計算機三級網絡技術（1）

寬帶城域網的結構

寬帶城域網的邏輯結構

完整的寬帶城域網包含三個平台：網絡平台、業務平台、管理平台和一個出口：城市寬帶，出口主要與國家主干網進行連接。

寬帶城域網各層主要功能：

1. 核心交換層的基本功能：

• 核心交換層將多個匯聚層連接起來，為匯聚層的網絡提供高速轉發，為整個城域網提供一個高速、安全與具有QoS保障能力的數據傳輸環境；
• 核心交換層實現與主於網絡的互聯，提供城市的寬帶IP數據出口；
• 核心交換層提供寬帶城域網的用戶訪問Internet所需要的路由服務。

2. 匯聚層的基本功能：

• 匯接入層的用戶流量，進行數據分組傳輸的匯聚、轉發與交換；

• 根據匯聚接入層的用戶流量，進行本地路由、過濾、流量均衡、QoS優先級管理以及安全控制、地址轉換、流量整形等處理；

• 根據處理結果把用戶流量轉發到核心交換層或本地講行路由處理。

3. 接入層的基本功能：

• 接入層解決的是“最后一公里”問題。通討各種接入技術，連接最終用戶，為它所覆蓋范圍內的用戶提供訪問 Internet以及其他的信息服務。

三層結構思想：上層負責下層的數據匯聚；核心層提供出口與QoS、匯聚本地路由，接入服務用戶。

管理和運營寬帶城域網的關鍵技術

• 帶寬管理；

• 網絡管理；

• QoS；

• 用戶管理；

• IP地址的分配與地址轉換；

• 多業務接入；

• 統計與計費；

• 網絡安全等。

1. 網絡管理：

• 帶內網絡管理是指利用傳統的電信網絡，通過數據通信網（DCN）或公共交換電話網（PSTN）撥號，對網絡設備講行數據配置；
• 帶外網絡管理是指利用IP網絡及協議進行網絡管理，是利用簡單網絡管理協議（SNMP）建立網絡管理系統；
• 對匯聚層以下采用帶內管理，而對匯聚層及其以上設備采取帶外管理。

2. Qos:

• 在寬帶城域網業務中有多媒體業務、數據業務與普通的語音服務；網絡服務質量表現在延時、抖動吞吐量和丟包率等幾個方面；

• 目前寬帶城域網保證QoS要求的技術主要有：資源預留（RSVP）、區分服務（Diffserv）與多協議標記交換（MPLS）。

3. 用戶管理:

寬帶城域網的用戶管理應該包括用戶認證與接入管理、計費管理等，能夠為用戶提供帶寬保證，實現流量工程。

4. IP地址分配與地址轉換：

為了解決IP地址不足的問題，目前的基本方案是使用內部專用IP地址與網絡地址轉換（NAT）技術，只為寬帶城域網的關鍵設備與特殊用戶分配固定的公用IP地址。

構建寬帶城域網的基本技術與方案

1. 基於10GE技術的寬帶城域網

光以太網是以太網與DWDM技術相結合的產物，可運營光以太網的設備和線路必須符合電信網絡99.999%的高運行可靠性，並具備以下特征：

• 能夠根據終端用戶的實際應用需求分配帶寬，保證帶寬資源充分、合理地應用；

• 具有認證與授權功能，用戶訪問網絡資源必須經過認證和授權，確保用戶和網絡資源的安全及合法使用。支持VPN和防火牆，可以有效地保證網絡安全；

• 支持MLPS（多協議標簽交換），具有一定的服務質量保證，提供分等級的QoS網絡服務；

• 提供計費功能，能及時獲得用戶的上網時間記錄和流量記錄，支持按上網時間、用戶流量計費或提供包月計費方式，支持實時計費；

• 能夠方便、快捷、靈活地適應用戶和業務的擴展。

2. 基於彈性分組環技術的寬帶城域網
   

RPR采用雙環結構，有內環和外環，兩個RPR結點之間的裸光纖的最大長度可達到100km，兩環均有實現“自愈環”的功能，均可以傳輸數據分組與控制分組，且可用統計時分多路復用的方法傳輸IP分組。

