第八章 网络技术展望
8-1网络演变概述
8-1-1 网络技术的演变
低速到高速
专用网——公用网——虚拟专用网
面向终端的网——资源共享网
（面向终端的网络）
（资源共享网）
电路交换——报文交换——分组交换——信元交换
各种通信控制规程——国际标准
单一数据通信网——综合业务数字通信网
微机到主机——对等通信——C/S——网站/浏览器
8-1-2 电信网、有线电视网和计算机网
目前主要的运营网络有电信网、有线电视网和计算机网
1 、业务类型
电信网由电信部门运营，为公用电信网络，包括电话网、电报网、帧中继、DDN网等。
有线电视网（CATV）由有线电视公司运营，采用模拟传输方式，是一种模拟网络。
计算机网属于企业内部网,为各个公司企业自己管理。
2、 服务范围
电信网是公用网，连接范围、服务范围最广
有线电视网一般覆盖一个城市，各城市之间通过卫星转发
计算机网范围最小，一般是一个企业的内部局域网
3、 网络结构
电信网结构通过电路交换和分组交换实现各用户之间的通信，从交换局到用户之间为点到点连接，它为通信双方建立了一条端到端的通信链路。
有线电视网采用树形拓扑结构，在网络中采用了大量分线器。将信号从信号源分配到网络中的所有用户，网络中所有用户都是平等的，运营者无法区分网络上的各用户。
计算机网络有多种拓朴结构（如总线型、环型等）
4、 传输线路
电信网可以有光纤、微波、卫星等，连接用户的主要线路是双绞铜线。
有线电视网采用光纤、同轴电缆，应该说有线电视网是三种网络中宽带化程度最高的。
计算机网多采用双绞线，有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。
尽管有以上的诸多不同之处，电信网、有线电视网、计算机网都努力向宽带化、综合业务方向发展，三种网络的界限越来越模糊，这就是常说的三网合一。也称为“数字会聚”现象。
8-2 迈向综合网络
8-2-1 宽带综合业务数字网
由于现有的电话网、用户电报网、数据通信网等只能提供单项服务，成本高，线路利用率低，CCITT提出了将语言、数据、图像等业务综合在一个网内的设想，即建立综合业务数字网。可同时传送电话、电报、数据等多种不同信息，可同时与多个用户通信，享受综合服务。
由于ISDN的带宽有限，最多只提供一次群速率（1.544Mbps的T1线路或2.048Mbps的E1线路），难以综合其他需要高带宽的业务，便产生了宽带ISDN（B-ISDN），而把以前的ISDN称为窄带ISDN（N-ISDN）。目前窄带ISDN反而用在了因特网接入中，即所谓的“一线通”业务，它把2B+D信道合并为一个144Kbps（B信道为64Kbps，D信道为16Kbps）的数字信道。
1、宽带ISDN的关键技术
宽带ISDN（B-ISDN）的带宽应该在155Mbps以上。
B-ISDN的精髓在于其对业务的综合上，它的目标是实现四个层次上的综合，即综合接入、综合交换、综合传输和综合管理。
B-ISDN的核心技术是采用异步传输模式ATM。
B-ISDN的另一个关键技术是满足各种各样的服务质量（QoS）要求。
2、宽带ISDN的业务类型
宽带ISDN业务分为两类：交互型业务和发布型业务
交互型业务：是指在用户间或用户与主机之间提供双向信息交换的业务。
会话性业务：如可视电话、会议电视。
消息性业务：如电子邮件
检索性业务：如电影、图像、声音和档案信息的检索。
发布型业务：是由网络中的某点（如信息服务中心）向其他多个位置传送单向信息流的业务。
不由用户个体参与控制的发布型业务，如电视、电台等广播业务。
可由用户个体参与控制的发布型业务，如传统的图文电视和全通道广播可视图文。
3、宽带ISDN的协议参考模型（如图8-2）
协议分为3面3层，3面为用户面、控制面、管理面。每个面分为3层：物理层、ATM层、ATM适配层。
用户面：传送用户信息，完成通信用户之间不同媒体信息在要求的服务质量下的传送，包括与业务相关的协议及数据、话音和视频信息。
