網絡工程師學習筆記(四)

第4章 廣域網技術

　　 主要內容:
　　 1、公共交換電話網 PSTN
　　 2、綜合業務數字網 ISDN
　　 3、分組交換網 X.25
　　 4、幀中繼網 FR
　　 5、異步轉移模式網 ATM
　　 6、數字數據網 DDN
　　 7、移動通信及衛星通信網GSM
　　 8、線纜調制解調器Cable Modem
　　 9、數字用戶線XDSL

　　 一、電話網

　　 公用交換電話網PSTN是向公衆提供電話通信服務的一種通信網。電話通信網主要提供電話通信服務，同時還可提供非話音的數據通信服務。

　　 1、計算機交換分機CBX
 採用數字電話:可以建立綜合聲音/數據工作站
　　 分佈式結構:具有分佈智能的多級或網關結構的多路形狀的可靠性提高。
　　 非阻塞結構:所有電話和設備都有專門的指定端口。
　　 CBX的結構:核心是某種數字開關網絡。開關負責對數字信號流進行操作和交換，數字開關網絡由某些空分和時分交換級組成。接到形狀的是一級接口單元，通過接口單元訪問外界或外界可訪問接口單元。通常接口單元完成同步時分多路複用功能，以適應多個輸入線。另一方面，爲了達到全雙工操作，單元要用兩條線與開關相連。

　　 二、點到點通信

　　 1、點到點的通信主要適用於兩種情況:(1)是成千上萬組織有各種局域網，每個局域網含有多衆多主機和一些聯網設備以及連接至外部的路由器，通過點到點的租線和遠地路由器相連;(2)是成千上萬用戶在家裏使用調制解調器和撥號電話線連接到internet，這是點到點連接的最主要應用。

　　 2、串行IP協議(SLIP)
　　 SLIP是1984年制定的，協議文本描述爲RFC1055。
　　 工作過程:當工作站發送IP分組時，在幀的末尾帶一個專門的標誌字節(OXCO)，如果在IP分組中含有同樣的標誌字節，則加兩個填充字節(OXDB、OXDC)於後，如果IP分組中含有OXDB，則加同樣的填充字節。
　　 存在的問題:(1)這種協議無任何檢錯和糾錯功能;(2)只支持IP分組;(3)每一方需要知道另一方面的IP地址，且在設置是不能動態賦給IP地址;(4)不提供任何的身份驗證;(5)未被接受爲internet標準。

　　 3、點對點協議(PPP)
　　 PPP由internet IETF成立了一個組來制定的數據鏈路，描述於RFC1661。
　　 主要功能:成幀的方法可清楚地區分幀的結束和下一幀起始，幀格式還處理差錯檢測;鏈路控制協議LCP用於啓動線路、測試、任選功能的協商以及關閉連接;網絡層任選功能的協商方法獨立於使用的網絡層協議，因此可適用於不同的網絡控制協議NCP。
　　 工作過程:(1)PC通過調制解調器呼叫ISP路由器，然後路由器一邊的調制解調器響應電話呼叫，建立一個物理連接。(2)接着PC對路由器發送一系列的LCP分組，用這些分組以及其響應來選擇所用的PPP參數。(3)當雙方協商一致後，PC發送一系列的NCP分組以配置網絡層(NCP的功能就是動態分配IP地址)PC就成爲一個internet主機，可以發送和接收IP分組。(4)當PC用戶完成發送、接收功能後不需要再聯網時NCP用來斷開網絡層連接，並且釋放IP地址，然後LCP斷開鏈路層連接。(5)最後PC通知調制解調器斷開電話，釋放物理層連接。

　　 三、綜合業務數字網ISDN

　　 綜合業務數字網ISDN是由國際電報電話諮詢委員會CCITT和各國標準化組織開發的一組標準，這些標準將決定用戶設備到全局網絡的聯接，使之能方便地用數字形式處理聲音、數據和圖像通信。ISDN提供了各種服務訪問，提供開放的標準接口，提供端到端的數字連接，用戶通過公共通道、端到端的信令實現靈活的智能控制。

