第8章 广域网及其体系结构

广域网拓扑结构的特点：是由点对点连 接构成的是一种不规则的网状的结构。 为了解决广域网中不同端系统之间的通 信问题，除了解决点对点的通信外，还要 解决一个重要的问题就是路由选择。 目前，许多广域网中都使用公共通信网 络作为其通信子网。 常用的公共通信网络:电话交换网PSTN、 分组交换数据网、帧中继网、数据网。 它们主要包括2个部分:传输线路和交换 节点。
ISDN BRI 帧格式
在这个格式中，BRI=2B+D，其中B1是16位， B2是16位，D是4位。ISDN标准规定BRI帧的发 送频率是每秒4000帧。则B的数据传输率为 16*4000=64kbps，D的数据传输率是 4*4000=16kbps。 则用户实际的数据传输率为 64+64+16=144kbps 此帧总的数据传输率为（12+32+4） *4000=192kbps
SONET的帧
SPE可以从帧内的任何一个地方开始。 线路开销的第一行包含了一个指针，它指 向SPE的第一个字节。 SONET允许SPE可以从帧内任何一个 地方开始，甚至可以跨越两个帧（即教材 中所说的“浮动”）。这种能力使得系统 非常灵活。 例如：当源端正在构造SONET空帧的 时候，又有一些用户数据或SPE来到了， 那么它就可以将这些用户数据插入到当前 帧中，而不用等到下一个帧开始。
帧中继的体系结构： 所有的帧中继通信都实现了LAPF核心 协议，该协议处理的是基本的通信服务。 LAPF核心协议执行的任务有帧的格式 化和交换、对帧进行度量确保其长度在允 许的长度范围之内、检查传输中的差错和 线路的拥塞状态。 帧中继通信可以有选择地使用LAPF控 制协议，在每个虚拟连接上进行流控制。 LAPF控制协议是从 接收节点进行管理 的。
分组交换机是广域网的基本组件之一。 分组交换机通过通信线路互相连接起来， 就构成了广域网。 而通过增加交换机可以扩展广域网，覆 盖更多的地点和连接更多计算机。 图中所示的分组交换机包括两种I/O连 接：低Biblioteka 的I/O接 口 高速的I/O接 口
由分组交换机构成的广域网
8.1.2 广域网参考模型 通信子网工作在OSI模型的低三层：物 理层、数据链路层和网络层。如图所示：
SONET的时分复用
SONET的复用通过字节交叉进行的。 如图所示，如果每个N输入流有相同的速 率，则复用流的速率是NR。
SONET的帧结构和复用方法简化 了通信设备。这种Byte交叉的时分复用 使得解复用也非常简单，如下图所示， 每个通信流可以通过帧中的位置确定。
SONET字节交叉时分解复用
在北美和日本，基本的SONET信号是 STS-1（同步传输信号1）。它的位速率 51.84Mbps，高速率的信号可以复用这个 速率。 在欧洲，基本的速率是STS-3或者 155.52MBps，STS的层次结构叫做SDH 或者同步数字结构，起始速率是 155.52Mbps。
如果拥有较多的电话和终端，用户设施 较多，则需要较大的接入带宽。 NT1不够用，需要一个ISDN的专用小 交换局（PBX），称为第二类网络端接设 备（NT2）。
3. ISDN的两种接入速率 ISDN的用户接口定义为三种信道的组 合：B、D和H信道。 B信道是64kbps的数据信道，传输X.25 的连接以及X.25业务（分组交换，虚拟电 路）或者永久的数字点对点线路。 D信道提供了16kbps或者 64kbps信道 用于传输信号发射信息，以及低速率的包 交换业务。 H信道提供了384kbps,1536kbps或者 1920kbps信道，它的用途和B 信道相似， 不同的是用于高速率的业务。
主要访问速率（PRI）在欧洲是30B+D 而在美国，日本，加拿大是23B+D。 根据BRI的计算方法，可以得出 23B+D=23*64（B）+64（D） =1.536Mbps； 23个B信道和一个D信道指出了一个 PRI所能包含的最大信道数。 换句话说，一个PRI可以支持多达24个 源和目标之间的全双工传输。 每个传输都从它们的 源收集而来，复 用到单个通道中（数字用户线路），发送 到ISDN局中。
图中是十进制地址形式。
在实际应用中是用一个二进制数来表 示地址的：二进制数的一些位表示地址的 第一部分，其他位则表示第二部分。 由于每个地址用一个二进制数来表示， 用户和应用程序可将地址看成一个整数--他 们不必知道这个地址是分层的。
8.2.2 广域网中的数据包转发 包交换机不必保存怎样到达所有可能目 的地的完整信息。 相反，一个给定的交换机仅包含为使该 包最终到达目的地所应发送的下一站（next hop）的信息。
交换机2的路由表
8.3 广域网技术
8.3.1 ISDN技术 1. ISDN概述 为用户提供大范围数字服务的最早努力之一 就是电话公司提出的“综合业务数字网 （Integrated Services Digital Network， ISDN）”。 ISDN通过普通的本地环路向用户提供数字语 音和数据传输服务，也就是说，ISDN使用与模 拟信号电话系统相同类型的双绞 铜线。 这里所谓的本地环路即指电话局的变通电话 线。
