宽带传输技术PPT课件

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1、第1章 NGI概述 第2章 NGI主要传输技术 第3章 宽带网络交换技术 第4章 IPv6协议 第5章 高层网络协议 第6章 无线网络技术 第7章 宽带接入技术,主要内容,2.1 下一代互联网骨干网络参考模型 2.2 宽带骨干网主要传输媒体 2.3 宽带骨干网主要传输技术 IP over ATM IP over SDH/SONET IP over WDM/DWDM 无线传输技术扩频技术,第2章 NGI主要传输技术,2.1 NGI骨干网络参考模型,WDM,SDH,无线传输,DWDMl,网络层 数据链路层 物理层,无线或 金金属线,帧中继,PPP HDLC LAPSC,WDM/DWDM,SDH,M

2、PLS,其他,ATM,IP,1.体系结构和参考模型,2.1 NGI骨干网络参考模型,WDM,SDH,无线传输,DWDMl,1.体系结构和参考模型 物理层 以光纤传输为主，微波、卫星为补充，金属线传输和无线传输技术也在物理层。 数据链路层 实现数据组帧、包交换、容错等功能，集中了诸多的骨干网协议，如帧中继、ATM、SDH的组帧和检错等协议及无线网络应用协议等。SDH通过PPP等简单协议对HDLC帧格式的改造，实现了与IP层的直接连结，提高了效率。 网络互连层 IP协议，实现IPv6的数据分组端到端可靠交换，由支持高速宽带路由或交换的设备完成。,CERNET2：领跑全球下一代互联网,2.1 NGI

3、骨干网络参考模型,国际公认的最有发展前途三大传输手段：光纤、微波、卫星。 高带宽、高可靠、大范围，主要以光纤通信为主； 卫星、微波中继作补充。 无线、金属线主要用于城域网或局域网。,2.2 NGI宽带骨干网主要传输媒体,1概念 光波是频率极高的电磁波，频率：0.3THz(1 THz=1012 Hz)到30 PHz(1PHz=1015Hz)之间，紫外光，可见光、红外光。目前，光纤通信使用的红外光波，频率：1101441014 Hz。 波长是电磁波在空间变化一周所经历的长度，波长取决于电磁波的频率和光速： =C/f 为波长(m)，C为光速（3108 m/s)，f为电磁波的频率(Hz)。 对于光波，

4、波长常用微米(m)或纳米(nm)来表示(1m=110-6 m，1 nm=110-9 m)。,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,2通信原理 一个简单的光收发系统如图所示：,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,发送端光源：发光二极管(或半导体注入型激光管)作电光转换； 光纤放大器：掺铒光纤放大器，光信号在中继站直接放大。 例如：全光网络中13000km的距离内，单模光纤的传输速率已达20Gb/s。特别是基于掺铒光纤放大器EDFA的1550nm窗口采用密集波分复用（DWDM）系统。实验室速率目前已达Tbs量级。,3光纤分类 光纤按传输模式可分为，单模光纤和多模光纤。 单模光纤(SMF)的光纤直径很

5、细，细到只允许一个波长而非多个波长的光线像波导那样沿直线向前传播。 多模光纤(MMF)可同时以反射、折射等多种模式传输多条不同入射角的光线。,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,三种光纤纤芯包层折射率 分布,4. 常用的三种通信光纤 常用的三种光纤为单模阶跃光纤(a)、多模阶跃光纤(b)和多模渐变光纤(c),3. 常用的三种通信光纤（续） (1) 单模阶跃光纤如图3.2(a)所示(图中n0、n1、n2分别为空气、纤芯和包层的折射率)。由于只容许光以一条路径沿光纤传播，因而纤芯是极小的，光束沿光纤轴向传播，进入光纤的光几乎是以相同的时间通过相同的距离。 (2)

