第三章 广域通信网

广域网（WAN）也称远程网，是一种运行地域超过局域网（LAN）和城域网（MAN）的通信网络。

广域网分类

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公共传输网络

一般由政府电信部门组建、管理和控制，网络内的传输和交换装置可以提供（或租用）给任何部门和单位使用。

大体可以分为两种：

1️⃣一种是电路交换网络，包括公共交换电话网（PSTN）和综合业务数字网（ISDN）；

2️⃣另一种是分组交换网络，包括X.25分组交换网、帧中继和交换式多兆位数据服务（SMDS）。

专用传输网络

一般指由一个组织或团体自己建立、使用、控制和维护的私有通信网络。

专用传输网络主要是数字数据网（DDN）。

无线传输网络

主要是移动无线网，典型的有GSM和GPRS技术等。

公共交换电话网（PSTN）

利用电话线上网，早期是电话+猫拨号上网。

有四种特性：机械特性，电气特性，功能特性，过程特性

调制解调器Modem

作用：将电话线里的模拟信号和数字信号进行相互转换。⭐️ V.90标准可以达到56Kb/s

  • 数据终端设备DTE，计算机、电话、路由器等
  • 数据通信（电路）设备DCE，如调制解调器、CSU/DSU，广域网交换机

DTE: DataTerminalEquipment（数据终端设备）的首字母缩略词。

DCE: Data Communications Equipment（数据通信设备）的首字母缩略词。

DCE 设备通常是与 DTE 对接，因此针脚的分配相反。

其实对于标准的串行端口，通常从外观就能判断是 DTE 还是 DCE ，DTE 是针头（俗称公头），DCE是孔头（俗称母头），这样两种接口才能接在一起。

X.25

X.25网络名字来源于X.25 协议，这是第一个面向连接的⚡️分组交换网络（虚电路），也是第一个公共数据网络

X.25使用分组交换，分为三层，物理层，链路层，分组层，对应于OSI的低三层。

采用虚电路，面向连接的。采用后退N帧、ARQ、滑动窗口默认为2。

具体三层的含义

  • 物理层：采用X.21协议，规定了用户终端与网络之间的物理接口。
  • 链路层：链路层提供可靠的数据传输服务，使用LAP-B协议，这个协议是HDLC协议的子集。
  • 分组层（网络层）：采用X.25 PLP协议，提供分组虚电路服务，这一层协议是x.25的核心所在。

流量控制技术

三种可靠传输的实现机制

  • 停止-等待协议(SW)
  • 回退N帧协议(GBN)
  • 选择重传协议(SR)

这三种可靠传输的机制的基本原理并不仅仅局限于数据链路层，可以应用到计算机网络体系结构的各层协议中

停等协议

发送一帧，等待应答，再发送；如果不应答，一直等。

滑动窗口协议

协调收发端流量，假设没有传输错误的控流技术： 滑动窗口协议 。

连续发送多个帧而无需应答。

差错控制技术

检查和纠正传输错误

①肯定应答：收到肯定应答信号ACK继续发送

②否定应答重发：收到否定应答信号NAK重发出错帧

③超时重发：超过规定时间重发该帧，这种技术称为自动请求重发ARQ

ARQ分为三种：停等ARQ、选择重发ARQ、后退N帧ARQ

帧中继FR（光纤）

  • 工作在物理层和链路层
  • 在第二层建立虚链路（和X.25一样，也支持永久虚链路PVC和交换虚链路SVC）,承载数据业务，因而第三层被简化。也是分组交换
  • FR只做检错，不重传，没有流控，只有拥塞控制，检错在高层
  • 数据可达2~45Mbps
  • 既可以接需要提供带宽，也可以应付突发的数据

