广域网连接技术-计算机网络应用

1.广域网连接选择

广域网的连接不仅需要网桥、路由器、信道服务单元、数据服务单元、调制解调器、交换机，还需利用传输线路进行远距离连接。

连接局域网时，有两种方式：点对点的网络连接和分组交换网络连接。

点对点连接在两端点间建立一条物理连接，并提供专用带宽。点对点连接主要有数字数据服务、T1服务与T3服务等。（这里的T1、T3，是指由美国贝尔实验室在1962年建成的第一条能传输多路数字化语音信号的T-Carrier，包括T1、T1C、T1D、T2、T3、T4。）

DDS是PSTN开设的能提供数据通信功能的一系列数字化传输服务，使用特殊设备连接DDS，它提供2.4～56Kbit/s传输速率，支持固定带宽。T1是目前常见的租用线路，专用于连接远程网络或局域网，通过64Kbit/s的增量传送话音和数据。

交换服务主要有X.25、帧中继、ISDN、ADSL和ATM等。

2.公共交换电话网

公共交换电话网（PSTN）是目前使用最广泛的网络系统，常用做连接远程端点的连接。典型应用包括：用于远程端点和本地局域网之间的互连、用于远程用户拨号上网以及用做专用线路的备份线路，其结构如图3-32所示。

每个电话通过用户线路连接到最近的本地局。如在本地局内的某一用户呼叫另一用户，则由本地局交换设备为两个用户建立直接电路连接。在整个通话过程中，连接一直保持。若需要通信的两个用户不在同一局，则需通过中继局或更高层次的交换局才能建立直接电路连接。本地局、长话局（中继局）、多级中心交换局构成PSTN的基本结构。

图3-32 PSTN系统结构示意

在PSTN中，有多种通信介质，用户线路一般使用普通导线，局间主干线路多采用同轴电缆或微波，目前已广泛使用光纤。过去，整个PSTN都采用模拟信号进行语音传输，如今通过数字信号完成用户之间的语音通信已经成为主要方式。

在广域网实现中，可利用PSTN的用户线路，通过调制解调器完成局域网与局域网之间的互连，或个人用户通过调制解调器连接到广域网。

PSTN普及面广，用它作为广域网中结点之间通信手段非常方便且费用低廉，并且PSTN上实现的数据传输速率已得到很大提高，在特定条件下（如光纤），个人用户可通过PSTN获得高达20Mbit/s的传输速率理论值。

3.综合业务数字网

综合业务数字网（ISDN）是广域网范围内局域网通信交换的另一种选择。建立在标准非屏蔽双绞电话线基础上的ISDN，将增强的语音和图像特征连同高速数据和文件传输结合在一起。ISDN具有两方面特征：首先是一种捆绑式的服务，提供语音、视频、数据及其他通信方式的传输；其次是一组协议，定义用户端到网络的标准接口的协议。ISDN协议主要规定了ISDN的一般结构、服务性能、网络概貌及功能、ISDN用户与网络接口、网际接口及网络维护原则等。

ISDN提供对数字通道的访问。

1）通过单一线路发送数字语音呼叫和数据，用数字系统取代模拟电话系统，对语音通信或非语音通信均能适应。

2）提供基本速率和主要速率两种服务。基本速率可以传输64Kbit/s的数据，提供3个信道：一个D信道，两个B信道，这种服务称为“2B+D”，主要用于家庭或小型办公室的一般用户；主要速率提供30个信道，包括一个可选的D信道，若干个B和H信道，主要针对大型商业或机构的用户。

3）ISDN有两种接口规范：基速率接口（BRI）与主速率接口（PRI）。两种均作为“用户到网络”的接口。BRI与PRI是用户数据进入ISDN网络的连接点，通过标准接口连接用户的前端设备。如将电话连接到网络。

