信息网络与协议第二章第二章 接入网技术接入网技术 信息网络与协议信息网络与协议主要内容主要内容概述概述电话网络接入电话网络接入Internet802.11无线局域网无线局域网光接入网光接入网 信息网络与协议信息网络与协议概述概述接入网（接入网（Access Network）用来把用户网络或者设备接入到用来把用户网络或者设备接入到Internet的网络的网络也被称为最后也被称为最后1公里接入公里接入宽带接入成为主流（宽带接入成为主流（FCC 2010: 4Mbps downstream/1Mbps upstream)DSL、Cable、Fibre、Wireless Broadband (Fixed/Mobile)Internet（核心网（广域网（核心网（广域网/城域网城域网/.）接入网接入网接入网接入网接入网接入网 信息网络与协议信息网络与协议4宽带接入市场现状宽带接入市场现状Source: OECD, Broadband Portal, www.oecd.org/sti/broadband/oecdbroadbandportal.htm OECD: Organisation for Economic Co-operation and Development（包括主要发达国家，不包括中国）（包括主要发达国家，不包括中国） 信息网络与协议信息网络与协议5固网接入：光进铜退固网接入：光进铜退 信息网络与协议信息网络与协议6(FTTH/FTTO)国内国内 信息网络与协议信息网络与协议常用接入网类型常用接入网类型基于基于ATM架构类架构类传统电信网络：传统电信网络：点对点点对点DSL（电话线）（电话线）基于基于IEEE 802参考模型的局域网参考模型的局域网架构类架构类新兴新兴IP网络：网络：共享共享以太网（以太网（802.3）、无线局域网）、无线局域网（802.11）、甚至包括无线城域）、甚至包括无线城域网（网（802.16）光纤接入类光纤接入类基于基于ATM：APON、GPON基于以太网：基于以太网：EPON物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层局域网局域网ATM 信息网络与协议信息网络与协议常用接入网类型常用接入网类型基于基于ATM架构类架构类传统电信网络：传统电信网络：点对点点对点DSL（电话线）（电话线）基于基于IEEE 802参考模型的局域网参考模型的局域网架构类架构类新兴新兴IP网络：共享网络：共享以太网（以太网（802.3）、无线局域网）、无线局域网（802.11）、甚至包括无线城域）、甚至包括无线城域网（网（802.16）光纤接入类光纤接入类基于基于ATM：APON、GPON基于以太网：基于以太网：EPON物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层局域网局域网ATM 信息网络与协议信息网络与协议ATM：概述：概述ATM： Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式，异步传输模式既可用于接入网，也可以用于核心网既可用于接入网，也可以用于核心网面向连接的分组交换面向连接的分组交换/虚电路交换虚电路交换Q.2931：连接建立信令：连接建立信令信元：基本交换单位，固定长度（信元：基本交换单位，固定长度（5字节头标字节头标48字节字节数据）数据）为什么选择固定长度（为什么选择固定长度（53字节）的信元？字节）的信元？1）构建硬件简单）构建硬件简单2）交换单元并行处理）交换单元并行处理3）队列行为优化：控制延迟、提高队列处理效率）队列行为优化：控制延迟、提高队列处理效率 信息网络与协议信息网络与协议ATM：信元：信元队列优化举例：队列优化举例：假设：链路带宽假设：链路带宽100Mbps，队列中的分组具有不同的，队列中的分组具有不同的优先级优先级变长分组网络：最大分组长度为变长分组网络：最大分组长度为4KB，在交换机开始，在交换机开始传输一个传输一个4KB的分组之后到达一个高优先级的分组，的分组之后到达一个高优先级的分组，必须在队列中等待必须在队列中等待327.68us才能通过输出端口传输才能通过输出端口传输ATM网络：信元固定长度为网络：信元固定长度为53B，最长等待时间将是，最长等待时间将是538/100=4.24us，而且这个时间是固定的，而且这个时间是固定的结论：使用固定长度信元具有控制延迟的能力，特别结论：使用固定长度信元具有控制延迟的能力，特别是控制延迟抖动的能力，这对某些应用例如实时应用是控制延迟抖动的能力，这对某些应用例如实时应用非常重要非常重要 信息网络与协议信息网络与协议ATM：业务类型：业务类型CBR业务业务Constant Bit RateVBR业务业务Variable Bit RateABR业务业务Available Bit RateUBR业务业务Unspecified Bit Rate业务类型业务类型话音、视频等话音、视频等提供最高程度的提供最高程度的服务质量保证，服务质量保证，保证带宽、延迟保证带宽、延迟抖动抖动业务产生的数据业务产生的数据可能是突发的，可能是突发的，要求延迟抖动小要求延迟抖动小具有突发性，可具有突发性，可保证最大延迟，保证最大延迟，压缩话音、视频压缩话音、视频利用剩余带宽，利用剩余带宽，根据网络可用带根据网络可用带宽和拥塞状态来宽和拥塞状态来调整传输速率调整传输速率文件传输、文件传输、email等等利用剩余带宽，利用剩余带宽，对延迟和延迟抖对延迟和延迟抖动没有严格要求动没有严格要求的业务的业务CellsVoiceDataVideo高高低低 信息网络与协议信息网络与协议ATM：虚电路：虚电路虚电路虚电路VPI和和VCI来标识来标识VPI：Virtual Path Identification，虚路径标识虚路径标识VCI：Virtual Channel Identification，虚通道标识虚通道标识ATM Physical Link虚电路连接虚电路连接 (VCC)Virtual Path (VP)Contains Multiple VCsVirtual Channel (VC)Logical PathBetween ATM End PointsVirtual Channels (VC)Virtual Channels (VC)E3OC-2Virtual Path (VP)Virtual Path (VP)Connection Identifier = VPI/VCIVPI/VCI 信息网络与协议信息网络与协议ATM：虚电路：虚电路Why VPI+VCI 信息网络与协议信息网络与协议Permanent Virtual Circuit (PVC)A AB BD DC CInputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI1333022 215153 31414164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI1 129293 345452 252524 41515164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI1 145452 2161625212916432932916429293030101016161515454514144343InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI1 116162 243433 314144 4101016432932916412423324123VPI/VCI tables in network equipment updated by administrator 信息网络与协议信息网络与协议Switched Virtual Circuit (SVC)BD1241332412UNIUNISignalingSignalingNNINNISignalingSignalingCUNIUNISignalingSignalingInputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI252129164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI129345164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI164329329164A3UNI = User-to-Network Interface NNI = Network-to-Network InterfaceDynamically set up connections via signaling 信息网络与协议信息网络与协议Switched Virtual Circuit (SVC)B BD DUNIUNISignalingSignalingNNINNISignalingSignalingC CUNIUNISignalingSignalingInputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI252129164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI129345164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI164329329164A A1 129293 345451 145452 216161 116162 2434312413324123Transfer data over newly established linkUNI = User-to-Network Interface NNI = Network-to-Network Interface 信息网络与协议信息网络与协议Switched Virtual Circuit (SVC)B BD DNNINNISignalingSignalingC CUNIUNISignalingSignalingInputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI252129164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI129345164329329164InputInputOutputOutputPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI164329329164A AUNIUNISignalingSignalingUNI = User-to-Network Interface NNI = Network-to-Network InterfaceDynamically tear down connections via signaling12413324123 信息网络与协议信息网络与协议ATM：信元格式：信元格式用户用户-网络接口（网络接口（ UNI：UserNetwork Interface）网络网络接口（网络网络接口（NNI：NetworkNetwork Interface）ATM网络网络头标头标载荷载荷5B48ATM信元信元GFC：通用流量控制：通用流量控制 VPI：虚路径标识：虚路径标识VCI：虚通道标识：虚通道标识 PTI：载荷类型，用户、信令和维护数据等：载荷类型，用户、信令和维护数据等CLP：拥塞时信元丢失优先级：拥塞时信元丢失优先级 HEC：头标差错校验，载荷数据校验由上层协议完成：头标差错校验，载荷数据校验由上层协议完成 4 8 16 3 1 8384(48 Bytes)GFCPayloadVPIVCIPTICLPHECbits 12 16 3 1 8384(48 Bytes)PayloadVPIVCIPTICLPHECbits 信息网络与协议信息网络与协议ATM：AAL信元载荷的格式由信元载荷的格式由AAL来决定来决定AAL：ATM Adaptation Layer，ATM适配层适配层Why AAL？