第2章网络技术的演变和发展

互联网是一个由大量的路由器将广域网、城域网和局域网互联起来，形成层次复杂、结构在不断变化的网际网。国际/国家级主干网地区主干网企业/校园网无线自组网接入无线局域网接入(802.11)无线城域网接入(802.16)局域网接入(802.3)PSTNADSL接入设备CATV线缆调制解调器电话交换网接入有线电视网接入主要介绍：广域网技术的特征与发展趋势引起城域网概念与技术演变的原因高速局域网技术的特征与发展趋势接入技术与局域网、城域网的关系广域网、局域网与城域网技术发展与TCP/IP协议的关系2.1WAN技术特征和发展一、WAN的主要特征作为互联网主干网的广域网技术具有以下两个基本的特征：广域网是一种公共数据网（PDN）广域网研究的重点是宽带核心交换技术如何接入不同类型的计算机系统如何提供能够保障服务质量的宽带核心交换服务2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势构成广域网的通信技术与网络类型主要包括：1）公共电话交换网（publicswitchingtelephonenetwork，PSTN）2）综合业务数字网（integratedservicedigitalnetwork，ISDN）3）数字数据网（digitaldatanetwork，DDN）4）X.25分组交换网5）帧中继网（framereplay，FR）6）异步传输模式网（asynchronoustransfermode，ATM）7）光以太网（opticalEthernet）2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势广域网技术的发展过程：1972198419901991ISDNN-ISDNB-ISDNATMISDN19741991X.25RFX.25WDMWDM1975198819891995SDHSONETDWDM199820022010GE10GE100GEGE/10GE/100GE综合业务数字网X.25分组交换网光纤波分复用千兆以太网异步传输模式网帧中继网同步数字体系同步光网络IPoverSONET/SDH2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势X.25网是指采用X.25协议组建的公共分组交换网。X.25协议规定用户终端设备与X.25交换机之间的接口标准。X.25交换机X.25交换机X.25分组交换网X.25网X.25协议X.25协议X.25网的结构2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势X.25协议设计的重点：解决数据传输的差错控制、流量与拥塞控制问题这种设计思路的直接效果就是协议结构很复杂。传输速率：64kb/s2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势上个世纪90年代：（1）传输介质：电缆光纤（2）局域网间高速互联的需求大（3）用户计算机性能提高，可承担部分通信处理能力（4）X.25协议执行过程复杂，传输时延大，服务质量低2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势帧中继技术：在数据传输速度高、误码率低的光纤上，使用简单的协议以减小网络时延，将必要的差错控制功能交给用户设备来完成。传输速率：1.5Mb/s——45Mb/s特点：（1）高网络吞吐量、低传输时延X.25交换机30步操作/帧帧中继交换机6步操作/帧转发时延小一个数量级，吞吐量高一个数量级。2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势（2）提供虚拟专用网服务帧中继网的设计目标主要是局域网之间的互联。路由器路由器帧中继交换网VPN帧中继的VPN结构2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势广域网技术的发展过程：1972198419901991ISDNN-ISDNB-ISDNATMISDN19741991X.25RFX.25WDMWDM1975198819891995SDHSONETDWDM199820022010GE10GE100GEGE/10GE/100GE综合业务数字网异步传输模式网2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势ISDN致力于实现以下目标：①提供一个在世界范围内协调一致的数字通信网络，支持各种通信服务，并在不同的国家采用相同的标准。②为在通信网络之间进行数字传输提供完整的标准。③提供一个标准的用户接口，使通信网络内部的变化对终端用户透明。2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势ISDN特点：（1）与单一业务的电信网不同，ISDN线路可以供多种业务共用，可以与多个用户通信。（2）ISDN完全采用数字信道，可以获得较高的通信质量与可靠性。2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势B-ISDN：将语音、数据、图像的传输以及传统的服务综合在一个通信网中，覆盖从低传输速率到高传输速率的各种非实时、实时与突发性的传输要求。ATM技术的主要特点表现在：（1）采用一种面向连接的技术（2）采用的信元长度为53B，头部5B，数据48B（3）以统计时分多路复用方式动态分配带宽（4）数据传输速率：155Mb/s——2.4Gb/s2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势光传输网络技术AON（allopticalnetwork）将计算机网络按照网络传输介质划分：电结点光结点铜缆光纤第一代传输网络第二代传输网络第三代传输网络2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势光传输网络技术AON（allopticalnetwork）①允许将网络带宽资源动态分配给路由，提高了带宽利用率，改善了系统性能。②提高网络系统智能控制能力，降低对网管软件功能的要求，减少运营和管理成本。③增加按需带宽分配服务、分级带宽服务、动态波长分配租用业务、动态路由配置与光层虚拟专用网服务的功能。