Communication 版 (精华区)
发信人: dormouse (恐明 V 祁山口), 信区: Communication
标 题: 《数字电视与有线电视综合网》-8
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月29日08:42:47 星期五), 站内信件
第八章 计算机通信网
1 概述
数据通信网是计算机技术和通信技术相结合的产物，亦称计算机通信网，信息
已成为经济发展的战略资源和独特的生产要素。经济的竞争实际上已演变为信息的
竞争。经30余年的发展产生了各式各样的局域网和广域网以及它们之间的互连体系
。这种竞争和发展都围绕以下几个方面：
(1)如何迅速而优质地采集信息;
(2)高效而又可靠地传输信息；
(3)大量而普遍地处理、存储和使用信息；
(4)经济性。
CATV宽带综合网是一种发展过程中出现的网络形式，不可避免地将与上述各种
网络相联系， 特别是与局域网的联系。因为在HFC网络形式下，每个光节点的复盖
面都不大。本章将着重 介绍局域网，在以后的几章中将对几种应用较广，对CATV
宽带技术综合网有重要影响的广域 网和传输技术作专门介绍，如ISDN、B－ISDN、
Internet网、ATM技术和SDH等。
2 局域网
局域网从60年代末70年代初开始起步，经过近30年的发展，已越来越趋于成熟
，其主要特点 是形成了开放系统互连网络，网络走向了产品化、标准化；许多新
型传输介质投入实际使用 ，以数据传输速率达100Mbps的以光缆为基础的FDDI技术
和双绞线为基础的100BASE－T等技术已日趋成熟，投入商用；局域网的互连性越来
越强，各种不同介质、不同协议、不同接口的互连产品已纷纷投入市场；微计算机
的处理能力增强很快，局域网不仅能传输文本数据， 而且可以传输和处理话音、
图形、图象、视象等媒体数据。
2.1 局域网的拓扑结构
局域网的拓扑结构指网络中节点和通信线路的几何排序，它对整个网络的设计
、功能、经济性、可靠性都有影响，对局域网一般有如下五种结构：星形、总线形
、环形、树形、网状等 (见图8－1)。
2.1.1 星形结构
它以中央节点为中心，一个节点向另一个节点发送数据，必须向中央节点发出
请求，一旦建立连接，这两个节点之间就是一条专用连接线路，信息传输通过中央
节点的存储－转接来完 成。这种结构要求中央节点的可靠性很高，否则出现故障
就会危及整个网络。星形结构的优 点是结构简单、网络控制容易、便于扩充；缺
点是资源共享不便、可靠性较低，目前100BAS E－VG采用此种结构。
2.1.2 总线形结构
它的所有节点都通过相应硬件接口连接到一条无源公共总线上，任何一个节点
发出的信息都 可沿着总线传输，并被总线上其它任何一个节点接收，它的传输方
向是从发送点向两端扩散传送，是一种广播式结构。
每个节点的网卡上有一个收发器，当发送节点发送的目的地址与某一节点的接
口地址相符， 该节点即接收该信息。
a)星形 b)总线形 c)树形 d)环形 e)网状形
总线结构的优点是安装简单、易于扩充、可靠性高，一个节点损坏，不会影响
整个网络工作 ，但由于共用一条总线，所以要解决两个节点同时向一个节点发送
信息的碰撞问题，这对实时性要求较高的场合不太适用。目前，10BASE－T、
100BASE－T使用这种拓扑结构。
2.1.3 树形结构
树形结构是总线形的延伸，它是一个分层分支的结构。一个分支和节点故障不
影响其他分支和节点的工作。像总线结构一样，它也是一种广播式网络。任何一个
节点发送的信息，其它节点都能接收。此种结构的优点是在原网上易于扩充，但缺
点是线路利用率不如总线形结构高。
2.1.4 环形结构
环形结构中的各节点通过有源接口连接在一条闭合的环形通信线路中，是点－
点式结构。环形网中每个节点对占用环路传送数据都有相同权力，它发送的信息流
按环路设计的流向流动 。为了提高可靠性，可采用双环或多环等冗余措施来解决
。目前的环形结构中采用了一种多路访问部件MAU，当某个节点发生故障时，可以
自动旁路，隔离故障点，这也使可靠性得到了提高。
环形结构的优点是实时性好，信息吞吐量大，网的周长可达200km，节点可达
几百个。但因环路是封闭的。所以扩充不便。这种结构在IBM于1985年推出令牌环
网后，已为人们所接受 ，目前推出的FDDI网就是使用这种双环结构。
2.1.5 网状结构
在一组节点中，将任意两个节点通过物理信道连接成一组不规则的形状，就构
成网状结构。 它的优点是最大限度地提供了专用带宽；缺点是造价高，结构较复
杂，目前在ATM局域网中使用这种结构。
2.2 局域网的传输介质
传输介质主要是指计算机网络中发送和接收者之间的物理通路，其中有通信电
缆，也有无线信道如微波线路和卫星线路。而局域网的典型传输介质是双绞线、同
轴电缆和光缆。
2.2.1 双绞线
双绞线分非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair)和屏蔽双绞线
STP(Shielded Twisted Pair)两种。目前，在局域网中，大多数使用的是UTP。双
绞线是两根绝缘导线互相绞结在一起的一种通用的传输介质，它可减少线间电磁干
扰，适用于模拟、数据通信。在局域网中 ，UTP已被广泛采用，其传输速率取决于
芯线质量、传输距离、驱动和接收信号的技术等。 如令牌环网采用第三类UTP，传
