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第二部分 底层物理网络

广域网 公用电话交换网 PSTN 公用分组交换网 X.25 帧中继 FR 数字数据网 DDN 交换式多兆位数据服务 SMDS ATM 网. 局域网 以太网 快速以太网 千兆位以太网 令牌环网 FDDI 网. 第二部分 底层物理网络. 第四章 广域网. 4.1 广域网结构 虚电路和数据报 虚电路： 面向连接，类似电话系统 数据报：无连接，类似电报系统 两者比较 4.2 广域网实例. network data link physical. network data link physical. network data link

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第二部分 底层物理网络

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  1. 广域网 公用电话交换网PSTN 公用分组交换网X.25 帧中继FR 数字数据网DDN 交换式多兆位数据服务SMDS ATM网 局域网 以太网 快速以太网 千兆位以太网 令牌环网 FDDI网 第二部分 底层物理网络

  2. 第四章 广域网 • 4.1 广域网结构 • 虚电路和数据报 • 虚电路：面向连接，类似电话系统 • 数据报：无连接，类似电报系统 • 两者比较 • 4.2 广域网实例

  3. network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical application transport network data link physical 广域网的结构 • 广域网的构成： • 由结点交换机以及连接这些交换机的链路组成。 • 结点之间采用点到点的接入技术。 • 广域网使用的协议在网络层。 • 分组交换网有两种实现方式：数据报方式和虚电路方式。

  4. 数据报服务 • 数据报服务：即无连接的网络服务 • 每个分组独立地选择路由，没有建立连接过程； • 每个报文必须包含目的地址； • 尽最大努力交付，而没有任何承诺，可能丢失，可能失序 2. Receive data 1. Send data 1. Send data 2. Receive data

  5. 虚电路服务 • 虚电路服务：即面向连接的网络服务 • 源站申请连接，目的同意连接，建立连接。 • 采用存贮转发技术，断续地占用一段一段的链路 • 服务质量（QoS）有较好的保证 6. Receive data 5. Data flow begins 4. Call connected 3. Accept call 1. Initiate call 2. incoming call

  6. 虚电路方式 • 特点 • 存在虚电路建立过程 • 数据转发沿着同一条路径 • 报文的投递可靠 • 报文中不需要目的地址，只需要虚电路号 • 虚电路必须进行释放 • 原理 • 建立虚电路 －填表 • 数据转发 －查表 • 释放虚电路－删表

  7. 两种服务方式的比较 • 两种服务的比较 • 虚电路服务的思路来源于电信网，电信网负责可靠的通信，结点交换机很复杂；数据报服务力求网络的顽存性好，对网络的控制功能分散，网络提供最大努力的服务，可靠性由用户端软件（TCP）完成，简化了网络层的结构。 • 数据报适合发送计算机的数据（突发性强，数据包短）；额外开销小。 • 历史上曾存在“虚电路派”和“数据报派”争论“端到端”控制还是“跳到跳“控制。

  8. 比较表

  9. 4.2广域网实例 • 公用电话交换网PSTN • 公用分组交换网X.25 • 数字数据网DDN • 帧中继FR • 交换式多兆位数据服务SMDS • ATM网

  10. 4.2.1 PSTN • 公共电话交换网PSTN(Public Switched Telephone Network)是以电路交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络。 • 电话网概括起来主要由三个部分组成：本地回路干线和交换机。其中干线和交换机一般采用数字传输和交换技术，但本地回路(也称用户环路)基本上采用模拟线路。 • 当两台计算机想通过PSTN传输数据时，中间必须经双方Modem实现计算机数字信号与模拟信号的相互转换。

  11. 电话通信网示意图

  12. 4.2.2 X.25公用分组交换网 X.25协议是在70年代由CCITT制定的关于数据终端设备DTE和数据电路设备DCE之间的接口。它规定了用户设备访问公用分组交换网络所遵从的协议，独立于通信网络的内部结构，但影响网络的内部设计。 X.25网络由许多称之为分组交换机(PSE)的节点组成。 为了保证通信可靠性，每个PSE至少与另两个PSE相连接，使得一个PSE故障时，能通过其他路由继续传输信息 PSE之间交换的是分组(包)，所以又称X.25网为分组交换网或包交换网。PSE采用存储转发的方法交换分组。

