高速网络技术 high speed computer network technology

高速网络技术High Speed Computer Network Technology

邬春学[email protected]

http://www.sciencenet.cn/blog/tyfond.htm

上海理工大学Thursday, April 20, 2023

mailto:[email protected]

《高速网络技术》邬春学第 1 章高速网络技术综述

一则新闻（ 2010 年 2 月 10 日）

谷歌拟在美国建试验性高速宽带网速度可达 1Gbps 谷歌周三表示计划在美国建造一条速度可达 1Gbps 的高速光纤宽带网

，继续开拓新业务领域。谷歌称该项目是试验性的，并希望借此了解开发者和用户使用超高速网络能做什么。公司表示，此网络将开放接入，用户可选择多个服务提供商；利用高速网络，可实现三维网络会议和教学、更快的下载及开发新业务。

谷歌称将使用光纤到户技术，但拒绝透露项目的费用以及是建造、购买还是租赁服务。此举将使谷歌直接与 AT&T 、 Verizon 等运营商竞争，不过一位分析师认为还不能看作是谷歌的单独业务。公共利益团体Public Knowledge 的发言人阿特 ·布罗德斯盖（ Art Brodsky ）称，那不重要，这些是实验台，而非巨大的地理意义上的网络。 Verizon的发言人将谷歌的行动描述为互联网发展故事中的新篇章。


速度超当前 100 倍 Oppenheimer & Co 的分析师蒂莫斯 ·霍兰（ Timothy Horan ）表示，如果谷歌购买很多城市已经铺设的未用光纤，建造这个宽带的单个用户建设成本约在 1000-2000 美元。他认为，谷歌可购买大量这些相当廉价的光纤线路，如 Level 3 Communications 等公司就拥有大量的未用线路。谷歌在官方博客上称，将在美国少部分地区建造和测试一条超高速宽带网络。该公司承诺，将向用户交付速度比目前多数美国人使用的网络速度高出 100 倍的宽带，并且服务价格是“有竞争力的”。预计谷歌宽带的用户数最少在 5 万，最多可达 50 万。谷歌产品经理明涅 ·英格索尔（ Minnie Ingersoll ）称，公司将提供批发接入，其他公司可在网络上提供零售服务，公司希望探讨和协商这种合作机会。她表示，例如 VoIP 网络电话公司可在谷歌宽带上提供产品和服务。美国联邦通信委员会主席朱利斯 ·吉纳考斯基（ Julius Genachowski ）对谷歌的行动立即表示了欢迎，称大宽带将制造大机会。他在声明中表示，谷歌将为下一代高速革新互联网应用、设备和服务提供一个实验台。发布于： 2010-2-11


截止 2009 年 12 月 31日

中国互联网络信息中心（ CNNIC ） -- 第 25次中国互联网络发展状况统计报告


网民网络应用

截止 2009 年 12 月，使用率排名前三甲分别是网络音乐（ 83.5% ），网络新闻（ 80.1% ），搜索引擎（ 73.3

% ）。但从发展速度上看，商务交易类应用遥遥领先，商务交易类应用平均年增幅 68%。其中，网上支付用户年增幅 80.9%，在所有应用中排名第一。 2009年是商务类应用大发展的一年，中国网民群体网络应用正从娱乐型向消费商务化转变。


类型应用2008年使用率

2009年使用率

用户增长率使用率排名

增长率排名

网络娱乐网络音乐 83.7% 83.5% 28.8% 1 11信息获取网络新闻 78.5% 80.1% 31.5% 2 9信息获取搜索引擎 68.0% 73.3% 38.6% 3 7交流沟通即时通信 75.3% 70.9% 21.6% 4 13网络娱乐网络游戏 62.8% 68.9% 41.5% 5 6网络娱乐网络视频 67.7% 62.6% 19.0% 6 14交流沟通博客应用 54.3% 57.7% 36.7% 7 8交流沟通电子邮件 56.8% 56.8% 29.0% 8 10交流沟通社交网站 -- 45.8% -- 9 --网络娱乐网络文学 -- 42.3% -- 10 --交流沟通论坛 /BBS 30.7% 30.5% 28.6% 11 12商务交易网络购物 24.8% 28.1% 45.9% 12 5商务交易网上银行 19.3% 24.5% 62.3% 13 4商务交易网上支付 17.6% 24.5% 80.9% 14 1商务交易网络炒股 11.4% 14.8% 67.0% 15 3商务交易旅行预订 5.6% 7.9% 77.9% 16 2

