第7章數(shù)據(jù)與計算機通信網(wǎng)課件

1、第7章 數(shù)據(jù)與計算機通信網(wǎng) 7.1 概述 7.2 數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)DDN 7.3 幀中繼FR 7.4 IP網(wǎng)絡(luò) 習題 7.1 概 述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與計算機通信網(wǎng)都是在通信網(wǎng)基礎(chǔ)上建立起來的。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和通信線路，軟件部分是指支持上述硬件的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的任務(wù)是在網(wǎng)絡(luò)用戶之間，透明地、無差錯地、迅速地交換數(shù)據(jù)信息。計算機通信網(wǎng)由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)構(gòu)成，通信子網(wǎng)就是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，而資源子網(wǎng)的基本功能是提供所需的共享硬件、軟件及數(shù)據(jù)等資源，并進行數(shù)據(jù)的處理。因此，計算機通信網(wǎng)的任務(wù)是實現(xiàn)計算機與計算機及計算機與終端之間的通信和資源共享，另外還

2、可以實現(xiàn)電子信箱、可視圖文、電子數(shù)據(jù)交換等通信與信息處理相結(jié)合的業(yè)務(wù)。圖7.1所示是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和計算機通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。虛線以內(nèi)是通信子網(wǎng)，即數(shù)據(jù)通信網(wǎng)；虛線以外是資源子網(wǎng)。近年來，我國公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展很快，先后建立了分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(X.25)、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)、幀中繼網(wǎng)(FR網(wǎng))和ATM寬帶網(wǎng)。分組數(shù)據(jù)網(wǎng)是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的基礎(chǔ)，數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)則提供專線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而幀中繼網(wǎng)及ATM寬帶網(wǎng)則定位于寬帶數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢是IP網(wǎng)絡(luò)，它通過統(tǒng)一的IP層來屏蔽各種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如X.25、DDN、以太網(wǎng)、令牌環(huán)、幀中繼、ATM、SDH、WDM)的差異性，實現(xiàn)異種網(wǎng)的互連。圖7.1 數(shù)據(jù)通

3、信網(wǎng)和計算機通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖本章主要介紹數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)DDN、幀中繼FR、IP網(wǎng)絡(luò)的概念、原理和應(yīng)用，同時介紹SMDS(交換式多兆位數(shù)據(jù)服務(wù))、FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口)、DQDB(分布式排隊雙總線)等高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。7.2 數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)DDN7.2.1 概述數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(DDN，Digital Data Network)是利用數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，它的傳輸媒介主要是光纜，輔助于數(shù)字微波、衛(wèi)星信道以及用戶端可用的普通電纜和雙絞線。在現(xiàn)有的電信網(wǎng)(電話網(wǎng)或分組交換網(wǎng))中，都有模擬成分存在，需要許多模數(shù)轉(zhuǎn)換及調(diào)制解調(diào)設(shè)備。而DDN則以全數(shù)字、高速率及靈活的交叉連接復(fù)用功能為用戶提供永久性或

4、半永久性的數(shù)字電路專線(出租)業(yè)務(wù)，為用戶構(gòu)建了一個大容量的數(shù)據(jù)通信平臺。數(shù)字信道與傳統(tǒng)的模擬信道相比，具有傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬利用率高等一系列優(yōu)點。X.25分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)可以為數(shù)據(jù)用戶提供交換虛電路和永久虛電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。交換虛電路每次都要建立通信連接，永久虛電路則費用較大，且電路利用率較低。很多數(shù)據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求是為了解決行業(yè)部門內(nèi)的數(shù)據(jù)信息處理及管理，這些業(yè)務(wù)大多發(fā)生在相對固定的用戶之間。如果這些業(yè)務(wù)都利用分組交換網(wǎng)來建立一次次的通信連接或永久連接，顯然是不經(jīng)濟的，這時，介于永久性連接和交換式連接之間的半永久性連接方式的數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)通信應(yīng)用技術(shù)的一個分支逐漸發(fā)展起來。DDN在發(fā)展

5、過程中，把數(shù)據(jù)通信與數(shù)字通信、計算機、光纖通信、數(shù)字交叉連接等技術(shù)有機地結(jié)合起來，形成了一個新的技術(shù)整體，使其應(yīng)用范圍從最初單純提供數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，逐漸拓寬為能提供多種業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)，已成為具有很大的吸引力和發(fā)展?jié)摿Φ膫鬏斁W(wǎng)絡(luò)資源。DDN具有以下優(yōu)點： (1) DDN是同步數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，傳輸質(zhì)量高，誤碼率低(可達1010)。(2) 傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)時延小。由于DDN采用了同步轉(zhuǎn)移模式的數(shù)字時分復(fù)用技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)信息根據(jù)事先約定的協(xié)議，在固定的時隙以預(yù)先設(shè)定的通道帶寬和速率順序傳輸，這樣只需按時隙識別通道就可以準確地將數(shù)據(jù)信息送到目的終端。由于信息是順序到達目的終端的，免去了目的終端對信息的重組，因

6、此減小了時延。(3) DDN為全透明網(wǎng)。DDN是任何規(guī)程都可以支持的，不受約束的全透明網(wǎng)，可支持網(wǎng)絡(luò)層以及其上的任何協(xié)議，從而可滿足數(shù)據(jù)、圖像、聲音等多種業(yè)務(wù)的需要。(4) 網(wǎng)絡(luò)運行管理簡便。DDN將檢錯和糾錯等功能放到智能化程度較高的終端來完成，簡化了網(wǎng)絡(luò)運行管理和監(jiān)控的內(nèi)容，同時也為用戶參與管理網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。7.2.2 DDN的結(jié)構(gòu)與業(yè)務(wù)1DDN的結(jié)構(gòu)組成DDN由本地傳輸系統(tǒng)、復(fù)用/交叉連接系統(tǒng)、局間傳輸系統(tǒng)、網(wǎng)同步系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等五大部分組成，如圖7.2所示。圖7.2 DDN組成結(jié)構(gòu)示意圖 1) 本地傳輸系統(tǒng)本地傳輸系統(tǒng)包括用戶設(shè)備、用戶線和用戶接入單元。用戶線和用戶接入單元又稱為

7、用戶環(huán)路。常用的用戶設(shè)備有數(shù)據(jù)終端設(shè)備、個人計算機、工作站、電話機和傳真機、用戶交換機、可視電話機、窄帶話音和數(shù)據(jù)多路復(fù)用器、局域網(wǎng)的橋接器和路由器等。用戶線一般采用市話用戶電纜或光纜。用戶的接入方式主要有下列八種，如圖7.3所示。(1) 二線模擬傳輸方式。這種傳輸方式支持模擬用戶入網(wǎng)連接，在交換方式下，同時需要直流環(huán)路、PBX中繼線、E&M信令傳輸。圖7.3 DDN中用戶的接入方式(2) 二線(或四線)話帶Modem傳輸方式。支持的用戶速率由線路長度、調(diào)制解調(diào)器(Modem)的類型而定。(3) 二線(或四線)基帶傳輸方式。這種傳輸方式采用回波抵消技術(shù)和差分二相編碼技術(shù)。其二線基帶設(shè)備可進行1

