第 4章 多媒体通信网络环境
4.1 引言
4.2 100BASE-T网络
4.3 千兆位以太网
4.4 100VG-AnyLAN网络
4.5 FDDI网络
4.6 ATM网络
4.7 交换式网络
4.8 广域网络
第 4章 多媒体通信网络环境
第 4章 多媒体通信网络环境
4.1 引 言
图 4.1 网络体系结构的层次划分
第 4章 多媒体通信网络环境
4.2 100BASE-T网络
4.2.1 100BASE-T技术规范
100BASE-T技术规范主要是物理层规范,定义了新的信号收
发标准,将传输速率提高到 100 Mb/s。 100BASE-T定义三种物理
层规范, 100BASE-T4,100BASE-TX和 100BASE-FX,分别支持
不同的传输介质 。 MAC层通过一个介质独立接口 （ MII） 与三种
物理层规范中的一个相连接 。
由于 MAC层通过 MII与物理层接口,且与传输速率无关,因此,
在 100BASE-T的 MAC层,其数据帧格式, 数据帧长度, 差错控制
及管理信息等均与 10BASE-T相同 。
第 4章 多媒体通信网络环境
1,
(1) 100BASE-T4
100BASE-T4是 4对无屏蔽双绞线 (UTP)电缆系统,支持 3,4
和 5类 UTP电缆,使用 RJ45连接器,传输距离为 100 m。
在 4对线中,3对用于数据传输,1对用于冲突检测 。 100BASE-
T4是一种新的信号收发技术,它采用 8B6T编码方法,将 8位二进制
码编码成 6位三进制码组,再经过不归零 （ NRZ） 编码后输出到 3
对数据传输线上,每对线的传输速率为 33.3 Mb/s,3对线的总传输
速率为 100 Mb/s,链路操作模式为半双工操作 。 这样,在音频级 3
类 UTP电缆上可实现 100 Mb/s的传输速率,使得那些使用 3类 UTP
电缆布线的 10BASE-T网络也能升级到 100BASE-T,从而保护了用
户已有的投资 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2) 100BASE-TX
100BASE-TX是一个 2对 UTP电缆系统,支持 5类 UTP或 1类屏
蔽双绞线 (STP)电缆,5类 UTP电缆使用 RJ45连接器,1类 STP电缆
则使用 9芯 D型 (DB-9)连接器,传输距离为 100 m。
100BASE-TX采用的是 FDDI物理层标准,使用相同的 4B5B
编码器和收发器,链路操作模式为全双工操作 。 也就是说,
100BASE-TX是将已标准化的 802.3 MAC子层和 FDDI的物理介
质 (PMD)子层结合起来,形成其信号收发标准的,因此,技术上比
较成熟,可直接采用为 FDDI开发的物理层芯片 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3) 100BASE-FX
100BASE-FX是多模光纤系统,使用 2芯 62.5/125 μm光纤,传
输距离为 400 m。
100BASE-FX也是采用 FDDI的物理层标准,使用相同的 4B5B
编码器, 收发器以及光纤连接器 (如 MIC,ST或 SC),链路操作模
式为全双工操作 。 100BASE-FX比较适用于超长距离或易受电磁
干扰的环境 。
100BASE-T介质规范包含了目前 10BASE-T网络所使用的各
类电缆 。 并且 100BASE-T4,100BASE-TX和 100BASE-FX可通过
一个集线器实现混合连接 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(4) 10/100 Mb/s
自动协商 （ Autonegotiation） 是 IEEE 802.3规定的一项标准,
它允许在同一网段上的节点之间相互通报容量并自动协商传输
速率 。 对于 100BASE-T来说,站点 (网卡 )和集线器 （ HUB） 之间
允许有两种通信操作模式, 高速率 (100 Mb/s)和低速率 (10 Mb/s),
而通信操作模式是由自动协商功能来确定的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
协商信息是由一个连接测试脉冲序列传送的,该脉冲序列称
为快速连接脉冲序列 （ FLP）,并且不占用有效带宽 。 当一个
100BASE-T站点启动时将自动产生 FLP,同一电缆段上的另一个
站点将会接收到这个 FLP。 如果接收站也是一个 100BASE-T站
点,便能够识别 FLP,并根据从 FLP中提取出来的数据便可知道对
方的速率,双方通过协商自动将通信操作模式设置成高速率,以
100 Mb/s速率进行通信 。 如果该站点是一个 10BASE-T站点,则
不能识别 FLP,双方都要将通信操作模式设置成低速率,以 10
Mb/s速率进行通信 。
第 4章 多媒体通信网络环境
例如,如果一个 10/100网卡和一个 10BASE-T集线器连接,该
网卡将会产生 FLP,但可能只接收到 10BASE-T集线器返回的正常
连接脉冲 (NLP)。 10/100网卡自动将通信操作模式设置成低速率,
以 10 Mb/s速率与 10BASE-T集线器进行通信 。 如果将 10BASE-T
集线器升级为 100BASE-T集线器,10/100网卡将会接收到 FLP脉
冲,网卡和集线器通过自动协商算法自动将通信操作模式设置成
高速率,以 100 Mb/s速率进行通信 。 在这一速率升级的过程中,
无须人工干预 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,MAC
100BASE-T 沿用了原有的 IEEE 802.3 MAC 层协议,即
CSMA/CD协议,主要完成数据帧的封装与发送以及数据帧的接收
与解封等控制 。 CSMA/CD是一种分布式随机型介质访问控制协
议,网络中各个站点将根据网络工作状态自我调整和控制对介质
的访问,实现数据传送 。
(1) 帧格式
图 4.2 CSMA/CD的帧格式
PA SFD DA SA FL PDU PAD FCS
7 1 2/6 2 46~1500 4
第 4章 多媒体通信网络环境
·PA（ 前导码 ）, 在定界符之前发送,以使信号电路达到稳定
的同步状态 。 PA为持续 7个字节的 10101010位序列信号 。
·SFD（ 帧定界符 ）, 它表示有效帧的开始,其代码为
10101011,只有一个字节 。
·DA,SA（ 目的地址,源地址 ）, 可以选择 16位或 48位,但这
两个地址长度必须保持一致 。 DA可以是单一地址,也可以是组播
地址或广播地址,而 SA只有单地址 。 选用 48位地址时,可用特征
位来指示,作为局部或全局管理地址 。
第 4章 多媒体通信网络环境
·FL（ 帧长度 ）,它用两字节来表示 LLC层的协议数据单元
PDU的长度 。
·PDU（ 协议数据单元 ）, 表示要传送的 LLC层数据,它所包
含的 LLC层数据应是一个 8位位组序列 。
·PAD（ 填充 ）, 为了满足最小帧长度 (64字节 )要求,对超短
。
·FCS（ 帧校验序列 ）, 它采用 32位 CRC校验,用规定的生成
多项式去除数据信息,获得的余数作为校验序列,设置 FCS字段 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
在 MAC层,由 CSMA/CD协议控制数据帧的发送,其工作过程
如下,
① 一个站要发送数据帧,首先要监听介质,以确定介质上是
否有其它站点正在使用介质发送数据帧,以免破坏正在发送的数
据帧 。
② 如果介质是空闲的,则可以发送 ; 如果介质是忙碌的,则要
继续监听,直到介质空闲时方可发送 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 在发送数据帧的同时,还要继续监听总线 。 一旦监听到
冲突发生,便立即停止发送,并向介质发出一串特殊的阻塞信号
来加强冲突,以通知介质上各个站点已发生冲突,以免介质带宽
因传送已损坏的帧而被白白地浪费 ; 如果无冲突发生,则继续发
送,直至数据发送完 。
④ 冲突发生后,应随机延迟一个时间量,再去监听介质,重
新传送因冲突而被损坏的数据帧 。 通常采用二进制指数退避
算法计算延迟时间,其计算公式为 τ＝ R·A·2 N。 其中,R为一
个伪随机数,A为一个时间片,1个时间片等于信号从始端传输到
末端所需时间的 2倍,N为本次传送所发生的冲突次数 。
第 4章 多媒体通信网络环境
⑤ 设置一个最大重传次数,如果冲突次数超过这个值,则不
再进行重传,而向上层报告出错信息 。 发生冲突现象主要是由于
两个及两个以上的站点同时监听到介质空闲,几乎同时发送数据
帧而引起的 。 发生的冲突站点都要通过二进制指数退避算法随机
延迟一个时间量 。 由于各个站点延迟的时间量是随机的, 互不相
同的, 因而延迟时间短的站点将先于延迟时间长的站点再去监
听介质,重新传送数据帧 ; 延迟时间长的站点再去监听介质时发现
介质已被占用,就会退出竞争,继续等待 ; 这样就解决了冲突问题 。
二进制指数退避算法是按照后进先出的次序控制的,即未发生冲
突或很少发生冲突的站点延迟时间短,具有优先发送的概率 。 而
发生过多次冲突的站点延迟时间长,发送成功的概率较小 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
介质上的非发送站点总是处于监听状态 。 当监听到介质上有
信号时,则启动帧接收过程 。 对于接收到的数据帧,要进行如下的
有效性检查 。
① 滤除, 帧碎片, 。 当接收的数据帧长度小于最小帧长 (64
个字节 )限制时,则认为是因冲突而产生的不完整帧,将该帧丢弃 。
② 检查数据帧的目的地址字段 (DA)是否与本站地址相匹配 。
如果不匹配,则说明不是发送给本站的,将该帧丢弃 。 地址匹配分
为两种情况, 如果帧的目的地址是单一地址,则必须完全地址匹配 ;
如果帧的目的地址是组播地址或广播地址,则要当作地址匹配接
收该帧,因为这类帧需要提交给高层协议处理 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 对帧进行 CRC校验 。 如果 CRC校验有错,则说明发生
传送错误,将该帧丢弃 。
④ 对帧进行帧长度检验 。 帧长必须是 8位的整数倍,否则
丢弃掉 。
⑤ 最后将有效的帧提交给 LLC层。
第 4章 多媒体通信网络环境 4.2.2 100BASE - T网络组成
图 4.3 100BASE - T网络拓扑规则
第 4章 多媒体通信网络环境
100BASE - T标准定义了两级中继器,即 1级中继器 （ Class Ⅰ )
和 2级中继器 (Class Ⅱ ),一个网段中最多允许有一个 1级中继器或
两个 2级中继器 。 100BASE-T网络的主要拓扑规则为,
·集线器与站点之间的最大 UTP电缆长度仍为 100 m;
·采用半双工 100BASE - FX进行 MAC到 MAC连接时,光纤长
度可达 400 m;
·采用两个 2级中继器时,中继器之间的最大电缆长度为 5 m;
第 4章 多媒体通信网络环境
·采用双中继器结构时,两个站点之间 (端点到端点 )的最大网
络电缆长度为 205 m(100+5+100=205 m UTP);
·采用单中继器结构时,可连接 185 m的光纤 。 这种情况下的
最大网络线缆长度为 285 m(100 mUTP+185 m光纤下行链路 );
·采用全双工 100BASE - FX进行远距离连接时,两台设备之
间的连接距离可达 2000 m。
第 4章 多媒体通信网络环境
千兆位以太网是由千兆位以太网联盟开发的 1000 Mb/s以太
网技术,IEEE已将它作为 IEEE 802.3z和 802.3ab标准,成为 802.3标
准家族中的新成员 。
千兆位以太网标准主要定义了物理层规范,而 MAC层仍采用
CSMA/CD协议,但对其规范进行了重定义,以维持适当的网络传
输距离 。
由于千兆位以太网和其它以太网一样,没有提供对 QoS的支
持,这对于多媒体通信来说,仍然是一种缺陷 。
4.3 千兆位以太网
第 4章 多媒体通信网络环境
1,千兆位以太网标准
千兆位以太网标准分成两个部分, IEEE 802.3z和 IEEE
802.3ab。
IEEE 802.3z定义的传输介质为光纤和宽带同轴电缆,链路
操作模式为全双工操作 。 其中,
·光纤系统, 支持多模光纤和单模光纤系统,多模光纤的传
输距离为 500 m; 单模光纤的传输距离为 2000 m。
·宽带同轴电缆系统, 其传输距离为 25 m。
IEEE 802.3ab定义的传输介质为 5类 UTP电缆,传输距离为
为 100 m,链路操作模式为半双工 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,
图 4.4 千兆位以太网解决方案
第 4章 多媒体通信网络环境
(1)
一种简单的升级方案是将交换机与交换机之间的链路速率
由 100 Mb/s升级到 1000 Mb/s。 这种升级方案需要在相应的交换
机上安装千兆位以太网的网络端口模块,并通过这些模块来实现
1000 Mb/s链路的连接 。 升级后的网络能够连接更多的交换式或
共享式 100BASE -T网段,在更大的范围内为用户提供高带宽的
访问能力 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
另一种升级方案是将企业网中全局性的超级服务器迁移到
交换机的千兆位以太网端口上,使链路速率升级到 1000 Mb/s。
这种升级方案需要在交换机和服务器上分别安装千兆位以太网
网络端口模块和千兆位以太网网卡,以实现 1000 Mb/s链路连接 。
升级后的网络将大大增加企业服务器的吞吐量,为用户提供更
快速的信息访问能力 。
千兆位以太网的推出再一次显示了以太网技术在构造网络
系统上所发挥的重要作用,也为多媒体通信提供更大的传输带
宽 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.4 100VG - AnyLAN网络
4.4.1 100VG-AnyLAN技术规范
1,物理层
(1) PMD
PMD子层的主要功能是信道复用 （ 仅用于 2对电缆或光纤
系统 ）, NRZ编码, 链路操作模式和连接状态控制等 。
100VG标准支持四种介质类型, 4对 UTP,2对 UTP,2对
STP和光纤 。 对于 2对电缆或光纤系统,由 PMD子层通过多路转
换的方法将 4个通道分别转换成 2个或 1个通道,实现信道复用 。
对于 4对电缆系统,每对线都构成 1个传送通道,并以 25 MHz的信
号速率工作,那么 4个传送通道的数据速率之和可达到 100 Mb/s。
第 4章 多媒体通信网络环境
在 4对电缆系统中,每对线都构成 1个传送通道,4对线的配对
方式是, 线 1和线 2组成通道 0; 线 3和线 2组成通道 1; 线 4和线 5组成
通道 2; 线 7和线 8组成通道 3。
根据传送的数据类型,链路操作可采用全双工或半双工方式 。
全双工操作用于在集线器与站点之间传输链路状态控制信息,从
集线器向站点传输链路状态控制信息时要使用通道 0和通道 1; 从
站点向集线器传输链路状态控制信息时要使用通道 2和通道 3。
半双工操作用于在集线器与站点之间传输数据,并使用全部四个
通道,从站点向集线器传送数据,或站点从集线器接收数据 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2) PMI
PMI子层的主要功能包括传输通道选择, 5B6B编码和数据
帧封装等,为 PMD子层传输帧做好装备 。
通道选择是把 MAC帧 8位位组分成 5位位组,并顺序地分配给
4个通道的过程 。 分成 5位位组是为了 5B6B编码的需要 。
5B6B编码是将 5位位组数据编码成 6位符号,通过这一编码过
程将产生一个平衡的数据模式,以便于接收端的时钟同步 。
每个通道都要进行数据帧的封装,为数据帧添加帧前导码,
帧起始定界符和帧结束定界符,形成最终在网络上传输的帧格式 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,MAC
MAC层定义了一种称为需求优先访问 (DPA)的介质访问控
制协议 。 DPA协议是一种集中式确定型协议,由集线器对站点
的网络访问实行集中控制 。 当一个站点需要传送数据时,首先
要向集线器发出传输请求, 只有当集线器认可请求并指示传送
时,该站点才能开始传送数据 。 从理论上讲,这种 MAC协议能够
减少或消除因冲突而产生的重复传送现象,有利于提高网络有效
带宽,减少网络延时 。
第 4章 多媒体通信网络环境
图 4.5 100VG - AnyLAN网络结构
(1) 100VG网络结构
第 4章 多媒体通信网络环境
(2) DPA
DPA协议是一种集中式介质访问控制协议,它规定任何站点
需要传送数据时,必须首先向集线器发出传输请求,只有在集线
器认可请求并指示传送时,站点才能开始传送数据 。 DPA协议定
义了两种传输请求, 正常优先权请求 （ Normal Priority Request,
NPR） 和高优先级请求 （ High Priority Request,HPR） 。 通常,
传输请求优先权是由站点上高层软件 (管理软件或应用软件 )设定
的 。 高层软件将根据应用对实时性的需求,选择适当的服务类别
和相应的优先级,然后提交给 MAC层 。 MAC层将根据其优先级,
向集线器发出 NPR或 HPR。
第 4章 多媒体通信网络环境
每个集线器为 NPR和 HPR分别建立和维护一个独立的请求
队列 。 NPR是按端口号顺序排队等待处理,而 HPR则按先来先服
务的规则进行处理 。 集线器在处理 NPR过程中,如果接收到
