《宽带网络技术》PPT课件.ppt

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1、宽带网络技术 主讲：张崇富 E-mail: 电子科技大学通信与信息工程学院 主要内容 第一章 宽带网络技术概论 第二章 宽带业务网 第三章 宽带通信网接入技术 第四章 ATM网络技术 第五章 宽带 IP网络技术 第六章 宽带 MPLS网络 第七章 下一代宽带网络技术 参考书 异步传递方式 宽带 ISDN技术 马丁 .德 .普瑞克著 程时端译 人民邮电出版社 1999 IP交换技术协议与体系结构 Christopher Y. Metz 著 吴靖等译 机械工业出版社 1999 TCP/IP网络原理与技术 周明天 汪文勇 编著 清华大学出版社 1993第 1版 宽带网络技术基础 ATM: Found

2、ation For Broadband Networks 美 Uyless Black 清华大学出版社 1998 第一章 宽带网络技术概论 宽带网络技术产生背景 通信网络与发展 宽带网络技术基本概念 宽带网络技术的未来 宽带网络关键技术综述 内 容 宽带网络技术产生背景 宽带网络技术产生背景 时代的呼唤： 随着 21世纪的到来，全球进入信息时代，信息的产 生与传输非常迅速，也影响到了生活的方方面面， 因此对通信的质量、速率、带宽等提出了更高的要 求。 技术的支持： 通信技术随着社会信息化而迅速发展，技术的发展 与完善为宽带网络产生提供了可靠的技术支持。例 如：宽带网络接入技术，宽带网络相关协议

3、，实现 方式，宽带网络组网技术和解决方案等得到了长足 发展。 通信网络与发展 通信网络与发展 通信技术的发展： 古代 烽火报警、火炬表字母 ，击鼓鸣金、 信 鸽传信、旗语 等。 19世纪 1837年莫尔斯发明了莫尔斯 电码 ； 1876年贝尔发明了 电话 ； 19世纪末期赫兹、波波夫和马可尼等 对采用 电磁波 传送信号做了很多实质 性的研究工作与实验。 20世纪 1901年马可尼成功实现了横跨大西洋的 无线通信； 1957年前苏联第一颗人造卫星成功发射； 1960年梅曼发明了激光器， 1970年康宁公 司研制出了损耗为 20dB/km的光纤。 目前通信技术中新技术的不断涌现与发展为通信 发展开

4、辟了新的华章，如宽带网络技术，蓝 牙技术，光通信技术、无线通信技术和空间 通信技术等等。 通信网络与发展 通信网络与发展 通信网技术的发展历程 60年代 计算机化 70年代 数字化，分组交换网的 出现 80年代 业务综合化 -ISDN 通信网络与发展 90年代以后 宽带化（光纤传输， Gb/s交换 ） 智能化（ IN， TMN， TINA） 个人化（ GSM， CDMA， 第三代移动通信） 开放性 标准化 通信网络与发展 网络的演进路线 -IP over X ?- 层 3 层 2 层 1 光路层 IP 路由器 IP 路由器 ATM/IP 混合 ATM 交换 SDH SDH WDM光联网 1 1

5、 4 3 2 3 1 2 网络技术的发展： 通信网络技术中三网 电信网 主要采用有线或无线传输介质，以电磁、 光电信号载体，对信号的发射、传输和接收的通信 网，电信网由 基础网、支撑网和业务 网组成。电信 网以传输语音为主，主要包括了公用交换电话网 （ PSTN）、移动通信网和基础数据网（数字数据 网 DDN、帧中继 FR和 X.25网络） 通信网络与发展 PSTN 结构 高度冗余、多层次的分层结构 本地回路（双绞线，模拟信号） 干线（光纤 /微波，数字信号） 交换局 本地回路 本地回路 准长途 干线 准长途 干线 带宽中心 长途干线 电话 电话 端局 端局 长途局 长途局 中心交换局 通信网

