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第5章 网络接入技术,教学目标 本章将学习一些广域网的基本知识以及一些常见的、典型的广域网。要求学生熟练掌握广域网的基本概念、组成及其通信方式，掌握X.25分组交换网、数字数据网、帧中继、综合业务数字网、xDSL、异步传输模式等几种较为常见的广域网基本知识，了解Cable Modem通信原理、移动通信技术等等。,重点和难点 广域网点到点的通信方式 DDN网络的组成 X.25分组交换网和帧中继之间的区别 ISDN的基本结构和7号信令的功能 xDSL的工作原理 ATM中VC、VP之间的区别,课程学习,5.1 广域网概述 5.2 X.25分组交换网 5.3 数字数据网(DDN) 5.4 帧中继(FR) 5.5 综合业务数字网(ISDN) 5.6 xDSL 5.7 异步传输模式(ATM) 5.8 Cable Modem接入技术 5.9 移动通信技术的发展,5.1 广域网概述,广域网(WAN：Wide Area Network)，有时也称远程网，是覆盖地理范围相对较广的数据通信网络。它常利用公共网络系统(如电信局、广电局等)提供的便利条件进行传输，可以分布在一个城市、一个国家，甚至跨过许多国家分布到全球。,5.1.1 广域网的组成,WAN最基本的功能是数据通信和资源共享。相应的，WAN可从逻辑上划分为： (1) 通信子网：用于实现数据通信的网络； (2) 资源子网：用于实现数据处理和资源共享的网络。,5.1.2 点到点通信,通常点到点的通信主要适用于两种情况：第一种情况是成千上万个局域网，每个局域网含有众多主机和一些联网设备以及连接至外部的路由器，通过点到点的租用线和远程路由器相连；第二种情况是成千上万个用户在家里使用调制解调器和拨号电话线连到Internet，这是点到点连接的最主要应用。 有两种协议广泛用于Internet，即串行IP协议(SLIP：Serial Line IP)和点对点协议(PPP：Point to Point Protocol)。,1. SLIP协议,SLIP协议是1984年制订的，协议文本描述于RFC 1055，协议十分简单。,2. PPP协议,为了解决SLIP存在的问题，Internet IETF成立了一个组来制定点到点数据链路协议的Internet标准。该标准命名为PPP，即点到点协议。,5.1.3 广域网中的路由,大规模扩展需要增加新的分组交换机。增加网络的分组交换能力不需要增加计算机，只需将交换机加入网络内部，专门处理网络负载。这样的交换机上没有连接计算机，叫做内部交换机。直接与计算机相连的交换机叫外部交换机。,不论内部交换机还是外部交换机，都有一张路由表，都能转发分组，这样网络才能正常工作。而且，路由表必须保证： (1) 路由完备性。一个交换机内的路由表必须包含通往所有目的地的下一站信息； (2) 路由优化性。路由表所指的路径必须是最短路径。,5.1.4 路由表的计算,计算路由表的方法有两种： (1) 静态路由： (2) 动态路由：,5.1.5 高速广域网,高速广域网和现有广域网的区别在于不仅要求宽频，而且要求低的延迟。由于高速广域网的延迟主要由传送延迟决定，而不是由传输速率决定，因此，适用于兆位级速率的通信技术和网络协议，对高速广域网不一定有效。,5.2 X.25分组交换网,X.25分组交换网是为适应计算机通信而发展起来的一种先进通信手段，它在八十年代后期得到了蓬勃发展。,5.2.1 X.25概述,5.2.2 X.25协议分层,5.2.3 X.25网的设备,1. 分组交换机 2. 用户接入设备 3. 传输线路,5.3 数字数据网(DDN),数字数据网(DDN： Digital Data Network)是利用数字通道传输数据信号的数据传输网，DDN可提供点对点、点对多点透明传输的数据专线，为用户传输数据，图像，声音等信息。,DDN主要由四大部分组成：本地传输系统、复用及交叉连接系统、局间传输及网同步系统、网络管理系统。,5.3.2 DDN网络的拓扑结构,5.4 帧中继(FR),帧中继(FR：Frame Relay)是为解决在地理上分散的局域网实现相互通信的一种通信技术。