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第四讲　广域通信网 西南林学院计算机与信息科学系　

第四讲　广域通信网 西南林学院计算机与信息科学系　. 广域网的基本概念 广域网是地理分布范围在几十公里至几千公里，可以连接不同城市、不同国家、遍及全球的计算机网络。 广域网可看作是局域网利用公用通信网络、互连设备连接起来的、可以实现远距离数据通信的计算机网络。. 广域网. 公共交换电话网 (PSTN) Public Switch Telephone Network X.25 公共数据网 帧中继网 综合业务数字网（ ISDN) ATM. 常用的广域网技术. 公共交换电话网全称是： Public Switch Telephone Network

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第四讲　广域通信网 西南林学院计算机与信息科学系　

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  1. 第四讲　广域通信网 西南林学院计算机与信息科学系　

  2. 广域网的基本概念 广域网是地理分布范围在几十公里至几千公里，可以连接不同城市、不同国家、遍及全球的计算机网络。 广域网可看作是局域网利用公用通信网络、互连设备连接起来的、可以实现远距离数据通信的计算机网络。 广域网

  3. 公共交换电话网(PSTN) Public Switch Telephone Network X.25公共数据网 帧中继网 综合业务数字网（ISDN) ATM 常用的广域网技术

  4. 公共交换电话网全称是：Public Switch Telephone Network 该网最初是为了话音通信而建立的网络，从20世纪60年代开始又被用于数据传输 其特点是： 采用电路交换 现有网络设施完善，价格便宜 传输速率低，最多达56Kbps 采用模拟传输，抗干扰能力差 将逐步被其他网络取代 公共交换电话网(PSTN)

  5. X.25标准 X.25是CCITT在1974年建议、后经多次修订的公用分组交换网接口的标准，其重要特征是：只要网络产品制造商按此接口标准生产相应产品，就可应用于公用分组交换网，而不管其内部采用何技术手段实现。X.25所规定的接口在工作时的示意图如图所示。 X.25网

  6. X.25网络提供的服务是虚电路服务，图中的两条虚线VC1、VC2代表两条虚电路。X.25网络提供的服务是虚电路服务，图中的两条虚线VC1、VC2代表两条虚电路。 X.25的接口分为三个层次，最下层为物理层、传送比特流；中间是数据链路层，传送数据帧；最高层是分组层，传送数据分组。其层次关系如图所示。(见书上P68页） X.25的规定的DTE—DCE接口 X.25的层次关系

  7. 帧中继技术是在分组交换技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐代替已有的模拟线路，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。帧中继技术是在分组交换技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐代替已有的模拟线路，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。 帧中继是一种简单的面向连接的分组电路，是基于开放系统互连模型的数据链路层，此项技术的开发既可满足局域网互连所需的大容量的传送，也可满足用户对数据传输延时小的要求。 其具有吞吐量大、时延小、适合突发性业务等特点，能充分利用网络资源。 帧中继网(P86页）

  8. 综合业务数字网ISDN（P94页） 将多种业务集成在一个网内，为用户提供经济有效的数字化综合服务，包括电话、传真、可视图文及数据通信等。ISDN使用单一入网接口，利用此接口可实现多个终端(ISDN电话、终端等)同时进行数字通信连接。 ISDN的组成部件 当多个设备同时接入一条ISDN线路时，可能需要网络终端、终端适配器、用户终端等设备，如图所示。

  9. ATM(异步传送模式)是一种传递模式，在这一模式中，信息被组成固定长度的信元在电信网中进行复用、交换、传输。它综合了电路交换和分组交换的优点，可传送任意速率的宽带信号，可传输话音、数据、图像和视频业务。ATM(异步传送模式)是一种传递模式，在这一模式中，信息被组成固定长度的信元在电信网中进行复用、交换、传输。它综合了电路交换和分组交换的优点，可传送任意速率的宽带信号，可传输话音、数据、图像和视频业务。 ATM(P97页）

  10. 公众电话网络(PSTN)是目前普及程度最高、成本最低的公用通讯网络，它在网络互连中也有广泛的应用。尽管现在已经有许多速度更快、性能更好的接入技术，如后面将要介绍的ISDN、ASDL和Cable Modem等，但使用Modem接入仍然是接入Internet的一种选择。如图所示为Modem接入方式。 PSTN与Modem接入 Modem接入方式