6、络与发展 本地回路 传输损害 衰减、延迟变形、噪声 调制解调器 数模转换 调幅、调频、调相 回声问题 回声抑制器：半双工 回声消除器：全双工 接口 RS-232-C（ V.24） DTE/DCE 20 kbps， 15 m RS-449 RS-423-A RS-422-A： 2 Mbps， 60 m 光纤本地回路 FTTH FTTC 通信网络与发展 干线复用技术 频分多路复用 Frequency Division Multiplexing， FDM 时分多路复用 Time Division Multiplexing， TDM 码分复用 Code Division Multiplexing 波分

7、多路复用 Wavelength Division Multiplexing， WDM 通信网络与发展 PSTN应用 计算机系统通过 调制解调器连接 远程终端 通信： PSTN + Modem 特点：主从通信 以主机为核心 以终端为输入输 出设备 PSTN 主机 终端 Modem Modem PSTN由传输线路、交换机和 用户终端组成。基本的拓扑结构 有星形网、网状网、树形网及混 合网等。此网由若干级交换中心 组成核心交换网，再通过端局接 入到用户。 通信网络与发展 DDN DDN是采用数字信道传输信号的网络。由网络节点、 网络接入单元和用户设备组成。能满足一定的多媒体信 息实时传输，但由于受限

8、于网管中心的控制，不适合小型用户之间的通信。 FR 是一种简化的帧交换模式，可以完成 OSI的核心功能。 该技术将被广泛应用到远程电视电话会议业务中。 移动通信网 移动通信网可以实现真正的 5W（ whoever、 wherver、 whenever、 whomever和 whatever)通信，同时也向宽带 网络方向发展。 通信网络与发展 计算机网 是通信技术 计算机技术 调 制 解 调 器 调 制 解 调 器 计 算 机 线 路 控 制 器 终 端 数字信号 数字信号 模拟信号 电 话 交 换 网 络 调 制 解 调 器 调 制 解 调 器 计 算 机 调 制 解 调 器 调 制 解 调

9、器 终 端 C C P 终 端 终 端 集 中 器 终 端 终 端 终 端 集 中 器 通信网络与发展 目前的 Internet就是 典型的计算机网 1961-1972: 早期的分组交换实验性网络 1972-1980: 网络互联 1980-1990:新协议 ,网络的进一步扩大 1990 s:商业化阶段 , WWW Internet的发展速度 是历史上发展最快的一种技术。以商业化后达到 5000 万用 户为例：电视用了 13年，收音机用了 38年，电话更长。 Internet 从商业化后达到 5000 万用户用了 4 年时间。 通信网络与发展 LAN和互联网络 的发展、 综合业务数字网（ ISD

10、N） 和智能网（ IN） 的涌现，致使网络发展得到了较大 的发展。网络的发展使传输宽带大幅度的提高，网络 资源充分共享等。 国内相继建成了 中国科技网 CSTNET、中国教育科研 网 CERNET、中国金桥网 ChinaGBN、中国共用互联 网 ChinaNet等。 通信网络与发展 有线电视网 传输网络 有线电视台间节目源的传输 分配网络 有线电视台与以后间的分配 有线电视网 通信网络与发展 我国有线电视网中同轴电缆入户率较高，有利于 开展 Internet接入服务，利用电缆调制解调技术在 HFC上传输 IP数据将会得到长足的发展。此技术 主要支撑设备是 电缆调制解调器终端系统（ CMTS）

11、和电缆调制解调器（ CM） 。 CMTS与 CM是点到多 点、全双工通信，在信息传输上下行为广播方式， 上行为 TDMA方式。在 CM间功能由 CMTS完成。 通信网络与发展 通信网络与发展 三网合一 电信网、计算机网和有线电视网都具有各自优势 和存在的问题，一种新型的网络技术正成为研究热点与发展趋势 “三网合一” 。 “三网合一” 可从分层分割概念的角度分析，目 前主要指高层业务应用的融合，技术上趋于一致， 网络层上的互联互通，业务上的相互渗透与交叉，应用层上趋于统一的 TCP/IP协议。三网合一涉 及到了技术、网络、业务、产业、终端和政策等等的融合。 通信网络与发展 三网合一的意义 1.

