網(wǎng)絡(luò)工程師軟件程序

1、第1章 網(wǎng)絡(luò)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章要點(diǎn)： 1.1 網(wǎng)絡(luò)的基本概念 1.2 局域網(wǎng)、城域網(wǎng)與廣域網(wǎng) 1.3 寬帶城域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與管理 1.4 接入網(wǎng)技術(shù)1.1 網(wǎng)絡(luò)的基本概念 1.1.1 網(wǎng)絡(luò)的定義1.1.2 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程 1.1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 1.1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 1.1.1 網(wǎng)絡(luò)的定義 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的功能相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信線路相互連在一起、由專門的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)進(jìn)行管理，以實(shí)現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。 組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的根本目的是為了實(shí)現(xiàn)資源共享。這里既包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的硬件資源，如磁盤空間、打印機(jī)、繪圖儀等，也包括軟件資源，如程序、數(shù)據(jù)等。1.1.2 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

2、過程 1終端-通信線路-計(jì)算機(jī)階段 人們通過通信線將計(jì)算機(jī)與終端（terminal）相連，通過終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。2計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段 以通信子網(wǎng)為中心，多主機(jī)多終端。1969年在美國(guó)建成的ARPAnet是這一階段的代表。在ARPAnet上首先實(shí)現(xiàn)了以資源共享為目的的不同計(jì)算機(jī)互連的網(wǎng)絡(luò)，它是今天因特網(wǎng)的前身。 3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)成熟階段 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1984年頒布了“開放系統(tǒng)互連基本參考模型”問題的研究，即為OSI參考模型。4高速的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段 光纖在各國(guó)的信息基礎(chǔ)建設(shè)中被逐漸廣泛使用，這為建立高速的網(wǎng)絡(luò)輔墊了基礎(chǔ)。千兆乃至萬兆傳輸速率的Ethernet已經(jīng)被越來越多地用于局域網(wǎng)和

3、城域網(wǎng)中，而基于光纖的廣域網(wǎng)鏈路的主干帶寬也已達(dá)到10G 數(shù)量級(jí)。 1.1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 1以通信所使用的介質(zhì)分類 有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò) 2以使用網(wǎng)絡(luò)的對(duì)象分類 公眾網(wǎng)絡(luò)和專用網(wǎng)絡(luò) 3以網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)分類 廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò) 4以網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的高低分類 低速網(wǎng)絡(luò)和高速網(wǎng)絡(luò) 5按互連規(guī)模與通信方式分類 局域網(wǎng)、城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)圖1-1 點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)與廣播式網(wǎng)絡(luò)1.1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 1辦公自動(dòng)化 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能過將一個(gè)企業(yè)或機(jī)關(guān)的辦公電腦及其外部設(shè)備聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)在信息共享和公文流傳。2企業(yè)的信息化 通過在企業(yè)中實(shí)施基于網(wǎng)絡(luò)的管理信息系統(tǒng)（MIS）和資源制造計(jì)劃（ERP），可以實(shí)現(xiàn)

4、企業(yè)的生產(chǎn)、銷售、管理和服務(wù)的全面信息化，從而有效提高生產(chǎn)率。 3電子銀行 電子銀行是基于電子商務(wù)平臺(tái)和銀行支付系統(tǒng)的網(wǎng)上金融服務(wù)系統(tǒng)。4遠(yuǎn)程教育 遠(yuǎn)程教育是利用internet技術(shù)，與教育資源相結(jié)合，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的教學(xué)方式。E-Learning即是指通過internet或其他數(shù)字化內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)與教學(xué)的活動(dòng) 。5娛樂與消遣 網(wǎng)絡(luò)給我們帶了新的豐富多彩的娛樂和消遣方式，如網(wǎng)上聊天、在線點(diǎn)播、新聞瀏覽以及現(xiàn)在最流行的網(wǎng)絡(luò)在線游戲等。 1.1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)首先是一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，早期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要是廣域網(wǎng)，它的結(jié)構(gòu)是由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的主計(jì)算機(jī)與終端以及負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信處理的

