广域网技术课件

第3章广域网技术引言分组交换网帧中继网ISDN

ATM网无线通信网网络互连Internet

内容提要

当主机之间的距离较远时，例如，相隔几十或几百公里，甚至几千公里，局域网显然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。

广域网是指覆盖范围广、传输速率相对较低的以数据通信为主要目的的数据通信网。引言由局域网和广域网组成互联网。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，如图3-1所示。广域网的根本概念

互联网

交换的广域网引言Internet的主干网都是交换的广域网。在网络内部用网状的点到点网络来连接各个交换机。交换机有多端口连接器，可以连接多个输入与输出。交换的广域网主要包括X.25分组交换网、帧中继网和ATM。互联网局域网局域网广域网路由器结点交换机图3-1X.25分组交换网体系结构由三层通信协议，即物理层、链路层和分组层组成，如图3-2所示。●物理层。对应于ISO/OSI参考模型的物理层。X.25建议书对物理层的功能做了如下定义：

X.25分组交换网的体系结构分组交换网

是以分组方式进行操作的数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间接口的规约。X.25所讨论的都是以面向连接的虚电路效劳为根底。X.25建议作为一项国际标准于1976年正式公布，1980年又作了适当补充和修订。

X.25分组交换网分组交换网

定义了DTE与DCE之间进行连接时的一些物理的、电气的、功能的和规程的特性。采用的是X.21(数字接口)或X.21bis(模拟接口，实际上就是RS-232C)协议。DTE指数据输入/输出设备、终端设备或计算机等终端装置；DCE指自动呼叫应答设备、分组交换机以及其他一些中间设备的集合。●链路层。对应于ISO/OSI参考模型的数据链路层。X.25建议中的链路级采用的是一种HDLC规程的变种，称为链路访问规程(LinkAccessProcedure，LAP)或平衡链路访问规程(LinkAccessProcedureBalanced，LAPB)，并以LAPB为主要模式。将不可靠的物理链路提升为可靠的、无过失的逻辑链路。图3-2X.25分组交换网体系结构分组交换网

●分组层。对应于ISO/OSI参考模型的网络层，它规定了DTE和DCE之间进行信息交换的分组格式，并规定了采用分组交换的方法，在一条逻辑信道上对分组流量、分组传送过失执行独立的控制。分组交换网

X.25的分组格式分组(Packet)是分组层上传输信息的根本单位，无论是在两个DTE之间传送用户数据，还是在DTE和DCE之间传送网络所用的控制信息，都要表示成分组格式。每个分组由分组头和数据两局部组成，如图3-3所示。X.25分组格式中，帧格式的各个字段含义如下：●F：帧头、帧尾标志，占用一个字节(01111110);图3-3X.25分组格式(a)X.25一般分组头格式；(b)X.25数据分组头格式

分组交换网

●A：地址字段，用于寻址目的节点，占一个字节；

●C：控制字段，用于定义各种命令和响应，占一个字节;

●I：信息字段，用于传输分组信息，可变长度。分组信息要按分组格式来表示;

●FCS：帧校验序列，采用16位CRC校验方式。分组交换网

X.25的分组交换方式X.25是以面向连接的虚电路效劳为根底。X.25分组层提供的虚电路效劳有两种：永久虚电路PVC和交换式虚电路SVC。PVC是预先分配好的、固定的虚电路，如同专用线。由于虚电路一直存在，因此就只有数据传输过程。通常用于经常有大量数据传输的场合；SVC是动态分组交换网

建立的虚电路，包括：呼叫建立过程、数据传输过程、呼叫连接去除过程。多用于突发性或间断数据传输。

虚电路交换方式●虚电路是以统计时分复用STDM为根底的，因此一个DTE可以与多个DTE同时进行通信，能有效利用线路资源;●虚电路是两个用户终端(DTE)在通信之前预先通过网络建立的逻辑连接，它是由主叫用户与网络联系并与被叫端协商而建立的；●虚电路提供的是一条双向的、无过失的及有序的逻辑连接。双向是指通信双方都可以利用已建立的虚电路进行数据传送；无过失是指虚电路提供的是一条可靠分组交换网

的逻辑信道；有序是指虚电路保证接收端所接收到的分组次序是与发送的次序相一致的。

虚电路数据交换过程虚电路方式中，一次数据交换要经历建立虚电路、数据传输和撤除虚电路三个阶段。●建立虚电路阶段，呼叫方(DTE)通过发送“呼叫请求〞分组呼叫被叫方(DTE)。“呼叫请求〞分组中包含有被叫方(目的)地址、呼叫方(信源)DTE地址和呼叫方使用的虚电路号；●“呼叫请求〞分组通过网络时，网络中的各个分组交换机根据其被叫方地址选择路由，分配虚电路号(用逻辑通道组号和逻辑通道号表示)，并记录在交换机的路径表分组交换网

