1、第6章 数据通信网 6.1 数据通信网概述 6.2 数据通信网体系结构 6.3 分组交换网 6.4 局域网 6.5 Internet与宽带IP网 第第6 6章章 数据通信网数据通信网 第6章 数据通信网 6.1.1 数据通信网的基本概念数据通信网的基本概念从本质上讲，数据通信网是数据通信系统的扩充，或者说是若干个数据通信系统的归并和互连。任何一个数据通信系统都是由终端、数据电路和计算机系统三种类型的设备组成的。图6.1是数据通信系统的基本构成。由图可看出，远端的数据终端设备(DTE)通过数据电路与计算机系统相连，数据电路由信道和数据电路终端设备(DCE)组成。因此，组成数据通信网的基本部件和数
2、据通信系统是相同的，所增加的主要设备就是数据交换机(一般为分组交换机)。6.1 6.1 数据通信网概述数据通信网概述第6章 数据通信网 图6.1 数据通信系统的基本构成第6章 数据通信网 一般地，数据通信网被划分为两个部分：通信子网和本地网。通信子网具备传输和交换功能，它是在原有通信网传输链路上加装了专用于数据交换或连接的节点交换机，从而构成了专门处理数据信息的数据通信网，并随着通信业务变化及网络的不断进化和变更，进一步发展为能够处理各种通信业务的综合通信网。本地网是由一些数据通信专用设备(例如集线器、复用器、通信控制器、前置处理机等)，以及这些专用设备与各类通信网的专用接口等部分所组成的。一
3、般本地网的数据通信业务经由主机送往各节点交换机。第6章 数据通信网 与电话通信相比，数据通信有如下特点：(1)数据通信是实现人与机器或机器与机器之间的通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征；而电话机仅仅能完成人与人之间的通信。由于计算机不具备人脑的思维能力，因此要实现与人或与其他计算机之间的交流就一定要靠人预先编制的程序来完成，这远比电话通信要复杂。(2)对数据传输的准确性和可靠性要求高。在数据通信中，通常用二进制的“1”和“0”表示信息，任何错误都可能造成严重的后果，因此需要较低的误码率，并且传递系统应有自动纠正错误的能力。第6章 数据通信网(3)传输速率高，要求持续和传输响应时间快。
4、数据信号的传输速率随所使用的带宽不同而不同，传输速率通常比电话线高。(4)通信的持续时间差异较大。数据通信的平均信息长度和平均时延随着应用的不同而不同。(5)数据通信具有灵活的接口，能满足各种设备之间的相互通信。第6章 数据通信网 6.1.2 数据通信网的分类数据通信网的分类数据通信网大致分为以下几个业务网：数字数据网(DDN)、分组交换网(X.25)、帧中继网、ATM网、IP网等。数字数据网是利用数字信道提供半永久性连接电路传输数据信号的数字传输网。它向用户提供专用的数字数据传输信道，为用户建立专用数据网提供条件。DDN具有传输质量高、误码率低、传输时延小、支持多种业务(数据、语音、传真、图
5、像、帧中继等)、提供高速数据专线等优点。DDN不仅能提供高质量数据专线，而且具有数据信道带宽管理功能。第6章 数据通信网 分组交换网(X.25)吸收了电路交换低时延及电报交换的路由选择自由的优点，是一种数据传输可靠性较高的数据通信方式。分组交换网能够向用户提供不同速率、代码及通信规程的接入。我国的分组交换网与用户的接口规程主要采用原CCITT X.25协议，它包括ISO的开放系统互连(OSI)七层协议的下三层，分别由网络终端和通信网完成这些功能。线路采用动态统计时分复用，线路利用率较高，但通信协议开销较大。第6章 数据通信网 帧中继网采用快速分组交换技术，它是在数字光纤线路代替模拟线路、用户终
6、端逐渐智能化的基础上发展起来的。帧中继网只完成OSI物理层和数据链路层的功能，不负责数据的纠错、重发、流量控制等，因此它具有网络吞吐量高、传送时延低、可靠、灵活的特点，是非常经济的用户宽带业务接入网。异步传送模式(ATM)是一种用于宽带网内传输、复用、交换信元的技术，可以支持高质量的语音、图像和高速数据业务。它是一种简化的面向连接的高速分组交换，是未来宽带综合业务数字网的基础和核心。第6章 数据通信网 IP网(Internet或因特网)是全世界最大的信息网络，通过IP网的计算机联网功能，我们可以与世界大多数国家交流信息，检索各种资料。IP网利用TCP/IP协议将遍布世界各地各种类型的数据网联成
7、一个大网。其下层数据网由各种类型的二层数据网组成，其网络节点设备可以是各种类型的数据交换机(如X.25、FR、ATM、以太网等分组交换机)。IP网采用统一格式的IP地址，节点设备统一采用面向无连接的路由器。第6章 数据通信网 6.1.3 数据通信网的主要性能指标数据通信网的主要性能指标数据通信的目的就是及时、有效地传递信息。衡量数据传输是从传输的数量和质量来衡量的。数量是指传输的速度，包括数据率、调制速率、传播速率、吞吐量等。质量指标指数据传输的可靠性，一般用数据传输的差错率来衡量。(1)数据率。数据率即数据传输率，表示单位时间内传输的代码数，即每秒传输的二进制代码位数(bit)，故又称其为比