6、 多模阶跃型光纤如图3.2(b)所示，除了纤芯较粗外，其结构与单模光纤相同。这种光纤的数值孔径(光纤接收入射光线能力大小的物理量)较大，因此允许更多的光线进入。光沿着不同路径传播，因而通过相同长度的光纤就需要不同的传输时间,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,3. 常用的三种通信光纤（续） (3) 多模渐变型光纤如图3.2(c)所示，特点是纤芯的折射率呈现非均匀分布，中心最大，沿截面半径向外逐渐减小，光在其中通过折射传播。由于折射率随轴向距离的增大而减小，而速度与折射率成反比，故远离轴线处的光传播速度大于靠近轴线处的光传播速度。,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,5存在问题 光信号在光纤会因

7、其损耗特性和频带特性（色散特性）而影响传输质量。 损耗特性：是光信号在光纤中传播时单位长度的衰减，通常用dB/km来表示；光纤的损耗会影响传输的中继距离。常用窗口0.85/1.3/1.55微米 频带特性（色散特性）：则是不同波长的光信号到达接收端的时延差，造成光脉冲展宽（色散），它会影响传输码率(即传输带宽)。光纤的频带特性以兆赫千米(MHzkm)来表示。,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,光纤损耗与波长的关系,5存在问题（续）,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,总之，与电通信相比，光纤通信有以下优缺点： 优点： 带宽宽，容量大； 中继距离长； 不怕电磁干扰； 保密、无串扰； 节约金属和原

8、材料； 线细而轻； 抗腐蚀、柔软可绕。 缺点： 强度不如金属线；连接比较困难； 分路耦合不方便；弯曲半径不宜太小。 光纤通信的三个缺点都已克服，不影响光纤通信的实用。,2.2.1 NGI主要传输媒体光纤,1简介 微波通信技术是20世纪50年代开始实用化的一项先进通信技术。有两种主要方式：地面微波通信和卫星通信。 （1）含义： 微波通信是利用波长1m1mm或频率300MHz300GHz)的电磁波在对流层的视距范围内进行信息传输的一种通信方式。 （2）微波波段:可细分为“分米波”(波长为1m10 cm)、“厘米波”(波长为10 cm1 cm)和“毫米波”(波长为1cm1 mm)。,2.2.2 NG

9、I传输媒体微波通信,2.2.2 NGI传输媒体微波通信,1简介（续） 射频微波频段使用频率范围是2GHz40GHz，两站直接距离：一般在40km60km。远距离通信，采用中继方式。 微波有三项工作、五个优点、三项缺点。 三项基本工作： 多路复用： 射频工作 中继接力。,2.2.2 NGI传输媒体微波通信,1简介（续） 五个优点： 1)工作频带宽、通信容量大。频带宽是无线电波的103倍。 可传输电话、电报、数据和图形等信息。 2)受外界干扰小。微波频段的电磁波传播受昼夜、季节的 影响较小，大电干扰、工业干扰及太阳黑子变化基本上 不起作用，因此微波通信的可靠性和稳定性好。 3)通信效果较好。定向、

10、高增益的天线比无方向性天线的 发射功率提高了104倍。 4)具有较大的灵活性。点点通信，比电缆光缆灵活性大。 5)投资省、见效快。容量相同时，建设费用只有电缆线路 的1/31/2。,2.2.2 NGI传输媒体微波通信,1简介（续） 主要缺点 1)中继站定点复杂，选址、施工、维护 带来不便； 2)受自然环境(地形、对流层和气候条件等) 的影响； 3)保密性差，易被窃听。,2.2.2 NGI传输媒体微波通信,2数字微波通信系统,1. 概述 卫星通信是在微波接力通信技术和航天技术基础上发展起来的一门新兴的通信技术。简单地说，是利用人造地球卫星作为中继站转发微波信号，在地球上(包括地面、水面和低层大气

11、中)的两个或多个地球站之间进行的通信。,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,美国的“太空之路3”，68台KA转发器，按需分配带宽，提供直接点对点联网服务，提供广泛的IP数据和宽带多媒体应用的高速通信服务。 日本08年2月23日发射的超高速网络通信实验卫星“纽带” ，可提供无线网络、高清电视播放、远程医疗和远程授课等项目。数据传输速度每秒1.2GB，为世界最快的大容量卫星。 中国的“东方红-4”卫星平台有38台C频段转发器、16台KU频段转发器，寿命15年。有星上数据管理系统，可用于广播通信、视频、音频直播、数据中继、区域移动通信等卫星。大部分技术指标全部达到

