第 5 章 广域网基础...
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第 5 章 广域网基础 广域网的主要作用是在更大的地理覆盖范围上为用户提供电话、数据和视频业务的承载服务。因此，广域网中分组的交换机制是广域网技术的关键。 广域网的技术标准主要涉及对物理层、数据链路层和网络层的描述。其中物理层对广域网的接口规范进行定义，数据链路层描述数据帧在系统中的传输方式，而网络层则讨论交换机制。 广域网的通信链路可以分为专线和分组交换方式两种： 1 、专线 提供永久的服务，常用于数据、语音或图像的传输。专线方式通常作为点到点的链路，为核心设备及骨干网络提供专门的传输连接，为大容量的环境提供稳定速率的传输方式，如数字数据网络 DDN 等。. 2 、分组交换网 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第 5章 广域网基础
广域网的主要作用是在更大的地理覆盖范围上为用户提供电话、数据和视频业务的承载服务。因此，广域网中分组的交换机制是广域网技术的关键。
广域网的技术标准主要涉及对物理层、数据链路层和网络层的描述。其中物理层对广域网的接口规范进行定义，数据链路层描述数据帧在系统中的传输方式，而网络层则讨论交换机制。
广域网的通信链路可以分为专线和分组交换方式两种：1 、专线提供永久的服务，常用于数据、语音或图像的传输。专线方
式通常作为点到点的链路，为核心设备及骨干网络提供专门的传输连接，为大容量的环境提供稳定速率的传输方式，如数字数据网络 DDN 等。
1. 利用公用电话线路的电路交换网络技术。如公用电话交换网 PSTN 、综合业务数字网 ISDN 、同步光纤网 SONET 等。
2. 利用公用数据网的分组交换网络技术。如公用分组交换网 X.25 、帧中继网、异步转移模式 ATM 、以太网等。
3. 采用专线交换技术。如数字数据网 DDN 等。4. 无线网络。如微波、卫星等。
2 、分组交换网它结合了电路交换和报文交换的优点，将信息划分成一定大
小的分组，通过交换机动态地利用线路带宽，以存储转发方式进行传输。分组交换技术又可分为虚电路和数据报两种方式。现有的公共数据交换网都采用分组交换技术。
WAN 的通信链路及所采取的技术主要包括：一、大型用户骨干网的连接技术：
二、小型用户（包括家庭用户）接入 Internet 的连接技术：
1. 利用电话线作为传输媒体。如 Modem 、 ISDN 、非对称用户数字环路 ADSL 等。
2. 利用 CATV 作为传输介质。如电缆调制解调器 Cable Modem 技术。
3. 利用光纤作为传输介质。如无源光纤环 PPL （ Passive Photonic Loop ）技术。
4. 利用微波、卫星作为传输媒体。如“蓝牙”技术、机顶盒技术等。
5.1 公用数据网络 PDN
公用数据网络 PDN （ Public Data Network) 是由国家统一建设、管理和运行的、向用户提供数据通信服务的基础设施。
5.1.1 PDN 的结构PDN 由交换机、网管中心、用户接入设备及通信线路等设施组
成，全国统一编址，负责数据从信源到信宿的无差错透明传输，是一个提供公共传输服务的通信子网。用户之间的高层协议和应用业务由用户协商选择。
PDN往往通过已有的公用电话交换网 PSTN 的交换线路，通过Modem 将交换设备、网管中心以及用户接入设备互连起来实现数据通信。我国于 89 年建成了中国公用数据网络并投入运行，取名CHINAPAC(the CHINA Public PACket switching data network) ，简记为 CNPAC 。
PDN 采用分组交换方式，所以 PDN 又称共用分组交换网PSN （ Packet-Switched Netware ）。
PDN 通常采用两级结构：第一级由中转分组交换机互连构成，称为骨干网；第二级由本地交换机与骨干网连接而成，分组终端 PT与二级交换中心相连。如图 5-1 所示。
PT
PT PT
PT PT
PT
PT
PT
PAD
NTP NTP
NMC网管中心
分组终端
非分组终端
中转分组交换机
本地交换机
图 5-1 PDN 的二级结构
中转分组交换机具有通信容量大，每秒能处理的分组数多，所有的线路端口都是用于交换机之间互连的中继端口；支持路由选择，线路速率高的特点。
本地交换机的容量较小、无路由选择能力或很小，主要用于本地终端的汇集、交换以及与中转分组交换机的连接。
网络管理中心负责全网的管理，主要功能有：网络的配置与用户的管理、日常运行数据的收集与管理、路由选择管理、对交换机软件进行维护、网络监测、故障报警与状态显示以及收费管理等。网管中心主要有集中式管理和分布式管理两种配置。
分组交换网有两种终端类型：分组终端 PT 和非分组终端NPT ，前者通过分组交换网接口与网络相连，后者则采用不同的通信规程， NPT只能通过 PAD实现与分组交换网接口的连接。
分组拆装设备 PAD实现用户通信规程与标准接口规程的转换，将不符合分组交换网接口标准的用户终端连接入网。
5.1.2 PDN 接口标准—— X.25PDN 的接口规范由 CCITT 于 76 年提出的 X.25 建议书定
义，所以 PDN也称为 X.25 网，它是一种以面向连接的虚电路为基础的、速率在 64Kb 以内的中速网。
X.25只对数据终端设备 DTE 通过中间设备——数据通信设备 DCE与 PDN 连接的接口规范进行定义，它不涉及网络内部的通信细节。见图 5-2 所示。
PDN
DCE DTE
DCE DTE
DTE DCE
X.25 接口X.25 接口
图 5-2 X.25 作用范围
5.1.3 X.25 的体系结构X.25 的体系结构与 ISO/OSI低三层对应，分别称为物理层、
数据链路层和分组层。1. 物理层采用全双工 /半双工点——点同步数字线路访问 PDN 。常
见的接口标准有：欧洲网络使用 X.21 接口，其物理特性（包括机械、电气、
功能和规程特性）类似于 EIA-422 ， DTE——DCE间的电缆最大长度可达 1000 英尺，速率为 10Mb；美国标准使用 X.21bis ，其特性类似于 EIA-232-D ，早期
也使用 RS-232C 作为物理层接口， 56K速率；此外还有适用于欧洲和美国的 V.35 标准等。
2. 数据链路层负责在 DTE与 DCE间进行可靠的点—点全双工同步传输，
采用平衡型链路访问规程 LAPB（ Link Access Protocol-Balanced ）， LAPB是 HDLC （高级数据链路控制）的一个子集。所谓平衡是指 DTE 和 DCE之间的控制是平衡的，可由任一端发出链路的建立 /断开命令。分组以存储转发方式进行传输。