输速率最高可达16Mbps，10BASE－T采用的三类UTP速率达10M bps，100BASE－T采
用的五类UTP传输速率达100Mbps。
UTP价格较低，传输速率满足使用要求，适用于办公大楼、学校、商厦等干扰
较小的环境中使用，但不适于噪声大、电磁干扰强的恶劣环境中使用。
2.2.2 同轴电缆
同轴电缆由一空心金属圆管(外导体)和一根硬铜导线(内导体)组成。内导体位
于金属圆管中 心，内外导体间用聚乙烯塑料垫片绝缘。在局域网中使用的同轴电
缆共有75Ω、50Ω 和93Ω三种。RG59型75Ω电缆是共用天线电视系统(CATV)采用
的标准电缆，它常用于传输频 分多路FDM方式产生的模拟信号，频率可达300～
400MHz，称作宽带传输，也可用于传输数字信号。50Ω同轴电缆分粗缆(RG－8型或
RG－11型)和细缆(RG－58型)两种。粗缆抗干扰性能 好，传输距离较远，细缆价格
低，传输距离较近，传输速率一般为10Mbps，适用于以及网。 RG－62型93Ω电缆
是Arcnet网采用的同轴电缆，通常只适用于基带传输，传输速率为2～20M bps。
2.2.3 光缆
光缆是光纤电缆的简称，是传送光信号的介质，它由纤芯、包层和外部一层的
增强强度的保护层构成。纤芯是采用二氧化硅掺以锗、磷等材料制成，呈圆柱形。
外面包层用纯二氧化硅制成，它将光信号折射到纤芯中。光纤分单模和多模两种，
单模只提供一条光通路，多模有多条光通路，单模光纤容量大，价格较贵，目前单
模光纤芯连包层尺寸约8.3μm/125μm， 多模纤芯常用的为62.5μm/125μm。光纤
只能作单向传输，如需双向通信，则应成对使用 。
光缆是目前计算机网络中最有发展前途的传输介质，它的传输速率可高达
1000Mbps，误码率低，约为 ，衰减小，传播延时很小，并有很强的抗干
扰能力，适宜在泄漏信号、 电气干扰信号严重的环境中使用，所以倍受人们青睐
。光缆适用于点－点链路，所以常应用于环状结构网络。缺点是成本较高，还不能
普遍使用。
2.3 访问控制方式
访问控制方式是指控制网络中各个节点之间信息的合理传输，对信道进行合理
分配的方法。 目前在局域网中常用的访问控制方式有三种：带冲突检测的载波侦
听多路访问(CSMA/CD－Ca rrier Sense Multiple Access With Collision
Detection)；令牌环(Token Ring)；令牌总线(Token Bus)。
2.3.1 CSMA/CD
最早的CSMA方法起源于美国夏威夷大学的ALOHA广播分组网络，1980年美国
DEC、Intel和Xerox公司联合宣布Ethernet网采用CSMA技术，并增加了检测碰撞功
能，称之为CSMA/CD。这种 方式适用于总线型和树形拓扑结构，主要解决如何共享
一条公用广播传输介质。其简单原理 是：在网络中，任何一个工作站在发送信息
前，要侦听一下网络中有无其它工作站在发送信 号，如无则立即发送，如有，即
信道被占用，此工作站要等一段时间再争取发送权。等待时 间可由二种方法确定
，一种是某工作站检测到信道被占用后，继续检测，直到信道出现空闲 。另一种
是检测到信道被占用后，等待一个随机时间进行检测，直到信道出现空闲后再发送
。
CSMA/CD要解决的另一主要问题是如何检测冲突。当网络处于空闲的某一瞬间
，有两个或两 个以上工作站要同时发送信息，这时，同步发送的信号就会引起冲
突，现由IEEE802.3标准确定的CSMA/CD检测冲突的方法是：当一个工作站开始占用
信道进行发送信息时，再用碰撞 检测器继续对网络检测一段时间，即一边发送，
一边监听，把发送的信息与监听的信息进行比较，如结果一致，则说明发送正常，
抢占总线成功，可继续发送。如结果不一致，则说明 有冲突，应立即停止发送。
等待一随机时间后，再重复上述过程进行发送。
CSMA/CD控制方式的优点是：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站
处于平等地位 ，不需集中控制，不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送
时间增长，发送效率急剧下降。
2.3.2 令牌环
令牌环只适用于环形拓扑结构的局域网。其主要原理是：使用一个称之为“令
牌”的控制标 志(令牌是一个二进制数的字节，它由“空闲”与“忙”两种编码标
志来实现，既无目的地 址 ，也无源地址)，当无信息在环上传送时，令牌处于“
空闲”状态，它沿环从一个工作站到 另 一个工作站不停地进行传递。当某一工作
站准备发送信息时，就必须等待，直到检测并捕获 到经过该站的令牌为止，然后
，将令牌的控制标志从“空闲”状态改变为“忙”状态，并发送出一帧信息。其他
的工作站随时检测经过本站的帧，当发送的帧目的地址与本站地址相符时，就接收
该帧，待复制完毕再转发此帧，直到该帧沿环一周返回发送站，并收到接收站指向
发送站的肯定应签信息时，才将发送的帧信息进行清除，并使令牌标志又处于“空
闲”状 态，继续插入环中。当另一个新的工作站需要发送数据时，按前述过程，
检测到令牌，修改状态，把信息装配成帧，进行新一轮的发送。
令牌环控制方式的优点是它能提供优先权服务，有很强的实时性，在重负载环
路中，“令牌 ”以循环方式工作，效率较高。其缺点是控制电路较复杂，令牌容