　　 1、ISDN的系統結構
　　 NT1:網絡終端設備，不僅起到了接插板的作用，它還包括網絡管理、測試、維護和性能監視等。是一個物理層設備。
　　 NT2:是計算機的交換分機CBX，NT1和NT2連接，並對各種得以和、終端以及其他設備提供真正的接口。
　　 CCITT爲ISDN定義了四個參考點:R、S、T、U。U參考點連接ISDN交換系統和NT1，目前採用兩線的銅的雙絞線;T參考點是NT1上提供給用戶的連接器;S參考點是ISDN和CBX和ISDN終端的接口;R參考點是連接終端適配器和非ISDN終端;R參考點使用很多不同的接口。

　　 2、ISDN的功能:線路交換、分組交換、公共通道信令、網絡操作和管理數據庫以及信息處理和存儲功能。
　　 (1)線路交換支持實時通信和大量信息傳輸，速率爲64Kbps，ISDN環境中，線路交換連接由公共通道信令技術控制。
　　 (2)分組交換支持像交互數據應用那樣的猝發通信特性，速率爲64Kbps。
　　 (3)公共通信令用於建立、管理和釋放線路交換連接，CCITT公共通信令系統CCSSNO.7用來交換信令。

　　 3、ISDN定義交換設備和用戶設備之間的兩種數字位通道接口
　　 基本速率接口BRI:2B+D，兩個傳輸聲音和數據的64 Kbps的B通道和一個傳輸控制信號和數據16 Kbps分組交換數據通道D通道。144Kbps
　　 一次羣速率接口PRI:23B+D或者30B+D，在北美日本，歐洲國家使用
　　 ISDN公用了公共通信信令技術，以實現用戶網絡訪問和信息交換。允許使用公共通道信令通路來控制多個線路交換連接。

　　 4、ISDN協議參考模型
　　 ISDN參考模型與ISO/OSI參考區別在於多通道訪問接口結構以及公共通道信令，它包括了多種通信模式和能力:在公共通道信令控制下的線路交換連接，在B通道和D通道上的分組交換通信，用戶和網絡設備之間的信令、用戶之間的端到端的信令，在公共信令控制下同時實現多種模式的通信。
　　 用於線路交換的ISDN網絡結構筆協議，它包括B通道和D通道。B通道透明地傳送用戶信息，用戶可用任何協議實現端到端通信;D通道在用戶和網絡間交換控制信息，用於呼叫建立、拆除和訪問網絡設備。D通道上用戶與ISDN間的接口由三層組成:物理層、數據鏈路層LAP-D、CCSSNO.7。
　　 用於低速分組交換的ISDN網絡結構和及協議。它使用D通道，本地用戶接口只需要執行物理層功能，作用如同x.25的DCE。

　　 四、分組交換網

　　 1、分組交換網工作原理
　　 公共分組交換網PSDN已經成爲廣域網中的重要傳輸系統。分組交換是一種在距離相隔較遠的工作站點之間進行大容量數據傳輸的有效方法，它結合線路交換和報文交換的優點，將信息分成較小的分組進行存儲、轉發，動態分配線路的帶寬。
　　 優點:出錯少、線路利用率高。工作方式:數據報，虛電路。
　　 主要特性:由於建立和拆除虛電路的呼叫控制分組和數據分組在同一通道和同一虛電路上傳輸，其結果是佔用了通道頻帶;虛電路的複用發生在第三層;第二層和第三層都需要流控和差錯控制機制。

　　 2、公共數據網(CCITT X.25網)
　　 X.25實際上包括相關的一組協議:X.3、X.28、X.29、X.75協議等。
　　 X.25描述了將一個分組終端連接到一個分組網絡上所需要做的工作。通過虛電路它能負責維護一個通過單一物理連接的多用戶會話，每個用戶會話被分配一個邏輯信道。提供了高優先級類型和正常優先級類型。
　　 X.25網絡與計算機之間的接口一般是通過專用設備或網關、路由器來解決的。
　　 X.3描述了一個X.25 PAD的功能和控制參數;X.28定義了一臺終端與X.25 PAD之間的交互作用，爲每個用戶提供了一個常規的X.25網絡連接;X.29定義了一臺主機和其相連的PAD之間的交互作用。
　　 X.25互連方案:(1)採用路由器和網關同時聯接x.25和本地局域網，這種方案適合規模較大、多種協議共存的網絡;(2)採用一臺微機作爲路由器，安裝相應的x.25網卡和路由軟件，使用於中小規模且協議比較小的網絡;(3)使用PAD機，這種方案只適合x.25協議的環境，與遠程其他協議的網絡互連受到限制。