中；●最靠近被叫方的交换机用“呼叫指示〞分组通知被叫方；●呼叫方采用由高向低分配策略从当前空闲虚电路号中为“呼叫请求〞分组分配虚电路号；网络交换机采用由低向高分配策略从当前空闲虚电路号中为“呼叫指示〞分组分配虚电路号；●被叫方如果同意连接，那么回送“呼叫接受〞分组，该分组沿着已建立的虚电路传输给呼叫方，以“呼叫连通〞分组通知呼叫方，至此，这条虚电路已建立起来，可转入数据传输阶段；●在虚电路上可以使用“流控〞分组进行流量控制和差错处理，可以使用“链路维护〞分组进行虚电路的维护；●数据传输结束后，任何一方要使用“撤除请求〞分组撤除虚电路，释放所占有的系统资源。撤除虚电路过程与建立虚电路过程根本相同，但在“撤除请求〞分组中使用的是虚电路号。基于虚电路方式的数据交换过程如图3-3所示。分组交换网

分组交换网的组成

分组交换网主要由分组交换机、用户接入设备及传输线路组成。

分组交换机分组交换机是分组交换网的枢纽，可分为中转交换图3-3基于虚电路方式的数据交换过程分组交换网

分组交换网

机和本地交换机。具有以下主要功能：●提供网络的根本业务和可选业务；●提供路由选择和流量控制；●实现X.25、X.75等多种协议的互连；●完成局部的维护、运行管理、故障报告与诊断、网络计费和统计等功能。

用户接入设备用户接入设备主要是用户终端和路由器。用户终端分为分组型终端(PDTE)和非分组型终端(NPDTE)两种。非分组型终端要使用分组装配器和拆装器PAD接入分组交换网。路由器是一种面向团体的用户接入设备，用于将LAN接入分组交换网。分组交换网

传输线路传输线路可以说是整个分组交换网的神经系统。目前分组交换网的中继传输线路主要有模拟和数字两种形式。用户线路也有模拟和数字两种形式，模拟信道利用线路和调制解调器接入分组交换网。

中国公用分组交换网中国公用分组交换网(CHINAPAC)由原邮电部统一组建，引进加拿大北方电信公司的DPN-100分组交换系统，全网由全国中心城市的32个交换机组成。CHINAPAC与公用网、用户电报网、DDN、VSAT、CHINANET以及各省市的地区网、各大企事业单位的局域网均可实现互连。分组交换网

用户接入方式●分组型终端：采用同步工作方式，具有发送和接收分组的功能，DTE和DCE之间使用X.25或X.32规程进行通信；●非分组型终端：采用起止式异步工作方式，只具有发送和接收字符的功能，DTE和DCE之间使用规程X.28进行通信。通过公用交换网接入分组交换网的用户，使用X.28规程；●SNA/SDLC终端：遵循IBM公司SNA/SDLC规程的同步终端，DTE和DCE之间使用SNA/SDLC规程进行通信。各种用户接入CHINAPAC的示意图如图3-4所示。

CHINAPAC提供的业务功能分组交换网

详细内容见教材〔P74~76〕。

X.25网退出了历史舞台分组交换技术自20世纪70年代开始应用，到了80年代，世界上几乎所有的数据通信网都采用了这一技术，这是因为分组交换技术在降低通信本钱、提高通信可靠性和灵活性等方面取得了巨大成功。如今分组交换网的能力几乎到达了极限。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，X.25要在网络层和数据链路层进行过失控制和流量控制，复杂的数据链路层协议和分组层协议已成为多余。人们研究和开发出了新的帧中继、ATM等快速分组交换技术。分组交换网

图3-4用户接入CHINAPAC的示意图帧中继网

帧中继网帧中继FR(FrameRelay)是一种支持高速交换的网络。它规定了用户-网络接口(UNI)标准，而没有规定帧中继网络内部的传输机制；帧中继在许多方面非常类似于X.25，它继承了X.25的优点，使用面向连接的虚电路效劳，提供STDM，但简化了大量的网络功能，将保证数据可靠传输的功能(流量控制、过失控制等)交给终端用户来处理。从而减轻了网络时延，降低通信的费用。

帧中继网的特色

减少结点处理时间帧中继网

●帧中继不使用过失恢复和流量控制机制；●当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要查出帧的目的地址就立即进行转发。因此在帧中继网络中，一个帧的处理时间比X.25网约减少一个数量级，这样帧中继网络的吞吐量要比X.25网络的提高一个数量级以上。

使用虚电路●帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处理，而不是像X.25在第三层处理；●帧中继网络向上提供面向连接的虚电路效劳。虚电路一般分为交换虚电路SVC和永久虚电路PVC两种；●帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供链路层的永久虚电路效劳，在通信时可省去建立连接的过程。帧中继网

控制信令●帧中继使用UNI信令来建立和撤除连接。控制信令是在与用户数据分开的另一个逻辑连接(DLCI=0)上传送的。帧中继交换机收到请求建立连接信令后，会分配相应的DLCI来标识数据传输的路由；●这点和X.25很不相同。X.25使用特定的控制分组来建立和撤除连接，呼叫控制分组与用户数据分组都在同一条虚电路上传送。

帧中继网络的工作过程●用户在局域网上传送的MAC帧传到与帧中继网络相连接的路由器，如图3-5所示；帧中继网

●路由器就剥去MAC帧的首部，将IP数据报交给路由器的网络层。该路由器应该是具有标准UNI接口的路由器，如图3-6所示；●路由器把IP数据报封装到帧中继帧的信息字段；●加上帧中继帧的首部，进行CRC检验后，加上帧中继帧的尾部〔包含帧检验序列字段和标志字段〕，就构成了帧中继帧，如图3-7所示；●路由器将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机；●帧中继交换机收到帧中继帧就按地址字段中的虚电路号转发帧(假设检查出有过失那么丢弃)，如图3-8所示；●当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时，终点帧中继网

