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1、计算机网络技术教程绍兴托普信息职业技术学院绍兴托普信息职业技术学院 计算机系计算机系 专业名称专业名称 制作人姓名制作人姓名课程英文名称课程英文名称第8章 广域网技术和宽带接入技术课程名程名称称课件中心件中心Click to add TitleClick to add TitleClick to add TitleClick to add TitleClick to add Title内内内内容容容容提提提提要要要要内容讲解提纲第8章 广域网技术和宽带接入技术广域网（Wide Area Networks，WAN）提供远距离通信，将地理位置相隔很远的局域网互连起来。广域网的地理覆盖范围由数公里到
2、数千公里，可以连接若干个城市、地区甚至国家。通过本章的学习及完成章节练习之后，你将能够:了解广域网的概念和标准；了解公用电话交换网的组成和应用；理解X.25协议的定义、X.25网的组成及功能；了解帧中继的核心、帧中继网的组成和应用；了解ISDN的特征、分类及应用；掌握ATM的工作原理、技术特点以及组成和应用；掌握DSL接入技术的分类；了解光纤接入技术的特点；掌握HFC技术的组成和特点；了解无线接入技术的特点。8.1 低速广域网8.1.1 公用交换电话网1.公用交换电话网（Public Switched Telephone Network，PSTN）就是我们日常生活中打电话时，中间所经过的传输网
3、络。 2. PSTN是以模拟技术为基础的电路交换网络。 3.利用PSTN实现远程计算机间或LAN与远程站点或LAN之间的通信是最廉价的，而且其入网方式也比较灵活 4.传输质量较差，网络资源利用率较低，数据传输速率较低 5. PSTN带宽有限，且中间没有存储转发功能，难以实现变速传输，只能用于通信要求不高的场合 8.1 低速广域网8.1.2 综合业务数字网1.综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）提供了将语音、数据、图像等信息综合在一个通信网络中的标准。2. ISDN分为窄带ISDN（Narrowband Integrated Serv
4、ices Digital Network，N-ISDN）和宽带ISDN（Broadband Integrated Services Digital Network，B-ISDN）两种，通常所指的ISDN是指窄带ISDN。 3. N-ISDN是20世纪70年代中期开发的网络技术，它的目的是以数字系统代替模拟电话系统，把语音、数据、视频等业务在一个网络上统一传输。我国也在20世纪90年代初建成了第一个ISDN模型网，并且在1996年正式向用户提供ISDN业务，该业务被称为“一线通”。 8.1 低速广域网8.1.2 综合业务数字网4. ISDN具有3个基本特性：端到端的数字连接、多业务的综合和标准的
5、入网接口。 5. ISDN的分层通信与OSI模型的物理层、数据链路层、网络层和传输层相对应 8.1 低速广域网8.1.2 综合业务数字网6. CITT定义了两种用户-网络接口的标准，它们是基本速率接口（Basic Rate Interface，BRI）和一次群（基群）速率接口（Primary Rate Interface，PRI）。BRI是将现有电话网的普通用户线作为ISDN用户线而规定的接口，是最常用的ISDN用户-网络接口。 7. BRI接口提供了两路64kbit/s的B信道（承载64kbit/s的语音或数据）和一路16kbit/s或64kbit/s的D信道（用做带外信令的传输），其中：基
6、本速率2B+D=264+16=144kbit/s，该速率可以适用于家庭和小型办公室的接入需要。 8.一次群速率23B+D，其传输速率与1.544Mbit/s的PCM基群相对应；或30B+D，其传输速率与2.048Mbit/s的PCM的基群相对应。 8.1 低速广域网8.1.2 综合业务数字网9. N-ISDN最多只能提供一次群速率（1.55Mb/s的T1线路或2.048Mb/s的E1线路），难以综合其他需要带宽的业务，如高清晰度电视、视频点播等。 10. ITU-T在1988年研究B-ISDN时，对其带宽的要求只是“可以支持大于基群速率的传输网络”，而现在认为B-ISDN的带宽应该在155Mb
