计算机三级网络
第一章 网络系统结构与设计的基本原则
计算机网络分类
按覆盖的地理范围划分，计算机网络可以分为局域网、城域网与广域网等3种类型。
传输速率，
1Mbps=128kB/S
局域网( Local area network, LAN)
特点
(1). 局域网覆盖有限的地理范围，它适应于机关、校园、工厂等有限的范围的计算机、终端与各类信息处理设备联网的需求；
(2). 局域网提供高数据传输效率(10Mbps-10Gbps)、低误码率的高质量数据传输环境；
(3). 局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。
局域网分类
从介质访问控制方法划分，局域网可以分为共享介质式局域网与交换式局域网；
从传输介质划分，局域网可以分为无线局域网与有线局域网；
1Bvte=8bit 1Mbps=1 Mb/s=.125MB/S=0.125M/S
1 KB = 1,024 Bytes
1MB = 1,024 KB= 1,048,576 Bytes
1 GB = 1.024 MB= 1,048.576 KB= 1.073.741.824 Bytes
1 TB= 1.024 GB= 1.048.576 MB= 1.073.741.824 KB= 1.099.511627.776 Bytes
城域网(Metrolitan Area Network,MAN)
城市区域网络简称为城域网。 城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络。城域网设计目标是满足几十公里范围内的大量企业、机关、学校的多个局域网的互联需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输。
广域网
广域网又称为远程网，所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。广域网可以覆盖几个国家或地区，甚至横跨几个洲，形成国际性的远程计算机网络。广域网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。
计算机网络结构的特点(了解)
早期的计算机网络主要是广域网
结构上分成两部分：
- 负责数据处理的主计算机与终端；
- 负责数据通信处理的通信控制处理设备与通信线路。
逻辑功能上分两部分：
资源子网；
通信子网。
资源子网：负责全网络的数据处理业务、负责向网络用户提供各种网络资源与网络服务；
通信子网：由通信控制处理机、通信线路与其他设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。
- 用户计算机可以通过局域网方式联入，也可以选择电话交换网(PSTN) 、有线电视网(CATV)、无线城域网(WMAN)或无线局域网(WLAN)方式。接入到作为地区主干网的城域网。
- 城域网又通过路由器与光纤接入到作为国家级或区域主干网的广域网。
- 多个广域网互联形成覆盖全世界的Internet系统。
三种网络的发展（了解）
广域网技术的发展
- 广域网是一种公共数据网络
- 构成广域网的典型网络类型和技术(宽带核心交换技术)
- 公共电话交换网PSTN
- 综合业务数字网ISDN
- 数字数据网DDN
- X.25分组交换网
- 帧中继(Frame Replay ,FR)网
- 异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)网
- GE(Gigabit Ethernet,千兆以太网)与10GE的光以太网
局域网技术的发展——以太网三个方向：
- 提高以太网的数据传输速率,根据速率不一样，以太网种类传统、快速(FE)、千兆以太网(GE)与10Gbps(10GE)以太网；
- 将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互联的网络(由于冲突域和广播域隔离，这样划分更高效提高传输效率)；
- 将共享介质方式改为交换方式
在交换式局域网的基础上，出现了虚拟局域网(Virtual LAN,VLAN)
6个人在一间屋子里同时聊天
6个人在一间屋子里打电话
城域网技术的发展主要表现在：
三网界限模糊化
① 局域网、城域网与广域网在技术上的界限变得越来越模糊了；(比如局域网带宽增加甚至可以达到广域网带宽和距离， 所以界限变得模糊)；
② 电信传输网技术与计算机网络技术的界限变得越来越模糊了；(从原始的通话网络与计算机网络严格区分，到现在两 者甚至可以通用)；
③ 电信传输网、计算机网络与广播电视网的界限变得越来越模糊(三网合一)。
-
宽带城域网的结构
- 宽带城域网的逻辑结构：
设计一个宽带城域网涉及“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等问题。（IDC——数据中心；VPN——虚拟专用网络）
- 宽带城域网的逻辑结构：
-
网络平台的层次结构逻辑上分：
核心交换层称核心层，边缘汇聚层也称汇聚层，用户接入层也称接入层。- 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。
