第8章 网络新技术 网络新技术8.1 光 纤 接 入 光纤接入是指局端与用户之间完全以光纤作光纤接入是指局端与用户之间完全以光纤作为传输介质。光纤接入可以分为有源光接入和无为传输介质。光纤接入可以分为有源光接入和无源光接入。光纤接入网是目前电信网中发展最为源光接入。光纤接入网是目前电信网中发展最为快速的接入网技术，除了重点解决电话等窄带业快速的接入网技术，除了重点解决电话等窄带业务的有效接入问题外，还可以同时解决高速数据务的有效接入问题外，还可以同时解决高速数据业务、多介质图像等宽带业务的接入问题。根据业务、多介质图像等宽带业务的接入问题。根据光纤深入用户的程度，可分为：光纤到办公室光纤深入用户的程度，可分为：光纤到办公室(FTTO)(FTTO)、光纤到小区、光纤到小区(FTTZ)(FTTZ)、光纤到楼层、光纤到楼层(FTTF)(FTTF)、光纤到家光纤到家(FTTH)(FTTH)等。等。网络新技术8.1.1 FTTH接入 FTTH可向用户提供极为丰富的带宽，所以一直被认为是理想的接入方式，对于推动信息社会的实现有重要作用，可大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤约是现有光纤的 23倍。 1. FTTH能提供超高带宽成熟的FTTH技术可以轻而易举为用户提供01G范围内的任意带宽。 2. 有低成本、技术成熟的FTTH解决方案 3. 运营商的竞争需要FTTH 4. 房地产开发商的竞争需要FTTH 5. 为用户提供多业务需要FTTH 6. 廉价的光缆推动FTTH网络新技术8.1.2 无源光网 PON(无源光网络)是一种不需要昂贵的中间电子部件的点对多点树，或者说星型拓扑光纤网络。这种网络仅在链路的两端使用电子部件，一端为运营商的中心机房，另一端为用户。PON的优势具体体现在以下几方面：(1)PON设备简单，安装维护费用低，投资相对也较小。(2)PON设备组网灵活，拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等多种网络拓扑结构。(3)安装方便，它有室内型和室外型。其室外型可直接挂在墙上，无须租用或建造机房。而有源系统需进行光电、电光转换，设备制造费用高，要使用专门的场地和机房，远端供电问题不好解决，日常维护工作量大。(4)PON适用于点对多点通信，仅利用无源分光器实现光功率的分配。(5)PON是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。(6)从技术发展角度看，PON扩容比较简单，不涉及设备改造，只需设备软件升级，硬件设备一次购买，长期使用，为光纤入户奠定了基础，使用户投资得到保证。网络新技术8.2 无 线 接 入 无线接入技术(Wireless Access Technology)也称无线本地环路(Wireless Local Loop)，主要功能是以无线技术(大部分是移动通信技术)为传输媒介向用户提供固定的或移动的终端用户。无线用户环路的宗旨和目标是提供与有线接入网相同的业务种类和更广泛的服务范围，无线用户环路由于具有应用灵活、安装快捷等特点，目前已成为接入技术中最热门的话题，受到各国尤其是电信业务急需普及的发展中国家的重视。 网络新技术8.2.1 移动电话系统移动电话(MobilePhone)已经过三代发展，每一代都有不同的技术：(1)模拟语音(2)数字语音(3)数字语音和数据20世纪70年代，移动电话系统得以开发，1983年正式投入使用。现今，传统的移动电话系统已经不能满足日益增长的移动用户的需求。人们开始希望能在飞机上、汽车上、海底的时候也可以打电话，还希望在所有这些地方也能发送电子邮件或者浏览网页。因此，无线电话将有极大的发展空间和市场机会。无线电话有两种基本的流行方式：无绳电话(CordLessPhone)和移动电话(也称蜂窝电话CellPhone)。无绳电话包含一个基座和一个手持机。无绳电话不用于网络连接，所以不再讨论。那么注意力便集中在了移动电话系统上，它已经被广泛用于语音和数据通信方面。网络新技术8.2.2 无线局域网 伴随着有线网络的广泛应用，以快捷高效、组网灵活为优势的无线网络技术也在飞速发展。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。 无线局域网(Wirelesslocal-areanetworkWLAN)就是在不采用传统缆线的同时，提供以太网或者令牌网络的功能。