第5章 广域网技术.ppt

《第5章 广域网技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章 广域网技术.ppt（111页珍藏版）》请在一课资料网上搜索。

1、第5章广域网技术广域网 WAN 是覆盖地理范围相对较广的数据通信网络 一般利用电信运营商提供的通信线路进行传输 形成地域广大的远程处理和局部处理相结合的计算机网络 实现局域资源共享与广域资源共享相结合 5 1广域网的概述5 1 1广域网的结构特点广域网一般由主机 Host 和通信子网 Communication 组成 其中主机有时也称作端系统 EndSystem 通信子网可简称为子网 Subnet 通信子网的作用是在主机与主机之间传送信息 主机主要负责数据处理 通过网络的通信 通信子网 和应用 主机 将复杂的网络结构分离开来 可简化整个网络系统的设计和分析 图5 1广域网的结构 在大多数广域网

2、中 通信子网主要由两个部件构成 即传输线和交换节点 传输线也可称为线路 Circuit 信道 Channel 或干线 Trunk 等 它主要用于计算机之间传送比特流交换节点也可叫做交换机 分组交换节点 中介系统或路由器 我们可以将它们统称为路由器 它主要用于连接两条或多条传输线 当数据沿输入线到达路由器后 路由器应为其选择适当的输出线 并将其转发出去 通信子网一般可由两类公用网络来充当 一类是有线公用网 如电话交换网 PSTN 分组交换数据网 X 25 帧中继 ISDN DDN等 另一类是无线网 如卫星和地面无线系统等 从层次上考虑 广域网和局域网的区别很大 因为局域网使用的协议主要在数据链路

3、层 还有少量物理层的内容 而广域网使用的协议在网络层 广域网的技术核心是路由选择 与覆盖范围较小的局域网相比 广域网的特点在于 1 覆盖范围广 可达数千公里甚至全球 2 广域网没有固定的拓扑结构 3 广域网通常使用高速光纤作为传输介质 4 局域网可以作为广域网的终端用户与广域网连接 5 广域网主干带宽大 但提供给单个终端用户的带宽小 6 数据传输距离远 往往要经过多个广域网设备转发 延时较长 7 广域网管理 维护困难 8 由电信部门或公司负责组建 管理和维护 并向全社会提供面向通信的有偿服务 流量统计和计费管理 5 1 2广域网与OSI参考模型与OSI RM七层参考模型相对照 广域网主要涉及到

4、OSI七层参考模型的物理层 数据链路层和网络层 图5 2广域网与OSI七层参考模型 5 1 3广域网的物理层实现1 物理层接口标准广域网的物理层描述了如何为广域网的服务进行电气 机械 运行和功能的连接 定义了DTE和DCE之间接口的连接标准 其接口标准主要有 1 EIA TIA 232 RS 232 2 EIA TIA 449 RS 449 3 X 21 4 V 35 5 G 703 G 704 6 HSSI 2 广域网设备广域网使用的设备有调制解调器 广域网交换机 ISDN终端适配器 ADSL终端适配器 访问服务器和信道服务单元 数据服务单元 CSU DSU 路由器 ATM交换机和多路复用器

5、等 1 调制解调器调制解调器 Modem 是用于转换数字信号和模拟信号的设备 它能使数据在音频电话线上进行传输 在源节点 数字信号被转换成可在模拟通信设施上传输的形式 而在目的节点 这些模拟信号被还原成数字形式 2 WAN交换机WAN交换机 WANSwitch 是一个用于电信公司的网络的多端口网络互连设备 它常用于交换诸如帧中继 X 25和SMDS等的信息流 主要运行在OSI RM的数据链路层 3 ISDN终端适配器ISDN终端适配器是将ISDN基本速率接口 BRI 连接到其他接口 如路由器上的EIA TIA 232 的一种通信设备 它实际也是一个ISDN调制解调器 但并不实际将模拟信号变为数

6、字信号 因此称为终端适配器 4 ADSL终端适配器在ADSL接入方案中 可以应用专用和通用的设备接入 例如采用以太网网络适配器 LAN交换机 宽带路由器等连接于小区的宽带信息插座上 目前 典型普通用户在单台PC上使用的ADSL终端适配器是DSL调制解调器和语音分离器组成的一种通信设备 它的本质就是一个调制解调器 5 访问服务器访问服务器 AccessServer 是拨入和拨出连接的汇聚点 访问服务器将拨出的连接汇聚到广域网上 6 信服服务单元 数据服务单元信道服务单元 ChannelServiceUnitCSU 数据服务单元 DataServiceUnit DSU 是一种数字接口设备 它使数据

