网络协议与标准

网络协议与标准(上)

发表日期：2008-1-23

摘要:计算机网络的硬件设备，它们是承载计算机通信的实体。然而它们是怎样有序地完成计算机之间的通信任务的呢？

计算机网络的硬件设备，它们是承载计算机通信的实体。然而它们是怎样有序地完成计算机之间的通信任务的呢？

具体地说，共享计算机网络的资源，以及在网中交换信息，就需要实现不同系统中的实体的通信。实体包括用户应用程序、文件传送包、数据库治理系统、电子设备以及终端等，系统包括计算机、终端和各种设备等。一般说来，实体是能发送和接收信息的任何东西，而系统是物理上明显的物体，它包含一个或多个实体。两个实体要想成功地通信，它们必须具有相同的语言。交流什么，怎样交流及何时交流，都必须遵从有关实体间某种互相都能接受以一些规则，这些规则的集合称为协议，它可以定义为两实体间控制数据交换的规则的集合。

上面洋洋洒洒地一大通话，可能早已让读者晕头转向了。简单地说，所谓的协议，就象人与人交流的语言一样，它是计算机网络通信实体之间语言。不同的网络结构可能使用不同的网络协议；而同样的，不同的网络协议设计也就造就了不同的网络结构。下面将从计算机网络协议参考模型开始，逐一介绍局域网、广域网、Internet的计算机网络通信协议。

6.1 开放系统互连参考模型OSI

自从计算机网络面世以来，它不断地促进着社会的发展，而且人类对计算机网络的依靠与需求都愈演愈烈，所以许许多多的计算机厂商都建立了自己一套与众不同的网络协议体系，然后配套一系列相对应的计算机网络硬件设备来完成计算机的连网需求，而且它们之间并不能通用。这样造成了假如你选择了一个厂商的网络产品，就被捆绑在这个厂商上，不得不“从一而终”，这显然降低了整个网络系统的可扩展性，甚至妨碍了计算机网络的更一步发展。

为此，国际标准化组织（ISO、International Standard Organization）在1979年建立了一个专门的分委员会来研究和制定一种开放的、公开的、标准化了的网络结构模型，以期用它来实现计算机网络之间相互联接与沟通。

经过一段时间后，ISO组织提出了一套称为“开放系统互联参考模型”（OSI、Open System Interconnection）。它定义了一套用于连接异种计算机的标准框架。由于ISO组织的权威性，加上人们需要一个相互兼容、共同发展的，新的网络体系，所以OSI参考模型成为了各大厂商努力遵循的标准。到了今天，虽然网络协议并不是完全与它一致的，但却都是根据它来制定的，所以确保了它们的开放性和兼容性。从某种意义上说，OSI参考模型已成为了计算机网络协议的“金科玉律”。

OSI参考模型采用了分层的结构化技术，将功能逻辑上划分开来，以使整个结构具

有较高的灵活性。OSI参考模型共七层：应用层（application Layer）、表示层(PResentation Layer)、会话层(session Layer)、传输层(Transport Layer)、网络层(Network Layer)、数据链路层(Data Link Layer)、物理层(Physical Layer)。

7. 应用层（Application）

6. 表示层（Presentation）

5. 会话层（Session）

4. 传输层（Transport）

3．网络层（Network）

2．数据链路层（Data Link）

1. 物理层（Physical）

表6-1 OSI七层结构

有一句英文短句可以帮助你来记住它们的顺序：All people seem need to data process.每个单词的最前一个字母与每一个层相对应。下面我们就逐层作一相对简单的介绍：

6.1.1 物理层

物理层，它通过一系列协议定义了通信设备的机械的、电气的、功能的、规程的特征。

机械特征：规定线缆与网络接口卡的连接头的外形、几何尺寸、引脚线数、引线排列方式、锁定装置等一系列外形特征；

电气特征：规定了在传输过程中多少伏特的电压代表“1”，多少伏特代表“0”；

功能特征：规定了连接双方每个连接线的作用：用于传输数据的数据线、用于传输控制信息的控制线、用于协调通信的定时线、用于接地的地线；

过程特征：具体规定了通信双方的通信步骤。

一句话，物理层的所有协议就是人为规定了不同种类传输设备、传输媒介如何将数字信号从一端传送到另一端，而不管传送的是什么数据。从这里我们可以判定出中继器和非交换技术的集线器是一种工作在物理层上的设备，因为它们都不关心它们传送的是什么设备，也不负责数据的正确到达目的地。