最初ISDN称为窄带综合业务数字网（N-ISDN）。为了提供不同服务，需要建立不同网络，分别用于传输电话、视频和数据，同时运行3种网络，维护困难且费用高。宽带综合业务数字网（B-ISDN）就是为了支持既需要恒定又需要可变的比特率服务的用户订制而设计的，服务包括数据、语音、音频图像、多媒体应用等。B-ISDN以光缆作为其传输干线，它的数字传输速率比N-ISDN大大提高，其最终目标是取代当今公共网络基础设施，成为主要的通用网络。

4.X.25分组交换网

（1）X.25的协议分层

通过公共数据网（PDN）实现广域网的连接和通信，取得很大成功。为使用户设备经PDN连接实现标准化，ITU-T制定了X.25规程，定义了用户设备和网络设备之间的接口标准，习惯上称X.25网。X.25只是一个对公共分组交换网（PSN）接口的规范，不涉及网络内部功能实现。所谓的X.25分组交换网，即该网与网外部数据终端设备接口遵循X.25标准。

数据电路端接设备（DCE）用来传输DTE发送出的数据设备，由于DCE属于通信环境，是公共分组交换网的组成部分，因此，在X.25中，常把DTE和公共分组交换网的接口称为是DTE（用户设备）和DCE（网络设备）之间的接口。

X.25规程定义三层协议：物理层、数据链路层和分组层，分别对应OSI模型的最低三层，这三层协议功能恰好是通信子网的全部功能，如图3-33所示。

X.25的物理层定义了二进制流传送的机械、电气性能和操作过程等特性。

图3-33 X.25接口

X.25的数据链路层采用平衡链路接入规程（LAPB）为DTE/DCE链路定义帧格式。LAPB负责点对点的无差错帧传送，链路层保证数据通过物理链路进行可靠的传输。

X.25的分组层协议负责管理网络中各地DTE之间连接，并从传输层进程处接收分组，负责向目的结点无差错传输分组。同时还解决一条链路上的分组多路复用，建立虚电路，并通过这些电路传送分组。由于多个虚电路可共享一条链路，就产生了分组的多路复用技术。

（2）X.25的数据链路层帧格式（LAPB帧格式）

LAPB帧包括帧头、封装在帧中的数据和帧尾，如图3-34所示。

标志域：标志LAPB帧的开始和结束。

地址域：指示帧中携带的是命令信息还是响应信息。

图3-34 LAPB帧格式

控制域：限定当前帧是命令帧还是应答帧，该域还包含当前帧的序号和它的功能，如指示接收者准备好或中断连接等。控制帧的长度因帧的类型而不同。

数据域：包含以分组形式封装的高层协议数据。

FCS域：该域用于错误检测，保证数据传输的完整性。

（3）X.25的虚电路服务

X.25提供两种类型的虚电路服务：交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）。SVC是通过呼叫建立和呼叫清除过程动态建立的虚电路，而PVC是由分组交换网络分配的、固定的虚电路，不存在呼叫建立和呼叫清除过程。SVC类似于公共交换电话服务，网络中源端点到任意目的端点之间呼叫动态建立。当有信息发送时，动态建立连接；当不再发送时，连接释放。PVC类似一条从源端点到目的端点之间的专用线路，一旦建立，它就在两个端点间永远建立一条路径，静态地建立连接，而不论是否有信息要发送，连接总是存在的。SVC常由终端用户建立，PVC通常是由网络经营者提供。在网络之间使用SVC还是PVC要由通信流量、通信模式、连接程度、应用类型和其他参数决定。用户也可以结合二者使用。(www.xing528.com)

5.帧中继

帧中继（Frame Relay）是在ISDN标准化过程中产生的一种重要技术。它是在数字光纤传输线路逐步替代原有模拟线路，用户终端日益数字化情况下，由X.25分组交换技术发展的一种传输技术。

帧中继和X.25一样，属分组交换网络。因X.25采用铜质模拟线路，速率低，安全可靠性差。因此X.25在设计时强调数据传输的高可靠性，采用了三层协议，以虚电路技术构造了一个可靠的确认型的面向连接的公用网络。而帧中继则着重于数据的快速传输，最大程度提高网络吞吐量。帧中继对X.25协议做了简化与改进，省略X.25中的分组层，以链路层的帧为基础实现多条逻辑链路的统计复用和转换，所以称为“帧中继”。

