网络技术

Chapter 1

基础知识

1. 计算机网络的分类

1.1. 局域网(Local Area Network LAN)

特点:

  • 局域网覆盖有限的地理范围,使用于机关、学校、有限范围的计算机、终端与各类信息处理设备联网的需求
  • 提供传输效率(10Mbps~10Gbps),支持高码率、高质量传输环境
  • 一般属于一个单位所有,易建立、维护和扩展

另一角度:

介质访问方法的角度看,局域网可以分为共享介质式局域网与交换式局域网;从使用的传输介质类型的角度,又可以分为有限介质的有限局域网和无线局域网。

技术发展的三个方向:

  • 提高以太网的数据传输速率
  • 将一个大型局域网划分成多个用网桥或者路由器互联的网络
  • 将共享介质方式改为交换方式(在交换式局域网的基础上,出现了虚拟局域网VLAN)

1.2. 城域网(Metropolitan Area Network MAN)

概念:城市区域网络简称城域网,介于广域网和局域网之间的一种高速网络。目的是为了满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网的互联要求,实现大量用户之间的数据、语音、图形的传输

1.3. 广域网

又叫远程网,覆盖范围从几十公里到几千公里。可以覆盖几个国家或地区,甚至横跨几个洲,从而形成国际性的远程计算机网络(分组交换网、卫星通讯网和无线分组网实现)

计算机网络结构

2.1. 早期的广域网

结构上分成两部分:负责数据处理的计算机终端;负责数据通信的通信控制处理设备与通信线路

逻辑功能上分成两部分:资源子网和通信子网

资源子网由计算机系统、终端、终端控制器、连接外部设备、各类软件资源与信息资源组成;资源子网负责全网的数据处理业务,负责向网络用户体统各类网络资源和网络服务。

2.2. 用户计算机接入

用户计算机可以通过局域网方式接入,也可以选择电话交换网(PSTN)有线电视网(CATV)无线城域网(WMAN)无线局域网(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作为国家级或区域级主干网的广域网。多个广域网互联形成覆盖全世界的Internet系统

实训任务

1. 任务一:宽带城域网的结构

  • 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和一个出口,即网络平台、业务平台、管理平台和城市宽带出口

    宽带城域网的总体结构.jpg

  • 网络平台的层次结构

    网络平台的层次结构又可以分为:核心层、汇聚层、接入层

    核心层主要承担高速数据的交换的功能,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和本地流量控制的功能。

    • 核心交换层的功能

      • 核心交换层将多个汇聚层连接在起来,为汇聚层的网络提供高速分组转发,为整个城市提供一个高速、安全与具有QoS保障能力的数据传输环境
      • 核心交换层实现与主干网络的互联,提供城市的宽带IP出口
      • 核心交换层提供宽带城域网的用户访问internet所需要的路由访问
    • 汇聚层的基本功能

      • 汇聚层的用户流量进行数据分组传输的汇聚、转发和交换
      • 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
      • 根据处理结果把用户流量转发到核心层本地进行路由处理`
    • 接入层的基本功能

      • 接入层的最后一公里问题,通过各种接入技术,连接最终用户,为它所覆盖范围内的永辉提供访问Internet以及其他信息服务

      • 三层结构的基本思想是上层负责下层的数据汇聚核心提供出口与QoS、汇聚本地路由、接入服务用户

2. 实训任务二:管理和运营宽带城域网的关键技术

管理和运营宽带城域网的关键技术主要是:带宽管理、服务质量QoS、网络管理、用户管理、多业务接入、统计与计费、IP地址的分配和地址转换、网络安全

  • 目前宽带城域网保证服务质量QoS要求的关键技术主要有资源预留(RSVP)区分服务(DiffeServ)与多协议标记交换MPLS
  • 宽带城域网带内网络管理是指利用数据通信网(DCN)公共交换电话网(PSTN)、对网络设备进行数据配置。带宽网络管理是指利用网络协议(SNMP)建立网络管理系统

3. 实训任务三:基于10GE的城域网方案

用于宽带城域网的光以太网有多种实现形式,其中最为重要的有两种:基于10GE的技术弹性分组环技术。

10Gbps光以太网的技术优势主要表现在一下几个方面:

  • 以太网与DMDW技术都十分成熟,并且已经广泛使用,组建相同规模的宽带城域网,光以太网额造价是SONET的1/5,是ATM的1/10

  • 光以太网的特征

    • 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的应用
    • 具有认证和授权功能,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合法性
    • 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、用户流量或者包月计费方式、支持实时计费等
    • 支持VPN和防火墙,有效保证网络安全
    • 支持MPLS,具有一定的服务质量保证,提供分等级的QoS网络服务
  • 弹性分组环RPR技术的城域网

    一种直接的高效传输IP分组的传输技术,基础是Cisco公司提出的动态分组技术(DPT)技术

RPR将沿顺时针传输光纤叫做外环,将沿逆时针传输的光纤叫做内环。弹性分组环RPR的内环和外环都可以同统计复用的方法传输IP分组,同时可以实现“自愈环”的功能。RPR的内环和外环都可以传输数据分组与控制分组。每一个节点都可以使用两个方向的光纤与近邻节点通信。这样做的目的除了高效地利用光纤带宽之外,还有一个目的是加速控制分组传输,提高环的可靠性,实现“环自愈”功能,保证城域网的系统可靠性与服务质量。

  • RPR技术主要特点

    • 带宽的占用率高

      传统额FDDI环网中,当源结点向目的结点成功地发送一个数据帧之后这个数据帧要由源结点中从环收回;而RPR环限制数据帧只在源节点与目的节点之间的光纤段上传输,当源结点成功地发送一个数据帧之后,这个数据帧要由目的结点从环中收回,这样就提高了环带宽的利用率;

    • 公平性好

      RPR环中每个结点都执行SRP公平算法,使得结点之间能够获得平等的带宽,防止个别结点因流量大而造成环拥堵。

    • 快速保护和恢复能力强

      RPR采用自愈环的设计思想,能够在50ms的时间内,隔离出现故障的节点和光纤段,提供SDH级快速保护和恢复,同时不需要像SDH那样必须有专用的带宽;

    • 保证服务质量QoS

  • 四网融合

计算机网络、电信通信网、电视通信网以及物联网

4. 实训任务四:宽带接入技术的基本类型

接入技术可以分为有线接入和无线接入两种;从实现技术的角度,目前宽带接入技术主要有以下几种:数字用户线xDSL、光纤同轴电缆混合网HFC技术、光纤接入技术、无线接入技术与局域网接入技术。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。

  • 数字用户线xDSLjishu

    数字用户环路,数字用户线是从用户到本地电话交换中心的一对铜双绞线,本子电话交换中心又叫做中心局;xDSL技术按上行(用户到交换局)和下行(交换局到用户)的速率是否相同分为速率对称性和速率非对称性两种

    • 非对称数字用户线(ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line)
    • 高比特率数字用户线(HDSL)
    • 速率自适应数字用户线(RADSL)
    • 甚高比特率数字用户线(VDSL)
  • ADSL(非对称数字用户线)主要特点

    • 在现有电话铜双绞线上,以重叠不干扰传统模拟电话业务,即普通电话业务POTS的方式,提供高速数字业务。ADSL允许用户保留他们已经申请的模拟电话业务,可以支持用户在电话铜双绞线上的新型宽带业务。
    • 用户不需要专门为获得ADSL服务而重新铺设电缆
    • 提供额非对称宽带特性,上行速率在64 kbps~640 kbps,下行速率在500 kbps~7 Mbps。用户可以根据需要选择上行和下行速率。
  • 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Ad hoc接入技术,在无线宽带接入网的结构中,远距离采用802.16标准的WiMAX技术,可以在50km范围内提供70Mbps的传输速率;

      • 802.16标准与无线城域网WMAN

        IEEE802.16标准体系的主要目标是制定工作在2~66MHz频率段的无线接入系统的物理层与介质访问控制MAC子层规范;在802.16标准增加了两个物理层标准的16d与16e,16d主要针对固定的无线网络部署,16e主要针对火车、汽车等移动物体的无线通信标准问题

      • 802.11标准与无线局域网WLAN

        定义了使用红外、调频扩频与直接序列扩频技术,传输速率为1Mbps或者2Mbps的无线局域网标准;11b定义了使用直接序列扩频技术,速率在1、2、5.5\11Mbps;11a将传输速率提高到54Mbps