廣域網(wǎng)實(shí)例

時(shí)間：2022-02-20 12:40:01 | 來(lái)源：信息時(shí)代

時(shí)間：2022-02-20 12:40:01 來(lái)源：信息時(shí)代

簡(jiǎn)單介紹幾種常用的廣域網(wǎng)，包括公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、分組交換網(wǎng)（X.25）、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、幀中繼（FR）、交換式多兆位數(shù)據(jù)服務(wù)（SMDS）和異步傳輸模式（ATM）。

公共電話交換網(wǎng)（PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN）是以電路交換技術(shù)為基礎(chǔ)的用于傳輸模擬話音的網(wǎng)絡(luò)。全世界的電話數(shù)目早已達(dá)幾億部，并且還在不斷增長(zhǎng)。

要將如此之多的電話連在一起并能很好地工作，唯一可行的辦法就是采用分級(jí)交換方式。

電話網(wǎng)概括起來(lái)主要由三個(gè)部分組成：本地回路、干線和交換機(jī)。其中干線和交換機(jī)一般采用數(shù)字傳輸和交換技術(shù)，而本地回路（也稱用戶環(huán)路）基本上采用模擬線路。由于PSTN的本地回路是模擬的，因此當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)想通過(guò)PSTN傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，中間必須經(jīng)雙方Modem實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。

PSTN是一種電路交換的網(wǎng)絡(luò)，可看作是物理層的一個(gè)延伸，在PSTN內(nèi)部并沒(méi)有上層協(xié)議進(jìn)行差錯(cuò)控制。在通信雙方建立連接后電路交換方式獨(dú)占一條信道，當(dāng)通信雙方無(wú)信息時(shí)，該信道也不能被其他用戶所利用。

用戶可以使用普通撥號(hào)電話線或租用一條電話專線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用PSTN實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信是最廉價(jià)的，但由于PSTN線路的傳輸質(zhì)量較差，而且?guī)捰邢?，再加上PSTN交換機(jī)沒(méi)有存儲(chǔ)功能，因此PSTN只能用于對(duì)通信質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合。目前通過(guò)PSTN進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的最高速率不超過(guò)56Kbps。

X.25是在20世紀(jì)70年代由國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)CCITT制定的'在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上以分組方式工作的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)電路設(shè)備DCE之間的接口'。X.25于1976年3月正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，1980年和1984年又經(jīng)過(guò)補(bǔ)充修訂。從ISO/OSI體系結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)看，X.25對(duì)應(yīng)于OSI參考模型底下三層，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。

X.25的物理層協(xié)議是X.21，用于定義主機(jī)與物理網(wǎng)絡(luò)之間物理、電氣、功能以及過(guò)程特性。實(shí)際上支持該物理層標(biāo)準(zhǔn)的公用網(wǎng)非常少，原因是該標(biāo)準(zhǔn)要求用戶在電話線路上使用數(shù)字信號(hào)，而不能使用模擬信號(hào)。作為一個(gè)臨時(shí)性措施，CCITT定義了一個(gè)類似于大家熟悉的RS-232標(biāo)準(zhǔn)的模擬接口。

X.25的數(shù)據(jù)鏈路層描述用戶主機(jī)與分組交換機(jī)之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸，包括幀格式定義、差錯(cuò)控制等。X.25數(shù)據(jù)鏈路層一般采用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC（High-levelDataLinkControl）協(xié)議。

X.25的網(wǎng)絡(luò)層描述主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理諸如分組定義、尋址、流量控制以及擁塞控制等問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是允許用戶建立虛電路，然后在已建立的虛電路上發(fā)送最大長(zhǎng)度為128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)報(bào)文。報(bào)文可靠且按順序到達(dá)目的端。X.25網(wǎng)絡(luò)層采用分組級(jí)協(xié)議（PacketlevelProtocol，PLP）。