通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆，构成有线局域网。但有线网络在某些场合要受到布线的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网络中的各节点不可移动。特别是当要把相距较远的节点连接起来时，敷设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长，对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞。无线局域网就是为解决有线网络以上这些问题而出现的。 网络新技术无线局域网的网络速度与以太网相当。一个无线局域网最多可支持100多个用户的接入，最大传输范围可达到几十公里，具有以下几大特点：(1)具有高移动性，通信范围不受环境条件的限制，拓宽了网络的传输范围。(2)抗干扰性强。(3)安全性能强。(4)扩展能力强。(5)建网容易，管理方便。(6)开发运营成本低。(7)受自然环境、地形及灾害影响小。网络新技术8.2.3 微波接入 所谓微波是指频率大于1GHz的电波。 数字微波通信和光纤、卫星一起被称为现代通信传输的三大支柱。 数字微波设备所接收与传送的是数字信号，数字微波采用正交调幅(QAM)或移相键送(PSK)等调幅方式，传送语音、数据或是影像等数字信号。数字微波具有较佳的通信品质，而且在长距离的传送过程中比较不会有杂音累积。数字微波作为一种无线传输方式，在灵活性、抗灾性和移动性方面具有光纤传输所无法比拟的优点，这也是它的优势所在。 目前数字微波通信技术的主要发展方向是：(1)提高QAM调制级数及严格限带。(2)网格编码调制及维特比检测技术。(3)自适应时域均衡技术。(5)其他技术。(4)多载波并联传输。网络新技术数字微波通信系统的主要应用场合：(1)主干线光纤传输的备份及补充。(4)未来的宽带业务接入(如光纤通信技术MDS)。(3)城市内的短距离支线连接。(2)农村、海岛等边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务的场合。网络新技术8.2.4 卫星接入随着Internet的快速发展，利用卫星的宽带IP多介质广播解决Internet带宽的瓶颈问题，通过卫星进行多介质广播的宽带IP系统逐渐引起了人们的重视，宽带IP系统提供的多介质(音频、视频、数据等)信息和高速Internet接入等服务已经在商业运营中取得一定成效。由于卫星广播具有覆盖面大，传输距离远，不受地理条件限制等优点，利用卫星通信作为宽带接入网技术，将有很大的发展前景。 卫星通信在Internet接入网中的应用，在国外已很广泛。 网络新技术8.2.5 蓝牙接入蓝牙(Bluetooth)技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口(RadioAirInterface)及其控制软件的公开标准，使通信和算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能(Interoperability)。蓝牙技术的作用是有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙技术的最初倡导者是五家世界著名的计算机和通信公司：爱立信Ericsson，国际商用机器IBM，英特尔Intel，诺基亚Nokia和东芝Toshiba。并于1998年5月成立了“蓝牙”特殊利益集团(BluetoothSpecialInterestGroup)，把蓝牙技术理念推向社会，使其成为一种无线电技术全球规范。网络新技术8.2.6 无线USBWUSB WUSB是2004英特尔春季技术峰会提出的一个全新无线传输标准。蓝牙和WUSB均属于小范围的个人网络通讯。最初，蓝牙依靠通讯质量和速度打败了红外线传输技术。但是随着人们日益增加的通讯速度要求，12Mb/s的蓝牙通讯速度逐渐不能胜任多介质、宽带等各项应用；而覆盖范围达到2米、通讯速率达480Mb/s的WUSB正在展现实力。1. WUSB的拓扑网络新技术2. WUSB的规格WUSB的带宽为480Mb/s，和现在的有线USB 2.0标准是相同的。WUSB的目标是象无线电的发展一样，通过各种新的技术改进，逐步由开始的480Mb/s，达到1Gb/s的极限。 3. 无线系统的能源提供OFDM联盟发展能耗低于300mW的WUSB技术，同时，正把能耗向100mW的方向发展。 