《接入网基础》PPT课件

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1、l1.1 接 入 网 概 述l1.2 接 入 网 络 分 类 与 接 口 协 议l1.3 PPP协 议 通 信 网 : 由 终 端 、 主 机 、 传 输 与 交 换 设 备 等 组 成 ， 采 用 标准 协 议 ， 实 现 信 息 采 集 与 处 理 、 传 输 与 交 换 的 网 络 。计 算 机 网 络 ： 用 通 信 线 路 和 设 备 将 分 散 在 不 同 地 理 位 置 上、 具 有 独 立 功 能 的 多 台 计 算 机 系 统 连 接 起 来 ， 按 照 网 络 协 议进 行 数 据 通 信 ， 实 现 资 源 共 享 (硬 、 软 件 、 数 据 )， 进 行 合 作共 享

2、 的 计 算 机 集 合 。 一 、 信 息 网特 点 重 在 计 算 机 应 用 、 面 向 用 户 (计 算 机 网 络 )重 在 信 息 采 集 与 处 理 、 传 输 与 交 换 (通 信 网 )信 息 网 : 由 用 户 与 网 络 终 端 、 传 输 与 交 换 设 备 等 组 成 ， 采 用标 准 协 议 ， 实 现 信 息 采 集 与 处 理 、 传 输 与 交 换 的 网 络 ， 其实 际 形 式 包 括 通 信 网 和 /或 计 算 机 网 络 。 2. 接 入 网 实 现 不 同 用 户 驻 地 网 或 子 网 级 的 汇 聚 与 分 发 、 用 户 信 息的 集 中 /

3、分 发 ， 以 及 内 部 交 换 ， 一 般 由 NSP (network service provider)提 供 ；3. 用 户 驻 地 网 (CPN/CPE- Customer Premise Network /Equipment) 由 用 户 驻 地 (如 大 学 校 园 、 工 厂 、 办 公 大 楼 、 居 民 住 宅 小 区等 )处 的 终 端 、 主 机 、 线 路 设 备 (如 接 线 箱 )、 传 输 与 交 换 设 备等 组 成 ， 实 现 用 户 认 证 及 信 息 的 集 中 /分 发 。 其 典 型 代 表 有 用户 单 位 的 用 户 交 换 机 (PABX)和

4、 计 算 机 局 域 网 。 1. 骨 干 网 络backbone network， 也 称 核 心 网 (core network)， 实现 信 息 高 速 、 大 容 量 的 传 输 与 交 换 ；(传 输 transmission + 交 换 switching =传 送 transport)； 用 户 驻 地 网 这 3种 网 络 的 2种 网 络 边 界 (核 心 网 /接 入 网 、接 入 网 /用 户 驻 地 网 )存 在 重 叠接 入 网核 心 网 二 、 信 息 网 间 关 系 PSTN: 电 信 网CN： Computer NetworkBCN： Broadcasting

5、基 群 速 率 (E1/T1) 30B+D /23B+D3)数 字 接 口E1， N*64K4)低 中 速 接 口RS232/V.24， V.35， RS-449(422A、 423A) 5)宽 带 接 口SDH#接 口 ： STM-N N=0， 1， 4， 16， 64STM: Synchronous Transfer Module (同 步 传 递 模 块 ), USB (Universal Serial Bus), GE (Gigabit Ethernet) 2.2 业 务 结 点 接 口 (SNI)位 于 接 入 网 的 业 务 侧 ， 为 不 同 的 用 户 业 务 提 供 相 应

6、的业 务 结 点 接 口 ， 实 现 与 核 心 网 交 换 设 备 的 连 接 。核 心 网 交 换 设 备 早 期 主 要 指 电 话 交 换 机 ， 现 在 则 指 数 据传 输 与 交 换 设 备 (如 路 由 器 )实 际 上 (现 状 是 )可 包 括 ： 现 有 交 换 机 /路 由 器 的 几 乎 所 有接 口 , 如 SDH 同 步 数 字 序 列 /同 步 数 体 系 (STM-N, 信 元 或分 组 , 在 北 美 称 为 同 步 光 联 网 SONET Synchronous Optical Networking), PDH (Plesiosynchronous Dig