  11. 1．物理层概述 物理层是OSI参考模型的最低层，也是最基础的一层，它并不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体，它向下是物理设备之间的接口，直接与传输介质相连接，使二进制数据流通过该接口从一台设备传给相邻的另一台设备，向上为数据链路层提供数据流传输服务。 公共交换电话网(PSTN)的物理层

  12. 1．物理层概述 物理层主要考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流。 物理层上的协议有时也称为接口。物理层协议主要规定物理信道的建立、保持及释放的特性，这些特性包括机械的、电气的、功能的和规程的4个方面特性。 公共交换电话网(PSTN)的物理层

  13. 在这里引入两个名词： DTE（Data Terminal Equipment） DCE（Data Circuit Equipment） DTE叫做数据终端设备，是具有一定的数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备，是数据的源或目的。 DCE的作用就是在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并且负责建立、保持和释放物理信道的连接。 公共交换电话网(PSTN)的物理层

  14. 公共交换电话网(PSTN)的物理层 DTE与DCE之间的接口

  15. 广泛使用的通信设备接口标准有： EIA RS-232C； EIA RS-499； ITU-T建议的X.21等标准。 RS (Recommended Standard)表示推荐标准，232、499等为标识号码，而后缀（如RS-232C中的C）表示该推荐标准被修改过的次数。ITU-T也有一些相应的标准。 与EIA RS-232C兼容的ITU-T V.24建议，与EIA RS-422兼容的ITU-T V.10等。 通信接口及设备

  16. EIA RS-232C接口 • 在串行通信中，EIA RS-232C是应用最为广泛的标准，EIA在1969年公布的数据通信标准，其后为了改进RS-232C的局限性，提供更高的传输距离和数据速率，增加了新的功能，如环路测试功能，在1977年颁布了RS-499。由于RS-499标准太复杂，EIA于1987年颁布了与RS-232C兼容的改进版RS-232D。 • 发送和接收数据的计算机或终端系统，称为数据终端设备（DTE），如计算机。用来实现信息的收集、处理和变换的设备称为数据通信设备（DCE），如调制解调器。

  17. RS-232C接口的特性 • RS-232C使用9针或25针的D型连接器DB-9或DB-25。 • 目前，绝大多数计算机使用的是9针的D型连接器。RS-232D规定使用25针的D型连接器。 • RS-232C采用的信号电平－5～－15V代表逻辑“1”，＋5～＋15V代表逻辑“0”。在传输距离不大于15米时，最大速率为19.2kbps。

  18. RS-232C接口各针脚的功能定义

  19. RS232接口DB-9和DB-25的对应关系

  20. RS-232接口的应用 • 异步应用 • 两个DTE（计算机）设备通过电话线进行异步通信，并使用调制解调器作为数据通信设备。 • 同步应用 • 两个DTE设备通过RS-232C进行同步通信，使用DB-25针接口的第17和第24针脚提供外同步的时钟信号，实现数据的收发。 • 由于9针的RS-232C接口不能提供时钟信号，因而不能进行同步通信。

  21. RS-232接口的空Modem连接 • 当近距离的两个DTE之间进行通信时，可以不使用Modem，而是采用空Modem连接方式 • 例如，两个DTE之间分别采用两个25针和两个9针RS-232C接口的空Modem连接方式。

  22. 空Modem的简单连接方式 • 在实际应用中， DTE与DCE之间、DTE和DTE之间可以使用最简单连接方式 • DTE与DCE相连时，DTE和DCE对应的针脚直连，且只需要使用发送TD、接收RD和信号地SIG。 • 对于DTE与DTE相连时，相对的发送和接收针脚需要交叉相连，因此，有时也把空Modem线称为串口交叉线。

  23. RS-232C接口的工作流程 • RS-232C接口的工作流程是指按照各个针脚的状态有序地实现数据传输。 • 例如：两个DTE之间采用租用线路实现全双工同步数据传输的全过程。 • 建立连接阶段； • 数据传输阶段； • 释放连接阶段；

