数字数据网

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数字数据网(Digital Data Network,DDN)

目录

什么是数字数据网[1]

  数字数据网是采用数字信道提供永久或半永久性电路来传输数据通信业务的数字传输网。其采用了数据通信数字通信数字交叉连接计算机和宽带通信等技术

数字数据网的特点[2]

  DDN是利用数字信道来连续传输数据信号,它不具备数据交换的功能,不同于通常的报文交换网和分级交换网。归纳起来DDN有以下几个特点:

  ①DDN是透明传输网。由于DDN将数字通信的规则和协议寄托在智能化程度的用户终端来完成,本身不受任何规程的约束,所以是全透明网,是一种面向各类数据用户的公用通信网,它可以看成是一个大型的中继开放系统。

  ②传输速率高,网络时延小。由于DDN用户数据信息是根据事先的协议,在固定通道带宽和预先约定速率的情况下顺序连接网络,这样只需按时隙通道就可以准确地将数据信息送到目的地,从而免去了目的终端对信息重组,因此减少了时延。另外,DDN数据传输通道采用了时分复用技术,可以直接传送高速数据信号。

  ③DDN可提供灵活的连接方式。DDN可以支持数据、语音、图像传输等多种业务,它不仅可以和客户终端设备进行连接,而且还可以和用户网络进行连接,为用户网络互连提供灵活的组网环境。DDN的通信速率可根据用户需要在N×64kbit/s(N=1—32)之间进行选择,当然速度越快租用费用也就越高。

  ④灵活的网络管理系统。DDN采用的图形化网络管理系统可以实时地收集网络内发生的故障并进行故障分析和定位。通过网络图形颜色的变化,显示出故障点的信息,其中包括网络设备的地点、网络设备的电路板编号及端口位置从而提醒维护人员及时准确地排除故障。

  ⑤保密性高。由于DDN专线提供点到点的通信,信道固定分配,保证通信的可靠性,不会受其他客户使用情况的影响,因此通信保密性强,特别适合金融、保险客户需要

  ⑥DDN是同步数据网。DDN采用数字方式来传输数据,必须要求全网的系统保持同步,否则网内各节点在实现互连和电路的转接、分支时,就很难协调工作造成数据的定期挂失或重复现象。

数字数据网的组成[3]

  数字数据网是由数字数据网结点、局间传输系统、本地传输系统、用户线、网络接入单元、同步系统和网络管理系统组成的,如图1所示。
Image:数字数据网的组成.jpg

  数字数据网有关概念说明如下:

  (1)数字数据网节点。主要由大、中容量的数字交叉连接设备构成,用于数字传输线路的交换、调度和管理,是数字数据网的核心设备,即图中的N。

  (2)局间传输系统。它是指节点N之间的数字信道,一般是指数字传输系统中的基群信道,在我国主要采用E1(2048kb/s)数字信道。

  (3)本地传输系统。由用户设备、用户接入单元和用户线等组成。用户设备包括PC机、电话机、多路复用器和路由器

  (4)用户线。即一般的市话用户线路。

  (5)网络接入单元。用于把用户设备接入网络节点。

  (6)同步系统。它的作用是提供设备工作的同步时钟,以保证全网设备的同步。网同步分为准同步、主从同步和相互同步。数字数据网一般采用主从同步方式。

  (7)网络管理系统它是网络能否安全、正常运行的可靠和必要保证。数字数据网络管理系统的功能主要包括网络结构和业务的配置、监视网络运行、故障管理、安全管理、网络信息收集和计费管理等。当网络规模较大时,网络管理宜采用分级管理模式。

  数字数据网络的构成一般都采用分级的结构。我国的数字数据网包括国家骨干网(一级干线网)、省内干线网(二级干线网)和本地网(用户网)3个级别。各级网络根据网络规模选用适当类型的节点。

数字数据网的基本原理[4]

  1.DDN的复用技术

  (1)PCM帧复用

  它是将32条64kbit/s的PCM信道复用在一条2048kbit/s信道上,如图2所示。
Image:PCM帧、超速率复用.jpg

  (2)超速率复用

  超速率复用是将多个64kbit/s信道合并行一起,提供传输容量大于64kbit/s的复用方法。如可提供各种速率(384kbit/s,N=6;768kbit/s,N=12)的的会议电视等业务,如图3所示。

