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第四章数据通信网4.1数据通信网概述4.2分组交换网4.3数字数据网4.4计算机通信网4.5帧中继网4.6ATM通信网4.7IP通信网4.1数据通信网概述4.1.1数据通信网的基本概念一般地，数据通信网被划分为两个部分：通信子网和本地网。通信子网具备传输和交

换功能，它是在原有通信网传输链路上加装了专用于数据交换或连接的节点交换机，从而构成了专门处理数据信息的数据通信网，并随着通信业务变化及网络的不断进化和变更，进一步发展成为能够处理各种通信业务的综合通信网。与电话通信相比，数据通信有如下特点：（1）数

据通信是人-机或机-机通信，计算机直接参与通信。这是数据通信的重要特征。（2）数据传输的准确性和可靠性要求高。（3）传输速率高，要求接续和传输响应时间快。（4）通信持续时间差异大。4.1.2数据通信网的分类数据通信网大致分为以下几个业务网：数字数据网（DDN）、分组交换网（

X.25网）、帧中继网、ATM网等。DDN网是利用数字信道提供半永久性连接电路传输数据信号的数字传输网。分组交换网（X.25网）吸收了电路交换低时延及电报交换的路由选择自由的优点，是一种数据传输可靠性较高的数据

通信方式。帧中继网采用的是快速分组交换技术，它是在数字光纤线路代替模拟线路、用户终端日益智能化的基础上发展起来的。异步传送模式（ATM）是一种用于宽带网内传输、复用、交换信元的技术，可以支持高质量的语声、图像和高速数据业务。它是一种简化的面向连

接的高速分组交换，是未来宽带综合业务数字网的基础和核心。4.1.3数据通信网主要质量指标一、工作速率工作速率反映数据通信网的工作速度的快慢。衡量工作速率的技术指标主要包括：符号速率（信号速率）和信息传输速率等。1

．符号速率符号速率又叫信号速率，记为N。2．信息传输速率信息传输速率，简称传信率，通常记为R。它表示单位时间内系统传输（或信源发出）的信息量，即二进制码元数。二、频带利用率在比较不同通信网的效率时，单看它们的信息速率是不够的。或者说，即使两个网的信

息速率相同，它们的效率也可能不同，所以还要看传输这样的信息所占的频带宽度。三、可靠性可靠性可用差错率来表示。常用的差错率指标有平均误码率、平均误字率、平均误码组率等。4.1.4数据通信网建设与发展一、数据通信网发展现状自从1993年我国建立了第一个公用数据通信网——公用分组数据

交换网以来，近十年来，各级通信部门将数据多媒体通信网的建设列入投资重点建设项目，推动了网络建设的发展，使我国数据通信网的种类达到10余种。二、扩大网络建设能力，提高网络覆盖面分组网在网络能力和网络覆盖范围方面，已基本上能够满足中低

速用户的业务需求，原则上不再发展，今后将会充分利用现有的网络资源发展相关的数据通信业务。1．多媒体宽带网中国电信将以ATM宽带网为基础，形成安全高效统一的多业务平台，实现中继带宽的综合利用，解决目前各种网络相互重叠

、网络结构复杂、路由组织困难等问题。2．IP网络IP业务是市场竞争的焦点，IP网建设对数据多媒体业务将来的发展至关重要。3．提高网络综合能力，完善网络功能数据与多媒体通信网已初具规模，完善网络功能、提高网络综合能力是网络建设的首要任务。4.2分组交换网4.2.1分组交换网基本结构分

组交换网主要由节点交换机、数据终端、分组拆装设备、远程集中器、网络管理中心、传输线路和调制解调器七个部分组成，其基本结构如图4.1所示。PADPTPTPADPAD转发交换机局部交换机分组终端PADPT高速线路高速或中速线路低速字符终端转发交换机

图4.1分组交换网基本结构示意图一、节点交换机节点交换机又称分组交换机，是分组网的枢纽设备。分组交换机的主要功能：（1）为网络的基本业务即虚呼叫、永久虚电路及其它网内各种业务提供支持。（2）在各节点机之间进行路由选择，并进行流量控制，防止网络拥塞，完成交换任务。（3）实现X.25、X.75等多

种协议。（4）执行维护、运行管理、故障报告与诊断、计费统计等功能。二、数据终端数据终端也就是用户使用的通信终端，包括计算机、打印机、电传机、传真机、可视图文终端和显示终端等。三、分组装拆设备分组终端（计算机与智能终