　　 3、X.25分層協議
X.25分層:物理層、數據鏈路層、分組層，這三層對應於OSI模型的最底下三層。
　　 (1)物理層:涉及站點與把這個站邊到分組交換網的鏈路之間的新產品。其標準X.21。
　　 (2)鏈路層:所用的標準LAP-B，是HDLC的一個子集。
　　 (3)分組層:提供外部虛電路服務。
　　 三層之間的關係:用戶數據被送到X.25第三層，在第三層加上含有控制信息的報頭，從而組成了一個分組。控制信息用於協議的操作。整個X.25分組然後送到LAP-B實體，LAP-B在此分組的前後各加上控制信息組成一個LAP-B幀，在幀中加入控制信息也是爲了協議的操作。

　　 4、虛電路服務
　　 X.25的分組層提供虛電路服務，數據以分組形式通過外部虛電路傳輸。虛電路有兩類型:呼叫虛電路，是通過呼叫建立和呼叫清除等過程動態地建立起來的虛電路;永久虛電路則是固定的虛電路。
　　 虛電路實現的過程:

　　 5、X.25的分組格式
　　 用戶數據被分成多個塊，每個塊加上24位或32位的報頭形成數據分組。
　　 報頭含有12位的虛電路號，其中4位號爲組號，8位爲通道號。
　　 P(S)、P(R)用於流控和差錯控制。M位和D位可用於流控和差錯控制也可用於X.25完全分組序列。

　　 五、幀中繼網

　　 幀中繼網是由X.25分組交換技術演進而來的，由於光纖通信的誤碼率低，爲了提高網絡速率，活動了很多在X.25分組交換中的糾錯功能，使幀中繼的性能優於X.25分組交換的性能。

　　 1、幀中繼的主要特點:中速到高速的數據接口;標準速率爲DS1，即T1速率1.544Mbps;可用於專用和公共網;僅傳輸數據;使用可變長度分組。

　　 2、幀中繼網與X.25網比較
　　 載送呼叫控制信令的邏輯連接和用戶數據是分開的。因此中間節點毋需爲每個連接的呼叫控制保持狀態表;邏輯連接的複用和交換髮生在第二層，而不是在第三層，從而減少了處理的層次;結點到結點之間毋需流控和差錯控制，由高層負責端到端的流控和差錯控制。

　　 3、幀中繼的優點:精簡了通信處理。協議對用戶-網絡接口以及網絡內部處理的功能降低了，從而得到了低延遲和高吞吐率的性能。

　　 4、幀中繼在H信道上的應用:大信息量的交互數據應用;大的文件傳送;低數據率的多路複用;字符交互通信。

　　 5、幀中繼的協議結構
　　 協議有兩個分開的操作平臺:(1)控制平臺(C)，它涉及邏輯連接的建立和終止。(2)平臺是用戶平臺(U)，負責用戶之間的數據傳輸。
　　 用戶與網絡之間的是控制平臺，而端到端之間則是用戶平臺協議。
　　 控制平臺:幀模式傳輸服務的控制平臺類似於分組交換服務中用於公共通道信號的控制平臺。其中，控制信號使用一個單獨的邏輯通道。鏈路層用LAP-D(Q.921)提供可靠的數據鏈路控制服務，在D通道的用戶(TE)和網絡(NT)之間進行流控和差錯控制。數據鏈路服務用於交換Q.933控制信號報文。
　　 用戶平臺:用戶之間傳輸信息的用戶平臺協議是LAP-F由Q.922(是LAP-D Q.921的增強版本)定義。

　　 6、LAP-D的核心功能
　　 (1)幀的定界，組合和透明性;(2)幀的多路複用/多路分解;(3)對帆進行檢查以保證在零位手稿前以及零位剔除後，幀的長度是字節的整數倍;(4)對幀進行檢查以保證其長度符合要求;(5)檢測傳輸差錯;(6)衝突控制功能(LAP-F新增功能)。

