第1章 网络系统结构与设计的基本原则
考试说明：选择题1-4题（理论型）
常考知识点：
宽带城域网的结构【核心层、汇聚层、接入层
管理和运营宽带城域网的关键技术【网络管理、服务质量
构建宽带城域网的基本技术与方案【弹性分组环RPR技术
网络接入技术与方法
考点1：宽带城域网的结构
1.宽带城域网的逻辑结构
完整的宽带城域网主要包括网络平台、业务平台、管理平台与城市宽带出口。
2.宽带城域网网络平台各层的主要功能
（1）核心交换层的基本功能
①将多个汇聚层连接起来，为汇聚层的网络提供高速分组转发，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；
②实现与主干网络的互联，提供城市的宽带IP数据出口；
③提供宽带城域网的用户访问Internet所需要的路由服务。
（2）边缘汇聚层的基本功能
①汇聚接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发与交换；
②根据汇聚接入层的用户流量，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、流量整形等处理；
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。
（3）用户接入层的基本功能
解决的是“最后一公里”问题；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以及其他的信息服务。
=>三层结构思想：上层负责下层的数据汇聚；核心层提供出口与QoS、汇聚本地路由，接入服务用户。
【易错】宽带城域网网络平台的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与流量汇聚的功能，接入层主要承担用户接入与本地流量控制的功能。
考点2：管理和运营宽带城域网的关键技术
带宽管理
网络管理 [√]
QoS [√]
用户管理 [√]
IP地址的分配与地址转换 [√]
多业务接入
统计与计费
网络安全等
1.网络管理
①带内网络管理是指利用传统的电信网络，通过数据通信网（DCN）或公共交换电话网（PSTN）拨号，对网络设备进行数据配置；
②带外网络管理是指利用IP网络及协议进行网络管理，是利用简单网络管理协议（SNMP）建立网络管理系统；
③对汇聚层以下采用带内管理，而对汇聚层及其以上设备采取带外管理。
2.QoS
①在宽带城域网业务中有多媒体业务、数据业务与普通的语音服务；网络服务质量表示现在延时、抖动、吞吐量和丢包率等几个方面；
②目前宽带城域网保证QoS要求的技术主要有：资源预留（RSVP）、区分服务（DiffServ）与多协议标记交换（MPLS）。
3.用户管理
宽带城域网的用户管理应该包括用户认证与接入管理、计费管理等，能够为用户提供带宽保证，实现流量工程。
4.IP地址的分配与地址转换
为了解决IP地址不足的问题，目前的基本方案是使用内部专用IP地址与网络地址转换（NAT）技术，只为宽带城域网的关键设备与特殊用户分配固定的公用IP地址。
考点3：构建宽带城域网的基本技术与方案
1.基于10GE技术的宽带城域网
光以太网是以太网与DWDM技术相结合的产物，可运营光以太网的设备和线路必须符合电信网络99.999%的高运行可靠性，并具备以下特征：
①能够根据终端用户的实际应用需求动态分配带宽，保证带宽资源充分、合理地应用。
②具有认证与授权功能，用户访问网络资源必须经过认证和授权，确保用户和网络资源的安全及合法使用；支持VPN和防火墙，可以有效地保证网络安全。
③支持MPLS（多协议标签交换），具有一定的服务质量保证，提供分等级的QoS网络服务。
④提供计费功能，能及时获得用户的上网时间记录和流量记录，支持按上网时间、用户流量计费，或提供包月计费方式，支持实时计费。
⑤能够方便、快速、灵活地适应用户和业务的扩展。
【扩展】光以太网技术以光信号为单位传输数据，ATM网络以信元为单位传输数据。
2.基于弹性分组环技术的宽带城域网
