網絡課件第3章 誰構筑了網絡的銅墻鐵壁

3.1走進廣域網3.2數據交換方式 3.2.1電路交換 3.2.2存儲交換 3.2.3信元交換

3.2.4多協議標簽交換3.3公用網技術 3.3.1ISDN網絡3.3.2DDN網絡3.3.3SDH網絡 3.4接入網技術 3.4.1幀中繼接入 3.4.2X.25網絡3.4.3撥號接入 3.4.4xDSL接入3.4.5HFC接入 3.4.6局域網接入 第3章誰構筑了網絡的銅墻鐵壁3.5無線廣域網技術 3.5.1無線廣域網概念 3.5.2無線廣域網的發展 3.5.3第五代無線通信技術

3.5.4移動互聯網技術3.6網絡傳輸介質 3.6.1雙絞線3.6.2同軸電纜3.6.3光纖3.6.4陸地微波3.6.5衛星微波3.6.6無線電3.6.7紅外線3.7組網設備 3.7.1集線器 3.7.2網橋3.7.3交換機 3.7.4路由器

3.7.5網關

3.1走進廣域網廣域網（WAN，WideAreaNetwork）也稱遠程網，它是一種用來實現不同地區的局域網或城域網的互連，可提供不同地區、城市和國家之間的計算機通信的遠程計算機網。廣域網是在傳輸距離較長的前提下所發展的相關技術的集合，用于將大區域范圍內的各種計算機設備和通信設備互聯在一起，組成一個資源共享的通信網絡。其主要特點如下：（1）長距離。（2）低速率。（3）高成本。（4）維護困難。（5）傳輸介質多樣。3.2數據交換方式數據傳輸的雙方若有點對點的鏈路連接，那么實現數據通信最為方便。但現實中很多時候這種配置很難實現，當數據傳輸的雙方物理距離很遠，或者需要相連的傳輸設備很多，就需要在各工作站之間建立一個通信網絡。交換即轉接，是在交換通信網中實現數據傳輸必不可少的技術。交換方式按照性質可以分為電路交換、存儲交換和信元交換，其中存儲交換又分為報文交換和報文分組交換。而后者通常簡稱為分組交換。3.2.1電路交換電路交換又稱為線路交換。在所有的交換方式中，電路交換是一種直接的交換方式。這種方式提供了一條臨時的專用通道，這個通道既可是物理通道，也可以是邏輯通道（使用時分或頻分復用技術）。通信的雙方在通信時，確實占有了一條專用的通道，而這個臨時的專用通道在雙方通信的接收前，即使雙方并沒有進行任何數據傳輸，也不能為其他站點服務。線路交換按其接點直接連通一個輸入線和一個輸出線（空間分割）或按時間片分配物理通路給多個通道（時間分割）方式又分為空間分割線路交換和時間分割線路交換。3.2.1.1電路交換的特點電路交換要在兩站間建立一條專用通信鏈路需要花費一段時間，這段時間稱為呼叫建立時間。在此過程階段中，在通信鏈路建立過程中由于交換網繁忙等原因而使建立失敗，對于交換網則要拆除已建立的部分電路，用戶需要掛斷重撥，這稱為呼損。電路交換原理如圖3-1所示。電路交換方式利用率低。通信鏈路建立，進行數據傳輸，直至通信鏈路拆除為止，信道是專用的，即使傳輸雙方暫時沒有任何數據，通道也不能為其他任何傳輸方利用。再加上通信建立時間、拆除時間和呼損，其利用率較低。3.2.1.2電路交換的優勢電路交換的一個優勢是，提供給用戶的是“透明通路”，即交換網對用戶信息的編碼方法、信息格式以及傳輸控制程序等都不加以限制，通信雙方收發速度、編碼方法、信息格式、傳輸控制等完全由傳輸雙方決定。在傳輸的過程中，在每個節點的延遲是可以忽略的，數據以固定的數據率傳輸，除通過傳輸鏈路的傳播延遲以外，沒有別的延遲，適用于實時大批量連續的數據傳輸。3.2.2存儲交換在數據交換中，對一些實時性要求不高的信息，如圖書管理系統中備份數據庫信息，允許信息等待一些時間再轉發出去，在等待的時間里能進行一些必要的數據處理工作，此時，采用存儲轉發式的存儲交換方式比較合適。存儲交換原理是輸入信息在交換裝置控制下先存入緩沖存儲器暫存，并對存儲的數據進行一些必要的處理，等待輸出線路空閑時，再將數據轉發輸出。轉換交換裝置起到了交換開關的作用，它可控制輸入信息存入緩沖區等待輸出口的空閑，接通輸出并傳送信息。存儲交換分為報文交換和分組交換兩種。3.2.2.1報文交換目前數字數據通信廣泛使用報文交換。在報文交換網中，網絡節點通常為一臺專用計算機，配備足夠的外存，以便在報文進入時，進行緩沖存儲。節點接收一個報文之后，報文暫存放在節點的存儲設備之中，等輸出線路空閑時，再根據報文中所附的目的地址轉發到下一個合適的節點，如此往復，直到報文到達目標數據終端。所以報文交換也稱為存儲轉發（StoreandForward）交換。報文交換具有下列特征：（1）在通信時不需要建立一條專用的通路，不會像電路占用專有線路而造成線路浪費，線路利用率高，同時也就沒有建立和拆除線路所需要的等待和時延。（2）每一個節點在存儲轉發中都有校驗、糾錯功能，數據傳輸的可靠性高。

