第7章多媒体传输网络
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虚通道是ATM网络链路端点之间的一种逻辑连接,两个终端间存在的一 组虚通道就是虚路径。
ATM网络传输采用统计时分复用方式,这种方式的优点是当其中 的一个信源的数据速率低于链路的平均速率时,链路的剩余带宽就 可以被其他信源使用,提高通信链路利用率;反之,一个信源的速 率也可以短时间内高于链路的平均速率。
持续的、大数据量的传输是多媒体信息传输的一个特点。 若就单个媒体而言,实时传输的活动图像对网络的带宽要 求最高,其次是声音。
(1)视频对网络带宽的要求
对于运动图像而言,人们能感到的质量参数有两个,分别是 每秒的帧数和每幅图像的分辨率。根据不同条件下的实时视频 传输的要求,可以将视频的服务质量分为5个等级:
7.2.3 服务质量保障
1. QoS定义
服务质量(QoS):是多媒体网络中的重要概念,ITU将QoS定
义为决定用户对服务的满意程度的一组服务性能参数,可用确定性
描述方法和统计描述方法描述。
2. 定量QoS和定性QoS服务
以提供的服务种类来划分:
定量QoS服务
用确定性、统计描述方法提出具 体的QoS指标,网络在数据传输
分组交换网络:虚电路模式是面向连接的,数据报模式是无连 接的。
7.3.3 资源预留、资源分配和资源共享
资源预留
– 网络从自己的总资源中(吞吐量、节点缓存器容量)规划出一 部分给特定的通信过程。
– 通信的QoS只从统计意义上得到保障。
资源分配
– 网络把一部分资源实际分配给了某个特定的通信过程。 – 通信的QoS一般而言是确定的。
实际的多媒体应用对延时抖动有不同的要求。
数据类型或应用 CD质量的声音 电话质量的声音 高清晰度电视 广播质量电视 会议质量电视
延时抖动(ms) ≤100 ≤400 ≤50 ≤100 ≤400
延时抖动要求
4、错误率
在传输系统中产生的错误有以下几种度量方式:
误码率(Bit Error Rate,BER)
准则被划分为几种类型,对 针对包(per-class) 相同类型数据包提供统一的
服务
4. QoS机制
是网络的一种安全机制,包括连接接纳、资源预留、流量 控制、拥塞控制、差错控制等。
7.3 网络类别
7.3.1电路交换网络和分组交换网络
根据数据交换方式的不同,现有通信网络大致可分为电路 交换网络和分组交换网络(存储-转发交换网络)。
7.4.2 多点控制单元MCU
MCU也称多点控制服务器(MCS),它的处理功能主要包括:
(1)音频信号桥接或切换 将各终端送来的音频信号混合称为桥接,然后再送回各个
终端;或者从中选择一路信号送给其他终端称为切换。
(2)视频信号切换或混合
(3)数据切换 将会议中涉及到的数据按照与音频或视频类似的方法处理。
等级
名称
分辨率 帧率(帧/s) 压缩后数据率
1 高清晰度电视质量 1920×1080
60
2 演播室数字电视质量 720×576
25
3
广播电视质量
720×576
25
20~40Mb/s (MPEG-2压缩)
6~8Mb/s (MPEG-2压缩)
3~6Mb/s (MPEG-2压缩)
4
录像机质量
360×288
3、延时抖动
网络传输延时的变化称为网络的延时抖动(Delay Jitter), 即不同数据包延时之间的差别。
产生延时抖动的原因包括: 传输系统引起的延时抖动,称为物理抖动。 其幅度一般只在微秒量级,甚至于更小。对于电路交换的网 络,只存在物理抖动。 共享传输介质的局域网引起的延时抖动。 延时抖动主要来源于介质访问时间的变化。 广域网引起的延时抖动。 延时抖动主要来源于流量控制的等待时间及节点拥塞而产生 的排队延时的变化。
是开放电视会议业务的局域网远程互联的优选技术。
7.5.2 交换多兆比特数据服务SMDS
7.6 ATM网对多媒体信息传输的支持
异步传输模式ATM是因宽带综合业务网(B-ISDN)而出 现并发展起来的。
一、ATM原理