●路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部，加上局域网的首部和尾部，交付给连接在此局域网上的目的主机，如图3-9所示；●目的主机假设发现有过失，那么报告上层的TCP协议处理；●即使TCP协议对有错误的数据进行了重传，帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传送，而并不知道这是重传的数据。

帧中继网络的帧格式帧中继的链路层采用了ITUQ.922核心协议。帧格式中各个字段的意义如下：帧中继网

图3-5图3-6帧中继网

图3-7图3-8帧中继网

图3-9图3-10帧中继网

●F：帧头、帧尾标志，如图3-10所示；

●A：地址字段，长度一般为2个字节，必要时可扩展到4个字节，如图3-11所示；

●I：信息字段，可变长度，理论上最大长度为4096个字节(取决于FCS的检错能力)，一般为1600个字节到2048个字节不等。信息字段承载用户数据，对帧中继网络是完全透明的，即网络对信息内容不做任何处理；●FCS：帧校验序列，通常用16位CRC校验序列。

地址字段的组成

数据链路连接标识符DLCI●用于标识虚电路。长度一般为10bit(采用默认值2字节地址字段)，但也可扩展为16bit(用3字节地址字段)帧中继网

图3-11帧中继网

或23

bit(用4字节地址字段)，这取决于扩展地址字段的值；●数据链路连接标识符DLCI只具有本地意义。

前向显式拥塞通知FECN向帧的接收方发出拥塞警告。

反向显式拥塞通知BECN向帧的发送方发出拥塞警告。

可丢弃指示DE该位置1的帧说明这是较为不重要的低优先级帧，在必要时可丢弃。帧中继网

C/R命令/响应比特，没使用。

EA扩展地址标志，可将地址字段扩展到4字节。

帧中继网的组成与用户接入形式

帧中继网的组成帧中继网由三个局部组成：帧中继接入设备、帧中继交换设备和公用帧中继业务。如图3-12所示。

帧中继接入设备(FRAD)帧中继网

可以是具有帧中继接口的任何类型的接入设备，如主机、路由器、分组交换机及特殊的帧中继“PAD〞等，电路两端传输设备的速率可以是不同的。

帧中继交换设备有帧中继交换机以及具有帧中继接口的分组交换机和其他复用设备等，为用户提供标准帧中继接口。帧中继网络是以可变长的信息帧或固定长度的信元为单位实现网内传输的。

公用帧中继业务业务提供者将通过公用帧中继网络提供帧中继业务。帧中继业务是通过UNI提供的，UNI的用户一侧是帧中继接入设备，用于将本地用户设备接入帧中继网络；帧中继网

图3-11帧中继网

UNI的网络一侧是帧中继交换设备，用于帧中继接口与骨干网之间的连接。

用户接入形式通常采用以下两种主要形式，参见图3-12。

LAN接入形式LAN用户一般通过具有标准UNI接口的路由器接入帧中继网，还可通过其他的互连设备，如集中器、PAD、协议转换器等接入帧中继网。

终端接入形式具有标准UNI接口的帧中继终端(FDTE)可直接接入帧中继网；对于非帧中继终端(NFDTE)，如各类计算机要通帧中继网

过帧中继接入设备(FRAD)接入帧中继网，FRAD负责将非标准的接口规程转换为标准的UNI接口规程。目前，用户接入速率大都在56kb/s～2Mb/s范围内。随着帧中继业务的开展和技术水平的提高，帧中继作为ATM广域网的接入网将会为用户提供更高的接入速率。与其他广域网技术的比较与X.25分组交换业务技术的比较●帧中继和X.25分组交换业务都采用虚电路交换技术，但在业务质量上，由于帧中继网络对数据帧不进行过失处理，简化了通信协议，从而减少聊传送时延和处理时延；●帧中继采用动态分配带宽技术，允许用户占用其他

帧中继网

图3-12帧中继网

用户的空闲带宽来传送大量的突发性数据，实现带宽资源共享，使用户的通信费用低于专线。与电路交换业务的比较电路交换业务独占带宽资源，因此通信费用昂贵。帧中继采用动态分配带宽技术，允许用户占用其他用户的空闲带宽来传送大量的突发性数据，实现带宽资源共享，使用户的通信费用低于专线。与ATM业务的的比较ATM也可为用户提供高速率、低延时的数据传输业务，但需要大量网络硬件的更新，其代价十分昂贵。帧中继技术可直接利用现有的网络硬件资源，只需更新网络软帧中继网

件就可实现，所需费用比较低，因此对网络运营部门很有吸引力。如我国的帧中继网络就是以DDN为物理传输根底的。ATM较适合构造高速宽带网的骨干网,而帧中继网可作为宽带业务的接入网。ISDN①用户线交换功能；②电路交换功能(64kb/s、384kb/s和2Mb/s等不同速率)；③中、高速专用线功能；④分组交换功能；⑤公共信道信令功能。

