计算机广域网及应用.ppt

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1、1,第4章 计算机广域网及应用,2,【本章目标】,一般来说，公用的计算机通信网络采用的是计算机广域网技术。本章首先介绍计算机广域网的概念，网络拓扑结构设计以及计算机广域网中的通信技术，然后介绍实现计算机广域网通信的常用的标准和通信系统，包括X.25、DDN、帧中继、ATM等。,3,【本章要点】,1计算机广域网概念2 网络拓扑结构及其设计，本地接入网设计，干线网设计3 数据交换技术：电路交换技术，报文交换技术，分组交换技术4 计算机网络中流量控制及路径选择5 X.25网络系统，中国公用分组交换数据网CHINAPAC6 DDN数字数据网络系统7帧中继网络技术8ATM网络技术,4,4.1计算机广域网

2、概述,广域网（Wide Area Network，简称WAN）是应用远程通信设施，为用户提供对远程用户之间快速信息交换的系统。也就是说，广域网是一种用远程通信设施将相距较远的独立的计算机连接起来组成的复合系统。,5,广域网的特点（与局域网相比）作用范围广 通信介质非专用 通信方式多样 通信管理复杂 通信效率较低服务范围广 网络性能侧重于信息的传输投资大。局域网投资少，不需要很高的运行费用,6,广域网的特点总结（与局域网相比）广域网的基本特征是范围大。一般采用公用通信设施，需支付通信费用。,7,通信设施由于广域网的作用范围大，计算机网络发展初期采用了当时已有的覆盖面大的电话网和模拟专线完成通信。

3、随着网络技术、通信技术和网络应用的发展，远程通信设施也得到了很大的发展，并且在继续发展中。以下是目前应用于广域网的几种远程通信设施。,8,通信设施公用电话网PSTN 模拟专线 X.25公用分组交换网 数字数据网DDN 帧中继 甚小天线终端VSAT 综合业务数字网（ISDN）IP网,9,通信设施上述远程通信设施本身就是通信网络，可以传送数据，除非行业专用，都向社会公众开放。在这些通信网络的基础上组建计算机广域网，简化了广域网的建设。目前，广域网的建设一般采用ATM网和网及帧中继、IP网。,10,4.2网络拓扑结构及其设计,4.2.1 网络拓扑设计的基本概念 4.2.2 本地接入网的拓扑设计 4.

4、2.3 干线网的设计,11,4.5.1 网络拓扑设计的基本概念,给定用户终端的位置，给定吞吐量、时延和可靠性要求，设计网络的结构，进行流量和容量分配，使费用最小。,设全网共有N个节点；则有N(N-1)/2个可能的点到点传输链路，这些链路的每一种组合都是一种网络结构。故总的结构数为：2 N（N-1）/2,12,步骤,结构设计,容量分配,满足要求？,结束,结构微调,N,13,网络的一般结构,干线网,本地接入网,干线网,集中器,用户点,干线网一般为分布式结构，本地接入网一般为星形和总线形。,14,拓扑设计的一般方法（1）干线网设计：根据可靠性要求设计连接结构。根据时延和吞吐量要求分配各线路容量。（2

5、）本地接入网 集中器选址 用户点分配 终端布局（3）具体方法：优化决策问题 建立数学模型。理论分析或计算机模拟求最佳解。,15,4.2.2本地接入网设计 由于不同的集中器选址方案对应于不同的用户点分配方案故其步骤如下：设有m个可供集中器选择的地址，加IMP共m1个，可供选择的方案共有 2 m(m+1)/2 按照选址个数逐步增加或逐步减少的顺序，依次计算集中器个数相等时的最小费用，并将后一次算得的费用与前一次比较，若小于前一次则继续算；否则，前一次的方案为最佳方案。,16,0 1 2 m m+1 显然这必须掌握在固定集中器位置情况下进行用户点分配使费用最小的方法。,17,4.5.3干线网设计 1

6、、设计过程（1）根据可靠性设计结构;（2）根据时延和吞吐量要求按费用最小准则，分配业务流量和链路容量;（3）计算时延和吞吐量，若不满足要求则重新开始，若满足要求则（4）计算费用（5）扰动优化.,18,2、结构设计 边连通度 节点连通度,边连通度为2，节点连通度为1的网络,19,3、容量计算：Ff（Ci，i，r，T）F：总费用；Ci：链路i的容量；i：链路i的业务量；r：总业务吞吐量；T：网络平均时延。求F对Ci的偏导数并令为0即可得到容量分配结果。也可以采用按比例等方法分配容量。4、根据第3步得到的容量，计算时延和吞吐量，若不满足要求则重新开始，若满足要求则计算网络建设的费用 5、扰动优化，以