ATM的具体定义为:ATM是一种转移模式(即传递方式),这种 转移模式是异步的。它采用固定长度的数据包(称为信元)。一个 ATM信元具有53个字节的固定长度,其中前5个字节是信元头,后 48个字节是数据。 ATM网是一种分组交换网络,是面向连接的,为虚连接。在ATM 网络中,虚连接又有两种连接方式:虚通道VC(Virtual Channel) 和虚路径VP(Virtual Path)
电路交换网络:终端在通信前需建立实际的物理链路,通信结束后 拆除。 优点:能提供固定路由;保障固定比特率;传输延时短;延时抖动仅 限于物理抖动。 缺点:带宽利用低;不支持组播。
分组交换网络:以分组作为其传输单位。交换节点先将整个分组存 储,根据信宿标识选择路由,登记排队,一旦出现空闲,则整组发送。 分为:数据报方式和虚电路方式 优点:复用效率高;提供定性的QoS服务,有利于多媒体信息传输。 缺点:网络延时大,延时抖动大;网络性能的不确定性。
输的支持 7.5 分组交换广域网对多媒体传
输的支持(7.5.1) 7.6 ATM网对多媒体信息传输的
支持(7.6.1,7.6.3)
7.8 IP网对多媒体信息传输的支 持
7.9 IP QoS保障机制 7.10 无线局域网对多媒体信息传
输的支持 7.11 蜂窝移动通信网对多媒体信
息传输的支持 7.12 宽带用户接入网 7.13 下一代网络
指在传输过程中所残留的错误比特的频数。
包错误率(Packet Error Rate,PER)
指在传输过程中发生错误的包与传输的总包数之比(包错 误是指同一个包两次接收、包丢失或包的次序颠倒)。
包丢失率(Packet Loss Rate,PLR)
指由于包丢失而引起的包错误。包在传输过程中丢失的原 因有多种,通常最主要的原因就是网络拥塞,致使包的传 输延时过长,超过了设定到达的时限从而被接收端丢弃。
7.1 概述
基于上述几条,我们要讨论的支持多媒体传输的网络包括: 多媒体终端和网络节点间或节点和节点间的传输介质和
光电部件; 网络交换设备; 通信协议; 网络服务和管理系统。
7.2 多媒体传输对网络的要求
7.2.1 性能指标
1、吞吐量(throughout) - 指网络传输二进制信息的速率,也称比特率或带宽。 -多媒体通信对网络吞吐量的需求与传输网的网络传输速率、 接收端缓冲容量和数据流量有关。
– 但须调制解调器接入,目前Modem速率达到164kb/s,可以支 持低速率多媒体业务。
7.4电路交换广域网对多媒体信息传输的支持
7.4.1 电路交换广域网
窄带综合业务数字网(N-ISDN)
– N-ISDN是以电路交换为基础的网络,具有延时低而固定的特点 。
– 用户接入速率主要有两种:基本速率144kb/s(2B+D)和一次 群速率2.408Mbit/s(30B+D)。
7.7 以太网对多媒体信息传输的 支持
7.1 概述
多媒体信息传输时对网络提出很高的要求,原因如下: (1)多媒体数据的海量性 (2)多媒体数据的集成性 (3)多媒体通信的实时性 (4)多媒体通信的交互性 (5)多媒体通信的同步性 现阶段多媒体网络传输的努力方向:如何根据多媒体
数据的特征来改造现有的网络。
2、传输延时
多媒体通信系统对延时的要求主要体现在实时性要求。
网络的传输延时(Transmission Delay)是指信源 发出第一个比特到信宿接收到第一个比特之间的时间差。 包含两部分:信号在物理介质中的传播延时(延时 的大小与具体的物理介质有关)和数据在网中的处理延 时(如复用/解复用时间、在节点中的排队等)。 另一个经常用到的参数是端到端的延时(end-toend Delay),包含三部分。
8kHz
8
32kb/s、16kb/s甚 至4kb/s
2 高质量话音 50Hz~7kHz
2Fra Baidu bibliotekkHz
16
48~64kb/s
3
CD质量的音 乐
20kHz以内
44.1kHz
4
5.1声道立体 环绕声
3~20kHz
48kHz
16
192kb/s或128kb/s (MPEG-1压缩)
22
320kb/s(AC-3压 缩)
二、ATM服务类型和ATM适配层
