常见广域网简介

1.4.3　常见广域网简介

一、ISDN技术

为用户提供大范围数字服务的最早方式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。

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信，并不是直接符合开放数据网络模型。通过公共的接口访问电路业务、包交换业务、非双绞线点对点业务、呼叫控制业务，如图1-29所示。

图1-29　ISDN结构

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64kb/s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16kb/s或者64kb/s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384kb/s、1 536kb/s或者1 920kb/s信道，它的用途和B信道相似，不同的是用于高速率的业务。

ISDN标准指定了基本速率接口（BRI）和主要速率接口（PRI）。基本访问速率是2B+D，包括两个完全的B信道和一个D信道。主要访问速率在欧洲是30B+D，而在美国、日本、加拿大是23B+D。

23个B通道每个都是64kb/s，加上一个64kb/s的D通道总共是1.536Mb/s。另外，PRI服务本身使用了8kb/s的开销，因此需要一个有1.544Mb/s的数字管道。从概念上说，PRI服务像一个大管道，由24个小管道组成，其中23个是B信道，一个是D信道，在管道中剩下的空间运载操作所需要的开销比特。

23个B信道和一个D信道给出了一个PRI所能包含的最大信道数。换句话说，一个PRI可以支持多达23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。

PRI的1.544Mb/s可以用很多种方式加以划分，来满足许多用户的需要。例如，一个LAN使用PRI连接到其他LAN上，它可以用所有1.544Mb/s来发送一个1.544Mb/s的信号。其他应用可以使用64kb/s的B信道的其他组合。ISDN数字管道的1.544Mb/s与北美DS-1电话服务的T-1线路相同。这种相似并不是巧合：PRI设计时就是考虑了与T-1的兼容性。

在欧洲，PRI包括了30个B信道和2个D信道道，总共容量是2.048Mb/s，是E-1线路的容量。对于更加专业的传输需要，PRI标准也支持其他的信道组合。

二、帧中继FR技术

1．帧中继

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。其他附加的标准于1990年、1992年及1993年通过，以适应帧中继的发展需要。起初，帧中继的最常见的实施速度为56kb/s和2Mb/s，但目前在DS-3链路上帧中继的速度可高达45Mb/s。

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。在帧中继中，DTE（数字终端设备）可以是路由器、网桥或连接在DCE（数字通信设备）上的计算机，其中DCE是连接到帧中继WAN上的一种网络设备，帧中继使用帧中继拆装器（FRAD）来进行包转换，而FRAD通常就是路由器、交换机或底盘集线器中的一个模块，如图1-30所示。

图1-30　帧中继

2．帧格式

帧中继的帧格式和HDLC的帧格式非常类似，两者最重要的区别是帧中继的帧格式中没有控制字段，如图1-31所示。

标志：指示帧的开始。

地址：长度可变，为2～4个字节。

数据：包含用户在帧中继上传输的数据。

FCS：用于基本的差错检验。

标志：指示帧的结束。

图1-31　帧中继帧格式

地址域包含的是数据链路连接标识符（DLCI），用于标识传输该帧所用的虚拟连接。为了对基本的帧信息进行补充，在帧的数据部分可以包含几个局部管理接口（LMI）扩展。其中的一个扩展针对的是虚拟连接状态报文，可以在使用PVC（永久虚电路）的时候包含在每一个帧中。该扩展可帮助实现DTE和DCE之间的同步通信，确保在数据被发送之前存在一条完整的连接。

三、ATM技术

1．ATM的基本特点

异步传输模式（ATM）是在分组交换技术上发展起来的一种快速分组交换，它吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点，并且和分组交换、帧中继一样都可以实现对网络资源的按需分配。我们将这种交换称为信元交换。ATM由国际电信联盟ITU在1991年正式确定为B-ISDN的传送方式。值得说明的是，N-ISDN采用的交换技术是同步传输模式（STM），而B-ISDN采用的交换技术则是基于异步时分复用的信元交换。

ATM采用类似分组交换中的信息封装方式，将信息分解、包装在一个个小的固定长度的信息分组中，从而具有灵活的分配带宽、高效的复用等特点。ATM使用了虚电路概念，即每个信元中都含有虚电路标志，带有相同标志的信元属于同一个虚电路，这些信元将得到相同的处理并按先后顺序在ATM网络中传送。ATM最重要的特点是能适用于一般电路交换和分组交换都不能胜任的高速宽带信息业务，它可适应范围宽广的可变速率，终端产生的数据比特流可以是突发式的，也可以是连续的。ATM定义了两种标准，一种是端系统接口基本标准为155.52Mb/s的SDH接口，另一种是622Mb/s。

2．ATM的虚电路和虚路径

ATM采用分组交换中的统计复用，以期达到较高的资源利用率和实现灵活的多速率与变速率的复用。在同一物理传输线路上的复用依靠信元中的不同的虚路径标识符VPI（Virtual Path Identifier）和虚电路标识符VCI（Virtual Channel Identifier）来区分。

图1-32　ATM中的物理链路、虚电路和虚路径

虚路径和虚电路都是指一个单向的ATM信元传输信道。不过，一条虚路径中包含有多条虚电路，所有这些虚电路有相同的标识符（即VPI）。同样，在一条物理链路中，可以有许多虚路径。一条物理链路中的虚电路，由其VPI和VCI共同确定。不同的VPI、VCI的信元属于不同的虚连接（Virtual Connect），有不同的逻辑路由和连接。在复用之后，各路由的信元之间没有固定的关系。这样，ATM中就把虚连接分为虚路径和虚电路两个层次，其优点在于：通过预定义虚路径，可以构造虚拟专用网VPN，保证在同一个VPN中的数据的保密性；其次，使用虚路径还可以简化网络管理。