  24. 由于RS-232C标准采用的信号电平高，为非平衡发送和接收方式，而且其接口电路由于有公共地线，当信号线穿过电气干扰环境时，发送的信号将会受到影响，若干扰足够大，发送的“0”会变成“1”，“1”会变成“0”，所以存在数据传输速率低，传输距离短，串扰信号较大等缺点。为了改善RS-232C的性能，提高抗干扰能力，增加传输距离，EIA推荐了和RS-232C完全兼容的RS-449接口标准。由于RS-232C标准采用的信号电平高，为非平衡发送和接收方式，而且其接口电路由于有公共地线，当信号线穿过电气干扰环境时，发送的信号将会受到影响，若干扰足够大，发送的“0”会变成“1”，“1”会变成“0”，所以存在数据传输速率低，传输距离短，串扰信号较大等缺点。为了改善RS-232C的性能，提高抗干扰能力，增加传输距离，EIA推荐了和RS-232C完全兼容的RS-449接口标准。 EIA RS-449接口

  25. RS-449标准规定的接口特性与CCITT V.35一致； 采用37针和9针连接器，其中37针连接器包含了与RS-449相关的所有信号； 每一个信号线均需采用一对导线； 通过测试线可以自环进行测试，以检验通信设备是否有故障； RS-449有两个子标准，即平衡式的RS-422A标准和非平衡式的RS-423A标准。 RS-423-A：规定电气特性为非平衡传输，有公共地，电缆长度10米，最大数据率为100kbps RS-422-A：规定电气特性为平衡传输，无公共地，电缆长度100米，最大数据率为1Mbps; RS-449/V.35标准

  26. X.21是ITU-T推荐的数字接口，用于在公用数据网上进行同步操作的DTE和DCE之间的通用接口。X系列的X.21bis可以将X.21转换为适合于模拟信道的接口，起到从模拟信道过渡到数字信道的作用。X.21是ITU-T推荐的数字接口，用于在公用数据网上进行同步操作的DTE和DCE之间的通用接口。X系列的X.21bis可以将X.21转换为适合于模拟信道的接口，起到从模拟信道过渡到数字信道的作用。 机械特性：15根引脚； 功能特性：8条信号线； T（发送） DCE DTE C（控制） R（接收） I（指示） S（位定时） B（字节定时，可选） Ga（DTE公共回线） G（地） X.21建议书

  27. DCE 主叫DTE C接通，T=0 R=“++...+” 建立连接 T= 被叫地址 R=呼叫进行信号 R=1， I 接通 数据传输 T= 数据 拆除连接 C断开，T= 0 R=0，I 断开 X.21接口的工作流程 • X.21接口标准规定了在建立和释放呼叫，DTE与DCE之间交换的信息（DCE表示DTE和网络接口的设备） • C:控制电路 • T:发送电路 • R:接收电路 • I: 指示电路 • X.21bis 建议 • 用于EIA-232-D/V.24设备 的过渡，使用模拟信道，DCE为同步MODEM；

  28. Modem是为数字信号在具有有限带宽的模拟信道上进行远距离传输而设计的，是一种数据通信设备DCE。其主要功能是进行信号的调制和解调，在DTE和模拟传输线路之间起到数字信号与模拟信号之间的转换作用。Modem是为数字信号在具有有限带宽的模拟信道上进行远距离传输而设计的，是一种数据通信设备DCE。其主要功能是进行信号的调制和解调，在DTE和模拟传输线路之间起到数字信号与模拟信号之间的转换作用。 计算机也可以通过Modem的传真和语音功能，发送传真以及提供电话录音留言和全双工的免持听筒服务。 调制解调器

  29. 调制解调器的组成 • Modem一般由基带处理、调制解调、信号放大和滤波、均衡等几部分组成。

  30. 按通信设备分类可分为： 拨号Modem 拨号Modem主要用于公用电话网上传输数据。拨号Modem具有在性能指标较低的环境中进行有效操作的特殊性能。多数拨号Modem具备自动拨号、自动应答和自动拆线等功能。 专线Modem 专线Modem主要用在专用线路或租用线路上，它不必带有自动应答和自动拆线功能。专线Modem的数据传输率比拨号Modem要高。 调制解调器的分类一

