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1、 计算机网络技术教程 自顶向下的分析与设计方法吴功宜吴英编著 第2章广域网 局域网与城域网技术发展 主要内容 2 1广域网技术特征与发展 2 1 1广域网的主要特征广域网是一种公共数据网络 广域网通常由电信运营商组建 运营与维护 网络运营商运营的广域网为用户提供高质量的数据传输服务 属于公共数据网络 PDN 的性质 用户使用广域网服务需要向广域网的运营商租用通信线路或其他资源 广域网研究的重点是宽带核心交换技术 早期的广域网主要用于大型计算机系统的互联 互联网中广域网更多地是作为覆盖地区 国家 洲际地理区域的核心交换平台 广域网研究的重点是宽带核心交换技术 2 1 2广域网技术的发展趋势用于构
2、成广域网的主要通信技术与网络类型 公共电话交换网 PSTN 综合业务数字网 ISDN 数字数据网 DDN X 25分组交换网 帧中继 FR 网异步传输模式 ATM 网吉比特以太网 GE 与十吉比特以太网 10GE 广域网技术的发展过程 从X 25网 帧中继网到ATM网 X 25分组交换网的基本概念 帧中继技术发展的背景 传输介质由原来的电缆逐步发展到光纤 光纤的误码率很低 数据传输速率高 局域网的数据传输速率提高得很快 大量局域网之间高速互连的需求越来越强烈 用户计算机性能提高 可以承担一部分原来是由通信子网承担的通信处理功能 帧中继网的特点 高网络吞吐量 低传输延时帧中继是一种采用虚电路的广
3、域网技术 其协议简单 高效 网络吞吐量高 传输延时短 帧中继网工作在物理层与数据链路层 流量控制与纠错功能由高层协议完成 帧中继网处理一个帧的转发延时要比X 25网减小一个数量级 帧中继网的吞吐量要比X 25网提高一个数量级以上 帧中继也称为X 25的流水线方式 提供虚拟专网 VPN 服务 帧中继网的设计目标主要是局域网之间的互连 帧中继网的虚拟专网服务能提供较高的安全性和服务质量 帧中继采用面向连接的方式 为用户提供虚拟专用网络服务 帧中继网在数据链路层VPN技术中占主导地位 基于帧中继的VPN结构 从B ISDN到ATM ISDN致力于实现的目标 提供一个在世界范围内协调一致的数字通信网络
4、 支持各种通信服务 并在不同的国家采用相同的标准 为在通信网络之间进行数字传输提供完整的标准 提供一个标准的用户接口 使通信网络内部的变化对终端用户透明 宽带综合业务数据网 B ISDN 的基本概念 B ISDN的设计目标是将语音 数据 静态与动态图像的传输 以及传统的服务综合在一个通信网中 覆盖从低传输速率到高传输速率的各种非实时 实时与突发性的传输要求 ATM技术符合B ISDN的需求 B ISDN的底层传输网选择了ATM技术 ATM技术的主要特点 ATM采用的是一种面向连接的技术 ATM采用的信元 cell 长度为53B 其中信元头部长度为5B 数据长度为48B ATM以统计时分多路复用
5、方式来动态分配带宽 网络传输延时小 能够适应实时通信的要求 ATM的数据传输速率为155Mbps 2 4Gbps 光网络研究 第一代 铜缆与无线射频 第二代 光纤 第三代 在传输网络中引入光交换机 光路由器 直接在光层配置光通道的传输网络 光以太网技术 光以太网技术研究的背景利用光纤的巨大带宽资源 以及成熟和广泛应用的Ethernet网技术 为运营商建造新一代的网络提供技术支持 基于这样一个设计思想 一种可运营的光以太网的概念应运而生 从根本上改变电信运营商规划 建设 管理思想 光以太网的主要特征 根据终端用户的实际应用需求分配带宽 保证带宽资源充分 合理应用 用户访问网络资源必须经过认证和授