12、可以缓解的问题： 电信网以语音为主，不能满足目前以高于摩尔定律 2-3倍速率 增长的数据业务。多业务的增长为网络带宽提出了新的要求； 用户以指数式增长； 业务带宽快速的增长。 2. 对产业的影响： 三网合一为全业务提供了机遇，致使三网在地域、市场和业务上的重构，不同行业公司的兼并与业务上的扩展提供可能。 PDHSDH，铜线 光缆或无线，电路交换 基于 IP的分 组交换，常规光纤 新一代非零色散光纤，模拟 数字，等。 通信网络与发展 “三网合一”技术的支持 1. TCP/IP协议的提出为基于 IP over ATM电信网、 IP over Optical计算机网和 IP over SDH有线电视

13、网三网合一的业 务层上奠定了基础。 2. 三网形成了不同的网络形态，其中接入技术的差异是三网 合一的关键技术之一，因此接入技术的成熟使三网合一在 统一接口标准和规范上成为可能，接入技术也越来越趋于 宽带化。 3. 数字化技术与光通信技术的成熟与广泛应用。数字化为传 输话音、数据、图像等提供了可靠保障；光通信的发展为 通信提供了更高的带宽，并保障了通信质量。 4. 软件技术的发展致使三网及终端可通过软件支持多用户、 多业务和多功能，促进通信网络的智能化与软件化。 通信网络与发展 三网融合的业务基础 不同的网络结构往往适于传送不同的业务信 号，而不同的业务信号也往往要求不同的网 络结构来支持 IP

14、协议将成为电信网的主导通信协议 在这种大形势下，网络将逐渐向着对 IP业务 最佳的分组化网 (特别是 IP网 )演进和融合， 这是历史的必然 通信网络与发展 三网合一的大趋势（三网融合的演进步骤） 在 CPN处已经开始向 IP协议融合 (80%) 电信级语音网关 (统一协议，大容量，多信令 ) 的出现和普及 在 5年左右 ATM/IP将开始在核心网代替新装长途 交换机，然后 在网络边缘逐渐代替新装端局交 换机和移动交换机 蜂窝将最后转向 IP，通过 GPRS, 3G 接入网将长期分离，竞争，共存，发展 整个过渡期将需要 10-20年 通信网络与发展 宽带网络技术发展 Internet的发展：

15、数据业务以年 40-50%速率增长，超过了语音业务 10的增长速 率。 Internet用户数急遽增长，预计 2005年可得到 4亿。 用户数与业务需求的增长，致使带宽供应以 6-9个月增长 1倍的 速率增长，目前来看通信网主干线也基本实现了宽带化，也具 备了处理大容量，多媒体服务的能力。 业务的多样性与个性化日趋明显，如音频、视频和数据的新型 宽带业务，服务内容的个性化。 Internet是 NGN的主题，将以全光传输， IP协议为基础得以发 展。 通信网络与发展 电信网的发展： 多业务的需求 综合业务数字网（ ISDN） N-ISDN B-ISDN ATM（ 1990s） 基于 SDH的

16、ATM的WAN（ 90年代中期） IP业务增长， ATM 退色（ 90年代后期） IP over ATM， IP over SDH， MPOA Gbit/s线速路由交换 机 IP网络 宽带 IP网络（ IP ATM) 通信网络与发展 下一代网络： 现代通信发展的新趋势 1、移动业务 固定业务 2、数据业务 语音业务 3、分组交换 电路交换 通信技术的支撑技术 1、 IPv6技术使用户可通过任何的现有设备成为 Internet上的终 端； 2、软交换技术使各新业务方便快捷加载到网络中去，同时使 PSTV、 Internet和移动网得以融合； 3、 3G技术将新业务融入到移动网中去。 发展态势 致

