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1.基础环节
1.1 计算机网络的基本结构
典型的计算机网络从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两部分。
资源子网负责全网的数据处理业务， 负责向网络用户提供各种网络资源与网络服务。 资
源子网由主计算机系统、各种终端与联网设备、各种软件与信息资源等组成。 主机（ ｈｏｓｔ） 即主计算机系统， 是资源子网的主要组成单元， 主要为本地用户与远程用户相互进行资源访问与共享提供服务。 早期的主机主要使用大型机、中型机与小型机， 目前普遍使用个人计算机。 主机
包括用户终端设备（ 包括个人计算机、数字设备） 与服务器， 它们通过高速通信线路与通信子
网的通信控制处理机相连接。 普通用户终端通过主机连入网络， 终端是用户访问网络的界面。
通信子网负责进行网络数据传输、转发等通信处理任务， 由通信控制处理机、通信线路与
其他通信设备组成。 通信控制处理机是通信子网中的主要设备， 也被称为网络节点。 一方面，
它是与资源子网的主机、终端连接的接口， 将主机和终端连入网络；另一方面， 它又是存储转发
分组的节点， 负责分组的接收、校验、存储、转发， 实现将源主机报文准确发送到目的主机的功
能。 早期的 ＡＲＰＡＮＥＴ 网络中， 接口报文处理机（ ＩｎｔｅｒｆａｃｅＭｅｓｓａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｏｒ， ＩＭＰ） 负责完成
通信控制处理机功能， 它也是路由器的雏形。** 通信线路为通信控制处理机之间、通信控制处理
机与主机之间提供通信信道， 目前使用较为普遍的通信线路有双绞线**、同轴电缆、光纤等有线
介质， 以及微波、卫星等无线通信信道。
1.2 计算机网络分类及其互联方式
1.2.1 计算机网络分类
网络覆盖的地理范围不同， 必然要求采用不同的传输技术， 因此形成了多种网络技术特点与网络服务功能。 计算机网络按照其覆盖的地理范围， 可以分为局域网、城域网与广域网３种类型。
- 局域网
局域网（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ， ＬＡＮ） 是一种覆盖一座或几座大楼、一个校园或者一个单位等较小地理区域的计算机网络， 一般是方圆几千米以内。 常用于构建个人计算机局域网、大型计算设备群的后端网络与存储区域网络、**高速办公室网络、**企业与学校的主干局域网。 局域网的技术特点主要表现在以下几个方面:
- 局域网覆盖的地理范围有限,一般属于一个单位所有,易于建立,维护与扩展
- 局域网具有较高的数据传输速率(10Mbit/s~100Gbit/s)与较低的误码率.提供又快又准的数据传输环境.
从介质访问控制方法来看， 局域网可以分为共享介质式局域网与交换式局域网；而从使用的传输介质类型的角度来看， 局域网又可以分为使用有线介质的有线局域网与使用无线通信信道的无线局域网
- 城域网
城域网（ ＭｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ， ＭＡＮ） 是介于广域网与局域网之间的一种高速网络，覆盖一个城市的地理范围， 用来将同一区域内的多个局域网互联起来， 属于中等范围的计算机网络。 城域网的设计目标是满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互联的需求， 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（ ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ， ＷＡＮ） 是最早出现的计算机网络。 广域网在结构上分成两个部分：负责数据处理的主计算机与终端以及负责数据通信处理的通信控制处理设备与通信线路。广域网是一种用来实现不同地区的局域网或城域网的互联，提供不同地区、城市和国家之间的计算机通信的远程计算机网，所覆盖的地理范围从几十千米到几千千米。 公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网均可以用作广域网的通信子网，它们可以将不同地区的计算机系统互联，以达到资源共享的目的。
其他详细的可以参考这篇文章👉计算机网络的分类
1.2.2 计算机网络的互联方式
互联的广域网、城域网与局域网是构成现代网络系统的基本单元。 目前， 随着局域网与微型计算机的发展， 大型机与中型机的主机 － 终端系统用户逐渐减少， 网络结构也发生了一定的变化， 大量的微型计算机均通过局域网连入城域网。
🤯注意!!路由器是进行各种网络互联的设备,局域网与城域网,城域网与广域网,广域网与广域网的互联都是通过路由器来实现的
用户计算机可以通过局域网方式、有线电视网（ ＣＡＴＶ）、电话交换网（ ＰＳＴＮ）、无线城域网（ ＷＭＡＮ） 或无线局域网（ ＷＬＡＮ） 方式接入作为地区级主干网的城域网。 城域网又通过路由器与光纤接入作为国家级或区域主干网的广域网。 覆盖全球的 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网络就是由多个广域网互联形成的。 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网络系统结构复杂且不断变化， 较为理想的 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网络结构如下图所示。
1.3 局域网技术
目前局域网技术已在各个领域得到了广泛的应用， 其发展速度也比较快。 ２０ 世纪 ８０ 年代初， 局域网主要有以太网（ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）、令牌环（ ＴｏｋｅｎＲｉｎｇ） 网络与令牌总线（ ＴｏｋｅｎＢｕｓ） 网络 ３ 个主要产品。 网络操作系统 ＷｉｎｄｏｗｓＮＴＳｅｒｖｅｒ、 ＮｅｔＷａｒｅ、 ＩＢＭＬＡＮＳｅｒｖｅｒ 及 Ｌｉｎｕｘ、ＵＮＩＸ 的应用， 使得以太网技术更加成熟。
１９９０ 年 ＩＥＥＥ ８０２． ３ 协议在物理层提出了 10BASE-T 的标准， 此标准中明确提出10Mbit/s以太网的传输介质可利用双绞线。 这使得以太网组网的成本大大降低， 继而大大提高了以太
网的竞争优势。 同年， 标志着交换式以太网出现的以太网交换机产品也相继问世。
以太网的发展有以下三个方向:
- 数据传输速率的提高
目前以太网的传输速率已经由 10Ｍｂｉｔ／ｓ 提高到 100Ｍｂｉｔ／ｓ、 1Ｇｂｉｔ／ｓ， 甚至是 10Ｇｂｉｔ／ｓ、100Ｇｂｉｔ／ｓ。 但是以太网帧的结构基本保持不变。 10Ｍｂｉｔ／ｓ 的以太网简称为传统以太网，１００Ｍｂｉｔ／ｓ 的以太网简称为快速以太网（ ＦａｓｔＥｔｈｅｒｎｅｔ）， 即 ＦＥ， 吉比特以太网简称为 ＧＥ，１０Ｇｂｉｔ／ｓ 的以太网简称为 １０ＧＥ。 由于 ＧＥ 与 １０ＧＥ 的物理层使用两种不同的协议， 因此后者可以同时应用于局域网、广域网与城域网 ３ 种类型的网络中。
思考:目前局域网得最快速度为多少?哪种速率得局域网可以同时应用于城域网与广域网中?