1、ATM服务类型 ATM支持五种服务类型,这些服务类型的选择与网络的QoS 需求有关。
① CBR(Constant Bit Rate)服务:恒定比特率服务 特点:提供带宽固定、延时固定的服务,带宽由信源的峰值速率决定。 适用于:电话及恒定速率的实时媒体传输。 ② 实时VBR(Variable Bit Rate-RealTime)服务:实时的可变比特率
不同地区、城市和国家之间计算机通信的网络。 公共电话交换网(PSTN)
– PSTN是目前普及程度最高,成本最低的共用通信网络,在网络 互联中有广泛应用。
– 以电路交换为基础,通过呼叫在收发端建立起一个独占的、有固 定带宽的物理信道,路由固定、时延低、不存在延时抖动,对连 续媒体的同步和实时传输有利,
过程中保证满足这些指标
QoS服务
定性QoS服务
对QoS参数不知道具体指标,但 是网络对某些应用提供比另一些
应用更好的服务。
7.2.3 服务质量保障
3. 针对流和针对包类型的QoS服务
以服务对象来划分:
对某个应用产生的数据流提
针对流(per-flow)
供相同的QoS服务
QoS服务
对所有用户数据都根据某种
7.2.2 网络功能
1. 单向网络和双向网络
单向网络:信息传输只能沿一个方向进行的网络。 如:传统的有线电视(CATV)网
双向网络:支持两个终端之间相互传送信息的网络。 如:多媒体传输网络
分为:双向对称信道;双向不对称信道
2. 单播、多播和广播
单播(Unicast):点到点的通信 广播(Broadcast):网上一点向网上所有其他点传送信息 多播(Multicast)/组播:网上一点对网上多个指定点(同一个 工作组的成员)发送信息
7.3.2 面向连接方式和无连接方式
1. 面向连接的网络
两个终端之间必须先建立起网络连接,才能开始信息传输,在 信息传输结束后,终端还必须发出拆连请求,网络释放连接。
电路交换网络是面向连接的。
2. 无连接的网络
两个终端之间传送数据包并不需要实现得到网络的许可,网络 将每个数据包作为独立个体进行传递。
25
1.4Mb/s (MPEG-1压缩)
5
会议电视质量
352×288 10帧/s以上
128~384kb/s (H.261压缩)
(2)声音对网络带宽的要求 声音是另一种对带宽要求较高的媒体,可以将音
频的服务质量分为4个等级:
等级 名 称
带宽
取样频率
量化比 特数
压缩后数据率
1
电话质量话 音
300Hz~ 3400Hz
(4)会议控制 对发言权、共享设备和有关通信的控制。
7.5 分组交换广域网对多媒体信息传输的支持
7.5.1 帧中继(Frame Relay)FR
FR是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法, 是一种简化的帧交换技术,是面向连接的第二代数据传输 网络,通过“虚电路”将帧传送到目的地。
特点:具有较高吞吐量和较低延时,利用统计复用技 术动态向用户提供网络资源,提高了资源利用率,具有可 靠性高和灵活性强的特点。
第7章 多媒体传输网络
第7章 多媒体传输网络
学习目标
掌握多媒体通信对传输网络的要求
熟悉网络的类别(电路交换网络及分组交换网络)及特点 掌握电路交换广域网、分组交换广域网、IP网、无线网络 对多媒体信息传输的支持 了解下一代网络的相关知识
第7章 多媒体传输网络
7.1 概述 7.2 多媒体传输对网络的要求 7.3 网络类别 7.4 电路传输广域网对多媒体传
– 实现端到端数字连接,可以支持包括语音、数字、图像等多种多 媒体业务,用于较高质量的会议电视。
数字数据网(DDN)
– 采用时分复用技术,提供永久或半永久的电路交换连接,传输速 率n*64kb/s(n=1-32)。
– 传输通道对用户数据完全透明,延时低且固定、带宽宽,适用于 多媒体实时传输。
– DDN的服务对象仅限于大型用户。
资源独享
– 网络在建立通信时把一部分资源“物理地”划归给通信过程所 有,在通信结束之前,不把这部分资源分配给其他通信过程。
– 通信的QoS得到确定性保障。
7.4电路交换广域网对多媒体信息传输的支持
7.4.1 电路交换广域网