報文交換的主要缺點是，由于采用了對完整報文的存儲/轉發，要求各站點和網中節點有較大的存儲空間，以備存整個報文，發送只有當鏈路空閑時才能進行，故時延較大，不適用于交互式通信（如電話通信）；由于每個節點都要把報文完整地接收、存儲、檢錯、糾錯、轉發，產生了節點延遲，并且報文交換對報文長度沒有限制，報文可以很長，這樣就有可能使報文長時間占用某兩節點之間的鏈路，不利于實時交互通信。分組交換即所謂的包交換正是針對報文交換的缺點而提出的一種改進方式。3.2.2.2報文分組交換該方式是把長的報文分成若干較短的、標準的“報文分組”（Packet），以報文分組為單位進行發送、暫存和轉發。每個報文分組，除要傳送的數據地址信息外，還有數據分組編號。報文在發送端被分組后，各組報文可按不同的傳輸路徑進行傳輸，經過節點時，同樣要存儲、轉發，最后在接收端將各報文分組按編號順序再重新組成報文。對于短報文來說，一個報文分組就足夠容納所傳送的數據信息。一般單個報文分組稱數據報（Datagram）。數據報的服務以傳送單個報文分組為主要目標。數據報是報文分組存儲轉發的一種形式。與線路交換方式相比，在數據報方式中，分組傳送之間不需要預先在源主機與目的主機之間建立“線路連接”。源主機所發送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳輸路徑。每個分組在通信子網中可能是通過不同的傳輸路徑，從源主機到達目的主機。從源主機到達目的主機。3.2.2.3虛電路服務為了彌補報文分組交換方式的不足，減輕目的節點對報文分組進行重組的負擔，引進虛電路（VirtualCircuit）服務。為了進行數據傳輸，在發送者和接收者之間首先要建立一條邏輯電路，以后的數據就按照相同的路徑進行傳送，直到通訊完畢后該通路被拆除。在一條物理通路上可以建立多條邏輯通路，一對用戶之間通信，占用其中一條邏輯通路。虛電路可以包括各段不相同的實際電路，經過若干中間節點的交換機或通信處理機制連接起來的邏輯通路構成。它是一條物理鏈路，在邏輯上復用為多條邏輯信道。虛電路一經建立就要賦予虛電路號，它反映信息的傳輸通道。這樣報文分組中就不必再注明全部地址，相應地縮短了信息量，每個報文分組的虛電路可以各不相同。3.2.3信元交換信元交換又叫ATM（異步傳輸模式）交換，是一種面向連接的快速分組交換技術，它是通過建立虛電路來進行數據傳輸的。3.2.3.1ATM交換的原理信元交換技術是一種快速分組交換技術，它結合了電路交換技術延遲小和分組交換技術靈活的優點。信元是固定長度的分組，ATM采用信元交換技術，其信元長度為53字節。信元頭5字節，數據48字節。概念：（1）虛通路（2）虛通道3.2.3.2ATM交換的應用這個例子說明的是一位教授與一位學生通過ATM網絡授課的過程。這位教授的工作站裝有ATM接口卡、聲卡、攝像機，并連接到本地的ATM交換機，成為一臺能產生多媒體信息的ATM端主機。學生的計算機也連接到ATM網中，形成一種基于ATM網絡的遠程教學系統。教學過程中，教授與學生之間要傳送文本、語音、視頻信息。對于這種應用要求，傳統的數據通信網是無法滿足的。但是，可以通過ATM網絡為教授與學生的ATM端主機之間建立一條虛通路（VPI=1）。在VPI=1的虛通路上，可以分別為文本、語音與視頻數據的傳輸定義三條虛通道VC。3.2.4多協議標簽交換3.2.4.1MPLS概述多協議標簽交換（Multi-ProtocolLabelSwitching，MPLS）是新一代的IP高速骨干網絡交換標準，由因特網工程任務組（InternetEngineeringTaskForce，IETF）提出。MPLS是利用標記（label）進行數據轉發的。當分組進入網絡時，要為其分配固定長度的短的標記，并將標記與分組封裝在一起，在整個轉發過程中，交換節點僅根據標記進行轉發。MPLS獨立于第二和第三層協議，諸如ATM和IP。它提供了一種方式，將IP地址映射為簡單的具有固定長度的標簽，用于不同的包轉發和包交換技術。它是現有路由和交換協議的接口，如IP、ATM、幀中繼、資源預留協議（RSVP）、開放最短路徑優先（OSPF）等等。3.2.4.2MPLS基本結構網絡拓撲結構3.2.4.3MPLS服務功能MPLS可以提供以下4個主要的服務功能：（1）提供面向連接與保證QoS的服務。（2）合理利用網絡資源。（3）支持虛擬專網服務。（4）支持多協議。3.2.4.4MPLSVPN的應用MPLSVPN的主要特點如下：（1）在基于MPLS的VPN中，服務提供商為每個VPN分配一個路由標識符（RD）。這個路由標識符在MPLS網絡中是唯一的。標記交換路由器（LSR）和邊界標記交換路由器（E-LSR）的標記轉發表中記錄了該VPN中用戶IP地址與路由標識符的對應關系。只有屬于同一個VPN的用戶之間才能通信。（2）MPLSVPN技術可以滿足用戶關于保證數據通信安全性、網絡服務質量的要求，操作方便，具有很好的可擴展性。目前MPLSVPN技術已經在大型信息網絡系統、物聯網應用系統、云計算系統中得到廣泛應用。3.3公用網技術