注意:谨记各种速率局域网得简称与所有速率局域网的共性
- 局域网互联技术的发展
由于网桥或路由器可以进行网络之间的广播通信量与冲突域的分隔， 所以可以很方便地根据需要将一个大型局域网划分成一个个独立的小型局域网， 局域网互联技术因此得以快速发展。 可以通过减少单个网络内部的节点数来提高网络的性能。 ＣＳＭＡ／ＣＤ（ ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ／ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎ， 带有冲突检测的载波侦听多路存取） 是子网内部所采用的介质访问控制方法。
- 交换式局域网技术的发展
将共享介质方式改为交换方式， 是以太网发展的另一个方向。 局域网交换机是交换局域网的核心设备， 它可以在多个端口之间同时建立多个并发连接。 所以局域网又可以分为共享式局域网（ ＳｈａｒｅｄＬＡＮ） 和交换式局域网（ ＳｗｉｔｃｈｅｄＬＡＮ）。 我们常用的虚拟局域网（ ＶｉｒｔｕａｌＬＡＮ， ＶＬＡＮ） 也是在交换式局域网的基础上发展而来的。
1.4 广域网技术
相对于局域网属于单位内部所有， 组建成本低， 易于建立、维护的特点， 广域网的建设投资与管理要庞大与复杂得多。 由于广域网的组建管理、用户接入广域网的服务与技术支持， 均由电信运营商负责， 所以广域网是一种公共数据网络（ ＰｕｂｌｉｃＤａｔａＮｅｔｗｏｒｋ， ＰＤＮ）。 用户要使用广域网服务， 进行各种网络服务系统的开发， 都必须向广域网运营商购买。 当然， 也允许有特殊需要的国家部门与大型企业根据自身特点进行专用广域网的组建与管理。
当前， 宽带核心交换技术是广域网技术研究的重点。 早期的广域网的主要目的是实现大型计算机系统的互联， 当时所提出的通信子网指的就是广域网的传输网部分， 所以电信运营商负责的通信网络中使用的技术就是广域网的核心技术。 这种技术的实施范围涉及全世界， 传输技术涉及光纤传输、卫星与无线传输。 随着接入网技术的成熟，** 接入技术与核心交换技术已经分开**， 用户接入的任务由城域网负责承担， 而广域网则主要用来研究远距离、宽带、高服务质量的核心交换技术。 广域网与城域网界限越来越清晰.
目前， 构成广域网的典型网络类型和技术有综合业务数字网（ ISDN）， 公共电话交换网（ PSTN），** 数字数据网**（ DDN）,X.25分组交换网， 帧中继（ ＦｒａｍｅＲｅｐｌａｙ， ＦＲ） 网， 异步传输模式（ ＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｄｅ， ＡＴＭ） 网， 吉比特以太网（ ＧｉｇａｂｉｔＥｔｈｅｒｎｅｔ， ＧＥ） 与 １０Ｇｂｉｔ／ｓ 的光以太网（ ＯｐｔｉｃａｌＥｔｈｅｒｎｅｔ）。
为了在电信网络的基础上， 实现传统的语音传输业务和数据传输业务的结合， 出现了ＩＳＤＮ、Ｘ． ２５ 以及波分复用（ ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ， ＷＤＭ） 的研究与应用。 表 １ １
是几种常见广域网的比较。
２０ 世纪 ８０ 年代， 波分复用 ＷＤＭ 技术投入使用。 早期的 ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ （ ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ／ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｉｇｉｔａｌＨｉｅｒａｒｃｈｙ， 光同步数字传输网） 是为传统电信业务服务的， 它并不适合于传输 ＩＰ 分组。 多数运营商的传输网络均为 ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ， 而未来的电信业务的主体是数据业务， 考虑到经济因素， 大家都希望能在原有的、成熟可靠的 ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ 技术的基础上进行变革。 随着数据业务的激增， ＳＤＨ 必然会向支持 ＩＰ 和以太网业务的接入方向发展， 并将会与** ＡＴＭ 和路由交换功能融合， 构成以 ＳＤＨ 为基础的广域网平台。 广域网发展的一个重要趋势是将以太信号封装在 ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ 线路中传输（ ＩＰｏｖｅｒＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ）。
当前， 物理层接口标准、数据链路层协议与网络层 ＩＰ 协议已成为研究人员的重点研究问题。 由于局域网的以太网技术已经相当成熟， 研究人员把重心放在了高速局域网的设计思路上， 即在速率为 １ Ｇｂｉｔ／ｓ 的 ＧＥ 与 １０Ｇｂｉｔ／ｓ 的 １０ＧＥ 物理层设计中， 利用光纤作为远距离传输介质**， 发展光以太网技术， 这样将以太网技术从局域网扩展到城域网和广域网。 事实证明， 这条技术发展路线是现实的、可行的。
什么是光以太网?
1.5 城域网技术
- 城域网的概念
随着计算机网络技术的快速发展， 电信业的业务也发生了改变， 已经从语音业务为主， 向基于 ＩＰ 网络、数据业务的综合数字业务类型为主演变。 在一定的社会需求的驱动下， 电信运营商纷纷把目光， 从广域网骨干网的建设， 转移到高效、经济、支持大量用户接入和支持多种业务的城域网的建设之中， 导致了世界性的信息高速公路建设的高潮， 为信息产业的高速发展打下了坚实的基础。
２０ 世纪 ８０ 年代后期， 以网络覆盖的地理范围为依据， 服务定位在大量局域网系统互联上的城域网 ＭＡＮ 的概念提出。
ＩＥＥＥ ８０２ 委员会最初对城域网的定义是这样的： 城域网是以光纤为传输介质， 能够提供４５Ｍｂｉｔ／ｓ 到 １５０Ｍｂｉｔ／ｓ 高传输速率， 支持数据、语音、图形与视频综合业务数据传输， 覆盖范围在 ５０ｋｍ 到 １００ｋｍ 的城市范围内， 实现高速宽带传输的数据通信网络。 早期城域网的首选技术是光纤环网， 其典型产品是光纤分布式数据接口（ ＦｉｂｅｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＤａｔａＩｎｔｅｒｆａｃｅ， ＦＤＤＩ）。ＦＤＤＩ 可以实现高速、高可靠性和大范围内局域网的连接。 ＩＥＥＥ ８０２ 委员会对城域网的定义正是在总结 ＦＤＤＩ 技术特点的基础上提出的， 并相对于广域网与局域网而产生。
ＦＤＤＩ 以光纤为传输介质， 传输速率为 １００Ｍｂｉｔ／ｓ， 可以用于 １００ｋｍ 范围内的局域网互联。它支持双环结构， 具备快速环自愈能力， 在基本技术上与局域网的 ＩＥＥＥ ８０２． ５ 令牌环网络有很多相同之处。 ＦＤＤＩ 的 ＭＡＣ 子层使用了 ８０２． ５ 单令牌环网络介质访问控制（ ＭＡＣ） 协议，ＬＬＣ 子层使用 ＩＥＥＥ ８０２． ２ 协议， 能够适应城域网主干网建设的需要。
随着各种服务的不断变化以及三网融合的发展， 城域网的业务几乎能够覆盖所有的信息服务领域， 其定义也随之改变。 着眼于当前城域网技术的应用， 城域网是指： 网络运营商在城市内部提供的基于各种信息服务业务的所有网络， 它以 ＴＣＰ／ＩＰ 协议为基础， 以宽带光传输网络为开放平台， 借助各种网络互联设备， 实现语音、数据、图像、多媒体视频、 ＩＰ 电话、 ＩＰ 接入和各种增值服务业务与智能业务， 并与广域网、广播电视网、电话交换网互联互通， 形成城市本地内部的综合业务网。
在城域网的新定义中,宽带城域网重点提出了TCP/IP技术以及多种业务类型的内容
- 宽带城域网建设产生的影响
低成本的 ＧＥ、１０ＧＥ 技术的广泛应用， 使得局域网容量快速增长； 密集波分复用（ ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ， ＤＷＤＭ） 技术的推广， 又使得广域网主干线路的带宽大为增加。 这些技术既支持传统的语音业务， 也支持基于 ＩＰ 的、 对 ＱｏＳ 需求明确的新型应用和业务。 宽带城域网可以借助这些新的技术， 迅速实现广域网与局域网之间的互联。
- 应用是推动城域网技术发展的真正动力， 城市范围内大量局域网互联的需求是城域网技术快速发展的原动力。 宽带城域网的建设与应用使得世界范围内的产业结构进行了重大调整， 实现了众多企业的重组， 宽带城域网已经迈入现代化城市建设的重要基础设施的行列。
- 宽带城域网的建设与应用对全世界的电信业传输网络与服务业务有重大影响。 宽带城域网的出现， 使得传统的通信网络在概念、技术与应用上发生了以下较大改变:
- 广域网,城域网,与局域网的技术上的区别越来越小
- Internet的应用与电信服务业务的区别逐渐模糊
- 广播电视网,电信传输网与计算机网络之间的界限逐渐模糊
- 电信传输网技术与计算机网络技术的界限已不明显
- 推动城域网快速发展的应用领域与业务
当今,远程办公、视频会议、网上教育等新的办公与生活方式， 大规模internet接入与交互式应用的需求、数字电视、视频点播以及由此引起的新的服务， 还有家庭网络的应用推动了城域网的快速发展。 具体应用领域与业务有： 高速上网服务与网络互联服务； 电子政务、电子商务服务与智能社区服务；远程教育与远程医疗服务；带宽与管道出租服务等。
1.6 宽带城域网的结构
- 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3个平台和一个城市宽带出口.宽带城域网的总体结构如下图所示
这里主要研究一下宽带城域网的网络平台.由于采用层次结构具有以下优点:
- 结构清晰,各层功能实体之间定位清楚
- 接口开放,标准规范,便于组建和管理
所以将宽带城域网的网络平台从逻辑上分为:
- 核心交换层(核心层)
- 边缘汇聚层(汇聚层)
- 用户接入层(接入层)
下图为典型的宽带城域网的网络平台层次结构示意图
- 宽带城域网网络平台各层的主要功能
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.