易丢失。但IBM在1985年 已解决了实用问题，近年来采用令牌环方式的令牌环网实
用性已大大增强。
2.3.3 令牌总线
令牌总线主要用于总线形或树形网络结构中。它的访问控制方式类似于令牌环
，但它是把总 线形或树形网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列
形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。信息是双
向传送，每个站都可检测到其它站 点发出的信息。在令牌传递时，都要加上目的
地址，所以只有检测到并得到令牌的工作站， 才能发送信息，它不同于CSMA/CD方
式，可在总线和树形结构中避免冲突。
这种控制方式的优点是各工作站对介质的共享权力是均等的，可以设置优先级
，也可以不设 ；有较好的吞吐能力，吞吐量随数据传输速率增高而加大，连网距
离较CSMA/CD方式大。缺 点是控制电路较复杂、成本高，轻负载时，线路传输效率
低。
2.4 局域网协议标准
美国IEEE于1980年2月专门成立了局域网课题研究组，对局域网制定了美国国
家标准，并把它提交国际标准化组织作为国际标准的草案，1984年3月已得到ISO的
采纳。到目前为目，IEEE802为局域网制定的标准有：
EEE802.1A体系结构
IEEE802.1B寻址、网际互连和网间管理
IEEE802.2 逻辑链路控制
IEEE802.3 CSMA/CD总线访问方法和物理层技术规范
IEEE802.4 令牌总线访问控制方法和物理层技术规范
IEEE802.5 令牌环访问控制方法和物理层技术规范
IEEE802.6 城域网访问方法和物理层技术规范
最近几年，又制定了几个标准。IEEE802.7、802.8标准，主要作为光缆传输技
术的局域网 和时间片分 割环网制定的；IEEE802.9主要是对传输突发性强、对时
间又很敏感的等时以太网Isonet设计标准：Isonet设计的标准 ，IEEE802.11是为
无线局域网制定的标准。IEEE802.12是为100Mbps传输速率制定的100VG －Any
LAN标准。
IEEE802模型与OSI参考模型对应关系见图8－2。IEEE主要对第一、二两层制定
了规程，所以局域网的IEEE802模型是在OSI的物理层和数据链路层实现基本通信功
能的，高层的标准没有制定。
IEEE802局域网参考模型对应于OSI参考模型物理层的功能，主要是：信号的编
码、译码、前导码的生成和清除、比特的发送和接收。
IEEE802对应于OSI的数据链路层分为逻辑链路控制(LLC)子层和介质访问控制
(MAC)子层、OSI的数据链路层的主要功能由IEEE802的LLC子层和部分的MAC子层来
执行。
2.4.1 逻辑链路控制(LLC)子层
它向高层提供一个或多个访问点LSAP，用于同网络层通信的逻辑接口。LLC子
层主要执行OSI 基本数据链路协议的大部分功能和网络层的部分功能，如具有帧的
收发功能，在发送时，帧 由发送的数据加上地址和CRC校验等构成，接收时，将帧
拆开，执行地址识别、CRC校验，并 具有帧顺序控制、差错控制、流量控制等功能
。此外，它还执行数据报、虚电路、多路复用 等部分网络层的功能。LLC子层目前
提供三种服务方式：(1)不确认无连接服务，此种服务类 似数据报，支持点－点、
多点和广播服务，但不保证帧的可靠有序的传送。(2)连接方式服务，类似虚电路
服务，为两个LLC用户之间建立一条逻辑连接，提供对数据单元的确认，流量控制
、顺序控制和差错恢复等功能。(3)确认的无连接服务，也是一种数据报服务，但
提供确认。它也支持点－点、多点和广播方式服务。
2.4.2 介质访问控制(MAC)子层
本子层主要提供如CSMA/CD、Token Ring等多种访问控制方式的有关协议。它
还具有管理多个源、多个目的链路的功能。它向LLC子层提供单个MSAP服务访问点
，由于有不同的访问控制方法，所以它与LLC子层有各种访问控制方法的接口，它
与物理层则有PSAP访问点。
2.5 以太网
以太网(Ethernet)最初是美国Xerox公司和STANFORD大学合作于1975年推出的
一种局域网。 以后由于微机的快速发展，DEC、Intel、Xerox三公司合作于1980年
9月等一次公布Ethernet 物理层和数据链路层的规范，也称DIX规范。IEEE802.3就
是以DIX规范为主要来源而制定的 以太网标准。以太网具有传输速率高、网络软件
丰富、安装连接简单、使用维护方便等优点 ，所以已成为国际流行的局域网标准
之一，现在对其支持的几种以太网如10BASE－T以及最 新公布的IEEE802.3U中
100BASE－T择要介绍如下：
2.5.1 10BASE－T双绞线以太网
10BASE－T是1990年由IEEE新认可的，编号为IEEE802.3i，T表示采用双绞线，
现10BASE－T 采用的是无屏蔽双绞线。 10BASE－T的主要技术特性：
(1)数据传输速率 10Mbps基带传输
(2)每段双绞线最大长度 100m (HUB与工作站间及两个HUB之间)
(3)一条通路允许连接HUB数 4个
(4)拓扑结构 星形或总线形
(5)访问控制方式 CDMA/CD
(6)帧长度 可变，最大1518个字节
(7)最大传输距离 500m
(8)每个HUB可连接的工作站 96个