广域网(Wide-Area Network WAN) 一种用来实现不同地区局域网或城域网的互联,可以提供
ATM网络传输采用统计时分复用方式,这种方式的优点是当其中 的一个信源的数据速率低于链路的平均速率时,链路的剩余带宽就 可以被其他信源使用,提高通信链路利用率;反之,一个信源的速 率也可以短时间内高于链路的平均速率。
持续的、大数据量的传输是多媒体信息传输的一个特点。 若就单个媒体而言,实时传输的活动图像对网络的带宽要 求最高,其次是声音。
(1)视频对网络带宽的要求
对于运动图像而言,人们能感到的质量参数有两个,分别是 每秒的帧数和每幅图像的分辨率。根据不同条件下的实时视频 传输的要求,可以将视频的服务质量分为5个等级:
7.2.3 服务质量保障
1. QoS定义
服务质量(QoS):是多媒体网络中的重要概念,ITU将QoS定
义为决定用户对服务的满意程度的一组服务性能参数,可用确定性
描述方法和统计描述方法描述。
2. 定量QoS和定性QoS服务
以提供的服务种类来划分:
定量QoS服务
用确定性、统计描述方法提出具 体的QoS指标,网络在数据传输
分组交换网络:虚电路模式是面向连接的,数据报模式是无连 接的。
7.3.3 资源预留、资源分配和资源共享
资源预留
– 网络从自己的总资源中(吞吐量、节点缓存器容量)规划出一 部分给特定的通信过程。
– 通信的QoS只从统计意义上得到保障。
资源分配
– 网络把一部分资源实际分配给了某个特定的通信过程。 – 通信的QoS一般而言是确定的。
实际的多媒体应用对延时抖动有不同的要求。
数据类型或应用 CD质量的声音 电话质量的声音 高清晰度电视 广播质量电视 会议质量电视
延时抖动(ms) ≤100 ≤400 ≤50 ≤100 ≤400
延时抖动要求
4、错误率
在传输系统中产生的错误有以下几种度量方式:
误码率(Bit Error Rate,BER)
准则被划分为几种类型,对 针对包(per-class) 相同类型数据包提供统一的
服务
4. QoS机制
是网络的一种安全机制,包括连接接纳、资源预留、流量 控制、拥塞控制、差错控制等。
7.3 网络类别
7.3.1电路交换网络和分组交换网络
根据数据交换方式的不同,现有通信网络大致可分为电路 交换网络和分组交换网络(存储-转发交换网络)。
7.4.2 多点控制单元MCU
MCU也称多点控制服务器(MCS),它的处理功能主要包括:
(1)音频信号桥接或切换 将各终端送来的音频信号混合称为桥接,然后再送回各个
终端;或者从中选择一路信号送给其他终端称为切换。
(2)视频信号切换或混合
(3)数据切换 将会议中涉及到的数据按照与音频或视频类似的方法处理。
等级
名称
分辨率 帧率(帧/s) 压缩后数据率
1 高清晰度电视质量 1920×1080
60
2 演播室数字电视质量 720×576
25
3
广播电视质量
720×576
25
20~40Mb/s (MPEG-2压缩)
6~8Mb/s (MPEG-2压缩)
3~6Mb/s (MPEG-2压缩)
4
录像机质量
360×288
3、延时抖动
网络传输延时的变化称为网络的延时抖动(Delay Jitter), 即不同数据包延时之间的差别。
产生延时抖动的原因包括: 传输系统引起的延时抖动,称为物理抖动。 其幅度一般只在微秒量级,甚至于更小。对于电路交换的网 络,只存在物理抖动。 共享传输介质的局域网引起的延时抖动。 延时抖动主要来源于介质访问时间的变化。 广域网引起的延时抖动。 延时抖动主要来源于流量控制的等待时间及节点拥塞而产生 的排队延时的变化。
是开放电视会议业务的局域网远程互联的优选技术。
7.5.2 交换多兆比特数据服务SMDS
7.6 ATM网对多媒体信息传输的支持
异步传输模式ATM是因宽带综合业务网(B-ISDN)而出 现并发展起来的。
一、ATM原理
ATM的具体定义为:ATM是一种转移模式(即传递方式),这种 转移模式是异步的。它采用固定长度的数据包(称为信元)。一个 ATM信元具有53个字节的固定长度,其中前5个字节是信元头,后 48个字节是数据。 ATM网是一种分组交换网络,是面向连接的,为虚连接。在ATM 网络中,虚连接又有两种连接方式:虚通道VC(Virtual Channel) 和虚路径VP(Virtual Path)