- 宽带城域网网络平台的核心交换层的结构设计,重点考虑**可靠性,可扩展性与开放性,**其具体功能有如下几点
- 实现与主干网络的互联,提供城市宽带IP数据出口
- 提供宽带城域网用户访问Internet所需要的路由服务
- 将多个汇聚层连接起来,为汇聚层的网络提供告诉分组转发,为整个城域网提供一个高速,安全并且具有QoS保障能力的数据传输环境
- 宽带城域网网络平台的汇聚层处于宽带城域网核心交换层的边缘， 具体功能如下:
- 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
- 汇接接入层的用户流量,进行数据分组传输的汇聚,转发与交换
- 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,流量整形等处理
- 宽带城域网网络平台的接入层的具体实现功能如下:
- 接入层解决的是“最后一公里” 问题。 通过各种接入技术， 连接最终用户， 为它覆盖范围内的用户提供访问 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 以及其他信息服务。
城域网设计的一个重要出发点是： 在降低网络造价的前提下， 系统能够满足当前的数据交换量、接入的用户数与业务类型要求， 并具有可扩展的能力。 值得注意的是， 宽带城域网的核心层、汇聚层与接入层三个层次是一个全集。 现实应用中， 可以根据城市自身的特点来确定是否使用它的子集。 例如， 设计某个大型城市的宽带城域网时， 通常采用完整的核心层、汇聚层与接入层三层结构。 而设计某个中小城市的宽带城域网时，** 初期阶段也许只需要采用核心层与汇聚层两层结构， 可以将汇聚层与接入层合并起来考虑， 当然根据需要也可能将核心层与汇聚层合并起来考虑。 网络运营商完全可以根据自己的网络规模、用户数量、业务分布和发展阶段**等因素决定宽带城域网的结构与层次。
1.7 宽带城域网组建原则
由于城域网是城市范围内大量用户接入 Internet的汇接点， 介于广域网与局域网之间， 所以城域网的结构、服务要格外复杂。 城市用户的大量语音服务可能都在城市内部进行， 电子政务、网络电视的视频点播业务等服务的解决方案也可基于“ 同城信息， 本地交换”的思想， 所以城域网的数据交换量与流量可能要比广域网大。
城域网的接口技术也比较复杂。 在城域网中可能存在标准的电信 ＳＤＨ 业务、准同步数字序列（ ＰｌｅｓｉｏｃｈｒｏｎｏｕｓＤｉｇｉｔａｌＨｉｅｒａｒｃｈｙ， ＰＤＨ） 业务、视频业务与数字业务等多种业务类型。 其中数字业务又涉及多种基于Intenet的服务， 以及 ＩＰ 路由器、交换机与 Ｅｔｈｅｒｎｅｔ 设备标准等。根据多国多年来组建和运营城域网的经验， 制约宽带城域网的关键在于各类节点的带宽管理与业务调度能力。
因此， 要组建与成功运营一个宽带城域网需要遵循的基本原则是：** 必须能够保证网络的可管理性、可运营性、可盈利性和可扩展性。 **
- 宽带城域网的可管理性
宽带城域网必须具备可管理性。 实际运营的宽带城域网相较于向公众提供宽带业务的局域网而言， 必须具备强大的网络管理能力。 这种能力表现在电信级的业务管理、接入管理、网络安全、ＩＰ 地址分配、ＱｏＳ 保证、计费能力等方面。
- 宽带城域网的电信级业务管理包括对用户的开户、销户和用户权限的保护。 宽带城域网设备必须支持对用户的身份认证、使用权限认证和计费功能。 业务管理要支持多 ＩＳＰ、基于 ＩＰ 的虚拟专网 ＶＰＮ 等各种增值业务。 网络安全要保证系统、设备安全与用户安全。
- 宽带城域网必须能够为用户提供带宽保证， 实现流量工程， 提供个性化用户策略的QoS保证。 因此， 宽带城域网一定要能够提供设备管理和网络管理， 可以向用户提供基于业务的管理， 如虚拟专网 ＶＰＮ 管理， 最终实现分级别、分权限和分区域的网络管理。
- 宽带城域网必须提供根据使用时间、流量、业务等多种方式计算的计费手段， 支持对固定用户和流动用户的计费。 宽带城域网必须具备 ＩＰ 地址分配能力， 能够支持动态和静态地址分配， 支持网络地址转换 ＮＡＴ 功能。
- 宽带城域网的可运营性
宽带城域网必须具备可运营性。 宽带城域网是一个出售全新电信服务的系统， 必须保证系统在确保服务质量的前提下能够提供 ７ 天 ×２４ 小时的服务。
注意:与传统的局域网和最初设计、组建的Internet不同的是,宽带城域网的核心与关键设备一定是电信级的.因为它是一种城市的基础设施,是一个实际运营的系统
组建可运营的宽带城域网， 首先要解决设备选型与技术选择问题。 技术可以不选择最新的， 但是必须是最适合实际需求的。 资深的网络技术人员在组建城域网时必须改变传统的观念和工作方式， 必须把如何组建一个电信级或准电信级的网络系统作为设计的最关键问题
思考:设计组建宽带城域网最关键的问题是什么?