3. 分组层通过多路复用技术，在 DTE 和 DCE间建立多条（最多可
达 4096 条）逻辑子通道，对每条虚电路均提供建立、拆除、传输、流控、差控、错误恢复、紧急数据、参数请求或获取等多种服务。
5.1.4 X.25 提供的连接服务1. 交换虚电路服务这是一种面向连接的服务， DTE之间通过呼叫 /应答建立一
条全双工虚电路；传送结束可由任一方发起拆除请求。一个 DTE可同时与多个 DTE 建立虚电路，支持点—多点的传输服务。
2. 永久虚电路服务 PVCPVC 在各 DTE之间建立一条固定的逻辑通路（不是物理通
路），在网络初始化时建立，直至用户申请拆除期间始终有效。PVC使用时不需建立连接，在没有数据传输时，链路可以为其他用户所使用。
3. 数据报服务这是一种无连接服务，为实现这种服务请求， X.25 专门在
DTE与 DCE之间分配部分逻辑信道，这些信道提供永久虚电路服务，不再分配给其他连接请求。这种服务仅在早期版本中提供。
X.25 对流量及分组顺序的控制采用窗口滑动协议。
5.2 帧中继网
在 X.25 发展初期，网络传输设施基本上借用了模拟电话线路，这种线路噪声干扰较大。为了确保传输的可靠性， X.25 采用存储—转发方式进行数据交换，每个中间节点的数据链路层都要进行大量处理，正确无误后才交给网络层协议，实现向下一节点的传送。当帧进行多个节点的穿越传输时，这种方法将导致传输延迟的增加。
到了八十年代后期，随着数字数据网 DDN （ Digital Data Network——一种提供永久性连接的专用电路网络）的出现，产生了一种支持高速交换的网络体系结构——帧中继 FR（ Frame Relay），它是在 X.25 的基础上演进而来。
5.2.1 帧中继原理FR提供面向连接的服务，在认为帧的传送基本不会出错的
基础上（即信道误码率极低），用户通过租用虚拟专线方式建立永久虚电路，实现数据的即用即传。FR的主要特点有： 具有从中速到高速的数据接口，传输速度可达 2 Mbps； 可用于专用和公用网； 仅用于传输数据分组； 协议简单，有利于发展高速交换机； 使用可变长分组，最大帧长为 1600B。FR采用边接收边转发的快速分组交换方式，一旦知道帧的
目的地址，便可立即按路由转发该帧的其余部分，从而减少了帧在节点的延迟。与 X.25相比， FR的帧处理时间减少一个数量级，即 FR网络的吞吐量比 X.25 提高一个数量级以上。
FR帧的这种快速分组交换方式，使帧在传输过程中动态地分布在若干中间节点及传输线路上，造成对帧的检错处理较困难。FR解决的方法是：检测到错误的节点立即中止本次传输，同时向上、下游节点发出出错信息帧，收到信息帧的节点放弃传输，直至该帧从网络中消失，然后由源节点重发该帧。这种方法较传统的分组交换法费时，所以 FR 仅适用于传输误码率非常低的情况。
用户通过帧中继用户接入电路连接到帧中继网络。常用的用户接入电路速率为 64 Kbps 和 2.048 Mbps 。用户接入电路又称用户网络接口 UNI （ User-to-Network Interface ）。一个UNI有一条或多条虚电路（可以是永久的或交换的），每一条虚电路都是双向的，其两个端点由数据链路标识符 DLCI （ Data Link Connection Identifier ）唯一标注。
5.2.2 帧中继网络与一般分组交换网的区别FR是 X.25 在新的传输条件下的发展，帧格式及规程支持
在数据链路层实现链路的复用和交换，所以 FR可以在数据链路层而不是在网络层实现复用传送，故名帧中继。
帧中继与传统分组交换网的主要区别有：1 、传统的分组交换网采用逐帧检测确认的方式进行传输，
目标节点在收到帧后再经逐站确认实现端到端的确认，如图 5-3(a) 所示。FR网中每个节点只转发不确认，只有目的站收到帧后才向
源节点发回端到端的确认，所以中间节点不需保留状态表，且FR也不需要网络层。如图 5-3(b) 所示。由此带来 FR的一个缺点是：链路层没有流量控制能力，而只能由高层来完成，即点到点的流控和差控需由高层通过端到端的流控及差控来实现。
源站点 目的站点中间节点 源站点 目的站点中间节点
（ a ）传统分组交换网的帧检测过程 （ b ） FR 网的帧检测过程
图 5-3 FR 与传统分组交换网的帧检测转发方式比较
2 、当多个 LAN 通过 WAN 进行互连时，为使任一 LAN 通过 WAN与其他 LAN 进行时延足够小的有效通信，一般需采用多个多端口路由器，通过专线互连。见图 5-4(a) 。而 FR技术采用帧中继交换机可简化连接方式，如图 5-4(b)
图 5-4(a)需要 6 条长途专线和 12条本地专线，每个路由器需要 3个端口
LAN1
LAN3
LAN2
LAN4
R1
R3
R2
R4WAN
长途专线本地专线 本地专线
图 5-4(a)
图 5-4(b)需要 4条长途专线和 4条本地专线，每 2个帧中继交换机之间建立永久虚电路
LAN1
LAN3
LAN2
LAN4
R1
R3
R2
R4
FR 网长途专线
本地专线 本地专线FR
FRFR
FR
FR
帧中继交换机
图 5-4(b)
5.2.3 帧中继的主要优点1 、帧中继支持远地 LAN 的永久虚电路连接，减少了网络
互连的代价。当使用帧中继网络时，将不同的源站点产生的通信量复用到专用的主干网上，减少在广域网中使用的电路数，从而降低接入代价。
2 、网络的复杂性减少但性能却提高了。由于网络结点的处理量减少，且更加有效地利用了高速数据传输线路，所以帧中继明显地改善了网络的性能和响应时间。
3 、简化的帧中继链路协议，较容易移植到现有的其他主干网上，并可支持多种网络协议的兼容，如 IP 、 IPX 、 SNA等，所以可以采用帧中继网络作为公共的主干网。
4 、帧中继适用于大文件（如高分辨率图像）的传输、多个低速率线路的复用以及局域网的互连。
5.3 异步转移模式 ATM
传统的电路交换和分组交换技术在实现宽带高速的数据交换任务时，各有利弊。电路交换的实时性较好而分组交换则更为灵活。另一方面，对于电路交换，当数据流量发生突发性变化时，交换控制就变得十分复杂；对于分组交换，在数据传输速率很高时，分组在协议各层的处理需要很大的开销，无法满足对实时性要求较高的业务的时延要求。
异步转移模式 ATM （ Asynchronous Transfer Mode ）是建立在电路交换和分组交换基础上的一种面向连接的快速分组交换技术，它采用定长分组，能够较好地对宽带信息进行交换。为此就要求在低层需要有高速通道来支持数字化的声音、视频及各种多媒体信息的传输。