3.3.1ISDN網絡電話網在實現了數字傳輸和數字交換后，就形成了電話的綜合數字網（IntegratedDigitalNetwork，IDN）。然后，在用戶線上實現二級雙向數字傳輸，以及將各種話音和非話音業務綜合起來處理和傳輸，實現不同業務終端之間的互通。也就是說，把數字技術的綜合和電信業務的綜合結合起來，這就是綜合業務數字網ISDN的概念。3.3.1.1ISDN的網絡接口標準（1）ISDN終端（2）網絡終端設備（3）終端適配器TAISDN采用標準的基本速率接口（BasicRateInterface，BRI）或基群速率接口（PrimaryRateInterface，PRI），使用戶能接入多種業務。電話局采用一種國際標準格式，通過數字信號單元的形式，向ISDN用戶提供所有的業務。BRI含有兩個64Kbps的B信道（提供64Kbps帶寬來傳送語音或數據資料）和一個用做控制的16Kbps的D信道。因此，BRI接口的容量可以為下列三者之一：（1）2個話路+16Kbps的數據包。（2）2路高速數據+16Kbps的數據包。（3）1個話路+l路高速數據+16Kbps的數據包。PRI（primaryrateinterface）又叫做一次群接口，根據各國數字傳輸系統的體系不同，又分為兩種速率。歐洲和中國采用30B+D的信道結構，其中B信道的速率為64Kbps，用來傳送用戶信息，D信道的速率也為64KBPS，但用來傳送用戶網絡指令，總速率為2.048Mbps。在美國和日本采用23B+D的信道結構，提供1.544Mbps的傳輸速率。

3.3.1.2ISDN的種類ISDN可分為窄帶綜合業務數字網（NarrowIntegratedServicesDigitalNetwork，N-ISDN）和寬帶綜合業務數字網（BroadbandIntegratedServicesDigitalNetwork，B-ISDN）兩種。N-ISDN常用于家庭及小型辦公室，向用戶提供兩種接口，分別為基本速率，即BRI（2B+D，144Kbps，其中B為64Kbps速率的數字信道，D為16Kbps速率的數字信道）和基群速率，即PRI（30B+D，2Mbps，B和D均為64Kbps的數字信道）。B-ISDN是從N-ISDN發展而來的，它定義兆到千兆位的數據、聲音、視頻傳輸操作。B-ISDN用戶接口連接在所有用戶所在地的光纜上。B-ISDN的速率大大高于窄帶ISDN服務。B-ISDN最初的速率在150～600Mbps范圍內。3.3.2DDN網絡DDN是利用數字信道來連續傳輸數據信號的，它不具備數據交換的功能，不同于通常的報文交換網和分組交換網。DDN的主要作用是向用戶提供永久性和半永久性連接的數字數據傳輸信道，既可用于計算機之間的通信，也可用于傳送數字化傳真、數字話音、數字圖像信號或其他數字化信號。永久性連接的數字數據傳輸信道是指用戶問建立固定連接，傳輸速率不變的獨占帶寬電路。半永久性連接的數字數據傳輸信道對用戶來說是非交換性的，但用戶可提出申請，由網絡管理人員對其提出的傳輸速率、傳輸數據的目的地和傳輸路由進行修改。3.3.2.1DDN的特點（1）傳輸速率高：在DDN網內的數字交叉連接復用設備能提供2Mbps或N×64Kbps（≤2M）速率的數字傳輸信道。（2）傳輸質量較高：數字中繼大量采用光纖傳輸系統，用戶之間專有固定連接，網絡時延小。（3）協議簡單：采用交叉連接技術和時分復用技術，由智能化程度較高的用戶端設備來完成協議的轉換，本身不受任何規程的約束，是全透明網，面向各類數據用戶。（4）靈活的連接方式：可以支持數據、語音、圖像傳輸等多種業務，它不僅可以和用戶終端設備進行連接，也可以和用戶網絡連接，為用戶提供靈活的組網環境。（5）電路可靠性高：采用路由迂回和備用方式，使電路安全可靠。（6）網絡運行管理簡便：采用網管對網絡業務進行調度監控。3.3.2.2DDN用戶接入方式（1）通過2線或4線MODEM接入

（2）通過2B+D速率（144kbps）的數據終端單元（DTU）接入（3）通過用戶集中設備接入3.3.2.3DDN網絡提供的業務由于DDN網是一個全透明網絡，能提供多種業務來滿足各類用戶的需求。（1）提供速率可在一定范圍內任選的信息量大、實時性強的中高速數據通信業務。如局域網互聯、大中型主機互聯、計算機互聯網業務提供者（InternetServiceProvider，ISP）等。（2）為分組交換網、公用計算機互聯網等提供中繼電路。（3）可提供點對點、一點對多點的業務，適合于金融證券公司、科研教育系統、政府部門租用DDN專線組建自己的專用網。（4）提供幀中繼業務，擴大了DDN的業務范圍。用戶通過一條物理電路可同時配置多條虛連接。（5）提供語音、G3傳真、圖像、智能用戶電報等通信。（6）提供虛擬專用網業務。

3.3.3SDH網絡SDH是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體，并由統一網管系統操作的綜合信息傳送網絡，是美國貝爾通信技術研究所提出來的同步光網絡（SynchronousOpticalNetwork，SONET）。ITU-T于1988年接受了SONET概念并重新命名為SDH，使其成為不僅適用于光纖也適用于微波和衛星傳輸的通用技術體制。它可實現網絡有效管理、實時業務監控、動態網絡維護、不同廠商設備間的互通等多項功能，能大大提高網絡資源利用率、降低管理及維護費用、實現靈活可靠和高效的網絡運行與維護，因此是當今世界信息領域在傳輸技術方面的發展和應用的熱點，受到人們的廣泛重視。