各类网络应用使用状况及用户增长


一级指标二级指标三级指标使用率

个人互联网应用指数（ 56.1）

信息获取指数（ 76.7）网络新闻 80.1%搜索引擎 73.3%

网络娱乐指数（ 71.7）网络音乐 83.5%网络游戏 68.9%网络视频 62.6%

互动参与指数（ 49.0）

即时通信 70.9%电子邮件 56.8%更新博客 37.7%网上发帖 /回帖 30.7%

网络消费指数（ 20.2）网上购物 28.1%网络支付 24.5%旅行预订 7.9%

2009年个人互联网应用指数


指标级别中国美国一级指标个人互联网应用指数 56.1 59.6

二级指标

信息获取指数 76.7 80.0

网络娱乐指数 71.7 44.7

互动参与指数 49.0 45.8

网络消费指数 20.2 59.7

中美个人互联网应用指数对比


手机网民网络应用


　 2008 年 12月 2009 年 12月年增长量年增长率

IPv4 （个） 181,273,344 232,446,464 51,173,12028.2%

域名（个） 16,826,198 16,818,401 -7,797 -0.05%

其中 CN 域名（个） 13,572,326 13,459,133 -113,193 -0.83%

网站（个） 2,878,000 3,231,838 353,838 12.3%

其中 CN 下网站（个） 2,216,400 2,501,308 284,908

12.9%

国际出口带宽（ Mbps ） 640,286.67

866,367.20 226,080.53 35.3%

2008.12-2009.12年中国互联网基础资源对比


图 13 2006-2009中国 IPv4地址资源变化情况


数量（个）占域名总数比例CN 13,455,541

80.0%COM 2,783,652

16.6%NET 438,662

2.6%ORG 136,954

0.8%

合计16,814,809 100%

2009年底域名总数为 1681 万，其中有 80% 为 cn 域名。

中国分类域名数


　数量（个）占 CN 域名总数比例.cn 8612100 64.0%.com.cn 3105501 23.1%.net.cn 424664 3.2%.org.cn 181746 1.4%.adm.cn 1071333 8.0%.gov.cn 49730 0.4%.ac.cn 10454 0.1%.mil.cn 13 0.0%.edu.cn 3592 0.0%合计 13459133 100%

目前 CN 域名中， .CN结尾的二级域名比例仍然最高，占到 CN 域名总数的 64.0% ，其次是 .COM.CN 域名，占比为

23.1% 。

表：中国分类 CN 域名数


网站截至 2009 年 12月，中国的网站数，即域名注册者在中国境内的网站数（包括在境内接入和境外接入）达到 323万个，网站数量增长幅度不大。

图： 2006-2009中国网站规模变化注：数据中不包含 .EDU.CN 下网站数


地区地址量折合数

中国大陆 232,446,464 13A+218B+218C

中国台湾 27,102,208 1A+157B+140C

香港特区 8,413,184 128B+96C

澳门特区 212,224 3B+61C

联网基础资源附表联网基础资源附表

中国各地区 IPv4 地址数


地区 IPv6数量（ /32）

中国大陆 63块

中国台湾 2311块

香港特区 25块

澳门特区 2 块

中国各地区 IPv6 地址数


需求推动高速网络技术发展！


讲授方式：课堂教学为主，实验环节辅助学时分配：共 32学时，其中授课学时 26学时，实验 6 学时。

结课方式：（暂定！ 2 选 1 ）（ 1 ）每人一篇可供发表的学术论文（ 6000 字左右），内容与网络相关。分组讨论选题，不得雷同！或本课程前沿技术综述 1 万字。（ 2 ）期末开卷考试。

参考教材：李星等 . 高速计算机互联网络 , 人民邮电出版社 .2005.