7、/s以上，这个速率足以支持非压缩的高清晰度电视。 11. B-ISDN的核心技术是采用异步传输模式（ATM），实现高效的传输、交换和复用。 8.1 低速广域网8.1.3 X.25分组交换网1.公共分组交换网是一个以数据通信为目标的公共数据网（Public Data Network，PDN），它是在一个国家或全世界范围内提供公共电信服务的数据通信网络，CCITT于1974年提出了访问分组交换网的协议标准，即X.252.这个标准分为三个协议层，即物理层、数据链路层和网络层，分别对应于ISO/OSI参考模型的低三层 8.1 低速广域网8.1.3 X.25分组交换网3. X.25可以使用三种模式之一来
8、传输数据，这三种模式是交换式虚拟电路、永久型虚拟电路和数据报。 8.1 低速广域网8.2 高速广域网高速广域网是速度高、延迟小的一种广域网，包括帧中继网、异步传输模式（ATM）网以及同步光纤网（SONET）等。下面我们来分别介绍这几种高速广域网。8.1 低速广域网8.2.1 帧中继网1.X.25的不足（1）X.25只是一个DTE和DCE之间的接口标准，最早是通过PSTN来传输分组数字信号。 （2）PSTN在数字传输方面的先天不足，所以X.25在每个节点都要进行大量的处理，以确保传输的可靠性。 （3）模拟电话线路非常容易受噪声的干扰，从而导致误码率升高。为了保证帧在节点间的无差错传输，X.25的
9、数据链路层使用了LAPB (Link Access Procedure, Balanced 链路访问过程平衡)协议，LAPB是数据链路层协议，能够确保传输帧的无差错和正确排序。只有当接收到的帧通过差错检测后才能上交给第三层（网络层）协议进行处理。 8.1 低速广域网8.2.1 帧中继网1.X.25的不足（4）X.25网络中的每个节点都要对帧进行差错检测处理，所以导致X.25网络的时延较长。另外，X.25的许多操作还涉及网络层，为保证每个逻辑信道（如不同的虚电路）上分组的按序传送，在网络层还需一些开销。 （5）在X.25中，交换机在接收到一个完整的帧后开始进行差错检测，无误后再进行转发。 2.帧
10、中继 （1）帧中继的功能之一就是减小节点的处理时间。 （2）帧中继交换机在接收到一个帧的头部时，便查看该帧的目的地址（目的地址位于帧的头部），并根据目的地址立即进行帧的转发。 （3）帧的差错检测要在完整接收到一个帧后才能进行。 （4）帧中继网络的主要优势是快速分组交换，即在没有接收到一个完整帧的情况下就开始转发该帧。 8.1 低速广域网8.2.1 帧中继网（5）帧中继网络只涉及OSI参考模型的物理层和数据链路层，其他各层的功能均有通信主机完成。 8.1 低速广域网8.2.1 帧中继网3. X.25与帧中继在传输数据时的另一个不同是，X.25在每个节点交换机上都要对帧进行确认，而帧中继却不需要。
11、 (a) X.25存储转发方式 (b) 帧中继的快速分组交换方式 8.1 低速广域网8.2.1 帧中继网4.帧中继网络使用简化的X.25协议，它舍去了协议的网络层，只使用两个通信层，即物理层和LAPF（帧模式承载服务链接访问协议）。这两层对应于OSI模型的物理层和数据链路层 8.1 低速广域网8.2.1 帧中继网5.不同局域网中的计算机之间利用帧中继网络进行通信的过程当局域网A中的一台计算机要与局域网B中的某一台计算机进行通信时，具体过程如下： 路由器A首先接收到从局域网A发送过来的数据帧（MAC帧），路由器A去掉该帧的头部，并封装为IP数据报后交由网络层处理； 网络层再将IP数据报传给帧中继
12、的接口卡，帧中继接口卡将IP数据报再进行封装，加上帧的首部（其中包括虚电路号）和尾部，同时进行CRC检验。然后帧中继接口卡将封装好的帧发送给帧中继交换机； 帧中继交换机在发现一个帧的到来时，就按虚电路号对帧进行转发。在转发中如果发现出错就将该帧丢弃； 当路由器B接收到从帧中继网络中传送过来的帧时，便去掉帧中继帧的首部和尾部，再加上局域网的首部和尾部，交给局域网B； 局域网B将数据帧（MAC帧）传送给目的主机。目的主机如果发现有差错，则交给上层的TCP协议进行处理。 8.1 低速广域网8.2.1 帧中继网6.帧中继网络主要具有以下优点：u常用的帧中继的连接速率为56kbit/s或2.048Mbi
