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广域网的实例

归档日期:08-18       文本归类:帧中继网      文章编辑:爱尚语录

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  简单介绍几种常用的广域网,包括公用电话交换网( P S T N)、分组交换网(X . 2 5)、数字数据网( D D N)、帧中继( F R)、交换式多兆位数据服务( S M D S)和异步传输模式(AT M)。

  公共电话交换网( Public Switched Telephone Network,P S T N)是以电路交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络。全世界的电话数目早已达几亿部,并且还在不断增长。

  要将如此之多的电话连在一起并能很好地工作,唯一可行的办法就是采用分级交换方式。

  电话网概括起来主要由三个部分组成:本地回路、干线和交换机。其中干线和交换机一般采用数字传输和交换技术,而本地回路(也称用户环路)基本上采用模拟线路。由于P S T N的本地回路是模拟的,因此当两台计算机想通过P S T N传输数据时,中间必须经双方M o d e m实现计算机数字信号与模拟信号的相互转换。

  P S T N是一种电路交换的网络,可看作是物理层的一个延伸,在P S T N内部并没有上层协议进行差错控制。在通信双方建立连接后电路交换方式独占一条信道,当通信双方无信息时,该信道也不能被其他用户所利用。

  用户可以使用普通拨号电话线或租用一条电话专线进行数据传输,使用P S T N实现计算机之间的数据通信是最廉价的,但由于P S T N线路的传输质量较差,而且带宽有限,再加上P S T N交换机没有存储功能,因此P S T N只能用于对通信质量要求不高的场合。目前通过P S T N进行数据通信的最高速率不超过5 6 K b p s。

  X . 2 5是在2 0世纪7 0年代由国际电报电话咨询委员会C C I T T制定的“在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备D T E和数据电路设备D C E之间的接口”。X . 2 5于1 9 7 6年3月正式成为国际标准, 1 9 8 0年和1 9 8 4年又经过补充修订。从I S O / O S I体系结构观点看, X . 2 5对应于O S I参考模型底下三层,分别为物理层、数据链路层和网络层。

  X . 2 5的物理层协议是X . 2 1,用于定义主机与物理网络之间物理、电气、功能以及过程特性。实际上支持该物理层标准的公用网非常少,原因是该标准要求用户在电话线路上使用数字信号,而不能使用模拟信号。作为一个临时性措施, C C I T T定义了一个类似于大家熟悉的R S - 2 3 2标准的模拟接口。

  X . 2 5的数据链路层描述用户主机与分组交换机之间数据的可靠传输,包括帧格式定义、差错控制等。X . 2 5数据链路层一般采用高级数据链路控制HDLC (High-level Data LinkC o n t r o l)协议。

  X . 2 5的网络层描述主机与网络之间的相互作用,网络层协议处理诸如分组定义、寻址、流量控制以及拥塞控制等问题。网络层的主要功能是允许用户建立虚电路,然后在已建立的虚电路上发送最大长度为1 2 8个字节的数据报文。报文可靠且按顺序到达目的端。X . 2 5网络层采用分组级协议( Packet level Protocol,P L P)。

  X . 2 5是面向连接的,它支持交换虚电路( Switched Virtual Circuit,S V C)和永久虚电路P V C(Permanent Virtual Circuit)。交换虚电路( S V C)是在发送方向网络发送请求建立连接报文要求与远程机器通信时建立的。一旦虚电路建立起来,就可以在建立的连接上发送数据,而且可以保证数据正确到达接收方。X . 2 5同时提供流量控制机制,以防止快速的发送方淹没慢速的接收方。永久虚电路( P V C)的用法与S V C相同,但它是由用户和长途电信公司经过商讨面预先建立的,因而它时刻存在,用户不需要建立链路而可直接使用它。P V C类似于租用的专用线路。

  由于许多的用户终端并不支持X . 2 5协议,为了让用户哑终端(非智能终端)能接入X . 2 5网络, C C I T T制定了另外一组标准。用户终端通过一个称为分组装拆器( Packet AssemblerD i s a s s e m b l e r,PA D)的“黑盒子”接入X . 2 5网络。用于描述PA D功能的标准协议称为X . 3;

  而在用户终端和PA D之间使用X . 2 8协议;另一个协议是用于PA D和X . 2 5网络之间的,称为X . 2 9。

  X . 2 5网络是在物理链路传输质量很差的情况下开发出来的。为了保障数据传输的可靠性,它在每一段链路上都要执行差错校验和出错重传;这种复杂的差错校验机制虽然使它的传输效率受到了限制,但确实为用户数据的安全传输提供了很好的保障。