7、ital Hierarchy) 准 同 步 数 字 序 列 , ATM， Ethernet (FE， GE，10GE)等 2.3 Q3接 口 TMN (Telecommunication Management Networks) 通 过 Q3实 现 对 接 入 网 的 管 理 与 协 调 ， 为用 户 提 供 所 需 接 入 类 型 与 承 载 能 力 。 如 UNI终 接 (termination)、 激 活 去 激 活(Activation /Deactivation)、 复 用 (multiplexing)、 通道 映 射 (mapping)、 信 令 处 理 配 置 (使 用 何 种

8、信 令 、信 令 传 送 方 式 )、 用 户 端 口 状 态 等 。 四 、 IP接 入 网 1. 定 义 (ITU-T SG13， Y.1231)接 入 网 指 在 IP用 户 和 IP 业 务 提 供 者 之 间 (Internet Service Provider： ISP)为 提 供 所 需 的 接 入 到 IP业 务 的 能 力 、 网 络 实 体的 实 现 。 (图 见 纪 P22) 2. 接 入 网 参 考 模 型 (图 见 纪 P22 )用 户 驻 地 网 与 接 入 网 ， 接 入 网 与 核 心 网 间有 参 考 点 3. G.902与 Y.1231的 区 别G.902

9、Y.1231模 型 接 口 UNI、 SNI RP传 输 功 能 复 用 、 交 叉 连 接 ,一 般 不 含 交 换 一 般 有 交 换计 费 不 (计 费 在 核 心 网 ) 需 要接 口 开 放 性 V5系 列 (现 在 很 少 用 ) 众 多 选 择 五 、 广 义 接 入 网 由 用 户 (或 用 户 驻 地 网 )和 核 心 网 间 的 传 送 实 体 组 成(包 括 线 路 设 施 和 传 输 交 换 等 设 备 )， 用 户 (驻 地 网 )及 核 心 网与 接 入 网 间 接 口 采 用 开 放 的 标 准 接 口 ， 经 济 地 为 用 户 提 供所 需 的 传 送 能 力

10、 。 (from my viewpoint) AN CNCPE/CPN 开 放 接 口 开 放 接 口 远 端 模 块 交 换 机 内 部 标 准(如 早 期 Pair gain) 用 户 内 部 标 准 1.2 接 入 网 分 类 与 接 口 协 议 l1.1 接 入 网 概 述l1.2 接 入 网 络 分 类 与 接 口 协 议l1.3 PPP协 议 一 、 接 入 网 分 类 1) 按采用的技术体制分类(ATM、IP、Ethernet，或几种技术的混合)；2) 按应用领域分类(民用(家庭、校园、社区，), 军用，应急等)3)按传输媒质的属性分类(有线、无线、混合)4)。 1. 有 线 (

11、传 输 )接 入1) 铜 线 对 xDSL (Digital Subscriber Line)x=Asymmetric， High-speed bit rate, Very high-speed bit rate， ISDN， Rate Adaptive, Symmetric， Ethernet (Ethernet over DSL)， 128k51Mbps 几 百 m5km 2) 光 纤 网 络 (OFN) 主 要 用 于 FTTx (Fiber to the x ， x=B,C,H,) FTTB (building), FTTC (Curb), FTTH (Home) a) AON (Ac

12、tive Optical Network 有 源 光 网 络 )： 可 提 供 电 路 信 号 (如 Ei, i=1,2,3,4， E1=2.048M;)和 数 据 业 务 PoS (Packet over SDH)SDH #(Synchronous Digital Hierarchy, 同 步 数 字 系 列 (体系 )， 系 列 ： 下 一 等 级 速 率 是 前 一 等 级 的 4倍 ) TUG: Tributary Unit Group/支 路 单 元 组 )STM-N # N=0,1,4,16,64,256 51.84M 40GbpssSTM-2n (s-sub) n=1,2,4.(

