第11章网络技术的未来发展

计算机网络第11章网络技术的未来发展计算机网络11.1宽带网络技术11.1.2宽带网相关技术及组成二个基本概念基带传输：在传输介质上直接传输“数位信号”即基带信号的方法。基带传输时传输信号会占整个频道，因此在同一时间仅能传送一种信号；宽带传输：以“模拟信号”传输数据，这时数据信号被调制成模拟信号，传送时采用频分复用的方法区分成多个子传输频道(子频带、子信息)，使数据、语言、图像等多种信息可以同时在不同频道中传送。计算机网络按传输速率划分的宽带含义技术上说宽带是指在同一传输介质上，可以利用不同的频道进行多重(并行)传输，并且速率在1.54Mbs以上。美国提出将200Kbps以上的传输带宽定义为宽带。通常人们把骨干网传输速率在2.5G以上、接入网能够达到1M的网络定义为宽带网。计算机网络宽带网的划分宽带网大致可分为全国主(骨)干网(广域网)、城域网和住宅社区这三个层面。目前在城市激烈竞争的宽带网建设，仅指宽带网人户“最后一公里”的住宅社区层面，而且特别是为解决计算机用户高速上网，以家庭为网络切入点的接入方法。计算机网络中国电信主干网营运商中国联通(165)中国网通(CNC)中国吉通中国移动通信有线电视网宽带综合业务数字网(B-ISDN)主干网接入技术非对称数字用户线(ADSL)异步传输模式(ATM)有线电视网(HFC)高速以太网千兆以太网光纤以太网端到端以太网光纤到户计算机网络11.1.3宽带有线接入的主要方式1.ADSLADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLoop)即非对称数字用户环路技术，是通过电话线采用高级的数字信号处理技术和新的压缩算法，使大量的信息可通过电话线路高速传输。它不用重新布线，在用户端安装1个ADSLModem即可，它有公网IP，并且不关机或重新启动电脑IP地址不会改变。上行传输速度为640Kbs，下行(至用户)传输速度可达6.144Mbs，传输距离可达6km，是国内外目前热门的、前景非常好的接入技术之一。计算机网络11.1.3宽带有线接入的主要方式2.FTTBFTTB(FiberToTheBuilding)即光纤到楼。除了一些高层的住宅和写字楼，为了节省投资，通常的情况都是光纤到小区，再用网线到楼，进入每家每户，楼里或楼层之间用集线器或交换机连接。由于FTTB采用的以太网方式传输结构相对简单，其上、下传输速率均能达到10Mbs，客户端不用安装设备和相应的拨号程序(仅需要一块网卡)，甚至连系统设置也几乎不用，故障率也很低。计算机网络11.1.3宽带有线接入的主要方式3.CableModem利用有线电视网的同轴电缆实现高速接入Internet的方式。由于同轴电缆具有高带宽、信道质量好的优势，目前已成为最重要的宽带数据传输介质之一。经过多年发展，国内的有线电视网络已覆盖了大部分地区，一旦用户所在小区的线路经过双向改造并开通此项服务，用户无需电话线和任何的电话拨号装置，只要拥有电脑和CableModem即可通过有线电视网进行宽带冲浪，传输速率可达10Mbs。计算机网络11.1.4宽带无线接入技术1.MMDS技术MMDS是一种点对多点分布、提供宽带业务的无线接入技术。其工作频段一般在2.5GHz、3.5GHz，在反射天线周围50公里范围内可以将数据直接传送至用户。一个发射塔的服务区可以覆盖一座中型城市，同时控制上行和下行的数据流。通过MMDS接入Internet时，Modem和无线设备之间通常以电缆连接，然后再连接天线。MMDS虽然有许多优点，但是存在着局限性。例如，阻塞问题；信号质量易受天气变化的影响；可用频段不够宽，最多不超过200MHz等等，使得应用范围还很小。主流的宽带无线接入技术可以分为：固定宽带无线接入方式(如MMDS、LMDS、FSO等)和移动宽带无线接入方式(UWB、WLAN、蓝牙技术等)。