2.1WAN技术特征和发展二、WAN技术的发展趋势光以太网技术：光纤波分复用+以太网组建同样规模的广域网/城域网，光以太网的造价是SONET的1/5，是ATM的1/10。IEEE正在研究速率为100Gbps的光以太网，能覆盖从广域网、城域网到局域网的整个范围。①根据实际应用需求分配带宽，保证带宽资源充分、合理应用②访问网络资源必须经过认证和授权，确保用户对网络资源的安全使用③支持按上网时间、用户流量实时计费或包月计费功能④支持VPN和防火墙，可以有效地保证网络安全⑤提供分级的QoS服务⑥方便、快速、灵活地适应用户和业务的扩展2.1WAN技术特征和发展三、WAN技术与TCP/IP协议的关系X.25网络层协议X.25数据链路层协议X.25物理层协议ATM网络层协议ATM数据链路层协议ATM物理层协议RFGE/10GEPPP协议SDH/SONETIP协议TCP/UDP协议应用层协议X.25网ATM网帧中继网IPoverSDH光以太网网络接口层IP层传输层应用层TCP/IP协议体系结构2.1WAN技术特征和发展三、WAN技术与TCP/IP协议的关系1.X.25网、帧中继网与IP协议帧中继网与X.25网的一个重要区别是：帧中继网只涉及物理层与数据链路层，它的网络层支持IP协议。这就是帧中继网得以广泛应用，并能保持到现在的原因之一。2.ATM网与IP协议ATM技术希望成为广域网、局域网、城域网一体化解决方案，同时能解决IP网中存在的QoS问题，但在网络层没有采取与IP协议兼容的设计思路。2.2LAN技术的演变与发展一、LAN技术的发展过程随机访问型无线分组网ALOHANET无线局域网WLAN:802.11以太网Ethernet:802.3环形局域网NewhallCambridgeRing令牌总线网TokenBus:802.4令牌环网TokenRing:802.5高速局域网FE/GE/10GE交换式局域网SwitchedEthernet局域网互联LANBridge分布式数据接口FDDI:802.6虚拟局域网VLAN城域网MAN局域网LAN2.2LAN技术的演变与发展一、LAN技术的发展过程以太网的核心技术是介质访问控制方法CSMA/CD。CSMA/CD方法用来解决多个节点共享一条总线的问题。在以太网中任何结点都没有可预约的发送时间，它们的发送都是随机的，并且网络中不存在集中控制的结点，网络中的结点都必须平等地争用发送时间。1960年1970年1980年1990年1995年2000年2005年2010年CambridgeRingNewhallEthernetEthernetV2.0802.3FDDI10BASE-TSwitchedLANFEGE802.11WLAN10GE100GE2.2LAN技术的演变与发展二、高速以太网技术的研究与发展为克服网络规模与网络性能之间的矛盾，提出3种解决方案：1）提高以太网的数据传输速率，从10Mbps、100Mbps、1Gbps到10Gbps。2）将一个大型局域网划分成多个由路由器互联的子网，这就导致局域网互联技术的发展。每个子网的介质访问控制仍采用CSMA/CD方法。3）将共享介质方式改为交换方式，这就导致交换式局域网技术的发展。交换局域网的核心设备是局域网交换机。2.2LAN技术的演变与发展二、高速以太网技术的研究与发展研究交换式局域网研究高速局域网研究局域网互联技术局域网发展的基本思路图2-8局域网发展的基本思路ALOHANETEthernet10BASE-TEthernetFEGE10GE100GE20世纪60年代末1976年1990年1995年1999年2002年2010年2.2LAN技术的演变与发展三、WLAN技术的研究与发展无线局域网：以微波、激光与红外线等无线电波作为传输介质，部分或全部代替传统局域网中的同轴电缆、双绞线与光纤，实现移动计算网络中移动结点的物理层与数据链路层功能。应用领域①作为传统局域网的扩充②用于建筑物之间的互联③用于移动结点的漫游访问④用于构建特殊的移动网络2.2LAN技术的演变与发展三、WLAN技术的研究与发展分类①红外无线局域网②扩频无线局域网③窄带微波无线局域网2.2LAN技术的演变与发展三、WLAN技术的研究与发展蓝牙技术的研究与发展研究的背景IEEE802.15标准无线个人区域网基本概念IEEE802.15.4标准①在不同的载波频率下实现20kbps、40kbps和250kbps三种不同的传输速率②支持星形、点到点两种网络拓扑结构③使用16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球唯一的扩展地址④支持冲突避免的载波侦听多路访问技术⑤支持确认机制，保证传输可靠性2.2LAN技术的演变与发展三、WLAN技术的研究与发展ZigBee无线网络技术及应用ZigBee适用于数据采集与控制的点多、数据传输量不大、覆盖面广、造价低的应用领域。基于ZigBee的无线传感器网络已在家庭网络、安全监控、汽车自动化、消费电器、儿童玩具、医用设备控制、工业控制、无线定位等领域，特别是在家庭自动化、医疗保健与工业控制中展现出重要的应用前景，引起产业界的高度关注。2.3宽带MAN技术的演变与发展一、MAN概念的发展与演变城域网是以光纤为传输介质，能够提供45-150Mb/s的高传输速率，支持数据、语音与视频综合业务的数据传输，可以覆盖跨度在50-100km的城市范围，实现高速宽带传输的数据通信网络。宽带城域网是以宽带光传输网络为开发平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互连设备，实现各种增值业务，并与广域网、电视网、电话网互联互通的本地综合业务网络。2.3宽带MAN技术的演变与发展一、MAN概念的发展与演变MAN业务范围1）大规模互联网接入的需求与交互式应用。2）远程办公、视频会议、网上教育等新的办公与生活方式。3）网络电视、视频点播、网络电话以及由此引起的新服务。4）家庭网络的应用。2.3宽带MAN技术的演变与发展一、MAN概念的发展与演变MAN主要特征1）基于IP协议，以电信网的可扩展性、可管理性为基础，在城市范围内汇聚宽带和窄带用户的接入，以满足政府、企业、学校等集团用户和个人用户对互联网和宽带多媒体服务的需求为目标。2）在计算机网络、公共电话交换网、移动通信网和有线电视网的基础上，为语音、数字、视频提供一个互联互通的通信平台。3）重点保证高数据交换容量。一个在城市