HPR,则先存入 HPR队列,在处理完当前正在进行的数据传输后,
立即开始处理 HPR。 当 HPR队列中所有的 HPR都处理完后,再返
回继续处理 NPR队列中的请求 。 为了保证在 HPR过分密集的情
况下也能对 NPR进行适当的处理,集线器将连续地监视节点的
请求发送时间,如果时间延时超过规定的最大时限 （ 大约 200～
300 ms）,则集线器自动将 NPR升级为 HPR。
第 4章 多媒体通信网络环境
当一个站点发出一个传输请求后,与该站点直接相连的集线
器将接收这个请求 。 如果该集线器是网络中惟一的集线器,那么
它就是网络的中央集线器,该集线器将根据站点登记的地址和请
求优先权来处理这个传输请求 。 如果直接相连的集线器不是中
央集线器,它就将传输请求传送给它的上一级集线器,直至送到
中央集线器 。 中央集线器在循环扫描周期内依次查询各个端口,
如果有请求的端口是个单节点 （ 连接的是站点 ）,则分配一个时
间片,允许它传送一个数据帧 ; 如果有请求的端口是个多节点
（ 连接的是下级集线器 ）,则根据站点数分配相应数量的时间片,
允许其下级集线器的每个端口都能传送一个数据帧 。 例如,在图
4.5中,NPR的处理顺序是, PC1 - 1,PC2 - 1,PC2 - 2,…,PC2 - n,
PC1 - 3,…,PC1 - n。 如果其中发生 HPR,则该请求将得到优先处
理,而与端口顺序无关 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
连接准备是一个连接的初始化过程 。 在连接准备过程中,集
线器与站点之间通过相互交换一些特殊的测试帧来测试电缆连接
的正确性 。 同时,站点还要向集线器报告有关的连接信息,如设
备类型 （ 集线器或站点 ）, 操作模式 （ 普通或监控 ）, 帧格式
（ 802.3或 802.5） 以及连接到该端口的站地址等 。 这样,集线器在
进入连接操作前可以获得每个端口所连接站点设备的有关信息 。
连接准备是在站点或集线器初始加电时,或在站点首次连接
到集线器时由站点发起的 。 当站点或集线器检测到特定的错误时,
也会发出连接准备请求 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(4) MAC
MAC帧准备是一个 MAC帧的封装过程 。 MAC层要按所选
择的帧格式 （ 802.3或 802.5） 对 LLC层传下来的数据帧进行封
装,如填写源地址字段, 计算并填写帧校验和等 。 封装后的
MAC帧就可提交给物理层进行传送了 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.4.2 100VG - AnyLAN网络组成
100VG网络采用的是和 10BASE - T相一致的星形结构,主要
拓扑规则为,
·站点与 HUB之间的最大电缆长度为, 3类 UTP和 1类 STP为 100
m,5类 UTP为 150 m;
·对于 3类 UTP和 1类 STP电缆,可支持 4个中继器 (即 HUB)行程,
HUB之间的最大电缆长度
为 100 m;
·对于 5类 UTP,可支持 3个中继器行程,HUB之间的最大电缆长
度为 100 m;
·两个站点之间 (即端 - 端 )的最大网络电缆长度为 500 m。
·采用半双工连接时的光纤长度可达 2000 m。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.5 FDDI 网 络
4.5.1 FDDI技术规范
FDDI标准由物理层, MAC层以及站管理等协议组成 。 其
中,物理层分成物理介质相关 （ PMD） 和物理协议 （ PHY） 两个
子层 。
1,
(1) PMD
PMD子层定义了光纤介质以及光纤连接器, 光纤收发器等
连接设备的技术特性 。
第 4章 多媒体通信网络环境
PMD子层定义了两种光纤, 一种是多模光纤 ; 另一种是单模
光纤 。 对于多模光纤,链路长度可达 4 km; 对于单模光纤,Ⅰ 型
收发器所允许的链路长度可达 10～ 15 km,Ⅱ 型收发器所允许的
链路长度可达 40～ 60 km,并允许单模光纤和多模光纤混合使用 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,MAC层
MAC层主要定义了一种称为定时令牌循环协议的 MAC协议,
它是 IEEE 802.5 MAC协议的改进型,在介质利用和带宽分配等方
面具有更高的性能 。
(1) MAC帧格式
图 4.6 FDDI的 MAC帧格式
第 4章 多媒体通信网络环境
·PA,前文,用于站点的时钟同步 。
·SD,起始定界符,用于识别有效信息的开始 。
·FC,帧控制,由 8位组成,用于确定帧类型的特征 。 如果是
令牌帧,则定义令牌的类型 （ 限制性令牌或非限制性令牌 ） ; 如
果是数据帧,则定义服务的类型 （ 同步帧或异步帧 ）, 地址域
长度 （ 16位或 48位 ）, 服务访问点 （ SAP)以及其它与类型相关
的信息 。
·DA,SA,目的地址, 源地址 。 它们的长度取决于 FC的
值,可以是 16位或 48位 。 DA可以是单一地址, 多点地址或广播
地址 。
第 4章 多媒体通信网络环境
·INFO,信息域,其最大长度为 4500个字节 （ 基本型 FDDI） 或
者 8600个字节 （ 增强型 FDDI） 。
·FCS,帧校验序列,采用 32位循环冗余校验码 （ CRC） 。
·ED,结束定界符,令牌帧是 8位,其它帧是 4位 。
·FS,帧状态,用于指示检错,识别地址以及帧复制等状态。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
FDDI和 Token Ring(802.5)一样都采用了令牌环介质访问控
制协议,即只有获得令牌 (Token)的站点,才有权发送数据 。 802.5
采用的是单令牌协议 ; 而 FDDI 采用的是多令牌协议,FDDI协议规
定发送站在发送完数据帧后,可立即发送一个新令牌,而不必等
到数据帧返回后才发送令牌,这一点与 802.5不同 。 因此,FDDI具
有较高的介质利用率 。
非发送站对接收到的帧进行信号整形,以补偿信号的传输衰
减和时钟偏移,同时比较数据帧的目的地址是否与本站地址相匹
配 。 如果匹配,则将数据帧复制到本站的缓冲区中 ; 否则只转发
帧 。 数据帧绕环一周,再由发送站从环上取下该帧 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
为了保证所有的站点都能以均等的机会访问介质,FDDI定
义一种定时令牌循环协议,它规定每个站都要连续地测算令牌
绕环一周所耗费的时间量 。 时间量越大,说明网络上的负载 (即
站点数量 )就越大 。 每个站点都要根据网络负载的大小自动地
调整占用令牌的时间,以便公平且有限地使用介质 。
第 4章 多媒体通信网络环境
为了有效利用和控制通信带宽,FDDI定义了两种通信方式, 一
种是同步方式,其带宽和响应时间是保证的,主要用于传送音频,
视频等多媒体信息,这类帧称为同步帧 ; 另一种是异步方式,其带
宽是动态共享的,主要用于传送系统控制信息和用户会话信息,这
类帧称为异步帧 。 各个站点在占用令牌的时间内,利用定时令牌
循环控制机制,确定发送同步帧的数量,并动态地确定是否发送异
步帧以及发送异步帧的数量 。 此外,在异步通信方式下,令牌被分
成限制性令牌和非限制性令牌两种 。 限制性令牌主要用于实现多
帧对话功能 ; 非限制性令牌则用于传送对实时性要求不高的数据,
它提供了 8个优先级别以及相应的优先级调度功能,允许高层软件
通过优先级对异步带宽进行调整和控制 。
第 4章 多媒体通信网络环境
定时令牌循环协议规定每个 FDDI站点设有三个计数器,
·目标令牌循环时间 (TTRT),在初始化时设置的,并且固定不
变 。
·令牌循环时间 (TRT),一个站点从发送令牌后到再次得到令
牌所经历的时间 。 TRT值大小反映了当前网络负载情况,该值越
大,说明网络负载越大 。
·令牌持有时间 (THT),一个站点得到令牌后可用于发送数据
帧的时间 。 当 THT值减为 0后,该站点必须向下游站点发送令牌 。
如果这时还有数据未发送完,则要等到下次得到令牌后再发送 。
第 4章 多媒体通信网络环境
每个 FDDI 站点将按下列方式确定同步和异步时间片,
·同步时间片,ΔT＝ TTRT／ N,N为环中同步站点数 ;
·异步时间片, THT=TTRT－ TRT。
每个 FDDI站点所采用的数据发送策略是, 首先在同步时间
片内发送同步帧,然后再在异步时间片内发送异步帧 。 这样,一
个令牌的绕环时间最长为 2× TTRT,这就是一个站点最迟可获得
令牌的时间 。 它也说明了 FDDI所采用的定时令牌循环协议是一
种分布式确定型访问控制协议 。
第 4章 多媒体通信网络环境
3,
站管理协议主要定义了若干管理服务功能,用于管理和协
调 FDDI中各个子层的操作,以保证环网上的所有站点都能协调
一致地工作 。 站管理服务主要有连接管理 (站的插入和删除 )、
站点初始化管理, 内部配置管理, 故障的隔离与恢复, 外部控
制接口协议, 统计信息的收集以及地址管理等 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.5.2 FDDI网络组成
图 4.7 FDDI环网的组成
第 4章 多媒体通信网络环境
① 双连接站 （ DAS） 。 DAS有两个光收发器,连接到双环网
络的两个环上,能够在两个环上接收和中继光信号 。 DAS规定了
两个光纤连接口,一个是 A接口,内含主环的输入和次环的输出 ;
另一个是 B接口,内含主环的输出和次环的输入 。 当其中的一个
光收发器失灵或一条物理链路发生故障时,DAS仍可正常工作,具
有较高的可靠性 。
② 单连接站 （ SAS） 。 SAS只有一个光收发器,只能连接到
一个环路上 。 SAS的物理接口称为从口 （ 即 S口 ）,必须通过集中
器与双环网络连接 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 集中器 （ Concentrator） 。 集中器本身可以是 DAS（ 连接
到双环上 ）,也可以是 SAS（ 连接到另一个集中器上 ） 。 集中器
提供的附加口称为主口 （ 即 M口 ）,用于将 SAS连接到双环网络
上 。 集中器接收来自主环上的数据,然后依次转发到主口所连接
的设备上,在最后一个主口收到数据后,再转发到主环上 。 当集
中器所连接的设备发生故障或主口空闲时,有关链路在其内部被
旁路,使环网仍能保持连通 。
第 4章 多媒体通信网络环境
在 FDDI网络中,站点内部设置了若干监控机制,用于识别链
路或站点出现的故障, 站的删除, 掉电以及链路误码率与噪音
的监测等 。 集中器内部采用旁路机构来绕开故障,而 DAS则采
用短路方式来绕开故障 。 在短路情况下,站点上正常工作一侧得
到的输入信号将直接送到同一侧的输出光纤上 ; 另外,在故障一
侧最近的邻接站也要作短路处理,从而绕开了故障 。 这时,双环
网变成单环网 。 如果同时出现两个短路情况,则双环被分成两个
不相连的子网 。 当故障消除后,网络将会自动恢复原来的双环操
作方式 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6 ATM 网 络
ATM（ Asynchronous Transfer Mode,异步传输模式 ） 是一
种面向连接的交换式网络,支持多种不同的服务类别,提供 155
Mb/s,622 Mb/s或者更高的传输速率 。 ATM作为宽带综合业
务数字网 （ B - ISDN） 的核心技术,将 WAN和 LAN综合在一个
统一的公共网络基础平台上,以满足不断增长的多媒体通信业
务的需要 。
传统网络技术在推动网络技术的发展和应用上发挥了巨大
的作用,目前仍然是网络技术的主体 。 但随着多媒体通信业务
量的发展,越来越暴露出以下几个方面的缺陷 。
第 4章 多媒体通信网络环境
① 基于非连接的地址匹配规则 。 数据传输是以可变长度的
数据帧为单位,并且是以, 目的站点是可用的, 的假设条件为前
提的 。 在数据帧中要包含源地址和目的地址,每个站点都要检查
数据帧中的目的地址是否与本站地址相匹配来决定是否接收该
数据帧 。 这时,如果目的站点没有准备好,则该数据帧将会成为
一次无效的传输,白白浪费宝贵的传输带宽 。
② 共享同一条传输介质 。 网络中的所有站点都共享同一条
传输介质,如果当前传输介质被占用,则所有其它要传送信息的
站点都必须要等待,结果产生网络延迟,影响网络传输的实时性 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 共享相同的网络带宽 。 网络中的所有站点都采用单一
传输速率,并共享相同的网络带宽,难以适应不断发展的应用对
传输速率的不同需求 。
虽然通过采用交换式网络和提高传输速率等手段使传统网
络对多媒体通信的支持能力有了一定程度的提高,但无法克服
传统网络技术固有的缺陷 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ATM网络采用先进的网络传输机制,从根本上克服了传统网
络技术的缺陷,提供了很高的网络性能,其优点主要表现为,
· 面向连接的传输机制 。
· 以信元 (Cell)为信息传输单位 。
· 基于 ATM交换机的交换式网络 。
· 多种速率接口 。
· 多种服务类型 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.1 ATM网络参考模型
图 4.8 ATM网络参考模型
第 4章 多媒体通信网络环境
1,ATM
ATM物理层由传输汇聚 （ Transmission Convergence） 子层
和物理介质相关 (Physical Medium Department)子层组成,主要完
成物理线路编码和信息传输的功能 。 传输汇聚子层的功能是实
现物理层汇聚协议 (PLCP),如信元头差错校正, 信元同步, 信
元速率匹配和传输帧生成等,以保证整个物理链路上信号的传送
和接收 。 物理介质相关子层负责物理介质性质, 位同步定时以
及线路编码等 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ATM论坛定义了下列物理层接口,
① SONET,SONET(同步光纤网 )是一种以光纤为传输介质
的物理网络,主要应用于公用数据网 。 SONET定义了五个速率
等级,并且都是 51.84 Mb/s的倍数,即 51.84 Mb/s～ 2488.32 Mb/s。
国际上采用 SONET作为国际信令系统时,则将这种系统称为
SDH（ 同步数字系列 ),SDH的操作基本上与 SONET相同 。 ATM
将 SONET 中 STS - 3作为广域连接接口,其速率为 155.52 Mb/s。
第 4章 多媒体通信网络环境
② DS - 3,DS（ Digital Signal） 接口也是用于 ATM网络的广
域连接,其中 DS-3的传输速率为 44.736 Mb/s。 DS - 3和 SONET都
使用了帧结构,即将一组信元封装在一个帧结构中进行传送的,
而且每帧之间要有指定的间隔 。 由于这些帧是以固定的间隔进
行传输的,如果用户信息未能按固定的规律达到,则对应的帧只
能填入空信元 。
③ 4B5B,4B5B用于实现 ATM网络的局域连接,其传输速率
是 100 Mb/s。 4B5B接口是面向信元传输的,只有在用户信元有效
情况下才启动信元传送,故称 4B5B为信元接口 。
第 4章 多媒体通信网络环境
④ 8B10B,8B10B接口也是用于实现 ATM网络的局域连接,
其传输速率是 155.52 Mb/s。 这一速率与 SONET,STS-3C数
据速率严格匹配 。 8B10B接口与 4B5B接口不同的是使用了帧
结构,每个帧由 27个信元组成,即每次传送 27个信元,故称
8B10B为数据块接口 。
ATM物理接口描述了特定的信号编码,使 ATM信元以可识
别的格式传送到目的地。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,ATM
ATM层主要定义了面向连接的信元传输服务机制和通信规程 。
ATM连接是基于虚电路概念的,并分为永久虚电路 （ PVC）
和交换虚电路 （ SVC） 两种 。 永久虚电路是通过人工方式在 ATM
网络端点之间进行网络路径映射而建立的连接,必须由人工干预才
能撤销 ; 交换虚电路是通过 ATM信令协议动态地在 ATM网络端点
之间建立的连接或撤销,而无需人工干预 。
不论是永久虚电路还是交换虚电路,它们都是建立在虚路径
(VP)和虚通道 （ VC)概念基础上的 。 虚路径是虚通道的集束,一个
虚路径内可以有多个虚通道,允许 ATM交换设备将多个虚通道捆绑
在一个虚路径上以相同的方式进行公共处理 。
第 4章 多媒体通信网络环境
在建立连接时,每个连接都被分配一个惟一的虚路径标识符
(VPI)和虚通道标识符 (VCI)。 VPI和 VCI的组合则可惟一地标识
ATM网络内部的一个连接,也可以在 ATM网络上实现多个端点间
的相互映射 。 在 ATM网络中,一个 ATM端点可支持 256个虚路径,
每个虚路径可支持 65 536个虚通道,组合起来可支持多达 16 777
216个连接 。
ATM网络定义了两种网络节点, 端点和中间点 。 端点是用户
节点,如工作站, 服务器或其它设备 ; 中间点是 ATM交换节点,如
ATM交换机 。 端到端的连接要通过中间点才能连接起来,中间点
一般不关心信息的内容,只提供信息转发服务 。 在转发过程中,中