8、特率，单位为比特每秒(b/s)。第6章 数据通信网 数据率的高低由每位所占的时间决定，若每一位数据占用的时间宽度越少，则数据率越高。设T为传输的电脉冲信号的宽度或周期，N为电脉冲信号所有可能的状态数，则数据率为 S=lbN(b/s)(6.1)T1第6章 数据通信网(2)调制速率。调制速率又称波特率、码元速率或波形速率。它是针对模拟信号传输过程中数字信号经过调制后的传输速率，表示每秒传送多少电信号单元(码元)，即每秒载波调制状态改变的次数。或者说，在数据传输过程中，线路上每秒传送的波形的个数就是数据率(或称波特率)，其单位为波特(Baud)。调制速率就是脉冲信号经过调制后的传输速率，通常用于表示
9、调制解调器之间的信号传输速率。若以T表示调制信号的周期，则调制速率为 B=(6.2)T1第6章 数据通信网 由式(6.1)和式(6.2)得比特率与波特率之间的关系为S=B lbN (6.3)式中，若N=2，则S=B，即比特率与波特率相等。此外，波特和比特是两个不同的概念。波特是码元的传输速率单位，它表示单位时间内传输多少个码元，码元的传输速率也就是调制速率、波形速率；而比特是信息量的单位。波特率和比特率的区别见图6.2。第6章 数据通信网 图6.2 波特率与比特率的区别第6章 数据通信网(3)传播速率。信号在单位时间内传送的距离称为传播速率。传播速率的大小受限于传输媒介，光在真空中的传播速率最
10、大，即光速。例如，电信号在电缆中传播的速度约为光速的77%。(4)吞吐量。吞吐量是指单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节每秒(B/s)或位每秒(b/s)。(5)可靠性。可靠性可用差错率来表示。常用的差错率指标有平均误码率、平均误字率和平均误码组率等。误码率又称为出错率，指二进制数据位传输时出错的概率，是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输可靠性的指标。误码率Pe=误传的码元总数/传送的码元总数。在计算机通信网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率高于这个指标，则可通过差错控制方法进行检验和纠错。第6章 数据通信网 6.1.4 数据传输方式数据传输方式1通信方式通信方式1)并行通
11、信方式并行通信传输中有多个数据位同时在两个设备之间传输。如图6.3所示，发送端将这些数据位通过对应的数据线传送给接收端，还可附加一位数据校验位。接收端可同时接收到这些数据，不需要做任何变换即可直接使用。并行方式主要用于近距离通信，例如计算机内的总线结构就是并行通信。这种方法的优点是传输速度快、处理简单。第6章 数据通信网 图6.3 并行传输第6章 数据通信网 2)串行通信方式串行数据传输中，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送端将几位并行数据经并行/串行转换器转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方
12、使用，如图6.4所示。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但在远距离传输和位数较多的情况下具备比较明显的优势。第6章 数据通信网 图6.4 串行传输第6章 数据通信网 3)串行通信的方向性结构串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工，如图6.5所示。(1)单工数据传输只支持数据在一个方向上传输。(2)半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信。(3)全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。第6章 数据通信网 图6
13、.5 单工、半双工、全双工通信方式示意第6章 数据通信网 2数据传输的基本形式数据传输的基本形式1)基带传输所谓基带，就是指电信号所固有的基本频带。数字信号的基本频带从0到若干兆赫，由传输速率决定。当利用数据传输系统直接传送基带信号，不经频谱搬移时，称之为基带传输。基带传输设备简单、费用低，适用于传输距离不长的场合，例如，用在一个企业网的内部或校园网内部的数据传输。2)频带传输频带传输也称为载波传输。频带传输把二进制信号(数字信号)进行调制交换，使之成为能在公用电话网上传输的音频信号(模拟信号)，该音频信号通过传输介质传送到接收端后，再由解调器变换成原来的二进制电信号。频带传输在发送端和接收端
