计算机网络之广域网

发布于:2024-07-11 ⋅ 阅读:(26) ⋅ 点赞:(0)

广域网特点:

主要提供面向通信的服务,支持用户使用计算机进行远距离的信息交换。

覆盖范围广,通信的距离远,需要考虑的因素增多, 线路的冗余、媒体带宽的利用和差错处理问题。

由电信部门或公司负责组建、管理和维护,并向全社会提供面向通信的有偿服务,流量统计和计费问题。

1.三代数字传送网

1.1第一代: T1/E1系统

设计目标:支持话音业务,非按需带宽分配(BOD),静态分配

复用交换:TDM/E/E/E,(接收电信号(E)/处理电信号(E)/发送电信号(E))

传输媒体:铜缆(20世纪60年代)

传输容量:Mbit/s 载荷特征:固定长度 网络协议:无

使用时分多路复用技术来支持语音信号的传输

T1系统(北美) :24路 、8bit/路 、    

一个周期 :24×8=192bit + 1(同步位),  125微秒/周期,    

传输速率:193/125微秒=1.544Mbps

1.2第二代: SONET/SDH(同步光纤网络/同步数字系列)

设计目标:支持话音业务,非按需带宽分配(BOD),静态分配

复用交换:TDM/O/E/O( 接收光信号(O)/将光信号变成电信号以便处理(E)/将电信号变成光信号发送出去(O))

传输媒体:铜缆、光纤(20世纪80年代)

传输容量:Gbit/s 载荷特征:固定长度

网络协议:部分协议,如PPP,IP,ATM

1.3第三代: OTN(光传送网)

设计目标:支持话音、图像和数据业务、支持可剪裁的QOS、按需带宽分配(BOD),动态分配 复用交换:WDM/O/O/O,全光通信方式,无需进行光电转换)

传输媒体:光纤(20世纪90年代末—本世纪初)

传输容量:Tbit/s 载荷特征:固定和可变长度

网络协议:众多协议,如PPP,IP,ATM,MPLS(多协议标签交换),等

TDM技术可以使得更多路信号复用到速率更高的信道上

 E1系统(欧洲):32路/帧、8bit/路、125微秒/帧    

传输速率:  32×8/125微秒=2.048Mbps     0路和16路用于同步和控制信号。    

E1系统可支持30路语音信息的传输。

2.SONET/SD(同步光纤网/同步数字体系)

光纤通信系统是数字系统,脉码调制(PCM)技术用于在数字传输系统中支持模拟的电话信号传输。 为了充分利用光纤的大带宽,采用多路复用技术

T1系列:支持24路PCM载波信号为基准  北美地区,

E1系列:支持32路PCM载波信号为基准    欧洲


准同步数字体系(PDH)

目的:将一“群”用户的信息复用到一条线路上传输,

基群(基本的群)速率:最基本的复用速率

逐级复用的技术:

PDH没有国际统一的标准接口,互不兼容, 接口无法在光路上互通,只能通过光/电转换成标准的电接口,增加成本,效率低下。

逐级复用:缺乏灵活性,也增加了复用/解复用设施的复杂性


同步光纤网(SONET)

光纤传输网的标准 同步光纤网(SONET)

标准: (美国88年制定) 以51.84Mbps为基准进行递增, 可支持铜缆和光纤 基于铜缆的电信号传输称为第一级同步传送信号(STS-1) 基于光纤的光信号传输称为第一级光载波(OC-1)

同步数字体系(SDH)

 CCITT制定国际标准 基本的SDH速率为155.520Mbps,称为第1级同步传送模块(STM-1) SDH标准的制定,使得欧洲、北美和日本的三种不同的数字传输体系在STM-1级别上得到了统一  

SDH的原理

SDH是一个基于时分多路复用技术的数字传输网络,由多路复用器和中继器组成,并通过光纤进行连接。

多路复用器:将多个较低级别的信道复用为一个较高级别的信道,

中继器:实现更长距离传输时的信号再生和转发

段:设备之间的连接

线:复用器之间(可能经过一个或者多个中继器)的连接

路径:源和宿之间的连接。

双环结构:支持双向的数据传输,提高网络的效率,提高网络的可靠性,无论是线路或者设备的故障,双环仍然可以通过旁路故障设备或者线路来保证数据的传输. SDH双环自愈合网络

SONET 的体系结构

光子层(Photonic Layer) 处理跨越光缆的比特传送。

段层(Section Layer) 在光缆上传送 STS-N 帧。

线路层(Line Layer) 负责路径层的同步和复用。

路径层(Path Layer) 处理路径端接设备 PTE (Path Terminating Element)之间的业务的传输。  

SDH帧结构

采用同步多路复用技术,被复用的信号组成一个数据块(称为帧)进行传输.    

