目录

第一章计算机网络的基本结构

计算机网络分类

（1）局域网

（2）城域网（MAN）

（3）广域网（远程网）

计算机网络的互联方式（了解）

局域网技术（了解）

以太网技术的发展方向

广域网技术（了解）

核心交换机

城域网技术

改变

推动城域网快速发展的应用领域与业务（了解）

宽带城域网的结构

宽带城域网的逻辑结构

“三个平台有一个出口”

宽带城域网网络平台各层的主要功能

汇集接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发与交换

三层结构思想：上层重复着下层的数据汇聚；核心提供出口与Qos，汇聚本地路由接入服务用

带宽城域网组建原则（了解）

可管理性

管理和运营带宽城域网的关键技术

管理带宽城域网

Qos

构建带宽城域网的基本技术与方案

可运营光以太网的设备和线路必须符合电信网络99.999%的高运行可靠性，并具备以下特征。

10Gbit/s光以太网的技术优势主要表现在以下几个方面

早期的SONET/SDH主要为传统电信业务服务，不适合传输IP分组。

基于弹性分组环技术的宽带城域网

RPR技术主要具有以下几个特点。

网络接入技术与方法

各种接入技术

ADSL的技术特点主要表现在如下几个方面。

---

第一章计算机网络的基本结构

典型的计算机网络从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两部分（了解）

计算机网络分类

• 计算机网络按照其覆盖的地域范围可以分为局域网城域网广域网的三种类型

（1）局域网

常用于构建个人计算机局域网、大型计算机设备群的后端网络与存储区域网络、高速办公室网络、企业与学校的主干局域网

• 局域网覆盖的地理范围有限，一般属于一个单位所有，易于建立维护与扩展。
• 局域网具有较高的数据传输速率（10Mbit/s~100Gbit/s)与较低的误码率。提供又快又准的数据传输环境。

从介质访问控制方法来看，局域网可以分为共享介质是局域网与交换式局域网；而从使用的传输介质类型的角度来看，局域网又可以分为使用有线介质的有线局域网与使用无线通信信道的无线局域网。

（2）城域网（MAN）

介于广域网与局域网之间能满足介于广域网与局域网之间 距离几十公里范围内

（3）广域网（远程网）

• 覆盖的地理范围从几十千米到几千千米
• 公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网均可以用作广域网的通信子网，（它们可以将不同地区的计算机系统互联），已达到资源共享的目的。
• 广域网包含iternet

计算机网络的互联方式（了解）

用户计算机可以通过局域网方式、有线电视网（CATV）、电话交换网（PSTN）、无线城域网（WMAN）或无线局域网（WLAN）方式接入作为地区级主干网的城域网。

局域网技术（了解）

以太网技术的发展方向

• 数据传输速率的提高
• 将一个大型局域网化分成一个个独立的小型局域网
• 交换是局域网技术的发展，虚拟局域网（VLAN）也是在交换是局域网的基础上发展而来

广域网技术（了解）

• 广域网是一种公共数据网络（PDN）

核心交换机

• 构成广域网的典型网络类型和技术有综合业务数字网（ISDN），公共电话交换网（PSTN），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10Gbit/s的光以太网

城域网技术

改变

• 广域网城域网与局域网的技术上的区别越来越小
• Internet的应用于电信服务业务的区别逐渐模糊
• 广播电视网电信传输网络与计算机网络之间的界限逐渐模糊
• 电信传输网技术与计算机网络技术的界限已不明显

推动城域网快速发展的应用领域与业务（了解）

• 大规Internet接入与交互式应用的需求数字电视视频点播以及由此引起的新服务还有家庭网络的应用推动了城域网的快速发展具体应用领域与业务由高速上网服务与网络互联服务电子政务电子商务服务与智能社区服务远程教育与远程医疗服务带宽与管道出租服务

宽带城域网的结构

宽带城域网的逻辑结构

“三个平台有一个出口”

• 完整的宽带城域网主要包括网络平台、业务平台、管理平台三个平台与一个城市宽带出口
• 宽带城域网的网络平台从逻辑上分为：核心交换层（核心层）、边缘汇聚层（汇聚层）与用户接入层（接入层）