郭联志 , 高速网络技术 . 厦门大学出版社 .2003 年 10月


主要课程内容：第 1 章高速网络技术综述 -6 1.1 背景及发展 1.2 高速网络传输技术新进展 1.2.1 高速以太网络技术 1.2.2 IP over SDH 1.2.3 IP over DWDM 1.2.4 IP over ATM (见第 3 章 3.2) 1.3 传输层技术进展 1.3.1 传输层概述 1.3.2 TCP 协议的流量控制与拥塞避免 1.3.3 实时传输协议 RTP 与 RTCP 1.3.4 基于 RTCP 的服务质量的动态监控第 2 章高速网络路由交换技术 -4

2.1 高速路由技术2.2 高速路由器队列管理算法2.3 交换路由技术 -MPLS2.4 光交换技术2.5 软交换技术


主要课程内容：第 3 章 ATM -4 3.1 ATM结构概述 3.2 IP over ATM第 4 章 VPN 和隧道技术 -4 4.1 VPN 4.2 隧道技术第 5 章高速网络应用层技术 -4 5.1 互联网下的多媒体通信应用技术 5.1.1 VoIP 技术 5.1.2 流媒体技术 5.1.3 视频会议与 MCU 技术 5.2 互联网应用扩展技术　 5.2.1　网格计算　　 5.2.2　对等网技术 5.2.3 集群技术 5.2.4 网络存储第 6 章无线网络技术 -2第 7 章 NGI -2


主要课程内容：附件：实验项目

3 个实验，每个实验 2 学时。(1) 实验 1 ： MPLS(2) 实验 2 ： VPN(3) 实验 3 ： P2P

具体实验内容，根据实验室条件与杨艳梅商量后确定。


1.1 背景及发展

应用层 FTP\HTTP\Telnet\SMTP\SNMP\DNS

应用层

表示层

会话层

传输层 TCP\UDP 传输层

网络层 IP\ICMP\ARP\IGMP 网络层

数据链路层网络接口层 Ethernet FDDI ATM FR X.25 ISDN 物理层

TCP/IP参考模型


1.2 高速网络传输技术新进展

定义 1 ：低速互联网由路由器和窄带通信线路互联起来的互联网称为低速互联网。传送文字和简单的图形信息。无法有效地传送图像、视频、音频和多媒体等宽带业务。一般采用租用线路、拨号上网等方式，其传输能力有限。


定义 2 ：高速互联网是指网络中的交换路由设备、中继通信线路、用户接入线路和用户终端都是高速的；通信中继带宽为几Gbps至几十 Gbps；接入带宽为 1-100Mbps；可以传送各种音视频和多媒体业务。




1.2.2 IP over SDH

1.2.3 IP over DWDM

1.2.4 IP over ATM (见第五章 5.2)

1.2.1 高速以太网络技术


1.2.1 高速以太网

1 、 100BASE-T 技术在双绞线上传输 100Mb/s

基带信号星型拓扑以太网使用 IEEE802.3标准


升级网络

由 10BASE-T升级到 100BASE-T需要：更换一块网卡配置一个 100Mb/s的集线器

不需要更换线路、网络协议和应用软件。


快速以太网的特点

分两类：

（ 1 ）共享型快速以太网系统：使用共享型集线器；

（ 2 ）交换型以太网系统：使用快速以太网交换器。 100BASE-FX 是使用光纤的全双工网络。 100BASE-T 网卡有很强自适应性。（ 10M/100M自适应就是在网络中网卡、集线器和交换机能够自动调节到双方均能接受的 10M/100M 速度下工作，即会自动调节到双方均能接受的最佳工作模式。）


快速以太网体系结构

数据链路层

物理层

LLC 子层

MAC 子层

物理信令子层

媒体

IEEE 802OSI


快速以太网的物理层

常见的 4 种以太网的物理层： 100BASETX （ 2 对 5 类 UTP ）、 100BASEFX （光纤

）、 100BASET4（ 4 对 3 类

UTP ）、 100BASET2 （ 2 对 3 类 UTP ）。

国内几乎都选用 5 类双绞线或光纤。物理层可以再分为编码 /译码和收发器两个功能模块（包括媒体，即 3 个部分）。


快速以太网系统构成

网卡收发器收发器电缆集线器双绞线或光缆


光纤分布式数据接口－ FDDI

主要特点：主要特点：使用基于 IEEE802.5令牌环标准的令牌传送MAC 协

议使用 802.5 LLC 协议，故与 IEEE802局域网兼容利用多模光纤进行传输，使用双环拓扑数据率为 100Mb/s ，光信号码元传输速率为

125Mbaud 1000 个物理连接（若都是双连接站，则为 500 个）分组长度最大为 4500B 最大站间距离为 2km ，环路长度 100km


FDDI 的四种应用环境

（ 1 ）计算机机房网（称为后端网络），用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速率与系统容错要求较高的环境。