X.25是面向連接的，它支持交換虛電路（SwitchedVirtualCircuit，SVC）和永久虛電路PVC（PermanentVirtualCircuit）。交換虛電路（SVC）是在發(fā)送方向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請(qǐng)求建立連接報(bào)文要求與遠(yuǎn)程機(jī)器通信時(shí)建立的。一旦虛電路建立起來(lái)，就可以在建立的連接上發(fā)送數(shù)據(jù)，而且可以保證數(shù)據(jù)正確到達(dá)接收方。X.25同時(shí)提供流量控制機(jī)制，以防止快速的發(fā)送方淹沒(méi)慢速的接收方。永久虛電路（PVC）的用法與SVC相同，但它是由用戶和長(zhǎng)途電信公司經(jīng)過(guò)商討面預(yù)先建立的，因而它時(shí)刻存在，用戶不需要建立鏈路而可直接使用它。PVC類似于租用的專用線路。

由于許多的用戶終端并不支持X.25協(xié)議，為了讓用戶啞終端（非智能終端）能接入X.25網(wǎng)絡(luò)，CCITT制定了另外一組標(biāo)準(zhǔn)。用戶終端通過(guò)一個(gè)稱為分組裝拆器（PacketAssemblerDisassembler，PAD）的'黑盒子'接入X.25網(wǎng)絡(luò)。用于描述PAD功能的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議稱為X.3；

而在用戶終端和PAD之間使用X.28協(xié)議；另一個(gè)協(xié)議是用于PAD和X.25網(wǎng)絡(luò)之間的，稱為X.29。

X.25網(wǎng)絡(luò)是在物理鏈路傳輸質(zhì)量很差的情況下開發(fā)出來(lái)的。為了保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，它在每一段鏈路上都要?zhí)行差錯(cuò)校驗(yàn)和出錯(cuò)重傳；這種復(fù)雜的差錯(cuò)校驗(yàn)機(jī)制雖然使它的傳輸效率受到了限制，但確實(shí)為用戶數(shù)據(jù)的安全傳輸提供了很好的保障。

X.25網(wǎng)絡(luò)的突出優(yōu)點(diǎn)是可以在一條物理電路上同時(shí)開放多條虛電路供多個(gè)用戶同時(shí)使用；網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)路由功能和復(fù)雜完備的誤碼糾錯(cuò)功能。X.25分組交換網(wǎng)可以滿足不同速率和不同型號(hào)的終端與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)間以及局域網(wǎng)LAN之間的數(shù)據(jù)通信。X.25網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)傳輸率一般為64Kbps。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DigitalDataNetwork，DDN）是一種利用數(shù)字信道提供數(shù)據(jù)通信的傳輸網(wǎng)，它主要提供點(diǎn)到點(diǎn)及點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)字專線或?qū)＞W(wǎng)。

DDN由數(shù)字通道、DDN結(jié)點(diǎn)、網(wǎng)管系統(tǒng)和用戶環(huán)路組成。DDN的傳輸介質(zhì)主要有光纖、數(shù)字微波、衛(wèi)星信道等。DDN采用了計(jì)算機(jī)管理的數(shù)字交叉連接（DataCrossConnection，DXC）技術(shù)，為用戶提供半永久性連接電路，即DDN提供的信道是非交換、用戶獨(dú)占的永久虛電路（PVC）。一旦用戶提出申請(qǐng)，網(wǎng)絡(luò)管理員便可以通過(guò)軟件命令改變用戶專線的路由或?qū)＞W(wǎng)結(jié)構(gòu)，而無(wú)須經(jīng)過(guò)物理線路的改造擴(kuò)建工程，因此DDN極易根據(jù)用戶的需要，在約定的時(shí)間內(nèi)接通所需帶寬的線路。

DDN為用戶提供的基本業(yè)務(wù)是點(diǎn)到點(diǎn)的專線。從用戶角度來(lái)看，租用一條點(diǎn)到點(diǎn)的專線就是租用了一條高質(zhì)量、高帶寬的數(shù)字信道。用戶在DDN上租用一條點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)字專線與租用一條電話專線十分類似。DDN專線與電話專線的區(qū)別在于：電話專線是固定的物理連接，而且電話專線是模擬信道，帶寬窄、質(zhì)量差、數(shù)據(jù)傳輸率低；而DDN專線是半固定連接，其數(shù)據(jù)傳輸率和路由可隨時(shí)根據(jù)需要申請(qǐng)改變。另外，DDN專線是數(shù)字信道，其質(zhì)量高、帶寬寬，并且采用熱冗余技術(shù)，具有路由故障自動(dòng)迂回功能。

