广域网和局域网互联
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在许多方面非常类似于 X.25，如都是点对点交换网 络、虚电路服务等，被称为第二代的 X.25。
它帧中继与X.25区别：前者侧重数据的快速传输； 后者侧重数据传输的可靠性。
今天的数字光纤网比早期的电话网具有低得多的误 码率，如果减少结点对每个分组的处理时间，则各 分组通过网络的时延亦可减少，同时结点对分组的 处理能力也就增大了。
其突出贡献就是服务能力的综合。 它是以现有电话网为基础进行开发的。 ISDN其中一个成果为帧中继协议。 ISDN的结构配置见下图。
ISDN的结构配置图
PC机 PC机
PC机 PC机
路由器
服务器
ISDN适配卡 PC机
ISDN
ISDN数字式 Modem
PC机
模拟电话/传真
ISDN服务
两种类型：B信道和D信道 B信道：64kb/s，只负责传输用户的数字信
广域网的特点
速度慢而且具有随机性 突发的高速传输 速度中等但要求恒定 速度很快 速度快而且恒定
应当注意
即使是覆盖范围很广的互联网，也不是广域 网，因为在这种网络中，不同网络的“互连” 才是其最主要的特征。
广域网是单个的网络，它使用结点交换机连 接各主机而不是用路由器连接各网络。
结点交换机在单个网络中转发分组，而路由 器在多个网络构成的互联网中转发分组。
输的综合服务能力
特点是：用户经由一个标准的用户网络接 口UNI可以享用电路交换、分组交换、帧中 继和ATM等各种类型的网络服务
两种速率：2.048Mb/s的窄带ISDN(N-ISDN) 和622Mb/s的采用异步传输ATM的宽带 ISDN(B-ISDN)
ISDN宽带综合业务数字网
CCITT对ISDN的定义：ISDN是综合数字电 话网发展起来的一个网络，它提供端到端 的数字连接以支持广泛的服务，包括声音 和非声音的，用户的访问是通过少量用途 用户网络接口标准实现的。
X.25 的层次关系
用户数据
分组层（网络层）
X.25首部
数据链路层 LAPB首部
用户数据 X.25 分组
LAPB 帧
LAPB尾部
X.25 网与 IP 网
基于 IP 协议的因特网是无连接的，只提供尽 最大努力交付的数据报服务，无服务质量可 言。
X.25 网是面向连接的，能够提供可靠交付的 虚电路服务，能保证服务质量。
第5章 广域网与网络互联
5.1 广域网技术 5.2 网络互联技术 5.3 网络互联设备
本章学习重点
本章主要介绍计算机广域网的基础知识。 通过本章学习，读者应该能够：
了解广域网的组成 了解广域网的所提供的各种通信服务类型 掌握网络互联设备
5.1 广域网技术
5.1.1 广域网的概述
广域网的构成 当主机之间的距离较远时，例如，相隔几十或几
DDN用户接入方式
二线模拟传输方式，接口标准V.24 二线（或四线）频带调制解调器传输方式 二线（或四线）基带传输方式 基带传输＋TDM ISDN的2B+D PCM数字线路传输方式 xDSL传输方式
5.1.7 综合业务数字网ISDN
产生于20世纪70年代，成熟于80年代 具备能够为用户提供数字、语音、图像传
帧中继提供虚电路服务
帧中继交换机
路由器
路由器
局域网
帧中继网
局域网
虚电路
虚电路像一条专用电路 用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机
虚电路
路由器
路由器
局域网
帧中继网
局域网
帧中继网络的工作过程
用户在局域网上传送的 MAC 帧传到与帧 中继网络相连接的路由器。
虚电路 路由器 局域网
帧中继网
路由器 局域网
DDN由数字通道、DDN节点、网管控制和用户环 路组成。
其传输媒介有光缆、数字微波、卫星以及用户端 可用的普通电缆和双绞线。
DDN数字数据网特点
传输速率高 传输质量好 传输距离远 多协议支持 传输安全可靠 网络运行的管理简便
DDN提供的业务和服务
专用电路 帧中继 压缩语音/传真业务 虚拟专用网
节点交换机 传输线路
广域网技术及其传输速率
广域网连接类型
传输速率
PSTN电话拨号
56kb/s
