软考中级-网络工程师第三章笔记（广域通信网）

软考中级-网络工程师第三章笔记（广域通信网）

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前言

本系列笔记根据官方教材《网络工程师教程第五版》的章节内容和节奏进行梳理，由于教材内容偏多，这里会精挑细选总结关键的考点，以及整理出各种令人头疼的英文缩写的中文全称和英文全称，希望能够对同在备考网络工程师的童鞋们有帮助~如有不当的地方，还望多多指教！（持续更新中…)

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一、广域网概念和分类

1、广域网是通信公司建立和运营的，长距离快递去的各种局域网、计算机、终端互联在一起，组成一个资源共享的通信网络。
2、分类：
传统的广域网有
（1）公共交换电话网PSTN
（2）公共数据网X.25
（3）帧中继网FR
（4）综合业务数据网ISDN
（5）异步传输模式ATM
（6）虚拟专用网VPN
现代的广域网有
（1）数字数据网DDN
（2）光同步数字传输网SDH
（3）多业务传送平台MSTP
（4）光纤接入网FTTX
（5）无源光网络PON
（6）无线网WiMAX、LTE（4G）

二、公共交换电话网PSTN

1、公共交换电话网是为了话音通信而建立的网络，利用电话线上网，早期是电话+“猫”（Modem，调制解调器）拨号上网。
2、本地回路：用户把计算机连接到电话网上就可以进行通信，在这里计算机叫作数据终端设备（DTE）。而在通信网的一边，有一个设备用于管理网络接口，这个数据设备就叫数据电路设备（DCE），通常指调制解调器（“猫”）、数传机、基带传输器、信号变换器、自动呼叫和应答设备。
3、通信线路采用公共交换网的情况如下图所示：

正式传输之前，DTE和DCE之间先建立数据通路（逻辑连接），传输完成后要交换控制信号断开数据通路（“握手”过程）。且DTE和DCE之间要以一定的述律和同步方式识别每一个元素。这些设备之间通信有关的技术细节有关接口的机械特性、电器特性、功能特性、过程特性这四个技术特性：

4、调制解调器（Modem）：即我们常见到的“猫”，通常由电源、发送电路和接收电路所组成。发送电路的功能是把计算机产生的数字脉冲转换为已调制的模拟信号，接收电路的作用是把模拟信号变成计算机能接受的数字脉冲。即将电话线里面的模拟信号和数字信号互相转换。1998年系形成的ITU的V.90标准其服务器端向客户端发送的数据速率可以达到56kbps。

三、公共数据网X.25

1、CCITT于1974年提出了访问分组交换网的协议标准，即X.25标准，这个标准分为3个协议层：物理层、链路层、分组层，分别对应于ISO/OSI的低三层。物理层规定用户终端与网络之间的物理接口，这一层协议采用X.21或X.21bis建议。链路层提供可靠的数据传输共功能，标准是LAP-B（链路访问过程平衡），它是HDLC（高级数据链路控制）的子集。分组曾提供外部虚电路的服务，这一层协议是X.25建议的核心，特别成为X.25PLP（Packet Layer Protocol）协议。这三层的关系如下图所示：

2、流量控制：
（1）停等协议：发送站发出一帧后等待应答，接收站没收到一个帧会送一个应答信号（ACK），如果接收站送回应答则继续发送，否则发送站必须等待。假设发送站为S1，接收站为S2，tp为传播延迟，tf为发送一帧的时间（称为一帧时），则发送一帧的时间T=2tp+tf。如下图所示：

所以线路利用率E=tf/T=tf/2tp+tf，若定义a=tp/tf（传播时延与帧时之比）则E=1/2a+1。这是停等协议下的最高利用率，实际利用率会更低一些。在这里tp又可以理解为传播线路长度d和信号的传播速度v的比值，tf可以理解为时帧长L和数据速率R的比值，所以又有a=（d/v）/（L/R）=（Rd/v）/L。
（2）滑动窗口协议：
允许连续发送多个帧无需等待应答。如下图所示，假设S1与S2进行通信，S2维持能容纳6个帧的缓冲区，所以S1可以连续发送6个帧不必等待应答信号。但是为了时S2能够表示那些真已经被成功接收，每个帧都基于一个顺序编号。S2发出一个影带新年好ACKi，并把滑动窗口滑动到i~W-i+1的位置表明之前的帧已正确接收，期望接收后续的W个帧。应答信号可以放在S2到S1方向发送的数据帧中，这种技术叫“捎带应答”。由于随着传送过程的进展窗口向前滑动，因而取名为滑动窗口协议。