它结合了基于X.25分组交换网和专线网络的特点，帧中继为分布式计算机系统的通信提供了最好的选择。帧中继网可以是一个公用网 (共享的)、专用网、混合网。帧中继通过减少链接到多个远端局域网的接口数量来达到节省硬件和连接的消耗，从而成为一种正迅速发展起来的高速分组交换传输方式的网络。,5.4.1 帧中继技术,帧中继是使局域网及其应用互联的一种协议。帧中继是从X.25协议发展而来的。X.25则是建立起来的分组交换数据网的基础。 帧中继是一种很重要的广域网技术。它是在需要通信的工作站之间创建虚电路的面向连接的技术，它提供永久虚电路PVC(Permanent Virtual Circuit)和交换虚电路SVC(Switched Virtual Circuit)两种类型的服务。,5.4.2 帧中继技术的基本工作原理,帧中继的原理很简单，我们不妨认为传送帧基本上不会出错，只要一知道帧的目的地址就立即开始转发该帧。也就是说，一个结点在接收到帧的首部后，就立即开始转发该帧的某些部分。实验结果表明，采用帧中继时一个帧的处理时间可以比X.25减少一个数量级。,一般分组交换网与帧中继方式在层次关系上的比较,5.4.3 拥塞管理,帧中继协议一个最大的优点是，它对其上的高层协议具有很高的透明性。,5.4.4 帧中继的应用,5.5 综合业务数字网(ISDN),综合业务数字网(ISDN：Integrated Services Digital Network)是自70年代发展起来的新兴技术，它提供从终端用户到终端用户的全数字化服务，实现了语音、数据、图形、视频等综合业务的一个全数字化传输方式。,5.5.1 ISDN概述,ISDN是在计算机技术、通信技术、VLSI技术飞速发展的前提下产生的。ISDN的目标是提供经济的、有效的、端到端的数字连接，以支持广泛的通信服务，包括声音的和非声音的服务，用户只须通过有限的网络连接及接口标准，就可以在很大的区域范围乃至全球实现信息的共享。,1. ISDN的标准化 2. ISDN的特点 3. ISDN的业务分类,5.5.2 ISDN的体系结构,1. 通道类型,A通道：4KHz带宽的标准模拟话路。 B通道：64Kbps，供用户传递信息。 D通道：16Kbps或64Kbps，供传送信令或分组数据使用。 H0通道：384Kbps，供用户传递信息使用，如立体声节目、图像等。 H11通道：1536Kbps，供用户传递信息使用，如高速数据传送、电视会议等 H12通道：1920Kbps，供用户传递信息使用，如高速数据传送、电视会议、图像等。,2. 接口结构,(1) 基本速率接口BRI。基本速率接口是规定现有电话网的普通用户线为ISDN用户线的接口，它是ISDN最常用的、最基本的用户网络接口。它由两条B通道和一条D通道构成，即2B+D。这种接口是ISDN最低速的接口，为最广大的ISDN用户而设计。 (2) 一次群速率接口PRI。一次群速率接口传输的速度与PCM的基群速度相同。由于国际上有两种规格的PCM，1.5444Mbps和2.048Mbps，所以ISDN用户网络接口也有两种速度，即T1为23B+D和E1为30B+D。中国主要采用E1接口。,5.5.3 ISDN的信令7号信令,2. 7号信令系统,ISDN的一个主要特征是使用了共路信令技术，即利用一个公共信令通道传送许多路的信令。共路信令系统除了具有呼叫监视、选择和运行功能外，还具有交换局间和交换局与各种特种服务中心间进行的各种数据信息交换的功能。此外，还能完成电路群监视、地址性质、电路性质和回声抑制器控制，以及附加路由器、附加地址和主叫用户标识等功能。,5.5.4 ISDN的典型应用,1. 语音/数据综合通信 2. 局域网的扩展和互连 3. 桌面电视会议系统,5.6 xDSL,5.6.1 xDSL概述 自从1881年亚历山大·贝尔博士发明双绞线以来，一百多年间，全世界已经铺下了价值六百多亿美元的市话电缆(铜用户线)，它们占总通信投资的30%以上，所以充分利用这些现有的资源上网，无需花费建造基础网络的费用，又可以实现高速的Internet访问，这种业务就是近年来发展起来的数字用户专线DSL，一般通称为XDSL。 非对称的数字用户ADSL是目前最受注目的一种技术。