7、期得到更优的结构。,20,4.3 数据交换技术,电路交换技术 报文交换技术 分组交换技术 几种交换方式的比较,21,4.3 数据交换技术,这是网络通信的特点之一。数据交换技术是指在任意拓扑结构的通信网络中，通过网络节点的某种转换方式实现任意两个或多个节点之间数据传输的技术。目前常用的数据交换技术有电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和其它一些高速的数据交换技术。,22,电路交换技术,23,电路交换举例,A 和 B 通话经过四个交换机通话在 A 到 B 的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,24,电路交换举例,C 和 D

8、 通话只经过一个本地交换机通话在 C 到 D 的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,25,报文交换技术,其传输方式为“存储转发”方式。存储转发原理如图1-30所示。,图1-30 存储转发原理图,26,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,27,分组交换的原理,分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。,28,分组交换的原理,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,

9、首部,收到的数据,29,分组交换网的示意图,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,结点交换机,主机,30,分组交换技术,1数据报分组交换技术 数据报分组交换（Datagram Switching）是一种面向无连接的分组交换，当发送端发送报文时，先将报文拆成若干分组，每个分组携带地址信息和分组序号，选择不同的路径传输到目的结点。,31,分组交换技术,2虚电路分组交换技术虚电路分组交换（Virtual Circuit Switching）是一种面向连接的分组交换，在发送分组前，发送方与接收方预先

10、要建立逻辑连接，即建立一条虚电路，每个结点不必为分组作路由选择，所有分组都沿虚电路传输。,32,几个重要概念,虚电路数据报虚电路分组交换技术数据报分组交换技术分组交换技术报文交换技术电路交换技术,33,三种交换过程的对比,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,34,几种交换方式的比较,35,4.4 计算机网络中流量控制及路径择,计算机网络中流量控制技术4.4.2 计算机网络中路径选择方法,36,拥塞：当网络某部分或整个网络中的报文量超过一定值时，引起通过能力下降和时延增大的现象。这是网络通信特有的一种现象。拥塞控制的目的主要是提高网络的吞吐率，即单位

11、时间传输的报文量。流量控制是指通信收发双方的通信速率和处理能力的匹配，使得接收方能够来得及处理接收到的数据。,计算机网络中流量控制技术,37,计算机网络中流量控制技术,计算机网络流量控制就是要限制网络 各个部分的通信量，计算机网络中流量控制作用分散在网络的各级，如图1-31所示。,38,各级拥塞控制的目的与主要方法1链路级：防止两个结点之间存储转发缓冲区的拥塞。（1）当缓冲区或队列占用达到一定限度时便停止接收报文；（2）对经过链路数不同的报文预留不同的缓冲区，对于接近目的地的报文预留越大的缓冲区；（3）在每一结点对每一虚电路设置一个缓冲区的限定值。2网络端端之间：防止网络出口处缓冲区超限（1）

12、滑动窗口控制（2）窗口末给ACK（3）SNA窗口控制3网络入口级：限制进入网络的外来报文（1）许可证方式（2）输入缓冲区限制方式（3）采用阻塞报文4传输级：防止主机接收缓冲区的拥塞，向网络发送过多,39,4.4.2 计算机网络中路径选择方法,这是网络通信的特点之一路径选择方法(路由算法)的目的，找到一条从源到目的地的一条“最好”路径。而“最好”路径常常是指具有最小花费的路径。给定一个代表该网络的图，找到从源到目的地的最小花费路径，通常称为最短路径。,40,网络图的最短路径算法,也称Dijkstra算法，基本思路：前向搜索符号定义：N网络中所有节点的集合S源节点M已由算法归并的节点的集合L（i,

13、j）节点i与j之间链路的权值；若两个节点间没有直接连接则为C（n）算法求得的当前从S到n的最少花费路由的花费,41,Dijkstra算法算法步骤,1.初始化M=SC(n)=L(S,n)for nS2.从不在M中的相邻节点中找出一个具有和节点S的最少花费路由的节点，并且把该节点规约进M中。可以表示如下：寻找wM，使得C(w)=Min C(j)把w加入到M中(j w)。3.更新最少花费路径C(n)=minC(n),C(n)+L(w,n)对所有nM。如果后一项为最小值，则从S到n的路径变为从S到w的路径再加上从w到n的链路。4.重复步骤2和3，直到M=N。整个过程中的每一次循环都得出了当前从源节点到