7、终端设备 DTE 的物理接口可适应交换式公用电信网络上的数据连接设备 DCE CSU DSU也能为在这些设备之间进行通信提供信号时序 5 1 4广域网的寻址和局域网一样 各种类型的广域网都定义了精确的帧的格式 也存在物理寻址的问题 路由器根据接收到的帧的信息头中包含的地址信息和路由器自己存储的路由信息 决定帧的下一步转发 大多数广域网都采用分层寻址的方案 这种方法把地址分成多个部分 最简单的方法是分成两个部分 第一部分代表了路由器的地址 第二部分代表了连接在路由器上的计算机的地址 5 2公用电话交换网 PSTN 5 2 1PSTN的概述电话交换使用最普遍的是公共交换电话网 PublicSwit

8、chedTelephoneNetwork 简称PSTN 用户可以通过公共交换电话网打电话 也可以利用Modem进行数据通信 但严格地说 它不属于数据通信网的范畴 PSTN虽然不太适合用于数据通信 但由于出现较早 使用简单 相对廉价 在很长一段时间很多用户都是采用PSTN拨号上网方式 随着计算机网络飞速发展 目前这样一种上网方式已经使用很少 5 2 2PSTN的传输特性PSTN提供的是一个模拟的专有通道 通道之间经由若干个电话交换机连接而成 从OSI七层模型的角度来看 PSTN可以看成是物理层的一个简单的延伸 没有向用户提供流量控制 差错控制等服务 由于PSTN是一种电路交换的方式 所以一条通路

9、自建立直至释放 其全部带宽仅能被通路两端的设备使用 即使它们之间并没有任何数据需要传送 因此 这种电路交换的方式不能实现对网络带宽的充分利用 图5 3在PSTN中通过使用调制解调实现数据通信Modem支持56bkit s的传输速率 但该值是处于最佳状态时的理论临界值 实际上经过若干中间设备后 将会使吞吐量大打折扣 PSTN采用的时隙复用的电路的交换方式 交换机内一个时隙对应64bkit s的速率 因此只能实现64bkit s数据通信 更高速率的业务只有通过多条64bkit s连接进行数据通信 如PSTN向用户提供的租用专线服务 可通过基带Modem达到64bkit s的通信速率 5 3非对称数

10、字用户线路 ADSL 5 3 1ADSL概述 非对称数字用户线路 常称为ADSL 是AsymmetricDigitalSubscriberLine的简称 之所以ADSL为非对称的数字用户线路 是因为上行 从用户到ISP如电信提供商方向 如上传动作 和下行 从ISP提供商到用户的方向 如下载动作 速率不对称 即上行和下行的速率不相同 因此称为非对称数字用户线路 ADSL采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话 上行和下行三个相对独立的信道 从而避免了相互之间的干扰 因而ADSL能同时满足既能打电话也能上网的需求 可以提供512Kbps 2Mbps的上行信道和1 5 8Mbps的下行信道 传输距离

11、达3KM 5KM 5 3 2ADSL的实现ADSL系统主要由局端设备和客户端设备组成 其接入模式如图5 4所示 图5 4ADSL系统接入模式 局端由DSLAM接入平台 DSL局端语音分离器 数据汇聚设备 IPC 等组成 其中IPC为可选设备 语音分离器将线路上的音频信号送入电话交换机 高频数字调制信号送入DSL接入系统 DSLAM接入平台可以同时插入不同的DSL接入卡和网管卡等 局端卡将线路上的信号调整为数字信号 并提供数字传输接口 IPC可为DSL提供不同的广域网接口 如ATM 帧中继等 客户端设备由DSL调制解调器和语音分离器组成 调制解调器对用户的数据报进行调制和解调 并提供数据传输接口

12、 ADSL原理 网络基本结构 ADSL网络基本结构 互联网 电话交换网 PC ADSLModem 电话 DSLAM 高频数据信号 低频语音信号 用户侧 电话局侧 用户线路 DSLAM DSLAccessMultiplexer 分离器 分离器 从PC发出的数据是数字信号 经过Modem调制成高频模拟信号 再在分离器处与语音的低频信号混合 两路信号在同一信道中混合 如何在接收端分离出来 ADSL原理 信号频段的划分 ADSL信号频段的划分 5 4综合业务数字网 ISDN 5 4 1ISDN概述33331 ISDN的定义综合业务数字网 IntegratedServicesDigitalNetwork

