1.3 计算机网络结构

1. 1.3 计算机网络结构

2. 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 主机 主机 通信子网 H 主机 IMP H 主机 IMP IMP 典型代表：ARPAnet 转发 结点 通信子网 IMP IMP 主机 主机 H H 资源子网 1.3 计算机网络结构 IMP设备就是路由器的雏形

3. millions of connected computing devices: hosts = end systems running network apps Mobile network PC access points router server Global ISP wired links wireless laptop cellular handheld Home network Regional ISP Institutional network What’s the Internet: “nuts and bolts” view • communication links • fiber, copper, radio, satellite • transmission rate = bandwidth • routers: forward packets (chunks of data)

4. 网络结构 骨 干 网 接入网 端系统 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。

5. 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

6. 由多个高端路由器和高速通信线路连接而成的网络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 电节点 光节点 电节点 光缆 光缆 铜缆 第二代传输网络 第三代传输网络 （全光网) 第一代传输网络 传输网络技术的演变趋势 The Network Core

7. 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

8. 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

9. 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。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。 Modem分为同步和异步两种: 同步Modem用于专线、帧中继、X.25网络等连接方式 异步Modem用于PSTN的连接。 Internet Modem Modem ISP PSTN 接入服务器 MODEM拨号上网 DTE（计算机） +Modem+电话交换网

10. M PC ISP 1 ISP 2 M M Digital line M M Medium-bandwidth trunk (Digital, fiber) Toll office Local loop ( Analog ) (Twisted pair) Codec Codec Toll office Toll office M End office High-bandwidth trunk (digital , fiber) MODEM pool 通过MODEM接入Internet示意图 Serial port

11. ISDN (Integrated Services Digital Network)是基于单一通信网络提供包括语音、文字、数据、图像等综合业务的数字网--“一线通” ISDN分为窄带的N-ISDN和宽带的B-ISDN。前者采用同步传输模式STM，后者采用异步传输模式ATM，支持更高的数据传输速率。 Terminal adapter TA ISDN Telephone NT Fax Network Termination PC ISDN

12. 基本速率接口(BRI，Basic Rate Interface) (N-ISDN) 由2个速率为64Kbps的B信道和1个速率为16Kbps的D信道组成（2B＋D）。 可利用现有用户电话线支持，提供电话、传真等常规业务。 基群速率接口(Primary Rate Interface) (B-ISDN) 北美和日本的标准：使用23B＋D的结构，和T1线路相对应，速率为1.544Mbps； 欧洲标准：使用30B＋D的结构，和E1线路相对应，速率为2.048Mbps。 其中B、D信道均为64Kbps。 基群访问速率则是针对专用小型电话交换机（PBX）或LAN等业务量大的单位用户而设计的。 N-ISDN的用户访问速率接口 • B信道用来传输数据、话音和图像。 • D信道用来传输信令或分组信息。 • 也可将几个B信道合并为一个大信道，称为H信道

13. 在用户家中或办公室中安装一个网络终端设备NT1，用户的电话、传真、计算机等等通过NT1与ISDN交换局相连，用户设备可多达8个。只需要一根总线接通（简称一线通）。在用户家中或办公室中安装一个网络终端设备NT1，用户的电话、传真、计算机等等通过NT1与ISDN交换局相连，用户设备可多达8个。只需要一根总线接通（简称一线通）。 ISDN内置 适配卡 网络终端 NT1plus PSTN Internet ISDN 入户线插口 PC机接入ISDN 家用或小型办公室ISDN网络结构 NT1 :“一类网络终端” （U） ISDN网络 （T） S-bus ISDN交换机 NT1 ISDN 信令 • 对于普通用户来说，ISDN有以下几方面应用： • 同时接两部电话，彼此独立拨打电话，计费方式和普通电话一样。即一线带两机。 • 一个B信道上因特网，一个B信道打电话，互不干扰。即一“芯”可以两用。

14. 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ISDN小交换分机（PBX），以提供较大的接入带宽。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ISDN小交换分机（PBX），以提供较大的接入带宽。 （R） LAN （S） ISDN网络 1 （T） （U） 1 ISDN交换机 TE2 ISDNPBX 1 1 TA NT1 TE1 企业用的N-ISDN网络结构

15. ISDN功能组件

16. ISDN网络设备

17. U接口（U Interface） 该接口定义了ISDN交换机到客户端设备NT-1之间的关系，以一对线传送。U接口的标准接头是RJ-45接头。 S/T接口（S/T Interface） 该接口定义了NT-1与其他客户终端设备之间的关系，以两对线传送。S/T接口的标准接头也是RJ-45接头，但实际使用四芯。 R接口（R Interface） 是非ISDN设备连接TA或Router的接口统称。所以RJ-11接头、RS-232、Ethernet、Token Ring等接口对于ISDN而言均称为R接口。 ISDN硬件参考点

18. DDN （数字数据网）网络示意图

19. 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 技术

20. 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 的几种类型

21. 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。

22. 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。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。 xDSL技术的分类

23. ADSL 调制解调器的频谱利用的划分 频谱 传统电话 上行 下行 6.3 Mb/s 1.5 Mb/s 频率(kHz) 0 4 20 50 500 1100 140 150 频分多路复用

24. 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。 ADSL 采用两种调制技术

25. PC机 ADSL modem Internet Ethernet 端口 用户配线架 ADSL modem 滤波器 局端滤波器 交换机配线架 程控交换机  用户侧 本地局 ATU-C ATU-R ATU - C：ADSL Transmission Unit－Central ATU - R：ADSL Transmission Unit－Remote 通过ADSL接入Internet示意图

26. Residential access: DSL

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

28. 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） 。

29. 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

30. ADSL Modem连线

31. ADSL Modem安装

32. 多用户连接 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

33. 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。 网吧ADSL接入组网方案

34. ADSL应用框图—电话、PC机和电视机 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。

35. HomePNA组网的实例

36. 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 光纤同轴混合网HFC (Hybrid Fiber Coax)

37. HFC 网体系结构 模拟光纤 放大器 光纤结点 Coaxial cable 头端 服务区 服务区 同轴电缆 分路器 引入线 house 服务区

38. 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 光纤到……

39. 以太网接入举例：光纤到大楼 FTTB 高速光结点汇接点 GigaPoP 10 M 1 Gb/s 10 M 吉比特以太网 光结点汇接点 100 M 1 Gb/s 100 M

40. Cable Modem • 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)

41. 与现有有线电视频道兼容 频分复用 上行数据 模拟电视 高速下行数据 Hz 5~50M 50~550M 750M以上 低分割，中分割，高分割

42. cable headend home cable distribution network (simplified)

43. 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。 每个家庭要安装一个用户接口盒

44. CM的基本功能 • 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

45. HFC典型应用

46. HFC典型应用 有线电视分配器示例（三分配） cablemodem 有线宽带Cable Modem连接示例 室内有线网布线示例 cablemodem

47. 公司/学校一般通过LAN连接端系统到边界路由器公司/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

48. 以太网接入

49. router base station mobile hosts cellular Ad hoc WLAN 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Bluetooth、ZigBee.... • wireless LANs: • 802.11 WLAN • e.g., Lucent Wavelan 11 Mbps • Ad hoc • wider-area wireless access • CDPD: 通过蜂窝（cellular）网络无线接入到ISP路由器

50. 综合接入组成部分: ADSL or cable modem router/firewall Ethernet wireless access point 综合接入 wireless laptops to/from cable headend cable modem router/ firewall wireless access point Ethernet (switched)