高速光纤计算机网.ppt

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1、1第五章、第五章、高速光纤计算机网高速光纤计算机网 一、一、计算机网的分类v按覆盖范围分按覆盖范围分 局域网，其覆盖范围为一幢楼或一个园区；局域网，其覆盖范围为一幢楼或一个园区；城域网，其覆盖范围为一个地区或城市；城域网，其覆盖范围为一个地区或城市；广域网，其可覆盖范围为一个省、一个国家或广域网，其可覆盖范围为一个省、一个国家或 全世界。全世界。2二、网络的基础二、网络的基础开放系统互联（开放系统互联（OSI）参考模型）参考模型-互联网络的互联网络的 基基础础 OSI参考模型参考模型有有7 7个功能层，每一个都定义了一个个功能层，每一个都定义了一个当数据在网络上的应用程序之间传送时执行的功当数

2、据在网络上的应用程序之间传送时执行的功能。能。3OSI七层模型七层模型应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层4第一层第一层 物理层：物理层：这一层处理实际使用的传输介质，它定义了传输这一层处理实际使用的传输介质，它定义了传输数据信号的介质的电的和机械的特性。例如，包数据信号的介质的电的和机械的特性。例如，包括同轴电缆、光纤、双绞线和串联线路。括同轴电缆、光纤、双绞线和串联线路。第二层第二层 数据链路层：数据链路层：管理对网络的访问和通过网络的数据包的

3、传递。管理对网络的访问和通过网络的数据包的传递。它控制数据包传输的同步，进行错误检查，也控它控制数据包传输的同步，进行错误检查，也控制传输的数据流量。以太网的令牌传递或基于冲制传输的数据流量。以太网的令牌传递或基于冲突的技术工作在这一层。突的技术工作在这一层。5第三层第三层 网络层网络层 这一层关注于在不同的网络和子网之间的数据移这一层关注于在不同的网络和子网之间的数据移动。它负责查找数据要被发送到的目的地设备。动。它负责查找数据要被发送到的目的地设备。IP路由选择使用的路由选择使用的IP是这一层的功能。是这一层的功能。第四层第四层 传输层传输层 负责数据的传输，保证数据以合适的次序完整地负责

4、数据的传输，保证数据以合适的次序完整地到达目的地。到达目的地。传输控制协议传输控制协议(TCP)和用户报（和用户报（UDP)协议在这一协议在这一层运行。层运行。6第五层第五层 会话层会话层 负责建立和终止两台计算机之间的连接，安排负责建立和终止两台计算机之间的连接，安排它们之间的会话。轻量级目录访问协议（它们之间的会话。轻量级目录访问协议（LDAPLDAP）和远程过程调用（和远程过程调用（RPCRPC）协议在这一层提供了一）协议在这一层提供了一 些功能。些功能。第六层第六层 表示层表示层 涉及到为了显示和打印目的数据的格式。数据涉及到为了显示和打印目的数据的格式。数据加密和字符集翻译，比如加密

5、和字符集翻译，比如ASCIIASCII到到EBCDEBCD，在这一层，在这一层通过一些协议完成。通过一些协议完成。BIOSBIOS和文件存储方法工作在和文件存储方法工作在这一层。这一层。7第七层第七层 应用层应用层 这一层定义在应用程序之间使用的协议。这一层定义在应用程序之间使用的协议。例如有例如有SMTPSMTP、HTTPHTTP和和FTPFTP。8v常见的局域网数据传输方式有：常见的局域网数据传输方式有：以太网（以太网（EthernetEthernet）、）、令牌环路网（令牌环路网（TokenToken一一RingRing）、）、光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（Fiber-Dist

6、ributedFiber-Distributed Data Interface Data Interface）、）、异步传输模式（异步传输模式（ATMATM）9三、三、光纤局域网v1 1、光纤局域网特点、光纤局域网特点 （1 1）网络覆盖范围小，站点数目有限，传输特性较）网络覆盖范围小，站点数目有限，传输特性较好。好。（2 2）所有的站点共享较高的总带宽。）所有的站点共享较高的总带宽。（3 3）介质访问控制（）介质访问控制（MACMAC）方法相对简单，因此出）方法相对简单，因此出现了一系列专用于现了一系列专用于LANLAN、的网络协议标准。、的网络协议标准。（4 4）局域网设计时不考虑路由选择

