数据通信技术(华为)V2.0

HUAWEI?

华为技术与产品丛书数据通信技术

V2.0

数据通信技术

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内容介绍

华为公司集中全部力量专注于通信核心技术的研究与开发基本形成了自主

的核心技术体系华为的通信产品广泛涵盖了交换无线传输宽带技术

接入数据通信等领域提供了通信网的全方位解决方案并在多个产品领

域跻身世界领先或先进行列

为了帮助大家更好地了解华为产品华为公司编写了华为技术与产品丛

书这套丛书包括

1通信技术概论

2程控交换技术

3智能网

4SDH 和 WDM 光传输技术

5数据通信技术

6无线通信技术

7宽带交换技术

8接入网技术

9电信支撑网

10本地电话网的网络规划技术

本套丛书深入浅出地介绍了华为产品的原理结构特点和业务性能等尝

试用通俗易懂的语言将复杂的电信网络展现在具有不同知识结构的读者面

前数据通信技术由韩献光孟庆祥付强和曹金剑编著华为公司数

据通信产品线审核

读者对象

本套丛书适合下列人员阅读

z华为公司员工

z华为公司用户

z电信管理和技术人员

z对通信技术感兴趣的人员

本书约定

1. 字体格式约定

宋体正文采用宋体

黑体除一级标题采用宋体加粗以外其余各级标题均采用黑体

楷体警告提示等内容一律用楷体并且在内容前后增加线条与正文隔离

格式带尖括号< >表示操作员从终端输入的信息带方括号

表示人机界面菜单名数据表和字段名等多级菜单用/隔开方

括号采用全角符号如文件/新建/文件夹多级菜单表示文件

菜单下的新建子菜单下的文件夹菜单项

2. 键盘操作约定

格式意义

加尖括号的宋体字符表示键名或按钮名如等分别表示回车制表退格小写字母a

<键1 + 键2>表示在键盘上同时按下几个键如表示同时按下Ctrl Alt A这三个键

<键1键2>表示先按第一键释放再按第二键如表示先按键释放后紧接着再按键

3. 鼠标操作约定

格式意义

单击快速按下并释放鼠标的一个按钮

双击连续两次快速按下并释放鼠标的一个按钮

拖动按住鼠标的一个按钮不放移动鼠标

4. 各类标志

本书还采用各种醒目标志来表示在操作过程中应该特别注意的地方这些标

志的意义如下

小心注意警告危险提醒操作中应注意的事项

说明提示窍门思考对操作内容的描述进行必要的补充和说明

华为技术与产品丛书 数据通信技术目 录

i 目 录

第1章 数据通信概述...............................................................................................................1-1

1.1 什么是数据通信..................................................................................................................1-1

1.2 数据通信和其它通信...........................................................................................................1-1

1.3 数据通信的特点..................................................................................................................1-4

1.4 数据通信的层次结构...........................................................................................................1-6

1.4.1 开放系统互连

OSI 参考模型...............................................................................1-6

1.4.2 网络的物理分层.......................................................................................................1-8

1.5 几个主要的基本概念.........................................................................................................1-10

第2章 TCP/IP 协议簇..............................................................................................................2-1

2.1 TCP/IP 协议层次结构和实现过程.......................................................................................2-1

2.1.1 TCP/IP 协议层次结构..............................................................................................2-1

2.1.2 TCP/IP 协议实现过程..............................................................................................2-2

2.2 链路层协议.........................................................................................................................2-3

2.2.1 PPP 协议.................................................................................................................2-3

2.3 网络层协议.........................................................................................................................2-7

2.3.1 IP 协议.....................................................................................................................2-8

2.3.2 ARP/RARP 协议....................................................................................................2-13

2.3.3 ICMP 协议.............................................................................................................2-14

2.4 传送层协议.......................................................................................................................2-17

2.4.1 TCP 协议...............................................................................................................2-18

2.4.2 UDP 协议...............................................................................................................2-21

2.5 路由协议...........................................................................................................................2-22

2.5.1 协议分类................................................................................................................2-22

2.5.2 静态路由................................................................................................................2-23