10BASE－T的连接主要以集线器HUB作为枢纽(HUB将在第5节中介绍)，工作站通
过网卡的RJ45 插座与RJ45接头相连，另一端HUB的端口都可供RJ45的接头插入，装
拆非常方便。
10BASE－T由于安装方便，价格比粗缆和细缆都便宜、管理、连接方便、性能
优良，它一经问世就受到广泛的注意和大量的应用，归结起来，它有如下特点：
(1)网络建立和扩展，十分灵活方便，根据每个HUB的端口数量(有8、12、16、
32口)和网络大小，选用不同端口的HUB，构成所需网络；增减工作站可不中断整个
网工作；
(2)可以预先和电话线统一布线，并在房间内预先安装好RJ45插座，所以改变
网络布局十分容易；
(3)HUB具有自动隔离故障作用，当某工作站发生故障时，不会影响网络正
常工作；
(4)HUB可将一个网络有效的分成若干互连的段，当发生故障时，管理人员可在
较短时间内迅速查出故障点，提高故障排除的速度；
(5)10BASE－T网与10BASE－2、10BASE－5能很好兼容，所有标准以太网运行软
件可不作修改能兼容运行；
(6)在HUB上都设有粗缆的AUI接口和细缆的BNC接口，所以粗缆或细缆与双绞
线10BASE－T 网混合布线连接方便，使用场合较多(见图8－3)。
2.5.2 100BASE－T快速以太网
100BASE－T的信息包格式、包长度、差错控制及信息管理均与10BASE－T相同
，但信息传输速率比10BASE－T提高了10倍。 与10BASE－T不同的主要技术特性
有：
(1)介质传输速率 100Mbps基带传输
(2)拓扑结构 星形
(3)从集线器到节点最大距离 100m(UTP)185m(光缆)
(4)一个网段最多允许的HUB 2个
(5)两个HUB之间的允许距离 ＜5m
100BASE－T的特点如下；
(1)性能价格比高，100BASE－T约为10BASE－T价格的两倍，但可取得10倍性能
的提高。
(2)升级容易，它与10BASE－T有很好的兼容性，许多硬件线缆、接头可不必重
新投资，若需将10BASE－T升级时只需投入影响带宽的瓶颈部分资金进行更换设备
。10BASE－T的核心协议即访问控制方式不必更动即可在100BASE－T上使用。
(3)移值方便，10BASE－T上的一些管理软件、网络分析工具都可在100BASE－
T上使用。
(4)易于扩展，它可无缝地连接在10BASE－T的现有局域网中，它还可通过交换
器方便地与FD DI主干校园网相接。
100BASE－T的拓扑结构示于图8－4。
2.6 IBM令牌环网
令牌环(Token Ring)网是局域网的传统组网方式之一，它具有实现简单、控制
效率高的特点 。IBM的令牌环网解决了令牌容易丢失和故障的容错能力弱等问题，
使令牌环网的可靠性有了很大提高。近年来，令牌环网数量逐年增多，令牌环的双
绞线局域网产品已成为市场的一 种主要产品。
令牌环网的主要技术特性
(1)传输速率 4Mbps或16Mbps
(2)传输介质 UTP或STP
(3)拓扑结构 星状环形结构
(4)介质访问控制方式 IEEE802.5 Token Passing Ring
(5)多站访问部件MAU连接线缆最大长度 45m
(6)最大节点数 96个(4Mbps) 256个(16Mbps)
(7)MAU与MAU最大间距45m
令牌环网通过MAU的接口BD9或RJ45接头与STP或UTP相连，STP或UTP的另一端与工作
站的网 卡上的BD9插座或RJ45插座相接。MAU类似于10BASE－T的HUB功能，一般设
有8个或16个BD9接 口或RJ45接口，用以与STP或UTP连接。MAU在物理上是星形结构
，但通信的逻辑关系又是闭 合的环路，这样就解决了环形结构站点增减的困难和
由于一个节点故障而引起整个环形网的 瘫痪问题。在某台工作站发生故障时只要
将连接线缆从MAU接口处拆下即可，整个环网仍能正常工作。MAU有两个外部接口，
即环入口RI和环出口RO。BD9是IBM的9针数据连接器接头， 与STP相接。RJ45是
UTP的接头。
令牌环网的连接方式见图8－5。
IBM令牌环网是采用点－点式物理信道，较以太网广播信道有很大优点，实时
响应好，环接口是一个有源收发器、环网的分布范围较大，传输的延时小，但控制
电路较复杂。
2.7 FDDI网(光纤分布式数据接口网)
FDDI以光纤作为传输介质，传输速率达100Mbps，它既可用作连接高性能工作
站的高速局域网，也可作为互连本地局域网的主干网，已被ISO采纳作为ISO9314国
际标准。
在它作为主干网时，由于连接距离较远，也有人称它为城域网。在1990年为了
降低成本，又制订了使用双绞线的CDDI铜缆分布式数据接口标准，为了能传输话音
、图象等实时业务又制定了FDDI－2标准。
2.7.1 主要技术特性
(1)传输介质光缆，按CDDI标准可连接UTP或STP
(2)传输速率 100Mbps
(3)拓扑结构 双环、双环树、树形
(4)主环最大站点数 1000(用光缆)
(5)环网最大长度 200km(光缆)
984m(STP)
200m(UTP)
(6)站点间最大距离 2km(多模光纤)
60km(单模光纤)
200m(STP)
100m(UTP)
(7)介质访问控制方式 定时令牌传递
(Timed Token Passing)
(8)延时时间 10～200ms
(9)最大帧长 4500字节
3 广域网WAN