ISDN的体系结构ISDN协议参考模型的根本概念是建立在ISO/OSI参考模型的层次结构根底上的，但两者又有一定的差异，因为OSI参考模型主要适用于分组交换数据网络。它们的主要

ISDN结构与参考模型差异在于ISDN的多信道访问接口结构以及公共信道信令所包含的多种通信模式和能力，即：●在公共信道信令控制下的电路交换连接；●在B信道和D信道上的分组交换连接；●用户和网络设备之间的信令；●用户之间端到端的信令；●在公共信道信令控制下同时实现多种模式的通信。在D信道上，用户与ISDN之间的接口由三层组成：●物理层；●数据链路层，主要解决多种信息的多路复用问题；●对控制信息来说，第三层是ITU的标准公共信道信令系统CCSSNo.7，即7号信令系统。ISDNISDN

ISDN的用户—网络接口从用户角度来认识综合业务是实现综合业务的关键所在。为此，ISDN通过提供用户—网络接口(UNI)来支持用户接入ISDN。对于ISDN的UNI，应满足以下要求：(1)能提供具有各种业务能力的业务综合化接口。要求能在传输容量的范围内提供任意速率的电路交换业务和分组交换业务；(2)具有连接多个终端的能力。多个终端可共用一个UNI，主叫用户可以任意使用其中一个终端与被叫用户的任意终端进行通信(同类型终端)；(3)具有终端的可移动性。利用标准插座，使终端能在通信过程中移动和重新连接。

(4)具有终端的通用性；(5)具有公共信道7号信令和网络分层协议，UNI对应于ISO/OSI参考模型的低三层；UNI的功能可以组合成以下的功能群：(1)TE1：ISDN终端。它符合ISDN的UNI标准；(2)TE2：非ISDN终端。它不支持ISDNUNI协议，要通过适配器TA将TE2连接到ISDNUNI中；(3)TA：适配器。用于将TE2接入ISDNUNI中；(4)NT1：1型网络终端。它是用户传输线终端装置，具有OSI参考模型物理层的所有功能；(5)NT2：2型网络终端。它相当于用户交换机(PABX)和局域网等终端控制装置。ISDNITU规定了ISDNUNI四个参考点：R、S、T和U，参见图3-13。其中，U参考点连接ISDN交换系统和NT1，可采用铜介质或光纤；T参考点是NT1提供给用户的连接器；S参考点是NT2与TE1或TA的接口；R参考点是TA与TE2的接口。当不使用NT2时，S参考点和T参考点可以合并成一个参考点，称为S/T参考点。在ISDNUNI中提供了两种类型的信道：ISDN图3-13ISDN系统构成一种是信息信道，用于传送各种信息流；另一种是信令信道，用于传送对用户和网络实施控制的信令信息。对于电路交换来说，ISDN信道有以下几种：(1)信息信道分为B信道和H信道。B信道为速率64kb/s的信道，几个B信道合成H信道；H信道分为384kb/s和1920kb/s的信道；(2)信令信道为D信道。D信道的速率根据不同的接口结构分为16kb/s和64kb/s两种。在某种情况下，D信道也能用于传送分组交换数据。ITU规定了两种UNI，即根本接口(BRI)和基群速率接口(PRI)。(1)根本接口。它是为将现有网的普通用户线作为ISDN的用户线而规定的接口，也是ISDN最基ISDN本的UNI。它的结构简称为2B+D，即由2条64kb/s的B信道和1条16kb/s的D信道组成。2条B信道可以独立地用来传输用户信息；而D信道那么可以用来传输信令信息，也可以用来传输数据。(2)基群速率接口。它主要用于高速传输大业务量的场合，如召开视频会议等。我国采用的基群速率为2048kb/s。它可提供30条速率为64kb/s的B信道和1条速率为64kb/s的D信道，或者可提供5条速率为384kb/s的H信道和1条速率为64kb/s的D信道，或者将它们混合起来而组成混合信道接口。用户线是指用户终端连接到程控交换机的线路和设备。在只开展业务时，它传输的是音频话音信号，并且是双向二线传输。在开展数据业务时，数字传输一ISDN般要求采用四线传输，而现有的用户线大都是二线电路。因此，必须解决在二线用户线上双向传输数字信号的问题。常用的有两种方法：时间压缩复用法(又称乒乓法)和回波抵消法(又称单频双工法)。前者较简单，易于实现，但要求传输速率高，故传输距离较近;后者较复杂，但要求传输速率低，传输距离较长。我国主要采用回波抵消法。ISDNISDN的根本业务有两种：承载业务和用户终端业务。

ISDN业务与应用根本业务

承载业务ISDN在参考点T和参考点S提供的电信业务称为承载业务。在承载业务中，网络向用户提供的只是一种低层的信息转移能力，与终端的类型无关。承载业务分为电路交换方式的承载业务和分组交换的承载业务。前者有话音业务、2类/3类业务以及超高速和电视图像等；后者有永久虚电路等。ISDN①数字；②智能用户电报；③4类；④文电和相结合的混合通信；⑤可视图文；

用户终端业务

(1)号码识别类。包括直线拨入(DDI)、多用户号码(MSN)、主叫用户号码识别(CLIP)、主叫用户号码限制(CLIR)、被叫用户号码识别(COLP)和被叫用户号码限制(COLR)；