14、都要设置调制解调器。第6章 数据通信网 3)宽带传输宽带是指比音频带宽更宽的频带。使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。它可以容纳全部广播，并可进行高速数据传输。宽带传输系统多是模拟信号传输系统。一般地，宽带传输与基带传输相比有以下优点：(1)能在一个信道中传输语音、图像和数据信息，使系统具有多种用途。(2)一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加。(3)宽带传输的距离比基带远。因基带直接传送数字，故传输的速率愈高，传输的距离愈短。第6章 数据通信网 4)数字数据传输数字数据传输方式就是利用数字信道传输数据的方法，采用数字信道，每一数字话路的数据传输速率
15、为64kb/s，所以，每一话路可复用5路9600b/s或10路1800b/s的数据，并且不需要采用调制解调器，误码率低，从而提高了传输的速率和质量。当传输距离较长时，由于数字信道每隔一定距离就要插入再生中继器，使信道中引入的噪声和信号失真不会积累，从而大大提高了传输质量。当然，采用数字传输要求全网的时钟系统保持同步，因此，这种数字数据传输方式的灵活性不如模拟传输方式的高。第6章 数据通信网 3异步传输和同步传输异步传输和同步传输1)异步传输方式异步传输方式一次只传输一个字符。发送方和接收方之间不需要严格的定时关系。每个字符用一位起始位引导和一位停止位结束。在没有数据发送时，发送方可发送连续的停
16、止位。接收方根据“1”至“0”的跳变来判断一个新字符的开始，然后接收字符中的所有位。异步传输方式的主要特点如下：(1)以字符为单位传输数据。(2)在字符的开头加1位起始位，在末尾加1或2位终止位，有时还可加1位校验位。(3)当线路上持续高电平变成低电平时，标志一个字符的开始。第6章 数据通信网 2)同步传输方式为使接收双方能判别数据块的开始和结束，还需要在每个数据块的开始处和结束处各加一个帧头和一个帧尾，加有帧头、帧尾的数据称为一帧。采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组。这样，字符可以一个接一个地传输。但是，在每组信息(通常称为帧)的开始要加上同步字符，当没有信息要传输时，要填上空字符，因
17、为同步传输不允许有间隙。同步传输中，一个信息帧包含多个字符(一个字符对应58比特位)，并用同步字符作为开始，接收端是能够识别同步字符的，当检测到有一串数位和同步字符相匹配时，就认为开始一个信息帧。于是，把此后的数位作为实际传输的信息来处理。第6章 数据通信网 3)异步传输和同步传输的比较(1)异步传输简单，双方时钟可允许一定误差；同步传输较复杂，双方时钟的允许误差较小。(2)异步传输只适用于点对点，同步传输可用于点对多点。(3)异步传输效率低，同步传输效率高。第6章 数据通信网 6.2.1 通信协议通信协议1开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型所谓“开放系统”，是指一个系统与其他系统进行通
18、信时能够遵循OSI标准的系统，按OSI标准研制的系统，均可实现互连。OSI参考模型采用7层协议结构，如图6.6所示。6.2 6.2 数据通信网体系结构数据通信网体系结构第6章 数据通信网 图6.6 OSI参考模型第6章 数据通信网 1)物理层物理层的主要功能是为计算机等开放系统之间建立、保持和断开数据电路的物理连接，并确保在通信信道上传输可识别的透明比特流信号和时钟信号。物理层有四个基本特性：机械特性、电气特性、功能特性和过程特性，用来提供连接服务。物理层协议的目标是使所有厂家的计算机和通信设备在接口上按规定互相兼容。如调制解调器与计算机之间的接口标准RS232就是一个典型的物理层协议。第6章
19、 数据通信网 2)数据链路层数据链路层的目的是屏蔽物理层的特征，面向网络层提供几乎无差错、高可靠传输的数据链路，确保数据通信的正确性。数据链路层主要解决以下两个问题：数据传输管理,包括信息传输格式、差错检测与恢复、收发之间的双工传输争用信道等；流量控制，协调主机与通信设备之间的数据传输速率失配。数据链路层在相邻节点之间无差错地传送以帧为单位的数据。帧包含控制信息和上层数据，帧中有地址、序号、校验等控制信息，可以进行差错控制、流量控制等。收方如查出帧有错误，就要通知发方重发该帧。第6章 数据通信网 3)网络层网络层的作用是选择合适的路由，使分组经过一段段的数据链路传到网络的另一端。对于大型网络，
20、路由选择和流量控制较复杂。网络层服务可分为面向连接服务和无连接服务。面向连接服务也称为虚电路服务，是一种可靠的、保证顺序的、无丢失的服务。无连接服务也称为数据报服务，不保证顺序，可能有丢失，但简单、易于实现。第6章 数据通信网 4)传输层传输层只存在于用户计算机中，也称计算机-计算机层或端-端层。OSI的前三层可组成公共网络(分组网中的节点机只有前三层)，它可被很多设备共享，并且数据在计算机-节点机、节点机-节点机间按“接力”方式传送。为了防止传送途中报文的丢失，计算机之间可实行端-端控制。传输层的主要功能是建立、拆除和管理传送连接，它是在网络连接的基础上工作的。如果网络层服务质量较高(如虚电