- 宽带城域网的可盈利性
宽带城域网一定是要能够盈利的， 每一个运营商都很关心这点。 在组建宽带城域网时， 必须定位好可以开展的业务。
（ １ ） 确定如何能够开展 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 接入业务、话音业务、数据专线业务、视频与多媒体业务、内容提供业务等。 根据自身优势在兼顾其他业务的同时， 确定并重点发展主业务。
（ ２） 定位客户群， 要区分高价值用户和普通用户。 建设可盈利的宽带城域网， 要求能正确地定位客户群， 发现盈利点， 培育和构建产业与服务链。 宽带城域网用户包括商业用户和个人用户。 商业用户包括大中小型企业、写字楼、政府机构、学校等。 个人用户可进一步分类为家庭用户、商务人员、管理人员、技术人员等。 在细分客户群的基础上， 需要对特色业务进行分类。 例如， 可以将宽带城域网中开展的 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 接入业务，** 进一步分为普通家庭低速上网业务、网吧业务、办公上网业务**等。
（ ３） 培育和构建合理的宽带价值链。 运营者需要循序渐进地建设一个基于 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 的下一代运营网络环境， 形成信息电子产品制造商、应用服务提供商（ ＡＳＰ）、网络服务提供商（ ＮＳＰ）、ＩＳＰ 与增值零售商（ ＶａｌｕｅＡｄｄｅｄＲｅｓｅｌｌｅｒ） 到最终用户的良性循环的业务模式和完整的价值
- 宽带城域网的可扩展性
设计宽带城域网时还必须充分考虑到网络的可扩展性， 具体需要考虑如下几个方面。
（ １ ）** 宽带城域网组网的灵活性**， 对新业务与网络规模、用户规模扩展的适应性。
（ ２） 由于宽带网络技术的发展具有很大的不确定性， 而且其服务产品的更新与新的应用领域的出现都难以预测， 所以在方案设计与组网设备的选择上必须慎重， 应最大限度地降低运营商的投资风险。
（ ３ ） 对宽带城域网的组建不能奢望一步到位， 其间必然会受到技术发展与投资规模的限制。 组建可扩展的宽带城域网必须制定统一的规划， 分阶段、分步骤地实施， 减少一次性投资的风险。 根据业务的开展， 逐步调整建设步骤和规模。研究宽带城域网具有很强的现实意义。 宽带城域网已逐渐成为覆盖一个城市和地区的城市信息基础设施。 局域网的设计与组建有自己的技术指标， 其设计目标定位为造价低廉、应用广泛， 且主要用于办公自动化环境， 所以它不可能做到“ 电信级” 服务。 而城域网的设计与组建则必须考虑到， 作为一个为城市和本地区提供有偿服务的信息服务系统， 其作用不亚于提供电力供应的供电系统， 所以宽带城域网必须提供 ７ 天 ×２４ 小时的电信级服务。 长期从事局域网研究的计算机网络工程技术人员， 必须注意局域网和城域网之间的这点区别。
注意:虽然宽带城域网是可扩展的,较灵活的,但组网和设计收到技术发展,投资规模的限制,不能一步到位,而需要循序渐进
2.实训环节
2.1 实训环节1:管理和运营宽带城域网的关键技术
宽带城域网介于广域网和接入网之间,各种协议以及各种业务都在这里汇聚/分流/和进出骨干网,直接面对终端用户,应用环境复杂,而它的内部,多种交换技术和多种业务网络并存.所以进行宽带城域网的设计与组建时,就必须考虑支持网络成功组件和运营的关键技术.
目前,管理和运营宽带城域网的关键技术有: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.
- 带宽管理
宽带城域网的带宽高于传统网络， 目前宽带接入多使用 １ Ｍｂｉｔ／ｓ、１０Ｍｂｉｔ／ｓ、１００Ｍｂｉｔ／ｓ 的带宽， 主干网则多使用 １ Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓ 或更高的带宽。 带宽的增加使得多种新型业务迅速出现与发展， 反之， 新型业务的应用也会使得对带宽的需求激增， 业务和带宽互相影响， 良性互动增长。 城域网的建设必须兼顾现有的带宽管理能力与未来的扩充能力， 在宽带城域网中能否提供高质量、无阻塞传输， 是各个宽带城域网运营商的竞争关注点。
- 网络管理
宽带城域网必须有严格的网络管理能力。 管理宽带城域网有 ３ 种基本方案， 即带内网络管理、带外网络管理， 以及同时使用带内和带外网络管理。
“带内”与“带外”网络管理的区分以传统的电信网络为基准。 带内网络管理是指利用传统的电信网络， 如数据通信网（ 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 ＩＰ 网络及协议进行网络管理， 它利用简单网络管理协议(Simple NetWork Management Protocol,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,进行各类通信数据分析,供网络管理人员维护网络设备与系统运行状态.同时使用带内和带外网络管理则是对汇聚层以下采用带内管理,而对汇聚层极其以上设备采取带外管理
宽带城域网根据其结构,一般设立一个网络管理中心,以保证系统稳定,安全,可靠运行.
- QoS
宽带城域网中存在着多媒体业务、数据业务与普通语音业务等多种业务类型。 各种业务对网络 Ｑｏｓ（ 服务质量） 的要求是不同的。 网络 Ｑｏｓ 表现在延时、抖动、吞吐量和包丢失率等几个方面。 由于网络资源有限， 要求针对服务享受与资源使用需求对用户划分不同的等级， 且应能够根据业务等级设立相应的付费标准。 同时， 运营商也必须要根据不同服务制定不同的ＱｏＳ 要求。
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）。
- 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。
对于包月制的用户， ＩＰ 地址分配可以采用静态或动态的 ＤＨＣＰ 自动分配两种。 使 ＩＰ 地址与用户设备的 ＭＡＣ 地址、基于端口的虚拟局域网标识（ ＶＬＡＮＩＤ） 捆绑， 这样用户可以不进行身份认证自动接入网络。 对于利用以太网方式接入的用户， 通常根据接入的交换机端口号来划分 ＶＬＡＮ， 使用方法解决用户接入的安全问题。
- IP地址的分配与地址转换
随着宽带城域网的建设与发展,IP地址资源匮乏的问题会变得更加突出.只有成功过渡到下一代IPv6网络才能彻底解决此难题
因为宽带接入的用户有可能一直在线,所以在宽带城域网中,除了建设初期用户IP地址可以采用公共IP地址外,一般均采用内部专用IP地址.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.
- 多业务接入
允许多业务接入是宽带城域网的一个重要特点.宽带城域网必须能够快速、方便地为用户接入提供服务,并且具有接入信地应用和服务的能力.接入的业务可以使用低速专线、帧中继、局域网接入、企业 ＶＰＮ、ＩＰ 电话、视频点播等多种方式。
- 统计与计费
良好的统计与计费能力是保证宽带城域网正常运行的基础。 计费可以按照包月方式、计时方式和按流量计费等。 统计与计费可以在不同的层次上实现， 最简单的是利用网络管理协议 ＳＮＭＰ 的管理信息库（ ＭＩＢ） 来实现。 统计与计费方式应该支持灵活的市场营销策略。
- 网络安全
网络安全策略的完善与否对网络安全运行有着至关重要的作用。 宽带城域网的网络安全问题涉及管理和技术两个层面。 管理方面涉及安全管理规范的制定、执行与监督。 技术方面需要解决物理安全、网络安全和信息安全 ３ 方面的问题。宽带城域网组建时必须按照电信级运营的要求， 考虑设备冗余、线路冗余、路由冗余， 系统故障的快速诊断与自动恢复以及网络防攻击问题。
2.2 实训环节2:构建宽带城域网的基本技术与方案
宽带城域网建设最大的风险是基本技术方案的选择,因为它决定了主要的资金投向和风险.用于构建宽带城域网的基本技术与方案主要有三类:
- 基于10GE的城域网方案
- 基于SDH的城域网方案
- 基于弹性分组环技术的宽带城域网方案
基于10GE技术的宽带城域网
在宽带城域网中占有统治地位的是 ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ 技术， 它是为传送 ＴＤＭ 语音业务而设计的。 为了传送 ＩＰ 分组的数据， 先后开发了多种 ＩＰｏｖｅｒＳＤＨ 的技术与协议， 但相对来说都存在着带宽利用率不高、管理困难等问题。
若从可扩展性、易用性与成本 ３ 方面来选择组建宽带城域网方案， １０Ｇｂｉｔ／ｓ 以太网技术作为构建宽带城域网的主要技术很适合。 其原因有： 以太网技术成熟， 造价低廉， 用户广泛；扩展性很好， 能够较轻易地实现从 １０Ｍｂｉｔ／ｓ 到 １０Ｇｂｉｔ／ｓ 的平滑升级；覆盖范围适合， 即能够覆盖从几十米到 １００ｋｍ 的范围；主流的操作系统、应用程序都可以在以太网环境中运行。 以太网技术从速率 １０Ｍｂｉｔ／ｓ 到 １００Ｍｂｉｔ／ｓ 的发展过程中， 物理层传输介质始终是以双绞线为主、光纤为辅， 结构上也是以共享介质方式与半双工方式为主； 而 １Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓ 以及将来的 １００Ｇｂｉｔ／ｓ以太网， 物理层只定义了光纤接口标准， 且支持全双工和点到点的连接方式。 １０ＧＥ 技术的设计与发展， 顺应了宽带城域网与宽带广域网发展的需要。
从1Gbit/s以太网开始,在物理层的传输介质中就只有光纤,且支持全双工与点到点的连接方式.