(2)呼叫提供类。包括呼叫转移(CT)、呼叫传送(CF)和寻线(LH)；(3)呼叫完成类。包括呼叫等待(CW)和呼叫保持(H-OLD)；(4)多方通信类。包括会议呼叫(CONF)和三方通信ISDN⑥数据通信；⑦视频图像。

扩展业务(3PTY)；(5)社团类。包括封闭用户群(CUG)；(6)计费类。包括计费通知(AOC)和信用卡呼叫(CCA)；(7)附加信息传输类。包括ISDN用户至用户信令业务。ISDN

ATM网

ATM根本概念●B-ISDN

采用新的ATM交换技术。这种技术结合了电路交换和分组交换的优点；●ATM是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)。

ATM的主要特点

优点●选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利于宽带高速交换。信元长度为53字节，其首部(可简称为信头)为5字节。

ATM网

●能支持不同速率的各种业务；●以面向连接的方式传送，保持了电路交换在保证实时性和效劳质量方面的优点；●ATM使用光纤信道传输。由于光纤信道的误码率极低，且容量很大，因此在ATM网内不必在数据链路层进行过失控制和流量控制(放在高层处理)，因而明显地提高了信元在网络中的传送速率。

缺点●ATM的一个明显缺点就是信元首部的开销太大，即5字节的信元首部在整个53字节的信元中所占的比例相当大；●ATM的技术复杂且价格较高；●ATM能够直接支持的应用不多。

ATM网

ATM网络中的网络元素

ATM端点又称为ATM端系统，通过点到点链路与ATM交换机相连。

ATM交换机是一个快速分组交换机(交换容量高达数百Gb/s)，其主要构件是：●交换结构(switchingfabric)；●假设干个高速输入端口和输出端口；●必要的缓存。

ATM网

ATM网的体系结构ATM提供的效劳是由B-ISDN参考模型定义的，该参考模型定义了对高层的效劳和操作以及维护ATM网络所需的功能。

ATM的协议参考模型ATM的协议参考模型共有三层，大体上与OSI的最低两层相当(但无法严格对应)，如图3-13所示。

ATM适配层AALAAL层的作用是将用户层的信息转换成ATM网络可用的格式。其中：

ATM网

图3-13ATM的层次

ATM网

●会聚子层CS：为分隔用户信息做准备；●分段与重装子层SAR：负责将数据精确分割为48字节的信元体或重装成原始数据；AAL层能提供更适合于各种不同业务的通信能力。大致划分为4种业务类型，如下表。

ATM网

其中：●A类：恒定比特率业务。语音通信和静态图像；●B类：实时可变比特率业务。多媒体会议、视频点播等；●C类：非实时可变比特率业务。多媒体电子邮件；●D类：用于QoS要求不高或没有QoS要求的场合。IP数据报。

AAL层规程目前已定义了5种不同的AAL层规程，分别提供不同的通信能力，分别记作AAL1，AAL2，AAL3，AAL4，AAL5。●AAL1提供业务类型A使用的通信能力；

ATM网

●AAL2提供业务类型B使用的通信能力；●AAL3／4(AAL3和AAL4的统称)，AAL5提供业务类型C和D使用的通信能力。

AAL层举例：AAL5●用户数据先传递给AAL5的会聚子层CS，作为会聚子层的数据；●SAR将CS-PDU精确分割为48字节的信元体；●每个SAR-PDU再加上5个字节的ATM信元首部就构成了一个完整的ATM信元；●AAL5将用户数据分割为48字节的数据块交给ATM层。其具体实现过程如图3-14所示。

ATM网

图3-14

ATM网

QoS参数集ITU定义的QoS参数集：●峰值信元速率(PeakCellRate，PCR)：用户发送信元的最大瞬间速率；●持续信元速率(SustainedCellRate，SCR)：经过一个长时期测量到的平均信元速率；●最小信元速率(MinimumCellRate，MCR)：用户期望至少要到达的最小信元速率；●最大突发长度(MuximumBurstSize，MBS)：允许以PCR发速的最大突发长度；●信元丧失率(CellLossRate，CLR)：在信元传输过程中丧失的信元所占的百分比；●信元传输延迟(CellTransferDelay，CTD)：一个信元从进入网络到离去所经历的延迟；●信元延迟变化范围(CellDelayVariation，CDV)：CTD的变化范围。用户所期望的效劳质量(QoS)应当与某一ATM效劳类型相对应，通过ATM适配层，与五个AAL子层相适配，转换成相应的QoS参数。在建立ATM连接时，ATM层使用这些QoS参数与ATM网络协商QoS级。一旦连接建立起来，该连接上的各个节点必须遵守所协商的QoS级，保证提供相应的效劳质量。

ATM网

ATM层

ATM网

ATM层的目标是为网络中的用户和应用提供一套公共的传输效劳。主要包括ATM连接、信令协议、ATM信元格式、ATM信元处理及ATM层的管理功能。

ATM连接ATM提供基于连接的信息传输效劳，分为永久虚电路PVC和交换式虚电路SVC；ATM连接用虚通路VP和虚通道VC来识别。在一个物理通道中可以包含一定数量的虚通路VP，虚通路由信头中的VPI值决定。而在一条虚通路中可以包含一定数量的虚通道VC，虚通道由信头中的VCI值决定。其构成如图3-15所示。