5.3.1 ATM 的基本概念ATM 网络是一种面向连接的分组交换网。它将数字信息分
成长度固定的分组，并在每个分组前装配传输虚连接信息，以及地址、流量、差错等控制信息，构成长度为 53个字节的分组，成为信元（ Cell ），传输以信元为基本单位，采用异步式时分制多路复用（ ATD) 技术，每个信元占用一个时隙，通过 ATM 交换机实现虚电路的物理连接。 ATM 又称信元交换。
ATM适用于 LAN 和 WAN ，它支持在基带和宽带上发送数据，其理论速率可达 1.2G bps,是综合业务数字网 ISDN(Integrated Services Digital Network) 的基础。
与电路交换和分组交换比较， ATM具有以下特点：1. ATM 采用异步式多路复用 ATD 技术，按需分配时隙，提高
了信道利用率，有利于突发业务的处理。2. ATM允许使用空信元来填充信道，满足电路交换的要求，实
现信元交换条件下的时分制多路复用。3. ATM允许不同类型的服务复用在一起，交换设备按统一速率
进行信元转发，高速率信元终端占用较多的时隙，能支持不同速率要求的多种业务。
4. ATM 的定长信元便于采用硬件对信元头 (5B) 进行识别和处理，降低设备和协议的复杂度，减少处理时间，提高交换速率。
5. ATM依靠连接标识来识别通路，因而支持广播传输，而电路交换只支持点—点的专线连接。6. 可在不改变通信协议和网络结构的情况下开展新的业务。7. ATM使用低误码率的光纤传输，因此 ATM 网不必在数据链
路层进行差控和流控（放在高层处理）。
1 、物理层由物理媒体子层和传输汇聚子层
组成：前者支持与媒体接入相关的位功能，如光电转换、位定时及线路编码等；后者实现信元流与比特流的转换、速率匹配、信元定界与同步等。
2 、 ATM 层ATM 层的基本功能是信元的组织与控制，包括：多路复用、
信元虚通道号 VPI （ Virtual Path Indentifier ）和虚通路号 VCI （ Virtual Channel Identifier ）的转换、信元首部的产生与提取以及流量控制等。
5.3.2 ATM 的体系结构ATM参考模型包含 4个层次结构，如图 5-5 所示。
物理层
ATM 层
ATM适配层
高层
图 5-5ATM 体系结构
传输汇聚子层物理媒介子层
汇聚子层拆装子层
3 、 ATM适配层（ AAL ）AAL （ ATM Adaptation Layer ）的作用是增强 ATM 层提
供的服务，包括实现信元与应用数据单元的转换、比特流的监控与差控、处理丢失和错误交付的信元、流量控制和定时控制等。 ALL 由两个子层组成：拆装子层和汇聚子层。前者把上一层送来的信息单位分装成 ATM 信元，或者把 ATM 信元重组成高一层的信息单位。后者与服务有关，可以对不同的应用提供不同的服务，完成信报标识和时钟恢复等。
4 、 ATM高层高层泛指与业务相关的功能。 CCITT 将 ATM 网络提供的
服务分为五类：
B类服务：可变的比特率服务 VBR（ Variable Bit Rate ），又可分为实时可变比特率服务 RT-VBR和非实时可变比特率服务 NRT-VBR两种： RT-VBR主要用来提供具有严格实时要求的服务，如实时视频会议等； NRT-VBR针对需要及时传送重要数据，但允许一定量抖动的服务请求。
C类服务：可用比特率服务 ABR（ Variable Bit Rate ），这类服务主要是为带宽并不确定的突发业务设计的。
D类服务：不定比特率服务 UBR（ Unspecified Bit Rate ），定义为不可靠的无连接的数据传输服务，这类服务适用于 IP 包的传输。
X类服务：允许用户或厂家定义自己的服务类型。
A类服务：是面向连接的恒定比特率服务 CBR（ Constant Bit Rate ），主要用以模拟电路交换，以恒定的速率实现端到端的传输。不提供差控及流控，专为语音、图像等业务的传输请求提供服务。
CBR（ A类）
RT-VBR （ B类）
NRT-VBR （ B类）
ABR（ C类）
UBR（ D类）
带宽保证 提供 不提供实时数据流 支持 不支持突发数据流 不支持 支持
是否需要同步 需要 不需要连接方式 面向连接 无连接比特率 恒定 可变
表 5-1给出了上述五类服务的比较：
在上述 ATM 体系结构中，假定 ATM 网络拓扑是由点到点链路构成的，当 ATM 网络包括共享媒体的拓扑时（如与已有的以太网连接），在 ATM 层与物理层之间还应加上一个局域网的MAC 层。
5.3.3 ATM 网络结构ATM 网络由 ATM终端和 ATM 交换机构成。一般，一个 ATM
网络拥有多个 ATM 交换机。终端与交换机的接口称为用户 -网络接口 UNI （ User to Network Interface ），交换机间的接口称为网络 -网络接口 NNI （ Network to Network Interface ），图 5-6为 ATM 网络组成逻辑示意图。
图 5-6 ATM 网络组成示意图
W
W
S
S
W
WWWW
622M 光纤
100～ 155M 光纤
25～ 51M UTP
NNI
UNI
ATM 交换机 25～ 51M UTP 可作为用户链路；100～ 155M 光纤可用于服务器与交换机的连接链路；622M 以上的 SM 光纤用于交换机。不同速率的链路匹配正是 ATM交换机的功能之一，不需另外的网桥进行速度转换。
ATM 是一种基于交换机的连网技术，交换机把带宽分配给各需传送的站点。 ATM 交换机由 n 个 I/O端口、交换机构和控制处理机组成，如图 5-7所示。
管理控制机MCP
交换机构
0
n-1
0
n-1
输入口控制器 输出口控制器
图 5-7 ATM 交换机结构抽象模型其中：输入口控制器提供缓存、广播信元复制、虚拟通路
标识符 VCI 的转换、低速设备的多路复用、实施路径连接请求和预约等；输出口控制器提供缓存、 VCI 转换、多路分配、 N/R 选择（从 N个缓存信元中选择R个进行传送）等功能；交换机构实现输入口到输出口的路径连接，提供端口服务规则，解决信元对资源的竞争，支持多个 I/O 连接；管理控制机 MCP实现数据交换的操作和管理。
5.3.3 ATM 网络的连接和信元传输在进行数据交换之前先建立虚连接，即在连接时，只对连
接进行资源分配，仅当发送信元时才真正占用资源。网络资源是由各连接统计复用的（按需分配的时分制多路复用）。 ATM 交换机的每个端口可构成若干个虚电路，每个虚电路由虚通路标识号 VCI （ Virtual Channel Identifier ）标注。 VCI 为网络管理的基本单位，若干个 VCI 组成一个虚通道，并以虚通道号 VPI （ Virtual Path Indentifier ）标注（见图 5-8）。虚连接由 VPI/VCI 表示。