X.25公共分组交换
64kb/s
帧中继
56kb/s~45Mb/s
ISDN综合业务数据网
128kb/s~2Mb/s
DDN数字数据网
2Mb/s
E载波
2Mb/s~565Mb/s
ADSL
上640kb/s，下8Mb/s
帧中继Frame Relay
永久或交换，不是拨号 有效处理突发的数据流量 典型速率 56/64 Kbps, 256 Kbps, and 2.048 Mbps 随着连接地域不同，费用也不同
公司网络
帧中继网络
服务器
永久虚电路Permanent Virtual Circuit (PVC)
帧中继Frame Relay
永久或交换，不是拨号 有效处理突发的数据流量 典型速率 56/64 Kbps, 256 Kbps, and 2.048 Mbps 随着连接地域不同，费用也不同
公司网络
帧中继网络
服务器
永久虚电路Permanent Virtual Circuit (PVC)
帧中继减少结点处理时间
帧中继省略了X.25的分组层，并以链路层的帧为 基础实现多条逻辑链路的统计复用和转换，故称 为“帧中继”。
百公里，甚至几千公里，局域网的物理层和链路层 协议不支持远距离传输和复杂多变的广域环境，显 然就无法完成主机之间的通信任务。这时就需要另 一种结构的网络，即广域网。 广域网的拓扑结构：点到点连接构成的网状结构 广域网的基础：电信网络的基础上增加了专用的交 换设备如X.25、帧中继、ISDN交换机等。 广域网的基本组成：
帧中继网络的工作过程
目的主机若发现有差错，则报告上层的 TCP协议处理。
即使TCP协议对有错误的数据进行了重传， 帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传 送，而并不知道这是重传的数据。
5.1.6 数字数据网DDN
是一种利用数字信道提供半永久性连接电 路的数字数据传输网络，它能为专线或专 网用户提供中、高速数字点对点传输服务
SMDS交换式多兆位数据服务 45Mb/s
ATM
/s~2.5Gb/s
SONET/SDH同步光网络
52Mb/s~10Gb/s
CATV线缆调制解调器
50Mb/s
广域网的协议层次
物理层 数据链路层 网络层
PSTN、DDN、E载波、ADSL、 SONET/SDH、CATV属于物理层的广域 网协议
X.25 快速分组交换（帧中继、交换的多兆比数据服务SMDS、
以及宽带综合业务数字网B-ISDN和异步传递方式ATM 等）
5.1.3 电话拨号网
电话拨号网是利用公用电话系统(PSTN)实现端与 计算机、端与端之间或计算机与计算机之间通信 的网络
主要组成
本地环路 干线 交换局
信号在电话系统的干线上以数字形式传输，但在 本地环路上却是以模拟信号传输
帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供 链路层的永久虚电路服务，它的好处是在通信 时可省去建立连接的过程。
如果有 N 个路由器需要用帧中继网络进行连接， 那么就一共需要有 N(N – 1)/2 条永久虚电路。
帧中继的特点
数据传输速率和传输延迟比X.25高和降低 异构量级
主要用于数据传输，而不适合语音、视频 等
息、PCM编码的数字化语音信息和各种低 速信息流的复合信息。它可建立4种类型的 连接
通常用于本地环路电话通信
PSTN是基于模拟技术的电路交换网络 利用PSTN进行数据通信必须使用MODEM 通话双方独占一个信道，传输速率低于56k 从网络体系结构看，PSTN是物理层协议，其上层
协议常采用PPP和TCP/IP PSTN数据通信方式：
拨号上网 租用电话专线 用拨号或租用专线方式经PSTN转接入X.25
仅提供虚电路服务，主要是永久虚电路 不试图纠正错误，发现错误即丢弃 帧长度可变，允许最大帧长1000B
帧中继的控制信令
帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据 分开的另一个逻辑连接上传送的（即共 路信令或带外信令）。
这点和 X.25 很不相同。X.25 使用带内信 令，即呼叫控制分组与用户数据分组都 在同一条虚电路上传送。
