1.6 公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展

公共數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN，Public Data Network）的建設(shè)為組建廣域網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。研究公共數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，就需要了解X.25網(wǎng)、幀中繼、B-ISDN與ATM的基本工作原理，以及它們的發(fā)展與演變過(guò)程，這對(duì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是十分有用的。

1.6.1 X.25網(wǎng)

早期，很多國(guó)家和地區(qū)都組建了X.25網(wǎng)。X.25網(wǎng)是一種典型的公用分組交換網(wǎng)，它是國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì)CCITT為廣域網(wǎng)制定的一個(gè)早期標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)X.25網(wǎng)都由多個(gè)分組交換機(jī)通過(guò)租用線路互連而成。連接到分組交換機(jī)的計(jì)算機(jī)可以通過(guò)X.25網(wǎng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。X.25網(wǎng)提供雙向分組交換。很多電信公司已采用X.25標(biāo)準(zhǔn)組建了X.25網(wǎng)，并使用它來(lái)提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

由于X.25標(biāo)準(zhǔn)是基于傳輸速率低、誤碼率高的通信線路，因此為了克服通信線路的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量較差的缺點(diǎn)，X.25標(biāo)準(zhǔn)采用了復(fù)雜的差錯(cuò)控制、流量控制與擁塞控制機(jī)制，這就造成了X.25協(xié)議復(fù)雜，工作效率不高。X.25網(wǎng)的傳輸速率較低，一般為64Kbps。由于在制定X.25標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，個(gè)人計(jì)算機(jī)與局域網(wǎng)還沒(méi)有得到發(fā)展，因此X.25標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)大型機(jī)與終端聯(lián)網(wǎng)。盡管X.25網(wǎng)有很多的局限性，但到目前為止X.25網(wǎng)仍在使用。

1.6.2 幀中繼

隨著計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)通信的環(huán)境也在不斷發(fā)生變化。這種變化主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）傳輸介質(zhì)由原有的電纜逐步發(fā)展到光纖，光纖的誤碼率很低，同時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸速率又相當(dāng)高。

（2）局域網(wǎng)本身的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)達(dá)到2Mbps～1Gbps，并且正在逐步向10Gbps發(fā)展，多個(gè)局域網(wǎng)之間高速互連的要求越來(lái)越強(qiáng)烈。

（3）用戶設(shè)備（如微型計(jì)算機(jī)）性能大大提高，可以承擔(dān)一部分原來(lái)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承擔(dān)的通信處理功能。

傳統(tǒng)的X.25網(wǎng)建立在原有的速率較低、誤碼率較高的傳輸介質(zhì)基礎(chǔ)上，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕琗.25協(xié)議是十分復(fù)雜的。顯然，人們希望通過(guò)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議去克服早期傳輸介質(zhì)與通信系統(tǒng)誤碼率高的缺點(diǎn)，用增大網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t時(shí)間來(lái)?yè)Q取數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴５牵S著傳輸介質(zhì)與通信系統(tǒng)的改進(jìn)，在數(shù)據(jù)傳輸速率高、誤碼率低的光纖上，完全可以使用簡(jiǎn)單的協(xié)議來(lái)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)通信誤碼率的要求。同時(shí)，通過(guò)簡(jiǎn)化協(xié)議可以進(jìn)一步減小網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，滿足數(shù)據(jù)通信更高的要求。幀中繼（FR，F(xiàn)rame Relay）技術(shù)是在這樣的背景下產(chǎn)生的。

幀中繼是基于數(shù)據(jù)幀在光纖上傳輸誤碼率低的前提而設(shè)計(jì)的。它主要考慮如何減少數(shù)據(jù)幀在通信子網(wǎng)中的開(kāi)銷，因此它去掉了流量控制與差錯(cuò)控制機(jī)制。通信子網(wǎng)中的差錯(cuò)控制由主機(jī)的高層來(lái)保證。

幀中繼網(wǎng)是由多個(gè)幀中繼交換機(jī)通過(guò)租用線路互連而成的。連接到幀中繼交換機(jī)的計(jì)算機(jī)可以發(fā)送和接收以幀為單位的數(shù)據(jù)。幀中繼交換機(jī)只要檢測(cè)到幀的目的地址就立即轉(zhuǎn)發(fā)該幀。也就是說(shuō)，一個(gè)結(jié)點(diǎn)在接收到幀的首部后，就立即開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)該幀。在傳統(tǒng)的X.25網(wǎng)中，分組在通過(guò)每個(gè)通信子網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)時(shí)，大約要進(jìn)行30次左右的差錯(cuò)檢測(cè)及其他處理。在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中，幀通過(guò)每個(gè)交換機(jī)大約只需執(zhí)行6個(gè)處理步驟，這將明顯減少幀通過(guò)幀中繼交換機(jī)的處理延時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一個(gè)幀通過(guò)幀中繼網(wǎng)的處理時(shí)間比通過(guò)X.25網(wǎng)要降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，而吞吐量要比X.25網(wǎng)絡(luò)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。目前，幀中繼網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為1.5Mbps。