帧中继( Frame Relay)网络就是一种X.25的改良版。

X.25是在第三层——分组层 依靠 PLP协议提供虚电路机制，而帧中继在第二层就建立虚电路，用帧方式承载数据业务，因此第三层被简化掉了。

帧中继与X.25的异同

  • X.25和帧中继都是虚电路网络、都是面向连接的分组交换网络
  • X.25和帧中继的帧结构比较相似，但帧中继少了控制字段。
  • X.25和帧中继采用统计时分复用
  • X.25 是三层结构，帧中继是两层结构
  • X.25 在链路层和分组层都提供了差错检测、纠错、流量控制、拥塞控制。而帧中继仅仅有检测错误的功能，检测到错误直接丢弃错误帧，并没有重传等机制。
  • X.25 提供可靠的传输，帧中继不能。
  • 帧中继具有吞吐量高、时延短、适合突发性业务等特点
  • X.25 和 帧中继都不适合对延迟敏感的应用（声音、视频）
  • 相比X.25，采用帧中继方式下的中间节点由于不用拥塞控制、流量控制、重传，处理速度更快。

综合业务(服务)数据网ISDN

综合业务数字网（Integrated Services Digital Network，ISDN）是一个数字电话网络国际标准，是一种典型的电路交换网络系统。

⚡️ 基于电路交换，把数据、声音、音频信号三合一传输

ISDN有窄带和宽带两种。

窄带ISDN有基本速率（2B+D，144kbps）和一次群速率（30B+D，2Mbps）两种接口。

基本速率接口包括两个能独立工作的B信道（64kbps）和一个D信道（16kbps）。

其中B信道一般用来传输话音、数据和图像，D信道用来传输信令或分组信息。B代表承载，D代表控制。

异步传输模式ATM

分组交换有时延，这对于传输数据问题并不突出，如果传输语音和图象就显示出其缺点了。

为了减少这个时延，就发展了快速分组交换。

快速分组交换又向两个方向发展，一个是帧中继(FR～Frame Refay)技术，另一个是异步转移模式(ATM–Asynchronous Transfer Modem)技术。

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ATM是B-ISDN的关键技术，与B-ISDN一同诞生，采用 5类双绞线或光纤传输 ，这也意味着低差错率。

而B-ISDN的设计想法是构建一个电话系统、音视频、数据同一传输的网络，所以ATM实际上是一个兼容各种需求的协议。

信元

与以帧为传输单位的帧中继不同，ATM以信元为单位，信元具有固定的长度(53 bytes)，这一个小小的区别却可以带来巨大的速度提升。

ATM虚电路

  • ATM也是面向连接的虚电路网络
  • ATM不提供应答，因为光纤通信是可靠的
  • 错误信元不重传

ATM分层

分为四层模型，分别是物理层，ATM层，ATM适配层，高层

  • 高层 对应OSI高层
  • ATM 适配层 对应OSI第四层
  • ATM 层 对应OSI第三层
  • 物理层
    • 传输汇聚子层 对应OSI第二层
    • 物理介质子层 对应OSI第一层

总结：

ATM采用 53 字节信元分组交换，使用统计时分TDM 。

采用双绞线或光纤，典型数据速率155M。

面向连接，使用虚电路的虚通路VPI 和虚信道 VCI 。

交换技术

为什么需要交换？

减少网络中节点之间所需的通信线路， 增强可扩展性,构建更大规模网络

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  • 交换操作由一系列过程组成：为输入数据选择输出线路/端口，在输入和输出之间建立连接，通过该连接将数据放到输出线路/端口上
  • 网络中执行交换操作的设备称为交换机。通过一系列交换机的交换操作，在两个通信节点之间建立一条数据传输路径，这条路径由物理或者逻辑上的链路组成

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来源： 中国科学技术大学信息网络实验室课程主页 (ustc.edu.cn)

DDN数字数据网

DDN是一种同步数字信道传输数据的传送网，在分组交换出现之前被使用过，但是现在已经被淘汰。

数字数据网(Digital Data Network) 是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，它的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线。

xDSL

HDLC

HDLC是一种应用很广的面向比特的高级数据链路控制协议，是一种同步协议，也是思科路由器上默认的WAN接口封装协议，是 思科私有 。

（现在用的少，更多用PPP）

PPP

CATV

HFC

Hybrid Fiber Coax（混合的光纤同轴电缆）