8、9.2 kb/s全雙工傳輸。該基帶傳輸設(shè)備還可具有TDM復(fù)用功能，為多個用戶入網(wǎng)提供連接。復(fù)用時需留出部分容量給網(wǎng)絡(luò)管理用。另外，還可用二線或四線，速率達到16 kb/s、32 kb/s或64 kb/s的基帶傳輸設(shè)備。(4) 基帶傳輸+TDM復(fù)用傳輸方式。這種傳輸方式實際上是在二線(或四線)基帶傳輸?shù)幕A(chǔ)上，再加上TDM復(fù)用設(shè)備，為多個用戶入網(wǎng)提供連接。(5) 話音/數(shù)據(jù)復(fù)用傳輸方式。在現(xiàn)有的市話用戶線上，采用頻分或時分的方法實現(xiàn)電話/數(shù)據(jù)獨立的數(shù)據(jù)復(fù)用傳輸，還可加上TDM復(fù)用，為多個用戶提供入網(wǎng)連接。(6) 2B+D速率的DTU傳輸方式。DTU(數(shù)據(jù)終端單元)采用2B+D速率，二線全雙工傳輸

9、方式，為多個用戶提供入網(wǎng)。(7) PCM數(shù)字線路傳輸方式。這種方式是當用戶直接用光纜或數(shù)字微波高次群設(shè)備時，可與其他業(yè)務(wù)合用一套PCM設(shè)備，其中一路2048 kb/s進入DDN。(8) DDN節(jié)點通過PCM設(shè)備的傳輸方式。DDN中用戶的接入方式除了上述基本方式外，還可以采用不同的組合方式。用戶接入單元的作用是把用戶端送入的原始信號轉(zhuǎn)換成適合在用戶線上傳輸?shù)男盘栃问?，如基帶或頻帶調(diào)制解調(diào)信號，并在可能的情況下將多個用戶設(shè)備的信號復(fù)用后在一對用戶線上傳輸。用戶接入單元可以是數(shù)據(jù)服務(wù)單元、信道服務(wù)單元和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)，如基帶或頻帶調(diào)制解調(diào)器。2) 復(fù)用/交叉連接系統(tǒng)復(fù)用是指將多路信號集合

10、在一起共同占用一個物理傳輸介質(zhì)。典型的復(fù)用方式有頻分復(fù)用(FDM)和時分復(fù)用(TDM)等。DDN常采用時分復(fù)用，如2048 kb/s數(shù)字幀電路復(fù)用。數(shù)字交叉連接系統(tǒng)(DCS，Digital Cross-connect System)用于通信線路的交接、調(diào)度和管理。它負責完成時隙的交叉連接(含復(fù)用)。如在DDN節(jié)點中的2048 kb/s PCM信號復(fù)用幀，流入/出的數(shù)字流以64 kb/s為單位進行復(fù)用/交叉連接，如圖7.4所示。圖7.4 數(shù)字交叉連接示意圖 數(shù)字交叉連接系統(tǒng)采用單級時隙交換結(jié)構(gòu)，可以快速地對m64 kb/s和2048 kb/s線路進行交換，提供端點到端點的最優(yōu)連接，大大提高了傳輸

11、線路的使用效率。3) 局間傳輸系統(tǒng)局間傳輸系統(tǒng)是指節(jié)點間的數(shù)字信道以及由各節(jié)點與數(shù)字信道的各種連接方式組成的網(wǎng)絡(luò)拓撲。局間傳輸?shù)臄?shù)字信道通常采用數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的基群(2048 kb/s)信道。網(wǎng)絡(luò)拓撲則是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的信息流量和流向，以及網(wǎng)絡(luò)的安全等因素而建立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4) 網(wǎng)同步系統(tǒng)網(wǎng)同步系統(tǒng)的任務(wù)是提供DDN全網(wǎng)設(shè)備工作的同步時鐘，保證全網(wǎng)設(shè)備的同步工作。DDN通常采用主從同步方式。5) 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)DDN的網(wǎng)絡(luò)管理包括用戶接入管理、網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)故障的診斷、告警與處理、網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計、計費信息的收集與統(tǒng)計等。對于全國范圍的公用DDN，網(wǎng)絡(luò)管

12、理采用分級管理的方式，在主干網(wǎng)上設(shè)立集中的網(wǎng)管控制中心，負責主干網(wǎng)上的電路組織和調(diào)度。在主干網(wǎng)上還可以設(shè)置若干個網(wǎng)管控制終端，它能與網(wǎng)管控制中心交換網(wǎng)管控制信息，在授權(quán)范圍內(nèi)執(zhí)行網(wǎng)管控制功能。各省內(nèi)網(wǎng)可設(shè)立各自集中的網(wǎng)管控制中心，負責本省內(nèi)網(wǎng)上電路的組織和調(diào)度，也可設(shè)若干網(wǎng)管控制終端，在授權(quán)范圍內(nèi)執(zhí)行網(wǎng)管控制功能。2DDN的業(yè)務(wù)功能DDN是全透明的網(wǎng)絡(luò)，具有可靠性高、信道利用率高和時延小等優(yōu)點，可以支持多種業(yè)務(wù)服務(wù)。DDN業(yè)務(wù)分為專用電路、幀中繼、壓縮話音/G3傳真和虛擬專用網(wǎng)四類業(yè)務(wù)。DDN的主要業(yè)務(wù)是向用戶提供中高速率，高質(zhì)量的點到點和點到多點數(shù)字專用電路(簡稱專用電路)。在專用電路的基礎(chǔ)

13、上，通過引入幀中繼服務(wù)模塊(FRM，F(xiàn)rame Relay Module)，提供永久性虛電路(PVC，Permanent Virtual Circuit)連接方式的幀中繼業(yè)務(wù)。通過在用戶入網(wǎng)處引入話音服務(wù)模塊(VSM，Voice Service Module)提供壓縮話音/G3傳真業(yè)務(wù)。在DDN上，幀中繼業(yè)務(wù)和壓縮話音/G3傳真業(yè)務(wù)均可看做在專用電路業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上的增值業(yè)務(wù)。1) 專用電路業(yè)務(wù)(1) 基本專用電路。DDN提供的基本專用電路是規(guī)定速率的點到點專用電路，如中高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、會議電視業(yè)務(wù)、高速可視圖文業(yè)務(wù)等。(2) 特定要求的專用電路。為了滿足用戶特殊需求，DDN網(wǎng)絡(luò)還可提供特定要求的專用

14、電路，例如： 高可用度的TDM電路。對于重要用戶，DDN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)通過例如通路備用、高優(yōu)先級等措施，提高TDM電路的可用度。 低傳輸時延的專用電路。對于要求傳輸時延小的專用電路，DDN網(wǎng)絡(luò)通過選擇地面路徑連接，避免引入衛(wèi)星電路的附加傳輸時延。 定時的專用電路。用戶與網(wǎng)絡(luò)約定專用電路的接通時間和終止時間，定時使用專用電路。 多點專用電路。在N個用戶之間的專用電路業(yè)務(wù)，當N大于2時稱為多點專用電路業(yè)務(wù)。多點專用電路又可分為廣播多點、雙向多點和N向多點專用電路。 廣播多點專用電路是指廣播源用戶(一個)到所有廣播接收用戶方向的傳輸通路。例如，證券行情發(fā)布可以使用此業(yè)務(wù)。雙向多點專用電路有一個控制站用戶，其

