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1、宽带骨干网络的主流技术及其发展方向,讲稿人：李发传(重庆大学),,宽带网的定义及其概述,宽带网：能传输宽带信号或超过一定速率的数字信号的网络。FCC（Federal Communications Commission 美国联邦通讯委员会）2010年07月24日为“宽带”这个词语下了一个定义，FCC认为宽带意味着下载速率为4Mbps，上行速度为1Mbps。宽带网络可分为传输网络、交换网络和接入网络三部分。因此，宽带网络技术也分为宽带传输技术、宽带交换技术和宽带接入技术三部分。宽带传输网络主要是以SDH为基础的大容量光纤网络。宽带交换网络主要是采用ATM技术的综合业务数字网络。宽带接入网络主要有光
2、纤接入、铜线接入、混合光纤/铜线接入、无线接入等方式,,骨干网的定义,几台计算机连接起来，互相可以看到其他人的文件，这叫局域网，整个城市的计算机都连接起来，就是城域网，把城市之间连接起来的网就叫骨干网。骨干网”通常是用于描述大型网络结构时经常使用的词语。骨干网一般都是广域网:作用范围几十到几千公里。,,骨干网的定义,目前我国拥有九大骨干网：中国公用计算机互联(CHINANET)中国金桥信息网(CHINAGBN)中国联通计算机互联网 (UNINET)中国网通公用互联网(CNCNET)中国移动互联网(CMNET)中国教育和科研计算机网(CERNET)中国科技网 (CSTNET)中国长城网(CGWN
3、ET)中国国际经济贸易互联网(CIETNET),,宽带骨干网络技术,较早出现的宽带骨干网络的分组交换技术有X.25、帧中继，到后来的IP、ATM以及MPLS技术，经过几十年的发展，目前，IP技术成为主流的宽带网络技术，未来将朝着以光互联网技术为主流技术的超宽带信息网络方向发展。X.25帧中继ATMIPMPLS,,X.25,X.25 是 ISO 和 ITU-T 为广域网（WAN）通信所建议的一种包交换数据网络协议，它定义数据终端设备（DTE）和数据电路终端设备（DCE）之间的数据以及控制信息的交换。在X25中，在一个分组的传输路径上的每个结点都必须完整地接收一个分组，并且在发送之前还必须完成错误
4、检查。一般只用于要求传输费用比较少，而远程传输速率要求又不高的广域网使用环境。,,X.25,优点：易于安装和维护，按发送的分组数据来收费缺点：分发延迟,,帧中继(FR : Frame Relay),一种面向连接的快速分组交换技术,它是从X.25分组通信技术演变而来的,被称为第二代的 X.25 。它主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。帧中继将分组通信的三层协议简化为两层，仅完成物理层和链路层核心层的功能，网络不进行纠错、重发、流量控制等，而将这些功能留给智能终端去处理。帧中继的最大问题是没有业务质量等级的相关规定，不能确保高业务的QoS要求。,,帧中继(FR : Frame Rel
5、ay),与X.25的主要差别有:（1）帧中继带宽较宽。 56Kbps到1544Mbps 。（2）帧中继的层次结构中只有物理层和链路层(等效于数据链路层)，舍去了X.25的分组层(等效于网络层)。 （3）帧中继可以不用网络层而只使用链路层来实现复用和转接。 （4）与X.25相比，帧中继在操作处理上做了大量的简化。不需要考虑传输差错问题，其中间节点只做帧的转发操作，不需要执行接收确认和请求重发等操作，差错控制和流量控制均交由高层智能终端完成，大大缩短了节点的时延，提高了网内部数据的传输速率。,,帧中继(FR : Frame Relay),,ATM技术,ATM-Asynchronous Transf
6、er Mode（ATM）异步传输模式的缩写ITU-T（国际电信联盟远程通信标准化组织 ）建议I.113中关于ATM定义的原文为： A transfer mode in which the information is organized into cells ; it is asynchronous in the sense that the recurrence of cells containing information from an individual user is not necessarily periodic. ATM是将信息组织成信元，其包含的来自用户信息的各个信元不需要
7、周期性出现，即异步的传输模式。,,ATM技术,ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信,,ATM-技术特征,面向分组方式采用异步时分复用方式不提供逐段链路的差错控制和流量控制面向连接信元头功能简化信元的净荷长度较小,,ATM-异步时分复用,复用是通信领域中的一个基本概念，其含义是来自多个信源的信息能够利用同一物理介质通道进行传输。在通信系统中，复用是提高物理介质的使用效率的主要手段。复用技术应用的前提是物理介质所能提供的传输