6.1.2 数据链路层

数据链路层，在物理层已能将信号发送到通信链路中的基础上，完成保证相邻结点之间有效地传送数据的任务。正在通信的两个站在某一特定时刻，一个发送数据，一个接收数据。数据链路层通过一系列协议将实现以下功能：

1）封装成帧：把数据组成一定大小的数据块，我们称之为帧。然后以帧为单位发送、接收、校验数据；

2）流量控制：对发送数据的一方，根据接收站的接收情况，实时地进行传输速率控制，以免出现发送数据过快，接收方来不及处理而丢失数据；

3）差错控制：对接收数据的一方，当接收到数据帧后对其进行检验，假如发现错误，则通知发送方重传；

4）传输治理：在发送端与接收端通过某种特定形式的对话来建立、维护和终止一批数据的传输过程，以此对数据链路进行治理。

就发送端而言，数据链路层将来自上层的数据按一定规则就成比特流送到物理层处理；就接收端而言，它通过数据链路层将来自物理层的比特流合并成完整的数据帧供上层使用。

根据数据链路层的需要，必须唯一的标识出每个站点。现在最常用的方法是将网络接口卡（网卡）编上一个唯一的编号。习惯上，这个编号称为MAC地址。

实际上很大一部分的数据链路层的功能是由网卡来完成的，网卡工作在数据链路层，网桥需要将物理层的比特流合并成完整的数据帧，以得知其接收站点的地址，所以也是工作在数据链路层的一种网络设备。

6.1.3 网络层

网络层，用于从发送端向接收端传送分组。

也许读者会觉得不可思议，不是数据链路层已经保证了相邻节点之间无差错传送数据帧了吗？那么网络层到底有什么用呢？它存在的主要目的就是解决以下问题：

1）通信双方并不相邻：在计算机网络中，通信双方可能是相互邻接的，但也可能并不是邻接的，这样当一个数据分组从发送端发送到接收端的过程中，就可能在这个中间要经过多个其它网络结点，这些结点暂时存储“路过”的数据分组，再根据网络的“交通状况”选择下一个结点将数据分组发出去，直到发送到接收方为止。

2）正如前面所阐述的一样，由于OSI参考模型是出现在许多网络协议之后的，它就必须为使用这些已经存在的网络协议的计算机网络之间的相互通信作出贡献。事实上，网络层的一些协议解决了这样的异构网络的互联问题。

另外，上一章所提到的路由器、第三层交换机都是用于实现根据网络的“交通状况”

选择下一个站点将数据分组发出去的功能，所以它们都是网络层的设备。

6.1.4 传输层

传输层，实现发送端和接收端的端口到端口的数据分组传送。

传输层的出现是为了更加有效地利用网络层所提供的服务。它主要体现在以下两方面：

1) 将一个较长的数据分成几个小数据报发送：由于实际在网络上传递的每个数据帧都是有一定大小限制的。假设假如我们要传送一个字串“123456789”，它太长了，网络服务程序一次只能传送一个数字（当然在实际中不可能这么小，这里仅是为了方便讲解作的假设），因此，网络就需要将其分成９次来传递。就发送端而言当然是从１传到９的，但是由于每个数据分组传输的路径不会完全相同（因为它是要根据当时的网络“交通状况”而选择路径的嘛），先传送出去的包，不一定会先被收到，因此接收端所收到的数据的排列顺序是与发送的顺序不同的。而传输层的协议就给每一个数据组加入排列组合的记号，以便接收端能根据这些记号将它们“重组”成原来的顺序。

2) 解决通信双方不只有一个数据连接的问题：这个问题从字面上可能不轻易理解，实际上就是指，比如我用电脑与另一台电脑连接拷贝数据是同时，又通过一些交谈程序进行对话。这个时候，拷贝的数据与对话的内容是同时到达的，传输的协议还负责将它们分开，分别传给相应的程序端口。这也就是端到端的通信。

6.1.5 会话层

相对于其它层来说，会话层比较简单，它主要的服务是治理对话控制。比如说，在传输的数据中加入检查点来使通信双方同步。

6.1.6 表示层

表示层以下的各层只关心从这里到那里可靠地传输数据，而表示层则关心的是所传送的信息的语义与语法。它负责将收到的数据转换为计算机内的表示方法或特定的程序的表示方法。也就说，它负责通信协议的转换、数据的翻译、数据的加密、字符的转换等工作。

