数据通信_4(IP互联网-主干、接入网)v1

数据通信第四章IP互联网－主干、接入网教师：孙国林Email：[e-mail]2问题：什么是局域网?什么是广域网？3第四章IP互联网－主干、接入网4.1基于IP的网际互联4.2宽带IP的实现技术4.3主干网与接入网4.4第三层交换机4局域网(LocalAreaNetwork，LAN)局域网是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。5广域网(WAN，WideAreaNetwork)广域网也称远程网通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络6广域网(WAN，WideAreaNetwork)广域网的通信子网主要使用分组交换技术。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，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。74.1基于IP的网际互联计算机广域网的关键技术IP协议－IP地址－数据组装/拆卸基于IP的网际互联（IP为了互联而生！）84.1基于IP的网际互联基于IP的互联示意图：TCPIP以太网驱动程序TCPIP令牌环驱动程序令牌环以太网驱动程序令牌环驱动程序IPTCP协议IP协议IP协议以太网94.1基于IP的网际互联现有的信息网络，无论是电信网、计算机通信网还是有线电视网都不能以其中某一网络为基础平台来传递所有的综合业务。随着IP的发展，人们才逐渐认识到这些网络终将汇集为统一的IP网络，即常说的“三网合一”。IP协议使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通，成为三大网络都能接受的通信协议。IP协议现在几乎成为信息网络的代名词，它终将成为当今世界各国极力推行的国家信息基础设施（NII）和全球信息基础设施（GII）的核心。10两个概念的区别“网络互连”和“互联网”联系与区别？114.1基于IP的网际互联“互连”和“互联”两个术语的含义：“互连”强调的是“动作”，“网络互连”含有进行连接的动作之意“互联”则侧重“状态”，“互联网”则表示已经连接成型的网络状态。124.1基于IP的网际互联通过网络互连可将各种网络参照一定的规范和使用一定的连接设备，构成一个在更大范围内运行的通信网络网络互连:利用互连设备及相关的技术和协议把两个或两个以上通信网络连接起来目的是使一个网络上的用户能访问其它网络上的资源，使不同网络上的用户可以互相通信（交流信息），实现更大范围内的信息交流和资源共享。本质是使信息在各种网络之间传送，即通信。实质上是隐去了特定网络硬件的具体细节，提供了一种高层的通信环境，其最终的目的是实现网络最大限度的互连134.1基于IP的网际互联由于网络的结构不同，常见的网络互连有四种基本形式：LAN—LAN：局域网与局域网连接。LAN—WAN：局域网与广域网连接。WAN—WAN：广域网与广域网连接。LAN—WAN—LAN：局域网通过广域网相互连接。144.1基于IP的网际互联网络互连的4种基本方式如图所示。显然，四种形式可以共存于一个互联网之中。154.1基于IP的网际互联互联网络是由大量异构网络通过路由器相互连接而成的，而互连是基于网络层的IP。IP能够使互连起来的许多网络终端彼此进行通信，因此，TCP/IP体系中的网络层常常称之为IP层，也称为网际层。IP网络是以TCP/IP为基础的互联网络，已广泛应用于整个社会。IP技术所具有的最大优势在于它可以运行在任何介质和网络上，可以保证异种网络的互通164.1基于IP的网际互联IP网络的互连互通时，应该从下面几个层面考虑：（1）网络体系结构的互通IP技术的核心是TCP／IP协议，而该协议是一协议族，这里的所有协议都是建立在互联网协议参考模型基础之上，即一种五层协议模型。