间点要保证在建立连接时所承诺的服务质量 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(1) ATM
图 4.9 ATM信元结构
第 4章 多媒体通信网络环境
信元头各个字段的意义如下,
·GFC为一般流量控制标志,用来实现端点到交换机的流量控
制 。 GFC是针对 UNI信元的,对于 NNI信元,该字段为 VPI。
·VPI为虚路径标识符,用来定义 ATM网络中的一条虚路径连接 。
·VCI为虚通道标识符,用来定义 ATM网络中的一条虚通道连
接 。
·PT为信元载体类型,用来定义该信元是用户信元,还是管理
信元 。
·CLP为信元的优先级,用于网络拥塞处理 。 当发生网络拥塞
时,交换机将丢弃 CLP=1的信元,而保留 CLP=0的信元 。
·HEC为信元头错误控制,用来保证信元头的正确性。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
根据 ATM节点性质 (端点和中间点 )不同,ATM层提供的信
元处理功能也不同 。
对于端点,ATM层提供的信元处理功能相对比较简单,即,
① 信元头的生成 。 当 ATM层从 ATM适配层接收到信元体
后,生成一个信元头,附加在信元体上,形成完整的信元格式,然
后再传送给物理层 。 ATM层并不关心信元体的内容,只是把它
当作要传送的二进制位流,也就是说,ATM层与服务级别无关 。
第 4章 多媒体通信网络环境
② 信元头的分离 。 当 ATM层从物理层接收到信元时,先分离
信元头,将信元体传送给 ATM适配层 。 然后再把信元头提交给
ATM适配层进行处理,这些信息包含了用户信元类型, 接收优先
级以及阻塞指示等 。
对于中间点 (即交换机 ),ATM层的信元处理功能要复杂一些,
即,
① 信元头的转换 。 由于 VPI和 VCI只有局部意义,当信元通
过网络时这些值可能会发生变化 。 中间点必须将输入的 VPI/VCI
值转换成输出的 VPI/VCI值 。 每当信元头被转换时,必须对 HEC
值重新进行计算 。
第 4章 多媒体通信网络环境
② 信元的选径 。 对于从端口输入的信元,首先进行信元分
捡,然后根据信元的 VPI和 VCI值选择适当的端口输出 。 对于多个
端口输入的信元,有些信元可能需要汇集到同一个端口输出,有
些信元也可能需要汇集到不同的端口输出 。
③ 信元的差错处理 。 当发生下列情况之一时,信元将被丢弃,
·无效的信元头,即信元头的 HEC值校验错误 。
·信元头的 VPI和 VCI值标识了一个尚未建立的连接或超出指
定的范围 。
·信元头的 PT值为 2（ 即系统保留值 ） 。
·在链路上发生阻塞,将丢弃 CLP=1的信元,不能支持更多的
交通。
第 4章 多媒体通信网络环境
④ 信元的流量管理 。 在建立连接时,端点将根据 ATM适配层
的服务级别要求向交换机提交网络特性参数来描述该连接的性
能需求,这些特性参数主要有峰值信元速率, 可支持信元的速率,
速率变化的最大范围以及可容许的信元延迟等,这些特性参数实
际上规定了用户对网络传输的 QoS需求 。 一旦双方按商定的特性
参数建立起连接,在以后的信元传输过程中,交换机必须按上述
特性参数要求对信元流量实施控制和管理,提供信元转发服务,
并保证与建立连接时相一致的服务质量 。
第 4章 多媒体通信网络环境
⑤ 网络阻塞控制 。 当一条链路的流量大于该链路的容量时,
将产生网络阻塞现象 。 网络阻塞将会造成信元的丢失 。 通常,
当网络负载超过交换机最大容量的 90% 以上时,交换机将通过
修改信元头来指示阻塞事件的发生,其它节点收到这个信元后
便知道网络上发生阻塞 。 当发生阻塞后,交换机将按信元的优
先级别由低到高地丢弃信元,直到阻塞缓解或消除 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
在 ATM网络中,连接的建立, 维护和拆除以及其它的网络控
制和管理操作是由信令协议实现的 。 ATM定义两类信令协议,
UNI(User to Network Interface)信令和 NNI(Network to Network
Interface)信令 。 UNI用于端点与交换机之间的连接,NNI用于交
换机与交换机之间的连接 。 信令协议由一系列用服务原语描述
的过程组成,定义了建立, 维护和拆除连接所需的操作 。 在建立
连接时,端点使用相应的 UNI信令原语向中间点发出建立连接请
求,该连接请求包含有特性参数信息 。 交换机将为该连接分配
VPI和 VCI标识符,并按特性参数预留网络资源 。
第 4章 多媒体通信网络环境
3,ATM
ATM适配层主要负责将用户层的信息转换成 ATM网络可用的
格式 。 当用户层把一个较长的数据包提交给 ATM适配层后,ATM适
配层按规定长度将数据包分割成若干信元体,再传送给 ATM层 。
ATM适配层由汇聚子层 （ Convergence Sublayer） 和分割组装子层
(Segmentation and Reassembly Sublayer)组成 。
汇聚子层为分割用户信息作准备 。 为了使目的端点的 ATM 适
配层能够重新装配数据包,汇聚子层需要将一些控制信息附加在用
户信息上 。 也就是说,48字节的信元体将包含控制信息和用户信息
两部分内容 。 分割组装子层在发送数据时负责将汇聚子层传来的
信息单元 （ 称为汇聚子层协议数据单元 CS - PDU)精确地分割成 48
字节的信元体,然后提交给 ATM层 ; 接收数据时负责将 ATM层传来
的信元体重新组装成原始数据包,然后再传送给用户层 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ATM的传输服务分成五种类型,
① A类 (Class A） 服务, 其特点是端点间保持定时同步, 数
据率固定, 面向连接 。 这种服务也称恒定比特率 （ CBR） 业务,
主要用于 64 kb/s PCM语音以及静止图像的传输服务 。
② B类 (Class B） 服务, 其特点是端点间保持定时同步, 数
据率可变, 面向连接 。 这种服务也称可变比特率 （ VBR） 业
务,可用于支持变速率的语音和压缩视频信息的传输服务 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ C（ Class C） 类服务, 其特点是端点间不要求定时同步,
数据率可变, 面向连接 。 这种服务也称可用比特率 （ ABR） 业
务,可用于支持面向数据的传输服务 。
④ D类 （ Class D） 服务, 其特点是端点间不要求定时同步,
数据率可变, 非连接 。 这种服务也称未确定比特率 （ UBR） 业
务,主要用于 QoS要求较低或不要求的场合 。
⑤ X类 （ Class X） 服务, 由用户或厂家自定义的服务 。
通常,A,B类用于支持面向语音和视频的应用以及 DS电路
的模拟 ; C,D类用于支持面向数据的应用 。 ATM适配层提供了
五个 AAL子层,即 AAL1,AAL2,AAL3,AAL4及 AAL5与上
述服务类型相适配 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.2 ATM网络路由选择
·ATM地址, 标识 ATM终端,全局惟一 。 其编码格式有三种,
均为国际标准地址代码, 两种为 ISO 8348格式,长度为 20字节 ; 一
种为 ITU E.164 的 ISDN格式,长度为 15个十进制数 。 ATM地址分
成两部分, 网络地址和用户地址,网络地址由有关组织统一分配,
用户地址由 ATM终端自行定义 (ATM网卡 )。
·虚电路号, 标识虚电路及其局部地址 。 其编码格式为, 虚路
径号 (VPI)。 虚通道号 (VCI)。 UNI使用 8位 VPI,16位 VCI; NNI使
用 12位 VPI,16位 VCI。 由交换机动态分配 (SVC)。
其中,ATM地址是在建立连接阶段使用的,虚电路号是在数
据传输阶段使用的。
第 4章 多媒体通信网络环境
ATM网络的连接建立和数据传输过程如下,
① 每个 ATM终端接入 ATM交换机时,都要通过 UNI信令执行
客户注册过程 。 客户注册主要有两个目的 。 一是 ATM终端声明自
己的存在 ; 二是 ATM终端与 UNI上的 ATM交换机交换寻址信息 。
ATM终端将用户地址提供给 ATM交换机,ATM交换机将网络
地址提供给 ATM终端,并且为已注册成功的 ATM终端分配 VPI和
VCI。
② 在建立连接阶段,呼叫方通过 UNI信令 Setup发送连接请求,
在 Setup中包含被叫方的 ATM地址和 QoS参数 。 信令虚电路是周
知的, VPI=0,VCI=5。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ Setup信令在经过 ATM网络时,NNI上的 ATM交换机根据
其被叫方 ATM地址选择传输路由,分配 VPI(ATM交换机只处理
VPI),并记录在交换机的路径表中 。 注意,UNI信令和 NNI信令
不同 。
④ 最靠近被叫方的 ATM交换机查找客户注册表,确定该客
户是否存在以及它所对应的虚电路号 (VPI和 VCI),然后使用 UNI
信令 Setup通知被叫方,该 Setup信令包含了为被叫方分配的虚电
路号 。
第 4章 多媒体通信网络环境
⑤ 被叫方如果同意连接,则使用 UNI信令 Connect进行响应 。
该信令沿着已建立的虚电路传输给呼叫方,在最靠近呼叫方的交
换机上,通过查找客户注册表来确定该客户是否存在以及它所对
应的虚电路号 (VPI和 VCI),然后使用 UNI信令 Connect通知呼叫方 。
Connect信令包含的是为呼叫方分配的虚电路号 。 至此,这条虚
电路已建立起来,可转入数据传输阶段 。
⑥ 在数据传输阶段,通信双方使用信元进行数据传输,信元
中所包含的虚电路号就是在建立连接时 ATM网络为双方各自分
配的虚电路号 。 在单条虚电路上, 可以进行点到点的单向或双
向数据传输 。 如果要进行点到多点传输,则必须建立多条虚电路,
但只能进行单向数据传输 。 在数据传输过程中,ATM交换机按建
立连接时所承诺的 QoS提供相应的服务质量 。
第 4章 多媒体通信网络环境
⑦ 数据传输结束后,任何一方要使用 UNI信令 Release拆除虚
电路,释放所占有的系统资源 。 其过程如图 4.10所示 。
图 4.10 ATM SVC数据交换过程
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.3 ATM
图 4.11 ATM网络连接方式
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.3.1 ATM上的 IP（ IPOA）
1,IP
IPOA协议规定,IP数据报将放置在 ATM适配层 5（ AAL5）
的协议数据单元 （ PDU） 中 。 每个 PDU都有一个包含逻辑链路
控制 /子网访问协议 （ LLC/SNAP） 标识的协议头,以及用于有效
性检查的填充, 长度和校验和 （ CRC） 字段 。
第 4章 多媒体通信网络环境
IPOA的 IP数据报长度缺省为 9180字节,最大为 64 K字节 。
其缺省长度足以包容以太网, 令牌环以及 FDDI的最大帧长 。 也
就是说,IPOA所提供的传输特性要优于基于传统 LAN上的 IP。
因为 IP数据报长度是受物理的最大帧长的限制,如果超过最大帧
长,则 IP数据报必须进行分段 。 而单一数据报越长,其文件传输
性能越好 。 在一个子网内,所有站点的 IP数据报长度必须设置成
是相同的 。 当所有站点的 IP数据报长度都按最大长度设置时,单
一 IP数据报的长度可达 64 K字节 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,ATM地址解析
图 4.12 ATM地址解析过程
第 4章 多媒体通信网络环境
3,IP
常规的 IP网络是使用路由器实现 IP逻辑子网间互连 。 IPOA
完全支持这种基于路由器的互连方式 。 由于 IP只把 ATM看作是
一种物理网络,与以太网, 令牌环以及 FDDI等传统网络同等对
待,因此很容易实现与这些常规网络的互连 。
在 ATM互连网络中,每个 IP逻辑子网都要配置一个 ATMARP
服务器,并且逻辑子网间使用路由器实现互连 。 一个 ATMARP服
务器经过配置后可以为多个子网提供地址解析服务,而不必设置
多个物理服务器 。
第 4章 多媒体通信网络环境
当一个 IP逻辑子网的用户试图与另一个 IP逻辑子网的用户
进行通信时,首先由发送站建立与路由器的 ATM连接,然后由路
由器建立与接收站的 ATM连接,其连接过程如上所述 。 在数据
传输时,发送站将 IP数据报分割成 ATM信元 （ Cell）,以便在
ATM网络上传输 。 路由器将 ATM信元组装成 IP数据报,根据 IP报
头来查找转发路由 。 对于要转发的 IP数据报必须重新分割成
ATM信元,通过另一个 ATM连接传输给接收站 。 接收站再把
ATM信元组装成 IP数据报 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.3.2 局域网仿真（ LANE）
LANE主要由下列网络部件组成,
·LANE客户机 （ LEC）, 提供 LAN客户机与 ATM网络的接口
和仿真功能 。
·LANE服务器 （ LES）, 提供 MAC地址注册,以及 MAC地址
与 ATM地址的映射功能 。
·LANE配置服务器 （ LECS）, 为 LEC提供配置信息及 LES地
址 。
·广播和未知数据类型服务器 （ BUS）, 提供在 ATM网络上
进行广播和组播传输的功能 。
第 4章 多媒体通信网络环境
下面简述 LANE的工作过程。
(1)
(2) 建立与 LES的连接
(3) 客户注册
(4) 地址映射
(5)
(6)
(7) 断开连接
第 4章 多媒体通信网络环境
4.7 交 换 式 网 络
4.7.1 交换机的技术特性
图 4.13
(a) 单网段集线器； (b) 多网段集线器
第 4章 多媒体通信网络环境
图 4.14
(a) 模块交换 ; (b) 端口交换
第 4章 多媒体通信网络环境
4.7.2 虚拟网络
图 4.15 虚拟网络的构成
(a) 点到点的通信； (b) 广播到虚拟工作组
第 4章 多媒体通信网络环境
构造虚拟网络的基本条件,一是所有站点都必须直接连接
到支持虚拟网络的交换机端口上 ; 二是使用适当的虚网定义模
式来定义虚拟网络 。 目前,虚拟网络的定义模式有如下几种,
① 按交换机端口定义 。 将一组交换机端口设置成具有相
同的广播域,只允许在特定的端口之间相互通信,并提供一定的
安全性 。 这是最常用的虚拟网络定义模式,以此实现的虚拟网
络也称物理层虚拟网络 。
第 4章 多媒体通信网络环境
② 按 MAC地址定义 。 即按站点的 MAC地址定义其广播域,
交换机内部必须维护一个 MAC地址 /交换机端口对照表,才能实现
在同一广播域内站点的自由移动 。 用这种定义模式实现的虚拟网
络也称链路层虚拟网络 。
③ 按 IP地址定义 。 TCP/IP协议是常用的网络传输协议 。 对
基于 TCP/IP网络,可按站点的 IP地址定义其广播域,形成虚拟 IP子
网 。 虚拟子网之间必须通过路由器实现互连 。 用这种定义模式
实现的虚拟网络也称网络层虚拟网络 。
第 4章 多媒体通信网络环境
④ 按应用定义 。 它是根据应用所需的网络带宽和 QoS等来
定义其虚拟网 。 它属于应用层虚拟网络,实现起来更为复杂 。
虚拟网络的构造能力与交换机的性能有关 。 目前,大多数高
性能交换机都能提供第二层 （ 链路层 ） 和第三层 （ 网络层 ） 交
换功能,这样就为构造链路层虚拟网络和网络层虚拟网络奠定了
必要的基础 。 同时,交换机还必须配备相应的网络管理软件,才
能最终实现虚拟网络的定义和管理 。
第 4章 多媒体通信网络环境
构造虚拟网络可以带来如下的好处,
① 一个虚拟工作组可以跨越不同的交换机 。 从逻辑上看,
虚拟网络完全独立于网络物理结构 。 交换机将根据某一端口发
送来的数据帧中给出的源地址来确定该端口对应的站点属于哪
一个虚拟工作组,然后将这个数据帧传送给该虚拟工作组的所有
成员 。 也就是说,只有同一虚拟工作组的成员才能接收到这个数
据帧,而不会增加其它虚拟网段的流量 。
② 虚拟网络支持任意多个站点间的组合 。 一个站点可以属
于多个虚拟工作组,一般交换机可以建立十几个虚拟工作组 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 虚拟网络可简化网络的管理 。 虚拟网络的建立, 修改
和删除都十分简便,虚拟工作组也可方便地重新配置,而无需对
物理网络实体进行再配置 。
④ 虚拟网络为网络设备的变更和扩充提供了一种有效的手
段 。 当需要增加, 移动或变更网络设备时,只要在管理站上用
鼠标器拖动相应的目标即可实现,从而节省大量的维护费用 。
虚拟工作组是一种高速, 低延迟的广播群组,但是如果定
义太多的虚拟工作组,则容易产生广播风暴,因此需要采用网管
软件对广播风暴进行管理 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8 广 域 网 络
广域网是指覆盖范围广, 传输速率相对较低, 以数据通信
为主要目的的数据通信网 。
通常,公用数据通信网是由政府通信部门来建立和管理的,这
也是它区别于局域网的重要标志之一 。 很多国家的通信部门建立
了公用电路交换数据网 (CSPDN),公用分组交换数据网 (PSPDN),
数字数据网 (DDN),综合业务数字网 (ISDN)和帧中继 (FR)网等,
以此为基础提供电路交换数据传送业务, 分组交换数据传送业务,
租用电路数据传送业务, 帧中继数据传送业务和利用公用电话网
