广域网相关技术)
5 . 2 公用电话交换网
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• 公用电话交换网 PSTN( Public Switching Telephone Network ) PSTN是以模拟技术为基础的电路交换网络。两数字站通信时要借助于MODEM实现。使用电路交换方式，双方建立连接后独占该模拟信道，其他用户不可用。 PSTN主要作用就是通过程控交换机之间的连接实现用户之间在国际国内范围的语
音和数据通信。PSTN主要提供电话通信服务，同时也提供数据业务，如电报、传真、数据交换、可视图文等。
程控交换机是PSTN的核心设备，它将各种控制功能、步骤、方法等编成程序，写入存储器，依此来控制交换机的工作。
电话交换已从传统的模拟交换时代进入数字交换时代。
网络接入：普通电话拨号上网(用com口或Fax卡自带端口，两端用MODEM或Fax卡连接上网)。
PSTN的特点：实时性好，租用费用低，入网方式简便灵活；无存储转发，带宽有限，难于实现不同速率设备之间的传输。 • • • •
5.3 公用分组交换网
5. 3 分组交换网
分组交换网是一种采用分组交换技术实现的数据通信网。它提供的网络功能相当于OSI参考模型的低三层的功能。ITU-T的X.25标准就是针对分组交换网制订的，因此此类网络也叫X.25网。
• 分组交换网诞生于上世纪70年代，是一个以数据通信为目标的公共数据网。X.25
协议是一个DTE对PDN的接口规范。
• X.25网的接入方式：租用专线。专线一直接到用户位置，连接X.25网而非PSTN。 • X.25协议：X.25定义了低三层协议--物理层的X.21协议、链路层的HDLC协议和
分组层的X.25协议(也分别叫做X.25-1、 X.25-2和X.25-3协议)。
• X.25网内部实行分组交换，为用户提供可靠的面向连接的虚电路服务。
• 中国的公用分组交换网(Chinapac)由原邮电部组建的以X. 25为基础、可以满足不同
速率、不同型号DTE及LAN之间通信和资源共享的计算机通信网。全网由全国中心城市32 个中转和汇接中心的交换机组成，1993年底投入运行。
• Chinapac具有规模大、覆盖面广、端口容量大、通信速率高、处理能力强等特点，
可为用户提供良好的通信环境和网络支持。
目前， Chinapac 已成为覆盖国内600多 个城市，与世界20多国家和地区的40多个公用分组交换网互连，国内的任何一台计算机均可通过Chinapac进行国际间的数据传输。
5 . 4 数字数据网DDN
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• DDN：Digital Data Network DDN是一种利用数字信道以(光纤、数字微波、卫星)和数字复用技术提供半永久性
连接的，以传输数据信号为主的，为用户提供专用的、支持点到点高速传输的数字传输网络。
• DDN本身是一种数据传输网，支持任何通信协议，使用何种协议由用户决定(X.25
或帧中继)。
• DDN的特点：支持数据、语音、图像等信息传输；传输速率高，时延小；传输质量
高，信道利用率高。
优点
传输速率高，网络时延小 ：DDN采用了时分多路复用技术，有效地提高了
网络传输速率，减小了时延。传输速率高155Mbps，网络时延小
协议简单：DDN用交叉连接技术和时分复用技术，由智能化程度较高的用
户端设备来完成协议的转换，本身不受任何规程的约束。
传输质量较高：DDN的主干传输为光纤传输，用户之间是专用的固定连接，
高速安全。
灵活的连接方式：DDN可以支持数据、语音、图像传输等多种业务，它不
仅可以和用户终端设备进行连接，也可以和用户网络连接。
网络运行管理简便，电路可靠性高： DDN的网管中心能以图形化的方式对
网络设备进行集中监控，电路的连接、测试、路由迂回均由计算机自动完成，
