數字數據網
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數字數據網(Digital Data Network,DDN)
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什麼是數字數據網[1]
數字數據網是採用數字通道提供永久或半永久性電路來傳輸數據通信業務的數字傳輸網。其採用了數據通信、數字通信、數字交叉連接、電腦和寬頻通信等技術。
數字數據網的特點[2]
DDN是利用數字通道來連續傳輸數據信號，它不具備數據交換的功能，不同於通常的報文交換網和分級交換網。歸納起來DDN有以下幾個特點：
①DDN是透明傳輸網。由於DDN將數字通信的規則和協議寄托在智能化程度的用戶終端來完成，本身不受任何規程的約束，所以是全透明網，是一種面向各類數據用戶的公用通信網，它可以看成是一個大型的中繼開放系統。
②傳輸速率高，網路時延小。由於DDN用戶數據信息是根據事先的協議，在固定通道帶寬和預先約定速率的情況下順序連接網路，這樣只需按時隙通道就可以準確地將數據信息送到目的地，從而免去了目的終端對信息的重組，因此減少了時延。另外，DDN數據傳輸通道採用了時分復用技術，可以直接傳送高速數據信號。
③DDN可提供靈活的連接方式。DDN可以支持數據、語音、圖像傳輸等多種業務，它不僅可以和客戶終端設備進行連接，而且還可以和用戶網路進行連接，為用戶網路互連提供靈活的組網環境。DDN的通信速率可根據用戶需要在N×64kbit／s(N=1—32)之間進行選擇，當然速度越快租用費用也就越高。
④靈活的網路管理系統。DDN採用的圖形化網路管理系統可以實時地收集網路內發生的故障併進行故障分析和定位。通過網路圖形顏色的變化，顯示出故障點的信息，其中包括網路設備的地點、網路設備的電路板編號及埠位置從而提醒維護人員及時準確地排除故障。
⑤保密性高。由於DDN專線提供點到點的通信，通道固定分配，保證通信的可靠性，不會受其他客戶使用情況的影響，因此通信保密性強，特別適合金融、保險客戶的需要。
⑥DDN是同步數據網。DDN採用數字方式來傳輸數據，必須要求全網的系統保持同步，否則網內各節點在實現互連和電路的轉接、分支時，就很難協調工作造成數據的定期掛失或重覆現象。
數字數據網的組成[3]
數字數據網有關概念說明如下：
(1)數字數據網節點。主要由大、中容量的數字交叉連接設備構成，用於數字傳輸線路的交換、調度和管理，是數字數據網的核心設備，即圖中的N。
(2)局間傳輸系統。它是指節點N之間的數字通道，一般是指數字傳輸系統中的基群通道，在我國主要採用E1(2048kb／s)數字通道。
(3)本地傳輸系統。由用戶設備、用戶接入單元和用戶線等組成。用戶設備包括PC機、電話機、多路復用器和路由器。
(4)用戶線。即一般的市話用戶線路。
(5)網路接入單元。用於把用戶設備接入網路節點。
(6)同步系統。它的作用是提供設備工作的同步時鐘，以保證全網設備的同步。網同步分為準同步、主從同步和相互同步。數字數據網一般採用主從同步方式。
(7)網路管理系統。它是網路能否安全、正常運行的可靠和必要保證。數字數據網路管理系統的功能主要包括網路結構和業務的配置、監視網路運行、故障管理、安全管理、網路信息收集和計費管理等。當網路規模較大時，網路管理宜採用分級管理模式。
數字數據網路的構成一般都採用分級的結構。我國的數字數據網包括國家骨幹網(一級幹線網)、省內幹線網(二級幹線網)和本地網(用戶網)3個級別。各級網路根據網路規模選用適當類型的節點。
數字數據網的基本原理[4]
1．DDN的復用技術
(1)PCM幀復用
它是將32條64kbit/s的PCM通道復用在一條2048kbit/s通道上，如圖2所示。
(2)超速率復用