13、7.488, 14.400, 28.224)MbpssSTM-1k k=1,2,4,8,16 (2.880,5.184, 9.792,19.792, 37.444)MbpssSTM-2n 适 用 于 光 纤 、 双 绞 线 、 无 线 传 送 (TUG-2)sSTM-1k 适 用 于 无 线 传 送 (TU-12) b) 无 源 光 网 (xPON, Passive Optical Network, x=E/GE,A,G; Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM, Gigabit ) ： 由 光 合 成 /分 配 器 件 等 无 源 器 件 组 成 ; 例 如 ，APO

14、N提 供 对 称 STM-1, 或 上 行 STM-1/下 行 STM-4 3) 混 合 光 纤 电 缆 HFC (Hybrid Fiber Coax (Coaxial Cable) 光 纤 到 楼 宇 或 小 区 ， 楼 宇 或 小 区 内 部 使 用Cable； 可 提 供 模 拟 电 视 ， 数 百 用 户 可 共 享1000 Mbps的 传 输 宽 带 (数 据 接 入 ， Internet) 2. 无 线 (传 输 )接 入 从 用 户 终 端 (UNI)到 业 务 结 点 接 口 (SNI)间 全 部 或 部 分采 用 无 线 传 输 1) 固 定 无 线 接 入覆 盖 ： 50m

15、 几 十 km频 率 ： 几 十 M几 十 GHZ方 式 ： FDMA， TDMA， CDMA； 二 者 的 结 合 ， 如 MF-TDMA(多 频 TDMA) 短 波 /超 短 波 ， PMP点 到 多 点 微 波 系 统 ， 直 播 卫 星 系位 DBS， “无 线 光 ” 视 距 传 输 (2431GHZ, 宽 带 1G HZ) ， “ 灯 光 上 网 ” ： 无 线 光 通 信 技 术 Lifi在 复 旦 大 学 实 验 成 功 , 迟 楠 教 授 ， Light+fi (WiFi: Wireless Fidelity), 下 行 3.7Gbps，上 行 ？ 2) 移 动 无 线 接

16、入 第 2代 无 线 系 统 ： GSM. IS-95 第 3代 移 动 通 信 (3G)： WCDMA(FDD/TDD Frequency/Time division Duplex) ， CDMA2000 (1x/3x), TD-SCDMA (智 能 信 号 处 理 ) UTRAN:UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Terrestrial Radio Access Network第 一 阶 段 基 于 ATM(完 成 )， 第 二 阶 段 IP(完 成 )，第 三 阶 段 IP多 媒 体 (完 成 ) 3. 混 合 接 入 使

17、用 以 上 各 种 无 线 与 有 线 (传 输 )接 入 技 术 的 组 合 。v WLAN: 无 线 LANIEEE802.11(1, 2 Mbps) /11a (6,12,18,24,36,48,54)Mbps /11b (1,2,5.5,11) Mbps / 11g (功 能 上 11a+11b)(与 11b兼 容 , 11g标 准在 完 善 ) IEEE 802.16,v 其 它(高 、 中 、 低 轨 道 ， GEO/MEO/LEO, Geostationary Earth Orbit, )卫 星 、 蓝 牙 Bluetooth、 高 空 平 台 、 二 、 接 入 网 接 口 与

18、 协 议 1.用 户 网 络 接 口 (UNI) 1) Z接 口 是 交 换 机 和 模 拟 用 户 线 的 接 口 ， 用 以 连 接 话 机、 话 带 MODEM、 直 流 信 令 、 DTMF/PULSE、 振 铃 、计 次 。 (DTMF#: Double Tones Multi- Frequency) 2) U接 口 ISDN中 NT与 交 换 机 线 路 终 端 (LT)间 的 数 据 接口 。 T/S接 口 可 连 接 多 达 8个 终 端 。 3) RS-232接 口 /V.24 (#) “D”型 25pins或 9pins插 座 ， 15m 20k Bauds 。 +3V25

19、V 表 示 数 据 “ 0” 控 制 线 接 通 ； -3V-25V 表 示 数 据 “1” 控 制 线 断 开 4) RS-449/V.36 RS-449规 定 接 口 的 机 械 、 功 能 、 流 程(procedural )特 性 ; RS-422-A： 平 衡 传 输 60m 2Mbps; RS-423-A： 非 平 衡 传 输 10m 300kbps; 5). RJ-11/45 (4线 电 话 /8线 网 线 ) (用 于 电 话 (RJ-11)、 #Ethernet(RJ-45)连 接 ) 1 TXD+2 TXD-3 RXD+456 RXD-78DTEDTRRTS DCEDSRC

