2.2 广域网技术研究与发展在线视频

第二节

广域网技术研究与发展

随着网络技术的广泛应用

尤其是网络互联技术的发展

使得广域网 城域网 局域网

个人局域网和人体区域网

各自按照不同的应用定位快速发展

形成了各自的技术特点

广域网由于覆盖范围广 建设投资大 管理困难

通常由电信运营商负责组建 运营和维护

为广大用户提供高质量的数据传输服务

因此

这类广域网属于公共数据网络的性质

如果用户要使用广域网服务

需要向运营商购买通信线路或其他资源

特殊需要的国家部门和大型企业

也可以组建自己使用和管理的专用广域网

广域网的核心技术

早期的广域网

主要是用于计算机系统的互联

用户通过终端登录到本地计算机系统之后

实现对异地联网的其他计算机系统硬件

软件和数据资源的访问和共享

针对这样一种工作方式

人们提出了‘资源子网’和 ‘通信子网’

两级结构的概念

随着互联网应用的发展

目前大量的用户计算机通过局域网

和其他接入技术接入城域网

城域网接入不同城市的广域网

大量的广域网互联形成互联网的宽带

核心交换平台

从而构成层次结构的大型互联网络

随着网络互联技术的发展

广域网作为互联网的

宽带核心交换平台

其研究的重点已经从开始阶段的

如何接入不同类型的异构计算机系统

转变为如何提供

能够保证服务质量的宽带核心交换服务

因此广域网研究的重点

是保证服务质量的宽带核心交换技术

网络体系结构

大规模的计算机网络

研究

开始于20世纪70年代初期

1974年

IBM公司提出世界上第一个网络体系结构

系统网络体系结构(SNA)的概念

与层次结构模型

此后

很多计算机公司纷纷提出各自的网络体系结构

如DEC公司提出的数字网络体系结构(DNA)

UNIVAC公司提出的分布式计算机体系结构(DCA)等

不同公司提出的网络体系结构

的共同点是都采用了分层的体系结构模型

但在层次的划分

每个层次的功能分配

以及实现技术上差异很大

因此

如何解决计算机网络体系结构

与协议的标准化的研究

就提上了议事日程

在这样的背景下

1977年

国际标准化组织ISO

提出了开放系统互连OSI参考模型

即一个7层的框架

OSI参考模型采用了3级抽象

体系结构 服务定义 协议规范

定义了开放系统的层次结构

层次之间的相互关系

及各层所包含的可能的服务

它是作为一个框架

来协调和组织各层协议的制定

广域网参考模型

OSI 的七层协议体系结构概念清楚

理论也较完整

但是它比较复杂也不太实用

TCP/IP 是四层体系结构

包括应用层 运输层 网际层和网络接口层

但最下面的网络接口层并没有具体的内容

因此往往采用折中的办法

即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点

采用一种只有五层协议的体系结构

即物理层 数据链路层 网络层 传输层和应用层等这5层

广域网技术的演变

在广域网的发展过程中

用于构成广域网的通信技术

与网络类型主要包括

公共电话交换网

PSTN

综合业务数字网ISDN

数字数据网DDN

X.25分组交换网

幀中继FR网

异步传输模式ATM网

高速以太网(Gigabit Ethernet, GE)

同步光网络/同步数字体系(SONET/SDH, Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy)

波分复用WDM

以及无线广域网WWAN等

图中涉及的技术

以ISDN X.25

SONET

与高速以太网4条路线来组织

横坐标为对应技术发展时间

这些广域网技术与标准的发展

和演变

来自两条不同的技术路线

一是以电信网技术为基础

将传统的语音传输业务

和新的数据传输业务相结合

产生了ISDN X.25

FR WDN等

二是以计算机网络技术为基础

把重点放在物理层接口标准

数据链路层协议

以及网络层协议标准的研究上

同步数字体系SDH

是一种数据传输体制

它规范了数字信号帧结构

复用方式

传输速率等级以及接口码型特征

SONET

是八十年代中期提出的

用光纤传输的物理层标准

它被ANSI标准化

并被CCITT推荐在全世界推广

现已定义了从 51.84 Mbit/s

(即OC-1)

