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1、第4章 广域网4.1 引言引言4.2 分组交换网络分组交换网络 4.3 帧中继网络帧中继网络4.4 ISDN网络网络4.5 ATM网络网络4.6 网络互连网络互连第第 4 章章 广域网广域网返返 回回 主主 目目 录录第4章 广域网第第 4 章章 广域广域 网网4.1引言引言广域网是指覆盖范围广、传输速率相对较低、数据通信为主要目的的数据通信网。随着社会信息化的迅猛发展,很多通信发达国家的数据通信业务的增长率已超过电话业务的增长率,特别是Internet逐步实用化和商业化,大大促进和刺激了数据通信网技术和数据传送业务的发展。通常,公用数据通信网是由政府通信部门来建立和管理的,这也是它区别于局域
2、网的重要标志之一。第4章 广域网我国已建立了PSPDN(CHINAPAC)和DDN(CHINADDN),并开放了分组数据、租用电路和部分的帧中继业务。随着社会信息化事业的发展,数据通信网的应用不断地扩大和普及，尤其是Internet的兴起，越来越显示出数据通信网在社会信息化中所占的重要地位。近几年,广域网技术取得了长足的进步。随着光纤通信、帧中继、宽带综合业务数字网(B-ISDN)等新一代通信技术的成熟和应用,数据通信网将以更快的传输速率、更大的网络带宽、更好的技术性能和更高的可靠性为现在和将来的多媒体信息传输提供高质量的服务。第4章 广域网局域网和广域网之间,既有区别又有联系。在技术上,局域
3、网要领先于广域网,但随着ATM技术的发展和应用,通过提供统一的网络平台,会使这种技术上的差异越来越小。在应用上,局部网强调的是资源共享,广域网着重的是数据通信。对于局部网,人们更多关注的是如何根据应用需求来规划网络,并进行系统集成。对于广域网,侧重的则是网络能够提供什么样的数据传输业务，以及用户如何接入网络等。第4章 广域网第4章 广域网4.2.1 X.25建议建议X.25建议的全称是:在公用数据网上,以分组方式进行操作的DTE和DCE之间的接口。X.25建议于1976年正式通过作为一项国际标准,1980年又作了补充和修订。X.25由三层通信协议组成:物理层、链路层和分组层,参见图4.1。(1
4、)物理层本层对应于ISO/OSI参考模型的物理层。X.25建议书对物理层的功能作如下定义:利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理链路的建立、保持和拆除功能。第4章 广域网第4章 广域网这里的DTE(DataTerminalEquipment)为数据终端设备,是指数据输入/输出设备、终端设备或计算机等终端装置；DCE(DataCircuitTerminalEquipment)为数据电路端接设备,是指自动呼叫应答设备、分组交换机以及其它一些中间设备的集合。物理层接口协议是用于定义DTE与DCE之间的物理接口,并为物理接口规定了机械连接特性、电气信号特性、信号的功能特性
5、以及交换电路的规程特性。这样就保证了各个厂商按统一的物理层接口标准所生产出来的通信设备能够完全兼容。总之,物理层接口协议规定了DTE与DCE接口间的电气和物理等特性。第4章 广域网第4章 广域网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LAP(LinkAccessProcedure)或平衡链路访问规程LAPB(LinkAccessProcedureBalanced),并以LAPB为主要模式。这些通信规程尽管在一些细节上存在着一定的差异,但总的来说是大同小异的。(3)分组层本层对应于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
6、定了采用分组交换的方法,在一条逻辑信道上对分组流量、分组传送差错执行独立的控制。X.25将分组层以上的实体统称为用户层,未作具体规定。第4章 广域网X.25建议的着重点是描述了分组层协议,该协议的主要内容有:分组级DTE/DCE接口的描述、虚电路规程、数据报规程、分组的格式、用户自选业务的规程与格式，以及分组级DTE/DCE接口状态变化等。在这里主要讨论分组层协议。1.分组格式分组格式分组(Packet)是分组层上传输信息的基本单位,无论是在两个DTE之间传送用户数据,还是在DTE/DCE之间传送网络所用的控制信息,都要表示成分组格式。分组在数据链路上传输时,由链路层协议HDLC装配成帧格式。
