广域网是通信公司建立和运营的网络，覆盖的地理范围大，可以跨越国界，到达世界上任何地方。通信公司把它的网络分次(拨号线路)或分块(租用专线)地出租给用户以收取服务

费用。计算机联网时，如果距离遥远，就需要通过广域网进行转接。最早出现的因而也是普及面最广的通信网是公共交换电话网，后来出现了各种公用数据网。这些网络在因特网中都起着重要作用，本章讲述主要的广域网技术。

3.1公共交换电话网

    公共交换电话网(Public Switched Telephone Network, PSTN)是为了话音通信而建立的网

络，从20世纪60年代开始又被用于数据传输。虽然各种专用的计算机网络和公用数据网经

迅速发展起来，能够提供更好的服务质量和更多样的通信业务，但是PSTN的覆盖面更广，联网费用更低，因而在有些地方用户仍然通过电话线拨号上网。

3.1.1电话系统的结构

    电话系统是一个高度冗余的分级网络。图3-1所示为一个简化了的电话网。用户电话通过一对铜线连接到最近的端局，这个距离通常是1~10km，并且只能传送模拟信号。虽然电话局间千线是传输数字信号的光纤，但是在用电话线连网时需要在发送端把数字信号变换为模拟信号，在接收端再把模拟信号变换为数字信号。由电话公司提供的公共载体典型的带宽是4000Hz，称其为话音信道。这种信道的电气特性并不完全适合数据通信的要求，在线路质量太差时还需采取一定的均衡措施，方能减小传输过程中的失真。

    公用电话网由本地网和长途网组成，本地网授盖市内电话、市郊电话以及周围城镇和农村的电话用户，形成属于同一长途区号的局部公共网络。长途网提供各个本地网之间的长话业务，包括国际和国内的长途电话服务.我国的固定电话网采用4级汇接辐射式结构。最高一级有8个大区中心局，包括北京、上海、广州、南京、沈阳、西安、武汉和成都。这些中心局互相连接，形成网状结构。第二级共有22个省中心局，包括各个省会城市。第三级共有300多个地区中心局。第四级是县中心局。大区中心局之间都有直达线路，以下各级汇接至上一级中心局，并辅助一定数量的直达线路，形成图3-2所示的4级汇接辐射式长话网。

3.1.2本地回路

    用户把计算机连接到电话网上就可以进行通信。按照CCITT的术语，用户计算机叫做数据终端设备(Data Terminal Equipment, DTE )，因为这种设备代表通信链路的端点。在通信网络一边，有一个设备用于管理网络的接口，这个设备叫数据电路设备(Data Circuit Equipment,DCE)o DCE通常指调制解调器，数传机、基带传输器、信号变换器、自动呼叫和应答设备等。它们提供波形变换和编码功能，以及建立、维持和释放连接的功能。物理层协议与设备之间(DTE/DCE )的物理接口以及传送位的规则有关。物理介质的各种机械的、电磁的特性由物理层和物理介质之间的界线确定。实际设备和Os'概念之间的关系如图3-3所示。

    图3-3 (a)中的传输线路可以是公共交换网或专用线。在通信线路采用公共交换网的情况下，正式进行数据传输之前，DTE和DCE之间先要交换一些控制信号以建立数据通路(即逻辑连接);在数据传输完成后，也要交换控制信号断开数据通路。交换控制信号的过程就是所谓的“握手”过程，这个过程和DTE/DCE之间的接插方式、引线分配、电气特性和应答信号等有关。在数据传输过程中，DTE和DCE之间要以一定速率和同步方式识别每一个信号元素(1或0)。关于这些与设备之间通信有关的技术细节，CCITT和ISO用4个技术特性来描述，并给出了适应不同情况的各种标准和规范。这4个技术特性是机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。下面以EIA (Electronic Industries Association)制定的RS-232-C接口为例说明这4个技术特性。

1.机械特性

机械特性描述DTE和DCE之间物理上的分界线，规定连接器的几何形状、尺寸大小、引

线数、引线排列方式以及锁定装置等。RS-232-C没有正式规定连接器的标准，只是在其附录中建议使用25针的D型连接器(如图3-4所示).也有很多RS-232-C设备使用其他形式的连接器，特别是在微型机的RS-232一串行接口上，大多使用9针连接器。

2.电气特性

    DTE与DCE之间有多条信号线，除了地线之外，每根信号线都有其驱动器和接收器。电气特性规定这些信号的连接方式，以及驱动器和接收器的电气参数，并给出有关互连电缆方面的技术指导。

    图3-5 (a)给出了RS-232-C采用的V.28标准电路。V.28的驱动器是单端信号源，所有信号共用一根公共地线。信号源产生3-15 V的信号，+3V之间是信号电平过渡区，如图3-6所示.接口点的电平处于过渡区时，信号的状态是不确定的:接口点的电平处于正负信号区间时，对于不同的信号线代表的意义不一样，如表3-1所示。

    另外两种常用的电气特性标准是V.10和V.11. V.11是一种平衡接口，每个接口电路都用一对平衡电缆构成各自的信号回路(如图3-5 (b)所示)。这种连接方式减小了信号线之间的串音。V.10的发送端是非平衡输出，接收端则是平衡输入，用于以上两种电路之间的转接。