ATM可以用来承载可变长度的分组（例如可以用来承载可变长度的分组（例如IP分组），而分组），而ATM信元长度是固定的信元长度是固定的AALATMAALATM可变长度分组可变长度分组固定长度信元固定长度信元SegmentReassembleSAR：Segment And Reassemble 信息网络与协议信息网络与协议ATM：AAL根据传输业务的不同，分为根据传输业务的不同，分为AAL1AAL5AAL1：CBR、面向连接业务，例如恒定速率的、面向连接业务，例如恒定速率的音频和视频音频和视频AAL2：VBR业务，面向连接的业务，例如可变业务，面向连接的业务，例如可变速率的音频和视频速率的音频和视频AAL3/4：VBR、面向连接和无连接业务、面向连接和无连接业务AAL5：AAL3/4的简化版的简化版最常用，用来承载最常用，用来承载IP分组分组 信息网络与协议信息网络与协议ATM：网络：网络AALATMDataDataAALATMPHYPHYATMPHYATMPHYEnd systemEnd systemNetworkATM SwitchATM Switch 信息网络与协议信息网络与协议常用接入网类型常用接入网类型基于基于ATM架构类架构类传统电信网络：传统电信网络：点对点点对点DSL（电话线）（电话线）基于基于IEEE 802参考模型的局域网参考模型的局域网架构类架构类新兴新兴IP网络：共享网络：共享以太网（以太网（802.3）、无线局域网）、无线局域网（802.11）、甚至包括无线城域）、甚至包括无线城域网（网（802.16）光纤接入类光纤接入类基于基于ATM：APON、GPON基于以太网：基于以太网：EPON物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层局域网局域网ATM 信息网络与协议信息网络与协议ATM与点对点链路与点对点链路在电话线接入中在电话线接入中服务提供商事先给每个客户都事先分配了固定服务提供商事先给每个客户都事先分配了固定的的VPI/VCI，大多使用，大多使用PVC为了便于管理，服务提供商一般通过为了便于管理，服务提供商一般通过PPP over ATM技术，将技术，将PVC变成一个逻辑的点对点链路集变成一个逻辑的点对点链路集合合 信息网络与协议信息网络与协议PPP：概述：概述PPP是个数据链路层协议是个数据链路层协议 ，通，通过过PPP，完成：，完成：1）链路建立、维护和终结）链路建立、维护和终结2）用户认证）用户认证3）网络参数协商，包括）网络参数协商，包括IP地地址分配等址分配等对于接入服务器来说，每条对于接入服务器来说，每条PPP链路的另一端对应着一个链路的另一端对应着一个用户，因此便于认证、计费和用户，因此便于认证、计费和管理管理PPP链路的两端对应着通信双链路的两端对应着通信双方，因此不存在寻址问题方，因此不存在寻址问题接入服务器要和接入服务器要和AAA服务器服务器(例如例如RADIUS)配合工作，以完配合工作，以完成认证、计费等功能成认证、计费等功能ATM等PPPIPPPPPPPPPP接入服接入服务器务器用户端设备用户端设备AAA服务器服务器AAA协议协议AAA：认证、授权、计费：认证、授权、计费 信息网络与协议信息网络与协议PPP：协议：协议PPP：Point to Point Protocol在点对点链路上传输多种协议数据在点对点链路上传输多种协议数据协议构成协议构成封装方法封装方法封装各种协议数据的方法封装各种协议数据的方法在同一条链路上同时复用各种不同在同一条链路上同时复用各种不同的网络层协议的网络层协议链路控制协议（链路控制协议（LCP：Link Control Protocol）建立、配置、维护和终结链路建立、配置、维护和终结链路认证协议认证协议PAP、CHAP网络控制协议（网络控制协议（NCP：Network Control Protocol）建立和配置各种不同的网络层协议建立和配置各种不同的网络层协议对于不同的网络层协议定义有不同对于不同的网络层协议定义有不同的的NCP，例如对于，例如对于IP协议是协议是IPCPPPP协议协议主要内容主要内容 信息网络与协议信息网络与协议PPP：消息：消息PPP封装封装Protocol12字节，指明了封装在字节，指明了封装在Information域中的域中的数据类型数据类型0x0*0x3*：网络层协议（：网络层协议（ex: 0x0021-IP）0x8*0xb*：NCP（ex: 0x8021-IPCP）0xc*0xf*：LCP（ex: 0xc021-LCP）InformationProtocol指定协议数据指定协议数据最大接收单元（最大接收单元（MRU），包括填充，缺省为），包括填充，缺省为1500字节字节LCP消息格式消息格式ProtocolInformationPaddingProtocolInformationPaddingCodeIdentifierLengthData0xc021Code: 1 Configure-Request 2 Configure-Ack 3 Configure-Nak 4 Configure-Reject 5 Terminate-Request 6 Terminate-Ack 9 Echo-Request 10 Echo-Reply链路终链路终结消息结消息链路配链路配置消息置消息链路维链路维护消息护消息 信息网络与协议信息网络与协议PPP：过程：过程链路建立阶段协商参数：最大接收单元（链路建立阶段协商参数：最大接收单元（MRU）、认证协议、协议压缩、检测协议等）、认证协议、协议压缩、检测协议等Echo-RequestEcho-ReplyLCP (Link Monitoring &Data)Configure-RequestConfigure-ACK（Reject、NAK） Authentication-RequestAuthentication ACK（Success or Reject）Address-RequestAddress-AssignTerminate-RequestTerminate-ReplyLCP(Link Establishment)AuthenticationIPCP(Address Assignment)LCP(Link Termination)PPP用户用户RADIUS服务器服务器(AAA服务器服务器)NAS（接入服务器）（接入服务器）链路检测可以和链路检测可以和认证同时进行认证同时进行与具体的网络协议有关与具体的网络协议有关DataData CommunicationRADIUS: Remote Authentication Dial In User Service，属于，属于AAA协议，即认证、授权和计费协议，即认证、授权和计费 信息网络与协议信息网络与协议PPP：认证：认证28用用户接入服接入服务器器Authenticate-Request(Username and Response)Athenticate-Ack(Accept or Reject)RADIUS服服务器器Username, Response, ChallengeAccept or RejectCHAP（不安全）（不安全）RADIUS（安全）（安全）Challenge （Unpredictable and Unique Value ）Response = Hash(Username|Password|Challenge)Hash:单向不可逆函数，对于不同的输入具有相同输出的概率很小可以忽略，但单向不可逆函数，对于不同的输入具有相同输出的概率很小可以忽略，但是输出的长度是固定的。最常用的是输出的长度是固定的。最常用的Hash函数包括函数包括MD5、SHA-1等等CHAP: Challenge Handshake Authentication Protocol 信息网络与协议信息网络与协议Communication between router of different vendors on a serial line was not possiblebecause of the proprietary “kind of HDLC” encapsulation method used by different vendorsPPP standardizes multiprotocol encapsulation on a serial linehence interoperability is the main focus29PPP：Multiprotocol EncapsulationHDLC: High-Level Data Link Control 信息网络与协议信息网络与协议Interoperability without PPP30Ethernet V2 Protocol Type field or LLC-DSAP/SSAP fields carry information about the protocol stack (e.g. IP or IPX or SAN or NetBEUI or AppleTalk) 信息网络与协议信息网络与协议Interoperability with PPP31 信息网络与协议信息网络与协议说明说明PPP over ATM缺乏有效的缺乏有效的QoS和组播支持能力和组播支持能力业务均为业务均为ATM UBR类型，提供尽力服务类型，提供尽力服务视频、高质量音频、实时视频会议等服务质量要视频、高质量音频、实时视频会议等服务质量要求高的应用必须选择原始的求高的应用必须选择原始的ATM协议栈协议栈 信息网络与协议信息网络与协议主要内容主要内容概述概述电话网络接入电话网络接入Internet802.11无线局域网无线局域网光接入网光接入网33 信息网络与协议信息网络与协议常用接入网类型常用接入网类型基于基于ATM架构类架构类传统电信网络：传统电信网络：点对点点对点DSL（电话线）（电话线）基于基于IEEE 802参考模型的局域网参考模型的局域网架构类架构类新兴新兴IP网络：共享网络：共享以太网（以太网（802.3）、无线局域网）、无线局域网（802.11）、甚至包括无线城域）、甚至包括无线城域网（网（802.16）光纤接入类光纤接入类基于基于ATM：APON、GPON基于以太网：基于以太网：EPON物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层局域网局域网ATM 信息网络与协议信息网络与协议关键词关键词基于铜质电话线的传输技术基于铜质电话线的传输技术点对点点对点PPPATM35 信息网络与协议信息网络与协议主要接入技术主要接入技术v早期电话拨号早期电话拨号(9.6kbps64kbps)v利用电话线上的话音带宽（利用电话线上的话音带宽（4KHz）v数字用户线路数字用户线路(DSL: Digtial Subcriber Lines)对称对称DSLv下行和上行速率相同下行和上行速率相同vSHDSL（Single-Pair High-speed ）（利用了话音带宽）（利用了话音带宽）非对称非对称DSLv下行速率一般大于上行速率下行速率一般大于上行速率vADSL(Asymetric DSL)（不使用话音带宽），（不使用话音带宽），非对称数字用户线路非对称数字用户线路:下行速率小于下行速率小于8Mbps，上行小于，上行小于2MbpsvADSL2+: 下行速率小于下行速率小于24Mbps,上行小于上行小于3.5Mbps实际上能够达到的速率与具体的环境有关实际上能够达到的速率与具体的环境有关,包括电话线的长度、线路质量、包括电话线的长度、线路质量、外界环境干扰、其他用户正在进行的数据业务（串扰：外界环境干扰、其他用户正在进行的数据业务（串扰：CrossTalk）等）等串扰：某条电路或者信道上的信号传输对其它的电路或者信道造成的干扰串扰：某条电路或者信道上的信号传输对其它的电路或者信道造成的干扰最新最新DSL标准标准G.fast (G.9701-2014, G.9700-2014)在铜质传输线上最高可达在铜质传输线上最高可达1Gbps 信息网络与协议信息网络与协议ADSL：概述：概述vADSL的概念于的概念于1989年提出，年提出，1998年开始广泛用年开始广泛用于互联网接入于互联网接入vITU-T技术标准技术标准第一代第一代ADSL技术技术vG.992.1-1999，也称，也称G.dmt规范，定义规范，定义ADSL收发器收发器vG.992.2-1999，也称，也称G.lite规范，定义无分离器规范，定义无分离器ADSL收发器收发器第二代第二代ADSL技术技术vG.992.3-2002，也称，也称ADSL2，定义了，定义了ADSL2收发器收发器vG.992.4-2002，定义了无分离器的，定义了无分离器的ADSL2收发器收发器vG.992.5-2003，也称，也称ADSL2+，定义了增强功能的，定义了增强功能的ADSL2收收发器发器37 信息网络与协议信息网络与协议ADSL：概述：概述38v早期电话拨号：局端过滤早期电话拨号：局端过滤300Hz 3.4KHz 范围外的范围外的非话音频率非话音频率vADSL：ADSL将用户线路将用户线路接到没有滤波器的线路上接到没有滤波器的线路上v频率在频率在26khz以上的信号以上的信号被分离到被分离到DSLAM(用户数用户数字线访问复用字线访问复用)NIDDSLAM电话交换网电话交换网运营商网络运营商网络分离器分离器分离器分离器ADSL调制解调器调制解调器PC电话电话 电话线电话线局端局端(本地中心局本地中心局CO)NID：网络接口设备：网络接口设备电话线的带宽电话线的带宽 4kHz（可用带宽（可用带宽2MHz左右）左右） 信息网络与协议信息网络与协议ADSL：关键技术：关键技术调制技术：调制技术：DMT关键设备：关键设备：DSLAM体系结构：体系结构：ATM、PPPOE运营商网络运营商网络(ATM/Ethernet)PCADSL Modem(CPE)关键设备关键设备（DSLAM）AAA服务器服务器（RADIUS）Internet(IP)调制技术调制技术100Base-TX宽带接入服务器（宽带接入服务器（BRAS： BRoadband Access ServerATMPPPOE 信息网络与协议信息网络与协议ADSL: DMT40DMT：离散多音（：离散多音（Discrete Multi-Tone），用于），用于ADSL的的调制方法调制方法利用电话线的利用电话线的1104KHz带宽，划分为带宽，划分为256个载波（多音，个载波（多音，子信道），每个子信道带宽为子信道），每个子信道带宽为4.3125KHz子信道子信道0（04.3125KHz）：传统电话业务）：传统电话业务子信道子信道15（4.312525.875KHz）：保护频带）：保护频带子信道子信道631（25.875138KHz）：）：26个上行信道个上行信道子信道子信道32255（1381104KHz）：）：224个下行信道个下行信道双向数据传输时，为了避免上行和下行之间的干扰，在双向数据传输时，为了避免上行和下行之间的干扰，在3132附近的信道不被使用（保护频带，位于附近的信道不被使用（保护频带，位于138KHz左右）左右） 信息网络与协议信息网络与协议ADSL: DMT子信道信噪比动态变化子信道信噪比动态变化相邻信道信号功率重叠相邻信道信号功率重叠传输线路衰减（高频远大于低频）传输线路衰减（高频远大于低频）无线电广播等电磁辐射的干扰无线电广播等电磁辐射的干扰41速率自适应：速率自适应：DMT以自适应的方式分配各个子信道的速率，以达以自适应的方式分配各个子信道的速率，以达到最佳的传输线路利用率，例如让信噪比较高的信道传送更多的位，到最佳的传输线路利用率，例如让信噪比较高的信道传送更多的位，关闭被窄频噪声所覆盖的子信道关闭被窄频噪声所覆盖的子信道功率功率总带宽总带宽关闭的子信道关闭的子信道高频衰减高频衰减频率频率 信息网络与协议信息网络与协议42子信道子信道1子信道子信道2子信道子信道n产生产生fn频率频率的的sin和和cos波形波形产生产生f2频频率的率的sin和和cos波形波形产生产生f1频率频率的的sin和和cos波形波形编码器编码器1编码器编码器2编码器编码器n位位输输入入位位输输入入位位输输入入每个子信道采用每个子信道采用QAM（正交幅（正交幅度调制）调制技术度调制）调制技术根据每个子信道的信噪比，每秒根据每个子信道的信噪比，每秒编码比特为编码比特为016b/Hz，因此对于，因此对于每个子信道（每个子信道（4KHz）最高速率）最高速率为为64Kbps，对于下行，最多子信道数量为对于下行，最多子信道数量为（256-6）=250，所以理论最高速，所以理论最高速率为率为25064kbps=16Mbps实际传输速率受到传输距离、线实际传输速率受到传输距离、线路质量及噪声的影响路质量及噪声的影响在低频时，铜质电话线衰减小，在低频时，铜质电话线衰减小，可达每秒可达每秒10bit/Hz以上，但是在高以上，但是在高频或线路质量不好时，可能只有频或线路质量不好时，可能只有4bit/Hz甚至更低甚至更低在标准中是以每秒在标准中是以每秒8bit/Hz为基为基础，因此各个信道的速率为础，因此各个信道的速率为32kbps，总的带宽为大约为，总的带宽为大约为8Mbps。每个信道的使用情况受衰减和噪声影响，因此初始接入时会有一个每个信道的使用情况受衰减和噪声影响，因此初始接入时会有一个Training阶段，用阶段，用来测试能够承载数据的可用子信道，并且基于测试结果来分配或者不分配某些子信道。来测试能够承载数据的可用子信道，并且基于测试结果来分配或者不分配某些子信道。ADSL带宽分析带宽分析 信息网络与协议信息网络与协议ADSL: DSLAMDSLAM：Digital Subscriber Line Access Multiplexer，数字用户线，数字用户线路访问复用器路访问复用器将基于各种将基于各种DSL技术的数字用户线路，包括技术的数字用户线路，包括ADSL，VDSL和和SH.DSL，连接到运营商网络连接到运营商网络DSLAM分为两侧，即用户侧和网络侧分为两侧，即用户侧和网络侧43ModemDSLAM运营商网络运营商网络本地回路本地回路ATM over DSLATM/以太网以太网Ethernet接口类型：接口类型：ATM、Ethernet用户侧：用户侧：DSLAM和和Modem之间始终为之间始终为ATM over DSL，即来自主机的以太帧被封装，即来自主机的以太帧被封装成成ATM信元，然后通过信元，然后通过DSL传输传输网络侧：早期为网络侧：早期为ATM，但是随着，但是随着IP的普及，的普及，ATM逐渐被以太网所取代，这也代表了逐渐被以太网所取代，这也代表了DSLAM的发展方向（的发展方向（IP化）化） 信息网络与协议信息网络与协议ADSL: 体系结构体系结构44运营商网络运营商网络PCADSL Modem(CPE)DSLAMRADIUS ServerInternet(IP)ADSL(DMT)EthernetATM/EthernetPPPOE100Base-TXATMBRAS BRoadband Access ServerPPPIP 信息网络与协议信息网络与协议ADSL: PPPOE45Why PPPOE?来自用户和运营商的需求：来自用户和运营商的需求：1）用户希望能够通过一个）用户希望能够通过一个CPE设备（用户前端设备，例如设备（用户前端设备，例如ADSL Modem）来接入多台主机）来接入多台主机 实际网络运行经验表明，以太网（实际网络运行经验表明，以太网（Ethernet）是一种有效而且成本很）是一种有效而且成本很低的多主机接入技术，但是以太网不支持认证、计费等功能低的多主机接入技术，但是以太网不支持认证、计费等功能2）运营上同时希望能够实现基于用户的访问控制和计费功能）运营上同时希望能够实现基于用户的访问控制和计费功能 在传统的拨号网络中，通过在传统的拨号网络中，通过PPP可以对用户进行认证、计费可以对用户进行认证、计费一个自然的想法就是把以太网和一个自然的想法就是把以太网和PPP这两种技术结合起来，因此引入这两种技术结合起来，因此引入了了PPPOE（PPP over Ethernet），在以太网上建立），在以太网上建立PPP连接，本质连接，本质是在多路访链路上提供一条逻辑的点对点链路，也被称为是在多路访链路上提供一条逻辑的点对点链路，也被称为PPPOE会话会话PPPOE会话建立在主机和会话建立在主机和BRAS之间，对于之间，对于CPE设备是透明设备是透明EthernetPPPOEPPPIPPPPOE会话会话0x1234PPPOE会话会话0x3456PPPOE会话会话ox5678CPEBRASEthernet 信息网络与协议信息网络与协议ADSL: PPPOEPPPOE运行在用户主机和运行在用户主机和BRAS（也称为远端访问集中器（也称为远端访问集中器（AC：Access Concetrator）之间，并且在两者之间建）之间，并且在两者之间建立立PPP会话会话PPPOE分为两个阶段分为两个阶段发现阶段发现阶段为了在以太网上建立为了在以太网上建立PPP会话，通信双方必须知道对方的会话，通信双方必须知道对方的MAC地地址，并且协商一个唯一的会话标识（址，并且协商一个唯一的会话标识（Session_ID）主机发现网络中所有可用的主机发现网络中所有可用的BRAS（MAC地址），并且选择一个地址），并且选择一个BRAS为其提供接入服务为其提供接入服务无状态，不会分配任何资源无状态，不会分配任何资源PPP会话阶段会话阶段标准的标准的PPP过程，当过程，当PPP会话建立后，主机和会话建立后，主机和BRAS为为PPP会话分配会话分配资源资源46PPPOE会话会话0x1234PPPOE会话会话0x3456PPPOE会话会话ox5678CPEBRASEthernet 信息网络与协议信息网络与协议ADSL: PPPOE47PPPOE帧格式帧格式目的目的MAC地址地址源源MAC地址地址类型类型/长长度度载荷数据载荷数据FCS6 B6 B2 B4BVERTypeCodeSession_IDLength载荷数据载荷数据4b 4b 8b 16 b 16 b类型类型: 0x8863 用于用于Discovery阶段的帧阶段的帧 0x8864 用于用于PPP会话阶段会话阶段会话会话ID 信息网络与协议信息网络与协议PPPOE过程过程PADI(Session_ID=0x0000)PADO(Session_ID=0x0000)PADR(Session_ID=0x0000)PADS(指定的指定的Session_ID)Configure-RequestConfigure-ACKChallengeResponseACK（Success or