計算機網絡之廣域網

廣域網特點:

主要提供面向通信的服務，支持用戶使用計算機進行遠距離的信息交換。

覆蓋范圍廣,通信的距離遠，需要考慮的因素增多，線路的冗余、媒體帶寬的利用和差錯處理問題。

由電信部門或公司負責組建、管理和維護，并向全社會提供面向通信的有償服務，流量統計和計費問題。

1.三代數字傳送網

1.1第一代: T1/E1系統

設計目標：支持話音業務，非按需帶寬分配（BOD），靜態分配

復用交換：TDM/E/E/E，(接收電信號（E）/處理電信號（E）/發送電信號（E）)

傳輸媒體：銅纜（20世紀60年代）

傳輸容量：Mbit/s 載荷特征：固定長度網絡協議：無

使用時分多路復用技術來支持語音信號的傳輸

T1系統（北美）：24路、8bit/路、 ? ?

一個周期：24×8＝192bit + 1（同步位）, ?125微秒/周期， ? ?

傳輸速率：193/125微秒＝1.544Mbps

1.2第二代: SONET/SDH（同步光纖網絡/同步數字系列）

設計目標：支持話音業務，非按需帶寬分配（BOD），靜態分配

復用交換：TDM/O/E/O( 接收光信號（O）/將光信號變成電信號以便處理（E）/將電信號變成光信號發送出去（O）)

傳輸媒體：銅纜、光纖（20世紀80年代）

傳輸容量：Gbit/s 載荷特征：固定長度

網絡協議：部分協議，如PPP，IP，ATM

1.3第三代: OTN（光傳送網）

設計目標：支持話音、圖像和數據業務、支持可剪裁的QOS、按需帶寬分配（BOD），動態分配復用交換：WDM/O/O/O，全光通信方式，無需進行光電轉換）

傳輸媒體：光纖（20世紀90年代末—本世紀初）

傳輸容量：Tbit/s 載荷特征：固定和可變長度

網絡協議：眾多協議，如PPP，IP，ATM，MPLS（多協議標簽交換），等

TDM技術可以使得更多路信號復用到速率更高的信道上

?E1系統（歐洲）：32路/幀、8bit/路、125微秒/幀 ? ?

傳輸速率： ?32×8/125微秒＝2.048Mbps ? ? 0路和16路用于同步和控制信號。 ? ?

E1系統可支持30路語音信息的傳輸。

2.SONET/SD（同步光纖網/同步數字體系）

光纖通信系統是數字系統，脈碼調制（PCM）技術用于在數字傳輸系統中支持模擬的電話信號傳輸。為了充分利用光纖的大帶寬，采用多路復用技術

T1系列：支持24路PCM載波信號為基準 ?北美地區，

E1系列：支持32路PCM載波信號為基準 ? ?歐洲

準同步數字體系（PDH）

目的：將一“群”用戶的信息復用到一條線路上傳輸，

基群(基本的群)速率：最基本的復用速率

逐級復用的技術:

PDH沒有國際統一的標準接口，互不兼容，接口無法在光路上互通，只能通過光/電轉換成標準的電接口，增加成本，效率低下。

逐級復用：缺乏靈活性，也增加了復用/解復用設施的復雜性

同步光纖網（SONET）

光纖傳輸網的標準同步光纖網（SONET）

標準：（美國88年制定）以51.84Mbps為基準進行遞增，可支持銅纜和光纖基于銅纜的電信號傳輸稱為第一級同步傳送信號（STS-1）基于光纖的光信號傳輸稱為第一級光載波（OC-1）

同步數字體系（SDH）

?CCITT制定國際標準基本的SDH速率為155.520Mbps，稱為第1級同步傳送模塊（STM-1） SDH標準的制定，使得歐洲、北美和日本的三種不同的數字傳輸體系在STM-1級別上得到了統一 ?

SDH的原理

SDH是一個基于時分多路復用技術的數字傳輸網絡，由多路復用器和中繼器組成，并通過光纖進行連接。

多路復用器：將多個較低級別的信道復用為一個較高級別的信道，

中繼器：實現更長距離傳輸時的信號再生和轉發

段：設備之間的連接

線：復用器之間（可能經過一個或者多個中繼器）的連接

路徑：源和宿之間的連接。

雙環結構：支持雙向的數據傳輸，提高網絡的效率，提高網絡的可靠性，無論是線路或者設備的故障，雙環仍然可以通過旁路故障設備或者線路來保證數據的傳輸. SDH雙環自愈合網絡

SONET 的體系結構

光子層(Photonic Layer) 處理跨越光纜的比特傳送。

段層(Section Layer) 在光纜上傳送 STS-N 幀。

線路層(Line Layer) 負責路徑層的同步和復用。

路徑層(Path Layer) 處理路徑端接設備 PTE (Path Terminating Element)之間的業務的傳輸。 ?