连接在一个广域网（或一个局域网）上的主 机在该网内进行通信时，只需要使用其网络 的物理地址即可。
5.1.2 广域网的类型
主要有电路交换和分组交换这两种。
1. 线路交换网
PSTN（公共电话交换网） ISDN（综合业务数字网） DDN、ADSL、CATV、SONET/SDH等物理专线
2. 专业线路网 3. 分组交换网
PC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端 退出了通信市场。这正好符合因特网当初 的设计思想：网络应尽量简单而智能应尽 可能放在网络以外的用户端。
5.1.5 帧中继 FR
帧中继的工作原理
在 20 世纪 80 年代后期，许多应用都迫切要求增加 分组交换服务的速率。
帧中继 FR (Frame Relay)就是一种支持高速交换的网 络体系结构。
正因为 X.25 网能保证服务质量，在二十多 年前它曾经是颇受欢迎的一种计算机网络。
X.25 网特点
可靠性高 多路复用 流量控制和拥塞控制 点对点协议
X.25 网退出了历史舞台
到了20世纪90年代，情况就发生了很大的 变化。通信主干线路已大量使用光纤技术， 数据传输质量大大提高使得误码率降低好 几个数量级，而 X.25 十分复杂的数据链路 层协议和分组层协议已成为多余的。
立即中止该帧的传输，并丢弃该帧。 如果需要重传出错的帧，则由源站使用高层协议
（而不是帧中继协议）请求重传该帧。 因此，仅当帧中继网络本身的误码率非常低时，
帧中继技术才是可行的。
帧中继使用虚电路
帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处 理，而不是像 X.25 在第三层处理。
帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务。 虚电路一般分为交换虚电路 SVC 和永久虚电 路 PVC 两种。
组成：用户设备、网络接入单元和DDN节 点。
用户设备
数据终端设备 计算机 网桥或路由器
DDN数字数据网
它为用户提供中、高速数字型点对点传输电路。
它基于数字交叉连接技术，为用户提供半永久性 连接电路。
它与电话专线的区别是：前者是半固定连接，是 根据用户需要临时建立的一个固定连接；后者是 固定物理连接。
在数据链路层使用的是 HDLC 的一个子集——平 衡型链路接入规程 LAPB。
在分组层 DTE 与 DCE 之间可建立多条逻辑信道 (0~4095 号) ，使一个 DTE 同时和网上其他多个 DTE 建立虚电路并进行通信。
X.25 还规定了在经常需要进行通信的两个 DTE 之 间可以建立永久虚电路。这些虚电路号以及分组序 号等控制信息都写在 X.25 分组的首部中。
帧中继不使用差错恢复和流量控制机制。 当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查
出帧的目的地址就立即进行转发。 因此在帧中继网络中，一个帧的处理时间比
X.25 网约减少一个数量级。这样，帧中继网络 的吞吐量要比 X.25 网络的提高一个数量级以上。
帧中继对差错的处理
当检测到有误码时，结点要立即中止这次传输。 当中止传输的指示到达下个结点后，下个结点也
它由分组交换机和节点间的交叉连接组成
X.25 规定了 DTE-DCE 的接口
X.25 接口
DTE
DCE
X.25 接口
DTE DCE VC1
VC2
DCE
DTE
X.25 公用分组交换网
X.25 接口
X.25 的层次关系
用户数据在 X.25 的分组层（相当于OSI中的网络层） 加上 X.25 的首部控制信息后，就组装成为 X.25 分 组。
5.1.4 X.25分组交换网
它是在二十多年前根据 CCITT（即现在的 ITU-T）的 X.25 建议书实现的计算机网络。
它是OSI最下面三层（物理层、数据链路层 和网络层）同等层协议的组合。
X.25 只是一个对公用分组交换网接口的规约。 X.25 所讨论的都是以面向连接的虚电路服务 为基础。
