现代通信技术与网络应用课件

第7章 数据与计算机通信网 第7章 数据与计算机通信网 7.1 概述 7.2 数字数据网DDN 7.3 帧中继FR 7.4 IP网络 习题 第7章 数据与计算机通信网 7.1 概概 述述数据通信网与计算机通信网都是在通信网基础上建立起来的。数据通信网由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括数据传输设备、数据交换设备和通信线路，软件部分是指支持上述硬件的网络协议等。数据通信网的任务是在网络用户之间，透明地、无差错地、迅速地交换数据信息。计算机通信网由通信子网和资源子网构成，通信子网就是数据通信网，而资源子网的基本功能是提供所需的共享硬件、软件及数据等资源，并进行数据的处理。因此，计算机通信网的任务是实现计算机与计算机及计算机与终端之间的通信和资源共享，另外还可以实现电子信箱、可视图文、电子数据交换等通信与信息处理相结合的业务。第7章 数据与计算机通信网 图7.1所示是数据通信网和计算机通信网的结构示意图。虚线以内是通信子网，即数据通信网；虚线以外是资源子网。近年来，我国公用数据通信网的发展很快，先后建立了分组数据网(X.25)、数字数据网(DDN)、帧中继网(FR网)和ATM宽带网。分组数据网是数据通信网的基础，数字数据网则提供专线数据业务，而帧中继网及ATM宽带网则定位于宽带数据通信业务。数据通信网的发展趋势是IP网络，它通过统一的IP层来屏蔽各种物理网络技术(如X.25、DDN、以太网、令牌环、帧中继、ATM、SDH、WDM)的差异性，实现异种网的互连。第7章 数据与计算机通信网 图7.1 数据通信网和计算机通信网的结构示意图第7章 数据与计算机通信网 本章主要介绍数字数据网DDN、帧中继FR、IP网络的概念、原理和应用，同时介绍SMDS(交换式多兆位数据服务)、FDDI(光纤分布式数据接口)、DQDB(分布式排队双总线)等高速网络技术。第7章 数据与计算机通信网 7.2 数字数据网数字数据网DDN7.2.1 概述概述数字数据网(DDN，Digital Data Network)是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，它的传输媒介主要是光缆，辅助于数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线。在现有的电信网(电话网或分组交换网)中，都有模拟成分存在，需要许多模数转换及调制解调设备。而DDN则以全数字、高速率及灵活的交叉连接复用功能为用户提供永久性或半永久性的数字电路专线(出租)业务，为用户构建了一个大容量的数据通信平台。第7章 数据与计算机通信网 数字信道与传统的模拟信道相比，具有传输质量高、速度快、带宽利用率高等一系列优点。X.25分组交换数据网可以为数据用户提供交换虚电路和永久虚电路数据业务。交换虚电路每次都要建立通信连接，永久虚电路则费用较大，且电路利用率较低。很多数据用户的业务需求是为了解决行业部门内的数据信息处理及管理，这些业务大多发生在相对固定的用户之间。如果这些业务都利用分组交换网来建立一次次的通信连接或永久连接，显然是不经济的，这时，介于永久性连接和交换式连接之间的半永久性连接方式的数字数据网作为数据通信应用技术的一个分支逐渐发展起来。第7章 数据与计算机通信网 DDN在发展过程中，把数据通信与数字通信、计算机、光纤通信、数字交叉连接等技术有机地结合起来，形成了一个新的技术整体，使其应用范围从最初单纯提供数据通信业务，逐渐拓宽为能提供多种业务和增值业务，已成为具有很大的吸引力和发展潜力的传输网络资源。DDN具有以下优点：(1)DDN是同步数据传输网，传输质量高，误码率低(可达1010)。第7章 数据与计算机通信网(2)传输速率高，网络时延小。由于DDN采用了同步转移模式的数字时分复用技术，用户数据信息根据事先约定的协议，在固定的时隙以预先设定的通道带宽和速率顺序传输，这样只需按时隙识别通道就可以准确地将数据信息送到目的终端。