的数据传送业务等 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8.1 X.25网络
1,X.25
X.25建议的全称是, 在公用数据网上,以分组方式进行操作的
DTE和 DCE之间的接口 。 它于 1976年正式通过作为一项国际标准,
1980年又作了补充和修订 。 X.25定义了三级通信协议, 物理级,
链路级和分组级 。
(1)
物理级对应于 ISO/OSI模型的物理层 。 X.25建议对物理级的
功能做如下定义, 利用物理的, 电气的, 功能的和规程的特性在
DTE和 DCE之间实现对物理链路的建立, 保持和拆除功能 。
第 4章 多媒体通信网络环境
这里的 DTE(Data Terminal Equipment)为数据终端设备,是指
数据输入 /输出设备, 终端设备或计算机等终端装置 ; DCE(Data
Circuit terminal Equipment)为数据电路端接设备,是指自动呼叫应
答设备, 调制解调器以及其它一些中间装置的集合 。
物理层接口协议是用于定义 DTE与 DCE之间的物理接口,并
为物理接口规定了机械连接特性, 电气信号特性, 信号的功能特
性以及交换电路的规程特性 。 这样就保证了各个制造厂家按统一
的物理层接口标准生产出来的通信设备能够完全兼容 。
在 X.25建议中,提出两个物理层接口参考标准, X.21和 X.21
bis,它们分别定义了数字和模拟接口 。 其中,X字号规程是专门为
公用数据网规定的 ; bis表示能与 V系列调制解调器相连,等效于 RS
- 232C和 V.24标准 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
链路级对应于 ISO/OSI模型的链路层 。 在链路层,最常用的
通信规程是 ISO所制定的高级数据链路控制 HDLC(High Level
Data Link Control)规程,其功能是将不可靠的物理链路提升为可
靠的, 无差错的逻辑链路 。 IEEE 802.2的 LLC规范就是 HDLC规
程的子集 。
X.25建议中的链路级采用是一种 HDLC规程的变种,称为链
路访问规程 LAP(Link Access Procedure)或平衡链路访问规程
LAPB(Link Access Procedure Balanced),并以 LAPB为主要模式 。
这些通信规程尽管在一些细节上存在着差异,但总的来说是大同
小异的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
分组级对应于 ISO/OSI模型的网络层,它规定了 DTE和 DCE之
间进行信息交换的分组格式,并规定了采用分组交换的方法,在一
条逻辑信道上对分组流量, 分组传送差错执行独立的控制 。 X.25
建议的着重点是描述了分组级协议 。 该协议主要内容有, 分组级
DTE/DCE接口的描述, 虚电路规程, 数据报规程, 分组的格式,
用户自选业务的规程与格式以及分组级 DTE/DCE接口状态变化等 。
X.25将分组级以上的实体统称为用户级,未作具体规定。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,
分组交换方式有虚电路和数据报两种,由分组类型标识符规
定具体的数据分组 。
(1)
虚电路是两个用户终端在通信之前预先通过网络建立的逻辑
通路,它是由主叫用户与网络联系并与被叫端协商而建立的 。 虚
电路提供的是一条双向的, 无差错的及有序的逻辑通路 。 所谓
的双向是指通信双方都可以利用已建立的虚电路进行数据传送 ;
无差错是指虚电路提供的是一条可靠的逻辑信道 ; 有序是指虚电
路保证接收端所接收到的分组次序是与发送的次序相一致的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
这样,一次通信要经历建立虚电路, 数据传输和拆除虚电路
三个阶段 。 一旦建立虚电路后,该虚电路一直要维持到被拆除为
止 。 这种虚电路称为交换式虚电路 (SVC)。 此外,分组交换网还
提供永久虚电路 (PVC)服务,永久虚电路可在两个用户之间建立
永久的虚连接,用户间需要通信时可直接进入数据传输阶段 (没有
建立和拆除虚电路阶段 ),如同一条专线一般 。
由于虚电路的概念是以分组的统计时分复用 (STDM)为基础
的,这表明一个终端可在一条物理电路与多个终端同时进行通信 。
因此,虚电路可有效地利用线路资源 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
在数据报方式中,每个数据报作为独立的报文进行传输 。 交
换机每次都要根据这些数据报选择路径 。 这意味着,同一终端发
送的数据报可能沿不同的路径达到目的地,目的端点所接收到的
数据报次序也可能与发送的顺序不一致 。 因此,在目的端要由高
层协议来完成数据分组的排序,组装成一个完整的报文 。
对于短报文来说,数据报方式的通信效率较高 ; 而对长报文,
则虚电路方式的通信效率高。
第 4章 多媒体通信网络环境
3,
不论虚电路方式还是数据报方式,都存在着路由选择问题 。
路由选择是指在分组交换网中,对通信的两个终端从起点到终点
所经过的节点进行选择 。
路由选择将通过路由算法来实现,即由路由算法从多条路由
中选择一条较好路由来传送分组 。 路由算法是分组级协议的一
部分 。 路由算法有许多种,但用得较多的主要有两种,静态的固
定路由算法和动态的自适应路由算法 。
第 4章 多媒体通信网络环境
固定路由算法是根据网络结构, 线路传输速率以及流量分
布等因素预先计算出各个交换机节点的路由表,并在路由表中指
出路由的多种选择顺序 。 这种算法比较适合规模较小, 流量分
布较稳定的专用分组交换网,实现起来比较简单,但自适应性较
差,效率较低 。
自适应路由算法是指每个交换机都要根据当前业务量大小,
线路通畅情况, 交换机处理能力以及网络拓扑结构等因素建立
分组转发路由表,并周期地将这些因素的变化情况通知给各个相
关的交换机,每个交换机都能根据最新的网络变化信息来计算转
发路由,使转发路由自适应网络的变化 。 这种算法比较适合于大
规模的公用分组交换网,效率高,可靠性高,应变能力强,但实现
起来比较复杂,并且在传送路由信息时要付出较大的通信开销 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4,流量控制
流量控制是指采取某种控制算法对网上数据流进行控制,既
要保证线路资源的充分利用,又要尽量避免网络拥塞现象 。 一旦
发生网络拥塞,将会导致网络吞吐能力的急剧下降和网络时延的
迅速增加,从而严重影响网络的服务质量 。
流量控制算法有很多种,如缓存器预定算法, 分配缓存器算
法, 许可证算法, 阻塞包算法, 限制使用输入缓存器法等,这些
算法都从不同的角度来解决流量控制问题 。 在 X.25协议中,主要
采用窗口法 (即证实法 )作为流量控制的基础,即发送方在发送完分
组后要等待接收方的响应分组,然后再发送新的分组 。 接收方可
通过暂缓发送响应分组来控制发送方的发送分组速度,进而达到
控制数据流量的目的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
5,分组交换网组成
分组交换网主要由分组交换机, 传输线路和用户接入设备
组成 。
分组交换机是分组交换网的核心,分组交换机之间以全互连
方式连接 。 根据它在网中所处的地位,可分为中转交换机和本
地交换机 。 无论何种交换机均具有以下主要的功能, 为网络的
基本业务和可选业务提供支持 ; 提供路由选择和流量控制 ; 实现
X.25,X.75等多种协议的互连 ; 完成局部的维护, 运行管理,
故障报告及诊断, 计费及网络统计等功能 。
第 4章 多媒体通信网络环境
传输线路可以说是整个分组交换网的神经系统 。 目前分组
交换网的中继传输线路主要有模拟和数字两种形式 。 模拟信道
利用调制解调器可转换成数字信道,速率为 9 600 b/s,48 kb/s和
64 kb/s,而 PCM数字信道的速率为 64 kb/s,128 kb/s和 2 Mb/s。
用户线路也有两种形式,即利用数字电路或利用电话线路加装调
制解调器去实现,速率为 1 200 b/s～ 64 kb/s。
分组交换网的用户接入设备主要是用户终端 。 用户终端分为
分组型终端和非分组型终端两种 。 非分组型终端要使用分组装
拆 (PAD)设备接入网络,有些网络还支持非标准的同步终端,如
SDLC终端等 。 局域网要使用路由器接入网络 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8.2 帧中继网络
帧中继实质上是由 X.25分组交换技术演变而来的, 它一方面
继承了 X.25的优点,如提供统计复用功能, 永久虚电路, 交换虚
电路等 ; 另一方面又改进了 X.25的性能 。 其改进主要表现在两个
方面, 一是提高了网络传输速率,用户接入速率可在 56/64 kb/s到
1.544/2.048 Mb/s的范围内,而上限速率实际可达 50 Mb/s; 二是简
化了大量的网络功能,网络不再提供流量控制, 纠错和确认等功
能,由用户终端根据需要自行解决 。 这样,就可以减少网络时延,
降低通信费用 。
帧中继业务兼有 X.25分组交换业务和电路交换业务的长处,
在实现上又比 ATM简单,是现阶段数据分组交换网升级换代的有
效途径 。
第 4章 多媒体通信网络环境
1,帧中继交换方式
帧中继采用虚电路方式来传输数据帧,帧中继的虚电路有
PVC和 SVC两种类型 。
当用户采用 PVC接入帧中继网时,服务提供者为端用户分配
一对虚电路号 (DLCI),为一对端用户指定固定的地址,如同专用
的点对点电路一样 。 用户可以直接使用 DLCI来传输数据帧,无
需动态地建立连接和拆除连接 。
当用户采用 SVC接入帧中继网时,一次数据交换要经过建立
连接, 数据传输和拆除连接三个阶段 。
第 4章 多媒体通信网络环境
在建立连接阶段,发送端要使用 UNI信令中的, 建立连接,
信令向网络发出请求,该信令中包含有接收端的目的地址 。 网络
中的各个帧中继交换机将根据该信令的目的地址选择一条适当的
路径,并分配相应的 DLCI。 接收端接收到连接请求后,如果同意
连接,则向发送端回送一个, 确认连接, 信令,该信令将沿着相
同的路径传送给发送端 。 时,一个端到端的临时性虚电路连接便
建立起来了 。
在数据传输阶段,发送端与接收端之间在已建立的连接上使
用指定的帧格式传送数据 。 在数据传输过程中,帧中继网络只是
提供简单的网络拥塞指示和处理,不再提供差错处理和流量控制
功能 。 这样就减少了网络时延,降低了通信费用 。
第 4章 多媒体通信网络环境
当数据传输完成后,任何一方都可以使用, 释放连接, 信
令来拆除连接,释放该连接所占用的系统资源 。
帧中继只是定义了 UNI规范,至于网络内部怎样把帧传送
到目的地完全由网络提供者和网络交换设备类型来决定 。 例
如,网络内部可以采用, 帧交换,,即以帧方式传送 ; 也可以采
用, 信元交换,,即以信元方式传送 。 这也是帧中继网络常用
的两种结构 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,
帧中继网由三个部分组成, 帧中继接入设备, 帧中继交换设
备和帧中继服务 。
帧中继接入设备可以是具有帧中继接口的任何类型的接入设
备,如主机, 桥接器／路由器, 分组交换机以及特殊的帧中继
,PAD”等,通常采用 56,64 kb/s链路入网 。 两端的传输设备速
率可能不同 。
帧中继交换设备有如下几种类型, T1/E1一次群复用器, 分组
交换机, 专门设计帧中继交换设备 。 这些设备的共同点是为用户
提供标准的帧中继接口 。 帧中继网络是以可变长的信息帧或固
定长度的信元为基础实现网内传输的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
帧中继服务是由帧中继服务提供者通过帧中继网提供的 。
帧中继接入设备与专用帧中继设备可通过标准的帧中继接口
(UNI)与帧中继网相连,UNI的用户一侧是帧中继接入设备,用
于将本地用户设备接入帧中继网络 ; UNI的网络一侧是帧中继
交换设备,用于帧中继接口与骨干网之间的连接 。
第 4章 多媒体通信网络环境
3,帧中继用户接入
用户在接入帧中继网时,通常采用下列三种主要形式之一,
① LAN接入形式 。 LAN用户一般通过桥接器／路由器接入
帧中继网,桥接器／路由器应具有标准的 UNI接口规程 。 LAN用
户还可通过其它的帧中继接入设备,如集中器, PAD,规程转换
器等接入帧中继网 。
② 计算机接入形式 。 各类计算机要通过帧中继接入设备
（ FRAD）,将非标准的接口规程转换为标准的 UNI接口规程后接
入帧中继网 。 当然,如果计算机自身带有标准的 UNI接口规程,则
可作为帧中继终端直接接入帧中继网 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 用户帧中继交换机接入公用帧中继网 。 用户专用帧中继
网接入公用帧中继网时,将专用网络中一台交换机作为公用帧
中继网的用户,以标准的 UNI接口规程接入 。
目前,用户接入速率大都在 56 kb/s～ 2 Mb/s范围内 。 随着
帧中继业务的发展,帧中继作为广域 ATM网络的接入网将会为
用户提供更高的接入速率 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8.3 ISDN网络
综合业务数字网 ISDN(Integrated Services Digital Network)是
一种由数字交换机和数字信道构成的,以传输数字信号为目的的
综合数字网,并利用这个网提供话音, 数据等各种业务 。 ITU对
ISDN作如下定义, ISDN是以提供端点 —端点的数字连接的综合
数字电话网为基础发展而成的通信网,用以支持包括话音及非话
音的多种业务,用户对通信网有一个由有限个标准的多用途的用
户 /网络接口组成的入口 。
ITU于 1984年通过了关于 ISDN的 I系列建议书,1988年 ITU的
蓝皮书又对 I系列建议书进行了大量的补充和修订 。 至此,ISDN
国际标准的主体部分已宣告完成 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ISDN主要是依靠数字电话网的交换和接续功能提供话音和各
种非话音业务的,传输速率一般为 64 kb/s,这种通信速率很难满足
不断增长的多媒体业务对带宽的要求 。 ISDN是一种电路交换网
络,独占线路资源,致使通信费用居高不下 。 因此,ISDN曾一度受
到冷落 。 随着 Internet的发展,ISDN作为一种用户接入技术有了新
的应用领域 。
用户是通过 ISDN所提供的 UNI接入 ISDN的 。 在 ISDN的 UNI
中提供了两种类型的信道, 一种是信息信道,用于传送各种信息流 ;
另一种是信令信道,用于传送对用户和网络实施控制的信令信息 。
对于电路交换来说,ISDN信道有以下几种,
第 4章 多媒体通信网络环境
① 信息信道分为 B信道和 H信道 。 B信道为速率 64 kb/s的信
道 。 几个 B信道合成 H信道,H信道分为 384 kb/s和 1 920 kb/s两种
信道 。
② 信令信道为 D信道 。 D信道的速率根据不同的接口结构
分为 16 kb/s和 64 kb/s两种 。 在某种情况下,D信道也能用于传送
分组交换数据 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ITU规定了两种 UNI,即基本接口 (BRI)和基群速率接口
(PRI)。
① 基本接口 。 它规定了将现有电话网的普通用户线作为
ISDN用户线的 UNI接口,也是 ISDN最基本的 UNI。 它的结构简
称为 2B+D,即由 2条 64 kb/s的 B信道和 1条 16 kb/s的 D信道组成 。
2条 B信道可以独立地用来传输用户信息,而 D信道则可以用来传
输信令信息,也可以用来传输低速数据 。
第 4章 多媒体通信网络环境
② 基群速率接口 。 它提供了高速信道,用于传输大业务量的
场合 。 我国采用的基群速率为 2 048 kb/s。 它可提供 30条速率为
64 kb/s的 B信道和 1条速率为 64 kb/s的 D信道,或者可提供 5条速率
为 384 kb/s的 H信道和 1条速率为 64 kb/s的 D信道,或者将它们混合
起来而组成混合信道接口 。
目前,ISDN主要用于提供 Internet用户接入业务,通过 2B+D接
口可以提供比 64 kb/s的 DDN专线高出 1倍的接入速率 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8.4 IP宽带网络
目前,用户高速接入技术主要有,
·基于 LAN的接入 。 在办公室环境下,用户通过高速 LAN和
路由器接入 Internet,并且路由器与 ISP(Internet服务提供者 )之间必
须采用高速链路,使其不成为网络瓶颈 。
·基于交互式电视网的接入 。 在家庭或办公室环境下,用户
通过交互式电视网和接入设备 (机顶盒或 Cable Modem)接入
Internet,接入速率可达 10 Mb/s。 但必须将现行的单向 CATV网改
造成双向的交互式电视网 。
第 4章 多媒体通信网络环境
·基于电话网的 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)接
入 。 在家庭或办公室环境下,用户通过电话网和 ADSL Modem接
入 Internet。 ADSL是一种不对称数字用户线,能够在普通电话线