  31. 按Modem速度分类 传输速率在1200bps以下的为低速Modem，1200～9600bps之间的为中速Modem，9600bps以上的为高速Modem。 按Modem调制方式分类 一般Modem产品的调制方式有频移键控、差分相移键控、正交幅度调制等。 按Modem内部控制方式分类 分为智能Modem和非智能Modem两类。智能Modem的内部控制逻辑由微处理器实现，它能够接收一系列Modem控制命令（AT命令集）来完成通信过程的控制，并具有自动拨号、重复拨号、选择传输速率等功能。 调制解调器的分类二

  32. 按数据传输方式分类 同步Modem 异步Modem 调制解调器的分类三

  33. 按Modem与计算机的连接方式分类 外置式Modem 内置式Modem 调制解调器的分类四

  34. Modem标准主要是按ITU-T V系列建议的标准 。 调制解调器的标准

  35. 对于56K的调制解调器，ITU-T为其制定的标准为V.90，它是一种传输速率非对称的调制解调器，其下行传输速率可以达到56Kbps，但上行传输速率是33.6Kbps。 在用户使用56K的Modem拨号连接Internet时，只有当提供拨号接入的ISP具有数字中继线时，才可以使用用户Modem的下行传输速率达到56Kbps。若两个用户使用56Kbps的Modem进行直接拨号连接时，Modem的传输速率最高只能达到33.6Kbps。 关于56K的调制解调器

  36. 数据压缩指的是发送端的Modem在发送数据以前先将数据进行压缩，而接收端的Modem收到数据后再把数据还原，从而提高了Modem的有效传输速率。数据压缩指的是发送端的Modem在发送数据以前先将数据进行压缩，而接收端的Modem收到数据后再把数据还原，从而提高了Modem的有效传输速率。 通常使用的压缩技术有两种： ITU-T规范 ITU-T规范的V. 42bis标准，使用的是Huffman（霍夫曼）编码技术。Huffman压缩技术非常适合于压缩文本数据文件。 Microcom网络协议MNP（Microcom Networking Protocol）：MNP是一组独立的差错控制和数据压缩标准，MNP有几种压缩编码方式。 MNP5：在一行中发现有3个以上相同字符时则发送该字符及重复个数，从而达到压缩目的。对于图表文件，使用这种协议达到的压缩比很高， MNP5可以实现2∶1的压缩比。 MNP 7：根据字符对的频率进行编码字符，进一步提高压缩能力 ，MNP7的压缩比可以达到3∶1。 调制解调器的压缩标准

  37. 对于高速Modem，线路中的瞬间噪声可使Modem产生多位错误。因此必须采用差错控制技术，制定相应的标准。对于高速Modem，线路中的瞬间噪声可使Modem产生多位错误。因此必须采用差错控制技术，制定相应的标准。 常用的差错控制标准有ITU-T和MNP标准 ITU-T标准 ITU-T的差错控制标准是V.42。 MNP标准 MNP标准使用的最广泛。MNP5和MNP7定义了数据压缩技术，MNP1～4以及MNP10用于描述差错控制技术。 MNP4差错控制标准的Modem已得到广泛应用。 V.42把MNP4作为选项。如果某个Modem应答时不支持V. 42标准，则可用MNP4方式，从而做到兼容。 MNP10是功能非常齐全的差错控制协议，可用于像蜂窝电话这样的噪声环境。 使用ITU-T V.42和MNP4协议的Modem可以协商传输速率。如果通信线路在某个速率条件下连续出错次数超过一个设定值，则通信双方的Modem降低速度，直到可以正常传输数据为止。 调制解调器的差错技术标准

  38. 4.1 数据链路层的基本概念 4.2 数据链路控制协议 4.3 流量控制 4.4 高级数据链路控制协议HDLC 4.5 因特网的点对点链路协议PPP 数据链路层

  39. 物理层的问题： 物理链路是有差错和不可靠的。 物理设备之间可能存在传输速度不匹配的问题。 数据链路层的作用： 通过一些数据链路控制协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。 4.1 数据链路层的基本概念

  40. 物理链路 是一条无源的点到点的物理线路段。其间无交换节点，但可以有中继器。网络中两台计算机之间的通路可以由多条链路串接而成。 数据链路 是在物理链路上通过控制协议建立起来的逻辑链路。 一条物理链路上可以建立多个数据链路。 节点交换机 节点交换机 链路控制 链路控制 MODEM MODEM 物理链路 数据链路 物理链路与数据链路 把实现这些协议的硬件和软件加到物理链路上，就构成了数据链路。