端等）与分组交换网之间的接口按规定的协议实施通信与连接，即把发送的数据划分为一个或多个分组，并加上必要的分组字头及校验码等。对于较简单的字符终端，可通过分组拆装设备（PAD）接入分组交换网内。因此，分组拆装设备是对待发、待收的信息进行整合，使之满足分组交换网传输及处理需要的设备。PAD主要有

两个功能。（1）非分组终端字符的组装或分组：非分组终端的字符通过PAD组装或分组，发至交换机，同时从交换机来的分组通过PAD拆卸成字符送至非分组终端。（2）PAD的数据集中：在PAD中，把各终端的字符数据流组成分组后，

在PAD至交换机的中速线路上交织复用，以利于有效利用线路，并且扩充非分组终端接入的端口。四、远程集中器远程集中器（PCV）可理解为PAD的扩充。五、网络管理中心网络管理中心负责全网运行的管理、维护和监测

，主要包括技术管理、计费管理、维护管理和网络状态显示等。1．技术管理网络的技术管理主要用于用户信息参数的增加、修改、删除，改变网络各模块的状态，修改软件版本，进行路由更新、监视、控制等方面的管理。2．计费管理计费管理主要用

于收集网络的计费信息，根据主叫与被叫的各项参数进行计费，并打印出详细的计费表格。3．维护管理维护管理主要用于监视网络的运行状态，进行线路的测试，收集各项测试数据，输出统计结果、运行记录等方面的管理。4．

网络状态显示通过网络状态显示，可在彩色显示器上显示出网络的运行状态、网络各模块及各线路的工作状态。六、传输线路传输线路包括从用户终端至分组交换机或PAD的用户线及分组交换机间的中继线，或网间中继线。七、调制解调器当用户终端至分组交换机的线路采用模拟线路时，需要用调制解调器将数

据终端送出的数字信号变成模拟信号，在模拟线路上传送；或将模拟线路上接收的模拟信号变成数字信号，送给数据终端。4.2.2分组交换网分组交换网是由分组交换设备及其连接等级结构构成的，通过相关的设备和一定的等级机构完

成用户之间的分组信息传输与处理。一、分组交换网等级结构分组交换网的等级结构反映了分组交换网中用户及其端局间连接关系。二、CNPAC网（中国分组接入通信网）1989年我国组建的CNPAC网（见图4.4）采用的是法国SESA公司的DPSⅡ型设备。

沈阳北京2西安成都广州深圳武汉上海天津南京北京1国际出口节点机集中器图4.4CNPAC网络构成示意图CNPAC网应用几年来，满足了部分用户的急需，收到了一定的经济效益。但它还存在以下几个问题：（1）技术比较陈旧，网络性能差（无X.32规

程及SDLC规程），同步端口数量少且全网仅有580端口。（2）网络覆盖面过小，不利于“集团”用户的发展，更无法满足没有设置分组交换设备用户数据通信的需求。（3）全网速率较低，忙时出现阻塞或呼叫等待时间较长。（4）全网仅北京地区配有TELEX

用户接口，这不利于全国范围内的TELEX在分组交换网上互连。因此，重建我国分组交换网就显得十分必要与迫切。三、中国公用分组交换数据网（CHINAPAC）网络规模：CHINAPAC网由32个节点机组成，分别

安装在全国各省会及直辖市，其中北京、上海、沈阳、武汉、成都、西安、广州、南京八个城市为汇接中心，它们之间采用完全网状汇接，其余各点采用不完全的网状结构。网络功能及特点：除分组交换功能外，该网还具有帧中继及动态分配帧中继功能以及网络时延小的特点。网络管理：分全国、区

域和本地三级管理，可动态地监察全网的运行状况。开放业务：可分基本业务和选择业务。基本业务：分交换虚电路（SVC）、永久性虚电路（PVC）；选择业务：根据用户需求可选择业务（符合原CCITT建议X.25要求），如网络用户识别（NUI）、全球助记符服务（GMS）、广播服务和呼叫转移（CR）等。网

络速率：CHINAPAC的通信速率可提高到64kbit/s，同时具有IBMSNA/SDLC规程，能与电话网双向互连，可供同步中、高速数据用户使用。网络吞吐能力：每秒可处理250次呼叫，每个节点的吞吐量达3000～6000分组/秒。编号计划：采用原C