3.4接入網技術接入網（AccessNetwork，AN）除了包含用戶線傳輸系統、復用設備外，還包括數字交叉連接設備和用戶/網絡接口設備。接入網為本地交換機（LE）與用戶端設備（TE）之間的實施系統，其目的是綜合考慮本地交換局、用戶環路和終端設備，通過有限的標準化接口將各種用戶所需求的業務接入節點。接入網的引入給通信網帶來新的變革，使整個通信網絡拓撲結構發生了根本的變化。然而，接入網一直是通信網中耗資最大、技術變化最慢、成本最敏感和運行環境最惡劣的領域。3.4.1幀中繼接入幀中繼網絡的接入方式包括：（1）用戶設備與公用FR的物理層接口：X系列、V系列、G系列、I系列接口。（2）2線/4線話帶Modem接入FR，支持的用戶傳輸速率由線路長度、線路質量、Modem決定，可達14.4Kbps、19.2Kbps全雙工等。（3）基帶傳輸方式，它具有TDM功能，可同時為多個用戶入網提供連接；另外還可以使用2線/4線速率為16kbps、32kbps或64kbps的基帶傳輸設備。（4）用戶通過網橋/路由器、幀中繼接入設備或FRAD、交換機/復用器接入幀中繼網。3.4.2X.25網絡X.25的首要原則是在一個基于位差錯校驗創建一個模擬電話網絡之上的全球性的分組交換網絡。許多的X.25系統誤碼率都很高，從而達不到這一要求所以需要接入規程LAP-B。X.25模型實質上是建立基于面向連接的虛電路，通過DTE來提供給用戶看似點對點鏈接的虛連接。X.25是在一個啞終端的時代發展起來的，需要連接到主計算機。取代直接連接到主計算機—這需要主計算機擁有自己的調制解調器和電話線，而且還需要沒有本地通話來進行長距離呼叫請求—主機可以同網絡服務器建立X.25連接。這樣啞終端用戶可以直接進行撥號連接到網絡了。本質上來說，調制解調器和端口為一端，X.25連接在另一端，這是由ITU-TX.29和X.3標準定義的。3.4.3撥號接入PSTN是一種全球語音通信電路交換網絡，擁有近10億的用戶。最初它是一種固定線路的模擬電話網。如今，除了使用者和本地電話總機之間的最后連接部分，公共交換電話網絡在技術上已經實現了完全的數字化。在和因特網的關系上，PSTN提供了因特網相當一部分的長距離基礎設施。因特網服務供應商為了使用PSTN的長距離基礎設施，以及在眾多使用者之間通過信息交換來共享電路，需要付給設備擁有者費用。這樣因特網的用戶就只需要對因特網服務供應商付費。公共交換電話網是基于標準電話線路的電路交換服務，用來作為連接遠程端點的連接方法。典型的應用有遠程端點和本地LAN之間的連接和遠程用戶撥號上網。

3.4.3.1PSTN接入方式PSTN的接入方式比較簡便靈活，通常有以下幾種：（1）通過普通撥號電話線入網。（2）通過租用電話專線入網。（3）經普通撥號或租用專用電話線方式由PSTN轉接入公共數據交換網（X.25或Frame-Relay等）的入網方式。

PSTN屬于電路交換網，它是通過控制信令進行管理的，它在用戶設備與交換機之間、交換機與交換局之間傳遞控制信息，用于建立、維持和終止呼叫，維持網絡的正常運行。在日常生活中常見的遇忙轉移”、“三方通話’’的功能實現都與信令系統息息相關。根據作用域可以分為用戶信令（在用戶和交換機之間）和局間信令（在交換機和交換機之間）。根據功能可以分為監視信令（提供建立呼叫的機制）、地址信令（攜帶被呼叫用戶的電話號碼）、呼叫信令（提供與呼叫狀態相關的信息）和網絡管理信令（用于網絡的操作、維護和故障診斷）4種。根據傳送方式劃分，可以分為隨路信令（將控制信令與用戶信息在同一物理線路上傳送，又可再分為使用同一頻帶的帶內信令，和使用不同頻帶的帶外信令）和共路信令（獨立于話音通道之外的通路傳輸信息技術，又可再分為并聯方式和非并聯方式）兩種。3.4.4xDSL接入目前流行的銅線接入技術主要是xDSL技術。DSL（DigitalSubscriberLine，數字用戶線）技術是基于普通電話線的寬帶接入技術，它在同一銅線上分別傳送數據和語音信號。數據信號并不通過電話交換機設備，減輕了電話交換機的負載，并且不需要撥號，一直在線，屬于專線上網方式，這意味著使用xDSL上網并不需要繳付另外的電話費。xDSL中的“x”代表各種數字用戶環路技術，包括高速率DSL（HighspeedDSL，HDSL）、對稱DSL（SymmetricDSL，SDSL）、ADSL、速率自適應DSL（RateAdaptiveDSL，RADSL）、超高速DSL（Veryhigh-bit-rateDSL，VDSL）等。3.4.4.1HDSLHDSL技術是一種對稱的DSL技術，即上下行速率一樣。HDSL利用現有的普通電話雙絞銅線（兩對或三對）來提供全雙工的1.544Mbps（T1）或2.048Mbps（E1）信號傳輸，無中繼傳輸距離可達6～10km。HDSL的優點是雙向對稱，速率比較高，充分利用現有電纜實現擴容。其缺點是需要兩對線纜，住宅用戶難以使用，費用也比較高。HDSL主要用在企事業單位，其應用包括會議電視線路、LAN互聯、PBX程控交換機互聯等。HDSL技術的升級型號HDSL2可單線提供速率為160Kbps～2.3Mbps、距離達4km的對稱傳輸，若用2對雙絞線，傳輸速率可翻一番，距離也可提高30％。