15、他為輔助站用戶?？刂普景l(fā)出的信息被輔助站接收，任何一個輔助站發(fā)出的信息都被控制站接收，在輔助站之間沒有信息通路。用戶利用雙向多點電路業(yè)務(wù)，可以構(gòu)成輪訓(xùn)/選擇方式的計算機網(wǎng)絡(luò)。N向多點專用電路，在N個用戶中，任何一個用戶發(fā)出的信息都被所有其他用戶接收。N向多點專用電路多用于會議業(yè)務(wù)。DDN網(wǎng)上要求必須能提供廣播多點和雙向多點專用電路業(yè)務(wù)。對于N向多點專用電路，在DDN節(jié)點不能提供時，可外加多點控制單元設(shè)備來實現(xiàn)。 2) 幀中繼業(yè)務(wù)DDN上的幀中繼業(yè)務(wù)是通過在DDN節(jié)點上設(shè)置幀中繼模塊來實現(xiàn)的，幀中繼模塊(FRM)之間、FRM和幀裝拆模塊(FAD，F(xiàn)rame Assembly Disassembl

16、y)之間通過基本專用電路互連。FRM、FAD和它們之間的專用電路專門為幀中繼業(yè)務(wù)使用，它們的設(shè)置可獨立于所依附的DDN網(wǎng)絡(luò)，即可以根據(jù)幀中繼用戶的分布和幀中繼業(yè)務(wù)量的需要，在選擇的DDN節(jié)點處設(shè)置FRM、FAD和它們的容量。FRM、FAD之間的專用電路及其容量也是根據(jù)幀中繼業(yè)務(wù)的需要設(shè)置，而不是每個DDN節(jié)點都必須設(shè)置FRM、FAD，不是每條數(shù)字通道上都必須有供幀中繼業(yè)務(wù)使用的專用電路。這樣，單從幀中繼業(yè)務(wù)看，可認為在DDN內(nèi)邏輯上獨立地存在一個幀中繼網(wǎng)絡(luò)。幀中繼業(yè)務(wù)用戶分為兩類，一類是具有ITU-T建議Q.922(即幀方式承載業(yè)務(wù)ISDN數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范)接口的用戶，稱為幀中繼用戶；另一類是不

17、具有Q.922接口的用戶，稱為非幀中繼用戶。幀中繼用戶可直接與FRM連接，非幀中繼用戶經(jīng)FAD與FRM連接。FAD執(zhí)行幀的裝拆、協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，F(xiàn)RM執(zhí)行幀中繼功能。3) 壓縮話音/G3傳真業(yè)務(wù)DDN上通過在用戶入網(wǎng)處設(shè)置的話音服務(wù)模塊(VSM)來提供這種業(yè)務(wù)。在VSM之間，DDN網(wǎng)絡(luò)提供端到端的全數(shù)字連接，即中間不再引入話音編碼和信令處理方面的數(shù)/模轉(zhuǎn)換部件。VSM可以設(shè)置在DDN內(nèi)的節(jié)點上，也可以由用戶自行設(shè)置。 4) 虛擬專用網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)用戶可以租用公用DDN的部分網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建自己的專用網(wǎng)，即虛擬專用網(wǎng)(VPN，Virtual Private Network)。虛擬專用網(wǎng)用戶能夠使用自己的網(wǎng)

18、管設(shè)備對租用的網(wǎng)絡(luò)資源進行調(diào)度和管理。該業(yè)務(wù)主要適用于部門、行業(yè)或集團客戶。它們可以利用VPN組建自己的專用計算機網(wǎng)絡(luò)，不僅通信的安全性和可靠性問題得到了保證，而且避免了重復(fù)投資，節(jié)省了遠距離聯(lián)網(wǎng)費用。有關(guān)虛擬專用網(wǎng)的內(nèi)容，將在本書第9章介紹。3用戶入網(wǎng)速率對上述各類業(yè)務(wù)，DDN提供的用戶入網(wǎng)速率及用戶之間的連接如表7.1所示。對于專用電路和開放話音/G3傳真業(yè)務(wù)的電路，互通用戶入網(wǎng)速率必須是相同的；而對于幀中繼用戶，由于FRM具有存儲/轉(zhuǎn)發(fā)幀的功能，因而允許不同入網(wǎng)速率的用戶互通。 7.2.3 DDN的應(yīng)用DDN為用戶提供的基本業(yè)務(wù)是專用電路業(yè)務(wù)，其中最典型的是點對點的DDN專線。DDN專線

19、與公用電話交換網(wǎng)中的電話專線的區(qū)別在于：電話專線的連接是固定的物理連接，而且是一個模擬信道，其帶寬小，質(zhì)量較差，沒有完善的網(wǎng)管系統(tǒng)。DDN專線的連接是半固定連接，是一個數(shù)字信道，其質(zhì)量高，帶寬大，具有較完善的網(wǎng)管系統(tǒng)。DDN連接信道的數(shù)據(jù)傳輸速率、路由以及所用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等隨時可根據(jù)需要申請改變，以充分滿足用戶的通信要求和通信質(zhì)量。DDN與X.25網(wǎng)的區(qū)別在于：X.25是一個分組交換網(wǎng)，它本身具有三層協(xié)議，用戶通過呼叫建立虛電路；X.25具有協(xié)議轉(zhuǎn)換、速率匹配等功能，適用于不同通信規(guī)程、不同通信速率的用戶設(shè)備之間的通信；X.25只在高層協(xié)議上對用戶透明。而DDN不具備交換功能，主要方式是定期或不

20、定期的租用專線，用戶申請專線后，連接就已完成；DDN是一個全透明的網(wǎng)絡(luò)，在用戶速率小于64 kb/s時采用子速率復(fù)用技術(shù)，大于64 kb/s時采用時分復(fù)用技術(shù)；信息按用戶事先約定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在固定的時隙以預(yù)先設(shè)定的帶寬和速率順序傳送，終端不必重新組合信息。X.25按通信字段(流量)收費，而DDN按固定月租收費，所以DDN更適合于需頻繁通信的LAN與LAN或主機與主機的互連。歸納起來，DDN的應(yīng)用范圍有：(1) 民航、火車站售票聯(lián)網(wǎng)。(2) 銀行聯(lián)網(wǎng)。(3) 股市行情廣播及交易。(4) 信息數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)。(5) 任何電腦聯(lián)網(wǎng)通信。(6) 各種數(shù)據(jù)、圖像傳輸，特別適用于業(yè)務(wù)量大、實時性強的數(shù)據(jù)通信

21、用戶使用?？傊?，DDN是隨著數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新興網(wǎng)絡(luò)，它利用數(shù)字信道提供永久性或半永久性電路，為客戶提供專用的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸通道，為客戶建立自己的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)提供條件。近年來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，在DDN上采用的技術(shù)越來越先進，它不僅能用于準同步數(shù)字系列(PDH)，也可用于同步數(shù)字系列(SDH)上。DDN已成為數(shù)據(jù)通信的一個重要的技術(shù)分支，將成為用戶遠程數(shù)據(jù)通信的最佳選擇。7.3 幀 中 繼 FR7.3.1 概述幀中繼是在數(shù)字光纖傳輸線路逐漸代替原有的模擬線路，用戶終端智能化的情況下， 由X.25分組交換技術(shù)發(fā)展起來的一種傳輸技術(shù)。它在用戶網(wǎng)絡(luò)接口之間提