超速率復用是將多個64kbit/s通道合併行一起，提供傳輸容量大於64kbit/s的復用方法。如可提供各種速率(384kbit/s，N=6；768kbit/s，N=12)的的會議電視等業務，如圖3所示。
(3)子速率復用
在DDN中，信息傳輸速率小於64kbit／s時，稱為子速率：將多個子速率信息復用到一條64kbit／s數字通道上，稱為子速率復用。子速率復用可有多種標準，例如CCITT X．50最為常用，CCITTX．50標準是一種由包封構成幀的復用方式，如圖4所示。
20個包封為一幀，其中20個F構成同步碼。
復用效率為6／8=75％。
X．50復用的主要特點是引入了同步比特用於復幀同步。引入狀態比特S，當採用隨路信令時，它可提供區分用戶—網路信令和用戶—用戶數據的信息，這在電路交換中十分有用。
2．交叉連接技術
DDN節點中的交叉連接是以64kbit／s數字信號時分復用(TDM)的時隙為單元來進行的，如圖5所示，因此稱為數字交叉連接(DXC)。DXC通常採用單級時隙交換結構，由於沒有中間級交換，因而就不存在中間阻塞路徑，所以，單級時隙交換可確保DXC的交換是無阻塞的。
DXC在完成以64kbit／s(DSO)通道為單位的交接的同時，還能實現CCITF的EI(2048kbit／s)和美國ANSI的T1(1544kbit／s)間的變換，以及PCM話音的A律和美國μ律間編碼的變換和信令間的變換。DXC的下落(Drop)、插入(Insert)及分流(By-pass)功能如圖6所示。
3．DDN的網同步系統
採用數字傳輸方式的數據通信希望正常運行的一個基本要求是網同步，DDN適宜同步數字傳輸網，它要求全網的所有設備必須同步工作。網同步系統的任務是通過採用某種技術，供給全網設備工作的同步時鐘，確保全網設備的同步工作。
DDN網同步有三種方式，即準同步、主從同步和相互同步。
準同步是指時鐘信號具有相同的標稱頻率，且頻率的任何變化都限制在規定的極限內。在網路中，每個節點的定時有各自的時鐘控制，節點間相互鎖定，基本穩定在一個頻率上。
主從同步是指全網只有一個基準時鐘作為主時鐘，網內各節點的時鐘均作為從時鐘由該主時鐘控制。
相互同步是指全網由一組同步子網組成，每個子網均由一個基準時鐘控制子網內各節點的時鐘同步，在子網之間按準同步方式工作。
DDN節點一般採用晶體振蕩器作為時鐘源，大、中型節點參照三級時鐘源的要求，小型節點參照四級時鐘的要求。DDN節點應可選擇主、從兩種定時方式，主定時方式以本節點時鐘源作為定時的工作方式；從定時方式是以某一參考基準頻率為標準，對本節點時鐘源進行鎖定作為定時的工作方式。
DDN節點應允許有多個參考基準頻率來源，如：
(1)由電信局統一提供的標準頻率信號，通常應優先使用，以保持與數字同步網的同步；
(2)從集合通道介面提取的定時信號；
(3)直接使用數據介面上的定時信號。
目前，世界上許多國家的國內DDN大部分採用主從同步方式，我國建立的DDN節點間的同步要求與我國數字網的網同步方式一致，採用主從等級同步方式工作：通常各DDN節點根據其所在的位置，優先考慮從連到高等級的數字通道上提取參考基準信號。準同步方式一般被推薦為在DDN國際間互聯的數字電路上使用，其要求符合ITU-T G．811建議的規定。
用戶入網的同步應首先選擇網路提供的定時信號，在不能使用網路定時的情況下，可在用戶介面處插入緩衝存儲器，用以減少由於雙方定時偏差引起的滑動。
4．DDN的網路管理系統
網路管理系統一般由網路工作站及相應的網管軟體組成，其完成的功能通常包括網路配置管理、網路故障管理、網路運行分析統計、計費管理及網路安全管理。DDN的網管系統主要負責全網各節點正常運行的監視、調度及控制，對網路運行狀況進行統計分析等。
數字數據網節點類型[5]
中國DDN技術體制將DDN節點分成2兆節點、接入節點和用戶節點三種類型。