20、TS DTE#: Digital Terminal Equipment DCE#: Dataset Communication Equipment Step1 DTR#: Digital Terminal Ready Step2 DSR#: Dataset Send ReadyStep3 RTS#: Request TO Send Step4 CTS#: Clear TO Send 6) E1接 口 (G.703) # 线 路 编 码 ： HDB3 速 率 ： 2.048kbps 阻 抗 ： 120 ohm(平 衡 )/75 ohm(非 平 衡 ) 结 构 ： 非 成 帧 (32个 时 隙 的

21、 纯 字 节 )或 成 帧 framing(CRC-4 有 /无 可 选 ) 连 接 器 ： D15F(120 ohm)， BNC(电 视 电 缆 75 ohm) ，也 有 采 用 RJ11或 RJ45 7) V.35 (同 步 传 输 接 口 )# RTS、 DTS、 DSR、 CTS 非 平 衡 (共 同 地 线 ) TXD、 RXD、 Timing (定 时 ， 时 钟 )平 衡 方 式 (2线 ) 34-pins (8+9+8+9,4排 ) 或 DB 37 (18+19,2排 ) ， 也 有 设备 厂 商 自 定 义 ， 采 用 DB 26 【 3排 ， (9+9+8)】 、 DB25

22、， 两 排 8 9) 90m 10Mbps (距 离 带 宽 积 ) 610m 64kbps 2. 业 务 结 点 接 口 (SNI)1) .业 务 结 点指 能 独 立 地 提 供 某 种 业 务 的 “ 实 体 ” ， 是 一 种可 提 供 复 用 /交 换 的 网 元 。 (定 义 见 陶 P34)实 例 ： 电 话 交 换 机 、 X.25交 换 机 、 帧 中 继 交 换 机 、ATM交 换 机 、 router、 Ethernet交 换 机 ， 视 频 /音 频 服务 器 等 。 2) . 业 务 结 点 类 型a) 仅 支 持 一 种 接 入 类 型AN SN业 务 1 SNI

23、UNI b) 支 持 多 种 接 入 类 型 ， 所 有 接 入 类 型 具 有 相同 的 接 入 承 载 能 力 ; AN SN业 务 1,2 SNI UNIc) 支 持 多 种 接 入 类 型 ， 每 种 接 入 类 型 要 求 不同 的 接 入 承 载 能 力 。 AN SN1业 务 1,2 SNI 1,2 UNI SN2 3). 业 务 结 点 接 口 类 型 (SNI) 当 前 实 用 的 SNI还 包 括 符 合 广 义 接 入 网 中的 各 种 现 有 网 络 接 口 ， 主 要 包 括 SDH、GE/10GE、 E1等 。 l1.1 接 入 网 概 述l1.2 接 入 网 络

24、分 类 与 接 口 协 议l1.3 PPP协 议1.3 PPP协 议 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 35 PPP (point to point protocol) 是 一 种 应 用 最 广 泛 的 链 路 协 议 (如 无 线 路 由 器 )， 它 提 供 多 于 常 见 链 路 层 协 议 的 功 能 。lPPP 提供的功能#常见的数据链路控制(建立、终止、维护等) (可选的)链路配置与链路质量测试链路数据查错检测动态的IP地址指派与管理网络协议复用(传送多种网络层协议)多种协商选项(

25、网络IP地址、数据压缩、认证方式等) 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 36PPPIP IPX .ADSL/RS-232SDH, Interface OSI LayerApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical dataIP datagram IPX datagramPPP Frame PPP FrameSerial LinkAP I AP IIdata问题：因特网协议参考模型包括几层？每层的名称？ TCP,UD