  13. PSE PSE D C E D C E PSE DTE PSE 广域网 DTE PSE X.25 X.25 PSE：分组交换设备 X.25网络组成

  14. X.25网络结构

  15. X.25层次

  16. X.25协议的层次结构

  17. 物理层协议 • X.25的物理层协议是X.21或X.21bis，用于定义主机与交换机之间机械、电气、功能和过程特性。 X.21协议

  18. 链路层协议 • X.25的数据链路层协议描述用户主机与DCE之间数据的可靠传输，包括帧格式定义、差错控制、流量控制等；X.25数据链路层一般采用平衡式链路访问协议LAPB (Link Access Procedure Balanced ）。

  19. 用户数据、控制信息或没有 头部 LCN GFI PTI 4位 12位 8或16位 网络层协议PLP • 网络层协议处理诸如分组定义、寻址、流量控制、拥塞控制、 创建虚电路、传输数据以及协商DTE之间的网络服务等等。 GFI: 通用格式标识符 LCN: 逻辑信道号 PTI: 包类型标识符（控制包、数据包）

  20. X.25虚电路

  21. 分组级协议

  22. 分组交织的统计型多路复用

  23. 通信过程

  24. X.25网络的设备 • 数据终端设备(DTE)：X.25网络的末端设备(如路由器、主机、终端、PC机等)，一般位于用户端（故称为用户设备） • 数据电路端接设备(DCE)：专用的通信设备，DTE通过DCE接入X.25网络 • PSE：X.25网络分组交换机，用于数据的存储转发 • PAD设备：用于将非分组设备接入X.25网。位于DTE与DCE之间，实现三个功能：缓冲、打包、拆包。（见下页图） • 分组交换机功能： • 实现交换虚电路和永久虚电路业务 • 路由选择、流量控制和拥塞控制 • 实现X.25、X.75等多种接口协议 • 完成局部维护、诊断、计费等功能

  25. X.25网络 PAD 非分组终端 DCE X.28 X.3 打包拆包 缓冲区 X.25网络 X.75 PAD工作原理

  26. 中国公用分组交换网骨干结构示意图 当分组大小为128个字节时： 全网总的不可检误码率为4×10－6；国内总呼叫请求延迟373ms；国际则为270ms

  27. X.25的特点 • X.25网络为用户提供的是虚电路服务，是面向连接的。多个虚电路可复用到单条物理电路上。 • 它支持交换虚电路SVC和永久虚电路PVC。数据传输率一般为64Kbps。 • 交换虚电路SVC是在发送方发送请求建立连接报文呼叫远程机器时建立的。 • 永久虚电路PVC的用法与SVC相同，但它是由用户和长途电信公司商讨预先建立的，因而它时刻存在，用户不需要建立链路而直接使用。PVC类似于租用的专用线路。 • X.25同时提供流量控制、差错校验和重传机制，以防止快速的发送方淹没慢速的接收方。

  28. 4.2.4 帧中继 • X.25的背景 • 传输线路：slow，analog，unreliable • 计算机：slow，expensive • X.25：协议复杂，X.25网络的可靠性得到保证，端用户对传输数据的处理相对简单。 • FR的背景(ANSI 1988) • 传输线路（光缆或数字微波）：fast，digital，reliable • 计算机：fast，inexpensive • FR：协议比较简单，帧中继网络的可靠性不保证，端用户对传输数据的处理相对复杂。

  29. X.25和帧中继比较

  30. X.25与帧中继网络的比较

  31. Router Host Bridge 网桥 FRS FRS Router Router FRS FRS CSU/DSU 帧中继在这里工作 F.R网络的组成

  32. NNI和UNI，正如它们的名字的含义那样， 都是接口规范，帧中继网络提供者可以 在网络内部自由地实现任何类型的协议、 结构或其它参数。 帧中继拓扑结构

  33. 帧中继特点 • 提供面向连接的分组交换(SVC或PVC)业务； • 速度快（用户接入速率54/64Kbps到1.544/2.048Mbps局间中继速率34/44.376Mbps，最高可达155Mbps） • 允许突发性数据，用户不必遵守X.25或T线路规定的恒定速率。 • 工作在OSI/RM的物理层和数据链路层。 • 帧长可变，提供帧定界、差错检测，顺序传送。但不进行差错恢复，恢复工作由用户完成； • 不提供Acknowledge，Flow Control功能。 • 物理层没有定义一个具体的协议，允许实现者使用自己认为是方便的协议（ANSI标准）。 • 遵从ISDN保持用户数据和信令分离的原则。