6.1.7 应用层

应用层，就是直接提供服务给使用者的应用软件。比如电子邮件、在线交谈程序都属于应用层的范畴。

6.1.8 OSI参考模型工作模式

上面一大段的文字也许让大家都感到晕头转向了，让我们一起来整理一个思路。

图6-1 OSI参考模型工作模式示意图

首先发送端由应用层的软件产生通信数据，然后各个层均对这些数据作相应的处理，最后将将它就成比特流，通过物理上的传输介质来传送到接收端。到了接收端，接收端从物理层获得比特流，然后逐层分析，最后获得发给相应程序的数据，传给相应程序。在这个过程中数据有过十分大的变化，具体如下图所示：

图6-2 用OSI参考模型来传送数据的过程

6.2 局域网协议

局域网技术由于具有其规模小、组网灵活和结构规整的特点，所以极易形成标准。事实在，局域网技术也是在所有计算机网络技术中标准化程序最高的一部分。国际电子电气工程师协议IEEE早在７０年代就制定了三个局域网标准：IEEE 802.3 (CSMA/CD。以太网)，IEEE 802.4 (Token Bus，令牌总线)，IEEE 802.5 (Token Ring，令牌环)。由于它已被市场广泛接受，所以IEEE 802系列标准已被ISO采纳为国际标准。而且，随着网络技术的发展，又出现了象IEEE 802.7 (FDDI)，IEEE 802.3u (快速以太网)，IEEE 802.12 (100VG-AnyLAN)，IEEE 802.3z (千兆以太网)等新一代网络标准。

接下来，我们一起来看看一些典型的局域网协议。

不同的局域网协议最重要的区别是它们具有不同的数据在电缆上的“存取方法”，所谓的存取方法指的是在计算机网络中，如何将数据放在电缆上传输以及如何从电缆上取得数据的一组规则。

6.2.1 以太网/IEEE 802.3

以太网技术可以说是局域网技术中历史最悠久的一种，它Xerox(施乐)公司在七十年代为解决网络中零散的和偶然的堵塞开发的。它采用的是“存取方法”是带冲突检测的载波监听多路访问协议(CSMA/CD)技术。以太网一词泛指所有采用这个协议实现的局域网。

现在以太网主要包括以下三种类型，而且现在还在继续向前发展：

1) IEEE 802.3中所定义的标准局域网，速度为10Mbps,传输介质为细同轴电缆；

2) IEEE 802.3u中所定义的快速以太网，速度为100Mbps，传输介质为双绞线；

3) IEEE 802.3z中所定义的千兆以太网，速度为1000Mbps,传输介质为光纤或双绞线。

由于灵活性高且易于理解与实现，以太网成了最常用的局域网技术。尽管其它有些技术被吹捧得可以完全代替以太网，但是网络治理者最终还是选择以太网及其衍生技术作为实施小型网络的有效解决方案。为了解决以太网的局限性，专家们正在逐步扩大以太网的范畴。评论家们不喜欢以太网，把它当为一种难以评价的技术，但这阻止不了以太网技术的继续风行于网络世界。

1．存取方法

虽然以太网技术已有了很大的发展，但是它们所采用的“存取方法”都是基于CSMA/CD发展而来的。所以在介绍具体的不同的以太网技术之前，我们先具体地阐述CSMA/CD。

CSMA/CD（Carrier-Sense Multiple access with Collision Detection），载波侦听多路传送碰撞检测技术。它让整个网络上的电脑都以竞争的方式来抢夺传送数据的权力，它的工作原理如下所述：

1）每当网络上的电脑将数据送上电缆时，都事先监听电缆上是否有数据正在传输，假如没有，就将数据包送出去；

2）假如侦测到电缆上正好有数据在传输，则继续监听网络，直到电缆上的传输结束，再将自己在传送的数据传送出去；

3）还有一种情况是，网络上有两台电脑同时要开始传输数据，而同时开始监听，这时电缆刚好是闲着的，而同时通过电缆传输数据。这时就发生了“碰撞”。当碰到这种情况的时候，两台电脑同时中止传送，然后继续监听电缆。（要注重的是，只要一个节点停止传输，就可以解决这个问题，但是假如是这样的话，则又要设计一下谁退让，反而增加了复杂性。）