它的上传速度可以从64Kbps到640Kbps，下传速度可以从1.5Mbps到9Mbps。由于上下传的速度不同，所以称为非对称的传送技术。,5.6.2 ADSL,ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)就是利用现有的标准电话线上的空闲频率区域来传输数据的，当它利用此区域传送与接收数据时，原来的电话服务频段并没有被占用，仍可进行正常的声音传输，其最主要功能特点就是上下速度不同，最大传输范围为18000英尺。,ADSL工作原理,用户终端上网非常简单，仅需安装一个ADSL的调制解调器，这个ADSL的调制解调器内置有一个POTS分离芯片，它将现有的电话线分成两个波段，一个为数据所用，另一个为声音所用。 在传送声音时，会用到前面的4KHz的频段。在调制解调器中另有一个频道分隔芯片，可将传送的数据波段再细分为两个部分。较大的部分用于下传因特网上的数据，较小的部分用于上传用户数据，而在电话局的机房中的另一部ADSL调制解调器同样内置POTS芯片。可将数据中的声音信号分离，有关声音方面的信号会转到电话公司的网上，而有关的数据信息可接入到ATM网络上进入Internet中。,5.6.3 其他的DSL,1. HDSL 2. SDSL 3. VDSL 4. RADSL,5.7 异步传输模式(ATM),在1990年，国际电报电话咨询委员会(CCITT)正式建议将ATM作为实现B-ISDN(宽带综合服务数字网)的一项技术基础。这样，以ATM为机制的信息传输和交换模式也就成为电信和计算机网络操作的基础和2l世纪通信的主体之一。,5.7.1 ATM概述,ATM，即异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode)。它是未来的宽带综合服务数字网(B-ISDN)的底层传输技术。使用B-ISDN，可以在一个网络上以统一的方式提供多种服务。而现在的网络都是为了特殊的应用目的而设计的，为了提供不同的服务，人们不得不建造不同的网络，分别用于传输电话、电视和数据。同时运行三种不同的网络，维护起来复杂，在经济上也不合算。B-ISDN就是为了统一电信网络而设计的网络传输技术。,ATM网络的基本思路就是把数据分割成固定长度的信元(Cell)来传输。每个信元有5个字节的信头和48字节的净荷(Payload)。信元的长度固定，信头又非常简单，这些使得ATM网络可以用硬件来实现信元的快速转发。 ATM网络提供面向连接的服务。在发送数据之前，进行通信的端站点之间必须存在连接。该连接可以是永久性的，也可以是动态建立的。,ATM技术的基本特点可以归纳如下：,(1) 面向连接； (2) 固定信元长度； (3) 统计复用； (4) 提供多种服务类型。,5.7.2 ATM的虚信道和虚通道,在ATM层。连接被分为两个层次：虚信道和虚通道。虚信道(VC：Virtual Channel)是指一条单向ATM信元传输信道，有一个惟一的标志符。该标志符称为虚信道标志符(VCI)。 虚通道(VP：Virtual Path)也是指一个单向的ATM信元传输信道。不过，一条虚信道中包含有多条虚通路，所有这些虚通路有相同的标志符。该标志符称为虚信道标志符(VPI)。,5.7.4 ATM业务类型,ATM技术的最大长处之一就是能够根据所传输的应用业务需要进行不同的处理和转发，从而满足多媒体实时业务的需要。为了综合处理和转发各种不同类型的多媒体业务，ATM论坛把这些业务划分为五类：恒定比特率业务(CBR)、实时可变比特率业务(rt-VBR)、非实时可变比特率业务(nrt-VBR)、可用比特率业务(ABR：Available Bit Rate)和非特定比特率业务(UBR：Unspecified Bit Rate)。,ATM业务类型对照表,ATM局域网仿真,局域网仿真就是要在ATM网上模拟传统局域网的一些特性，在ATM网上构造新的局域网，让ATM网络上的设备和传统局域网上的设备能够透明通信。使用局域网仿真技术进行通信的网络构成仿真局域网(ELAN：Emulated LAN)。