**全双工:**全双工（Full Duplex）是通讯传输的一个术语.通信允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个单工通信方式的结合. 全双工指可以同时（瞬时）进行信号的双向传输（A→B且B→A）. 指A→B的同时B→A，是瞬时同步的。. 单工 就是在只允许甲方向乙方传送信息，而乙方不能向甲方传送 （比喻汽车的单行道）.
由于最初设计以太网时， 主要将它定位于局域网中， 所以它不能提供端到端的包延时和包丢失率控制， 不支持优先级服务， 也不能保证 ＱｏＳ；网管信息与用户信息分界不清；不具备对用户的认证能力， 按时间和流量计费困难。 因此， 立足于构造电信级的宽带城域网来看， 以太网技术还存在很多不足之处。
２０００ 年下半年， 光以太网的概念出现， 它能够很好地解决上述问题。 这种解决方案的核心是： 利用光纤的巨大带宽资源， 以及成熟和广泛应用的以太网技术， 为运营商建造新一代的宽带城域网提供技术支持。 光以太网的出现从根本上改变了宽带城域网的规划、 建设、管理思想。
注意: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技术
- 弹性分组环技术
光以太网是以太网与DWDM技术相结合的产物,因此它在宽带城域网的运用中具有明显的有事.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
- 能够根据终端用户的实际应用需求分配带宽,保证带宽资源充分,合理地应用
- 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地安全及合法使用
- 支持VPN和防火墙,可以有效地保证网络安全
- 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。
- 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。
- 能够方便、快速、灵活地适应用户和业务的扩展
目前全球城域网产品中发展势头最好的是运营级的以太网交换机和路由器。 可运营光以太网的研究已经不仅仅局限于单一技术的研究， 而旨在提出系统的解决方案。
１０Ｇｂｉｔ／ｓ 光以太网的技术优势主要表现在以下几个方面:
- 以太网与 ＤＷＤＭ 技术已成熟， 且应用广泛。 预计组建同一规模的宽带城域网， 光以太网的成本是 ＳＯＮＥＴ 的 １ ／５ ， 是 ＡＴＭ 的 １ ／１０
- ＩＥＥＥ 对 １０Ｍｂｉｔ／ｓ、 １００Ｍｂｉｔ／ｓ、 ｌＧｂｉｔ／ｓ 到 １０Ｇｂｉｔ／ｓ 的以太网技术已经实现了标准化，１００Ｇｂｉｔ／ｓ 的以太网技术标准正在研究之中。 它能够覆盖从宽带城域网的核心层、汇聚层到接入层的各种需求， 因此以太网技术在宽带城域网中提供端到端的多种方案中优势明显。
- 如果一个宽带城域网的各个层次能够使用同一种技术， 那么这种网络在设计、组建、运行、管理和人员培圳方面都很方便、有效。
基于SDH技术地宽带城域网
早期的 ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ 主要为传统电信业务服务，不适合传输 ＩＰ 分组。 随着技术的发展， 功能单一的分插复用器（ Ａｄｄ-ＤｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ， ＡＤＭ） 和数字交叉连接系统（ ＤｉｇｉｔａｌＣｒｏｓｓ-ＣｏｎｎｅｃｔＳｙｓｔｅｍ， ＤＣＳ） 将会被基于下一代 ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ 技术的多业务传输平台（ Ｍｕｌｔｉ-ＳｅｒｖｉｃｅＴｒａｎｓｐｏｒｔＰｌａｔｆｏｒｍ， ＭＳＴＰ）所取代，使ＩＰｏｖｅｒＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ 方案更为可行。 同时， ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ 网络的数量庞大，电信运营商考虑到经济的因素不会完全放弃大量既存的、成熟可靠的 ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ 技术。
传统的网络有用于固定电话通信的电话交换网（ ＰＳＴＮ）， 用于移动通话的移动电话网， 以及用于数据传输的 ＡＴＭ 网、ＳＤＨ 网。 它们各自拥有传统的业务范围、管理机制、技术、设备和网络。 从技术成熟并有多年运营基础的 ＳＤＨ 技术为出发点来看， 数据业务必将成为未来电信业务的主体， 以 ＳＤＨ 为基础的多业务平台将是电信运营商组建宽带城域网的一个基本选择。
在已有 ＳＤＨ 网络的基础上可集成 ＩＰ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＡＴＭ 与帧中继业务， ＳＤＨ 的多业务节点将负责
完成各种协议之间的转换。 多业务节点将 ＡＴＭ 边缘交换机、ＩＰ 边缘路由器、终端复用器（ ＴＭ）、ＡＤＭ、ＤＸＣ 设备和 ＷＤＭ 设备结合在一个物理实体中，统一控制与管理。 因此，为了适应数据业务的需要， ＳＤＨ 的发展趋势便是支持 ＩＰ 和 Ｅｔｈｅｒｎｅｔ 业务的接入，并不断融合 ＡＴＭ 和路由交换功能，构成以 ＳＤＨ 为基础的多业务网络平台，即形成所谓的“ Ｏｎｅｂｏｘ”（一体化）解决方案。
基于弹性分组环技术的宽带城域网
弹性分组环(Resilient Packet Ring,RPR)是一种用于直接在光纤上高效传输IP分组的传输技术,它以思科公司提出的动态分组传送(Dynamic Packet Transport,DRT)技术为工作基础.2001年1月， 研究 ＲＰＲ 标准的 ＩＥＥＥ ８０２． １７ 工作组成立， 目标是致力于研究为基于 ＩＰ 和其他分组交换网络提供高速、可生存的环形网络技术.
2001 年 １ 月，８０２． １７ 工作组提出了第一个标准草案，２００３ 年制定了 Ｃｉｓｃｏ、Ｎｏｒｔｅｌ、Ｌｕｍｉｎｏｕｓ、Ｆｕｊｉｔｓｕ、Ｓｕｎ 等多个公司支持的 ＲＰＲ 标准。 为了支持城域网络的标准化和加快进入市场的步伐， 很多大的公司联合成立了 ＲＰＲ 联盟。
目前城域网的主要拓扑构型为环形结构。 在核心交换层有 ３～１０ 个节点的城域网中， 环形结构可以简化光纤的配置， 解决网络保护机制与带宽共享等问题。 与网状结构相比， 环形结构将更容易提供点到多点的业务。 与多个点对点的结构相比， 环形结构将使接入点／汇聚点（ ＰｏｉｎｔｏｆＰｒｅｓｅｎｃｅ， ＰＯＰ） 具有更好的可扩展性。
与 ＦＤＤＩ 相同， ＲＰＲ 采用双环结构。 ＲＰＲ 环中两个 ＲＰＲ 节点之间的裸光纤的最大长度可达到 １００ｋｍ。 ＲＰＲ 有内环和外环两个光纤环， 内环沿逆时针方向传输， 外环沿顺时针方向传输。 内环和外环均可以实现“自愈环” 的功能， 并同时可以传输数据分组与控制分组， 且皆可用统计复用的方法传输 ＩＰ 分组。 为了高效利用光纤带宽， 加速控制分组的传输，提高环的可靠性， 实现“自愈环”功能， 并保证系统可靠性与服务质量， 每个节点都可以使用两个方向的光纤与相邻节点通信。 图 １ ４ 所示为 ＲＰＲ 环结构示意图。
ＲＰＲ 技术主要具有以下几个特点。
（ １ ） 公平性好。
网络运营商必须保证公平性。 具有相同优先级的数据帧， ＲＰＲ 环可以提供相同的环通道访问能力。 由于环中每个节点都执行 ＳＲＰ 公平算法， 所以节点之间能够获得平等的带宽， 防止某个节点因流量过大而造成环拥塞。 同时为了保证能够根据用户购买的带宽提供相应的服务， ＲＰＲ 环还支持加权公平法则和入口、出口峰值速率限制。
（ 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节点之间的光纤段上传输， 当源节点成功地发送一个数据帧之后， 这个数据帧要由目的节点从环中收回。 如此， 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。
（ 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。
（ ４） 快速保护和恢复能力强大。
ＲＰＲ 环的快速保护和恢复能力使得它已经成为一项电信级的技术。 ＲＰＲ 有自愈环的功能， 能够在 ５０ ｍｓ 的时间内， 隔离出现故障的节点和光纤段， 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。
2.3 实训环节3:网络接入技术与方法
1. 接入网技术发展的背景
将来计算机网络的覆盖范围可能会超过现有的电话通信网， 因此人们必须要解决用户计算机的接入问题。 任何一台计算机都必须首先连接到本地区的主干网中， 而后才能够通过地区主干网、国家级主干网与 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 连接。 如果将国家级大型主干网比作是国家级公路， 各个城市的高速城域网比作是地区级公路， 那么接入网就是最终把家庭、企事业单位用户接到地区级公路的道路。 我们可以形象地将家庭、企事业单位的计算机接入地区主干网的问题称为信息高速公路中的“最后一公里”问题。
思考:什么是计算机网络中的"最后一公里"问题?
