第7章广域网.

1第7章广域网本章内容•WAN的特征及组成•常见的WAN技术：PSTN、xDSL、ISDN、CableModemX.25、DDN、FR、ATM•各种广域网技术的特点、提供的服务、优缺点和适用场合27.1广域网（WAN）概述WAN的特点：•范围广：地区、国家、洲际、全球•建立在电信网络的基础上•应用环境复杂：线路、技术、协议、设备介质：双绞线、同轴、光纤、地面微波、卫星传输速率：主干网高，但接入速率低（成本？）误码率高：复杂的错误控制技术，开销？拓扑结构：点到点连接构成的网状结构公共服务：电信服务商•Pro：资源利用率高、用户建网成本低•Con：用户必须依赖电信部门3广域网的拓扑结构4主要的广域网技术X.25：公共分组交换网•使用X.25协议进行分组交换的数据通信技术FrameRelay：帧中继（FR）•一种高速的在链路层进行分组交换的技术ISDN：综合业务数据网•一种可以在电话线路上同时提供音频、视频和数据服务的数字网络DDN：数字数据网•一种利用数字信道提供半永久性连接电路的数字网络xDSL：数字用户线•一种利用电话线路进行数字传输的高速接入技术ATM：异步传输模式•一种基于异步时分多路复用的、采用信元交换代替分组交换的技术5广域网的协议层次广域网涉及OSI/RM的最低三层：•物理层：PSTN、DDN、xDSL、SONET•数据链路层：ISDN、FR、ATM•网络层：X.25Modem,DSU/CSUDTU,NT1PHYDLNETWORKDLPHY路由器PSTN,DDN,ISDN,ATM,X.25Modem,DSU/CSUDTU,NT1局域网PHYDLNETWORKDLPHY路由器局域网67.2公共传输系统广域网的基础——电信网络•提供公共传输平台物理线路、技术支持、网络服务(音频、视频、数据)模拟通信（仅本地环路）、数字通信电信网络PSTNISDNATMX.25FRxDSLDDN各种广域网应用71.电话系统是一种分布最广泛、最容易获得的服务除本地环路外，基本实现了数字传输三个部分：•交换局：端局(CO)，汇接局、长途局——提供交换连接•接入网（本地环路、用户环路）——提供用户接入•传输网（干线、中继线）——交换局间的连接线路8电话网中的核心技术•PCM编码每路语音信号被转换成64kb/s的PCM编码数字信号•在端局转换•时分多路复用技术多路PCM信号复合成更高速率的信号•E1～E5（DS1～DS5）电话网也可以用于计算机通信•通过拨号连接可以实现不超过64kb/s的传输速率由于模拟传输技术的限制，实际传输速率≤56kb/s•通过ISDN、xDSL可以实现更高速率的通信ISDN:128kb/s，xDSL:512kb/s～55Mb/s9通过PSTN接入因特网•用户需要“猫”和拨号软件，拨通后即可启动IE上网•连接方式因特网计算机电话线路ISP用户MODEMMODEM池RS-232访问服务器10用电话线路进行通信的优缺点•优点电话线路非常容易获得•对于移动人群特别重要设备简单（Modem），大多数计算机中已集成•笔记本电脑和品牌电脑的标准配置成本低•设备便宜、通信费用低•缺点速度慢，不超过56kb/s电路连接时间长112.SONET光传输网络使用光纤介质的高速WAN通信技术基本速率级别（OC-1）为51.84Mb/s，最高可达OC-192乃至OC-256（13.271Gb/s）能够与ATM（采用定长信元）很好地兼容•ATM的两种速率：155.52Mb/s和622.08Mb/s正好对应于OC-3和OC-12拓扑结构：网状、环形（双环）12FDDI多路复用器多路复用器多路复用器FDDI集中器局域网局域网ATM交换机ATM交换机SONET光纤环13SONET体系结构•只对应于OSI的物理层•包含4个子层：光子：在光纤上传输数据位流，光电转换分段：帧的组装及正确传输线路：同步和信号交换，复用，故