5、通信控制處理設(shè)備與通信線路所這兩部分所組成。從資源構(gòu)成的角度講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由硬件和軟件組成的。并從功能上將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)邏輯劃分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)。 圖1-2 資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的二級(jí)子網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.2 局域網(wǎng)、城域網(wǎng)與廣域網(wǎng) 1.2.1 局域網(wǎng)1.2.2 城域網(wǎng)1.2.3 廣域網(wǎng) 局域網(wǎng)（LAN）是當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展非常活躍的一個(gè)領(lǐng)域。公司、企業(yè)、政府部門及至住宅小區(qū)內(nèi)的計(jì)算機(jī)機(jī)都在通過LAN 連接起來，以達(dá)到資源共享、信息傳遞和數(shù)據(jù)通信的目的。1.2.1 局域網(wǎng)1LLC與MAC協(xié)議 LLC能夠提供以下三種服務(wù) （1）無確認(rèn)無連接的服務(wù) （2）面向連接方式的服務(wù) （3）有確認(rèn)有連接的服

6、務(wù) 根據(jù)介質(zhì)訪問控制的方式，可以將MAC分為以下三種方式： （1）循環(huán)式：每個(gè)站輪流得到發(fā)送機(jī)會(huì)，如果一段時(shí)間內(nèi)有許多站發(fā)送數(shù)據(jù)，則方式很有效，如果只有很少站發(fā)數(shù)據(jù)，則該方式開銷太大。 （2）預(yù)約式：將傳輸介質(zhì)的使用時(shí)間劃分為時(shí)間糟，而預(yù)約管理可以是集中控制，也可以分布控制。 （3）競(jìng)爭(zhēng)式：不對(duì)各個(gè)工作站的發(fā)送權(quán)限進(jìn)行控制，而是自由競(jìng)爭(zhēng)，它適合于分布式控制，優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單，輕負(fù)載下效率高，重負(fù)載時(shí)效率下降得很快。 2CSMA/CD協(xié)議 CSMA/CD即是帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多址訪問。它的基本原理是：每個(gè)節(jié)點(diǎn)都共享網(wǎng)絡(luò)傳輸信道，在每個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)之前，都會(huì)檢測(cè)信道是否空閑，如果空閑則發(fā)送，否則就等

7、待；在發(fā)送出信息后，則對(duì)沖突進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)沖突時(shí)，則取消發(fā)送。載波偵聽主要是指網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)站點(diǎn)都具備一種對(duì)總線上所傳輸?shù)男盘?hào)或載波進(jìn)行監(jiān)測(cè)的功能，其策略即是“信道空閑時(shí)，立即發(fā)送；信道忙時(shí)，繼續(xù)監(jiān)聽”。沖突檢測(cè)是指一種檢測(cè)或識(shí)別沖突的機(jī)制，這是實(shí)現(xiàn)沖突退避的前提。3令牌總線協(xié)議 采用令牌總線協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，雖然在物理上它們還是連接在一條總線上，但是在邏輯上是組成了一個(gè)首尾相連的環(huán)。通過一個(gè)稱為令牌的特殊幀來控制網(wǎng)絡(luò)的訪問。4令牌環(huán)協(xié)議 令牌環(huán)使用中繼器將單個(gè)的點(diǎn)到點(diǎn)線路鏈接成為物理的環(huán)形結(jié)構(gòu)。它的基本原理是：令牌在網(wǎng)絡(luò)上依次順序傳遞，等待捕獲一個(gè)空令牌，然后將要發(fā)送的信息附加到后面，往下一站發(fā)送