Reject）IP-Address-RequestIP-Address-AssignEcho-RequestEcho-ReplyTerminate-RequestTerminate-ReplyPADTPPPOE Active DiscoveryLCP(Link Establishment)Authentication（CHAP）IPCP(Address Assignment)Link Monitoring &DataLCP(Link Termination)PPPOE TerminationPPPOEPPPOEPPPPAD: PPPOE Active DiscoveryI = InitiationO = OfferR = RequestS = Session ConfirmationT = Terminate用户用户BRASBRoadband Access ServerRADIUS 信息网络与协议信息网络与协议ADSL: PPPOEPPPOE的特点的特点通过通过PPP会话的建立和释放进行基于时间或者会话的建立和释放进行基于时间或者流量的统计，计费方式灵活方便流量的统计，计费方式灵活方便动态动态IP地址配置和管理地址配置和管理与传统拨号上网类似，提供基于用户名和密码与传统拨号上网类似，提供基于用户名和密码的认证的认证由于存在多层协议封装，开销大由于存在多层协议封装，开销大IPPPPPPPOEEthernet 信息网络与协议信息网络与协议常用接入网类型常用接入网类型基于基于ATM架构类架构类传统电信网络：点对点传统电信网络：点对点DSL（电话线）（电话线）基于基于IEEE 802参考模型的局域网参考模型的局域网架构类架构类新兴新兴IP网络：网络：共享共享以太网（以太网（802.3）、无线局域网）、无线局域网（802.11）、甚至包括无线城域）、甚至包括无线城域网（网（802.16）光纤接入类光纤接入类基于基于ATM：APON、GPON基于以太网：基于以太网：EPON物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层局域网局域网ATM 信息网络与协议信息网络与协议局域网定义局域网定义以太网是应用最广泛的局域网技术，对应着以太网是应用最广泛的局域网技术，对应着IEEE 802.3局域网（局域网（LAN：Local Area Network）被定义为一个广播域，即在局域网内目）被定义为一个广播域，即在局域网内目的地址为广播地址的的地址为广播地址的IP分组或者数据链路层帧会被所有的网络节点接收和处理分组或者数据链路层帧会被所有的网络节点接收和处理L2交换机交换机L2交换机交换机路由器路由器广播域广播域/局域网局域网/子网子网 信息网络与协议信息网络与协议局域网参考模型局域网参考模型物理层对应着物理层对应着OSI参考模型的物理层参考模型的物理层对传输媒介和拓扑的规定对传输媒介和拓扑的规定 OSI参考模型的数据链路层被划分为两个子层，即逻辑链路控参考模型的数据链路层被划分为两个子层，即逻辑链路控制制(LLC)子层和媒介访问控制子层和媒介访问控制(MAC)子层子层数据链路层物理层LLCMAC物理层OSI参考模型参考模型IEEE 802参考模型参考模型IEEE 802参考模型由参考模型由IEEE 802委员会开发委员会开发,并且被所有的制定并且被所有的制定LAN标准的组织所采标准的组织所采用用 信息网络与协议信息网络与协议MAC和和LLC将数据链路层划分为两个子层的原因将数据链路层划分为两个子层的原因在传统的点对点链路控制中没有管理访问共享在传统的点对点链路控制中没有管理访问共享媒介的逻辑需求媒介的逻辑需求 ， MAC子层负责对共享链路访子层负责对共享链路访问进行控制问进行控制对于相同的对于相同的LLC子层，可以提供不同的子层，可以提供不同的MAC子层子层常用以太网、无线局域网等局域网具有相同的常用以太网、无线局域网等局域网具有相同的LLC子子层，只是层，只是MAC子层不同子层不同LLC：Logical Link Control MAC：Medium Access Control 信息网络与协议信息网络与协议LLC功能：传输服务功能：传输服务/ 到上层的服务接口到上层的服务接口/流量控制等流量控制等LLC是一个对所有是一个对所有LAN都相同的链路层协议，它定义了两个都相同的链路层协议，它定义了两个用户之间数据交换的机制，提供了三种可选的服务用户之间数据交换的机制，提供了三种可选的服务无确认的非连接服务（无确认的非连接服务（Unacknowledged Connectionless Service） 连接模式服务（连接模式服务（Connection-mode Service） 确认无连接服务（确认无连接服务（Acknowledged Connectionless Service） 设备厂商将设备厂商将LLC服务作为可选项提供给客户，客户可以根服务作为可选项提供给客户，客户可以根据自己应用的需求选择合适的服务据自己应用的需求选择合适的服务 在大多数情况下，无确认的非连接服务是优先考虑的选项，在大多数情况下，无确认的非连接服务是优先考虑的选项，但在一些不可靠的网络环境，例如无线网络，一般使用确认但在一些不可靠的网络环境，例如无线网络，一般使用确认无连接服务无连接服务 信息网络与协议信息网络与协议MAC功能：寻址功能：寻址/访问控制访问控制/差错控制差错控制/移动管理等移动管理等重点解决共享链路访问控制问题，具体的重点解决共享链路访问控制问题，具体的MAC机制与传输媒介的物理特性相关机制与传输媒介的物理特性相关有线：以太网、光网络等有线：以太网、光网络等无线：无线局域网、无线城域网等无线：无线局域网、无线城域网等CSMA/CD是最经典的是最经典的MAC机制，在以太网机制，在以太网（802.3）中使用）中使用CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，带冲突检测的载波侦听多路访问，带冲突检测的载波侦听多路访问 信息网络与协议信息网络与协议56共享链路问题共享链路问题(1)解决方法：主机发送数据解决方法：主机发送数据时以帧为单位。数据帧的时以帧为单位。数据帧的头标中包含了接收这个数头标中包含了接收这个数帧的目的地址，即目的帧的目的地址，即目的MAC地址地址 问题问题1：在共享链路上，任何：在共享链路上，任何主机都能够接收其它主机发主机都能够接收其它主机发送的数据，因此需要一种机送的数据，因此需要一种机制来指明数据的接收者制来指明数据的接收者 信息网络与协议信息网络与协议57共享链路问题共享链路问题(2)问题问题2：在共享链路上，需要一种机制协调所有主机之间：在共享链路上，需要一种机制协调所有主机之间的数据发送，以公平竞争访问链路的数据发送，以公平竞争访问链路解决方法：解决方法：每个数据帧都有最大长度限制（数据域部分不每个数据帧都有最大长度限制（数据域部分不超过超过1500字节），发送完后主机之间要重新使用字节），发送完后主机之间要重新使用CSMA/CD机制机制协调对共享链路的访问协调对共享链路的访问 信息网络与协议信息网络与协议58冲突冲突冲突（冲突（Collision），也叫做碰撞，由多台主机争用传输介），也叫做碰撞，由多台主机争用传输介质引起的。当连接在共享链路上的两台或两台以上主机同质引起的。当连接在共享链路上的两台或两台以上主机同时发送数据时，表示这些数据的信号将在同一段传输介质时发送数据时，表示这些数据的信号将在同一段传输介质上叠加，从而导致无法被接收主机正确接收上叠加，从而导致无法被接收主机正确接收两台主机同时发送数据两台主机同时发送数据 信息网络与协议信息网络与协议59CSMA/CD 步骤步骤载波侦听（载波侦听（Carrier Sense）：当某台主机想要发送数据时，它首先侦）：当某台主机想要发送数据时，它首先侦听媒介是否忙，如果是，表示当前有其它主机正在传输数据，因此将听媒介是否忙，如果是，表示当前有其它主机正在传输数据，因此将继续侦听，直到媒介空闲，然后发送数据继续侦听，直到媒介空闲，然后发送数据冲突检测（冲突检测（Collision Detection）：如果主机在数据发送过程中检测到）：如果主机在数据发送过程中检测到冲突，则发送干扰信号（冲突，则发送干扰信号（jamming signal），以确保所有主机都知道发），以确保所有主机都知道发生了冲突，并且取消发送生了冲突，并且取消发送 主机发送数据之主机发送数据之前进行载波侦听前进行载波侦听主机检测到冲突主机检测到冲突发送干扰信号发送干扰信号 信息网络与协议信息网络与协议60CSMA/CD机制机制退避算法退避算法当检测冲突后，将等待一个随机的时间，也称当检测冲突后，将等待一个随机的时间，也称作退避（作退避（backoff） 二进制指数退避算法（二进制指数退避算法（binary exponential backoff）来确定随机等待时间）来确定随机等待时间时间被划分为离散的时槽，一般设置为时间被划分为离散的时槽，一般设置为51.2us 当第当第k次冲突发生后，从集合次冲突发生后，从集合0，1，.，2k-1中随中随机选择一个数机选择一个数r，然后等待，然后等待r个时槽个时槽如果如果k=10，则保持集合，则保持集合0，1，.，210-1 不变不变如果如果k16，则放弃发送，并产生错误，则放弃发送，并产生错误 信息网络与协议信息网络与协议61CSMA/CD+退避算法退避算法介质忙介质忙发送帧发送帧冲突？冲突？发送完？发送完？发送干扰发送干扰N16?N16?NoNoNoNoYesYes发送成功发送成功YesYes发送失败发送失败NoNo执行退避算法执行退避算法NoNoYesYes发送帧发送帧冲突次数冲突次数N+N+YesYes 信息网络与协议信息网络与协议主要内容主要内容概述概述电话网络接入电话网络接入Internet802.11无线局域网无线局域网光接入网光接入网62 信息网络与协议信息网络与协议常用接入网类型常用接入网类型基于基于ATM架构类架构类传统电信网络：点对点传统电信网络：点对点DSL（电话线）（电话线）基于基于IEEE 802参考模型的局域网参考模型的局域网架构类架构类新兴新兴IP网络：网络：共享共享以太网（以太网（802.3）、无线局域网）、无线局域网（802.11）、甚至包括无线城域）、甚至包括无线城域网（网（802.16）光纤接入类光纤接入类基于基于ATM：APON、GPON基于以太网：基于以太网：EPON物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层局域网局域网ATM 信息网络与协议信息网络与协议关键词关键词共享共享MACCSMA/CA64 信息网络与协议信息网络与协议无线局域网协议标准无线局域网协议标准无线局域网无线局域网WLAN (Wireless Local Area Network)以无线电波为传输媒介的局域网技术以无线电波为传输媒介的局域网技术 无线电波按照工作的频率的不同被划分为信道，每个无线电波按照工作的频率的不同被划分为信道，每个信道对应着一个频率范围，信道对应着一个频率范围，WLAN的传输介质是建立在的传输介质是建立在无线信道的基础上的无线信道的基础上的 WLAN标准标准802.11系列标准：起源于系列标准：起源于NCR WaveLAN，IEEE802.11工工作组制定，作组制定，1990年开始，年开始，1997年发布年发布Hiper LAN系列标准系列标准 ：ETSI的的BRAN小组制定小组制定从目前的从目前的WLAN市场来看，市场来看，IEEE 802.11系列标准占了绝对的上风。下面系列标准占了绝对的上风。