13、 ISDN 产生于80年代 是一种国际标准 是基于单一通信网络的能提供包括语音 文字 数据 图像等综合业务的网络 ISDN使用电话载波线路进行拨号连接 在程控数字交换机内采用了数字交换技术 在交换机之间采用了数字中继 但在用户入网接口上仍然采用模拟话音信号传输 而ISDN提供端到端的数字连接 支持广泛的综合业务 为用户提供一组有限的标准及多用途用户网络接口 2 ISDN的特性从上述ISDN的定义中 可以看其所具有的三个基本特性 端到端的数字连接 综合的业务和标准的入网接口 1 端到端的数字连接 2 综合的业务 3 标准的入网接口 3 ISDN的技术基础 1 数字传输数字传输技术可以采用脉码调制

14、 PCM 差分脉码调制 DPCM 自适应差分脉调制 ADPCM 增量调制 M 等多种方式 2 数字交换数字交换系统由硬件共同组成 硬件包括控制系统 话路系统 输入 输出系统等处理机系统 软件包括操作系统 应用程序 用户数据及控制数据 交换网主要由时分交换和空分交换构成 3 公共信令公共信令利用一个公共信道传输多个其它信息的信令 4 同步网技术同步网向网内所有数字交换设备提供时钟同步控制信号 使它们的时钟频率保持相同的速度 5 4 2ISDN的接口及配置ISDN系统结构主要讨论用户和网络之间的接口 该接口也称为数字位管道 用户 网络接口是用户和ISDN交换系统之间通过比特流的 管道 无论数字位来

15、自数字电话 数字终端 数字传真还是任何其设备 它们都能通过接口双向传输 用户网络接口用比特流的时分和复用技术多个独立的通道 在接口规范中定义了比特流的确切格式及比特流的复用 CCITT定义了两种用户 网络接口的标准 它们是基本速率接口BRI BasicRateISDN 和一次群 基群 束率接口PRI PrimaryRateISDN 5 4 3宽带ISDN B ISDN 及其信息传送方式由窄带ISDN向宽带ISDN的发展 可分为三个阶段 第一阶段是进一步实现话音 数据和图象等业务的综合 它由三个独立的网构成初步综合的B ISDN 由ATM构成的宽带交换网实现话音 高速数据和活动图象的综合传输 第

16、二阶段的主要特征是B ISDN和用户 网络接口已经标准化 光纤已进入家庭 光交换技术已广泛应用 因此它能提供包括具有多频道的高清晰度电视HDTV HighDefinitionTelevition 在内的宽带业务 第三阶段的主要特征是在宽带ISDN中引入了智能管理网 由智能网控制中心来管理三个基本网 智能网也可称做智能宽带ISDN 其中可能引入智能电话 智能交换机及用于工程设计或故障检测与诊断的各种智能专家系统 目前B ISDN采用的传输模式主要有高速分组交换 高速电路交换 异步传输模式ATM和光交换方式四种 5 4 4ISDN的特点 1 端到端的数字连接 ISDN完全采用了数字传输和数字交换

17、2 综合业务 它能够支持包括数据 文字 语音 图像 小于2 048Mbit s 在内的各种综合业务 3 标准的入网接口 ISDN通过一个统一的用户网络接口 UNI 向用户提供服务 这个标准接口甚至可以采用一个ISDN号码连接多种终端设备 4 综合的网络功能 ISDN提供电话交换 分组交换和租用电话的功能 它有3种不同的信令 用户网络的接口信令 网络内部信令和用户信令 5 ISDN不用中继器中继信号时的传输距离为5500mm左右 因此 它只适用于广域网连接的本地部分 5 5数字数据网 DDN 5 5 1数字数据网DDN的概述数字数据网DDN DigitalDataNetwork 是利用数字信道传