使网络管理趋于智能化，并使电路安全可靠。
网络结构
DDN的网络结构按网络的组建、运营、管理和维护的责任地理区域，可分为：
一级干线网
二级干线网
三级本地网
由2兆节点组成核心层，主要完成转接功能；
由接入节点组成接入层，主要完成各类业务接入；
由用户节点组成用户层，完成用户入网接口。
网络结构
一级干线网
由设置在各省、自治区和直辖市的节点组成，它提供省间的长途DDN业务。一级
干线节点设置在省会城市，一级干线网节点可与省内多个城市或地区的节点互联。
二级干线网
二级干线网由设置在省内的节点组成，它提供本省内长途和出入省的DDN业务。
三级本地网
本地网是指城市范围内的网络，在省内发达城市可以组建本地网。本地网为其用户
提供本地和长途DDN业务。根据网络规模、业务量要求，本地网可以由多层次的网络组成。本地网中的小容量节点可以直接设置在用户的室内。
中国公用数字数据网（CHINADDN）
CHINADDN是中国电信经营管理的中国公用数字数据网，是中国的中、高速信息国道。目前，网络已覆盖全国所有省会城市及3000多个县以上市和乡镇。
CHINADDN网络结构可分为国家级DDN、省级DDN、地市级DDN
国家级DDN主要功能是建立省际业务之间的逻辑路由，提供长途DDN业务以及国际出口。
省级DDN主要功能是建立本省内各市业务之间的逻辑路由，提供省内长途和出入省的DDN业务。
地市级DDN主要是把各种低速率或高速率的用户复用起来进行业务的接入和接出，并建立彼此之间的逻辑路由。
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DDN的应用： DDN以全数字、高速率和灵活的功能为用户提供大容量的数据通信平台，也为用户建立自己的专用数据网提供了方便。可支持LAN互连、多媒体信息传输、虚拟专用网及用户建立自己的话音网、数据网和电视电话专用网等。 中国的DDN是由数十万条光缆为主体构成的数字数据网络。它采用时分多路复用技术把支持数字信息高速传输的光纤信道划分为多个子信道。
5 . 5 帧中继网
帧中继FR (Frame Relay)
帧中继网络是1992年推出、1994年得以发展的一种新型公用数据交换网标准，并已获得ANSI和ITU-T的批准。帧中继和X.25属于相同类型的标准，但帧中继是一种可变帧长的快速分组交换技术。
1. 帧中继技术特点：
(1) 技术原理：当分组到达节点时，直接“穿越”节点被转接到输出链路上，减少和避免节点对分组的存储和处理时间。而将网络节点的差错控制、流量控制和纠错重发等处理放在终端系统进行。
帧中继可以看作是由对X.25协议的简化和改进而得。帧中继简化了网络层和链路层的功能，它不设分组级，而是以链路级的帧为基础实现多条链路的转换和统计复用(所以叫帧中继)。
帧中继（FR，Frame Relay）是一种由X.25协议发展而来的网络传输技术，其目的
是向局域网用户提供便宜可靠的网络传输服务。帧中继它是在OSI的数据链路层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种快速分组交换技术，适合于吞吐量高、时延低、突发性强的数据传输业务中。
(2) 帧中继特点：
• 具有统计时分复用和虚电路的优点；
• 简化了网络功能，减少了网络开销，因此提高了数据传输速率，降低了网络延迟，
增大了网络吞吐量。(向用户提供64Kbps--2.048Mbps，甚至10Mbps的接入速率，最多可达45Mbps)。
• 帧中继的帧长度可变(1.6--2KB)，比X.25长，非常适合LAN业务。
• 提供动态的带宽管理和差控机制，适于传输突发性数据。
• 采用面向连接的虚电路方式，可提供交换式虚电路和永久性虚电路业务。
2. 帧中继层次结构：
• 帧中继网络在链路层和网络层，只保留了帧检错功能，遇到有差错的帧就简单地抛
弃，而不进行差错纠正、重发和流量控制等，这些相应的功能由端系统实现。因此，帧中继简化掉了分组级(网络层)，并简化了链路层功能。