每一帧的前三列保留某用于系统管理信 息；其中前3行是段开销SOH（section overhead），它在每一段的开始和结束时 被生成和检查的； 接下来的6行是线路开销LOH（line overhead），它是在每条线路开始和结束 时被生成和检查的。 这样用户数据即SPE是9行*87列 （87×9×8×8000=50.112Mbps）。 SPE的第一列是路径开销POH（path overhead）。
8.2 广域网的路由
8.2.1 广域网的编址 每种广域网技术都精确定义了计算机在收发 数据时使用的帧格式，并为连到广域网上的每台 计算机分配了一个物理地址。 当发送帧到另外一台计算机时，发送者必须 给出目的计算机的地址。 许多广域网使用层次地址方案（hierarchical addressing scheme），使得转发效率更高。 层次地址把一个地址分成几部分。 最简单的层次地址方案把一个地址分为两部 分：第一部分表示包交换机，第二部分表示连到 该交换机上的计算机。
例如：两个路径层过程正在交换DS-3帧。 （45Mbps DS-e信号属于目前的电话信号层次） DS-e帧加上POH的开销，映射成STS-qSPE(同 步有效载荷包络)—即用户数据。 路径层将它交给线路层。 线路层复用路径层不同的有效载荷（除了 STS-1 SPE以外包括DS-3信号），再加上LOH （线路层的头部）。除了复用，线路头部还提供 了其他的一些功能，比如交换保护。 然后段头部在光子层进行传输前进行分段和 编码。 最后光子层将位流电信号转换成光信号。
8.3.2 SONET/SDH技术 随着人们对带宽需要不断地增加，光纤 由于具有高带宽而被人们所看好。 在光纤的标准化过程中： 美国的ANSI提出了自己的标准： SONET（Synchronour Optical Network， ANSI标准）。 欧洲的ITU-T提出了自己的标准SDH （Synchronous Digital Hierarchy，ITU标 准）。 这两种技术几乎完全相同。
SONET帧结构的主要特征SONET定义 的分层结构如图。这四层结构是路径，线 路，段和光子层。
SONET的分层结构
一些网络设备并不参与某些上层功能。 比如，上图中复用器在线路层工作，而中继 站在段层工作。光子放大器在光子层（直接放大 光信号而不是象中继站一样先转化 为电信号） 工作。 从底层到上层，每一层都是在下层提供的业 务上构建的。 光子层提供某种速率上的光学信号的传输； 段层为了位流传输提供了分段和编码； 线路层提供了线路维护和保护以及STS-1信 号的复用； 路径层提供了从业务（DS-3帧，ATM信元， 数字语音流）到STS-1 SPEs（同步载荷封装 synchronous payload envelope）的映射。 SONET路径层实现了承载业务，包括SPE格 式端到端的比特流传输。
8.3.3 帧中继FR技术 帧中继FR（Frame Relay）的ITU-T标 准于1984年提议，以满足高容量、高带宽 的WAN提出的要求。 起初，帧中继的最常见的实施速度为 56Kbps和2Mbps，但目前在DS-3链路上 帧中继的速度可高达45Mbps。 帧中继在虚拟电路（在帧中继上，称为 虚拟连接）上使用包交换技术，并且可以 有交换型（SVC）和永久型（PVC）两种。
1. SONET（Synchronour Optical Network， ANSI标准） 现在，SONET的数据传输速率已经可 以高达2.488Gbps，并且承诺在将来可以 达到13.271Gbps。 SONET标准中最重要的特点是网络是 所有的时钟都和公共的主时钟保持一致。 （为什么？） 其简单的时分复用如下图所示：
ISDN的特点： ISDN提供了不同的业务，这些业务是 构建在OSI前三层的模型上的。 它提供了高层次的电信业务，以及一些 附加业务。 鉴于开放数据网络模型，电信业务属于 应用层的应用程序。 而附加业务本质上提供的是呼叫控制的 功能而不是进行通讯，并不是直接符合开 放数据网络模型。
ISDN提供的主要功能： 进行音频和数字化的语音传输，以及提 供了64kbps的电路交换数字信道、分组交 换虚拟电路和无连接业务。 电信业务包括电报、传真、可视图文、 文字电视广播传输业务，并且使用特殊的 编码和端对端的协议。 附加业务中包括呼叫者的身份认证，呼 叫转移，呼叫等待和电话呼叫。
2.ISDN的组成 在ISDN中，用户和综合业务数字网之 间的连线相当于一个数字比特管道。 管道中的比特流可以来自数字电话机、 数字传真机或其它终端，并且比特流可以 双向流动。 这个管道机制实际上是数字电话机、数 字传真机或其它终端产生的信号复用用户 与ISDN之间的连线。
用户端接设备
ISDN的组成
810字节的STS-1帧组织成9行×90列 （从左传输到右侧，从上传到下）的字节 矩阵—每个单元是字节而不是bit。 一个帧的延迟是150us，相当于每秒 8000帧的速率（这个速率正好符合所有数 字电话系统中使用的脉冲编码调制PCM的 采样率）。 按照这个采样率，同步传输信号 （STS-1）的速率 ：810字节/帧×8000帧/ 秒=810×8×8000=5184000bps，也就是 51.8Mbps。