ISDN、帧中继、SMDS、ATM属于链路 层以上的广域网协议
由局域网和广域网组成互联网
互联网 结点交换机
局域网
局域网
路由器
广域网
相距较远的局域网通过路由器与广域网相连 组成了一个覆盖范围很广的互联网
广域网的功能
连接距离很远的两个局域网 移动用户远程访问企业网络 因特网接入 其它，如银行的自动取款机与主机的相连
它帧中继与X.25区别：前者侧重数据的快速传输； 后者侧重数据传输的可靠性。
今天的数字光纤网比早期的电话网具有低得多的误 码率，如果减少结点对每个分组的处理时间，则各 分组通过网络的时延亦可减少，同时结点对分组的 处理能力也就增大了。
其突出贡献就是服务能力的综合。 它是以现有电话网为基础进行开发的。 ISDN其中一个成果为帧中继协议。 ISDN的结构配置见下图。
ISDN的结构配置图
PC机 PC机
PC机 PC机
路由器
服务器
ISDN适配卡 PC机
ISDN
ISDN数字式 Modem
PC机
模拟电话/传真
ISDN服务
两种类型：B信道和D信道 B信道：64kb/s，只负责传输用户的数字信
广域网的特点
速度慢而且具有随机性 突发的高速传输 速度中等但要求恒定 速度很快 速度快而且恒定
应当注意
即使是覆盖范围很广的互联网，也不是广域 网，因为在这种网络中，不同网络的“互连” 才是其最主要的特征。
广域网是单个的网络，它使用结点交换机连 接各主机而不是用路由器连接各网络。
结点交换机在单个网络中转发分组，而路由 器在多个网络构成的互联网中转发分组。
输的综合服务能力
特点是：用户经由一个标准的用户网络接 口UNI可以享用电路交换、分组交换、帧中 继和ATM等各种类型的网络服务
两种速率：2.048Mb/s的窄带ISDN(N-ISDN) 和622Mb/s的采用异步传输ATM的宽带 ISDN(B-ISDN)
ISDN宽带综合业务数字网
CCITT对ISDN的定义：ISDN是综合数字电 话网发展起来的一个网络，它提供端到端 的数字连接以支持广泛的服务，包括声音 和非声音的，用户的访问是通过少量用途 用户网络接口标准实现的。
X.25 的层次关系
用户数据
分组层（网络层）
X.25首部
数据链路层 LAPB首部
用户数据 X.25 分组
LAPB 帧
LAPB尾部
X.25 网与 IP 网
基于 IP 协议的因特网是无连接的，只提供尽 最大努力交付的数据报服务，无服务质量可 言。
X.25 网是面向连接的，能够提供可靠交付的 虚电路服务，能保证服务质量。
第5章 广域网与网络互联
5.1 广域网技术 5.2 网络互联技术 5.3 网络互联设备
本章学习重点
本章主要介绍计算机广域网的基础知识。 通过本章学习，读者应该能够：
了解广域网的组成 了解广域网的所提供的各种通信服务类型 掌握网络互联设备
5.1 广域网技术
5.1.1 广域网的概述
广域网的构成 当主机之间的距离较远时，例如，相隔几十或几
DDN用户接入方式
二线模拟传输方式，接口标准V.24 二线（或四线）频带调制解调器传输方式 二线（或四线）基带传输方式 基带传输＋TDM ISDN的2B+D PCM数字线路传输方式 xDSL传输方式
5.1.7 综合业务数字网ISDN
产生于20世纪70年代，成熟于80年代 具备能够为用户提供数字、语音、图像传
帧中继提供虚电路服务
帧中继交换机
路由器
路由器
局域网
帧中继网
局域网
虚电路
虚电路像一条专用电路 用户看不见帧中继网络内的帧中继交换机
虚电路
路由器
路由器
局域网
帧中继网
局域网
帧中继网络的工作过程
用户在局域网上传送的 MAC 帧传到与帧 中继网络相连接的路由器。
虚电路 路由器 局域网
帧中继网
路由器 局域网
DDN由数字通道、DDN节点、网管控制和用户环 路组成。
其传输媒介有光缆、数字微波、卫星以及用户端 可用的普通电缆和双绞线。
DDN数字数据网特点
传输速率高 传输质量好 传输距离远 多协议支持 传输安全可靠 网络运行的管理简便
DDN提供的业务和服务
专用电路 帧中继 压缩语音/传真业务 虚拟专用网
节点交换机 传输线路
广域网技术及其传输速率
广域网连接类型
传输速率