障恢复路径：端到端的传输，与其他网络（ATM、FDDI、ISDN、SMDS等）的接口，即定义这些网络的帧如何映射到SONET帧中14SONET基本帧结构•810字节（90列×9行），其中：传输开销（3列，共27字节）•其中：同步开销3行（9字节），线路开销6行（18字节）同步载荷包（87列，共783字节）•其中：路径开销1列（9字节），净载荷86列（774字节）•从上至下逐行传输，每125μs传输一帧（TDM）………………………图例：传输开销线路开销路径开销净载荷3列87列3行6行………………………15SONET的优点•非专利标准，很多供应商均提供兼容设备ATM交换机、ISDN交换机、路由器•远距离的超高速通信SONET应用领域•在相距很远的网络之间提供超高速连接•远程教学•高质量的音频和视频传输远距离的视频会议、远程医学诊断•复杂图形的高速传输高分辨率卫星照片163.xDSL（数字用户线）DSL是在普通电话线上实现数字传输的技术。DSL属于接入网技术——“最后一公里”；开发目的：•宽带接入：满足视频、音频、多媒体、互联网等需要高带宽的应用；•利用现有的、广泛应用的电话铜线，而不是重新布线。关键：提高电话线路的传输带宽！•方案：利用4kHz以上语音通信未使用的频带DSL的主要应用：•网吧、住宅小区的用户接入互联网•，文件/电影/音乐下载17DSL包括以下几种技术：•ADSL非对称数字用户线（我国使用最广泛）•RADSL速率自适应非对称数字用户线•HDSL高比特率数字用户线•VDSL甚高比特率数字用户线•SDSL单线对HDSL数字用户线（HDSL2）类型最大速率(b/s)距离对称典型应用POTS并存ADSL/RADSL下行8M上行768k3.5～5.5km否因特网访问、视频点播、远程访问是HDSL/SDSL1.544M或2.048M5km是T1/E1专线、无线基站互连、高速LAN互连、因特网接入、视频应用否VDSL下行52M上行26M0.3～1.5km均可高清晰度电视、多媒体传输、高速LAN互连、因特网接入是18DSL的调制方式•2B1Q（脉冲幅度调制PAM的一种）用4电平脉冲信号表示2个二进制位；码间干扰大，需要使用自适应均衡器和回波抵消器；信号频谱延伸到4kHz以下，无法与语音通信并存。•CAP（无载波幅度相位调制）属于正交幅度调制QAM，幅度调制和相位调制的结合；编码效率高，每个传输符号可携带2～9位信息；可以与语音通信并存。•DMT（离散多音频调制）把数据调制到多个子载波上：先把数据分配到256个宽度为4.3125kHz的信道，每个信道再采用QAM调制；•理论上，DMT的数据速率可达256×32kb/s＝8192kb/s可做到信息量的自适应分配，抗噪声性能非常好；•根据信道特性和噪声频谱动态调整分配给每个信道的比特数频谱利用率高，在1MHz的带宽上实现了8Mb/s的传输速率；规定为ADSL的标准调制方式（ITU-TG.922）。19频率比特数（bit/Hz）（a）子信道划分（b）信道特性（c）子信道比特分配比特数（bit/Hz）信噪比频率频率信息量的自适应分配(S/N)频率比特数（bit/Hz）（a）子信道划分（b）信道特性（c）子信道比特分配比特数（bit/Hz）信噪比串扰衰减频率频率(S/N)20ADSL（非对称数字用户线）宽带接入技术，我国使用最广泛两种标准：•G.992.1（G.dmt），G.992.2（G.lite）上下行非对称：•用户→CO（上行）：G.dmt：640kb/s，G.lite：512kb/s•CO→用户（下行）：G.dmt：6.144Mb/s（最高8Mb/s），G.lite：1.5Mb/s实际的用户端速率与线路质量、距离和电信公司的市场策略有关21ADSL的特点•上行速率与下行速率不相同与因特网访问特点相适应•下载数据量远大于上传数据量：FTP、、视频点播低的上行速率使近端串扰NEXT较低•可以简化用户端设备的设计→成本降低•仅使用一对铜线，可直接利用原有的电话线；•语音和数据同时传输，互不干扰：频分复用：•语音：0～4kHz，数据：30kHz～1.1MHz；•用户端和局端都需要安装话音/数据分离器。