(1)2兆節點。2兆節點是DDN網路的骨幹節點，執行網路業務的轉換功能。主要提供2048kbit／s(E1)數字通道的介面和交叉連接、對N×64kbit／s電路進行復用和交叉連接以及幀中繼業務的轉接功能。
(2)接入節點。接入節點主要為DDN各類業務提供接入功能，主要有：
①N×64kbit／s、2048kbit／s數字通道的介面；
②N×64kbit／s(N=1—31)的復用；
③小於64kbit／s子速率復用和交叉連接；
④幀中繼業務用戶接入和本地幀中繼功能；
⑤壓縮話音／G3傳真用戶入網。
(3)用戶節點。用戶節點主要為DDN用戶入網提供介面併進行必要的協議轉換。它包括小容量時分復用設備；LAN通過幀中繼互連的網橋／路由器等。
在實際組建各級網路時，可以根據網路規模、業務量等具體情況，酌情變動上述節點類型的劃分。
數字數據網的網路結構[5]
DDN的網路結構採用等級制結構，可分為一級幹線網、二級幹線網和本地網三級。
(1)一級幹線網。一級幹線網由設置在各省、自治區和直轄市的節點組成，它提供省間的長途DDN業務。一級幹線節點設置在省會城市，根據網路組織和業務量的要求，一級幹線網節點可與省內多個城市或地區的節點互連。
在一級幹線網上，選擇有適當位置的節點作為樞紐節點，樞紐節點具有E1數字通道的匯接功能和E1公共備用數字通道功能。樞紐節點的數量和設置地點由原郵電部電信主管部門根據電路組織、網路規模、安全和業務等因素確定。網路各節點互連時，應遵照下列要求：
①樞紐節點之間採用全網狀連接；
②非樞紐節點應至少保證兩個方向與其他節點相連接，並至少與一個樞紐節點連接；
③出入口節點之間、出入口節點到所有樞紐節點之間互連；
④根據業務需要和電路情況，可在任意兩個節點之間連接。
(2)二級幹線網。二級幹線網由設置在省內的節點組成，它提供本省內長途和出入省的DDN業務。根據數字通路、DDN網路規模和業務需要，二級幹線網上也可設置樞紐節點。當二級幹線網在設置核心層網路時，應設置樞紐節點。
(3)本地網。本地網是指城市範圍內的網路，在省內發達城市可以組建本地網。本地網為其用戶提供本地和長途DDN業務。根據網路規模、業務量要求，本地網可以由多層次的網路組成。本地網中的小容量節點可以直接設置在用戶的室內。
數字數據網與PSTN、X．25網的區別[6]
DDN為用戶提供的基本業務是專用電路業務，其中最典型或最主要的是點對點的專用電路(所以我們常稱DDN專線)。從用戶角度來看，租用一條點對點的專線就是租用了一條高質量、高帶寬的雙向數字通道，可以直接進行數字通信，例如，兩個區域網經路由器使用一條點對點的DDN專線就能進行全透明的通信並相互共用資源。雖然用戶在DDN上租用一根點對點專線與租用一條電話(網)專線十分相似，但是兩者還是存在著一些差別。
(1)DDN專線與電話專線之間的差別
DDN專線的連接為半固定連接。所謂半固定連接是指根據用戶需要臨時建立的一個固定連接。從用戶角度來看，只要用戶申請專線後，連接就已完成，並且連接的通道的數據傳輸速率、路由以及所用的網路協議等均可隨時根據需要申請改變；電話專線的連接是固定的物理鏈路，它是一種模擬通道，其帶寬窄、質量差且沒有完善的網管軟體系統，而DDN專線是一種數字通道，其質量高、帶寬寬，並採用熱冗餘技術，具有路由故障自動迂迴功能。DDN專線還具有較完善的網管系統，可實現遠程監控、迴路測試等功能，充分保護了用戶的通信質量。
(2)DDN與X．25網的不同點
X．25是一個分組交換網，X．25網本身具有三層協議，並用呼叫建立臨時虛電路。X．25網具有對協議轉換、速度匹配等功能，適合於不同通信規程和不同通信速率的用戶設備(如低速非同步終端和高速的同步主機)之間通信互連。X．25網只在高層協議上對用戶透明，而DDN不具備交換功能，利用DDN的主要方式是定期或不定期地租用專線，在用戶申請專線後，連接就己完成。DDN是一個全透明的網路，在用戶速率小於64kbit／s時採用子速率復用技術，在用戶速率大於64kbit／s時採用時分復用技術，信息按用戶事先約定的網路協議在固定的時隙以預先設定的帶寬和速率順序傳送信息，終端不必重新組合信息。
