第4章數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

1、 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)概述4.1 分組交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)4.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)4.3 IP IP通信網(wǎng)通信網(wǎng)4.6幀幀 中中 繼繼 網(wǎng)網(wǎng)4.5計算機(jī)通信網(wǎng)計算機(jī)通信網(wǎng)4.44.1.1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的基本概念數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的基本概念 從基本意義上講，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是數(shù)據(jù)從基本意義上講，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的擴(kuò)充，或者說是若干個數(shù)據(jù)通通信系統(tǒng)的擴(kuò)充，或者說是若干個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的歸并和互聯(lián)。信系統(tǒng)的歸并和互聯(lián)。 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)大致分為以下幾個業(yè)務(wù)網(wǎng)：數(shù)據(jù)通信網(wǎng)大致分為以下幾個業(yè)務(wù)網(wǎng)：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、分組交換網(wǎng)（）、分組交換網(wǎng)（X.25網(wǎng)）、幀中繼網(wǎng)、網(wǎng)）、幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)等。網(wǎng)等。1

2、工作速率工作速率 工作速率反映數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的工作速度工作速率反映數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的工作速度的快慢。的快慢。（1）符號速率）符號速率（2）信息傳輸速率）信息傳輸速率 信息傳輸速率，簡稱傳信率，通常記信息傳輸速率，簡稱傳信率，通常記為為R。 R = Nlog2m (bit/s)2頻帶利用率頻帶利用率 = 符號速率符號速率/頻帶寬度（頻帶寬度（Baud/Hz）3可靠性可靠性 可靠性可用差錯率來表示。可靠性可用差錯率來表示。 誤碼（字符、碼組）率誤碼（字符、碼組）率=（接收出現(xiàn)差（接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)錯的比特數(shù)/總發(fā)送的比特）總發(fā)送的比特）1001數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀 1993年我國建立了第一

3、個公用數(shù)據(jù)通年我國建立了第一個公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。信網(wǎng)。 中國公用計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（中國公用計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET即即163網(wǎng)）有網(wǎng)）有200多個城市，多個城市，20多個省市建多個省市建立了接入網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)干線速率最高可達(dá)到立了接入網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)干線速率最高可達(dá)到622Mbit/s，國際出口帶寬總速率已達(dá)到，國際出口帶寬總速率已達(dá)到140Mbit/s，網(wǎng)絡(luò)具有很好的安全性和可擴(kuò)，網(wǎng)絡(luò)具有很好的安全性和可擴(kuò)展性。展性。 中國公用多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)（中國公用多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)（169網(wǎng)）骨干網(wǎng)）骨干網(wǎng)工程已全網(wǎng)投入運營之中，網(wǎng)絡(luò)干線速網(wǎng)工程已全網(wǎng)投入運營之中，網(wǎng)絡(luò)干線速率最高可達(dá)到率最高可達(dá)到622Mbit/s，可徹底

4、解決網(wǎng)絡(luò)，可徹底解決網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題，網(wǎng)絡(luò)將覆蓋全國瓶頸問題，網(wǎng)絡(luò)將覆蓋全國31個省會城市。個省會城市。 中國公用電子數(shù)據(jù)交換網(wǎng)、中國公用中國公用電子數(shù)據(jù)交換網(wǎng)、中國公用傳真存儲轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)、中國公用電子信箱網(wǎng)、傳真存儲轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)、中國公用電子信箱網(wǎng)、中國公用無線數(shù)據(jù)網(wǎng)均建立了業(yè)務(wù)平臺，中國公用無線數(shù)據(jù)網(wǎng)均建立了業(yè)務(wù)平臺，業(yè)務(wù)發(fā)展良好。業(yè)務(wù)發(fā)展良好。 （1）多媒體寬帶網(wǎng)）多媒體寬帶網(wǎng)（2）IP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)（3）提高網(wǎng)絡(luò)綜合能力，完善網(wǎng)絡(luò)）提高網(wǎng)絡(luò)綜合能力，完善網(wǎng)絡(luò)功能功能分組交換技術(shù)分組交換技術(shù)是解決數(shù)據(jù)通信中通信資源共享問題的最佳技術(shù)，又稱為包交換；優(yōu)點：優(yōu)點：信息傳輸質(zhì)量高、網(wǎng)絡(luò)可靠性高、線路利用率高、經(jīng)濟(jì)

