网络系统结构与设计的基本原理(二 )

        九，构建宽带城域网的基本技术与方案

        用于构建宽带城域网的基本技术与方案主要有三种：基于SDH的城域网方案、基于10GE的城域网方案与基于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，它并不适合于传输IP分组。随着技术的发展，基于下一代的

SONET/SDH技术的多业务传输平台（Multi-serviceTransportPlatform,MSTP）将取代功能单一的分插复用器（Add-

dropMultiplexer,ADM）和数字交叉系统（DigitalCross-connectSystem，DCS），使IPoverSONET/SDH方案更为可行。

       2，基于10GEthernet技术的宽带城域网

       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。光以太网的出现从根本上改变了宽带城域网的规划、建设、管理思想。用于宽带城域网的光以太网可以有多种实

现形式，其中最为重要的有两种：基于10GE的技术和弹性分组环技术。

       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。它要克服传统以太网的不足，具备以

下特征：

       1)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。

       2)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安全及合法使用；

       3)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，或包月计费方式。

支持实时计费；

       4)支持VPN和防火墙，可以有效的保证网络安全；

       5)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；

       6)能够方便、快速、灵活地使用用户和业务的扩展。

       由于光以太网是以太网与DWDM技术相结合的产物，因此它在宽带城域网的运营中具有明显的优势。

       10Gbps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DMDW技术都十分成熟，并且已经广泛使用。经过估算，组建一个同样

规模的宽带城域网，光以太网的造价是SONET的1/5，是ATM的1/10。

       2)IEEE已经对速率从10Mbps、100Mbps、1Gbps到10Gbps的以太网技术标准化了，100Gbps的以太网技术标准

正在研究之中。它能够覆盖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-端的多种方案中具有潜在的优势。

       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、运营、管理和人员培训都

很方便、有效。

       3，基于弹性分组环RPR技术的城域网

       弹性分组环（ResilientPacketRing,RPR）是一种直接在光纤上高效传输IP分组的传输技术，它的工作基础是

Cisco公司提出的动态分组传送（DynamicPacketTransport,DPT）技术。研究弹性分组环RPR标准的IEEE802.17工

作组与2001年1月成立，目标是致力于研究为IP和其他分组交换网络提供高速、可生存的环形网络技术。

       弹性分组环RPR采用双环结构，这一点与FDDI结构相同。在RPR环中，两个RPR结点之间的裸光纤的最大长度

可以达到100km。RPR将沿顺时针传输的光纤叫做外环，将沿逆时针传输的光纤叫做内环。弹性分组环RPR的内环和

外环都可以用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。每一个结点都可以使用两个方向的光纤与相邻结点通信。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，实行“环自愈”功能，保证城域网的系统可靠性与服务质量。

       RPR技术主要具有以下几个特点：

       1) 带宽的利用率高

       传统的SDH网络中，有50%的环带宽是冗余的；RPR采用双环结构传输数据分组和控制分组。传统的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从环中收回；而RPR环限制数据帧只在

源结点与目的结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，该数据帧将不再占用下游段的环带宽，提高了环带宽的利用率。

       2) 公平性好
       公平性是网络运营商必须提供的一项主要保证。当两个数据帧具有相同的优先级时，RPR环可以向它们提供相同

的环通道的访问能力，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

流量大而造成环拥塞。同时，RPR环还支持加权公平法则和入口、出口峰值速率限制，用以保证根据用户购买的带宽

提供相应的服务。

        3) 快速保护和恢复能力强

        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，隔离出现故障的结点和光纤段，提供SDH级飞快速保护和恢复，同时不需要像SDH那样必须有专用的带宽，

因此又进一步提高了环带宽的利用率。

        4) 保证服务质量

        为了保证网络的服务质量（QoS），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。

        十，网络接入技术与方法

        1，目前，可以用作用户接入网的主要有三类：计算机网络、电信通信网与广播电视网。

        2，目前，从技术的角度来看，接入网的接入方式主要分为五类：地面有线通信网络、无线通信和移动网络、卫

星通信网、有线电视网和地面广播电视网。在这里，计算机局域网被归为地面有线通信系统。人们形象地将它们称为

用户接人信息高速公路的五条车道。

        3，未来的信息网络建设应该将服务与建设分开，建立分层的服务模型与统一的标准，以便原属于不同行业的网

络系统过渡而形成一个全国性的大网，为各种新应用的发展提供高效能的服务平台，让更多的家庭、企业和机关的计

算机更方便的接入Internet。这种应用需求导致了接入网技术的发展和变化，最终将导致计算机网络、电信通信网与电

视通信网的“三网融合”局面的出现。

       4，宽带接入技术的基本类型

       不同应用环境的接入技术的类型与相关的标准：

       从用户接入的角度，可以分为接入技术与接入方式，接入方式与用户工作环境与需求有关。

       接入技术可以分为有线接入和无线接入两类；接入方式涉及用户的环境与需求，它大致可以分为家庭接入、校园

接入、机关与企业接入。

       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。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Adhoc接