上高速地传输数据,传输距离可达 3～ 4公里 。 所谓不对称,是指
下行和上行信道的传输速率是不对称的,下行信道的速率为 8
Mb/s,上行信道的速率为 1 Mb/s,这是当前普遍使用的模拟
Modem几十 kb/s接入速率所无法比拟的 。
4.1 引言
4.2 100BASE-T网络
4.3 千兆位以太网
4.4 100VG-AnyLAN网络
4.5 FDDI网络
4.6 ATM网络
4.7 交换式网络
4.8 广域网络
第 4章 多媒体通信网络环境
第 4章 多媒体通信网络环境
4.1 引 言
图 4.1 网络体系结构的层次划分
第 4章 多媒体通信网络环境
4.2 100BASE-T网络
4.2.1 100BASE-T技术规范
100BASE-T技术规范主要是物理层规范,定义了新的信号收
发标准,将传输速率提高到 100 Mb/s。 100BASE-T定义三种物理
层规范, 100BASE-T4,100BASE-TX和 100BASE-FX,分别支持
不同的传输介质 。 MAC层通过一个介质独立接口 （ MII） 与三种
物理层规范中的一个相连接 。
由于 MAC层通过 MII与物理层接口,且与传输速率无关,因此,
在 100BASE-T的 MAC层,其数据帧格式, 数据帧长度, 差错控制
及管理信息等均与 10BASE-T相同 。
第 4章 多媒体通信网络环境
1,
(1) 100BASE-T4
100BASE-T4是 4对无屏蔽双绞线 (UTP)电缆系统,支持 3,4
和 5类 UTP电缆,使用 RJ45连接器,传输距离为 100 m。
在 4对线中,3对用于数据传输,1对用于冲突检测 。 100BASE-
T4是一种新的信号收发技术,它采用 8B6T编码方法,将 8位二进制
码编码成 6位三进制码组,再经过不归零 （ NRZ） 编码后输出到 3
对数据传输线上,每对线的传输速率为 33.3 Mb/s,3对线的总传输
速率为 100 Mb/s,链路操作模式为半双工操作 。 这样,在音频级 3
类 UTP电缆上可实现 100 Mb/s的传输速率,使得那些使用 3类 UTP
电缆布线的 10BASE-T网络也能升级到 100BASE-T,从而保护了用
户已有的投资 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2) 100BASE-TX
100BASE-TX是一个 2对 UTP电缆系统,支持 5类 UTP或 1类屏
蔽双绞线 (STP)电缆,5类 UTP电缆使用 RJ45连接器,1类 STP电缆
则使用 9芯 D型 (DB-9)连接器,传输距离为 100 m。
100BASE-TX采用的是 FDDI物理层标准,使用相同的 4B5B
编码器和收发器,链路操作模式为全双工操作 。 也就是说,
100BASE-TX是将已标准化的 802.3 MAC子层和 FDDI的物理介
质 (PMD)子层结合起来,形成其信号收发标准的,因此,技术上比
较成熟,可直接采用为 FDDI开发的物理层芯片 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3) 100BASE-FX
100BASE-FX是多模光纤系统,使用 2芯 62.5/125 μm光纤,传
输距离为 400 m。
100BASE-FX也是采用 FDDI的物理层标准,使用相同的 4B5B
编码器, 收发器以及光纤连接器 (如 MIC,ST或 SC),链路操作模
式为全双工操作 。 100BASE-FX比较适用于超长距离或易受电磁
干扰的环境 。
100BASE-T介质规范包含了目前 10BASE-T网络所使用的各
类电缆 。 并且 100BASE-T4,100BASE-TX和 100BASE-FX可通过
一个集线器实现混合连接 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(4) 10/100 Mb/s
自动协商 （ Autonegotiation） 是 IEEE 802.3规定的一项标准,
它允许在同一网段上的节点之间相互通报容量并自动协商传输
速率 。 对于 100BASE-T来说,站点 (网卡 )和集线器 （ HUB） 之间
允许有两种通信操作模式, 高速率 (100 Mb/s)和低速率 (10 Mb/s),
而通信操作模式是由自动协商功能来确定的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
协商信息是由一个连接测试脉冲序列传送的,该脉冲序列称
为快速连接脉冲序列 （ FLP）,并且不占用有效带宽 。 当一个
100BASE-T站点启动时将自动产生 FLP,同一电缆段上的另一个
站点将会接收到这个 FLP。 如果接收站也是一个 100BASE-T站
点,便能够识别 FLP,并根据从 FLP中提取出来的数据便可知道对
方的速率,双方通过协商自动将通信操作模式设置成高速率,以
100 Mb/s速率进行通信 。 如果该站点是一个 10BASE-T站点,则
不能识别 FLP,双方都要将通信操作模式设置成低速率,以 10
Mb/s速率进行通信 。
第 4章 多媒体通信网络环境
例如,如果一个 10/100网卡和一个 10BASE-T集线器连接,该
网卡将会产生 FLP,但可能只接收到 10BASE-T集线器返回的正常
连接脉冲 (NLP)。 10/100网卡自动将通信操作模式设置成低速率,
以 10 Mb/s速率与 10BASE-T集线器进行通信 。 如果将 10BASE-T
集线器升级为 100BASE-T集线器,10/100网卡将会接收到 FLP脉
冲,网卡和集线器通过自动协商算法自动将通信操作模式设置成
高速率,以 100 Mb/s速率进行通信 。 在这一速率升级的过程中,
无须人工干预 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,MAC
100BASE-T 沿用了原有的 IEEE 802.3 MAC 层协议,即
CSMA/CD协议,主要完成数据帧的封装与发送以及数据帧的接收
与解封等控制 。 CSMA/CD是一种分布式随机型介质访问控制协
议,网络中各个站点将根据网络工作状态自我调整和控制对介质
的访问,实现数据传送 。
(1) 帧格式
图 4.2 CSMA/CD的帧格式
PA SFD DA SA FL PDU PAD FCS
7 1 2/6 2 46~1500 4
第 4章 多媒体通信网络环境
·PA（ 前导码 ）, 在定界符之前发送,以使信号电路达到稳定
的同步状态 。 PA为持续 7个字节的 10101010位序列信号 。
·SFD（ 帧定界符 ）, 它表示有效帧的开始,其代码为
10101011,只有一个字节 。
·DA,SA（ 目的地址,源地址 ）, 可以选择 16位或 48位,但这
两个地址长度必须保持一致 。 DA可以是单一地址,也可以是组播
地址或广播地址,而 SA只有单地址 。 选用 48位地址时,可用特征
位来指示,作为局部或全局管理地址 。
第 4章 多媒体通信网络环境
·FL（ 帧长度 ）,它用两字节来表示 LLC层的协议数据单元
PDU的长度 。
·PDU（ 协议数据单元 ）, 表示要传送的 LLC层数据,它所包
含的 LLC层数据应是一个 8位位组序列 。
·PAD（ 填充 ）, 为了满足最小帧长度 (64字节 )要求,对超短
。
·FCS（ 帧校验序列 ）, 它采用 32位 CRC校验,用规定的生成
多项式去除数据信息,获得的余数作为校验序列,设置 FCS字段 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
在 MAC层,由 CSMA/CD协议控制数据帧的发送,其工作过程
如下,
① 一个站要发送数据帧,首先要监听介质,以确定介质上是
否有其它站点正在使用介质发送数据帧,以免破坏正在发送的数
据帧 。
② 如果介质是空闲的,则可以发送 ; 如果介质是忙碌的,则要
继续监听,直到介质空闲时方可发送 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 在发送数据帧的同时,还要继续监听总线 。 一旦监听到
冲突发生,便立即停止发送,并向介质发出一串特殊的阻塞信号
来加强冲突,以通知介质上各个站点已发生冲突,以免介质带宽
因传送已损坏的帧而被白白地浪费 ; 如果无冲突发生,则继续发
送,直至数据发送完 。
④ 冲突发生后,应随机延迟一个时间量,再去监听介质,重
新传送因冲突而被损坏的数据帧 。 通常采用二进制指数退避
算法计算延迟时间,其计算公式为 τ＝ R·A·2 N。 其中,R为一
个伪随机数,A为一个时间片,1个时间片等于信号从始端传输到
末端所需时间的 2倍,N为本次传送所发生的冲突次数 。
第 4章 多媒体通信网络环境
⑤ 设置一个最大重传次数,如果冲突次数超过这个值,则不
再进行重传,而向上层报告出错信息 。 发生冲突现象主要是由于
两个及两个以上的站点同时监听到介质空闲,几乎同时发送数据
帧而引起的 。 发生的冲突站点都要通过二进制指数退避算法随机
延迟一个时间量 。 由于各个站点延迟的时间量是随机的, 互不相
同的, 因而延迟时间短的站点将先于延迟时间长的站点再去监
听介质,重新传送数据帧 ; 延迟时间长的站点再去监听介质时发现
介质已被占用,就会退出竞争,继续等待 ; 这样就解决了冲突问题 。
二进制指数退避算法是按照后进先出的次序控制的,即未发生冲
突或很少发生冲突的站点延迟时间短,具有优先发送的概率 。 而
发生过多次冲突的站点延迟时间长,发送成功的概率较小 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
介质上的非发送站点总是处于监听状态 。 当监听到介质上有
信号时,则启动帧接收过程 。 对于接收到的数据帧,要进行如下的
有效性检查 。
① 滤除, 帧碎片, 。 当接收的数据帧长度小于最小帧长 (64
个字节 )限制时,则认为是因冲突而产生的不完整帧,将该帧丢弃 。
② 检查数据帧的目的地址字段 (DA)是否与本站地址相匹配 。
如果不匹配,则说明不是发送给本站的,将该帧丢弃 。 地址匹配分
为两种情况, 如果帧的目的地址是单一地址,则必须完全地址匹配 ;
如果帧的目的地址是组播地址或广播地址,则要当作地址匹配接
收该帧,因为这类帧需要提交给高层协议处理 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 对帧进行 CRC校验 。 如果 CRC校验有错,则说明发生
传送错误,将该帧丢弃 。
④ 对帧进行帧长度检验 。 帧长必须是 8位的整数倍,否则
丢弃掉 。
⑤ 最后将有效的帧提交给 LLC层。
第 4章 多媒体通信网络环境 4.2.2 100BASE - T网络组成
图 4.3 100BASE - T网络拓扑规则
第 4章 多媒体通信网络环境
100BASE - T标准定义了两级中继器,即 1级中继器 （ Class Ⅰ )
和 2级中继器 (Class Ⅱ ),一个网段中最多允许有一个 1级中继器或
两个 2级中继器 。 100BASE-T网络的主要拓扑规则为,
·集线器与站点之间的最大 UTP电缆长度仍为 100 m;
·采用半双工 100BASE - FX进行 MAC到 MAC连接时,光纤长
度可达 400 m;
·采用两个 2级中继器时,中继器之间的最大电缆长度为 5 m;
第 4章 多媒体通信网络环境
·采用双中继器结构时,两个站点之间 (端点到端点 )的最大网
络电缆长度为 205 m(100+5+100=205 m UTP);
·采用单中继器结构时,可连接 185 m的光纤 。 这种情况下的
最大网络线缆长度为 285 m(100 mUTP+185 m光纤下行链路 );
·采用全双工 100BASE - FX进行远距离连接时,两台设备之
间的连接距离可达 2000 m。
第 4章 多媒体通信网络环境
千兆位以太网是由千兆位以太网联盟开发的 1000 Mb/s以太
网技术,IEEE已将它作为 IEEE 802.3z和 802.3ab标准,成为 802.3标
准家族中的新成员 。
千兆位以太网标准主要定义了物理层规范,而 MAC层仍采用
CSMA/CD协议,但对其规范进行了重定义,以维持适当的网络传
输距离 。
由于千兆位以太网和其它以太网一样,没有提供对 QoS的支
持,这对于多媒体通信来说,仍然是一种缺陷 。
4.3 千兆位以太网
第 4章 多媒体通信网络环境
1,千兆位以太网标准
千兆位以太网标准分成两个部分, IEEE 802.3z和 IEEE
802.3ab。
IEEE 802.3z定义的传输介质为光纤和宽带同轴电缆,链路
操作模式为全双工操作 。 其中,
·光纤系统, 支持多模光纤和单模光纤系统,多模光纤的传
输距离为 500 m; 单模光纤的传输距离为 2000 m。
·宽带同轴电缆系统, 其传输距离为 25 m。
IEEE 802.3ab定义的传输介质为 5类 UTP电缆,传输距离为
为 100 m,链路操作模式为半双工 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,
图 4.4 千兆位以太网解决方案
第 4章 多媒体通信网络环境
(1)
一种简单的升级方案是将交换机与交换机之间的链路速率
由 100 Mb/s升级到 1000 Mb/s。 这种升级方案需要在相应的交换
机上安装千兆位以太网的网络端口模块,并通过这些模块来实现
1000 Mb/s链路的连接 。 升级后的网络能够连接更多的交换式或
共享式 100BASE -T网段,在更大的范围内为用户提供高带宽的
访问能力 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
另一种升级方案是将企业网中全局性的超级服务器迁移到
交换机的千兆位以太网端口上,使链路速率升级到 1000 Mb/s。
这种升级方案需要在交换机和服务器上分别安装千兆位以太网
网络端口模块和千兆位以太网网卡,以实现 1000 Mb/s链路连接 。
升级后的网络将大大增加企业服务器的吞吐量,为用户提供更
快速的信息访问能力 。
千兆位以太网的推出再一次显示了以太网技术在构造网络
系统上所发挥的重要作用,也为多媒体通信提供更大的传输带
宽 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.4 100VG - AnyLAN网络
4.4.1 100VG-AnyLAN技术规范
1,物理层
(1) PMD
PMD子层的主要功能是信道复用 （ 仅用于 2对电缆或光纤
系统 ）, NRZ编码, 链路操作模式和连接状态控制等 。
100VG标准支持四种介质类型, 4对 UTP,2对 UTP,2对
STP和光纤 。 对于 2对电缆或光纤系统,由 PMD子层通过多路转
换的方法将 4个通道分别转换成 2个或 1个通道,实现信道复用 。
对于 4对电缆系统,每对线都构成 1个传送通道,并以 25 MHz的信
号速率工作,那么 4个传送通道的数据速率之和可达到 100 Mb/s。
第 4章 多媒体通信网络环境
在 4对电缆系统中,每对线都构成 1个传送通道,4对线的配对
方式是, 线 1和线 2组成通道 0; 线 3和线 2组成通道 1; 线 4和线 5组成
通道 2; 线 7和线 8组成通道 3。
根据传送的数据类型,链路操作可采用全双工或半双工方式 。
全双工操作用于在集线器与站点之间传输链路状态控制信息,从
集线器向站点传输链路状态控制信息时要使用通道 0和通道 1; 从
站点向集线器传输链路状态控制信息时要使用通道 2和通道 3。
半双工操作用于在集线器与站点之间传输数据,并使用全部四个
通道,从站点向集线器传送数据,或站点从集线器接收数据 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2) PMI
PMI子层的主要功能包括传输通道选择, 5B6B编码和数据
帧封装等,为 PMD子层传输帧做好装备 。
通道选择是把 MAC帧 8位位组分成 5位位组,并顺序地分配给
4个通道的过程 。 分成 5位位组是为了 5B6B编码的需要 。
5B6B编码是将 5位位组数据编码成 6位符号,通过这一编码过
程将产生一个平衡的数据模式,以便于接收端的时钟同步 。
每个通道都要进行数据帧的封装,为数据帧添加帧前导码,
帧起始定界符和帧结束定界符,形成最终在网络上传输的帧格式 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,MAC
MAC层定义了一种称为需求优先访问 (DPA)的介质访问控
制协议 。 DPA协议是一种集中式确定型协议,由集线器对站点
的网络访问实行集中控制 。 当一个站点需要传送数据时,首先
要向集线器发出传输请求, 只有当集线器认可请求并指示传送
时,该站点才能开始传送数据 。 从理论上讲,这种 MAC协议能够
减少或消除因冲突而产生的重复传送现象,有利于提高网络有效
带宽,减少网络延时 。
第 4章 多媒体通信网络环境
图 4.5 100VG - AnyLAN网络结构
(1) 100VG网络结构
第 4章 多媒体通信网络环境
(2) DPA
DPA协议是一种集中式介质访问控制协议,它规定任何站点
需要传送数据时,必须首先向集线器发出传输请求,只有在集线
器认可请求并指示传送时,站点才能开始传送数据 。 DPA协议定
义了两种传输请求, 正常优先权请求 （ Normal Priority Request,
NPR） 和高优先级请求 （ High Priority Request,HPR） 。 通常,
传输请求优先权是由站点上高层软件 (管理软件或应用软件 )设定
的 。 高层软件将根据应用对实时性的需求,选择适当的服务类别
和相应的优先级,然后提交给 MAC层 。 MAC层将根据其优先级,
向集线器发出 NPR或 HPR。
第 4章 多媒体通信网络环境