ATM网

图3-15

ATM网

信令协议在ATM网络中，连接的建立、维护和撤除以及其他的网络控制和管理操作是由信令协议实现的。信令协议由一系列用效劳原语描述的过程组成。ATM论坛定义了两类信令协议：用户—网络接口UNI(UsertoNetworkInterface)信令和网络—网络接口NNI(NetworktoNetw-orkInterface)信令。●UNI信令定义了ATM端点和ATM交换机之间的接口；NNI信令那么定义了两个交换机之间的接口；●利用UNI信令和指定的连接参数来建立连接。这些连接参数主要用于建立传输所需要的QoS级别；●NNI信令主要用于保证不同厂商ATM交换机之间

ATM网

的平滑互联。

数据交换过程1)建立连接阶段：●呼叫方用VPI=0,VCI=5发送setup信令，setup信令中包括了被叫方ATM地址和QoS参数；●Setup信令在经过ATM网络时，ATM交换机根据被叫方ATM地址建立虚电路连接；●最靠近被叫方的ATM交换机查看客户注册表，被为其分配虚电路连接号，用setup信令通知被叫方；●被叫方同意建立连接，那么用connect信令响应，该

ATM网

信令沿着已经建立的需连接到达最靠近呼叫方的交换机上，该交换机查找客户是否注册以及所对应的虚电路连接，被用connect信令通知呼叫方；2)至此，虚电路建立成功，可以进行数据传输；3)数据传输结束后，任何一方都可以使用Release信令撤除连接，释放占有的系统资源。其数据交换流程如图3-16、3-17所示。图3-16

ATM网

图3-17

ATM网

ATM的主要信令报文如下表所示。

ATM网

ATM的信元格式在ATM网络中，信息传输是以信元(Cell)为单位的，每个信元为53个字节，其中信元头为5个字节；信元载体为48个字节。ATM信元有两种不同的首部。ATM信元格式如图3-18、3-19所示。图3-18

ATM网

图3-19●通用流量控制GFC(GenericFlowControl)：4bit字段，用于实现端点到交换机的流量控制；

●VPI/VCI：路由字段，作用和帧中继中的DLCI字

ATM网

段的作用相似；其中，UNI的VPI/VCI字段中的VPI占8bit，UNI的VPI/VCI字段中的VCI占16bit。NNI的VPI/VCI字段中的VPI占12bit。NNI的VPI/VCI字段中的VCI占16bit；●有效载荷类型PT(PayloadType)3bit字段，用来区分该信元是用户信息或非用户信息；●信元丧失优先级CLP(CellLossPriority)1bit字段，指示信元的丧失优先级；●首部过失控制HEC(HeaderErrorControl)8bit，只对首部的前四个字节进行CRC检验。

ATM的信元处理

ATM网

●在端点处，完成信元头的生成和别离。●在中间节点(交换机)，需要完成：1〕路径的选择；2〕信元头的转换；3〕信元的过失处理；4〕信元的流量管理；5〕网络的阻塞控制。AAL层将48字节长的数据块交给ATM层，加上5字节的首部后变成53字节的信元。3种信号处理如图3-20所示。ATM的信元处理例如

ATM网

图3-20

VCI和VPI的转换

●信元在ATM网络中传输时是在某条VC上按顺序传

ATM网

送的。VP由多条具有相同属性的VC组成，这些VC的VPI相同。例如，具有相同的下一跳或目的地的VC会放到同一个VP中。VP的引入在保证信元沿VC传送的前提下，大大地减小了ATM交换机中信元转发表的规模。其转换示意图如图3-21所示。图3-21

ATM网

●ATM信元的首部一定要有这个虚连接的标识符VPI/VCI，以便惟一地标识该信元属于哪一个虚通路；●所有的VPI/VCI值只在每一段物理链路上具有惟一的值。每经过一段链路，信元的VPI/VCI值都可能改变数值。VCI和VPI的转换例如端点A通过ATM交换机X，Y和Z与端点B建立一条逻辑连接，如图3-22所示。信元的过失处理●当发生以下情况之一时，信元被丢弃：1)无效的信元头；

ATM网

图3-22

ATM网

2)VPI/VCI标识了一个尚未建立的连接或超出指定范围；3)PT值为2(系统保存)；4)链路上发生阻塞时，丢弃优先级别低的信元。●一旦连接建立成功，在数据传输过程中，交换机必须按照建立连接时的QoS参数对信元流量进行控制和管理；●当网络负载超过交换机最大容量的90%时，交换机修改信元头来指示阻塞事件的发生。发生阻塞后，交换机按信元的优先级别丢弃信元。

ATM层的管理功能

ATM网

ATM物理层定义传输媒体、位传输、光/电信号转换。提供与物理传输协议(如光纤同步网SONET)的融合以及把信元流转换成位流的机制。物理层由传输会聚TC(TransmissionConvergence)子层和物理介质相关PMD(PhysicalMediumDepartm-ent)子层组成。传输会聚子层的功能是由物理层会聚协议(PLCP)实现的；物理介质相关子层负责物理介质性质、信号定时及编码。支持AAL和ATM层之间的信息交换，主要用于启动和响应UNI信令所描述的连接信息，并负责执行故障管理和流量管理等方面的网络管理。

