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第 6 章

第 6 章. 廣域網路. 本章提要. 廣域網路簡介 T-Carrier 與 SONET 訊框傳送 (Frame Relay) 非同步傳輸模式 (ATM) 整體服務數位網路 (ISDN) 遠端遙控與遠端存取服務 虛擬私人網路 (VPN). 廣域網路簡介. 廣義來說 , 傳輸距離可延伸至很大地理範圍的網路 , 便稱做廣域網路 (Wide Area Network) 。

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第 6 章

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Presentation Transcript

  1. 第 6 章 廣域網路

  2. 本章提要 • 廣域網路簡介 • T-Carrier 與 SONET • 訊框傳送 (Frame Relay) • 非同步傳輸模式 (ATM) • 整體服務數位網路 (ISDN) • 遠端遙控與遠端存取服務 • 虛擬私人網路 (VPN)

  3. 廣域網路簡介 • 廣義來說, 傳輸距離可延伸至很大地理範圍的網路, 便稱做廣域網路 (Wide Area Network)。 • 目前全球最大的廣域網路, 便是網際網路(Internet), 它是全球網際間互連所形成的超大型網路。它不但跨州越省, 跨越國界, 遍及全球五大洲, 甚至連外太空也在它的傳訊範圍內。

  4. 常見的運作型態 • 由於廣域網路連線的傳輸距離長, 以有線傳輸媒介的建置來說, 必須負擔沿途的土地租購協調與開挖埋線 (或架桿拉線) 工程；若以衛星微波傳訊, 那更是跨國電信公司才能負擔的成本。傳輸系統建置完畢後, 更有後續的不定時搶修與例行性維護工作。

  5. 廣域網路連線的架設工程

  6. 末端用戶與傳輸骨幹 • 電信公司開放給大眾租賃的線路通稱為專線 (Dedicated Line)或租線 (Leased Line)。而且自己的機房之間也以專線連接起來, 以提供用戶傳輸距離更長的連線服務。 • 不同的電信公司之間也透過專線互連, 然而隨著電信公司所服務的客戶數量增多, 機房之間專線的可用頻寬與傳輸可靠性也就更加重要。

  7. 末端用戶與傳輸骨幹 • 從連線用戶到電信公司機房之間的廣域網路連線, 我們通稱為末端用戶 (End User)連線；電信公司機房之間的連線, 則稱為傳輸骨幹 (Backbone)連線。

  8. T-Carrier 與 SONET • 在眾多廣域網路骨幹傳輸技術中, 屬於實體層規格的有 T-Carrier與 SONET 。 • 運作範圍向上包含鏈結層的標準則有Frame Relay (訊框傳送)與 ATM (非同步傳輸模式)。

  9. T-Carrier • AT&T 公司從 1957 年開始發展 T-Carrier (Trunk Carrier, 主幹傳輸媒體) 傳輸技術, 最初的發展目標是希望透過數位傳輸技術, 在一條傳輸線路上傳遞多個即時語音通訊, 所以便透過分時多工(Time Division Multiplexing, TDM) 技術同時進行多通道語音通話。 • 類比的語音訊號經過取樣程序轉換成數位資料, 再傳遞出去。

  10. T-Carrier 的傳輸媒體 • T-Carrier 家族裡第一個成員為 T1, 它的傳輸速率是 1.544 Mbps。 • 採用兩對雙絞線當作傳輸媒體, 其中一對絞線用來發送資料, 另一對絞線則用來接收資料, 所以支援全雙工傳輸模式。

  11. T-Carrier 的傳輸媒體 • 當初 T1 透過分時多工技術劃分出 24 個64Kbps 的傳輸通道, 是希望透過 24 個傳輸通道同時支援 24 個即時語音通訊。 • 然而隨著時代改變, 現今的電信公司卻轉用這項技術來提供傳輸速率較低 (且價錢較低廉) 的連線服務。

  12. T-Carrier 的傳輸媒體 • 連線用戶若僅需要傳輸速率 512Kbps 的廣域連線, 那就開放 8 個 64Kbps 傳輸通道供其使用。這種僅使用了部分傳輸通道的 T1 連線, 便稱做部分型 T1。 • 除了 T1 以外, T-Carrier 家族裡陸續有其它傳輸速率更高的成員問世, 隨著傳輸速率的要求持續增高, 亦開始採用同軸纜線、多模光纖、微波傳訊等其它傳輸媒介。