注意：內環傳輸方向逆時針，外環傳輸方向順時針。

特點1:公平性好

RPR環中毎個結點都執行SRP公平算法，使得結點之間能夠獲得平等的帶寬，防止個結點因流量過大而造成環擁塞。同時，RPR環還支持加權公平法則和入口、出口峰值速率限制，用以保證能夠根據用戶購買的帶寬提供相應的服務。

特點2:帶寬的利用率高

RPR采用雙環結構傳輸數據分組和控制分組，並限制數據幀只在源結點與目的結點之間的光纖段上傳輸，當源結點成功地發送—個數據幀之后，這個數據幀要由目的結點從環中收回。如此，該數據幀將不再占用下游段的環帶寬，從而提高了環帶寬的利用率。

特點3:保證服務質量

RPR環對不同的業務數據分配不同的優先級，以保證高優先級信息的可靠傳輸，從而保證了網絡的服務質量。

特點4:快速保護和恢復能力強大

RPR有自愈環的功能，能夠在50ms的時間內，隔離出現故障的結點和光纖段，並可在沒有專用帶寬的前提下即能夠提供SDH級的快速保護和恢復。

網絡接入技術與方法

1. 寬帶接入技術的基本類型

從用戶接入的角度，寬帶接入可以分為接入技術與接入方式兩種類型，其中接入方式與用戶工作環境與需求相關。

從技術實現的角度，目前寬帶接入技術主要有數字用戶線（xDSL）技術、光纖同軸電纜混合網（HFC）技術、光纖接入技術、局域網接入技術以及無線接入技術。其中，無線接入又可以分為無線局域網接入、無線城域網接入與無線 Ad hoc接入。

2. 各種接入技術

（1）數字用戶線xDSL接入技術

xDSL中x的意思是表示它的不同類型，例如，可以理解x是A、H或RA等，它們對應於不同的數字用戶線技術。xDSL技術根據上行（用戶到交換局）和下行（交換局到用戶）的速率是否相同可分為速率對稱型和速率非對稱型兩種。

根據信號傳輸的速率、距離以及上行速率與下行速率的不同，xDSL技術主要可以分為以下幾種。

• 非對稱數字用戶線 （Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）；

• 高比特率數字用戶線（ High bitrate DSL，HDSL）；

• 速率自適應數字用戶線（ Rate adaptive DSL， RADSL）；

• 甚高比特率數字用戶線 （Very high bit rate DSL，VDSL）。

xDSL的上行與下行速率：

注意記憶是否對稱。

ADSL的技術特點主要表現在如下幾個方面。

• 能夠利用現有的用戶電話銅雙絞線，以重疊和不干擾傳統模擬電話業務的方式，即普通電話業務（POTS）的方式，提供高速數字業務。ADSL允許用戶在保留已有的模擬電話業務的同時，進行Internet在線訪問視頻點播（VOD）等新型寬帶業務；