下面讨论的讨论的WLAN如果没有特别说明的话都是基于如果没有特别说明的话都是基于IEEE 802.11系列协议的系列协议的 信息网络与协议信息网络与协议Wi-FiWi-Fi最初是最初是Wi-Fi联盟（联盟（Wi-Fi Alliance）的注册商标，用来描）的注册商标，用来描述基于述基于802.11系列协议的无线局域网技术系列协议的无线局域网技术现在也被用来描述现在也被用来描述WLAN中移动设备的无线接口中移动设备的无线接口Wi-Fi联盟联盟由工业界发起成立的一个全球性的非盈利组织，负责由工业界发起成立的一个全球性的非盈利组织，负责测试和认证兼容测试和认证兼容IEEE 802.11系列协议的设备，并且对于系列协议的设备，并且对于通过测试和认证的设备打上通过测试和认证的设备打上Wi-Fi认证标志认证标志 信息网络与协议信息网络与协议网络组成网络组成无线站点无线站点STA（wireless STAtion）配置支持配置支持802.11协议的无线网卡的终端协议的无线网卡的终端STA通过通过MAC层机制来共享同一个无线信道，最简单的层机制来共享同一个无线信道，最简单的WLAN仅仅由仅仅由STA组成组成 ，它们之间直接通信，它们之间直接通信无线接入点无线接入点AP（wireless Access Point），有时也），有时也被称为基站被称为基站BS（Base Station） 数据链路层设备数据链路层设备AP为为STA之间的通信提供帧转发功能之间的通信提供帧转发功能 信息网络与协议信息网络与协议网络拓扑网络拓扑Ad Hoc网络，也称为自组织网络网络，也称为自组织网络仅由仅由STA之间通过无线传输媒介组之间通过无线传输媒介组成的网络，这些成的网络，这些STA在彼此无线信在彼此无线信号覆盖范围内，因此之间能够互相号覆盖范围内，因此之间能够互相通信通信基础设施网络基础设施网络在基础设施网络中，在基础设施网络中，STA之间不能之间不能直接通信，所有的通信都必须经过直接通信，所有的通信都必须经过AP每个每个AP都配置了一个网络名都配置了一个网络名（SSID），），STA必须配置和必须配置和AP相同相同的网络名的网络名DS (Distributed System)：分布式系统，：分布式系统， 可以可以是一个交换机，一个有线网络或者一个无线网络是一个交换机，一个有线网络或者一个无线网络 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 发展历程发展历程1997年年IEEE发发布第一个布第一个802.11标准，标准，工作在工作在2.4GHz的的ISM频段，频段，支持速率为支持速率为1M或者或者2M，室内，室内约约25米，室外米，室外约约75米米1999年年IEEE发布发布802.11a，工作在，工作在5GHz的的ISM频段，频段，支持最大速率为支持最大速率为54M，室内约，室内约30米，米，室外约室外约100米米注意：如果没有特别说明，一般用注意：如果没有特别说明，一般用“802.11”来表示来表示“802.11系列协议系列协议” 802.11 history1999年年IEEE发布发布802.11b，工作在，工作在2.4GHz的的ISM频段，支持最频段，支持最大速率为大速率为11M，室内约，室内约35米，米，室外约室外约110米米2013年年IEEE批准批准802.11ac，工作在，工作在5GHz的的ISM频段，频段，支持最大速率为支持最大速率为3466.8M，室内约，室内约35米米2009年年IEEE发发布布802.11n，工作在工作在2.4GHz/5GHz的的ISM频段，频段，支持最大速率支持最大速率为为150M，室内，室内约约70米，室外米，室外约约250米米2003年年IEEE发布发布802.11g，工作在，工作在2.4GHz的的ISM频频段，支持最大速段，支持最大速率为率为54M，室内约，室内约35米，室外约米，室外约110米米amendmentbase2019年年IEEE批批准准802.11ax，工，工作在作在2.4/5/6GHz频段，支持最大频段，支持最大速率速率9608Mbps，室内约，室内约30米，米，室外约室外约120m2007年将年将8个个amendments(a, b, d, e, g, h, I, j)和和base标准标准融合，形成新融合，形成新的的base标准标准IEEE 802.11-2007 信息网络与协议信息网络与协议70 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 信道信道802.11以无线电波为传输以无线电波为传输媒介媒介802.11工作在两个工作在两个ISM频段频段（非授权频段），即（非授权频段），即2.4GHz频段和频段和5GHz对于对于802.11b整个整个2.4G频段频段被划分为被划分为14个信道个信道,每个信每个信道的带宽为道的带宽为22MHz在在802.11中中,每个站点或者每个站点或者AP使用某个信道作为传输使用某个信道作为传输媒介媒介,也被称为工作信道也被称为工作信道信道信道美国和加拿大美国和加拿大(MHz）欧洲欧洲（MHz）中国和日中国和日本本(MHz)124122412241222417241724173242224222422424272427242752432243224326243724372437724422442244282447244724479245224522452102457245724571124622462246212X2467246713X2472247214XX2484 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 信道信道对于对于Ad Hoc网络，要求所有的网络，要求所有的STA都工作在同一个信道都工作在同一个信道对于基础设施网络，对于基础设施网络，STA必须和其关联的必须和其关联的AP工作在同一个信道工作在同一个信道信道分配问题：信道分配问题：如何在同一个区域部署多个如何在同一个区域部署多个Ad Hoc网络或者多个网络或者多个AP，使得它们之，使得它们之间的干扰尽量小？间的干扰尽量小？2018.9.26电三楼某个房间的电三楼某个房间的WiFi信道分布及强度信道分布及强度 信息网络与协议信息网络与协议为了避免信道间干扰，同一区域内的为了避免信道间干扰，同一区域内的Ad Hoc网络或网络或AP的工作信道不能重叠，中心频率间隔的工作信道不能重叠，中心频率间隔最少为最少为25MHz，因此同一区域最多只能有，因此同一区域最多只能有3个工作在不同信道的个工作在不同信道的Ad Hoc网络或网络或AP11个信道个信道 ：每个信道占用：每个信道占用22 MHz，有且只有，有且只有1个信道集合中有个信道集合中有3个互不重叠的信道个互不重叠的信道1, 6, 1114信道信道 ：每个信道占用：每个信道占用22MHz，可划分为，可划分为4个具有个具有3个互不重叠信道的信道集合个互不重叠信道的信道集合 1, 6, 11, 2, 7, 12, 3, 8, 13, 4, 9, 14，但每次只能使用一个信道集合，但每次只能使用一个信道集合 信息网络与协议信息网络与协议7430mW transmitter power5mW transmitter powerCase of Channel DeploymentDifferent coverage can be achieved by tuning transmitter powerA floor plan using 7 APs to provide coverage ch6ch11ch1ch6ch11ch1ch6 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 体系架构体系架构采用采用IEEE802参考模型参考模型网络层数据链路层物理层LLCMAC物理层OSI参考模型参考模型IEEE 802参考模型参考模型物理层对应着物理层对应着OSI参考模型的物理层参考模型的物理层 对传输媒介和拓扑的规定对传输媒介和拓扑的规定 OSI参考模型的数据链路层被划分为两个子层，即逻辑链路控制参考模型的数据链路层被划分为两个子层，即逻辑链路控制(LLC)子层和媒介访问控制子层和媒介访问控制(MAC)子层子层LLC：Logical Link Control MAC：Medium Access Control 主要负责对共享主要负责对共享信道的访问控制信道的访问控制确认无连接服务确认无连接服务 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: MACMAC子层功能子层功能寻址寻址访问控制访问控制移动管理移动管理 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 访问控制访问控制确定共享信道的使用方式，也就是当信道确定共享信道的使用方式，也就是当信道空闲时，决定下一个该由谁传输数据空闲时，决定下一个该由谁传输数据信道的传输能力被划分为一个个时隙（信道的传输能力被划分为一个个时隙（time slot），由访问控制来决定每个时隙由哪个），由访问控制来决定每个时隙由哪个STA或者或者AP使用使用采用带冲突避免的载波侦听多路访问机制采用带冲突避免的载波侦听多路访问机制（CSMA/CA） 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 访问控制访问控制Why CSMA/CA?以太网采用的是带冲突检测的载波侦听多路访问机制以太网采用的是带冲突检测的载波侦听多路访问机制（CSMA/CD)CSMA/CD VS. CSMA/CA有线有线(以太网以太网)：任何主机传输数据其它：任何主机传输数据其它主机都能侦听得到主机都能侦听得到无线：由于覆盖范围有限无线：由于覆盖范围有限1）A无法侦听到数据传输无法侦听到数据传输-A CS失败失败2）C无法侦听到冲突无法侦听到冲突-C CD失败失败ABC 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 访问控制访问控制802.11中中MAC定义了两种操作模式来实现对定义了两种操作模式来实现对共享信道的访问共享信道的访问分布式协调功能：分布式协调功能：Contention-based无任何中心控制手段，所有站点竞争访问信道无任何中心控制手段，所有站点竞争访问信道强制要求实现的操作强制要求实现的操作点协调功能点协调功能 ：Contention Free/Polling-based使用使用AP或者基站来控制所有的通信或者基站来控制所有的通信可选的操作可选的操作 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 访问控制访问控制分布式协调功能分布式协调功能DCF（Distributed Coordination Function） 带冲突避免的载波侦听多路访问机制带冲突避免的载波侦听多路访问机制CSMA/CA（CSMA with Collision Avoidance）冲突避免冲突避免CA而不是冲突检测而不是冲突检测CD，在无线环境下很难检测到冲，在无线环境下很难检测到冲突突两种两种CSMA/CA操作操作基本基本CSMA/CA：采用物理信道侦听方法：采用物理信道侦听方法 ，该操作强制要求必，该操作强制要求必须使用须使用扩展扩展CSMA/CA：采用虚拟信道侦听方法，使用两个控制帧，即：采用虚拟信道侦听方法，使用两个控制帧，即RTS/CTS，可解决隐藏站点问题，该操作是可选的，可以根据，可解决隐藏站点问题，该操作是可选的，可以根据需要配置需要配置CSMA/CA，CSMA with