网络技术第一章

第一章网络系统结构与设计的基本原则一基础知识1计算机网络的分类计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好地反映不同类型网络的技术特征。按覆盖的地理范围，计算机网络可以分为局域网、城域网、广域网3种类型。（1）局域网局域网是计算机网络中最活跃的领域之一。局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。从介质访问控制方法的角度来看，局域网可以分为共享局域网和交换局域网。从使用的传输介质类型的角度来看，局域网又可分为使用有线介质的有线局域网和使用无线信道的无线局域网。（2）城域网远距离实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输。（3）广域网广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区的计算机系统互联起来，以达到资源共享的目的。2计算机网络结构的特点早期的计算机网络主要是广域网。广域网在结构上分成两个部分：①负责数据处理的主计算机与终端。（资源子网）②负责数据通信处理的通信控制处理设备与通信线路。（通信子网）资源子网：由主计算机系统、终端、终端控制器、连网外部设备、各种软件资源与信息资源等组成。资源子网负责全网的数据处理业务，负责向网络用户提供各种网络资源与网络服务。通信子网：由通信控制处理器、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点。一方面，它作为资源子网的连接接口，将主机和终端连入网络；另一方面，它作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接受、校验、存储、转发等功能。IMP是路由器的雏形。现在，大量的微型计算机是通过局域网连入城域网，各种网络的互联都是通过路由器来实现的。用户计算机通过局域网方式接入，也可以选择PSTN、CATV、WMAN、WLAN方式接入到作为地区级主干网的城域网。城域网又通过路由器与光纤接入到国家级的广域网。多个广域网互联形成覆盖全世界的Internet系统。构成现代网络系统的基本单元是互联的广域网、城域网与局域网。3广域网技术的发展（1）广域网是一种公共数据网络广域网一般是由电信运营商负责组建和维护。提供接入广域网的服务与技术，为用户提供高质量的数据传输服务。是一种公共数据网络（PDN）。用户要使用广域网服务，必须向广域网运营商购买服务。（2）广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术广域网核心技术主要是指电信运营商负责的通信网络中使用的技术。广域网技术主要研究的是远距离、宽带、高服务质量的核心交换技术。随着接入网技术的成熟，将核心交换技术与接入技术分开，由城域网来承担用户接入的任务已经达成共识。广域网发展的一个重要趋势是IPoverSONET/SDH。4局域网技术的发展应用是推动局域网技术发展的真正动力在使用普通双绞线以后，以太网组网的造价降低，性价比大大提高，这就使得以太网在与其他局域网（令牌环、令牌总线）竞争中占据了明显优势。以太网技术的发展有3个方向：①提高以太网的数据传输速率，但是以太网帧结构基本不变。②将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互联的网络，这就导致了局域网互联技术的发展。③将共享介质方式改成交换方式，这就导致了交换式局域网技术的发展。交换局域网的核心设备是局域网交换机，它可以在多个端口之间同时建立多个并发连接。在交换式局域网上，出现了虚拟局域网（VLAN）。5城域网技术的发展（1）城域网概念的演变Internet的广泛应用推动了计算机网络与电信网络技术的迅猛发展，各国信息高速公路的建设促进了电信产业的结构调整，出现了大规模的企业重组和业务转型，在这一社会需求的驱动下，导致了世界性的信息高速公路建设的高潮，为信息产业的高速发展打下了坚实的基础。