1.3 计算机网络结构

1.3 计算机网络结构

计算机网络划分为： 主机（ Host ） ---- 资源子网 通信子网

（ Communication Subnet ）

转发结点 —用于转发数据 包的专用计算机

HH

HH

资源子网

通信子网

转发结点

通信子网通信子网

IMPIMP

IMPIMP IMPIMP

IMPIMP IMPIMP

主机主机

主机主机

主机主机 主机主机

主机主机

主机主机

典型代表：典型代表：ARPAnetARPAnet

IMP 设备就是路由器的雏形

millions of connected computing devices: hosts = end systems running network

apps Home network

Institutional network

Mobile network

Global ISP

Regional ISP

router

PC

server

wirelesslaptop

cellular handheld

wiredlinks

access points

communication links fiber, copper,

radio, satellite transmission rate

= bandwidth

routers: forward packets (chunks of data)

What’s the Internet: “nuts and bolts” view

从层次结构上看，计算机网络一般由：网络边界（端系统（主机与应用））、网络核心（ 骨干网 (路由器、网中网 )）、接入网 (通信链路和接入设备 )等三部分组成。

骨 干 网

接入网

端系统

网络结构

端系统 (hosts or LAN) 运行应用程序 例如 , WWW, email 位于“网络边界”

client/server model

最早 : 文件服务器模式 目前 : C/S 模式 : 客户主机发起

请求，请求服务器服务 B/S (browser/ server

peer-peer model: 主机之间对等交互 比如 : 网上邻居 P2P

The network edge

由多个高端路由器和高速通信线路连接而成的网络

基本功能 : 数据包的转发 ? circuit switching:

给每个通信分配专用的线路。

类比：打电话 packet-switching:

数据分组独立地沿不同路线传输

类比：发信

The Network Core

第一代传输网络

电节点铜缆

第二代传输网络

电节点光缆

第三代传输网络 （全光网 )

光节点光缆

传输网络技术的演变趋势

Q: 如何连接端系统到边界路由器 ?

住宅小区接入网 单位 ( 学校、公司 )

接入网 移动接入网主要关注 : 接入网的带宽 ( 宽 /

窄 )? 共享或专用 ?

Access networks

常用的网络接入技术 : 居民接入网 RAN (Residential Access Network)

modem 拨号 56Kbps ，模拟传输

ISDN: integrated services digital network: 128Kbps (2B+D) ，

全数字传输

Dedicated （专线， DDN ， FR ） LAN 接入 无线接入 基于电话线的宽带接入技术

XDSL: 用户环线 homePNA

基于闭路电视线的宽带接入 CALBE MODEM （机顶盒） HFC( 光纤同轴混合网 )

窄带接入

宽带接入

MODEM 拨号上网

DTE （计算机） + Modem + 电话交换网 调制解调器主要用于数字和模拟信号之间的转换，调制解调器主要用于数字和模拟信号之间的转换，

能够通过模拟线路传送数据信息。能够通过模拟线路传送数据信息。 ModemModem 分为分为同步同步和和异步异步两种两种 ::

同步同步 ModemModem 用于专线、帧中继、用于专线、帧中继、 X.25X.25 网络等连接方式网络等连接方式 异步异步 ModemModem 用于用于 PSTNPSTN 的连接。的连接。

PSTNPSTN ISPISP

InternetInternet

接入服务器接入服务器

ModemModemModemModem

通过 MODEM 接入 Internet 示意图

ISP 1

MODEM pool

M

M

M

M

M

PC

M

Toll office

Toll office

Toll office

End office

Local loop( Analog )

(Twisted pair)

Medium-bandwidth trunk(Digital, fiber)

Codec Codec

High-bandwidth trunk(digital , fiber)

ISP 2

Digital line

Serial port

ISDN (Integrated Services DigitaISDN (Integrated Services Digital Network)l Network) 是基于单一通信网络是基于单一通信网络提供包括语音、文字、数据、图像提供包括语音、文字、数据、图像等综合业务的数字网等综合业务的数字网 -- -- “ 一线通”