21、路服务)，传输层协议就较简单；如果网络层服务质量不高(如数据报服务)，传输层协议就较复杂。第6章 数据通信网 5)会话层会话层用于管理和协调两个计算机之间的信息交互。它提供建立和使用连接的方法，一个连接就称为一个“会话”，对会话进行管理，如单/双工选择。为方便重传需进行通信任务分割和同步，当传输层连接出现故障时，整个通信活动不必重新开始，只需从同步点进行重传。6)表示层表示层用于管理所用的字符集与数据码、数据在屏幕上的显示或打印方式、颜色的使用、格式的选用等。该层的主要功能有字符集转换、数据压缩、数据的加密与解密、实终端与虚终端之间的转换，使字符、格式等有差异的设备间可相互通信，并提高通信效能
22、，增强系统的保密性等。第6章 数据通信网 7)应用层应用层可确定应用进程的性质，为应用进程提供通信接口。根据不同的应用性质，应用层需要提供不同的功能和服务，如电子邮件、联系控制、可靠传输、远程操作等。由于应用的种类很多，使得应用层很复杂。以上7层功能又可按其特点分为低层和高层。通常将13层划分为低层，其目的是保证系统之间跨越网络的信息传输的可靠性；47层划分为高层，实现一些面向应用的信息处理和通信功能。第6章 数据通信网 2OSI参考模型中的几个基本概念参考模型中的几个基本概念(1)协议：不同系统中同一层实体(称为对等层实体。在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块)进行通信的规则的集合。它规
23、定协议数据单元(PDU)的格式、通信双方所要完成的操作、给上层提供的服务。数据链路层的PDU称为帧，网络层的PDU称为分组，传输层以上层的PDU统称为报文。(2)服务：在同一系统中下层实体给上层实体提供的功能。下层为服务提供者，上层为服务使用者(用户)。用户只看得见下层的服务而看不见下层协议，下层协议对上层用户是透明的。在体系结构中，协议是水平方向的，服务是垂直方向的。第6章 数据通信网 下层能够向上层提供两种形式的服务：面向连接服务和无连接服务。面向连接服务在数据交换之前必须先建立连接，保留下层的有关资源，数据交换结束后，终止这个连接，释放所保留的资源。面向连接服务的数据是按序传送的。对于无
24、连接服务，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此，其下层的有关资源不需要事先预留，这些资源是在数据传输时动态进行分配的。无连接服务的优点是灵活、方便和迅速，但无连接服务不能防止报文的丢失、重复或失序。而且，采用无连接服务，每个报文都必须提供完整的目的地址，因此，开销较大。第6章 数据通信网(3)服务访问点(SAP)：在同一系统中相邻两层之间的交换信息的地点。它实际就是下层向上层提供服务的逻辑接口，有时也称为端口(Port)或插口/套接字(Socket)。(4)服务原语：用户和协议实体间的接口，实际上是一段程序代码，但其具有不可分割性。在同一系统中相邻两层要按服务原语的方式交换信息。这些
25、服务原语的交换地点是服务访问点。服务原语有四种类型：请求、指示、响应和证实。原语中可以包含对方的地址、要传送的内容、所要求的服务质量等信息。第6章 数据通信网 3OSI参考模型与数据通信的关系参考模型与数据通信的关系OSI参考模型是计算机互连体系结构发展的产物，它的目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架，并为保持相关标准的一致性和兼用性提供共同的参考。它的基本内容是通信功能连接的分层结构。OSI参考模型与几种典型的数据通信网在功能上的对应关系见表6.1。第6章 数据通信网 表表6.1 OSI参考模型在功能上与数据通信网的对应关系参考模型在功能上与数据通信网的对应关系第6章 数据通信
26、网 6.2.2 数据链路控制规程数据链路控制规程数据链路的通信操作规则称为数据链路控制规程，它的目的是在已经形成的物理电路上建立起相对无差错的逻辑链路，以便在DTE与网络之间、DTE与DTE之间有效而可靠地传送数据信息。数据链路控制规程依据所传输信息的基本单位，一般可分为面向字符协议与面向比特协议两类，在它们中所传信息的基本单位分别为字符和比特。第6章 数据通信网 面向字符协议的特点是传输以字符为单位的报文，并且用一些特殊的字符来进行传输控制与连接。其中较著名的是IBM公司的“二进制同步通信”协议，主要用于点对点及多点共享的场合，且支持半双工方式。由于面向字符协议应用的有效性及灵活性不及面向比
