网络系统结构与设计的基本原理(一)

        一，计算机的网络的分类

        计算机网络按照其覆盖的地理范围划分，可以分为局域网(LAN)，城域网(MAN)和广域网(WAN)三种类型。

        1，LAN的技术特点主要表现在：

        1)  LAN覆盖有限的地理范围，它适应于机关，校园，工厂等有限范围内的计算机，终端与各类信息处理设备连网的需求。

        2)  LAN提供高数据传输效率(10Mbps~10Gbps)，低误码率和高质量数据传输环境。

        3)  LAN一般属于一个单位所有，易于建立，维护与扩展。

        从介质访问方法的角度来看，LAN可以分为共享介质式局域网和交换式局域网；从使用的传输介质类型的角度来看，LAN可以分为有线介质的有线局域网和使用无线通信信道的无线局域网。

        2，MAN

        城市区域网络简称城域网。MAN是介于WAN和LAN之间的一种高速网络。MAN设计目标是满足几十公里范围内的大量企业，机关，公司的多个LAN的互连需求，以实现大量用户的数据，语音，图形与视频等多种信息的传输。

        3，WAN

        WAN又称远程网，所覆盖的的地理范围从几十公里到几千公里。WAN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，将分布在不同地区的计算机系统互联起来，以达到资源共享的目的。

        区分：Internet是WAN中最大的一个，但是WAN不是Internet。

        二，计算机网络结构的特点

        典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为：资源子网和通信子网。

        1)  资源子网由主计算机系统，终端，终端控制器，连网外部设备，各种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，负责向网络用户提供各种网络资源和网络服务。

        2)  通信子网由通信控制处理机，通信线路和其他通信设备组成，完成网络数据传输，转发等通信处理业务。通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点。

        用户计算机可以通过LAN方式连入，也可以选择电话交换网(PSTN)，有限电视网(CATV)，WMAN或WLAN凡是接入到作为地区级主干网的MAN。MAN又通过路由器与光纤接入到作为国家级或区域主干网的WAN。多个WAN互联形成覆盖全世界额Internet系统。

        三，LAN技术

        LAN技术中最广泛使用的是以太网。近年来以太网技术的发展大致有三个方向：

        1)   提高以太网的数据传输速率。

        2)   将一个大型的LAN挂分为多个用网桥或路由器互联的网络。

        3)   将共享介质方式改为交换方式。在交换式LAN的基础上出现了虚拟局域网(VLAN)。

        四，MAN技术

        IEEE802委员会对MAN的定义是在总结FDDI技术特点的基础上提出的，它是相对于WAN和LAN而产生的。早期的MAN是以光纤为传输介质，首选技术是光纤环网，其典型技术是光纤分布式数据接口(FDDI)。设计FDDI的目的是实现高速，高可靠性和大范围LAN互联。FDDI支持双环结构，具备快速环自愈能力。

        五，WAN技术

        1，WAN是一种公共数据网络(PDN)。

        2，WAN技术研究的重点是远距离的，搞服务的宽带核心交换技术。

        3，用于WAN的典型网络类型和技术主要包括：

        1)  公共电话交换网(PSTN)

        2)  综合业务数字网(ISDN)

        3)  数字数据网(DDN)

        4)  X.25分组交换网

        5)  帧中继网(FR)

        6)  异步传输模式网(ATM)

        7)  GE与10GE的光以太网

        六，宽带城域网的结构

        1，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，管理平台与城市宽带出口的问题。

        宽带城域网的总体结构图：

        2，网络平台的层次结构 

         从逻辑上来说，宽带城域网的网络平台的层次结构又可以进一步分为：核心交换层也称为核心层，边缘汇聚也

称为汇聚层，用户接入层也称为接入层。

         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。

        采用层次结构的优点，各层功能实体之间的定位清楚，接口开放，标准规范，便于组建和管理。

        3，核心交换层、边缘汇聚层与用户接入层的主要功能

        核心交换层的基本功能

        宽带城域网的核心交换层主要有以下几个基本功能：

        1)核心交换层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，为整个城市提供一个高速、安全与

具有QoS保障能力的数据传输环境。

        2)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。

        3)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。核心交换层结构设计重点考虑的是它的可

靠性、可扩展性与开放性。 

        汇聚层的基本功能：

        汇聚层处于宽带城域网核心交换层的边缘，它的基本功能是：

        1)汇聚接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发和交换。

        2)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，已经安全控制、IP地址转换、流

量整形等处理。

        3)根据处理结果把用户流量转发到核心交换层或本地进行路由处理。

        接入层的基本功能：

        接入层解决的是“最后一公里”问题。它是通过各种接入技术，连接最终用户，为它所覆盖范围内的用户提供访问

Internet以及其他的信息服务。

       需要注意的是，宽带城域网的核心层、汇聚层与接入层是一个全集。而在实际应用中，可以根据某个城市的覆盖

范围、网络规模、用户数量与承载的业务来确定是否使用它的子集。例如，在设计一个覆盖大型城市的宽带城域网

时，通常要采用完整的核心层、交换层与汇聚层的三层结构。而在设计一个覆盖中小城市的宽带城域网时，可能初期

阶段只需要采用核心层与汇聚层结构的两层结构，而将汇聚层与接入层合并起来考虑，当然也可能有点城市可以将核

心层与汇聚层合并起来考虑。运营商完全可以根据自己的网络规模、用户数量、业务分布和发展阶段等因素，考虑宽

带城域网的结构与层次。

       七，宽带城域网组建的基本原则

       要组建与成功运营一个宽带城域网需要遵守的基本原则是：必须标准网络的可运营性、可管理性和可扩展性。

       组建的宽带城域网一定是可管理的。作为一个实际运营的宽带城域网，它不同于向公众提供宽带业务的局域网，

而需要有足够的网络管理能力。这种能力表现在电信级的接入管理、业务管理、网络安全、计费能力、IP地址分配、

QoS保证等方面。
       1)宽带城域网的电信级接入管理包括对用户的开户、销户和用户权限的保护。

宽带的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、基于IP的虚拟专

网VPN等多种增值业务。网络安全要保证系统、设备安全与用户安全。

       2)宽带城域网必须提供根据使用时间、流量、业务等多种方式的计费手段，支持对固定用户和流动用户的计费手

段。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。

       3)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。因此，宽带城域网一定要能够提供设备管理和网络管理，可以向用户提供基于业务的管理，如虚拟

专网VPN管理，最终实现分级别、分权限和分区域的网络管理。

       八，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：带宽服务、服务质量Qos、网络管理、用户管理、多业务接入、统计

与计费、IP地址的分配与地址转换、网络安全等。

       目前宽带城域网保证服务质量QoS要求的技术主要有：资源预留（RSVP）.区分服务（DiffServ）与多协议交换

MPLS。

       利用传统的电信网络进行网络管理称为“带内”，而利用IP网络及协议进行网络管理的则称为“带外”。

       带内网络管理是指利用数据通信网（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

网络管理是指利用网络管理协议（SNMP）建立网络管理系统。