采用层次的优点：各层次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。
- 核心交换层有以下几个功能：
① 核心交换层将多个汇聚层链接起来，为汇聚层的网络提供高速分组转发，为整个城市提供一个可靠、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。
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、以及安全控制、ip地址转换、流量整形处理。
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。
接入层的主要功能：
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以及其他信息的服务。
宽带城域网组建的基本原则（了解）
基本原则：可运营性 、可管理性、可盈利性、可扩展性。
宽带城域网设备必须支持：
① 用户身份认证、使用权限认证和计费功能；
② 支持多ISP(电信服务商如电信、联通、移动等)；
③ 基于IP的虚拟专网VPN等多种增值业务。
宽带城域网必须具备：ip地址分配能力，动态静态地址分配能力，网络地址转换NAT功能。
管理和运营带宽城域网的关键技术
管理和运营带宽城域网的关键技术主要是：
- 带宽管理
- 服务质量QoS。
宽带城域网业务中有多媒体、数据业务与语音等，各个领域的业务对服务质量要求是不同的，网络服务质量表现在延时、抖动 、吞吐量和包丢失率等几个方面。
宽带城域网保证服务质量QoS技术主要有：资源预留(RSVP)、区分服务(DiffServ)与多协议标记交换MPLS。 - 网络管理
管理宽带城域网有3种基本方案:带内网络管理、带外网络管理、同时使用带内和带外网络管理。
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,实时采集网络数据, 产生告警信息,显示网络拓扑,分析各类通信数据,供网络管理人员了解、维护网络设备与系统运行状态。 - 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
课后真题（1）
1、下列关于宽带城域网汇聚层基本功能的描述中，错误的是（A）
A) 提供用户访问Internet所需要的路由服务 核心交换层的功能
B) 汇接接入层的用户流量，进行数据转发和交换
C) 根据接入层的用户流量，进行流量均衡、安全控制等处理
D) 根据处理结果把用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理
2、下列属于城域网QoS技术的是（A）
A) RSVP（资源预留）
B) PSTN（公共交换电话网）
C) MSTP(多生成树协议)
D) ISDN(综合业务数字网)
3、下列关于宽带城域网技术的描述中，错误的是（D）
A) 网络业务包括多媒体、数据与语音业务
B) 网络服务质量表现在延时、抖动、吞吐量与丢包率
C) 网络服务质量保障技术主要有RSVP、DiffServ与MPLS
D) 网络采用IP网络的带内网络管理、带外网络管理、同时使用带内和带外网络管理带内管理
4、设计一个宽带城域网将涉及“三个平台一个出口”，即网络平台、业务平台、管理平台和（C）
A) 广域网出口
B) 局域网出口
C) 城市宽带出口
D) 卫星通道出口
5、下列关于宽带城域网核心交换层特点的描述中，错误的是（D）
A) 将多个汇聚层连接起来
B) 为整个城域网提供一个高速、安全与具有QoS保障能力的数据传输环境
C) 提供宽带城域网的用户访问Internet所需要的路由服务
D) 根据接入层的用户流量进行本地路由、过滤、流量均衡 （这是边缘汇聚层的特点）
6、下列关于宽带城域网技术的描述中，错误的是(A)
A) 宽带城域网带内 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
B) 宽带城域网保证Qos的主要技术有RSVP、Diff-Serv和MPLS
C) 宽带城域网可以利用NAT技术解决IP地址资源不足的问题
D) 宽带城域网能够为用户提供带宽保证，实现流量工程
7、下列不属于宽带城域网QoS技术的是（A）。
A) DWDM（密集型广播复用）
B) DiffServ（区分服务）
C) RSVP（资源预留）
D) MPLS（多协议标记交换）
8、下列关于宽带城域网技术的描述中，错误的是（D）。
A) 能够为用户提供带宽保证，实现流量工程
B) 可以利用NAT技术解决IP地址资源不足的问题
C) 可以利用SNMP实现带外网络管理
D) 保证QoS的主要技术有RSVP、DiffServ和MSTP== MPLS==
构建带宽城域网的基本技术与方案
-
基于SDH的城域网方案
早期的SONET/SDH是为传统电信业务服务的，它并不适合于传输IP分组。随着技术的发展，基于下一代的SONET/SDH技术的多业务传输平台(MSTP)将取代功能单一的分插复用器(ADM)和数字交叉系统(DCS),使ip over SONET/SDH方案更为可行。