非IP网络不同：是建立在其它网络协议参考模型容础上的，譬如OSI的七层协议参考模型，ITU－T宽带技术ATM所采用的四层模型和IBM公司的SNA。需要考虑是在不同网络体系结构之间的互连互通还是在相同网络体系结构内部其它方面的互连互通。IP电话的分组话音网络建设就是一种最好的IP网络互连互通实例174.1基于IP的网际互联（2）网络互通在过去以话音为主的网络中，骨干网络技术主要是电路交换技术和面向连接的技术，因此各种非主流的边缘技术需要与主流的骨干网络技术互连互通，例如PDH与SDH的互通，帧中继与ATM的互通等。通常网络基础设施的骨干部分一旦形成，边缘技术就开始与骨干技术互通。注意：网络互通是一种多层次、多方位的互通，例如，两种技术如何在物理层互通，如何在链路层互通，又如何在网络层互通。网络互通应该是谁适应谁的问题，例如是边缘设备主动适应核心设备，还是核心设备主动适配边缘设备。184.1基于IP的网际互联（3）业务互通通信的目的是提供服务，因此在考虑电信网互通时，还应该考虑在用户或业务面的互通，控制面的互通和管理面的互通，即全方位的业务互通。业务互通是通信的目标，但由于通信媒体的多样性，因此业务互通中应该包括通信媒体之间的转换，如，话音媒体与文本媒体之间的转换，视频媒体与文本媒体之间的转换等。194.1基于IP的网际互联前面是从网络功能上考虑IP网络的互连互通问题，深层的网络互连互通则需要从网络／业务互通的性能方面来考虑从理论上讲各种网络在功能上一定是可以互连互通的，例如，现在的各种IPoverX和XoverIP技术，但是，网络建设和运营商是否采用一种互连互通技术的关键应该是互连互通的性能，而不是功能204.1基于IP的网际互联（4）网络／业务的性能互通其具体的匹配指标包括速率、误码率、带宽波动和误码率波动等。强调在选取任何一种网络互连互通方案时，至少应该从功能互通和性能互通两个层面考虑这原则不仅适用于以IP技术为核心的网络互连互通，也适用于任何以其它核心技术为基础的网络214.1基于IP的网际互联从本质上讲网络／业务的互通问题是一种通信的透明性问题，即网络服务提供者或最终业务提供者看不到各种网络技术的不兼容性和不对称性，看到的只是一种端到端的透明逻辑传送能力由于在网络结构、网络服务和网络业务方面的不对称问题，才需要各种网络互通单元，即一种衔接／转换机制对于以IP技术为核心的网络而言，不对称问题首先表现在传送方式上，传统的网络是电路交换，而IP技术是分组交换，这两种网络概念的基本冲突是所有IP网络互连互通的焦点。224.1基于IP的网际互联（5）网络／业务互通的对称性（续）即使是采用分组交换技术，还会存在各种不同的连接模式冲突问题，如，面向连接方式和非连接方式之间的非对称性，业务内容（话音，数据和／或视频）的不对称性。另一方面，管理体系的不对称性也十分明显。日前，由于技术相对过剩，解决任何一个问题的技术部至少有两种或两种以上，因此，最终的端到端网络一定是一个多种技术和业务的混合体。所以：网络的整体对称性已不复存在，今后只有可能在局部找到对称性，更有甚者，有的技术／业务本身就是一种非对称性的。234.1基于IP的网际互联IP如何实现网际互联？主导性的内容提供方式把Internet看作一个计算机网络，甚至是一群相互连结的计算机网络都是不全面的。根据我们的观点，计算机网络只是简单的传载信息的媒体，而Internet的优越性和实用性则在于信息本身分布式路由允许任意地点任意组网IP协议可将其它网络均作为下层传输网244.1基于IP的网际互联IP互联网与数据通信的关系IP互联网的关键在于内容及应用、即时通信、网络游戏、网络购物…通信模式均是随机方式IP互联网下层可以使用数据通信的任意模式电话网、以太网、GSM无线网…SDH目前是所有网络的物理载体IP互联网对数据通信技术提出新的要求实时性、公平性、安全性…25第四章IP互联网－主干、接入网4.1基于IP的网际互联4.2宽带IP的实现技术4.3主干网与接入网4.4第三层交换机264.2宽带IP的实现技术传统IP网络结构及技术存在的问题：网络带宽、服务质量、业务支持、可扩展性、网络规模、网络性能及网络安全等。