7、一种简单的形式是一个帧的信息字段内包含一个分组,每个分组由分组头和数据两部分组成,参见图4.2。第4章 广域网第4章 广域网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)。A:地址字段,用于寻址目的节点,占用一个字节。C:控制字段,用于定义各种命令和响应,占用一个字节。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。分组格式由分组头和数据两部分组成。其中,分组头中各个字段的含义如下:第4章 广域网第4章 广域网逻辑信道标识在DTE/DCE接口上只具有本地意义,即本地和远程DT
8、E/DCE分别各自独立地选择逻辑信道来传送分组。X.25定义的分组大都有一一对应的关系。例如,呼叫请求与呼叫连通分组、呼叫指示与呼叫接受分组等都有相互对应的关系。有对应关系的两个分组必须使用同一条逻辑信道。分组类型标识符：用于区别分组的类型和功能,占用一个字节。X.25共定义了七类分组,分别用于支持虚电路和数据报两种通信业务，参见表4.1。例如，在虚电路通信中，必须使用特定的控制分组来建立、维护和拆除虚电路，以及传输数据和流控、差错处理等。每种分组的分组类型标识符都是不相同的。图4.2(b)为DTE/DCE数据分组格式。第4章 广域网第4章 广域网第4章 广域网呼叫方和被叫方DTE地址信息：用
9、于标识DET终端，全局惟一。其编码格式为：国家码.地区码.区域码.用户码。与电话号码类似，相应部分的代码由有关组织统一分配。DTE地址主要在呼叫请求分组中使用，用于呼叫方和被叫方之间建立一条虚电路。一旦虚电路建立起来后，数据传输、链路维护、流控、差错处理以及拆除虚电路等操作都要使用逻辑通道组号和逻辑通道号来标识这条虚电路，而不使用DTE地址。2.分组交换方式分组交换方式分组交换方式有虚电路和数据报两种,由分组类型标识符规定具体的数据分组。(1)虚电路交换方式第4章 广域网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
10、供的是一条双向的、无差错的和有序的逻辑连接。所谓的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;无差错是指虚电路提供的是一条可靠的逻辑信道;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。在虚电路方式中,一次数据交换要经历建立虚电路、数据传输和拆除虚电路三个阶段。一旦建立虚电路后,该虚电路不管有无数据传输都要保持到虚电路被拆除或因故障而中断为止对于后者,需要重新建立虚电路,以继续进行未完成的数据传输。但虚电路无法处理网络发生的拥塞情况。第4章 广域网图4.3显示了基于虚电路方式的数据交换过程。其数据交换过程说明如下：在建立虚电路阶段，呼叫方(DTE)通过发送“呼叫请求
11、”分组呼叫被叫方(DTE)，“呼叫请求”分组中包含有被叫方(目的)DTE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DTE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中。最靠近被叫方的交换机用“呼叫指示”分组通知被叫方，分组格式与“呼叫请求”分组相同，但使用不同的虚电路号。第4章 广域网第4章 广域网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，以避免虚电路号的分配冲突。被
12、叫方如果同意连接，则回送“呼叫接受”分组，该分组沿着已建立的虚电路传输给呼叫方，到达最靠近呼叫方的交换机后，以“呼叫连通”分组通知呼叫方，其分组格式与“呼叫请求”分组相同。至此，这条虚电路已建立起来，可转入数据传输阶段。在单条虚电路上使用“数据”分组可以进行点到点的双向数据传输。如果要进行点到多点传输，则必须建立多条虚电路。第4章 广域网第4章 广域网分组格式中的分组类型标识符定义了与虚电路操作有关的数据分组,可见,虚电路方式要比数据报方式复杂,并且建立和维护虚电路需要一定的额外通信开销。由于虚电路的概念是以分组的统计时分复用(STDM)为基础的,这表明一个DTE终端可在一条物理电路与多个DT