控制面：传送信令信息，完成用户通信的连接建立、维护和拆除。
管理面：用于各层之间管理信息的交互和管理，完成网络的性能检测，故障管理、系统配置、网络测试等系统操作、维护和管理。
值得注意的是，控制面和用户面只是高层和ATM适配层不同，而ATM层和物理层并不区分用户面和控制面。
8-2-2 社区宽带网络
1、社区宽带网的概念
社区宽带网（RBB）是接到用户的高速网络，网络速率应该足以支持视频，通常至少是2Mbps。社区宽带网覆盖了接入网和用户驻地网两者的范围。
2、社区宽带网的技术平台
有3种主要的技术可供RBB选择。一种是基于电信网络的数字用户线路XDSL方式；一种是在有线电视网CATV上传输宽带数据；另外一种是纯粹的计算机网络，也就是我们常说的局域网。
8-3 迈向宽带网络
8-3-1 宽带网络基本技术
宽带网可分为传输网、交换网和接入网三大部分，所以宽带网技术分为三类：传输技术、交换技术和接入技术。宽带传输网主要是以SDH为基础的大容量光纤网络，宽带交换网是采用ATM技术的综合业务数字网。宽带接入网主要有光纤接入、铜线接入、混合光纤/铜线接入、无线接入等。
8-3-2 SDH技术
在传输网中，目前采用的是同步数字体系SDH。
SDH的提出
由于传统的PDH（准同步数字体系）性能较差，美国贝尔通信研究所提出 “同步光网（SONET）”把高速大容量光纤传输技术和智能网络技术有机地结合起来。1998年ITU-T接受了SONET的概念，并重新命名为同步数字体系（SDH）。
2、SDH的特点：
同步复用
标准的网络接口
强大的网络管理功能
3、SDH的速率与帧结构
SDH定义了一套标准化的信息结构等级，这些信息结构叫做同步传输模块（STM），SDH信号最基本也是最重要的模块信号是STM-1，其速率为155.520Mbps。
SDH的帧结构与PDH的不同，它是块状帧。帧的传输顺序就像我们平常读书的顺序一样，从左到右，从上到下按顺序发送。
SDH的帧可分为3个主要区域：
段开销（SOH）区域
管理单元指针（AUPTR）区域
净负荷区域
4、SDH的组网形式
SDH网是由各种网络单元组成的。SDH的网络单元有终端复用器、分插复用器ADM、数字交叉连接设备DXC等。
5、SDH的自愈环
所谓自愈环就是无需人工干预，网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所承载的业务，使用户不会感到网络已经出了故障。
8-3-3 ATM技术
异步传输模式ATM综合了电路交换实时性和分组交换灵活性的特点，采用了固定长度的分组（称为信元），简化了分组的头部，降低了交换节点的复杂度，被ITU-T最终选为宽带综合业务数字网络B-ISDN的核心技术。
（信元结构）
2、ATM的定义和特点
ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。
ATM是一种传输模式。传输模式是指网络中所采用的复用、交换、传输技术，即信息从一地转移到另一地所用的传递方式。在ATM这种传输模式中，信息被组织成“信元”，来自某用户信息的各个信元不需要周期性地出现。从这个意义上来说，这种传输模式是异步的。“异步”是指ATM统计复用的性质，因此，虽然术语“异步”出现在它的描述中，但它与“异步串行通信”毫不相干，实际上，信元中的每个位常常是同步定时发送的，即通常所说的“同步串行通信”。
ATM的技术特征：
（1）信元传输
ATM的基本传输单位是信元，信元就是具有固定长度的分组，长度是53个字节，其中前5个字节是信元头，其余48个字节是信息域，称为有效载荷。每个信元的信头都包含一个VCI（虚信道标识符，即所谓的逻辑地址），VCI提供一种创建多条逻辑信道的方法，并在需要时进行多路复用。
（2）面向连接
ATM提供的服务是面向连接的，通过虚电路传送数据。为了简化网络的控制，ATM将差错控制和流量控制交给终端去做，在链路上不进行差错控制和流量控制。