城域网的概念泛指：网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络，它是以宽带光传输网络为开放平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备，实现各种增值服务和智能业务，并与其他网络互联的本地综合业务网络。（2）宽带城域网建设对传输网络和服务业务的影响使得各种网络和业务的界限变得越来越模糊。城域网已经成为现代化城市建设的重要基础设施之一。应用是推动城域网技术发展的真正动力。（3）城域网发展的主要业务①高速上网服务②电子政务和电子商务服务③网络互联服务④智能社区服务⑤网上教育与远程医疗服务⑥带宽和管道出租服务二实训任务1宽带城域网的结构（1）宽带城域网的逻辑结构设计一个宽带城域网将涉及“三个平台一个出口”，即网络平台、业务平台、管理平台和城域网宽带出口。（2）网络平台的层次结构宽带城域网的网络平台的层次结构可以进一步分为：核心交换层、边缘汇入层、用户接入层。核心层主要承担高速数据交换的功能；汇聚层主要承担路由和流量汇聚的功能；接入层主要承担用户接入与本地流量控制的功能。采用层次结构的优点：结构清晰，各层功能实体之间的定位清楚，接口开放，标准规范，便于维护与管理。（3）核心交换层、边缘汇聚层、用户接入层的主要功能1.核心交换层的基本功能核心交换层为汇聚层的网络提供高速分组转发，为整个城域网提供一个调整、安全与具有Qos保障能力的数据传输环境；实现与主干网络的互联，提供城市的宽带IP数据出口；并能提供宽带城域网的用户访问Internet所需要的路由服务。核心交换层结构设计重点考虑的是实验室的可靠性、可扩展性与开放性。2.边缘汇聚层的基本功能汇聚接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发与交换；进行本地路由、过江、流量均衡、Qos优先级管理，以及安全控制、IP地址转换、流量整形等处理;把用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理。3.接入层的基本功能接入层解决的是“最后一公里”问题。它是通过各种接入技术，连接最终用户，为它所覆盖的范围内的用户提供访问Internet以及其他的信息服务。宽带城域网的核心层、汇聚层、接入层的三个层次是一个全集。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，系统能够满足当前的数据交换量、接入的用户数和业务类型的要求，并且具有可扩展的能力。2宽带城域网组建的基本原则城域网介于广域网和局域网之间，成为城市范围内大量用户接入Internet的汇接点。因此，城域网的结构是最为复杂的，且城域网的数据交换量和流量都要比广域网大。同时，城域网的接口技术比较复杂，制约宽带城域网的关键在于各类结点的带宽管理与业务调度能力。要组建与成功运营一个宽带城域网需要遵循的基本原则是：必须保证网络的可运营型、可管理性、可盈利性和可扩展性。①可运营型宽带城域网的核心和关键设备一定是电信级的。宽带城域网采用的技术不一定是最先进的，而是最适合的。因此，宽带城域网设计的关键，是如何组建一个电信级或准电信级的网络系统。②可管理性接入管理、业务管理、网络安全、计费能力、IP地址分配、QoS保证。A宽带城域网设备必须支持对用户的身份认证、使用权限认证和计费功能。B宽带城域网必须具备IP地址分配功能，能够支持动态和静态分配，支持网络地址转换NAT功能。③可盈利性运营商首先考虑到的问题。A.确定如何能够开展internet接入业务、数据专线业务、话音业务、视频与多媒体业务、内容提供业务等。B.定位客户群首先要区分高价值用户与普通用户。C.建设可盈利宽带城域网的另一重要方面是培育和构建合理的宽带价值链。④可扩展性在设计建设宽带城域网时，必须高度重视网络的可扩展性。目前宽带城域网已逐渐成为覆盖一个城市和地区的城市信息基础设施，要能够提供7*24小时的电信级服务。3管理和运营宽带城域网的关键技术（1）带宽管理提供无阻塞、高质量的传输能力。（2）服务质量QoS网络服务质量表现在延时、抖动、吞吐量和包丢失率几个方面。目前宽带城域网保证服务质量Qos要求的技术主要有：资源保留（RSVP）、区分服务（DiffServ）和多协议标记交换MPLS。