缺点：宽带利用率不高、管理困难 -
基于10GE的城域网方案
因素：成本、可扩展性、易用性
优势：造价低、可扩展性非常好、10Mpbs-10Gbps
缺陷： -
不能对端-端的包延时和包丢失率的控制
-
不支持优先级服务
-
不能保证QoS
-
不具备用户认证能力，计费困难
用于宽带城域网的光以太网可以有多种实现形式，其中，最为重要的有两种：基于10GE的技术和弹性分组环技术。
宽带城域网的光以太网
• 设备和线路必须符合电信网络99.999%的高运营可靠性
• 具有认证和授权功能
• 提供计费功能
• 支持VPN和防火墙
• 具有QoS保证
• 可扩展
弹性分组环RPR技术
弹性分组环(RPR),是一种直接在光纤上高效传输ip分组的传输技术，弹性分组环RPR采用双环结构，在RPR环中，两个RPR 结点之间的祼光纤的最大长度可以达到100km。
外环沿着顺时针传输，内环沿着逆时针传输外环和内环都可以用统计复用的方法传输IP分组，同时可以实现”自愈环”的功能。RPR的内环和外环都可以传输数据分组与控制分组。
弹性分组环RPR技术特点：
①带宽的利用率高
②公平性好
两个数据帧具有相等优先级时，RPR环可以提供相同的环通道的访问能力，RPR环中每个结点都执行SRP公平算法，结点之间获得平等的带宽，防止个别结点因流量大而造成环拥塞。RPR环还支持加权公平法和入口、出口峰值速率限制，用以保证根据用户购买的带宽提供相应的服务
③快速保护和恢复能力强
RPR采用自愈环的设计思想，能够在50ms的时间内，隔离出现故障的结点和光纤段
④保证服务质量
为了保证网络的服务质量(QoS)，RPR环对不同的业务数据分配不同的优先级，以保证高优先级信息的可靠性传输
网络接入技术与方法
宽带接入技术的基本类型接入技术可以分为：
有线和无线接入
接入方式涉及到用户的环境与需求可以分为： 家庭接入、校园接入、机关与企业接入。
传输介质不同的各种接入技术
- 数字用户线xDSL接入技术
数字用户线xDSL又叫做数字用户环路。数字用户线是指从用户到本地电话交换中心的一对铜双绞线，本地电话交换中心又叫做中心局
xDSL技术按上行(用户到交换局)和下行(交换局到用户)的速率是否相同可分为
- 速率对称型
- 速率非对称型
非对称数字用户线(ADSL) 高比特率数字用户线(HDSL)
速率自适应数字用户线(RADSL) 甚高比特率数字用户线(VDSL)
| xDSL | 下/上行速率(距离5.5km) | 下/上行速率(距离3.6km) | 线对数(对) |
|---|---|---|---|
| ADSL | 1.5Mbps/64kbps | 6Mbps/640kbps | 1 |
| HDSL | 1.544Mbps(对称) | 1.544Mbps(对称) | 2 |
| VDSL | 51Mbps/2.3Mbps | 51Mbps/2.3Mbps | 2 |
| RADSL | 1.5Mbps/64kbps | 6Mbps/640kbps | 1 |
ADSL主要技术特点：
① 它可以在现有的电话铜双绞线上，以重叠和不干扰传统模拟电话业务，使用高速数字的新型宽带业务。
② 使用电话铜双绞线不会影响网络性能，因此用户不需要专门为获得ADSL服务而重新铺设电缆。
③ ADSL提供的非对称宽带特性，上行速率64kbps-640kbps， 下行速率500kbps-7Mbps。
光纤同轴电缆混合网HFC技术
①光纤同轴电缆混合网HFC的基本结构
光纤结点通过同轴电缆下引线可以为500-2000个用户服务。共享同一根传输介质。HFC改善了信号质量，提高了可靠性，线路可以使用的宽带甚至高达1GHz。
缺点：
• 造价高
• 共享介质，高峰期出现拥塞，影响接入速率
• 存在回传信号干扰
②电缆调制解调器(Cable Modem)
Cable Modem把用户计算机与有线电视同轴电缆连接起来
上行信道采用的载波频率为5MHz-42MHz，上行信道的带宽一般200kbps- 10Mbps，下行信道采用载波频率450MHz-750MHz，信道带宽可达36Mbps。
Cable Modem的类型：
传输方式：双向对称式传输(2-4Mbps,最高10Mbps)和非对称式传输(下行30Mbps，上行200kbps-10Mbps)
数据传输方向：单向和双向
同步方式：同步交换(Ethernet)和异步交换(ATM)
接入角度：分为个人和宽带多用户
接口角度：外置式、内置式、交互式机顶盒
光纤接入技术
用光纤做传输介质的网络：
• 无源光网络(PON)
• 宽带无源光网络(APON)
优势
• 带宽容量非常大
• 信号传输长距离无需中继
ITU标准对无源光纤网PON进行标准化：
- OC-3，155.520Mbps的对称业务
- 上行OC-3,155.520Mbps，下行OC-12,622.080Mbps的不对称业务
无线接入技术
①无线接入技术的分类与应用无线接入技术主要有：
802.11标准的无线局域网(WLAN)接入
802.16标准的无线城域网(WMAN)接入