宽带城域网网络平台各层的主要功能

• 宽带城域网网络平台的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与流量汇聚的功能，接入层主要承担用户接入与本地流量控制的功能

宽带城域网网络平台的核心交换层的结构设计，重点考虑可靠性、可扩展性、开放性

具体功能有以下几点

1. 实现与主干网络的互联，提供城市宽带IP数据出口。
2. 提供宽带城域网用户访问Internet所需的路由服务。
3. 将多个汇聚层连接起来，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高速、安全并具有Qos（服务质量）保障能力的数据传输环境。

宽带城域网网络平台的汇聚层处于宽带城域网核心交换层的边缘

具体功能如下

1. 根据处理结果把用户流量转发到核心交换或在在本地进行路由处理

2.汇集接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发与交换

1. 根据接入层的用户流量，进行本地路由、过滤、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

宽带城域网网络平台的接入层

具体功能如下

• 接入层解决的是最后1公里问题。通过各种接入技术，连接最终用户，为它覆盖范围内的用户提供访问Internet以及其他信息服务。

三层结构思想：上层重复着下层的数据汇聚；核心提供出口与Qos，汇聚本地路由接入服务用

带宽城域网组建原则（了解）

• 需要遵循的基本原则是：必须能够保证网络的可管理性、可运营性、可盈利性和可扩展性

可管理性

1. 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。业务管理要支持多ISP（服务提供商）、基于IP的虚拟专网VPN等各种增值业务。
2. 宽带城域网必须能够为用户提供带宽保证，实现流量工程，提供个性化用户策略的QoS保证。
3. 宽带城域网必须具备IP地址分配能力，能够支持动态和静态地址分配，支持网络地址转换NAT功能。

管理和运营带宽城域网的关键技术

• 管理和运营宽带城域网的关键技术有：带宽管理、网络管理、QoS、用户管理、IP地址的分配与地址转换、多业务接入、统计与计费、网络安全等。

管理带宽城域网

• 带内网络管理是指利用传统的电信网络，如数据通信网(DCN)或公共交换电话网(PSTN)拨号，对网络设备进行数据配置。带外网络管理是指利用IP网络及协议进行网络管理，它利用简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol,SNMP)建立网络管理系统，实时采集网络数据，产生告警信息，显示网络拓扑，进行各类通信数据分析，供网络管理人员维护网络设备与系统运行状态。

Qos

• 目前宽带城域网保证QoS要求的技术主要有资源预留(RSVP)、区分服务（DiffServ）与多协议标记交换（MPLS）。

构建带宽城域网的基本技术与方案

• 基于10GE的城域网方案、基于SDH的城域网方案与基于弹性分组网技术的宽带城域网方案。
• 1024bit=1mb 可以用1000进行计算

可运营光以太网的设备和线路必须符合电信网络99.999%的高运行可靠性，并具备以下特征。

• 能够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、合理地应用。
• 具有认证与授权功能，用户访问网络资源必须经过认证和授权，确保用户和网络资源的安全及合法使用。
• 支持VPN和防火墙，可以有效地保证网络安全。
• 支持MPLS（多协议标签交换），具有一定的服务质量保证，提供分等级的QoS网络服务。
• 提供计费功能，能及时获得用户的上网时间记录和流量记录，支持按上网时间、用户流量计费，或提供包月计费方式，支持实时计费。
• 能够方便、快速、灵活地适应用户和业务的扩展。

10Gbit/s光以太网的技术优势主要表现在以下几个方面

1. 以太网与DWDM技术已成熟，且应用广泛。预计组建同一规模的宽带城域网，光以太网的成本是SONET的1/5，是ATM的1/10。
2. IEEE对10Mbit/s、100Mbit/s、lGbit/s到10Gbit/s的以太网技术已经实现了标准化，100Gbit/s的以太网技术标准正在研究之中。它能够覆盖从宽带城域网的核心层、汇聚层到接入层的各种需求，因此以太网技术在宽带城域网中提供端到端的多种方案中优势明显。
3. 如果一个宽带城域网的各个层次能够使用同一种技术，那么这种网络在设计、组建、运行、管理和人员培圳方面都很方便、有效。