13、t/s（指E1线路），可以使用1.544Mbit/s的T1线路连接。同时，最高速率可以达到45Mbit/s。u基于分组（第二层帧）交换的透明传输方式，可提供面向连接的服务。u没有流量和差错控制，系统开销小。u帧中继协议在第二层实现，没有定义专门的物理层接口规范，可以使用X.21、V.35、G.703或G.704等多种协议接口。用户在UNI接口上一般可以连接976条PVC（DLCI=16991），可以在一个物理链路上实现多条PVC的复用。u在帧中继中不仅可以封装IP数据报，而且像LLC、SNAP、IPX、ARP、RARP等多种协议都可以在帧中继上透明传输。u建立专用的广域网连接可以租用专线，也可
14、以租用PVC。而租用PVC可以减少用户设备的端口数，也可以建立基于帧中继的虚拟专用网（VPN）连接。8.1 低速广域网8.2.1 帧中继网7.帧中继网络主要存在以下缺点：u不适合于像语音、视频等对延时敏感的应用需要。u数据的丢失依赖于广域网运营商对虚电路的配置和管理水平。8.1 低速广域网8.2.2 ATM网1.ATM是Asynchronous Transfer Mode（异步传输模式）的缩写，ATM最早是专门为解决国际电信运营公司领域的需求而设计的一项技术。 2.TM技术发源于分组交换技术，但它将传统的分组交换网络中的分组长度不固定、纠错检错机制复杂等技术缺陷进行了重要的修改。 3.ATM信
15、元具有固定长度，总共53个字节，前5个字节是信头(Header)，其余48个字节是信息段。 4.ATM的分层体系结构并不严格地对应于OSI模型，它包含ATM物理层、ATM层、ATM适配层及ATM服务和应用层四层体系结构，也被称作ATM协议参考模型（ATM Protocol Reference Model），支持在一个网络内同时完成多项任务。 8.1 低速广域网8.2.3 同步光纤网1.同步光纤网（Synchronous Optical Network，SONET）是连接光纤传输系统的标准。 2.在1986年，ITU-T开始开发类似于SONET的传输和速度建议，并重新定名为同步数字体系（Sync
16、hronous Digital Hierarchy，SDH），使之成为不仅适于光纤也适于微波和卫星传输的通用技术体制，该标准主要在欧洲使用。 3. SONET的数据传输速率已经可以高达2.488Gb/s，并且承诺在将来可以达到13.271Gb/s。 4. SONET的一个优点是它是非专有的，所以可以从众多的厂家购买到点到点的网络设备。SONET可以连接到ATM、ISDN和其他设备的接口上，为这些设备提供高速通信。 8.1 低速广域网8.2.3 同步光纤网5. SONET的另外一个优点是它可以在很长的距离上提供高速的数据传输。 6.SONET协议层分为光子层、路段层、线路层和路径层四层，但是只有
17、最底层的光子层与OSI模型中的物理层相对应 8.3 宽带接入技术8.3 宽带接入技术1.网络接入方式的结构，统称为网络的接入技术，发生在连接网络与用户的最后一段过程，网络的接入部分是目前最有可能大幅提高网络性能的环节。 2.宽带与窄带一般的划分标准是用户网络接口上的速率，即将用户网络接口上的最大接入速率超过2Mbps的用户接入称为宽带接入，对最低接入速率则没有限制。 8.3 宽带接入技术8.3.1 数字用户线DSL接入技术1.DSL(数字用户线，Digital Subscriber Line)技术是1987年由美国贝尔电信研究所研发出的以铜质电话线为传输介质的点对点高速数据传输技术。2. DS
18、L技术是基于PSTN技术的，但比PSTN技术更高速、更复杂。基于PSTN技术的普通MODEM的传输速率只有几十千比特每秒，而DSL技术却能达到几兆比特每秒。 3. DSL可分为对称DSL与非对称DSL技术两大类。对称DSL技术主要用于替代传统T1/E1接入技术。与传统的T1/E1接入相比，DSL技术具有对线路质量要求更低、安装调试简更便等特点，而且通过复用技术，还可以提供语音、视频与数据多路传送等服务。目前，对称DSL技术主要有HDSL、SDSL、MVL及IDSL等几种。 8.3 宽带接入技术8.3.1 数字用户线DSL接入技术4.非对称DSL技术适用于对双向带宽要求不一致的应用，比如Web浏