  34. 帧中继主要性能

  35. OSI 高层 X.25 F.R 网络层 网络层 帧中继 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 F.R与OSI/RM的对应关系 F.R是CCITT和ANSI标准，定义了在公共数据网(PDN)上发送数据的流程，属于高性能的链路层协议。 它对应于OSI层次模型的最下二层。

  36. 帧中继网络基本系统结构图

  37. 帧格式 终端可以同时支持许多到达不同目的地的虚呼叫

  38. 简单的拥塞控制

  39. 控制面负责建立和终止逻辑连接， 用户面负责在用户之间的用户数 据传送。 帧中继协议平面

  40. 帧中继协议结构

  41. 帧中继的路由选择

  42. 帧中继的设备 • 帧中继网中的设备分两类： • 帧中继网接入设备FRAD： • 属于用户设备。 • 如支持帧中继的主机、桥接器、路由器等。 • 帧中继网交换设备FRS： • 属于网络服务提供者设备。 • 如T1/E1一次群复用设备和帧交换结点机。

  43. UNI LAN 公 用 帧 中 继 网 络 节 点 FRAD 路由器 计算机 FRAD 帧中继终端 用户帧中继节点 帧中继的接入

  44. 帧中继应用

  45. LAN1 路由器 FRS：帧中继交换机 FRS 广域网 FRS FRS 路由器 路由器 LAN2 LAN3 帧中继的应用

  46. 帧中继小结 • 本质上仍是分组交换技术，但舍去了X.25的分组层，仅保留物理层和数据链路层，以帧为单位在链路层上进行发送、接收、处理 • 在链路层上完成统计复用，实现帧定界、寻址、差错检测；但省略了帧编号、重传、流控、窗口、应答、监视等功能 • 帧出错或发生阻塞时，仅仅简单地丢弃；重传、纠错和流控在端设备中由上层协议(如TCP)完成 • （这是因为F.R是基于光纤线路的，而光纤线路误码率很低，无需点到点纠错） • F.R用数据链路连接标识符DLCI来标识虚电路(最多1024个)，不同的DLCI在链路层上实现了复用

  47. N N N N DDN节点 数字信道 N DTE DTE 用户线 局间中继 用户接入单元 网络管理控制中心 4.2.3 数字数据网DDN • 数字数据网DDN是一种利用数字信道提供数据通信的传输网，它主要提供点到点及点到多点的半永久性数字专线或专网（交叉连接） ，以解决分组交换存在的一些制约。

  48. DDN网络特点 • 提供非交换的永久虚电路服务，实际上就是在干线上为用户提供时分多路复用信道。 • 仅有物理层协议，是透明的传输网，可支持任何传输规程（物理层以上）。 • 传输速率高，网络延迟小。可直接向计算机用户提供高速点到点连接的数字线路（E1速率）。 • 非常适合数据信息流量大，传输质量高的数据通信情况（例如为帧中继，LAN等不同类型的网络提供互联），带宽 可按（N*64Kbps）随意设定。 • 是同步(有主时钟）数据传输网，不具备分组交换功能。 • 网络运行管理简便（纠检错等功能都由用户终端处理）。

  49. 公众数据库检索 电视会议EDI可视图文 电子信箱 （增值网） 虚拟网 银行网络 增值服务 高质量专用线 图象传真话音 X.25 PSPDNISDN 帧中继 电 传 应用服务 DDN（作为基干传输网） DDN特点 • 可靠性高，具有自动迂回故障和重构的能力。 • 与PSTN相似，也有信道利用率不高的缺点。

  50. DDN基本系统结构

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