•上网时不用拨号，永远在线（打电话仍需拨号）。22ADSL的频谱分配铜质双绞线在4km的距离内带宽可达1.1MHz频率04kHz26kHz138kHz1.1MHz话音频带保护频带上行数据频带下行数据频带上、下行频带重叠部分幅度为解决频带重叠带来的近端串扰问题，需使用回波抵消技术。但复杂性和价格的代价较大。23ADSL系统构成两部分组成：用户端设备和局端设备•用户端设备包括：ATU-R(ADSLTransmissionUnit)•也称为ADSLModem、ADSL路由器、宽带路由器•DMT调制与解调，数据转发，路由分离器•分离语音信号和数据信号•局端设备包括：DSL接入复用器(DSLAccessMultiplexer，DSLAM)•ADSL接入和复用分离器/ATU-C机架•局端分离器和ADSLModem组合机柜24ADSL系统构成PBXPSTN因特网电话交换机DSLAM分离器/ATU-C机架局端DSLAM:DSL接入复用器ATU-C:局端ADSLModem分离器ATU-R电话机计算机用户端～～ATU-R:ADSLModem电话双绞线本地环路25ADSL应用方式PPPoE（PPPoverEthernet）•以太网的HUB或交换机用双绞线连接到ATU-R单机使用时，则用双绞线把网卡与ATU-R相连•加载PPPoE协议栈，使PPP协议工作在以太网上•多个用户可共享一条ADSL线路IPPPPL2TPATM、VCIPTunnelATM、VCIPTunnelL2TPPPPPPPoEEthernetATMEthernetATM10Base-TEthernet10Base-TPPPoEPPPIPNSP服务网关ATU-R(ADSLModem)计算机264.其他宽带接入方式HFC（光纤同轴混合网络）•利用有线电视网CATV访问因特网的技术•网络结构图见p181，树形＋总线结构•技术特点：主干：光纤，用户：同轴电缆频分复用，上下行占用不同频带用户端设备：线缆调制解调器（CableModem）每个光纤节点为一个共享域，多个用户共享带宽（10-30Mb/s）•难点：需要对CATV进行双向化改造•成本、产业政策•替代方案：上行采用电话拨号线路，以降低成本技术标准尚未统一，仅小规模试点，大规模推广尚需时日27光纤接入•FTTxx=H(ome)、B(uilding)、Z(one)、C(oner)FTTH性能最佳，但成本太高，只能作为远期目标；中期目标可以实现FTTB、FTTZ、FTTC。•网络结构参见教材第7章：树形结构，无源光纤网络•目前较佳的方案是FTTx与其他铜线或无线技术相结合的方式：FTTx＋LAN、FTTx＋xDSL、FTTx＋WLAN、…•优缺点：数据速率高，上行可达155Mb/s，下行可达622Mb/s建设成本高，光纤到户困难很大287.3广域网的通信服务类型电路交换•PSTN、ISDN：低速，不超过144kb/s主要用于：家庭上网、移动/远程用户连接企业LAN、高速线路的备份等•优点：实时性好分组交换•X.25：可靠性高、速度慢（≤64kb/s）适用于一般的数据通信•帧中继：速度快（2Mb/s以上）适用于企业用户，如远程局域网互联、多媒体通信•优点：灵活性好租用专线•模拟专线：半永久性地租用电话线路•数字专线：半永久性地租用电信网络的子信道，如DDN带宽：N×64kb/s（1≤N≤30），为部分或全部E1带宽•昂贵，只适用于企业用户297.4广域网的链路层协议1.HDLC（高级数据链路控制协议）•历史SDLC，IBM，SNA的数据链路层协议，1974HDLC，ISO，数据链路层协议的国际