PSTN电话拨号
56kb/s
X.25公共分组交换
64kb/s
帧中继
56kb/s~45Mb/s
ISDN综合业务数据网
128kb/s~2Mb/s
DDN数字数据网
2Mb/s
E载波
2Mb/s~565Mb/s
ADSL
上640kb/s，下8Mb/s
帧中继Frame Relay
永久或交换，不是拨号 有效处理突发的数据流量 典型速率 56/64 Kbps, 256 Kbps, and 2.048 Mbps 随着连接地域不同，费用也不同
公司网络
帧中继网络
服务器
永久虚电路Permanent Virtual Circuit (PVC)
帧中继Frame Relay
永久或交换，不是拨号 有效处理突发的数据流量 典型速率 56/64 Kbps, 256 Kbps, and 2.048 Mbps 随着连接地域不同，费用也不同
公司网络
帧中继网络
服务器
永久虚电路Permanent Virtual Circuit (PVC)
帧中继减少结点处理时间
帧中继省略了X.25的分组层，并以链路层的帧为 基础实现多条逻辑链路的统计复用和转换，故称 为“帧中继”。
百公里，甚至几千公里，局域网的物理层和链路层 协议不支持远距离传输和复杂多变的广域环境，显 然就无法完成主机之间的通信任务。这时就需要另 一种结构的网络，即广域网。 广域网的拓扑结构：点到点连接构成的网状结构 广域网的基础：电信网络的基础上增加了专用的交 换设备如X.25、帧中继、ISDN交换机等。 广域网的基本组成：
帧中继网络的工作过程
目的主机若发现有差错，则报告上层的 TCP协议处理。
即使TCP协议对有错误的数据进行了重传， 帧中继网也仍然当作是新的帧中继帧来传 送，而并不知道这是重传的数据。
5.1.6 数字数据网DDN
是一种利用数字信道提供半永久性连接电 路的数字数据传输网络，它能为专线或专 网用户提供中、高速数字点对点传输服务
SMDS交换式多兆位数据服务 45Mb/s
ATM
/s~2.5Gb/s
SONET/SDH同步光网络
52Mb/s~10Gb/s
CATV线缆调制解调器
50Mb/s
广域网的协议层次
物理层 数据链路层 网络层
PSTN、DDN、E载波、ADSL、 SONET/SDH、CATV属于物理层的广域 网协议
X.25 快速分组交换（帧中继、交换的多兆比数据服务SMDS、
以及宽带综合业务数字网B-ISDN和异步传递方式ATM 等）
5.1.3 电话拨号网
电话拨号网是利用公用电话系统(PSTN)实现端与 计算机、端与端之间或计算机与计算机之间通信 的网络
主要组成
本地环路 干线 交换局
信号在电话系统的干线上以数字形式传输，但在 本地环路上却是以模拟信号传输
帧中继网络通常为相隔较远的一些局域网提供 链路层的永久虚电路服务，它的好处是在通信 时可省去建立连接的过程。
如果有 N 个路由器需要用帧中继网络进行连接， 那么就一共需要有 N(N – 1)/2 条永久虚电路。
帧中继的特点
数据传输速率和传输延迟比X.25高和降低 异构量级
主要用于数据传输，而不适合语音、视频 等
息、PCM编码的数字化语音信息和各种低 速信息流的复合信息。它可建立4种类型的 连接
通常用于本地环路电话通信
PSTN是基于模拟技术的电路交换网络 利用PSTN进行数据通信必须使用MODEM 通话双方独占一个信道，传输速率低于56k 从网络体系结构看，PSTN是物理层协议，其上层
协议常采用PPP和TCP/IP PSTN数据通信方式：
拨号上网 租用电话专线 用拨号或租用专线方式经PSTN转接入X.25
仅提供虚电路服务，主要是永久虚电路 不试图纠正错误，发现错误即丢弃 帧长度可变，允许最大帧长1000B
帧中继的控制信令
帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据 分开的另一个逻辑连接上传送的（即共 路信令或带外信令）。
这点和 X.25 很不相同。X.25 使用带内信 令，即呼叫控制分组与用户数据分组都 在同一条虚电路上传送。
连接在一个广域网（或一个局域网）上的主 机在该网内进行通信时，只需要使用其网络 的物理地址即可。