CITT建议，用15位号码，即P+DNIC+NTN其中：P为国际呼叫前缀（选用O）；DNIC为国际数据网识别代号（前三位为国家号码，第四位为网络号码）；NTN为国内终端码（全网采用8位编号X1～X8，另外的X9X10为用户的子地址号码）。网络互连：CHINAPAC的

网号为4603，国际出口采用X.75规程连接到20几个国家和地区，并与CNPAC（网号代码4602）采用X.75连接，可与电话网、用户电报网和DDN等网络互连。四、省内分组交换网省内分组交换网是国家骨干网的延

伸，是我国分组交换网的重要组成部分。目前已有绝大多数的省、市开通了省内分组交换网，其它省、市、自治区也正在规划建设中。省内网的规模有大有小，有的覆盖到县城，有的覆盖到地区级城市。4.3数字数据网数字数据网是数据通信

网的重要组成部分之一，在数据传输与数据处理方面得到广泛应用。4.3.1数字数据网概念及特点DDN主要技术特点如下：（1）DDN是透明的传输网，本身不受任何规程的约束，可以支持数据、语音、图像等多种业务。（2）DDN是同步数

据传输网，不具备交换功能。（3）传输速率高，网络时延小。4.3.2数字数据网的构成一、数字通道现代通信网中通信系统根据传输信号的不同分为模拟通信和数字通信两种，而DDN传输的是数字信号，因此首先要将模拟信号数字化

，一般采用的就是PCM方式，必须经过抽样、量化、编码3个过程。二、网络设备网络设备是指具有数字交叉连接功能的系统，也称为节点。在我国的DDN体制中，把DDN节点分为2兆节点、接入节点和用户节点三种类型。1．2兆节点2兆节点是DDN的骨干节点，负责执行网络业务的转换功能。2．接入节点接入节点

主要为DDN各类业务提供接入功能。3．用户节点用户节点主要为DDN用户入网提供接口，并进行必要的协议转换，包括小容量的时分复用设备等。用户节点可以设置在用户处。三、网络管理系统网络管理系统一般是由网管工作站及相应的网管软件组成。它是网络正常运转和发挥其性能的必要条件，尤其是网的规模不断扩

大时，其重要性就更为突出。四、本地传输系统本地传输系统，即通常所称的用户环路传输系统，是指终端用户至DDN本地节点之间的传输子系统。4.3.3网间连接一、数字数据网与分组交换网的连接DDN与分组交换网是两种完

全不同性质的网。二、数字数据网与用户电报网的连接DDN与用户电报网的连接同样是用户信道级在物理及电气特性上的连接。这时终端之间采用的是用户电报的用户信号方式而不是X.25协议。三、省级数字数据网与市级数字数据网的连接省级DDN与市级DDN的连接可通过一至两个汇接DDN节点

以2Mbit/s中继实现连接，接口采用G.703标准，复用方式符合G.732和X.50建议，由省级DDN节点通过随路方式提供时钟（见图4.6）。本地DDN(市、县级)省级DDNG.703G.732X.50图4.6省、市数字数据网连接

示意图4.3.4我国DDN规划我国的DDN引入了加拿大3600带宽管理系统和美国DACSⅡ-2000交叉连接设备，在全国多个省会市设置数字交叉连接节点机。一、规划期限的选择由于DDN业务发展很快，且新技术层出不穷，

加上由于它在我国的应用时间较短，在制定规划时所必须的用户基础数据较少。二、网络的现状分析及规划对于像DDN这样国内已有的通信网进行规划，必须要熟知现有网基本状况。三、业务量预测对规划时期内规划区域的各节点及全网的业务量进行预测，是DDN规

划的基础。四、设备配置为保证网络可靠、有效地运行，通常设备的配置可遵循下列原则：（1）满足网络发展的需要。（2）提高设备的利用率。（3）便于安装、维护、管理和应用。（4）因地制宜。4.4计算机通信网4.4.1计

算机通信网发展过程从计算机及其网络的形成与发展历史来看，计算机从单机工作到形成具有通信能力的计算机通信网，其发展过程大致可划分为如下几个阶段。一、计算机面向终端阶段计算机面向终端主要以端机为核心处理各种数据业务。二、分组交换网阶段在20世纪60年代，美国的分组交换网（ARPANE