3.4.4.2SDSLSDSL與HDSL的區別在于只使用一對銅線。SDSL可以支持各種上/下行通信速率相同的應用。3.4.4.3ADSLADSL是一種非對稱的寬帶接入方式，即用戶線的上行速率和下行速率不同。它采用FDM技術和DMT調制技術，在保證不影響正常電話使用的前提下，利用原有的電話雙絞線進行高速數據傳輸。ADSL的優點是可在現有的任意雙絞線上傳輸，誤碼率低，系統投資少。缺點是有選線率問題、帶寬速率低。ADSL不僅繼承了HDSL技術成果，而且在信號調制與編碼、相位均衡及回波抵消等方面采用了更加先進的技術，性能更佳。由于ADSL的特點，ADSL主要用于Internet接入、居家購物、遠程醫療等。3.4.4.4RADSLRADSL是自適應速率的ADSL技術，可以根據雙絞線質量和傳輸距離動態地提交640Kbps～22Mbps的下行速率，以及272Kbps～1.088Mbps的上行速率。在RADSL技術中，軟件可以決定在特定客戶電話線上信號的傳輸速率，并可以相應地調整傳輸速率。與ADSL的區別在于：RADSL的速率可以根據傳輸距離動態自適應，當距離增大時，速率降低。3.4.4.5VDSLVDSL技術是鑒于現有ADSL技術在提供圖像業務方面的帶寬十分有限以及經濟上成本偏高的弱點而開發的。VDSL是xDSL技術中最快的一種，其最大的下行速率為51～55Mbps，傳輸線長度不超過300m。當下行速率在13Mbps以下時，傳輸距離可達1.5krn。上行速率則為1.6Mbps以上，但VDSL的傳輸距離較短，一般只在幾百米以內。由于國內的一般小區在lkm以內，因此，如果使用VDSL技術，普通居民小區能夠在一兩個中心點內集中管理所有的接入設備，對網絡管理、設備維護有重要的意義。和ADSL相比，VDSL傳輸帶寬更高，而且由于傳輸距離縮短，所以碼間干擾小，數字信號處理技術簡化，成本顯著降低。它和FTTC（FiberToTheCurb，光纖到路邊）相結合，可作為無源光網絡（PassiveOpticalNetwork，PON）的補充，實現寬帶綜合接入。3.4.5HFC接入HFC原義是指采用光纖傳輸系統代替全同軸CATV網絡中的干線傳輸部分。而現在則是指利用混合光纖同軸網絡來進行寬帶數據通信的CATV（有線電視）網絡。它是指將光纜架設到小區，然后通過光電轉換，利用CATV的總線式同軸電纜連接到用戶，提供綜合業務。3.4.5.1HFC網絡的邏輯結構HFC網絡通常是星狀或總線狀結構，有線電視臺的前端設備通過路由器與數據網相連，并通過局用數據端機與公用電話網相連。3.4.5.2HFC網絡的物理拓撲HFC網絡的物理結構如圖所示，通常包括局端系統（CMTS）、用戶端系統和HFC傳輸網絡三部分。3.4.5.3FTTx+LAN實現寬帶接入3.4.6局域網接入當前90％的局域網采用以太網（Ethernet）技術組網。以太網的傳輸速率高、組網設備價格低廉，其傳輸鏈路可采用光纖、同軸電纜、銅纜雙絞線等物理媒體。隨著以太網技術的迅速發展，該技術進入IP城域網和接入網領域。目前新建住宅小區和商務樓流行局域網（LAN）方式接入。小區接入節點（ZAN）提供住宅小區接入，采用千兆以太網交換機；樓宇接入點（BAN）提供居民樓宇接入，采用百兆以太網交換機，實現千兆光纖到住宅小區的、百兆光纖或5類線到住宅樓、十兆5類線到用戶的寬帶用戶接入方案；或商務樓的千兆到大樓、百兆到樓層、十兆到用戶的用戶接入方案。小區或大樓的千兆光纖經由口城域網匯聚層的路由交換機進入城域核心網。3.5無線廣域網技術

3.5.1無線廣域網概念無線廣域網（WirelessWideAreaNetwork，WWAN）是采用無線網絡把物理距離極為分散的局域網（LAN）連接起來的通信方式。WWAN連接地理范圍較大，常常是一個國家或是一個洲。其目的是為了讓分布較遠的各局域網互連，它的結構分為末端系統（兩端的用戶集合）和通信系統（中間鏈路）兩部分。典型的無線廣域網的例子就是GSM全球移動通信系統和衛星通信系統，以及3G、4G、5G均屬于WWAN。3.5.2無線廣域網的發展3.5.2.1第一代移動通信系統第一代移動通信（1G）系統是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標準，制定于上世紀80年代。第一代移動通信主要采用的是模擬技術和頻分多址（FDMA）技術。由于受到傳輸帶寬的限制，不能進行移動通信的長途漫游，只能是一種區域性的移動通信系統。第一代移動通信有很多不足之處，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質量不高、不能提供數據業務和不能提供自動漫游等。3.5.2.2第二代移動通信系統第二代移動通信（2G）系統的典型代表就是GSM/GPRS。GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）全球移動通信系統，它是一種數字移動通信，較之第一代的模擬移動通信，有較多的優點。