27、特协议，因此目前已很少使用。面向比特协议的特点是数据传输以帧的形式进行，每帧的数据比特长度是任意的，因此不再是“面向字符”而是“面向比特”；支持任何工作方式与链路结构，如半双工、全双工、点对点、多点共享、分组交换等，采用同步方式传输数据。第6章 数据通信网 ISO制定的高级数据链路控制(HDLC)协议就是面向比特的协议，它是ISO根据IBM公司的SDLC协议扩充开发而成的。ITU-T也有一个相应的标准，叫做LAP-B协议，它其实是HDLC的子集。HDLC协议的特点如下：(1)透明传输。对要传输的信息文本的比特结构无任何限制，也就是说，信息文本可以是任意的字符码集或任意比特串，而不会影响链路的监
28、控操作。第6章 数据通信网(2)可靠性高。在所有的帧里都采用循环冗余校验，并且将信息帧按顺序编号以防止帧的漏发和重收。(3)传输效率高。在通信中无需等到对方应答就可以传送下一帧，可以连续传送，也可以双向同时通信。(4)灵活性大。传输控制与处理功能分离，应用范围比较广泛。第6章 数据通信网 1适用环境与操作方式适用环境与操作方式利用HDLC规程进行通信时，可以有三种类型的通信站，即主站、从站和复合站。主站负责建立数据链路、数据传送及链路差错恢复等控制，主站发出命令要求从站执行指定操作。从站负责执行主站指示的操作，并向主站发送响应。复合站兼有主站与从站的功能，既能发送又能接收命令和响应。数据通信双
29、方通信站的结构可分为两类，即非平衡型结构与平衡型结构。非平衡型结构由一个主站和一个或多个从站组成，即点对点和多点式结构。平衡型结构只能是点对点工作，通信双方都具有主站和从站的功能，其通信结构如图6.7所示。第6章 数据通信网 对于非平衡型配置，有两种数据传送方式：一种是正常响应方式(NRM)，是最常用的方式，其特点是只有主站才能向从站发起数据传输，而从站只有收到主站命令才能发出响应；另一种是异步响应方式(ARM)，该方式用得较少，其特点是从站可不必收到主站命令而主动地向主站发出信息，但是主站仍负责全线的初始化、链路的建立和释放，以及差错恢复等。第6章 数据通信网 图6.7 通信站的结构(a)非
30、平衡型；(b)平衡型第6章 数据通信网 2帧结构帧结构数据链路上传送的完整信息组称为“帧”。对于HDLC规程，无论是信息帧还是控制帧都使用统一的标准帧格式，如图6.8所示。它们由标志字段(F)、地址字段(A)、控制字段(C)、信息字段(Info)及帧校验序列(FCS)组成。图6.8 HDLC的帧结构第6章 数据通信网 帧格式中各字段的含义如下：(1)标志字段(F)：一个8比特序列(01111110)，作为帧的开始和结束的定界符。因为信息字段的长度可变，故需用标志指示每帧的开始和结束。为了防止其他字段出现与F相同的比特序列格式，可采用“0”插入技术，即发送端监视除F字段外的发送序列，一旦有5个连
31、续“1”出现，则立即插入一个“0”。采用这种零比特填充后的数据，就可以保证帧中除F字段外不会出现多于5个连续“1”的序列，防止了出现与F字段相同的比特序列，从而保证了透明传输。同理，在接收端采用“0”删除技术，即将连续5个“1”后的“0”自动删除，恢复原来的比特序列。第6章 数据通信网(2)地址字段(A)：共8个比特。在使用非平衡方式传送数据时，地址字段总是写入从站的地址；但在平衡方式时，地址字段总是填入确认站的地址。(3)控制字段(C)：共8个比特，是最复杂的字段。HDLC的许多重要功能都靠控制字段来实现。根据其最前面两个比特的取值，可将HDLC的帧划分为三大类，即信息帧(I)、监督帧(S)
32、以及无编号帧(U)。信息帧的功能是执行信息的传递，监督帧用于传送监控命令及响应，无编号帧用来传送要求链接、拆链和确认的命令。第6章 数据通信网(4)信息字段(Info)：可填入要传送的任意长数据、报文等信息。(5)帧校验序列(FCS)：共16个比特，用于进行差错控制。其所检验的范围是从地址字段的第1个比特起，到信息字段的最末1个比特为止。第6章 数据通信网 6.3.1 分组交换网的构成分组交换网的构成分组交换网的基本结构如图6.9所示。从设备来看，分组交换网由分组交换机、用户终端、远程集中器(RSU)、网络管理中心(NMC)以及传输线路等组成。6.3 6.3 分分组组交交换换网网第6章 数据通
33、信网 图6.9 分组交换网的基本结构第6章 数据通信网 1分组交换机分组交换机分组交换机是分组交换网的重要组成部分。根据其在网络中的位置，分组交换机可分为转发交换机和本地局部交换机两种。转发交换机容量大，线路端口数多，具有路由选择功能，主要用于交换机之间的互连；本地局部交换机容量小，只有局部交换功能，不具备路由选择功能。本地局部交换机可以接至数据终端，也可以接至转发交换机，但只可与一个转发交换机相连，与网内其他数据终端互通时必须经过相应的转发交换机。第6章 数据通信网 分组交换机的主要功能如下：(1)为网络的基本业务、可选补充业务提供支持。(2)进行路由选择、流量控制。(3)支持X.25、X.