  (3)子速率复用

  在DDN中,信息传输速率小于64kbit/s时,称为子速率:将多个子速率信息复用到一条64kbit/s数字信道上,称为子速率复用。子速率复用可有多种标准,例如CCITT X.50最为常用,CCITTX.50标准是一种由包封构成帧的复用方式,如图4所示。
Image:8bit包封结构.jpg

  20个包封为一帧,其中20个F构成同步码。

  复用效率为6/8=75%。

  X.50复用的主要特点是引入了同步比特用于复帧同步。引入状态比特S,当采用随路信令时,它可提供区分用户—网络信令和用户—用户数据的信息,这在电路交换中十分有用。

  2.交叉连接技术

  DDN节点中的交叉连接是以64kbit/s数字信号时分复用(TDM)的时隙为单元来进行的,如图5所示,因此称为数字交叉连接(DXC)。DXC通常采用单级时隙交换结构,由于没有中间级交换,因而就不存在中间阻塞路径,所以,单级时隙交换可确保DXC的交换是无阻塞的。

  DXC在完成以64kbit/s(DSO)信道为单位的交接的同时,还能实现CCITF的EI(2048kbit/s)和美国ANSI的T1(1544kbit/s)间的变换,以及PCM话音的A律和美国μ律间编码的变换和信令间的变换。DXC的下落(Drop)、插入(Insert)及分流(By-pass)功能如图6所示。
Image:交叉连接技术.jpg

  3.DDN的网同步系统

  采用数字传输方式的数据通信希望正常运行的一个基本要求是网同步,DDN适宜同步数字传输网,它要求全网的所有设备必须同步工作。网同步系统的任务是通过采用某种技术,供给全网设备工作的同步时钟,确保全网设备的同步工作。

  DDN网同步有三种方式,即准同步、主从同步和相互同步。

  准同步是指时钟信号具有相同的标称频率,且频率的任何变化都限制在规定的极限内。在网络中,每个节点的定时有各自的时钟控制,节点间相互锁定,基本稳定在一个频率上。

  主从同步是指全网只有一个基准时钟作为主时钟,网内各节点的时钟均作为从时钟由该主时钟控制。

  相互同步是指全网由一组同步子网组成,每个子网均由一个基准时钟控制子网内各节点的时钟同步,在子网之间按准同步方式工作。

  DDN节点一般采用晶体振荡器作为时钟源,大、中型节点参照三级时钟源的要求,小型节点参照四级时钟的要求。DDN节点应可选择主、从两种定时方式,主定时方式以本节点时钟源作为定时的工作方式;从定时方式是以某一参考基准频率为标准,对本节点时钟源进行锁定作为定时的工作方式。

  DDN节点应允许有多个参考基准频率来源,如:

  (1)由电信局统一提供的标准频率信号,通常应优先使用,以保持与数字同步网的同步;

  (2)从集合信道接口提取的定时信号;

  (3)直接使用数据接口上的定时信号。

  目前,世界上许多国家的国内DDN大部分采用主从同步方式,我国建立的DDN节点间的同步要求与我国数字网的网同步方式一致,采用主从等级同步方式工作:通常各DDN节点根据其所在的位置,优先考虑从连到高等级的数字通道上提取参考基准信号。准同步方式一般被推荐为在DDN国际间互联的数字电路上使用,其要求符合ITU-T G.811建议的规定。

  用户入网的同步应首先选择网络提供的定时信号,在不能使用网络定时的情况下,可在用户接口处插入缓冲存储器,用以减少由于双方定时偏差引起的滑动。

  4.DDN的网络管理系统

  网络管理系统一般由网络工作站及相应的网管软件组成,其完成的功能通常包括网络配置管理、网络故障管理、网络运行分析统计、计费管理及网络安全管理。DDN的网管系统主要负责全网各节点正常运行的监视、调度及控制,对网络运行状况进行统计分析等。

数字数据网节点类型[5]

  中国DDN技术体制将DDN节点分成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网络的骨干节点,执行网络业务的转换功能。主要提供2048kbit/s(E1)数字通道的接口和交叉连接、对N×64kbit/s电路进行复用和交叉连接以及帧中继业务的转接功能。

  (2)接入节点。接入节点主要为DDN各类业务提供接入功能,主要有:

  ①N×64kbit/s、2048kbit/s数字通道的接口;