18、输数据信号的数据传输网 是一种基于TDM 时分复用 的传输技术 它可以为用户提供一条独享的端到端的透明传输信道 用户可在该通道上加载所需的各种高层业务 如语音 IP ATM和帧中继等 由于DDN通道之间是完全隔离的 因此它具有很好的安全性 DDN设备结合用户终端设备可提供多种速率的用户专线通道业务 包括子速率 1 2kbps 2 4kbps 4 8kbps 9 6kbps Nx64kbps 及最高到2Mbps速率的DDN通道 在我国 DDN专线目前仍是提供数据服务的形式之一 5 5 2DDN的实现用户可以通过以下几种方式接入DDN 1 通过2线或4线Modem接入 这是一种在数据通信领域应用最

19、为广泛的方式 Modem一般在用户距DDN的接入点较远的情况下采用 这种方式分为频带Modem方式和基带Modem方式 前者采用模拟的线路传输 后者采用数字线路传输 基本模式如图5 5所示 由于采用了回波抵消技术 两线传输可以在一对线上传送双向数字信号 但传输质量受到影响 因此传输距离长 速率高情况下 应选择4线Modem 2 通过2B D速率 1 44kbit s 的数据终端单元 DTU 接入 在用户端放置DTU 利用2B D的基本速率接口接入DDN的端局 接入距离3 5km 采用2线全双工 为多个用户提供DDN接入 基本模式如图5 6所示 图5 62线全双工提供的DDN接入模式 用户可以通

20、过V 24 V 35 X 21接口和DTU相连 接口速率为2 4 128kbit s DTU属于DDN网络设备的一部分 3 通过用户集中设备接入 当用户比较集中时 可将多个低速用户通过复用器成高速数据流接入DDN 一种情况是几个低速用户 如多个2 4kbit s 9 6kbit s的用户可以通过复用器复用成64kbit s的速率 再经基带Modm接入DDN 多个64kbit s速率也可以通过基群复用器复用后 经PCM数字中继或模拟中继接入DDN DDN还提供一种小型复用器 它入在用户端 通过2048kbit s的速率与DDN接点相连 并经V 24 V 35 X 21接口和音频接口及低速用户终端

21、相连 它还可以直接向用户提供话音 传真业务 基本模式如图5 7所示 图5 7低速度用户通过复用器复用成高速数据流接入DDN 5 5 3DDN的应用QuidwayR23 36系列模块化路由器支持的DDN功能模块有4SA等 SA 同 异步串口 模块支持同步和异步两种工作方式 其主要功能是完成同 异步串行数据流的收发及处理 SA模块一般外接Modem 用作拨号使用 此时需要设置合适的波特率 同步串口既可以工作在DTE方式下 也可以工作在DCE方式下 直接相连的两个设备合适的波特率 同步串口既可以工作在DTE方式下 也可以工作在DCE方式下 直接相连的两个设备应分别工作在DTE和DCE方式 由DCE侧

22、设备提供同步时钟并指定通信速率 DTE设备则接受同步时钟 并根据指定波特率通信 路由器一般作为DTE侧设备使用 和路由器相连的设备类型具体是DTE还是DCE要参照随机手册来确定 5 6X 25分组交换网 5 6 1X 25网络的概述公用分组交换网诞生于20世纪70年代 它是一个数据通信为目标的公用数据网 PDN 在PDN内 各节点由交换机组成 交换机间用存储转发的方式交换分组 1 能接入不同类型的用户设备 2 可靠性较高 3 多路复用 4 流量控制和拥塞控制 5 点对协议 5 6 2X 25协议的层次结构X 25协议出现在OSI七层参考模型之前 但是ITU T规范定义了在DTE和DCE之间的分

23、层的通信 与OSI模型的前三层对应关系如图5 8所示 图5 8X 25通信层与OSI模型的比较 X 25定义了低3层协议 物理层 数据链路层和分组层 即网络层 协议 这3层协议功能恰好是通信子网的全部功能 从第1层到第3层 数据传送的单位分别是比特 帧和分组 1 物理层定义了二进制比特流传送的机械 电气功能和操作规程等特性 2 数据链路层X 25的第2层等价于OSI模型的数据链路层的MAC子层 3 分组层第3层类似于OSI的网络层 它规范了DTE和DCE之间进行信息交换的分组格式 以及采用分组交换的方法 在一条逻辑信道上对分组流量 分组传送差错执行是独立的控制 分组协议的主要内容有 描述了DT