22、供用戶信息流的雙向傳送，并可對用戶信息流進行統(tǒng)計時分復(fù)用。幀中繼和分組交換類似，但卻以比分組容量大的幀為單位而不是以分組為單位進行數(shù)據(jù)傳輸，而且，它在網(wǎng)絡(luò)上的中間節(jié)點對數(shù)據(jù)不進行誤碼糾錯。如圖7.5所示，圖(a)是一般分組交換方式，每個節(jié)點在收到一幀后都要發(fā)回確認幀，而目的站在收到一幀后發(fā)回端到端的確認時，也要逐站進行確認；圖(b)是幀中繼方式，它的中間站只轉(zhuǎn)發(fā)幀而不確認幀，即中間站沒有逐段的鏈路控制能力，只有在目的站收到一幀后才向源站發(fā)回端到端的確認。圖7.5 一般分組交換方式與幀中繼方式的比較(a) 一般分組交換方式；(b) 幀中繼方式幀中繼技術(shù)在保持了分組交換技術(shù)的靈活及較低的費用的同時

23、，縮短了傳輸時延，提高了傳輸速度。因此，它成為了當今實現(xiàn)局域網(wǎng)(LAN)互連、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)(WAN)連接等應(yīng)用的理想解決方案。 近年來，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的用戶類型發(fā)生了很大的變化，用戶終端智能主機(User-Host)用戶所占比例逐年下降，而客戶/服務(wù)器(Client-Server)用戶的比例不斷增加。在這種情況下，現(xiàn)代用戶的需求有以下特點： (1) 要求傳輸速率高，時延低；(2) 信息傳送的突發(fā)性高；(3) 用戶端智能化高。傳統(tǒng)的方法是采用租用專線和分組網(wǎng)來滿足用戶需求，但這兩種方法都有其不可克服的缺點。對于租用專線方式，其成本十分昂貴，線路利用率很低，對突發(fā)性業(yè)務(wù)量的傳送不利。對于分組網(wǎng)方式

24、，X.25協(xié)議過于復(fù)雜，交換機和業(yè)務(wù)成本都很高，復(fù)雜的協(xié)議影響了傳輸速率，網(wǎng)絡(luò)時延大，難以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送。幀中繼技術(shù)正是在這種用戶需求提高而現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)又難以滿足的情況下應(yīng)運而生的。 幀中繼協(xié)議簡單，不存在糾錯及流量控制等三層功能，為保證用戶數(shù)據(jù)的正確傳送，必須具備以下兩個條件：(1) 傳輸線路質(zhì)量高，誤比特率要達到108數(shù)量級；(2) 用戶終端智能化高，本身可進行端到端的糾錯和流量控制。就目前情況來看，一方面，寬頻帶、高質(zhì)量、數(shù)字化的光纖傳輸技術(shù)日益普及，為幀中繼的實現(xiàn)提供了很好的物理基礎(chǔ)(光纖的數(shù)字傳輸誤碼率小于109)。另一方面，用戶終端日益智能化，如在LAN 中的TCP/IP、SNA

25、等協(xié)議本身就是三層以上，將原有網(wǎng)絡(luò)中進行的糾錯、流量控制等由網(wǎng)內(nèi)移至端到端的用戶是完全有可能的。表7.2中對電路交換、分組交換和幀中繼技術(shù)進行了比較。由此可見，解決目前用戶需求，幀中繼是最經(jīng)濟有效的辦法。幀中繼能給用戶帶來的主要益處有：(1) 降低網(wǎng)絡(luò)互連費用；(2) 在減少網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的基礎(chǔ)上提高網(wǎng)絡(luò)功能；(3) 有統(tǒng)一的國際標準，易于互通和兼容；(4) 網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議無關(guān)。7.3.2 幀中繼技術(shù)原理1. 幀中繼與X.25的比較幀中繼是X.25分組網(wǎng)在光纖傳輸條件下的發(fā)展，可以看做是X.25分組交換技術(shù)及其功能的子集。它保存了X.25鏈路層HDLC(High Data Link Control)幀

26、格式，但不采用LAPB規(guī)程，而是按照ISDN標準使用LAPD規(guī)程。LAPD是OSI的第二層協(xié)議，用于ISDN的D信道通信。X.25在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)復(fù)用和轉(zhuǎn)接，而幀中繼在鏈路層實現(xiàn)鏈路的復(fù)用和轉(zhuǎn)接，它可以完全不用網(wǎng)絡(luò)層只用鏈路層(幀級)實現(xiàn)復(fù)用傳遞。圖7.6(a)和(b)分別是X.25分組交換網(wǎng)與幀中繼兩種方式端到端傳輸層次上的對比。圖7.6 幀中繼與X.25的比較(a) X.25網(wǎng)；(b) 幀中繼網(wǎng)2. 幀中繼的幀結(jié)構(gòu)幀中繼的幀結(jié)構(gòu)是由ITU-T Q.922建議的，也稱為Q.922 HDLC幀。它與HDLC幀的格式類似，其主要區(qū)別是沒有控制字段，而且它使用擴充尋址字段，以實現(xiàn)鏈路層復(fù)用和“共路信令

27、”。幀格式如圖7.7所示。圖7.7 幀中繼的幀格式 幀中繼的幀由標志F、信息I、幀校驗FCS和地址段A組成。地址段(A)一般為2個字節(jié)，也可擴展為34個字節(jié)，其內(nèi)容包括：(1) DLCI數(shù)據(jù)鏈路連接標識符。幀中繼采用虛電路方式來傳送數(shù)據(jù)幀，幀中繼的每一個幀沿著各自的虛電路在網(wǎng)絡(luò)中傳送。為此每個幀必須攜帶一個叫做數(shù)據(jù)鏈路標識符(DLCI)的“虛電路號”來標識每個幀的通信地址。(2) C/R命令/響應(yīng)位，與高層應(yīng)用有關(guān)，幀中繼本身并不使用。(3) EA地址擴展表示，可擴展到3或4個字節(jié)。EA=0，表示下一字節(jié)仍然是地址字節(jié)；EA=1，表示地址字段到此為止。(4) FECN正向阻塞顯式通知，F(xiàn)ECN

28、=1，可能有正向阻塞而延遲。(5) BECN反向阻塞顯式通知，BECN=1，可能有反向阻塞而延遲。(6) DE幀丟棄許可指示，用戶終端根據(jù)FECN和BECN的指示結(jié)果，使用DE來告訴網(wǎng)絡(luò)，若網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞，可優(yōu)先傳送(DE=0)那些對時延敏感的幀，而丟棄(DE=1)那些次要的幀。信息字段(I)是可變長度的，理論上最大長度為4096個字節(jié)(取決于FCS的檢驗?zāi)芰?，具體實現(xiàn)的最大長度可由各廠家決定。I字段用來裝載用戶數(shù)據(jù)，可以包括接入設(shè)備使用的各種協(xié)議類型(協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU)。3幀中繼原理幀中繼原理示意圖如圖7.8所示。幀中繼數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏记闆r是：已知幀中繼終端接到端口x，在已建立的一條虛電路連