14、各中间节点的路径及路径花费，而在M中的中间节点到源节点的最佳路由已经确定，直至M扩大到所有节点。,42,Dijkstra算法,43,计算机网络中路径选择方法,1确定式路径选择（静态路由选择）（1）泛送式（2）固定式（3）概率分配方式（4）基于流量的路由选择2适应式路径选择（动态路由选择）（1）集中式（2）孤立式（3）混合式（4）分布式,分类：,44,泛送式,泛送式路径选择方法:一个结点收到一个报文后，随即向相邻的其他结点转发出去，直至到目的结点。由于每个结点都是向周围的结点发送，故名泛送式，网中会有许多多余的报文在传送，也叫扩散法。为了防止报文在网中迂回传送，常常给报文中加一个寿命计数器，开始

15、时令其等于网络最远距离（路径）中链路数，报文在传送中每到达一个结点计数器减1，当计数器为零时，报文即停止继续传送。泛送式路径选择方法简单，但因报文重复量大，只用于网络负载很小或可靠性要求很高的情况。这种方式的另一个特点是报文从源结点到达目的结点所需的时间短。泛送式可被用来分发信息、判断可达性、找到最短路径,45,固定式路由选择,固定式路由选择：每一结点有一路径表(路由表)，路径表由某种算法（例如最短路径算法）求得，确定后在运行中不再变。表格的每一项记录着为了到达某个目的节点而选择的下一节点或链路，而不是记录到该目的节点的所有中间节点。报文到达一个结点后，根据目的地址查表，即可确定应采取哪条出线

16、转发报文。优点：简单，适合于在一个负载稳定、拓扑变化不大的网络中运行。固定路由方法是一种使用较多的简单方法。缺点：灵活性较差，无法对网络的拥塞和故障作出反应。,46,概率分配方式,也称随机路由选择算法，当分组到达节点后，随意选择一条输出线路进行转发。概率分配方式是每条出线被采用的概率事先按一定算法加以确定，这一概率分配在运行中也是固定的，概率分配方式可获得较小的平均路径时延。概率数的分配考虑到了网络的拓扑与容量，但是还是有随机性的，而且可能分组会一直在网络中传递，从而无法到达目的地。由于随机路由算法实际选择的路由不一定是最佳路由，因此增加了不必要的负载，而且分组传输延迟也不可预料，所以这种方法

17、很少使用。,47,基于流量的路由选择,基于流量的路由选择算法（flow-based routing）就是一种既考虑拓扑结构又兼顾负载的静态路由算法。其基本思路是：对某一给定的线路，如果已知负载量与平均流量，那么可以根据排队论的知识计算出该线路上的平均分组延迟。由所有的线路平均延迟，可直接计算出流量的加权平均值，从而得到整个网络的平均分组延迟。这样找出网络最小平均延迟就可以实现最优路由选择。线路上的平均分组延迟T=1/(C-)其中是以比特为单位的报文分组平均长度；C是以该链路的容量，单位是比特/秒；是平均流量，单位是分组/秒。,48,孤立路由选择,孤立式是将路径确定权交给各结点，由各结点自己决定

18、的方式。例如：结点收到报文后，看哪个出线的等待排队最短，就将报文交哪个出线发送。或者采用当前等待队长与固定式路径表相结合的方式，当队长不超过一定值时按固定式路径表，否则按队长；或者采取队长与一个权重系数之和为最小作为选择条件。总之，这种方式是只就本结点感受到的负载变化来确定报文路径，不与其他结点交换运行状态信息。,49,集中路由选择,集中式路由选择：网络中有一个路径控制中心，网络中各结点的运行情况（队长、近期报文传送量、相邻的结点）定期送往控制中心，由控制中心根据全网络当前的实际情况计算出各结点的路径选择方案，送往各个结点，修改各结点的路径表。这种方式的缺点是控制中心出现故障时影响到全网工作，