再来分析窗口大小W对协议的效率：E=Wxtf/2tp+tf=W/2a+1。
3、差错控制：检测和纠正传输错的机制。传输过程中有的帧可能丢失，有的帧可能包含错误的未，这样的帧经接收器校验后会被拒绝。通常，应付差错的办法如下：
（1）肯定应答：接收到肯定应答信号ACK后继续发送。
（2）否定应答重发：收到否定应答信号NAK重发出错帧。
（3）超时重发：超过规定时间重发该帧。这种技术成为自动请求重发ARQ（Automatic Repeat reQuest）技术。
4、三种ARQ技术：
（1）停等ARQ协议：是停等流控技术和自动请求重发技术的结合。发送站发出一帧后必须等待应答信号，收到肯定应答信号ACK后继续发送下一帧；收到否定应答信号NAK后重发该镇；若在一定的时间间隔内没有收到应答信号也必须重发（发送站需要有一个计时器）具体如下图所示：

（2）选择重发ARQ协议。是滑动窗口技术和自动请求重发技术的结合。举例如下图所示：

在传送时第二帧出错，随后的3、4、5帧被缓存。当发送站接收到NAK2时重发第二帧。虽然咋选择重发的情况下接收器可以不按顺序接受，但接收站的链路层向网络层仍是要按顺序提交的。对于ARQ协议，窗口的大小有一定的限制：窗口大小为帧编号数的一半，即W发=W收<=2^(k-1)。下面是这种情况的具体原因：

（3）后退N帧ARQ协议：同样是滑动窗口和ARQ结合。是从出错处重发已发出过的N个帧。如下图所示：接收窗口的大小为1，因而接收器必须按顺序接受，当第二帧出错时，2、3、4、5号帧都必须重发。

在后退N帧协议中必须限制发送窗口大小W<=2^(k-1)。例如：现在滑动窗口的大小为8，当发送器收到第一个ACK1后把窗口推进到发送窗口[1、2、3、4、5、6、7、0]。如果这时候由于反向传送的数据帧的”捎带“功能又收到ACK1，这时候在发送器会产生二义性：（1）可能表示窗口中的所有帧都未曾接受。（2）可能意味着窗口中的帧都已经正确接收。然而，如果规定窗口的大小为7，则可以避免这种二义性。
5、各个协议总结：

6、HDLC协议：高级数据链路控制。
HDLC的基本配置：

主要为其帧格式：

（1）帧标志F：用一种特殊的位模式01111110作为帧的边界标志。由于真中间出现位模式01111110会被当做帧标志，所以发送站一旦发现数据位序列中0后又连续5个1则在第七位添加一个0。接收站则在发现0后又连续5个1后删除第七位的0。有了这种位填充技术，任意的位模式哦都可以出现在数据帧中，这个特点叫作透明的数据传输。
（2）地址字段A：用于标识从站的地址，用在点对多点链路中。
（3）控制字段C：HDLC定义了3种帧，可根据控制字段的格式区分。信息帧（I帧）承载着要传送的数据，还捎带这流量控制和控制差错的应答信号。管理帧（S帧）用于提供ARQ控制信息，当不适用捎带机制时要使用管理帧控制传输过程。无编号帧（U帧）提供建立、释放等链路控制功能，以及少量信息的无连接传送功能。
（4）信息字段INFO：只有I帧和某些无编号帧含有信息字段。该字段可以含有用于表示用户数据的任何序列，其长度没有规定。
（5）帧校验序列FCS：FCS中含有各个字段的校验，通常使用CRC-CCITT标准产生的16位校验序列，有时候也使用CRC-32产生32位校验序列。