每个集线器为 NPR和 HPR分别建立和维护一个独立的请求
队列 。 NPR是按端口号顺序排队等待处理,而 HPR则按先来先服
务的规则进行处理 。 集线器在处理 NPR过程中,如果接收到
HPR,则先存入 HPR队列,在处理完当前正在进行的数据传输后,
立即开始处理 HPR。 当 HPR队列中所有的 HPR都处理完后,再返
回继续处理 NPR队列中的请求 。 为了保证在 HPR过分密集的情
况下也能对 NPR进行适当的处理,集线器将连续地监视节点的
请求发送时间,如果时间延时超过规定的最大时限 （ 大约 200～
300 ms）,则集线器自动将 NPR升级为 HPR。
第 4章 多媒体通信网络环境
当一个站点发出一个传输请求后,与该站点直接相连的集线
器将接收这个请求 。 如果该集线器是网络中惟一的集线器,那么
它就是网络的中央集线器,该集线器将根据站点登记的地址和请
求优先权来处理这个传输请求 。 如果直接相连的集线器不是中
央集线器,它就将传输请求传送给它的上一级集线器,直至送到
中央集线器 。 中央集线器在循环扫描周期内依次查询各个端口,
如果有请求的端口是个单节点 （ 连接的是站点 ）,则分配一个时
间片,允许它传送一个数据帧 ; 如果有请求的端口是个多节点
（ 连接的是下级集线器 ）,则根据站点数分配相应数量的时间片,
允许其下级集线器的每个端口都能传送一个数据帧 。 例如,在图
4.5中,NPR的处理顺序是, PC1 - 1,PC2 - 1,PC2 - 2,…,PC2 - n,
PC1 - 3,…,PC1 - n。 如果其中发生 HPR,则该请求将得到优先处
理,而与端口顺序无关 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
连接准备是一个连接的初始化过程 。 在连接准备过程中,集
线器与站点之间通过相互交换一些特殊的测试帧来测试电缆连接
的正确性 。 同时,站点还要向集线器报告有关的连接信息,如设
备类型 （ 集线器或站点 ）, 操作模式 （ 普通或监控 ）, 帧格式
（ 802.3或 802.5） 以及连接到该端口的站地址等 。 这样,集线器在
进入连接操作前可以获得每个端口所连接站点设备的有关信息 。
连接准备是在站点或集线器初始加电时,或在站点首次连接
到集线器时由站点发起的 。 当站点或集线器检测到特定的错误时,
也会发出连接准备请求 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(4) MAC
MAC帧准备是一个 MAC帧的封装过程 。 MAC层要按所选
择的帧格式 （ 802.3或 802.5） 对 LLC层传下来的数据帧进行封
装,如填写源地址字段, 计算并填写帧校验和等 。 封装后的
MAC帧就可提交给物理层进行传送了 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.4.2 100VG - AnyLAN网络组成
100VG网络采用的是和 10BASE - T相一致的星形结构,主要
拓扑规则为,
·站点与 HUB之间的最大电缆长度为, 3类 UTP和 1类 STP为 100
m,5类 UTP为 150 m;
·对于 3类 UTP和 1类 STP电缆,可支持 4个中继器 (即 HUB)行程,
HUB之间的最大电缆长度
为 100 m;
·对于 5类 UTP,可支持 3个中继器行程,HUB之间的最大电缆长
度为 100 m;
·两个站点之间 (即端 - 端 )的最大网络电缆长度为 500 m。
·采用半双工连接时的光纤长度可达 2000 m。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.5 FDDI 网 络
4.5.1 FDDI技术规范
FDDI标准由物理层, MAC层以及站管理等协议组成 。 其
中,物理层分成物理介质相关 （ PMD） 和物理协议 （ PHY） 两个
子层 。
1,
(1) PMD
PMD子层定义了光纤介质以及光纤连接器, 光纤收发器等
连接设备的技术特性 。
第 4章 多媒体通信网络环境
PMD子层定义了两种光纤, 一种是多模光纤 ; 另一种是单模
光纤 。 对于多模光纤,链路长度可达 4 km; 对于单模光纤,Ⅰ 型
收发器所允许的链路长度可达 10～ 15 km,Ⅱ 型收发器所允许的
链路长度可达 40～ 60 km,并允许单模光纤和多模光纤混合使用 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,MAC层
MAC层主要定义了一种称为定时令牌循环协议的 MAC协议,
它是 IEEE 802.5 MAC协议的改进型,在介质利用和带宽分配等方
面具有更高的性能 。
(1) MAC帧格式
图 4.6 FDDI的 MAC帧格式
第 4章 多媒体通信网络环境
·PA,前文,用于站点的时钟同步 。
·SD,起始定界符,用于识别有效信息的开始 。
·FC,帧控制,由 8位组成,用于确定帧类型的特征 。 如果是
令牌帧,则定义令牌的类型 （ 限制性令牌或非限制性令牌 ） ; 如
果是数据帧,则定义服务的类型 （ 同步帧或异步帧 ）, 地址域
长度 （ 16位或 48位 ）, 服务访问点 （ SAP)以及其它与类型相关
的信息 。
·DA,SA,目的地址, 源地址 。 它们的长度取决于 FC的
值,可以是 16位或 48位 。 DA可以是单一地址, 多点地址或广播
地址 。
第 4章 多媒体通信网络环境
·INFO,信息域,其最大长度为 4500个字节 （ 基本型 FDDI） 或
者 8600个字节 （ 增强型 FDDI） 。
·FCS,帧校验序列,采用 32位循环冗余校验码 （ CRC） 。
·ED,结束定界符,令牌帧是 8位,其它帧是 4位 。
·FS,帧状态,用于指示检错,识别地址以及帧复制等状态。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
FDDI和 Token Ring(802.5)一样都采用了令牌环介质访问控
制协议,即只有获得令牌 (Token)的站点,才有权发送数据 。 802.5
采用的是单令牌协议 ; 而 FDDI 采用的是多令牌协议,FDDI协议规
定发送站在发送完数据帧后,可立即发送一个新令牌,而不必等
到数据帧返回后才发送令牌,这一点与 802.5不同 。 因此,FDDI具
有较高的介质利用率 。
非发送站对接收到的帧进行信号整形,以补偿信号的传输衰
减和时钟偏移,同时比较数据帧的目的地址是否与本站地址相匹
配 。 如果匹配,则将数据帧复制到本站的缓冲区中 ; 否则只转发
帧 。 数据帧绕环一周,再由发送站从环上取下该帧 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
为了保证所有的站点都能以均等的机会访问介质,FDDI定
义一种定时令牌循环协议,它规定每个站都要连续地测算令牌
绕环一周所耗费的时间量 。 时间量越大,说明网络上的负载 (即
站点数量 )就越大 。 每个站点都要根据网络负载的大小自动地
调整占用令牌的时间,以便公平且有限地使用介质 。
第 4章 多媒体通信网络环境
为了有效利用和控制通信带宽,FDDI定义了两种通信方式, 一
种是同步方式,其带宽和响应时间是保证的,主要用于传送音频,
视频等多媒体信息,这类帧称为同步帧 ; 另一种是异步方式,其带
宽是动态共享的,主要用于传送系统控制信息和用户会话信息,这
类帧称为异步帧 。 各个站点在占用令牌的时间内,利用定时令牌
循环控制机制,确定发送同步帧的数量,并动态地确定是否发送异
步帧以及发送异步帧的数量 。 此外,在异步通信方式下,令牌被分
成限制性令牌和非限制性令牌两种 。 限制性令牌主要用于实现多
帧对话功能 ; 非限制性令牌则用于传送对实时性要求不高的数据,
它提供了 8个优先级别以及相应的优先级调度功能,允许高层软件
通过优先级对异步带宽进行调整和控制 。
第 4章 多媒体通信网络环境
定时令牌循环协议规定每个 FDDI站点设有三个计数器,
·目标令牌循环时间 (TTRT),在初始化时设置的,并且固定不
变 。
·令牌循环时间 (TRT),一个站点从发送令牌后到再次得到令
牌所经历的时间 。 TRT值大小反映了当前网络负载情况,该值越
大,说明网络负载越大 。
·令牌持有时间 (THT),一个站点得到令牌后可用于发送数据
帧的时间 。 当 THT值减为 0后,该站点必须向下游站点发送令牌 。
如果这时还有数据未发送完,则要等到下次得到令牌后再发送 。
第 4章 多媒体通信网络环境
每个 FDDI 站点将按下列方式确定同步和异步时间片,
·同步时间片,ΔT＝ TTRT／ N,N为环中同步站点数 ;
·异步时间片, THT=TTRT－ TRT。
每个 FDDI站点所采用的数据发送策略是, 首先在同步时间
片内发送同步帧,然后再在异步时间片内发送异步帧 。 这样,一
个令牌的绕环时间最长为 2× TTRT,这就是一个站点最迟可获得
令牌的时间 。 它也说明了 FDDI所采用的定时令牌循环协议是一
种分布式确定型访问控制协议 。
第 4章 多媒体通信网络环境
3,
站管理协议主要定义了若干管理服务功能,用于管理和协
调 FDDI中各个子层的操作,以保证环网上的所有站点都能协调
一致地工作 。 站管理服务主要有连接管理 (站的插入和删除 )、
站点初始化管理, 内部配置管理, 故障的隔离与恢复, 外部控
制接口协议, 统计信息的收集以及地址管理等 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.5.2 FDDI网络组成
图 4.7 FDDI环网的组成
第 4章 多媒体通信网络环境
① 双连接站 （ DAS） 。 DAS有两个光收发器,连接到双环网
络的两个环上,能够在两个环上接收和中继光信号 。 DAS规定了
两个光纤连接口,一个是 A接口,内含主环的输入和次环的输出 ;
另一个是 B接口,内含主环的输出和次环的输入 。 当其中的一个
光收发器失灵或一条物理链路发生故障时,DAS仍可正常工作,具
有较高的可靠性 。
② 单连接站 （ SAS） 。 SAS只有一个光收发器,只能连接到
一个环路上 。 SAS的物理接口称为从口 （ 即 S口 ）,必须通过集中
器与双环网络连接 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 集中器 （ Concentrator） 。 集中器本身可以是 DAS（ 连接
到双环上 ）,也可以是 SAS（ 连接到另一个集中器上 ） 。 集中器
提供的附加口称为主口 （ 即 M口 ）,用于将 SAS连接到双环网络
上 。 集中器接收来自主环上的数据,然后依次转发到主口所连接
的设备上,在最后一个主口收到数据后,再转发到主环上 。 当集
中器所连接的设备发生故障或主口空闲时,有关链路在其内部被
旁路,使环网仍能保持连通 。
第 4章 多媒体通信网络环境
在 FDDI网络中,站点内部设置了若干监控机制,用于识别链
路或站点出现的故障, 站的删除, 掉电以及链路误码率与噪音
的监测等 。 集中器内部采用旁路机构来绕开故障,而 DAS则采
用短路方式来绕开故障 。 在短路情况下,站点上正常工作一侧得
到的输入信号将直接送到同一侧的输出光纤上 ; 另外,在故障一
侧最近的邻接站也要作短路处理,从而绕开了故障 。 这时,双环
网变成单环网 。 如果同时出现两个短路情况,则双环被分成两个
不相连的子网 。 当故障消除后,网络将会自动恢复原来的双环操
作方式 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6 ATM 网 络
ATM（ Asynchronous Transfer Mode,异步传输模式 ） 是一
种面向连接的交换式网络,支持多种不同的服务类别,提供 155
Mb/s,622 Mb/s或者更高的传输速率 。 ATM作为宽带综合业
务数字网 （ B - ISDN） 的核心技术,将 WAN和 LAN综合在一个
统一的公共网络基础平台上,以满足不断增长的多媒体通信业
务的需要 。
传统网络技术在推动网络技术的发展和应用上发挥了巨大
的作用,目前仍然是网络技术的主体 。 但随着多媒体通信业务
量的发展,越来越暴露出以下几个方面的缺陷 。
第 4章 多媒体通信网络环境
① 基于非连接的地址匹配规则 。 数据传输是以可变长度的
数据帧为单位,并且是以, 目的站点是可用的, 的假设条件为前
提的 。 在数据帧中要包含源地址和目的地址,每个站点都要检查
数据帧中的目的地址是否与本站地址相匹配来决定是否接收该
数据帧 。 这时,如果目的站点没有准备好,则该数据帧将会成为
一次无效的传输,白白浪费宝贵的传输带宽 。
② 共享同一条传输介质 。 网络中的所有站点都共享同一条
传输介质,如果当前传输介质被占用,则所有其它要传送信息的
站点都必须要等待,结果产生网络延迟,影响网络传输的实时性 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 共享相同的网络带宽 。 网络中的所有站点都采用单一
传输速率,并共享相同的网络带宽,难以适应不断发展的应用对
传输速率的不同需求 。
虽然通过采用交换式网络和提高传输速率等手段使传统网
络对多媒体通信的支持能力有了一定程度的提高,但无法克服
传统网络技术固有的缺陷 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ATM网络采用先进的网络传输机制,从根本上克服了传统网
络技术的缺陷,提供了很高的网络性能,其优点主要表现为,
· 面向连接的传输机制 。
· 以信元 (Cell)为信息传输单位 。
· 基于 ATM交换机的交换式网络 。
· 多种速率接口 。
· 多种服务类型 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.1 ATM网络参考模型
图 4.8 ATM网络参考模型
第 4章 多媒体通信网络环境
1,ATM
ATM物理层由传输汇聚 （ Transmission Convergence） 子层
和物理介质相关 (Physical Medium Department)子层组成,主要完
成物理线路编码和信息传输的功能 。 传输汇聚子层的功能是实
现物理层汇聚协议 (PLCP),如信元头差错校正, 信元同步, 信
元速率匹配和传输帧生成等,以保证整个物理链路上信号的传送
和接收 。 物理介质相关子层负责物理介质性质, 位同步定时以
及线路编码等 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ATM论坛定义了下列物理层接口,
① SONET,SONET(同步光纤网 )是一种以光纤为传输介质
的物理网络,主要应用于公用数据网 。 SONET定义了五个速率
等级,并且都是 51.84 Mb/s的倍数,即 51.84 Mb/s～ 2488.32 Mb/s。
国际上采用 SONET作为国际信令系统时,则将这种系统称为
SDH（ 同步数字系列 ),SDH的操作基本上与 SONET相同 。 ATM
将 SONET 中 STS - 3作为广域连接接口,其速率为 155.52 Mb/s。
第 4章 多媒体通信网络环境
② DS - 3,DS（ Digital Signal） 接口也是用于 ATM网络的广
域连接,其中 DS-3的传输速率为 44.736 Mb/s。 DS - 3和 SONET都
使用了帧结构,即将一组信元封装在一个帧结构中进行传送的,
而且每帧之间要有指定的间隔 。 由于这些帧是以固定的间隔进
行传输的,如果用户信息未能按固定的规律达到,则对应的帧只
能填入空信元 。
③ 4B5B,4B5B用于实现 ATM网络的局域连接,其传输速率
是 100 Mb/s。 4B5B接口是面向信元传输的,只有在用户信元有效
情况下才启动信元传送,故称 4B5B为信元接口 。
第 4章 多媒体通信网络环境
④ 8B10B,8B10B接口也是用于实现 ATM网络的局域连接,
其传输速率是 155.52 Mb/s。 这一速率与 SONET,STS-3C数
据速率严格匹配 。 8B10B接口与 4B5B接口不同的是使用了帧
结构,每个帧由 27个信元组成,即每次传送 27个信元,故称
8B10B为数据块接口 。
ATM物理接口描述了特定的信号编码,使 ATM信元以可识
别的格式传送到目的地。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,ATM
ATM层主要定义了面向连接的信元传输服务机制和通信规程 。
ATM连接是基于虚电路概念的,并分为永久虚电路 （ PVC）
和交换虚电路 （ SVC） 两种 。 永久虚电路是通过人工方式在 ATM
网络端点之间进行网络路径映射而建立的连接,必须由人工干预才
能撤销 ; 交换虚电路是通过 ATM信令协议动态地在 ATM网络端点
之间建立的连接或撤销,而无需人工干预 。
不论是永久虚电路还是交换虚电路,它们都是建立在虚路径
(VP)和虚通道 （ VC)概念基础上的 。 虚路径是虚通道的集束,一个
虚路径内可以有多个虚通道,允许 ATM交换设备将多个虚通道捆绑
在一个虚路径上以相同的方式进行公共处理 。
第 4章 多媒体通信网络环境
在建立连接时,每个连接都被分配一个惟一的虚路径标识符
(VPI)和虚通道标识符 (VCI)。 VPI和 VCI的组合则可惟一地标识
ATM网络内部的一个连接,也可以在 ATM网络上实现多个端点间
的相互映射 。 在 ATM网络中,一个 ATM端点可支持 256个虚路径,
每个虚路径可支持 65 536个虚通道,组合起来可支持多达 16 777
216个连接 。
ATM网络定义了两种网络节点, 端点和中间点 。 端点是用户
节点,如工作站, 服务器或其它设备 ; 中间点是 ATM交换节点,如