计算机网络11.1.4宽带无线接入技术2.LMDS技术LMDS是一点对多点的宽带无线通信系统，工作在毫米波波段、20～40GHz频带上，传输容量可达1Gbit/s，可与光纤比拟，被称为“无线光纤”，可提供双向语音、数据、Internet、视频等服务。WDS系统的一般结构见图ISP电信骨干网各种网络接口调制解调器微波收发模块终端系统终端系统终端系统网管系统图11-1LMDS系统组成图基站计算机网络11.1.4宽带无线接入技术LMDS系统的优势是：①工作在10GHz以上的毫米波段，可用带宽达1GHz左右，总汇聚速率约4.8Gbit/s，用户的数据传输速率为155Mbit/s；②可承载各种通信业务，包括语音、数据、文字、视频图像、静止图片等；②LMDS系统的基站和用户终端采用模块化设计，配置灵活、扩展性好，容量扩充和增加新业务十分方便；④建设投资低、施工周期短、网络运行和维护费用低；⑤毫米波段方向性好、干扰少、性能稳定。主要缺点是：①毫米波段传输距离短，业务覆盖范围较小，不能用于远程通信；②通信质量受雨、雪影响较大，吸收损耗加上自由空间传播损耗，甚至会导致通信中断。因此，工作频率应避开吸收点的峰值频率点，采用空间和频率分集，可增强接收效果。计算机网络11.1.4宽带无线接入技术3.自由空间光通信系统(FSO)FS0也称为无线光网(WON)，是光纤通信与无线通信相结合的产物。它以空气为媒质，通过激光或光脉冲在太赫兹光谱范围内传送分组数据信号。优点：①不需频率许可证。②频带宽。③成本低廉。④安全性能好。不足：首先，激光的波束随传输距离的增加而慢慢变宽，超过一定距离就难以被正确接收。另外，由于波束的传输不能受到阻挡，很小的飞行物(如飞鸟)就会对FSO产生影响。第三，由于光信号裸露在大气中进行传输，势必受到气象条件的影响。第四，由于FS0系统的收发设备一般都安装在高楼之上，因此，大风引起建筑物的晃动或地震都会造成光路的偏移。计算机网络11.1.4宽带无线接入技术4超宽带无线通信技术(UWB)广义地讲，超宽带(UWB)技4超宽带无线通信技术(UWB)术可以指任何占用频带超过其中心频率25％，或者带宽超过1.5GHz的无线通信系统。UWB通常依靠持续时间非常短的基带脉冲信号传输数据，占用频带很宽，一般在几个吉赫量级。在很低的功率谱密度下，UWB能够在户内提供超过100Mbit/s的可靠数据传输。计算机网络11.1.4宽带无线接入技术5卫星宽带卫星宽带是一种新兴的空中无线宽带技术。利用卫星上网与我们通常使用的地面方式不同，用户通过计算机的调制解调器和卫星配合接入互联网，从而获得高速互联网信息传输、定向发送数据、网站广播等服务。卫星宽带的最大特点是可以覆盖世界任何地方。卫星宽带被广泛应用于远程教育、股市服务、智能小区等。卫星系统可以把信号覆盖全球，但这是一个单向系统，只能用于下载。为了把数据传回去，用户必须使用电话或者有线调制解调器。对于不易铺设光缆的地区，无线接入是最好的补充，可以和地面网相辅相成。计算机网络11.2主动网络技术11.2.1主动网络概述主动网络(ActiveNetwork)概念是由美国国防部高级防御研究计划管理局(DARPA)在1995年提出的。作为一种新型网络体系结构，它赋予网络中间节点一定的可编程能力，使用户可以根据需要定制网络，与传统的网络结构相比，主动网络更加灵活，它可以为网络协议、网络服务的快速升级和部署提供简单的网络平台。计算机网络11.2主动网络技术11.2.2主动网络体系结构DARPA主动网络结构可划分成三个主要层次：节点操作系统(NodeOS)、执行环境(ExecutionEnvironment，EE)和主动应用(ActiveApplication，AA)，节点操作系统类似一般操作系统的内核，它位于主动网络节点最下面的功能层次，管理和控制对主动网络节点硬件资源(包括节点处理机、存储器和通道等)的使用。它屏蔽了对这些硬件资源使用的细节，通过固定的接口为执行环境层提供服务。