　　 7、幀中繼的呼叫控制
　　 呼叫控制方案選擇:
　　 (1)交換訪問(Switched Access)在用戶連接到交換網絡，而本地交換不提供幀處理功能，在這種情況下，必須提供從用戶的終端設備到網絡幀處理器的交換訪問。
　　 (2)集成訪問(Intergraded Access)用戶接到幀中繼網絡或者交換網絡，其中的本地交換提供幀處理功能，因爲用戶能對幀處理器進行直接邏輯訪問。
　　 幀中繼和X.25一樣支持在一個鏈路上利用多個連接，稱爲數據鏈路連接，每個連接都有一個惟一的數據鏈路連接標識DLCI。其數據傳輸涉及的步驟如下:(1)在兩個端點之間建立邏輯連接，並指定惟一的數據鏈路標識DLCI的值;(2)交換數據幀;(3)釋放邏輯連接。
　　 呼叫控制邏輯連接的DLCI=0，其幀的信息域中包含有呼叫控制報文，至少需要四種報文類型:建立　(setup)、連接(connect)、釋放(release)、和釋放完成(release complete)。

　　 8、用戶數據傳輸
LAP-F幀格式類似於LAP-D和LAP-B，但有一個明顯的差別，即沒有控制域。即意味着:(1)只有一種幀的類型，即用戶數據幀，沒有控制幀。(2)不可能用inband信號。邏輯連接只能用於傳輸用戶數據。(3)不可能進行流控和差錯控制，因爲沒有順序號。

　　 六、ATM網

　　 1、ATM協議參考模型
　　 用戶面:提供用戶信息的傳輸。控制面:負責呼叫控制和連接控制功能。管理面:負責網絡維護和完成運行功能。面管理:執行與整個系統有關的管理功能。層管理:處理的運行和維護功能。
　　 物理層:主要是傳輸信息;ATM層:主要完成交換、路由及多路複用;ATM適配層AAL:主要負責與較高層信息的匹配。
　　 (1)、物理層:由兩個子層組成，物理介質子層和傳輸匯聚子層。
　　 物理介質子層支持純粹與介質有關的位功能。傳輸匯聚子層把ATM信元流轉換成在物理介質上傳輸的位，如把幀匹配成在傳輸系統中所用的格式(SDH、PDH、基於信元的格式)、信元定界等功能。
　　 (2)、ATM層:基本功能是負責生成信元，它不管載體的內容，且與服務無關。主要功能有多路複用、多路複用分解、信元VPI、VCI的轉換，信元頭的產生和去除，流控。
　　 (3)、ATM適配層:由兩個子層組成，分段和重組子層(SAR)，把高一層的信息單位分段成ATM信元，或者把ATM信元重組成高一層的信息單位;匯聚子層(CS)與服務有關，可以完成的功能有信報標識和時鐘恢復等。
　　 信元類型
　　 (1)空信元(物理層):爲了使信元流的速率與傳輸系統可用 的有效負載容量相匹配而在物理層插入或除去的信元。
　　 (2)有效信元:沒有頭差錯的信元或已經由頭差錯控制進程修正過的信元。
　　 (3)無效信元(物理層):有頭差錯且尚未由頭差錯控制進程修正的信元。
　　 (4)指定的信元(ATM層):使用ATM層服務爲應用提供服務的信元。
　　 (5)非指定的信元(ATM層):尚未指定的信元

　　 2、ATM層
信元結構:字節是按遞增順序發送，從第一個字節開始，字節中的位是按遞減順序發送，從第8位開始。
　　 GFC總流控;PT有效載荷類型,;CLP信元丟失優先權;HEC信元頭差錯控制。
　　 ATM層原語
　　 ATM-DATA-REQUEST:AAL請求把與此原主相關的ATM-SDU傳送給它的對等實體。
　　 ATM-DATA-INDICATION:指示AAL與原語相關的ATM-SDU可用。

　　 3、ATM物理層
　　 傳輸匯聚子層(1)信元頭保護機制，所生成的多項式X8+X2+X+1(2)信元定界機制，有搜索、預同步和同步三個狀態。(3)混雜，這是一種附加機制，用來對付惡意用戶和假冒，採用X43+1的自同步混雜器隨機處理，信元頭並沒有被混雜。(4)信元去耦，信元的數據率應低於可用的傳輸容量。(5)與傳輸系統的匹配。
　　 物理介質子層:提供位傳輸能力，傳輸功能與所用的介質有關，這些功能包括線路編碼、再生、均衡、電光轉換。
　　 物理層原語
　　 PH-DATA-REQUEST:ATM層請求把與原主有關的SDU傳送給它的對等實體。
　　 PH-DATA-INDICATION:指示與原主有關的SDU可用。