STM-1帧(155M)结构:2430个字节(每个字节占8位), 排列为9行270列

前9行9列用于存放控制信息: 包括段首SH、线首LH和路径首部PH以及段、线和路径设施处理的各种控制信息,如同步信息、时钟信息、校验信息等。 。

后9行261列用于存放被传输的信息 传输是按行按字节进行的。 第1行第1列的字节最先上线路, 第2行第1列的字节紧随着第1行第270列的字节之后。

多个STM-1信道复用到更高的SDH信道 每个子信道的信息按字节逐个插入到较高级别的信道中

SDH网络仅是数字信号传输网络,是目前一些广域网的基础网络。提供一条高速的物理信道。 PDH和SDH主要是定义了高次群的传输速率, 用于构造基于光纤的长途传输干线

JSERNET的拓扑结构

3.数字数据网(DDN)

DDN是电信部门向用户提供的一种高速通信业务,利用数字通道提供半永久性的连接电路,提供中高速、高质量的点-点、点-多点的数字专用电路。

特点: 将多路复用技术应用于数字传输信道,来支持多个用户“共享”通信资源 DDN是面向用户的数字传输技术,速度较SDH低。 DDN采用时分多路复用技术将支持数字信息高速传输的光纤通道划

分为一系列的子信道(例如:2.048Mbps的光纤信道划分为32路64Kbps的子信道,可以分配给32个用户使用)

DDN仅是一条支持用户数据点到点高速传输的通道

用户可以向电信部门定时的租用子信道(独占) DDN的基本速率为64Kbps,用户租用的信道速率应为64Kbps的整数倍。 DDN本身并不提供任何通信协议的支持,在DDN信道上使用何种通信协议由用户自行决定 DDN信道的最大不足是DDN仅提供点到点通信的专用信道(也称专线),因此当一个用户希望和多个其它的用户使用DDN通信时,必须租用多个DDN端口 速率高、物理时延小,最高速率为150Mbps

支持数据、图像、声音等多种业务。 网络运行管理简便,没有任何检错、纠错功能 DDN适用于传输数据量大的业务。 CHINADDN(公用数字数据网)94年10月开通,覆盖全国21个省会城市,并通过省内DDN网络延伸到地市县 。 传输速率2.048Mb/s。已达2300多个城市,用户12.2 万以上。

分组交换数据网络(X.25网络)

CHINAPAC(国家公共数据网)1989年开通,94年二期工程,覆盖全国各省会城市和直辖市,通过省网辐射全国,主干网速率可达2Mb/s。

X.25网络组成 X.25网络采用分布式的网状拓扑结构。网状结构的网络具有如下特点: 1) 网络扩充和主机入网比较简单,可以很方便地增加结点,或者接纳主机入网; 2) 网络完整性和可靠性较高,任何一对结点之间都可以具有一条以上的路径,不会因为某些链路或者结点的故障造成全网的瘫痪。

特点    遵循OSI下三层标准,提供永久/交换虚电路(PVC/SVC);

结点具有存储-转发功能,不同速率的终端可以相互通信;

采用动态复用技术,提高信道利用率,简化物理接口;

采用虚电路或数据报的方式进行分组传输。支持多用户。

缺点:模拟信道,端口速率低(<=64Kbps),规程复杂,差错处理,数据传输时延较大。

现在逐渐被替代, 有时被推荐为应用系统的备用方案。

4.   帧中继网络(Frame Relay)

(1) 帧中继的提出 依据:高质量传输媒体应用,传输差错率下降,简化差错处理;       LAN应用促使LAN-WAN-LAN连通,帧通过WAN进行中继。

帧中继网络与X25网络相似,简化X25协议,不提供差错处理的过程,提供交换功能。速率可达2~155Mb/s。

FR的特点:

        FR支持OSI下二层服务并提供部分的网络层功能

        FR采用光纤作为传输介质,传输误码率低;

        将分组重发、流量控制、纠正错误、防止拥塞(正向拥塞通知,反向拥塞通知,丢失指示等)等处理过程由端系统去实现;

        简化了结点的处理过程,缩短了处理时间,降低了网络时延;

        具有灵活可靠的组网方式,可采用永久虚电路(或交换虚电路)的方式,一条物理连接能够提供多个逻辑连接,用户所需的进网端口数减少;  

        FR具有按需分配带宽的特点,用户支付了一定的费用购买“承诺信息速率”,当突发性数据发生时,在网络允许的范围内,可以使用更高的速率  使用FR,用户接入费用相应减少。


FR和DDN的比较:

DDN:采用复用技术的逻辑数字专线,多端口接入;