2.5.3 RIP IGRP 和EIGRP 协议...................................................................................2-24

2.5.4 OSPF 和IS-IS 协议...............................................................................................2-33

2.5.5 BGP 协议...............................................................................................................2-42

2.5.6 组播路由协议.........................................................................................................2-44

第3章 局域网和城域网............................................................................................................3-1

3.1 局域网................................................................................................................................3-1

3.1.1 概念和分类..............................................................................................................3-1

3.1.2 局域网IEEE 802标准.............................................................................................3-3

3.1.3 网络分段和交换.......................................................................................................3-6

3.1.4 VLAN 及其应用........................................................................................................3-8

3.2 城域网..............................................................................................................................3-11

华为技术与产品丛书 数据通信技术目 录

ii 3.2.1 骨干层....................................................................................................................3-12

3.2.2 汇聚层和接入层.....................................................................................................3-15

3.2.3 城域网建设中的问题与分析...................................................................................3-19

第4章 广域网...........................................................................................................................4-1

4.1 广域网概述.........................................................................................................................4-1

4.2 DDN 网...............................................................................................................................4-1

4.2.1 DDN 网的特点.........................................................................................................4-2

4.2.2 DDN 网组成结构......................................................................................................4-2

4.2.3 DDN 网的应用.........................................................................................................4-4

4.2.4 我国DDN 网发展状况..............................................................................................4-5

4.3 帧中继................................................................................................................................4-6

4.3.1 帧中继技术的特点....................................................................................................4-6

4.3.2 帧中继的帧结构.......................................................................................................4-7

4.3.3 帧中继的基本原理....................................................................................................4-8

4.3.4 我国的帧中继网.....................................................................................................4-10

4.4 X.25网.............................................................................................................................4-12

4.4.1 X.25网的特点........................................................................................................4-12

4.4.2 X.25层次结构........................................................................................................4-12

4.4.3 X.25物理层的X.21...............................................................................................4-13

4.4.4 X.25数据链路层的LAPB 及MLP..........................................................................4-14

4.4.5 X.25分组层...........................................................................................................4-15

4.4.6 我国的公用分组交换网(CHINAPAC).....................................................................4-16

4.5 网络主要连接设备............................................................................................................4-18

4.5.1 集线器和交换机.....................................................................................................4-18

4.5.2 接入服务器............................................................................................................4-19

4.5.3 路由器....................................................................................................................4-19

4.5.4 GSR.......................................................................................................................4-20

第5章 因特网Internet .......................................................................................................5-1

5.1 Internet 的概念...................................................................................................................5-1

5.2 Internet 的发展概况............................................................................................................5-1

5.3 Internet 所提供的基本业务.................................................................................................5-3

5.3.1 电子邮件E-mail ................................................................................................5-35.3.2 文件传输FTP ....................................................................................................5-65.3.3

远程登录Telnet .................................................................................................5-7

5.3.4 万维网

WWW

....................................................................................................5-85.4 Internet 相关的网络技术...................................................................................................5-10

5.4.1 手机上网与WAP 协议...........................................................................................5-10

5.4.2 防火墙....................................................................................................................5-14

5.4.3 网络地址转换

NAT ..........................................................................................5-18

5.4.4 AAA 和RADIUS 协议............................................................................................5-20

华为技术与产品丛书 数据通信技术目 录

iii 5.4.5

虚拟私有网

VPN ..............................................................................................5-22

第6章 华为Quidway A8010产品系列.....................................................................................6-1

6.1 A8010产品系列简介..........................................................................................................6-1

6.2 IP 数据接入产品.................................................................................................................6-1

6.2.1 概述及原理..............................................................................................................6-1

6.2.2 IP 数据接入业务功能...............................................................................................6-3

6.2.3 华为IP 数据接入产品介绍....................................................................................6-12

6.3 IP 语音接入产品...............................................................................................................6-21

6.3.1 概述及原理............................................................................................................6-21

6.3.2 IP 语音的技术及标准.............................................................................................6-23

6.3.3 IP 语音接入业务功能.............................................................................................6-25

6.3.4 华为IP 语音接入产品介绍....................................................................................6-29

第7章 华为Quidway 系列路由器............................................................................................7-1