ATM交换机 。 端到端的连接要通过中间点才能连接起来,中间点
一般不关心信息的内容,只提供信息转发服务 。 在转发过程中,中
间点要保证在建立连接时所承诺的服务质量 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(1) ATM
图 4.9 ATM信元结构
第 4章 多媒体通信网络环境
信元头各个字段的意义如下,
·GFC为一般流量控制标志,用来实现端点到交换机的流量控
制 。 GFC是针对 UNI信元的,对于 NNI信元,该字段为 VPI。
·VPI为虚路径标识符,用来定义 ATM网络中的一条虚路径连接 。
·VCI为虚通道标识符,用来定义 ATM网络中的一条虚通道连
接 。
·PT为信元载体类型,用来定义该信元是用户信元,还是管理
信元 。
·CLP为信元的优先级,用于网络拥塞处理 。 当发生网络拥塞
时,交换机将丢弃 CLP=1的信元,而保留 CLP=0的信元 。
·HEC为信元头错误控制,用来保证信元头的正确性。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
根据 ATM节点性质 (端点和中间点 )不同,ATM层提供的信
元处理功能也不同 。
对于端点,ATM层提供的信元处理功能相对比较简单,即,
① 信元头的生成 。 当 ATM层从 ATM适配层接收到信元体
后,生成一个信元头,附加在信元体上,形成完整的信元格式,然
后再传送给物理层 。 ATM层并不关心信元体的内容,只是把它
当作要传送的二进制位流,也就是说,ATM层与服务级别无关 。
第 4章 多媒体通信网络环境
② 信元头的分离 。 当 ATM层从物理层接收到信元时,先分离
信元头,将信元体传送给 ATM适配层 。 然后再把信元头提交给
ATM适配层进行处理,这些信息包含了用户信元类型, 接收优先
级以及阻塞指示等 。
对于中间点 (即交换机 ),ATM层的信元处理功能要复杂一些,
即,
① 信元头的转换 。 由于 VPI和 VCI只有局部意义,当信元通
过网络时这些值可能会发生变化 。 中间点必须将输入的 VPI/VCI
值转换成输出的 VPI/VCI值 。 每当信元头被转换时,必须对 HEC
值重新进行计算 。
第 4章 多媒体通信网络环境
② 信元的选径 。 对于从端口输入的信元,首先进行信元分
捡,然后根据信元的 VPI和 VCI值选择适当的端口输出 。 对于多个
端口输入的信元,有些信元可能需要汇集到同一个端口输出,有
些信元也可能需要汇集到不同的端口输出 。
③ 信元的差错处理 。 当发生下列情况之一时,信元将被丢弃,
·无效的信元头,即信元头的 HEC值校验错误 。
·信元头的 VPI和 VCI值标识了一个尚未建立的连接或超出指
定的范围 。
·信元头的 PT值为 2（ 即系统保留值 ） 。
·在链路上发生阻塞,将丢弃 CLP=1的信元,不能支持更多的
交通。
第 4章 多媒体通信网络环境
④ 信元的流量管理 。 在建立连接时,端点将根据 ATM适配层
的服务级别要求向交换机提交网络特性参数来描述该连接的性
能需求,这些特性参数主要有峰值信元速率, 可支持信元的速率,
速率变化的最大范围以及可容许的信元延迟等,这些特性参数实
际上规定了用户对网络传输的 QoS需求 。 一旦双方按商定的特性
参数建立起连接,在以后的信元传输过程中,交换机必须按上述
特性参数要求对信元流量实施控制和管理,提供信元转发服务,
并保证与建立连接时相一致的服务质量 。
第 4章 多媒体通信网络环境
⑤ 网络阻塞控制 。 当一条链路的流量大于该链路的容量时,
将产生网络阻塞现象 。 网络阻塞将会造成信元的丢失 。 通常,
当网络负载超过交换机最大容量的 90% 以上时,交换机将通过
修改信元头来指示阻塞事件的发生,其它节点收到这个信元后
便知道网络上发生阻塞 。 当发生阻塞后,交换机将按信元的优
先级别由低到高地丢弃信元,直到阻塞缓解或消除 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
在 ATM网络中,连接的建立, 维护和拆除以及其它的网络控
制和管理操作是由信令协议实现的 。 ATM定义两类信令协议,
UNI(User to Network Interface)信令和 NNI(Network to Network
Interface)信令 。 UNI用于端点与交换机之间的连接,NNI用于交
换机与交换机之间的连接 。 信令协议由一系列用服务原语描述
的过程组成,定义了建立, 维护和拆除连接所需的操作 。 在建立
连接时,端点使用相应的 UNI信令原语向中间点发出建立连接请
求,该连接请求包含有特性参数信息 。 交换机将为该连接分配
VPI和 VCI标识符,并按特性参数预留网络资源 。
第 4章 多媒体通信网络环境
3,ATM
ATM适配层主要负责将用户层的信息转换成 ATM网络可用的
格式 。 当用户层把一个较长的数据包提交给 ATM适配层后,ATM适
配层按规定长度将数据包分割成若干信元体,再传送给 ATM层 。
ATM适配层由汇聚子层 （ Convergence Sublayer） 和分割组装子层
(Segmentation and Reassembly Sublayer)组成 。
汇聚子层为分割用户信息作准备 。 为了使目的端点的 ATM 适
配层能够重新装配数据包,汇聚子层需要将一些控制信息附加在用
户信息上 。 也就是说,48字节的信元体将包含控制信息和用户信息
两部分内容 。 分割组装子层在发送数据时负责将汇聚子层传来的
信息单元 （ 称为汇聚子层协议数据单元 CS - PDU)精确地分割成 48
字节的信元体,然后提交给 ATM层 ; 接收数据时负责将 ATM层传来
的信元体重新组装成原始数据包,然后再传送给用户层 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ATM的传输服务分成五种类型,
① A类 (Class A） 服务, 其特点是端点间保持定时同步, 数
据率固定, 面向连接 。 这种服务也称恒定比特率 （ CBR） 业务,
主要用于 64 kb/s PCM语音以及静止图像的传输服务 。
② B类 (Class B） 服务, 其特点是端点间保持定时同步, 数
据率可变, 面向连接 。 这种服务也称可变比特率 （ VBR） 业
务,可用于支持变速率的语音和压缩视频信息的传输服务 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ C（ Class C） 类服务, 其特点是端点间不要求定时同步,
数据率可变, 面向连接 。 这种服务也称可用比特率 （ ABR） 业
务,可用于支持面向数据的传输服务 。
④ D类 （ Class D） 服务, 其特点是端点间不要求定时同步,
数据率可变, 非连接 。 这种服务也称未确定比特率 （ UBR） 业
务,主要用于 QoS要求较低或不要求的场合 。
⑤ X类 （ Class X） 服务, 由用户或厂家自定义的服务 。
通常,A,B类用于支持面向语音和视频的应用以及 DS电路
的模拟 ; C,D类用于支持面向数据的应用 。 ATM适配层提供了
五个 AAL子层,即 AAL1,AAL2,AAL3,AAL4及 AAL5与上
述服务类型相适配 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.2 ATM网络路由选择
·ATM地址, 标识 ATM终端,全局惟一 。 其编码格式有三种,
均为国际标准地址代码, 两种为 ISO 8348格式,长度为 20字节 ; 一
种为 ITU E.164 的 ISDN格式,长度为 15个十进制数 。 ATM地址分
成两部分, 网络地址和用户地址,网络地址由有关组织统一分配,
用户地址由 ATM终端自行定义 (ATM网卡 )。
·虚电路号, 标识虚电路及其局部地址 。 其编码格式为, 虚路
径号 (VPI)。 虚通道号 (VCI)。 UNI使用 8位 VPI,16位 VCI; NNI使
用 12位 VPI,16位 VCI。 由交换机动态分配 (SVC)。
其中,ATM地址是在建立连接阶段使用的,虚电路号是在数
据传输阶段使用的。
第 4章 多媒体通信网络环境
ATM网络的连接建立和数据传输过程如下,
① 每个 ATM终端接入 ATM交换机时,都要通过 UNI信令执行
客户注册过程 。 客户注册主要有两个目的 。 一是 ATM终端声明自
己的存在 ; 二是 ATM终端与 UNI上的 ATM交换机交换寻址信息 。
ATM终端将用户地址提供给 ATM交换机,ATM交换机将网络
地址提供给 ATM终端,并且为已注册成功的 ATM终端分配 VPI和
VCI。
② 在建立连接阶段,呼叫方通过 UNI信令 Setup发送连接请求,
在 Setup中包含被叫方的 ATM地址和 QoS参数 。 信令虚电路是周
知的, VPI=0,VCI=5。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ Setup信令在经过 ATM网络时,NNI上的 ATM交换机根据
其被叫方 ATM地址选择传输路由,分配 VPI(ATM交换机只处理
VPI),并记录在交换机的路径表中 。 注意,UNI信令和 NNI信令
不同 。
④ 最靠近被叫方的 ATM交换机查找客户注册表,确定该客
户是否存在以及它所对应的虚电路号 (VPI和 VCI),然后使用 UNI
信令 Setup通知被叫方,该 Setup信令包含了为被叫方分配的虚电
路号 。
第 4章 多媒体通信网络环境
⑤ 被叫方如果同意连接,则使用 UNI信令 Connect进行响应 。
该信令沿着已建立的虚电路传输给呼叫方,在最靠近呼叫方的交
换机上,通过查找客户注册表来确定该客户是否存在以及它所对
应的虚电路号 (VPI和 VCI),然后使用 UNI信令 Connect通知呼叫方 。
Connect信令包含的是为呼叫方分配的虚电路号 。 至此,这条虚
电路已建立起来,可转入数据传输阶段 。
⑥ 在数据传输阶段,通信双方使用信元进行数据传输,信元
中所包含的虚电路号就是在建立连接时 ATM网络为双方各自分
配的虚电路号 。 在单条虚电路上, 可以进行点到点的单向或双
向数据传输 。 如果要进行点到多点传输,则必须建立多条虚电路,
但只能进行单向数据传输 。 在数据传输过程中,ATM交换机按建
立连接时所承诺的 QoS提供相应的服务质量 。
第 4章 多媒体通信网络环境
⑦ 数据传输结束后,任何一方要使用 UNI信令 Release拆除虚
电路,释放所占有的系统资源 。 其过程如图 4.10所示 。
图 4.10 ATM SVC数据交换过程
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.3 ATM
图 4.11 ATM网络连接方式
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.3.1 ATM上的 IP（ IPOA）
1,IP
IPOA协议规定,IP数据报将放置在 ATM适配层 5（ AAL5）
的协议数据单元 （ PDU） 中 。 每个 PDU都有一个包含逻辑链路
控制 /子网访问协议 （ LLC/SNAP） 标识的协议头,以及用于有效
性检查的填充, 长度和校验和 （ CRC） 字段 。
第 4章 多媒体通信网络环境
IPOA的 IP数据报长度缺省为 9180字节,最大为 64 K字节 。
其缺省长度足以包容以太网, 令牌环以及 FDDI的最大帧长 。 也
就是说,IPOA所提供的传输特性要优于基于传统 LAN上的 IP。
因为 IP数据报长度是受物理的最大帧长的限制,如果超过最大帧
长,则 IP数据报必须进行分段 。 而单一数据报越长,其文件传输
性能越好 。 在一个子网内,所有站点的 IP数据报长度必须设置成
是相同的 。 当所有站点的 IP数据报长度都按最大长度设置时,单
一 IP数据报的长度可达 64 K字节 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,ATM地址解析
图 4.12 ATM地址解析过程
第 4章 多媒体通信网络环境
3,IP
常规的 IP网络是使用路由器实现 IP逻辑子网间互连 。 IPOA
完全支持这种基于路由器的互连方式 。 由于 IP只把 ATM看作是
一种物理网络,与以太网, 令牌环以及 FDDI等传统网络同等对
待,因此很容易实现与这些常规网络的互连 。
在 ATM互连网络中,每个 IP逻辑子网都要配置一个 ATMARP
服务器,并且逻辑子网间使用路由器实现互连 。 一个 ATMARP服
务器经过配置后可以为多个子网提供地址解析服务,而不必设置
多个物理服务器 。
第 4章 多媒体通信网络环境
当一个 IP逻辑子网的用户试图与另一个 IP逻辑子网的用户
进行通信时,首先由发送站建立与路由器的 ATM连接,然后由路
由器建立与接收站的 ATM连接,其连接过程如上所述 。 在数据
传输时,发送站将 IP数据报分割成 ATM信元 （ Cell）,以便在
ATM网络上传输 。 路由器将 ATM信元组装成 IP数据报,根据 IP报
头来查找转发路由 。 对于要转发的 IP数据报必须重新分割成
ATM信元,通过另一个 ATM连接传输给接收站 。 接收站再把
ATM信元组装成 IP数据报 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.6.3.2 局域网仿真（ LANE）
LANE主要由下列网络部件组成,
·LANE客户机 （ LEC）, 提供 LAN客户机与 ATM网络的接口
和仿真功能 。
·LANE服务器 （ LES）, 提供 MAC地址注册,以及 MAC地址
与 ATM地址的映射功能 。
·LANE配置服务器 （ LECS）, 为 LEC提供配置信息及 LES地
址 。
·广播和未知数据类型服务器 （ BUS）, 提供在 ATM网络上
进行广播和组播传输的功能 。
第 4章 多媒体通信网络环境
下面简述 LANE的工作过程。
(1)
(2) 建立与 LES的连接
(3) 客户注册
(4) 地址映射
(5)
(6)
(7) 断开连接
第 4章 多媒体通信网络环境
4.7 交 换 式 网 络
4.7.1 交换机的技术特性
图 4.13
(a) 单网段集线器； (b) 多网段集线器
第 4章 多媒体通信网络环境
图 4.14
(a) 模块交换 ; (b) 端口交换
第 4章 多媒体通信网络环境
4.7.2 虚拟网络
图 4.15 虚拟网络的构成
(a) 点到点的通信； (b) 广播到虚拟工作组
第 4章 多媒体通信网络环境
构造虚拟网络的基本条件,一是所有站点都必须直接连接
到支持虚拟网络的交换机端口上 ; 二是使用适当的虚网定义模
式来定义虚拟网络 。 目前,虚拟网络的定义模式有如下几种,
① 按交换机端口定义 。 将一组交换机端口设置成具有相
同的广播域,只允许在特定的端口之间相互通信,并提供一定的
安全性 。 这是最常用的虚拟网络定义模式,以此实现的虚拟网
络也称物理层虚拟网络 。
第 4章 多媒体通信网络环境
② 按 MAC地址定义 。 即按站点的 MAC地址定义其广播域,
交换机内部必须维护一个 MAC地址 /交换机端口对照表,才能实现
在同一广播域内站点的自由移动 。 用这种定义模式实现的虚拟网
络也称链路层虚拟网络 。
③ 按 IP地址定义 。 TCP/IP协议是常用的网络传输协议 。 对
基于 TCP/IP网络,可按站点的 IP地址定义其广播域,形成虚拟 IP子
网 。 虚拟子网之间必须通过路由器实现互连 。 用这种定义模式
实现的虚拟网络也称网络层虚拟网络 。
第 4章 多媒体通信网络环境
④ 按应用定义 。 它是根据应用所需的网络带宽和 QoS等来
定义其虚拟网 。 它属于应用层虚拟网络,实现起来更为复杂 。
虚拟网络的构造能力与交换机的性能有关 。 目前,大多数高
性能交换机都能提供第二层 （ 链路层 ） 和第三层 （ 网络层 ） 交
换功能,这样就为构造链路层虚拟网络和网络层虚拟网络奠定了
必要的基础 。 同时,交换机还必须配备相应的网络管理软件,才
能最终实现虚拟网络的定义和管理 。
第 4章 多媒体通信网络环境
构造虚拟网络可以带来如下的好处,
① 一个虚拟工作组可以跨越不同的交换机 。 从逻辑上看,
虚拟网络完全独立于网络物理结构 。 交换机将根据某一端口发
送来的数据帧中给出的源地址来确定该端口对应的站点属于哪
一个虚拟工作组,然后将这个数据帧传送给该虚拟工作组的所有
成员 。 也就是说,只有同一虚拟工作组的成员才能接收到这个数
据帧,而不会增加其它虚拟网段的流量 。
② 虚拟网络支持任意多个站点间的组合 。 一个站点可以属
于多个虚拟工作组,一般交换机可以建立十几个虚拟工作组 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 虚拟网络可简化网络的管理 。 虚拟网络的建立, 修改
和删除都十分简便,虚拟工作组也可方便地重新配置,而无需对
物理网络实体进行再配置 。
④ 虚拟网络为网络设备的变更和扩充提供了一种有效的手
段 。 当需要增加, 移动或变更网络设备时,只要在管理站上用
鼠标器拖动相应的目标即可实现,从而节省大量的维护费用 。
虚拟工作组是一种高速, 低延迟的广播群组,但是如果定
义太多的虚拟工作组,则容易产生广播风暴,因此需要采用网管
软件对广播风暴进行管理 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8 广 域 网 络
广域网是指覆盖范围广, 传输速率相对较低, 以数据通信
为主要目的的数据通信网 。
通常,公用数据通信网是由政府通信部门来建立和管理的,这
也是它区别于局域网的重要标志之一 。 很多国家的通信部门建立
了公用电路交换数据网 (CSPDN),公用分组交换数据网 (PSPDN),