虚路径和虚电路都是单向的，不过在建立连接时，可以同时建立起一对正向和反向的通道，形成一个双工信道。两个方向上的VPI和VCI值是不一样的，其带宽也可以是不相同的。因为，在许多情况下（如视频点播VOD等应用），需要下载的图像信号量远远大于上行的控制信号。

3．ATM信元格式

ATM信元的长度固定为53字节。信元格式分为两部分，前5个字节称为信元头部，记载ATM层中各种标识和控制信息，后面48个字节称为信息域，它承载上一层协议的信息，并在ATM层透明地传输。

ITU-T在B-ISDN网中定义了两种信元，即用户网络接口UNI（User Network Interface）和网络节点接口NNI（Network Node Interface）信元，如图1-33所示。

图1-33　ATM信元头部的结构

信元头部主要用来标明在异步时分复用上属于同一虚电路的信元，并完成适当的选路功能。具体来说，其中包括这样一些内容，即：一般流量控制（GFC）；虚路径标识符（VPI）；虚电路标识符（VCI）；净荷类型（PT）；信元丢失优先等级（CLP）；差错控制（HEC）。

4．ATM参考模型

ATM的参考模型如图1-34所示，它由用户平面、控制平面和管理平面组成，其中用户平面和控制平面又各分为四层，即物理层、ATM层、ATM适配层和AAL高层。但是，ATM协议的制定并没有完全遵守协议分层的原则，因为实际上物理层、ATM层和AAL层都分别利用信元头部的某些字段来实现自己的功能。在信元头部中，除了差错控制字节HEC由物理层使用外，其他的字段都是由ATM层来处理的。

四、SONET/SDH技术

随着人们对带宽需要的不断增加，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和欧洲的ITU-T分别提出了自己的标准：SONET（Synchronous Optical Network，ANSI标准）和SDH（Synchronous Digital Hierarchy，ITU标准）。这两种技术几乎完全相同。

图1-34　ATM参考模型

它将比特流压缩成光学信号，在光纤上传播。SONET的高速和它所传递的帧格式决定了它可以支持灵活的传输业务。SONET标准规定了帧格式以及光学符号的特性。SONET标准是由Bellcore和电信工业解决方案联盟（ATIS）开发的，在1984年提交给ANSI，成为一个开放的、灵活的和廉价的光纤传输标准。在1986年，ITU-T开始开发类SONET的传输和速度建议，但是最终形成的标准却叫做同步数字序列（SDH），该标准主要在欧洲使用。现在，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，如图1-35所示。

图1-35　SONET的带宽

五、微波通信技术

微波（microwave）通信通常是指利用在1GHz范围内的电波来进行通信。高频的微波和低频的无线电波不同，它的一个重要特性是沿直线传播，而不会向各方向扩散，因此需要视线传播的传送和接收设备。视线传播的信号所覆盖的范围很大程度依赖于天线的高度：天线越高、信号传播距离越远。从高处发送使信号在被地球表面挡住之前可以传播得更远，并使信号避开了例如小山丘和高建筑等等可能阻碍传输的障碍物，典型做法是将天线安装在塔顶，而塔又建立在山顶上，如图1-36所示。

微波通信一次只能向一个方向传播，因此对于类似电话交谈这种双向传输来说就需要两种频率。每种频率用于一个方向上的传输。每种频率的信号都要有自己的发送器和接收器。为延长地面微波传输的距离，每个天线上都可以安装一个转发器系统。天线接收的信号可以重新转换成可发送的形式并转发到下一个天线，如图1-36所示。根据信号频率的不同和天线安装环境的不同，转发器之间的距离要求也不同。使用转发器的地面微波系统为当代的全球电话系统提供了基础。

图1-36　微波通信

六、卫星通信技术

卫星通信实质上是微波通信的一种。卫星系统提供广泛的语音、数据和广播服务，通常是全球的，与固定节点一样覆盖高移动性的用户。它们与蜂窝系统有同样的基本结构，不同的只是它的基站是围绕地球轨道运行的卫星。

根据轨道与地球的距离可将卫星分为三类：

近地轨道（LEO），500~2 000km；

中高轨道（MEO），约10 000km；

地球同步轨道（GEO），约35 800km。

地球同步卫星具有很大的覆盖区域，不随时间的变化而变化，这是因为地球与卫星轨道是同步的。轨道低的卫星其覆盖范围也小，而且覆盖范围会随着时间变化而变化，因而对固定用户或固定点服务需要卫星传递。

由于地球同步卫星的覆盖范围如此之大，所以只需要少数几颗卫星就可达到全球覆盖。实际上，只要在赤道上空22 300英里的高空上放置三颗同步卫星，就能够覆盖几乎整个地球表面。然而地球同步系统在双向通信上存在缺点。因为需要很大的功率才能将信号送达卫星，所以手持设备一般都体积较大。此外，在同卫星的双向语音通信中，会产生较大的传播往返延迟。

因为地球同步卫星具有巨大的单元，一个卫星会覆盖地球上很大的区域。相对于蜂窝系统，卫星的单元是很大的，因而这些系统的特点是容量小、开销大以及数据速率低，小于10kb/s。