  X . 2 5网络的突出优点是可以在一条物理电路上同时开放多条虚电路供多个用户同时使用;网络具有动态路由功能和复杂完备的误码纠错功能。X . 2 5分组交换网可以满足不同速率和不同型号的终端与计算机、计算机与计算机间以及局域网L A N之间的数据通信。X . 2 5网络提供的数据传输率一般为6 4 K b p s。

  数字数据网( Digital Data Network,D D N)是一种利用数字信道提供数据通信的传输网,它主要提供点到点及点到多点的数字专线或专网。

  D D N由数字通道、D D N结点、网管系统和用户环路组成。D D N的传输介质主要有光纤、数字微波、卫星信道等。D D N采用了计算机管理的数字交叉连接( Data CrossConnection,D X C)技术,为用户提供半永久性连接电路,即D D N提供的信道是非交换、用户独占的永久虚电路( P V C)。一旦用户提出申请,网络管理员便可以通过软件命令改变用户专线的路由或专网结构,而无须经过物理线路的改造扩建工程,因此D D N极易根据用户的需要,在约定的时间内接通所需带宽的线路。

  D D N为用户提供的基本业务是点到点的专线。从用户角度来看,租用一条点到点的专线就是租用了一条高质量、高带宽的数字信道。用户在D D N上租用一条点到点数字专线与租用一条电话专线十分类似。D D N专线与电话专线的区别在于:电话专线是固定的物理连接,而且电话专线是模拟信道,带宽窄、质量差、数据传输率低;而D D N专线是半固定连接,其数据传输率和路由可随时根据需要申请改变。另外, D D N专线是数字信道,其质量高、带宽宽,并且采用热冗余技术,具有路由故障自动迂回功能。

  下面介绍D D N与X . 2 5网的区别。X . 2 5是一个分组交换网, X . 2 5网本身具有3层协议,用呼叫建立临时虚电路。X . 2 5具有协议转换、速度匹配等功能,适合于不同通信规程、不同速率的用户设备之间的相互通信。而D D N是一个全透明的网络,它不具备交换功能,利用D D N的主要方式是定期或不定期地租用专线。从用户所需承担的费用角度看, X . 2 5是按字节收费,而D D N是按固定月租收费。所以D D N适合于需要频繁通信的L A N之间或主机之间的数据通信。D D N网提供的数据传输率一般为2 M b p s,最高可达4 5 M b p s甚至更高。

  帧中继( Frame Relay,F R)技术是由X . 2 5分组交换技术演变而来的。F R的引入是由于过去2 0年来通信技术的改变。2 0年前,人们使用慢速、模拟和不可靠的电话线路进行通信,当时计算机的处理速度很慢且价格比较昂贵。结果是在网络内部使用很复杂的协议来处理传输差错,以避免用户计算机来处理差错恢复工作。

  随着通信技术的不断发展,特别是光纤通信的广泛使用,通信线路的传输率越来越高,而误码率却越来越低。为了提高网络的传输率,帧中继技术省去了X . 2 5分组交换网中的差错控制和流量控制功能,这就意味着帧中继网在传送数据时可以使用更简单的通信协议,而把某些工作留给用户端去完成,这样使得帧中继网的性能优于X . 2 5网,它可以提供1 . 5 M b p s的数据传输率。

  我们可以把帧中继看作一条虚拟专线。用户可以在两结点之间租用一条永久虚电路并通过该虚电路发送数据帧,其长度可达1 6 0 0字节。用户也可以在多个结点之间通过租用多条永久虚电路进行通信。

  实际租用专线( D D N专线)与虚拟租用专线的区别在于:对于实际租用专线,用户可以每天以线路的最高数据传输率不停地发送数据;而对于虚拟租用专线,用户可以在某一个时间段内按线路峰值速率发送数据,当然用户的平均数据传输速率必须低于预先约定的水平。换句话说,长途电信公司对虚拟专线的收费要少于物理专线。

  帧中继技术只提供最简单的通信处理功能,如帧开始和帧结束的确定以及帧传输差错检查。当帧中继交换机接收到一个损坏帧时只是将其丢弃,帧中继技术不提供确认和流量控制机制。

  帧中继网和X . 2 5网都采用虚电路复用技术,以便充分利用网络带宽资源,降低用户通信费用。但是,由于帧中继网对差错帧不进行纠正,简化了协议,因此,帧中继交换机处理数据帧所需的时间大大缩短,端到端用户信息传输时延低于X . 2 5网,而帧中继网的吞吐率也高于X . 2 5网。帧中继网还提供一套完备的带宽管理和拥塞控制机制,在带宽动态分配上比X . 2 5网更具优势。帧中继网可以提供从2 M b p s到4 5 M b p s速率范围的虚拟专线。