7.1 路由器的基本原理特点和用途........................................................................................7-1

7.2 Quidway 系列路由器基本知识............................................................................................7-2

7.2.1 物理接口..................................................................................................................7-2

7.2.2 配置途径................................................................................................................7-10

7.2.3 命令行配置模式.....................................................................................................7-12

7.2.4 用于查看和诊断的常用命令...................................................................................7-15

7.3 Quidway 系列路由器软件平台VRP ...........................................................................7-17

7.4 Quidway 系列路由器产品介绍..........................................................................................7-18

7.4.1 产品简介................................................................................................................7-18

7.4.2 骨干路由器和GSR................................................................................................7-19

7.4.3 企业级核心路由器..................................................................................................7-23

7.4.4 SOHO 和分支路由器.............................................................................................7-26附录A 数据通信的发展历程....................................................................................................A-1附录B 数据通信领域的标准化组织.........................................................................................B-1

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-1

第1章 数据通信概述

1.1 什么是数据通信

计算机的出现和广泛应用使得计算机与计算机之间或计算机与其终端之间

需要进行信息的沟通

计算机中的信息是以二进制数

1

和

表示的

它代表着文字符号

图象和声音等

这就是数据信息

所谓数据通信就是

按照通信协议

利用传输技术在功能单元之间传递数据信息

从而实现计算

机与计算机之间计算机与其终端之间以及其它数据终端设备之间的信息交

互而产生的一种通信技术 说明

数据通信和数字通信在概念上是不同的数据通信是一种通信方式而数字通信则是一种通信技术体制对于数据通信

既可采用模拟通信技术体制也可采用数字通信技术体制

1.2 数据通信和其它通信

本书的读者或多或少地接触过有关通信的知识即使你没有读过专门的通信

书籍

也经常会和各种通信打交道

例如

经常看有线电视打电话上网

等

看有线电视

打电话

上网是与人们密切相关的三种通信方式

这三种

通信方式对应三个主流的网络

看有线电视

对应有线电视

CATV

网

打电话对应公用电话交换网PSTN

上网

则对应的是数据通信网

三种网络具有不同的应用特点

满足这些基本的应用特点是当初设计和发

展这三种通信技术的基本出发点

但随着光纤通信技术

数字通信技术

计

算机技术的发展各种通信网络又逐步向其它的领域扩展

三种网络又具有一个的共同特点

即都需要介质承载

网络的迅速发展与介

质传送信号技术的快速进步有很大关系下面先来简单的认识一下传输网的

基本情况1. 传输网的进步除了无线网络以外

绝大多数网络都是用线缆连接起来的线缆是网络运营商最重要的资源

如何利用线缆资源

开发线缆资源的潜力

是网络技术发

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-2展的关键我们这里讲的传输技术并非专指SDH 同步数字系列技术它的内涵更广泛一些

主要是指在主流线缆介质上传送信号的技术

光传输技术的发展使每个比特的传输成本迅速下降目前在一对光纤上可

以实现速率为320Gbit/s 的传输按每个STM-1同步传送模块第1级速

率为155Mbit/s 信号可复用进63个2Mbit/s 信号每个2Mbit/s 信号可以

承载30路64kbit/s 语音信号计算上述一对光纤可以承载129,024对速率

为2Mbit/s 的网络互连业务或者供3,870,720对人同时通话这样的承载

量比中国电信整个长途电话容量还要大

更高速率的传输技术正在迅速推

出

同时在干线上铺设的光纤少则几十对

多则几百对光纤可实现的传输

能力几乎是无穷的光传输技术的进步包括两个基本的方面

一方面光纤传输能力的大幅度提高使带宽变得廉价

给相应的应用发展创造了宽广的空间另一方面

带宽

的大幅增加也限制了一些节省带宽的技术的推广和发展

例如IP 电话比PSTN 的电路交换方式节约3/4的带宽其未来的实际意义也许会变得并不

象现在这么大同时

调制技术的进步带来了用户接入部分线缆承载应用能力和应用类型的进步早期通过电话本地铜缆上的调制解调每秒最大可以传输300bit 的数

据

解决了部分小数据量

字符型网络应用的问题现在的调制解调技术已经把传输速率提升到6~8Mbit/s 甚至更高

意味着可以以更高的速率上网

并且具备了承载视频应用的能力另外在有线电视的线缆上通过调制技术也可以实现数据业务甚至语音业务的传送有线电视运营商也试图通过他们的线缆提供其它业务综上所述传输网的进步一方面使许多试图节约带宽的技术不再有那么大的魅力