13、E终端同时进行通信。因此,虚电路可有效地利用线路资源。(2)数据报交换方式在数据报方式中,每个数据分组都作为独立的报文进行传输。每次传输,交换机都要根据分组中所包含的目的地址信息为其选择路由。这样,同一个用户发送的分组不一定沿着同一条路径达到目的端点,目的端点必须根据分组序列号进行数据分组的排序,组装成一个完整的报文。第4章 广域网3.路由选择路由选择不论虚电路方式还是数据报方式,都存在着路由选择问题。在分组交换网中,两个DTE进行通信时必须选择端到端的传输路径，路由选择是由中间节点(交换机)根据分组所包含的目的地址，并采用适当的路由选择算法来实现的。路由选择是交换机一个重要的功能，每个交换机
14、都要维护一个路由表，路由表是采用人工方法或路由协议建立起来的。在虚电路方式中，通过建立虚电路，每个交换机都要根据被叫DTE地址，查找路由表，计算最佳路由，生成一个转发路径表；以后在转发数据分组时，通过查找该转发路径表就可确定其转发路径；拆除虚电路时，要清除该路径表中有关信息。第4章 广域网图4.4给出一个建立转发路径表信息的例子。路由选择算法是X.25分组层协议的一部分。在实现上，专用分组交换网比较适合采用静态路由算法，大型的公用分组交换网比较适合采用动态自适应路由算法。关于路由选择算法的详细介绍请参阅第2章。4.流量控制流量控制由于分组交换方式允许不同速率的数据终端之间互通,并且网络存储器的
15、容量以及线路资源等都是动态分配的。因此,如果对数据流不采取任何控制措施就可能出现网上数据流的严重不均衡,甚至超过交换机与通信线路的承受能力,造成网络拥挤。第4章 广域网第4章 广域网而网络拥挤会导致分组丢失,丢失的分组需要重传,若如此恶性循环而不加控制的话,最终将会导致网络拥塞。拥塞现象将会导致网络吞吐能力的急剧下降和网络时延的迅速增加,从而严重影响网络的性能。X.25主要采用滑动窗口算法进行流量控制，并规定窗口尺寸的标准值为2,最大值为7。在数据传输过程中，基于滑动窗口算法，使用相应的控制分组进行流量控制和差错处理，控制分组有RR分组(接收准备好)、RNR分组(接收未准备好)和REJ分组(拒
16、绝接收)等。第4章 广域网4.2.2 分组交换网的组成及用户接入分组交换网的组成及用户接入分组交换网主要由分组交换机、用户接入设备和传输线路组成。1.分组交换机分组交换机分组交换机是分组交换网的枢纽。根据它在网中所处的地位,可分为中转交换机和本地交换机。无论何种交换机均具有以下主要的功能:提供网络的基本业务和可选业务;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;第4章 广域网第4章 广域网非分组型终端要使用分组装拆(PAD)设备接入分组交换网,有些分组交换网还支持非标准的同步终端,如SDLC终端等。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。分组交换网根
17、据不同的用户接入设备来划分用户业务类别,提供不同速率的数据通信业务。3.传输线路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：模拟信道利用调制解调器可转换成数字信道,速率为9600b/s、48kb/s和64kb/s,；而PCM数字信道的速率为64kb/s、128kb/s和2Mb/s。用户线路也有模拟和数字两种形式，模拟信道利用电话线路和调制解调器接入分组交换网,速率为1200b/s64kb/s。第4章 广域网分组交换技术自从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成本、提
18、高通信可靠性和灵活性等方面取得了巨大成功。现在，分组交换网的分组处理能力、中继线速率以及传输时延等性能都有了很大的提高,分组交换网的能力几乎达到了极限,这促使人们研究和开发新的分组交换技术,于是,帧中继、ATM等快速分组交换技术便应运而生。下面将介绍CHINAPAC和CHINADDN,以此为实例,使读者对分组交换网技术有更进一步的了解。第4章 广域网4.2.3 中国公用分组交换网（中国公用分组交换网（CHINAPAC）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。北京、上海、南京、武汉、西安、成都、广州、沈阳等八座
19、城市为汇接中心，各个汇接中心采用完全网状网结构，其它中心之间为不完全网状结构，但每个交换机至少有两条以上的中继路由，并逐步向完全网状结构过渡。北京为国际出入口局，上海也按国际出入口局配置，广州为港、澳地区出入口局。建网初期，网络采用集中管理方式，只在北京设立一个网管中心。第4章 广域网CHINAPAC的中继电路的速率为4800b/s、9600b/s、64kb/s，用户电路的速率为1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19.2kb/s、48kb/s、64kb/s，国际出入口局电路的速率为9600b/s、64kb/s。CHINAPAC与公用电话网、用户电报网、DDN、VS