入。

       5，各种接入技术的特点

       (1)数字用户线xDSL接入技术

       大多数电话公司倾向于推动数字用户线xDSL(DigitalSubscriberLine)的应用。数字用户线xDSL又叫做数字用户环

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，本地电话交换中心又叫做中心局。xDSL是美国贝尔通

信研究所于1989年为推动视频点播（Video-On-Demond,VOD）业务而开发出的基于用户电话铜双绞线的高速传输技

术。

        与其他的宽带接入技术相比，xDSL技术的优势主要表现在：

       1)能够提供足够的带宽以满足人们对多媒体网络应用的需要；

       2)性能和可靠性有明显的优势；

       3)利用现有的电话铜双绞线，能够平滑的与人们现有的网络进行连接，是比较经济的接入方案之一。

       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型和速率非对称型两

种。根据信号传输的速率与距离，以及上行速率与下行速率的不同，主要的数字用户线xDSL可以分为：

       1)非对称数字用户线（AsymmetricDigitalSubscriberLine,ADSL）

       2)高比特率数字用户线（HighbiterateDSL,HDSL）

       3)速率自适应数字用户线（RateadaptiveDSL,RADSL）

       4)甚高比特率数字用户线（VeryhighbiterateDSL,VDSL）

       下表给出了主要的xDSL技术的上行与下行速率的参数：

       ASDL主要技术特点表现在：

       1)它可以在现有的电话铜双绞线上，以重叠和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。因此，ASDL允许用户保留它们已经申请的模拟电话业务，可以同时支持用户在电话铜双绞线上的新型

宽带业务。新型的宽带业务可以是Internet在线访问、远程办公、视频点播VOD等。

       2)该技术几乎和本地环路的实际参数没什么关系，与使用的用户电话铜双绞线的特性也无关，因此用户不需要专

门为获得ASDL服务而重新铺设电缆。

       3)ASDL提供的非宽带特性，上行速率在64kbps~640kbps，下行速率在500kbps~7Mbps。用户可以根据需要选择

上行和下行速率。

        (2)光纤同轴电缆混合网HFC的基本概念

        光纤同轴电缆混合网HFC的基本结构

        从用户接入的角度看，光纤同轴电缆混合网（HybridFiberCoax,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。

        电缆调制解调器CableModem的分类

        电缆调制解调器CableModem专门为利用有线电视网进行数据传输而设计的。在发送端，它将数据进行调制，然

后利用有线电视网（CATV）同轴电缆允许的频率发送出去；在接收端，把调制后的信号进行解调，还原出数据。
        CableModem把用户计算机与有线电视同轴电缆连接起来。它不仅包含调制解调部分，也有加密解密和协议适配

与网桥、路由器与集线器的部分功能。CableModem利用频分复用的方法，将双向信道分为：从计算机终端到网络方

向称为上行信道，从网络到计算机终端方向称为下行信道。上行信道采用的载波频率范围在5MHz~42MHz，上行信道

带宽一般在200kbps~10Mbps。下行，信道采用的载波频率一般在450MHz~750MHz，信道带宽一般可达36Mbps。

        CableModem可以分为以下几种类型：

       a)从传输方式，CableModem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2Mbps~4Mbps，

