【大学课件】广域通信网

1、第四讲广域通信网第四讲广域通信网西南林学院计算机与信息科学系西南林学院计算机与信息科学系http:/ 广域网的基本概念广域网的基本概念 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、遍及全公里，可以连接不同城市、不同国家、遍及全球的计算机网络。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、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。信的计算机网络。常用的广域网技术常用的广域网技术 公共交换电话网公共交换电话网(pstn)public sw

2、itch telephone network x.25公共数据网公共数据网 帧中继网帧中继网 综合业务数字网（综合业务数字网（isdn) atm公共交换电话网(pstn)公共交换电话网全称是：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，从该网最初是为了话音通信而建立的网络，从20世纪世纪60年代开始又被用于数据传输年代开始又被用于数据传输其特点是：其特点是： 采用电路交换采用电路交换 现有网络设施完善，价格便宜现有网络设施完善，价格便宜 传输速率低，最多达传输速率低，最多达56kbps 采用模拟传输，抗干扰能力差采用模

3、拟传输，抗干扰能力差 将逐步被其他网络取代将逐步被其他网络取代x.25网 x.25标准标准 x.25是是ccitt在在1974年建议、后经多次修订年建议、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。不管其内部采用何技术手段实现。x.25所规所规定的接口在工作时的示意图如图所示。定的接口在工作时的示意图如图所示。x.25x.25网络提供的服务是虚电路服务，图中的两条虚线网络

4、提供的服务是虚电路服务，图中的两条虚线vc1vc1、vc2vc2代表两条虚电路。代表两条虚电路。x.25x.25的接口分为三个层次，最下层为物理层、传送比特流；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。分组。其层次关系如图所示。( (见书上见书上p68p68页）页）x.25x.25的规定的的规定的dtedtedcedce接口接口x.25的层次关系 帧中继网(p86页） 帧中继技术是在分组交换技术充分发展，数帧中继技术是在分组交换技术充分发展，数字与光纤传输

5、线路逐渐代替已有的模拟线路，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用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。来的。 帧中继是一种简单的面向连接的分组电路，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容量的传送，也可满足用户对数据传输延时小的要求。小的要求。 其具有吞吐量大、时延小、适合突发性业务其具有吞吐量大、时延小、适合突发性业务等特点，能充分利用网络资源。等特点，能充

6、分利用网络资源。综合业务数字网综合业务数字网isdnisdn（p94p94页）页）将多种业务集成在一个网内，为用户提供经济有效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、可视图文及数的数字化综合服务，包括电话、传真、可视图文及数据通信等。据通信等。isdnisdn使用单一入网接口，利用此接口可实使用单一入网接口，利用此接口可实现多个终端现多个终端(isdn(isdn电话、终端等电话、终端等) )同时进行数字通信连同时进行数字通信连接。接。isdnisdn的组成部件的组成部件 当多个设备同时接入一条当多个设备同时接入一条isdnisdn线路时，可能需要网线路时，

7、可能需要网络终端、终端适配器、用户终端等设备，如图所示。络终端、终端适配器、用户终端等设备，如图所示。atm(p97页） atm(异步传送模式异步传送模式)是一种传递模式，在是一种传递模式，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、任意速率的宽带信号，可传输话音、数据、图像和视频业务。图像和视频业务。公众电话网络公众电话网络(pstn)是目前普及程度最高、成本是目前普及程度最高、成本

8、最低的公用通讯网络，它在网络互连中也有广泛的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，如后面将要介绍的接入技术，如后面将要介绍的isdn、asdl和和cable modem等，但使用等，但使用modem接入仍然是接入接入仍然是接入internet的一种选择。如图所示为的一种选择。如图所示为modem接入方式。接入方式。pstn与modem接入 modem接入方式 1物理层概述物理层概述 物理层是物理层是osi参考模型的最低层，也是最基参考模型的最低层，也是最基础的一层，它并不是指连接计算机的具体

9、的础的一层，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，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。数据流传输服务。 公共交换电话网公共交换电话网(pstn)的物理层的物理层公共交换电话网公共交换电话网(pstn)的物理层的物理层1 1物理层概述物理层概述 物理层主要考虑的是怎样才能在连接各种物理层主要考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传

10、输媒体上传输数据的比特流。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，这些特性包括放的特性，这些特性包括机械的、电气的、机械的、电气的、功能的和规程的功能的和规程的4 4个方面特性。个方面特性。 公共交换电话网公共交换电话网(pstn)的物理层的物理层在这里引入两个名词：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，是具有一定的叫做数据终端设

