1.6 公共数据网的发展

公共数据网（PDN，Public Data Network）的建设为组建广域网奠定了基础。研究公共数据网的数据交换技术，就需要了解X.25网、帧中继、B-ISDN与ATM的基本工作原理，以及它们的发展与演变过程，这对进一步学习网络技术是十分有用的。

1.6.1 X.25网

早期，很多国家和地区都组建了X.25网。X.25网是一种典型的公用分组交换网，它是国际电话电报咨询委员会CCITT为广域网制定的一个早期标准。每个X.25网都由多个分组交换机通过租用线路互连而成。连接到分组交换机的计算机可以通过X.25网发送和接收数据。X.25网提供双向分组交换。很多电信公司已采用X.25标准组建了X.25网，并使用它来提供数据通信服务。

由于X.25标准是基于传输速率低、误码率高的通信线路，因此为了克服通信线路的数据传输质量较差的缺点，X.25标准采用了复杂的差错控制、流量控制与拥塞控制机制，这就造成了X.25协议复杂，工作效率不高。X.25网的传输速率较低，一般为64Kbps。由于在制定X.25标准时，个人计算机与局域网还没有得到发展，因此X.25标准主要是针对大型机与终端联网。尽管X.25网有很多的局限性，但到目前为止X.25网仍在使用。

1.6.2 帧中继

随着计算机与通信技术的不断发展，数据通信的环境也在不断发生变化。这种变化主要表现在以下三个方面：

（1）传输介质由原有的电缆逐步发展到光纤，光纤的误码率很低，同时数据的传输速率又相当高。

（2）局域网本身的数据传输速率已经达到2Mbps～1Gbps，并且正在逐步向10Gbps发展，多个局域网之间高速互连的要求越来越强烈。

（3）用户设备（如微型计算机）性能大大提高，可以承担一部分原来由数据通信网承担的通信处理功能。

传统的X.25网建立在原有的速率较低、误码率较高的传输介质基础上，为了保证数据传输的可靠性，X.25协议是十分复杂的。显然，人们希望通过复杂的网络协议去克服早期传输介质与通信系统误码率高的缺点，用增大网络传输的延迟时间来换取数据传输的可靠性。但是，随着传输介质与通信系统的改进，在数据传输速率高、误码率低的光纤上，完全可以使用简单的协议来达到网络系统对数据通信误码率的要求。同时，通过简化协议可以进一步减小网络传输时延，满足数据通信更高的要求。帧中继（FR，Frame Relay）技术是在这样的背景下产生的。

帧中继是基于数据帧在光纤上传输误码率低的前提而设计的。它主要考虑如何减少数据帧在通信子网中的开销，因此它去掉了流量控制与差错控制机制。通信子网中的差错控制由主机的高层来保证。

帧中继网是由多个帧中继交换机通过租用线路互连而成的。连接到帧中继交换机的计算机可以发送和接收以帧为单位的数据。帧中继交换机只要检测到帧的目的地址就立即转发该帧。也就是说，一个结点在接收到帧的首部后，就立即开始转发该帧。在传统的X.25网中，分组在通过每个通信子网的结点时，大约要进行30次左右的差错检测及其他处理。在帧中继网络中，帧通过每个交换机大约只需执行6个处理步骤，这将明显减少帧通过帧中继交换机的处理延时。实验结果表明，一个帧通过帧中继网的处理时间比通过X.25网要降低一个数量级，而吞吐量要比X.25网络提高一个数量级以上。目前，帧中继网的数据传输速率一般为1.5Mbps。

帧中继网的设计目标主要是针对局域网之间的互连，它以面向连接的方式、合理的数据传输速率与低廉的价格提供数据通信服务。如果一家公司在两个城市中都有办事机构，分别各有一个局域网，则该公司可以有两种方案将两个局域网互连。一个方案是向电话公司租用一条线路，利用“实际租用专线”连接两个局域网。另一个方案是将局域网连接到帧中继网，利用帧中继网在两个局域网之间建立“虚拟租用线路”。

实际租用专线与虚拟租用线路是不同的。对于计算机的突发性通信来说，不可能在线路租用期间一直以最高传输速率传输数据，这就造成租用专线的费用较高与线路利用率低。帧中继网的带宽可以根据用户的需要，采用统计复用的方式来动态分配。因此，帧中继网的线路利用率高，用户费用比较低。

1.6.3 综合业务数字网

随着网络与信息技术的飞速发展，实现通信业务的可视化、智能化和个人化已成为发展方向，通信网络研究的热点已转移到宽带综合业务数字网上来。

1.综合业务数字网的概念

现代通信的一个重要特点是信息的数字化与通信业务的多样化。在一些发达国家，电话业务已经趋于饱和，而其他电信增值业务（如传真、电子邮件、IP电话、可视电话等）及数据通信的发展非常迅速。现有的电话网、数据通信网、有线电视网只能为用户提供电话、数据与图像中的一种业务，用户通过一种网络只能得到一种服务。当用户需要使用多种服务时，必须按服务类型分别申请多条用户线路。这种按业务组网的方式存在用户成本高、线路利用率低等缺点，已经严重阻碍了通信与网络的发展。