ISDNISDN 分为窄带的分为窄带的 N-ISDNN-ISDN 和宽带和宽带的的 B-ISDNB-ISDN 。前者采用同步传输模。前者采用同步传输模式式 STMSTM ，后者采用异步传输模式，后者采用异步传输模式ATMATM ，支持更高的数据传输速率。，支持更高的数据传输速率。

NT

Network Termination

TATerminal adapter

ISDN Telephone

Fax

PC

ISDN

N-ISDN 的用户访问速率接口 基本速率接口基本速率接口 ((BRIBRI ，， Basic Rate InterfaceBasic Rate Interface)) ( (N-ISDN)

由由 22 个速率为个速率为 64Kbps64Kbps 的的 BB 信道和信道和 11 个速率为个速率为 16Kbps16Kbps 的的 DD 信道组信道组成（成（ 2B2B ＋＋ DD ）。）。

可利用现有用户电话线支持，提供可利用现有用户电话线支持，提供电话、传真电话、传真等常规业务。等常规业务。 基群速率接口基群速率接口 ((Primary Rate InterfacePrimary Rate Interface)) ( (B-ISDN))

北美和日本的标准北美和日本的标准：使用：使用 23B23B ＋＋ DD 的结构，和的结构，和 T1T1 线路相对应，速线路相对应，速率为率为 1.544Mbps1.544Mbps ；；

欧洲标准欧洲标准：使用：使用 30B30B ＋＋ DD 的结构，和的结构，和 E1E1 线路相对应，速率为线路相对应，速率为2.048Mbps2.048Mbps 。。

其中其中 BB 、、 DD 信道均为信道均为 64Kbps64Kbps 。。 基群访问速率则是针对专用基群访问速率则是针对专用小型电话交换机小型电话交换机（（ PBXPBX ）或）或 LANLAN 等业等业

务量大的单位用户而设计的。务量大的单位用户而设计的。 BB 信道用来传输数据、话音和图像。信道用来传输数据、话音和图像。 DD 信道用来传输信令或分组信息。信道用来传输信令或分组信息。 也可将几个也可将几个 BB 信道合并为一个大信道，称为信道合并为一个大信道，称为 HH 信道信道

在用户家中或办公室中安装一个网络终端设备在用户家中或办公室中安装一个网络终端设备 NT1NT1 ，用户的电话、，用户的电话、传真、计算机等等通过传真、计算机等等通过 NT1NT1 与与 ISDNISDN 交换局相连，用户设备可多交换局相连，用户设备可多达达 88 个。只需要一根总线接通（简称一线通）。个。只需要一根总线接通（简称一线通）。

（（ TT ））

ISDN ISDN 信令信令S-busS-bus ISDNISDN

交换机交换机

ISDNISDN 网络网络

PSTNPSTN

InternetInternet

NT1NT1

（（ UU ））

家用或小型办公室 ISDN 网络结构

PCPC 机接入机接入 ISDNISDN

ISDN入户线插口

网络终端NT1plus

ISDN内置适配卡 对于普通用户来说，对于普通用户来说， ISDNISDN 有以下几方面应用： 有以下几方面应用：

同时接两部电话，彼此独立拨打电话，计费同时接两部电话，彼此独立拨打电话，计费方式和普通电话一样。即方式和普通电话一样。即一线带两机一线带两机。 。 一个一个 BB 信道上因特网，一个信道上因特网，一个 BB 信道打电话，信道打电话，互不干扰。即互不干扰。即一“芯”一“芯”可以可以两用两用。。

NT1 :“ 一类网络终端”

企业单位的用户设施较多，需要第二类网络终端设企业单位的用户设施较多，需要第二类网络终端设备，即专用的备，即专用的 ISDNISDN 小交换分机（小交换分机（ PBXPBX ），以提），以提供较大的接入带宽。供较大的接入带宽。