近年来，计算机通信网的重要组成部分——广域网得到了很大的发展，它是近
30年来 计算机技术与通信技术高速发展、相互促进、相互渗透而逐渐融为一体的
具体结果。特别是 80年代以来，ISO公布了OSI参考模型，提供了计算机网络通信
协议的结构和标准层次划分， 为异种机的互连网络有了一个公认的协议准则；其
次，微机的高速发展，促进了LAN的标准化、产品化，使它成为连结WAN的一个可靠
的基本组成部分；此外，远程用户需求的增加， 跨国跨省企业网的兴起，都是促
使广域网继续发展的重要动力。WAN不仅在地理范围上超越 城市、省界、国界、洲
界形成世界范围的计算机互连网络，而且在各种远程通信手段上有许 多大的变化
，如除了原有的电话网外，已有分组数据交换网、数字数据网、帧中继网以及集话
音、图象、数据等为一体的ISDN网以及数字卫星网VSAT(very Small Aperture
Terminal) 和无线分组数据通信网等；在技术上也有许多突破，如互连设备的快速
发展，多路复用技术和交换技术的发展特别是ATM交换技术的日臻成熟，为广域网
解决传输带宽这个瓶颈问题展 现了美好的前景。 下面择要介绍广域网采用的几
种主要公共通信平台。
3.1 公用电话网PSTN
公用电话网PSTN(Public Switched Telephone Network)是公用通信网络中的
基础网，通信区域覆盖全国，利用电话网进行远程通信是投资少、见效快、实现大
范围数字通信最便捷的 方法。利用现有的电话网，只要在计算机或终端设备进入
电话网的前端装入调制解调器MODE M，将数字数据信号变换成模拟信号进入电话交
换网即可。
公用电话网一般由本地电话网和长途电话网组成，本地电话网是指一个城市或
一个地区的电话网，由端局和汇接局组成，端局主要与长途电话网进行交换任务，
汇接局主要是进行本地区的电话交换，与端局构成一个交换网络。长途电话网由一
、二、三、级长途交换中心与五级交换中心(端局)，构成网状与汇接相结合的复合
形网络结构。在同一交换区内相邻等级交 换中心之间的电路群称作基干路由，任
意两个长途交换中心之间的低呼损电路群称作低呼损直达路由，高效电路群称作高
效直达路由。在长途电话网五级交换中心服务范围内可组织开 放长途数据业务，
也可经国际出口局开放国际数据业务。
电话网主要由长途传输介质和交换设备组成，长途传输介质主要采用铜缆，中
继线路也有采 用光缆以及微波通信系统，交换设备有长途电话交换机、国际自动
电话交换设备以及市内自 动电路交换设备等。
利用电话网进行数据传输的电路有2线式和4线式两种。2线式特点是发送数据
和接收数据都 在2条线路中传输，4线式指发送和接收各用2条线连接。在2线式中
，MODEM需将内部的调制 、解调4线方式增加一个2/4式的变换电路才能使用。
在电话网上进行计算机数据通信，可通过拨号方式经MODEM，由PSTN实现电路
接通，所以电 话用户不需另装用户线、中继线和交换机，只需购买一台PC机和
MODEM以及通用的通信软件 ，即能与一城市或另一城市相同类型的智能终端或局域
网进行远程通信。如目前个人计算机 用户要使用Internet网，首先到当地网管中
心申请一个入网帐号，然后使用时，通过电话拨 号登录到Internet的UNIX主机，
它运行的是IP软件，这样，用户即可通过UNIX主机提供的软 件进入Internet，此
外，用电话拨号方式通过SLIP/PPP协议实现与专线方式入网相同的功能 ，要求用
户配有SLIP/PPP软件，但享用的Internet资源比与UNIX联孔方式要丰富得多。
PSTN的主要缺点是可靠性差、传输速率低，一般为1200～2400bps，4800～
9600bps，在质量较好的线路上也可达14.4kbps以上。
3.2 公用分组交换数据网
公用分组交换数据网是实现不同类型计算机之间进行远距离数据传送的重要公
共通信平台， 是目前国际上普遍采用的一种广域连接方式。它是遵照国际电信联
盟的电信标准部门。
ITU－TSS制定的X.25协议是世界上许多电信组织和厂商支持和遵守的国际标准
。X.25 网是国际上广泛采用的公用数据网络。
3.2.1 X.25协议简介
X.25协议是指用分组方式工作并通过专用电路和公用数据网连接的终端使用的
数据终端设备(DTE)和数据电路终端设备(DCE)之间的接口的协议。它定义了物理层
、数据链路层、分组层(即网络网)三层协议，分别对应于ISO/OSI七层模型的下三
层。
(1)物理层 基本功能是建立、保持和拆除DTE和DCE之间物理链路的机械、电气
、功能和规程的条件，提供同步、全双工的点到点比特流的传输手段，DTE和本地
DCE之间的接口按X.21建议规定。
(2)数据链路层 通过DTE和本地分组交换机PSE(Packet Switched Equipment)
间的物理链路向分组层提供等待重发、差错控制方式的分组传送服务，所以可靠性
高，这一层规定的LAPB (Link Access Procedure Balanced)规程是HDLC规程的平
衡类子集，主要规定了数据链路的建立和拆除规程，建立后的信息传输规程，以及
差错控制、流量控制等。另外这一层还规定 了多链路规程MLP(Multi Link
Procedure)，通过在多条平行的数据链路上同时传送信息帧 ，以提高信息的吞吐
量和可靠性。