Collision Avoidance，载波侦听多路访问机制，载波侦听多路访问机制 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 基本基本CSMA/CA包括载波侦听和冲突避免两个过程包括载波侦听和冲突避免两个过程载波侦听载波侦听 ：站点在发送帧之前侦听无线信道是否空闲，：站点在发送帧之前侦听无线信道是否空闲，如果是，则如果是，则进入冲突避免阶段进入冲突避免阶段，如果当前信道忙，说，如果当前信道忙，说明现在有其它站点正在传输数据，则延迟发送帧直到明现在有其它站点正在传输数据，则延迟发送帧直到侦听到信道空闲侦听到信道空闲 冲突避免：站点在发送帧之前要先等待一个帧间间隔冲突避免：站点在发送帧之前要先等待一个帧间间隔IFS（InterFrame Spacing），并且确保在），并且确保在IFS时间内信道时间内信道空闲空闲为了防止多个站点在等待为了防止多个站点在等待IFS时间后同时发送而导致冲突，与时间后同时发送而导致冲突，与以太网类似，引入了一个随机退避算法来选择一个退避时间以太网类似，引入了一个随机退避算法来选择一个退避时间 （backoff time） 信息网络技术信息网络技术802.11协议协议: 基本基本CSMA/CA具体流程具体流程信道始终空闲信道始终空闲确保确保IFS时间内时间内信道一直空闲信道一直空闲确保总的空闲时确保总的空闲时隙数等于退避值隙数等于退避值 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 基本基本CSMA/CA信道始终空闲信道始终空闲侦听到信道忙侦听到信道忙时间时间Begin transmit frameIFS时间时间Begin transmit frameIFSBusy MediumSlot time 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 基本基本CSMA/CA介质空闲时介质空闲时间大于间大于DIFS则直接访问则直接访问帧间间隔（帧间间隔（IFS）控制了发送帧之前的等待时间）控制了发送帧之前的等待时间不同类型的帧具有不同的不同类型的帧具有不同的IFS，确定了帧的发送优先级，确定了帧的发送优先级 IFS越短越短帧的优先级就越高帧的优先级就越高 三种三种IFSSIFS：Short IFS，最高优先级，用于，最高优先级，用于CTS、ACK等控制帧等控制帧PIFS：PCF IFS，等于，等于SIFS+1，中等优先级，用于，中等优先级，用于PCF操作模式下的操作模式下的帧帧DIFS：DCF IFS，等于，等于SIFS+2，最低优先级，用于，最低优先级，用于DCF操作模式下的操作模式下的数据帧数据帧 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 基本基本CSMA/CA退避时间退避时间站点执行随机退避算法来确定退避时间站点执行随机退避算法来确定退避时间从从0到竞争窗口到竞争窗口CW之间的随机选择一个值之间的随机选择一个值r，则退避，则退避时间为时间为r倍的时槽倍的时槽竞争窗口竞争窗口CW（Contention Window ）采用与以）采用与以太网类似的指数退避算法来设置太网类似的指数退避算法来设置 CW初始化为一个最小值初始化为一个最小值CWmin 当发送方认为发送的帧发生冲突时将当发送方认为发送的帧发生冲突时将CW加倍增大，加倍增大，直到到达最大值直到到达最大值CWmax 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 基本基本CSMA/CA竞争窗口竞争窗口CW: 开始为开始为2k-1，下一次为，下一次为2k+1-1 信息网络与协议信息网络与协议如何判断发生冲突？如何判断发生冲突？ 接收方确认接收方确认接收方发送接收方发送ACK帧帧接收方正确接收来自发送方的数据帧后发送接收方正确接收来自发送方的数据帧后发送ACK帧进行确认帧进行确认ACK帧不需要执行随机退避算法，而是直接等待一个帧不需要执行随机退避算法，而是直接等待一个SIFS时间后就时间后就发送发送 发送方未收到发送方未收到ACK帧帧发送方执行指数退避算法，将发送方执行指数退避算法，将CW的值加倍，并且将重传计数器加的值加倍，并且将重传计数器加1，然后重传数据帧，此时需要再次使用，然后重传数据帧，此时需要再次使用CSMA/CA机制竞争信道机制竞争信道CW从从CWmin开始，每次重传都将开始，每次重传都将CW加倍，直到到达加倍，直到到达CWmax 重传计数器到达一个设定的门限值时，发送方将放弃发送数据帧，重传计数器到达一个设定的门限值时，发送方将放弃发送数据帧，并且返回一个错误并且返回一个错误 发送方用随机退避算法选择退避时间，也就是说从发送方用随机退避算法选择退避时间，也就是说从0到到CW之间选择之间选择一个随机数一个随机数r，退避时间即位，退避时间即位r倍的时槽。而倍的时槽。而CW的确定采用的是指数的确定采用的是指数退避算法，从退避算法，从CWmin开始，每次重传都加倍，直到到达开始，每次重传都加倍，直到到达CWmax 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: CSMA/CA+ACK发送方从准备发送数据开始，以及接下来的整个发送方从准备发送数据开始，以及接下来的整个DIFS时间时间内侦听到信道空闲，直接发送数据帧，不执行退避算法内侦听到信道空闲，直接发送数据帧，不执行退避算法留给短控制帧的时间留给短控制帧的时间确保不会产生冲突确保不会产生冲突 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 扩展扩展CSMA/CARTS帧：与数据帧发送方式相同帧：与数据帧发送方式相同CTS帧：与控制帧发送方式相同，等待帧：与控制帧发送方式相同，等待SIFS时间后直接发送时间后直接发送网络分配向量（网络分配向量（NAV：Network Allocation Vector）：设置计）：设置计数器，当减为数器，当减为0后，其他站点开始竞争信道后，其他站点开始竞争信道声明虚拟信声明虚拟信道，道，NAV指指定持续时间定持续时间声明虚拟信声明虚拟信道，道， NAV指指定持续时间定持续时间基本和基本和扩展混扩展混合工作合工作虚拟信道侦听虚拟信道侦听 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 扩展扩展CSMA/CA可选的，但绝大多数的可选的，但绝大多数的802.11产品都支持，可根据需要配置产品都支持，可根据需要配置原理：基于原理：基于RTS/CTS的虚拟信道侦听的虚拟信道侦听发送方发送发送方发送RTS帧，其中包含了一个持续时间域，该域的值表明发送帧，其中包含了一个持续时间域，该域的值表明发送方完成帧交换所需要的时间，包括从发送数据帧到接收方完成帧交换所需要的时间，包括从发送数据帧到接收ACK帧所需帧所需要的时间要的时间收到收到RTS的站点根据其中的持续时间为自己声明一个虚拟信道，并且该的站点根据其中的持续时间为自己声明一个虚拟信道，并且该信道正忙，用网络分配向量（信道正忙，用网络分配向量（NAV：Network Allocation Vector）来表示，）来表示，在在NAV时间内，该站点不会尝试发送帧时间内，该站点不会尝试发送帧接收方响应接收方响应CTS帧中也包含一个持续时间域，该域的值足够大，以保帧中也包含一个持续时间域，该域的值足够大，以保证发送方能够完成数据帧交换证发送方能够完成数据帧交换收到收到CTS的站点根据其中的持续时间为自己声明一个虚拟信道，并且该的站点根据其中的持续时间为自己声明一个虚拟信道，并且该信道正忙，用网络分配向量（信道正忙，用网络分配向量（NAV：Network Allocation Vector）来表示，）来表示，在在NAV时间内，该站点不会尝试发送帧时间内，该站点不会尝试发送帧NAV更新：只有当更新：只有当RTS/CTS中的持续时间域的中的持续时间域的值大于当前存储的值大于当前存储的NAV时，该时，该NAV才会被更新才会被更新 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 扩展扩展CSMA/CA侦听侦听RTS设置设置NAV侦听侦听CTS设置设置NAV侦听到侦听到RTS-发送方附近发送方附近侦听到侦听到CTS-接收方附近接收方附近扩展扩展CSMA/CA可解决隐藏站点问题可解决隐藏站点问题基本基本CSMA/CA存在：存在： 隐藏站点问题隐藏站点问题：B给给C发，发，D无法侦听到无法侦听到 暴露站点问题暴露站点问题：B给给A发，发，C侦听到忙，无法给侦听到忙，无法给D发发 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 帧分片帧分片在误码率较高的无线信道环境下，提高帧在误码率较高的无线信道环境下，提高帧传输的可靠性传输的可靠性帧越长，被成功接收的概率越小帧越长，被成功接收的概率越小基本原理是将一个大的帧分成更小的分片，基本原理是将一个大的帧分成更小的分片，每个分片独立地传输和确认每个分片独立地传输和确认 信息网络与协议信息网络与协议RTS/CTS包含了第一个分片和包含了第一个分片和ACK帧的持续时间，除最后一个分片和帧的持续时间，除最后一个分片和ACK帧外，每个分片和帧外，每个分片和ACK帧都包含了下一个分片和帧都包含了下一个分片和ACK帧的持续时间，其它帧的持续时间，其它站点根据持续时间设置站点根据持续时间设置NAV，最后一个分片和，最后一个分片和ACK帧的持续时间被设置为帧的持续时间被设置为0帧分片在提高可靠性的同时增加了帧分片在提高可靠性的同时增加了802.11 MAC子层的协议开销子层的协议开销 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: PCF操作操作分布式协调功能分布式协调功能DCF (Distributed Coordination Function) ：Contention-based强制要求实现强制要求实现没有中心控制，所有的站点都竞争使用无线信道没有中心控制，所有的站点都竞争使用无线信道点协调功能点协调功能PCF(Point Coordination Function )：Contention Free/Polling-based服务服务可选可选AP或者基站对其他站点进行轮询（或者基站对其他站点进行轮询（poll），看它们是否需要发送帧），看它们是否需要发送帧 站点的传输顺序完全是由站点的传输顺序完全是由AP控制的，所以不会发生冲突控制的，所以不会发生冲突 前面前面802.11 MAC子层机制的讨论都是基于子层机制的讨论都是基于DCF!PCF操作要求必须有一个中心点，只能用于基础设施模式操作要求必须有一个中心点，只能用于基础设施模式 信息网络与协议信息网络与协议95BeaconBeaconData+CF-PollData+CF-ACKCF-EndBeaconData+CF-ACK+CF-PollData+CF-ACKCF-EndCF-Poll+CF-ACKData(null)CF-End数据帧（记为数据帧（记为Data） 轮询帧（记为轮询帧（记为CF-Poll）：询问无线站点是）：询问无线站点是否有帧要发送否有帧要发送 数据和轮询组合帧（记为数据和轮询组合帧（记为Data+CF-Poll）CF-ACK：对接收到数据的确认：对接收到数据的确认CFP结束帧（记为结束帧（记为CFP-End）如果如果AP没有帧发送，并且没有帧发送，并且没有站点需要轮询，那么没有站点需要轮询，那么AP将发送一个将发送一个CFP-End来来结束结束CFP阶段阶段PCF操作操作实例实例CFP：Contention