19、靠近控制中心的链路上的控制报文量很大，在远离控制中心的结点上路径表的修改缓慢。,50,分布式路由选择,分布式路由选择：将路径选择权分散于各结点，但又不像孤立式只根据本结点的情况，而是考虑到其它结点的情况来修改路径表。为了修改路径表，各结点之间需要定期传送运行状态的信息。分布式路由选择根据来自于相邻节点的信息，其依据是每个节点知道到所有邻居的花费。分布式路由选择算法得到了广泛的使用，具体分：距离向量路由选择算法链路状态路由选择算法,51,分布路由选择,距离向量路由算法：每个节点都知道直接连接的链路花费（距离），根据从相邻节点了解到的到目的地的路径花费来计算。思路依据：由K至D的最短路径T（K，D

20、）min=由K经K的所有邻结点J至D的最短路径 MinT（K，D，J）而T（K，D，J）=T（J，D）min+L（K，J）其中：T（K，D，J）为由K经结点J而至D的最短路径T（x,y）min为由x至y的最短路径；L（x，y）为由x至y的链路距离 这是递归、分布式的路由计算方法,52,链路状态路由,链路状态路由每个节点了解全局网络的拓扑和链路花费。每个节点最初知道相邻链路的负载情况，并且扩散给网络中的所有节点每个节点都了解整个网络的拓扑信息，从而按照Dijkstra算法计算出到每个目的地的最短路由链路状态路由收敛更快，更加稳定，更加复杂,53,确定式路径选择与动态路由选择比较,确定式路径选择特

21、点：不根据实际测量的或估计的网络当前通信量和拓扑结构来作路由选择，路由选择是按照某种固定的规则、使用初始静态信息来进行的，故又称为静态路由、非自适应（non-adaptive）路由。应用特点：路由很少变化，由网管人员人工配置常用于规模很小的网络。但有一个节点故障时没法自动发现和调整路由，需要人工干预,54,动态路由特点：路由器之间交换路由信息，根据它所了解到的网络信息计算最佳路由，以设法适应网络流量、拓扑的变化。现代计算机网络更多地使用动态路由方式。尽管动态方式有很多的优点，在设计时必须考虑到：路由选择算法非常复杂，故可能增加网络节点的处理负担。大多数情况下，动态方式会使用别的节点来的状态信息

22、来进行路由选择，因此会增加网络中的负载。一个动态方式算法有时会因反应太快而引起振荡，或者反应太慢而起不到作用。,55,3.层次路由、策略路由和自治系统,层次路由选择，即将整个网络分成若干个区域，各个区域内的节点只考虑本区域内的路由，而区域之间的路由选择由各个区域中某几个节点（通常称为边界路由器）负责完成。在实际实施路由选择时，往往还需要从策略上进行考虑，即所谓策略路由，有时更多地称为基于策略（policies-based）的路由。,56,4.5 X.25网络系统,X.25网络概述 X.25通信协议 中国公用分组交换数据网 CHINAPAC,57,X.25网络概述 X.25建议：“工作在公用数据

23、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是CCITT的一个建议，符合X.25建议的接口称为X.25接口，以X.25接口接入的数据通信网络称为X.25网。X.25标准分物理层、数据链路层和分组层3个协议，分别相应于ISO/OSI参考模型的低3层。,58,X.25网的构成 X.25网的基本结构如图4.1所示。通常采用两级结构，根据业务流量、流向和地区设立一级和二级交换中心。分组交换网由分组交换机、网络管理中心、远程集中器与分组拆装设备、分组终端和传输线路等基本设备组成。,59,60,分组交换机。其作用是转接、传送接入本节点的各类计算机、终端和链路间的信息

24、。网管中心（NMC）。其作用使全网有效、协调地运行，更好地发挥网络性能，同时为网络管理者及用户提供友好与方便的服务。分组终端。接入分组交换网的数据通信终端设备，具有X.25协议接口。分组装拆设备（PAD）。把非分组终端的简单接口规程与X.25协议相互转换。远程集中器（RCU）。对用户终端进行远程集中。,61,X.25建议是X.25网的主要协议，它规定DTE与DCE之间的接口，在本地DTE和远程DTE之间提供了一个全双工的、同步的透明信道，使得本地DTE无须知道远程DTE的详尽特性即可通信。DTE代表数据终端设备，是指接入网络的设备，这些设备可以是终端、前台设备、主机、PC、执行PAD功能的交换