T）作为计算机通信网技术发展的典型为人们所接受，成为计算机通信网技术发展中的一个里程碑。ARPANET的研究及实用成果对促进计算机及其组网技术的发展起到了积极的作用，为后来蓬勃发展的Internet奠定了物质基础。三、计算机网及体系结构形成阶段在20世纪70年代的中期，随着科学技术的不断

发展与进步，国际上各种以计算机为核心的广域网、局域网与公用分组交换网发展十分的迅速，为此，各个计算机生产商纷纷发展自己的计算机网络系统与设备，这种计算机网络的无序发展状况给网络的互连与互通带来了很大的麻烦。四、高速网络技术阶段从20世纪80年代开始，计算机通信网开始进入其发

展的第四阶段。4.4.2计算机通信网主要功能特点一、数据快速传送数据的快速传送是计算机通信网的基本功能。二、资源的共享资源的共享是计算机通信网最具有吸引力的功能之一。三、可靠性高计算机通信网可靠性提高体现在网中计算机彼此互为备用，因此，网中一台计算机出现故障时，可

以将其任务交由其它计算机去完成，不会出现单机在无后备的情况下出现故障而使整个系统瘫痪的状况。四、均衡负载，相互协作计算机通信网的均衡负载相互协作是指当网中某台计算机负担过重时，可以将部分任务转交给系统中较空闲的计算机去完成。

五、分布式处理方式一般地讲，计算机通信网中的用户可以根据具体情况合理地选择网内资源，就近快速地处理信息。六、机动灵活的工作环境在计算机通信网中，用户通过网络把终端连接到办公室的计算机上，就可以在家里办公。七、方便用户，易于

扩充随着各种网络软件的日益丰富和完善，用户可以通过终端设备各种有用的信息和良好的网络服务，可以把整个网络看作是自己的系统，当需要扩充网络的规模时，只要把新的设备挂在原网络上即可实现扩充。八、性能价格比好网络设计者可以全面的规划，根据系统总的要求和各

站点的实际情况确定各工作站点的具体配置，达到用最少的投资获得最佳效果的目的。4.4.3计算机通信网的组成与分类一、计算机通信网的组成计算机通信网的组成包括：用户资源子网、通信子网和相适应的通信协议。1．用户资源子网用户资源子网是由若干计算机和终端设备、I/O接口、

各种软件资源和数据库等构成，负责全网数据处理业务，向网上用户提供各种网络资源和网络服务。2．通信子网通信子网是由一些专用的通信处理机和连接这些结点的通信链路所组成，它承担全网的数据传输、转接、加工和变换等通信信息处理功能。3．协议协议即通信的双方事先约定好的和必须遵守的规则。二、计算机通信

网的分类1．按网络的拓扑结构进行分类拓扑结构是指构成网络的结构形式。2．按网络的覆盖范围进行分类网络的覆盖范围指能够进行正常通信的区域。3．按网络服务的对象进行分类计算机通信网的服务对象可分为公用和专用两种。4.4.4局域网一、局域网

的定义与分类局域网是在有限距离内联网的通信网。这种网支持所有通信设备的互连，以同轴电缆或双绞线构成通信信道，并能提供宽频带通信及信息资源的共享能力。1．局部区域网（LAN）LAN是一种通用局域网，主要支持小型计算机、微型机和用户终端等设备。2．高速局部网（HSLN）HSLN主要用于主机与大容量

存储设备之间的连接与通信。3．计算机化分支交换网（CBX）CBX是数字交换技术、电话交换技术与计算机技术相结合的综合技术，专门用于处理语音数据的数字化和终端-终端、终端-主机的数据传送。二、局域网基本工作原理1．总线结构局域网的工作原理基于总线拓扑结构的局域网称

作总线结构局域网。它利用总线连接媒介——同轴线、光导纤维或双绞线将网络中的计算机、终端或其它设备连接起来。（1）载波监听多址访问/冲突检测（CSMA/CD）总线结构局域网。（2）令牌传输总线结构局域网CSMA/CD访问总线方式

，冲突是不可避免的，而且冲突发生的概率随着网内台站数目及传输数据量的增加而增加。2．环型局域网基本工作原理环型局域网也是一种常见的网络形式。由于网上各台站有可能同时发送数据，所以必须解决网上竞争问题，环形令牌访问方式使用令牌

控制台站对传输媒体的访问。令牌传送方式的最大问题是令牌的丢失破坏。环型网不存在路由选择问题，所以传输速率高、接口电路简单，并且适合于各种传输媒体，易于构成分布式系统。3．星型局域网工作原理星型局域网属于集

