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高速网络技术 High Speed Computer Network Technology

高速网络技术 High Speed Computer Network Technology. 邬 春 学 tyfond2@126.com http://www.sciencenet.cn/blog/tyfond.htm 上海理工大学 Wednesday, October 29, 2014. 一则新闻（ 2010 年 2 月 10 日）. 谷歌拟在美国建试验性高速宽带网速度可达 1Gbps

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高速网络技术 High Speed Computer Network Technology

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Presentation Transcript

  1. 高速网络技术High Speed Computer Network Technology 邬 春 学 tyfond2@126.com http://www.sciencenet.cn/blog/tyfond.htm 上海理工大学 Wednesday, October 29, 2014

  2. 一则新闻（2010年2月10日） • 谷歌拟在美国建试验性高速宽带网速度可达1Gbps   谷歌周三表示计划在美国建造一条速度可达1Gbps的高速光纤宽带网，继续开拓新业务领域。 谷歌称该项目是试验性的，并希望借此了解开发者和用户使用超高速网络能做什么。公司表示，此网络将开放接入，用户可选择多个服务提供商；利用高速网络，可实现三维网络会议和教学、更快的下载及开发新业务。   谷歌称将使用光纤到户技术，但拒绝透露项目的费用以及是建造、购买还是租赁服务。此举将使谷歌直接与AT&T、Verizon等运营商竞争，不过一位分析师认为还不能看作是谷歌的单独业务。公共利益团体Public Knowledge的发言人阿特·布罗德斯盖（Art Brodsky）称，那不重要，这些是实验台，而非巨大的地理意义上的网络。Verizon的发言人将谷歌的行动描述为互联网发展故事中的新篇章。

  3. 速度超当前100倍 Oppenheimer & Co的分析师蒂莫斯·霍兰（Timothy Horan）表示，如果谷歌购买很多城市已经铺设的未用光纤，建造这个宽带的单个用户建设成本约在1000-2000美元。他认为，谷歌可购买大量这些相当廉价的光纤线路，如Level 3 Communications等公司就拥有大量的未用线路。谷歌在官方博客上称，将在美国少部分地区建造和测试一条超高速宽带网络。该公司承诺，将向用户交付速度比目前多数美国人使用的网络速度高出100倍的宽带，并且服务价格是“有竞争力的”。预计谷歌宽带的用户数最少在5万，最多可达50万。 谷歌产品经理明涅·英格索尔（Minnie Ingersoll）称，公司将提供批发接入，其他公司可在网络上提供零售服务，公司希望探讨和协商这种合作机会。她表示，例如VoIP网络电话公司可在谷歌宽带上提供产品和服务。   美国联邦通信委员会主席朱利斯·吉纳考斯基（Julius Genachowski） 对谷歌的行动立即表示了欢迎，称大宽带将制造大机会。他在声明中表示，谷歌将为下一代高速革新互联网应用、设备和服务提供一个实验台。 发布于：2010-2-11

  4. 中国互联网络信息中心（CNNIC） --第25次中国互联网络发展状况统计报告 截止2009年12月31日

  5. 网民网络应用 截止2009年12月，使用率排名前三甲分别是网络音乐（83.5%），网络新闻（80.1%），搜索引擎（73.3%）。但从发展速度上看，商务交易类应用遥遥领先，商务交易类应用平均年增幅68%。其中，网上支付用户年增幅80.9%，在所有应用中排名第一。2009年是商务类应用大发展的一年，中国网民群体网络应用正从娱乐型向消费商务化转变。

  6. 各类网络应用使用状况及用户增长

  7. 2009年个人互联网应用指数

  8. 中美个人互联网应用指数对比

  9. 手机网民网络应用

  10. 2008.12-2009.12年中国互联网基础资源对比

  11. 图 13 2006-2009中国IPv4地址资源变化情况

  12. 2009年底域名总数为1681万，其中有80%为cn域名。2009年底域名总数为1681万，其中有80%为cn域名。 中国分类域名数

  13. 目前CN域名中，.CN结尾的二级域名比例仍然最高，占到CN域名总数的64.0%，其次是.COM.CN域名，占比为23.1%。目前CN域名中，.CN结尾的二级域名比例仍然最高，占到CN域名总数的64.0%，其次是.COM.CN域名，占比为23.1%。 表 ：中国分类CN域名数

  14. 网站 截至2009年12月，中国的网站数，即域名注册者在中国境内的网站数（包括在境内接入和境外接入）达到323万个，网站数量增长幅度不大。 图： 2006-2009中国网站规模变化 注：数据中不包含.EDU.CN下网站数

  15. 联网基础资源附表 中国各地区IPv4地址数

  16. 中国各地区IPv6地址数

  17. 需求推动高速网络技术发展！

  18. 讲授方式：课堂教学为主，实验环节辅助 学时分配：共32学时，其中授课学时26学时，实验6学时。 参考教材： 李星等.高速计算机互联网络,人民邮电出版社.2005. 郭联志,高速网络技术.厦门大学出版社.2003年10月 结课方式： （暂定！2选1） （1）每人一篇可供发表的学术论文（6000字左右），内容与网络相关。分组讨论选题，不得雷同！或本课程前沿技术综述1万字。 （2）期末开卷考试。