企业用的 N-ISDN 网络结构

LANLAN

ISDNISDNPBXPBX

（（ TT ））

ISDNISDN交换机交换机

ISDNISDN 网络网络NT1NT1

（（ UU ））1

1

1 1

（（ SS ））（（ RR ））

TATA

TE2TE2

TE1TE1

功能功能组件组件 全称全称 说明说明

TE1TE1 11 类终端设备类终端设备 各种各种 ISDN CPEISDN CPE 的统称的统称 , , 提供使提供使用四线电缆连接的用四线电缆连接的 S S 参考点。参考点。

TE2TE2 22 类终端设备类终端设备非非 ISDN CPEISDN CPE 的统称 。提供使用的统称 。提供使用RS-232 or V.35 RS-232 or V.35 电缆 连接的电缆 连接的 RR参考点。参考点。

TATA 终端适配器终端适配器 提供 提供 RR参考点和 参考点和 SS参考点，用于参考点，用于将将 TE2 TE2 连接到连接到 TE1 TE1 。。

ISDN 功能组件

功能组件功能组件 全称全称 说明说明

NT1NT1 网络终端器一型网络终端器一型NT-1NT-1

是物理层设备，它的主要功能是物理层设备，它的主要功能是将网络所提供的适合长距离是将网络所提供的适合长距离两线传输的两线传输的 UU 接口转换为适合接口转换为适合短距离传输，但可连接多个短距离传输，但可连接多个ISDN CPEISDN CPE 的四线的四线 SS 或或 TT参考参考点。 点。

NT2NT2 网络终端器二型网络终端器二型NT-NT-22

是智能网络终端，完成是智能网络终端，完成 OSIOSI 模模型的型的 22 、、 33层的功能，提供层的功能，提供 SS和和 TT参考点。参考点。

ISDN 网络设备

UU 接口（接口（ U InterfaceU Interface ）） 该接口定义了该接口定义了 ISDNISDN 交换机到客户端设备交换机到客户端设备 NT-1NT-1 之间的关之间的关

系，以一对线传送。系，以一对线传送。 UU 接口的标准接头是接口的标准接头是 RJ-45RJ-45 接头。接头。 S/TS/T 接口（接口（ S/T InterfaceS/T Interface ））

该接口定义了该接口定义了 NT-1NT-1与其他客户终端设备与其他客户终端设备之间的关系，以之间的关系，以两对线传送。两对线传送。 S/TS/T 接口的标准接头也是接口的标准接头也是 RJ-45RJ-45 接头，但实接头，但实际使用四芯。际使用四芯。

RR 接口（接口（ R InterfaceR Interface ）） 是是非非 ISDNISDN 设备连接设备连接 TATA 或或 RouterRouter 的接口的接口统称。所以统称。所以 RJ-RJ-

1111 接头、接头、 RS-232RS-232 、、 EthernetEthernet 、、 Token RingToken Ring 等接口对于等接口对于ISDNISDN 而言均称为而言均称为 RR 接口。接口。

ISDN 硬件参考点

DDN （数字数据网）网络示意图

xDSL 技术

DSL 是数字用户线 (Digital Subscriber Line) 的缩写，是对在本地电话网线上所提供的数字数据传输的一整套技术的总称。 。

xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字数据业务。

而字母 x 表示 DSL 的前缀可以是多种不同字母，用不同的前缀表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。

xDSL 的几种类型

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ：非对称数字用户线

HDSL (High speed DSL) ：高速数字用户线 VDSL (Very high speed DSL) ：甚高速数字用

户线 SDSL (Single-line DSL) ： 1 对线的数字用户

线 RADSL (Rate-Adaptive DSL) ：速率自适应

DSL ，是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率）。

xDSL 技术的分类

ADSL(非对称 DSL) 　　 ADSL 是一种非对称技术，下传 (NSP→ 用户 ) 速率 1.5～ 8Mbps ；上传 ( 用户→ NSP) 速率为 640kbps～1.54Mbps 。使用一对双绞线，线路最大长度 18000英尺(5486m) 。该技术适用于 Internet访问、视频点播、局域网远程访问等场合，因为这些应用的下传数据通常多于上传数据。