24、E DCE接口 虚电路规程 数据报规程 分组格式 用户自选业务的规程与格式 DTE DCE接口状态变化等 X 25的层次关系 LAPB帧 X 25分组 分组层 网络层 数据链路层 用户数据 用户数据 X 25首部 LAPB首部 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 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

25、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 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 7帧中继FR5 7 1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 FrameRelay 就是一种支持高速交换的网络体系结构 帧中继在许多方面非常类似于X 25 被称为第二代的X 25 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

26、结点对分组的处理能力也就增大了 帧中继减少结点处理时间 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

27、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 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 帧中继网 帧中继交换机 路由器 局域网 局域网 虚电路 路由器 帧中继提供虚电路服务 帧中继网 路由器 局域网 局域网 虚电路 路由器 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 帧中继网 路由器 局域网 局域网 虚电

28、路 路由器 帧中继网络的工作过程 路由器就剥去MAC帧的首部 将IP数据报交给路由器的网络层 网络层再将IP数据报传给帧中继接口卡 帧中继接口卡把IP数据报封装到帧中继帧的信息字段 加上帧中继帧的首部 包括帧中继的标志字段和地址字段 帧中继帧的标志字段和PPP帧的一样 进行CRC检验后 加上帧中继帧的尾部 包含帧检验序列字段和标志字段 就构成了帧中继帧 IP数据报 帧中继网 路由器 局域网 局域网 虚电路 路由器 帧中继网络的工作过程 为了区分开不同的永久虚电路PVC 每一条PVC的两个端点都各有一个数据链路连接标识符DLCI DCLI是DataLinkConnectionIdentifier

29、 帧中继网络的工作过程 帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机 帧中继交换机收到帧中继帧就按地址字段中的虚电路号转发帧 若检查出有差错则丢弃 帧中继网络的工作过程 当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时 终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部 加上局域网的首部和尾部 交付给连接在此局域网上的目的主机 5 5 2帧中继的帧格式 IP数据报 标志字段是一个01111110的比特序列 用于指示帧中继帧的起始和结束 它的惟一性是通过比特填充法来确保的 帧中继的帧格式 IP数据报 信息字段是长度可变的用户数据 帧中继的帧格式 IP数据报 帧检验序列字段是2字节的C

30、RC检验 当检测出差错时 就将此帧丢弃 帧中继的帧格式 IP数据报 地址字段一般为2字节 但也可扩展为3或4字节 帧中继具有如下特点 1 帧中继只能完成OSI RM中物理层和数据链路层的功能 将流量控制和纠错等功能交给智能终端去完成 从而大大简化了节点间的协议 提高了传输速率 减少了网络延时 2 帧中继采用了虚电路技术 能充分利用网络资源 因而帧中继具有吞吐量大 适合突发性业务等特点 3 有统一的国际标准 易于互联和兼容 且帧中继网络与协议无关 5 8异步传递方式ATM在ITU T的I 321建议中定义了B ISDN协议参考模型 如图5 12所示 它包括三个面 用户面 控制面和管理面 而在每个

31、面中又是分层的 分为物理层 ATM层 AAL层和高层 协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能 用户平面 采用分层结构 提供用户信息流的传送 同时也具有一定的控制功能 如流量控制 差错控制等 控制平面 采用分层结构 完成呼叫控制和连接控制功能 利用信令进行呼叫和连接的建立 监视和释放 管理平面 包括层管理和面管理 其中层管理采用分层结构 完成各协议层实体的资源和参数相关的管理功能 图5 12ATM协议参考模型 2 物理层ATM异步传输模式 AsynchronousTransferMode 在最初的ATM标准中 主速率为155 52Mbps 另外还有一个4倍于它的速率 622 08Mbps 选择

32、此速率是为了和SONET兼容 SONET是电话系统中用于光纤线路的分帧标准 基于T3 44 736Mbps 和FDDI 100Mbps 上的ATM也已出现 ATM的传输介质常常是光纤 但是100m以内的同轴电缆或5类双绞线也是可以的 ATM的物理层包括两个子层 即物理介质子层 PM 和传输会聚 TC 子层 其中物理介质层提供比特传输能力 对比特定时和线路编码等方面作出了规定 并针对所采用的物理介质 如光纤 同轴电缆 双绞线等 定义其相应的特性 传输会聚了处理帧的生成 帧的适应 信元描述 头部错误控制和信元速率分离 帧生成功能将由发送装置跨PM子层送来的数据提供给ATM层 然后分成信元 在接收端