（3）统计多路复用
ATM采用统计时分多路复用方式，网络能够做到带宽的动态分配（按需分配带宽）。
（4）服务质量
ATM能够使网络性能满足用户各种业务所要求的服务质量（QoS）。ATM交换机能够以非平等的方式处理同一信道内不同虚电路中的信元流。
3、ATM协议栈
ATM协议本身可分为3层：ATM适配层、ATM层和物理层。高层协议包括OSI参考模型的应用层、表示层、传输层和网络层。
各层功能：
（1）、ATM适配层：把来自高层的各种业务的数据适配到下层的ATM层，以便用统一的ATM信元形式来传送。ATM适配层根据业务类型的规则附加上标头，标尾、填充字节和循环冗余校验（CRC）位。产生的数据块分割成较小的块，然后在ATM层封装进53字节的信元，传送到目的地的就是这些ATM信元。
适配层可分为两个子层：
会聚子层（CS）：负责为来自用户平面的信息单元做分割准备。在用户信息上附加控制信息。又分为两个子层：特定业务会聚子层（SSCS）和公共部分会聚子层（CPCS）。
拆装子层（SAR）：将来自CS的数据分割成48个字节的载体。
（3）、ATM层：类似于数据链路层协议，允许来自不同信源的用户数据通过多个虚拟信道在同一条物理链路上进行多路复用，并规定了简单的流量控制。其设计目标是对网络中的用户和用户应用提供一套公共的传输服务。生成信元头，完成ATM网络上的用户和设备之间的信息传输。信息传输是通过在这些用户和设备之间建立虚联接而进行的。
（4）、物理层：使信元以比特流的形式在传输系统中进行传送。包括两个子层：物理媒介依赖（PMD）子层和传输会聚（TC）子层。能够联接路由器、集线器、交换机等网络设备以及用户终端的点到点或多点到多点的传输系统。
4、ATM信元结构
信元的长度是53个字节，其中前5个字节是信元头，其余48个字节是信息域。信元头包含各种控制信息，主要是表示信元去向的逻辑地址、流量控制、信元丢失优先级和信元头差错控制等信息。信息域中是用户信息，它可以是各种不同业务的信息。信元的格式与业务类型无关，任何业务的信息都同样被分割、封装成统一格式的信元。
信元头格式如下：
信元头中各符号意义如下：
GFC（Generic Flow Control）：通用流量控制
VPI（Virtual Path Identifier）：虚路径标识符
VCI（Virtual Channel Identifier）：虚信道标识符
PTI（Payload Type）：负载类型指示符
RES（Reser/ved）：保留位
CLP（Cell Loss Priority）：信元丢失优先权
HEC（Header Error Control）：信元头差错控制
信头的前4位组成通用流量控制（GFC），它在用户到网络的接口处，利用ATM层提供简单的流量控制机制。其后的8位是虚路径标识符（VPI），后跟16位的虚信道标识符（VCI），这2个字段指定ATM连接的一个逻辑信道。
负载类型指示符（PTI）有3位长，描述信元的信息字段所承载的数据类型。信元丢失优先权（CLP）指示接收器在网络发生拥塞的情况下是否丢弃该信元。信元头差错控制（HEC）字段是对信头前4个字节的8位CRC码校验，其目的是使接收器能够检测出信头在传输过程中发生的差错。
5、ATM的业务类型
A类业务：实时、恒定比特率、面向连接的业务
B类业务：实时、可变比特率、面向连接的业务
C类业务：非实时、可变比特率、面向连接的业务
D类业务：非实时、可变比特率、无连接的业务
6、ATM应用举例
ATM高带宽主干网
ATM局域网
电信网交换机
实时多媒体信息的大规模发布
8-3-4 接入网技术
目前大概有5种接入网技术方案：
以现有电话网铜钱为基础的XDSL技术
以有线电视产业为基础的电缆调制解调器技术
以光纤为基础的光纤接入网技术
以5类双绞线为基础的以太网接入技术
以扩频通信、卫星通信为基础的无线接入技术
1、接入网的概念
所谓接入网就是指交换局到用户终端之间的所有机线设备。