（ 2 ）办公室或建筑物群的主干网（称为前端网络），用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设。

（ 3 ）校园网的主干网，用于连接分布在校园中各个建筑物中的小型机、服务器、工作站和个人计算机，以及多个局域网。

（ 4 ）多校园的主干网，用于连接地理位置相距几公里的多个校园网、企业网，成为一个区域性的互连多个校园网、企业网的主干网。


应用

FDDI 是使用光纤的令牌环网。对应 ISO 9314 国际标准，一般划分在 MAN范围。

具有动态分配带宽的能力，故能同时提供同步和异步数据服务。

应用最多是作为校园网的主干网。


FDDI 的构成

1. 两个数据传输方向相反的环路（主环和次环）。正常情况下工作环路叫主环，不工作的叫次环。当环路出现故障时， FDDI 能自动重新配置，同时启动次环工作。

2. 使用集中器。集中器有多个端口可以和多个单连接站（ SAS ）连接。（双连

接站简写 DAS ， 1 个连接站可以有 1 ～ 2 个 MAC 实体）


FDDI 和 FDDI-Ⅱ

FDDI-Ⅱ 以基本方式工作时，仅提供分组数据服务和 FDDI

一样。 FDDI-Ⅱ 以混合方式工作时，可以同时提供分组交换和电

路交换服务。


千兆位以太网用于网络的主干网，也可在高带宽的应用中连接工

作站和集线器。千兆位以太网使用两种成熟技术：

现有的以太网 ANSI制定的光纤通信

前兆位以太网物理层有两种标准： 1000BASE-X（ 802.3z） 1000BASE-T（ 802.3ab）


1000BASE X （ 802.3z标准）

1000BASE-SX 使用多模光纤和 850nm激光器 1000BASE-LX 使用单模光纤或多模光纤和 1300nm激

光器 1000BASE-CX 使用短距离的屏蔽双绞线电缆 STP


1000BASE T （ 802.3ab标准）

使用 4 对 5 类线 UTP

传输距离为 25m － 100m

采用载波延伸及分组突发技术


千兆位以太网特点

与现有大多数网络设施兼容简便的网络升级操作技术成熟稳定总体开销较低灵活的网络互联和网络设计性能高（多数采用无冲突的全双工交换式结构）


万兆位以太网

尚未成熟开发，采用 802.3ae标准

主要特点：主要特点：

（ 1 ）首先表现在物理层面上。万兆以太网是一种只采用全双工与光纤的技术，其物理层（ PHY）和 OSI模型的第一层（物理层）一致，它负责建立传输介质（光纤或铜线）和 MAC层的连接， MAC层相当于 OSI模型的第二层（数据链路层）。在网络的结构模型中，把 PHY 进一步划分为物理介质关联层（ PMD）和物理代码子层（ PCS）。


万兆位以太网

（ 2 ）万兆以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网及千兆以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。

（ 3 ）万兆标准意味着以太网将具有更高的带宽（ 10G）和更远的传输距离（最长传输距离可达 40公里）。



万兆位以太网

（ 4 ）在企业网中采用万兆以太网可以最好地连接企业网骨干路由器，这样大大简化了网络拓扑结构，提高网络性能。

（ 5 ）万兆以太网技术提供了更多的更新功能，大大提升QoS，具有相当的革命性，因此，能更好的满足网络安全、服务质量、链路保护等多个方面需求。



网络提速设备

1. 解决网络速度瓶颈方法：修宽路。提车速。

2. 新一代的网络骨干需要在速度、可伸缩性、 QoS3 方面改进。

采用光纤采用 DWDM 采用太（ T）比特交换式路由器。

3. 3 种流行的新型路由器结构中央处理器结构、交换结构、大规模并行结构


1.2.2 IP over SDH

1 、同步数字体系概况从 1984年开始，美国就开始了同步信号光传输标准的研究

和制定工作。 1985 年美国贝尔研究所提出了建立完整同步网的观点。后来美国国家标准协会 (ANSI)制定了有关 SONET 的国家标准。 1986 年夏，原 CCITT （现在的 ITU-T）开始关注 SONET标准，当时的 CCITT采纳了 SONET的概念，进行了一些修改和扩充，重新命名为同步数字体系 (SDH) ，并着手研究同步数字体系（ SDH）。 1988 年 ITU-T 第 18研究组通过了同步数字体系（ SDH）的 3 个主要建议，并在 1989年 ITU-T的蓝皮书上正式刊载，分别是：


