第八讲 广域网技术

潍坊学院 计算机与通信工程学院

第八讲 广域网技术

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本讲主要内容 广域网的基本概念 广域网的四种实例

X.25 分组交换网 帧中继 FR 综合业务数字网 ISDN 异步传输模式 ATM

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6.1 广域网的基本概念6.1.1 广域网的构成 区分局域网技术和广域网技术的关键是网络的

规模。 当主机之间的距离较远时，局域网就无法完成

主机之间的通信任务，这时就需要另一种结构的网络，即广域网。

广域网一般作为远程通信网出现。

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互联网

由局域网和广域网组成互联网

局域网 局域网

广域网路由器

结点交换机

相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的互联网

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广域网由许多节点交换机以及连接这些交换机的链路组成，各台计算机连接到交换机上，节点之间的连接方式是点到点方式。一组交换机相互连接构成广域网。图 6-1显示了广域网的一种可能情况。

图 6-1 四台结点交换机和八台计算机

互连而成的广域网

站点

1 的

交 换

机

站点

2 的

交 换

机

站点 3的

交换机

站点 4的

交换机

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广域网中基本的电子交换机称为结点交换机（ packet switch ）

图 6-2 含有两种输入/输出

接口的结点交换机

结 点

交 换

机

用于连接其它

的结点交换机 用于连接

计算机

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6.1.2 广域网的分组转发机制1. 存储转发 局域网中，在一个给定时间内只允许一对计算机交换

帧，而在广域网中，分组往往经过许多的结点交换机的存储转发（ store and forward ）才能到达目的地。

为完成存储转发功能，结点交换机必须在存储器中对分组进行缓冲。存储操作是在分组到达时执行，结点交换机的输入 / 输出硬件把一个分组副本放在存储器中并通知处理器（例如使用中断）。然后进行转发（ forward ）操作。

如果有许多分组都必须送到同一输出设备，结点交换机能将分组一直存储在存储器中直到该输出设备空出。

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2. 广域网的物理编址 局域网采用了平面地址结构，对不需要进行路由

选择的局域网这种结构非常方便。然而在广域网中，分组往往经过许多结点交换机的存储转发才到达目的地。

广域网使用层次地址方案（ hierarchical addressing scheme ），使得转发效率更高。层次地址把一个地址分成几部分。最简单的层次地址方案把一个地址分为两部分：第一部分表示结点交换机，第二部分表示连到该交换机上的计算机。

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广域网的二级编址

图6-3 每个地址包括两部分：第一部分表示结点

交换机，第二部分表示连到该交换机上的

计算机

交 换

机 1

交 换

机 2

地 址

[1，2] 地 址

[1，5]

地 址

[2，2]

地 址

[2，6]

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3. 广域网中的路由 为使广域网能正确地运行，内、外部交换机都

必须有一张路由表，并且都能转发结点。 路由表中的数据必须符合以下条件：

（ 1 ） 完整的路由。每个交换机的路由表必须含有所有可能目的地的下一站。（ 2 ） 路由优化。对于一个给定的目的地而言，交换机路由表中下一站的值必须是指向目的地的最短路径。

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图 6-4说明了一个广域网的例子和相应的图。

1 2

3 4

1

结点 边2

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表 6-1展示了图 6-1 的路由表。

目的地 下一站 目的地 下一站 目的地 下一站 目的地 下一站

1 - 1 (2,3) 1 (3,2) 1 (4,2)

2 (1,3) 2 - 2 (3,3) 2 (4,4)

3 (1,3) 3 (2,3) 3 - 3 (4,2)

4 (1,3) 4 (2,4) 4 (3,4) 4 -

站点 1 站点 2 站点 3 站点 4

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6.2 X.25 分组交换网 CCITT 在 70年代开发了 X.25 ，以便在公用分

组交换网络和它们的客户之间提供接口。 X.25描述了将一个分组终端连接到一个分组网络上所需要做的工作。

通过虚电路方式，它能负责维护一个通过单一物理连接的多用户会话，每个用户会话被分配了一个逻辑信道，这是 X.25 的一个很强的功能。

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X.25 规定了 DTE-DCE 的接口

X.25 接口

X.25 接口

X.25 公用分组交换网

VC2

VC1

DTE

DTE

DCE

DCE

DCEDTE

X.25 接口

虚电路

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图 6-5 表示 X.25 接口的 3 个层次。

X.21物理层接口

逻辑信道

LAPB数据链路层接口

网络层

数据链路层

物理层

网络层

数据链路层

物理层

高层

图 6-5 X.25的层次关系

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虚电路 X.25 是面向连接的，支持交换式虚电路和永久

式虚电路。 交换式虚电路（ switched virtual circuit ）在

一台计算机向网络发送分组要求与远程计算机通话时建立。一旦建立好连接，分组就可以在上面发送，通常按次序到达。 X.25提供流量控制，以避免快速发送方淹没低速或繁忙的接收方。