,5.8 Cable Modem接入技术,为了解决终端用户通过普通电话线入网速度较低的问题，人们一方面通过xDSL技术提高电话线路的传输速率，另一方面尝试利用目前覆盖范围广、最具潜力、具有很高带宽的有线电视(CATV)网络，有线电视网络拥有庞大的用户群，同时它理论上可以提供极快的接入速度和相对较低的接入费用。,5.8.1 HFC简介,光纤同轴电缆混合网(HFC：Hybrid Fiber Coaxial)，是以现有的CATV网络为基础，采用光纤到服务区，而在进入用户的“最后1公里”采用同轴电缆的新型有线电视网，传统的同轴电缆系统通常的传输频带为330MHz或450MHz，而HFC系统达到了750MHz以上，HFC的高带宽为数据提供了传输空间。,由于树型结构使其上行信号存在噪声积累，多个用户共用一条共享链路，对线路要进行双向通信改造等，因此HFC网络的安全保密性、系统健壮性以及价格等问题有待进一步解决和完善。,5.8.2 Cable Modem的工作原理,5.8.3 Cable Modem的种类 5.8.4 Cable Modem系统的配置、使用和管理 5.8.5 Cable Modem的优缺点,5.9 移动通信技术的发展,无线电报(1894年)、无线电广播(1906年)、无线电导航(1911年)、无线电话(1916年)、短波通讯(1921年)、无线电传真(1923年)、电视(1929年)、微波通讯(1933年)、雷达(1935年)，以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。无线通信初期，人们使用长波及中波来通信。20世纪20年代初人们发现了短波通信，直到20世纪60年代卫星通信的兴起，短波通信技术一直是远距离通信的主要手段。,移动通信技术的发展经历了3个阶段，也称为3代。第1代是20世纪70年代初到80年代，以提供语音通信服务的模拟系统为主，频段已经扩展到800MHz。第2代是80年代到90年代中，为数字式移动通信系统，频段扩至900MHz到1800MHz。第3代是90年代中期到现在的移动电话(3G)，主要向提供多媒体与可程序化的终端手机、高传输速率的移动通信服务以及定位搜索服务的方向发展。,5.9.1 第1代移动通信技术,第1代移动通信技术是以提供语音通信服务的模拟系统为主，其代表是由美国著名的AT&T贝尔实验室于1976年开发并于1983年首次在美国投入商业运营的移动电话系统的“高级移动电话服务”(AMPS：Advanced Mobile Phone Service)。APMS采用“蜂窝”的概念，将一个通信区域划分成彼此相接的六角型蜂窝，被称为一个“Cell”，所以俗称蜂窝电话。通常一个蜂窝的通信范围在1020km之间。各个蜂窝都有一个低功率的无线电基站。,5.9.2 第2代移动通信技术,第2代移动通信为数字式移动电话系统，这是目前全球移动通信的主流技术。其代表是全球数字式移动电话系统(GSM： Global System for Mobile Communication)和码分多路访问(CDMA：Code Division Multiple Access)系统。,5.9.3 第3代移动通信技术,1. 3G的功能 2. 3G的主要特点 3. 3G的主要标准 4. TD-SCDMA,习 题,1. 通信子网由哪几部分构成？各部分的主要作用是什么？ 2. 什么情况下在网络中设置路由器是无效的？ 3. 试说明X.25分组级的功能。 4. 在X .25中，理论上最多允许多少条虚电路？并说明它是由什么决定的。 5. 比较帧中继与电路交换、X.25分组交换和ATM的相同与不同。 6. 简述DDN的组成。 7. 什么是ISDN？ 8. 试说明ISDN的基本意义及其基本特征。 9. 试说明ISDN的体系结构。 10. 简述xDSL的分类。 11. ADSL用户端有哪几种设备？ 12. 简述ADSL的工作原理。 13. 比较ADSL、HDSL、SDSL、VDSL、RADSL的相同与不同。 14. 什么是ATM？ 15. 局域网中共享ADSL或Cable Modem上网的方式有哪些？ 16. 试比较ADSL与Cable Modem两种网络接入方式的优缺点。 17. 简述移动通信的发展过程。 18. 第3代移动通信使用了哪些主要技术？,