在传输确认方式上，X.25是确认型网络，由于要对分组层进行层间操作，所以要对报文进行分组和重组，对相邻结点间都要进行确认和重发。而帧中继是非确认型网络。帧中继只在虚电路的源结点（DTE）和目的结点（DTE）之间进行确认和重发，在帧中继网络接口及网内各相邻结点间不负责确认和重发，只进行检错，但不改正错误，有错就简单地将帧抛弃，帧中继设备出错率较低。

帧中继是一种高性能广域网协议，运行在OSI参考模型的物理层和数据链路层。帧中继协议简单，若帧中继设备接收到无效帧，丢弃即可，不需通知发送方和接收方。帧中继协议也不支持对帧的排序，并且在信息字段内不发送控制信息，只发送用户数据。网络接收端接收到帧时，帧中继设备不需要对帧进行确认，因此帧中继的处理过程很简单。

帧中继网络协议结构定义了DTE（用户设备，如路由器、网桥和主机）和DCE（帧中继网络交换设备，如交换机）之间接口的协议组成，整个协议结构分成两部分，一部分是控制协议，另一部分是用户访问协议。控制协议主要功能是在帧中继网中为两端用户设备建立交换虚电路。用户访问协议是利用帧中继网络已为两端用户设备建立的永久虚电路或交换虚电路完成数据传输。由于帧中继网络的最大特点是高速交换，因此，用户访问协议中的LAPB（核心部分）不包括任何差错控制功能。

DTE与DCE间的接口是通过单个物理链路实现点对点的连接。帧中继定义了在该单个物理链路上可复用多个逻辑信道，从而使一个源端DTE设备复用多条虚电路后经DCE直接接入帧中继网，并可通过多个目的端的DCE设备连接到相应的目的端DTE设备，两端DTE设备也可经过单个虚电路进行连接通信。帧中继的虚电路有永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）。

在帧中继上，PVC是由电信部门根据用户需要，事先为两端用户分配一对数据链路控制接口，设置一条固定双向信道，无需进行呼叫建立。

帧中继规程为DTE和DCE之间接口定义管理协议，称LMI（局部管理接口）协议。LMI为连入帧中继网上的所有可访问的用户设备提供状态消息和保活消息，保障逻辑和物理链路连接的完整性和可靠性。

帧中继网由三要素组成：帧中继接入设备，帧中继交换设备，公用帧中继业务。其中帧中继接入设备包括用户住宅设备，包括主机、桥接器/路由器、分组交换机、特殊的帧中继“PAD”。帧中继交换设备包括T1复用器、分组交换机、专用帧中继交换设备等，为用户提供标准帧中继接口。公用帧中继业务：通过公用帧中继网络提供业务。帧中继接入设备和专用帧中继设备可通过标准帧中继接口与公用帧中继网相连。

目前，ISDN、点对点专用线路和xDSL都可作为帧中继网络的物理接入线路。用户在接入帧中继网时，通常采用以下几种形式。

（1）局域网接入形式

局域网用户一般通过桥接器/路由器接入帧中继网，也可以通过其他的帧中继接入设备接入帧中继网。

（2）计算机接入形式

各类计算机要通过帧中继接入设备（FRAD），将非标准的接口规程转换为标准的UNI接口规程后接入帧中继网。若计算机自身带有标准的UNI规程，则可作为帧中继终端直接接入帧中继网。

（3）用户帧中继交换机接入公用帧中继网

用户专用的帧中继网接入公用帧中继网时，将专用网络中的一台交换机作为公用帧中继的用户，以标准的UNI规程接入。

帧中继传输速率可在Mbit/s级（2.048Mbit/s），其平均传输速率为X.25的10倍，而且帧中继长度可变，非常适应大容量突发型数据业务，但不太适合语音和视频。利用帧中继进行远程局域网间互连的是帧中继最典型的一种业务。帧中继网络可提供图像、图表传送业务，并可建立虚拟专用网。帧中继也是由N-ISDN过渡到B-ISDN（ATM）的理想方案之一。