永久式虚电路（ permanent virtual circuit ）在用法上和前者相同，但是它根据提前和运载方达成的协议建立连接，它一直存在，不需要在使用时设置，它与租用线路相似。

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X.25 网退出了历史舞台 到了 20 世纪 90 年代，通信主干线路已大量使

用光纤技术，数据传输质量大大提高使得误码率降低好几个数量级，而 X.25 十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余的。

PC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端退出了通信市场。这正好符合因特网当初的设计思想：网络应尽量简单而智能应尽可能放在网络以外的用户端。

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6.3 帧中继 FR 帧中继是继 X.25 后发展起来的数据通信方式。 帧中继消除了 X.25加在端用户系统和分组交

换网络上的许多开销。通常将帧中继称为快速分组交换。

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帧中继和传统的 X.25 分组交换服务之间的主要差别： 呼叫控制信令在不同于用户数据的一条单独的逻辑连接上运载。因此，中间结点不需要在每条连接的基础上维持状态表或处理与呼叫控制有关的消息。

逻辑连接的多路复用和交换发生在第二层。而不是第三层，这样就免除了一个处理层次。

没有站段到站段的流量控制和差错控制。端到端的流量控制和差错控制由高层负责。

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帧中继是一种简单的面向连接的虚电路分组服务 帧中继既提供永久虚电路（ PVC），又提供交

换虚电路（ SVC）。 帧中继是一种广域网技术，也是一种快速操作

技术。 X.25运行在 64kb/s 以下的速率，但帧中继现在可以达到 T1/E1 的速率，甚至更高。

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帧中继网

帧中继交换机路由器

局域网 局域网

虚电路

路由器

帧中继提供虚电路服务

帧中继网

路由器

局域网 局域网

虚电路

路由器

虚电路像一条专用电路用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机

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帧中继的应用 帧中继既可作为公用网络的接口，也可作为专

用网络的接口。 帧中继的常见应用：

（ 1 ）局域网的互连。 （ 2 ）语音传输。 （ 3 ）文件传输。

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6.4 综合业务数字网 ISDN6.4.1 ISDN 的概述 ISDN 是由 CCITT 和各国标准化组织开发的一

组标准，其目的就是应用单一网络向公众提供不同的业务。

1984年 10月CCITT推荐的 CCITT ISDN标准中给出了一个定义：“ ISDN 是由综合数字电话网发展起来的一个网络，它提供端到端的数字连接以支持广泛的服务，包括声音的和非声音的，用户的访问是通过少量多用途用户网络接口标准实现的”。

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1. ISDN系统体系结构

NT1

ISDN

交换

ISDN

电话

ISDN

终端

ISDN

报警器

电信内部网

电信内部网 NT2

ISDN

PBX NT1

ISDN

交换

ISDN

终端

ISDN

电话

非 ISDN

终端

终端适

配器

LAN网关

（a）

（b）

图 6-7 ISDN应用

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2.ISDN 接口 ISDN比特管道支持由时分多路复用分隔的多

个信道，共有 7 种标准化的信道： A——4khz模拟电话信道 B——64kb/s 数字 PCM 信道，用于话音或数

字 C——8kb/s 或 16kb/s 数字信道 D——16kb/s 数字信道，用于段外信令 E——64kb/s 数字信道，用于 ISDN 内部信令 H——384kb/s ， 1536kb/s或 1920kb/s 数字

信道

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标准化的信道组合（ 1 ）基本速率接口 2B+D （ BRI ） BRI包括两个传输声音和数据的 64kbps 通道（ B通道）和一个传输控制信号和数据的 16 kbps 分组交换数据通道（ D 通道）。 BRI 用于小容量系统，如声音/ 数据工作站。