11、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。设备，是数据的源或目的。 dce的作用就是在的作用就是在dte和传输线路之间和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并且负责建立、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。保持和释放物理信道的连接。 公共交换电话网公共交换电话网(pstn)的物理层的物理层dtedte与与dcedce之间的接口之间的接口通信接口及设备 广泛使用的通信设备接口标准有：广泛使用的通信设备接口标准有： eia rs-232c； eia rs-499； itu-t建议的建议的x.21等标准

12、。等标准。 rs (recommended standard)表示推荐标准，表示推荐标准，232、499等为标识号码，而后缀（如等为标识号码，而后缀（如rs-232c中的中的c）表示该推荐标准被修改过的）表示该推荐标准被修改过的次数。次数。itu-t也有一些相应的标准。也有一些相应的标准。 与与eia rs-232c兼容的兼容的itu-t v.24建议，与建议，与eia rs-422兼容的兼容的itu-t v.10等。等。 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

13、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。 rs-232c接口的特性 rs-232c使用使用9针或针或25针的针的d型连接器型连接器db-9或或db-25。 目前，绝大多数计算机使用的是目前，绝大多数计算机使用的是9针的针的d型连接型连接器。器。rs-232d规定使用规定使用25针的针的d型连接器。型连接器。

14、rs-232c采用的信号电平采用的信号电平515v代表逻辑代表逻辑“1”，515v代表逻辑代表逻辑“0”。在传输距离。在传输距离不大于不大于15米时，最大速率为米时，最大速率为19.2kbps。rs-232c接口各针脚的功能定义 针脚号针脚号信号名称信号名称说说 明明1保护地保护地（shg）屏蔽地线屏蔽地线7信号地信号地（sig）公共地线公共地线2发送数据发送数据（txd）dte将数据传送给将数据传送给dce3接收数据接收数据（rxd）dte从从dce接收数据接收数据4请求发送请求发送（rts）dte到到dce表示发送数据准备就绪表示发送数据准备就绪5允许发送允许发送（cts）dce到到dte

15、表示准备接收要发送的数据表示准备接收要发送的数据6数据传输设备就绪数据传输设备就绪（dsr）通知通知dte，dce已连到线路上准备发送已连到线路上准备发送20数据终端就绪数据终端就绪（dtr）dte就绪，通知就绪，通知dce连接到传输线路连接到传输线路22振铃指示振铃指示（ri）dce收到呼叫信号向收到呼叫信号向dte发发ri信号信号8接收线载波检测接收线载波检测（dcd）dce向向dte表示收到远端来的载波信号表示收到远端来的载波信号21信号质量检测信号质量检测dce向向dte报告误码率的高低报告误码率的高低rs232接口db-9和db-25的对应关系 db-9信号名称信号名称db-251载

16、波检测（载波检测（cd）82发送数据（发送数据（td）23接收数据（接收数据（rd）34数据终端准备（数据终端准备（dtr）205信号地（信号地（sig）76数据传输设备准备（数据传输设备准备（dsr）67请求发送（请求发送（rts）48允许发送（允许发送（cts）59振铃指示（振铃指示（ri）22rs-232接口的应用接口的应用异步应用异步应用两个两个dte（计算机）设备通过电话线进行异步通信，并使（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。用调制解调器作为数据通信设备。同步应用同步应用两个两个dte设备通过设备通过rs-232c进行同步通信，使用进行同步通信，使

17、用db-25针针接口的第接口的第17和第和第24针脚提供外同步的时钟信号，实现数据针脚提供外同步的时钟信号，实现数据的收发。的收发。由于由于9针的针的rs-232c接口不能提供时钟信号，因而不能进行接口不能提供时钟信号，因而不能进行同步通信。同步通信。rs-232接口的空modem连接 当近距离的两个当近距离的两个dte之间进行通信时，可以不使之间进行通信时，可以不使用用modem，而是采用空，而是采用空modem连接方式连接方式 例如，两个例如，两个dte之间分别采用两个之间分别采用两个25针和两个针和两个9针针rs-232c接口的空接口的空modem连接方式。连接方式。空modem的简单连

18、接方式 在实际应用中，在实际应用中， dte与与dce之间、之间、dte和和dte之间之间可以使用最简单连接方式可以使用最简单连接方式 dte与与dce相连时，相连时，dte和和dce对应的针脚直连，且只对应的针脚直连，且只需要使用发送需要使用发送td、接收、接收rd和信号地和信号地sig。 对于对于dte与与dte相连时，相对的发送和接收针脚需要交相连时，相对的发送和接收针脚需要交叉相连，因此，有时也把空叉相连，因此，有时也把空modem线称为串口交叉线。线称为串口交叉线。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接口的工作流程是指按照各个针脚的状态有序地