  41. 数据链路层协议传送的数据单元(PDU)称为“帧”，是由网络层的协议数据单元以一对一的方式封装而成。数据链路层协议传送的数据单元(PDU)称为“帧”，是由网络层的协议数据单元以一对一的方式封装而成。 数据链路就象一个数字管道， “帧”就是这条数字管道上传输的数据单元。 “帧”如同信件一样，封套上载有源地址和目标地址，故能准确无误地地送达目的地。封套内的数据才是要传送的真正内容。 帧的概念 节点 节点 帧 帧

  42. 对于不同的通信环境或不同的通信协议， “帧”的格式亦不尽相同。 帧的一般结构 • “帧”分为面向字符型和面向比特型两类。前者由ASCII字符构成（IBM BSC协议）；后者由任意比特构成，更为灵活和高效（HDLC）。

  43. 在网络实体间提供建立、维持和释放数据链路连接以及提供传输数据链路服务数据单元的功能和过程的手段；在网络实体间提供建立、维持和释放数据链路连接以及提供传输数据链路服务数据单元的功能和过程的手段； 在物理链路上建立数据链路连接； 检测和校正物理层出现的错误，为网络层提供可靠的无差错的数据链路。 设置数据链路层的目的

  44. OSI模型规定数据链路层应为网络层提供三种类型的服务：OSI模型规定数据链路层应为网络层提供三种类型的服务： 无确认无连接的服务 有确认无连接的服务 面向连接的服务 为网络层提供的服务类型 • 源节点不必建立连接，可直接向数据链路发送数据单元； • 目标节点不必对收到的数据单元进行确认。 • 源节点不必建立连接，可直接向数据链路发送数据单元； • 目标节点对每个接收到的数据单元应给予肯定确认或否定确认； • 源节点根据目标节点的确认信息，决定是重发原数据单元还是发送下一个数据单元。 • 源节点要发送数据之前先建立连接，然后进行数据传输，传输结束要拆除数据链路层连接； • 源节点对传输的每个数据单元进行编号，按顺序发送； • 目标节点对收到的数据单元给予肯定确认或否定确认。

  45. 链路管理——为了提供面向连接的服务，数据链路协议要具备数据链路的建立、维护和释放的功能。链路管理——为了提供面向连接的服务，数据链路协议要具备数据链路的建立、维护和释放的功能。 帧同步 流量控制 差错控制 透明传输 寻址 数据链路层的功能 • 链路管理 • 帧同步 • 流量控制 • 差错控制 • 透明传输——能在数据链路上传输任意比特组合的数据。数据链路协议应能有效有效地区分数据信息和控制信息。 • 寻址 • 链路管理 • 帧同步 • 流量控制 • 差错控制 • 透明传输 • 寻址——在多点连接的情况下，能正确判断每一帧的目标地址和源地址。 • 链路管理 • 帧同步——接收方应能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束位置。 • 流量控制 • 差错控制 • 透明传输 • 寻址 • 链路管理 • 帧同步 • 流量控制——当收方来不及接收数据时，必须能及时控制发方的发送速率。 • 差错控制 • 透明传输 • 寻址 • 链路管理 • 帧同步 • 流量控制 • 差错控制——采用抗干扰编码和链路控制协议进行差错检验和控制。 • 透明传输 • 寻址

  46. 字节计数法 用一个特殊字符作为帧的开始定界符，后面使用一个字段来表明帧的长度字节数。 首尾定界法 使用若干个特定字符作为帧的首尾标志。 使用特殊比特模式表示帧的首尾标志。 使用违例编码作为帧的首尾标志。 帧同步技术

  47. 数据封装的过程 FTP message Data Data Segment Segment Header Data (Bytes) Packet Network Header Segment Header Data Frame Frame Header Network Header Segment Header Data Frame Trailer (medium dependent) Bits 0111111010101100010101101010110001 帧同步技术

  48. 10101010 ……10101010|10101011 帧同步技术 • 前导码：是帧同步信号，每个字节均为二进制数10101010。 • 帧开始定界符SOF：10101011B。最后二位11表示SOF结尾。

  49. 帧同步技术

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