从端局交换机到交接箱的主干系统一般由传统的电缆和光缆组成,长度为几千米。配线系统也可能是电缆和光缆，其长度一般为几百米。引入线通常为几米到几十米。
接入网包括的范围可由三个接口来定界。接入网在网络侧通过业务节点接口（SNI）与业务节点相连，在用户侧通过用户网络接口（UNI）与用户终端设备相连，而管理功能则通过Q3接口与电信管理网相连。
接入网技术可根据使用的媒介分为光纤接入、铜线接入、光纤同轴电缆混合接入（HFC）和无线接入等多种类型。
4、XDSL接入技术
XDSL是各种数字用户线路的简称，X代表不同种类的数字用户线路技术（见表8-4）。值得注意的是，线路距离和线路质量会影响实际的传输速率。
XDSL是一种以普通电话线为传输媒介的传输技术，在电话网上提供高速数字接入。其高带宽主要有以下原因：
XDSL只是利用电话网的用户环路，而不是整个网络。
XDSL具有先进的调制解调技术。它不采用普通调制解调器v.90、v.92等标准，而是运用了先进的2B1Q、QAM、CAP、DMT等调制解调技术。
XDSL技术按上行和下行的速率是否相同可分为对称型和非对称型两种。对称型的有HDSL、SDSL、IDSL，非对称型的有ADSL、VDSL、RADSL。
（1）非对称数字用户线（ADSL）
一个基本的ADSL系统由中央交换局的局端模块和用户侧的远端模块组成。
连接中央交换局和用户端的双绞线两端都接入了一个分离器（称为POTS分离器或语音分离器），它分离语音信号用的4KHZ以下的低频带和ADSL Modem用的26KHZ以上的高频带。这样，ADSL可以同时提供电话和高速数据业务，两者互不干涉。
ADSL的非对称性表现在局端到用户端下行速率和用户端到局端上行速率不同。高速下行信道的速率一般在1.5----8Mbps之间。低速上行信道速率一般在640kbps---1Mbps之间。
ADSL的应用推广比较快，在我国俗称“超级一线通”。
5、光纤接入技术
光纤接入网是指在接入网中用光纤作为主要传输媒介来实现信息传输的网络形式。
（1）光纤接入网的基本结构
光纤接入网采用光纤作为主要的传输媒介，而交换局交换的和用户接收的均为电信号，因此要进行光/电和电/光转换才能实现中间线路的光信号传输。这一功能是由用户侧的光网络单元（ONU）来实现的。
（2）光纤接入网拓朴结构
光纤接入网拓朴结构有：总线型、环型、星型和树型。
6、HFC接入技术
HFC（光纤到同轴电缆混合网）是从有线电视网（CATV）发展而来的。是一种以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频调制和解调技术的接入网络。
在HFC接入中，局端设备和远端设备之间采用光纤，而远端设备至用户则为同轴电缆。从用户的角度看，HFC是经过双向改造的有线电视网络，但从总体上看，它是以同轴电缆网络为最终接入部分的宽带网络系统。
HFC在连接上采用电缆调制解调技术，从技术上分为动态分配带宽速率和固定带宽速率两类。从传输方式又可分为对称型与非对称型两种。
电缆调制解调器是HFC用户进行数据接入的装置。它将数据终端设备（如计算机）连接到有线电视网，以使用户能进行数据通信，访问因特网。
7、无线接入技术
无线接入网是指从业务接入节点（交换机）到用户终端全部或部分采用无线传输方式的网络结构。即利用微波、卫星、红外线等传输手段向用户提供各种业务。
与有线接入网相比，无线接入网具有如下主要特点：建设周期短；维护费用少；抗自然灾害能力强；能同时向用户提供固定接入和移动接入；支持个人通信。
无线接入网可分为固定无线接入和移动无线接入网两大类。
目前比较常见的无线接入技术主要有：
GSM（全球移动通信系统）
CDMA（码分多址）
GPRS（通用分组无线业务）
EDGE（数据速率增强型GSM）
TD-SCDMA
3G技术
DBS（数字直播卫星）
ESO（自由空间光通信）
（2）Wi-Fi接入技术