19、览、多媒体点播及信息发布等，非对称DSL技术主要有ADSL、RADSL及VDSL等。 5. ADSL(Asymmetric DSL,非对称数字用户线)（1）ADSL技术可以利用用户数目十分庞大的现行市话铜线（双绞线）实现信号传输，可充分利用现有电话线路，实现低成本的高速数据接入。 （2）ADSL技术的主要优势在于，能够利用现有电话线路基础设施为所有家庭与企业用户提供各种数据服务，允许用户以比目前最先进的56KModem高出100多倍的速率实现网络接入或Web浏览等相关服务。 （3）DSL之所以被称为非对称数字用户线环路，是因为其上行速率最高为640Kbps，下行最高8Mbps。 8.3 宽带接
20、入技术8.3.1 数字用户线DSL接入技术（4）ADSL的特点如下所述：u速率高是ADSL的最大的特点，目前向用户开放的ADSL服务的下行速率均在512Kbps以上，因此一些只有依赖高带宽才能实现的网络应用，如VOD视频点播、在线音乐、软件下载和线网络游戏等，都可以通过ADSL接入方式实现；uADSL接入互联网有虚拟拨号和专线接入两种方式。虚拟拨号方式在使用习惯上与原来Modem或ISDN拨号基本一致。采用专线接入的用户在相应设备和相关设置的帮助下，只要开机即可接入互联网。ADSL较高的带宽及安全性是局域网接入互联网的理想选择；u使用ADSL接入Internet收费低，且无需额外缴纳电话费；u
21、通过ADSL上网并没有经过电话交换网接入互联网，不会影响用户打电话；uADSL安装快捷方便，无需改动电话线，只要在原有的电话线上加载一个复用设备即可。 8.3 宽带接入技术8.3.1 数字用户线DSL接入技术2SDSL（Symmetric DSL,对称式数字用户线） SDSL是DSL技术与以太网技术相结合的产物，它采用简单的媒体转换器取代了昂贵复杂的DSL和DSLAM，避免了把IP数据包转换为ATM数据元的麻烦。SDSL实现了可在一对普通铜线上，以上下对称的2.3Mbps速率支持有话音伴随达2.4公里的传输距离，无话音伴随情况下传输距离更可达到2.7公里。3VDSL（Very High Dat
22、a Rate DSL，高速数字用户线） VDSL是DSL技术中传输速率最快的一种技术。VDSL只利用一对双绞线，用户端的安装也比较简单，只要用分离器将VDSL信号和话音信号分开，或者在电话前加装滤波器就能够使用。非对称下行数据的速率为6.552Mbps，上行数据的速率为0.86.4Mbps，对称数据的速率为6.526Mbps，传输距离约为3001500m。不过，值得注意的是，VDSL技术的传输速率依赖于传输线的长度。8.3 宽带接入技术8.3.1 数字用户线DSL接入技术4HDSL(High Data Rate DSL，高比特率DSL) HDSL是xDSL技术中最成熟的一种，已经得到了较为广泛
23、的应用。这种技术可以通过现有的铜双绞线以全双工T1或E1方式传输。其特点是：可利用两对双绞线传输；支持N64kbps各种速率，最高可达E1速率。HDSL是T1/E1的一种替代技术，主要用于数字交换机的连接、高带宽视频会议、远程教学、移动电话基站连接、专用网络建立等。与传统的T1/E1技术相比，HDSL具有成本低廉和安装容易的特点，T1/E1要求每隔0.91.8公里就安装一个放大器，而HDSL可在3.6公里的距离上传输而不用放大器。8.3 宽带接入技术8.3.1 数字用户线DSL接入技术5RADSL(Rate Adaptive DSL，速率自适应DSL) RADSL技术允许服务提供者调整xDSL
24、连接的带宽以适应实际需要并解决了线长和传输质量问题。它的特点是：利用一对双绞线传输；支持同步和非同步传输方式；速率自适应，下行速率从640Kbps到12Mbps，上行速率从128Kbps到1Mbps；支持同时传输数据和语音。6IDSL（ISDN DSL，ISDN数字用户线） IDSL通过在用户端使用ISDN终端适配器和在双绞线的另一端使用与ISDN兼容的接口卡，这种技术可以提供128Kbps的服务。 8.3 宽带接入技术8.3.2 光纤接入技术光纤通信的特点是容量大、通信质量高、性能稳定、抗电磁干扰性强和保密性强等。因此，光纤通信在数据传输网络和交换网络领域被广泛使用。 1.光纤接入网概述(1