Free Period 信息网络与协议信息网络与协议802.11 MAC层层802.11协议：总结协议：总结DCF分布式协调功能分布式协调功能PCF 点协调功能点协调功能基本基本CSMA/CA扩展扩展CSMA/CA共享信道共享信道访问控制访问控制寻址寻址移动管理移动管理差错控制差错控制可选可选可选可选 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: Quality of ServiceThe amendment IEEE 802.11e is designed to provide quality-of-service (QoS) supportHCF (Hybrid Coordination Function) is used in 802.11eEDCA: Enhanced Distributed Channel Access，providing prioritized (i.e. relative) QoS, contention-basedHCCA: HCF-controlled Channel Access, providing parameterized (i.e. absolute) QoS, polling-based 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: Quality of ServiceIn EDCA, traffic are classified into four different Access Categories (ACs)Each AC is associated with a channel access priority and deployed with a First-in First-out queueFor each AC, AP periodically broadcasts CWminAC, CWmaxAC, AIFSAC and TXOPlimitAC in each beacon frameAIFS: Arbitrary Interframe Space 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: Quality of ServiceFor each AC, AIFS is defined asAIFSNAC is defined based priority of each AC, tslot is 20us for 802.11b and 9us for 802.11a/gTXOPlimitAC is used to bound the transmission time of each AC 信息网络与协议信息网络与协议100802.11协议协议: Quality of Service 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 移动管理（移动管理（Roaming）MAC子层功能，分为两种服务子层功能，分为两种服务站点连接（站点连接（Connectivity） ，即一个站点如何与，即一个站点如何与AP建立通信建立通信站点切换（站点切换（handoff），即一个站点如何在不同），即一个站点如何在不同AP之间移动之间移动 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 站点连接站点连接站点连接，包括三个过程站点连接，包括三个过程探测过程探测过程认证过程认证过程关联过程关联过程找到可以找到可以连接的连接的AP 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 站点连接站点连接探测过程（探测过程（Probe）获取可用获取可用AP的信息，并且选择建立通信所需的的信息，并且选择建立通信所需的AP具体过程具体过程1）站点转换到某个无线信道广播一个）站点转换到某个无线信道广播一个802.11探测请求帧探测请求帧2）如果该信道上有）如果该信道上有AP，则应答一个探测响应帧，站点纪，则应答一个探测响应帧，站点纪录这些录这些AP的信号强度等信息的信号强度等信息3）站点转到下一个信道，执行步骤）站点转到下一个信道，执行步骤1，直到遍历它所支，直到遍历它所支持的所有信道持的所有信道4）站点根据网络名（）站点根据网络名（SSID）是否匹配、信号强度等信息）是否匹配、信号强度等信息从这些从这些AP中选择一个中选择一个AP来建立通信来建立通信探测过程实际上就是信道扫描（探测过程实际上就是信道扫描（Scanning）过程）过程 信息网络与协议信息网络与协议A将选择将选择AP2来建立通信，这是因为来建立通信，这是因为AP2的的SSID与其设置的与其设置的SSID相同，并且具有最高的信号强度相同，并且具有最高的信号强度 探测过程实例探测过程实例Probe-RequestProbe-Rsponse(SNR1)Probe-RequestProbe-Rsponse(SNR2)Probe-RequestProbe-Rsponse(SNR3)SNR2SNR3SNR1 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 站点连接站点连接认证过程（认证过程（Authentication）对用户身份进行认证，防止没有授权的用户与对用户身份进行认证，防止没有授权的用户与AP建立通信建立通信两种认证模式两种认证模式开放认证（开放认证（Open Authentication） 使用空的认证算法，因此开放认证过程总是会成功，使用空的认证算法，因此开放认证过程总是会成功，它使得站点能够快速访问网络它使得站点能够快速访问网络共享密钥认证（共享密钥认证（Shared-key Authentication）在站点和在站点和AP之间共享一个密钥之间共享一个密钥 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 站点连接站点连接关联过程（关联过程（Association）AP通过关联过程将一个逻辑端口或者关联标识符映射通过关联过程将一个逻辑端口或者关联标识符映射到站点，就像将一台主机连接到以太网集线器或者交到站点，就像将一台主机连接到以太网集线器或者交换机的一个物理端口上一样换机的一个物理端口上一样具体过程具体过程站点发送一个关联请求帧，开始关联过程站点发送一个关联请求帧，开始关联过程AP应答一个关联响应帧，结束关联过程，该帧中包含应答一个关联响应帧，结束关联过程，该帧中包含了状态码、分配的关联标识符、了状态码、分配的关联标识符、AP支持速率等信息支持速率等信息 完成关联过程以后，完成关联过程以后，STA和和AP之间就可以开始进行通信了，之间就可以开始进行通信了，有时也说有时也说STA与与AP建立了连接，或者说建立了连接，或者说STA关联到关联到AP上上 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 切换切换站点移出一个站点移出一个AP的信号覆盖范围外，进入的信号覆盖范围外，进入另一个另一个AP的信号覆盖范围内，这时它需要的信号覆盖范围内，这时它需要关联到一个新的关联到一个新的AP上。这个过程被称为切上。这个过程被称为切换（换（Handoff） Break before makeSTA先与原来的先与原来的AP分离（分离（Disassocation），然后关联到），然后关联到新的新的AP 信息网络与协议信息网络与协议AP2站点切换站点切换图示图示 信息网络与协议信息网络与协议802.11协议协议: 切换切换首先，站点决定何时开始切换过程首先，站点决定何时开始切换过程信号强度减弱信号强度减弱帧重传帧重传基础设施网络中无法接收到基础设施网络中无法接收到AP周期性广播的信标帧周期性广播的信标帧其次，站点决定切换到何处其次，站点决定切换到何处通过扫描机制得到所有通过扫描机制得到所有AP的信息的信息主动扫描主动扫描(Active Scanning)：在每个信道上发送探测请求帧，然后等待：在每个信道上发送探测请求帧，然后等待来自工作在该信道上的来自工作在该信道上的AP的探测响应帧，从而得到所有信道上的所有的探测响应帧，从而得到所有信道上的所有AP信息信息 被动扫描被动扫描(Passive Scanning): 在每个信道上侦听来自在每个信道上侦听来自AP的信标帧，从的信标帧，从而得到所有信道上的所有而得到所有信道上的所有AP信息信息根据根据SSID是否匹配、信号强度等信息选择一个新的是否匹配、信号强度等信息选择一个新的AP最后，站点将和选择的新的最后，站点将和选择的新的AP建立关联。建立关联之前建立关联。建立关联之前STA还要和还要和新的新的AP进行认证过程，然后开始关联过程进行认证过程，然后开始关联过程在这里站点发送的是重新关联帧（在这里站点发送的是重新关联帧（Reassociation ）而不是关联帧）而不是关联帧 主动扫描速度快主动扫描速度快,但是开销大但是开销大,目前大多数目前大多数802.11产品都采用主动扫描产品都采用主动扫描 缺省情况下缺省情况下AP周期性周期性广播信标帧，其中包广播信标帧，其中包含有含有SSID等信息等信息 信息网络与协议信息网络与协议常用接入网类型常用接入网类型基于基于ATM架构类架构类传统电信网络：点对点传统电信网络：点对点DSL（电话线）（电话线）基于基于IEEE 802参考模型的局域网参考模型的局域网架构类架构类新兴新兴IP网络：共享网络：共享以太网（以太网（802.3）、无线局域网）、无线局域网（802.11）、甚至包括无线城域）、甚至包括无线城域网（网（802.16）光纤接入类光纤接入类基于基于ATM：APON、GPON基于以太网：基于以太网：EPON物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层局域网局域网ATM 信息网络与协议信息网络与协议分类分类根据用户接入点位置（光纤终结处），分为根据用户接入点位置（光纤终结处），分为光纤到路边（光纤到路边（FTTC：Fiber To The Curb）光纤到楼（光纤到楼（FTTB：Fiber To The Building）光纤到户或者办公室（光纤到户或者办公室（FTTH/FTTO：Fiber To The Home/Office）根据传输设施是否采用有源设备，分为根据传输设施是否采用有源设备，分为无源光网络（无源光网络（PON：Passive Optical Network）光分光分/合路器合路器有源光网络（有源光网络（AON：Active Optical Network）电复用器电复用器111PON由于使用无源器件，在部署成本及运营、管理和维护由于使用无源器件，在部署成本及运营、管理和维护(OAM: Operation, Administration and Maintenance)具具有优势，近年来得到广泛发展有优势，近年来得到广泛发展 信息网络与协议信息网络与协议主要内容主要内容概述概述电话网络接入电话网络接入Internet802.11无线局域网无线局域网光接入网光接入网112 信息网络与协议信息网络与协议基本概念基本概念光接入网（光接入网（OAN：Optical Access Network）采用光纤传输技术，提供采用光纤传输技术，提供Gbps量级的宽带接入量级的宽带接入支持传统电话、电视，以及数据等综合业务支持传统电话、电视，以及数据等综合业务无源光网络（无源光网络（ PON：Passive Optical Network ）接入路径上使用无源的光分接入路径上使用无源的光分/合路器，不进行光电转换合路器，不进行光电转换多个用户共享光纤，性价比高多个用户共享光纤，性价比高113 信息网络与协议信息网络与协议关键词关键词共享共享主主/从模式从模式TDM/TDMA114 信息网络与协议信息网络与协议PON发展历史发展历史FSAN starts first formal PON activity. 