8、，直到目標(biāo)站，將令牌釋放；如果工作站要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)過的令牌不是空的，則等待令牌釋放。 5無線局域網(wǎng) 無線局域網(wǎng)主要可以使用紅外線、擴(kuò)展頻譜和窄帶微波技術(shù)三種通信技術(shù)。無線局域網(wǎng)分為兩個(gè)研究方向，一是由面向數(shù)據(jù)通信的計(jì)算機(jī)局域風(fēng)發(fā)展而來的，采用的是無連接協(xié)議，即IEEE 801.11標(biāo)準(zhǔn)；另一個(gè)是致力于面向語音蜂窩電話，采用的是基于連接的協(xié)議，即HiperLAN-2標(biāo)準(zhǔn)。 1.2.2 城域網(wǎng)1FDDI技術(shù) FDDI 以光纖為傳輸介質(zhì)，傳輸速率可以達(dá)到100Mbps，采用單環(huán)和雙環(huán)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 2城域網(wǎng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn) （1） 傳輸速率高 （2） 用戶投入少，接入簡(jiǎn)單 （3） 技術(shù)先進(jìn)、安全 3城域

9、網(wǎng)的主要用途及其適用范圍（1） 高速上網(wǎng) （2） 互動(dòng)游戲 （3） VOD視頻點(diǎn)播與網(wǎng)絡(luò)電視 （4） 遠(yuǎn)程醫(yī)療、會(huì)議、教育 （5） 遠(yuǎn)程監(jiān)控 （6） 家庭證券交易系統(tǒng) （7） 智能設(shè)區(qū) （8） 帶寬及管道出租業(yè)務(wù) 1.2.3 廣域網(wǎng) 廣域網(wǎng)是一種跨地區(qū)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò),通常包含一個(gè)國(guó)家或地區(qū)。廣域網(wǎng)通常由兩個(gè)或多個(gè)局域網(wǎng)組成。 1綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN） 2數(shù)據(jù)數(shù)字網(wǎng)（DDN） 3X.25分組交換網(wǎng) 4幀中繼（FR） 5異步傳輸模式（ATM） 1.3 寬帶城域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與管理1.3.1 寬帶城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)1.3.2 寬帶城域網(wǎng)的管理與運(yùn)營(yíng)1.3.3 寬帶城域網(wǎng)設(shè)計(jì)方案1.3.1 寬帶城域網(wǎng)的

10、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)1寬帶城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 寬帶城域網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)是由網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、業(yè)務(wù)平臺(tái)、管理平臺(tái)與城市寬帶出口等部分組成。從邏輯上分，寬帶城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)又包含了核心交換層、邊緣匯聚層與用戶接入層三部分。圖1-4 寬帶城域網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)2寬帶城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的主要功能 （1）核心交換層 核心交換層為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)高速，寬帶的中心連接，并能提供所有城域網(wǎng)出去Internet所需要的路由服務(wù)。 （2）邊緣匯聚層 也稱匯聚層，它是多臺(tái)接入層交換機(jī)的匯聚點(diǎn)，它必須能夠處理來自接入層設(shè)備的所有通信量，并提供到核心層的上行鏈路 （3）用戶接入層 也稱接入層，它是直接面對(duì)用戶的一個(gè)層面，目的是允許終端用戶連接到網(wǎng)絡(luò)，它為廣

11、大的用戶提供10/100M的高速接入。它稱為網(wǎng)絡(luò)的“最后一公里”。 3寬帶城域網(wǎng)的組建及其原則v可運(yùn)營(yíng)性v可管理性v可盈利性v可擴(kuò)展性1.3.2 寬帶城域網(wǎng)的管理與運(yùn)營(yíng) 寬帶城域網(wǎng)位于廣域網(wǎng)與接入網(wǎng)的交匯處，各種業(yè)務(wù)和協(xié)議都在此匯聚分流和進(jìn)出核心網(wǎng)，直接面對(duì)終端用戶，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜。所以其內(nèi)部是多種交換技術(shù)和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)并存，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)與組建寬帶城域網(wǎng)的同時(shí)要注意網(wǎng)絡(luò)成功組建和運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵技術(shù)。寬帶城域網(wǎng)管理與運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵技術(shù)包括：帶寬管理、服務(wù)質(zhì)量QoS、網(wǎng)絡(luò)管理、用戶管理、多業(yè)務(wù)接入、統(tǒng)計(jì)與計(jì)費(fèi)、IP地址的分配與地址轉(zhuǎn)換以及網(wǎng)絡(luò)安全等。1.3.3 寬帶城域網(wǎng)設(shè)計(jì)方案1基于SDH的城域網(wǎng) SDH（