25、)光纤在接入网中也占有传输媒介的主导位置，特别是当带宽成为传输瓶颈的时候。光纤接入指的是局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体。光纤接入可以分为有源光接入和无源光接入。 (2)光纤用户网主要使用的技术是光波传输技术。目前光纤传输的复用技术发展相当快。 (3)复用技术应用最多的有时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)和码分复用(CDM)等。 8.3 宽带接入技术8.3.2 光纤接入技术2光纤接入网的结构（1）接入环路的系统结构分别为FTTN、FTTC和FTTH三种，在网络发展过程中，每种结构都各有其应用和优势。 8.3 宽带接入技术8.3.2 光纤接入技术3光纤接入网的拓扑结构
26、光纤接入网的拓扑结构包括环状结构、星状结构、总线状结构和树状结构。u环状结构：环状结构光纤接入网的特点是所有结点共用一条光纤线路，该线路首尾相接构成封闭式回路。其优点是网络可以在较短的时间内自动从故障中恢复；u星状结构：在星状结构光纤接入网中，用户通过一个具有控制和交换功能的耦合器进行信息交换。该结构无损耗累积，方便进行升级和扩容，用户之间相互独立，保密性强；u总线状结构：总线结构的光纤接入网以光缆为公共总线，用户通过各自的耦合器与总线直接连接。其特点是节省线路投资费用、互相干扰小和共享主干光纤；u树状结构：树状结构光纤接入网为分级结构，采用多个分路器，将信号逐级分配，其最高端级具有很强的控制
27、协调能力。8.3 宽带接入技术8.3.2 光纤接入技术3光纤接入网的拓扑结构光纤接入网的拓扑结构包括环状结构、星状结构、总线状结构和树状结构。u环状结构：环状结构光纤接入网的特点是所有结点共用一条光纤线路，该线路首尾相接构成封闭式回路。其优点是网络可以在较短的时间内自动从故障中恢复；u星状结构：在星状结构光纤接入网中，用户通过一个具有控制和交换功能的耦合器进行信息交换。该结构无损耗累积，方便进行升级和扩容，用户之间相互独立，保密性强；u总线状结构：总线结构的光纤接入网以光缆为公共总线，用户通过各自的耦合器与总线直接连接。其特点是节省线路投资费用、互相干扰小和共享主干光纤；u树状结构：树状结构光
28、纤接入网为分级结构，采用多个分路器，将信号逐级分配，其最高端级具有很强的控制协调能力。小结小 结PSTN公共电话交换网是以模拟技术为基础的电路交换网络，因此经PSTN通信时，中间必须经Modem实现数/模信号的转换。网络资源利用率低，但入网方式简便灵活。ISDN综合业务数据网，用户经由一个标准的用户网络接口可享用各种类型的网络服务。 帧中继是在X.25基础上，简化了差错控制、流量控制和路由选择功能，着眼于数据的快速传输以提高网络的吞吐量，而形成的一种新型的交换技术。ATM网络能高速传输各种数据，它把数据分成大小相等的信元，信元附加的题头信息确保数据传送到目的地，ATM信元结构能够很好地传输语音
29、、视频和数据。SONET的一个优点是它是非专有的，所以可以从众多的厂家购买到点对点的网络设备。SONET可以连接到ATM、ISDN和其他设备的接口上，为这些设备提供高速通信。SONET的另外一个优点是它可以在很长的距离上提供高速的数据传输。小结小 结ADSL和Cable Modem都具有上下行速率不对称的特性，因此其主要适用于为用户提供上网服务以及VOD点播等业务，而不适用于局域网互联业务。ADSL在带宽上要低于Cable Modem，但是，利用Cable Modem和HFC进行组网在稳定性、可靠性、供电以及运行维护体制上都存在一些问题。混合光纤同轴(HFC)接入技术就是以现有的有线电视网络为基础，采用模拟频分复用技术，综合应用模拟和数字传输技术、射频技术和计算机技术所产生的一种宽带接入网技术。 课后练习简述广域网的概念？简述X.25和帧中继异同点？ISDN如何定义？有何特点？ISDN的两种基本速率服务指什么？什么是ATM？ATM有哪些服务类型？什么是DSL？ADSL有何特点？简述无线技术的分类和特点？简述HFC技术的组成和特点？