中控制式网络结构，如图4.12所示。网内每个用户直接与中央处理机相连接，中央处理机控制信息的交换与处理。终端终端主机微机电话终端经调制解调器至公用网中央处理器图4.12星型局域网示意图4.4.5城域网城域网是在一个城市范围内建立起来的计算机通信网，简称MA

N。它实际上是一个能覆盖一个城市的很大的局域网，以光纤能提供的速率进行数据传输。4.4.6广域网广域网是在一个广泛的地理范围内所建立的计算机通信网，简称WAN。广域网有时也称为远程网。4.4.7中国公用计算机互联网（CHINANET）计算机互联网，又称因特网（

Internet），是世界上最大的计算机通信网间网，是成千上万信息资源的总称。4.4.8计算机通信网的安全性一、计算机通信网安全性的概念计算机通信网的安全性包括保密性、安全协议的设计和接收控制。1．安全服务安全服务可能包含在体系结构中，也可能包含在体系结构的服务和

协议实现中。体系结构中安全机制提供实现安全服务的手段。针对网络系统受到的威胁，OSI安全体系结构提出六类安全服务。（1）对等实体鉴权服务（2）访问控制（3）数据保密（4）数据完整性（5）数据源点鉴别（6）禁止否认2．安全机制安全机制

实现各种安全服务，可以根据具体的应用环境，将几种安全机制结合在一起，以达到安全保护的目的。ISO建议采用下列8种安全机制。（1）加密机制（2）数据签名机制（3）访问控制机制（4）数据完整性机制（5）鉴权交换机制（6）业务流量填充机制（7）路由控制机制（8）公证机制

3．安全管理安全管理主要是实施一系列安全策略，对除通信安全服务以外的操作进行管理，主要包括鉴别管理、访问控制管理和密钥管理。其中，密钥管理是非常重要的一个环节，它包括：（1）定期产生与安全等级相对应的密钥

。（2）根据访问控制要求，确定哪些实体可以接收密钥副本。（3）在实际开放系统中，以秘密方式把密钥分配到各实体。此外还有安全审计跟踪，包括远程事件收集报告，以及是否允许对选择的事件进行审计跟踪等。二、计算机通信网安全面临的威胁在实际应用中，尽管对计算机通信网的通信过程采取了各方

面的安全控制，但计算机通信网还存在诸多安全方面的威胁，必须引起我们的高度重视。1．信息泄露通信的过程中，第三者可能会通过不正常的手段偷听到甲乙双方的通信内容，利用了本来不是发给它的信息，使信息产生泄露。2．信息识别通信双方不能肯定对方是否是自己想与之通信的对象，以至“相互猜疑”，造成信息传送

的滞留。3．信息假冒非法用户通过获得网络服务，使不准确、不必要的信息传向对方。4．信息篡改攻击者更改网络中传输的报文，以达到某些特殊的目的。5．恶意攻击恶意攻击包括计算机病毒传播、通过向网络注入破坏性病毒实施攻击。（1）搭线窃听。（2）利用电磁泄露。（3）利用信息流分析。6．网络的

主动攻击主动攻击是攻击信息传输的真实性、数据完整性和系统服务的可用性，即通过修改、销毁、替代或伪造网络上传输的数据，以欺骗接收方，并做出对攻击者自身有利的操作。常用的攻击手段有以下几种。（1）假冒攻击（2）破坏数据的完整性（3）非法登录（

4）非授权访问（5）抵赖三、计算机通信网安全措施计算机通信网安全措施有多种，其中最常用的是利用密码学机制完成计算机通信网安全与防护。1．常用的加密体制（1）常规密钥密码体制（2）数据加密标准体制（DES）（3）公开密钥密码体制2．计算机通信网安全的策略通常有两

种不同的加密策略，即链路加密和端到端加密。（1）链路加密（2）端到端加密4.5帧中继网4.5.1帧中继技术及其特点20世纪80年代，很多用户采用了局域网（LAN）技术。一个公司、企业、机关用LAN将本单位的多台计算机进行连网，共享本地网

络资源，同时通过网桥（一种接入设备）或路由器接入公共通信网。1．网络资源利用率高2．传输速率高3．费用低廉4．兼容性好5．组网功能强由于帧中继具有上述优点，所以用户在许多场合应用帧中继来组建自己的广域网络。特别

