高速通信网络技术

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1、摘要：从技术上的优点与缺点论述了 FDDI , ATM, IP及千兆比以太网的技术特点，及其相互联系，最后分析了高速通 信网络技术的发展前景。1、引言计算机网络技术极大地推动了计算机技术的发展，同时信息社会的发展对计算机网络 提出了新的要求，特别是信息高速公路的建设，对在迅速发展的计算机网络技术起了重要作 用。计算机网络的重要发展方向是高速计算机网络技术，主要包括光纤分布数字接口（FDDI），异步转移模式（ATM），IP技术，千兆比以太网等技术。ATM网因具有可靠性的 服务质量（QoS）保证、低延时、能够为不同的传输提供不同的服务等优越特性，被视为未来 通信技术的发展方向；IP作为世界上最成熟

2、、最先进的Internet网络层协议和重要的技术基 础，它代表了无连接通信方式的本质特征,其应用日趋深入和广泛，特别是随着千兆位以太网 技术的出现，导致了高速联网技术阵营的大分裂，由于世界上大部分的用户采用的是以太网 技术；而千兆位以太网保留了与10M以太网相同的802.3帧格式，没有对信息传输格式作 任何变动，网络升级方案较其他技术在投资和性能上要平滑得多，因此千兆比以太网以其卓 越的。下面对这四种主要网络技术作一些简要的介绍：2、FDDI 技术FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是80年代随网络技术和光电子技术发展起来的网 络接口技术，其传输速率可达

3、100MB/S，体系结构包括物理介质子层（PMD），物理协议子 层（PHY），介质访问控制（MAC），层管理（LMT）四个部分，如图1所示。由于双环结 构和链路监控技术的采用，所以具有其强的容错能力，支持双绞线，单模及多模光纤等传输 介质，所以FDDI技术在网络工程骨干网得到了很大的应用。但是由于FDDI采用分组交换 技术，链路层协议复杂分组信息经过网络的时延起伏很大，在重负载下，特别在流量超过 60MB/S时，时延急剧增加。目前FDDI技术还存在许多问题，如：它是一种共享带宽网络， 其网络的协议比较复杂，安装和管理相当困难，有可能被价格较廉价的快速以太网取代，现 在主要应用于后端局域网，高速

4、办公室网，主干局域网。IEEE802.2LLC（逻辑链路控制）MAC（媒体访问控制）LMT（层管理）PHY（物理层协议）PMD（物理媒体相关子层）图 1 FDDI 体系结构3、IP 技术IP 技术是 Internet Protocol 的简称,其主要功能有：无连接数据报传送、数据报路由选择 671和差错控制.IP协议提供主机间不可靠、无连接数据传送;IP协议具有其它通信协议所没 有的突出优点，一是IP为一种网络互连协议，容易实现异构网络的互连;二是IP采用无连接技 术,适于电子邮件、信息检索等非实时短报文通信;三是具有统一的寻址体系,网络可扩展性强; 四是IP协议采用独立服务的模块化结构，可以

5、支持多种不同应用，业务扩充便利。但是IP技术也有一些不尽如人意的地方，目前IP技术面临的主要问题是地址空间、 服务质量和网络安全问题。其中归根到底是IP技术的控制和管理问题。就IP技术本身而言, 目前IPv4的许多问题都可以通过IPv6解决，所以IPv6是一个发展方向,而至于IP地址空间, 它们也可以采用地址翻译、动态IP地址等手段进行缓解。而影响IP技术发展的重要因素之 一是移动互联网。 IP 技术在骨干网已经开始占据重要地位，现在的问题是， IP 技术希望进 入无线领域，提出全IP网的概念。但问题是IP还是不能保证服务质量，虽然统计服务质量 的概念可以改善Q0S,但是对无线互联网而言，由于

6、带宽和内容的苛求，使他们对QOS的 要求可能会更高。4、ATM 技术（Asynchronous Transfer Mode）自从20世纪80年代以来，跨越于LAN的互联越来越多，同时人们对可视图文，视频 电话，视频会议，图象传输等通信业务需求急增，最终导致了 B-ISDN （宽带综合服务数字 网）标准的问世，而B-ISDN服务要求有高速通道传输数字化的声音，数据，视频及多媒体 信息，ATM（异步传递方式）技术支持B-ISDN服务的一种多工交换服务技术。ATM 网络技术的要点是它吸收传统网络技术的优点而成为在局域网和广域网上都很有 应用价值的技术,有能力成为信息高速公路的技术支柱,被称为新一代的

7、网络技术。其实质是 一种高速分组传送模式，它将话音、数据和通信业务的信息分解成固定长度（48字节）的数 据块，并在个数据块前装配地址、丢失优先级、流量控制和 HEC 差错控制信息等构成的一 个信元头（5 字节），形成 53 字节的信元。它采用异步时分复用的方式将来自不同信息源的 信元汇集到一起，在一个缓冲器内排队，队列中的信元逐个输出到传输线路上，信元的信头 中含有VPI/VCI （虚通道标识符/虚信道标识符）作为地址标志，网络根据信头中的标志来转 移信元。4.1 ATM 的传输机制ATM是一种特殊的分组型传递方式，它建立在异步时分复用的基础上，并采用固定长度 的信元，当用户希望通过ATM网络

