宽带接入技术与实践,杨 威 山西师范大学网络信息中心,人民邮电出版社,第2章 宽带接入技术基础,2019/5/24,学习目标： 理解接入网组成，接入网接口及接入网分层模型； 基本掌握基于路由原理和隧道的宽带接口； 熟悉PPP帧格式及工作过程，HDLC帧格式与使用，LAPF帧协议与寻址； 熟悉ATM信元格式，理解ATM参考模型及接入网中的作用； 熟悉PPPoE、L2TP报头格式，掌握基于L2TP的网络拓扑结构、理解IPSec隧道与类型； 熟悉RTP/RTCP协议，RTP报文格式，RTCP报文格式、RTCP的工作流程，掌握流媒体技术原理。,第2章宽带接入技术基础,2019/5/24,第2章 宽带接入技术基础,接入网基础知识 宽带接口技术 宽带接入协议 点对点隧道协议 多媒体通信协议 流媒体传输技术,2019/5/24,国际电信联盟（ITUT）第13组于1995年7月通过了建议G.902的定义 接入网络是由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）所组成，如下图所示，为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统,2.1.1 接入网组成,2019/5/24,2.1.1 接入网组成,2019/5/24,2.1.2 接入网主要接口,1. 用户网接口 用户网接口（UNI）位于接入网的用户侧，是UTE与接入网之间的接口。 接入网通过UNI为用户提供各种业务服务，UNI分为独享式和共享式两种。 独享式UNI是指UTE通过UNI只能接入到一个SNI； 共享式UNI是指UTE通过UNI可以接入到多个SNI。,2019/5/24,共享式UNI的配置,一个共享式UNI可以支持多个逻辑接入，每个逻辑接入通过不同的SNI连向不同的SNI，而不同的逻辑接入则由不同的用户口功能（UPF）支持。接入网的系统管理功能（AN-SMF）则对UNI的传输媒介质进行监控，并协调与SNI的操作。,2019/5/24,2.1.2 接入网主要接口,2. 业务节点接口 业务节点接口（SNI）位于接入网的SN侧，是接入网与SN之间的接口。它独立于SN和交换机，支持较宽范围的接入类型。把不同业务的SN通过不同的SNI与接入网相连，进而向用户提供多种不同的业务服务。,SN支持的业务类型 ： 第一，单个本地交换机。它可以支持PSTN业务，N-ISDN业务，B-ISDN业务或PSPDN（分组交换公用数据网）业务等。 第二，单个租用线SN。它可以支持以电路交换方式为基础的租用线业务；以ATM交换方式为基础的租用线业务；以分组交换方式为基础的租用线业务等。 第三，特定配置下提供数字图像和声音点播业务的SN。 第四，特定配置下提供数字或模拟图像和声音点播业务的SN。,SN1的类型 数据通信网的用户接口是X接口； ISDN网的用户接口是I接口。 电话网的用户接口有两类，即Z接口（模拟接口）和V接口（数字接口）。 Z接口支持电话网的模拟用户终端接入，V接口支持数字用户终端接入。 支持数字用户终端接入的V接口经历了从V1接口到V5接口的发展过程。V1到V4接口都是专用的封闭接口，V5接口适用于电话网、数据网和ISDN网的开放式接口。,2019/5/24,2.1.2 接入网主要接口,3. Q3接口 Q3是接入网与TMN的接口，也是TMN与电信网各被管理部分连接的标准接口。作为电信网的一部分，接入网管理也应纳入TMN管理范围之内。接入网通过Q3标准接口与TMN相连来实现TMN对接入网的管理与协调，从而提供用户所需的接入类型及承载能力。,2019/5/24,2.1.3 接入网分层模型,接入网分层模型有四层，即接入承载处理功能（AF）、电路层（CL）、通道层（TP）、传输媒质层（TM）。其中，后三层构成传送层。,接入网分层模型,2019/5/24,2.1.4 接入网功能结构,接入网有五个基本功能组，即用户口功能组（UPF）、业务口功能组（SPF）、核心功能组（CF）、传送功能组（TF）和系统管理功能组（SMF）。