接入网技术解决的是最终用户接入地区性网络的问题。 随着Internet的广泛应用， 对接入网的需求也愈加强烈， 接入网问题已经成为当前网络技术研究、应用与产业发展的热点问题
什么是接入服务?
接入服务属于电信业务， 我国信息产业部将其纳入“ 第二类增值电信业务”之中。 据管理部门界定， 接入服务是指利用接入服务器和相应的软硬件资源建立业务节点， 并利用公用电信基础设施将业务节点与 Internet骨干网相连接， 以便为各类用户提供接入 Internet的服务。 Internet 接入服务业务有两种应用： 一是为 Internet内容提供商（ ＩＣＰ） 提供 Internet接入服务；二是为普通上网用户提供 Internet接入服务。
从网络层次的角度来看,接入网属于物理层的问题,但是由于它的技术设计计算机网络技术意外的范围,所以与电信通信网以及广播电视网技术也有密切联系
3. “数字汇聚”"三网融合"与接入技术
目前， 电信通信网、广播电视网与计算机网络均可以作为用户接入网。 一直以来我国的这３ 种网络由不同的部门管理， 并各自按照自己需求， 采用不同的体制进行发展。 电信部门初始主要是经营电话交换网， 用于模拟语音信息的传输。 广播电视网由广播电视部门经营， 用于模拟图像、语音信息的传输。 计算机网络出现得比较晚， 由各个不同网络运营商各自建设与管理， 主要用于传输计算机所产生的数字信号。
这３ 种网络尽管所使用的传输介质、传输机制各不相同，但它们目前都在朝一个共同的方向发展。 因为各种信息都可以以数字信号的形式来获取、处理、存储与传输。 电信通信网的电话交换网以及广播电视网均在向数字化方向发展。 在文本、语音、图像与视频信息实现数字化之后，这３ 种网络在传输数字信号这个基本点上是一致的。 同时，它们在完成各自传统业务之外，还可能经营原本属于其他网络的业务。 数字化技术使得这三种网络的服务业务相互交叉， 并使得它们之间的界限越来越模糊，人们希望能够选择一种最简单、费用最低的方式将自己的计算机接入 Internet。
从技术的角度， 可以将接入网的接入方式分为以下 ５ 类： 地面有线通信系统（ 包括计算机局域网）、无线通信和移动通信网、卫星通信网、有线电视网和地面广播电视网。 它们早期分属于不同部门， 但是数字化使得它们都有可能提供语音、数据与视频的综合业务， 这就造成了通信、计算机、广播电视等产业的会聚， 出现经营业务相互融合现象， 进而促进这些产业的重组， 同时开辟大量新的信息服务市场， 即所谓的“ 数字会聚” 现象。“ 数字会聚” 现象将会对未来通信体制产生重大的影响。
未来， 在建设信息网络时将服务与建设分开， 并且建立统一的标准与分层的服务模型， 使得各种网络系统过渡而形成一个全国性的大网， 为各种新应用的发展提供高效能的服务平台，让用户更方便地接入 Internet。 这种应用需求导致了接入网技术的发展与变化， 并最终将导致计算机网络、电信通信网与电视通信网“三网融合”局面的出现
4. 宽带接入技术的基本类型
为了支持各种类型信息的传输， 满足多种不同应用的服务质量的需求， 应该把基点放在宽带骨干网与宽带接入网的建设上。
１９８８ 年， 国际电信联盟电信标准化部门（ ＩＴＵＴ） 的前身国际电报电话咨询委员会， 在美国同步光网络 ＳＯＮＥＴ 标准的基础上， 形成了一套完整的同步数字系列（ ＳＤＨ） 标准， 使这种适用于光纤传输的体系成为世界通用的光接口标准。 在 ＳＤＨ 的基础上， 我们甚至可以建成一个全世界的电信传输网。 这个传输网可以进行新业务的扩展， 也可以使不同厂家的设备互通使用，它是组建宽带网络的技术保证。
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， 其中接入方式与用户工作环境与需求相关， 具体分类情况如图 15和图16所示。
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、光纤接入技术、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、无线城域网接入与**无线 Ａｄｈｏｃ **接入。
5. 各种接入技术
（ １ ） 数字用户线 ｘＤＳＬ 接入技术。
数字用户线（ ＤｉｇｉｔａｌＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＬｉｎｅ，又叫数字用户环路） 是指从用户到本地电话交换中心（ 中心局）的一对铜双绞线。 ｘＤＳＬ 是美国贝尔通信研究所于 １９８９ 年为推动视频点播（ ＶｉｄｅｏｏｎＤｅｍａｎｄ，ＶＯＤ）业务而开发出的基于用户电话铜双绞线的高速传输技术，众多电话公司都倾向于推动 ｘＤＳＬ 的应用。
电话网是几乎可以在全球范围内向用户提供接入的网络（ 全球电话用户总数大约 １２． ７亿）。 电话通过铜双绞线连接用户家庭与办公室。 铜双绞线最初的设计是用于传输模拟话音
信号， 在使用了调制解调器（ Ｍｏｄｅｍ） 后， 也可以用于数字信号的传输。 调制解调器的传输速率可以达到 ５６ｋｂｉｔ／ｓ。 由于电话交换网络及调制解调器的限制， 进一步提高传输速率就显得相当困难。
目前，电信企业的主干网已采用 ２． ５Ｇｂｉｔ／ｓ 和 １０Ｇｂｉｔ／ｓ 的超高速光纤， 但用于连接用户和交换局的线路绝大多数使用的依旧是电话铜双绞线， 所以现有的调制技术不能实现用户高速接入的愿望。 采用了 ｘＤＳＬ 技术后，就可以在电话铜双绞线上传送高达几 Ｍｂｉｔ／ｓ 速率的数字信号，而且，如果配置了分离音频频带和高频带的分离器，还可同时提供电话和高速数据业务。 基于铜双绞线的 ｘＤＳＬ 技术打破了宽带通信由光纤独揽的局面， 并以低成本实现了用户线高速传输。 ２０世纪 ８０ 年代， ＩＳＤＮ 利用一对双绞线实现了 １４４ｋｂｉｔ／ｓ 的传输速率，以及 ６ｋｍ 的传输距离。
ｘＤＳＬ 技术相对于其他宽带接入技术而言， 主要优势如下。
● 带宽充足， 可以满足人们对于多媒体网络应用的需求。
● 性能和可靠性优势明显。
● 利用现有的电话铜双绞线， 平滑地与现有的网络进行连接， 经济性好。
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 ＲＡ 等， 它们对应于不同的数字用户线技术。 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。 另外， 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。
● 非对称数字用户线（ ＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＤｉｇｉｔａｌＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＬｉｎｅ， ＡＤＳＬ）。
● 高比特率数字用户线（ ＨｉｇｈｂｉｔｒａｔｅＤＳＬ， ＨＤＳＬ）。
● 速率自适应数字用户线（ ＲａｔｅａｄａｐｔｉｖｅＤＳＬ， ＲＡＤＳＬ）。
● 甚高比特率数字用户线（ ＶｅｒｙｈｉｇｈｂｉｔｒａｔｅＤＳＬ， ＶＤＳＬ）。
表 １２ 给出了主要的 ｘＤＳＬ 技术的上行与下行速率等参数特征。
非对称 ＡＤＳＬ 技术最初由 Ｉｎｔｅｌ、 ＣｏｍｐａｑＣｏｍｐｕｔｅｒ、 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ 成立的特别兴趣组（ ＳＩＧ） 提出， 如今很多主要的 ＡＤＳＬ 设备制造商和网络运营商都是该组织的成员。 图 １ ７ 所示为家庭使用 ＡＤＳＬ 的结构示意图。