29、接上，按10 bit DLCI的“虛電路號”標識分配協(xié)定，幀中繼交換前、后的DLCI值分別為a和b。圖7.8 幀中繼原理示意圖 幀中繼交換機實現(xiàn)幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程為：首先使用幀尾的2個字節(jié)FCS檢查是否有傳輸錯誤，若有則丟棄該幀。其次查看路由表，以確定輸出鏈路號。根據(jù)路由表，由端口x輸入的DLCI=a的幀應(yīng)在端口y上送出，其幀的新DLCI=b。顯然，DLCI改變了，故在發(fā)送該幀前，需要重新計算FCS。從呼叫建立起，沿途所有幀中繼交換機的路由表皆形成如圖7.8一樣的登錄項。幀通過網(wǎng)絡(luò)向前傳遞，直到到達目的終端。圖7.8只表示出一個方向上的傳輸，在另一個方向上的傳輸可用同樣方式進行。DLCI僅具有本

30、地意義，一般說來，在一條虛連接的每一端DLCI是不相同的。網(wǎng)絡(luò)本身不執(zhí)行任何流量控制，而且不會試圖去糾正可能發(fā)現(xiàn)的任何錯誤。差錯控制和流量控制被留給在終端之間進行端到端操作的更高層協(xié)議去執(zhí)行。4用戶接入幀中繼網(wǎng)用戶訪問幀中繼業(yè)務(wù)通常需具備三種基本設(shè)施：用戶住宅設(shè)備、傳輸設(shè)備和幀中繼網(wǎng)絡(luò)。用戶住宅設(shè)備可以是任何類型的接入設(shè)備，如具有幀中繼接口的橋接器或路由器。用戶在接入幀中繼網(wǎng)時，通常采用以下幾種形式，如圖7.9所示。(1) 局域網(wǎng)接入方式：局域網(wǎng)用戶一般通過橋接器/路由器接入幀中繼網(wǎng)，也可通過其他的幀中繼接入設(shè)備(如集線器、PAD和規(guī)程轉(zhuǎn)換器等)接入幀中繼網(wǎng)。(2) 計算機接入方式：各類計算機

31、通過幀中繼接入設(shè)備(FRAD)，將非標準的接口規(guī)程轉(zhuǎn)換為標準的UNI接口規(guī)程后接入幀中繼網(wǎng)絡(luò)。如果計算機自身帶有標準的UNI規(guī)程，則可作為幀中繼終端直接接入幀中繼網(wǎng)。(3) 用戶幀中繼交換機接入公用幀中繼網(wǎng)：用戶專用的幀中繼網(wǎng)接入公用幀中繼網(wǎng)時，將專用網(wǎng)絡(luò)中的一臺交換機作為公用幀中繼網(wǎng)的用戶，以標準的UNI規(guī)程接入。圖7.9 用戶接入幀中繼網(wǎng)的形式 7.3.3 幀中繼業(yè)務(wù)應(yīng)用幀中繼業(yè)務(wù)應(yīng)用十分廣泛，主要包括以下幾個方面：(1) 塊交互數(shù)據(jù)：實現(xiàn)高分辨率圖形數(shù)據(jù)傳輸，該應(yīng)用的特點是要求短時延和大流量。(2) 文件傳送：多用于傳送長文件，因為對于長文件，要獲得比較滿意的傳輸時延，必須有較大的流量。

32、(3) 支持多個低速率復(fù)用：利用幀中繼的復(fù)用能力為較多的低速率用戶提供更經(jīng)濟的服務(wù)。(4) 字符交互：以短幀、短時延和低流量的特點用于文字編輯。(5) 局域網(wǎng)互連：通過網(wǎng)橋和路由器互連局域網(wǎng)時采用幀中繼是比較有效的。幀中繼協(xié)議的“流水線”特性特別適用于局域網(wǎng)產(chǎn)生的突發(fā)性、高速率和大流量的數(shù)據(jù)。對局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀進行中繼轉(zhuǎn)發(fā)時，需要采用可變長度的幀格式，并盡可能減少轉(zhuǎn)換處理軟件，這正是幀中繼的特點。下面以一個利用幀中繼進行局域網(wǎng)互連的例子來說明。在許多大機關(guān)、企業(yè)、部門中，其總部和各地分支機構(gòu)所建立的局域網(wǎng)需要互連，而局域網(wǎng)中往往會產(chǎn)生大量的突發(fā)數(shù)據(jù)來爭用網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源。如果用幀中繼進行局域網(wǎng)互連

33、，既可節(jié)約費用，又可充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。圖7.10(a)表示有6個局域網(wǎng)通過6個路由器與廣域網(wǎng)互連，其中R表示路由器。在不使用幀中繼時，要使任何一個局域網(wǎng)通過廣域網(wǎng)與任何一個其他的局域網(wǎng)進行有效的通信(即足夠小的時延)，就必須在廣域網(wǎng)中使用專用線路，共需要15條長途專用線路和30條本地專用線路，而每個路由器需要有5個端口。但若使用幀中繼技術(shù)，如圖7.10(b)所示，則在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中只需設(shè)立具有幀中繼交換機的節(jié)點，一共只需要6條長途專用線路和6條本地線路。每個路由器只需要1個端口。每兩個幀中繼交換機之間都建立一條永久虛電路，其效果和專用線路是一樣的。幀中繼網(wǎng)對外的表現(xiàn)就好像一個高速環(huán)形網(wǎng)，從每一個

34、路由器的端口都可以很方便地與任何其他路由器的端口進行通信。圖中，R表示路由器，F(xiàn)R表示幀中繼交換機。圖7.10 局域網(wǎng)互連(a) 用專用線路；(b) 用幀中繼 7.4 IP 網(wǎng) 絡(luò)7.4.1 概述目前，基于TCP/IP協(xié)議的Internet已發(fā)展成為當今世界上規(guī)模最大、擁有用戶和資源最多的一個超大型計算機網(wǎng)絡(luò)，TCP/IP協(xié)議也因此成為事實上的工業(yè)標準。IP網(wǎng)絡(luò)已成為當代乃至未來計算機網(wǎng)絡(luò)的主流。 傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是由傳輸、交換和終端三大部分組成的。與之相比，因特網(wǎng)(Internet)由多個計算機網(wǎng)絡(luò)、傳輸、交換(這里主要是指路由器、集線器)和終端等幾部分組成，是遍及全球的互連網(wǎng)。IP網(wǎng)絡(luò)是面向

35、無連接的分組傳送網(wǎng)。它初期的目的只是為計算機間傳輸數(shù)據(jù)提供連接，因而業(yè)務(wù)單一，只有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。近年來，IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展最為迅速，其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量正在趕上或超過傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)量，并且其業(yè)務(wù)類型已由數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展到數(shù)據(jù)、語音通信和視頻綜合業(yè)務(wù)，其中發(fā)展最快的是IP電話業(yè)務(wù)。實際上IP網(wǎng)絡(luò)能夠高速發(fā)展的原因之一應(yīng)歸功于傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)的普及。IP網(wǎng)絡(luò)的早期用戶主要是大學(xué)、研究機構(gòu)、團體和企業(yè)，其普及程度遠不及電話業(yè)務(wù)的普及，隨著借助電話線路撥號上網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)電話實用技術(shù)的發(fā)展，IP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已進入家庭，IP網(wǎng)絡(luò)也因此有了高速發(fā)展的市場驅(qū)動。IP網(wǎng)絡(luò)已能夠提供接近傳統(tǒng)電話質(zhì)量的電話業(yè)務(wù)，而IP網(wǎng)絡(luò)電話的成本卻只有傳統(tǒng)