  ②N×64kbit/s(N=1—31)的复用;

  ③小于64kbit/s子速率复用和交叉连接;

  ④帧中继业务用户接入和本地帧中继功能;

  ⑤压缩话音/G3传真用户入网。

  (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。它包括小容量时分复用设备;LAN通过帧中继互连的网桥/路由器等。

  在实际组建各级网络时,可以根据网络规模、业务量等具体情况,酌情变动上述节点类型的划分。

数字数据网的网络结构[5]

  DDN的网络结构采用等级制结构,可分为一级干线网、二级干线网和本地网三级。

  (1)一级干线网。一级干线网由设置在各省、自治区和直辖市的节点组成,它提供省间的长途DDN业务。一级干线节点设置在省会城市,根据网络组织和业务量的要求,一级干线网节点可与省内多个城市或地区的节点互连。

  在一级干线网上,选择有适当位置的节点作为枢纽节点,枢纽节点具有E1数字通道的汇接功能和E1公共备用数字通道功能。枢纽节点的数量和设置地点由原邮电部电信主管部门根据电路组织、网络规模、安全和业务等因素确定。网络各节点互连时,应遵照下列要求:

  ①枢纽节点之间采用全网状连接;

  ②非枢纽节点应至少保证两个方向与其他节点相连接,并至少与一个枢纽节点连接;

  ③出入口节点之间、出入口节点到所有枢纽节点之间互连;

  ④根据业务需要和电路情况,可在任意两个节点之间连接。

  (2)二级干线网。二级干线网由设置在省内的节点组成,它提供本省内长途和出入省的DDN业务。根据数字通路、DDN网络规模和业务需要,二级干线网上也可设置枢纽节点。当二级干线网在设置核心层网络时,应设置枢纽节点。

  (3)本地网。本地网是指城市范围内的网络,在省内发达城市可以组建本地网。本地网为其用户提供本地和长途DDN业务。根据网络规模、业务量要求,本地网可以由多层次的网络组成。本地网中的小容量节点可以直接设置在用户的室内。

数字数据网与PSTN、X.25网的区别[6]

  DDN为用户提供的基本业务是专用电路业务,其中最典型或最主要的是点对点的专用电路(所以我们常称DDN专线)。从用户角度来看,租用一条点对点的专线就是租用了一条高质量、高带宽的双向数字信道,可以直接进行数字通信,例如,两个局域网经路由器使用一条点对点的DDN专线就能进行全透明的通信并相互共享资源。虽然用户在DDN上租用一根点对点专线与租用一条电话(网)专线十分相似,但是两者还是存在着一些差别。

  (1)DDN专线与电话专线之间的差别

  DDN专线的连接为半固定连接。所谓半固定连接是指根据用户需要临时建立的一个固定连接。从用户角度来看,只要用户申请专线后,连接就已完成,并且连接的信道的数据传输速率、路由以及所用的网络协议等均可随时根据需要申请改变;电话专线的连接是固定的物理链路,它是一种模拟信道,其带宽窄、质量差且没有完善的网管软件系统,而DDN专线是一种数字信道,其质量高、带宽宽,并采用热冗余技术,具有路由故障自动迂回功能。DDN专线还具有较完善的网管系统,可实现远程监控、回路测试等功能,充分保护了用户的通信质量。

  (2)DDN与X.25网的不同点

  X.25是一个分组交换网,X.25网本身具有三层协议,并用呼叫建立临时虚电路。X.25网具有对协议转换、速度匹配等功能,适合于不同通信规程和不同通信速率的用户设备(如低速异步终端和高速的同步主机)之间通信互连。X.25网只在高层协议上对用户透明,而DDN不具备交换功能,利用DDN的主要方式是定期或不定期地租用专线,在用户申请专线后,连接就己完成。DDN是一个全透明的网络,在用户速率小于64kbit/s时采用子速率复用技术,在用户速率大于64kbit/s时采用时分复用技术,信息按用户事先约定的网络协议在固定的时隙以预先设定的带宽和速率顺序传送信息,终端不必重新组合信息。

数字数据网的业务和服务[6]

  除了专用电路业务外,DDN还提供了多种增值业务,包括帧中继、压缩话音/G3传真以及虚拟专用网多种业务和服务

  (1)专用电路

  专用电路包含点对点专线和多点专线两类。用户租用一条点对点专线后,DDN为两个用户间提供一条双向的高质量、高速度的专用电路。点对点专用电路适用于同步及异步通信环境。在同步方式时,传输速率范围为64kbit/s——128kbit/s,最高可达2.048Mbit/s。