6.数字数据网

DDN（Digital Data Network，数字数据网），即所说的专线联网。它是一种利用光纤、数字微波或卫星等数字传输通道和数字复用设备组成的数字数据传输网，可为用户提供各种速率的高质量数字专用电路和其他业务，以满足用户多媒体通信和组建中高速计算机通信的需求。DDN主要由6个部分组成：光纤或数字微波通信系统，智能节点或集线器设备，网络管理系统，数据电路终端设备，用户环路和用户端计算机或终端设备。其速率从64kbit/s到数兆bit/s可选。

用户接入DDN的方式主要有以下几种。

（1）通过2线或4线调制解调器接入

采用调制解调器一般是在用户距DDN的接入点较远的情况下。根据收发信号占用的电缆芯数不同，调制解调器分为2线和4线的。2线由于采用了回波抵消技术，可在一对线上传送双向数字信号，节省了用户费用，但传输质量要受到影响。因此，在要求长距离传输且速率又高的情况下，应选择4线调制解调器。

（2）通过2B+D速率的数据终端单元（DTU）接入

在用户端放置DTU，利用N-ISDN的2B+D的基本速率接口接入DDN局域网，接入距离为3～5km，采用2线双工，为多个用户提供DDN接入。

（3）通过用户集中设备接入

当用户比较集中在某一区域，可将多个低速用户通过集中器复用高速数据流接入DDN。

DDN可以向用户提供多种业务：

●向用户提供多种速率的数字数据专线业务，速率从2400～2048kbit/s，该业务是DDN目前的主要业务。

●语音、传真服务。DDN也可提供模拟专线业务，在一条线路上同时支持电话和传真业务，并支持标准的语音压缩功能。

●虚拟专用网（VPN）。用户可以容易地利用DDN的部分网络资源形成一个专用网络，并可在DDN网管中心的授权下建立自己的网络管理站，利用VPN的网络管理站对其租用的VPN进行灵活的调度和管理。

●帧中继业务。利用DDN提供帧中继业务，传输电路主要为光纤，具有低误码的优点。DDN的特点为：它是一个传输网络，不具备交换能力，仅为用户提供传输数据的通路；传输速率高，网络时延小；传输质量、信道利用率比采用模拟技术的数据通信高；提供灵活连接方式，DDN支持数据、语音、图像等多种业务；支持多种传输速率，数据传输速率和信道带宽可根据需要灵活设置。

7.异步传输模式

异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）是网络发展的一项新技术。它采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构，为用户提供基本无限制的带宽，从根本上解决多媒体的实时性及带宽问题。ATM实现面向虚链路的点到点传输，通常提供155Mbit/s的带宽，这个传输速率可满足高清电视或视频点播需求。ATM既汲取了话务通信中电路交换的“有连接”服务和服务质量保证，又保持了以太网、FDDI等传统网络中带宽可变、适于突发性传输的灵活性，从而成为适用范围广、技术先进、传输效果理想的网络互连手段。

ATM是一种国际标准，该技术能通过LAN、MAN、WAN传输语音、视频和数据，是宽带综合业务数字网（B-ISDN）的底层传输技术之一。

ATM网络把数据分割成固定长度的信元（Cell）来传输，信元长度固定，信头简单，用硬件较易实现信元的快速转发。

ATM网络采用星形拓扑结构。每一个ATM端系统通过专用的线路连接到ATM交换机，ATM交换机之间又用高速的通信线路（光纤）连接起来，信元从端系统发出后，通过多个ATM交换机的转发，最终到达目的地。ATM技术具有如下特点：

●实现网络传输有连接服务，实现服务质量保证。

●交换吞吐量大、带宽利用率高。

●具有灵活的组网拓扑结构和负载平衡能力，伸缩性、可靠性极高。

●ATM是现今唯一可同时应用于局域网、广域网两种网络的网络技术，它将局域网与广域网的技术统一。