由于信息是顺序到达目的终端的，免去了目的终端对信息的重组，因此减小了时延。(3)DDN为全透明网。DDN是任何规程都可以支持的，不受约束的全透明网，可支持网络层以及其上的任何协议，从而可满足数据、图像、声音等多种业务的需要。(4)网络运行管理简便。DDN将检错和纠错等功能放到智能化程度较高的终端来完成，简化了网络运行管理和监控的内容，同时也为用户参与管理网络创造了条件。第7章 数据与计算机通信网 7.2.2 DDN的结构与业务的结构与业务1DDN的结构组成的结构组成DDN由本地传输系统、复用/交叉连接系统、局间传输系统、网同步系统和网络管理系统等五大部分组成，如图7.2所示。第7章 数据与计算机通信网 图7.2 DDN组成结构示意图 第7章 数据与计算机通信网 1)本地传输系统本地传输系统包括用户设备、用户线和用户接入单元。用户线和用户接入单元又称为用户环路。常用的用户设备有数据终端设备、个人计算机、工作站、电话机和传真机、用户交换机、可视电话机、窄带话音和数据多路复用器、局域网的桥接器和路由器等。用户线一般采用市话用户电缆或光缆。用户的接入方式主要有下列八种，如图7.3所示。(1)二线模拟传输方式。这种传输方式支持模拟用户入网连接，在交换方式下，同时需要直流环路、PBX中继线、E&M信令传输。第7章 数据与计算机通信网 图7.3 DDN中用户的接入方式第7章 数据与计算机通信网(2)二线(或四线)话带Modem传输方式。支持的用户速率由线路长度、调制解调器(Modem)的类型而定。(3)二线(或四线)基带传输方式。这种传输方式采用回波抵消技术和差分二相编码技术。其二线基带设备可进行19.2 kb/s全双工传输。该基带传输设备还可具有TDM复用功能，为多个用户入网提供连接。复用时需留出部分容量给网络管理用。另外，还可用二线或四线，速率达到16 kb/s、32 kb/s或64 kb/s的基带传输设备。(4)基带传输+TDM复用传输方式。这种传输方式实际上是在二线(或四线)基带传输的基础上，再加上TDM复用设备，为多个用户入网提供连接。第7章 数据与计算机通信网(5)话音/数据复用传输方式。在现有的市话用户线上，采用频分或时分的方法实现电话/数据独立的数据复用传输，还可加上TDM复用，为多个用户提供入网连接。(6)2B+D速率的DTU传输方式。DTU(数据终端单元)采用2B+D速率，二线全双工传输方式，为多个用户提供入网。(7)PCM数字线路传输方式。这种方式是当用户直接用光缆或数字微波高次群设备时，可与其他业务合用一套PCM设备，其中一路2048 kb/s进入DDN。第7章 数据与计算机通信网(8)DDN节点通过PCM设备的传输方式。DDN中用户的接入方式除了上述基本方式外，还可以采用不同的组合方式。用户接入单元的作用是把用户端送入的原始信号转换成适合在用户线上传输的信号形式，如基带或频带调制解调信号，并在可能的情况下将多个用户设备的信号复用后在一对用户线上传输。用户接入单元可以是数据服务单元、信道服务单元和数据电路终接设备(DCE)，如基带或频带调制解调器。第7章 数据与计算机通信网 2)复用/交叉连接系统复用是指将多路信号集合在一起共同占用一个物理传输介质。典型的复用方式有频分复用(FDM)和时分复用(TDM)等。DDN常采用时分复用，如2048 kb/s数字帧电路复用。数字交叉连接系统(DCS，Digital Cross-connect System)用于通信线路的交接、调度和管理。它负责完成时隙的交叉连接(含复用)。如在DDN节点中的2048 kb/s PCM信号复用帧，流入/出的数字流以64 kb/s为单位进行复用/交叉连接，如图7.4所示。第7章 数据与计算机通信网 图7.4 数字交叉连接示意图 第7章 数据与计算机通信网 数字交叉连接系统采用单级时隙交换结构，可以快速地对m64 kb/s和2048 kb/s线路进行交换，提供端点到端点的最优连接，大大提高了传输线路的使用效率。