GPRS（GeneralPacketRadioService），通用無線分組業務，是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。相對原來GSM的撥號方式的電路交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術，具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優點。3.5.2.3第三代移動通信系統第三代移動通信（3G）簡單地說就是提供覆蓋全球的寬帶多媒體服務的新一代移動通信。能夠實現高速數據傳輸和寬帶多媒體服務是第三代移動通信的另一個主要特點。這就是說，用第三代手機除了可以進行普通的尋呼和通話外，還可以上網讀報紙，查信息、下載文件和圖片；由于帶寬的提高，第三代移動通信系統還可以傳輸圖象，提供可視電話業務。目前3G存在3種標準：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。3.5.2.4第四代移動通信系統第四代移動通信（4G）信息系統是基于3G通信技術基礎上不斷優化升級、創新發展而來，融合了3G通信技術的優勢，并衍生出了一系列自身固有的特征，以WLAN技術為發展重點。4G通信技術的創新使其與3G通信技術相比具有更大的競爭優勢。LTE根據其具體實現細節、采用技術手段和研發組織的差別，形成了許多分支，最主要的兩大分支是LTE-TDD（TD-LTE）和LTE-FDD（FD-LTE）。其中，TD和FD分別代表時分雙工和頻分雙工。3.5.3第五代無線通信技術3.5.3.15G網絡概述第五代移動通信技術（5G）是最新一代蜂窩移動通信技術，是4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統后的延伸。5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接。Release-15中的5G規范的第一階段是為了適應早期的商業部署。Release-16的第二階段將于2020年4月完成，作為IMT-2020技術的候選提交給國際電信聯盟（ITU）。ITUIMT-2020規范要求速度高達20Gbit/s，可以實現寬信道帶寬和大容量MIMO。3.5.3.25G網絡特點（1）峰值速率需要達到Gbit/s的標準，以滿足高清視頻，虛擬現實等大數據量傳輸。（2）空中接口時延水平需要在1ms左右，滿足自動駕駛，遠程醫療等實時應用。（3）超大網絡容量，提供千億設備的連接能力，滿足物聯網通信。（4）頻譜效率要比LTE提升10倍以上。（5）連續廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達到100Mbps。（6）流量密度和連接數密度大幅度提高。（7）系統協同化，智能化水平提升，表現為多用戶、多點、多天線、多攝取的協同組網，以及網絡間靈活地自動調整。3.5.3.35G關鍵技術（1）超密集異構網絡（2）自組織網絡（3）內容分發網絡（4）D2D通信（5）M2M通信（6）信息中心網絡3.5.3.45G技術的應用（1）車聯網與自動駕駛（2）外科手術（3）智能電網3.5.4移動互聯網技術3.5.4.1移動互聯網的特點移動互聯網是互聯網與移動通信應用高度融合的產物。移動互聯網應用的主要特點是隨時、隨地與永遠在線。正是由于移動互聯網具有這樣的特點，使得移動互聯網的應用正在以超常規的速度向各行各業與社會的各個方面滲透。移動互聯網對人們上網行為模式的變化產生了深刻的影響。當前，互聯網應用呈現出以下的發展趨勢：·網絡服務的對象正在從桌面向移動終端轉移。·人們獲取信息與享受網絡服務的方式正在從固定向移動方式轉移。·網絡服務范圍也正在從中心城市向小城鎮、農村的全覆蓋方向擴展。·接入設備正在從手機向可穿戴計算設備與多樣化的移動終端設備方向發展。3.5.4.2移動接入設備傳統的移動互聯網終端設備主要是智能手機、筆記本計算機、PDA等，iPad、iPhone、智能眼鏡、智能手環等新的嵌入式、可穿戴接入設備的出現，使得移動互聯網接入設備的種類發生了很大的變化。隨著智能眼鏡的應用，可穿戴計算設備進入人們的視野。可穿戴計算技術的成熟與應用給移動接入技術的發展帶來了活力。隨著2013年GoogleProjectGlass從概念變為產品，各種智能眼鏡、智能手表、智能手環等產品的出現，讓人們看到了可穿戴計算技術的成熟以及可穿戴計算設備正在從概念走向產品的發展過程。目前，頭戴式、身著式、手戴式與腳穿式等各種可穿戴智能產品紛紛向接入移動互聯網的方向發展。語音指令、面部識別、手勢控制、增強現實等人機交互技術在移動互聯網接入設備的應用進入到高潮，并且開始從高端智能頭盔、智能眼鏡等可穿戴計算領域逐漸向智能電視、智能冰箱、智能手表等普及型的智能家電領域擴展。3.5.4.3移動互聯網的服務功能隨著智能手機、智能可穿戴計算設備的發展，移動互聯網應用也從簡單地訪問互聯網網站，閱讀新聞、小說、圖片、音樂、視頻以及人與人之間的交互，向移動購物、移動支付、移動金融、移動健康服務、移動社交網絡、移動位置服務、移動安保服務與擴展移動感知能力等深層次應用的方向發展。