  13. T-Carrier 的傳輸速率 • T-Carrier 家族成員的傳輸速率依照數位訊號 (Digital Signal, DS) 規格劃分等級, 北美與歐洲的分法稍有差異：

  14. T-Carrier 的傳輸速率

  15. T-Carrier 的傳輸速率 • 其中以北美版本的 T-Carrier 傳輸規格來說, 各成員所承載的傳輸通道數量剛好成簡單的倍數比：

  16. T-Carrier 的傳輸速率

  17. SONET • 1984 年 AT&T 公司分家後, 許多電信公司各自發展自家的高速連線技術, 卻使得各種高速連線之間難以互通。 • 為了順利銜接各種不同的高速光纖連線, 後來 Bellcore (也就是現今的 Telcordia) 公司推出了 SONET (Synchronous Optical NETwork, 同步光纖網路) 技術, 劃分出各種 OC (Optical Carrier, 光學媒體) 等級的光纖連線傳輸速率, 讓各家光纖連線互連時能有個參考的依據。

  18. SONET 傳輸速率

  19. SONET 傳輸速率 • 儘管 SONET 規格中的最基本傳輸速率為 OC-1 的 51.84Mbps, 但是固網業者提供的高速光纖傳輸服務卻是從 OC-3 的155.52Mbps 開始起跳, 沒有業者提供低於 OC-3 以下傳輸速率的高速光纖傳輸服務。 • 所以表 6-4 的相對傳輸速率欄位中另外列出各種等級傳輸速率與 OC-3 的相對速率比。

  20. 訊框傳送 (Frame Relay) • 訊框傳送 (Frame Relay) 改良自較早發展出來的 X.25 協定, 早期通訊硬體的品質不比目前, 較容易發生傳輸錯誤的情況。 • 所以 X.25 協定包含了相當多的傳輸控制和錯誤修正的功能, 也因為如此, 使用X.25 進行傳輸時, 需耗費時間及頻寬在修正資料傳輸錯誤上, 使得傳輸效率大打折扣。

  21. 訊框傳送 (Frame Relay) • 隨著網路軟硬體品質的提昇, X.25 當初所提供的多項功能似乎顯得多餘, 因此訊框傳送規格將所要做的工作予以簡化。 • 其中最大的改變, 就是不執行偵測錯誤與修正錯誤的工作, 將此工作改由傳輸端與接收端的上層協定執行。因此可以大幅提升傳輸效能。

  22. 訊框傳送 (Frame Relay) • 使用 Frame Relay 技術時, 連線 2 端需建立虛擬連線 (Virtual Connection)：連線 2 端實際都只是連上 Frame Relay 網路的某個節點, 但其間的連線方式已先定義好, 使得 2 端彷彿是以專線直接相連。

  23. 訊框傳送 (Frame Relay) • 虛擬連線有 2 種：永久式虛擬連線(Permanent Virtual Circuit, PVC) 是固定連通的連線, 可隨時用來傳送資料；至於交換式虛擬連線 (Switched Virtual Circuit, SVC) 則是有需要時才建立的臨時性連線。 • 訊框傳送技術提供 CIR (Committed Information Rate, 約定資訊速率) 的功能, 可在設定 PVC 時即設定保證提供的頻寬, 因此雖然傳輸過程中是經過公眾的 Frame Relay 網路, 但仍能保證其虛擬連線能享有不低於 CIR 的頻寬。

  24. 使用訊框傳送技術的優點 • 節省遠距傳輸資料的成本 • 舉例來說, 某企業想連接其台北、台中、花蓮分公司的區域網路。如使用上一節介紹的專線, 由於費用是隨距離增加而上揚, 所以要拉 3 條專線的費用將相當可觀。 • 但若改用訊框傳送技術後, 各地只需租用連到當地 Frame Relay 網路節點的專線, 再加上所需頻寬的 PVC, 其費用比直接用專線連接低許多。

  25. 使用訊框傳送技術的優點 • 節省遠距傳輸資料的成本

  26. 使用訊框傳送技術的優點 • 節省長途通的成本 • 由於 Voice over Frame Relay 技術的成熟, 在訊框網路上也能傳送語音訊號。因此可以利用數據資料傳輸量較少的時段來做長途通訊, 不但節省通訊成本, 也提升網路使用效率。 • 容易擴充 • 訊框傳送網路利用相同的硬體裝置, 即可輕易擴充頻寬。例如：CIR 為 128 Kbps 的訊框傳送連線和 CIR 為 1.544 Mbps 的訊框傳送連線, 使用相同的線材和裝置。