电路交换网络:终端在通信前需建立实际的物理链路,通信结束后 拆除。 优点:能提供固定路由;保障固定比特率;传输延时短;延时抖动仅 限于物理抖动。 缺点:带宽利用低;不支持组播。
分组交换网络:以分组作为其传输单位。交换节点先将整个分组存 储,根据信宿标识选择路由,登记排队,一旦出现空闲,则整组发送。 分为:数据报方式和虚电路方式 优点:复用效率高;提供定性的QoS服务,有利于多媒体信息传输。 缺点:网络延时大,延时抖动大;网络性能的不确定性。
输的支持 7.5 分组交换广域网对多媒体传
输的支持(7.5.1) 7.6 ATM网对多媒体信息传输的
支持(7.6.1,7.6.3)
7.8 IP网对多媒体信息传输的支 持
7.9 IP QoS保障机制 7.10 无线局域网对多媒体信息传
输的支持 7.11 蜂窝移动通信网对多媒体信
息传输的支持 7.12 宽带用户接入网 7.13 下一代网络
指在传输过程中所残留的错误比特的频数。
包错误率(Packet Error Rate,PER)
指在传输过程中发生错误的包与传输的总包数之比(包错 误是指同一个包两次接收、包丢失或包的次序颠倒)。
包丢失率(Packet Loss Rate,PLR)
指由于包丢失而引起的包错误。包在传输过程中丢失的原 因有多种,通常最主要的原因就是网络拥塞,致使包的传 输延时过长,超过了设定到达的时限从而被接收端丢弃。
7.1 概述
基于上述几条,我们要讨论的支持多媒体传输的网络包括: 多媒体终端和网络节点间或节点和节点间的传输介质和
光电部件; 网络交换设备; 通信协议; 网络服务和管理系统。
7.2 多媒体传输对网络的要求
7.2.1 性能指标
1、吞吐量(throughout) - 指网络传输二进制信息的速率,也称比特率或带宽。 -多媒体通信对网络吞吐量的需求与传输网的网络传输速率、 接收端缓冲容量和数据流量有关。
– 但须调制解调器接入,目前Modem速率达到164kb/s,可以支 持低速率多媒体业务。
7.4电路交换广域网对多媒体信息传输的支持
7.4.1 电路交换广域网
窄带综合业务数字网(N-ISDN)
– N-ISDN是以电路交换为基础的网络,具有延时低而固定的特点 。
– 用户接入速率主要有两种:基本速率144kb/s(2B+D)和一次 群速率2.408Mbit/s(30B+D)。
7.7 以太网对多媒体信息传输的 支持
7.1 概述
多媒体信息传输时对网络提出很高的要求,原因如下: (1)多媒体数据的海量性 (2)多媒体数据的集成性 (3)多媒体通信的实时性 (4)多媒体通信的交互性 (5)多媒体通信的同步性 现阶段多媒体网络传输的努力方向:如何根据多媒体
数据的特征来改造现有的网络。
2、传输延时
多媒体通信系统对延时的要求主要体现在实时性要求。
网络的传输延时(Transmission Delay)是指信源 发出第一个比特到信宿接收到第一个比特之间的时间差。 包含两部分:信号在物理介质中的传播延时(延时 的大小与具体的物理介质有关)和数据在网中的处理延 时(如复用/解复用时间、在节点中的排队等)。 另一个经常用到的参数是端到端的延时(end-toend Delay),包含三部分。
8kHz
8
32kb/s、16kb/s甚 至4kb/s
2 高质量话音 50Hz~7kHz
2Fra Baidu bibliotekkHz
16
48~64kb/s
3
CD质量的音 乐
20kHz以内
44.1kHz
4
5.1声道立体 环绕声
3~20kHz
48kHz
16
192kb/s或128kb/s (MPEG-1压缩)
22
320kb/s(AC-3压 缩)
二、ATM服务类型和ATM适配层
1、ATM服务类型 ATM支持五种服务类型,这些服务类型的选择与网络的QoS 需求有关。