3.6網絡傳輸介質傳輸介質是數據傳輸系統中在發送設備和接收設備之間的物理通路，也稱為傳輸媒體，可分為導向傳輸介質和非導向傳輸介質兩類。在導向傳輸介質中，電磁波或光波被導向沿著固體媒體傳播，其包括雙絞線、同軸電纜、光纖等，而非導向傳輸介質就是指自由空間，其傳輸方式包括微波、無線電、紅外線等。3.6.1雙絞線把兩根互相絕緣的銅導線并排放在一起，然后用規則的方法絞合起來就構成了雙絞線。絞合可減少對相鄰導線的電磁干擾。為了提高雙絞線的抗電磁干擾的能力，可以在雙絞線的外面再加上一個金屬絲編織成的屏蔽層，這就是屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，STP），無屏蔽層的雙絞線就稱為非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，UTP），它們的結構如圖所示。3.6.2同軸電纜同軸電纜由內導體銅質芯線、絕緣層、網狀編織的外導體屏蔽層以及保護塑料外層所組成，如圖所示。由于外導體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，廣泛用于傳輸較高速率的數據。3.6.2.150Ω同軸電纜50Ω同軸電纜主要用于在數據通信中傳送基帶數字信號，又稱為基帶同軸電纜，在局域網中得到廣泛應用。用這種同軸電纜以10Mbps的速率可將基帶信號傳送lkm。在傳輸基帶數字信號時，可以使用曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼解決同步問題。3.6.2.275Ω同軸電纜75Ω同軸電纜主要用于模擬傳輸系統，是有線電視系統（CATV）中的標準傳輸電纜。在這種電纜上傳送的信號采用了頻分復用的寬帶信號，因此75Ω同軸電纜又稱為寬帶軸電纜。寬帶同軸電纜用于傳輸模擬信號時，其頻率可高達500MHz以上，傳輸距離可達100km。但在傳送數字信號時，需要在接口處安裝一個電子設備，用以把進入網絡的數字比特流轉換為模擬信號，把網絡輸出的模擬信號轉換成比特流。由于在寬帶系統中要用到放大器來放大模擬信號，而放大器僅能單向傳輸信號，因此在寬帶電纜的雙工傳輸中，一定要有數據發送和數據接收兩條分開的數據通路。3.6.3光纖光纖就是能導光的玻璃纖維，利用光纖傳遞光脈沖進行通信就是光纖通信，有光脈沖表示比特1，無光脈沖表示比特0。在信源端，電信號通過光電轉換設備，轉換成光信號在光纖中傳輸。在信宿端，光信號又被轉換為電信號進而被處理。光纖傳輸系統工作過程如圖所示。光纖按傳輸方式可分為多模光纖和單模光纖。3.6.3.1多模光纖多模光纖是利用光的全反射特性來導光的。若光從光密媒質射向光疏媒質，則折射角大于入射角。如果不斷增大入射角可使折射角達到90°，這時的入射角稱為臨界角。如果繼續增大入射角，則折射角會大于臨界角，使光線全部返回光密媒質中，這種現象稱為光的全反射。根據這一原理，光纖主要由纖芯和包層構成，纖芯的折射率高，包層的折射率低。光纖的結構和傳輸過程分別如圖所示。3.6.3.2單模光纖如果光纖的直徑減小到只有一個光的波長大小，則光纖就像一根波導那樣，它可使光線沿直線傳播，而不會產生多次反射。單模光纖就是按這樣的原理制成的，如圖所示。單模光纖的纖芯很細，直徑只有幾微米，制造成本較高。同時，單模光纖的光源使用定向型很好的激光二極管。因此，單模光纖的損耗較小，傳輸距離遠。3.6.4陸地微波微波是指頻率在0.3GHz～300GHz范圍的電磁波，陸地微波通信就是利用此頻段的電磁波來傳遞信息，目前主要是使用2GHz～40GHz的頻率范圍。陸地微波系統的主要用途是完成遠距離遠程通信服務和樓宇間建立短距離的點對點通信。3.6.5衛星微波衛星微波是陸地微波的發展，利用人造地球衛星作為中繼站，轉發微波信號，在多個微波站或稱地球站之間進行信息交流。衛星微波通信已經廣泛用于長途電話通信、蜂窩電話、電視傳播和其他應用。衛星從上行鏈路接收傳輸來的信號，將其放大或再生，再從下行鏈路上發送。3.6.6無線電無線電波很容易產生，可以傳播很遠，容易穿過建筑物，可以被電離層反射，因此被廣泛用于通信，不管是室內還是室外，如圖3-28所示。無線電波同時還是全方向傳播的，因此發射和接收裝置不必在物理上很準確的對準。3.6.7紅外線紅外線的主要特點是不能穿透堅實的物體，這意味著一間房屋里的紅外系統不會對其他房間里的系統產生干擾。紅外線網絡適用于例如教室的環境，或是小型、封閉的區域。對于講究信息保全的人而言，紅外線網絡或許是一個不錯的選擇，因其無法穿透墻壁傳輸，位在建筑物之外的人將不可能直接截取到散布在建筑物內的紅外線訊號。但相對地，這也構成其缺點——紅外線傳輸極容易受到墻壁的阻礙。紅外通信使用調制非相干紅外線光的收發機進行，收發機互相置于視線內對準，直接或經房問天花板的淺色表面的反射傳遞信息，被廣泛用于短距離通信。電視、錄像機使用的遙控裝置都利用了紅外線裝置。紅外線具有方向性、便宜并且容易制造，也成為室內無線網的首選對象。3.7組網設備