33、 TC子层接收信元形式的数据并将其分离以便重新组成数据帧 在将数据交给PM子层之前检查头部错误 再由PM子层跨UNI将数据传递给最终用户装置 1 信元传输第一步是进行头部的校验和 每个信元都有一个5字节的头部 头部中包括4个字节的虚抉电路及控制信息和1字节的校验和 校验和只包括了前4个头部字节 而不占用有效载荷字节 它是由32个头部位除以多项式X8 X2 X 1后 所得的余数构成的 校验和加上常数01010101 做出只校验头部的决定 是为了减少由于头部错误 而造成不正确传递信元的可能 一旦产生出HEC 并插入信元头部 那么此信元就作好了发送准备 使用同步方式 信元就必须按照事先确定的时间节拍

34、发送 在接收方 空闲信元在TC子层中进行处理 但OAM信元交给了ATM层 TC子层的另一项重要任务是 如果有的话 针对从事传输的系统 产生成帧信息 2 信元接收在输出处 TC子层的工作是取得一系列信元 在每个信元上增加一个HEC 把此结果转变成比特流 并通过加入OAM信元 将比特流匹配为进行物理传输系统的速率 在输入处 TC层准确地进行逆变换 它取来到达的比特流 设定信元边界 确定信元头 丢弃拥有不合法头部的信元 处理OAM信元 并把数据信元上传给ATM层 3 ATM层ATM层处理从源端到目的端移动的信元 在ATM交换机中的确包含了路由选择算法和协议 它也处理全局寻址问题 因此从功能上说 AT

35、M层发挥着和OSI模型中网络层相同的功能 ATM层具有网络层协议的功能 端到端虚电路连接 交换 路由选择 对于面向连接的协议来说 ATM层是不同寻常的 因为它不提供任何确认 但ATM层仍然提供了强有力的保障 沿着一条虚电路发送的信元将永远不会失去顺序 如果阻塞发生了 允许ATM子网丢弃信元 但是在任何情况下 它都不能对在一条单独的虚电路中传递的信元重新排序 然而 对于在不同的虚电路中传递的信元并没有提供顺序上的保障 在ATM层 有两个接口是非常重要的 即用户 网络接口UNI User Net workInterface 和网络 网络接口NNI Network NetworkInterface

36、前者定义了主机和ATM网络之间的边界 后者应用于两台ATM交换机之间 信元传输是最后左边的字节优先 在一个字节内部是最左边的比较优先 从技术上讲 连接建立并不是ATM层的一部分 而是由控制平台使用的一个高度复杂的叫做Q 2931 Stiller 1995 的ITU协议来处理的 然而 逻辑上处理建立网络层连接的地点是网络层 并且类似的网络层协议都是在这里进行连接建立的 因此我们在这里讨论它 用于连接建立和连接释放的消息如表5 1所示 表5 1用于连接建立和连接释放的消息 ATM网络允许建立多点播送通道 一个多点播送通道有一个发送者和多于一个的接收者 它们是通过如下方法建立起来的 用通常的方法在源

37、端和目的端之间建立一条链接 接着发送ADDPARTY消息把第二个目的端连接到前一个呼叫返回的虚电路上去 接下来就可以发送其余的ADDPARTY来增加目的端的个数了 ATM有3种地址格式 第1字节指明该地址是3种地址模式中的哪一种 第1种有20字节长 是基于OSI地址格式的 其中第2和第3字节指明国家 第4字节给出了基地地址部分的格式 其他的字节包括3字节指明权限 2字节指明域 domain 1字节指明区域 还有6字节的地址 以及其他一些信息项 在第2种地址格式中 第2和第3字节指定一个国际组织 而不是国家 地址的其余部分和格式与第1种相同 另一种是旧的使用15位十进制数的ISDN电话号码 CC

38、ITTE 164 作为地址的格式 4 ATM适配层ATM层连续输出53字节的信元 信元中没有差错控制 没有流量控制以及其他种类的控制 不能很好地满足多数应用的要求 为了弥补这一不足 在建议I 363中 ITU在ATM层之上定义了一个端到端的层 这一层称为ATM适配层AAL ATMAdaptationLayer AAL的目标是向应用提供有用的服务 并将它们与发送端 方 将数据分割为信元 在接收端 方 将信元重新组织为数据的机制隔离开来 1 AAL1AAL1是用于A类传输的协议 A类传输是指实时的 恒定比特率的 面向连接的传输 例如非压缩的音频和视频数据 输入的是比特流 不存在报文分界 对于这种传