传输净负荷虚通道 VPx 虚通路 VC
x VCyVCz
VCyVCz
VCx
VPy VPz
图 5-8 ATM 连接的标识符 VPI 和 VCI
ATM 的体系结构与 ISO/OSI 模型或 TCP/IP协议完全不同，它所定义的一套全新的协议与现有的协议在某些层次上是重复或冲突的，至今还在不断完善之中。此外，现有的 ATM 网络存在与其他网络的兼容性、接入困难和复杂的技术等难题。
4/1
5/1
2/2
3/31/11/2
4/12/24/32/1
5/13/35/33/1
3/31/22/21/1
信元路由表
信元交换机
图 5-9 ATM 信元交换机制示意图
ATM 信头带有 VPI/VCI 路由信息，交换机依据这一信息在转发表中查找转发端口，并将下一段链路的 VPI/VCI值置入信头，信元的交换过程如图 5-9所示。
5.4 分布式队列双总线 DQDBDQDB(Distributed Queue Dual Bus) 是 IEEE802.6定义的
一个采用预约资源控制城域网标准，它提供更大范围的高速数据、话音和视频服务。 DQDB采用两条分离的双总线结构，用于同时传输数据，两条总线都是单向的，传输方向相反 ,分别称为总线 A 和总线 B，所有站点都连接在这两条总线上。由于总线是单向的，所以 DQDB上的任意节点间的传输不受冲突域限制，也不采用 CSMA/CD 方式竞争总线，网络规模理论上无限制。
DQDB支持多种传输介质，传输速率为 34 Mb～ 155 Mb或更高， 802.6定义的标准速率为 44.736M bps 。同时支持电路交换和分组交换。 DQDB能作为主干网实现多个 DQDB子网或其他专用网的互连。
图 5-10为 DQDB连接示意图。
5.4.1 DQDB 协议体系结构DQDB标准对应于 OSI 模型的
最低两层，见图 5-11 。其中：物理层对应于 OSI 的物理层。 DQDB层对应于 OSI 数据链路层的低子层，等效于 IEEE802.3～ 802.5LAN 的MAC子层。
高层协议
数据链路层
物理层
LLC 层
DQDB 层
物理层
OSI DQDB
图 5-11
图 5-10 多个 DQDB子网形成 WAN示例
DQDB子网
DQDB子网
DQDB子网
DQDB子网
电路交换网
分组交换网
ISDN
IEEE802.3 LAN
IEEE802.4 LAN
IEEE802.5 LAN
FDDI MAN
主机
主机话音数据终端
话音数据终端 LAN
多协议桥接器DQDB主干网
DQDB支持以下高层服务： 提供对 IEEE802.2 LLC子层的无连接 MAC 服务； 通过虚电路提供两系统间的分组数据传输； 等时服务，支持电路交换或其他实时应用。图 5-12 为 DQDB网络体系结构图。
LLC 层
DQDB 层
物理层
汇 合 功 能
排队仲裁访问 QA 预仲裁访问 PA
公 共 功 能
层管理实体
LME
物理层汇合功能 PLCP层管理实体 LME
传输系统
无连接服务 虚电路服务 等时服务
图 5-12 DQDB体系结构
DQDB 的物理层由三个模块组成： 传输系统：对传输介质的速率、最大长度、最大站点数
等进行定义，为汇合功能模块提供传输接口； 物理层汇合功能 PLCP ：提供适配器传输及旁路功能，
与介质无关； 物理层管理实体 LME ：完成对本地物理层的管理，并为
远程管理提供接口。DQDB 子层包括： 汇合功能支持无连接服务、面向连接的数据传输服务以
及面向连接的等时服务，使 DQDB更具灵活性； 访问控制功能由排队仲裁访问 QA 和预仲裁访问 PA 两个
模块组成， QA 方式支持那些对时间不敏感的服务，如异步或分组交换传输方式； PA 方式则适用于对时间敏感的服务，如电路交换方式；
DQDB层管理实体提供对 DQDB层的网络管理功能。
5.4.2 DQDB 网络组成DQDB网络采用双总线结构，分别支持两个方向上的数据
通信，且彼此独立，可实现网上任一对节点间的全双工通信。所以， DQDB的容量是单总线结构的两倍。 DQDB网络结构如图 5-13 所示。
节点 节点总线 A
总线 B
总线 A首端
总线 B尾端 总线 B首端
总线 A尾端
图 5-13 DQDB双总线拓朴结构
在 DQDB网络总线上传输的信息可分为两类： 8位位组和具有固定长度的时隙（ Slot ） ,它们均由每条总线的头端格式化后产生并在尾端终止。一个总线上的时隙不向另一个总线转发，因而 DQDB在逻辑上不会构成回路。
5.4.3 DQDB 介质访问控制方法DQDB通过时隙实现对节点的介质争用控制。 DQDB层对
双总线提供了两种访问控制方法：排队仲裁访问 QA 和预仲裁访问 PA 。
1.排队仲裁访问 QA （ Queued Arbitrated access) QA 采用分布式排队算法，提供非等时服务。当一个访问单
元 AU（即节点）需发送信息时，依据目标节点的上、下游关系确定传输总线（前 /后向），然后通过反向总线向所有的上游节点发出发送请求REQ，待获准发送后沿前向总线发送信息分组。图 5-14 为不同总线的作用示意图。
请求发送的站点
AUAU AU
前向总线
后向总线
B
R
B ：忙标志
R ：请求位
时隙
图 5-14
在 DQDB网络中，一个 AU只有在获得空时隙后，才有权发送数据。为了防止靠近总线首端的 AU获得所有的空时隙， DQDB规定：离头端越远的站点预约的优先级越高，即只有某站点下游的所有 AU均无发送请求时，才响应本站点的传输请求。为此，每个 AU设有 RC 和 CD 两个计数器 ,其中 RC 用于保留下游 AU的访问请求数， CD记录本站点在资源预约队列中的位置。其工作原理如下：a.反向总线上 REQ请求分组每经过一个 AU，该 AU的 RC加 1 ，表示该 AU下游又多了一个请求发送节点；
b. 对于一个无数据发送的 AU，每当一个空时隙在前向总线上经过，该 AU的 RC减 1 ，表示该空时隙将被下游某节点利用；
c. 对于需要发送数据的 AU，首先通过反向总线发出REQ请求，并将自己 RC 的值复制到 CD 中，同时将 RC清 0。之后，在反向总线上每经过一个REQ，该 AU的 RC加 1 ，表示迟于本站点的传输请求增加一个。而正向总线上每经过一个空时隙，则 CD减 1 ，说明先于本站点的传输请求正被发送。当 CD 为 0且下一个空时隙到来时，该 AU才能将数据附在时隙后发送出去。
图 5-15说明了 DQDB 传输控制协议的数据传输过程
头端
头端总线 A
总线 B
RC=0CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