7、X.25PLP协议（分组层协议）：X.25的分组曾提供虚电路服务，共有两种形式的虚电路：一种是交换虚电路（SVC），一种是永久虚电路（PVC）。交换虚电路是动态建立的虚电路，包含呼叫建立、数据传送和清楚等几个过程。永久虚电路是网络指定的固定虚电路，像专用线一样，无需建立和清除连接，可直接传送数据。

四、帧中继网FR

1、帧中继网时X.25演变改进的。
（1）工作在OSI的地两层：物理层、数据链路层。
（2）在第二层建立虚电路（同X.25一样，也支持永久虚电路PVC和交换虚电路SVC），承载数据业务，因而第三层被简化。即这一层也是分组交换。
（3）只做检测，不再重传，没有滑动窗口式的流控，只有拥塞控制，速率可达64kb-2Mb。
2、帧中继协议（LAP-D）：主要是其帧中继格式，如图所示：

3、帧中继的主要优点：
（1）基于分组（帧）交换的透明传输，可提供面向连接的服务。
（2）帧长可变，长度可达1600-4096字节，可以承载各种局域网的数据帧。
（3）数据速率可达2-45Mbps。
（4）既可以按需要提供宽带，也可以应付突发的数据传输。
（5）没有流控和重传机制，开销很少。

五、综合业务数字网ISDN

1、综合业务数字网ISDN：基于电路交换，把数据、声音、视频信号三合一传输。分为窄带ISDN（N-ISDN）和宽带ISDN（B-ISDN）。
2、N-ISDN提供两种用户接口：基本速率2B+D和基群速率30B+D。其中B信道是64kbps的话音或数据信道，D信道是16kbps或64kbps的信令信道。故2B+D=264+16=144kbps，30B+D=3064+64=1.984Mbps。

六、异步传输模式ATM

1、异步传输模式ATM最早是B-ISDN标准的一部分，分为四层模型，如下表：

2、ATM采用53字节信元分组交换（其中5个字节的信元头和48个字节的数据），使用统计时分TDM。采用双绞线或者光纤，其典型数据速率155M，面向连接，使用VPI（虚通路标识符）和VCI（虚信道标识符）作为链路标识。
3、ATM业务类型：如下图所示：

七、专业名词/术语缩写整理

1、PSTN：公共交换电话网（Public Switched Telephone Network）
2、DTE：数据终端设备（Dagemata Terminal Equipment）
3、DCE：数据电路设备（Data Circuit Equipment）
4、Modem：“猫”/调制解调器（Modulation and Demodulation）
5、TCM：格码调制（Trellis Coded Modulation）
6、ARQ：自动重传请求（Automatic Repeat reQuest）
7、HDLC：高级数据链路控制（High Level Data Link Control）
8、NRM：正常相应方式（Normal Response Mode）
9、ABM：异步平衡方式（Asynchronous Balanced Mode）
10、ARM：异步响应方式（Asynchronous Response Mode）
11、SVC：交换虚电路（Switched Virtual Call）
12、PVC：永久虚电路（Permanent Virtual Circuit）
13、DLCI：数据链路连接标识符（Data Link Connection Identifier）
14、UNI：用户——网络接口
15、NNI：网络——网络接口
16、ISDN：综合业务数字网（Integrated Service Digital Network）
17、N-ISDN：窄带ISDN（Narrowband Integrated Service Digital Network）
18、B-ISDN：宽带ISDN（Broadband Integrated Service Digital Network）
19、ATM：异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode）
20、CBR：固定比特率（Constant Bit Rate）
21、VBR：可变比特率（Variable Bit Rate）
22、ABR：有效比特率（AVailable Bit Rate）
23、UBR：不定比特率（Unspecified Bit Rate）

总结

本章主要内容讲述的是广域通信网方面的内容，主要分为广域网概念和分类、公共交换电话网PSTN、公共数据网X.25、帧中继网FR、综合业务数据王网SDN、异步传输模式ATM这6个模块的内容，记忆点较多。