• 該技術與本地環路的實際參數以及用戶電話銅雙絞線的特性關系都不大，所以用戶不需要進行電纜的重新鋪設；

• 上行速率在64kbit/s到640kbit/s，下行速率在500kbit/s到7Mbit/s。用戶可以根據需要自行選擇。

（2）光纖同軸電纜混合網（HFC）

①光纖同軸電纜混合網的基本結構

HFC由電視頭端、長距離干線、放大器、饋線與下引線組成。

HFC是新代的有線電視網絡，是一個雙向傳輸系統，光纖結點通過同軸電纜下引線可以為500到2000個用戶服務。

HFC改善了信號質量，提高了可靠性，線路可以使用的帶寬甚至可以達到1GHz。

從用戶接入的角度來看，光纖到HFC是經過雙向改造的有線電視網絡，是用戶通過有線電視寬帶接入Internet的一種重要的方式。

HFC是使用Cable Modem將用戶計算機和電纜連接起來，通過有線電視寬帶接入Internet的，數據傳輸速率可達10Mbit/s到36Mbit/s。

②電纜調制解調器（Cable Modem）。

Cable Moden把用戶計算機與有線電視同軸電纜連接起來，不僅有調制解調功能，也帶有加密解密和協議適配，以及網橋、路由器與集線器的部分功能。Cable Modem利用頻分復用的方法，將雙向信道分為：從計算機終端到網絡方向稱為上行信道，從網絡到計算機終端方向稱為下行信道。

從數據傳輸方向上，Cable Modem可以分為單向、雙向兩類。

從傳輸方式上，Cable Modem可以分為雙向對稱式傳輸和非對稱式傳輸兩類。

從同步方式上，Cable Modem可以分為類似於 Ethernet的同步交換和類似於ATM技術的異步交換兩類。

從接入的角度，Cable Moden可以分為個人Cable moden和寬帶多用戶Cable modem。

從接口的角度，Cable Modem可分為外置式、內置式和交互式機頂盒3種。

（3）光纖接入技術

APON（寬帶無源光網絡）是ATMPON的簡稱。ATM是一種基信元的傳輸協議，能為接入網提供動態的帶寬分配，從而更適合寬帶數據業務的需要。

EPON（以太網無源光網絡）是基於以太網的PON技術。EPON采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網之上提供多種業務，EPON是一種實現光纖到戶的重要技術。

無源光纖網（PON）是ITU“基於無源光纖網的高速光纖接入系統”下進行標准化的。

OC-3，155.520Mbit/s的對稱業務。

上行OC-3，155.520Mbit/s；下行OC-12，622.080Mbit/s的不對稱業務。

注意：已知OC-3的速率，其余OC的速率可以以3為分母算倍率。如OC-1速率為51.84Mbit/s，是OC-3的三分之一。

傳輸介質可以是一根或兩根單模光纖，雙向傳輸通過波分復用（一根或兩根光纖）實現。

（4）寬帶無線接入技術

①無線接入技術的分類與應用。

無線接入技術主要有IEEE 802.11標准的無線局域網（WLAN）接入、IEEE 802.16標准的無線城域網（WMAN）接入，以及正在發展的 Ad hoc接入技術幾種。

近距離使用可采用IEEE 802.11標准的無線局域網技術，它可以滿足一定地理范圍內的用戶無線接入需求；遠距離使用則采用IEEE 802.16標准的 WiMAX技術，該技術可以在50km范圍內提供最高70 Mbit/s的傳輸速率。

IEEE 802.11標准與IEEE 802.16標准均針對無線環境，但由於適用對象不同，采用的技術與協議解決問題的重點也不相同。IEEE 802.11標准的重點在解決局域網范圍的移動節點通信問題，而IEEE 802.16標准的重點是解決建築物之間的數據通信問題。

②IEEE802.1標准與無線局域網。

• IEEE 802.11定義了使用紅外、跳頻擴頻與直接序列擴頻技術，數據傳輸速率為 IMbit/s或2 Mbit/s;

• IEEE 802.11a將傳輸諫率提高到54 Mbit/s；

• IEEE 802.11b定義了使用直序擴頻技術，傳輸速率為 1 Mbit/s、2 Mbit/s、5.5 Mbit/s與1 Mbit/s。

③IEEE 802.16標准與無線城域網。

• 按IEEE 802.16標准建立采用全雙工、寬帶通信方式工作的基站；

• IEEE 802.16標准規定了無線網絡使用更高的、毫米波的10~66GHz波段的頻率；

• 在IEEE 802.16標准上增加了兩個物理層標IEEE 802.16d與IEEE 802.16e；

• 與IEEE 8026標准工作組對應的論壇組織是WiMAX，最高的傳輸率為134Mbit/s。

注意記憶固定/移動。