5、性能好、利于不同類型終端間的相互通信；基本思想：基本思想：將要傳送的數(shù)據(jù)按一定的長度分成多個數(shù)據(jù)段，這些數(shù)據(jù)段稱為“分組”(包括：路由和控制信息路由和控制信息) )，發(fā)送端把這些“分組”分別發(fā)送出去。到達(dá)目的地，目的交換機(jī)將一個個“分組分組”按順序裝好，還原成原文件發(fā)送給收端用戶，這一過程稱為分組交換分組交換。進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)。ARPANETARPANET：1969年美國國防部完成第一個分組交換網(wǎng)；1975年美國TELENET建立第一個商用分組交換網(wǎng)。1988年我國公用分組交換網(wǎng)開放業(yè)務(wù)。應(yīng)用： 1.數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理； 2.組建系統(tǒng)內(nèi)部專網(wǎng)； 3.通過分組網(wǎng)接入數(shù)據(jù)通

6、信的增值業(yè)務(wù)網(wǎng)。面向事務(wù)的詢問/響應(yīng)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較連續(xù)的數(shù)據(jù)流應(yīng)用故障防衛(wèi)能力較強(qiáng)較為敏感故障敏感性會引起失序按順序到達(dá)，無失序分組順序無建立過程，獨立選路預(yù)先建立，映像表選路詳細(xì)的目的地址邏輯信道標(biāo)識分組頭數(shù)據(jù)報虛電路類別類別項目項目X.25分組交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)4.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)概念及特點數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)概念及特點 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）是利用光纖（或）是利用光纖（或數(shù)字微波和衛(wèi)星）數(shù)字傳輸通道和數(shù)字交數(shù)字微波和衛(wèi)星）數(shù)字傳輸通道和數(shù)字交叉復(fù)用節(jié)點（智能通信節(jié)點）組成的數(shù)字叉復(fù)用節(jié)點（智能通信節(jié)點）組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。 DDN可以看作是采用數(shù)字信道來傳輸信號數(shù)字信道來傳輸

7、信號的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。DDN可以為用戶提供全數(shù)字、全透明、高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)來連接、傳遞各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；可以為用戶提供專用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸通道，為用戶建立自己的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)提供條件；適用于向用戶提供半永久性的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)專線（非交換型的、全透明的）電路和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)間高速數(shù)據(jù)中繼鏈路；利用DDN組建的用戶專用網(wǎng)可為用戶節(jié)約投資、降低日常維護(hù)費用，縮短建設(shè)的周期等。 DDN主要技術(shù)特點如下主要技術(shù)特點如下: DDN是透明的傳輸網(wǎng)，本身不受任何規(guī)程的約束，可是透明的傳輸網(wǎng)，本身不受任何規(guī)程的約束，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、圖像等多種業(yè)務(wù)。以支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、圖像等多種業(yè)務(wù)。 DDN是是同步數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)同步數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，不具備交換功

8、能不具備交換功能。 傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)時延小。傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)時延小。 目前有不少國家建立了自己的DDN，向用戶提供高質(zhì)量的端到端的數(shù)字型信道傳輸業(yè)務(wù)。我國已建立了全國的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)骨干網(wǎng)及省市內(nèi)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)，與傳統(tǒng)的市話專線相比DDN業(yè)務(wù)具有速率快、誤碼率低、可靠性高的特點，深受廣大用戶的青睞。我國數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（CHINADDN）骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4.1所示，DDN已從最初提供簡單的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)逐漸拓展到能支持多種業(yè)務(wù)的增值網(wǎng)。圖4.1 CHINADDN骨干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)由數(shù)字通道數(shù)字通道、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和和本地傳輸系統(tǒng)本地傳輸系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)組成，

9、結(jié)構(gòu)如圖如圖4-5所示。所示。 網(wǎng)絡(luò)管理中心 (Network Manage Center，NMC) 節(jié)點(Node) 網(wǎng)絡(luò)接入單元 (Network Access Unit， NAU) 用戶環(huán)路 用戶環(huán)路 圖圖4-5 4-5 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖DDN一般不包括交換功能，只采用簡單的交叉連接與復(fù)用裝置，是由DDN節(jié)點、數(shù)字通道、網(wǎng)管維護(hù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接入單元和用戶設(shè)備組成，如圖4.6所示。圖4-6 DDN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2兆節(jié)點：主要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)接功能轉(zhuǎn)接功能。其主要有2048Kbit/s數(shù)字通道的接口；2048Kbit/s數(shù)字通道的交差連接；N64Kbit/s（N=131）