  27. 以訊框傳送網路連接區域網路 • 區域網路要透過訊框傳送的技術相連, 必須使用 FRAD (Frame Relay Assembler/ Disassembler) 裝置 (例如：訊框傳送路由器) 將區域網路中的封包 (例如：乙太網路封包), 轉換成訊框後送出。 • 接收端收到訊框後, 則是反向將訊框轉換成區域網路中的封包形式來傳送。

  28. 以訊框傳送網路連接區域網路

  29. 以訊框傳送網路連接區域網路 • 多台訊框傳送路由器的互連, 形成了傳輸距離更長且傳輸範圍更為廣闊的大型訊框傳送公眾網路, 可以將更多距離更遠的區域網路串連起來。 • 早期的訊框傳送技術採用 T-Carrier 當作實體層, 傳輸速率最高只有 T3或 E3, 隨著 SONET 規格的問世, 現在的 Frame elay 也可以在 SONET 高速光纖線路上運作了。

  30. 訊框傳送技術公眾網路

  31. 非同步傳輸模式 (ATM) • 非同步傳輸模式 (ATM, synchronous Transfer Mode) 技術具有高速傳輸、獨佔頻寬、可提供保證頻寬、可限制傳輸延遲等等優點。 • 所以在日益擁擠的網路世界脫穎而出, 應用面從廣域網路擴及到區域網路, 從企業網路延伸到私人網路。因此 ATM 儼然成為學習網路時不可或缺的課題。

  32. ATM 網路的基本架構 • ATM 網路主要是由 ATM 交換器 (ATM Switch) 和 ATM 端點 (ATM Endpoint) 組成。 • ATM 交換器就像是電話系統的交換機, 負責在輸入埠和輸出埠之間建立實體的電路連線, 然後兩端才能傳送資料；至於ATM 端點則可以是個人電腦、L2 交換器、路由器等等設備。

  33. ATM 網路的基本架構

  34. ATM 網路的基本架構 • 其中 ATM 交換器與交換器透過 NNI (Network Network Interface) 規格溝通；而交換器與端點則透過 UNI (User Network Interface) 規格溝通, 兩種規格所定義的封包檔頭 (Header) 略有差異。

  35. ATM 網路的特色 • 減少選擇路徑動作 • 傳統交換器收到封包時, 通常先根據該封包的目的位址, 判斷出應該送到哪個輸出埠 (此動作稱為選擇路徑, 又稱路由), 然後再將封包送過去 (此動作稱為交換)。倘若該輸出埠正在忙碌, 便暫時將封包放到緩衝記憶體、稍候再送。 • ATM 交換器是在節點建立連線時就決定路徑, 並記錄在表格中, 爾後只要查表就知道該將封包送到何處, 因此可以大幅節省處理封包的時間。

  36. ATM 網路的特色 • 省略錯誤檢查和流量控制工作 • 早期的線路品質較差, 在傳送資料過程中出錯的機率較高, 所以每部交換器都要檢查收到的封包是否有誤。 • 但是隨著線路品質的改進, 錯誤檢查工作其實只要在接收端執行就夠了；此外, 流量控制也改由 ATM 端點的高層協定所執行。因此 ATM 交換器又可以減少了兩項重擔, 縮短處理時間。

  37. ATM 網路的特色 • 固定封包長度 • 在傳統的封包交換網路中, 封包未必有固定長度, 不但傳送每個封包的時間可能不同, 而且在傳送大封包時便造成其它封包的等待, 倘若是傳送影音資料, 便會形成畫面掉格、聲音中斷的情形。

  38. ATM 網路的特色 • 固定封包長度 • 在 ATM 技術則改用了固定長度的傳輸細胞(Cell) 為基本傳輸單位, 每個傳輸細胞佔 53 Bytes, 其中 5 Bytes 為表頭(Header), 48 Bytes為承載的資料 (Payload)。

  39. ATM 網路的特色 • 每個連線擁有專屬頻寬 • 不會因連線數量增加而稀釋了自己的頻寬 • 提供多樣化的傳輸速率 • 提供 25 / 51 / 100 / 155 / 622 Mbps 及 2.4 Gbps 等傳輸速率 • 支援多種傳輸介質 • 可使用光纖、同軸電纜和雙絞線作為傳輸介質, 在實際應用上非常有彈性