A B C D E
图 5-15 （ a ）初始时，所有站点的 RC 、 CD计数器为 0
RC=1CD=0
RC=1CD=0
RC=1CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
A B C D E
pkt
REQ
图 5-15 （ b ）站点 D经总线 B 发预约请求，其所有上游站点 A 、 B 、C 的 RC计数器分别加 1
RC=2CD=0
RC=0CD=1
RC=1CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
A B C D E
pkt
REQ
图 5-15 （ c ）站点 B 发出预约请求，上游站点 A 的 RC计数器加 1 ，B 的 RC计数器值传入 CD ，并将 RC清 0
RC=1CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
A B C D E
DATA
图 5-15 （ d ）当总线 A 上的空时隙经过站点 B时，由于 B 的 CD计数器不为 0 ，所以 CD减 1；空时隙到达 D时，由于 CD 为 0 ，站点D 发送数据
RC=0CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
RC=0CD=0
A B C D E
DATA
图 5-15 （ e ）当下一个空时隙到达 B时， B 的 CD计数器为 0 ， B 发送数据
a.QA时隙每次只属于一个节点，而 PA时隙可能属于多个节点；
b.PA访问以 8位位组为基本传输单位，支持同步传输；c.正向总线头部在收到 AU请求后，在 PA时隙中写入一
个特殊字段— VCI 字段，通过 VCI值体现该 PA请求的时效要求，同时，总线头部节点周期性地为每一种 VCI值提供时隙，以保证该 PA 数据的及时传输；
d.AU对 PA时隙的访问通过对 VCI值的检查实现，只允许那些与 VCI值相同的 AU访问该类时隙。即 PA访问不需要排队等候，同一时间内允许多个具有不同 CVI值的 PA时隙在总线上传送，以保证传输数据的时效性。
2.预先仲裁访问 PA （ Pre-Arbitrated access)PA访问支持等时服务的字节传送，适用于对实时要求较高
的应用。 PA与 QA 差别较大，其主要差异和原理是：
DQDB协议的特点是简单有效，所提供的两种仲裁机制均采用分布式处理，不需要中心管理单元；既支持平等的排队传输请求，又支持时效要求高的预约传输请求，因而传送的速率和可靠性都较高。此外， DQDB 主干网支持多种介质、多种网络拓扑的连接，在城域网中被较广泛地采用。
5.5 光纤分布式数据接口 FDDI
FDDI(Fiber Distributed Data Interface) 是一种高性能的光纤令牌环局域网技术，也常被划分在城域网 MAN 的范围。
5.5.1 FDDI 的主要特性① 使用基于 IEEE 802.5令牌环标准的 MAC协议。 FDDI
融合了令牌环的多项技术，如令牌环帧格式、环形结构等，另外，采用定时令牌协议，并增加了环的管理、控制和可靠性等功能；② 使用 MM 或 SM 光纤进行传输。在采用 MM 光纤时，全
网光纤总长为 200 km ，最多可连接 1000 个站点；若采用 SM光纤，光纤总长可达数千 km ，最大站间距离为 2 km；③ 数据率为 100 Mbps；
④ 支持具有容错能力的双环结构，具有错误自动恢复措施，误码率低于 2.510-10；⑤ 具有动态分配带宽的能力，故能同时提供同步和异步数
据服务；⑥ FDDI 采用分布式时钟方案，即在每个站设立独立的时钟
和弹性缓冲区，有效地克服了一个主时钟带来的时钟信号偏移和积累现象，扩大了环网规模（最多允许使用 4个中继器）。⑦ 分组长度最大为 4500字节；⑧ 与符合 IEEE 802 标准的局域网兼容。目前， FDDI 技术也有以双绞线作为介质的传输系统在实际
运行中。其中采用两对五类UTP 连接的技术称为铜质分布式数据接口 CDDI ，而使用 STP 的技术称为屏蔽分布式数据接口 SDDI 。
5.5.2 FDDI 的拓扑结构为避免由于链路或站点故障造成的网络瘫痪，提高系统可
靠性， FDDI 采用了具有容错能力的双环结构，数据在两个环上的传输方向相反。当链路或站点出现故障时， FDDI 通过邻接故障点的旁路开关连接两个环，维护整个网络继续工作，如图 5-16所示。当出现多处故障时， FDDI 将分离为多个独立的小环网继续工作。
图 5-16 FDDI 环形结构的容错示意图（ a ）正常情况 （ b ）链路故障 （ c ）站点故
障
FDDI 利用集中器构造的星型拓扑结构，具有较高的可靠性。集中器是一种多端口的、具有隔离故障站点能力的 FDDI 网络的物理连接设备，可直接连到 FDDI双环上，如图 5-17所示。FDDI 定义了两种类型的节点：双连接站 DAS 和单连接站 SAS 。
其中 DAS （ Dual Attachment Station ）站点可以直接与两个环相连或经集中器与环相连，而 SAS （ Single Attachment Station ）站点则只能通过集中器连到环上。这两类站点又分别称为 A类站和 B类站。一个 FDDI 网络可以有多个集中器，每个集中器可带多个站点或集中器。其设备连接如图 5-18所示。
集中器
SAS SAS SAS SAS
次环 主环
故障站点图 5-17 FDDI 星型连接示意图
DAS
SAS SAS集中器集中器
图 5-18 FDDI 设备配置
（ 1 ）作为连接中速本地网的高速主干网。 FDDI支持与 802局域网的交互操作，以 FDDI做为集成多个 802局域网的高速骨架网，是集成系统性能提升的主要技术途径之一。如图 5-19所示。
G IEEE 802.4
FDDI
G
GIEEE 802.3
IEEE 802.5
网关
图 5-19 FDDI 骨干网构架
FDDI 有以下三种功能：
（ 2 ）连接工作站及其他设备组建高速局域网。 （ 3 ）作为机房设备和高速外设间的高速连接通路。
5.5.3 FDDI 的体系结构逻辑链路控制子层 LLC （ 802.2 ）
物理介质相关部分 PMD
物理介质无关部分 PHY 站管理SMT
介质访问控制子层 MACIEEE802.3
CSMA/CD
IEEE802.4
令牌总线IEEE802.5
令牌环
数据链路层
物理层
FDDI 标准主要由四部分组成：(1) 物理介质相关部分 PMD 对用于光纤的收发器特性作了
规定，并对站与环的连接装置的物理特性作了规定；(2) 物理介质无关部分 PHY对数据传输的编 /译码（采用 4