12、国际领先水平。,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,2原理 通信卫星分为低轨运动卫星和高轨静止卫星两类。 静止卫星置于地球赤道上空35860km处的对地静止的轨道上，与地球同步。卫星通信系统如图所示。,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,2原理 传输过程： 地面至卫星 卫星到卫星 卫星返地面 三颗可覆盖全球。,国际通信卫星组织(INTERSAT)负责利用静止卫星实现全球通信，担负着大约80的国际通信业务和全部国际电视转播业务。,3. 卫星通信的特点 卫星通信与其他通信手段相比，具有以下5个优点： (1) 通信距离远，且建站费用与通信距离几乎无关。 (2) 卫星通信覆盖面积大 (3) 工作频带宽

13、、容量大，适用于多种业务传输。 (4) 通信线路稳定可靠，传输质量高。 (5) 机动灵活。,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,3. 卫星通信的特点 卫星通信存在的不足： (1) 卫星通信需要高可靠、长寿命通信卫星。 (2) 卫星通信要求地球站有大功率发射机和高灵敏度接收机。 (3) 卫星通信信号延迟较大。 (4) 通信安全性还有待加强。,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,卫星波束覆盖范围内的多址通信,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,4. 卫星通信的主要工作频段,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,5发展 早期：宽带卫星系统使用Ku波段（11GHz）卫星； 现在：（三代系统）采用Ka波段

14、（1830GHz） 一颗Ka波段卫星提供的通信能力能够达到一颗Ku卫星通信能力的4倍以上。 发展：第四代技术解决下行链路效率低问题。它可以采用统计复用动态地、自动地按需分配谁使用的通信能力。用户只在他们需要的时候按选择的质量等级为所使用的业务付费。 星上处理核心：是一种快速数据分组交换机。 用卫星上网需通过网络营运中心，用拨号或其他方式，例如ISDN或者专线接入互联网，上行速度可达24Mbps54Mbps。,2.2.3 NGI传输媒体卫星通信,IP协议,2.3 NGI骨干网主要传输技术,内容： 数据帧的组织 信号复用方式 传输交换方式 物理接口,1.ATM的主要特点 (1) 面向连接的传输方式

15、。 (2) 固定短信元为数据传输单位，有利于高速交换。 (3) 信头用来根据虚电路标志识别虚连接。 (4) ATM采用统计时分复用的方式来进行数据传输。 (5) 能支持不同速率的各种业务。 (6) 传输误码率低，且容量很大。,2.3.1 ATM传输技术,2. ATM网络的组成 ATM网络是网状拓扑结构，由多个ATM交换机和ATM端点组成。ATM网络与用户（ATM端点）之间的接口称为用户网络接口UNI。ATM交换机之间的接口称为网络节点接口NNI。,2.3.1 ATM传输技术,3. ATM协议体系结构 ATM协议参考模型为四层三面的三维立体结构。 四层：物理层、ATM 层、 ATM 适配层和高层

16、； 三面：用户平面、控制平面和管理平面。 (1) 用户平面：支持数据传送、流量控制、差错 检测以及其他的用户功能； (2) 控制平面：用于连接管理，包括对信令信息 的管理； (3) 管理平面：提供层管理和平面管理两种不同 功能。,2.3.1 ATM传输技术,2.3.1 ATM传输技术,3. ATM协议体系结构（续）,VC交换和VP交换,2.3.1 ATM传输技术,4. ATM信元及传输（续）ATM交换,5. ATM网络向用户提供的四种服务,2.3.1 ATM传输技术,2.3.1 ATM传输技术,ATM与IP的结合两种方式：第一是两者重叠，这样虽然可以保证QoS，但是会增加协议的复杂度；第二是两者集成，这种方案能够最大限度地同时利用ATM与IP的优点。,(1) 重叠模型 基本思想：IP与ATM各自保持原有的网络结构和协议结构不变，通过在两个不同层次的网络之间进行数据映射、地