（ 1 ） G.707----同步数字体系的比特率；（ 2 ） G.708----同步数字体系的网络节点接

口；（ 3 ） G.709----同步复用结构。


SONET与 SDH的比较


老的电信系统相比， SDH 有以下优点：●对设备的要求减少了；●网络的可靠性增加了，出错率大大降低了；● SDH 为低速率数字信号的传输提供了同步的多路复用格式，并且简化了数字交换机和加 /减多路复用的接口；

● SDH标准允许来自不同厂家的产品互相连接；● SDH 与 SONET兼容， SONET定义了光介质（ OC ）的等级，还定义了基于光纤的传输层电学的等效同步传输信号（ STS ）；

● SDH标准基于直接同步多路复用原理，这有利于提高成本效应和网络的灵活性。

一般情况下，从属信号可以被直接多路复用成为高速率的 SDH信号，而不用经过中间的多路复用阶段。 SDH几乎可以传送所有目前使用的从属信号。

● SDH 提供了高水平的网络管理和维护功能。


在美国和日本使用 SONET ，欧洲使用 SDH 。 1998

年底，我国已建成 8 纵 8 横的 SDH 光纤传输网。近两年还有架构在 DWDM （密集波分复用）之上的 SDH骨干传输网不断建成，目前 SDH仍然是我国数字传输网的主体。


2 、同步数字信号

同步信号、准同步信号和异步信号的含义：

● 满足以下条件的一组信号称为同步信号，即该信号必须在极高准确性下以相同的传输速率和相位传输，如果信号之间的传输速率和相位存在某种偏差，那么这种偏差必须在规定的范围内。

● 如果两个信号为准同步信号，那么这两个信号的传输速率和相位必须基本相同，它们之间的传输速率或相位偏差必须限制在一个很小的范围内。

● 如果一组信号为异步信号，那么各个信号的可变速率可以不等于标明的传输速率。


SDH基本信号：

SDH 可以通过灵活、同步的光传输系统承载不同容量的信号，多种信号可以通过字节交叉复用机制在同一同步光传输系统内传输。 SDH复用过程的第一步是生成最低层次的同步信号，即 SDH基本信号。 SDH基本信号被称为同步传输信号，简称 STM-1 （同步传输模块 -1 ），亦称为 SDH基群。


信号同步：

在同步传输系统（如 SDH）中，所有时钟的频率都是相同（同步系统）或基本相同（准同步系统）的，每一个时钟都是由稳定级别更高的参考时钟获得的（稳定级别最高的参考时钟是基准时钟）。


3 、 SDH 的技术原理

SDH帧机构：

SDH帧结构采用以字节为单位的块状帧结构。 STM-1 的帧可以分为三大部分，分别为净负荷（ payload）、管理单元指针（ AU PTR）和段开销（ SOH）。

段开销用于存放帧的定位、运行、管理和维护比特。端开销可以进一步分成再生段开销（ RSOH）和复用段开销（ MSOH）。


SDH复用映射：

传输速率的高速化是现代电信传输重要的发展方向，高速化的重要方式是采用时分复用（ TDM）的形式将多路低速信号复用成高速信号。

同步复用和映射方式是 SDH最突出的特点，也是 SDH的精华所在。它简化了数字信号的复用和解复用过程，使数字复用由 PDH方式下依赖大量固定的硬件配置转变成灵活的软件配置。


SDH 的复用不仅能使准同步数字传输（ PDH ）信号复用到 STM-n 中，而且能够使非 PDH 信号（如 ATM

信号）复用到 STM-n 中。具有一定频差的各种支路信号要想复用进 STM-n 帧，都要经历映射、定位校准和复用三个步骤。


我国规定的 SDH映射复用结构


映射复用结构基本原理首先，各种速率等级的数据流进入相应的容器

（ Container ， C ），以便完成时配功能（主要是速率调整）。然后，再进入虚容器（ Virtual Container ， VC），加入通道开销（ POH）。 VC 在 SDH网络中传输时可以作为一个独立的实体在通道中的任意位置取出或插入，以便进行同步复用和交叉连接处理。从 VC出来的数据流再按图中规定的路线进入管理单元（ AU）或支路单元（ TU）。在 AU和 TU中要进行速率调整，低一级数据流在高一级数据流中的起始点是浮动的。为准确确定起始点的位置， AU 和 TU分别设置了指针 AU PTR 和 TU PTR，从而可以在相应的帧内进行灵活和动态的定位。最后，在 n 个管理单元组（ AUG）的基础上再附加段开销（ SOH），便形成了 STM-n帧结构。