ＡＤＳＬ 的技术特点主要表现在如下几个方面。
● 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。
● 该技术与本地环路的实际参数以及用户电话铜双绞线的特性关系都不大， 所以用户不需要进行电缆的重新铺设。
● 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。
这些特点对于网络运营商来说尤为重要， 因为这使他们可以用相对较少的投资， 进行简单
有效的推广。
（ ２） 光纤同轴电缆混合网。
①光纤同轴电缆混合网的基本结构。
２０ 世纪六七十年代， 有线电视网络（ ＣＡＴＶ） 技术已能够提供单向的广播业务， 那时的网络以简单共享同轴电缆的分支状或树形拓扑结构组建。 传统的有线电视网络结构如图 １ ８所示。
此结构主要由负责接收来自各种信源的电视频道的有线电视头端（ ｈｅａｄｅｎｄ）、高质量的同轴电缆作为介质的长距离干线（ ｔｒｕｎｋ）、恢复信号功率的放大器、馈线（ ｆｅｅｄｅｒ） 与普通双绞线构成的下引线（ ｄｒｏｐ） 组成。 当进行电视信号传输时， 电缆越长、被分离的次数越多， 需要的放大器的数量就越多， 信号失真也就越大。
传统有线电视网络中的放大器只能单向地放大从头端传输到用户的模拟电视信号。 而有线电视网络的双向传输改造， 使利用有线电视网络进行双向数据传输的服务成为可能。 光纤同轴电缆混合网（ ＨｙｂｒｉｄＦｉｂｅｒＣｏａｘ， ＨＦＣ） 是新一代的有线电视网络。 ＨＦＣ 就是一个双向传输系统。 光纤同轴电缆混合网络结构如图 １ ９ 所示。
光纤干线和同轴分配线在光纤节点处相连。 光纤节点通过同轴电缆下引线可以为 ５００～２０００ 个用户服务。 这些被连接在一起的用户共享同一根传输介质。 ＨＦＣ 改善了信号质量， 提高了可靠性， 线路可以使用的带宽甚至可以达到 １ ＧＨｚ。 这些特性使用户在以传统方式接收电视节目的同时又可以享受高速上网、视频点播、ＩＰ 电话、可视电话、电视会议、多媒体远程教学、远程医疗、网上游戏、ＶＰＮ 等双向数据传输服务。
思考:传统有线电视网与光纤同轴电缆混合网的联系和区别有哪些
我国的有线电视网的覆盖广泛， 通过改造可以为家庭宽带接入 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 提供一种经济、便捷的方法。 从用户接入的角度来看， 光纤到同轴电缆混合网将有线电视网络进行了双向改造，是用户通过有线电视宽带接入 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 的一种重要方式。 表 １ ３ 是几种接入方式的速率比较。
ＨＦＣ 的最大的优势是频带宽、速度快。 主要缺点有： ａ． 存在回传信道的干扰； ｂ． 多用户对有限带宽资源的争用出现拥塞， 可能会影响接入速率； ｃ． 建设 ＨＦＣ 网或改造原有的有线电视系统使之具备双向传输能力的造价相当昂贵。
②电缆调制解调器（ ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ）。
ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 是专门为利用有线电视网进行数据传输而设计的。 发送端， 将数据进行调制， 然后利用有线电视网同轴电缆允许的频率发送；接收端， 把调制后的信号进行解调， 还原出数据。 它不占用电话线路， 传输速率高， 且所需的 ＣＡＴＶ 网覆盖面积广、费用低， 因此， 便成为一种极具竞争力的宽带接入技术。
ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 连接了用户计算机与有线电视同轴电缆。 它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。 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 利用频分复用的方法将双向信道分为： 载波频率范围在 ５～４２ＭＨｚ， 带宽一般在 ２００ｋｂｉｔ／ｓ ～１０Ｍｂｉｔ／ｓ 的上行信道；载波频率范围一般在 ４５０～７５０ＭＨｚ， 信道带宽最高可达 ３６Ｍｂｉｔ／ｓ 的下行信道。
ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 可以从不同角度进行如下分类。
● 从数据传输方向上， ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 可以分为单向、双向两类。
● 从传输方式上， ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 可以分为双向对称式传输和非对称式传输两类。 对称式传输速率为 ２～４Ｍｂｉｔ／ｓ， 最高能达到 １０Ｍｂｉｔ／ｓ。 非对称式传输下行速率为 ３０Ｍｂｉｔ／ｓ， 上行速率为 ５００ｋｂｉｔ／ｓ ～２． ５６Ｍｂｉｔ／ｓ。
● 从同步方式上， ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 可以分为类似于 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， ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 可以分为个人 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 和宽带多用户 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ。宽带多用户 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 可具有网桥的功能， 并可将一个计算机局域网接入 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。
● 从接口的角度， ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 可分为外置式、内置式和交互式机顶盒 ３ 种。 外置 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 通过网卡连接计算机， 支持局域网上的多台计算机同时接入， 但是使用外置式 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 需要给计算机添置一块网卡。 内置式 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 通常是一块 ＰＣＩ 总线接口卡， 这种方式最廉价， 但是有许多不足， 例如， 只能用于桌上型电脑， 如用到 Ｍａｃ 机和便携机接口卡， 便需要重新设计；由于技术或者管理上的原因， 内置 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ 在有的国家不能用。 交互式机顶盒也是一种 ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ， 用户可以直接在电视屏幕上访问网络或收发 Ｅｍａｉｌ。
（ ３） 光纤接入技术。