(3)分组层(网络层)主要描述DTE/DCE接口上交换控制信息和用户数据的分组层
规程，规定了虚电路业务规程，基本分组结构和数据分组格式以及可选用的用户业
务功能等。 这一层采用的是时分复用原理，实现一个源DTE利用一条物理电路呼
叫多个目的DTE进行分组数据交换。此外还提供永久虚电路PVC业务，这是供用户固
定使用的虚电路，源DTE不必须立呼叫即能使用虚电路。
X.25中各分层协议的相互关系见图8－6。
3.2.2 分组交换原理
分组交换是把电路交换和报文交换的优点结合起来产生的一种交换技术。电
路交换过程类似于打电话，当用户需发送数据时，主叫方需通过呼叫，由交换网完
成被叫才与它建立一条物 理连接数据通路，需拆除连接时，由通信双方中任一方
完成。它的特点是适合发送一次 性大批量的信息。由于建立连接时间长，传递短
报文时，效率较低。并且对通信双方在信息传输速率、编码格式、通信协议等方面
完全兼容，这就限制了不同速率、不同编码格式、不同通信协议的双方用户进行通
信。报文交换的基本原理是采用“存储－转发”技术，从源站 发送报文时，把目
的地址添加在报文中，然后网络中的交换机将源站的报文接收后暂时存储 在存储
器中，再根据提供的目的地址，不断通过网络中的其它交换机选择空闲的路径转发
， 最后送到目的地址。这样就解决了不同类型用户之间的通信，并且不需要像电
路交换那样在 传输过程中长时间建立一条物理通路，而可以在同一条线路上以报
文为单位进行多路复用， 所以大大提高了线路的利用率。但此种方式时延较长，
时延变化大，不适用于实时及会话式 通信，但适用于电子邮件、计算机文件、公
用电报等业务。
分组交换仍采用“存储－转发”技术，但不像报文交换那样以报文为单位进行
交换，而是将报文划分成有固定格式的分组(Packet)进行交换、传输，一般为
1kbit～数千位，每个分组 按一定格式附加源与目的地址，分组编号、分组起始、
结束标志、差错校验等信息，以分组形式在网络中传输。当源DTEA将分组以比特串
形式传送至本地分组交换机PSE后，本地PSE收 到每个分组要求的转发信息，不管
是否接通目的地址设备，都先存储起来，然后检查目的地址，在PSE保存的路由表
中找到该目的地址规定的发送通路，PSE即按允许的最大发送速率转发该分组。同
样，每个中转PSE均按此方式存储、转发每个分组，直到将分组送到目的地pSE，再
由该PSE送达目的地址DTE(见图8－7)。
按上述方式传送的是分组交换中的数据报方式。一般适用于较短的单个分组
的报文。其优点是传输可靠性高、传输延时小，由于PSE上的存储器容量减小，所
以提高了经济性，缺点是每个分组附加的控制信息多，增加了传输信息的长度和处
理时间，增大了额外开销。
分组交换的另一种方式叫虚电路方式，它与数据报方式的区别主要是在信息交
换之前，由源 DTE向本地PSE发送一特定呼叫请求的分组，其中含有目的DTE的地址
及逻辑信道识别符，并由PSE中转转发。若呼叫被目的DTE接受，则相应的响应“呼
叫接受”予以应答，网络即发出 一个“呼叫连通”给源DTE，此时呼叫建立，在两
台DTE之间建立一条称作虚电路的逻辑通路，信息就能在这条虚电路上传输，直到
数据交换结束，虚电路被拆除，相应的逻辑信 道识别符被释放。所以虚电路方式
在每次通信时都有虚电路建立、数据传输和拆除三个阶段 ，类似于电路交换方式
，但在网络中的传输是分组交换方式。这种方式对信息传输频率高、 每次传输量
小的用户不太适用，但由于每个分组头只需标出虚电路标识符和序号，所以分组头
开销小，适用长报文传送。
3.3 数字数据网DDN
数字数据网DDN(Digital Data Network)是利用数字信道传输数据信号的数字
传输网，它主 要向用户提供端到端的数字型数据传输信道，既可用于计算机远程
通信，也可传送数字化传 真、数字话音、图象等各种数字化业务，这与在模拟信
道上通过MODEM来实现数据传输有很 大区别。因为现有通信网的模拟信道主要是为
传输话音信号而设置的，它通信速率低、可靠 性差，很难满足日益增长的计算机
通信用户和其它数字传输用户的要求。
DDN传输原理如下：
由于大量数字图象、图形信息传输任务日益增多，再加上光缆通信的发展和脉
冲编码调制PC M设备的实际应用，使大容量信息的高速传输成为可能，DDN网也正
是利用这一技术得以投入使用的。
PCM原理在30年代已经提出，由于当时器件限制，只停留在试验阶段。至60年
代初，PCM作为 传输端机开始投入实际使用，作为两个模拟局间的数字中继线，既
解决了线路复用，又改善了音质音量。由于效果显著，所以后来PCM发展很快。目
前世界上流行两种PCM制式，一是美 、日等国发展的PCM24路一次群设备，称为T1
，另一种由西欧国家发展的PCM30/32路一次群设备称为E1，目前我国采用E1制式。
PCM一次群的帧结构在T=125μs一个周期内共有32个时隙，其中有30个话路时
隙，1个同步时 隙和 1个信令时隙。每个时隙时间为3.9μs，内有8位码，所以在
一个取样周期内共有8×32＝25.6bit，每秒取样8000次，故30/32路PCM传输端机的
码率为8k×256=2.048Mbps，而每一路码 率为8k×8=64kbps。
上面为一次群速率，如果信道带宽允许，则4个一次群合成8.448Mbps的二次
群码率，4个二 次群可合成34.368Mbps的三次群码率，4个三次群合成139.