12、Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。SDH的核心就是應(yīng)用了波分多路復(fù)用技術(shù),就是一條光纖信道上傳輸多條信號(hào)，SDH網(wǎng)絡(luò)是ATM，DDN等中繼網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的承載網(wǎng)。2基于10GE的城域網(wǎng) 1999 底成立了IEE802.3ae 工作組進(jìn)行萬兆以太網(wǎng)技術(shù)（10Gb/s）的研究，2002 年正式發(fā)布802.3ae 10GE 標(biāo)準(zhǔn)。21世紀(jì)初，提出了光以太網(wǎng)的概念，它的技術(shù)核心是：利用光纖的巨大帶寬資源和以太網(wǎng)的成熟與易用為運(yùn)營(yíng)商建造新一代的寬帶城域接入網(wǎng)。光以太網(wǎng)技術(shù)用于建設(shè)寬帶城域網(wǎng)

13、，必須滿足對(duì)城域網(wǎng)的幾個(gè)基本要求： （1）高可靠性 （2）可提供服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA） （3）高可擴(kuò)展性 （4）用戶管理圖1-6 成長(zhǎng)中的萬兆以太網(wǎng)3基于PRP的城域網(wǎng) 彈性分組環(huán)技術(shù)是一種在環(huán)形結(jié)構(gòu)上優(yōu)化數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的新型MAC層協(xié)議，能夠適應(yīng)多種物理層（如SDH、以太網(wǎng)、DWDM等），可有效地傳送數(shù)據(jù)、話音、圖像等多種業(yè)務(wù)類型。圖1-7 基于RPR的城域網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例 RPR技術(shù)的主要特點(diǎn)可歸納如下： （1）支持50ms的快速保護(hù)（2）實(shí)現(xiàn)靈活的環(huán)路帶寬管理（3）支持環(huán)路帶寬的公平分配1.4 接入網(wǎng)技術(shù)1.4.1 接入網(wǎng)技術(shù)概況1.4.2 接入技術(shù)的主要功能特點(diǎn)1.4.3 各種接入技術(shù)的特點(diǎn)1

14、.4.1 接入網(wǎng)技術(shù)概況1接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與接入服務(wù)的界定 接入網(wǎng)（Access Network，AN）是指交換局到用戶終端之間的所有機(jī)線設(shè)備，它的主干系統(tǒng)為傳統(tǒng)的電纜和光纜，一般長(zhǎng)數(shù)千米；配線系統(tǒng)也可能是電纜和光纜，其長(zhǎng)度一般幾百米，而引入線通常長(zhǎng)幾米到幾十米。它是泛指用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）間實(shí)現(xiàn)傳送承載功能的實(shí)體網(wǎng)絡(luò)。其目標(biāo)是建立一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口方式，以一個(gè)可監(jiān)控的接入網(wǎng)絡(luò)，使用戶能夠獲得話音、租用線業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)多媒體、有線電視等綜合業(yè)務(wù)。2接入技術(shù)與“數(shù)字會(huì)聚”、“三網(wǎng)融合” 電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)的高層業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合。三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，能夠提供包