SDH幀結構

采用同步多路復用技術，被復用的信號組成一個數據塊（稱為幀）進行傳輸. ? ?

STM-1幀（155M）結構：2430個字節（每個字節占8位），排列為9行270列

前9行9列用于存放控制信息：包括段首SH、線首LH和路徑首部PH以及段、線和路徑設施處理的各種控制信息，如同步信息、時鐘信息、校驗信息等。。

后9行261列用于存放被傳輸的信息傳輸是按行按字節進行的。第1行第1列的字節最先上線路，第2行第1列的字節緊隨著第1行第270列的字節之后。

多個STM-1信道復用到更高的SDH信道每個子信道的信息按字節逐個插入到較高級別的信道中

SDH網絡僅是數字信號傳輸網絡，是目前一些廣域網的基礎網絡。提供一條高速的物理信道。 PDH和SDH主要是定義了高次群的傳輸速率，用于構造基于光纖的長途傳輸干線

JSERNET的拓撲結構

3.數字數據網（DDN）

DDN是電信部門向用戶提供的一種高速通信業務,利用數字通道提供半永久性的連接電路，提供中高速、高質量的點－點、點－多點的數字專用電路。

特點: 將多路復用技術應用于數字傳輸信道，來支持多個用戶“共享”通信資源 DDN是面向用戶的數字傳輸技術，速度較SDH低。 DDN采用時分多路復用技術將支持數字信息高速傳輸的光纖通道劃

分為一系列的子信道（例如：2.048Mbps的光纖信道劃分為32路64Kbps的子信道，可以分配給32個用戶使用）

DDN僅是一條支持用戶數據點到點高速傳輸的通道

用戶可以向電信部門定時的租用子信道（獨占） DDN的基本速率為64Kbps，用戶租用的信道速率應為64Kbps的整數倍。 DDN本身并不提供任何通信協議的支持，在DDN信道上使用何種通信協議由用戶自行決定 DDN信道的最大不足是DDN僅提供點到點通信的專用信道（也稱專線），因此當一個用戶希望和多個其它的用戶使用DDN通信時，必須租用多個DDN端口速率高、物理時延小，最高速率為150Mbps

支持數據、圖像、聲音等多種業務。網絡運行管理簡便，沒有任何檢錯、糾錯功能 DDN適用于傳輸數據量大的業務。 CHINADDN（公用數字數據網）94年10月開通，覆蓋全國21個省會城市，并通過省內DDN網絡延伸到地市縣。傳輸速率2.048Mb/s。已達2300多個城市，用戶12.2 萬以上。

分組交換數據網絡（X.25網絡）

CHINAPAC（國家公共數據網）1989年開通，94年二期工程，覆蓋全國各省會城市和直轄市，通過省網輻射全國，主干網速率可達2Mb/s。

X.25網絡組成 X.25網絡采用分布式的網狀拓撲結構。網狀結構的網絡具有如下特點： 1) 網絡擴充和主機入網比較簡單，可以很方便地增加結點，或者接納主機入網； 2) 網絡完整性和可靠性較高，任何一對結點之間都可以具有一條以上的路徑，不會因為某些鏈路或者結點的故障造成全網的癱瘓。

特點 ? ?遵循OSI下三層標準，提供永久/交換虛電路（PVC/SVC）；

結點具有存儲－轉發功能，不同速率的終端可以相互通信；

采用動態復用技術，提高信道利用率，簡化物理接口；

采用虛電路或數據報的方式進行分組傳輸。支持多用戶。

缺點：模擬信道，端口速率低（<=64Kbps），規程復雜，差錯處理，數據傳輸時延較大。

現在逐漸被替代，有時被推薦為應用系統的備用方案。

4.? ?幀中繼網絡（Frame Relay）

（1）幀中繼的提出依據：高質量傳輸媒體應用，傳輸差錯率下降，簡化差錯處理； ? ? ? LAN應用促使LAN-WAN-LAN連通，幀通過WAN進行中繼。

幀中繼網絡與X25網絡相似，簡化X25協議，不提供差錯處理的過程，提供交換功能。速率可達2～155Mb/s。

FR的特點：

????????FR支持OSI下二層服務并提供部分的網絡層功能

????????FR采用光纖作為傳輸介質，傳輸誤碼率低；

????????將分組重發、流量控制、糾正錯誤、防止擁塞（正向擁塞通知，反向擁塞通知，丟失指示等）等處理過程由端系統去實現；

????????簡化了結點的處理過程，縮短了處理時間，降低了網絡時延；

????????具有靈活可靠的組網方式，可采用永久虛電路（或交換虛電路）的方式，一條物理連接能夠提供多個邏輯連接，用戶所需的進網端口數減少； ?