在无线宽带接入网的结构中，远距离采用802.16标准的WiMAX技术，可以在50m范围内提供70Mbps的传输速率，近距离采用802.11标准的WLAN,可以满足一定地理范围内的用户无线接入需求。
②802.16标准与无线城域网WMAN
IEEE 802.16标准体系的主要目标是制定工作在2-66MHz 频段的无线接入系统的物理层与介质访问控制MAC子层规范。为保证无线网络对接入用户的服务质量，需要更多的带宽，因此使用无线频段为10-66GHZ。
在802.16标准增加了两个物理层标准802.16d和802.16e
802.16d主要针对固定的无线网络部署
802.16e则针对火车，汽车等移动物体的无线通信标准问题
802.16a用于移动结点的接入
③802.11标准与无线局域网WLAN
802.11b标准传输速率为11Mbps
802.11a/g将传输速率提高到了54Mbps
802.11n理论传输速率600Mbps，业界主流传输速率300Mbps
课后真题（2）
1、下列关于RPR技术描述中，错误的是( A )
A. RPR能够在30ms 50ms内隔离出现故障的结点和光纤段
B. RPR环中每一个结点都执行SRP公平算法
C. 两个RPR结点之间的裸光纤最大长度为100KM
D. RPR的内环和外环都可以传输数据分组和控制分组
2、下列关于RPR技术描述中，错误的是( A )
A. RPR的内环用于传输数据分组，外环用于传输控制数组RPR内环与外环都可用于传输数据分组和控制数组
B. RPR是一种用于直接在光纤上高效传输ip分组的传输技术
C. RPR环可以对不同的业务数据分配不同的优先级
D. RPR能够在50ms内隔离出现故障的结点和光纤段
3、下列关于RPR技术描述中，错误的是( B )
A. RPR与FDDI一样使用双环结构
B. 在RPR环中，源结点向目标结点成功发出的数据帧要由源结点从环中收回 由目的结点直接回收数据帧
C. RPR环中每一个结点都执行SRP公平算法
D. RPR能够在50ms内隔离出现故障的结点和光纤
4、下列关于RPR技术描述中，错误的是(C )
A. RPR与FDDI一样使用双环结构
B. 在RPR环中，源结点向目标结点成功发出的数据帧要由目的结点从环中收回
C. RPR环中每一个结点都执行MPLSSRP公平算法
D. RPR能够在50ms内实现自愈
5、Cable Modem上行速率在(B)
A. 64kbps-200kpbs
B. 200kbps-10mbps
C. 10mbps-20mbps
D. 20mbps-36mbps
6、下列关于光纤同轴电缆混合网HFC的描述中错误的是(A )
A. HFC是一个单向== 双向==传输系统
B. HFC改善了信号传输质量，提高了系统的可靠性
C.HFC光纤结点通过同轴电缆下引线可以为500到2000个用户服务
D.HFC通过Cable Modem将用户计算机与同轴电缆连接起来
7、下列关于光纤同轴电缆混合网HFC的描述中错误的( D)
A. HFC是一个双向传输系统
B. Cable Modem利用频分多路复用方法将信道分为上行信道和下行信道
C. Cable Modem传输方式分为对称式和非对称式两类
D. HFC通过Cable Modem将光缆与同轴电缆 用户与网络连接起来
8、按照ITU标准，OC-3的传输速度是( B)
A. 51.84Mbps
B. 155.52Mbps
C.622.08Mpbs
D.1.244Gbps
9、按照ITU标准，传输速度为622. 08Mbps的标准是( B)
A. OC-3
B. OC-12
C.OC-48
D.OC-192
10、下列关于接入技术特征的描述中，错误的是( D )
A. 光纤传输系统的中继距离可以达到100km以上
B. Cable Modem利用频分复用的方法，将信道分为上行信道和下行信道
C.ADSL技术具有非对称带宽特性
D.802.11b将传输速率提高到54 11Mbps
11、以下关于IEEE802.16协议的描述中错误的是( D )
A. 802.16主要用于解决城市地区范围内的宽带无线接入问题
B. 802.16a用于移动结点接入
C.802.16d用于固定结点接入
D.802.16e用于固定或 移动结点 接入
12、下列关于无线局域网802.11标准的描述错误的是( D )
A. 802.11标准定义了无线局域网的物理层与MAC层协议
B. 802.11标准定义了两类设备，即无线结点与无线接入点
C.无线接入点在无线与有线网络之间起到桥接的作用
D.802.11标准在MAC层采用了CSMA/CD的访问控制方法
解析：802.11 标准是第-代无线局域网WLAN标准之一，该标准定义了物理层和媒体访问控制MAC协议。802.11定义了两种类型的设备:无线结点与无线接入点，无线结点通常是在一台接人设备上加上一块无线网络接口卡构成，无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口构成，其作用是提供无线和有线网络之间的桥梁。在802.11中对CSMA/ CD进行了一些调整，采用了CSMA/CA或DCF协议。CSMA/ CA利用ACK信号来避免冲突的发生。