幀中繼網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是針對(duì)局域網(wǎng)之間的互連，它以面向連接的方式、合理的數(shù)據(jù)傳輸速率與低廉的價(jià)格提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。如果一家公司在兩個(gè)城市中都有辦事機(jī)構(gòu)，分別各有一個(gè)局域網(wǎng)，則該公司可以有兩種方案將兩個(gè)局域網(wǎng)互連。一個(gè)方案是向電話公司租用一條線路，利用“實(shí)際租用專線”連接兩個(gè)局域網(wǎng)。另一個(gè)方案是將局域網(wǎng)連接到幀中繼網(wǎng)，利用幀中繼網(wǎng)在兩個(gè)局域網(wǎng)之間建立“虛擬租用線路”。

實(shí)際租用專線與虛擬租用線路是不同的。對(duì)于計(jì)算機(jī)的突發(fā)性通信來(lái)說(shuō)，不可能在線路租用期間一直以最高傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)，這就造成租用專線的費(fèi)用較高與線路利用率低。幀中繼網(wǎng)的帶寬可以根據(jù)用戶的需要，采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用的方式來(lái)動(dòng)態(tài)分配。因此，幀中繼網(wǎng)的線路利用率高，用戶費(fèi)用比較低。

1.6.3 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)

隨著網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)通信業(yè)務(wù)的可視化、智能化和個(gè)人化已成為發(fā)展方向，通信網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)已轉(zhuǎn)移到寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)上來(lái)。

1.綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的概念

現(xiàn)代通信的一個(gè)重要特點(diǎn)是信息的數(shù)字化與通信業(yè)務(wù)的多樣化。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，電話業(yè)務(wù)已經(jīng)趨于飽和，而其他電信增值業(yè)務(wù)（如傳真、電子郵件、IP電話、可視電話等）及數(shù)據(jù)通信的發(fā)展非常迅速。現(xiàn)有的電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)只能為用戶提供電話、數(shù)據(jù)與圖像中的一種業(yè)務(wù)，用戶通過(guò)一種網(wǎng)絡(luò)只能得到一種服務(wù)。當(dāng)用戶需要使用多種服務(wù)時(shí)，必須按服務(wù)類型分別申請(qǐng)多條用戶線路。這種按業(yè)務(wù)組網(wǎng)的方式存在用戶成本高、線路利用率低等缺點(diǎn)，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了通信與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

在這種背景下，CCITT提出將語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)綜合在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)想，這就是綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN，Integrated Service Digital Network）。近年來(lái)，ISDN致力于實(shí)現(xiàn)以下這些目標(biāo)：

（1）提供一個(gè)在世界范圍內(nèi)協(xié)調(diào)一致的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，支持各種通信服務(wù)，并在不同的國(guó)家采用相同的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）為在通信網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)字傳輸提供完整的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用戶接口，使通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的變化對(duì)終端用戶是透明的。

ISDN支持多個(gè)按照時(shí)分復(fù)用的信道。利用ISDN技術(shù)，電話系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)變成一個(gè)能在適當(dāng)速率下傳輸不同類型信息的網(wǎng)絡(luò)。ISDN可以同時(shí)提供多種業(yè)務(wù)，在ISDN上可以同時(shí)傳送電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)等多種不同的信息。一個(gè)ISDN用戶可以同時(shí)與多個(gè)用戶通信，而且這些通信可以是不同業(yè)務(wù)類型。例如，在與一個(gè)用戶打電話的同時(shí)，還可以向另一個(gè)用戶發(fā)傳真。由于ISDN可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)與圖像的綜合化，因此可以通過(guò)一條用戶線路實(shí)現(xiàn)電話、數(shù)據(jù)與圖像的綜合服務(wù)。

由于ISDN完全采用數(shù)字信道，因此能獲得較高的通信質(zhì)量與可靠性。同時(shí)，ISDN為今后可能出現(xiàn)的新業(yè)務(wù)提供了可擴(kuò)展性。圖1-3給出了從傳統(tǒng)的電信網(wǎng)向ISDN的發(fā)展。

2.從N-ISDN向B-ISDN的發(fā)展

ISDN是從20世紀(jì)70年代開(kāi)始構(gòu)思，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行研究與試驗(yàn)的。1972年，CCITT提出了ISDN的設(shè)想。1984年，CCITT在紅皮書中正式發(fā)表窄帶Ⅰ系列建議。日本、西德、英國(guó)、法國(guó)和美國(guó)先后建立了ISDN實(shí)驗(yàn)網(wǎng)。1988年，CCITT總結(jié)歸納了各國(guó)試驗(yàn)網(wǎng)的研究成果，在藍(lán)皮書中對(duì)ISDN技術(shù)規(guī)范作了詳細(xì)規(guī)定。從1988年起，各國(guó)迅速推動(dòng)ISDN向商用化方向發(fā)展。