B/5B编码）以及时钟的接收、分离和恢复、符号集的维护和预防破坏进行规定；(3) 介质访问控制 MAC子层定义了帧结构、令牌控制、环
操作、环维护、差错检测等；
(4) 站管理 SMT 提供对 FDDI节点的监视和控制功能，主要有站点连接管理、故障部件的识别和隔离、环管理（包括在环被破坏时发出阻塞信标、故障恢复、环可用性检测、重复地址检测等）、 SMT 帧服务等。
5.5.2 FDDI 与 802.5 的比较FDDI与 IEEE 802.5 标准十分接近，但为了有效利用光纤
的大带宽、提高传输速率、增加网络互连功能， FDDI 在 802.5的基础上作了一些改进，二者的主要差别如表 5-2 所示。
特 性 FDDI IEEE 802.5
介质类型 光纤 双绞线速 率 100 M bps 4 M / 16 M bps
编 码 4B / 5B 微分曼彻斯特编码时 钟 分布式时钟 集中式时钟信道分配 定时（同步服务）、非定时（异步服务） 优先级令牌发送 帧发完后发出 帧返回后发出编码效率 80 % 50 %
环上帧数 可多个 一个
表 5-2 FDDI与 IEEE 802.5 的主要差异
图 5-20说明了 FDDI协议多个令牌的发送过程。图中假定 A站要发送数据帧 F1给 C站， B站要发送数据帧 F2给D站。
T
A
B
CD
(1) A站待发数据帧并获令牌
F1
A
B
CD
(2) A站发送数据帧 F1给 C
F1
A
B
CD
T
(3) 在发送完 F1后， A站发令牌， C站接收帧 F1
F2
A
B
CD
T
(6) B站回收数据帧 F2
A
B
CD
(4) B站获得令牌并发帧 F2给 D站
F2
F1 F1
A
B
CD
(5) B站发令牌， D站拷贝 F2,A站回收数据帧 F1
T
F2
图 5-20 FDDI令牌协议发送过程
5.6 综合业务数字网 ISDNISDN(Integrated Service Digital Network) 是计算机网络
技术与通信技术结合产生的一种全数字化网络技术，旨在以先进的数字通信系统取代模拟通信系统。目前的通信网络以专用目的为其特征，如电话网、闭路电
视网、电路交换网等，这种网络的专门化使网络在不同业务的兼容性、灵活性、可扩充性以及资源的有效利用率等方面存在严重的缺陷。 ISDN 通过提供经济的、有效的、端到端的数字连接，来支持声音、数据、图像、图文可视电话、传真、电子邮件、电视会议等多种电信业务服务，即在同一数字传输链路上，通过数字交换机来同时传输数字化的多媒体信号和各种数据业务，这就是“综合业务数字网”的含义。
综合业务数字网分为两种：一种是宽带综合业务数字网 B-ISDN （ Broadband-ISDN ），提供各种高速通信业务的网络技术，目前支持B-ISDN 的主要技术包括异步传输模式 ATM 、数据数字网络 DDN 、帧中继、以太网技术以及 Cable Modem 、 ADSL 等。另一种是窄带综合业务数字网 N-ISDN （ Narrow-ISDN ，简记为 ISDN) ，以 64 Kbps 信道为基本交换单位，面向电路交换。本节主要介绍 N-ISDN 。
ISDN具有以下特征： 提供多种服务 包括电话、数据、传真、电子信箱、可视电
话、电视会议等多种通信业务； 提供端到端的数字连接 支持不同载体信道的信令，传输速
率比Modem快得多； 提供标准的用户和网络接口； 使用的经济性 一线多用，通信能力比公用电话交换网 PST
N 提高 3~5倍，费用较 DDN 更低，支持按需服务方式。
5.6.1 ISDN 的组成ISDN 设备包括： 用户终端设备 TE （ Terminal Equipment) ：又可分为TE1——ISDN终端，如数字电话、数字终端、数字警报设备等；TE2——非 ISDN终端，如模拟电话等； 终端适配器 TA(Terminating Adapter) ： TA具有 R、 S 接口，
用于将 TE2 连接至 ISDN 网（ NT1 或 NT2 ），即进行接口的转换； 网络终端设备 NT(Network Terminating device) ：又分为NT1——物理层接口设备，用于处理数字信号的接收和传送，将
2 线转换成 4 线 ,并对物理层的维护、监视、多任务处理、电压标准以及接口规范进行定义；
NT2——是一种专用用户分支交换机 PBX （ Private Branch Exchange)类的设备，实现单位内部通信的数字交换，主要用于大型企事业单位内部网络的交换以及通过 NT2与 NT1 的连接；
ISDN 交换机。其组成如图 5-21 所示。
图 5-21 （ a ）家用数字设备与 ISDN 系统连接示意图
ISDN终端
ISDN电话
ISDN报警
TE1
NT1NT1ISDNISDN交换机交换机
传导局内部网
传导局
用户设备TU
4线
2线
NT1NT1NT1NT1ISDNISDN
交换机交换机传导局内部网
传导局
U
TE1
TE1
LAN 连接器
企业内部网
R
ST
TE2
NT2NT2ISDNISDNPBXPBX
图 5-21 （ a ）大型企事业单位 ISDN 系统连接示意图
S
S
4线
2线
TATA
4线
多线
4线
图中各用户终端设备通过参考点实现与网络终端设备的连接。参考点是对接口的功能定义， ISDN 定义了四类参考点：R——非 ISDN 用户终端 TE2与适配器 TA 的连接参考点，
用于连接不符合 ISDN 规范的设备，此接口上的信号为模拟信号；
S ——专用交换机 NT2与用户终端 TE1 的接口规范， 4线式，主要功能是配合终端适配器 TA 作为数字与模拟转换的接口；
T ——网络终端设备 NT1与用户设备或企业 LAN 连接的参考点， 4 线式 ，以多任务方式将多个数字信号转换成高速传输的数字信号；U ——ISDN 交换机与网络终端设备 NT1 连接的接口标准，
2 线式。ISDN内部网可以是电路交换网或分组交换网。
5.6.2 ISDN 提供的服务CCITT （国际电报电话咨询委员会）对 ISDN 定义了交换设
备与用户设备之间的两种接口标准：基本速率数字接口 BRI(Basic Rate Interface) 和基群速率数字接口 PRI(Primary Rate Interface),两种接口都能同时提供声音和数据服务；能在同一个传输管道上进行线路交换和分组交换；接口也能以不同的数据传输速率与专用通道相连。 BRI 主要用于家庭及小容量系统，如声音 /数据工作站； PRI 则用于大容量系统与 ISDN 的连接，如图 5-22所示。
NT1 NT1
ISDN交换机
ISDN交换机
线路交换网
分组交换网