20、AT、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。目前，CHINAPAC已经与世界上20多个国家和地区的40多个公用分组交换网实现了互连，这样国内的任何一台计算机均可通过CHINAPAC进行国际间的数据传输和通信。第4章 广域网CHINAPAC自1993年底投入试运行以来，已发展成一个覆盖全国631个城市、通达全球主要国家及地区的分组交换数据通信网络。因此，CHINAPAC具有规模大、覆盖面广、端口容量大、通信速率高、支持通信规程多、处理能力强、网络时延低等特点，可为广大用户提供良好的通信环境及网络支持。图4.5给出用户接入CHINAPAC的示意图。1.用户接入方式
21、用户接入方式CHINAPAC将用户终端分成分组型终端、非分组型终端和SNA/SDLC终端等三种类型，并根据不同的用户终端来划分用户业务类别，提供不同速率的数据通信业务：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。第4章 广域网第4章 广域网通过专线电路接入分组交换网的用户，使用X.25接口规程，可提供2400b/s、4800b/s、9600b/s、19.2kb/s、48kb/s、64kb/s速率的数据通信业务。通过公用电话交换网接入分组网的用户，使用X.32规程，可提供2400b/s、4800b/s、9600b/s速率的数据通信
22、业务。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X.28规程进行通信。通过公用电话交换网接入分组交换网的用户，使用X.28规程，可提供1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19.2kb/s速率的数据通信业务。第4章 广域网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。SNA/SDLC同步终端经专线电路接入分组交换网的用户，可以提供2400b/s、4800b/s、9600b/s、19.2kb/s、64kb/s速率的数据通信业务。表4.2给出用户类别和接
23、如方式有关参数。2.CHINAPAC提供的业务功能提供的业务功能根据分组交换传输业务的种类，CHINAPAC可向用户提供的主要业务功能有基本业务功能、用户任选业务功能、新业务功能和增值业务功能等。(1)基本业务功能交换虚电路(SVC)。数据终端在进行通信之前，必须先建立虚电路；通信结束后再拆除虚电路。用户可随时呼叫进行通信。第4章 广域网第4章 广域网永久虚电路(PVC)。两个数据终端之间的虚电路连接是永久的，无需呼叫请求建立连接。这样可省略建立和释放虚电路的过程，通信快捷而方便。(2)用户任选业务功能速率、分组长度、流量控制等参数的协商和选用。可根据信息量大小灵活处理，提高效率，方便用户。呼
24、叫封阻。在正常情况下，一个用户可发出呼叫也可接收呼叫，CHINAPAC可提供用户选择来电和去电，这样可阻止无关人员的打扰。第4章 广域网闭合用户群。闭合用户群是由若干个用户组成的封闭通信群体。群体内的用户之间可以相互呼叫，阻止群内用户呼出以及群外用户呼入，为某些要求通信保密的用户提供了方便。反向计费和反向计费认可。在一般情况下，一对用户之间的通信费用是由发起呼叫的用户负担的，但是主呼叫指明此次呼叫由被呼方付费并得到认可后，网络才向被呼方收取费用。因此，反向计费是用户在呼叫开始时临时向网络设备申请使用的业务；而反向计费认可是指某用户是否接受来自另一个用户的反向计费请求的功能。这是由用户向主管部门
25、预约并在一段时间内有效的业务，它允许用户自由灵活地选择付费方式。第4章 广域网计费信息显示。对于选择该功能的用户，在每次通话结束时，都会接收到来自网络的有关计费信息，使用户可随时了解自己的通信费用。网络用户识别。该功能相当于用户密码，在每次发起呼叫之前，必须向网络输入自己的密码。只有正确地输入了密码，呼叫请求才能被网络接受。这样可提高网络通信的安全性。呼叫转移。当被叫用户终端因某种原因不能接受一个用户终端的呼叫时，网络可将该呼叫转移到用户事先规定的另一个终端，然后网络会向被叫终端说明转移呼叫的原因和该终端的地址。第4章 广域网用户连选组。用户连选组是由若干个用户终端组成的一个搜索群组，其中每个