155Mbps APON ITU G.983 seriesEnhanced to BPON 622/155MbpsFSAN starts GPON G.984 series up to 2.4GbpsEFM starts 802.3ah incl EPONITU approves GPONEPON ratified by IEEE10G-EPON 802.3av ratified by IEEE10G-PON (XG-PON) G.987 series approved by ITU199519992001200220032004200520092010FSAN: Full Service Access NetworkEFM:Ethernet in the First Mile APON/BPON：基于：基于ATM； GPON：基于：基于ATM或者或者GEM； EPON：基于以太网：基于以太网 信息网络与协议信息网络与协议PON网络架构网络架构有线有线电视网电视网电话网电话网InternetIPTV服服务器务器光线路终端光线路终端OLT: Optical Line Terminal光分光分/合路器合路器1:NWDM耦合器耦合器光网络单元光网络单元ONU Optical Network UnitONU光网络终端光网络终端ONT Optical Network TerminalCATV电话电话PC馈线光纤馈线光纤配线配线光纤光纤光分配网络光分配网络ODNOptical Distribution Network端局端局(CO: Central Office)下行：从下行：从OLT到到ONU/ONT使用使用1490nm附近波长（附近波长（1480-1500nm）上行：从上行：从ONU/ONT到到OLT使用使用1310nm附近波长（附近波长（GPON: 1290-1330nm, EPON: 1260-1360nm)CATV业务（视频信号）业务（视频信号）:使用使用1550nm波长波长业务业务 信息网络与协议信息网络与协议点对多点模式点对多点模式下行：下行：OLT将多个将多个ONU/ONT的数据经过的数据经过TDM后以广播的方式发往所有后以广播的方式发往所有的的ONU/ONT上行：多个上行：多个ONU/ONT采用采用TDMA来避免数据发送冲突来避免数据发送冲突光线路终端光线路终端OLT 光分光分/合路器合路器1:N部署在路边、大楼或者家庭部署在路边、大楼或者家庭ONUONUONT馈线光纤馈线光纤配线光纤配线光纤性价比高：多个性价比高：多个ONU/ONT通过时分的方式共享一条馈线光纤通过时分的方式共享一条馈线光纤部署在端局部署在端局PON要解决的关键问题就是如何控制多个要解决的关键问题就是如何控制多个ONU/ONT对共享馈线光纤的高效访问对共享馈线光纤的高效访问 信息网络与协议信息网络与协议PON关键技术关键技术下行：数据安全性下行：数据安全性下行采用广播方式传输，为保证安全性，需要对数据进行加密下行采用广播方式传输，为保证安全性，需要对数据进行加密上行：上行：TDMA同步同步主主/从模式：从模式：ONU/ONT请求，请求，OLT授权授权ONU/ONT访问指定时隙访问指定时隙测距（测距（Ranging）：）：ONU/ONT到到OLT的距离为的距离为020km，传输延迟不同，传输延迟不同(0200us)，还有环境变化也会对传输延迟差生影响，通过测距给，还有环境变化也会对传输延迟差生影响，通过测距给ONT/ONU插入延迟，确插入延迟，确保其到保其到OLT的逻辑距离一样的逻辑距离一样动态带宽分配（动态带宽分配（DBA：Dynamic Bandwidth Allocation）OLT通过动态分配共享光纤的传输时隙来提高带宽使用率，保证多业务服务质量通过动态分配共享光纤的传输时隙来提高带宽使用率，保证多业务服务质量光线路终端光线路终端OLT 光分光分/合路器合路器1:N（无源器件）（无源器件）部署在路边、大楼或者家庭部署在路边、大楼或者家庭ONUONUONT馈线光纤馈线光纤配线光纤配线光纤主主/从模式，所有传输从模式，所有传输资源由资源由OLT控制分配控制分配部署在端局部署在端局(CO: Central Office)光分配网络光分配网络ODNOptical Distribution Network下行不需要下行不需要MAC上行需要上行需要MAC来控制对共享来控制对共享光纤的访问光纤的访问功率功率N等分，限制接入距离等分，限制接入距离 信息网络与协议信息网络与协议APON/BPON：概述：概述APON(ATM-PON) 被被ITU-T重命名为重命名为BPON (Broadband PON)不仅仅支持不仅仅支持ATM业务，还支持以太网、数字用户线等宽带业务业务，还支持以太网、数字用户线等宽带业务典型带宽：典型带宽：622Mbps下行下行/155Mbps上行上行使用使用ATM信元来承载数据和信令信元来承载数据和信令PLOAM（Physical Layer OAM）信元不被递交给）信元不被递交给ATM层，仅用于层，仅用于MAC操作操作适合支持多业务适合支持多业务T-CONT (Transmission Container）定义支持的上行业务类型）定义支持的上行业务类型Fixed Bandwidth Type: such as VoIPGuaranteed Bandwidth Type: such as video servicesBest-effort Type: such as InternetMixed type: all bandwidth types and bearing all services 信息网络与协议信息网络与协议UplinkDonwlinkTransportONU光分配网络光分配网络ODNOLTIP/ATMIP/ATMTDMTDMATMService AdaptationService Adaptation 信息网络与协议信息网络与协议APON/BPON：MAC动态带宽分配动态带宽分配DBA由由OLT通过授权（通过授权（Grant）实现）实现ONU/ONT在给定时隙传输数据在给定时隙传输数据OLT根据根据ONU/ONT报告的缓存报告的缓存T-CONT状态来分配带宽（时隙）状态来分配带宽（时隙）OLT通过监测来自通过监测来自ONU/ONT空闲帧的比例来分配带宽（时隙）空闲帧的比例来分配带宽（时隙）测距：通过测量测距：通过测量OLT与与ONU/ONT的环路延迟来设置对于所有的环路延迟来设置对于所有ONU/ONT都相同都相同的均衡环路延迟值的均衡环路延迟值ONU 信息网络与协议信息网络与协议GPON：概述：概述GPON（Gigabit-Capable PON）典型带宽：典型带宽：2.488Gbps下行下行/1.244Gbps上行上行10G-PON：10Gbps上行上行/2.5Gbps下行下行支持支持ATM，在传输汇聚层（，在传输汇聚层（TC：Transmission Convergence）定义了新）定义了新的的GEM（GPON Encapsulation Method）帧，封装）帧，封装TDM及变长分组及变长分组下行物理控制信息下行物理控制信息GTC Frame 125us 下行帧下行帧ONU 1ONU nGTC Frame 125us 上行帧上行帧 信息网络与协议信息网络与协议GEM：GPON Encapsulation MethodGTC：GPON Transmission Convergence 信息网络与协议信息网络与协议UplinkDonwlinkTransportONUOLT其它业务其它业务其它业务其它业务TDMTDMGTC FrameService AdaptationService AdaptationIP/EthernetGFP/SONETIP/EthernetEthernetTDM光分配网络光分配网络ODN 信息网络与协议信息网络与协议GPON：MAC继承继承APON/BPON的多业务支持的多业务支持T-CONT：定义上行业务类型：定义上行业务类型以以T-CONT为单位分配上行带宽为单位分配上行带宽Upstream 信息网络与协议信息网络与协议GPON：T-CONT&GEM Port 信息网络与协议信息网络与协议GPON：复用：复用(ATM & GEM)127ATMGEM 信息网络与协议信息网络与协议EPON：概述：概述EPON (Ethernet PON) 由由IEEE标准化，对应标准化，对应802.3ah上下行对称速率上下行对称速率1Gpbs802.3av 10Gbps基于以太网技术基于以太网技术具有很大的成本优势，适合具有很大的成本优势，适合IP业务业务采用以太帧结构：两字节采用以太帧结构：两字节LLID标识标识ONU/ONT，并只对，并只对ONU/ONT有有效，效，ONU/ONT将将LLID等信息转换成标准以太帧后发给用户终端等信息转换成标准以太帧后发给用户终端 信息网络与协议信息网络与协议 信息网络与协议信息网络与协议IP/EthernetTDMService AdaptationService AdaptationTDMIP/EthernetTDM/EthernetEthernetTransportONUODNOLTUplinkDonwlink 信息网络与协议信息网络与协议EPON：MAC多点控制协议多点控制协议 (MPCP: Multi-point Control Protocol)ONT/ONU注册和发现注册和发现测距测距动态带宽分配动态带宽分配EPON标准并没有给出具体的算法，仅仅给出过程标准并没有给出具体的算法，仅仅给出过程LLID: Logical Link IDentifier 信息网络与协议信息网络与协议GPON vs EPONEPON直接将变长直接将变长IP分组封装成以太帧，效率高，分组封装成以太帧，效率高，实现简单实现简单GPON帧长为帧长为125us，无缝支持，无缝支持TDM业务业务GPON继承了继承了ATM的多业务支持，以业务类型为单的多业务支持，以业务类型为单位分配带宽位分配带宽动态带宽分配属于动态带宽分配属于GPON标准的一部分，但是在标准的一部分，但是在EPON中没有明确定义中没有明确定义GPON能够提供更高的速率，接入更多的能够提供更高的速率，接入更多的ONU/ONT（最多（最多128个）个） 信息网络与协议信息网络与协议进一步阅读进一步阅读ADSL Network Architecture, Protocol, and Equipmenthttp:/staff.ustc.edu.cn/hclu/ADSL.pdfG.fast: Gigabit DSLhttp:/staff.ustc.edu.cn/hclu/GFAST.pdf802.11ax-2019: High-Efficient WLANshttp:/staff.ustc.edu.cn/hclu/80211ax.pdfPON: EPON, GPON and NG-PONhttp:/staff.ustc.edu.cn/hclu/PON.pdfhttp:/staff.ustc.edu.cn/hclu/ng-pon.pdf