5.1.2 广域网的类型
主要有电路交换和分组交换这两种。
1. 线路交换网
PSTN（公共电话交换网） ISDN（综合业务数字网） DDN、ADSL、CATV、SONET/SDH等物理专线
2. 专业线路网 3. 分组交换网
PC 机的价格急剧下降使得无硬盘的哑终端 退出了通信市场。这正好符合因特网当初 的设计思想：网络应尽量简单而智能应尽 可能放在网络以外的用户端。
5.1.5 帧中继 FR
帧中继的工作原理
在 20 世纪 80 年代后期，许多应用都迫切要求增加 分组交换服务的速率。
帧中继 FR (Frame Relay)就是一种支持高速交换的网 络体系结构。
正因为 X.25 网能保证服务质量，在二十多 年前它曾经是颇受欢迎的一种计算机网络。
X.25 网特点
可靠性高 多路复用 流量控制和拥塞控制 点对点协议
X.25 网退出了历史舞台
到了20世纪90年代，情况就发生了很大的 变化。通信主干线路已大量使用光纤技术， 数据传输质量大大提高使得误码率降低好 几个数量级，而 X.25 十分复杂的数据链路 层协议和分组层协议已成为多余的。
立即中止该帧的传输，并丢弃该帧。 如果需要重传出错的帧，则由源站使用高层协议
（而不是帧中继协议）请求重传该帧。 因此，仅当帧中继网络本身的误码率非常低时，
帧中继技术才是可行的。
帧中继使用虚电路
帧中继的逻辑连接的复用和交换都在第二层处 理，而不是像 X.25 在第三层处理。
帧中继网络向上提供面向连接的虚电路服务。 虚电路一般分为交换虚电路 SVC 和永久虚电 路 PVC 两种。
组成：用户设备、网络接入单元和DDN节 点。
用户设备
数据终端设备 计算机 网桥或路由器
DDN数字数据网
它为用户提供中、高速数字型点对点传输电路。
它基于数字交叉连接技术，为用户提供半永久性 连接电路。
它与电话专线的区别是：前者是半固定连接，是 根据用户需要临时建立的一个固定连接；后者是 固定物理连接。
在数据链路层使用的是 HDLC 的一个子集——平 衡型链路接入规程 LAPB。
在分组层 DTE 与 DCE 之间可建立多条逻辑信道 (0~4095 号) ，使一个 DTE 同时和网上其他多个 DTE 建立虚电路并进行通信。
X.25 还规定了在经常需要进行通信的两个 DTE 之 间可以建立永久虚电路。这些虚电路号以及分组序 号等控制信息都写在 X.25 分组的首部中。
帧中继不使用差错恢复和流量控制机制。 当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查
出帧的目的地址就立即进行转发。 因此在帧中继网络中，一个帧的处理时间比
X.25 网约减少一个数量级。这样，帧中继网络 的吞吐量要比 X.25 网络的提高一个数量级以上。
帧中继对差错的处理
当检测到有误码时，结点要立即中止这次传输。 当中止传输的指示到达下个结点后，下个结点也
它由分组交换机和节点间的交叉连接组成
X.25 规定了 DTE-DCE 的接口
X.25 接口
DTE
DCE
X.25 接口
DTE DCE VC1
VC2
DCE
DTE
X.25 公用分组交换网
X.25 接口
X.25 的层次关系
用户数据在 X.25 的分组层（相当于OSI中的网络层） 加上 X.25 的首部控制信息后，就组装成为 X.25 分 组。
5.1.4 X.25分组交换网
它是在二十多年前根据 CCITT（即现在的 ITU-T）的 X.25 建议书实现的计算机网络。
它是OSI最下面三层（物理层、数据链路层 和网络层）同等层协议的组合。
X.25 只是一个对公用分组交换网接口的规约。 X.25 所讨论的都是以面向连接的虚电路服务 为基础。
ISDN、帧中继、SMDS、ATM属于链路 层以上的广域网协议
由局域网和广域网组成互联网
互联网 结点交换机
局域网
局域网
路由器
广域网
相距较远的局域网通过路由器与广域网相连 组成了一个覆盖范围很广的互联网
广域网的功能
连接距离很远的两个局域网 移动用户远程访问企业网络 因特网接入 其它，如银行的自动取款机与主机的相连