  多点专用电路包括一点对多点和多点对多点两类。一点对多点是指一个主站可对多个从站进行广播或轮询;多点对多点是指多个点之间可以相互通信,如可视电话会议应用。

  (2)帧中继

  DDN也提供帧中继(FR)业务,帧中继业务即为虚宽带业务,它把不同长度的用户数据包封装在一个较大的帧内,加上寻址和校验信息,帧的长度可达1000个字节以上,传输速率可达2.048Mbit/s。帧中继主要用于局域网和广域网的互连,适应局域网数据大容量和突发性的特点。

  (3)压缩话音/G3传真业务

  用户话音设备接入DDN话音接口(VSM,话音服务模块)完成模数转换、话音编码压缩和处理。在两端的VSM之间提供数字化信号的透明传输。

  (4)虚拟专用网

  用户可以租用部分公用DDN的网络资源构成自己的专用网,即虚拟专用网。用户可以对租用的网络资源参与调度和管理。

数字数据网的应用[7]

  DDN是一个全透明网络,能提供多种业务末满足各类用户的需求,提供速率可在一定范围内(200b/s—2Mb/s)任选的信息量大、实时性强的中高速数据通信业务。如局域网互联、大中型主机互联、计算机互联网服务提供商(ISP)等。

  1.DDN在计算机联网中的应用

  DDN作为计算机数据通信联网传输的基础,提供点对点、一点对多点的大容量信息传送通道。如利用国家级DDN组成的海关、外贸系统网络。各省的海关、外贸中心首先通过省级DDN,经长途中继,到达国家级DDN骨干核心节点。由国家网管中心按照各地所需通达的目的地分配路由,建立一个灵活的全国性海关、外贸数据信息传输网络,并可通过国际出口局与海外公司互通信息,足不出户就可进行外贸交易

  此外,通过DDN线路进行局域网互联的应用也较广泛。一些海外公司设立在全国各地的办事处在本地先组成内部局域网络,通过路由器、网络设备等经本地、长途DDN与公司总部的局域网相连,实现资源共享、文件传送和事务处理等业务。

  2.DDN在金融业中的应用

  DDN不仅适用于气象、公安、铁路、医院等行业,也涉及证券业、银行金卡工程等实时性较强的数据交换

  通过DDN将银行的自动提款机(ATM)连接到银行系统的大型计算机主机上。银行一般租用64kb/sDDN线路把各个营业点的ATM机进行全市乃至全国联网。在用户提款时对用户的身份验证、提取款额、余额查询等工作都是由银行主机来完成的,这样就形成一个可靠、高效的信息传输网络。

  通过DDN发布证券行情,也是许多券商采取的方法。证券公司租用DDN专线与证券交易中心实行联网,大屏幕上的实时行情随着证券交易中心的证券行情变化而改变,远在异地的股民们也能在当地的证券公司同步操作,来决定自己的资金投向。

  3.DDN在其他领域中的应用

  DDN作为一种数据业务的承载网络,不仅可以实现用户终端的接入,而且可以满足用户网络的互联,扩大信息的交换与应用范围。在各行各业、各个领域中的应用也是较广泛的。如无线移动通信网利用DDN联网后,提高了网络的可靠性和快速自愈能力。7号信令网的组网、高质量的电视电话会议、今后增值业务的开发都是以DDN为基础的。

参考文献

  1. 罗昶 黎连业 潘朝阳等编著.计算机网络故障诊断与排除.清华大学出版社,2011.03.
  2. 苑静中主编.网络技术应用.重庆大学出版社,2004年09月第1版.
  3. 张连永等编著.计算机网络基础应用教程.清华大学出版社,2007.7.
  4. 朱祥华主编.现代通信基础与技术.人民邮电出版社,2004年09月第1版.
  5. 5.0 5.1 姚军 毛昕容主编.现代通信网.人民邮电出版社,2010.09.
  6. 6.0 6.1 杜煜 姚鸿编著.计算机网络基础.人民邮电出版社,2006年10月.
  7. 高飞 高硕 黄伟力(等)编著.计算机网络教程.北京理工大学出版社,2006年8月.
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