264Mbps的四次群码率。
CHINA DDN在北京设立网管中心，管理全网的网络资源分配及运营状态、故障
诊断、报警及 处 理等。在北京、上海、广州、南京、武汉、西安、成都、沈阳设
有枢纽节点机，其他省会城市设骨干节点机，此外，北京、上海、广州还设有国际
出入口节点设备。
目前CHINA DDN适用于信息量大、实时性强的中高速数据通信业务，如局域网
的互连、大型同类主机的互连、业务量大的专用网以及图象传输、会议电视等。目
前能提供的业务有：提供 2.4、4.8、9.6、19.2、n×64kbps(n=1～31)等不同速率
的点对点、点对多点的通信； 单向、双向、n向的通信；提供各种可用度高、延时
小、定时、多点等专用电路服务，此外还可提供帧中继、话音/G3传真及虚拟专用
网等业务。截至1995年11月止，数字数据网用户已有1.64万多户。
3.4 帧中继FR
帧中继FR(Frame Relay)为广域网的公共通信平台提供了一种新的高速、高质量
的数据传输服务。
3.4.1 基本原理
X.25分组交换技术产生的背景是针对过去质量较差的传输环境，为提供高可靠
性的数据服务，保证端到端传送质量，所以它采用逐段链路差错控制和流量控制，
由于协议多，每台X.25交换机都要进行大量的处理，这样就使传输速率降低，时延
增加。而帧中继技术吸纳了 X.25的优点，以分组交换技术为基础，综合X.25统计
复用，端口共享等技术，采用分组交 换中把数据组成不可分割的帧，以帧为单位
发送、接收和处理，为了克服X.25分组交换开销大、时延长的缺点，帧中继省略了
分组层(网络层)的功能，保留了链路层统计复用和核心 子层(LAPE－CORE)中帧的
透明传输和差错检测及虚电路复用功能，不提供出错后的重传功能 。由于省略了
帧编号、差错控制、流量控制、应答、监视等功能，所以大大节省了交换机的开销
，降低了时延，提高了信息吞吐量，而把这些功能全部交给用户终端去完成。
近年来，由于光缆线路的铺设，大大提高了数据传输的可靠性，再加上用户终
端设备的处理 速率和处理能力都有很大的增强，所以帧中继在线路上可以减少许
多功能，而把这些功能由端机去完成，这样就大大提高帧中继的交换速率，人们把
它称作为快速分组交换，从实际使用来看，它确实是一种灵活、高速、可靠的网络
技术。
3.4.2帧中继的主要性能
帧中继的主要性能如下：
(1)用户进网速率 64kbps～204kbps (E1速)，(今后可达更高的E2、E3速率)
(2)中继线速率 256kbps～45Mbps
(3)节点机时延 2～8ms
(4)帧大小 可变长度～4096B
(5)网络通过量 1000～100000帧/s
(6)虚电路通过量 1～256kB/s
(7)突发性业务处理能力 强
3.4.3 帧中继在中国的应用
我国在北京、上海、广东等一些局部地区开放了帧中继业务，如北京在1994
年在北京8个电 话汇接局安装帧中继节点，为北京建设银行、外汇管理局等用户建
立了帧中继网，其速率分 别为64kbps和512kbps，后者经路由器与令牌网、IBM
ES9000主机及两台3745前端处理机相 连。由于帧中继的各种新产品不断问市，且
它主要以软件为基础，所以容易实现连网，也容 易 更新，联网成本低，系统配置
灵活。虽然ATM异步转移模式已经问世，但其大量发展还需一定时间。帧中继作为
过渡时期对ATM的一种补充，它在高速数据传输领域还有较强的生命力 。
3.5 综合业务数字网(ISDN)和ATM
综合业务数字网ISDN是由电话综合数字网IDN(Integrated Digital Network)
为基础发展起 来的通信网。电话网是各国主要的电信网，为了使模拟网发展成为
数字网，首先要将大量模 拟电话网改造成为能实现传输和交换的数字网，这就形
成电话IDN。而ISDN不仅要利用IDN的 数字交换和数字传输，而且要在用户终端之
间实现端到端的双向数字传输，并把各种信息源 的电信业务(电话、电报、传真、
数据、图象)采用一个共同的接口，综合在同一网内进行传 输和处理，统一计费，
并可在不同的业务终端之间实现通信，使数字技术的综合和电信业务 的综合互相
结合在一起构成综合业务数字网。
ISDN和B－ISDN将在第九章中介绍，在此就不再赘述。
ATM是一种信元交换和多路复用技术。信元(Cell)实际上是分组，为了与X.25
的分组有别， 所以将ATM的信息单元命名为信元。ATM信元具有固定长度，总共53
个字节，前5个字节是信 头(Header)，其余48个字节是信息段。信头中有信元去向
的逻辑地址、优先级、信头差错控制、流量控制等信息。信息段中装入被分解成数
据块的各种不同业务的用户信息或其他管理 信息，并透明地穿过网络。来自不同
业务和不同源端发送的信息统一以固定字节的信元汇集一起，在ATM交换机的缓冲
区排队，然后传送到线路上，由信息头中的地址来确定信元的去向。由于信元发自
不同的速率，每个信道不像同步时分复用是对应于某个固定的时隙，而是由信头的