另外一方面又使网络呈现出多样性

2. 电话网及其承载的数据业务

电话的发明已经有一百多年的历史电话网经过了几代的发展但在实现功能上始终如一为满足两个人之间的通话而设计

电话通信的重要特点是绝大部分的通信在两个人之间进行是双向的通

信过程要求平稳和实时由于语音具有一定的频率范围所以可以设计为具

有固定带宽的通信语音的传输只需要基本正确不需要100%的精确因此在语音网络中不需要考虑复杂的错误校验机制从最早期人工接线的机械式电话交换机

到现在功能强大的数字电话交换机无不为满足这一基本的需

求而设计电话网的另外两个主要发展是

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-3z 复用技术即一条物理线路可以同时传输多路通信信号

目前在电话网中主要采用时分复用方式该时分复用方式是基于电路交换的

与后面

介绍的数据通信网的分组交换方式不同

z 数字化

由模拟通信到数字通信的转变使通信可控制性更好抗噪声能力大为提高由于数字信号可以再生数字化之后传送过程中所产生的误差就比较小

并且可以通过某种机制实现差错控制电话网是分布非常广泛的网络

数据业务的发展在电话网大规模建成之后利用电话网传输数据是一种很自然的想法

早期通过Modem 拨号上网传输速率是300bit/s 后来有2400/9600/14.4k/28.8k/33.6kbit/s 现在是

56kbit/s

但是由于电话交换机之间采用数字化的64 kbit/s 的信道调制信号超过64

kbit/s 时就不可能穿过电话交换机

拨号上网是PSTN 上应用最广泛的数据通信方式拨号上网需要有相应的设

备进行处理这种设备在用户端是调制解调器Modem 在局端是接入服务器

Access Server 随着近几年拨号上网人数的迅速增加

接入服务器的需求量和处理能力增大许多原有的接入服务器厂商基本上是网络厂商现在有许多电信厂商也加入到这一领域中来在网络厂商看来是将网络设备接入到PSTN 网上

电信厂商则认为是将电话交换机改造成可以提供网络服务的设备两种

厂商目前也在向对方发展

代表电信为主的

ITU

国际电信联盟和代表Internet 的

IETF Internet 工程任务组的总体思路的差别也体现在ITU 是从运营者的角度分析设计网络IETF 则是以Internet

为代表的自由网络

通过电话网提供的数据业务除了Modem 方式还有ISDN

方式

ISDN

Integrated Services Digital Network

是为在电话网上实现综合业务设计的网络在PSTN 上进行改造采用端到端的数字传输将连接到用户端的线

路信道化ISDN 提供BRI

Basic Rate Interface

和PRI Primary Rate Interface 两种基本接口BRI 是常用的用户终端接口即2B+D 接口可以在上网的同时接听电话或者边上网边打电话所以ISDN 又叫

一线通

ISDN 不需要对信号进行调制解调与PSTN

相比

ISDN 的主要优势是提供综合业务的能力比模拟话路有保障上网速度比模拟Modem 快中国的ISDN

业务开展时间比较短

市场占有率比较低

但是由于其技术上优越

投资小

等特点预计在未来几年会有比较大的发展

ISDN

虽然不需要调制解调器但同样也需要ISDN 终端如Quidway TA128 ISDN 终端适配器

进行处理

在局端也需要接入服务器

利用电话网进行数据传输的方式有多种除了上面介绍的Modem 方式和

ISDN 方式外还有ADSL 非对称数字用户线

高速接入方式等

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-4由于电话网是覆盖面最广

最普及的网络因此利用电话网承载数据业务是

一种很重要的方式

3. 视频通信在CATV 网络上采用模拟信号通信通信带宽约6MHz

采用广播方式即一个发射点对应若干终端电视机不能进行交互式的传输终端共享频道通信要求具有比较好的实时性和平稳性目前的模拟电视具有NTSC 和PAL 两种制式NTSC 制每秒30帧PAL 制每秒25帧我国采用PAL 制