10、復(fù)用和交差連接；幀中繼業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)接功能。因此通常認(rèn)為2兆節(jié)點主要提供E1接口接口；對于N64Kbit/s進(jìn)行復(fù)用和交差連接，起到收集來自不同方向的N64Kbit/s電路，并把它們歸并到適當(dāng)方向的E1輸出的作用，或者直接對E1進(jìn)行交差連接交差連接。2兆節(jié)點，如圖4.7所示。圖4.7 2兆節(jié)點1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)與分組交換網(wǎng)的連接數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)與分組交換網(wǎng)的連接 分組交換網(wǎng)與分組交換網(wǎng)與DDN的連接并不是中繼的連接并不是中繼級的連接，只是在用戶信道級的連接。從級的連接，只是在用戶信道級的連接。從某種意義上說，某種意義上說，DDN只是延伸了用戶接入只是延伸了用戶接入分組交換網(wǎng)的用戶線長度。分組交換網(wǎng)的用戶線長度。

11、2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)與用戶電報網(wǎng)的連接數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)與用戶電報網(wǎng)的連接 DDN與用戶電報網(wǎng)的連接同樣是用戶與用戶電報網(wǎng)的連接同樣是用戶信道級在物理及電氣特性上的連接。信道級在物理及電氣特性上的連接。3省級數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)與市級數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)省級數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)與市級數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)的連接網(wǎng)的連接 本地 DDN (市、縣級) 省級 DDN G.703 G.732 X.50 圖圖4-6 4-6 省、市數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)連接示意圖省、市數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)連接示意圖1規(guī)劃期限的選擇規(guī)劃期限的選擇2網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀分析及規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀分析及規(guī)劃3業(yè)務(wù)量預(yù)測業(yè)務(wù)量預(yù)測4設(shè)備配置設(shè)備配置4.3.5 DDN的應(yīng)用的應(yīng)用 DDN克服了數(shù)據(jù)通信專用鏈路固定性永久連接的不

12、靈活性和以X.25建議為核心的交換式網(wǎng)絡(luò)處理速度慢傳輸時延大等缺點。本節(jié)主要概括說明DDN提供的業(yè)務(wù)、應(yīng)用及發(fā)展。 ChinaDDN以其優(yōu)質(zhì)的傳輸質(zhì)量、智能化的網(wǎng)絡(luò)處理及靈活的組網(wǎng)方式，可以向用戶提供多種業(yè)務(wù)，如圖所示。 圖 DDN提供的業(yè)務(wù)表表10-1 10-1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)性能比較表數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)性能比較表4.6.1 IP電話電話 IP是近幾年發(fā)展起來的一種新的是近幾年發(fā)展起來的一種新的IP網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，它是在包括絡(luò)業(yè)務(wù)，它是在包括Internet以及其他基于以及其他基于IP協(xié)議的包（分組）交換傳輸機(jī)制上所進(jìn)協(xié)議的包（分組）交換傳輸機(jī)制上所進(jìn)行的電話通信業(yè)務(wù)。行的電話通信業(yè)務(wù)。 IP電話是將模

13、擬語音信號數(shù)字化后，電話是將模擬語音信號數(shù)字化后，通過壓縮編碼減少數(shù)據(jù)量，再按規(guī)定的通通過壓縮編碼減少數(shù)據(jù)量，再按規(guī)定的通信協(xié)議要求，封裝在數(shù)據(jù)包里，通過分組信協(xié)議要求，封裝在數(shù)據(jù)包里，通過分組數(shù)據(jù)網(wǎng)到達(dá)目的節(jié)點，解包解壓縮后復(fù)原數(shù)據(jù)網(wǎng)到達(dá)目的節(jié)點，解包解壓縮后復(fù)原為模擬語音信號，實現(xiàn)語音通信的一類新為模擬語音信號，實現(xiàn)語音通信的一類新的電話通信方式中的一種。的電話通信方式中的一種。（1）IP電話發(fā)展的階段和形式電話發(fā)展的階段和形式1H.323協(xié)議協(xié)議 H.323協(xié)議是協(xié)議是ITU-T多媒體通信系列標(biāo)多媒體通信系列標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)H.32X的一部分，這些標(biāo)準(zhǔn)使得在現(xiàn)有的一部分，這些標(biāo)準(zhǔn)使得在現(xiàn)有通信網(wǎng)上

14、進(jìn)行多媒體通信成為可能。通信網(wǎng)上進(jìn)行多媒體通信成為可能。 H.323協(xié)議為基于網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)定義協(xié)議為基于網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)定義了了4個主要的組件：終端（個主要的組件：終端（Terminal）、網(wǎng)）、網(wǎng)關(guān)（關(guān)（Gateway）、網(wǎng)閘（）、網(wǎng)閘（Gatekeeper）和）和多點控制單元（多點控制單元（Multipoint Control Unit，MCU）。圖）。圖4-13所示為所示為H.323系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 H.323 終端 H.323MCU H.323 網(wǎng)閘 H.323 終端 H.323 網(wǎng)關(guān) 無 QoS 保證的網(wǎng) 絡(luò)：LAN，IP 通信 網(wǎng)，Internet 等 V.70 終端 H.32