7、的问题。）局域网设计时不考虑路由选择的问题。（5 5）各站点是平等关系而不是主从关系。）各站点是平等关系而不是主从关系。10v2 2、光纤局域网拓扑结构、光纤局域网拓扑结构局域网的网络拓扑结构有三类：局域网的网络拓扑结构有三类：星状网、星状网、环状网环状网 总线型网。总线型网。11v3、光纤局域网协议体系结构光纤局域网协议体系结构v局域网的标准主要集中在OSI/RM中物理层和数据链路层。v由于局域网采用广播式发送信息，一个节点发出的信息可被网中所有节点所接收，不需要路由功能，因此它不需要网络层，而将排序、流量控制等部分功能归并到数据链路层解决。12v局域网中的数据链路层分为局域网中的数据链路层

8、分为两个子层两个子层：MACMAC子层子层-介质访问控制子层介质访问控制子层 LLCLLC子层子层-逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层 vMACMAC主要功能是把上层传下来的数据封装成帧进行主要功能是把上层传下来的数据封装成帧进行发送（接收时，进行相反的过程），实现和维护发送（接收时，进行相反的过程），实现和维护MACMAC协议，比特差错检查，寻址。协议，比特差错检查，寻址。vIEEE802.3IEEE802.3定义了定义了CSMA/CDCSMA/CD （载波监听多点接入（载波监听多点接入碰撞检测）、标记总线、标记环等一系列碰撞检测）、标记总线、标记环等一系列MACMAC协协议功能议功能 -“以

9、太网以太网”。v LLCLLC子层主要功能是建立和释放数据链路层的一子层主要功能是建立和释放数据链路层的一逻辑连接，提供与高层的接口，差错控制，给帧逻辑连接，提供与高层的接口，差错控制，给帧加序号。加序号。134、数据链路协议、数据链路协议 以太网v以太网的运行机制是通过竞争来占有线路。先听后发、边听边发、冲突管理、v优点：不试图控制LAN中的任何东西，成本低。v缺点：a：带宽的浪费严重。理论最大有效带宽仅仅 是自然状态线路的37%。b：数据传输实时性差。14 异步传输模式（ATM）异步传输模式（ATM）传输的是53个字节的信元，而不是其他协议使用的数据包。信元是固定长度的信息单元。15v既然

10、既然ATMATM比以太网好得多，为什么比以太网好得多，为什么ATM ATM 用的并不多用的并不多？v1 1、大多数数据流量对大多数数据流量对传输的延迟传输的延迟并不敏感。因为并不敏感。因为在接收端有足够的时间来重新包装信息，所以在接收端有足够的时间来重新包装信息，所以ATMATM额外增加的费用和复杂性在没有大量多媒体数据额外增加的费用和复杂性在没有大量多媒体数据流量的情况下很难证明是合适的。流量的情况下很难证明是合适的。v2 2、ATMATM设备的性价比低。设备的性价比低。16v局域网的组成设备局域网的组成设备v集线器集线器v网桥网桥v路由器路由器17四、四、FDDI18IP over SDH

11、技术技术 v如何解决Internet上急剧增长的业务需求?v解决方案vIP over ATM vIP over SDH vIP over WDM 19IP over ATMvATM：面向连接vIP：面向非连接v寻址和路由技术的重叠？vATM信元只有53B？20v1、什么是IP over SDH？v以IP over SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络，并使用链路适配及成帧协议(PPP)对IP数据包进行封装，然后按字节同步的方式把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷封装中，按其各次群相应的线速率进行连续传输。21v3IP over SDH技术的优缺点 IP over SDH相对于IP o