34、75等多种协议。(4)完成局部维护、运行管理、故障报告与诊断、计费及网络统计等功能。第6章 数据通信网 2网络管理中心网络管理中心网络管理中心(简称网管中心)的功能一部分是自动完成的，另一部分是由操作终端控制完成的。其主要功能如下：(1)网管配置管理与用户管理。网管中心汇集各节点的位置、容量、中继线路速率等网络设备参数，这是路由控制和识别网络是否正常工作的基本数据。用户管理收集用户的终端类型、用户登记的基本业务、可选业务、线路速率等，以提供相应服务。第6章 数据通信网(2)路由管理。网管中心协同各交换机，根据路由选择原则及收集的各种信息修改路由表。(3)计费管理。网管中心根据交换机提供的主叫、
35、被叫参数进行计费，形成计费文件。(4)网络监测、故障告警及状态显示。网管中心监测网内设备的工作情况，发现故障时，通过测试程序定位故障，以图形方式在显示器上表明设备的工作状态、网络的局部负载及告警位置。第6章 数据通信网 3用户终端用户终端分组终端(PT)：具有X.25协议接口的、有分组处理能力的数据通信终端设备，通常是在PC内插入一块通信接口板并配上软件。非分组终端(NPT)：不具有分组数据处理能力，对它们不能直接进行分组交换，必须经过分组装拆设备转换。非分组终端种类很多，如带异步通信接口的计算机、可视图文终端等。第6章 数据通信网 4分组装拆设备分组装拆设备分组装拆设备(PAD)是非分组终端
36、接入分组网的接口设备，它的主要功能有以下两个：(1)规程转换。把非分组终端的简单接口规程与X.25协议相互转换，非分组终端字符通过PAD组成分组，以便发送至交换机；反之，把交换机发来的分组拆成字符，以便非分组终端接收。(2)数据集中。各终端的数据流组成分组，采用动态复用的原理，从而使线路利用率大大提高，即接入PAD的各非分组终端速率之和可大于PAD至交换机的线路传输速率。第6章 数据通信网 5远程集中器远程集中器远程集中器(RCU)可以将离分组交换机较远地区的低速数据终端的数据集中起来后，通过一条高速电路送往分组交换机，以提高电路利用率。远程集中器还含PAD的功能，可以使非分组终端接入分组交换
37、网。远程集中器的功能介于分组交换机与PAD之间，是PAD功能的扩充。6传输线路传输线路传输线路是分组交换网不可缺少的组成部分，分组交换中继传输线路可以是PCM数字信道，速率可达64kb/s、128kb/s、2Mb/s甚至更高，也可以是Modem转换的模拟信道。第6章 数据通信网 6.3.2 分组交换网的原理分组交换网的原理分组交换是以分组或包为单位来传输与交换信息的，每个分组头部都附有接收地址与控制信息。在网络的交换节点中，采用先存储后转发的方式将数据传送出去。以分组作为存储-转发的单位，分组在各交换节点之间传送比较灵活，交换节点不必等待整个报文的其他分组到齐，就能一个分组、一个分组地转发。这
38、样可以大大压缩节点所需的存储容量，缩短网络时延。第6章 数据通信网 分组交换的工作过程如图6.10所示。交换节点的交换机接到分组后首先把它存储起来，然后根据分组中信息、线路的忙闲情况等选择一条路由，再把分组传给下一个交换节点的交换机。如此反复，一直把分组传输到接收方所在的交换机。对于一般终端，若没有对报文信息进行分组，则发送端要使用PAD将报文拆为分组，接收端要使用PAD将收到的分组装配成报文。如果终端是分组终端(如计算机、智能终端)，就可自行对报文进行分组与组装，无需PAD。第6章 数据通信网 图6.10 分组交换的工作过程第6章 数据通信网 以上介绍的是分组交换网中的数据报方式，因为每一个
39、数据分组都包含目标地址信息，分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径。由于网络的中间交换机对每个分组可能选择不同的路由，因此各分组到达目的终端时可能不是按发送的顺序到达，在目的终端需要将它们按顺序重新排列。在分组交换网中还有另外一种方式，叫做虚电路方式，见图6.11。所谓虚电路，就是两个用户终端在开始发送和接收数据之前，需要通过网络建立逻辑上的连接，一旦这种连接建立后，就在网络中保持已建立的数据通路，用户发送的数据(以分组为单位)将按顺序通过网络到达终点。当用户不需要发送和接收数据时，可以清除这种连接。第6章 数据通信网 图6.11 虚电路方式第6章 数据通信网 6.3.3 ATM网络网络AT