36、PSTN電話的10%，又有著最大的用戶群體，因此各傳統(tǒng)電話公司和新IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供商無不大力發(fā)展IP網(wǎng)絡(luò)電話。IP網(wǎng)絡(luò)電話業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展又促進了IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。7.4.2 TCP/IPTCP/IP協(xié)議(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)叫做傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議，又叫網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這個協(xié)議是Internet國際互連網(wǎng)的基礎(chǔ)。TCP/IP是網(wǎng)絡(luò)中使用的基本的通信協(xié)議。雖然從名字上看TCP/IP包括兩個協(xié)議：傳輸控制協(xié)議(TCP)和網(wǎng)際協(xié)議(IP)，但TCP/IP實際上是一組協(xié)議，它包括上百個各種功能的協(xié)議，如遠程登錄、文件傳輸和電子郵件等

37、，而TCP協(xié)議和IP協(xié)議是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€基本的重要協(xié)議。通常說TCP/IP是Internet協(xié)議族，而不單單是TCP和IP。TCP/IP協(xié)議的基本傳輸單位是數(shù)據(jù)報，TCP協(xié)議負責把數(shù)據(jù)分成若干個數(shù)據(jù)報，并給每個數(shù)據(jù)報加上報頭，報頭上有相應(yīng)的編號，以保證在數(shù)據(jù)接收端能將數(shù)據(jù)還原為原來的格式。IP協(xié)議在每個報頭上再加上接收端主機地址，這樣數(shù)據(jù)可找到自己要去的地方，如果傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)失真等情況，TCP協(xié)議會自動要求數(shù)據(jù)重新傳輸，并重新組報?？傊?，IP協(xié)議保證數(shù)據(jù)的傳輸，TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。1OSI七層結(jié)構(gòu)模型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者在解決網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)時經(jīng)常使用ISO/OSI(國際標

38、準化組織/開放系統(tǒng)互連)七層模型，該模型每一層代表一定層次的網(wǎng)絡(luò)功能。最下面是物理層，它代表著進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)(即網(wǎng)絡(luò)電纜)。其上是數(shù)據(jù)鏈路層，它通過網(wǎng)絡(luò)接口卡提供服務(wù)。最上層是應(yīng)用層，這里運行著使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的應(yīng)用程序。OSI七層參考模型如圖7.11所示。圖7.11 OSI開放系統(tǒng)互連七層參考模型TCP/IP是與ISO/OSI模型等價的。當一個數(shù)據(jù)單元從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序下流到網(wǎng)絡(luò)接口卡時，它通過了一列的TCP/IP模塊。這其中的每一步，數(shù)據(jù)單元都會同網(wǎng)絡(luò)另一端對等TCP/IP模塊所需的信息一起打成包。這樣當數(shù)據(jù)最終傳輸?shù)骄W(wǎng)卡時，它成了一個標準的以太幀(假設(shè)物理網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng))。而接收端的TCP

39、/IP軟件通過剝?nèi)ヒ蕴W(wǎng)幀并將數(shù)據(jù)向上傳輸過TCP/IP棧來為處于接收狀態(tài)的應(yīng)用程序重新恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。2TCP/IP協(xié)議的分層結(jié)構(gòu) TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸基于TCP/IP協(xié)議的四層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、接口層，如圖7.12所示。TCP/IP協(xié)議族中包括上百個互為關(guān)聯(lián)的協(xié)議，不同功能的協(xié)議分布在不同的協(xié)議層，下面介紹幾個常用協(xié)議：(1) TELNET(Remote Login)：提供遠程登錄功能，一臺計算機用戶可以登錄到遠程的另一臺計算機上，如同在遠程主機上直接操作一樣。 圖7.12 TCP/IP協(xié)議集及分層結(jié)構(gòu) (2) FTP(File Transfer Protocol)：遠程文

40、件傳輸協(xié)議，允許用戶將遠程主機上的文件拷貝到自己的計算機上。(3) SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)：簡單郵件傳輸協(xié)議，用于傳輸電子郵件。(4) SNMP(Simple Network Management Protocol)：簡單網(wǎng)管協(xié)議，提供了監(jiān)視和控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及管理諸如配置、統(tǒng)計、性能和安全的手段。(5) DNS(Domain Name Service)：域名系統(tǒng)協(xié)議，提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備名字到IP地址的轉(zhuǎn)換。(6) TCP(Transmission Control Protocol)：傳輸控制協(xié)議，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。TCP是面向連接的協(xié)議，也就是說

41、，在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前，必須和對方建立可靠的連接。一個TCP連接必須要經(jīng)過三次“對話”才能建立起來，其中的過程非常復(fù)雜，這里只作簡單、形象的介紹：主機A向主機B發(fā)出連接請求數(shù)據(jù)包：“我想給你發(fā)數(shù)據(jù)，可以嗎？”這是第一次對話；主機B向主機A發(fā)送同意連接和要求同步的數(shù)據(jù)包：“可以，你什么時候發(fā)？”這是第二次對話；主機A再發(fā)出一個數(shù)據(jù)包確認主機B的要求同步：“我現(xiàn)在就發(fā)，你接收著吧！”這是第三次對話。三次“對話”的目的是使數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收同步，經(jīng)過三次“對話”之后，主機A才向主機B正式發(fā)送數(shù)據(jù)。(7) UDP(User Datagram Protocol)：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，它和TCP一樣位于傳輸層，和

42、IP協(xié)議配合使用，提供無連接、不可靠、無流量控制、不排序的服務(wù)，可高效率地傳輸數(shù)據(jù)，但不提供數(shù)據(jù)報的重傳，一般用于傳輸較短的文件。 UDP是面向非連接的，所謂“面向非連接”，就是指在正式通信前不必與對方先建立連接，不管對方狀態(tài)就直接發(fā)送。TCP協(xié)議和UDP協(xié)議各有所長、各有所短，適用于不同要求的通信環(huán)境。TCP協(xié)議和UDP協(xié)議之間的差別如表7.3所示。3IP地址IP地址是IP網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊罁?jù)，它標識了IP網(wǎng)絡(luò)中的主機與網(wǎng)絡(luò)的一個連接。如果一臺主機有多個網(wǎng)絡(luò)接口，則要為其分配多個IP地址。同一主機上多個接口的IP地址沒有必然的聯(lián)系。所以IP地址并不是標識一臺機器，而是標識一個主機與網(wǎng)絡(luò)的一個

