高带宽和QoS的要求不是很严格时，高速以太网技术（FE/GE）比ATM更具有成本效益。,本章小结,WAN的连接范围广，应用环境复杂，采用点对点连接的网状拓扑结构。WAN由节点交换机、中继线和用户设备组成。WAN的协议体系涉及OSI的最低3层。WAN的链路层协议主要使用PPP和HDLC类（包括HDLC、LAPB）。各种WAN连接：PSTN属于电路交换，常用于拨号上网；ADSL属于专线连接，其速率非对称性特别适合因特网接入。ISDN属于电路交换，可支持数据、图像、声音的传输；DDN属于专线连接，可支持任何类型的业务；X.25属于分组交换，各种协议均可封装在X.25的分组中进行传输；FR在链路层上实现分组交换，提高了速度和效率；ATM结合了电路交换和分组交换的优点，是B-ISDN的首选传输技术,作 业,P2203、4、7、8、9、14、15附加：1.对ADSL和电话拨号两种上网方式进行比较，说明各自的优缺点。,