举个例子来说吧，假设有这样的一层楼，两旁住了几十户人，中间只有一条仅供一

人通行的走道。我们看看，情况会是怎样：

1）当这些住户要经过走道出来是，首先探出头来看看走道上有人走吗？假如没有，就通过走道走出来；

2）假如走道上有人走，那么就一直盯着走道，直到走道上没人时再走出来；

3）假如是有两个人同时看到走道上没有人行走，而同时走向走道时，则两个人发现时就马上回到自己屋里。（要注重的是，只要一个人退让，就可以解决这个问题，但是假如是这样的话，则又要设计一下谁退让的判定依据，反而使得更复杂）通过上面的介绍，细心的读者一定会发现，当网络上的电脑越来越多的时候，采用这种方法常发生“碰撞”的情况，过度的碰撞将引起网络效率的急剧下降。虽然看上去这种技术并不能提供很高的传输速度，然而事实却不是这样，在以太网一出现的时候，就提供了当时的高传输率——10Mbps，虽然有人曾经认为以太网技术将随着时代的发展而被淘汰出局。但千兆以太网的出现也再次证实了以太网仍正值英年。

事实上，以太网在全世界的局域网建设中仍是最主要的一种。

2．IEEE 802.3——10Mbps以太网

这个标准是由IEEE802.3委员会根据以太网技术总结出来的一个标准。它定义出了一系列面向不同的传输媒介的，传输速率为10Mbps的以太网规范。用以下表示法来区别：

<用Mbps计的传输速率><信号发式><用百米计的最大段的长度/线缆类型>

其中定义过10BASE5、10BASE2、10BASE-T、10BASE-F等几种（需要注明的是，其中10BASE-T与10BASE-F的最后一项就是以线缆类型进行命名的，其中T代表双绞线，F代表光纤）。下面我们将对它们作一个简单的介绍。

10BASE5 10BASE2 10BASE-T 10BASE-F

传输媒体同轴粗缆同轴细缆非屏蔽双绞线850nm光纤对

编码技术基带技术基带技术基带技术

拓扑结构总线型总线型星型星型

最大段长度500米185米100米500米

每段节点数100 30 -- 33

表6-2 IEEE802.3规范一览表

1) 10BASE5标准

这是最早的媒体规范，它使用的是阻抗为50W的同轴粗缆。但由于同轴粗缆的缆线直径大，所以比较粗笨，不易铺设。

2) 10BASE2标准

为了建立一个比10BASE5更廉价的人人电脑的局域网，又制定了基于一种称为同轴细缆的。同轴细缆的阻抗也是50W，采用的编码技术也一样，达到的传输速率也一样，唯一的差别就是它使得每两个节点间的距离限制从500米降为185米。

3) 10BASE-T标准

为了使得它能适应更多种不同的线缆类型，又制定了一个使用非屏蔽双绞线为传输介质的标准。事实证实，这种标准是成功的，它不公占据了这个领域，而且从后面还能看到，它有力地促进了这个领域的向前发展。

值得一提的是，10BASE-T所要用到的非屏蔽双绞线只需3类线标准即可满足要求。

4）10BASE-F标准

1993年制定的这个标准，它充分利用了新兴媒体光纤的距离长、传输性能号的优点，大大改进了以太网技术。

3．IEEE 802.3u——10Ombps快速以太网

随着计算机技术的不断发展，10Mbps的网络传输速度实在无法满足日益增大的需求。

这时就人们就开始了不懈的研究，寻求更高的网络传输速度。但是由于IEEE 802.3已被广泛应用于实际中去，为了能够在它的基础上进行轻松升级，IEEE 802.3u充分考虑到了向下兼容性：它采用了非屏蔽双绞线（或屏蔽双绞线、光纤）作为传输媒介，采用与IEEE 802.3一样的介质访问控制层——CSMA/CD。IEEE 802.3u常称为快速以太网。

根据实现的介质不同，快速以太网可以分为100BaseTX、100BaseFX和100BaseT4三种：

电缆类型线束数最大网段长度网络最大直径

100BaseTx 5类非屏蔽双绞线/1、2类STP 2对100米200米

100BaseFx 62.5/125多模光纤2束400米400米

100BaseT4 3类非屏蔽双绞线4对100米200米

表6-3 IEEE 802.3u标准一览表

1) 100BaseTX

它用2对5类非屏蔽双绞线（UTP），或者1类、2类屏蔽双绞线（STP）作为传输媒介，来实现传输速度100Mbps的网络。要注重的是，若要使用非屏蔽双绞线，则一定要使用规格较高的5类线，而不能使用一般的3类线。