标志来区分信息的方法叫异步时分复用，这种方法可使任何业务按实际需要占用资
源、保证网络资源得到合理利用。
由于ATM在CATV宽带综合网和B－ISDN中的重要作用，将在第十一章进行专题介
绍。
4 网络的互连
随着局域网和广域网的发展，网络互连的要求也越来越迫切。网络互连的实现
，不仅可使用户能够更好地实现资源共享，消除地理位置的差异，而且可以从整体
上提高网络的效益和各种性能。
4.1 局域网之间的互连
根据OSI－RM的分层模式，计算机局部网之间的互连分为4个层次，即物理层
、数据链路层、 网络层和传输层。实现这些不同层次上互连的硬件分别有中继器
、网桥、路由器和网关 。
411 中继器
中继器工作在OSI－RM的最低层－物理层，如图8－8所示。中继器的作用是放
大通过网络传 输的数据信号，用于扩展局部网的作用范围。由于中继器工作在物
理层，所以它对于高层协 议是完全透明的，即无论高层采用什么协议都与中继器
无关。
采用中继器所连接的网络，在逻辑功能方面关际上是同一个网络。在图8－9所
示的同轴电缆 以太网中，两段电缆其实相当于一段。中继器仅仅起了扩展距离的
作用，但它不能提供隔离 功能。中继器的主要优点是安装简单，使用方便，几乎
不需要维护。集线器也可以看成是一 种中继器。
4.1.2 网桥
网桥的操作在数据链路层，如图8－10所示。当一个信息包通过网桥时，网桥
检查它的源地 址和目的地址。如果这两个地址分别属于不同的网络，则网桥把该
信息包转发到另一个网络 上，反之则不转发，所以网桥具有过滤和转发功能，因
此能起到网络的隔离作用，这样提高 了网络的整体效率。网桥对高层协议也是透
明的。网桥还有一个重要特点；它能连接各种不 同传输介质的网络。
网桥的最简单形式是互连两个局部网的两端口网桥，如图8－11(a)所示。由于
网桥具有隔离作用，所以网络的运行效率高。当两个网络上的节点访问各自的服务
器时，它们同时工作， 互不干扰。还有多端口网桥，将多个局部网互连，称为多
路网桥。网桥还可以分近程网桥和 远程网桥。近程网桥直接把网络的传输介质连
入网桥。远程网桥则通过长途线路连接网络。 两个局部网通过远程网桥互连时，
每个网络上都要安装一个网桥，如图8－10(b)所示。
4.1.3 路由器
路由器工作在网络层，如图8－12所示。路由器中存放着一个路由表，根据它
决定用户数据的流向。路由器可以用于连接多个网络和多种传输介质，适用于复杂
和大型的网络互连。由于路由器工作在网络层，所以网络层以下的低层协议不能使
用。
路由器具有以下特点：
(1)在多个网络和不同传输介质之间提供网络互连。例如，一台路由器可以互
连若干个以太 网和一个X.25网。
(2)不需要相互通信的网络之间保持永久连接。路由器能够根据需要建立新的
连接，提供动 态带宽，拆除闲置的连接。
(3)能够提供可靠传输、优先服务，还能按路由配置提供最便宜和最快速的服
务。
(4)使用路由器可使互连的网络保持自己的管理控制范围，保证网的安全。
由于路由器具有上述特点，除了用于局部网之间的互连外，也用于实现局部网和广
域网的互连。如图8－13所示。
4.1.4 网关
网关用于两个完全不同的网络互连。网关工作在OSI－RM的高三层，即对话层
、表示层和应用层，如图8－14所示。网关的重要特点是具有协议转换功能，也就
是把一种网络协议转换到另一种协议，并且还保留原有的功能。所以网关也称为协
议转换器。网关主要用于通用的网络系统，如电子邮件等。网关应用的例子如图8
－15所示。
由于网关提供一种协议到另一种协议的转换功能，因此它的效率比较低，透明
性不好，而且 更具有针对性。网关的管理比网桥和路由器更加复杂。
4.2 广域网之间的互连
4.2.1 X.75协议
X.75协议是前CCITT为实现国际分组交换网之间的互连而制定。通过它，不同
分组交换网上 的用户之间就可以进行通信。为了便于互连的实现，X.75与X.25十
分相似。图8－16是 采用了X.75协议把两个X.25分组交换网互连起来的示意图。
X.75协议定义了信号端接设 备(STE)。STE的功能是连接两个X.25网的DCE级网关。
如图所示，X.25协议规定了DTE和DC E之间的接口，而X.75协议则规定了STE之间的
接口。
当多个分组交换网进行互连时，可在每个网络中设置多个STE。
4.2.2 TCP/IP协议
将在第十章中进行讨论。
--
I am dormouse. 我是睡鼠
too lazy.
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: dormouse.hit.edu.cn]
※ 修改:·dormouse 於 06月29日09:02:13 修改本文·[FROM: dormouse.hit.edu.cn]
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