（3）网络管理管理宽带城域网有3种基本方案：带内管理、带外管理、带内和带外管理。带内网络管理是以传统的电信网络进行网络管理。是指利用数据通信网（DCN）或公共交换电话网（PSTN）拨号，对网络设备进行数据配置。带外网络管理是利用IP网络及协议进行网络管理。是指利用网络管理协议（SNMP）建立网络管理系统，实时采集网络数据，产生告警信息。对汇聚层以上设备采取带外管理，而对汇聚层以下采用带内管理。（4）用户管理用户管理应该包括：用户认证和接入管理、计费管理等。（5）多业务接入（6）统计和收费良好的统计和计费能力是保证宽带城域网正常运行的基础。最简单的实现方式是利用网络管理协议（SNMP）的管理信息库（MIB）来实现。（7）IP地址的分配和地址转换使用公用IP地址和内部专用IP地址这两类地址与网络地址转换NAT技术来解决IP地址资源耗尽问题。只为宽带城域网的关键设备和特殊用户分配固定的公用IP地址。（8）网络安全涉及到技术和管理两个方面。宽带城域网在组建方案中，一定要按照电信级运营的要求，考虑设备冗余、线路冗余、路由冗余、系统故障的快速诊断与自动恢复。4构建宽带城域网的基本技术和方案有3类：基于SDH的城域网方案、基于10GE的城域网方案、基于ATM的城域网方案。（1）基于SDH技术的城域网早期的SONET/SDH是为传统电信业务服务的，它并不适用于传输IP分组。SDH的发展趋势是支持IP和Ethernet业务的介入，并不断融合ATM和路由交换功能，构成以SDH为基础的多业务网络平台，这就是所谓的OneBox解决方案。（2）基于10GEthernet技术的宽带城域网传统的以太网技术并不适合在宽带城域网中使用。在宽带城域网中占有统治地位的是SONET/SDH的技术与协议。它是为传送TDM语言业务而设计的。为了传送IP分组的数据，先后开发了多种IPoverSDH的技术与协议。显然，10GE技术的发展，是为了顺应宽带城域网与宽带广域网发展的需要而设计的。造价是SONET的1/5,ATM的1/10用于宽带城域的光以太网可以有多各实现形式，其中最重要的两种：基于10GE技术与弹性分组环RPR技术。光以太网解决方案的核心是：利用光纤的巨大带宽资源，以及成熟和广泛应用的以太网技术，为运营商建造新一代的宽带城域网提供技术支持。（3）基于弹性分组环RPR技术的城域网弹性分组环RPR（标准的IEEE802.17）是一种用于直接在光纤上高效传输IP分组的传播技术，它的工作基础是Cisco公司提出的动态分组传用（DPT）技术。环形结构是目前城域网的主要拓扑结构。弹性分组环RPR采用双环结构。顺时针传输的叫外环，逆时针传输的叫内环。RPR技术主要有以下几个特点：①带宽利用率高②公平性好③快速保护和恢复能力强（50ms内隔离出现的故障）④保证服务质量5网络接入技术与方法ISP：网络服务提供商ICP：网络内容提供商NAP：网络接入点接入网技术解决的是最终用户接入地区性网络的问题。接入网属于物理层问题。接入服务是属于“电信业务的第二类增值电信业务”三网指的是：计算机网络、广播电视网、电信通信网。（1）数字用户线xDSL接入技术电话网是惟一可以在几乎全球范围内向住宅和商业用户提供接入的网络。目前调制解调器的传输速率可以达到56kbps。如果配置了分离音频频带和高频带的分离器，可以同时提供电话和高速数据业务。xDSL技术按上行和下行的速率是否相同可划分为速率对称型和速率非对称型两种。ADSL上行速率在64K~640K,下行速率在500K~7M。（2）光纤同轴电缆混合网HFCHFC是新一代有线电视网络，是一个双向传输系统。光纤结点将光纤干线和同轴分配线互相连接。HFC是经过双向改造的有线电视网络，是用户通过有线电视宽带接入Internet的一种重要方式。CableModem传输速率高，且不占用电话线路。（3）光纤接入技术理想的宽带接入网将是基于光纤的网络。光接入技术有广阔的应用前景。特别是无源光网络PON技术，以及以ATM为基础的宽带无源光网络APON技术。（APON=ATM+PON）（4）宽带无线接入技术无线接入技术主要有：802.11标准的无线局域网WLAN接入，802.16标准的无线城域网WMAN接入，以及正在发展