目

前CATV 网络的传输部分通常由光纤和同轴电缆组成

前者用于骨干传输

而后者则用于用户接入

在CATV 网络上加上适当的终端适配器

也可以进行交互式的数据传输

这种网络叫做HFC Hybrid Fiber/Coax 网络, 终端适配器就是我们通常说

的Cable Modem 局端设备是CMTS

Cable Modem Terminal System 早期部署的CATV

网络只能单向广播

需要进行双向传输改造新部署的CATV 网络一般都具有双向的特性可以在上面直接安装HFC 网络设备

由于CATV 网络是一种广播单向共享方式的网络同时又是一种区域性的网络因此国内在利用CATV 网络开展数据业务方面发展较慢预计数字

电视的发展将对CATV 网络有新的需求这是若干年以后的事

1.3 数据通信的特点

数据通信网由于技术实现上的多样性

加上数据通信网的设备种类又相当

多

要概括数据通信网并不容易

下面我们尝试从几个侧面认识数据通信的

基本特点

z

与其它方式的通信相比实现准确传输始终是设计数据通信网的第一目标众所周知打电话时声音有些失真有线电视的图象质量有点雪花在一定范围内都是可以接受的但是对于数据通信网来说是不

能接受传输的文件发生错误的所以为了能够纠正传输中可能发生的错误数据通信还需要许多纠错的机制和技术

z 数据通信的方式比有线电视和电话复杂它不是单向的或者一对一的简单方式通常具有多对一多对多一对一等各种通信方式这就要求在网络设计时能够支持多方向

复杂的信息传送

z 数据通信的业务种类繁多数据通信必须为满足原始的和不断发展的业务需求而不断进步不同的业务对质量的要求及侧重点不一样有的业务要求较高速率有的则不然

有的业务要求传送时必须实时有的对延时不太敏感

数据通信的目标就是要满足各种类型业务的不同需求

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-5z 数据通信的一个明显特点是终端智能化相对于电话机和电视机计算机的功能要强大许多数据通信的许多功能可以在终端完成这种特征使数据通信一方面变得比较简单因为可以将许多功能放在计算机中完

成另外一方面又使数据通信复杂化由于历史的原因早期的计算机具有不同的通信标准有IBM 主机系统的SNA

Systems Network Architecture 协议UNIX 系统的TCP/IP 协议Novell 公司 的IPX/SPX 协议等等这么多的通信标准放在一起实现相当复杂

z 最后数据通信是一门迅速发展的技术网络设备的功能彼此渗透数据通信技术不断同其它通信技术结合为了适应新的形式不断涌现许多新的技术参与数据通信的公司和人都相当多也因此成为一个生生不息的领域

数据通信是一个以满足数据传送为基本出发点

不断向其它领域延伸的通信

技术

它的核心技术就是

分组交换其特点是将欲传输的信息打成包Packet

分组实际上是具有特殊标记的Byte 字节, 每个包有目的地址

源地址

错误控制信息等等这样的数据包具有自己去找目的地的能力

分组方式传送的主要特点是

z 具有纠错能力如果某个包发生了错误

可以重传

以确保100%正确如果采用电路交换或者流的方式

数据不进行结构化

就很难做到这一

点首先

不容易建立一个发现错误的机制其次发现了错误就需要全部重发在误码率比较高的情况下需要不断的重发这样将会造成实际上不能通信分组方式在保证正确性方面远优于其它方式

z 通信资源利用率高每个分组具有自己找到目的地的能力因此在设计上没有必要为通信申请单独的资源在一个有限的带宽中可以有多种业务同时传输这是相对电路交换的一个优势因为PSTN 在语默期同样