HDSL( 高比特率 DSL) 　　 HDSL 是一种对称技术，在两对双绞线上的上传 /下传速率为 1.544Mbps(与 T1 相等 ) ，在 3 对双绞线上可以达到 2.048Mbps(与 E1 相等 ) ，线路最大长度为12000～ 15000英尺 (3657～ 4572m) ，下一代 HDSL 技术称为 HDSL II ，它可以在一对双绞线上实现与 HDSL同样的传输速率。

xDSL 技术的分类

VDSL(甚高速 DSL) VDSL 是目前 xDSL 技术中传输速率最快的，其下传速率为 13 ～ 52Mbps ；上传速率为1.5 ～ 2.3Mbps 。使用一对双绞线，线路最大长度 1000 ～ 4500英尺 (304 ～ 1371m) 。目前 VDSL尚处于标准定义阶段。

SDSL （单线 DSL ） SDSL 的传输速率与 HDSL 一样，主要区别有

两个：一是只使用一对双绞线；二是传输距离在 10000英尺 (3048m)以内。

频谱

频率 (kHz)

下行上行传统电话

6.3 Mb/s

1.5 Mb/s

0 4 20 50 500 1100140

150

ADSL 调制解调器的频谱利用的划分

频分多路复用

ADSL 采用两种调制技术

无载波振幅相位调制 CAP (Carrierless Amplitude Phase) ，而另一种是离散多音调制 DMT (Discrete Multi-Tone) 。

CAP 早就使用在第一代 ADSL 调制解调器中，在商品化方面更加成熟。

DMT 则被美国 ANSI 选择为 ADSL 的标准。

通过 ADSL 接入 Internet 示意图

Internet

用户侧 本地局

Ethernet 端口

PC 机

滤波器用户配线架

局端滤波器交换机配线架 程控交换机

ADSL modem

ATU-R

ATU - C ： ADSL Transmission Unit－ CentralATU - R ： ADSL Transmission Unit－ Remote

ADSL modem

ATU-C

Residential access: DSL

(a)ADSL MODEM 卡 (内置式 ) (b)(c) 带 USB 接口的 ADSL MODEM(外置式 )

(a)

(b)

(c)

单用户连接

用户设备： ADSL MODEM （或 ADSL MODEM卡（内置式））； ADSL 分离器（采用全速率接入时，通常由局方提供） 。

ADSL硬件安装 1. 计算机加装网卡 2. 安装 ADSL MODEM 的滤波分离器 3. 安装 ADSL MODEM

ADSL软件安装1. 专线接入方式 : 就是 ISP 提供静态 IP 地址，主机名称等，其软件的设置和局域网一样，安装好 TCP/IP协议，直接在网卡上设定好 IP 地址、 DNS 服务器等信息，就可以直接连上互联网了。通常采用包月制计费。

2. 虚拟拨号方式：上网操作和普通拨号一样，使用简单，用户熟悉，有账号验证， IP 地址分配等过程。采用计时收费。

ADSL 设备的安装

ADSL Modem 连线

ADSL Modem安装

局域网用户的 ADSL 安装与单机用户没有很大区别，只需再加多一个交换机或集线器，用直连网线将集线器与 ADSL MODEM 连起来就可以了

多用户连接

网吧 ADSL 接入组网方案 路由器 : 思科 Cisco

1700 系列 千兆以太网交换机 : 科盟智能型交换机 COM-SF2224P ，或者是科盟双速交换机 COM-SF1024/1016 等。

对于大型网吧，由于网络中节点数较多，数据流量较大，此时可通过申请多条 ADSL 线路提升上网速度 ( 如上图中为 2 条 ) ，同时还可以提高整个网络稳定可靠性，起一定的备份作用。