19、实现数据传输。态有序地实现数据传输。 例如：两个例如：两个dte之间采用租用线路实现全双工同步数之间采用租用线路实现全双工同步数据传输的全过程。据传输的全过程。 建立连接阶段；建立连接阶段； 数据传输阶段；数据传输阶段； 释放连接阶段；释放连接阶段；eia rs-449接口 由于由于rs-232c标准采用的信号电平高，为非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，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，发送的信号将会受到影响，若干扰足够大，发送的发送的“0”

20、会变成会变成“1”，“1”会变成会变成“0”，所以存在所以存在数据传输速率低数据传输速率低，传输距离短传输距离短，串串扰信号较大扰信号较大等缺点。为了改善等缺点。为了改善rs-232c的性的性能，提高抗干扰能力，增加传输距离，能，提高抗干扰能力，增加传输距离，eia推荐了和推荐了和rs-232c完全兼容的完全兼容的rs-449接口标接口标准。准。rs-449/v.35标准 rs-449标准规定的接口特性标准规定的接口特性与与ccitt v.35一致；一致； 采用采用37针和针和9针连接器针连接器，其中，其中37针连接器包含了与针连接器包含了与rs-449相关的所有信号相关的所有信号； 每一个信

21、号线均需采用一对导线；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；否有故障； rs-449有两个子标准，即平衡式的有两个子标准，即平衡式的rs-422a标标准和非平衡式的准和非平衡式的rs-423a标准。标准。 rs-423-a：规定电气特性为非平衡传输，有公共地，：规定电气特性为非平衡传输，有公共地，电缆长度电缆长度10米，最大数据率为米，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，：规定电气特性为平衡传输，无公共地，电缆长度电缆长度100米，最大数据率为米，最大数据率为

22、1mbps;dtedcet（发送）（发送）c（控制）（控制） r（接收）（接收） i（指示）（指示） s（位定时）（位定时）b（字节定时，可选）（字节定时，可选）ga（dte公共回线）公共回线）g（地）（地）x.21建议书 x.21是是itu-t推荐的数字接口，用于在公用数推荐的数字接口，用于在公用数据网上进行同步操作的据网上进行同步操作的dte和和dce之间的通之间的通用接口。用接口。x系列的系列的x.21bis可以将可以将x.21转换为适转换为适合于模拟信道的接口，起到从模拟信道过渡到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。数字信道的作用。 机械特性：机械特性：15根引脚；

23、根引脚； 功能特性：功能特性：8条信号线；条信号线；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；主叫主叫dtedcec接通，接通，t=0r=“+.+”t= 被叫地址被叫地址r=呼叫进行信号呼叫进行信号r=1， i 接通接通t= 数据数据c断开，断开，t= 0r=0，i 断开断开建建立立连连接接拆拆除除连连接接数数据据传传输输调制解调器 modem是

24、为数字信号在具有有限带宽的模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，是一拟信道上进行远距离传输而设计的，是一种数据通信设备种数据通信设备dce。其主要功能是进行。其主要功能是进行信号的调制和解调，在信号的调制和解调，在dte和模拟传输线和模拟传输线路之间起到数字信号与模拟信号之间的转路之间起到数字信号与模拟信号之间的转换作用。换作用。 计算机也可以通过计算机也可以通过modem的传真和语音功的传真和语音功能，发送传真以及提供电话录音留言和全能，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。双工的免持听筒服务。调制解调器的组成 modem一般由基带处理、调制解调、信号

25、放大和滤波、均衡等几部分组成。调制解调器的分类一调制解调器的分类一按通信设备分类可分为：按通信设备分类可分为： 拨号拨号modem拨号拨号modem主要用于公用电话网上传输数据。拨主要用于公用电话网上传输数据。拨号号modem具有在性能指标较低的环境中进行有效具有在性能指标较低的环境中进行有效操作的特殊性能。多数拨号操作的特殊性能。多数拨号modem具备自动拨号、具备自动拨号、自动应答和自动拆线等功能。自动应答和自动拆线等功能。 专线专线modem专线专线modem主要用在专用线路或租用线路上，它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。专线不必带有自动应答和自动拆线功能

26、。专线modem的数据传输率比拨号的数据传输率比拨号modem要高。要高。调制解调器的分类二调制解调器的分类二按按modem速度分类速度分类传输速率在传输速率在1200bps以下的为低速以下的为低速modem，12009600bps之间的为中速之间的为中速modem，9600bps以上的为高速以上的为高速modem。按按modem调制方式分类调制方式分类一般一般modem产品的调制方式有频移键控、差分相移键控、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。正交幅度调制等。按按modem内部控制方式分类内部控制方式分类分为智能分为智能modem和非智能和非智能modem两类。智能两类。