占有64kbit/s

的固定信道

z 保证服务质量QoS 的能力比较差这在仅满足早期的纯数据型业务方面问题并不十分明显当用来承载实时性较强的多媒体业务时就需要解决这一问题

端到端的服务质量保证对某些业务是必需的

z 具有安全隐患分组的报文共用资源具有智能的计算机终端可以通过

某种方式控制通信过程造成了通信的安全隐患特别是当通过运营网络承载企业内部数据通信业务时这个矛盾会更加突出

z 相对于其它方式分组方式更加灵活容易对通信过程进行操作和控制传统的分组交换网络被设计成无连接的网络意思是说通信的两者之间没有建立连接的过程

因为分组本身具有找到目的地的能力

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-6

与电话网相比数据通信网的历史很短

但后者的发展更加迅速数据通信

的发展历史

基本上是各种技术自由竞争的历史形成了现在数据通信网具

有多种接入方式多种骨干技术多种传送介质的局面由于数据通信网尤其是Internet 的发展人们试图利用数据通信网承载新型的应用

这些应用主要包括语音

视频等

把所有主要的应用都统一到数据

通信网中实现

似乎成为了一种潮流

在小型的网络中实现这一点在技术上

的障碍已经不大了

与其说数据通信不能解决语音和多媒体传送问题倒不如说传统PSTN 方式和CATV 方式解决这些问题已经足够好了没有给通过数据通信网解决这些

问题留下太大的空间要想数据通信网来取代这些网络

找到充分的理由是

困难的

但是技术发展的驱动力量还是存在的譬如对于一个只建设了数据通信网的

新的运营商就希望通过数据通信网提供语音和视频业务

宽带网络的广泛应

用提供了可视的多媒体通信的可能性

这是具有相当吸引力的业务

数据通

信的发展还具有许多富有想像力的空间

1.4 数据通信的层次结构

认识数据通信首先要建立层次的概念数据通信的层次结构主要体现在以下

两个方面

现实的物理网络是分层的

有广域网

局域网之分

也有骨干层

汇聚层

接入层等不同的网络层次

物理网络的分层并不是很严格主要是为了描述

网络进行网络设计引入的概念物理分层使描述网络时有一个共同的基础认识网络时有一个清晰的概念

在协议中并没有规定骨干是什么样

接入是

什么样

与物理网络的分层不同网络协议的分层结构则是比较严格的从应用软件

到物理层的线路传输通信过程的实现被分成许多层次

每个层次上有许多协议

尽管有的协议并不能完全划分到标准的某个层次

但是各个层次之间

的服务关系是非常明确的

下面讲述的是已为业界广泛接受的开放系统互连

OSI 参考模型

1.4.1 开放系统互连

OSI 参考模型

计算机与计算机之间要相互通信就必须

听

得懂对方的

语言

这种语言就是网络协议

计算机必须运行相同的协议

才能相互通信

由于网络

的种类繁多网络协议自然也各式各样

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-7

协议分层使网络通信变成一个模块化的结构

这对构筑一个庞大的适应性

强的网络是大有好处的通信时上层向下层申请服务下层对上层提供服务

响应

最典型的分层模型是国际标准化组织ISO 1977年制定的开放系统互连基

本参考模型

OSI-RM

它把计算机网络的实现从顶向下分成七个层次

应用层表示层会晤层传送层

网络层

数据链路层和物理层如图1-

1所示

开放系统A 开放系统B 图1-1 OSI 开放系统互连参考模型示意图

各层次的功能详细地讲有很多以下只简要地进行说明z 应用层用户应用程序之间的通信例如E-mail

WWW FTP 等不

同种类的软件要实现通信必须遵守相同的规则这些规则是应用层的协议

z 表示层格式化应用层的数据现实通信中很难找到对应的协议

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-8z 会晤层建立逻辑协商的过程有的应用程序在相互间通信之前需要建立逻辑联系