39、输 并没有使用错误检测协议 因为超时和重发机制引入的延迟是不能接受的 但是 丢失信元时会通知应用程序 由它采用措施 如果可能的话 来进行弥补 AAL1使用一个会聚子层和SAR子层 会聚子层检测丢失和误入的信元 平缓输入的数据速率从而以恒定的速度发送信元 最后 会聚子层将输入的报文或比特流分解为46字节或47字节的单元 然后交给SAR子层处理 在另一端 接收方 它取出这些数据单元 重组为原始的输入 2 AAL2AAL1是针对简单的 面向连接的 实时数据流而设计的 除了具有对丢失和误入信元的检测机制外 它没有错误检测功能 对于单纯的未经压缩的音频或视频数据 或者其中偶尔有一些较重要的位的其他任何数

40、据都没有什么问题 AAL1就已经足够了 对于压缩的音频或视频数据 数据传输速率随时间会有很大的变化 例如 很多压缩方案在传送视频数据时 先周期性地送完整的视频和数据 然后只发送相邻顺序帧之间的差别 最后再发送完整的一帧 当镜头静止不动并且没有东西发生移动时 则差别帧很小 其次 必须要保留报文分界 以便能区分出下一个满帧的开始位置 甚至在出现丢失信元或坏数据时也是如此 由于这些原因 需要一种过错完善的协议 AAL2就是针对这一目的而设计的 3 AAL3 4开始时 ITU为服务类C和D制定了不同的协议 服务类C和D分别是对数据丢失或出错敏感 但不具有实时性的面向连接和非连接的数据传输服务类 后来I

41、TU发现没有必要指定两套协议 于是便将它们合二为一 形成了一个单独的协议 即AAL3 4 AAL3 4可以按两种模式进行操作 即流和报文 在流模式中不保留报文分界信息 在每种模式中都可能出现可靠的传输和不可靠 即不保证可靠性 的传输 AAL3 4具有一个其他协议中没有的性能 支持多路复用 AAL3 4的这一功能允许来自于一台主机的多个会话 如远程登录 沿着同一条虚电路传输并在目的端分离出来 使用一条虚电路的所有会话得到相同质量的服务 因为这是由虚电路本身性质所决定的 4 AAL5从AAL1到AAL3 4协议主要是由电信工业设计的并被ITU标准化 它没有太多地考虑计算机工业的要求 由于两个协议层

42、所导致的复杂性及低效性 在加上校验和字段十分短 仅10位 使一些研究人员萌生了一个制订新的适配层协议的念头 该协议被称为简单有效的适配层SEAL SimpleEfficientAdaptationLayer 经过论证 ATM论坛接受了SEAL 并为它起名叫AAL5 AAL5向其应用程序提供了几种服务 一种选择是可靠服务 即采用流控机制来保证传输 以防过线 另一种选择是不可靠服务 即不提供数据传输保证措施 通过选项使校验错的信元或者丢失或者传送给应用程序 但被标识为坏信元 AAL5支持点到点方式和多点播送方式的传输 但多点播方式末提供数据传输的保证措施 5 ATM中服务类型ATM定义的服务类别包

43、括CBR VBR ABR UBR GFR 1 恒定比特率CBR ConstantBitRate CBR没有差错校验 没有流量控制 也没有其余的处理 2 可变比特率VBR VariableBitRate VBR被划分为两个子组别 分别是为实时传输和非时传输而设立的 3 可用比特率ABR AvailableBitRate ABR是为带宽范围已大体积知道的突发信息传输而设计的 4 未指定比特率UBR UnspecifiedBitRate UBR不做任何承诺 对拥塞也没有反馈 这种类型很适合于发送IP数据报 5 保证的帧速率GFR GuaranteedFrameRate GFR用于支持那种需要小速率保

44、证以及可从动态地接入附加带宽中获得好处的非实时应用 GFR服务保证基于AAL5协议数据单元的 在网络阻塞期间 GFR试图丢弃整个帧 而不是帧片段的信元 各种ATM服务类型的特性比较如表5 2所示 表5 2各种ATM服务类型的特征 5 9点对点协议PPP5 9 1点对点协议PPP的概述点对点协议 Point to PointProtocol PPP 是由IETF InternetEngineeringTaskForce 定义的 用来取代串行IP SeriesLineInternetProtocol SLIP 其特点是支持多种协议 有错误检测和链路管理等功能 PPP提供了在串行点对点链路上传输数据