26、终端除了具有自己的地址外，还具有群组的专用代号。当某一主叫用户向连选组的用户发起呼叫后，网络将在该群组中选择一个空闲的、有能力接收呼叫的终端，并在它和主叫方用户之间建立连接，同时向主叫用户说明选中的被叫终端地址。这样可减少用户对地址的记忆量。直接呼叫。该功能是指在一个用户终端开机后，网络能够立即与一个事先设定的用户终端建立连接，免除了用户的呼叫过程，接续快捷。连接建立起来后，用户还可以拆除连接，转而呼叫其它用户终端。第4章 广域网(3)新业务功能虚拟专用网。虚拟专用网是指建立在公用分组交换网基础上，利用公用网资源组成的专用网，通常由用户自己的网管设备对专用网的用户独自进行管理。这样，用户可以用
27、较小的费用获得专用网性能。广播功能。可为网上事先约定好的用户提供点对多点的数据传送业务。快速选择业务。可以将正常的一次呼叫中的三个阶段(呼叫建立、数据传输、拆除连接)合并为两个阶段。也就是在用户发起呼叫请求时，允许同时携带少量的数据信息；而在拆除连接时，拆除确认又可携带一定的数据量返回。这种业务比较适合于要求实时性较高而数据传输量较小的用户使用，如银行系统信用卡的验证等一些快速事务处理业务。第4章 广域网SNA网络环境。IBM主机、终端可以利用CHINAPAC构成SNA网络。令牌环网智能网桥功能。为令牌环网接入CHINAPAC提供基于网桥的互连功能。异步轮询接口功能。该功能使得主机（Host）
28、可通过CHINAPAC与远程终端进行轮询式通信，比较适合于销售点、信用卡、股票及金融电子资金转账等业务。(4)增值业务功能电子函件业务。电子函件(Email)是在分组交换网上利用存储转发技术提供的一种个人通信业务，可实现各类信件和文件的传送、接收、存储、投送，为用户提供随时随地的通信。第4章 广域网电子数据交换业务。电子数据交换(EDI)是计算机通信在商业上的应用，ISO对EDI定义为“将商业或行政事务处理，按照一个公认的标准而形成结构化的事务处理或报文数据格式，从计算机到计算机的电子传输方法”。EDI为公司或行政机构之间传输商业文件（如订单、发票等），或行政事务文件（如商检单、报关单等）提供
29、一个电子化手段，目前已广泛应用在贸易、海关及银行等部门。由于使用EDI可以减少贸易过程中的纸面文件，故称EDI为“无纸贸易”。使用EDI将为用户带来巨大的经济效益和社会效益，即提高了文件处理、传递的速度和效率；大大简化了中间环节，减少了差错率，提高了办公效率和服务质量；第4章 广域网降低成本，加快资金的周转速度，有效地控制库存和组织生产；大大增强企业的贸易机会和市场竞争力，使贸易各方建立起一种新型的贸易合作伙伴关系。传真存储转发业务。在用户传真机之间设立存储转发设备，使用户间的传真都要经过存储转发系统的处理。存储转发系统之间通过分组交换网或高速数字专线互连，以实现远程传真的交换和转发，并具有图
30、文传真以及不同类型传真机间的互通能力，提供ASCII码终端与传真机间的通信、定时投递、传真信箱、重新呼叫、重新发送、传真测试、信息查询、传递成功或失败报告等功能。该业务具有如下的特点：适合于大业务的传真通信、适合于用户对传真业务的组织和管理、适合于集团传真业务的组织和发展、安全保密性强。第4章 广域网可视图文业务。这是一种公用的、开放性的信息服务系统，它利用现有的电话交换网和分组交换网将各种数据库资源有机地组织起来，向公众开放信息服务，以实现更大范围的信息资源共享。可视图文系统提供的信息服务包括天气预报、新闻、体育、市场、金融、火车和飞机时刻表等信息的查询，以及订票、银行电子转账、电子购物等。
31、此外，随着社会信息化的发展和进步，还可以开发出许多新的数据通信业务，如银行信用卡业务、电子银行、电子购物、家庭教学等。第4章 广域网4.2.4中国公用数字数据网（中国公用数字数据网（CHINADDN）DDN（DigitalDataNetwork)是由四通八达的数十万条光缆为主体的数字电路，通过数字电路管理分配设备（称为DDN设备）构成的数字数据电路管理与分配网络。众所周知，现有的电信网中，无论是电话网还是X.25网，都有模拟电路的存在，这也是网中存在大量数模转换和调制解调器设备的原因所在。DDN则以全数字、高速率和灵活的交接复用功能为用户提供大容量数据通信平台。DDN的主要目的是灵活方便地向用