6、权 确保用户对网络资源安全的使用 及时获得用户的上网时间记录和流量记录 实行计费功能 支持VPN和防火墙 有效地保证网络安全 提供分级的QoS服务 方便 快速 灵活地适应用户和业务的扩展 光以太网的技术优势 组建同样规模的广域网或城域网 光以太网的造价是SONET的1 5 是ATM的1 10 IEEE已完成速率从10Mbps 100Mbps 1Gbps到10Gbps的Ethernet技术标准制定 正在研发的速率为100Gbps的Ethernet产品 能够覆盖从广域网 城域网到局域网的整个范围 2 1 3广域网技术发展与TCP IP协议的关系 2 2局域网技术演变与发展 2 2 1局域网技术发展
7、过程 不同的局域网技术按照时间排列的顺序 2 2 2高速以太网技术的研究与发展 局域网发展的基本思路 2 2 3无线局域网技术研究与发展 无线局域网的应用领域 作为传统局域网的扩充 用于建筑物之间的互连 用于移动结点的漫游访问 用于构建特殊的移动网络 无线局域网的分类 无线局域网分为 红外线局域网扩频局域网窄带微波局域网 红外无线局域网分为 定向光束红外传输全方位红外传输漫反射红外传输扩频无线局域网分为 跳频扩频 FHSS 直接序列扩频 DSSS 蓝牙技术的研究与发展 蓝牙技术研究的背景1994年 Ericsson公司与IBM Intel Nokia和Toshiba等4家公司发起 开发一个用于
8、将计算机与通信设备 附加部件和外部设备 通过短距离的 低功耗的 低成本的无线信道连接的无线标准 这项技术被命名为蓝牙 Bluetooth 技术 特别兴趣组SIG由Ericsson Intel IBM Nokia和Toshiba等公司成立 SIG的主要任务是致力于发展蓝牙规范 1999年7月 SIG发布蓝牙规范1 0版 除了详细规定通信信道与通信过程 还规定13种网络应用所需的专门协议集 无线个人区域网与IEEE802 15 4标准 IEEE802 15 4标准 主要考虑低速无线个人区域网络 LR WPAN 应用问题 2003年 IEEE批准低速无线个人区域网LR WPAN标准 IEEE802
9、15 4 为近距离范围内不同设备之间低速互连提供统一标准 IEEE802 15 4标准的主要特点 在不同的载波频率下实现20kbps 40kbps和250kbps三种不同的传输速率 支持星形 点 点等2种网络拓扑结构 使用16位和64位的2种地址格式 其中64位地址是全球惟一的扩展地址 支持冲突避免 CA 的载波侦听多路访问技术 支持确认机制 保证传输可靠性 ZigBee无线网络技术及应用 ZigBee的基础是IEEE802 15 4标准 早期的名字是HomeRF或FireFly ZigBee联盟于2001年8月成立 2002年摩托罗拉公司 飞利浦公司 三菱公司与Invensys公司宣布加Zi
10、gBee联盟 研究下一代无线网络通信标准 ZigBee适应于数据采集与控制的点多 数据传输量不大 覆盖面广 造价低的应用领域 基于ZigBee的无线传感器网络已在家庭网络 安全监控 汽车自动化 消费电器 儿童玩具 医用设备控制 工业控制 无线定位等领域广泛应用 2 3宽带城域网技术演变与发展 2 3 1城域网概念的发展与演变早期城域网的技术定位IEEE802最初的表述 城域网是以光纤为传输介质 能够提供45Mbps到150Mbps高传输速率 支持数据 语音与视频综合业务的数据传输 可以覆盖跨度在50公里到100公里的城市范围 实现高速宽带传输的数据通信网络 典型的产品是FDDI 宽带城域网的定
11、义 宽带城域网是以宽带光传输网为开放平台 以TCP IP协议为基础 通过各种网络互联设备 实现语音 数据 图像 多媒体视频 IP电话 IP电视 IP接入和各种增值业务 与广域计算机网络 广播电视网 电话交换网互联互通的本地综合业务网络 以满足语音 数据 图像 多媒体应用的需求 能够提供高传输速率和保证QoS的网络系统 人们将传统意义上的城域网扩展为宽带城域网 宽带城域网的应用和业务 大规模互联网接入的需求与交互式应用 远程办公 视频会议 网上教育等新的办公与生活方式 网络电视 视频点播 网络电话 以及由此引起的新的服务 家庭网络的应用 现代化城市的宽带城域网功能 宽带城域网技术的主要特征 1