40、M是异步传输模式的简称，也是一种建立在电路交换和分组交换基础上的面向连接的快速分组交换技术。它采用定长分组，能够较好地对宽带信息进行交换。它与帧中继的区别在于，帧中继中分组的长度是可变的，而ATM分组的长度是固定的。和帧中继一样，ATM几乎不为差错控制提高额外开销，差错控制依赖于系统自身的稳定性以及终端系统中检错和纠正差错的高层协议。由于使用了固定长度的分组，ATM需要处理的额外开销比帧中继还要少。第6章 数据通信网 ATM技术是一种信元中继技术。信元是一个比较小的固定长度的数据单元。在信元网络中，信元是数据复用、交换与传输的基本单元。所有进入信元网络的数据，不管其分组的大小与帧格式，一律都分
41、解成等长度的信元，再附加上地址后在信道中传输。ATM是以分组交换模式为基础并融合了电路交换模式高速化的优点发展而成的，克服了电路交换模式不能适应任意速率业务、难于导入未来新业务的缺点，简化了分组交换模式中的协议，并用硬件对简化的协议进行处理实现。第6章 数据通信网 1ATM分层结构分层结构ATM网络技术的目的是为网络用户提供服务。通常这些服务是由ATM协议参考模型的定义给出的，它与网络传输的信息无关。ATM的协议参考模型见图6.12。图6.12 ATM的协议参考模型第6章 数据通信网 1)物理层物理层又分为两个子层：物理介质(PMD)子层和传输汇聚(TC)子层。物理层负责ATM信元的线路编码，
42、并将信元传递给物理媒介。传输汇聚子层从ATM层接收信号，组装为适当格式，送到物理介质子层。在无信息传输时，由传输汇聚子层插入空闲信元，以保证信元流的连续。在接收方，传输汇聚子层从来自物理介质子层的比特流中提取信元，验证信元头，删去空闲信元，将有效信元传递给ATM层。第6章 数据通信网 2)ATM层ATM层的基本功能是负责生成信元，它接收来自AAL层48字节的有效载荷(即净荷)，并附加上相应的5字节的信元首部以形成信元送至物理层。ATM层支持连接的建立，并汇集同一输出端口的不同应用信元，同样在输入端口分离来自不同输出端口和不同应用的信元。由于ATM层只负责由净荷生成信元的标准格式，而对净荷只负责
43、透明传输，故跨越ATM物理层的信元单元只能是53字节的信元。第6章 数据通信网 3)ATM适配层(AAL)ATM适配层的主要功能是适配从上层用户来的各种信息，以形成ATM层所需的数据格式。用户传送给ATM的信息往往有多种格式，ATM网可以传送数据、语音和视频信号，每种信号都要求对ATM网络有不同的适配，因此ATM定义了不同类型的AAL服务。服务类别的划分根据如下：比特率是固定的还是可变的；源站和目的站的定时是否需要同步；是面向连接还是无连接。ITU-T规定了ATM可提供的四种类别的服务，如表6.2所示。第6章 数据通信网 表表6.2 AAL服务类别服务类别第6章 数据通信网(1)类别A服务支持
44、固定比特率(CBR)并具有严格定时关系的应用，它可以用于电路仿真和实时CBR视频流应用。(2)类别B服务的应用除了支持可变比特率(VBR)以外，其他与类别A是相同的。它可以用于实时压缩的VBR视频应用。(3)类别C服务支持面向连接和VBR应用。与类别A、B不同的是，类别C不需要在发送者与接收者之间提供定时信息或时钟同步。(4)类别D服务除了提供面向无连接服务外，其他与类型C是相同的。它可以用于目前的多类局域网应用，如运行于IP或以太网上的应用。第6章 数据通信网 2ATM信元信元ATM传送信息的基本载体是ATM信元。ATM信元是定长的，长度较小，只有53字节，分成信元首部和信元有效载荷两部分，