32、户提供永久性或半永久性的数字电路出租业务。电信部门将利用DDN所提供的电路构成各种数据网或业务网，如中国公用分组交换网CHINAPAC和中国七号信令网等。第4章 广域网CHINADDN一期工程于1994年10月正式开通，目前已通达所有的直辖市和省会城市，具有E1速率（2.048Mb/s）端口776个，其它速率的端口2588个。DDN的主要业务功能有：(1)专用电路业务专用电路业务包括：高可用性的专用电路、低传输时延的专用电路、定时的专用电路和多点专用电路等。其中，多点专用电路又可分成多点广播、双向多点、向多点；可提供的传输速率为2400b/s、4800b/s、9600b/s、19.2kb/s、
33、64nkb/s(n=131)。第4章 广域网(2)帧中继帧中继技术是在分组传输原理的基础上发展起来的一种快速交换技术，它简化了X.25的差错处理和流量控制，减少了网络节点的处理时间，提高了传输效率。与分组交换技术相比，具有简单、可靠性高、兼容性好等特点，而且处理能力和交换容量都有很大提高。帧中继能支持永久虚电路和交换虚电路，可为局域网或主机间的互连提供高效率的高速数据通信服务，用户接入速率为9.6kb/s2Mb/s。(3)话音/G3传真业务用户可以单机或PABX入网，压缩话音速率为4、8、16和32kb/s。第4章 广域网(4)虚拟专用网大集团用户可以租用多个方向、多条电路来组成虚拟专用网，通
34、常由用户自己的网管设备对专用网独自进行管理，自己分配电路带宽资源。基于DDN可以发展综合业务数字网(ISDN)，使之在一对用户线路上可传输话音、数据和图像等多媒体信息。它的低速复用和交叉连接功能可提供800b/s2Mb/s的多种速率选择用户可利用DDN所提供专线服务来构成自己的专用网，如话音网、数据网或电视/电话会议专用网等。DDN还提供了计算机轮询通信及速率高达2Mb/s的帧中继交换功能，可支持局域网之间的互连，如基于IBMSNA环境下的远程终端连接，Ethernet连接等。第4章 广域网4.3 帧帧 中中 继继 网网 络络近年来，随着光纤传输技术的迅速发展，公共电信基础设施逐步以高质量光纤
35、数字传输系统取代了传统的铜线模拟传输系统，光纤数字传输系统为用户提供的可用带宽和传输误码率是模拟系统无法比拟的。由于现代光纤数字传输系统的误码率已低于10-9，因此现代通信网的纠错能力已不再是评价网络性能的主要指标。过去X.25分组交换技术的某些优点在光纤数字传输系统中已不明显，相反地有些功能甚至是多余的。另一方面，随着LAN数量的剧增，通过WAN的通信量成倍地增加，使WAN变得更加拥挤，延迟增大，通信费用上升，这与高带宽、低延迟和低费用的LAN相比，形成较大的反差。第4章 广域网传统的WAN，如X.25分组交换网存在着传输速率低、网络延时大、吞吐量小以及通信费用高等缺陷，已难以满足不断发展的
36、通信业务质量的要求。为了给用户提供高质量、低费用的数据传输业务，在90年代初推出了一种新型的WAN技术：帧中继（FrameRelay）。帧中继是一种支持HDLC规程的宽带数据业务标准，并已获得ANSI和ITU的批准。ANSI标准和ITU建议在技术内容方面基本相同，只是在细节上存在着某些差异。为了推广帧中继技术，由制造商、专家和用户成立了行业组织：帧中继论坛（FrameRelayForum），其宗旨是积极支持和提倡采用ANSI和ITU所制定的帧中继技术规范，以保证不同厂家产品之间相互兼容和互通。第4章 广域网帧中继的优点在于它能够为用户提供简单的标准化接口。例如，LAN桥接器路由器、前端处理机、
37、分组交换机以及专用公用网之间的接口。帧中继的用户接入速率可在56/64kb/s到1.544/2.048Mb/s的范围内变化，而上限速率实际可达50Mb/s。帧中继技术实质上是由X.25分组交换技术演变而来的，它继承了X.25的优点，如提供统计复用功能、永久虚电路（PVC）、交换虚电路（SVC）等，但简化了大量的网络功能将用于保证数据可靠传输的功能（如流量控制、差错处理等）转移给用户终端或本地节点来完成。这样，就可以减少网络时延，降低通信费用。第4章 广域网帧中继网络是由用户设备与网络设备组成的。前者负责把数据帧送到帧中继网络，后者负责把这些帧正确地传送到目的用户设备。帧中继业务兼有X.25分组
