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第二章 广域网通信网
一、公共交换电话网（PSTN）
英文全称Public Switched Telephone Network
由3部分组成：本地回路、干线和交换机
干线和交换机采用数字传输和交换技术
本地回路采用模拟线路
两台计算机通过PSTN传输数据时，中间必须经过双方Modem实现计算机数字信号与模拟信号的相互转换。
1.电话系统结构
2.本地回路
终端（DTE）----接口电缆----Modem（DCE）----传输线路----Modem（DCE）----接口电缆----主机
CCITT所述的与DTE/DCE设备之间通信有关的技术特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 机械特性 | 在微机的RS-232串行接口上大多使用9针连接器 |
| 电气特性 | RS-232-C采用V.28标准电路，信号源产生3~15V的信号，±3V之间是信号电平过渡区，宁外两种常用的电气特性标准是V.10和V.11 |
| 功能特性 | RS-232-C采用的功能标准是V.24。V.24为DTE/DCE接口定义了44条连线，为DTE/DCE定义了12条连线。ACE为自动呼叫设备。按照V.24的命令方法，DTE/DCE连线用"1"开头的三位数字命名；DTE/DCE连线用"2"开头的三位数字命名 |
| 过程特性 | 规定了使用接口先实现数据传输的操作过程。 |
3.调制解调器（Modem）
由电源、发送电路和接收电路组成。
发送电路=调制器+放大器+滤波+整形+信号控制电路
发送电路功能是：数字脉冲->已调整的模拟信号
接收电路功能是：模拟信号->计算机接收的数字脉冲
以前的低速Modem采用调频技术。
后来的Modem采用四进制调相技术，也有Modem采用差分相移键控DPSK技术。
符合CCITT V.29建议Modem以9600b/s的速率进行全双工或半双工传输，并且用正交幅度调制QAM技术。
符合CCITT V.32建议Modem使用网格编码调制TCM技术。
符合CCITT V.33建议Modem对6比特进行幅度相位编码，再增加一个冗余位，形成7比特网络编码。
符合CCITT V.90建议Modem速率可达到56Kb/s。采用非对称的工作的方式。
二、X.25公用数据网
也称为X.25分组交换网
1.CCITT X.21标准
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 机械特性 | X.21的机械采用15针连接器。 |
| 电气特性 | X.21采用X.26和X.27规定的两种接口电路。在DTE的接口只能采用V.27规定的平衡电气特性；在DCE的接口，对于超过9600b/s(48000b/s)的速率只能采用平衡电气特性，4种低速率（600、2400、4800、9600b/s）则可以选择平衡的或不平衡电气特性。 |
| 功能特性 | X.21的接口线比RS-232-C大为减少。通过对功能进行编码，在少量电路上传输代表各种功能的字符来建立对公共数据网的连接。 |
| 过程特性 | 如图。 |
2.流量控制
是一种协调发送站和接收站工作步调的技术，其目的是避免发送速度过快使得接收站来不及处理而丢失的数据。
（1）等停协议
不送回应答，会一直（死）等
由于是半双工所以传播延迟要 × 2
E
（
线
路
利
用
率
）
=
t
f
（
一
帧
时
）
2
t
p
（
传
播
延
迟
）
+
t
f
(
一
帧
时
)
E（线路利用率）=\frac{t_{f}（一帧时）}{2t_{p}（传播延迟）+t_{f}(一帧时)}
E（线路利用率）=2tp（传播延迟）+tf(一帧时)tf（一帧时）
一帧时：发送一帧的时间
令 a = t f （ 一 帧 时 ） t p （ 传 播 延 迟 ） a=\frac{t_{f}（一帧时）}{t_{p}（传播延迟）} a=tp（传播延迟）tf（一帧时）
同时 a = d ( 线 路 长 度 ) / v ( 信 号 传 播 速 率 ) L ( 帧 长 ) / R ( 数 据 速 率 ) = R ( 数 据 速 率 ) d ( 线 路 长 度 ) L ( 帧 长 ) v ( 信 号 传 播 速 率 ) a=\frac{d(线路长度)/v(信号传播速率)}{L(帧长)/R(数据速率)}=\frac{R(数据速率)d(线路长度)}{L(帧长)v(信号传播速率)} a=L(帧长)/R(数据速率)d(线路长度)/v(信号传播速率)=L(帧长)v(信号传播速率)R(数据速率)d(线路长度)
（2）滑动窗口协议
发送端未无需确定应答，持续发送多个帧
接收端接收到帧后，会给出应答，并将窗口滑倒i~W-i+1的位置
E
（
滑
动
窗
口
的
效
率
）
=
W
(
窗
口
大
小
)
∗
t
f
（
一
帧
时
）
2
t
p
（
传
播
延
迟
）
+
t
f
(
一
帧
时
)
E（滑动窗口的效率）=\frac{W(窗口大小) * t_{f}（一帧时）}{2t_{p}（传播延迟）+t_{f}(一帧时)}
E（滑动窗口的效率）=2tp（传播延迟）+tf(一帧时)W(窗口大小)∗tf（一帧时）
可以用线路利用率*W(窗口大小)来记忆
（3）差错控制
利用差错检测技术自动地对丢失帧和错误帧请求重发的技术叫作ARQ技术
1）等停ARQ协议
等停协议+自动请求重发技术
2）连续ARQ协议
滑动窗口+自动请求重发技术
连续ARQ技术又分：重发ARQ协议和退后N帧ARQ协议