是在用户网络需要满足以下几点时，采用帧中继技术更是性能/价格比较高的一种解决方案。（1）连网的用户多而且地点比较分散。（2）在一个地点有多个用户需要连网。（3）用户业务量突发性高，对时延要求较高。（4）对速率要求较高。

（5）要求通信质量稳定、可靠。4.5.2中国公用帧中继网一、国家骨干网国家骨干网由各省会城市、直辖市的节点组成，覆盖全国3l个城市，其中北京、上海、沈阳、广州、武汉、成都、南京和西安8个节点为骨干网枢纽节点，负责汇接

、转接骨干节点的业务和省内网、本地网的出口业务。中国公用帧中继网使用美国凯讯（CASCADE）通信公司的帧中继交换机B-STDX9000和ATM交换机CASCADE500组网。二、省内网省内网由设置在省内地市

的节点组成。节点之间采用不完全网状连接。省内网节点负责汇接从属于它的本地网的业务；转接省内网节点间业务，同时可提供用户接入业务。三、本地网在省内城市、地区、县等可根据业务需求组建本地网。本地网由本地的节点组成，采用不完全网状网连接。本地网负责转接本地网节点间的业务，提供用户接入业务。本地网节点与

省内网节点功能一样。四、直达路由设置为了适应某些地区对外通信的特殊需要，在经济合理的情况下，节点之间可按业务需要设置直达电路。4.5.3帧中继业务及应用帧中继最典型的应用是进行局域网互连。帧中继可以为要求进行互连的LAN用户提供高速率、低时延、适合突发性数据传送并能有效防止拥塞的

数据传送业务。帧中继还可为大用户提供虚拟专用网（VPN）业务，即利用帧中继网的部分网络资源（如节点，用户端口等）构成一个相对独立的逻辑分区，接入这个分区的用户共享分区内的网络资源，它们之间的交互作用（如数据信息传

送、控制信息传送等）相对独立于整个帧中继网，并在分区内设置相对独立的网管机构，形成一个虚拟专用网。除了以上两种应用典型例子外，帧中继的应用还有：为高分辨率可视图文、CAD/CAM等需要传送高分辨率图形数据的用户提供高吞吐量（500～2048kbit/s）、低时延（小于几十毫秒）的数据传

送业务。为需要传送对时延要求不高、数据量大的大型文件的用户提供高吞吐量（16～2048kbit/s）的数据传送业务。为需要传送短帧、时延要求高、数据量少的文本编辑用户提供低时延的数据传送业务。4.5.4用户接入一、用户接入方式CHINAFRN是一种经济有效

的公用帧中继网，公众用户如何接入帧中继网就成为一个十分现实的问题。针对不同的用户设备类型，接入方式也各不相同，主要有以下几种：1．局域网（LAN）接入方式LAN通过路由器或网桥接入CHINAFRN。2．终端接入CHlNAFRN的方

式帧中继、ATM型终端可直接接入CHINAFRN。3．专用帧中继网接入CHINAFRN用户专用帧中继网中的一台交换机通过FRUNI接口直接接入CHINAFRN。二、用户接入电路用户接入电路主要有以下几种：1．专线接入2．DDN专线接入3．ISDN网接入

三、用户入网基本速率1．帧中继用户2．ATM用户4.5.5公用帧中继网与其它数据网的关系1．公用帧中继网作为中继传输网2．分组交换网、DDN网作为公用帧中继网的接入网3．公用帧中继网作为CHINANET的接入网4.6AT

M通信网4.6.1ATM与宽带综合业务数字网（B-ISDN）1．对信息的损伤要小2．能灵活地支持各种业务3．具有高速传送信息的能力4．具有可行性4.6.2ATM的基本工作原理一、ATM信元（Cell）ATM使用的信元长度有定长信元和

变长信元之分，又有长度大小之分。二、虚路径（VP）和虚通道（VC）ATM是面向连接的，但是这个连接和电路交换中的连接不一样。三、统计复用ATM的目标，也即ATM的最大特点，就是对任何形式的业务分布都能达到最佳的网络资源利用率。4.6.3ATM网络面临

的挑战一、ATM网络是语音、数据、图像等业务的综合传送平台ATM最初是伴随着B-ISDN的概念提出的，因而在设计的开始就面向多种业务，希望建立一个综合的传送平台。二、ATM网络能提供服务质量（QoS）