26、P 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 37 2. PPP 主 要 部 件lPPP 采 用 如 下 3种 部 件 以 提 供 连接 性 : (1) 一种数据报(datagram)在串行链路上的封装方法(encapsulating). PPP采用高级数据链路协议 HDLC (High-Level Data Link Control)做为在WAN串行点到点数据链路(如早期电话modem拨号)上封装的基础。 注解：现在的PPP协议已不限制在串行线路，可工作在任何传输线路(如SDH提供的字节byte线路)

27、，采用的链路协议也不局限于HDLC，例如PPP over Ethernet (PPPoE)。 (2) 一个链路控制协议LCP (Link Control Protocol) 用于数据 链路连接的建立、配置和测试。 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 38 (3) 网络控制协议NCPs (Network Control Protocols) 用于建立与配置不同的网络层协议. PPP 允许同时使用多个网络协议，如IP、 网间分组交换IPX (Internetwork Packet Exchange)

28、和 Appletalk. 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 39 IPCP: IP control protocol (RFC1332，IETF Request For Comments：请求注解) , negotiation for the parameters of TCP/IP PPP支持的物理层包括：串行比特：电话拨号网(0比特插入、删除)字节信道：例如，SDH(两个Flag间的“数据”flag采用转义字符变换， 见下页) 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National

29、 Key Lab on ISN, Xidian University 40 3. PPP 帧 格 式 线 路Bit- or Byte-orientedPPP Frame Bit/Octet StuffingFlag0 x7e Addr0 xff Cont.0 x03 Protocol16 bits data Flag0 x7epadding FCS16/32bits0 xc0210 x00fd LCPCompressed datagramOctet Stuffing(填 塞 ):0 x7e-0 x7d,0 x5e, 0 x7d-0 x7d,0 x5d在HDLC帧传输中，对于帧addr 到FCS

30、的帧内容，有两种填塞 或变换方法处理帧内容中可能的“帧标志flag ”：(1) 对于bit 信道，“0”比特插入 (连续5个1后加0)(2) 对于byte 信道，字节变换法 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 41 协议域代码含义Value (Hex) Protocol Type 0 x0021 IP (datagrams)0 x002d VJ Compressed TCP Header 0 x002f VJ Uncompressed TCP Header0 x00fd Compressed Da

31、tagrams0 x8021 IPCP (NCP)0 xc021 LCP0 xc023 PAP0 xc223 CHAPNote: vj-Van Jacobson TCP Header Compression 注 解 ：Password Authentication Protocol (PAP) and Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP). 注 解 ： PAP-口令 鉴 权 协 议 ，CHAP： (询 问 ,查 询 挑 战 )握 手 鉴 权 协 议 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab

32、on ISN, Xidian University 42 4. PPP 状态转移图Dead(Init) EstablishTerminate AuthenticationNetworkSuccessopenedFalse SuccessFalse DataTrans. 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 43 l4个 阶 段 : 链 路 建 立 与 配 置 协 商 发 送 LCP帧 以 建 立 、 配 置 、 测 试 链 路 链 路 质 量 确 定 (可 选 阶 段 ) 在 链 路 建 立 与 配

33、 置 后 网 络 层 协 议 配 置 与 协 商 源 端 发 送 NCP帧 以 选 择 和 配 置 网 络 层 协 议 ， 选 择(TCP/IP, IPX this makes CHAP more effective than PAP.l CHAP does not allow a caller to attempt authentication without a challenge. l After the PPP link establishment phase is complete, the host sends a challenge message to the remote n

34、ode. The remote node responds with a value. The host checks the response against its own value. If the values match, the authentication is acknowledged. Otherwise, the connection is terminated. (动 态 、 实 时 鉴 权 ) 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 70 CHAPl CHAP provides

35、 protection against playback attacks through the use of a variable challenge value that is unique and unpredictable.l The use of repeated challenges is intended to limit the time of exposure to any single attack. (exposure: 暴 露 ,曝 光 ) 2021-5-25Dr. Zhanqi XU, National Key Lab on ISN, Xidian University 71 CHAP Handshake DiagramHost Aauthenticator Host Bpeer(1)Authentication request-CHAP (2)Authentication Ack(4)response ,name:Host B and Resp.String(5)Authentication Success(3)challenge,name:Host A and challenge string