无论何种接入技术， 传输介质为铜缆的带宽瓶颈是很难解决的。 多数网络运营者都将基于光纤的网络作为理想的宽带接入网。 与其他传输介质相比， 光纤的带宽容量几乎是无限的。现代光纤传输系统在单个波长上的传输速率可以达到 １０Ｇｂｉｔ／ｓ， 而密集波分复用（ ＤＷＤＭ） 系统在一根光纤上又可承载 ６４ 个波长， 理论上这些系统对光纤的利用率还不到 １ ％ 。
注意:
光接入网的结构只有足够简单才能满足大量用户接入的安装与维护的要求。 其次， 为了降低成本与提高系统的可靠性， 光接入网不适宜使用复杂的激光器或其他复杂光器件。 这些要求就意味着在接入网的具体应用中， 无源的光接入网结构比有源的光接入网结构更适合。
将来， 无源光网络（ ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ， ＰＯＮ） 技术以及以 ＡＴＭ 为基础的宽带无源光网络（ ＡＰＯＮ） 技术应用前景势必会更为广阔。 ＡＰＯＮ 在 ＰＯＮ 的网络上， 实现基于信元的 ＡＴＭ 传
输， 它允许接入网中的多个用户共享整个带宽。 由于该系统把 ＡＴＭ 和 ＰＯＮ 技术结合在一起， 故称之为 ＡＰＯＮ（ ＡＴＭ ＋ ＰＯＮ）。 ＡＰＯＮ 是一种无源系统， 所以安装、开通和维护运营成本继续降低， 它是一种比较理想的长远解决方案。
光纤接入随着业务量的增大和距离的增加优越性愈加明显， 这使得光纤传输系统在长途骨干网内迅速应用， 在城域网中取代作为局间中继线的微波和 Ｔｌ 线路。 光纤已用在接入网的前馈部分， 即用在 ＣＡＴＶ 头端和靠近用户的电节点之间。 目前， 光纤在接入网使用中有向终端用户延伸的趋势， 因而也出现了一些新的概念， 它们是：
● 光纤到路边（ ＦｉｂｅｒｔｏｔｈｅＣｕｒｂ， ＦＴＴＣ）。
● 光纤至小区（ ＦｉｂｅｒｔｏｔｈｅＺｏｎｅ， ＦＴＴＺ）。
● 光纤到大楼（ ＦｉｂｅｒｔｏｔｈｅＢｕｉｌｄｉｎｇ， ＦＴＴＢ）。
● 光纤到办公室（ ＦｉｂｅｒｔｏｔｈｅＯｆｆｉｃｅ， ＦＴＴＯ）。
● 光纤到户（ ＦｉｂｅｒｔｏｔｈｅＨｏｍｅ， ＦＴＴＨ）。
无源光纤网是 ＩＴＵ 的 ＳＧ１５ 研究组在 Ｇ． ９８３ 建议“ 基于无源光纤网的高速光纤接入系统”下进行标准化的。 该建议分为两个部分。
● ＯＣ-３ ， １５５． ５２０Ｍｂｉｔ／ｓ 的对称业务。
● 上行 ＯＣ-３ ， １５５． ５２０Ｍｂｉｔ／ｓ；下行 ＯＣ１２， ６２２． ０８０Ｍｂｉｔ／ｓ 的不对称业务。
按照 Ｇ． ９８３ 建议， 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。 无源光网络技术对现有的网络和 Ｂ-ＩＳＤＮ 都是一种很好的过渡方式。ＰＯＮ 为多个用户提供廉价的共享传输媒介， ＡＴＭ 技术则为从低速到高速的各种多媒体业务提供可靠的接口， ＡＰＯＮ 结合了两者的优点， 因此可能是灵活提供宽带多媒体业务的一种更加适合的方式。 相较于其他接入方式， 其优点如下： 系统稳定、可靠； 可以适应不同带宽、传输质量的需求；每个用户可占用独立的带宽， 不会发生拥塞；接入距离可以达到 ２０～３０ｋｍ。
（ ４） 宽带无线接入技术。
无线接入技术是指在终端用户和交换局之间的接入网全部或部分采用无线传输方式， 为用户提供固定或移动的接入服务的技术。 无线接入技术以投资少、建网周期短、提供业务快等优势已逐渐成为非常重要的接入方式。
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， 以及正在发展的 Ａｄｈｏｃ 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 标准与无线局域网。
ＩＥＥＥ ８０２． ４ 组最早开始在 ＩＥＥＥ ８０２ 委员会中进行无线局域网的研究。 最初目标是希望开发一个基于无线网令牌总线的 ＭＡＣ 协议。 随着研究的深入， 发现令牌总线并不适合无线电信道。 １９９０ 年， ＩＥＥＥ ８０２ 委员会成立了 ＩＥＥＥ ８０２． １１ 工作组， 专门从事无线局域网的研究，并开发一个 ＭＡＣ 子层协议和物理介质标准。 首个无线局域网的标准 ＩＥＥＥ ８０２． １１ 诞生于１９９７ 年， 随后又出现两个扩展版本。 无线局域网 ３ 种版本标准的比较如表 １ ４ 所示。
目前 ＩＥＥＥ ８０２． １１ 标准已发展到 ＩＥＥＥ ８０２． １１ ｊ， 对多种频段无线传输技术的物理层、ＭＡＣ
层、无线网桥， 以及 ＱｏＳ 管理、安全与身份认证作出了一系列的规定。
③ＩＥＥＥ ８０２． １６ 标准与无线城域网。
１９９９ 年 ７ 月 ＩＥＥＥ ８０２ 委员会成立了专门工作组， 研究宽带无线网络标准。 ２００２ 年公布了宽带无线城域网 ８０２． １６ 标准， 即 ＷＭＡＮ 标准。 该标准旨在制定工作在 ２～６６ＭＨｚ 频段的无线接入系统的物理层与 ＭＡＣ 子层规范。
按 ＩＥＥＥ ８０２． １６ 标准建立的无线网络可能覆盖一个城市的部分区域， 由于建筑物位置是固定的，它需要在每个建筑物上建立采用全双工、宽带通信方式工作的基站。 而且要求接入 ＩＥＥＥ８０２． １６ 无线网络的用户数要多于接入 ＩＥＥＥ ８０２． １１ 无线局域网的用户数。 为了拥有更多的带宽， 保证无线网络对接入用户的服务质量， 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。
ＩＥＥＥ ８０２． １６ 是一个点对多点的视距条件下的标准， 用于大数据量接入。 ＩＥＥＥ ８０２． １６ａ增加了非视距和对无线网格网（ ＷｉｒｅｌｅｓｓＭｅｓｈＮｅｔｗｏｒｋ， ＷＭＮ） 结构的支持。 ２００４ 年 ５ 月，ＩＥＥＥ ８０２． １６ 与ＩＥＥＥ ８０２． １６ａ 经过修订后统一命名为 ＩＥＥＥ８０２． １６ｄ。 后来， 在 ＩＥＥＥ ８０２． １６标准上增加了两个物理层标准 ＩＥＥＥ ８０２． １６ｄ 与 ＩＥＥＥ ８０２． １６ｅ。 ＩＥＥＥ ８０２． １６ｄ 主要针对固定
的无线网络部署， ＩＥＥＥ ８０２． １６ｅ 则针对火车、汽车等移动物体的无线通信标准问题。
与 ＩＥＥＥ ８０２． １６ 标准工作组对应的论坛组织是 ＷｉＭＡＸ。 ＷｉＭＡＸ 与致力于 ＷＬＡＮ 推广应用的 Ｗｉ-Ｆｉ 联盟很类似， 此论坛致力于 ＩＥＥＥ ８０２． １６ 无线网络标准的推广与应用。
ＩＥＥＥ ８０２． １６ 系列主要标准的基本情况及比较如表 １ -５ 所示。
④无线网格网技术。
Ａｄｈｏｃ 技术有两个发展方向： 一是在军事和特定行业发展和应用的基础上产生的无线传感器网络（ ＷＳＮ）；另一个是向民用的接入网领域发展， 出现了无线网格网（ ＷＭＮ）。
２０ 世纪 ９０ 年代中期， 无线网格网出现。 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 接入的应用需求是推动无线网格网发展的直接动力。 一个区域的无线接入可以使用蜂窝移动通信系统或无线局域网。 从投资收益的角度来看， 蜂窝移动通信系统与无线局域网较适合于人口稠密、有确定用户群的地区。 对于用户流动性较大、有临时通信需求， 且不适宜建大功率基站的应用场所， Ａｄｈｏｃ技术与蜂窝移动通信技术一直并行地发展。
Ａｄｈｏｃ 技术由于受到军事应用的限制， 很长时间内没有在民用领域取得进展。 随着Ａｄｈｏｃ技术开始走向成熟， 且在军事领域获得巨大成功， 人们开始考虑能否将 Ａｄｈｏｃ 技术与蜂窝移动通信、无线局域网技术相结合， 应用于无线宽带接入网中， 真正为用户提供无处不在的连接。
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