100BaseTX的网络标准IEEE 802.2最多支持两个中继器，而关于网段最大长度为100米，网络最大直径为200米的限制如下图所示：

图6-3 100BaseTx的链路长度限制示意图

2) 100BaseFX

100BaseFX是将运行在2束多模光纤上的标准。在没有中继设备的网络中最大距离为400米，假如有中继器，则最大距离为300米。

3) 100BaseT4

在10BAST-T中，虽然它只需要2对3类非屏蔽双绞线来传输数据，然而双绞线却常是4对一束出现的，所以原来的10Mbps的网络中使用的3类线有2对是空着没有利用的。而100BaseT4正是基于利用这剩下的2对线而推出的。它使得能用4对3类非屏蔽双绞线上提供传输速度为100Mbps网络。

4．IEEE 802.3z——1000Mbps千兆以太网

九十年代中期，随着各种新的网络技术的推出，仅有100Mbps传偷速度的以太网似乎已经发展到了极限，“以太网被淘汰了”的说法让以太网技术一度低糜。许多对网络速度要求更高的计算机网络不得不采用一些新的网络技术（如ATM技术）来解决他们的问题。然而，1000Mbps的千兆以太网的推出，给以太网技术一针“强心针”，以太网技术迅速重新崛起，收复失地。

它在780纳米光纤上或超5类非屏蔽双绞线上运行。值得一提的是，为了给千兆以太网提供更好的传输媒介，非屏蔽双绞线也推陈出新，不断地发展。首先是在5类双绞线的基础上进行改进，以适应千兆以太网的需要。接着，是紧锣密鼓地进行6类线的标准制定工作，预计1999年底或2000年初，关于6类线的标准将面市。

IEEE 802.3z的出现向世人证实了以太网的“青春仍在”，而研究以太网技术的科学家们并没有因此而停止进一步研究，而是大胆地推进了万兆以太网的研究工作，我们拭目以待，相信以太网的奇迹仍然会出现。

6.2.2 令牌环网/IEEE 802.5

令牌环网是业界老大IBM（国际商用机器）公司于七十年代开发出来的，至今仍然沿用于IBM内部局域网的一种局域网技术。它在局域网中的流行性仅次于以太网。它还有一种变形，就是令牌总线/IEEE 802.4。

它的传输介质虽然没有明确定义，但主要基于屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线两种。

它的拓扑结构可以有多种：环型（最典型，是原意）、星型（实际上采用得最多）、总线型（一种变形）。

实际上，IEEE 802.5的定义是在IBM令牌环网的基础上进行总结于统一的结果，可以这样理解，IBM令牌环网是具体应用的一种方案，实际上几乎是唯一在实际应用中的方案，而IEEE 802.5则是一种抽象的群体，它们的异同，如下表所示：

IBM令牌环网IEEE 802.5

数据速率4.16Mbps 4.16Mbps

最大网段长度260米（STP）/72米（UTP）250米

拓扑结构星型没有指定

传输介质双绞线没有指定

信号机制基带基带

访问控制令牌传递令牌传递

编码方法差分曼彻斯特编码差分曼彻斯编码

表6-4 令牌环网对照表

1．存取方法——令牌环控制

1）首先，令牌环网在网络中传递一个很小的帧，称为“令牌”，只有拥有令牌环的工作站才有权力发送信息；

2）令牌在网络上依次顺序传递；

3）当工作站要发送数据时，等待捕捉一个空令牌，然后将要发送的信息附加到后边，发往下一站，如此直到目标站。然后将令牌释放；

4）假如工作站要发送数据时，经过的令牌不是空的，则等待令牌释放。

为了让大家更好地理解这种存取方法，我们在此构造一个例子：

1）假设有10个人围成一圈，他们无法交谈，只能通过写字来交谈。然而为了他们能够有序地交谈，给他们一个空信封；

2）这个空信封在他们之间依次顺序传递；

3）当有人要说话时，先等这个空信封传在面前，然后将写好话的纸放入信封，在信封上写上接收人的号数，然后往下传，当接收人看到后，从中取出低，擦去信封外的号数。这样还原成一个空的信封，继续依次顺序向下传递；