　　 4、ATM適配層
　　 AAL服務分類:A類線路仿真AAL1類型，B類VBR視頻AAL2類型，C類文件傳送AAL5類型，D類無連接信報ALL3/4類型。
　　 AAL的子層包括:匯聚子層CS和分段和重組子層SAR。
　　 CS負責來自用戶面的信息單元作分段準備，以使這些分組再重組成原始狀態。主要功能是在AAL-SAP提供AAL服務。
　　 SAR將來自匯聚子層的信元分段成48字節的載體，或把來自ATM層的信元信息域內容組裝成高層信息單位。

　　 七、數據數據網DDN

　　 1、數字數據網DDN是一種利用數字信道提供半永久連接專用電路，傳輸以數據信號爲主的數字傳輸網絡。

　　 2、我國DDN提供2.4Kbps-2.408Mbps的中高速率的點到點和點到多點的專用電路，用戶到用戶傳輸差錯率優於10-63、DDN組成:由本地傳輸系統、複用及交叉連接系統、局間傳輸及同步系統、網絡管理系統等四部分組成。

　　 4、按組建、運營、管理維護的責任和地理區域來劃分網絡地域等級，可分爲三級:本地網、一級幹線網、二級幹線網。按層次功能也可分三級:核心層、接入層、用戶接入層。

　　 八、移動通信

　　 1、移動通信網組成:移動通信交換MTX、基地站BS、移動臺MS和局間和局站的中繼線組成。移動臺和基地站、移動臺和轉動臺之間採用無線傳輸方式。基地站與移動通信交換局，移動通信交換局與有線網PSTN之間一般採用有線方式進行信息傳輸。

　　 2、全球移動通信系統GSM是一個完整的數字移動通信標準體系。它是1982年歐洲郵電管理委員會CEPT開發的第二代數字蜂窩移動系統。

　　 3、GSM組成:網絡子系統NSS、基站子系統BSS和移動臺MS三部分組成。移動臺主要功能除了通過無線接入進入通信網絡，完成各種控制和處理以提供主叫或被叫通信，還提供與使用者之間的人機接口或與其他終端設備向連接適配裝置等。通過用戶身份模塊SIM卡向通信網絡提供了用戶註冊和管理所需要的信息。
　　 基站子系統包含了GSM無線通信部分的所有地面基礎設施。分爲三個部分:基站控制器BSC、基站收發信機BTS以及操作維護中心OMC-R
　　 網絡子系統由移動交換機MSC、歸屬位置寄存器HLR、訪問擱置寄存器VLR、鑑權中心AUC、設備識別寄存器EIR、操作維護中心OMC-S和德厚流光息業務中心SC組成。
　　 MSC是對位於它覆蓋區域中的MSC進行控制和交換話務的功能實體，也是GSM網絡與其他通信網之間的接口實體，負責整個MSC區內的呼叫控制、移動性管理和無線資源管理。

　　 4、無線軟件應用協議WAP
　　 WAP是以國際互聯網上所採用的HTTP/HTML協議爲基礎，針對無線移動通訊的特性建立的通信協議，是對小型顯示界面、低功率、小內存、CPU運算能力低的通訊工具，以及低帶寬、延遲大、和較不可靠的無線移動通訊網絡進行修改而成的協議。
　　 WAP採用客戶機服務器結構，提供了一個靈活而強大的編程模型。WAP網關起着協議翻譯的作用，是聯繫移動網與internet的橋樑。
WAP的分層:無線應用環境WAE應用層協議、無線會話協議WSP會話層協議、無線事務處理協議WTP事務處理層協議、無線傳輸安全協議WTLS安全層協議、無線數據報WDP傳輸層協議、無線載體、其他應用和服務

　　 5、個人通信業務/個人通信網
　　 個人通信特徵:

　　 九、衛星通信系統

　　 1、按空間軌道位置可分爲:靜止軌道GEO系統、非對地靜止軌道MEO;按照業務提供的範圍可分爲:全球衛星移動通信和區域衛星移動通信系統。LEO高度一般爲500Km-1500Km左右，MEO高度通常指5000Km-15000Km左右，GEO爲35768Km高度赤道上空的軌道。

　　 2、衛星通信系統組成:空間分系統、通信地球站、跟蹤遙測及指令分系統、監控管理分系統。

　　 3、衛星通信網絡的結構主要有兩種:星形和網格形。

　　 4、國際電信聯盟ITU有關空間通信的世界無線電行政會議WARC規定了空間使用的頻率分配原則。甚高頻波段UHF400/200MHz;L波段1.6/1.5GHz主要用於移動衛星通信、海事衛星業務;C波段6.0/4.0GHz，主要用於固定衛星業務和專用衛星業務、VSAT網絡等;X波段8.0/7.0GHz，主要用於固定衛星業務;Ku波段14.0/11.0GHz，主要用於VSAT網絡、衛星電視廣播、移動衛星通信等;Ka波段30.0/20.0GHz，主要用於VSAT網絡、衛星電視廣播。

　　 十、Cable Modem線纜調制解調器

　　 Cable Modem通過使用與傳送有線電視一樣的同軸電纜實現了雙向和高速的數據傳輸。

　　 1、工作方式:
　　 與電話調制解調器類似，Cable Modem對於數據信號進行調製和解調。但是，Cable Modem包括了許多當今高速互聯網業務而設計的功能。數據從網絡到用戶的傳輸稱爲"下流"，數據從用戶到網絡的傳輸稱爲"上流"。從用戶的角度看，Cable Modem是一個64/256正交調幅QAM射頻RF接收器，它能夠在一個6MHz電纜信道中以30到40Mbit/s的速率傳送數據。在一個局域網內一個Cable Modem可以被16個用戶共享。

　　 2、Cable Modem和OSI模型
(1)物理層:分爲下傳流和上傳流
　　 下傳數據流的信道是基於北美數字視頻規範的包括以下特性:
　　 64和256正交調幅QAM;在電纜路線中與其他信號共同佔用6MHz的頻寬;可變長度的交叉支持，同時包括延時敏感和延時非敏感的數據業務;連續的串行比特流，沒有默認的幀，提供物理層和介質訪問控制層MAC的完全分離
　　 上傳數據流信道是一個共享的信道，包括以下特性:
　　 QPSK和16QAM格式;數據速率從320Kbit/s到10Mbit/s;在CMTS控制下的靈活且可編程的Cable Modem;時分多種複用訪問;支持固定長度的幀和可變長度的協議數據單元PDU。
　　 數據鏈路層:MCNS MAC(MPEG幀)、IEEE802.2

　　 十一、數字用戶線

　　 數字用戶線DSL是一項調制解調器技術，它利用現有的雙絞電話線傳輸高帶寬數據來爲用戶提供服務。
　　 術語XDSL涵蓋了許多類似但相互競爭的DSL形式，包括非對稱的DSL(ADSL)，單線DSL(SDSL)和高數據速率DSL(HDSL)、自適應速率DSL(RADSL)以及甚高速DSL(VDSL)。

　　 1、 非對稱數字用戶線ADSL
　　 它提供了下行帶寬(從NSP的交換局到客戶地點)比上行帶寬(從客戶地點到交換局)更寬。ADSL能以高於6Mbps/s的速率向用戶傳輸數據，並且能夠以高於640Kbit/s的速率在兩個方面上同時傳輸數據。

　　 2、ADSL業務結構
　　 組成:由用戶終端設備CPE和位於ADSL接入點POP的支持設備組成。網絡接入提供商NAP負責管理第二層的網絡核心部分，而網絡服務提供商NSP負責管理第三層的網絡核心部分。
　　 對向subtending:可以把若干DSL接入複用器DSLAMs連接到一起以提高ATM管道的利用率。DSL接入複用器DSLAMs在本地相互連接或通過交換局CO連接到本地接入集中點LAC，LAC能提供ATM業務疏導、PPP隧道以及訪問本地內容或緩存內容的第三層終結。

　　 3、ADSL技術
　　 ADSL依靠先進的數字信號處理技術和創造性的算法，把大量的信息壓縮到雙絞電話線進行傳輸。