4. WUSB的应用层网络新技术5. 装置连接的安全 无线的WUSB也会提供一些密码保护等高度的安全手段，最大限度保证使用者的数据安全。 6. WUSB的未来 未来，WUSB将会向整合的方向发展，变成一个标准芯片组的一部分。如同有线的USB技术一样，无线的WUSB将会提供一些USB所不能提供的功能。无线WUSB联盟正在努力的制订一个标准的规格书。同时，工业上也在开发WUSB产品，为消费者提供更好的方便性和移动性。网络新技术8.3 主 干 网 络主干网(BackboneNetwork)是由许多路由器连接到其上的中央网络。在Internet中，主干网采取广域网技术。新一代宽带IP网主流技术主要有IPoverATM、IPoverSDH、IPoverWDM等。其中IPoverATM融合了IP和ATM的技术特点，发挥了ATM支持多业务，提供QoS的技术优势；IPoverSDH直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善的支持，提高了传输效率；而IPoverWDM采用高速路由交换机和DWDM技术，极大地提高了网络带宽，对不同速率、不同数据帧格式的业务提供全面的支持。网络新技术8.3.1 IPoverATM1. IPoverATM基本原理和工作方式把IP数据报在ATM交换机的ATM层全部封装成ATM信元，然后以ATM信元在信道中传输。即当网络中的交换机收到一个IP数据报后，它首先按照IP数据报的IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。然后再按照已计算的路由在ATM网中建立虚电路VC，最终所有接收到的IP数据报将在已建立的虚电路VC上以直通方式传输到网络边缘的路由器上，从而有效解决了路由器的瓶颈问题，并把IP数据报的转发速度提高到交换速度。网络新技术2.ATM技术承载IP业务的分类用ATM技术来承载IP业务，可以分为两大类：迭加模式和集成模式。(1)迭加模式：即IP网的寻址是迭加在ATM网的寻址基础上的，也就是说在该模式中ATM的寻址方式是不变的，IP地址在网络边缘设备中被映射成ATM地址，然后IP数据报再据此被传输到网络另一端的边缘设备。该模式最大的特点就是IP业务只是ATM网承载的众多业务之一，比较典型的有局域网仿真(LANE)，经典的IPoverATM(CIPOA，ClassicalIPoverATM)，ATM上的多协议(MPOA，MultiprotocoloverATM)。(2)集成模式：即是ATM网设备和IP网设备集成在同一设备中，此时ATM网的寻址已不再是独立的，其将要受到IP网设备的干预，ATM层可看成IP层的对等层，ATM端点设备也只需使用IP地址标识，不需地址解析协议，从而使得该模式下IP数据报的传输效率较高。比较典型的有IP交换(IPSwich)技术，标记交换(TagSwich)技术和MPLS技术。网络新技术3.IPoverATM的特点从以上分析可以看出，IPoverATM具有如下优缺点。1)优点(1) 可利用ATM技术提供的QoS保证来提高IP业务的服务质量；(2) 具有良好的流量控制均衡能力及故障恢复能力，网络可靠性高；(3) 可利用ATM技术提供的多业务支持能力支持IP网的可扩展能力；(4) 对其他多种协议如IPX等都能支持。2)缺点(1)IP优先级(COS)分类还不能映射到ATM的QoS质量保证；(2)对IP路由支持一般，且由于IP数据报封装时加入大量头信息，造成带宽浪费；(3) 在复制多路广播方面效率不高；(4) 由于ATM本身技术复杂，导致管理困难。 网络新技术8.3.2 IPoverSONET/SDH 1.IPoverSONET/SDH的优点(1)IP数据报通过PPP协议直接映射到SONET/SDH帧结构上，省去中间的ATM层，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SONET/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SONET/SDH技术的各种优点，如自动保护切换APS，保证网络的可靠性；(4)有利于实施IP多点广播技术(IPMulticasting)。2.IPoverSONET/SDH的缺点(1)仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台；(2)不能像IPOverATM技术那样提供较好的服务质量保障(QoS)。