4）假如有人要说话时，信封没到面前或信封不是空的，那么就得等待。

2．与以太网的比较

从上面的介绍上中，我们明显感觉到了它的缺点，那就是协议过于复杂，所以造成了不必要的带宽开支，使得令牌环网的速度比以太网慢得多。

当然，令牌环网也有它的优点，它可以定制每个站持有令牌的时间，使得整个网络是“确定性”的。

我们一起来对以太网，令牌环网以及它的变形令牌总线进行一个综合的比较，以便积各位读者比较、选择。

IEEE 802.3以太网IEEE 802.5令牌环IEEE 802.4令牌总线

协议复杂性碰撞解决较复杂令牌和环维护复杂最复杂

访问确定性不确定确定确定

支持优先级不支持支持支持

模拟技术碰撞检测使用完全数字化大量使用

数据速率10-1000Mbps 4.16Mbps 1,5,10Mbps

通信介质均可均可宽带同轴电缆

可靠性好较好不好

轻负载时网络性能无延迟有延迟有延迟

重负载时网络性能急剧下降好

安装简单较复杂复杂

使用广泛性广泛一般不常用

适用场合中等负载情况下重负载，要求实时实时性要求极高

表6-5 三种局域网的比较

6.2.3 FDDI/光纤分布式数据接口

FDDI（Fiber Destributed Data Interface），光纤分布式数据接口。它是由美国国家标准协会X3T9.5委员会制定的光纤环网标准。它采用了类似令牌环网的协议，它用光纤作为传输介质，数据传速可达到100Mbps，环路长度可扩展到200公里，连接的站点数可以达到1000个。

FDDI网络在过去的10年中有了迅速的发展，主要的网络产品制造商有DEC、AT&T 等，正如下图所示，绝大部分的FDDI都是用于LAN的骨干网。

图6-4 FDDI环作为连接LAN的骨干网

FDDI采用双环体系结构，两环上的信息反方向流动。双环中的一环称为主环，另一环称为次环。在正常情况下，主环传输数据，次环处于空闲状态。双环设计的目的是提供高可靠性和稳定性。其结构如下图所示：

图6-5 FDDI环结构示意图

1) FDDI的传输介质

FDDI采用光纤作为主要的传输介质，它定义了单模光纤和多模光纤两种。

“模“是以一定角度进入光纤的束光。多模光纤采用发光二极管作为光源，而单棋光纤采用激光作为光源。

答应多“模”光在光纤中传播，因为每一“模”光进入光纤的角度不同，它们到达光纤另一端的时间也不同。这种特性称为模分散。模分散技术限定了多模光纤的带宽和距离。

则只答应一束光传播。由于只使用一束光，单模光纤没有模分散的特性，因此，单模有能力提供更高的传输性能和更远的距离。

2) FDDI的站点连接

FDDI的一大特点是其设备可以采用多种方法连接。FDDI定义了单连接站点（SAS）、双连接站点（DAS）和集线器三种类型的设备。

单连接站点只能通过集线器连接到主环上，这种连接方式的主要优点是当单连接站

点与主环的连接中断后，对环路没有影响。它是一个单纯的利用FDDI环通信的设备。

双连接站点有两个端口，它们反DAS连接到FDDI的双环上，而且每个端口都能分别与主环和次环连接。当然，假如采用双站点连接的设备与主环或次环的连接出现问题，将直接影响FDDI的环路结构。连接如下图所示：

图6-6 FDDI的双连接站点连接示意图

3）FDDI的双环结构

FDDI的主要容错特性是双环结构。当双环上的一个站点失效时，双环自动回绕成单环。

图6-7 FDDI的站点失效后环路变化示意图

4）铜缆分布式数据接口CDDI

为了使得FDDI能够更加有用，在此基础上又制定了铜缆分布式数据接口CDDI标准。

铜缆分布式数据接口是FDDI协议在铜轴双绞线上的实现。与FDDI一样，它的速率为100Mbps，也采用了双环体系结构提供冗余特性。CDDI支持的工作站与集线器间的最大距离为100米。进入讨论组讨论。

摘要:在地域分布很远、很分散，以致于无法用直接连接来接入局域网的场合，广域网（WAN）通过专用的或交换式的连接把计算机连接起来。这种广域连接可以是通过公众网建立的，也可以是通过服务于某个专门部门的专用网建立起来。

6.3 广域网协议

在地域分布很远、很分散，以致于无法用直接连接来接入局域网的场合，广域网（WAN）通过专用的或交换式的连接把计算机连接起来。这种广域连接可以是通过公众网建立的，也可以是通过服务于某个专门部门的专用网建立起来。