25、机或集中器。DCE是指DTE所连接的入口或交换节点，可以是调制解调器、线路耦合器以及其它设备。通信各层之间的信息关系如下图示：,X.25通信协议,62,X.25的层次关系,63,X.25第一层 CCITT的X.21建议规定了在公用数据网上为同步工作的DTE与DCE之间的通用接口。一般的接口特性包括以下几方面：机械性接口;电气性接口;功能性接口;过程性接口。,X.25通信协议,64,4.5.2 X.25通信协议,X.25的第二层 本层也称为帧层，与点对点数据链路控制规程相对应。X.25的第二层选用了HDLC中的异步平衡方式，简称LAPB。规程要素与HDLC相同，帧格式符合HDLC要求，帧中某些

26、字段的内容体现了X.25的特色。,65,用户数据以信息帧在DTE和DCE之间传送，分组作为信息帧中的信息字段，X.25的帧格式如图所示地址只有两个值（DTE:A:3DCE:B:1）:DCE发送地址为A的命令，接收地址为A的响应；DTE发送地址为B的命令，接收地址为B的响应控制字段可以有16位 FCS计算可以考虑标志字段 多链路规程,X.25通信协议,66,4.5.2 X.25通信协议,X.25第三层 X.25第三层也叫分组层，这一层是X.25的核心，它规定了分组层DTEDCE接口即如何与对方DTE相连的DCE进行分组通信。包括虚电路业务规程、分组格式、任选的用户补充业务的协商、流量控制及差错恢

27、复等内容。,67,虚电路 在X.25网中，两个DTE之间传输数据的一个联结叫做虚电路。,X.25第三层,68,虚电路与逻辑电路的比较,69,X.25的层次关系,70,网络地址 网络地址（DNA）用来区别DTE接入网络的线路，同时也区别了DTE。标准：X.121编号制度的建议 示例：0 4603 01 12345678用户补充业务 X.25网将虚电路有关的通信参数作为用户补充业务由用户自己选择。例如：扩展的帧序列编号,X.25第三层,71,分组的格式 每个分组至少包含3个八位组，分组的一般格式如下图所示：,X.25第三层,当6、5比特为1、0时是模8，当6、5比特为0、1时是模128。D位称确认

28、位，用于指明是否需要端端传输确认，当D=1时，需要。当D=0时，由本地DCE确认。Q位称限定符位，用于区分该数据分组是网络控制信息还是用户的数据。,72,每个分组的尺寸可以是：16、32、64、128、256、512、1024、2048字节。缺省的数据分组长度为128个字节,X.25第三层,73,X.25第三层,分组层通信过程 分组层通信过程分为呼叫建立、数据传送和呼叫拆除三个阶段（参见下图）。,74,呼叫过程示意图,75,流量控制规程 分组层的流量指网络或DTE能够发送或接收的信息量，为保证发端发送不超过收端对数据的处理能力，DTE或DCE均起着重要的流量控制作用。,X.25第三层,76,中

29、国公用分组交换数据网CHINAPAC拓扑结构 CHINAPAC由国家骨干网和各省（区、市）的省内网组成。骨干网直接覆盖所有省会城市，省内网覆盖到有业务需求的所有城市（地、市、县）和发达乡镇，其中包括城市内的本地网。,77,中国公用分组交换数据网CHINAPAC性能 CHINAPAC采用先进的设备，设备性能稳定、处理能力强、扩充灵活、维护方便。,78,中国公用分组交换数据网CHINAPAC入网方式 用户计算机进入CHINAPAC的方式可分为X.25SDLC同步专线进网、X.28异步专线进网，进网专线又可分为模拟专线和数字专线。另外，也常用拨号方式入网，这实际上是通过电话网进入CHINAPAC。,

30、79,4.6 DDN数字数据网络系统,4.6.1 DDN概述4.6.2 DDN提供的业务4.6.3 DDN的应用,80,4.6.1 DDN概述 DDN是指数字数据网（Digital Data Network），是利用数字通道提供半永久性、半固定连接电路，以传输数据信号为主的数字传输网络。,81,4.6.1 DDN概述DDN具有以下特点 DDN是同步数据传输网且不具备交换功能；传输速率高，网络时延小；DDN为全透明网。DDN是任何规程都可以支持的，不受约束的全透明网，可传输数据、图像、声音等多种信息；网络运行管理简便。,82,4.6.1 DDN概述DDN组成结构 DDN由数字通道、DDN节点、网