数字数据网 (DDN),综合业务数字网 (ISDN)和帧中继 (FR)网等,
以此为基础提供电路交换数据传送业务, 分组交换数据传送业务,
租用电路数据传送业务, 帧中继数据传送业务和利用公用电话网
的数据传送业务等 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8.1 X.25网络
1,X.25
X.25建议的全称是, 在公用数据网上,以分组方式进行操作的
DTE和 DCE之间的接口 。 它于 1976年正式通过作为一项国际标准,
1980年又作了补充和修订 。 X.25定义了三级通信协议, 物理级,
链路级和分组级 。
(1)
物理级对应于 ISO/OSI模型的物理层 。 X.25建议对物理级的
功能做如下定义, 利用物理的, 电气的, 功能的和规程的特性在
DTE和 DCE之间实现对物理链路的建立, 保持和拆除功能 。
第 4章 多媒体通信网络环境
这里的 DTE(Data Terminal Equipment)为数据终端设备,是指
数据输入 /输出设备, 终端设备或计算机等终端装置 ; DCE(Data
Circuit terminal Equipment)为数据电路端接设备,是指自动呼叫应
答设备, 调制解调器以及其它一些中间装置的集合 。
物理层接口协议是用于定义 DTE与 DCE之间的物理接口,并
为物理接口规定了机械连接特性, 电气信号特性, 信号的功能特
性以及交换电路的规程特性 。 这样就保证了各个制造厂家按统一
的物理层接口标准生产出来的通信设备能够完全兼容 。
在 X.25建议中,提出两个物理层接口参考标准, X.21和 X.21
bis,它们分别定义了数字和模拟接口 。 其中,X字号规程是专门为
公用数据网规定的 ; bis表示能与 V系列调制解调器相连,等效于 RS
- 232C和 V.24标准 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
链路级对应于 ISO/OSI模型的链路层 。 在链路层,最常用的
通信规程是 ISO所制定的高级数据链路控制 HDLC(High Level
Data Link Control)规程,其功能是将不可靠的物理链路提升为可
靠的, 无差错的逻辑链路 。 IEEE 802.2的 LLC规范就是 HDLC规
程的子集 。
X.25建议中的链路级采用是一种 HDLC规程的变种,称为链
路访问规程 LAP(Link Access Procedure)或平衡链路访问规程
LAPB(Link Access Procedure Balanced),并以 LAPB为主要模式 。
这些通信规程尽管在一些细节上存在着差异,但总的来说是大同
小异的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(3)
分组级对应于 ISO/OSI模型的网络层,它规定了 DTE和 DCE之
间进行信息交换的分组格式,并规定了采用分组交换的方法,在一
条逻辑信道上对分组流量, 分组传送差错执行独立的控制 。 X.25
建议的着重点是描述了分组级协议 。 该协议主要内容有, 分组级
DTE/DCE接口的描述, 虚电路规程, 数据报规程, 分组的格式,
用户自选业务的规程与格式以及分组级 DTE/DCE接口状态变化等 。
X.25将分组级以上的实体统称为用户级,未作具体规定。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,
分组交换方式有虚电路和数据报两种,由分组类型标识符规
定具体的数据分组 。
(1)
虚电路是两个用户终端在通信之前预先通过网络建立的逻辑
通路,它是由主叫用户与网络联系并与被叫端协商而建立的 。 虚
电路提供的是一条双向的, 无差错的及有序的逻辑通路 。 所谓
的双向是指通信双方都可以利用已建立的虚电路进行数据传送 ;
无差错是指虚电路提供的是一条可靠的逻辑信道 ; 有序是指虚电
路保证接收端所接收到的分组次序是与发送的次序相一致的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
这样,一次通信要经历建立虚电路, 数据传输和拆除虚电路
三个阶段 。 一旦建立虚电路后,该虚电路一直要维持到被拆除为
止 。 这种虚电路称为交换式虚电路 (SVC)。 此外,分组交换网还
提供永久虚电路 (PVC)服务,永久虚电路可在两个用户之间建立
永久的虚连接,用户间需要通信时可直接进入数据传输阶段 (没有
建立和拆除虚电路阶段 ),如同一条专线一般 。
由于虚电路的概念是以分组的统计时分复用 (STDM)为基础
的,这表明一个终端可在一条物理电路与多个终端同时进行通信 。
因此,虚电路可有效地利用线路资源 。
第 4章 多媒体通信网络环境
(2)
在数据报方式中,每个数据报作为独立的报文进行传输 。 交
换机每次都要根据这些数据报选择路径 。 这意味着,同一终端发
送的数据报可能沿不同的路径达到目的地,目的端点所接收到的
数据报次序也可能与发送的顺序不一致 。 因此,在目的端要由高
层协议来完成数据分组的排序,组装成一个完整的报文 。
对于短报文来说,数据报方式的通信效率较高 ; 而对长报文,
则虚电路方式的通信效率高。
第 4章 多媒体通信网络环境
3,
不论虚电路方式还是数据报方式,都存在着路由选择问题 。
路由选择是指在分组交换网中,对通信的两个终端从起点到终点
所经过的节点进行选择 。
路由选择将通过路由算法来实现,即由路由算法从多条路由
中选择一条较好路由来传送分组 。 路由算法是分组级协议的一
部分 。 路由算法有许多种,但用得较多的主要有两种,静态的固
定路由算法和动态的自适应路由算法 。
第 4章 多媒体通信网络环境
固定路由算法是根据网络结构, 线路传输速率以及流量分
布等因素预先计算出各个交换机节点的路由表,并在路由表中指
出路由的多种选择顺序 。 这种算法比较适合规模较小, 流量分
布较稳定的专用分组交换网,实现起来比较简单,但自适应性较
差,效率较低 。
自适应路由算法是指每个交换机都要根据当前业务量大小,
线路通畅情况, 交换机处理能力以及网络拓扑结构等因素建立
分组转发路由表,并周期地将这些因素的变化情况通知给各个相
关的交换机,每个交换机都能根据最新的网络变化信息来计算转
发路由,使转发路由自适应网络的变化 。 这种算法比较适合于大
规模的公用分组交换网,效率高,可靠性高,应变能力强,但实现
起来比较复杂,并且在传送路由信息时要付出较大的通信开销 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4,流量控制
流量控制是指采取某种控制算法对网上数据流进行控制,既
要保证线路资源的充分利用,又要尽量避免网络拥塞现象 。 一旦
发生网络拥塞,将会导致网络吞吐能力的急剧下降和网络时延的
迅速增加,从而严重影响网络的服务质量 。
流量控制算法有很多种,如缓存器预定算法, 分配缓存器算
法, 许可证算法, 阻塞包算法, 限制使用输入缓存器法等,这些
算法都从不同的角度来解决流量控制问题 。 在 X.25协议中,主要
采用窗口法 (即证实法 )作为流量控制的基础,即发送方在发送完分
组后要等待接收方的响应分组,然后再发送新的分组 。 接收方可
通过暂缓发送响应分组来控制发送方的发送分组速度,进而达到
控制数据流量的目的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
5,分组交换网组成
分组交换网主要由分组交换机, 传输线路和用户接入设备
组成 。
分组交换机是分组交换网的核心,分组交换机之间以全互连
方式连接 。 根据它在网中所处的地位,可分为中转交换机和本
地交换机 。 无论何种交换机均具有以下主要的功能, 为网络的
基本业务和可选业务提供支持 ; 提供路由选择和流量控制 ; 实现
X.25,X.75等多种协议的互连 ; 完成局部的维护, 运行管理,
故障报告及诊断, 计费及网络统计等功能 。
第 4章 多媒体通信网络环境
传输线路可以说是整个分组交换网的神经系统 。 目前分组
交换网的中继传输线路主要有模拟和数字两种形式 。 模拟信道
利用调制解调器可转换成数字信道,速率为 9 600 b/s,48 kb/s和
64 kb/s,而 PCM数字信道的速率为 64 kb/s,128 kb/s和 2 Mb/s。
用户线路也有两种形式,即利用数字电路或利用电话线路加装调
制解调器去实现,速率为 1 200 b/s～ 64 kb/s。
分组交换网的用户接入设备主要是用户终端 。 用户终端分为
分组型终端和非分组型终端两种 。 非分组型终端要使用分组装
拆 (PAD)设备接入网络,有些网络还支持非标准的同步终端,如
SDLC终端等 。 局域网要使用路由器接入网络 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8.2 帧中继网络
帧中继实质上是由 X.25分组交换技术演变而来的, 它一方面
继承了 X.25的优点,如提供统计复用功能, 永久虚电路, 交换虚
电路等 ; 另一方面又改进了 X.25的性能 。 其改进主要表现在两个
方面, 一是提高了网络传输速率,用户接入速率可在 56/64 kb/s到
1.544/2.048 Mb/s的范围内,而上限速率实际可达 50 Mb/s; 二是简
化了大量的网络功能,网络不再提供流量控制, 纠错和确认等功
能,由用户终端根据需要自行解决 。 这样,就可以减少网络时延,
降低通信费用 。
帧中继业务兼有 X.25分组交换业务和电路交换业务的长处,
在实现上又比 ATM简单,是现阶段数据分组交换网升级换代的有
效途径 。
第 4章 多媒体通信网络环境
1,帧中继交换方式
帧中继采用虚电路方式来传输数据帧,帧中继的虚电路有
PVC和 SVC两种类型 。
当用户采用 PVC接入帧中继网时,服务提供者为端用户分配
一对虚电路号 (DLCI),为一对端用户指定固定的地址,如同专用
的点对点电路一样 。 用户可以直接使用 DLCI来传输数据帧,无
需动态地建立连接和拆除连接 。
当用户采用 SVC接入帧中继网时,一次数据交换要经过建立
连接, 数据传输和拆除连接三个阶段 。
第 4章 多媒体通信网络环境
在建立连接阶段,发送端要使用 UNI信令中的, 建立连接,
信令向网络发出请求,该信令中包含有接收端的目的地址 。 网络
中的各个帧中继交换机将根据该信令的目的地址选择一条适当的
路径,并分配相应的 DLCI。 接收端接收到连接请求后,如果同意
连接,则向发送端回送一个, 确认连接, 信令,该信令将沿着相
同的路径传送给发送端 。 时,一个端到端的临时性虚电路连接便
建立起来了 。
在数据传输阶段,发送端与接收端之间在已建立的连接上使
用指定的帧格式传送数据 。 在数据传输过程中,帧中继网络只是
提供简单的网络拥塞指示和处理,不再提供差错处理和流量控制
功能 。 这样就减少了网络时延,降低了通信费用 。
第 4章 多媒体通信网络环境
当数据传输完成后,任何一方都可以使用, 释放连接, 信
令来拆除连接,释放该连接所占用的系统资源 。
帧中继只是定义了 UNI规范,至于网络内部怎样把帧传送
到目的地完全由网络提供者和网络交换设备类型来决定 。 例
如,网络内部可以采用, 帧交换,,即以帧方式传送 ; 也可以采
用, 信元交换,,即以信元方式传送 。 这也是帧中继网络常用
的两种结构 。
第 4章 多媒体通信网络环境
2,
帧中继网由三个部分组成, 帧中继接入设备, 帧中继交换设
备和帧中继服务 。
帧中继接入设备可以是具有帧中继接口的任何类型的接入设
备,如主机, 桥接器／路由器, 分组交换机以及特殊的帧中继
,PAD”等,通常采用 56,64 kb/s链路入网 。 两端的传输设备速
率可能不同 。
帧中继交换设备有如下几种类型, T1/E1一次群复用器, 分组
交换机, 专门设计帧中继交换设备 。 这些设备的共同点是为用户
提供标准的帧中继接口 。 帧中继网络是以可变长的信息帧或固
定长度的信元为基础实现网内传输的 。
第 4章 多媒体通信网络环境
帧中继服务是由帧中继服务提供者通过帧中继网提供的 。
帧中继接入设备与专用帧中继设备可通过标准的帧中继接口
(UNI)与帧中继网相连,UNI的用户一侧是帧中继接入设备,用
于将本地用户设备接入帧中继网络 ; UNI的网络一侧是帧中继
交换设备,用于帧中继接口与骨干网之间的连接 。
第 4章 多媒体通信网络环境
3,帧中继用户接入
用户在接入帧中继网时,通常采用下列三种主要形式之一,
① LAN接入形式 。 LAN用户一般通过桥接器／路由器接入
帧中继网,桥接器／路由器应具有标准的 UNI接口规程 。 LAN用
户还可通过其它的帧中继接入设备,如集中器, PAD,规程转换
器等接入帧中继网 。
② 计算机接入形式 。 各类计算机要通过帧中继接入设备
（ FRAD）,将非标准的接口规程转换为标准的 UNI接口规程后接
入帧中继网 。 当然,如果计算机自身带有标准的 UNI接口规程,则
可作为帧中继终端直接接入帧中继网 。
第 4章 多媒体通信网络环境
③ 用户帧中继交换机接入公用帧中继网 。 用户专用帧中继
网接入公用帧中继网时,将专用网络中一台交换机作为公用帧
中继网的用户,以标准的 UNI接口规程接入 。
目前,用户接入速率大都在 56 kb/s～ 2 Mb/s范围内 。 随着
帧中继业务的发展,帧中继作为广域 ATM网络的接入网将会为
用户提供更高的接入速率 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8.3 ISDN网络
综合业务数字网 ISDN(Integrated Services Digital Network)是
一种由数字交换机和数字信道构成的,以传输数字信号为目的的
综合数字网,并利用这个网提供话音, 数据等各种业务 。 ITU对
ISDN作如下定义, ISDN是以提供端点 —端点的数字连接的综合
数字电话网为基础发展而成的通信网,用以支持包括话音及非话
音的多种业务,用户对通信网有一个由有限个标准的多用途的用
户 /网络接口组成的入口 。
ITU于 1984年通过了关于 ISDN的 I系列建议书,1988年 ITU的
蓝皮书又对 I系列建议书进行了大量的补充和修订 。 至此,ISDN
国际标准的主体部分已宣告完成 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ISDN主要是依靠数字电话网的交换和接续功能提供话音和各
种非话音业务的,传输速率一般为 64 kb/s,这种通信速率很难满足
不断增长的多媒体业务对带宽的要求 。 ISDN是一种电路交换网
络,独占线路资源,致使通信费用居高不下 。 因此,ISDN曾一度受
到冷落 。 随着 Internet的发展,ISDN作为一种用户接入技术有了新
的应用领域 。
用户是通过 ISDN所提供的 UNI接入 ISDN的 。 在 ISDN的 UNI
中提供了两种类型的信道, 一种是信息信道,用于传送各种信息流 ;
另一种是信令信道,用于传送对用户和网络实施控制的信令信息 。
对于电路交换来说,ISDN信道有以下几种,
第 4章 多媒体通信网络环境
① 信息信道分为 B信道和 H信道 。 B信道为速率 64 kb/s的信
道 。 几个 B信道合成 H信道,H信道分为 384 kb/s和 1 920 kb/s两种
信道 。
② 信令信道为 D信道 。 D信道的速率根据不同的接口结构
分为 16 kb/s和 64 kb/s两种 。 在某种情况下,D信道也能用于传送
分组交换数据 。
第 4章 多媒体通信网络环境
ITU规定了两种 UNI,即基本接口 (BRI)和基群速率接口
(PRI)。
① 基本接口 。 它规定了将现有电话网的普通用户线作为
ISDN用户线的 UNI接口,也是 ISDN最基本的 UNI。 它的结构简
称为 2B+D,即由 2条 64 kb/s的 B信道和 1条 16 kb/s的 D信道组成 。
2条 B信道可以独立地用来传输用户信息,而 D信道则可以用来传
输信令信息,也可以用来传输低速数据 。
第 4章 多媒体通信网络环境
② 基群速率接口 。 它提供了高速信道,用于传输大业务量的
场合 。 我国采用的基群速率为 2 048 kb/s。 它可提供 30条速率为
64 kb/s的 B信道和 1条速率为 64 kb/s的 D信道,或者可提供 5条速率
为 384 kb/s的 H信道和 1条速率为 64 kb/s的 D信道,或者将它们混合
起来而组成混合信道接口 。
目前,ISDN主要用于提供 Internet用户接入业务,通过 2B+D接
口可以提供比 64 kb/s的 DDN专线高出 1倍的接入速率 。
第 4章 多媒体通信网络环境
4.8.4 IP宽带网络
目前,用户高速接入技术主要有,
·基于 LAN的接入 。 在办公室环境下,用户通过高速 LAN和
路由器接入 Internet,并且路由器与 ISP(Internet服务提供者 )之间必
须采用高速链路,使其不成为网络瓶颈 。
·基于交互式电视网的接入 。 在家庭或办公室环境下,用户
通过交互式电视网和接入设备 (机顶盒或 Cable Modem)接入
Internet,接入速率可达 10 Mb/s。 但必须将现行的单向 CATV网改
造成双向的交互式电视网 。
第 4章 多媒体通信网络环境
·基于电话网的 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)接
入 。 在家庭或办公室环境下,用户通过电话网和 ADSL Modem接
入 Internet。 ADSL是一种不对称数字用户线,能够在普通电话线
上高速地传输数据,传输距离可达 3～ 4公里 。 所谓不对称,是指
下行和上行信道的传输速率是不对称的,下行信道的速率为 8
Mb/s,上行信道的速率为 1 Mb/s,这是当前普遍使用的模拟
Modem几十 kb/s接入速率所无法比拟的 。