弹性分组环（Resilient Packet Ring，RPR）是一种直接在光纤上高效传输IP分组的传输技术，它的工作基础是Cisco公司提出的动态分组传送（Dynamic Packet Transport，DPT）技术。
①采用双环结构，两个RPR结点之间的裸光纤的最大长度可达到100km；
②将沿顺时针传输的光纤叫做外环，沿逆时针传输的光纤叫做内环。两环均有实现“自愈环”的功能，都可以传输数据分组与控制分组，且可用统计时分多路复用的方法传输IP分组。
【目的】①高效地利用光纤带宽；②加速控制分组传输，提高环的可靠性，实现“环自愈”功能，保证城域网的系统可靠性与服务质量。
特点1：公平性好
RPR环中每个结点都执行SRP公平算法，使得结点之间能够获得平等的带宽，防止个结点因流量过大而造成环拥塞。同时，RPR环还支持加权公平法则和入口、出口峰值速率限制，用以保证能够根据用户购买的带宽提供相应的服务。
特点2：带宽的利用率高
RPR采用双环结构传输数据分组和控制分组，并限制数据帧只在源节点与目的结点之间的光纤段上传输，当源结点成功地发送一个数据帧之后，这个数据帧要由目的结点从环中收回。因此，该数据帧将不再占用下游段的环带宽，从而提高了环带宽的利用率。
特点3：保证服务质量
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传输，从而保证了网络的服务质量。
特点4：快速保护和恢复能力强大
RPR有自愈环的功能，能够在50ms的时间内，隔离出现故障的结点和光纤段，并可在没有专用带宽的前提下即能够提供SDH级的快速保护和恢复。
考点4：网络接入技术与方法
1.宽带接入技术的基本类型
=>可以用作用户接入网的主要有三类：计算机网络、电信通信网与广播电视网（“三网融合”）。
从用户接入的角度，宽带接入可以分为接入技术与接入方式两种类型。
接入方式：涉及用户的工作环境与需求，大致可以分为家庭接入、校园接入、机关与企业接入。
从技术的角度来看，接入网的接入方式主要分为五类：地面有线通信网络、无线通信和移动网络、卫星通信网、有线电视网和地面广播电视网。在这里，计算机局域网被归为地面有线通信系统。
接入技术：可以分为有线接入和无线接入两类。
从技术实现的角度，目前宽带接入技术主要有：数字用户线（xDSL）技术、光纤同轴电缆混合网（HFC）技术、局域网接入技术以及无线接入技术。其中，无线接入又可以分为无线局域网接入[ WiFi ]、无线城域网接入[ WiMAX ]与无线Ad hoc接入。
2.各种接入技术
（1）数字用户线xDSL接入技术
xDSL中x的意思是表示它的不同类型，例如，可以理解x是A、H或者RA等，它们对应于不用的数字用户线技术。xDSL技术根据上行（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和速率非对称型两种。
根据信号传输的速率、距离以及上行速率与下行速率的不同，xDSL技术主要可以分为以下几种：
①非对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）
②高比特率数字用户线（High bite rate DSL，HDSL）
③速率自适应数字用户线（Rate adaptive DSL，RADSL）
④甚高比特率数字用户线（Very high bite rate DSL，VDSL）
=>ADSL主要技术特点：
①能够利用现有的用户电话铜双绞线，以重叠和不干扰传统模拟电话业务的方式，即普通电话业务（POTS）的方式，提供高速数字业务；ADSL允许用户在保留已有的模拟电话业务的同时，进行Internet在线访问、视频点播（VOD）等新型宽带业务。
②该技术几乎和本地环路的实际参数没什么关系，与使用的用户电话铜双绞线的特性也无关，所以用户不需要专门为获得ADSL服务而重新铺设电缆。
③ADSL提供的非对称宽带特性，上行速率在64-640kbit/s，下行速率在500kbit/s-7Mbit/s，用户可以根据需要自行选择。
(2)光纤同轴电缆混合网HFC
①基本结构
由电视头端、长距离干线、放大器、馈线与下引线组成的；
新一代的有线电视网络，是一个双向传输系统，光纤结点通过同轴电缆下引线可以为500~2000个用户服务。