SDH映射复用结构中的几个重要名词：

（ 1 ）容器（ C ）：是用来装载传递各种速率信号的信息结构，主要完成速率调整等时配功能。需要复用传送的信号（如准同步信号以及 B-ISDN信号等）在容器中经过码速调整后变换成同步信号，因此，经过容器的信号速率会发生变化。 G.709建议中规定了 5 种标准容器，它们是 C-11 （输入速率为 1.544Mbps）、 C-12 （输入速率为 2.048Mbps）、 C-2（输入速率为 6.312Mbps）、 C-3（输入速率为 44.736Mbps/ 34.368Mbps）和 C-4（输入速率为 139.264Mbps）。我国目前仅涉及 C-12（输入速率为 2.048Mbps ）、 C-3 （输入速率为 34.368Mbps）和 C-4 （输入速率为 139.264Mbps ）这三种容器，这三种容器标准输入速率所对应的准同步信号分别为 E1 、 E3 和E4，属于我国使用的速率体系。


（ 2 ）虚容器（ VC）：是用来支持 SDH通道层连接的信息结构，它由 125μs 或 500μs的块状帧结构中的信息净负荷和通道开销（ POH）组成。虚容器（ VC）是 SDH中最为重要的一种信息结构，它的包封速率与 SDH网同步，不同的 VC是互相同步的。但是，在 VC内部却允许装载来自不同容器的异步净负荷。 VC在网络中传输时总是保持完整不变（除去在 VC的组合点和分解点），因而可以作为一个独立的实体十分方便地在通道里的任一点取出和插入，以便进行同步复用和交叉连接处理。虚容器（ VC ）分为低阶虚容器和高阶虚容器，图中VC-11 、 VC-12 、 VC-2 和 TU-3前的 VC-3是低阶虚容器； VC-4和 AU-3前的 VC-3是高阶虚容器。


（ 3 ）支路单元（ TU）和支路单元组（ TUG）：是为低阶通道层和高阶通道层提供适配功能的信息结构，它由低阶 VC加 TU指针组成。 VC 在 TU中的起始位置是浮动的，由 TU指针指明。一个或多个 TU经字节交叉复用并加入一些填充字节组成 TUG，加入额外的填充字节是为了保证完整的帧结构。

（ 4 ）管理单元 (AU)和管理单元组 (AUG):管理单元是提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构。 AU对高阶 VC 和复用段层进行适配，由高阶 VC加上 AU 指针构成， AU 经 AUG 复用后成为 STM － 1 帧结构的组成部分， AUG本身又可以复用成高阶同步传递模块。


特别注意， SDH 的映射复用结构特别重要，各种容器（ C ）的输入速度，往往就是传统的准同步网络（ PDH ）复用进入 SDH 的输入速度。在各种电信（包括固定通信和移动通信）通信大楼里工作的网络管理员，应该非常熟悉这些接口的连接。


SDH 网络设备 :

SDH 传输网是指由实际设备和传输介质（如光缆）组成的物理网络。

SDH 设备主要包括以下几个部分 :

（ 1 ）终端复用设备终端复用设备（ TM ）是放置在 SDH 网络入口处的复用设备

，是各种支流信号的集中器。（ 2 ）分插复用设备分插复用设备（ ADM ）一个复用 / 分离器能够将多个输入信

号复用成 OC-n 信号，也可以将某一路或多路信号从 OC-n 中取出。分插的意思是取出 / 加入（即分离 / 复用）。


（ 3 ）数字交叉连接设备

数字交叉连接设备（ DXC ）实际上相当于 SDH 网络的交换机。宽带 DXC 可以交换 VC-n信号。现在宽带 DXC 设备同时具有分插复用器和终端复用器的功能。 DXC 的核心是一个交叉连接矩阵。