FR:具有路由交换功能的数字网络,单端口接入。

帧中继一般在DDN网上配置端口实现,方便用户接入,并降低端口数,减少成本(租金约为DDN线路的1/4)。    

如果大多数业务在2Mbps之内,是FR业务的最经济有效的范畴。

5.   ISDN(综合业务数据网络)

(1) ISDN的目标    

集电话、电报、传真、数据通信为一体,以数字化技术统一处理各种公用网的业务,为用户提供“一线通”服务;     用户线保持双绞线,数字化客户端,使用T或者E载波系统;

(2)ISDN的组成

在ISDN中,用户和综合业务数字网之间的连线相当于一个数字比特管道,管道中的比特流可以来自数字电话机,数字传真机或其它终端。

ISDN的用户类型: 一个家庭或小单位: 在用户家中或办公室中安装一个用户端接设备(NT1) ,用户的电话、传真、计算机等等通过NT1与ISDN交换局相连,用户设备可多达8个。只需要一根线。          (一线通)

一个较大单位:拥有较多的电话和终端,用户设施较多,需要较大的接入带宽。 NT1不够用,需要一个ISDN的专用小交换局(PBX),称为第二类网络端接设备(NT2)。类似于电话交换机。

(3)ISDN网络的接入速率

基本速率接口(BRI): 两个B通路和一个D通路(2B+D),通常速率为144 Kbps。 两条64 Kbps 的B通路,支持话音和数据传输, 一条D通道,用于传输控制信号和数据,16Kbps全双工数据通道。    

适用于家庭或小单位,可以通过BRI接口传送语音、数据、传真及一般质量的图像,可传输可视电话、电视会议。至少可使三个一般的终端同时在2B+D的信道上传输数据。

一次群速率接口(PRI): T1系统(1.544Mbps): 美国、日本等国采用23个64 Kbps的B通路和1个64 Kbps的D通路的速率接口(23B+D)。

E1系统(2.048Mbps):欧洲国家采用的是30个64 Kbps的B通路和1个64 Kbps的D通路的速率接口(30B+D)。

B 通道:透明地传输用户信息(数字化语音和数据),用户可以采用任意的通信协议;

D 通道:主要用于用户和网络之间的控制信息交换,包括建立和拆除连接等,也可支持较低速率要求的数据传输;

较大单位可使用租用 T1线路。

6.宽带综合业务数字网(B-ISDN)

应用需求:  64Kbps的基准速率无法提供令人满意的服务;  新的数字化编码,语音传输无需64Kbps的带宽;  更多的应用期待更高的带宽,如视频点播、现场转播、局域网互连、高速数据传输等。 引入宽带ISDN(B-ISDN):支持实时的应用,也可提供可靠的数据传输业务。

N-ISDN和B-ISDN的比较:

B-ISDN采用另一种传输技术异步传输模式(ATM)—Asynchronous Transfer Mode

ATM:为满足多媒体传输的要求而出现的一种通信技术。 

数据传输的特点:允许延时,但不能有差错,数据的差错将导致数据含义的不同,引起错误的结果;

语音传输的特点: 具有固定速率的实时性要求,且允许少量差错,差错只能影响当时的语音质量;

图象传输的特点: 信息量大,实时性高,允许少量差错,差错只能影响当时的图象质量。

一般的高速网技术在支持多媒体应用存在不足:高速以太网(100Mbps)在高负载时的实时传输能力和传输距离有限(LAN);   FDDI(100Mbps),具有定时传输的优点,但令牌处理和传递占用了宝贵的时间,统计延时为10~200ms。

异步传输模式(ATM):以异步时分复用概念为基础,每个时间片没有固定的占有者,各子信道的信息按照优先级和排队规则按需分配时间片。 每个分组占53字节,称为信元(cell),对应的报头称为信元头。 ATM交换机根据输入端口的各个信元的信元头中的信息将信元“交换”到指定的输出端口。 按需分配时间片的策略,信道的利用率得到提高, 使用优先级机制,使得具有实时性要求的信息可以尽快传输。

ATM的特征

基于信元的分组交换技术

信元具有固定的长度和格式:    信元头(5字节):存放信元穿越ATM网络时所用的路由控制信息等;    

数据域(48字节),称为有效负载(payload),存放各种高层数据。

快速交换技术:  电路交换、分组交换相结合  

(1)类似于电路交换,端用户之间的信息传输之前必须事先分配逻辑信道,建立虚拟连接,   (2)ATM交换机的内部实现输入端口的信元直接交换到输出端口。交换机本身不执行差错控制和流量控制,减少结点处理延时 ;  

(3)分组交换的机制,固定长度的分组(信元:53字节)交换机处理简单。  

(4)信元交换的过程,采用硬件支持,快速交换,减少了交换延时,信元在ATM交换机中“逗留”的时间不超过100us。