31、管控制和用户环路组成；一级干线网上提供与其他国家或地区网之间的互连接口。CHINADDN的网络结构可以从网络的功能层次、网络的地域范围和节点机在网中的地位等级三个不同的角度来划分。,83,4.6.1 DDN概述DDN组成结构 网络的功能层次结构 全国DDN按功能层次划分为核心层、接入层和用户接口层三层。网络的地域等级结构 DDN按地域范围可划分为一级干线网、二级干线网和本地网。节点机的等级结构 节点机按在网中所处地位目前可分为四级：一、二、三级交叉连接中心和终端节点机。,84,4.6.1 DDN概述DDN数字数据专线与模拟专线的比较，见下表：,85,4.6.1 DDN概述DDN与X.25网的比

32、较，见下表：,86,4.6.2 DDN提供的业务 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）。其它业务可看成是在专用电路业务基础上的增值业务。,87,4.6.2 DDN提供的业务 专用电路业务 1.基本专用电路；2.特定要求的专用电路 高可用度的TDM电路；低传输时延的专用电路；定时的专用电路；多点专用电路。,88,4.6.3 DDN的应用由于DDN是全透明网，DDN可支持多种业务应用，如图所示：,89,4.6.3 DDN的应用DDN组网实例 下面介绍的是用DDN组建的华艺公司广域网。1.系统的目标和原则：将华艺公司分布在全国八个城市的八个分公

33、司的以太局域网和总部连接在一起，互通信息。网络具有可扩展性、方便管理和运行可靠。,90,4.6.3 DDN的应用DDN组网实例 用DDN组建的华艺公司广域网 2.广域网设计方案：采用DDN专线。向电信部门申请DDN专线，以2B+D速率线路终接（LT）单元传输方式接入CHINADDN，如下图所示。,91,DDN网络应用,92,4.7帧中继网络技术,4.7.1 帧中继网络的包交换原理 4.7.2 帧中继的服务及功能4.7.3 帧中继网络的体系结构及帧格式4.7.4帧中继应用示例,93,4.7.1 帧中继网络的包交换原理 为了保证分组(packet)能够可靠地传输，在X.25网络中实现一条虚电路需要

34、三个层次的协议：网络层、数据链路层以及物理层。网络层处理中间节点的包的存贮转发，数据链路层处理相邻二个节点之间帧的传输，物理层负责位串的发送和接收。其传输过程如图所示：,94,两种转发方式的包交换过程,95,两种转发方式的包交换过程,思考：帧中继网络的提高效率的方法与前提,96,4.7.2 帧中继的服务及功能帧中继提供的服务 帧的透明传输，只有DLCI（链路联结识别符）、拥塞指示比特和帧检验序列可以由网络修改；保持帧传输的顺序；检测帧的格式、传输和操作差错；不要求网络确认或重发帧。,97,4.7.2 帧中继的服务及功能由帧中继网络提供的主要功能 1.通过使用HDLC的帧标志“01111110”

35、和“0”比特插入技术提供帧的分界和透明性；2.使用链路联接识别符DLCI实现的多路复用；3.检测传输差错，有错的帧舍弃，但不执行恢复过程（不重发）；4.网络拥塞管理。,98,4.7.3 帧中继网络的体系结构及帧格式帧中继网的体系结构 帧中继协议定义了端对端系统和帧中继网的节点之间在链路上传输数据的协议，和X.25一样，是一个网络访问协议。如图所示。它并没有定义网络内部协议,但内部也可以采用帧中继协议。,99,帧中继网络示意图,100,4.7.3 帧中继网络的体系结构及帧格式帧中继的帧格式,帧中继的帧格式,101,4.7.4帧中继应用示例在局域网通过广域网进行互连时，使用帧中继可以带来很大的好处

36、。下图例子表示有4个局域网通过4个路由器与广域网互连。路由器在图中用标有R的圆圈表示。,102,103,4.8 ATM网络技术,4.8.1 ISDN简介4.8.2 ATM网络技术,104,4.8.1 ISDN简介 ISDN分为两类：窄带ISDN和宽带ISDN(2.048Mbps)ISDN的一个重要特点是信息的数字化及通信业务的多样化。希望用户线路也供多种业务所用，在它上面可以同时传送电话、用户电报、数据等多种不同的信息,如图所示。,105,ISDN的示意图,106,4.8.1 ISDN简介ISDN的特点 在同一个网内通过端对端的数字连接，为用户提供各种话音/非话音通信业务。需要一组(少数几个)