38、交换业务和电路交换业务的长处，在实现技术上比ATM简单。下面是帧中继业务与几种传输业务的简单比较：(1)与电路交换业务的比较。帧中继和电路交换业务都能为用户提供高速率、低时延的数据传输业务。由于用户使用电路交换业务时要独占带宽资源，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，实现带宽资源的共享，使用户的通信费用低于专线。第4章 广域网(2)与X.25分组交换业务的比较。帧中继和X.25分组交换业务都采用虚电路交换技术，以充分利用网络带宽资源，降低用户通信费用。但在业务质量上，由于帧中继网络对数据帧不进行差错处理，简化了通信协议，使帧中继交
39、换机处理每帧所需的时间大大缩短，端到端数据传送延时低于分组交换网，整个网络的业务吞吐量高于分组交换网。帧中继还具有一套有效的带宽管理和阻塞管理措施，在带宽的动态分配技术上比分组交换网更具优越性。(3)与ATM业务的比较。ATM业务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。第4章 广域网帧中继将给用户带来如下好处：(1)降低网络互连费用。公用帧中继网业务与租用线路业务相比，用户可以节省大量的费用。在WAN环境中，专用帧中继网能够为用户节省大量
40、的线路和带宽费用。由于帧中继在一条物理连接上能够提供多个逻辑连接（PVC或SVC），用户接入费用相对较低。通过减少用户入网的端口连接数可进一步降低设备费用。(2)简化网络功能，提高网络性能。由于采用了光纤数字传输系统和简化了网络处理任务，帧中继将明显地改善网络性能和响应时间。在简化物理网络复杂性时，仍能保证高层网络功能不受任何影响。第4章 广域网实际上，它充分利用了高层协议的性能，为多种业务类型提供共用的网络传送能力，并对高层协议保持透明性。(3)采用国际标准，多厂商产品相互兼容。帧中继的国际标准已经公布，各个主要的帧中继产品制造商都宣布了对帧中继标准的支持和承诺。由于帧中继协议相对简单，各个
41、厂商产品之间的兼容性和互通性比较容易实现。第4章 广域网4.3.1 帧中继的基本原理帧中继的基本原理帧中继是一种基于可变长帧的数据传输网络。在传输过程中，用户终端设备把特定格式的帧送到帧中继网络，由网络根据帧的地址信息选择合适的路由把帧送到目的端。帧中继只规定了用户网络接口（(User to NetworkInterface,UNI）规范，至于网络内部如何把帧送到目的端完全由网络设备制造商和网络服务提供者来决定。例如，网络内部可以采用“帧交换”，即以帧为单位进行传送；也可以采用“信元交换”，即以信元为单位进行传送。这也是帧中继网络常用的两种结构。第4章 广域网从网络体系结构来看，帧中继网络只有
42、物理层和数据链路层两层，它的物理层规范采用ITUI.430/I.431，数据链路层规范采用ITUQ.922。其中，I系列标准和Q系列标准是ITU分别为ISDN和宽带ISDN制定的有关标准。下面主要介绍帧中继的数据链路层功能。1.帧中继的帧格式帧中继的帧格式帧中继的链路层采用了ITUQ.922核心协议，其帧格式如图4.6所示。第4章 广域网第4章 广域网帧格式中各个字段的意义如下：F：帧头、帧尾标志。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。I：信息字段，可变长度，理论上的最大长度为4096个字节（取决于FCS的检错能力），具体实现可由各个厂商决定，一般为1600个字节到2048
43、个字节不定。信息字段用来承载用户数据，对帧中继网络是完全透明的，即网络对信息内容不作任何处理。FCS：帧校验序列，通常采用16位CRC校验序列。DLCI：数据链路标识符，用10比特的DLCI来标识虚电路，可标识210=1024个虚电路。第4章 广域网C/R：命令响应位，保留给上层软件使用，帧中继本身并不使用。EA：地址扩展标志，可将地址字段扩展到4个字节。FECN：正向阻塞通知，当虚电路发生阻塞时，利用FECN向帧的接收方发出阻塞警告通知。BECN：反向阻塞通知，当虚电路发生阻塞时，利用BECN向帧的发送方发出阻塞警告通知。DE：帧丢弃许可指示，用户通过DE来指示网络，若发生阻塞时可以丢弃的帧
44、（DE=1）和优先传送的帧（DE=0）。与HDLC帧格式相比，帧中继的帧格式中没有控制字段C），这就意味着帧中继只有单一的数据帧，而无其它的控制帧，从而简化了协议。并且，帧中继的帧格式中也没有提供用于差错处理和流控的相应字段，这说明帧中继网络不提供差错处理和流控功能。第4章 广域网在帧中继的帧格式中，只是为上层软件实现拥塞管理提供了相应的指示位：FECN、BECN和DE位。例如，当网络检测到某一条虚电路发生某种程度的阻塞现象时，可以利用FECN或BECN指示位向帧的接收方或发送方发出阻塞警告通知，使用户终端适当地降低数据率或利用窗口机制适当地控制流量。当网络发生阻塞时，为了疏导网络交通，交换机