12、宽带城域网是基于计算机网络技术与IP协议 以电信网的可扩展性 可管理性为基础 在城市范围内汇聚宽带和窄带用户的接入 以满足政府 企业 学校等集团用户和个人用户对互联网和宽带多媒体服务需求为目标 而组建的综合宽带网络 宽带城域网技术的主要特征 2 从传输技术角度来看 宽带城域网应在计算机网络 公共电话交换网 移动通信网和有线电视网的基础上 为语音 数字 视频提供一个互连互通的通信平台 城域网与广域网在设计上的出发点不同 广域网要求重点保证高数据传输容量 而城域网则要求重点保证高数据交换容量 宽带城域网技术的主要特征 3 宽带城域网是传统的计算机网络 电信网络与有线电视网技术的融合 也是传统的电信
13、服务 有线电视服务与现代的互联网服务的融合 总结 以光传输网络为基础 以IP协议为核心 融合各种网络 支持多种业务 2 3 2宽带城域网的结构与层次划分 典型的宽带城域网的网络结构 核心交换层的基本功能 将多个汇聚层连接起来 为汇聚层提供高速分组转发 为整个城域网提供一个高速 安全与具有服务质量保障能力的数据传输环境 实现与地区或国家主干网络的互联 提供城市的宽带IP数据出口 提供宽带城域网用户访问互联网所需要的路由服务 核心交换层结构设计重点考虑的是它的可靠性 可扩展性与开放性 汇聚层的基本功能 汇聚接入层的用户流量 实现IP分组的汇聚 转发与交换 根据接入层的用户流量 进行本地路由 过滤
14、流量均衡 服务质量优先级管理 以及安全控制 IP地址转换 流量整形等处理 接入层的基本功能 接入层解决的是 最后一公里 问题 它通过各种接入技术 连接最终用户 为它所覆盖范围内的用户提供访问互联网 以及其他的信息服务 在设计宽带城域网技术时需要注意以下几个问题 宽带城域网的核心层 汇聚层与接入层的三个层次是一个全集 在实际的应用中 可以根据某个城市的覆盖范围 网络规模 用户数量与承载的业务来确定是否使用它的子集 城域网设计的一个重要出发点是 在降低网络造价的前提下 能够满足当前的数据交换量 接入的用户数与业务类型的要求 并具有可扩展的能力 组建的宽带城域网一定是可运营的 宽带城域网是一个出售新
15、的电信服务的系统 它必须能够保证系统提供7 24的服务 并且要保证服务质量 宽带城域网的核心链路与关键设备一定是电信级的 要组建可运营的宽带城域网 首先要解决技术选择与设备选型问题 宽带城域网采用的技术不一定是最先进 而应该是最适合的 组建的宽带城域网一定是可管理的 作为一个实际运营的宽带城域网 它不同于服务于一个实验室 办公室的局域网 宽带城域网需要有很强的网络管理能力 这种能力表现在 电信级的接入管理 业务管理 网络安全 计费能力 IP地址分配 服务质量保证等方面 组建的宽带城域网一定是可盈利的 组建宽带城域网必须定位在可以开展的业务上 不同城市需要根据自身优势确定重点发展的主业务 同时兼
16、顾其他业务 建设可盈利的宽带城域网要求能正确定位客户群 发现盈利点 培育和构建产业和服务链 宽带城域网一定是可扩展的 宽带网络技术的发展具有很大的不确定性 难以准确预测网络服务产品的更新发展 尤其是难于预测一种新的应用的出现 在方案与设备的选择时必须十分慎重 以降低运营商的投资风险 对于新的运营商来说 组建可扩展的宽带城域网必须制定统一规划 分阶段 分步骤的逐步实施 减少一次性投资的风险 根据业务的开展 逐步调整建设步骤和规模 管理和运营宽带城域网的关键技术 带宽管理服务质量网络管理用户管理 多业务接入统计与计费IP地址的分配与地址转换网络安全 2 3 3接入技术 接入技术发展的背景接入技术解决的是最终用户接入宽带城域网的问题 由于互联网的应用越来越广泛 社会对接入技术的需求越来越强烈 对于信息产业来说 接入技术有广阔的市场前景 因此它已成为当前网络技术研究 应用与产业发展的热点问题 接入服务的界定 互联网接入服务是指利用接入服务器和相应的软硬件资源建立业务结点 并利用公用电信基础设施将业务结点与互联网骨干网相连接 以便为各类用户提供接入互联网的服务 用户可以利用公用电话网或其它接入手