ATM物理层ATM论坛定义的物理层接口有SONET、DS-3、4B5B和8B10B等。

ATM网

用于实现ATM网络的广域连接，以满足远程通信所需的可伸缩能力。SONET建立在同步传输信号(STS)结构根底上，SONET提供了一个信号速率序列，且以51.84Mb/s速率为根底。

同步光纤网(SONET)接口

DS-3接口用于实现ATM网络与公用数据网的广域连接，其传输速率为44.736Mb/s。当使用DS-3接口时，ATM网络传输会聚协议将用DS-3帧格式来封装ATM信元，并以串行方式来传输DS-3帧。是FDDI网络所定义和开发的一种物理接口，其传输速率是100Mb/s。ATM使用4B5B接口来实现ATM网络的局域连接，其操作方式与FDDI网络相类似。

ATM网

4B5B接口

8B10B接口用于ATM网络的局域连接，传输速率为155.52Mb/s。这一速率与SONET、STS-3C数据速率相一致，以实现基于ATM的局域网和广域网的平滑连接。ATM连接分为永久虚电路和交换虚电路。前者通过人工网络路径映射在ATM网络端点之间建立连接，须由人工干预才能释放。后者通过UNI信令协议动态地在网络端点之间建立的连接，无需人工干预。

ATM网

ATM网的组成与应用

ATM局域网由于ATM网络与传统LAN存在着较大差异。有关组织对如何在ATM网络上应用传统网络技术提出了两种协议标准：IETF的ATM上的IP(IPoverATM，IPOA和ATM论坛提出的局域网仿真(LANEmulation，LANE)。

在ATM上运行IP(IPOA)用于解决在ATM终端上支持TCP/IP协议的问题：●数据封装：IPOA规定将IP数据报封装在AAL5的协议数据单元中;●地址解析：每一个连接到ATM网络上的路由器除了有一个IP地址以外，还有一个与ATM网络关联的物理地址。该物理地址主要在建立连接时使用;●IP数据报中，只有源和目的IP地址，而ATM网络使用虚电路进行信元的转发，因此必须通过IP地址来确定虚电路标识符。其工作过程如图3-23、3-24、3-25所示。

ATM网

LANE●主要用于解决传统LAN接入ATM网络的问题；●LANE是在MAC层上提供LAN的仿真效劳，通过LAN仿真，使得LAN信息流可以按照以太网或令牌环网

ATM网

进入点路由器收到IP数据报，它根据目的IP地址和自己的路由表找到下一跳路由器(离去点路由器)的IP地址。图3-23

ATM网

进入点路由器使用ATMARP协议找到离去点路由器的物理地址。1)如果是PVC连接，在地址解析时不需要ATMARP效劳器，但这些路由器必须能够把物理地址和IP地址绑定起来；2)如果是SVC，那么要ATMA-RP效劳器来完成地址解析。图3-24

ATM网

在进入点路由器收到离去点路由器的物理地址之后，就能够利用这个物理地址建立连接。图3-25的帧格式在ATM网络上传输。上层协议或应用软件不必做任何修改。

ATM网

LANE的组成●LANE客户机(LANEmulationClient，LEC)：代理原有LAN的所有终端与ATM网络传送数据；●LANE效劳器(LANEmulationServer，LES)：完成LEC注册，地址解析；●LANE配置效劳器(LANEmulationConfigurationServer，LECS)：提供LEC的配置信息；●播送/未知效劳器(LANEmulationBroadcastandUnknownServer，BUS)：支持播送、组播或目的ATM地址未知的数据发送。

ATM网

LANE的工作原理●LEC参加LANE的过程：1)LEC通过一个周知的ATM地址访问LECS来获得配置信息和LES的ATM地址；2)LEC建立和LES的ATM连接，以便进行客户注册(将自己的ATM地址和MAC地址注册到LES上)，同时获得BUS的ATM地址；3)LEC建立和BUS的ATM连接，以便进行组播和播送。●数据传输过程：1)源LEC必须获得目的LEC的ATM地址来建立ATM虚电路。如果不知道，那么需向LES请求地址解析：

ATM网

如果目的LEC已经注册，LES向源LES发送相应；如果目的LEC没有注册，LES会敦促它进行注册。如果目的LEC没有响应，那么LES向源LEC发送出错信息。2)源LEC得到目的LEC的ATM地址后，就可以建立和它的ATM连接，然后发送数据。目的LEC收到第一个数据帧后，也向LES要求解析源LEC的ATM地址，以便建立一个反向连接。这样，就可以进行双向的数据传；3)当需要组播和播送时，发送站将数据帧发送给BU-S，由BUS来完成播送功能；4)当连接空闲超时，变自动撤除连接。

ATM广域网

ATM广域网由广域ATM交换机、光纤传输线路和用户接入设备(ATM终端或路由器)组成，通过广域ATM交换机的互连构成ATM广域网。ATM广域网主要提供虚电路交换方式，并分成交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)两种。