执行环境实际上是一个与平台无关的透明的可编程的空间，它运行在网络中各个主动节点上，执行环境为上层应用提供了各种各样的网络应用接口。一个主动网络节点可以具有多个执行环境，每一种执行环境完成一种特定的功能。主动应用是一系列用户定义的程序，它透过执行环境提供的网络应用接口获取运行程序所需的相关资源，实现特定的功能。计算机网络11.2主动网络技术11.2.2主动网络体系结构主动应用1主动应用n主动应用2...执行环境1执行环境n执行环境2...硬件文件线程池AAEENodeOS通道图11-2主动网络体系结构计算机网络11.2主动网络技术11.2.3主动网络的实现方案目前，根据主动网络所实现的网络的可编程程度不同，可以划分成许多种实现方案。其中，两个典型的方案是，可编程路由器或交换机(Programmableswitch)方案和集成(Capsule)方案。前者可编程程度较小，后者可编程程度较大。1.可编程路由器或交换机方案可编程路由器或交换机方案，保持了现有的数据包或信元的结构，但是提供一个分离机制，用于将程序调入中间节点(路由器或交换机)中。在这种方案中要让中间节点执行用户定义的功能就需要用户将自己的程序发送到节点上，这样程序会被暂时储存在节点的存储空间里，然后用户发送想要处理的数据包。当数据包按照它在现今网络中的传输方式到达中间节点时，节点会根据数据包的信息来确定应该用哪个用户程序来处理。如果用户不想再用此程序来处理数据包，可以简单地发信息告诉节点放弃原先的程序；如果用户想采用新的程序来处理自己的数据包，他也只需发送新的程序到节点上。该方案对处理大报文的应用尤其适合，但由于网络可编程程度较小，所以对当今安全制度不太健全的公共网络比较适合。计算机网络11.2主动网络技术11.2.4主动网络应用1.组播传统的IP组播服务中如果必须严格保证所有接收者都能够可靠地接收到组播数据，传统的组播方法就难以胜任。问题主要出在差错恢复方面。在组播过程中，只要数据在某点发生了问题，则组播树上位于该点下游的所有接收者收到的数据都存在问题，必须进行重传来纠正差错。传统的处理方式是所有接到错误数据的节点向发送端提出请求，由发送端分别进行重传。这种方法极大的浪费了网络资源，导致网络状况恶化，很容易引发更多的传输错误。在主动网络中，每个网络节点可以同其附近的节点建立联系，当一个网络节点收到的数据有问题时，它可以和同组的临近节点通信。如果临近节点收到的数据是正确的，它就直接从临近节点取得正确数据，而不必要求发送端重传数据.将主动网络技术应用于多播领域已被证明是行之有效的，具有主动性的内节点可以很好的解决目前存在于组播领域的诸多问题。研究人员已经提出了一种称为ARM(ActiveReliableMulticast)的差错恢复方案，它利用主动网络技术进行差错恢复，比较好的解决上述问题。计算机网络11.2主动网络技术11.2.4主动网络应用2服务质量QoSQoS网络状况(如存在阻塞、链路断裂)对应用程序的运行质量有很大影响。由发送方根据网络状况进行数据传输调整的传统方法有很大的缺陷，发送方需要比较长的一段时间来检测网络状况、根据网络情况进行相应调整，进而将调整后的数据发到接收端。在这段调整时间内，接收端可能已蒙受了无法挽回的损失(当环境恶化时)，也可能无法达到最佳工作状态(环境改善时)。采用主动网络技术，由网络内节点根据网络状况对传输服务进行调整，能够保证网络内各种状态变化都可以及时地在最佳点得到处理和调整。计算机网络11.2主动网络技术11.2.4主动网络应用3.流量缓存如何尽可能地将信息缓存在靠近客户的位置是减少网络流量、提高响应速度的关键。在主动网络中可以将各个主动节点上的小规模的缓存器联合起来，根据实际情况自动作出调整，提供更有效的服务。在传统的广域网络中常采用的技术就是网络缓存。具体讲，就是在一些网络关键节点缓存一些用户最近用过的数据，使得用户再访问这些数据时不需要再从远程的数据源获取数据，而从距自己较近的节点就能获取数据，从而减小数据传输时延及