• 帧中继网络体系结构也比OSI/RM简单(图略)。
• 帧中继标准只提供链路层和物理层的规格参数，而它独立于高层协议，因此，可以
利用现有的网络设备实现帧中继业务。
3. 帧中继的帧格式：
• 帧中继的帧格式与HDLC相似，但无控制字段，因此，帧中继只有数据帧。
• 标志字段与HDLC相同；地址字段较复杂，由2个字节组成；信息字段长度可变，
说明帧中继帧的长度是可变的；FCS字段构成与HDLC同，但只能检错，无纠错功能。
4. 帧中继的应用：典型的帧中继应用是互连LAN，其次还有图像传输和支持VPN等。 • •
帧中继网络由帧中继接入设备和帧中继子网组成。帧中继接入设备(FRAD)：是具有帧中继接口的接入设备，如主机、分组交换机、路由器等；帧中继子网主要由帧中继交换机和传输线构成。
• 帧中继与X.25的区别：
1、它不需要进行第3层（网络层）的处理（如流量控制）。智能PC机和工作站都可以处理网络层所需完成的功能。
2、帧中继只是使用下2层的一部分执行它的交换功能（统计复用、帧透明传输和错误检测），在第2层增加了路由的功能，取消了一些其它功能，如不进行差错纠正和拥塞的处理这样可获取更高的性能和效率。从而简化了交换过程，使网络时延大幅度下降，吞吐量大幅度上升。
帧中继没有明确的虚电路流控，而使用简单的拥挤通知机制。由于高层协议可以有
效地执行自己的流控算法，只要向用户设备报告网络资源邻近拥挤状态，同时向高层协议发出警报。所以在链路层对这种功能的需求可以抛弃。
当前帧中继的标准是在帧中继网络中管理配置永久虚拟电路PVC，来模拟电路交换
网。 •
5 . 6 ATM网
1. ISDN概述
• ISDN：Integrated Service Digital Network
• ISDN是一种由交换机和数字信道构成，可提供语音、数据、图像等综合业务信息
传输的数字通信网络。它可以使用户通过一条通信线路获得各种电信服务。
• ISDN有三个基本特征：
① 端到端的数字连接。
② 综合的业务。
③ 标准的入网接口(两种速率标准—基本速率和基群速率)。
• ITU-T在N-ISDN基础上提出宽带ISDN(B-ISDN) 的系列建议，它是一种信道速率
超过主群接口速率的系统。因为在使用中 2Mbps的速率很难满足用户的要求。
• B-ISDN以光纤为传输介质，传输速率可达155Mbps、 622Mbps ，甚至高达几Gbps。
各种不同速率业务都能以同样的方式在B-ISDN网络中传输。
• 为了实现 B-ISDN 功能，ITU-T定义了一种新型的快速传输技术--异步传输模式
ATM作为其核心技术。
• B-ISDN也是将各种业务(如语音、数据、图像、动画等)综合在一个网络中传输，它
包含N-ISDN的所有业务功能。
• B-ISDN和ISDN有以下一些主要区别：
① 传输带宽差别很大：ISDN只能向用户提供2M bps以下的业务；而B-ISDN可支持数Gbps的业务；
② 网络硬件基础不同：ISDN是以电话网络为基础的，用户采用双绞线；而B-ISDN网络的环路和干线都是采用的光纤介质；
③ 交换方式不同：ISDN主要使用的是电路交换(只在传输信令的D通道使用分组交换)技术，采用的是同步传输模式STM；而B-ISDN则使用一种快速分组交换技术，采用的是异步传输模式ATM；
④ 传输速率不同。ISDN各种通路的比特率是事先预定好的；而B-ISDN使用的是虚通路概念，其比特率不预先确定，其上限仅受UNI接口的物理比特率限制， 155Mbps可支持高清晰度电视的需求； 622Mbps的用户线路速率可支持一个或多个交互性的分布式服务。
采用的数据传输技术不同
N-ISDN采用的是时分多路复用技术，而B-ISDN采用的是ATM技术。
对网络传输信道的利用方式不同
N-ISDN对网络信道的分配及数据传输速率是预先规定的，而在B-ISDN中可以做到按需分配网络资源，具有极大的灵活性。