17、力下一代网络的公司雨后春笋般成立，实验成功的进行， NGN是也将是追捧的热点技术。 通信网络与发展 下一代网络的结构： 下一代网将是一个混合结构的网络 千兆比路由器（ IP over SDH）和 ATM SW是核心 网部分的关键组成部分 IP over ATM 将会在网络边缘长期存在 在可以预见的未来， IP over ATM， IP over SDH 和 IP over WDM 将共存互补 长期看， IP over WDM 将会在核心骨干网中起中 心作用 电路交换网将通过与语音网关与数据网相联 通信网络与发展 新一代网应是以 ATM或 ATM/IP为基础的分组化 网； 这一过渡期在我国大约需

18、 10-15年左右，因而未来 主要任务是同时支持两种网络，解决两网间互通 以及各自业务和应用间互操作性。 宽带网发展的技术基础 光通信技术 微电子技术 数字信号处理技术 宽带网络技术基本概念 宽带网络技术基本概念 基本术语： 通信技术是采用电缆、无线电、光或电磁等，对信号、 声音、图像等信息进行发送、传输和接收的技术。 宽带，顾名思义传输带宽很宽。严格意义上讲宽带在整 个网络中接入与输出均要求是宽带的。 ITU在 1113号建议中 把宽带定义为一种传输的能力，要求传输速率达到 1.5- 2.0Mbit/s；但一般标准则认为传输速率达到 256kbit/s即 视为宽带，因此在不同的传输信道与传输

19、模式下对宽带的 理解是有异的，对于宽带理论与概念的研究有待进一步的 深入。 宽带网络技术基本概念 宽带通信网络技术是服务于数据传输、图像传输、多媒 体业务等的宽带、高速、高传输质量的一种通信技术。 宽带接入技术，出现的宽带接入技术包括 xDSL、 LAN、 Cable Modem、 WLAN、 HFC、 OAN等等。 宽带网络技术包括 ATM、 IP、 MPLS等。 宽带网络组网技术是研究怎么利用这些宽带网络技术为 更好的实现宽带通信。 宽带网络技术的未来 宽带网络技术的未来 宽带网络技术的目标： 1、连接时间的持续性（秒小时） 2、数据传输速率大于 100Mbit/s 3、提供语音、数据、图

20、像、视频等新型多媒体业务 4、用户参与与无用户参与控制的分布服务 5、网络状态实时性 6、宽带网络交换的灵活性 宽带网络技术的未来 宽带网络技术的构想： 1、可持续发展的网络（ CUN） 2、一体化网络技术（ UN） 3、下一代新型网络（ NGN） 4、新型公众网（ NPN） 5、 MPLS、 IPv6为主的下一代 IP宽带网络技术 6、 3G、 4G下一代无线宽带网络 宽带网络技术的未来 可支持现有和将有的所有业务 具有巨大的可持续扩容的链路容量和节点容量 , 因而物理层一定是以 WDM为基础，以 OADM与 OXC为节点的光传送网 TCP-IP将成为主导的上层通信语言， 但不完 全排除其他

21、通信协议，因而可同时支持现有电路交换网， ATM网，以太网和宽带 IP网 具有很高的网络和业务生存性 最终将是以 IP为基础的无缝融合的网 可持续发展网络 的基本 要求 宽带网络技术的未来 未来分层网络前景 OX C OADM ATM DXC SDXC ADM ATM SW 高速路由器 WDM 光路层 高速路由器 宽带网络技术的未来 以数据为主的未来网络结构 电话网 网关 IP/ATM/SDH/WDM 互联网 居民 居民 接入服务器 R R ATM SW/IP 路由器 无线 接入服务器 R R R 宽带网络技术的未来 长期的演进趋势 光网络层 数据 图象 电话 IP SDH层 ATM层 光网络