下面介紹DDN與X.25網(wǎng)的區(qū)別。X.25是一個(gè)分組交換網(wǎng)，X.25網(wǎng)本身具有3層協(xié)議，用呼叫建立臨時(shí)虛電路。X.25具有協(xié)議轉(zhuǎn)換、速度匹配等功能，適合于不同通信規(guī)程、不同速率的用戶設(shè)備之間的相互通信。而DDN是一個(gè)全透明的網(wǎng)絡(luò)，它不具備交換功能，利用DDN的主要方式是定期或不定期地租用專線。從用戶所需承擔(dān)的費(fèi)用角度看，X.25是按字節(jié)收費(fèi)，而DDN是按固定月租收費(fèi)。所以DDN適合于需要頻繁通信的LAN之間或主機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。DDN網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)傳輸率一般為2Mbps，最高可達(dá)45Mbps甚至更高。

幀中繼（FrameRelay，F(xiàn)R）技術(shù)是由X.25分組交換技術(shù)演變而來(lái)的。FR的引入是由于過(guò)去20年來(lái)通信技術(shù)的改變。20年前，人們使用慢速、模擬和不可靠的電話線路進(jìn)行通信，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的處理速度很慢且價(jià)格比較昂貴。結(jié)果是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用很復(fù)雜的協(xié)議來(lái)處理傳輸差錯(cuò)，以避免用戶計(jì)算機(jī)來(lái)處理差錯(cuò)恢復(fù)工作。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是光纖通信的廣泛使用，通信線路的傳輸率越來(lái)越高，而誤碼率卻越來(lái)越低。為了提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸率，幀中繼技術(shù)省去了X.25分組交換網(wǎng)中的差錯(cuò)控制和流量控制功能，這就意味著幀中繼網(wǎng)在傳送數(shù)據(jù)時(shí)可以使用更簡(jiǎn)單的通信協(xié)議，而把某些工作留給用戶端去完成，這樣使得幀中繼網(wǎng)的性能優(yōu)于X.25網(wǎng)，它可以提供1.5Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。

我們可以把幀中繼看作一條虛擬專線。用戶可以在兩結(jié)點(diǎn)之間租用一條永久虛電路并通過(guò)該虛電路發(fā)送數(shù)據(jù)幀，其長(zhǎng)度可達(dá)1600字節(jié)。用戶也可以在多個(gè)結(jié)點(diǎn)之間通過(guò)租用多條永久虛電路進(jìn)行通信。

實(shí)際租用專線（DDN專線）與虛擬租用專線的區(qū)別在于：對(duì)于實(shí)際租用專線，用戶可以每天以線路的最高數(shù)據(jù)傳輸率不停地發(fā)送數(shù)據(jù)；而對(duì)于虛擬租用專線，用戶可以在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)按線路峰值速率發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)然用戶的平均數(shù)據(jù)傳輸速率必須低于預(yù)先約定的水平。換句話說(shuō)，長(zhǎng)途電信公司對(duì)虛擬專線的收費(fèi)要少于物理專線。

幀中繼技術(shù)只提供最簡(jiǎn)單的通信處理功能，如幀開始和幀結(jié)束的確定以及幀傳輸差錯(cuò)檢查。當(dāng)幀中繼交換機(jī)接收到一個(gè)損壞幀時(shí)只是將其丟棄，幀中繼技術(shù)不提供確認(rèn)和流量控制機(jī)制。

幀中繼網(wǎng)和X.25網(wǎng)都采用虛電路復(fù)用技術(shù)，以便充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，降低用戶通信費(fèi)用。但是，由于幀中繼網(wǎng)對(duì)差錯(cuò)幀不進(jìn)行糾正，簡(jiǎn)化了協(xié)議，因此，幀中繼交換機(jī)處理數(shù)據(jù)幀所需的時(shí)間大大縮短，端到端用戶信息傳輸時(shí)延低于X.25網(wǎng)，而幀中繼網(wǎng)的吞吐率也高于X.25網(wǎng)。幀中繼網(wǎng)還提供一套完備的帶寬管理和擁塞控制機(jī)制，在帶寬動(dòng)態(tài)分配上比X.25網(wǎng)更具優(yōu)勢(shì)。幀中繼網(wǎng)可以提供從2Mbps到45Mbps速率范圍的虛擬專線。