  40. ATM 網路的工作原理－建立連線

  41. ATM 網路的工作原理－建立連線 • 當 A 電腦要與 B 電腦建立連線時, 先送要求連線 (Setup) 訊息給 X交換器, X 交換器將此訊息轉給 Y 交換器, Y 交換器再轉給 B 電腦。若 B 電腦同意建立連線則回覆建立連線 (Connect) 訊息；否則回覆拒絕 (Release) 訊息。 • 在整個過程中, 其實不只 B 電腦可以拒絕連線要求, X 交換器與 Y 交換器也可能拒絕建立連線。

  42. ATM 網路的工作原理－建立連線 • 因為在要求連線 (Setup) 訊息中還包含了頻寬要求與 QoS 要求, 前者是指對頻寬大小、單向或雙向的要求；後者是指對連線品質的要求, 例如：傳輸細胞遺失率 (Cell Loss Ratio)、傳輸細胞延遲時間 (Cell Transfer Delay) 等等。 • 假如當時的網路狀況無法滿足 A 的頻寬要求或 QoS 要求, X 或 Y 交換器就會拒絕建立連線, 停止轉送 A 的建立連線訊息。

  43. ATM 網路的工作原理－建立連線 • 一旦建立了 A 到 B 的實體連線, 兩者便可以傳輸資料。而 A 電腦到 X交換器、X 交換器到 Y 交換器、Y 交換器到 B 電腦這 3 段連線都稱為虛擬通道 (Virtual Channel,VC), 每個 VC 都有獨立的編號, 稱為虛擬通道識別碼 (Virtual Channel Identifier,VCI)。 • 3 個 VC 所組成的連線稱為虛擬通道連線 (Virtual Channel Connection,VCC)。

  44. ATM 網路的工作原理－傳輸資料 • 我們以電話系統的建立連線為例：假設 P 交換機與 Q 交換機負責台北與台中之間的連線, 每天隨著尖峰、離封時段的不同, 得建立240~4800 條連線。在管理時若是以每一條連線為對象, 勢必很花費時間。 • 因此機房管理人員以 24 條連線 (總頻寬為1.544 Mbps, 相當於 T1 頻寬) 為管理單位, 也就是說 P 交換機與 Q 交換機之間一次就建立 24 條連線。

  45. ATM 網路的工作原理－傳輸資料 • 若連線需求超過 24 條, 就再建立 24 條, 依此類推。如此一來, 管理對象的數量從 240~4800個減少為 10~200 個, 自然能省下不少時間成本。這種集體管理的觀念應用到 ATM 網路的 VC 就是所謂的 VP。

  46. ATM 網路的工作原理－傳輸資料 • 簡單地說, VP 就是 VC 所成的集合。凡是屬於同一個 VP 的所有 VC,都具有某些共同特性, 例如：相同的來源位址與目的位址、相同的頻寬需求或相同的 QoS 需求...等等。

  47. ATM 網路的工作原理－傳輸資料 • 網路管理機制將 VP 視為基本管理單位, 一旦中斷某個 VP 就等於中斷其中所有的 VC；改變某個 VP 的特性也就改變其中所有 VC 的特性。 • 而且VP 也用編號來識別, 該編號稱為 VPI (Virtual Path Identifier,VPI)。VPI 與 VCI 都會記錄在傳輸細胞的檔頭 (Header) 內, 在傳輸過程中, ATM 交換器通常會更改其內容。

  48. 傳輸資料－VC 轉換表

  49. 傳輸資料－VC 轉換表 • 其意義為：從 1 號輸入埠進來、VPI=2、VCI=12 的封包, 一律將 VPI 改為 4、VCI 改為 15, 然後從 6 號輸出埠送出。 • 根據 Y 交換機的 VC 轉換表, 可知應將 4 號輸入埠進來、VPI=4 、VCI=15 的封包, 改為VPI=7、VCI=9, 並從 5 號輸出埠送出。

  50. 傳輸資料－VC 轉換表 • 因為 VC 轉換表在建立連線時就已經建立, 所以傳輸資料時只要查閱該表格就知道路徑, 這個查閱動作比起傳統選擇路徑的方式快非常多。 • 因此 ATM 交換器的交換動作是以 μs (10-6秒) 為單位；而傳統的換器的交換動作是以ms (10-3秒) 為單位。

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