45、报的方法 它包括以下3个主要部分 1 在串行链路上封装数据报的方法 PPP采用高级链路控制 HDLC 协议作为在点对点的链路上封装数据报的基本方法 2 可扩展的链路控制协议 LCP 用来建立 配置和测试数据链路 3 网络控制协议族 NetworkControlProtocols NCP 用来建立和配置不同的网络层协议 PPP允许同时采用多种网络层协议 SynchronousorAsynchronousPhysicalMedia LinkControlProtocol Authentication otheroptions NetworkControlProtocol PPP DataLinkL

46、ayer PhysicalLayer NetworkLayer IPCP IPXCP ManyOthers IP IPX Layer3Protocols PPP协议栈 PPP Adatalinkwithnetwork layerservices 5 9 2 标准PPP的帧模式PPP的帧格式如图5 13所示 PPP帧中各字段的意义如下 1 标志字段 Flag 长度1字节 指示一个帧的开始或结束 该字段值包含二进制数01111110 2 地址字段 Address 长度为1字节 该字段值包含二进制数11111111 是标准的广播地址 PPP不指定单个工作站的地址 3 控制字段 Control 长度为

47、1字节 该字段值包含二进制数00000011 表示用户数据采用无序帧方式传输 4 协议字段 Protocol 长度为2字节 用于表示封装的帧的信息字段中的协议类型 5 数据字段 Data 长度为零或多个字节 最大帧的默认值是1500字节 它包含符合协议中指定协议的数据报 6 帧检测序列 FrameCheckSequence FCS 一般为2字节 在优先级约定中 可以使用4字节来提高错误检测能力 5 9 3PPP的协议议族PPP最初是作为在点对点链路上进行IP通信的封装协出现的 它定义了IP地址的分配和管理 异步 起 止 和面向比特的同步封装 网络协议复用 链路配置 链路质量测试和错误检测等标准

48、 以及网络层地址协议和数据压缩协议等可选协议标准 PPP通过可扩展的链路控制协议 LCP 和网络控制协议 NCP 族来实现上述功能 达到配置可选参数和设备的目的 除了支持IP外 PPP还支持其他协议 如Novell的网间数据分组交换协议 IPX 和DECnet等 PPP的协议族包含以下几个协议 1 链路控制协议 LinkControlProtocol LCP PPP的LCP提供了建立 配置 维护和终止点对点连接的方法 LCP的过程按以下4个阶段进行 链路的建立和配置协调 在网络层数据报 如IP 交换前 LCP首先必须打开连接 并协调配置参数 完成一个配置确认帧的发送和接收后 第一阶段才算完成

49、链路质量检测 在链路建立 配置协调之后 LCP允许一个可选的链路质量检测阶段 在这一阶段 通过链路的检测来决定链路是否满足网络层协议的要求 这一阶段是可选的 LCP可以延迟网络层协议信息的传输 直到这一阶段完成 网络层协议配置阶段 在LCP完成链路质量检测后 网络层协议通过适当的NCF进行单独的配置 而且可以在任何时刻激活和关闭 关闭链路 LCP可以在任何时刻关闭链路 但多数关闭是因用户的要求或者发生物理故障 如载波丢失或空闲时间超长而造成的 2 IP控制协议 IPControlProtocol IPCP 负责点对点链路通信双方的IP模块的配置 使用和禁止 并且还负责通信双方IP地址的协商 它

50、与LCP的分组交换机制相同 但只有在PPP链路建立起来之后 才能进行IPCP分组交流 3 口令授权协议 PasswordAuthenticationProtocol PAP PAP利用双向的握手信号建立通信双方的认证 口令授权协议由发起连接的一端反复向认证端发送用户名 口令对 直到认证端响应 以验证确认信息或者拒绝信息 4 询问握手授权协议 Challenge HandshakeAuthenticationProtocol CHAP 询问握手授权协议利用3次握手周期性地检验对方身份 这一过程在初始链路建立之后完成 而且在以后任何时候都可以再次进行 链路建之后 授权者向对方发送一个询问消息 对方