43、連接。一臺主機可以有多個IP地址。 IP地址由網(wǎng)絡(luò)標識和主機標識組成。它用四個以“點”隔開的十進制整數(shù)表示，每個整數(shù)可能的取值為0255，如68。表7.4中列出了幾種類型的IP地址。表7.4 幾種類型的IP地址4IP協(xié)議Internet協(xié)議族中最重要的協(xié)議就是IP協(xié)議。它的主要功能有無連接數(shù)據(jù)報傳送、數(shù)據(jù)報路由選擇和差錯控制。IP將報文傳送到目的主機后，不管傳送正確與否，不進行校驗，不回送確認，也不保證分組的正確順序，這些功能都由TCP來完成。IP協(xié)議充分體現(xiàn)了TCP/IP技術(shù)的包容性，使Internet互連異種網(wǎng)絡(luò)成為可能。它一方面可以支持各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，另一方面還能利用現(xiàn)有的各種傳輸方式和基

44、礎(chǔ)設(shè)施。在IP協(xié)議中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元為數(shù)據(jù)報，即IP數(shù)據(jù)報，它由報頭和數(shù)據(jù)兩部分組成。而在物理網(wǎng)絡(luò)中，信息的傳送以幀為單位。因此，IP數(shù)據(jù)包要經(jīng)過封裝才能在物理網(wǎng)上傳送，如圖7.13所示。如果數(shù)據(jù)包的長度大于物理幀的長度，數(shù)據(jù)還要經(jīng)過分片再封裝，在信宿端對收到的數(shù)據(jù)進行重組。圖7.13 數(shù)據(jù)報封裝5IP數(shù)據(jù)包的路由選擇路由選擇是IP協(xié)議最主要的功能之一。在互連網(wǎng)絡(luò)中，每個主機和路由器(在TCP/IP中稱路由器為網(wǎng)關(guān))都有一個路由選擇表，路由選擇表給出每個可能的目的網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的路由器地址以及該路由器的忙閑程度。路由器之間通過網(wǎng)關(guān)協(xié)議不斷交換各自的路由信息，以保證整個網(wǎng)絡(luò)路徑的一致性。路由選擇表的基

45、本結(jié)構(gòu)如下：其中，目的地址和路由器地址都是用IP地址表示的，路由器地址指向IP數(shù)據(jù)報應(yīng)送往的下一個路由器；忙閑度是用這個路由器所發(fā)送的數(shù)據(jù)報數(shù)量來衡量的，當一個目的地址有多個路由時，IP協(xié)議總是選擇忙閑度最小的路由?；ミB網(wǎng)絡(luò)可以被看成由一組路由器經(jīng)點到點連接而形成的存儲轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)。路由器在數(shù)據(jù)從信源機到信宿機的傳送中起著重要的作用。IP協(xié)議的路由不需要一個完整的端到端的鏈路，只要知道接下去將由哪一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接收數(shù)據(jù)報就可以了。兩點之間的路徑是動態(tài)變化的，與網(wǎng)絡(luò)配置的改變和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量情況有關(guān)。在IP協(xié)議中，如何處理收到的數(shù)據(jù)報，分兩種情況：一是數(shù)據(jù)報已經(jīng)到達目的主機，主機對進入的數(shù)據(jù)報進行處

46、理；二是數(shù)據(jù)報需要進一步傳送，路由器(網(wǎng)關(guān))使用路由算法為數(shù)據(jù)報選擇路由。當數(shù)據(jù)報到達時，主機必須比較目的地址與每個主機的網(wǎng)絡(luò)地址。如果匹配，則接受該數(shù)據(jù)報；如果不匹配，IP則要將數(shù)據(jù)報報頭中的生存時間減1。如果生存時間計數(shù)值為0，則丟棄該數(shù)據(jù)報；如果其計數(shù)值為正，則為該數(shù)據(jù)報選擇路由。IP業(yè)務(wù)量的持續(xù)快速增長使得IP協(xié)議逐漸成為一種占主導(dǎo)地位的通信協(xié)議，IP網(wǎng)絡(luò)在今后的數(shù)據(jù)通信乃至電信業(yè)中將占據(jù)重要地位。更重要的是，目前網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)轉(zhuǎn)變成為一種商品，其各種增值服務(wù)有著巨大的利潤潛力。有理由相信，IP技術(shù)是未來網(wǎng)絡(luò)綜合的主要力量之一，它可以集成語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、圖像和視頻業(yè)務(wù)，最終可能成為新一代

47、電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)選擇。當然，目前的IP網(wǎng)絡(luò)及IP技術(shù)還存在著一定的缺陷，要成為新一代電信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)尚需解決大量的課題，在所有要解決的課題中，網(wǎng)絡(luò)性能是基礎(chǔ)條件之一。因此，高速寬帶IP網(wǎng)絡(luò)是解決IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展問題的前提。有關(guān)寬帶IP網(wǎng)絡(luò)的情況將在本書第9章介紹。7.4.3 IP電話隨著通信技術(shù)朝著綜合化、數(shù)字化、智能化、寬帶化、個人化方向發(fā)展，在單一網(wǎng)絡(luò)平臺上實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、圖像等多種綜合業(yè)務(wù)已經(jīng)成為電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標和必然趨勢。全球Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展，正在深刻地改變著人們的日常生活方式。Internet在電子商務(wù)、IP電話、IP傳真、IP會議電視等領(lǐng)域不斷取得新的應(yīng)用。特別是I

48、P電話的出現(xiàn)，使話音業(yè)務(wù)在數(shù)據(jù)網(wǎng)上連續(xù)、高效地傳送成為可能。下面介紹IP電話的基本概念及其關(guān)鍵技術(shù)。1IP電話的基本概念 最初的IP電話是個人計算機與個人計算機之間的通話。通話雙方是一些擁有電腦，并且可以上互連網(wǎng)的客戶，他們利用雙方的電腦與調(diào)制解調(diào)器，再安裝好聲卡及相關(guān)軟件，加上送話器和揚聲器，雙方約定時間同時上網(wǎng)，然后進行通話，如圖7.14所示。隨著IP電話的優(yōu)點逐步被人們認識，許多電信公司在此基礎(chǔ)上進行了開發(fā)，從而實現(xiàn)了計算機與普通電話之間的通話，如圖7.15所示。圖7.14 IP電話(PC-PC) 圖7.15 IP電話(PC-Phone)計算機方一般需要能接入國際互連網(wǎng)(Internet

49、)的普通計算機(PC)，一臺調(diào)制解調(diào)器(Modem)，計算機上同樣應(yīng)該裝有聲卡和送話器及揚聲器，并且要安裝IP電話的軟件。電話機用戶方應(yīng)當具備撥號上本地網(wǎng)IP電話的網(wǎng)關(guān)(Gateway)的功能。計算機(PC)方呼叫遠端電話：先通過Internet登錄到網(wǎng)關(guān)，進行賬號確認，提交被叫號碼，然后由網(wǎng)關(guān)完成呼叫。電話呼叫遠端計算機(PC)：計算機(PC)應(yīng)當向Internet提供一個固定的地址，并且在電話所在網(wǎng)關(guān)上進行登記，電話向網(wǎng)關(guān)呼叫，通過網(wǎng)關(guān)自動呼叫被叫計算機(計算機平時不能關(guān)機)。擁有電話機的一方可以不必安裝計算機及相關(guān)軟件與設(shè)備。目前，國內(nèi)有些計算機客戶與國外進行IP電話的通話已可以采用這種