普通模拟电话网采用数字传输和交换以后就变成了IDN（综合数字网），但是在IDN
中，从用户终端（如电话机）到电话局交换机之间仍是模拟传输，需要配备调制解调器才能传送数字信号。
而作为全数字化网络技术的ISDN能将用户和电话局之间的最后一百英尺变成数字
连接，这样它就可以从一个用户终端到另一个用户终端之间的传输全部数字化而不再需要调制解调器。
ISDN技术的核心就是将带宽分成几个信道，其中包括B、D两种信道：
在ISDN的UNI中提供了两种类型的信道：一种是信息信道，用于传送各种信息流；另一种是信令信道，用于传送对用户和网络实施控制的信令信息。对于电路交换来说，ISDN信道有以下几种：
（1）信息信道分为B信道和H信道，B信道为速率64Kbps的信道，几条B信道合成一条H信道，H信道分为384Kbps和1920Kbps的信道。
（2）信令信道为D信道，D信道的速率根据不同的接口结构分为16Kbps和64Kbps两种。在某种情况下，D信道也能用于传送分组交换数据。
B信道支持话音和数据传输
每条B信道可真正地以64Kbps的速率传输高速数据，这包括数字化的声音信号，数字化的视频信号和原始数据。
D信道传输控制信号和数据。
D信道只能携带有关负载信道的信息，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。传输速率一般为16Kbps，对于主速率接口PRI，D信道的速率为64Kbps。
ISDN线路接口可分为两种类型：
基本速率接口（BRI，Basic Rate Interface）
——窄带ISDN（N-ISDN）
主要（基群）速率接口（PRI，Primary Rate Interface）
——宽带ISDN（B-ISDN）
BRI 基本速率接口提供了2B+D，其速率可达144Kbps
PRI 主速率接口提供了两种速率：
23B+D T1系统，其速率可达1.544Mbps（美国、日本等国）
30B+D E1系统，其速率可达2.048Mbps（我国和欧洲）
窄带ISDN（N-ISDN）：原有的ISDN技术，速率最大2M,支持数字化语言，对图像传输，信道容量就不能满足了。
宽带ISDN（B-ISDN）：信道容量至少应在2Mbps以上。能够提供综合业务的宽带数字网络。它设计的目标是将语音、数据、动态和静态图形，以及N-ISDN提供的所有服务综合在一个通信网中，满足用户的各类传输要求。
B-ISDN面临地两大技术难题：一是高速传输，二是高速交换。光纤通信为数据地高速传输提供了良好的支持，而ATM技术又为实现高速交换提供了广阔的前景，使得B—ISDN网络的诞生成为现实。
ISDN可提供2B+D的上网速度，其特点是比普通电话线上网快3～4倍，验证快、接入速率高、传输误码率小，同时既可打电话又可上网。
2．多媒体通信
ISDN可提供2B+D及3个2B+D捆绑384Kbps不受限的承载业务，为用户提供可视电话系统、视频会议系统、远程教学和远程医疗等多种服务，随着时代的发展，人们足不出户就可以享受信息时代所带来的便利。
2. ATM概述
异步传输模式：
ATM--Asynchronous Transfer Mode
ATM是1990年由ITU-T公布的快速交换技术，并将其作为B-ISDN的信息传输方式。但由于其复杂程度高，首先被用于LAN。
• ATM技术建立的网络可以提供高速交换方式，减少节点时延，支持和集成
所有类型的服务。在一定程度上解决了高速化和宽带化问题。
• ATM网络技术主要目标是高速化（低时延）、综合化（综合业务通信）和适应不同
速率业务服务。
• ATM是实现 B-ISDN的核心技术。实际上 ATM是一种快速交换技术。
• ATM是建立在电路交换和分组交换基础上的传输模式。ATM集交换(信元交换)、
复用(异步时分复用)和传输(异步传输，虚电路方式)技术为一体。
•
ATM的特点：
① 面向连接的快速(信元)交换；