22、层 数据 图象 电话 IP 直通选路 QoS/CoS 端到端管 理 巨大容量 透明 保护恢复 协议独立 宽带网络技术的未来 世界网络业务的数据化趋势 网络业务量 数据年增 40% 电话年增 10% 电话业务将逐渐 由主角成为配角！ 1998 2008 宽带网络技术的未来 中国的数据业务： X.25业务的年增长率为 166% DDN业务的年增长率为 156% Internet业务的年增长率为 393% 公众多媒体通信网业务的年增长为 248% IP用户的总数超过 200万 数据业务用户总数超过 200万 全国已经建成 500多个 ATM节点 （截至 1999年底） 宽带网络技术的未来 0 200

23、 400 600 800 1000 1200 1995 2000 2005 2010 CPU 传输 传输带宽与 CPU速度 宽带网络技术的未来 网络业务的数据化 网络的宽带化 网络的光纤化 网络的分组化 网络的 IP化 三网融合 信息移动化 宽带网络关键技术综述 宽带网络关键技术综述 宽带接入网技术 新的业务需求，需要更宽的宽带，宽带接入网技术 提出了更高的要求。 如在电信网中 ADSL和 HFC的推广致使成本下降，通信 质量提高； IP技术在接入网和终端得到了广泛的应用； LMDS在无线宽带接入上的应用，正在发展中 3G技术； xDSL宽带接入具有可管理性与低成本等优点， WLAN具有 安全

24、、抗干扰、兼容性和漫游性等优点，无疑将成为宽 带接入技术中的新宠。 数据网技术 1、 ATM 宽带化、实时性、传输质量、传输格式和传输速率等 多样性 ATM能满足 。 具备高度可扩展性，提供多速率传输信号和在异物理 媒质中工作 ATM特性 。 ATM实验，提供永久虚电路（ PVC）业务 提高 ATM交换机容量（？百 Gbit/s），提供交换虚电路 （ SVC） 大容量 ATM交换机为骨干节点，完善 B- ISDN，实现综合运行维护功能与动态路由。 宽带网络关键技术综述 宽带网络关键技术综述 ATM特点 面向连接 网络接点功能简单 信元长度小而固定 用户信息透明地穿过网络 宽带网络关键技术综述

25、ATM（电信网）的优势 电信级 QoS 99.999%网络可用性 100%呼叫完成 0%呼叫中断 稳定的服务质量（回波，时延） 网络升级不改变业务性能 新型网络结构应达到类似或更高性能 IP网目前还做不到 2、 IP 保障 IP业务上 QoS要求， ITU、 IETF等发布 了实时传输协议 /实时传输控制协议（ RTP/ RTCP）； IPv4向 IPv6的过渡， IPv4所提供的 40亿地址 已经用了近 3/4， IPv6将 IP地址的长度由 32bit 扩展到了 128bit，这样将地址空间扩大到了 3.4 1038，适应了 Internet更高的要求； 宽带网络关键技术综述 宽带网络关键

26、技术综述 IP over Optical 省了 ATM与 SDH层， 减化了层次，减少了网络 设备 ; 减少了功能重叠，简化了设备，减轻了网 管复杂性 , 特别是配置 WDM适于汇集多业务，无须复杂的 ATM汇集 开销最低，传输效率最高 通过业务量工程设计，可以与 IP的不对称业务量 特性相匹配 省了 ATM和 SDH设备，简化了网管，又采用了 WDM, 其成本可望降 1-2个量级！ 宽带网络关键技术综述 IP与 ATM 之争 ATM B-ISDN的传递方式 用于综合业务 IP Internet 协议 主要用于数据业务 宽带网络关键技术综述 ATM网 面向连接 呼叫建立时选路， 同一呼叫的信元