传统IP网所使用的IPv4协议对实时业务、流量控制和安全性能支持不够;不能实施复杂的路由选项，地址资源难以满足急剧增长的用户需求;不具备多个选项来处理多种不同的多媒体应用程序，如流式视频或视频会议等。IP网络亟待解决的问题就是宽带化、高速化。274.2宽带IP的实现技术宽带IP网络是目前世界上最先进的网络构架平台之一宽带IP网特点：有足够的带宽；网络延时小，有利于多媒体应用的服务质量QoS保证；具有良好的灵活性、易于扩充，接入方便；使用和管理非常简单。其典型的网络结构如后图所示。284.2宽带IP的实现技术宽带IP网络的网络结构294.2宽带IP的实现技术实现IP网络高速化和宽带化的重要策略是建立宽广的IP高速通道，主要问题集中在网络层、数据链路层和物理层物理层采用光纤，为IP骨干网的首选介质;网络层采用IP协议，无论传送数据或是语音、视频信号，都可归结到IP数据包，再以IP格式进行传输;问题集中到数据链路层的实现，即IP层与物理层之间采用何种传输方式？304.2宽带IP的实现技术（5）实现IP网络高速化和宽带业务应用的基本体制有3种，即采用IP与ATM、SDH、WDM相结合的方式来解决传统Internet结构的缺陷。与之对应的技术有3种：IPoverATM融合了IP和ATM的技术特点；IPoverSDH直接在SDH上传送IP业务，为IP业务提供了完善的支持，提高了传输效率；IPoverDWDM采用高速路由交换机和DWDM技术，提高了网络带宽，全面支持不同速率、不同数据帧格式的业务314.2宽带IP的实现技术（6）IP具有网络结构简单、易于互联、扩展性好等优势，适合于传送数据业务，但不能提供有效的服务质量（QoS）保证ATM是ITU-T为宽带综合业务数字网制定的信息传递模式是面向连接的网络技术，采取资源预定方式;用虚电路逻辑连接后再通信。端口速率高、吞吐量大、时延小。ATM和IP在各自的发展过程中都遇到了一些问题。324.2宽带IP的实现技术（7）IPoverATM利用ATM速度快、容量大、多业务支持能力强的优点及IP简单、灵活、易扩充和统一性的特点，可以达到优势互补的目的。IPoverATM方案成为传统电信运营商构建宽带IP网的主要选择之一。对于已有完善的ATM网的电信运营商，在ATM网上传送IP业务是不可避免的。ATM以网络的形式支持IP，这可以大大提高IP网的性能，不但提高了传输效率，同时也缩短了传输时延，这就是IPoverATM。334.2宽带IP的实现技术（7）1．传统的IPoverATM（1）IPoverATM的概念是IP技术与ATM技术的结合，它是在IP路由器之间（或路由器与交换机之间）采用ATM网进行传输。（2）IPoverATM的分层结构将IP数据报首先封装为ATM信元，以ATM信元的形式在信道中传输；或者再将ATM信元映射进SDH帧结构中传输。344.2宽带IP的实现技术（8）（3）IPoverATM的工作过程：将IP数据包在ATM层封装为ATM信元，数据以ATM信元的形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包时根据IP数据包的IP地址进行处理，按路由转发；按计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）；以后的数据包将在此VC上以直通方式传输，而不再经过路由器的地址解析处理，从而有效地解决了IP路由器的“瓶颈”问题，提高了IP数据包的交换速度。354.2宽带IP的实现技术（9）IP与ATM技术相结合的主要难点：ATM是面向连接的技术，IP是无连接的技术，且两者都有自己的编址方案和选路规程，相互间的协调配合较复杂。IP与ATM技术揉合在一起有两类揉合的模