（ 4 ）网络管理系统设备

网络管理系统（ NMS ）设备完成对整个 SDH 网络的管理。


SDH 光接口的分类与接口标准 :

SDH 的光接口是标准化的，所有 SDH 设备的光接口都应符合 ITU-T 的 G.957 建议。 SDH 的网络管理员必须对SDH 光接口的种类和代码了如指掌。

SDH 光接口的规格参数还包括光发射机的平均发光功率范围、最小消光比、信号眼图模版、光源的光谱特性、光通路允许的衰耗、色散值和反射、接收机的灵敏度等。


SDH标准光接口的有关参数和规格代码


SDH常见环状拓扑结构 :

SDH可以采取点到点的直接连接拓扑结构，也可以采用星状拓扑结构，但是 SDH网络最长见的还是环状拓扑结构。

构成 SDH环状拓扑结构的基本构件是分插复用器（ ADM），也可以采用数字交叉连接（ DXC）设备。多个分插复用器被设置成二纤双向环或二纤单向环。

这种环状拓扑结构当任意两个分插复用器的物理连接出现损毁（如光缆被挖断）时，分插复用器可以立刻检测到故障，并采取措施将信息流转移到另一条通路上，这样的环结构称为自愈环。


SDH环状拓扑结构


4 、 IP over SDH的体系结构

在与 OSI/RM 七层功能的对比中， SDH 协议相当于OSI/RM 中的物理层协议，主要负责在物理层介质上传送字节数据，而 IP协议属于网络层协议。

要使 IP 数据包在 SDH 网络中传送，在物理层一些和网络层协议之间还应当有数据链路层协议充当 SDH协议与 IP协议之间的接口。当前 IP over SDH的接口所采用的封装协议主要是 IETF定义的 IP/PPP/HDLC/SDH协议结构。


IP/PPP/HDLC/SDH/Optical协议栈


IP over SDH技术还在进一步完善之中，已有一些新技术投入应用，高速交换路由器技术的发展有力地推动了 IP over SDH的广泛应用。目前，各发达国家的骨干网基本上都采用 SDH传输机制。在我国， 90%的省级以上骨干网采用 SDH。相反， ATM交换机在全球的普及率还很低，所以国内外广泛建设的 SDH 环境为在Internet主干网上实施 IP over SDH创造了良好的条件。


1.2.3 IP over DWDM/WDM

波分复用技术已经广泛应用于现代通信传输的骨干网络中。本节主要介绍 DWDM的基本原理，以便初学者能够建立起初步的概念，为以后进一步的学习打下一定的基础。同时也使读者对计算机网络现行广域网中广泛应用的技术有一个原理性的概念，从而对计算机网络有全面、正确的认识。


1 、波分复用原理：波分多路复用器（ Wavelength division multiplexer ， WDM ）是个能将一个（组）波长分成许多个波长的分波器，而所谓的分波器就如同大家所熟知的三棱镜一样，它可以把射入棱镜的白光（一组波长）分成七色光（七种波长）。在最早的光通迅中，一条光纤仅设计给一个特定波长的光传递，由于WDM 技术的开发，使一条光纤可以由传递一个讯号变成传递多个讯号，在相同的铺设成本下，将光纤的使用率提高数倍，故 WDM 的观念在光纤用于通迅后不久便被提出。但是经 WDM 分波之后，每个波段分到的能量都太小，完全无法用于光纤讯号传送。直到 1994年，可适用于WDM 的放大器掺铒放大器（ Erbium-Doped Fiber Amplifier ， EDFA ）成功商用化之后， WDM 的使用才被业界注意。


波分复用（ Wavelength division multiplexing ， WDM ）技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个子信道，把光波作为载波信号，在发送端采用波分复用器（合波器）技术将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纡传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式，由于不同波长的光载波信号可以看作是独立的（不考虑光纤非线性时），而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输，双向传输只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可。


波分复用工作原理


由于 WDM实现了技术的提升，一个多工分波器（ WDM）可将一个光源分出越来越多的波长（或称信道， channels），所以为了区别起见，能分出较少波长者称作CWDM （ Coarse WDM），分出波长密度较高者称作 DWDM（ Dense WDM）。