27、走同一路由 数据包汇聚进VC/VP 短信元 (53)使时延和 时延变化小 采用流量控制技术，业务质量有保证 IP网 无连接 路由器为每一个 IP分 组选路，基于 IP地址 连续的 数据 包可以走 不同路由 时延及其变化大变长 分组 (65535) 业务质量难保证 ATM与 IP的比较 宽带网络关键技术综述 ATM网 带宽保证 传输效率低 (固定 53 字节，最高效率 89%) 可扩展的网络规模， 有业务量工程设计 全网成本高 运营成本高 IP网 RSVP 传输效率高 (变字节 长度，最高效率 99%) 大规模网的路由表太 复杂 全网成本低 运营成本低 ATM与 IP的比较 宽带网络关键技术综述

28、 IP与 ATM的发展预测 从近期二三年看， ATM将扮演主要角色； 中期两者将会共存互补发展， ATM侧重核心网 业务汇接和高质量业务保证，而 IP将侧重网络 边缘和低质量业务； 长期看，则 IP将不仅成为主导的通信协议，而 且将会在全网中扮演主要角色，而 ATM则将会 进一步撤退到网络边缘作业务收集 在可以预见的未来，无论是设备还是网络都必 须能同时支持两者 宽带网络关键技术综述 IP 与 ATM的竞争 IP网挑战传统电信网 利用 IP/ATM/SDH/WDM技术拓展带宽，改善 服务质量 提供价格低廉的电信业务 在长话和多媒体业务方面有明显的价格优势 电信运营者的回答 发展新型宽带网络，提

29、供新业务 降低传统通信网成本 宽带网络关键技术综述 IP和 ATM结合 重叠方式 集成方式 LANE IP Switching CIPOA Tag Switching MPOA MPLS 宽带网络关键技术综述 IP Over ATM的优点 ATM是一个多业务传送平台 ATM的业务带宽可管理 对 Best effort业务可进行流量管理 支持计费 QoS保证 支持多种接口和适配协议 广泛用于骨干网 统一网络边缘 宽带网络关键技术综述 IP Over ATM 的缺点 带宽管理 QoS机制尚不成熟 PVC必须手工建立 故障链路倒换很慢 路由器重新选路 -2秒左右 方式不统一 MPLS， MPOA，

30、TAG， IP Switching MPLS标准尚待发布 ATM的 SNMP网管比 SDH的 Q3弱 信元开销大 宽带网络关键技术综述 IP Over ATM应用 最适合于提供多种业务的运营者 适用于网络边缘 多业务特性 避免长分组引起的时延 数据 VPN 改善网络结构 路由器之间的互连 宽带网络关键技术综述 3、 MPLS MPLS技术是由 IP和 ATM技术的融合而产生 的，继承了前者技术信令简单和后者交换引擎 效率高的特点。 能适应于高速、高效传输的传输，可以在无连 接的环境中引入连接，能 规划与预测数据的流 量和流向，提高网络利用率和保障用户服务质 量 。 MPLS技术的标准化基本成熟

31、。 宽带网络关键技术综述 传输网 传输网中以 SDH为主，已涌现了很多的新技术： 基于 SDH的多业务传输平台 基于分组的多业务传输平台 基于 WDM的多业务传输平台 自动交换传输网（ ASTN） 自动交换光网络（ ASON） 宽带网络关键技术综述 分组交换技术 虚电路 -面向连接方式 呼叫期间路由固定 呼叫分成三个阶段： 建立，传数据，拆线 数据报 -无连接方式 不建立连接 通信期间路由可变 宽带网络关键技术综述 优点 带宽可变，灵活 统计复用 ，资源利用率高 一个用户可以同时进行多个通信 （如发 E-mail，通话，下载文件可同时进行） 缺点 网络功能复杂 信息传输 时延大 ， QoS难以保证 第一章思考题 宽带网络技术？ 三网合一的意义？ 举例说明什么是下一代网络？ 试描绘未来宽带网络是什么？