第7章 数据与计算机通信网 3)局间传输系统局间传输系统是指节点间的数字信道以及由各节点与数字信道的各种连接方式组成的网络拓扑。局间传输的数字信道通常采用数字传输系统中的基群(2048 kb/s)信道。网络拓扑则是根据网络中各节点的信息流量和流向，以及网络的安全等因素而建立的网络结构。4)网同步系统网同步系统的任务是提供DDN全网设备工作的同步时钟，保证全网设备的同步工作。DDN通常采用主从同步方式。第7章 数据与计算机通信网 5)网络管理系统DDN的网络管理包括用户接入管理、网络资源的调度、路由选择、网络状态的监控、网络故障的诊断、告警与处理、网络运行数据的收集与统计、计费信息的收集与统计等。对于全国范围的公用DDN，网络管理采用分级管理的方式，在主干网上设立集中的网管控制中心，负责主干网上的电路组织和调度。在主干网上还可以设置若干个网管控制终端，它能与网管控制中心交换网管控制信息，在授权范围内执行网管控制功能。各省内网可设立各自集中的网管控制中心，负责本省内网上电路的组织和调度，也可设若干网管控制终端，在授权范围内执行网管控制功能。第7章 数据与计算机通信网 2DDN的业务功能的业务功能DDN是全透明的网络，具有可靠性高、信道利用率高和时延小等优点，可以支持多种业务服务。DDN业务分为专用电路、帧中继、压缩话音/G3传真和虚拟专用网四类业务。DDN的主要业务是向用户提供中高速率，高质量的点到点和点到多点数字专用电路(简称专用电路)。在专用电路的基础上，通过引入帧中继服务模块(FRM，Frame Relay Module)，提供永久性虚电路(PVC，Permanent Virtual Circuit)连接方式的帧中继业务。通过在用户入网处引入话音服务模块(VSM，Voice Service Module)提供压缩话音/G3传真业务。在DDN上，帧中继业务和压缩话音/G3传真业务均可看做在专用电路业务基础上的增值业务。第7章 数据与计算机通信网 1)专用电路业务(1)基本专用电路。DDN提供的基本专用电路是规定速率的点到点专用电路，如中高速数据业务、会议电视业务、高速可视图文业务等。(2)特定要求的专用电路。为了满足用户特殊需求，DDN网络还可提供特定要求的专用电路，例如：高可用度的TDM电路。对于重要用户，DDN网络应通过例如通路备用、高优先级等措施，提高TDM电路的可用度。低传输时延的专用电路。对于要求传输时延小的专用电路，DDN网络通过选择地面路径连接，避免引入卫星电路的附加传输时延。第7章 数据与计算机通信网 定时的专用电路。用户与网络约定专用电路的接通时间和终止时间，定时使用专用电路。多点专用电路。在N个用户之间的专用电路业务，当N大于2时称为多点专用电路业务。多点专用电路又可分为广播多点、双向多点和N向多点专用电路。广播多点专用电路是指广播源用户(一个)到所有广播接收用户方向的传输通路。例如，证券行情发布可以使用此业务。双向多点专用电路有一个控制站用户，其他为辅助站用户。控制站发出的信息被辅助站接收，任何一个辅助站发出的信息都被控制站接收，在辅助站之间没有信息通路。用户利用双向多点电路业务，可以构成轮训/选择方式的计算机网络。第7章 数据与计算机通信网 N向多点专用电路，在N个用户中，任何一个用户发出的信息都被所有其他用户接收。N向多点专用电路多用于会议业务。DDN网上要求必须能提供广播多点和双向多点专用电路业务。对于N向多点专用电路，在DDN节点不能提供时，可外加多点控制单元设备来实现。第7章 数据与计算机通信网 2)帧中继业务DDN上的帧中继业务是通过在DDN节点上设置帧中继模块来实现的，帧中继模块(FRM)之间、FRM和帧装拆模块(FAD，Frame Assembly Disassembly)之间通过基本专用电路互连。FRM、FAD和它们之间的专用电路专门为帧中继业务使用，它们的设置可独立于所依附的DDN网络，即可以根据帧中继用户的分布和帧中继业务量的需要，在选择的DDN节点处设置FRM、FAD和它们的容量。FRM、FAD之间的专用电路及其容量也是根据帧中继业务的需要设