15、括語音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合多媒體的通信業(yè)務(wù)三網(wǎng)融合，在概念上從不同角度和層次上分析，可以涉及到技術(shù)融合、業(yè)務(wù)融合、行業(yè)融合、終端融合及網(wǎng)絡(luò)融合。1.4.2 接入技術(shù)的主要功能特點(diǎn)與分類 1接入網(wǎng)的主要功能 ： （1）用戶口功能（UPF） （2）業(yè)務(wù)口功能（SPF） （3）核心功能（CF） （4）傳送功能（TF） （5）AN系統(tǒng)管理功能（SMF）2接入網(wǎng)的特點(diǎn) （1）主要完成復(fù)用、交叉連接和傳輸功能，不具備交換功能。 （2）提供開放的V5標(biāo)準(zhǔn)接口 （3）光纖化程度高 （4）能提供各種綜合業(yè)務(wù)，接入網(wǎng)除接入交換業(yè)務(wù)外，還可接入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、視像業(yè)務(wù)以及租用線業(yè)務(wù)等。 （5）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng) （6）組網(wǎng)

16、能力強(qiáng) （7）可采用HDSL、ADSL、有源或無源光網(wǎng)絡(luò)、HFC和無線網(wǎng)等多種接入技術(shù)。 （8）接入網(wǎng)可獨(dú)立于交換機(jī)進(jìn)行升級(jí) （9）接入網(wǎng)提供了功能較為全面的網(wǎng)管系統(tǒng) 3接入網(wǎng)技術(shù)的分類 接入網(wǎng)技術(shù)從接入技術(shù)分，可分為有線接入與無線接入兩類；按接入方式分，它涉及用戶的環(huán)境與需求，可以分成家庭接入、校網(wǎng)接入、機(jī)關(guān)接入與企業(yè)接入。 圖1-8 接入網(wǎng)技術(shù)按接入技術(shù)分類圖圖1-9 為接入網(wǎng)技術(shù)按接入方式分類圖1.4.3 各種接入技術(shù)的特點(diǎn)1xDSL接入 xDSL是DSL（Digital Subscriber Line）的統(tǒng)稱,意即數(shù)字用戶線路,是以銅電話線為傳輸介質(zhì)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸技術(shù)。DSL技術(shù)在傳統(tǒng)的

17、電話網(wǎng)絡(luò)（POTS）的用戶環(huán)路上支持對(duì)稱和非對(duì)稱傳輸模式。 xDSL具有以下特征： （1） 與話音工作于不同頻段，基本不影響電話的正常使用，話音所占頻帶為04KHz；xDSL調(diào)制頻帶為4.4KHz1MHz。 （2） 在以辦公室和家庭為中心一定距離范圍內(nèi)可以提供較高的數(shù)據(jù)傳輸率。 （3） 銅線的具體條件、天氣和片斷對(duì)話可能將影響傳輸性能。 xDSL中“x”表任意字符或字符串，根據(jù)采取不同的調(diào)制方式，獲得的信號(hào)傳輸速率和距離不同以及上行信道和下行信道的對(duì)稱性不同，xDSL可以分為以下若干類型： （1）ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，不對(duì)稱數(shù)字用戶線路

18、） （2）HDSL（High-data-rate Digital Subscriber Line，高速率數(shù)字用戶線路） 圖1-10 用戶室內(nèi)使用ADSL結(jié)構(gòu) （3）VDSL（Very-high-data-rate Digital Subscriber Line，極高速率數(shù)字用戶線路） （4）RADSL（Rate-Adaptive Digital Subscriber Line，速率自適應(yīng)數(shù)字用戶線路）2HFC接入圖1-11 HFC的結(jié)構(gòu)示意圖 按不同的分類方式可以把Cabel Modem分成為同的類型，主要的分類方式有以下幾種： （1）按接入角度分：可分為個(gè)人的Cabel Modem和寬帶多用戶的Cabel Modem。 （2）按接口角度分：可分為內(nèi)置式、外置式和交互式機(jī)頂盒三種 （3）按傳輸方式分：可分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和非對(duì)稱式傳輸。