數字數據網的業務和服務[6]
除了專用電路業務外，DDN還提供了多種增值業務，包括幀中繼、壓縮話音／G3傳真以及虛擬專用網多種業務和服務。
(1)專用電路
專用電路包含點對點專線和多點專線兩類。用戶租用一條點對點專線後，DDN為兩個用戶間提供一條雙向的高質量、高速度的專用電路。點對點專用電路適用於同步及非同步通信環境。在同步方式時，傳輸速率範圍為64kbit／s——128kbit／s，最高可達2．048Mbit／s。
多點專用電路包括一點對多點和多點對多點兩類。一點對多點是指一個主站可對多個從站進行廣播或輪詢；多點對多點是指多個點之間可以相互通信，如可視電話會議應用。
(2)幀中繼
DDN也提供幀中繼(FR)業務，幀中繼業務即為虛寬頻業務，它把不同長度的用戶數據包封裝在一個較大的幀內，加上定址和校驗信息，幀的長度可達1000個位元組以上，傳輸速率可達2．048Mbit／s。幀中繼主要用於區域網和廣域網的互連，適應區域網數據大容量和突發性的特點。
(3)壓縮話音／G3傳真業務
用戶話音設備接入DDN話音介面(VSM，話音服務模塊)完成模數轉換、話音編碼壓縮和處理。在兩端的VSM之間提供數字化信號的透明傳輸。
(4)虛擬專用網
用戶可以租用部分公用DDN的網路資源構成自己的專用網，即虛擬專用網。用戶可以對租用的網路資源參與調度和管理。
數字數據網的應用[7]
DDN是一個全透明網路，能提供多種業務末滿足各類用戶的需求，提供速率可在一定範圍內(200b／s—2Mb／s)任選的信息量大、實時性強的中高速數據通信業務。如區域網互聯、大中型主機互聯、電腦互聯網服務提供商(ISP)等。
1．DDN在電腦聯網中的應用
DDN作為電腦數據通信聯網傳輸的基礎，提供點對點、一點對多點的大容量信息傳送通道。如利用國家級DDN組成的海關、外貿系統網路。各省的海關、外貿中心首先通過省級DDN，經長途中繼，到達國家級DDN骨幹核心節點。由國家網管中心按照各地所需通達的目的地分配路由，建立一個靈活的全國性海關、外貿數據信息傳輸網路，並可通過國際出口局與海外公司互通信息，足不出戶就可進行外貿交易。
此外，通過DDN線路進行區域網互聯的應用也較廣泛。一些海外公司設立在全國各地的辦事處在本地先組成內部區域網絡，通過路由器、網路設備等經本地、長途DDN與公司總部的區域網相連，實現資源共用、文件傳送和事務處理等業務。
2．DDN在金融業中的應用
DDN不僅適用於氣象、公安、鐵路、醫院等行業，也涉及證券業、銀行金卡工程等實時性較強的數據交換。
通過DDN將銀行的自動提款機(ATM)連接到銀行系統的大型電腦主機上。銀行一般租用64kb／sDDN線路把各個營業點的ATM機進行全市乃至全國聯網。在用戶提款時對用戶的身份驗證、提取款額、餘額查詢等工作都是由銀行主機來完成的，這樣就形成一個可靠、高效的信息傳輸網路。
通過DDN發佈證券行情，也是許多券商採取的方法。證券公司租用DDN專線與證券交易中心實行聯網，大屏幕上的實時行情隨著證券交易中心的證券行情變化而改變，遠在異地的股民們也能在當地的證券公司同步操作，來決定自己的資金投向。
3．DDN在其他領域中的應用
DDN作為一種數據業務的承載網路，不僅可以實現用戶終端的接入，而且可以滿足用戶網路的互聯，擴大信息的交換與應用範圍。在各行各業、各個領域中的應用也是較廣泛的。如無線移動通信網利用DDN聯網後，提高了網路的可靠性和快速自愈能力。7號信令網的組網、高質量的電視電話會議、今後增值業務的開發都是以DDN為基礎的。