8、传输数据是，首先通过信令向目的站提出建立虚连接的 请求，同时给出该连接需要的Aos参数，如此要求能够满足，则建立连接，发送端得到一个 VPI/VCI，此时发送端就可以通过这条虚连接将数据发送给接收端，当数据经过ATM交换机 时，要进行VP、VC交换。这时，信元头中的VPI、VCI被赋予新值，数据传输结束后，虚 连接被拆除。4.2 ATM 的主要优点4.2.1 ATM以信元（cell）为基本传输单位。信元由信头和信息段组成。ATM通过信头来识别通 路。在这种方式中，只要信道空闲，便将信元投入信道。这有利于提高信道利用率。4.2.2 能支持不同速度的各种业务。 4.2.3所有信息在最低层是以面向连

9、接的方式传送，以保持电路交换适合于传送实时性很强的 业务的优点。4.2.4由于光纤信道的误码率极低，且容量很大，所以在ATM网不必在数据链路层进行差错 控制和流量控制（放在高层处理），明显地提高了信元在网络中的传送速率。而ATM的主要缺点就是技术复杂、设备价格昂贵，并且标准还在开发中，未完全确定, 此外，因为它是全新的技术，在网络升级时几乎要换掉现行网络上所有的设备，目前的主要 应用是作为 Internet 的高速主干网，在局域网中的应用还不如快速交换以太网和千兆以太 网。4.3 ATM 分层结构B-ISDND的ATM协议模型如图2，包括了三个平面：用户平面支持数据传输，流量控 制，差错控制；

10、控制平面主要用于连接管理；管理平面用来维护网络与执行操作功能。在每 个平面上采用了 OSI的分层方法，分层相对独立，分为物理层，ATM层，ATM适配层（AAL） 和高层。层 管 理高层协议ATM适配层ATMjg物理层图 2 B-ISDN ATM 协议参考模型5、千兆位以太网千兆位以太网是在10MB/S或100MB/S以太网的基础上发展起来的，不仅使系统增加了 带宽，同时还带来了服务质量的功能，千兆位以太网提供全双工或半双工工作模式,在半双工 的情况下，千兆位以太网继续采用CS-MA/CD（具有避免冲突的载波侦听多路存取）存取协议. 它具有优越的性能价格比，同时千兆位以太网保留了 802.3 和

11、以太网标准,用户能够在保留现 有应用程序、操作系统、IP,IPX及AppleTalk等协议以及网络管理平台与工具的同时,方便地 升级至千兆位以太网，还易于与已有网络以及已有应用进行集成。5.1千兆位以太网的协议结构与功能模块：图3描绘了千兆位以太网的协议结构与功能模块，从中可知，其协议结构包括MAC子层 与 PHY 层两部分， MAC 子层实现了 CSMA/CD 媒体访问控制方式和全双工/半双工的处理 方式，PHY层包括了编码/译码，收发器以及媒体三个模块，还包括了 MAC子层与PHY子 层连接的逻辑“与媒体无关的接口”。2B/10E洞城编码/译码编码/译璋1 !1 .X逻辑“与媒体无关接口M

12、AC子层1单誚2knr!光纤 lOkiTi多模光纤200m-500m双绞线铜缆25m-100m緡針|薜蠢叫1竭收发器全双工粧路半敦工中继器图 3 千兆位以太网的协议结构与功能模块5.2千兆位以太网按PHY层分类综合 PHY 层上的功能，千兆位以太网可归纳成两种实现技术， 1000BASEX 和 1000BASET，如图3，其中1000BASEX为千兆位以太网中易实现的方案，虽然包括了 1000BASECX，LX和SX，但其PHY层中的编码/译码方案为共同的，均采用了 8B/10B的 编码/译码方案。血！L匚子层：帧结构，CSMA/CDPHY层8B/10B编码/译码器图 3 千兆位以太网的 10

13、00BASEX 与 1000BASET1997年2月3日，IEEE确定了千兆以太网的核心技术，1998年6月正式通过千兆以太 网标准IEEE802.3Z,今后将完成另一个标准IEEE802.3AB。802.3Z千兆以太网任务组的主 要目标是开发可以完成下列功能的千兆以太网标准：允许以 1GB/S 的速率进行半双工、全双工操作。使用8023以太网帧格式。使用 CSMACD 访问方式。与 10BASE-T、10BASE-T 技术的地址向后兼容。为了能够进行冲突检测，千兆位以太网采用了载波延伸的方法，就是最短帧长64字节 仍不变（保持兼容性），凡发送的帧长不足 512 字节，就在其向填充些特殊字符。

14、但当原来 64字节的帧填充到512字节，填充的 448字节就会浪费，为此千兆位以太网增加了“分组突 发”功能，就是当很多短帧要发送时，第一短帧用载波延伸的方法进行填充，随后的一些短 帧就一个一个的发送，这样就形成了一串分组的突发，直到达到1500字节为此。为了加快千兆网络的普及和推广，吉兆通信全面采用千兆网络设备的QOS服务质量、 安全性和智能化管理应用等千兆以太网新技术，推出了覆盖网络接入层、汇聚层和骨干层的 Berkli2000、 3000、 4000 系列千兆多层以太网交换机。同时千兆位以太网也存在一些问题，距离限制将制约在大型校园网骨干网中心的部 署，设备昂贵以及标准的未确定也是众多的用户处于观望阶段。6、结束语未来的计算机网络的网络带宽将更高、网络兼容性将更好、网络传输距离将更宽，当然 网络成本更低.高速网络将更加开放、高度集成、超高速率和智能化.也就是说, 未来的网络不 得不具备处理比以往更多的数据和更大文件的能力，客户机 /服务器软件将继续推动网络技 术的发展，使其具有更好的响应和运载大量数据的能力，电子邮件，电子映像和电子报表的 广泛使用将对带宽产生额外的需求。同时未来企业的网络必须提供几乎无限的带宽，才能处 理计算机应用的预期增长。SONET和ATM使目前最有可能支持未来高速网络的侯选技术。