交換式多兆位數(shù)據(jù)服務(wù)（SwitchedMultimegabitDataService，SMDS）被設(shè)計(jì)用來(lái)連接多個(gè)局域網(wǎng)。它是由Bellcore在20世紀(jì)80年代開發(fā)的，到90年代早期開始在一些地區(qū)實(shí)施。

為了說(shuō)明SMDS的用途，我們來(lái)看一個(gè)例子。假設(shè)某個(gè)公司有4個(gè)辦公室分別位于4個(gè)城市，而每個(gè)辦公室有一個(gè)局域網(wǎng)。公司決定將4個(gè)局域網(wǎng)連接起來(lái)，可以采用的一種方案是租用6條高速專用線路將4個(gè)局域網(wǎng)相互連接，如圖4-1a所示。這種方案是可行的，但造價(jià)太昂貴。

另一種方法就是使用SMDS，如圖4-1b所示。我們可以將SMDS當(dāng)做是LAN之間的高速主干網(wǎng)，即允許某個(gè)LAN通過(guò)SMDS向其他LAN發(fā)送報(bào)文。而在LAN與SMDS之間的短距離線路（圖4-1b中粗線所示）可以從電話公司租用。通常情況下，該段線路使用城域網(wǎng)（MAN）的DQDB協(xié)議，當(dāng)然使用其他類型的協(xié)議也是可行的。

圖4-1連接4個(gè)LAN的兩種不同方案雖然大多數(shù)電話公司所提供的服務(wù)是針對(duì)連續(xù)通信業(yè)務(wù)的，但是SMDS的設(shè)計(jì)卻是針對(duì)突發(fā)通信的。換句話說(shuō)，有些時(shí)候某個(gè)LAN要將數(shù)據(jù)報(bào)文快速發(fā)往另一個(gè)LAN，而更多時(shí)間在LAN之間沒(méi)有數(shù)據(jù)要傳送。圖4-1a使用租用專線的解決方案存在下列問(wèn)題：一旦租用了線路，不管用戶是否一直在使用這些線路，都必須為每條線路付出高昂的月租費(fèi)。對(duì)于間歇性的通信，租用線路是一個(gè)代價(jià)比較高的方案，而SMDS在造價(jià)上比它更有競(jìng)爭(zhēng)力。如果有n個(gè)LAN，將它們?nèi)ミB需要租用n（n-1）/2條長(zhǎng)距離的專線，而使用SMDS只需要租用n條短距離的線路將LAN接到SMDS路由器上。

既然SMDS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是用于LAN與LAN之間的通信，因而它的數(shù)據(jù)傳輸速度必須足夠高。SMDS的標(biāo)準(zhǔn)速率是45Mbps，低于45Mbps的速率也是可行的。

SMDS提供無(wú)連接的報(bào)文傳輸服務(wù)。SMDS報(bào)文格式如圖4-2所示。SMDS報(bào)文有3個(gè)字段：

目的地址字段、源地址字段以及一個(gè)長(zhǎng)度可變的用戶數(shù)據(jù)字段，用戶數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度可達(dá)9188個(gè)字節(jié)。發(fā)送方LAN上的機(jī)器將報(bào)文通過(guò)接入線路發(fā)送到電話公司的SMDS交換機(jī)，SMDS將報(bào)文盡力投遞到目的結(jié)點(diǎn)，但并不保證一定正確投遞到。

圖4-2SMDS幀格式

源地址和目的地址包括4位二進(jìn)制代碼以及15位十進(jìn)制數(shù)電話號(hào)碼。每位十進(jìn)制數(shù)都被單獨(dú)編碼為4位二進(jìn)制數(shù)。電話號(hào)碼由國(guó)家代碼、地區(qū)代碼和用戶號(hào)碼組成，意味著可以向用戶提供國(guó)際業(yè)務(wù)。