多信道波分复用存在两种方式：一种成为密集波分复用（ Dense WDM ， DWDM ），另一种成为粗波分复用（ Coarse WDM， CWDM）。当需要在单一的光纤上传输大量的数字视频信号的时候，密集波分复用 DWDM是一种最佳的技术方案。此外，当进行短距离范围传输以及只需少量信道的时候，粗波分复用（ CWDM）以其每信道造价低的优势可以作为一个较好方案。


2 、波分复用系统硬件实现的关键技术

光源（光发射器）：

在光纤通信系统中，所用的光源有两类：一类是由半导体材料制造的，分为半导体激光器和半导体发光二极管；另一类是光纤激光器，这属于非半导体激光器。前一类是光纤通信系统中最常用的两种光源。

半导体激光器就是激光二极管，其优点是尺寸小、耦合效率高、响应速度快，其波长和尺寸与光纤事宜的波长和尺寸相配合，可直接调制，相干性好，因而是 DWDM/WDM 的主要光源。


光放大技术：

在光纤传输途中，将光信号进行中继放大是光传输系统的关键技术之一。目前常用的光放大器件有 3 种，分别为掺饵光纤放大器（ EDFA ）、半导体光放大器（ SOA ）和光纤拉曼放大器（ FRA ）。

（ 1 ）掺饵光纤放大器：其工作是建立在特殊的物理组成上的。与一般情况不同，掺饵光纤放大器中使用的光纤是在光纤芯层沉积中掺入极小浓度的稀土元素饵的掺饵光纤。

（ 2 ）半导体光放大器：是现代光放大器中最早出现的。它的基本结构、原理和特性与半导体激光器非常相似，工作原理都是基于激光半导体介质固有的受激辐射光放大机制。


通常半导体光放大器分为两类：一类是将普通半导体激光器用做光放大器，称为法布里—泊罗（ F-P ）半导体激光放大器；另一类是在 F-P激光器的两个端面上涂上抗放射膜，以获得宽频、低噪的高输出特性。

半导体光放大器的工作原理决定了其放大增益并不高，因此半导体放大器在现代光通信系统中作为纯粹功率放大的应用较少，它更多地是被用在高速通信网络中的光开关、光复用 /解复用器和波长变换器等光信号处理模块中。

（ 3 ）光纤拉曼放大器


光分波 / 合波技术：

在波分复用系统中，分波器和合波器是关键器件，波分复用器件是波分复用系统引入的新器件。将不同的波长的信号结合在一起的器件称为合波器；反之，将经同一光纤送来的多波长信号分解为不同波长分别输出的器件为分波器。同一器件既可作为分波器，又可作为合波器。它在超高速、大容量的波分复用系统中起着关键的作用。

光检测器：

光检测元件主要是光电二极管。常用的光检测器有两种类型：一种是正—本征—负（ PIN ）光电二极管，另一种是雪崩光电二极管。


3 、 IP over DWDM

IP over DWDM网络重叠模型


图中显示了 4 种方式的 IP over DWDM 网络重叠模型。其中 IP/ATM/SDH/DWDM 、目前很少使用了，目前主流的 IP over DWDM 的运作方式是 IP/SDH/DWDM。 IP/DWDM （即 IP directly over DWDM ）也越来越多地受到重视，具体的体系结构和协议还在进一步的完善之中。

要知道现在新建的 SDH 网络都是建立在 DWDM 或CWDM之上的，几乎没有 SDH 信道单独占用一条光线的情况了。近两三年来， IP via MPLS over DWDM 技术也得到了广泛重视，这很可能是未来 IP over DWDM 技术发展的主要方向，让我们密切关注吧。


1 、 ATM 网络概述 ATM (Asynchronous Transfer Mode) 中文译名就是异步传输模式 , �它是国际电信联盟 ITU-T制定的标准。早在 80年代中期，人们就已经开始进行快速分组交换的实验，建立了多种命名不相同的模型，欧洲重在图象通信把相应的技术称为异步时分复用（ ATD ），美国重在高速数据通信把相应的技术称为快速分组交换（ FPS ） , 国际电信联盟经过协调研究，于 1988 年正式命名为Asynchronous Transfer Mode(ATM) 技术，推荐其为宽带综合业务数据网 B-ISDN 的信息传输模式。 1991年成立了 ATM论坛，这是一个由硬件提供商、电信服务提供商和大用户组成的联盟。

1.2.4 IP over ATM


本章结束！

高速网络技术 high speed computer network technology

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