隨著光纖、多媒體、高分辨率動(dòng)態(tài)圖像與文件傳輸技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來(lái)越高。在ISDN標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有制定完成時(shí)，又提出了一種新型的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN，Broadband-ISDN）建議。相對(duì)于B-ISDN，傳統(tǒng)的ISDN應(yīng)該稱為窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（N-ISDN，Narrowband-ISDN）。設(shè)計(jì)B-ISDN的目標(biāo)是將語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)圖像傳輸，以及N-ISDN提供的所有服務(wù)綜合在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，覆蓋從低傳輸速率、非實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁邆鬏斔俾省?shí)時(shí)突發(fā)性等各類傳輸要求。

B-ISDN與N-ISDN的區(qū)別主要表現(xiàn)在：N-ISDN以目前使用的公用電話交換網(wǎng)為基礎(chǔ)，而B-ISDN以光纖作為干線和用戶環(huán)路傳輸介質(zhì)；N-ISDN采用同步時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，而B-ISDN采用異步傳輸模式ATM技術(shù)；N-ISDN各通路及其速率是預(yù)先規(guī)定的，而B-ISDN使用通路的概念，它的傳輸速率不是預(yù)先規(guī)定的。

B-ISDN的目標(biāo)是為用戶提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音與圖像傳輸，以及電視會(huì)議、信息檢索、遠(yuǎn)程教學(xué)、數(shù)字廣播與數(shù)字電視等服務(wù)。目前，一些國(guó)家已在進(jìn)行B-ISDN的前期試驗(yàn)，并已開(kāi)始著手建設(shè)B-ISDN網(wǎng)絡(luò)。

1.6.4 異步傳輸模式

為了實(shí)現(xiàn)B-ISDN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，人們提出了綜合性更強(qiáng)的異步傳輸模式（ATM）技術(shù)。AT M曾經(jīng)是網(wǎng)絡(luò)界研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，在多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中有很好的應(yīng)用效果。但是，AT M在與高速以太網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中暴露出難以推廣的缺點(diǎn)。

ATM領(lǐng)域最具影響力的組織是ITU-T和ATM論壇。ITU-T的前身是國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（CCITT），它主要從事電話、電報(bào)和數(shù)據(jù)通信接口方面的技術(shù)規(guī)范制定。ITU-T可細(xì)分為若干小組，它們分別進(jìn)行不同領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)。ITU-T制定的標(biāo)準(zhǔn)包括ATM參考模型、體系結(jié)構(gòu)、功能、信令，以及與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互連等。

1991年，ATM論壇由四家公司發(fā)起組建，目前它的成員已超過(guò)了900家。ATM論壇的目的是加速AT M產(chǎn)品與服務(wù)的開(kāi)發(fā)與推廣。ATM論壇制定的標(biāo)準(zhǔn)往往成為實(shí)際中遵循的規(guī)范。AT M論壇制定大量關(guān)于各層功能與結(jié)構(gòu)、接口、網(wǎng)絡(luò)管理、通信量管理、與幀中繼和SMDS互連、LAN仿真及多協(xié)議互連的規(guī)范。由于ATM能根據(jù)應(yīng)用程序的需求動(dòng)態(tài)分配帶寬，并且非常適于實(shí)時(shí)的多媒體應(yīng)用，因此成為B-ISDN的核心傳輸技術(shù)。

AT M技術(shù)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：ATM是一種面向連接的技術(shù)，采用小的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)傳輸單元（信元）；AT M能夠支持多媒體通信，各類信息（數(shù)字、語(yǔ)音、圖像、視頻）都以信元為單位傳輸；AT M以統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用方式動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)小，適應(yīng)實(shí)時(shí)通信的要求；AT M沒(méi)有鏈路到鏈路的差錯(cuò)控制與流量控制，協(xié)議簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)交換效率高；AT M采用兩級(jí)虛電路機(jī)制，增加虛電路分配的靈活性；AT M的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)155Mbps～2.4Gbps。

促進(jìn)AT M技術(shù)發(fā)展的因素主要是用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的增長(zhǎng)和帶寬靈活性的需求。多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要傳輸語(yǔ)音、數(shù)字、文字、圖形與視頻等多種數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求越來(lái)越高。這種應(yīng)用將會(huì)增加局域網(wǎng)突發(fā)性的通信量，而在不同類型的數(shù)據(jù)混合應(yīng)用時(shí)，各類數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）不同。多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與實(shí)時(shí)通信要求網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咚俾逝c低延遲，AT M技術(shù)能滿足這類應(yīng)用的要求。