一直到

9953.28 Mbit/s(即 OC-192/STS-192)的标准

基本速率标准

由于历史上的原因

PCM

有两个互不兼容的国际标准

北美的 24 路 PCM

简称为 T1速率

和欧洲的 30 路 PCM

简称为 E1速率

我国采用的是欧洲的 E1 标准

E1 的速率是 2.048 Mbit/s

而 T1 的速率是 1.544 Mbit/s

当需要有更高的数据率时

可以采用复用的方法

SONET 为光纤传输系统

定义了同步传输的线路速率等级结构

对电信信号

称为第 1 级

同步传输信号STS-1(Synchronous Transport Signal)

其传输速率是 51.84 Mbit/s

对光信号则称为第 1 级光载波

OC-1(OC 表示Optical Carrier)

ITU-T

国际电信联盟

以美国标准 SONET 为基础

制订出国际标准同步数字体系SDH

一般可认为 SDH

与 SONET 是同义词

其主要不同点是

SDH 的基本速率为

155.52 Mbit/s

称为第 1 级同步传输模块

即 STM-1(Synchronous Transfer Module)

相当于

SONET 体系中的 OC-3 速率

SDH复用结构

按照美国国家标准协会的标准

ANSI T1.105标准

以51.840Mbps为基础

称为第1级同步传输信号（STS-1）

对应的光信号称为第1级光载波（OC-1）

3路STS-1

复用构成STS-3

也即STM-1

其速率是155.520Mbps

4个STM-1构成1个STM-4

依次类推

这张表给出了光载波OC级

同步传输信号STS级

与同步传输模块STM级的对应关系

SONET与SDH 标准的意义

在于使不同的数字传输体制

在 STM-1 等级上获得了统一

第一次真正实现了

数字传输体制上的世界性标准

已成为公认的新一代理想的传输网体制

SDH 标准也适合于微波

和卫星传输的技术体制

光以太网的发展对广域网的影响

光传输网络简称光网络

由于光网络一般是由

电信运营商建设与管理的

因此

在早期的计算机网络技术讨论中

一般不会涉及

但是随着网络技术的飞速发展

目前已经在广域网

城域网领域中得到广泛应用

成为宽带广域网

与宽带城域网骨干网的主流技术

现有的传输网络由光传输网络系统

和交换节点的电子设备组成

光纤用于两个交换节点之间的

点到点的数据传输

在每个交换节点中

光信号被转换成电信号

由路由器处理

在SONET和SDH技术出现以后

这种光传输与电交换相结合的技术

很快就成为广域网

组建中的主流技术

光以太网设计的出发点是

利用光纤的巨大带宽资源

以及成熟的和广泛应用的

以太网技术

为运营商建造新一代的

网络

提供技术支持

1998年

以光纤为传输介质

速率为1 Gbps的

GE物理层标准IEEE802.3z问世

2010年6月

IEEE通过了传输速度

100Gbps的100 GE的

IEEE802.3ba标准

其中包括用于广域网的

物理层标准(WAN PHY)

用于广域网的

光以太网技术应用的优势

主要表现在

高传输速率和低造价

组建同样规模的广域网或者是城域网

光以太网造价是SONET的1/5

是ATM的1/10

WDM与OTN

早期的WDM

作为点到点的传输系统

可以大大的提高

传输线路的带宽

同时能达到300-600km的传输距离

但是这种简单的点到点波分复用系统

只能提供原始的传输带宽

不能提供高效的组网能力

光分插复用器OADM

和光交叉连接器OXC

与WDM技术结合

能够从任意一条光纤的

任意上下一路

或几路波长中

灵活的将节点之间连接起来

构成WDM光网络

因此

OADM和OXC技术的发展

和产品的应用

使得光纤通信

逐渐从点到点的单路传输系统

向基于WDM的光网络方向发展

最终形成可重构多波长

波分复用光网络

即光传输网OTN

光网络研究

如果将网络传输介质的发展

作为传输网划代的标准

那么可以将

以铜缆与无线射频

为传输介质的传输网络作为第一代

以光纤为传输介质的传输网络作为第二代

在传输网络中

引入光交换机

光路由器等

直接在光频段

配置光通道的传输网络就是第三代

成为全光网络(AON)

以光节点取代现有网络的电节点

并使用光纤将光节点互联成网

在整个计算机网络中实现全光处理很困难

1998年

ITU-T提出用光传输网概念

取代全光网的概念

目前光网络的研究热点

包括光时分多路复用

OTDM

光码分多址OCDMA

全光路由

光交换与光网络管理等技术