即会晤

z 传送层为传送建立逻辑连接常见的协议有TCP/UDP 协议等

z 网络层实现数据的地址标识和路径选择路由著名的IP 协议就是这个层次的协议通信的主体功能集中在这个层次上多数情况下是

靠这个层次找到对方的但并非所有的网络都是靠网络层才能找到对方

的例如在一个局域网LAN 之中有时就可以不用网络层也可以实现通信这一层的基本单位称为包

Packet

z 数据链路层建立通信的分界线在分组交换方式中两端和中间的设备识别分组是在这个层次上实现的分组之间有起始和终止的标示和识别方法

在这个层次上实现的基本通信单位是帧

Frame 一般情况下数据链路层的帧是实现数据通信的基本单位

z 物理层编码接口电平物理特性

等等在实际网络中基本没有完全按上述模型实现的实际通信的例子

但由于该模型对理解网络层次和设计思想具有典型意义

所以在教科书中总是以该模型

为基础来解说数据通信网1.4.2 网络的物理分层

物理上的分层不是严格的

层次概念有一部分的原因是为了方便网络的描

述

网络规划者通过分层可以大体上规划出各种设备在网络中的定位和功能需求

进而设计出比较合适的网络出于不同的需要现实的物理网络有广域网

局域网之分也有骨干层汇聚层接入层等不同的网络层次以下只是从物理分层的角度进行简要介绍

更详细的内容可以参见

局域网和城域网广域网

两章1. 局域网和广域网根据覆盖地域的范围

将物理网络分为局域网LAN

Local Area Network 和广域网WAN

Wide Area Network 两个大的部分局域网可以在一个办公室一个园区在物理连接上距离比较近广域网则用于远程连接通

常城市之间的数据通信网叫做广域网数据通信网是局域网和广域网的结合

体

通常的网络结构是

在一个办公室或一个大楼内组成局域网

通过广域

网把分布式的计算机网络连接起来

组成一个跨地区的企业内部网或者通过广域网连接到Internet 上

局域网和广域网除了在地理覆盖范围上的区别以外

在实现方案上也有比较

大的区别简单地说

局域网更关心每个用户终端通常在数据链路层实现

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-9

其基本功能

而广域网更关心

节点在典型的LAN WAN LAN 的网

络结构中

如图1-2

所示

广域网部分关心的是到哪个局域网

通常都不

关心用户终端用户终端的连接是交给局域网完成的现实的广域网是由路

由器连接起来的从这个意义上讲

广域网是在网络层上实现的数据通信网局域网则是在数据链路层上实现的网络

LAN

图1-2 典型的网络结构

随着网络技术的发展局域网和广域网之间出现了相互融合的情况城域网

就是一个典型

一个规模比较大的城域网通常是局域网和广域网的结合体

一般在网络末端采用局域网技术在网络的骨干层上采用广域网技术2. 骨干层汇聚层和接入层(1) 骨干层

骨干层通常是指位于网络核心的部分这是一个相对的概念

例如

中国公

用计算机互联网

CHINANET

的骨干层通常是指连接各个城市的网络而在城市之中又有城域网骨干层

大学的校园网有连接各个楼宇的骨干

当校

园网纳入到城域网之中时校园骨干也就成了汇聚层或者接入层了(2) 汇聚层

汇聚层的定义比较模糊

一个比较典型的例子

在小区宽带网络的各个楼宇

可能都有一台或者多台以太网交换机

一端通过双绞线连接到用户

另外一

端通过光纤连接到位于小区出口的更大的以太网交换机上这更大的交换机

则成为汇聚层但也有把小区的网络统称为接入部分的汇聚层的主要功能正如其名字一样把众多的接入线路汇聚起来

可以收敛带宽

汇聚层还有一个重要功能就是管理

还以小区宽带网络为例

如果对

最末端的设备进行管理过于分散在骨干上进行管理的可实施性就比较差于是管理的任务就落到了汇聚层上(3) 接入层

接入层是和用户直接打交道的网络部分例如在小区楼宇中的以太网

供企

业接入的专线拨号网络等

都属于接入层

一般认为

接入部分离用户的

距离比较近

但更准确的说法应该是在网络拓扑位置上离用户的距离比较

近如专线接入的设备和拨号接入的设备离用户可能就比较远(4) 总结

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-10

图1-3给出了骨干层汇聚层和接入层的分层示意图衡量网络骨干的主要

指标是性能

也就是处理能力

而汇聚部分或者边缘部分主要提供各种业务