最高可达10Mbps。非对称式下行速率为30Mbps，上行速率为500kbps~2.56Mbps。

       b)从数据传输方向上，CableModem可以分为单向、双向两类。

       c)从同步方式上，CableModem可以分为同步和异步交换两类。同步交换类似于Ethernet，异步交换类似于ATM

技术。

       d)从接入的角度，CableModem可以分为个人CableModem和宽带多用户CableModem。宽带Modem可以具有网

桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。

       e)从接口角度看，CableModem可以分为外置式、内置式和交互式机顶盒三种。外置CableModem通过网卡连接

计算机，所以连接CableModem前需要给计算机添置一块网卡，这也是外置式CableModem的缺点。不过外置

CableModem可以支持局域网上的多台计算机同时接入。交互式机顶盒也是一种CableModem，用户可以直接在电视

屏幕上访问网络或收发E-Mail。

        (3)光纤接入技术

        绝大多数网络运营商都认为，理想的宽带接入网将是基于光纤的网络。光接入技术有着广阔的应用前景。特别是

无源光网络（PassiveOpticalNetwork，PON）技术，以及以ATM为基础的宽带无源光网络（APON）技术。由于采用

光纤作为介质，带宽得到了大大的提高。由于基于APON是一种无源系统，因而使安装、开通和维护运营成本可以继

续降低。从长远的观点看，面对日益丰富多彩的多媒体业务和快速增长的IP业务的压力，APON是一种比较理想的长

远解决方案。

        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”进行标准化的。该建议

分为两部分：

       a)OC-3，155.520Mbps的对称业务。

       b)上行OC-3，155.520Mbps，下行OC-12,622.080Mbps的不对称业务。

       按照G.983建议，传输介质可以的一根或两根单模光纤。双向传输通过波分复用WDM（一根或两根光纤）实现。

       无源光网络PON技术无论对现有的网络，以及对将来的B-ISDN，都是一种很好的过渡方式。然而为了灵活地提

供宽带多媒体业务，以ATM为基础的宽带无源光网络APON可能是更加适合的方式。这种方式是在PON的网络上，实

现基于信元的ATM传输，它允许接入网中的多个用户共享整个带宽。由于该系统把ATM和PON技术结合在一起，故称

之为APON（ATM+PON）。

        APON系统是PON和ATM相结合的产物。PON为多个用户提供廉价的共享传输媒介，而ATM技术则为从低速到

高速的各种媒体业务提供可靠的接口，APON结合了这两者的优点，与其他接入方式相比较，具有以下的优点：

       a)系统稳定、可靠；

       b)可以不同的带宽、传输质量的需求；

       c)与有线电视网络相比，每个用户可占用独立的带宽，而不会发生拥塞；d)接入距离可以达到20km~30km。

       (4)宽带无线接入技术

       无线接入技术主要有：802.11标准的的无线局域网（WLAN）接入、802.16标准的无线城域网（WMAN）接入，

以及正在发展的Adhoc接入技术。

        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频段的无线接入系统的物理层与介质访问控制MAC子层

规范。802.16是802.16是一个点对多点的视距条件下的标准，用于大数据量接入。802.16a增加了非视距和对无线网

格网（WirelessMeshNetwork，WMN结构的支持。802.16与802.16a经过修订后统一命名为802.16d，于2004年5月

正式公布。
       按802.16标准建立的无线网络可能覆盖一个城市的部分区域同时由于建筑物位置的固定的，它需要在每个建筑物

上建立基站，基站之间采用全双工、宽带通信方式工作。而且每个802.16无线网络接入的用户数，往往要多于802.11

无线局域网的用户数。正是802.16标准要保证无线网络对接入用户的服务质量，它就需要更多的带宽，因此802.16标

准规定无线网络使用更高的10~66GHz波段的频率。这个波段使用毫米波。

       在802.16标准增加了两个物理层标准802.16d与802.16e。802.16d主要针对固定的无线网络部署，802.16e则针

对火车、汽车等移动物体的无线通信标准问题。

       与IEEE802.16标准工作组对应的论坛组织为WiMAX。与致力于WLAN推广应用的Wi-Fi联盟很类似，由业界成员

参加的WiMAX论坛致力于IEEE802.16无线网络标准的推广与应用。

       802.11标准与无线局域网WLAN

       802.11定义了使用红外、调频扩频与直接序列扩频技术，数据传输速率为1Mbps或2Mbps的无线局域网标准。

802.11b定义了使用直序扩频技术，传输速率为1Mbps、2Mbps、5.5Mbps与11Mbps的无线局域网标准。802.11a将

传输速率提高到54Mbps。无线局域网是当前网络研究的一个热点问题，目前802.11标准已经从802.11、802.11a发展

到了802.11j，对多种频段无线传输技术的物理层、MAC层、无线网桥，以及QoS管理、安全与身份认证作出了一系

列规定。

       无线网格网WMN技术

       目前Adhoc技术有两个发展方向：一是军师和特定行业发展和应用，在此基础上产生了无线传感器网络WSN；另

一个是向无线的民用接入网发展，出现了无线网格网WMN。无线网格网WMN出现在20世纪90年代中期，在2000年

后开始引起人们的重视。

        推动无线网格网WMN发展的直接动力是Internet接入的应用需求。一个区域的无线接入可以使用蜂窝移动通信系

统或无线局域网。蜂窝移动通信和无线局域网从应用的角度各有其局限性。从投资收益的角度看，蜂窝移动通信与无

线局域网比较适合于人口稠密、有确定用户群的地区。对于用户流动性比较大、不适宜建大功率基站的应用场所，以

及有临时性通信需求的场所，Adhoc技术一直与蜂窝移动通信技术并行发展。但是，由于军事运用的限制，Adhoc技

术在相当一段时间内没有在民用领域取得进展。在这样的背景下，人们开始考虑能否将Adhoc技术与蜂窝移动技术、

无线局域网技术相结合，应用于无线宽带接入网中，真正为用户提供无处不在的连接。