NT2
PBX
BRI PRI
用户设备 企业局域网
图 5-22 ISDN 数字接口连接示意图
LAN
5.6.3 ISDN 通道无论是 BRI还是 PRI 服务， ISDN 的传输链路均可由以下三种
类型的通道构成：1.B通道带宽为 64Kb 的基本用户数字通道，能够传输数字信息、数字
化语音信息和各种低速混合信息流。用户可同时使用不同的 B信道完成不同的数据通信应用。 B信道支持四种连接类型：
（ 1 ）电路交换：用户通过专用传输链路，经 B通道传输用户数据，而控制信令则通过 D 通道传输；
（ 2 ）分组交换：通过分组交换网实现与其他用户的数据交换；（ 3 ）帧模式：通过帧中继网实现与其他用户的数据交换；（ 4 ）半永久方式：利用事先建立起来的连接，不经呼叫，即
用即传，直至拆除链路。
2.D 通道又称公共通道或信令通道，是一种专用于传输对各条B通
道的控制信令信息的通道。通道带宽 16Kb 或 64Kb ，当信道上没有信令传输时，也可用于传输分组信息。
基本速率数据接口 BRI 服务提供两个B信道和一个 D 信道，即 2B+D ，总带宽为 144Kb 。
基群（或称一次群）速率接口 PRI 标准各国略有差异，如北美和日本采用 23B+D(D 信道速率为 64Kb ），总带宽为 1.5Mb；欧洲、澳洲及其他国家采用 30B+D ，总带宽为 1.9Mb 。如图 5-19所示。
B1 到 B23D(64Kb)D(16Kb)
B1 到B2
（ a) 基本速率数字管道
（ b ）一次群速率数字管道图 5-19 ISDN 的数字管道速率
3. H通道为用户提供高速率传输信道。用户可以用 H通道作为高速主干，
也可以多个用户通过时分复用方式在 H信道上同时传输多路信号。H通道主要用于宽带综合业务数字网 B-ISDN ，其核心技术是异步转移模式 ATM 。所谓宽带是指其传输速率超过基群速率的业务，可以利用 H21(32.768 Mb) 、 H22(43—45Mb) 、 H4(132 — 138.2Mb) 等固定速率传输信息，此外， B-ISDN还具有处理可变速率的能力。5.6.4 ISDN 体系结构
ISDN使用公共通道信令技术，即信令在 D 通道上传输，控制多个线路的交换连接，称为共路信令或带外信令。一旦端到端的连接建立起来，则任何模拟的、数字的信号均可通过 B信道进行传输。 ISDN仅对 D 通道的信包格式进行定义，而不对 B信道传输的内容作出定义，即B通道支持任何协议的端到端通信。
1. 物理层：对基本速率接口 BRI 和基群速率接口 PRI 的物理规范进行定义；
2. 数据链路层：对链路访问规范进行定义，涉及对帧的定界、分配序号、验证校验、检错纠错、链路建立及拆除等。
3. 网络层：对数据从信源到信宿的传输，以及电路交换和分组交换的连接能力进行描述。网络层又分为上、下两个子层，其中下层采用 14 bit 地址表示对路由选择算法进行描述，当下层地址太短时，上层提供更大的地址空间，实现跨网际的路由选择。
用户部分送信号连接控制部分
通用传输功能链接控制功能
数据连接位流帧格式 物理层
网络层
数据链路层
5.7 ADSL非对称数字用户线 ADSL （ Asymmetric Digital Subscriber Li
ne ）技术是一种通过一条电话线，以比普通 Modem快 100倍的速度实现与因特网连接，享受高速数据服务的小型用户（包括家庭用户）接入 Internet 的连接技术。
5.7.1 xDSL 与 ADSLxDSL 是数字用户环路（ Digital Subscriber Line ）的统称，
它是以铜质电话线为传输媒体的点到点传输技术。所谓用户环路（ subscriber loop ）是指从用户电话机到交换机的这段线路，也称为用户线。 xDSL 中的“ x”表示 A/H/S/C/I/V/RA 等不同的数据调制技术，它只是利用现有的公用电话网中的用户环路部分，通过不同的调制方式达到使用电话系统中没有被使用的高频信道用于数据或多媒体信息的高速传输，避免由于数据量过大而对中央交换机和公用电话网络造成拥挤的目的。
由于 xDSL 技术是在原有话音线路上叠加传输，所以需要在电信局和用户端配置相应的局端设备，对信号进行合成和分解。xDSL 包括 HDSL 、 SDSL 、 VDSL 、 ADSL 、 IDSL 和 RAD
SL 等，它们的主要区别表现在传输速度和距离的不同，以及对称和非对称这两个方面。 DSL 技术按上行（用户到网络）和下行（网络到用户）速率是否相同分为速率对称型和速率非对称型两种类型。 HDSL 、 SDSL 、 IDSL 采用对称型， ADSL 、 RADSL 、 VDSL 等采用非对称技术。
ADSL 是非对称用户数字环路，其特点是：利用一对双绞线为网络用户提供速率为 32Kb～ 8.192Mb 的下行流量和 32Kb～1.088Mb 的上行流量，有效传输距离为 3～ 5km ，可同时传输数字信号和模拟信号。
5.7.2 ADSL 的关键技术ADSL 通过非对称传输，利用频分复用或回音抵消技术，使上行、
下行信道分离，以减少串音的影响，充分利用带宽，实现信息的高速传输。衰减和串音是决定 ADSL性能的重要因素，传输速率越高，它们对信号的影响越大，传输距离就越小。 ADSL 的主要关键技术有复用技术和调制技术。
1. 复用技术ADSL 的复用技术有两种：频分复用技术和回音抵消技术。这两
种方式都是将电话线 0～ 4K Hz的频带用于电话信号传输，对剩余带宽的处理两种方法各不相同：频分复用技术将剩余带宽划分为上行、下行两个信道，它们互不相交，带宽依据线路特性、调制方法和传输速率而不同；回音抵消技术将剩余带宽划分为两个有部分相互重叠的区域，分别对应于上行和下行信道，信号重叠的部分通过本地回音消除器（滤波器）进行分离，由于存在信道重叠，使信道带宽更大，同时系统复杂性也更大。
2. 调制技术ADSL 的调制技术主要有：离散多音频调制技术 DMT(Discre
te Multi-Tone Modulation) 和无载波调幅调相技术 CAP(Carriers less Amplitude-Phase mudulation) 两种。其中：
CAP 调制技术与目前调制解调器的处理方法类似，可以提供下行信道、上行信道和 POTS （电话用信道），彼此互不干扰，是目前使用比较广泛的一种传输方式。
DMT 调制技术是一种多载波调制方法，它将整个带宽（ 0～ 1104 kHz）中除话音频带（ 0～ 4 kHz) 的其余带宽划分为 255个互不相交的子频带，对应于不同频率的载波（又称声道），各子信道频率为 4.3125 kHz。在不同信道的载波上分别进行正交调制 QAM （ Quadrature Amplitude Modulation ）——一种多元制的振幅、相位混合调制方法，不同信道的容量由当前信道的传输性能决定。由于 DMT具有更强的性能，支持不同厂家的 ADSL 设备的互连，所以 DMT 将成为 ADSL 调制解调器主要采用的技术。