早期的SONET/SDH主要为传统电信业务服务，不适合传输IP分组。

基于弹性分组环技术的宽带城域网

• 弹性分组环(Resilient Packet Ring,RPR)是一种用于直接在光纤上高效传输IP分组的传输技术，它以思科公司提出的动态分组传送(Dynamic Packet Transport,DPT)技术为工作基础。
• 与FDDI相同，RPR采用双环结构。RPR环中两个RPR节点之间的裸光纤的最大长度可达到100km。RPR有内环和外环两个光纤环，内环沿逆时针方向传输，外环沿顺时针方向传输。内环和外环均可以实现“自愈环”的功能，并同时可以传输数据分组与控制分组，且皆可用统计复用的方法传输IP分组。为了高效利用光纤带宽，加速控制分组的传输，提高环的可靠性，实现“自愈环”功能，

RPR技术主要具有以下几个特点。

（1）公平性好。

• 网络运营商必须保证公平性。具有相同优先级的数据帧，RPR环可以提供相同的环通道访问能力。由于环中每个节点都执行SRP公平算法，所以节点之间能够获得平等的带宽，防止某个节点因流量过大而造成环拥塞。同时为了保证能够根据用户购买的带宽提供相应的服务，RPR环还支持加权公平法则和入口、出口峰值速率限制。

（2）带宽的利用率高。

• RPR采用双环结构传输数据分组和控制分组，并限制数据帧只在源节点与目的节点之间的光纤段上传输，当源节点成功地发送一个数据帧之后，这个数据帧要由目的节点从环中收回。如此，该数据帧将不再占用下游段的环带宽，从而提高了环带宽的利用率。

（3）保证服务质量。

• RPR环对不同的业务数据分配不同的优先级，以保证高优先级信息的可靠传输，从而保证了网络的服务质量。

（4）快速保护和恢复能力强大。

• RPR环的快速保护和恢复能力使得它已经成为一项电信级的技术。RPR有自愈环的功能，能够在50 ms的时间内，隔离出现故障的节点和光纤段，并可在没有专用带宽的前提下即能够提供SDH级的快速保护和恢复。

网络接入技术与方法

• 从技术的角度，可以将接入网的接入方式分为以下5类：地面有线通信系统（包括计算机局域网）、无线通信和移动通信网、卫星通信网、有线电视网和地面广播电视网。（了解）
• 计算机网络、电信通信网与电视通信网“三网融合”局面的出现。四网融合+物联网
• 从技术实现的角度来看，目前宽带接入技术主要有：数字用户线（xDSL）技术、光纤同轴电缆混合网（HFC）技术、光纤接入技术、局域网接入技术以及无线接入技术。其中，无线接入又可以分为无线局域网接入、无线城域网接入与无线Ad hoc接入。

各种接入技术

（1）数字用户线xDSL接入技术。

• 数字用户线(Digital Subscriber Line，又叫数字用户环路)是指从用户到本地电话交换中心（中心局）的一对铜双绞线。
• xDSL技术根据上行（用户到交换局）和下行（交换局到用户）的速率是否相同可分为速率对称型和速率非对称型两种。另外，根据信号传输的速率、距离以及上行速率与下行速率的不同，xDSL技术主要可以分为以下几种。①非对称数字用户线(Asymmetric Digital Subscriber Line,ADSL)。②高比特率数字用户线(High bitrate DSL,HDSL)。③速率自适应数字用户线(Rate adaptive DSL,RADSL)。④甚高比特率数字用户线(Very high bit rate DSL,VDSL)。

ADSL的技术特点主要表现在如下几个方面。

这些特点对于网络运营商来说尤为重要，因为这使他们可以用相对较少的投资，进行简单有效的推广。

（2）光纤同轴电缆混合网。

①光纤同轴电缆混合网的基本结构。（了解）

• 有线电视网络（CATV）技术已能够提供单向的广播业务，
• 光纤同轴电缆混合网(Hybrid Fiber Coax，HFC)是新一代的有线电视网络。HFC就是一个双向传输系统。
• 光纤干线和同轴分配线在光纤节点处相连。光纤节点通过同轴电缆下引线可以为500～2000个用户服务。这些被连接在一起的用户共享同一根传输介质。HFC改善了信号质量，提高了可靠性，线路可以使用的带宽甚至可以达到1GHz。这些特性使用户在以传统方式接收电视节目的同时又可以享受高速上网、视频点播、IP电话、可视电话、电视会议、多媒体远程教学、远程医疗、网上游戏、VPN等双向数据传输服务。
• 我国的有线电视网的覆盖广泛，通过改造可以为家庭宽带接入Internet提供一种经济、便捷的方法。从用户接入的角度来看，光纤到同轴电缆混合网将有线电视网络进行了双向改造，是用户通过有线电视宽带接入Internet的一种重要方式。表1-3是几种接入方式的速率比较。