① CBR(Constant Bit Rate)服务:恒定比特率服务 特点:提供带宽固定、延时固定的服务,带宽由信源的峰值速率决定。 适用于:电话及恒定速率的实时媒体传输。 ② 实时VBR(Variable Bit Rate-RealTime)服务:实时的可变比特率
不同地区、城市和国家之间计算机通信的网络。 公共电话交换网(PSTN)
– PSTN是目前普及程度最高,成本最低的共用通信网络,在网络 互联中有广泛应用。
– 以电路交换为基础,通过呼叫在收发端建立起一个独占的、有固 定带宽的物理信道,路由固定、时延低、不存在延时抖动,对连 续媒体的同步和实时传输有利,
过程中保证满足这些指标
QoS服务
定性QoS服务
对QoS参数不知道具体指标,但 是网络对某些应用提供比另一些
应用更好的服务。
7.2.3 服务质量保障
3. 针对流和针对包类型的QoS服务
以服务对象来划分:
对某个应用产生的数据流提
针对流(per-flow)
供相同的QoS服务
QoS服务
对所有用户数据都根据某种
7.2.2 网络功能
1. 单向网络和双向网络
单向网络:信息传输只能沿一个方向进行的网络。 如:传统的有线电视(CATV)网
双向网络:支持两个终端之间相互传送信息的网络。 如:多媒体传输网络
分为:双向对称信道;双向不对称信道
2. 单播、多播和广播
单播(Unicast):点到点的通信 广播(Broadcast):网上一点向网上所有其他点传送信息 多播(Multicast)/组播:网上一点对网上多个指定点(同一个 工作组的成员)发送信息
7.3.2 面向连接方式和无连接方式
1. 面向连接的网络
两个终端之间必须先建立起网络连接,才能开始信息传输,在 信息传输结束后,终端还必须发出拆连请求,网络释放连接。
电路交换网络是面向连接的。
2. 无连接的网络
两个终端之间传送数据包并不需要实现得到网络的许可,网络 将每个数据包作为独立个体进行传递。
25
1.4Mb/s (MPEG-1压缩)
5
会议电视质量
352×288 10帧/s以上
128~384kb/s (H.261压缩)
(2)声音对网络带宽的要求 声音是另一种对带宽要求较高的媒体,可以将音
频的服务质量分为4个等级:
等级 名 称
带宽
取样频率
量化比 特数
压缩后数据率
1
电话质量话 音
300Hz~ 3400Hz
(4)会议控制 对发言权、共享设备和有关通信的控制。
7.5 分组交换广域网对多媒体信息传输的支持
7.5.1 帧中继(Frame Relay)FR
FR是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法, 是一种简化的帧交换技术,是面向连接的第二代数据传输 网络,通过“虚电路”将帧传送到目的地。
特点:具有较高吞吐量和较低延时,利用统计复用技 术动态向用户提供网络资源,提高了资源利用率,具有可 靠性高和灵活性强的特点。
第7章 多媒体传输网络
第7章 多媒体传输网络
学习目标
掌握多媒体通信对传输网络的要求
熟悉网络的类别(电路交换网络及分组交换网络)及特点 掌握电路交换广域网、分组交换广域网、IP网、无线网络 对多媒体信息传输的支持 了解下一代网络的相关知识
第7章 多媒体传输网络
7.1 概述 7.2 多媒体传输对网络的要求 7.3 网络类别 7.4 电路传输广域网对多媒体传
– 实现端到端数字连接,可以支持包括语音、数字、图像等多种多 媒体业务,用于较高质量的会议电视。
数字数据网(DDN)
– 采用时分复用技术,提供永久或半永久的电路交换连接,传输速 率n*64kb/s(n=1-32)。
– 传输通道对用户数据完全透明,延时低且固定、带宽宽,适用于 多媒体实时传输。
– DDN的服务对象仅限于大型用户。
资源独享
– 网络在建立通信时把一部分资源“物理地”划归给通信过程所 有,在通信结束之前,不把这部分资源分配给其他通信过程。
– 通信的QoS得到确定性保障。
7.4电路交换广域网对多媒体信息传输的支持
7.4.1 电路交换广域网
广域网(Wide-Area Network WAN) 一种用来实现不同地区局域网或城域网的互联,可以提供