????????FR具有按需分配帶寬的特點，用戶支付了一定的費用購買“承諾信息速率”，當突發性數據發生時，在網絡允許的范圍內，可以使用更高的速率 ?使用FR，用戶接入費用相應減少。

FR和DDN的比較：

DDN：采用復用技術的邏輯數字專線，多端口接入；

FR：具有路由交換功能的數字網絡，單端口接入。

幀中繼一般在DDN網上配置端口實現，方便用戶接入，并降低端口數，減少成本（租金約為DDN線路的1/4）。 ? ?

如果大多數業務在2Mbps之內，是FR業務的最經濟有效的范疇。

5.? ?ISDN（綜合業務數據網絡）

（1） ISDN的目標 ? ?

集電話、電報、傳真、數據通信為一體，以數字化技術統一處理各種公用網的業務，為用戶提供“一線通”服務； ? ? 用戶線保持雙絞線，數字化客戶端，使用T或者E載波系統；

（2）ISDN的組成

在ISDN中，用戶和綜合業務數字網之間的連線相當于一個數字比特管道，管道中的比特流可以來自數字電話機，數字傳真機或其它終端。

ISDN的用戶類型：一個家庭或小單位：在用戶家中或辦公室中安裝一個用戶端接設備（NT1），用戶的電話、傳真、計算機等等通過NT1與ISDN交換局相連，用戶設備可多達8個。只需要一根線。 ? ? ? ? ?（一線通）

一個較大單位：擁有較多的電話和終端，用戶設施較多，需要較大的接入帶寬。 NT1不夠用，需要一個ISDN的專用小交換局（PBX），稱為第二類網絡端接設備（NT2）。類似于電話交換機。

（3）ISDN網絡的接入速率

基本速率接口（BRI）：兩個B通路和一個D通路（2B＋D），通常速率為144 Kbps。兩條64 Kbps 的B通路，支持話音和數據傳輸，一條D通道，用于傳輸控制信號和數據，16Kbps全雙工數據通道。 ? ?

適用于家庭或小單位，可以通過BRI接口傳送語音、數據、傳真及一般質量的圖像，可傳輸可視電話、電視會議。至少可使三個一般的終端同時在2B＋D的信道上傳輸數據。

一次群速率接口（PRI）： T1系統（1.544Mbps）：美國、日本等國采用23個64 Kbps的B通路和1個64 Kbps的D通路的速率接口（23B＋D）。

E1系統（2.048Mbps）：歐洲國家采用的是30個64 Kbps的B通路和1個64 Kbps的D通路的速率接口（30B＋D）。

B 通道：透明地傳輸用戶信息（數字化語音和數據），用戶可以采用任意的通信協議；

D 通道：主要用于用戶和網絡之間的控制信息交換，包括建立和拆除連接等，也可支持較低速率要求的數據傳輸；

較大單位可使用租用 T1線路。

6.寬帶綜合業務數字網（B-ISDN）

應用需求： ?64Kbps的基準速率無法提供令人滿意的服務； ?新的數字化編碼，語音傳輸無需64Kbps的帶寬； ?更多的應用期待更高的帶寬，如視頻點播、現場轉播、局域網互連、高速數據傳輸等。引入寬帶ISDN（B-ISDN）：支持實時的應用，也可提供可靠的數據傳輸業務。

N-ISDN和B-ISDN的比較：

B-ISDN采用另一種傳輸技術異步傳輸模式（ATM）—Asynchronous Transfer Mode

ATM：為滿足多媒體傳輸的要求而出現的一種通信技術。?

數據傳輸的特點：允許延時，但不能有差錯，數據的差錯將導致數據含義的不同，引起錯誤的結果；

語音傳輸的特點：具有固定速率的實時性要求，且允許少量差錯，差錯只能影響當時的語音質量；

圖象傳輸的特點：信息量大，實時性高，允許少量差錯，差錯只能影響當時的圖象質量。

一般的高速網技術在支持多媒體應用存在不足：高速以太網（100Mbps）在高負載時的實時傳輸能力和傳輸距離有限（LAN）； ? FDDI（100Mbps），具有定時傳輸的優點，但令牌處理和傳遞占用了寶貴的時間，統計延時為10～200ms。

異步傳輸模式（ATM）：以異步時分復用概念為基礎，每個時間片沒有固定的占有者，各子信道的信息按照優先級和排隊規則按需分配時間片。每個分組占53字節，稱為信元(cell)，對應的報頭稱為信元頭。 ATM交換機根據輸入端口的各個信元的信元頭中的信息將信元“交換”到指定的輸出端口。按需分配時間片的策略，信道的利用率得到提高，使用優先級機制，使得具有實時性要求的信息可以盡快傳輸。

ATM的特征

基于信元的分組交換技術

信元具有固定的長度和格式： ? ?信元頭（5字節）：存放信元穿越ATM網絡時所用的路由控制信息等； ? ?

數據域（48字節），稱為有效負載（payload），存放各種高層數據。