  为了说明S M D S的用途,我们来看一个例子。假设某个公司有4个办公室分别位于4个城市,而每个办公室有一个局域网。公司决定将4个局域网连接起来,可以采用的一种方案是租用6条高速专用线个局域网相互连接,如图4 - 1 a所示。这种方案是可行的,但造价太昂贵。

  另一种方法就是使用S M D S,如图4 - 1 b所示。我们可以将S M D S当做是L A N之间的高速主干网,即允许某个L A N通过S M D S向其他L A N发送报文。而在L A N与S M D S之间的短距离线 b中粗线所示)可以从电话公司租用。通常情况下,该段线路使用城域网( M A N)的D Q D B协议,当然使用其他类型的协议也是可行的。

  图4-1 连接4个L A N的两种不同方案虽然大多数电话公司所提供的服务是针对连续通信业务的,但是S M D S的设计却是针对突发通信的。换句话说,有些时候某个L A N要将数据报文快速发往另一个L A N,而更多时间在L A N之间没有数据要传送。图4 - 1 a使用租用专线的解决方案存在下列问题:一旦租用了线路,不管用户是否一直在使用这些线路,都必须为每条线路付出高昂的月租费。对于间歇性的通信,租用线路是一个代价比较高的方案,而S M D S在造价上比它更有竞争力。如果有n个L A N,将它们全互连需要租用n(n-1)/ 2条长距离的专线,而使用S M D S只需要租用n条短距离的线路将L A N接到S M D S路由器上。

  既然S M D S的设计目标是用于L A N与L A N之间的通信,因而它的数据传输速度必须足够高。S M D S的标准速率是4 5 M b p s,低于4 5 M b p s的速率也是可行的。

  S M D S提供无连接的报文传输服务。S M D S报文格式如图4 - 2所示。S M D S报文有3个字段:

  目的地址字段、源地址字段以及一个长度可变的用户数据字段,用户数据的最大长度可达9 1 8 8个字节。发送方L A N上的机器将报文通过接入线路发送到电话公司的S M D S交换机,S M D S将报文尽力投递到目的结点,但并不保证一定正确投递到。

  源地址和目的地址包括4位二进制代码以及1 5位十进制数电话号码。每位十进制数都被单独编码为4位二进制数。电话号码由国家代码、地区代码和用户号码组成,意味着可以向用户提供国际业务。

  每当报文到达S M D S网络时, S M D S的第一个路由器负责检查报文的源地址是否对应于入境线路以防止在计费时受骗。如果地址不对,报文将被丢弃;如果地址正确,报文将继续发送到目的结点。

  S M D S的一个很有用的特征是广播。用户可以定义一组S M D S的电话号码,并为整个组赋一个特殊的号码。任何发送到该特殊号码的报文都将被发送给组内的所有成员。

  用户可以指定一组电话号码,从而限制用户只能向指定的地址(电话号码)输出报文;同样的道理,对于输入地址屏蔽,用户可以通过指定一组电话号码来限制外面用户的呼入。

  S M D S帧的有效载荷部分可以是任意的字节序列,而且该字段的最大长度为9 1 8 8字节。

  S M D S帧的数据字段可以携带以太网的报文、I B M令牌网的报文以及I P报文等,亦即S M D S只是将数据不加修改(透明)地从源L A N传送到目的L A N。

  S M D S按如下方法处理突发通信。连接用户访问线路的路由器含有一个按固定速率递增的计数器,如每隔1 0 μ s 加1。每当路由器收到报文时,路由器将检查计数器的值并与刚接收到的报文长度进行比较(按字节数比较)。如果计数器的值大于报文的字节数,则该报文将被立即发送出去同时将计数器的计数值减去报文的字节数。如果报文长度大于计数器值,

  实际上,按照每隔1 0 μ s 加1的计数频率,用户可以按照100 000字节/秒的平均速率发送数据,但突发数据率可能比这更高。例如,假设用户接入线 m s的空闲期,则计数器的值为1 0 0 0,因此用户可以按4 5 M b p s的传输率发送1 K字节的数据,路由器所需的传输时间为1 8 0 μ s 。对于100 000字节/秒的租用线 K字节的数据可能要用1 0 m s。这样,只要用户的平均数据率一直保持在预先约定的数据率下,对用户各种数据通信速率的要求, S M D S都提供很小的延迟。这种机制向需要发送数据的用户提供快速响应,同时又能防止用户使用超过他们预先同意支付的带宽。

  通过前面的分析,我们已经知道, S M D S支持的数据传输率要高于帧中继,但S M D S是无连接的。

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