27、智能modem的内的内部控制逻辑由微处理器实现，它能够接收一系列部控制逻辑由微处理器实现，它能够接收一系列modem控控制命令（制命令（at命令集）来完成通信过程的控制，并具有自动命令集）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。拨号、重复拨号、选择传输速率等功能。调制解调器的分类三调制解调器的分类三 按数据传输方式分类按数据传输方式分类 同步同步modem 异步异步modem调制解调器的分类四调制解调器的分类四按按modem与计算机的连接方式分类与计算机的连接方式分类 外置式外置式modem 内置式内置式modem调制解调器的标准调制解调器的标准modem标准主要是

28、按itu-t v系列建议的标准 。itu-t建议建议信号速率信号速率(bps)调制方式调制方式v.21300fskv.2212004 pskv.22bis2400/120016-qam/4-dpskv.231200fskv.2624004-pskv.2748008-pskv.29960016-qamv.32960032-qamv.32bis1440064-qamv.3314400128-qamv.3428800336004096-qam关于56k的调制解调器 对于对于56k的调制解调器，的调制解调器，itu-t为其制定的标准为其制定的标准为为v.90，它是一种传输速率非对称的调制解调，它是一种

29、传输速率非对称的调制解调器，其下行传输速率可以达到器，其下行传输速率可以达到56kbps，但上行，但上行传输速率是传输速率是33.6kbps。 在用户使用在用户使用56k的的modem拨号连接拨号连接internet时，时，只有当提供拨号接入的只有当提供拨号接入的isp具有数字中继线时，具有数字中继线时，才可以使用用户才可以使用用户modem的下行传输速率达到的下行传输速率达到56kbps。若两个用户使用。若两个用户使用56kbps的的modem进进行直接拨号连接时，行直接拨号连接时，modem的传输速率最高只的传输速率最高只能达到能达到33.6kbps。 调制解调器的压缩标准 数据压缩指的是

30、发送端的数据压缩指的是发送端的modem在发送数据以前先将在发送数据以前先将数据进行压缩，而接收端的数据进行压缩，而接收端的modem收到数据后再把数收到数据后再把数据还原，从而提高了据还原，从而提高了modem的有效传输速率。的有效传输速率。 通常使用的压缩技术有两种：通常使用的压缩技术有两种： itu-t规范规范 itu-t规范的规范的v. 42bis标准，使用的是标准，使用的是huffman（霍夫曼）编码（霍夫曼）编码技术。技术。huffman压缩技术非常适合于压缩文本数据文件。压缩技术非常适合于压缩文本数据文件。 microcom网络协议网络协议mnp（microcom network

31、ing protocol）：）：mnp是一组独立的差错控制和数据压缩标准，是一组独立的差错控制和数据压缩标准，mnp有几种有几种压缩编码方式。压缩编码方式。 mnp5：在一行中发现有：在一行中发现有3个以上相同字符时则发送该字符及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，达到的压缩比很高， mnp5可以实现可以实现2 1的压缩比。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：根据字符对的频率进行编码字符，进一步提高压缩能力力 ，mnp7的压缩比可以达到的压

32、缩比可以达到3 1。调制解调器的差错技术标准 对于高速对于高速modem，线路中的瞬间噪声可使，线路中的瞬间噪声可使modem产生产生多位错误。因此必须采用差错控制技术，制定相应的标多位错误。因此必须采用差错控制技术，制定相应的标准。准。 常用的差错控制标准有常用的差错控制标准有itu-t和和mnp标准标准 itu-t标准标准 itu-t的差错控制标准是的差错控制标准是v.42。 mnp标准标准 mnp标准使用的最广泛。标准使用的最广泛。mnp5和和mnp7定义了数据压缩技术，定义了数据压缩技术，mnp14以及以及mnp10用于描述差错控制技术。用于描述差错控制技术。 mnp4差错控制标准的差

33、错控制标准的modem已得到广泛应用。已得到广泛应用。 v.42把把mnp4作为作为选项。如果某个选项。如果某个modem应答时不支持应答时不支持v. 42标准，则可用标准，则可用mnp4方式，方式，从而做到兼容。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。的噪声环境。 使用使用itu-t v.42和和mnp4协议的协议的modem可以协商传输速率。如可以协商传输速率。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，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，则通信双方的则通信双方的modem降低速度