和管理功能

能灵活

方便地实现运营所需要具备的管理功能

对接入部分

的要求则是简单实用

方便

骨干层

接入层

汇聚层

图1-3 骨干层汇聚层和接入层的分层示意图

1.5 几个主要的基本概念

考虑到大多数读者都或多或少地接触过数据通信的一些概念我们把常用的

几个概念集中起来描述清楚的掌握这些概念可以帮助我们准确的理解许多

技术上的问题1. 带宽

带宽是信道传输信号性能的度量严格地讲

带宽是一个模拟度量

但实际

上

带宽同时被广泛地应用于模拟信道和数字信道

在模拟信道的情况下

带宽被定义为模拟信道能传输的频率范围

用赫兹

Hz

表示

如频率范围

在100Hz 到2500Hz 的带宽是2400Hz 数字信道的带宽不用Hz 表示而是直接用数字信道的传输容量即每秒种通过信道的最大比特数表示度量单

位bit/s

2. 分组包和帧

分组和包是分组交换的逻辑单位

包括一个头部和通常有的用户数据

分组和包常用来指网络层的数据单元他们是同一个英文单词Packet 因此

一般情况下分组和包是不加以区分的在数据链路层

来自网络层的数据包被转换成帧

Frame

帧就是数据链

路层发送到实际传送介质的一组数据

华为技术与产品丛书 数据通信技术第1章 数据通信概述

1-11

总之包位于OSI 参考模型的第三层即网络层帧则位于第二层即数

据链路层

3. 异步传送与同步传送

异步传送就是接收者和发送者不需要按照相同的步调进行收发收发双方维

持各自的内部时钟

异步传送采用起始位和终止位来协调数据流

因此各个

字符的间隔不一定相等

图1-4

是数据字符异步传送的示意图

一个字符

一个字符

图

1-4 数据字符异步传送示意图

同步传送则要求发送者和接收者步调保持一致收发双方的时基信号必须加

以精确地控制

数据流中要嵌入特殊的字符以实现同步

并且在整个传送过

程中都要保持同步

收发双方在计时方面的任何变化均应及时发现并能纠

正

图1-5给出同步传送的简单示意图

数据很多字符

图1-5 同步传送简单示意图

4. DTE 和DCE DTE

Data Terminal Equipment

是数据终端设备

DCE

Data Circuit-

Terminating Equipment 是数据电路终接设备DTE 是用户端的设备可以是计算机或计算机终端

DCE 是一个信号变换设备

在采用模拟信道的情况下可以是调制解调器

Modem

而在采用数

字信道的情况下可以是数据业务单元Data Service Unit 简称DSU

5. CPE 和SPE CPE

Customer Premises Equipment 是用户前端设备物理上在用户端

的设备包括用户购买的设备和运营商放在用户场地的设备如终端电话调制解调器等SPE

Service Provider Edge 是运营商边缘设备

是和CPE 相连的运营

商端的设备

华为技术与产品丛书 数据通信技术第2章 TCP/IP 协议簇

2-1第2章 TCP/IP 协议簇

2.1 TCP/IP 协议层次结构和实现过程

2.1.1 TCP/IP 协议层次结构

TCP/IP 传输控制协议/

网间互连协议

已经成为目前数据通信网的标准除少数的专用系统如银行内部使用SNA 协议的IBM

主机系统之外绝大多数数据通信网都采用了TCP/IP

协议

TCP/IP 协议的内涵十分丰富并非只有TCP 和IP 两个协议它已经发展成

为了一个庞大的协议家族这里只介绍TCP/IP 协议簇中的主要部分其中

有的协议也并非专为TCP/IP 设计例如部分路由协议PPP 协议等但为了描述上的方便我们也将其归并到这一章

TCP/IP 层次结构自底向上包括

数据链路层网络层传送层和应用层如

图2-1所示图中左边的数字表示在OSI 参考模型中所处的层次

说明

(1) TCP/IP 层次结构与OSI

参考模型之间是一种大致的对应关系之所以将两者放在一起是为了方便大家理解

(2) TCP/IP 层次结构图中列出的只是TCP/IP 中的主要部分

并不是全部

2

3

4

7图2-1 TCP/IP 层次结构

在TCP/IP 协议簇中链路层的协议比较多基本上都不是专门为TCP/IP 设

计的其中FR 帧中继ETHERNET 以太网协议我们在后续章节

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