37、标准多用途用户网络接口。用户终端设备和网络可以分别开发，网络可以以不同的方式向用户提供多种业务。对于非话业务，不必再建立专用网。,107,4.8.1 ISDN简介ISDN的特点 目前能支持64kbps数字连接。为了便于维护和管理，ISDN应具有处理信息的功能。ISDN在功能上是一个开放式网络，它采用OSI分层原则描述网络各单元的功能，使ISDN能以灵活和模块化方式逐步增加功能。ISDN可以根据各国的国情，采用不同的形式。,108,4.8.2 ATM网络技术提供2B+1D以及23B(30B)+1D服务的ISDN因为带宽的限制并不能满足以统一的方式传送话音、数据、图象(动画、电视、电影)的要求，因

38、此，1985 年开始提出了宽带ISDN(B-ISDN)的研究，到1990年，ATM异步转移模式确立为B-ISDN的最终传输与交换方式。,109,4.8.2 ATM网络技术转移模式的含义 人们通常将电信网技术分为传输、复用、交换三个领域。但是随着程控时分交换和时分复用的发展，这三个领域已经越来越密不可分了。因此，现在人们使用转移模式(Transfer Mode)这个词来统一描述通信网中传输、复用、交换过程。ATM异步转移模式的特征：时间复用交换加异步复用。ATM定义，是一种基于统计复用原理、面向连接的快速分组通信技术。其基本传输单位是信元，每信元由5个字节的选路信息和48个字节的净荷(数据)组成

39、。,110,4.8.2 ATM网络技术ATM信元格式 在B-ISDN中信息的传送都采用ATM 信元的形式，其信元长度为53字节，其中5个字节是信元头，48个字节是信息字段。但在用户线至ATM交换机的用户-网络接口UNI(User-Network Interface)和中继至交换机的网络-节点接口 NNI(Network-Node Interface)上，信元头的定义则有所不同。下图给出了UNI和NNI的信元头结构。,111,UNI和NNI的信元头结构,112,4.8.2 ATM网络技术ATM的交换原理 如下图所示，通过识别信元头中的虚通路标识符VPI，可以把信元从某个节点的一条输入线送到该结点

40、的一条输出线上。,113,ATM的交换,114,(1)面向连接的快速分组交换技术（Connection-oriented,high-speed packet switching）。(2)基于固定长度信元的异步传输技术（53-byte celled streaming）。各种类型的信息流（包括语音、数据、视频等）均被适配成固定长度的（53字节）的信元（Cell）中进行传输。信元是同步定时发送的，但信元所包含的信息之间却是异步，即不保证原来的信息顺序到达目的地。,ATM技术特征,115,4.8.2 ATM网络技术,ATM网络协议结构 ATM网络协议参考模型包括四层功能：物理层、ATM层、ATM 自

41、适应层AAL和高层功能。如图所示。,116,ATM网络协议参考模型,117,ATM网络协议的各层功能,118,ATM可用速率分若干等级：a)1.544Mbps/2.048Mbps；b)25Mbps；c)45Mbps；d)155Mbps；e)622Mbps，,119,ATM信元在物理媒体上传送的形式是多种多样的，不同的传输媒体的传输帧适配功能不同。ITU-T定义了3种传输帧适配规范：基于SDH、基于PDH和基于信元的规范。ATM论坛又增加了第四种，基于FDDI的规范。基于SDH和基于PDH的传输称为成帧结构，它们都属于同步传输，因为不管有没有用户信息要传送，物理层每隔一定时间都要发送一个帧。而信

42、元形式和FDDI的传输则称为无帧结构，它们采用纯通道传输，信元在物理媒体中异步传输，每个信元以信头开始，传出53个字节结束，没有结尾标志。,120,4.9 计算机广域网应用,4.9.1通信设施选择4.9.2计算机广域网应用系统示例,121,通信设施选择 大型的计算机广域网应用系统中通常采用多种通信设施，小型的计算机广域网应用系统也需要选择合适的通信设施。在选择时，应当从以下几个方面重点进行考虑：各点之间是否需要交换 网间的传输速率 通信费用,122,通信设施选择通常做出的选择是：DDN与ISDN：对于星型连接的网络，在数据量较大，速率要求较高时，例如传送数据、图像、语音、多媒体信息、接入Int