3.7.1集線器3.7.1.1集線器概念集線器（HUB）屬于數據通信系統中的基礎設備，它和雙絞線等傳輸介質一樣，是一種不需任何軟件支持或只需很少管理軟件管理的硬件設備。它被廣泛應用到各種場合。集線器工作在局域網（LAN）環境，像網卡一樣，應用于OSI參考模型第一層，因此又被稱為物理層設備。集線器內部采用了電器互聯，當維護LAN的環境是邏輯總線或環型結構時，完全可以用集線器建立一個物理上的星型或樹型網絡拓撲結構。在這方面，集線器所起的作用相當于多端口的中繼器。其實，集線器實際上就是中繼器的一種，其區別僅在于集線器能夠提供更多的端口服務，所以集線器又叫多口中繼器。3.7.1.2集線器的功能依據IEEE802.3協議，集線器功能是隨機選出某一端口的設備，并讓它獨占全部帶寬，與集線器的上聯設備（交換機、路由器或服務器等）進行通信。由此可以看出，集線器在工作時具有以下兩個特點。首先是Hub只是一個多端口的信號放大設備，工作中當一個端口接收到數據信號時，由于信號在從源端口到Hub的傳輸過程中已有了衰減，所以Hub便將該信號進行整形放大，使被衰減的信號再生（恢復）到發送時的狀態，緊接著轉發到其他所有處于工作狀態的端口上。、其次是Hub只與它的上聯設備（如上層Hub、交換機或服務器）進行通信，同層的各端口之間不會直接進行通信，而是通過上聯設備再將信息廣播到所有端口上。3.7.1.3集線器的分類按結構和功能分類，集線器可分為未管理的集線器、堆疊式集線器和底盤集線器三類。從局域網角度來區分，集線器可分為五種不同類型。3.7.2網橋3.7.2.1網橋的概念網橋（Bridge）是一種在鏈路層實現中繼，常用于連接兩個或更多個局域網的網絡互連設備。網橋像一個“聰明”的中繼器。中繼器從一個網絡電纜里接收信號，放大它們，將其送入下一個電纜。相比較而言，網橋對從關卡上傳下來的信息更敏銳一些。網橋是一種對幀進行轉發的技術，根據MAC分區塊，可隔離碰撞。網橋將網絡的多個網段在數據鏈路層連接起來。3.7.3.2網橋的功能網橋的功能在延長網絡跨度上類似于中繼器，然而它能提供智能化連接服務，即根據幀的終點地址處于哪一網段來進行轉發和濾除。網橋對站點所處網段的了解是靠“自學習”實現的。當使用網橋連接兩個網段時，網橋對來自網段1的MAC幀，首先要檢查其終點地址。如果該幀是發往網段1上某一站的，網橋則不將幀轉發到網段2，而將其濾除；如果該幀是發往網段2上某一站的，網橋則將它轉發到網段2。這表明，如果網段1和網段2上各有一對用戶在本網段上同時進行通信，顯然是可以實現的。因為網橋起到了隔離作用。可以看出，網橋在一定條件下具有增加網絡帶寬的作用。3.7.3.3網橋的分類所有網橋都是在數據鏈路層提供連接服務，根據其路由算法不同，可將網橋分為透明網橋和源路由選擇網橋。3.7.3交換機3.7.3.1交換機的概念交換（Switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。廣義的交換機（Switch）就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。3.7.3.2交換機工作原理例如，結點A要向結點C發送幀，那么該幀的目的地址DA＝結點C；結點D要向結點B發送，那么該幀的目的地址DA＝結點B。當結點A、結點D同時通過交換機傳送以太網幀時，交換機的交換控制中心根據“端口號/MAC地址映射聲”的對應關系找出對應幀目的地址的輸出端口號，那么它就可以為結點A到結點C建立端口l到端口5的連接。同時，為結點D和結點B建立端口6到端口4的連接。這種端口之間的連接可以根據需要同時建立多條，也就是說可以在多個端口之間建立多個并發連接。3.7.3.3交換機的功能（1）像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓撲布線。（2）像中繼器、集線器和網橋那樣，當它轉發幀時，交換機會重新產生一個不失真的方形電信號。（3）像網橋那樣，交換機在每個端口上都使用相同的轉發或過濾邏輯。（4）像網橋那樣，交換機將局域網分為多個沖突域，每個沖突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網的帶寬。（5）除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛擬局域網（VLAN）和更高的性能。3.7.3.4交換機的級聯與堆疊（1）級聯級聯可以定義為兩臺或兩臺以上的交換機通過一定的方式相互連接。根據需要，多臺交換機可以以多種方式進行級聯。在較大的局域網例如園區網（校園網）中，多臺交換機按照性能和用途一般形成總線型、樹型或星型的級聯結構。（2）堆疊堆疊是指將一臺以上的交換機組合起來共同工作，以便在有限的空間內提供盡可能多的端口。多臺交換機經過堆疊形成一個堆疊單元。可堆疊的交換機性能指標中有一個“最大可堆疊數”的參數，它是指一個堆疊單元中所能堆疊的最大交換機數，代表一個堆疊單元中所能提供的最大端口密度。3.7.3.5交換機的分類（一）按網絡覆蓋范圍分類根據網絡覆蓋范圍劃分，交換