网络新技术8.3.3 IPoverWDMIPoverWDM(波分复用)，也称作光因特网，是目前最新的技术。其基本原理和工作方式是：在发送端，将不同波长的光信号组合(复用)送到一根光纤中传输，在接收端，又将组合光信号分开(解复用)并送入不同终端。即将IP数据报直接放在光纤上传输。它是一种链路层数据网，此时，高性能的路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤上，由它来控制波长完成接入、交换、选路和保护。IPoverWDM的帧结构有两种：SDH帧结构和吉比特以太网帧结构，现在可以系统实地运行的还是SDH帧结构，因此，基于这种工作方式的IPoverWDM，其本质上还是IPoverSDH。网络新技术1.IPoverWDM的优点(1)能充分利用有限的光纤资源，极大地提高带宽和传输速率；(2)对所传输数据的传输码率、数据格式及调制方式透明，如可以传输不同码率的ATM、SDH和吉比特以太网信号；(3)具有较强的兼容性，并支持未来的宽带业务网及网络升级。2.IPoverWDM的缺点(1)到目前为止，工作波长的标准化还没有实现；(2)WDM系统的网络管理还不成熟；(3)到目前为止，WDM系统的网络拓扑结构还只是基于点对点的工作方式，并没有形成“光网”。网络新技术8.4 通信服务下一代网络(NGN)下一代网络(NGN：NextGenerationNetwork)是基于分组的网络，能够提供电信业务，可以同时提供话音、数据、多介质等多种业务的综合性的、全开放的宽频网络平台体系；利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立。此外，NGN可以使用户自由接入到不同的业务提供商，并支持通用移动性。目前NGN标准领域主要的国际组织包括国际电联的专题NGN组，欧洲电信标准组织ETSI，3G标准组织3GPP和IETF等。对于“什么是NGN”，尽管目前还没有统一的看法，但在以下几方面基本达成共识：(1)下一代网络应支持业务的多样化,包括语音、数据和多介质业务，支持实时/非实时的业务，同时应支持业务的个性化、业务的移动性、开放性和灵活性。(2)下一代网应是以IP为基础的分组交换的网络；业务承载网和业务网相分离，网络结构是分层的结构，各层之间具有开放的标准接口；传送网为高带宽的光传送网；该网络支持广泛的移动性(终端的移动性和用户的移动性)等。(3)网络具有服务质量保证和安全保证；网络是可维护、可运营并且是可赢利的多业务网络。(4)下一代网络必须要能与传统网配合，因为无论网络如何演进，现有的传统的网络还要继续发挥作用，还要充分利用现有的网络资源，因此下一代网络必须解决与传统的现有的各种网络的配合和互通。网络新技术8.5 网 格 计 算网格一词译自英文单词“Grid”，是把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，其规模可以大到某个国家，小到企事业内部，甚至家庭和个人。网络新技术8.5.1 网格计算的概念网格计算(GridComputing)是利用网络中一些闲置的处理能力来解决复杂问题的计算模式，适于大型科学计算和项目研究。网格计算是利用互联网技术，把分散在不同地理位置的计算机组成一台虚拟超级计算机。每一台参与的计算机就是其中的一个“节点”，所有的计算机就组成了一张节点网：网格。这种应用有两大优势：计算能力强，费用低。在实质上来说“网格计算”是一种分布式应用，网格中的每一台计算机只是完成工作的一个小部分，这样的计算方式就好像是“蚂蚁搬山”，虽然单台计算机的运算能力有限，但成千上万台计算机组合起来的计算能力就可以和超级计算机相比了。网络新技术8.5.2 网格计算的关键技术为解决不同领域复杂科学计算与海量数据服务问题，人们以网络互连为基础构造了不同的网格，有代表性的如：计算网格、拾遗网格、数据网格等。它们在体系结构和需要解决的问题类型等方面不尽相同，但都需要共同的关键技术，主要有如下几种。(1)高性能调度技术(2)资源管理技术(3)网格安全技术它涉足了诸多领域，主要包括以下方面(1)网格节点(2)宽带网络系统(3)资源管理和任务调度工具(4)监测工具(5)应用层的可视化工具网络新技术必须解决以下问题：(1)要解决目前互联网的数据传输能力不足的问题；(2)要进一步解决人机通信的问题；(3)要解决网格上资源共享中的知识产权问题；(4)要保障网格计算的安全性。网络新技术