8、带宽大于所有信源的信息带宽。在ATM中使用了异步时分复用（ATDM）的概念电路交换网中广泛使用的同步时分复用（STDM）,,ATM-异步时分复用,,ATM信元,ATM使用固定长度的信元。每个信元包括5个字节的头部和48个字节的负荷。使用小信元可以减少高优先级信元的排队延迟使用固定长度的信元使硬件中的交换实现起来更加容易，从而支持较高的数据速率ATM信元有两种不同的格式：UNI和NNI格式UNI格式用在用户网络接口处UNI格式的信元包含通用流量控制字段NNI格式则用于网络网络接口处NNI格式的信元没有通用流量控制字段，从而把VPI字段从8位增加到12位,,ATM信元,,ATM信元,GFC 一般流
9、量控制 4bitVPI 虚通道标识 8/12bitVCI 虚连接标识 16bitPTI 净荷类型指示 3bitCLP 信元丢失优先级 1bitHEC 信头差错控制 8bit,端到端的差错控制，而不是逐链路的差错控制只用VPI、VCI标识一个连接，不需要源地址、目的地址和包序号,,ATM-协议参考模型,物理层：执行比特级功能。ATM层：完成ATM信元流的选路、交换和复用功能，支持Qos保障、流量和拥塞控制等功能。ATM适配层：执行高层协议的适配，将高层不同的协议数据形式转换为能够利用ATM信元来传输的格式。,,ATM-服务模型,ATM支持四种服务模型：CBR（恒定比特速率）：数据按照恒定的速度进
10、行收发，网络提供预留的带宽和服务保证。UBR（未定比特速率）：数据的接收不受约束，如果带宽充足，则发送，否则丢弃。网络不提供预留带宽和服务保证。ABR（可用比特速率）：与UBR类似，但网络能够提供拥塞反馈。端节点可以根据网络提供的拥塞反馈来降低发送的速率，从而减少由于拥塞造成的数据丢失。VBR（可变比特速率）：与CBR类似，当网络不是处在使用高峰时提供预留带宽，它允许突发的数据传输。,,ATM交换技术的特点,采用统计时分复用保留了时隙的概念，但不是同步的时分复用，而是基于统计的时分复用以固定长度信元为单位，响应时间短降低交换节点内部缓冲区的容量要求减少信息在这些缓冲区中的排队时延,,ATM-面
11、临的问题,统计复用带来的信元瞬时丢失多目标控制增加了系统的复杂性ATM网络的路由选择问题用户接口的简化问题IP对ATM的挑战,,IP,IP是英文Internet Protocol（网络互连协议）的缩写，中文简称为“网协”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP协议就可以与因特网互连互通。,,IP,IP (Internet protocol):互联网协议。 IPv4：互联网协议第4版本； IPv6：互联网协议第6版本。IP (In
12、tellectual property):知识产权。 半导体产业中的IP定义为用于ASIC或FPGA/CPLD中的预先设计的电路功能模块 。IP分为软IP、固IP和硬IP。,,传统IP骨干网络所面临的问题,Internet用户数指数增长，导致IPv4的地址数预计将在2011年耗尽。网络上开放的各种应用（视频，话音）导致网络信息流量持续增长。传统IP网络不能保证 QoS，特别是多媒体业务（IP电话，视频点播）。网络规模扩大导致路由器寻址时的跳数过多，传输时延增大，网络性能下降 。路由器成为性能瓶颈 ，必须引进新的技术来解决路由器瓶颈。Internet上的主要路由协议基于分组在网上传输的最短路径算
13、法来设计，很少考虑时延、抖动、拥塞，使得网络工程者很难进行流量工程。,,IP与ATM的比较,,宽带IP骨干网的主流技术方案 IP over ATM,优点：可以解决带宽问题；将ATM的QoS（服务质量 ）能力引入internet，以满足各种实时业务的性能要求。缺点：ATM是面向连接，IP是无连接，两者有各自的编址方案和选路规程，相互间的协调配合较复杂。,,IP over ATM的两种模式,重叠模式（Overlay Model）（20世纪90年代中期） 设计者的出发点是考虑今后向基于ATM的宽带综合业务网过渡。集成模式(Integration Model)（20世纪90年代后期） 设计者的出发点是
14、考虑如何设计一个高性能的基于IP的宽带综合业务网。,,重叠模式,重叠技术的主要思想是：IP的路由功能仍由IP路由器来实现，需要地址解析协议ARP实现IP地址与ATM地址的映射。而其中的主机不需要传统的路由器，任何具有MPOA（ATM 上的多协议 ）功能的主机或边缘设备都可以和另一设备通过ATM交换直接连接，并由边缘设备完成包的交换即第三层交换。重叠模型的实现方式主要有：IPOA 、CIPOA（Classic IP over ATM）、LANE（局域网仿真）和MPOA（Multi-Protocol over ATM）等。,,重叠模式网络结构,,重叠模式网络结构,优点：与标准的ATM网络及业务兼容。缺点：要求每个IP服务的ATM用户终端同时具有ATM网络地址和IP地址 ，并同时 支持IP和ATM两套控制机制；网络中需要设置专用服务器完成高层IP地址到ATM地址的解析工作。故地址解析服务器容易成为网络瓶颈 ，IP传送效率低，不能充分发挥ATM在QoS的优势，不适宜构建宽带internet,