,2019/5/24,2.1.5 接入网管理,接入网管理应当纳入电信管理网（TMN）的管理范围之内。TMN对接入网（AN）的管理包括接入网的操作、控制、监测与维护等功能。,接入网管理结构,TMN对接入网的管理是由接入网操作系统功能单元（AN-OSF）负责进行的，TMN对SN的管理是由业务节点操作系统功能单元（SN-OSF）负责进行的。AN-OSF通过Q3接口负责对接入网网元功能组（AN-NEF）进行管理，SN-OSF则通过Q3接口负责对业务节点网元功能组（SN-NEF）进行管理。,2019/5/24,2.2宽带接口技术,宽带接入的复杂性 基于路由原理的宽带接口 基于隧道的宽带接口,2019/5/24,宽带接入的复杂性,宽带接入的地址转换示意图,关键的问题是如何把用户局域网中的以太协议MAC数据帧，转换成广域接入网中的数据帧。,2019/5/24,基于路由原理的宽带接口,参照路由器的原理，在用户局域网和宽带骨干网之间构造一个类似路由器的协议栈，即宽带接口 。,2019/5/24,基于隧道的宽带接口,基于PPP协议的隧道接口协议PPPoE（Point to Point over Ethernet）。该方案是在MAC数据帧之上，打通一条通向宽带骨干网络的隧道，将隧道协议封装在MAC数据帧中。这样，极大地简化了协议转换过程，提高了效率,2019/5/24,HDLC协议 PPP协议 PPPoE协议 帧中继协议 ATM协议,2.3宽带接入协议,2019/5/24,为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、 标准或约定。 协议=语义+语法+时序,什么是网络协议？,语法确定通信双方之间“如何讲”，由逻辑说明构成；确定通信时采用的数据格式、编码、信号电平及应答结构等 语义确定通信双方之间“讲什么”，由通信过程的说明构成；要对发布请求、执行动作及返回应答予以解释，并确定用于协调和差错处理的控制信息。 时序确定事件的顺序及速度匹配和排序等。,2019/5/24,2.3.1 HDLC协议,HDLC是面向比特的同步通信协议，主要为全双工点对点操作提供完整的数据透明度。 支持对等链路，表现在每个链路终端都不具有永久性管理站的功能。 HDLC具有高级数据链路控制正常响应、HDLC链路访问过程平衡（LAPB）两种实现方式。 为确保流量控制、差错监测和恢复，HDLC LAPB要求额外开销最小。 如果数据在两个方向上（全双工）相互传输，数据帧本身就会传送所需的信息，从而确保数据完整性。,HDLC协议帧格式,2019/5/24,2.3.2 PPP协议,PPP（Peer-Peer Protocol，点对点协议）支持在各种物理类型的点到点串行线路上，传输上层协议报文,PPP协议组成： 将IP数据包封装到串行链路。PPP既支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据），也支持面向比特的同步链路。 建立、配置和测试数据链路的链路控制协议LCP（Link Control Protocol）。通信双方可协商一些选项。在RFC 1661文档中定义了11种类型的LCP分组。 网络控制协议NCP（Network Control Protocol），支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层、DECnet、AppleTalk等。,PPP帧格式,2019/5/24,PPP协议,（1） 广域网（点-点）协议 PPP：支持同步（如专线DDN），异步（电话拨号DDR）； HDLC：只支持同步（如专线DDN）； LCP：链路控制协议，支持链路建立、链路终止； NCP：网络控制协议，用来选择那些协议进行传输，支持IP、IPX等 （2）广域网（点-点）连接 地址是固定对端的，通过四个阶段完成： 连接建立、连接品质优化、网络层协议、连接终止。,2019/5/24,PPP链路工作过程,当用户拨号接入ISP（Internet服务提供者）时，与路由器连接的调制解调器对拨号做出应答，并建立一条物理连接。 