ATM网

基于SVC数据交换过程对于SVC，在建立连接时，必须使用一个全局惟一的ATM地址来标识被叫ATM终端；基于SVC的数据交换过程如下：

●建立连接阶段，呼叫方通过UNI信令Setup发送连接请求。在Setup中包含被叫方的ATM地址和QoS参数，信令虚电路是周知的，VPI=0，VCI=5；●Setup信令在经过ATM网络时，NNI上的ATM交换机根据被叫方ATM地址进行路由选择，计算最正确路径，分配适当的VPI，并记录在交换机的路径表中；●最靠近被叫方的ATM交换机查找客户注册表，确定该客户是否存在以及它所对应的虚电路号，然后使用信令Setup通知被叫方；●被叫方如果同意连接，那么使用UNI信令Connect进行响应，通知呼叫方；●至此，虚电路已建立起来，可转入数据传输阶段；●数据传输结束后，任何一方使用UNI信令Release即可撤除虚电路，释放所占有的系统资源。

ATM网

其过程如图3-26所示。

ATM网

图3-26无线通信网

无线通信网分类

移动通信网络移动通信网络的开展经历了3代：●第一代：用模拟传输方式实现话音业务。采用FDMA技术；●第二代：目前，计算机网络的主体仍然是有线网络，无线网络只是有线网络的补充。按网络覆盖范围分为：无线局域网和无线广域网；按使用场合分为：永久性无线网络，半永久性无线网络、移动通信网络。无线通信网●第三代：核心网络仍然以电路交换为主，无线传输技术那么采用宽带CDMA技术。主要标准有：W-CDMA：欧洲、日本；CDMA2000：美国；TD-CDMA：中国。TDM。FDM数字移动通信系统。采用电路交换技术，以提供话音业务为主，还可以支持一些补充业务和低速率的数据业务；主要标准有：GSM：欧洲、中国等国家采用标准。采用TDMA技术，可以集成通用分组无线效劳GPRS业务；CDMA/IS-95：美国开发的标准，采用CDMA技术。面向连接的网络互连模式对应于分组交换网的虚电路方式。网络互连模型参见图3-27。在这种模式下，子网应具有提供面向连接效劳的能力。在同一子网内的两个端系统之间要建立逻辑连接，中间系统(即路由器)那么用于实现不同子网之间的连接，通过路由器可将各个子网的逻辑连接串接起来。端系统可以跨越多个子网来交换数据。网络互连

网络互连模式

面向连接的网络互连模式

无连接的网络互连模式网络互连

无连接的网络互连模式对应于分组交换网的数据报方式。在这种互连模式中，每个数据分组将通过一系列的路由器从源端系统被传送到目的端系统，并且路由器对每个数据分组单独地选择路由。因此，不同的数据分组可能经历不同的传输路径。在这种互连模式中，互连子网中的各个端系统与路由器都必须使用相同的网络层协议，即IP协议，以提供统一的、无连接的网络层效劳，并且支持端到端的数据报传送。由于IP协议对子网要求不高，因此被广泛应用于目前的网络互连系统中，TCP/IP协议体系就是最典型的例子。基于IP协议的网络互连模型参见图3-28。图3-27面向连接的网络互连模型网络互连

网络互连

图3-28基于IP协议的网络互连模型网络互连

路由器技术路由器的性能参数主要有吞吐量、时延、支持的路由协议、网络传输协议、网络管理平台、广域网接口类型和效劳类型、局域网接口类型、数据压缩能力以及对IBM产品的支持能力等。

路由器的性能参数

路由器的分类从不同的角度，可以对路由器进行分类。从支持网络协议能力的角度，可把路由器分为单协议路由器和多协议路由器。单协议路由器只能应用于特定的协议环境；多协议路由器可支持当前流行的多种网络协议网络互连

，具有广泛的适应性；但并不提供各种协议之间的转换。从基于本钱的角度，路由器又可分成访问(Access)路由器和边界(Boundary)路由器。访问路由器主要用来连接远程节点或者工作组进入主干网，一般由1个LAN接口、2~3种WAN接口和2~3个网络层协议(通常包括IP协议)组成，属于传统的路由体系结构。边界路由器建立了一种新的路由体系结构，其特点是用一个中央路由器(或交换机)来连接所有的外围和边界路由器。从连接规模和能力的角度，路由器还可分为区域路由器、企业路由器以及园区路由器等，它们分别用于构造不同规模的互连网络。从性能和价格因素方面来考虑，路由器可笼统地分成高档、中档和低档等三种。

高档路由器构成企业互连网的主干，支持所有的路由协议和网络传输协议，支持多达几十种广域网和局域网接口类型。典型产品有Cisco公司的Cisco7000系列、3COM公司的NetBuilderⅡ以及BayNetworks公司的BackoneConcentratorNode等。中档路由器一般用于大型企业连接主干网设备，也可用于构造小型企业主干网。中档路由器可支持常见的路由协议和网络传输协议。其典型产品有Cisco公司的Cisco3000及4000系列、3COM公司的NETBuilder等。低档路由器一般作为访问路由器，用于将一些小规模的局域网接入企业主干网。支持低速租用线路或拨号网络互连

连接。这种路由器结构简单、价格低廉、易于配置。其典型产品有Cisco公司的Cisco500-CS、3COM公司的NETBuilder、BayNetworks公司的AccessNode等。网络互连

网络互连产品还有网桥、桥路由器(Bridge/Router)、桥接路由器(Router/Bridge)和桥路器(