45、必须丢弃某些帧。那么，用户终端可使用DE来指示网络，若发生阻塞时可以丢弃的帧（DE=1）和优先转发的帧（DE=0）。第4章 广域网2.帧中继的寻址方式帧中继的寻址方式帧中继采用虚电路方式来传输数据帧，帧中继的每个帧沿着各自的虚电路在网络中传送。帧中继的虚电路有交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)两种类型。对于SVC，一次虚电路交换要经历三个阶段：建立连接、数据传输、拆除连接。对于PVC，服务提供者为用户预先分配好了虚电路(DLCI)号，用户可直接使用DLCI进行通信，而无需动态地分配和清除这些虚电路号，即无建立连接和拆除连接阶段，如同专用的点对点电路一样。在SVC中，帧中继是使用UNI信
46、令来建立连接和拆除连接的，这与X.25中使用特定的控制分组来建立和拆除连接的处理方法完全不同。第4章 广域网在建立连接时，主叫用户使用SetupUNI信令发送连接请求，在SetupUNI信令中包含被叫用户地址和服务质量(QoS)参数，并且信令使用的虚电路(DLCI0)是周知的。帧中继交换机将根据被叫用户地址选择适当的路由，并分配相应的DLCI来标识该路由。这样，一条由DLCI标识的虚电路便建立起来，并一直保持到用户使用ReleaseUNI信令拆除虚电路为止。在虚电路保持期间，两端用户直接使用所分配的DLCI进行通信。注意，DLCI只有本地意义，并不是用单一的DLCI来标识全程虚电路，用户终端与
47、帧中继交换机、交换机与交换机之间的虚电路是逐段用DLCI标识的，这些DLCI可能是不同的。第4章 广域网此外，在建立连接时，用户可以设置QoS参数，向网络系统提出带宽和延迟等性能方面的需求，并通过双方协商达成一致的QoS。在数据传输时，网络将为该条虚电路提供它所承诺的QoS保证，从而也就保证了用户的通信质量。ITU建议的DLCI分配规则如下：DLCI0为UNI信令通道，用于用户终端和帧中继交换机之间交换控制信息。DLCI1DLCI15，DLCI1008DLCI1022保留给将来使用。DLCI1023为本地管理接口（LMI）使用。DLCI16DLCI1007为帧中继数据传输使用，可以标识992个
48、虚电路，并动态分配这些DLCI。第4章 广域网3.本地管理接口本地管理接口本地管理接口（LMI）是美国ANSI标准定义的规范，ITU采纳了这个规范的部分内容，定义了相应的综合链路层管理（CLLM）。LMI的目的是加强帧中继UNI的功能，扩大帧中继的寻址能力，使帧中继更符合LAN的互连要求。此外，它还传递链路状态信息、DLCI的变化以及PVC的状态等信息。第4章 广域网4.3.2 帧中继网的组成及用户接入帧中继网的组成及用户接入1.帧中继网的组成帧中继网的组成帧中继网由三个部分组成：帧中继接入设备、帧中继交换设备和公用帧中继业务。帧中继接入设备（FRAD）。帧中继接入设备可以是具有帧中继接口的任
49、何类型的接入设备，如主机、路由器、分组交换机以及特殊的帧中继“PAD”等，通常采用56、64kb/s链路入网。电路两端传输设备的速率可以是不同的。帧中继交换设备。帧中继交换设备有如下类型：帧中继交换机以及具有帧中继接口的分组交换机和其它复用设备等。这些设备的共同点是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。第4章 广域网公用帧中继业务。该业务提供者将通过公用帧中继网络提供帧中继业务。帧中继接入设备与专用帧中继设备之间可通过标准帧中继接口实现与公用帧中继网的互连。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
50、入帧中继网络；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。2.用户接入形式用户接入形式用户在接入帧中继网时，通常采用下列两种主要形式，参见图4.7。第4章 广域网第4章 广域网(1)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，还可通过其它的互连设备，如集中器、PAD、协议转换器等接入帧中继网。(2)终端接入形式。对于具有标准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