15、4 終端 語音 終端 H.320 終端 H.322 終端 語音 終端 H.321 終端 H.321 終端 H.310 模式 H.323 PSTN 電話網(wǎng) 有 QoS 保證的 LAN N-ISDN B-ISDN 圖圖4-13 H.3234-13 H.323系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) H.323協(xié)議中的通信內(nèi)容是視頻、音頻、協(xié)議中的通信內(nèi)容是視頻、音頻、數(shù)據(jù)和控制信息的綜合。數(shù)據(jù)和控制信息的綜合。 在在H323協(xié)議控制通信系統(tǒng)中，控制協(xié)議控制通信系統(tǒng)中，控制信令和數(shù)據(jù)流的傳送利用了面向連接的傳信令和數(shù)據(jù)流的傳送利用了面向連接的傳輸機(jī)制。在輸機(jī)制。在IP協(xié)議棧中，協(xié)議棧中，IP與與TCP協(xié)作，協(xié)作，共同完成面

16、向連接的可靠傳輸，保證了數(shù)共同完成面向連接的可靠傳輸，保證了數(shù)據(jù)包傳輸時流量控制、連續(xù)性以及正確性，據(jù)包傳輸時流量控制、連續(xù)性以及正確性，但這樣會引起傳輸時延以及占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。但這樣會引起傳輸時延以及占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。H.323將可靠的將可靠的TCP用于用于H.245控制信道、控制信道、T.120數(shù)據(jù)信道和呼叫信令信道。數(shù)據(jù)信道和呼叫信令信道。 會話發(fā)起協(xié)議（會話發(fā)起協(xié)議（Session Initiation Protocol，SIP）是由）是由IETF推出的會話初始推出的會話初始化協(xié)議，是基于文本的協(xié)議，采用化協(xié)議，是基于文本的協(xié)議，采用SIP規(guī)則規(guī)則資源定位語言描述。資源定位語言描述。 （1）

17、IP電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型 Internet是最大的是最大的IP電話通信網(wǎng)絡(luò)，通電話通信網(wǎng)絡(luò)，通常常IP電話就是指通過依據(jù)電話就是指通過依據(jù)IP（協(xié)議）在（協(xié)議）在Internet完成的語音通信過程。完成的語音通信過程。 電話 Internet 撥號用戶 PSTN Internet 撥號用戶 電話 ITG ITG Internet Internet 主機(jī) Internet 主機(jī) 交換局 交換局 圖圖4-14 4-14 實現(xiàn)實現(xiàn)InternetInternet電話通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電話通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) PSTN 中繼接口 DSP 板 RAM 網(wǎng)卡 CUP 連接 PASTN 連接 Inte

18、rnet 呼叫處 理模塊 信令 語音處理模塊 語音 語音處理模塊 語音處理模塊 （a）ITG 的硬件結(jié)構(gòu) SNMP 報文 IP 分組 （b）ITG 的軟件功能模塊 快速時分總線 圖圖4-15 ITG4-15 ITG軟、硬件結(jié)構(gòu)示意圖軟、硬件結(jié)構(gòu)示意圖 鏈路層、PPP、HDLC、LAPB、LLC、MAC 等 H.323 呼叫信令 控制功能 實時語音控制 G.711 G.723.1 G.728 G.729.a RTP RTCP TCP UDP IP 物理層協(xié)議 RSVP 圖圖4-16 ITG4-16 ITG的協(xié)議結(jié)構(gòu)的協(xié)議結(jié)構(gòu) 網(wǎng)閘是網(wǎng)閘是H.323協(xié)議中的可選單元，它的協(xié)議中的可選單元，它的作用是為其他作用是為其他H.323協(xié)議提供控制和管理服協(xié)議提供控制和管理服務(wù)。務(wù)。 GK 認(rèn)證 Internet 計費 ITG ITG PSTN/ISDN PC 用戶 Modem 電話用戶 PSTN/ISDN 電話用戶 Modem PC 用戶 No.7/中國一號 ISDN-PRI No.7/中國一號 ISDN-PRI 圖圖4-18 4-18 單級單域網(wǎng)結(jié)構(gòu)單級單域網(wǎng)結(jié)構(gòu) GW GW GW GW GW GW GK/認(rèn)證/計費 GK/認(rèn)證/計費 GK/認(rèn)證/計費 OMC 計費中心 圖圖4-19 4-19 單級多域網(wǎng)結(jié)構(gòu)單級多域網(wǎng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是現(xiàn)代通信網(wǎng)的重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是現(xiàn)代通信網(wǎng)