采用ARQ技术时，窗口最大值为帧编号数的一半 W 发 = W 收 ≤ 2 k − 1 W_{发}=W_{收}≤2k-1 W发=W收≤2k−1
3.HDLC协议
高级数据链路控制，由SDLC协议扩充开发而来。面向位的数据链路控制协议。（HDLC帧格式与以太网帧格式相似）
4.X.25 PLP协议
1）虚电路的建立和释放
支持虚电路和永久电路
过程分为：1.呼叫建立阶段；2.数据传送阶段；3.释放连接阶段
2）PLP协议
X.25网络层采用分组级协议PLP。
把用户数据分成128个字节
数据分组（24位/32位）+用户数据 （剩余位数）+ 1（末尾一位）
控制分组（24位/32位）+用户数据 （剩余位数）+== 0==（末尾一位）
3）流量和差错控制
与HDLC类似。
窗口最大可设置7位（默认2位），最大为
2
7
−
1
=
127
2^{7}-1=127
27−1=127
采用后退N帧ARQ协议
5.X.25的优缺点
优：差错检测和出错重传
缺：传输效率受限
三、帧中继网（快速分组交换）
帧中继技术由X.25分组交换技术演变而来。
在OSI第两层工作
只检测不重传
1.帧中继服务
和X.25一样，支持虚电路和永久电路。
B c ( 约 定 突 发 量 ) = T c （ 约 定 速 率 测 试 时 间 ） × C I R （ 约 定 数 据 速 率 ） B_{c}(约定突发量)=T_{c} （约定速率测试时间）× CIR（约定数据速率） Bc(约定突发量)=Tc（约定速率测试时间）×CIR（约定数据速率）
B e ( 超 突 发 量 ) = T c （ 约 定 速 率 测 试 时 间 ） × E I R （ 扩 展 数 据 速 率 ） B_{e}(超突发量)=T_{c} （约定速率测试时间）× EIR（扩展数据速率） Be(超突发量)=Tc（约定速率测试时间）×EIR（扩展数据速率）
2.帧中继协议（D信道链路接入规程LAP-D）
帧格式与X.25类似
省去了控制字段
3.帧中继的优点与应用
优点：透明传输、面向连接、帧长大（1600 ~ 4093字节）、数据速率快（2 ~ 45Mb/s）
应用于语音传输（VOFR），IP业务中。
四、ISDN和ATM
1.ISDN综合业务数字网
提供透明传送业务和分组传送业务。
ISDN的中心思想是数字比特管道
1）ISDN系统结构
由3部分组成：设备终端TE、网络终端NT和适配器TA
有两种接入ISDN设备的形式：
TE1——NT
TE2（非ISDN设备）——TA（适配器）——NT
NT1起插板作用，网络管理和维护等工作（三层交换机）
NT2具有交换和集线功能（二层交换机）
2）两种ISDN
窄带ISDN和宽带ISDN
（1）窄带N-ISDN
目的是以数字系统代替模拟电话系统，把音频、视频和数据业务在一个网络上一同传输。
提供两种用户接口：
1.基础速率2B+D=2 × 64Kb/s + 16Kb/s=144Kb/s
（可供小型企业和家庭使用）
2.一次群速率30B+D=30 x 64Kb/s + 16Kb/s=2.048Mb/s
（供大型企业使用）
缺点：（窄的特性）数据传输速率太低、不适合视频信息等需要高带宽的应用。
（2）宽带B-ISDN
在窄带的基础上，还以不同平面区分用户信息、控制信息和管理信息
用户平面提供与用户数据传送有关的流量控制和差错检测功能
控制平面主要用于连接和信令的管理
管理平面支持网络管理和维护功能
2.同步传输和异步传输
1）同步传输模式STM
在同步时分多路复用中，周期占用时间片，只要双方在时间上严格保存同步，双方就可以从复用的信道中分解出所需的信息。
缺点（特点）：时间片的静态分配，有空闲时间片浪费信道的宽带。
2）异步传输模式ATM
以异步时分复用概念为基础，按照优先级和排队规则按需分配时间片。
异步传输模式中的分组定义为53字节（信元）
ATM以信元（53字节）为传输单位的统计复用技术
3.ATM网络
1）ATM物理层
分为两个子层：
1、物理介质相关子层（PMD）
2、传输汇聚子层（TC）。
PMD负责物理媒体上正确传输和接收比特流。
TC子层实现信元和比特流的转换
2）ATM层
主要定义信元头的结构，以及使用物理链路的方法。
（1）信元头结构
有两种：
1、网络用户端接口（NUI）定义了ATM交换机面向用户的信元头格式
2、网络/网络端接口（NNI）定义了ATM交换机之间的接口信元头格式
VPI标识虚拟路径
VCI标识虚拟通道
VPI/VCI在建立是分配
在交换节点上建立映射表，产生新的VPI/VCI,在TC层会形成新的冗余校验码
（2）ATM层的功能
1.信元的汇聚和分拣
2.VPI/VCI的管理
3.信元头的增删
4.信元速率调制
（3）ATM适配层
ATM适配层（AAL）的主要目的是将高层的信息转换成适合ATM网络传输的要求格式
1.CCITT通信分类
CLASS A：信源/宿之间具有实时性要求的恒定位速率（CBR）。CBR业务面向连接工作。
CLASS B：信源/宿之间具有实时性要求的可变位速率（VBR）。VBR业务面向连接工作。
CLASS C：信源/宿之间具有无实时性要求的恒定位速率（VBR）。
V
CLASS D：支持无面向连接的数据传输服务。
2.AAL协议
| 服务类型 | AAL1 | AAL2 | AAL3 | AAL4 |
|---|---|---|---|---|
| 连接模式 | 面向连接 | 面向连接 | 面向无连接 | 面向连接 |
| 端到端定时 | 要求 | 要求 | 不要求 | 不要求 |
| 位速率 | 恒定 | 可变 | 可变 | 可变 |
| 业务类型 | CLASS A | CLASS B | CLASS C/D | CLASS C/D |