机顶盒是数字广播用户收看节目的必备装置，用于数字广播电视信号接收译码，同时提供信息服务交互功能。数字视频资讯信息流传送到机顶盒，通过机顶盒对信号的解码和解扰，传送到电视机上。

ADSL 应用框图—电话、 PC 机和电视机

HomePNA 组网的实例

光纤同轴混合网 HFC (Hybrid Fiber Coax) HFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网

CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网。

HFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其它宽带交互型业务。

HFC 网的主干线路采用光纤 HFC 网的用户连接线路采用同轴电缆

同轴电缆

头端

模拟光纤放大器

引入线

分路器

光纤结点

服务区

服务区服务区

HFC 网体系结构

Coaxial cable

house

光纤到……

FTTZ 、 FTTC 、 FTTB 、 FTTO 、 FTTH 、FTTF 等

FTTC: (Fiber-To-The-Curb) 光纤到路边 FTTZ :(Fiber To The Zone) 光纤到小区 FTTB: （ Fiber To The Building 光纤到楼 FTTO :(Fiber To The Office) 光纤到办公室 FTTH: (Fiber To The Home ) 光纤到户 FTTF:(Fibre to the Feeder) 光纤到节点

100 M

10 M

10 M

100 M

吉比特以太网

光结点汇接点

1 Gb/s

1 Gb/s

高速光结点汇接点 GigaPoP

以太网接入举例：光纤到大楼 FTTB

是一种利用有线电视网电缆的宽带接入技术Cable Modem 本身不单纯是调制解调器，它集Modem 、调谐器、加 / 解密设备、桥接器、网络接口卡、虚拟专网代理和以太网集线器的功能于一身。它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线的永久连接。Cable Modem 提供一个标准的 10BaseT 或10/100BaseT 以太网接口同用户的 PC 设备或以太网集线器相联Cable Modem 可提供上行 3-12Mbps ，下行 27-56Mbps的传输速率传输距离可达 100 公里甚至更远 ( 视有线电视网覆盖范围而定 )

Cable Modem

与现有有线电视频道兼容

5~50M 50~550M

上行数据 模拟电视

750M以上

高速下行数据

Hz

低分割，中分割，高分割

频分复用

home

cable headend

cable distributionnetwork (simplified)

每个家庭要安装一个用户接口盒

用户接口盒 UIB (User Interface Box) 要提供三种连接，即： 使用同轴电缆连接到机顶盒 (set-top box) ，然

后再连接到用户的电视机。 使用双绞线连接到用户的电话机。 使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。

将用户计算机输出的上行数字信号调制成 5 —65 MHZ 射频信号进入 HFC 网的上行通道将下行的 RF 信号解调为数字信号送给用户计算机

CM 的基本功能

HFC典型应用

HFC典型应用

有线电视分配器示例（三分配）

有线宽带 Cable Modem 连接示例

室内有线网布线示例

cable modem

cable modem

公司 / 学校一般通过LAN 连接端系统到边界路由器

Ethernet: 用共享或专用电缆来连接

端系统到路由器 10 Mbs, 100Mbps,

Gigabit Ethernet 应用 : 单位， home LANs

（正在逐渐普及） LANs: 第 5 章

单位接入 : LAN

以太网接入

无线接入网 通过共享无线网络来连接

端系统到边界路由器 短程无线通信技术 Bluet

ooth、 ZigBee.... wireless LANs:

802.11 WLAN e.g., Lucent Wavelan 11

Mbps Ad hoc wider-area wireless acc

ess CDPD: 通过蜂窝（ cellula

r ）网络无线接入到 ISP路由器

basestation

mobilehosts

router

WLAN

Ad hoc

cellular

综合接入组成部分 : ADSL or cable modem router/firewall Ethernet wireless access point

wirelessaccess point

wirelesslaptops

router/firewall

cablemodem

to/fromcable

headend

Ethernet(switched)

综合接入

课程设计3、了解常用的网络接入方案及接入设备。

分别设计适合于家庭、网吧、单位的网络接入方案

Thanks！