DMT目前有两个标准子集：全频段的 G.DMT 标准——支持下行 8Mb 、上行 1.5Mb 的高速
数据传输，但要求用户端安装语音分离器，适用于小型或家庭办公室，也提供 10/100Base-T 接口，支持因特网与企业内部网的宽带接入。如中兴ZXDSL 831 。简化版的 G.Lite 标准——支持下行 1.5Mb 、上行 512kb 的数据
传输，不需语音分离器，安装简单，又称无分解 ADSL,适用于普通家庭用户。
ADSL
存取模块
滤波器
Internet
骨干网交互式多媒体
公用电话网ADSL Modem
DSLAM接入平台滤波器 用户环路
用户端 局端图 5-20 ADSL 系统组成示意图
5.7.3 ADSL 的组成及实现原理ADSL 系统主要由局端和用户端的设备组成，其构成及其原理
如图 5-20所示。
局端由 DSL 接入平台 DSLAM 、 DSL局端卡、语音分离器、数据汇集设备 IPC 等组成，其中 IPC 为可选设备。语音分离器将线路上的音频信号和高频数字信号分离，并将音频信号送入电话交换机，高频信号送入 DSL 接入系统， DSLAM 接入平台可以同时插入不同的 DSL 接入卡和网管卡等；局端卡将线路上的信号调制为数字信号，变成信元或数据包后交给骨干网。 IPC 为 DSL 接入系统提供不同的广域网接口。
5.7.4 ADSL 技术的主要特点1. 节省投资。可以利用现有的电话线网络，在线路两端加装 AD
SL 设备即可为用户提供高宽带服务，而无需重新构建基础设施。2. 增加服务项目。 ADSL支持多信道、多类型用户数据的同时
传输，下行速率达到 10Mb ，远高于 ISDN ，传输距离达 3～ 5Km 。3. 范围有限。信号随传输距离和速率的增加而衰减，在速率保
持不变的情况下，传输距离有限。
5.8 Cable Modem电缆调制解调器 Cable Modem 是一种通过同轴有线电视
网络进行发送和接收数据的调制解调器。它是用户计算机与有线电视同轴电缆之间的中间设备，一般有两个接口，一个作为有线电视端口，另一个用于与计算机相连。 Cable Modem集调制解调器、调谐器、加密 /解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP （简单网络管理协议）代理和以太网集线器的功能与一身。通过 Cable Modem 可以在收看电视的同时，无需拨号实现计算机与网络供应商 ISP 的永久高速连接。
5.8.1 Cable Modem 技术原理目前有线电视传输带宽范围一般在 42M～ 550M Hz，而
CATV 网多采用光纤同轴混合电缆 HFC(Hybrid Fiber Coax),其带宽可达 750M Hz或更高。 Cable 网络将其中的 200M Hz用于数据传输，带宽划分如图 5-21 所示。
0 5 42 550 650 750频率（ M Hz)
Cable Modem下传数据
视频点播VOD
Cable Modem上传数据 有线电视节目
图 5-21 Cable Modem 利用 CATV 电缆频带划分
Cable Modem把上、下行数字信号用不同的调制方法调制在某个频段上，上行速率约为 2M～ 10Mb ，下行速率约为10M～ 40Mb ，传输距离达到 100 km 或更远。
一般而言，上行的信息流量远小于下行的数据流量。 CATV 电缆频带的这种非对称划分，提高了下行速率，并极大地满足了用户的应用申请。相应的，非对称式传输所需要的前端设备也较复杂，除了对称式应用中所需的数字交换设备外，还需要一个电缆路由器（ Cable Router ）才能满足网络交换的要求，并能最大限度地利用可分离频谱，按用户需要提供带宽。
Cable Modem 的连接方式一般有两种，如图 5-22 。
第一种方式在维持现有的电视使用情况下，同时支持计算机通过 Cable Modem 上网；另一种方式支持电视和计算机都可以同时上网，此时电视机还需要增加一个机顶盒(Set-Top-Box) 。
Cable Modem
分配器
用户端
HFC 有线电视网
5-22 Cable Modem 的两种连接方式
分配器
Cable Modem
机顶盒HFC有线电视网
用户端
（ 1 ）物理层： Cable Modem下行协议采用 256QAM正交调制技术，下传速率可达 40Mb；上行协议采用四相移相键控技术 QPSK（ Quaternary Phase Shift Keying），抗干扰性能好，速率可达10Mb 。另一个上行协议是同步码分多址复用协议 S-CDMA 。
（ 2 ）数据链路层：可进一步分为 MAC子层和 LLC子层，对不同信号和用户怎样共享公共带宽进行了规定，目前尚无统一的行业标准，最常见的主要有 CSMA/CD 和 ATM协议。
（ 3 ）有线电视前端：主要负责信号的复用 /分离、数 /模或模/数转换。协议功能对应于 OSI 模型的网络层和传输层。
正交调制 256QAM
下行数据流TDM(时分制）
CSMA/CD 或 ATM
IP
TCP or UDP
四相相位调制 QPSK 或同步码分多址复用 S-CDMA
上行数据流TDMA （统计时分制）
有线电视前端
物理层
数据链路层
5.8.2 Cable Modem 的体系结构
5.8.3 Cable Modem 的分类从不同的角度，可以将 Cable Modem 划分为不同的类型。1.按传输方向划分，可有双向对称式传输和非对称式传输两类。
非对称式上行传输速率为 500kb～ 2Mb ，最高可达 10Mb；下行速率为 2Mb～ 40Mb；而对称式传输速率为 2Mb～ 10Mb 。
2.按网络通信角度划分，可有同步（共享）和异步（交换）两种方式。同步（共享）类似于以太网，网络用户共享带宽，当用户增加到一定数量时，其性能急剧下降，碰撞增加，登录入网困难。而异步（交换）的 ATM 技术与非对称传输正在成为 Cable Modem技术的发展趋势。
3.按接口角度划分，可有外置式、内置式和交互式机顶盒三类。其中外置式需通过网卡与计算机相连，它可以支持 LAN 上的多台计算机同时上网，并支持大多数操作系统和硬件平台；内置式 Cable Modem 是一块 PCI插卡，只适用于台式机；机顶盒可以在频率数量不变的情况下提供更多的电视频道，通过数字电视编码，用户可以直接在电视屏幕上访问网络，浏览网页及收发 E-mail 。