②电缆调制解调器（Cable Modem）

• Cable Modem连接了用户计算机与有线电视同轴电缆。它不仅有调制解调功能，也带有加密解密和协议适配，以及网桥、路由器与集线器的部分功能。Cable Modem利用频分复用的方法将双向信道分为：载波频率范围在5～42MHz，带宽一般在200kbit/s～10Mbit/s的上行信道；载波频率范围一般在450～750MHz，信道带宽最高可达36Mbit/s的下行信道。

Cable Modem可以从不同角度进行如下分类。（了解）

• ①从数据传输方向上，Cable Modem可以分为单向、双向两类。
• ②从传输方式上，Cable Modem可以分为双向对称式传输和非对称式传输两类。对称式传输速率为2～4Mbit/s，最高能达到10Mbit/s。非对称式传输下行速率为30Mbit/s，上行速率为500kbit/s～2.56Mbit/s。
• ③从同步方式上，Cable Modem可以分为类似于Ethernet的同步交换和类似于ATM技术的异步交换两类。
• ④从接入的角度，Cable Modem可以分为个人Cable Modem和宽带多用户Cable Modem。宽带多用户Cable Modem可具有网桥的功能，并可将一个计算机局域网接入Internet。
• ⑤从接口的角度，Cable Modem可分为外置式、内置式和交互式机顶盒3种。外置Cable Modem通过网卡连接计算机，支持局域网上的多台计算机同时接入，但是使用外置式Cable Modem需要给计算机添置一块网卡。内置式Cable Modem通常是一块PCI总线接口卡，这种方式最廉价，但是有许多不足

（3）光纤接入技术。

• 无源光纤网（PON）是ITU的SG15研究组在G.983建议“基于无源光纤网的高速光纤接入系统”下进行标准化的。该建议分为两个部分。

1. OC-3,155.520Mbit/s的对称业务。

1. 上行OC-3,155.520Mbit/s;下行OC-12,622.080Mbit/s的不对称业务。

（4）宽带无线接入技术。

• 无线接入技术主要有IEEE 802.11标准的无线局域网(WLAN)接入、IEEE 802.16标准的无线城域网（WMAN)接入，以及正在发展的Ad hoc接入技术几种。
• 近距离使用可采用IEEE 802.11标准的无线局域网技术，它可以满足一定地理范围内的用户无线接入需求；远距离使用则采用IEEE 802.16标准的WiMAX技术，

③IEEE 802.16标准与无线城域网。

• （了解）1999年7月IEEE 802委员会成立了专门工作组，研究宽带无线网络标准。2002年公布了宽带无线城域网802.16标准，即WMAN标准。该标准旨在制定工作在2～66MHz频段的无线接入系统的物理层与MAC子层规范。
• （了解）按IEEE 802.16标准建立的无线网络可能覆盖一个城市的部分区域，由于建筑物位置是固定的，它需要在每个建筑物上建立采用全双工、宽带通信方式工作的基站。而且要求接入IEEE 802.16无线网络的用户数要多于接入IEEE 802.11无线局域网的用户数。为了拥有更多的带宽，保证无线网络对接入用户的服务质量，IEEE 802.16标准规定了无线网络使用更高的、毫米波的10～66GHz波段的频率。
• IEEE 802.16d主要针对固定的无线网络部署，IEEE 802.16e则针对火车、汽车等移动物体的无线通信标准问题。（d固定、e移动）
• 与IEEE 802.16标准工作组对应的论坛组织是WiMAX。最高传输速率134Mbps。

④无线网格网技术。

• Ad hoc技术有两个发展方向：一是在军事和特定行业发展和应用的基础上产生的无线传感器网络（WSN）；另一个是向民用的接入网领域发展，出现了无线网格网（WMN）。