② 综合了线路交换--实时性好(节点延迟小)和分组交换--灵活性好(动态分配网络资源)的优点；
③ 支持不同速率的数据传输，满足实时性业务和突发性业务要求；
④ 支持多媒体信息传输(业务综合化)；
⑤ 服务质量QoS高。
3 . ATM信元：
• 信元结构
ATM信元固定为53字节，其中5个字节为信元头，48字节为信元体（净荷）。
信元头承载信元的控制信息
信元体(净荷)承载用户要分发的信息
信元体中可是任何类型的信息。这种短小而固定的信元传输可以缩小网络传输延迟；长度固定的信元首部，可以只用硬件电路对信元进行处理，减少节点对信元的处理时间。
• 信元种类：
普通信元：承载用户信息
信令信元：承载控制信息
维护信元：承载运行和维护信息
空闲信元：填充空闲信道
4 . ATM逻辑连接
• ATM交换是面向连接的，也是在端到端的物理传输通道上建立多条逻辑连接(虚连
接)。
• ATM的逻辑连接分为两个层次：虚通路和虚信道。
• 虚通路(VP --Virtual Path)：一个物理通道可复用多个虚通路连接VPC。
• 虚信道(VC--Virtual Channel ) ：一个虚通路可复用多个虚信道连接VCC。
5. ATM交换原理
• 一个ATM交换机可包括入线处理单元、出线处理单元、交换单元和控制单元。 • 入线处理单元将接收的信元进行处理后送给ATM交换单元；出线处理单元将ATM
交换单元送出的信元处理后在输出线上传输。这些处理包括了光/电转换、电光转换，并/串转换和串/并转换。
• ATM交换单元就是要把接收到的ATM信元按VPI和VCI信息进行路由选择，分
别送给相应的输出线。在ATM中，可实现VP和VC交换。VP交换中 VPI改变而VCI可以不变；VC交换中VPI和VCI可同时改变。
• ATM控制单元对交换单元进行控制：建立和拆除虚连接；接收信令信元并处理产生
控制信号；收发ATM信元等。
6 . ATM网络结构：
• ATM网络是由ATM交换机及ATM端用户连接而成，其拓扑结构是以ATM交换
机为中心的星型结构（局域网）；多个ATM交换机之间互连可构成任意网状的拓扑结构（广域网）。
• ATM网络接口：ATM网络有两类接口：用户与交换机的接口(UNI --User to Network
Interface)和交换机与交换机的接口(NNI--Network to Network Interface )。
ATM网络结构的三个层次
专用ATM网
公用ATM网
ATM接入网
网络结构的3个层次
1）专用ATM网
专用ATM网是指一个单位或部门范围内的ATM网，它的网络规模比公用网要小，而
且不需要复杂严密的计费等管理规程，因此专用ATM网是首先进入实用的ATM网络，新的ATM设备和技术也往往先在ATM专用网中使用。
目前专用网主要用于局域网互连或直接构成ATM LAN，以便在局域网上提供高质量的
多介质业务和高速数据传送，所以专用ATM网中使用20字节的OSI NSAP（Network Service Access Point）地址，并将LAN的MAC地址封装在NSAP中，而公用网中使用15位的E.164地址。
2）公用ATM网
公用ATM网是由电信管理部门经营和管理的，它通过公用用户网络接口连接各专用
ATM网和ATM终端。
作为骨干网，公用ATM网应能保证与现有各种网络的互通，应有严格的协议保证网上
所有设备间的互通，应能支持包括普通电话在内的各种现有业务，另外必须有一整套维护、管理和计费等功能。
要将ATM技术应用于大范围的公用电信网络中还有许多工作要做。目前还没有一个商
用的公用ATM网，各国都在积极地进行这方面的试验，有关公用ATM网的协议也正在不断地完善之中
3）ATM接入网
ATM接入网主要指在各种接入网中使用ATM技术，传送ATM信元，如基于ATM的
无源光纤网络（PON）、混合光纤同轴（HFC）、非对称数字环路（ADSL），以及利用ATM技术的无线接入技术等。这方面的工作还处于起步阶段，还没有形成标准。