12、ver ATM传输方式具有更高的传输效率，更适合于组建专门承载IP业务的数据网络。其主要优点为：1)IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH帧结构上，简化了IP网络体系结构，提高数据传输效率;2)将IP网络技术建立在SDH传输平台上，可以很容易地跨越地区和国界，兼容各种不同的技术和标准，实现网络互连;3)可以充分利用SDH技术的各种优点，如自动保护切换，保证网络的可靠性;4)有利于实施IP多点广播技术(IP Multicasting);5)适用于IP骨干网。22vIP over SDH技术仍具有以下不足之处：1)不适于集数据、语音、图像等的多业务平台;2)目前IP over SDH技术一般可进

13、行业务分级，尚不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量QoS;3)对大规模的网络，需处理庞大、复杂的路由表，而且路由表查找困难，路由信息占用较大的带宽;4)尚不支持虚拟专用网(VPN)和电路仿真;5)网络扩充性能较差，不如IP over ATM技术那样灵活。23IP/SDH的接口规范的接口规范 vIP/SDH更确切地说是IP/PPP/HDLC over SDH，其基本设计思路是将IP数据报通过点到点协议（PPP）进行封装，然后使用高级数据链路控制（HDLC）定界组帧，再将其映射到基于字节的SDH虚容器（VC）中 24IP/SDH的协议栈的协议栈 协议栈主要功能IP客户层数据报：I

14、Pv4，IPv6等PPPIP多协议封装、差错控制、链路初始化控制HDLCPPP分组定界SDH通道通道复用和带宽管理、连接验证、差错检验SDH复用段高速复用、线路故障分段和保护切换、传送网维护SDH再生段高速传输（如成帧、扰码）、再生器故障分段、传送网维护25IP over SDH的应用方案的应用方案26v5结论 1)IP over SDH技术是目前建设和改造Internet骨干网的首选方案。2)IP over SDH能使IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH帧结构上，省去中间的ATM层，简化了IP网络体系结构，提高了数据传输效率。3)将IP网络技术建立在SDH传输平台上，可以很容易地跨越地区

15、和国界，兼容各种不同的技术和标准，易于实现网络互联。4)目前，国内外广泛建设的SDH环境为IP over SDH的实施创造了良好的条件。随着千兆高速路由器的进一步成熟和业务的进一步增大，对IP over SDH的应用会越来越广泛。但是，应注意到，在一段时期内，IP over ATM、IP over SDH将会共存互补，各有其最佳应用场合和领域，但最终会过渡到IP over WDM。27IP over Optical/WDMv什么是IP优化光网络IP over SDH是IP数据网络演化过程中的重要一步，但也只是过渡性的一步。因为SDH网是一个为传输话音设计的时分复用TDM系统，在其上传输IP数据

16、只是一种权宜之计。当广域网上只能使用SDH提供的租用专线时，IP over SDH是当然的最佳选择。但是当IP业务成为网络中的主要业务，可以直接使用裸光纤时，我们就需要专门针对IP业务的需求对网络进行优化设计，这就是IP优化光网络。28vIP优化光网络采用的帧格式目前，在光缆上直接传输IP数据包有两种方法：一种是单路传输，另一种是波分复用多路传输。为了在传输过程中便于管理控制，网络需要对数据流进行分帧。目前可以采用的帧格式主要有两种：SDH帧格式和吉位以太网帧格式。在广域网上进行远距离传输，除了需要进行光放大以外，为了防止光色散使波形畸变造成的误码，每隔一定距离（在2.5 Gbps速率时为60

17、0公里）要加一个电再生器。目前大多数现代通信的再生器被设计成使用SDH帧格式，如果在这种线路上建立IP网，我们就不得不采用SDH帧格式。29vSDH分帧方法有一定的局限性。它是基于8 Kbps语音同步定时采样设计的，帧内嵌有帧头。帧与包的格式不同，一个长的IP数据包可能跨两个以上的帧，或者是一个帧中包括几个短的IP数据包。这样的格式导致在路由器的SDH线路卡中要装备分拆重组SAR电路，既浪费资源，且价格高昂。30vSDH帧格式也有优点，即在其帧头中携带有信令和网络管理信息。网络管理功能对于长途DWDM来说是很重要的。v如果我们能够把这些功能结合进IP路由设备，这些内部开销可以大大减少，这就是为什么IP优化光网络不用SDH层的原因。这个时候，SDH帧头已经没有用途，继续使用SDH帧格式没有意义。