45、其中信元首部为5字节，信元有效载荷为48字节。图6.13为ATM信元的结构。第6章 数据通信网 图6.13 ATM信元的结构第6章 数据通信网 信元首部各字段的作用如下：(1)GFC(通用流量控制)：4比特字段，通常置为0，用来实现端点到交换机的流量控制。GFC是针对用户-网络接口UNI而设置的，对于网络-网络接口不起作用。(2)VPI/VCI(路由字段)：VPI为虚通道标识符，用来定义ATM网络中的一条虚通道连接；VCI为虚通路标识符，用来定义ATM网络中的一条虚通路连接。一条虚通道可包含多条虚通路。使用VPI和VCI信息的交换机称为ATM交换机，而仅使用VPI信息的是ATM交连机，它是一种
46、特殊的ATM交换机。第6章 数据通信网(3)PT(有效载荷类型)：3比特字段，用来区分该信元是用户信息还是非用户信息。第一个比特表示用户数据单元，第二个比特表示有无遭受到拥塞，第三个比特用来区分服务数据单元(SDU)的类型。例如，一个信元发出时PT为000，可能在到达时就变成了010，因而目的站知道网络出现拥塞。第6章 数据通信网(4)CLP(信元丢弃优先级)：1比特字段，用来指示与网络拥塞时可丢弃(CLP=1)或保留(CLP=0)的信元。当网络出现拥塞时，低优先级的信元将被丢弃，以保证高优先级信元的服务质量。(5)HEC(首部差错控制)：8比特字段，只对信元首部的前四个字节(但不包括有效载荷
47、部分)进行循环冗余校验，并将检验的结果放在HEC字段中。第6章 数据通信网 3ATM网络的连接方式网络的连接方式ATM网络的两类主要设备是端点的服务用户(如工作站、服务器或其他设备)和中间点的ATM交换节点(如ATM交换机)。所有的连接从端点开始并在端点结束，中间点对端点传送来的信息进行中继传输。连接是利用一套指定的连接参数建立的，这些连接参数将建立诸如所需的信元速率、可接收的最大延迟等连接特性。ATM网络是利用端点间的虚电路或虚连接概念来建立连接的。在ATM中使用的虚连接是一种逻辑连接，它和X.25中的虚电路或帧中继中的数据链路连接相似。在图6.14所示的例子中，从端点A到端点B经过ATM交
48、换机X、Y和Z建立一条逻辑连接。第6章 数据通信网 图6.14 端点A经过ATM交换机X、Y和Z与端点B建立一条逻辑连接第6章 数据通信网 设端点A选择VPI/VCI=3/17作为供信元从端点A到交换机X之间传送时使用的标识符，而信元从交换机X的端口4进入该交换机。假定交换机X再从其端口2向交换机Y 转发此信元，并将VPI/VCI转换为交换机X未使用的VPI/VCI号，如9/35。交换机Y从自己端口4收到此信元，再从端口3向交换机Z进行转发。现在假定Y是一个交连机，它只改变VPI 的数值而不改变VCI的值。因此，通过交连机Y后，信元的VPI/VCI从9/35转换为6/35。第6章 数据通信网
49、最后，交换机Z从其端口4收到信元，再从自己的另一个端口2向端点B转发，并将VPI/VCI从6/35转换为42/55。这样，一个ATM信元从端点A经过交换机X、Y、Z最后到达端点B，其VPI/VCI标识符的数值的变化如下：3/179/356/3542/55。由此可见，在每一个交换机中都应当有一个VPI/VCI的转换表，其中至少有四个参数，即入端口号、入VPI/VCI值、出端口号以及出VPI/VCI值。注意：VPI/VCI值只具有本地意义，即只在每一段物理链路上具备唯一值。第6章 数据通信网 4ATM的优点和存在的问题的优点和存在的问题ATM信元分组段将物理层以上的功能(如流量控制、纠错等)全部放
50、在智能终端中完成，使信息在传递和处理过程中的时延大为减小。事实上，ATM技术既有电路交换低时延的优点，又有分组交换按需分配时隙、电路利用率高及无需速率适配等优点。从此角度来看，ATM可以看成是电路交换与分组交换的结合。故ATM适合传送各种实时、非实时的电信级业务，成为宽带综合业务数字网(B-ISDN)的综合平台。ATM存在的问题是，ATM信令复杂、实现困难、价格高以及ATM信元到桌面还有困难。另外，ATM信元不能通过其他数据网，故ATM网只能以孤岛形式存在，而遵循TCP/IP的IP包可以通过低层的任何数据网，因而在世界范围内发展迅速。第6章 数据通信网 所谓局域网(LAN)，指的是在一个有限范