（ 2 ）一次群速率接口 23B+D或 30B+D （ PRI ） PRI包括 23 个 B通道和 1 个 64 kbps 的 D 通道，或 3

0 个 B通道和 1 个 D 通道，接口速率达 1.544Mbps 。PRI 用于大容量系统，如国家范围的 ISDN 。

（ 3 ）混合速率接口： 1A+1C 因为 ISDN 如此集中于 64kb/s 信道，所以我们称之为

N-ISDN （窄带 ISDN ），以便和后面讨论的宽带 ISDN （ ATM ）相对比。

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3.ISDN 的主要特点： 建立数字比特管道的概念，管道采用分时复用

的方式来支持多个独立的信道。 可同时提供多个信道、多种业务，包括声音、

图形、图像、文本等。 一对线可同时接入多个终端。 支持端到端的透明连接，即只要有号码即可。 可以实现封装用户组，组内成员只能内部通话。

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6.5 异步传输模式 ATM6.5.1 ATM 概述 ATM 是建立在电路交换和分组交换的基础上

的一种面向连接的快速分组交换技术。 ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位。

这种定长分组叫做信元 (cell)。

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图 6-8 ATM 的一般接入方式

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6.5.2 ATM协议参考模型

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1. 物理层 物理层在 ATM 设备间提供 ATM 信元传输通道。它分成物理媒体子层 PM （ Physical Media Sub layer ）和传输会聚子层 TC（ Transmission Sub layer ）。

PM 子层负责在物理媒体上正确传输和接收比特流。

TC 子层实现信元流和比特流的转换。

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2.ATM 层 ATM 层提供与业务类型无关的统一的信元传

送功能。 ATM 层具有网络层协议的功能 : 端到端虚电

路连接交换、路由选择等。

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VCI 与 VPI（ VPI 包含 VCI ）

ATM 连接用信元首部中的两级标号来识别。 虚通路标识 VCI (Virtual Channel Identifier) 虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier)

传输链路 虚通道 VPx

VPzVPy

VCx

VCx

VCyVCz

VCz

VCy

VCy

VCx 虚通路

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3.ATM适配层 ATM适配层记为 AAL（ ATM Adaptation Lay

er ），其作用是增强 ATM 层所提供的服务，并向上层提供各种不同的服务。

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表 6-2 ATM 网络向用户提供的四种服务

服务类别 class）

A类 B类 C类 D类

AAL类型（ type）

AAL1， AAL5

AAL2， AAL5 AAL3/4， AAL5 AAL3/4， AAL5

比特率 恒定 可变是否需要同步 需要 不需要连接方式 面向连接 无连接应用举例 64kb/s话

音变比特率图像 面向连接的数据 无连接数据

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6.5.3 ATM 的信元格式 信元实际上就是分组，只是为了区别于 X.25 的

分组，才将 ATM 的信息单元叫作信元。 ATM 的信元具有固定的长度，即总是 53 个字节。其中5 个字节是信头（ Header ）， 48 个字节是信息段。

在 ATM 层，有两个接口是非常重要的，即用户 -网络接口UNI （ user-network interface ）和网络 - 网络接口 NNI （ network-network interface ）。前者定义了主机和 ATM 网络之间的边界（在很多情况下是在客户和载体之间），后者应用于两台 ATM 交换机（ ATM意义上的路由器）之间。

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图 6-11 (a)UNI 中的 ATM头部； (b)NNI 中的 ATM头部

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6.5.4 ATM 交换机1.ATM 基本排队原理 ATM 交换有两条根本点：信元交换和各虚连接

间的统计复用。 信元交换将 ATM 信元通过各种形式的交换媒体，从一个 VP/VC交换到另一个 VP/VC上。

统计复用表现在各虚连接的信元竞争传送信元的交换介质等交换资源，为解决信元对这些资源的竞争，必须对信元进行排队，在时间上将各信元分开，借用电路交换的思想，可以认为统计复用在交换中体现为时分交换，并通过排队机制实现。

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2、 ATM 交换机 ATM 信元交换机的通用模型如图 6-12所示。它有一些输入线路和一些输出线路，通常在数量上相等（因为线路是双向的）。在每一周期从每一输入线路取得一个信元（如果有的话）。通过内部的交换结构（ switching fabric ），并且逐步在适当的输出线路上传送。

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图 6-12 ATM 交换机

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小结 广域网的基本概念

定义 构成 路由 广域网的四种实例

了解： X.25 分组交换网 了解：帧中继 FR 了解：综合业务数字网 ISDN 重点掌握：异步传输模式 ATM