保证ATM技术最为引人注目的特点是能够针对连接提供QoS保证。这成为ATM应用于通信网一个最主要原因。三、ATM交换机吞吐量大，适用于骨干网ATM交换机能够提供STM-1/4/16等多种高速接口，故非常适合于广域骨干网。但随着路由器结构的变化，许

多Gbit骨干网路由器也相继推出。四、ATM网能够实现业务量均衡，QoS路由所谓业务量均衡，即可以在给定的源宿与ATM交换机间选择可能的路由，以便在全网范围内分担负荷。五、ATM可以进行无级的带宽

分配ATM连接是由VPI/VCI标识的，连接的带宽原则上可以从0到端口物理带宽的任何值，这就是ATM连接带宽的无级分配，所以，ATM连接带宽有很好的适应性。六、未来的ATM数据骨干网随着通信网的演进，带宽需求的加剧。大容量光纤传输技术的发展，特别是波分复用和密集波分复用（

WDM，DWDM）技术的广泛应用，以光纤为传输信道的数据骨干网将会向STM-1/4甚至于更高的速率推进。实际上，从各方面的情况来看，网络界许多人将IP/ATM/SDH结构视为当前一代的骨干网结构。4.7IP通信网4.7.1IP电话一、IP电话的基本概念IP电话是

当前的一个热门话题，由于IP电话能大幅度降低长途电话特别是国际长途电话的费用，深受广大用户欢迎。二、IP电话的发展及存在的问题1．IP电话发展的阶段和形式（1）萌芽期（技术突破期）最初IP电话的应用研究是基于Internet上PC到PC的通话，只

是因特网的一种联机应用。（2）发展期发展期的标志是采用IP电话网关实现PSTN和Internet的互通，从而实现PC到电话、电话到PC和电话到电话之间通过Internet的实时通信。（3）成熟期大容量电信级IP电话设备的出现和采用统一的标准是IP电话走

向成熟的开始。2．IP电话面临的主要问题虽然IP电话在短时间内有了飞速的发展，与之相关的标准也逐步推出和改进，但IP电话仍存在很多问题。（1）标准问题由于IP电话的国际标准还处在不断发展和完善当中，特别是涉及到不同域间、网闸与网闸之间的通信标准等还在争论中，直接影响了IP电话不同厂家产品的互

通性。（2）承载网络与通话质量问题IP电话是基于TCP/IP协议栈而进行工作的，而后者是为提供非实时数据业务而设计的，例如，对主机之间传输的数据不进行检错和纠错；目前还不能实现带宽管理、无法提供有服务质量（QoS）保证的服务，Interne

t由于网络拥塞、传输损伤引起的时延、丢包会严重影响通话的质量。（3）设备容量Internet接入设备厂商以及网关设备厂商都在努力使产品向大规模发展，从几个E1端口到百余个E1端口。但目前设备的容量离电信级产品还有一定的距离。有待进一步

发展。4.7.2IP通信网协议和标准一、H.323协议H.323协议是ITU-T多媒体通信系列标准H.32X的一部分，这些标准使得在现有通信网上进行多媒体通信成为可能。1．H.323协议基本结构

H.323协议为基于网络的通信系统定义了4个主要的组件：终端（Terminal）、网关（Gateway）、网闸（Gatekeeper）和多点控制单元（MultipointControlUnit，MCU）。图4.14为H.323系统及其结构。H.323终端H.

323MCUH.323网闸H.323终端H.323网关无Qos保证的网络：LAN，IP通信网，Internet等V.70终端H.324终端语音终端H.320终端H.322终端语音终端H.321终端H.321终端H.310模式H.323PSTN电话网有QoS保

证的LANN-ISDNB-ISDN图4.14H.323系统结构（1）终端终端是提供实时、双向通信的用户设备。（2）网关网关提供多种服务，包括H.323设备与符合其它ITU标准的终端之间的转换功能。（3）网闸网闸的功能是向H.323节点提

供呼叫控制服务，也就是在系统中提供：地址翻译、带宽控制、网络接入许可控制与区管理功能等4种服务功能。（4）多点控制单元多点控制单元支持三个或三个以上终端设备的会议式通信，以完成对用户的扩充。2．H.323通信协议栈（1）系统控制系统控制功能是