    3.功能特性

    功能特性对接口连线的功能给出确切的定义。从大的方面分，接口线的功能可分为数据线、控制线、定时线和地线。有的接口可能需要两个信道，因而接口线又可分为主信道线和辅助信道线。

RS-232-C采用的标准是V.24. V.24为DTEIDCE接口定义了44条连线，为DTE/ACE定义了12条连线。ACE为自动呼叫设备，有时和Modem做在一起。按照V.24的命名方法，DTE/DCE连线用，“1”开头的三位数字命名，例如103, 115等，称为100系列接口线。DTE/ACE连线用“2”开头的三位数字命名，例如201, 202等，称为200系列接口线。

    RS-232-C定义了21根接口连线的功能，按照RS-232-C的术语，接口连线叫做互换电路。表3一给出RS-232一互换电路的功能定义，同时也列出了V.24对应的线号。表中对每一条互换电路的功能进行了简要的描述，也说明了电路的信号方向。关于这些互换电路的使用方法则属于下面要讨论的过程特性.

    图3一所示为计算机(异步终端设备)和异步Modem连接的方法，这里只需要9根连线，

保护接地和信号地线只用一根连线同时接在I和7两个管脚上。

4.过程特性

    物理层接口的过程特性规定了使用接口线实现数据传输的操作过程，这些操作过程可能涉及高层的功能，因而对于物理层操作过程和高层功能过程之间的划分是有争议的。另一方面，对于不同的网络，不同的通信设备，不同的通信方式，不同的应用，各有不同的操作过程。下面举例说明利用RS-232-C进行异步通信的操作过程。

    RS-232-C控制信号之间的相互关系是根据互连设各的操作特性随时间而变化的。图3-8所示为计算机端口和Modem之间控制信号的定时关系。假定Modem打开电源后升起DSR信号，随后从线路上传来两次振铃信号RI，计算机在响应第一次振铃信号后，升起它的数据终端就绪信号DTRO DTR信号和第二次振铃信号RI配合，使得Modem回答呼叫并升起载波检测信号DCD。如果计算机中的进程需要发送信息，就会升起请求发送信号RTS, Modem通过升起允许发送信号CTS予以响应，之后计算机端口就可以开始传送数据.

3.1.3调制解调器

    调制解调器(Modulation and Demodulation, Modem)通常由电源、发送电路和接收电路

组成.电源提供Modem工作所需要的电压;发送电路中包括调制器、放大器，以及滤波、整形和信号控制电路，它的功能是把计算机产生的数字脉冲转换为己调制的模拟信号:接收电路包括解调器以及有关的电路，它的作用是把模拟信号变成计算机能接收的数字脉冲。Modem的组成原理如图3-9所示，图中上半部分是发送电路，下半部分是接收电路，图中的虚线框用在同步Modem中。

    现代的高速Modem采用格码调制(Trellis Coded Modulation, TCM)技术.这种技术在编

码过程中插入一个冗余位进行纠错，从而减小了误码率。按照CCITT的V.32建议，调制器的输入数据流被分成4位的位组，4位组经过卷积编码产生了第5个冗余校验位。包括冗余位的5位组在复平面上的分布表示在图3-10的星座图中，每个码点最左边的位是冗余位。

接收Modem检测这种格码调制信号时使用维特比(Viturbi)译码器，这种译码器不像通常

的“硬比特”检测器那样，一位一位地进行判断，而是对多达32位的一组位进行比较，，判断出每一位的正确值.做出判断的过程是按照形似网格的决策树进行的，，因而这种调制技术叫网格编码调制，简称格码调制。使用格码调制技术的V.32 Modem可以在公共交换网上实现9600bps的高速传输.

    进一步提高传输速度还可以在其他技术方面寻求解决办法，例如采用数据压缩技术。有一种V.29 Modem，虽然工作在9600 bps，但是由于使用的数据压缩算法可达到2:1的压缩比，所以数据发送速率理论上可达到19200 bps.

    另外一种高速Modem采用了高速微处理器和大约70 000行指令，由于采用多个音频组成的载波群对数据进行分组传输，因而叫做分组集群式Modem。这种Modem工作过程是这样的:首先原发方Modem同时发送512个音频载波信号，接收Modem对收到的所有载波信号进行评价，向原发Modem报告哪些频率可用，哪些频率不能使用。然后原发方Modem根据侦察到的线路情况确定最适合的调制方式，可能是2位、4位或6位的QAM信号.例如，若400个音频载波可用，调制方案为6位QAM，则400 X 6=2400，即可同时传送2400位。如果每种载波都是一秒钟变化4次，则可得到约10 000bps的数据速率。

    1996年出PAT 56Kbps的Modem，并于1998年形成T ITU的V.90建议.这种Modem采

用非对称的工作方式，从客户端向服务器端发送称为上行信道，其数据速率为28.8Kbps或

33.6Kbps:从服务器端向客户端发送称为下行信道，其数据速率可以达到56Kbps。其之所以采用非对称的工作方式，是因为客户端发送数据时要采用模数转换，会出现量化噪声，使得Modem的数据速率受到限制。而ISP一端的服务器采用数字干线连接，无须模数转换，不会出现量化噪声，因而可以用到PCM编码调制的最高数据速率56Kbps。这种技术的出现适应了通过电话线实现准高速连接Internet的需求，成为因特网用户首选的连网技术。

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