43、ernet，宜采用DDN专线；在B-ISDN未建立以前，N-ISDN是当前实现多媒体通信及高速Internet用户接入最有效与最廉价的途径。,123,通信设施选择通常做出的选择是：电话网：在数据量不大，速率要求不高时，如远程终端接入，通常选择电话拨号或模拟专线或分组网的拨号方式更为经济实惠。,124,通信设施选择通常做出的选择是：分组网：主要适用于交互式短报文，数据传输速率在64Kbps以下，网络的分组平均延迟达1秒左右。对于大型企业网络或办公综合信息网，各点之间都可能有数据交换的要求，所以采用分组网是一种比较理想的选择。但它不适用于多媒体通信。另外用分组网传送TCPIP协议的IP包传输效率不

44、太高。,125,通信设施选择通常做出的选择是：帧中继：接入速率较高，方式灵活，特别适合当前计算机通信需求，适合局网互连的需要。目前我国是通过CHINADDN与CHINAPAC使用帧中继业务。VSAT：在需要克服地面电路和地理条件限制传送数据、话音、图像的场合使用甚小天线终端VSAT。,126,计算机广域网应用系统示例 某集团公司总部设在北京，在全国各省区设有分公司，分公司管辖若干办事处。其信息管理网络是通过CHINADDN和CHINAPAC建立的相互联系又相互独立的广域网，总部和分公司之间采用CHINADDN建立主干网（以下简称集团广域网），通过CHINAPAC覆盖全国359个办事处和代理处。

45、分公司广域网利用CHINAPAC扩展分公司与办事处之间的电子数据传输通道，建成分公司的的计算机广域网络并与集团广域网联结。,127,计算机广域网应用系统示例集团广域网设计方案 集团广域网被设计成树状拓扑网络结构。将全国分为八个大区，通过CHINADDN建立公司总部至八大区的128kbps高速主干网，然后再通过CHINAPAC与全国359个网点互联。集团公司计算机广域网的网管中心采用CHINAPAC的虚拟网管（VPN）功能，并购置一台DDN节点机作为CHINADDN的一个小型节点。,128,计算机广域网应用系统示例集团广域网设计方案 各地采用交换型虚电路（SVC）,利用X.25的交换功能子网进行

46、连接，即用户通信时，通过呼叫建立虚电路。通信结束时释放虚电路。各地的端口参数统一采用缺省值：窗口尺寸（指在未收到对方接收认可分组的条件下所能发送分组的最多数目）为2，分组长度（每一分组数据中最多包含的字节数）为128。集团骨干网的示意图如下所示。该图表示一条DDN联入CHINAPAC网至办事处的局域网。,129,集团信息网络示意图,130,计算机广域网应用系统示例集团广域网的实施 局域网采用100Mbps星型以太同，使用集线器来组网，传输介质使用5类非屏蔽双绞线。网络协议采用TCPIP，网络服务器采用UNIX操作系统，工作站采用中文Windows环境。将X.25网作为TCPIP协议的传输媒介，

47、如图所示。,131,局域网络设计示意图,132,计算机广域网应用系统示例应用软件与系统软件关系，如下图所示。服务器端操作系统统一采用SCO UNIX。,133,应用软件与系统软件的关系,134,计算机广域网应用系统示例分公司广域网系统介绍 目前集团骨干网的通信协议选用的是X.25。分公司申请四条以上的64kbps X.25线路（与总部连接的线路不含在内）与各个办事处连接；每个办事处申请一条64kbps的X.25或者19.2K线路，此线路向上与分公司连接，向下可以扩展与各代理处连接；各代理处申请9600bps X.25向上与各办事处连接。,135,计算机广域网应用系统示例分公司广域网系统介绍 待通信条件成熟时，再把全分公司的广域通讯环境向帧中继过渡。鉴于广域网络的通讯线路选用了X.25线路，而且网络数据传输主要在各办事处与分公司之间，各代理处与办事处之间，代理处与分公司之间进行，网络拓扑结构采用半网状型结构。拓扑结构图如下图所示。,136,分公司广域网拓扑结构示意图,137,计算机广域网应用系统示例系统实施 系统的结构如下图所示，分为分公司、办事处和代理处三级，各包括硬件平台、软件平台、监控软件三个方面。,138,监控广域网应用结构示意图,139,习题8.9.11.,