50、方式。但是，這種方式仍舊十分不方便，無法滿足公眾隨時需要的通話方式。在以上方式的基礎(chǔ)上，國際上許多大的電信公司又推出了普通電話與普通電話之間的通話，如圖7.16所示。圖7.16 IP電話(Phone-Phone) 普通電話客戶通過本地電話撥號上本地的互連網(wǎng)電話的網(wǎng)關(guān)(Gateway)，輸入賬號、密碼，確認后鍵入被叫號碼，這樣本地與遠端的網(wǎng)絡(luò)電話采用網(wǎng)關(guān)通過Internet網(wǎng)絡(luò)進行連接，遠端的Internet網(wǎng)關(guān)通過當?shù)氐碾娫捑W(wǎng)呼叫被叫用戶，從而完成普通電話客戶之間的電話通信。作為網(wǎng)絡(luò)電話的網(wǎng)關(guān)，即是Internet網(wǎng)絡(luò)上的一臺主機，它一定要有專線與 Internet 網(wǎng)絡(luò)相連，目前雙方的網(wǎng)關(guān)必

51、須用相同一家公司的產(chǎn)品。這種通過Internet完成普通電話普通電話的通話方式就是人們通常所講的IP電話，也是目前發(fā)展得最快而且最有商用化前途的電話。Internet在全球范圍內(nèi)的快速發(fā)展，很大程度上得益于開放性的TCP/IP協(xié)議。作為連接各種設(shè)備的標準平臺，IP協(xié)議得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)和語音壓縮編碼技術(shù)的進步，在技術(shù)上保證了IP電話在Internet網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)目尚行?。IP電話是一種利用Internet作為傳輸載體實現(xiàn)計算機與計算機、普通電話與普通電話、計算機與普通電話之間進行話音通信的技術(shù)。那么它與傳統(tǒng)電話相比有哪些主要差異呢？傳統(tǒng)電話(PSTN)采用的是電路交換方式，通話

52、的雙方通過呼叫方式建立一條64 kb/s帶寬的物理鏈路，因此，能確保語音的實時傳輸和通信的同步。但是由于PSTN采取電路交換，鏈路一旦建立，無論雙方是否通話，其鏈路始終保持，直至鏈路被拆除。而且一般情況下，通話雙方僅有一方在講話，那么線路利用率至少浪費50%。Internet采取的是分組交換方式，數(shù)據(jù)報(即信息分組)以存儲器轉(zhuǎn)發(fā)的機理在Internet節(jié)點間傳輸，數(shù)據(jù)報在路由上傳輸?shù)难訒r是不確定的，受Internet當前可利用的傳輸帶寬等因素的影響，因此不能提供可靠的實時傳輸。這是實現(xiàn)IP電話必須解決的最關(guān)鍵技術(shù)之一。IP網(wǎng)上的語音業(yè)務(wù)(Voice over IP)(也就是IP電話業(yè)務(wù))從19

53、95年興起到現(xiàn)在，越來越受到人們的關(guān)注。其原因是由于IP電話通常都采用話音/數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，并采用信道復(fù)用和基于分組交換的傳輸技術(shù)，它比傳統(tǒng)的電話交換系統(tǒng)可以將線路傳輸利用率提高許多倍。IP電話采用了分組交換和統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)，實現(xiàn)了話音、數(shù)據(jù)的綜合傳輸，整個網(wǎng)絡(luò)的運營成本大幅度降低，特別是對減少國際/國內(nèi)長途通信費用非常有效，用戶承受的通信費用也大大減少，經(jīng)濟效益十分可觀。另外，新的基于計算機的多媒體通信也需要IP電話技術(shù)的支持。當然，受市場驅(qū)動也是IP電話技術(shù)迅速發(fā)展的原因。也正是這一巨大的市場，許多大公司(如Microsoft、Intel、Lucent)都紛紛加入了這一市場的競爭。同時，這

54、種競爭也促使了與IP電話技術(shù)相關(guān)的技術(shù)和標準的不斷出現(xiàn)，如語音編碼技術(shù)、實時傳送協(xié)議(RTP，Real-time Transport Protocol)、資源預(yù)約協(xié)議(RSVP，Resource Reservation Protocol)、呼叫建立和控制協(xié)議等等，為這一技術(shù)的實用化提供了良好的條件。IP電話技術(shù)是當今Internet應(yīng)用領(lǐng)域的一個熱門話題，目前主要是指在Internet中實時傳送聲音，但從長遠、廣義上講，它應(yīng)包括在Internet中，實時傳送多媒體信息。2影響IP電話質(zhì)量的因素雖然IP電話還不能保證傳送質(zhì)量，但這并沒有影響IP電話技術(shù)的迅速發(fā)展。用戶寧愿忍受差一點的話音質(zhì)量和通

55、信時延，而少付長途通信費用。首先讓我們看一下影響IP電話質(zhì)量的幾個因素。 (1) 時延。時延是指從說話人開始說話到受話人聽到所說的內(nèi)容的時間。一般人們能忍受小于250 ms的時延，太長的時延會使通信雙方都不舒服。此外，時延還會造成回波，時延越長，所需的用于消除回波的計算機指令的時間就越多。IP電話的時延通常由三部分組成，即編/解碼時延、數(shù)據(jù)包傳送時延和緩存時延。編/解碼時延根據(jù)不同的算法，其值在570 ms之間。數(shù)據(jù)包傳送時延由Internet的路由情況決定，如果在低速信道或信道太擁擠時，可能會導(dǎo)致長時延或丟失數(shù)據(jù)包的情況。緩存時延一般可由用戶自己設(shè)定，最長可達幾百毫秒。 (2) 話音質(zhì)量。話

56、音質(zhì)量是指接收端合成話音的可懂度、自然度和清晰度。它們分別反映了說話人的語義、個人信息和被噪聲干擾的程度。近幾年來，話音壓縮編碼技術(shù)有了很大的進步，在中低速率(416 kb/s)的情況下可以達到市話或長途通信的質(zhì)量。然而這些算法都是以幀為單位的，對丟失數(shù)據(jù)包比較敏感。一旦丟失數(shù)據(jù)包，話音解碼算法將根據(jù)前后幀的信息“猜”丟失的數(shù)據(jù)。然而如果連續(xù)丟失幾幀的話，合成話音質(zhì)量將會明顯下降。 在Internet這種不保證傳遞質(zhì)量的信道中，通常在話音質(zhì)量和時延之間存在著一個折衷。適當增加時延來等待傳慢了的話音數(shù)據(jù)包，這樣會提高話音質(zhì)量，但時延太長同樣會令人不舒服。那么是否可以改善IP電話的整體服務(wù)質(zhì)量呢？回答是肯定的?，F(xiàn)在許多科研人員正在致力于Internet QoS的研究，歸納起來有如下幾個方面：(1) 資源預(yù)約。雖然Internet不提供資源預(yù)約，但可以通過某種協(xié)議來保證一定的帶寬，如RSVP協(xié)議，也可以對某些實時業(yè)務(wù)采取優(yōu)先傳送措施(IP層協(xié)議)。還有人研究收費規(guī)則以及自適應(yīng)調(diào)整服務(wù)帶寬?？梢灶A(yù)見，在不久的將來會有比較好的協(xié)議支持實時IP電話技術(shù)。 (