这时PC机向路由器发送一系列的LCP分组（封装成多个PPP帧）。这些分组及响应选择了将要使用的一些PPP参数，接着进行网络层协商，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，这样PC机就成为Internet上一个客户机了。 当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着LCP释放数据链路层连接，最后释放的是物理层的连接。,2019/5/24,PPP协议验证,pap验证 两次握手，用户名和口令 是明码传输，不安全；不停发送， 直到对方给出应答。简单。 chap验证 三次握手，周期验证，加密传输，安全。,2019/5/24,2.3.3 PPPoE协议,PPPoE的实质是以太网和拨号网络之间的一个中继协议，它继承了以太网的快速和PPP拨号的简捷、用户验证和IP分配等优势。 PPPoE协议可以把数据帧报文按照PPP的格式定义封装，例如，数据链路控制协议报文、网络层控制协议报文、认证报文等。 这种功能需要在两个对等的端到端网络之间建立一种点到点的传输。而不是像以太网络或其他多点访问网络中定义的点到多点的传输。,2019/5/24,PPPoE协议两个阶段：发现和PPP会话,发现阶段。在发现过程中客户机以广播方式，寻找可以连接的所有的接入交换机，并获得其以太网MAC地址。然后选择需要连接的认证服务器（提供PPPoE接入服务的主机），并确定所要建立的PPP会话识别标号 。 PPP会话阶段。客户机与接入交换机根据在发现阶段所协商的PPP会话连接参数，进行PPP会话。,2019/5/24,帧中继（Frame Relay, FR）特征:,工作在OSI/RM的物理层和数据链路层 帧中继使用永久虚电路（PVC）来建立通信连接，并通过虚电路实现多路复用 用链路层的HDLC帧来封装各种不同的高层协议，如IP、IPX、AppleTalk等 适用于在WAN上实现LAN的互联 传输速率一般为56Kbps45Mbps,2.3.4 帧中继协议,2019/5/24,F.R与OSI/RM的对应关系 F.R是CCITT和ANSI标准，定义了在公共数据网(PDN)上发送数据的流程，属于高性能的链路层协议。 它对应于OSI层次模型的最下二层。,网络层,数据链路层,物理层,高层,网络层,数据链路层,物理层,X.25,OSI,F.R,帧中继,物理层,2019/5/24,F.R网络的组成,FRS,FRS,FRS,FRS,网桥,CSU/DSU,Router,Router,广域网,Router,帧中继在这里工作,Host,Bridge,2019/5/24,F.R的工作原理,本质上仍是分组交换技术，但舍去了X.25的分组层，仅保留物理层和数据链路层，以帧为单位在链路层上进行发送、接收、处理 在链路层上完成统计复用，实现帧定界、寻址、差错检测；但省略了帧编号、重传、流控、窗口、应答、监视等功能 帧出错或发生阻塞时，仅仅简单地丢弃；重传、纠错和流控在端设备中由上层协议(如TCP)完成 （这是因为F.R是基于光纤线路的，而光纤线路误码率很低，无需点到点纠错） F.R用数据链路连接标识符DLCI来标识虚电路(最多1024个)，不同的DLCI在链路层上实现了复用,2019/5/24,标志,DLCI、FECN、BECN、DE等,数据,FCS,标志,1,2,2,1,可变,标志：帧的开始和结束 DLCI：数据链路连接标识符，标识一个虚电路 FECN：前向显式阻塞通知（Front Explicit Congestion Notification） BECN：后向显式阻塞通知 DE：允许丢弃指示,F.R的帧结构,2019/5/24,2.3.5 ATM协议,ATM简介 Asynchronous Transfer Mode,异步传输模式。是CCITT用于描述数字信号传输、复接、交换等相关的技术术语。 电路交换技术：PSTN、ISDN 分组交换技术：X.25、 ATM、 FR ATM快速