Wi-Fi（无线高保真）是制造商（Wi-Fi联盟）为了推广IEEE802.11b等无线局域网而创造出来的商标名。
无线局域网是指以无线电波、激光、红外线等无线媒介来代替有线局域网中的部分或全部传输媒介而构成的网络。无线局域网由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成，采用单元结构，将整个系统分成许多单元，每个单元称为一个基本服务组。一个无线局域网可由一个基本服务区（BSA）组成，一个BSA通常包含若干个单元，这些单元通过AP与主干网相连。主干网可以是有线网，也可是无线网。
IEEE802.11是IEEE在1997年提出的第一个无线局域网（WLAN）标准，传输速率最高只能达到2Mbps。它规定了三种传输技术：扩频、红外和窄带技术。
IEEE802.11b工作于2.4GHz频带，支持5.5Mbps和11Mbps两个新速率。已成为无线局域网的主流标准。但它的传输速率可因环境干扰或传输距离而变化，在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps之间切换。
IEEE802.11a工作于更高的频带，速率可达54Mbps，但是与IEEE802.11b标准不兼容。
IEEE802.11g标准于2003年推出，全面兼容于IEEE802.11a和IEEE802.11b，速率达54Mbps。
项目 \ 规格名称
802.11b
802.11a
802.11g
标准批准时间
1999年7月
1999年7月
2003年6月
运作频谱
2.4GHz
5 GHz
2.4GHz
最高传输速度
11Mbps
54Mbps
54Mbps
优点
低成本
可同时使用多个频道以加快传输速度、电波不易受干扰
兼容802.11b
缺点
电波易受干扰、速度较缓慢
覆盖范围小、与802.11b / g 都不相容
电波易受干扰
（3）LMDS（无线光纤）接入技术
LMDS（本地多点分配业务）是一种微波宽带技术，可提供很高的带宽（达1GHz以上），可在较近的距离实现双向传输话音、数据图像、视频等宽带业务，并支持ATM、TCP/IP和MPEG-2等标准。
LMDS属于固定无线接入网，采用一种类似蜂窝服务区结构，将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区，每个服务区内设基站，基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户端通信。
LMDS网络主要由网络运行中心、光纤基础设施、基站和用户站设备组成。
8、以太网接入技术
传统以太网技术不属于接入网范畴，而属于用户驻地网领域。以太网的发展速度很快，由于采用了专用的无碰撞全双工光纤连接，传输距离大为扩展，速率也从10Mbps、100Mbps达到1Gbps，10Gbps以太网系统也即将问世，完全可以满足接入网和城域网的应用需要。其应用领域正向公用网领域扩展。
基于5类非屏蔽双绞线的以太网接入技术在中国的电信业务中俗称为“宽带王”，它提供10/100 Mbps因特网宽带接入服务。
利用以太网作为接入手段的主要原因：
以太网已有巨大的网络基础和长期经验知识。
目前所有流行的操作系统和应用都与以太网兼容。
性能价格比好、可扩展性强、容易安装开通以及可靠性高。
以太网接入方式与IP网很适应。
以太网特别适合密集型的居住环境，非常适合中国国情。
基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组成。局侧设备一般位于小区内，用户侧设备一般位于居民楼内。
8-4 迈向全球多媒体网络
8-4-1 全球多媒体网络的特性
全球多媒体网络是一个可互操作的网络集合，它支持数据、音频、图形、图像和动画合并的多媒体应用。
全球多媒体网络具备5种特性：异构性、服务质量、移动性、扩展性和安全性。
8-4-2 全球多媒体网络的技术领域
组网技术
信号处理技术
应用技术