相对来说，广域网显得比较错综复杂，主要用于广域传输的协议比较多：PPP（点对点协议）、DDN、ISDN（综合业务数字网）、X.25、FR（帧中继）、ATM（异步传输模式）、等。下面就逐一作个简要的叙述，以便大家更好地了解和选择广域网协议。

6.3.1 PPP点对点协议

PPP点对点协议主要用于“拔号上网”这种广域连接模式。一般来说，一些无法使用专门的网络线连接的双方（比如说家庭用户、移动用户）需要广域相连接的时候，就可以借助分布最广的公用交换电话网来实现。

图6-8 “拔号上网”示意图

正如图所示，终端通过调制解调器的调制，将要传输的数字信号调制成模拟信号然后通过模拟的PSTN线路传输到目的地。要说明的是图中的笔记本电脑虽然没有画出调制解调器，但并不是说它就不需要。而是考虑到现在市场上的笔记本一般是内置了调制解调器的原因而故意作的调整。

让我们来想想，平时我们要浏览互联网上的网页的时候，首先就是通过调制解调器连接到电话线上，然后将在远方服务器的内容通过电话线传送到自己的计算机中来。或者，当大家要发送电子邮件的时候，就将写好的电子邮件从电话线中传送出去。

另外，两个不同城市的两台计算机要互相传送数据，也可以通过装在两台计算机上调制解调器，让其中一台呼叫另一台（拔打它的电话号码）而建立点对点的连接而实现。

迄今为止，拔号上网还是绝大多数的家庭用户和小型办公室用户广域连接的一种最常用的手段。但是因为通过的是模拟线路，所以传输速度较慢。

6.3.2 DDN数字专线

我国邮电部于1ArrayArray4年10月完成了全国数字数据骨干网的一期建议。这个网络是利用光纤、数字微波或卫星数字数字交驻连接设备组成的数字数据业务网。这些数字线路用于出租给最终用户。

由于当我们使用PPP协议拔号上网的时候，发送、接收数据所通过的电话线路是不明确的，根据当时线路的拥塞情况不同而不同。所以它的传输是低速且不稳定的。

而某些用户需要更高的传输速度和质量，就可以租用DDN线路来实现。租用了DDN线路，就等于在用户与电信局端直接用一条定制带宽的专用电话线路相连，显然这能大大提高整个数据传输的稳定性和速度。这项业务开通后，受到了用户的广泛好评，并且广泛的采用。

在DDN的客户端需要一个称为DDN MODEM的CSU/DSU设备，以及一个路由器，它的价格与DDN线路的带宽相关，一般来说开通一个DDN客户端的费用在1.5万元左右。

6.3.3 ISDN综合业务数字网

ISDN经历了一个极为漫长的“进化”过程。如果你常看一些网络界的时报，你一定不会在10年之前就对它有所耳闻。在它出现的时候，远程通信界的专家们都声称它是未来的公共电话、电信接口。但是它的不够经济却严重的阻碍了它的广泛应用。

在这个世纪弥留之际，ISDN终于迅速发展起来。中国电信用了一个形象的名字“一线通”描述出了它的特点：ISDN将数据、声音、视频信号集成进一根数字电话线路，提供了有效经济的途径，将用户与高带宽数字服务相连。

ISDN可分为N-ISDN（窄带ISDN）和B-ISDN（宽带ISDN）两种。

其中常用于家庭及小型办公室的是N-ISDN，它提供的基本速率接口（BRI）服务由2个

B信道和1个D信道组成（2B+D），其中B信道为64Kbps，D信道为16Kbps。

而B-ISDN提供的主要速率接口（PRI）则根据不同的国家而有尽相同。在北美、日本为23个速率为64Kbps的B信道和1个速率也为64Kbps的D信道，总速率为1.544Mbps，即23B+D。而在欧洲、澳洲及其它国家，一般则是由30个速率为64Kbps的B信道和1个速率也为64Kbps的D信道构成，总的接口速率可达到2.048Mbps，也就是30B+D。

下面我们介绍一下N-ISDN所需要的硬件设备，以及其连接方式。

图6-Array 使用NT1连接

NT1是一种ISDN的网络终端设备，一般是ISDN的服务提供商来安装，它有三个端口，一个是电话线路的接入端口，用它与服务提供商的局端连接。另一边，它对用户提供了两个数字接口，由于普通电话无法直接使用数据信号，所以无法直接与它连接，而只有数字电话才能直接连接到NT1上。而计算机要与NT1相连，还必须在计算机上插上一个ISDN适配卡（它与MODEM相似），然后用一根双绞线将它们连接在一起。