在这种背景下，CCITT提出将语音、数据、图像等业务综合在一个网络中的设想，这就是综合业务数字网（ISDN，Integrated Service Digital Network）。近年来，ISDN致力于实现以下这些目标：

（1）提供一个在世界范围内协调一致的数字通信网络，支持各种通信服务，并在不同的国家采用相同的标准。

（2）为在通信网络之间进行数字传输提供完整的标准。

（3）提供一个标准用户接口，使通信网络内部的变化对终端用户是透明的。

ISDN支持多个按照时分复用的信道。利用ISDN技术，电话系统可以转变成一个能在适当速率下传输不同类型信息的网络。ISDN可以同时提供多种业务，在ISDN上可以同时传送电话、电报、数据等多种不同的信息。一个ISDN用户可以同时与多个用户通信，而且这些通信可以是不同业务类型。例如，在与一个用户打电话的同时，还可以向另一个用户发传真。由于ISDN可以实现语音、数据与图像的综合化，因此可以通过一条用户线路实现电话、数据与图像的综合服务。

由于ISDN完全采用数字信道，因此能获得较高的通信质量与可靠性。同时，ISDN为今后可能出现的新业务提供了可扩展性。图1-3给出了从传统的电信网向ISDN的发展。

2.从N-ISDN向B-ISDN的发展

ISDN是从20世纪70年代开始构思，从20世纪80年代开始进行研究与试验的。1972年，CCITT提出了ISDN的设想。1984年，CCITT在红皮书中正式发表窄带Ⅰ系列建议。日本、西德、英国、法国和美国先后建立了ISDN实验网。1988年，CCITT总结归纳了各国试验网的研究成果，在蓝皮书中对ISDN技术规范作了详细规定。从1988年起，各国迅速推动ISDN向商用化方向发展。

随着光纤、多媒体、高分辨率动态图像与文件传输技术的发展，人们对数据传输速率的要求越来越高。在ISDN标准还没有制定完成时，又提出了一种新型的宽带综合业务数字网（B-ISDN，Broadband-ISDN）建议。相对于B-ISDN，传统的ISDN应该称为窄带综合业务数字网（N-ISDN，Narrowband-ISDN）。设计B-ISDN的目标是将语音、数据、静态与动态图像传输，以及N-ISDN提供的所有服务综合在一个网络中，覆盖从低传输速率、非实时传输到高传输速率、实时突发性等各类传输要求。

B-ISDN与N-ISDN的区别主要表现在：N-ISDN以目前使用的公用电话交换网为基础，而B-ISDN以光纤作为干线和用户环路传输介质；N-ISDN采用同步时分多路复用技术，而B-ISDN采用异步传输模式ATM技术；N-ISDN各通路及其速率是预先规定的，而B-ISDN使用通路的概念，它的传输速率不是预先规定的。

B-ISDN的目标是为用户提供数据、语音与图像传输，以及电视会议、信息检索、远程教学、数字广播与数字电视等服务。目前，一些国家已在进行B-ISDN的前期试验，并已开始着手建设B-ISDN网络。

1.6.4 异步传输模式

为了实现B-ISDN网络的设计目标，人们提出了综合性更强的异步传输模式（ATM）技术。AT M曾经是网络界研究的一个热点问题，在多媒体网络应用中有很好的应用效果。但是，AT M在与高速以太网的竞争中暴露出难以推广的缺点。

ATM领域最具影响力的组织是ITU-T和ATM论坛。ITU-T的前身是国际电报电话咨询委员会（CCITT），它主要从事电话、电报和数据通信接口方面的技术规范制定。ITU-T可细分为若干小组，它们分别进行不同领域的标准开发。ITU-T制定的标准包括ATM参考模型、体系结构、功能、信令，以及与现有网络的互连等。

1991年，ATM论坛由四家公司发起组建，目前它的成员已超过了900家。ATM论坛的目的是加速AT M产品与服务的开发与推广。ATM论坛制定的标准往往成为实际中遵循的规范。AT M论坛制定大量关于各层功能与结构、接口、网络管理、通信量管理、与帧中继和SMDS互连、LAN仿真及多协议互连的规范。由于ATM能根据应用程序的需求动态分配带宽，并且非常适于实时的多媒体应用，因此成为B-ISDN的核心传输技术。

AT M技术主要有以下几个特点：ATM是一种面向连接的技术，采用小的、固定长度的数据传输单元（信元）；AT M能够支持多媒体通信，各类信息（数字、语音、图像、视频）都以信元为单位传输；AT M以统计时分多路复用方式动态分配网络带宽，网络传输延时小，适应实时通信的要求；AT M没有链路到链路的差错控制与流量控制，协议简单，数据交换效率高；AT M采用两级虚电路机制，增加虚电路分配的灵活性；AT M的数据传输速率可达155Mbps～2.4Gbps。

促进AT M技术发展的因素主要是用户对网络带宽需求的增长和带宽灵活性的需求。多媒体网络应用需要传输语音、数字、文字、图形与视频等多种数据，并且对数据传输的实时性要求越来越高。这种应用将会增加局域网突发性的通信量，而在不同类型的数据混合应用时，各类数据传输的服务质量（QoS，Quality of Service）不同。多媒体网络应用与实时通信要求网络传输的高速率与低延迟，AT M技术能满足这类应用的要求。