每當(dāng)報(bào)文到達(dá)SMDS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，SMDS的第一個(gè)路由器負(fù)責(zé)檢查報(bào)文的源地址是否對(duì)應(yīng)于入境線路以防止在計(jì)費(fèi)時(shí)受騙。如果地址不對(duì)，報(bào)文將被丟棄；如果地址正確，報(bào)文將繼續(xù)發(fā)送到目的結(jié)點(diǎn)。

SMDS的一個(gè)很有用的特征是廣播。用戶可以定義一組SMDS的電話號(hào)碼，并為整個(gè)組賦一個(gè)特殊的號(hào)碼。任何發(fā)送到該特殊號(hào)碼的報(bào)文都將被發(fā)送給組內(nèi)的所有成員。

SMDS的另一個(gè)有用的特征是對(duì)入境和出境的報(bào)文進(jìn)行地址屏蔽。對(duì)于輸出地址的屏蔽，

LAN1LAN2

LAN3LAN4LAN3LAN4

LAN1

LAN2

SMDS

a)用租用線路連接4個(gè)LANb)用SMDS連接4個(gè)LAN

目的地址

字節(jié)數(shù)88≤9188

源地址用戶數(shù)據(jù)

用戶可以指定一組電話號(hào)碼，從而限制用戶只能向指定的地址（電話號(hào)碼）輸出報(bào)文；同樣的道理，對(duì)于輸入地址屏蔽，用戶可以通過(guò)指定一組電話號(hào)碼來(lái)限制外面用戶的呼入。

使用SMDS的這一特性，用戶可以組建一個(gè)私人網(wǎng)絡(luò)。

SMDS幀的有效載荷部分可以是任意的字節(jié)序列，而且該字段的最大長(zhǎng)度為9188字節(jié)。

SMDS幀的數(shù)據(jù)字段可以攜帶以太網(wǎng)的報(bào)文、IBM令牌網(wǎng)的報(bào)文以及IP報(bào)文等，亦即SMDS只是將數(shù)據(jù)不加修改（透明）地從源LAN傳送到目的LAN。

SMDS按如下方法處理突發(fā)通信。連接用戶訪問(wèn)線路的路由器含有一個(gè)按固定速率遞增的計(jì)數(shù)器，如每隔10μs加1。每當(dāng)路由器收到報(bào)文時(shí)，路由器將檢查計(jì)數(shù)器的值并與剛接收到的報(bào)文長(zhǎng)度進(jìn)行比較（按字節(jié)數(shù)比較）。如果計(jì)數(shù)器的值大于報(bào)文的字節(jié)數(shù)，則該報(bào)文將被立即發(fā)送出去同時(shí)將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值減去報(bào)文的字節(jié)數(shù)。如果報(bào)文長(zhǎng)度大于計(jì)數(shù)器值，

則將該報(bào)文被丟棄。

實(shí)際上，按照每隔10μs加1的計(jì)數(shù)頻率，用戶可以按照100000字節(jié)/秒的平均速率發(fā)送數(shù)據(jù)，但突發(fā)數(shù)據(jù)率可能比這更高。例如，假設(shè)用戶接入線路有10ms的空閑期，則計(jì)數(shù)器的值為1000，因此用戶可以按45Mbps的傳輸率發(fā)送1K字節(jié)的數(shù)據(jù)，路由器所需的傳輸時(shí)間為180μs。對(duì)于100000字節(jié)/秒的租用線路，同樣1K字節(jié)的數(shù)據(jù)可能要用10ms。這樣，只要用戶的平均數(shù)據(jù)率一直保持在預(yù)先約定的數(shù)據(jù)率下，對(duì)用戶各種數(shù)據(jù)通信速率的要求，SMDS都提供很小的延遲。這種機(jī)制向需要發(fā)送數(shù)據(jù)的用戶提供快速響應(yīng)，同時(shí)又能防止用戶使用超過(guò)他們預(yù)先同意支付的帶寬。

通過(guò)前面的分析，我們已經(jīng)知道，SMDS支持的數(shù)據(jù)傳輸率要高于幀中繼，但SMDS是無(wú)連接的。