改善了信号质量，提高了可靠性，线路可以使用的带宽甚至可以达到1GHz。
从用户接入的角度来看，光纤到HFC时经过双向改造的有线电视网络，是用户通过优先电视带宽接入Internet的一种重要的方式。
HFC是使用Cable Modem，通过有线电视宽带接入Internet的，数据传输速率可达10-36Mbit/s。
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，不仅有调制解调功能，也带有加密解密和协议适配，以及网桥、路由器与集线器的部分功能。Cable Modem利用频分复用的方法，将双向信道分为：从计算机终端到网络方向称为上行信道，从网络到计算机终端方向称为下行信道。
=>上行信道采用的载波频率范围在5MHz~42MHz，信道带宽一般在200kbps~10Mbps；下行信道采用的载波频率一般在450MHz~750MHz，信道带宽一般可达36Mbps。
从数据传输方向上，分为单向和双向两类。
从传输方式上，分为双向对称式传输和非对称式传输两类。
从同步方式上，分为类似于Ethernet的同步交换和类似于ATM技术的异步交换两类。
从接入的角度，分为个人Cable Modem和宽带多用户Cable Modem。
从接口的角度，分为外置式、内置式和交互式机顶盒3种。
（3）光纤接入技术
①APON（宽带无源光网络）是ATM PON的简称。ATM是一种基于信元的传输协议，能为接入网提供动态的宽带分配，从而更适合宽带数据业务的需要。
②EPON（以太网无源光网络）是基于以太网的PON技术。EPON采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务，EPON是一种实现光纤到户的重要技术。
③无源光纤网（PON）是ITU“基于无源光纤网的高速光纤接入系统”下进行的标准化。
OC-3.155.520Mbit/s的对称业务。
上行OC-3.155.520Mbit/s；下行OC-12.622.080Mbit/s的不对称业务。
【推导】OC-1=51.84Mbit/s [ Mbit/s=Mbps ]
传输介质可以是一根或两根单模光纤，双向传输通过波分复用（一根或两根光纤）实现。
（4）宽带无线接入技术
①无线接入技术的分类与应用
无线接入技术主要有IEEE 802.11标准的无线局域网（WLAN）接入、IEEE 802.16标准的无线城域网（WMAN）接入，以及正在开发的Ad hoc接入技术几种。
近距离使用可采用IEEE 802.11标准的无线局域网技术，它可以满足一定地理范围内的用户无线接入需求；远距离使用则采用IEEE 802.16标准的WiMAX技术，该技术可以在50km范围内提供最高70Mbit/s的传输速率。
IEEE 802.11标准与IEEE 802.16标准均针对无线环境，但由于适用对象不同，采用的技术与协议解决问题的重点也不相同。IEEE 802.11标准的重点在解决局域网范围的移动节点通信问题，而IEEE 802.16标准的重点是解决建筑物之间的数据通信问题。
②IEEE 802.11标准的无线局域网
IEEE 802.11定义了使用红外、跳频扩频与直接序列扩频技术，数据传输速率为1Mbit/s或2Mbit/s；
IEEE 802.11a将传输速率提高到54Mbit/s；
IEEE 802.11b定义了使用直序扩频技术，传输速率为1Mbit/s、2Mbit/s、5.5Mbit/s与11Mbit/s（最大速率）。
③IEEE 802.16标准的无线城域网
按IEEE 802.16标准建立采用全双工、宽带通信方式工作的基站；
IEEE 802.16标准规定了无线网络使用更高的、毫米波的10~66GHz波段的频率；
在IEEE 802.16标准上增加了两个物理层标准IEEE 802.16d与IEEE 802.16e；
与IEEE 802.16标准工作组对应的论坛组织是WiMAX，最高的传输速率是134Mbit/s。
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