H.323终端的核心，它提供了H.323终端正确操作的信令。（2）分组与同步H.225.0协议描述了在无服务质量保证的分组交换网上，媒体流的分组打包与同步传输机制，它对传输的音频、视频、数据与控制信息进行格式化，以便输出到网络接口；同时从网

络接口输入报文中恢复接收到的视频、音频、数据与控制流。（3）音频编解码器标准音频编解码器对输入的音频信息进行编码传输，在接收端进行解码以便输出到扬声器。（4）视频编码器标准视频编解码器对输入的视频信息进行编码传输，在接

收端进行解码以便输出到显示器。（5）数据会议标准T.120数据会议是可选功能。3．H.323协议对各种信息流所采用的传输机制在H.323协议控制通信系统中，控制信令和数据流的传送利用了面向连接的传输机制。H.323协议经过多年发展，功能不断增强，受到广大厂商的支持。VoIP论坛已采用H.32

3协议作为Internet电话技术的基础。二、会话发起协议（SIP）会话发起协议（SessionInitiationProtocol，SIP）是由IETF推出的会话初始化协议，是基于文本的协议，采用SIP规则

资源定位语言描述。三、IP电话通信网结构——网关与网闸1．IP电话通信网结构模型Internet是最大的IP电话通信网络，通常IP电话就是指通过IP协议在Internet上完成的语音通信过程。2．IP电话网关（ITG或GW）（1）网关（Gate

way）结构当前普遍采用的ITG结构如图4.16所示。ITG由公用电话交换网（PSTN）中继接口、快速时分总线、数字信号处理（DSP）板、主处理器（CPU）、全局RAM以及网卡等设备组成。PSTN中继接口DSP板RAM网

卡CUP连接PASTN连接Internet呼叫处理模块信令语音处理模块语音语音处理模块语音处理模块ITG的硬件结构SNMP报文IP分组ITG的软件功能模块快速时分总线图4.16ITG软、硬件结构示意图（2）网关的协议结构网关的协议结构基于H.323。它是Internet电话网关事实上的标准，

受到众多大公司的支持。（3）经过网关的IP电话系统的实际通信过程图4.18示出了电话用户到电话用户的通信过程。呼叫建立语音传输呼呼叫终止检测空闲的话路呼叫回答呼叫受话方语音信号终止证实终止会话断连请求断连证实证实连接传送终止信号发送

受话方电话号码建立连接协商语音参数压缩语音信号语音信号终止会话终止证实拨特服务号码呼叫ITG提示输入用户账号、密码输入用户账号、密码身份正确，要求输入电话号码输入受话方电话号码呼叫方源ITG受话方目的ITG图4.18IP电话系统

通信过程3．网闸（Gatekeeper，GK）网闸是H.323协议中的可选单元，它的作用是为其它H.323协议提供控制和管理服务。（1）呼叫控制网闸可以对呼叫进行控制，可以根据区域内的通信情况允许或不允许某次呼叫访问IP通信网。（2）地址翻译地址翻译在最底层，IP寻址用于在H.32

3实体间建立通信。（3）呼叫授权网闸可以控制对数据库和PSTN网络的访问并同时提供计费信息。（4）带宽管理网闸允许终端请求带宽，并可以根据内建策略或第三方应用程序所提供的策略来允许或禁止这种请求。（4）带宽管理网闸允许终端请求带宽，并可以根据内建策略或第三方应用程序所提供的策略来允许或

禁止这种请求。（5）提供高级IP电话服务用户希望他们可以从IP电话中节省费用，而且不希望服务质量、可靠性等因此而降低。4．用网关和网闸构建IP电话通信网图4.19所示的是只有一个网闸的单级单域网结构，认证、计费服务器与

网闸分开设置。GK认证Internet计费ITGITGPSTN/ISDNPC用户Modem电话用户PSTN/ISDN电话用户ModemPC用户No.7/中国一号ISDN-PRINo.7/中国一号ISDN-PRI图4.19单级单域网结构5．计费方式（1）主叫计费主叫计费以主叫号码识别计费用户，

用户无须登记即可使用IP电话业务，即实现我们常说的“先使用，后付费”。（2）卡号计费200、300电话卡业务属于卡号计费方式，“先付费，后使用”，网闸和认证服务器只需要对存在的卡号进行验证，操作比较容易。6．电话的服务质量与对策对IP电话的特性分析可知，影响I

P电话质量的因素有：编码方法、时延、时延抖动、丢包、比特差错、协议处理。