如果用户需要直接将模拟设备连接在ISDN线路上，则需要另一个设备??TA。下图阐述了使用TA连接ISDN的方法。

图6-10 使用TA连接

如图所示，首先用双绞线将TA连接到NT1上。计算机则是通过串口电缆与TA连接的，而TA提供了许多模拟接口，所以传真机、普通电话（模拟电话）可以直接连接到TA上。

ISDN逐渐成为替代“拔号上网”的新的一种广域连接的方式。但虽然ISDN在速度上毫不逊色于DDN专线，但是ISDN也与拔号上网一样，它的传输信道不是专有的，所以它没有DDN专线那样稳定。另外，ISDN对电话线路的要求也要高于拔号上网，所以在某些地方，ISDN的发展速度缓慢。

6.3.4 X.25

X.25是历史最悠久的广域数据传输协议。尽管它是所有广域数据传输协议的鼻祖，而且也曾经为广域传输做出了很大的贡献，然而现在它似乎已经走到了尽头，X.25的应用越来越少见了。但由于许多新的协议是从它的基础上衍生出来的，所以我们先回顾一下这个早先的协议。

X.25是一个基于分组的、面向连接的传输协议。在X.25网络中，要传送的数据首先被分割成为许多小的可以各自寻址的数据分组，然后将它们传送到目标站。到了目标站，分组再重新组装成为原始的数据。这个用来分割、寻址和重新组装分组的设备称作PDA（分组组装/拆装器），如图所示：X.25网络中的站点由它来连接。

图6-11 X.25网络连接示意图

由于历史原因，X.25在设计时，网络的传输出错率较高。所以整个设计充分考虑到了可靠性和数据完整性方面。X.25网络通过一个复杂的数据分组确认和差错校验过程来实现。它要求每个分组通过的每个节点都对接收到的数据进行确认。

下图说明了它的慢条斯理的分组转发过程。它是将整个分组全部收完后，再转发。

图6-12 X.25网络分组转发示意图

正是由于它将一大部分的带宽用在了这样的差错校验，所以它成为了一个相对低速的协议，而且现在网络的传输质量越来越好，在差错校验上花太大的力量将是得不偿失的，所以X.25也就越来越不适应现在的网络环境。人们开始朝着更新的协议迈进。

但请一定不要忘记，X.25协议可以在网络传输环境不好的情况下提供较好的传输质量，这就是它的要点。

6.3.5 FR帧中继

作为X.25网络协议的发展，帧中继是一种高性能的广域网协议。它是X.25的一个简化版本，它省去了X.25的一些强健的功能，如提供窗口技术和数据重发功能，这是因为帧中继的设计是基于网络的传输环境已经有了很大的提高的前提下。

1ArrayArray0年，Cisco、Digital Equipment、Northern Telecom和StartaCom等公司组成一个联合体，共同开发了帧中继技术。此后，帧中继技术有了迅猛发展。

从整个连接上，帧中继与X.25相当类似。但它在数据分组确认和差错校验方法作了很大的简化，而且分组的转发也有了改变。帧中继只要接到分组头，就开始转发，这样进一步提高了速度。

但是，需要强调的是，帧中继在网络环境不好的情况下，将无法象X.25那样提供较好的传输质量，而且可能会使用传输质量急剧下降。

6.3.6 ATM异步传输模式

ATM,是这几年兴起的一种宽带网络技术。许多业界人士都认为ATM技术给计算机网络带来巨大的革新。甚至有些商家认为它是这10年来最有意义的网络技术。

1.ATM技术的优缺点

虽然我们在这里将ATM技术划在广域网部分来介绍，但ATM却是一种可以将局域网功能、广域网功能、语音、视频和数据集成进一个统一的协议设计。正是它的高度统一性和良好的可扩展性，给计算机网络技术掀开了新的一页。它具有以下特点：

1）速度：ATM支持高达622Mbps的传输率；

2）可扩展性：ATM允许在现存结构中增加带宽和端口密度；

3）高传输质量QoS：它保证了传输服务的QoS，这也是一般网络技术所不具备的；

4）一体化安装：ATM提供了端到端解决方案的潜力，这意昧着它的应用可以从桌面到局域网，一直延伸到广域网。

但是ATM绝不能统治未来的网络世界！

1）随着时间的推移，ATM的速度已不再是神