  19. 主要课程内容： 第1章 高速网络技术综述-6 1.1 背景及发展 1.2 高速网络传输技术新进展 1.2.1 高速以太网络技术 1.2.2 IP over SDH 1.2.3 IP over DWDM 1.2.4 IP over ATM (见第3章 3.2) 1.3 传输层技术进展 1.3.1 传输层概述 1.3.2 TCP协议的流量控制与拥塞避免 1.3.3 实时传输协议RTP与RTCP 1.3.4 基于RTCP的服务质量的动态监控 第2章 高速网络路由交换技术 -4 2.1 高速路由技术 2.2 高速路由器队列管理算法 2.3 交换路由技术-MPLS 2.4 光交换技术 2.5 软交换技术

  20. 主要课程内容： 第3章 ATM -4 3.1 ATM结构概述 3.2 IP over ATM 第4章 VPN和隧道技术-4 4.1 VPN 4.2 隧道技术 第5章 高速网络应用层技术-4 5.1 互联网下的多媒体通信应用技术 5.1.1 VoIP技术 5.1.2 流媒体技术 5.1.3 视频会议与MCU技术 5.2 互联网应用扩展技术 5.2.1　网格计算　 5.2.2　对等网技术 5.2.3 集群技术 5.2.4 网络存储 第6章 无线网络技术-2 第7章 NGI -2

  21. 主要课程内容： 附件：实验项目 3个实验，每个实验2学时。 (1) 实验1：MPLS (2) 实验2：VPN (3) 实验3：P2P 具体实验内容，根据实验室条件与杨艳梅商量后确定。

  22. 1.1 背景及发展 TCP/IP参考模型

  23. 1.2 高速网络传输技术新进展 定义1：低速互联网 由路由器和窄带通信线路互联起来的互联网称为低速互联网。 传送文字和简单的图形信息。无法有效地传送图像、视频、音频和多媒体等宽带业务。 一般采用租用线路、拨号上网等方式，其传输能力有限。

  24. 1.2 高速网络传输技术新进展 定义2：高速互联网 是指网络中的交换路由设备、中继通信线路、用户接入线路和用户终端都是高速的；通信中继带宽为几Gbps至几十Gbps；接入带宽为1-100Mbps；可以传送各种音视频和多媒体业务。

  25. 1.2 高速网络传输技术新进展 1.2.1 高速以太网络技术 1.2.2 IP over SDH 1.2.3 IP over DWDM 1.2.4 IP over ATM (见第五章 5.2)

  26. 1、100BASE-T技术 在双绞线上传输 100Mb/s 基带信号 星型拓扑以太网 使用IEEE802.3标准 1.2.1高速以太网

  27. 由10BASE-T升级到100BASE-T需要： 更换一块网卡 配置一个100Mb/s的集线器 不需要更换线路、网络协议和应用软件。 升级网络

  28. 分两类： （1）共享型快速以太网系统：使用共享型集线器； （2）交换型以太网系统：使用快速以太网交换器。 100BASE-FX是使用光纤的全双工网络。 100BASE-T网卡有很强自适应性。 （10M/100M自适应就是在网络中网卡、集线器和交换机能够自动调节到双方均能接受的10M/100M速度下工作，即会自动调节到双方均能接受的最佳工作模式。） 快速以太网的特点

  29. 快速以太网体系结构 IEEE 802 OSI

  30. 常见的4种以太网的物理层： 100BASETX（2对5类UTP）、100BASEFX（光纤）、100BASET4（4对3类UTP）、100BASET2（2对3类UTP ）。 国内几乎都选用5类双绞线或光纤。 物理层可以再分为编码/译码和收发器两个功能模块（包括媒体，即3个部分）。 快速以太网的物理层

  31. 网卡 收发器 收发器电缆 集线器 双绞线或光缆 快速以太网系统构成

  32. 主要特点： 使用基于IEEE802.5令牌环标准的令牌传送MAC协议 使用802.5 LLC协议，故与IEEE802局域网兼容 利用多模光纤进行传输，使用双环拓扑 数据率为100Mb/s，光信号码元传输速率为125Mbaud 1000个物理连接（若都是双连接站，则为500个） 分组长度最大为4500B 最大站间距离为2km，环路长度100km 光纤分布式数据接口－FDDI

  33. （1）计算机机房网（称为后端网络），用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速率与系统容错要求较高的环境。（1）计算机机房网（称为后端网络），用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速率与系统容错要求较高的环境。 （2）办公室或建筑物群的主干网（称为前端网络），用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设。 （3）校园网的主干网，用于连接分布在校园中各个建筑物中的小型机、服务器、工作站和个人计算机，以及多个局域网。 （4）多校园的主干网，用于连接地理位置相距几公里的多个校园网、企业网，成为一个区域性的互连多个校园网、企业网的主干网。 FDDI的四种应用环境

  34. FDDI是使用光纤的令牌环网。对应ISO 9314国际标准，一般划分在MAN范围。 具有动态分配带宽的能力，故能同时提供同步和异步数据服务。 应用最多是作为校园网的主干网。 应用

  35. 两个数据传输方向相反的环路（主环和次环）。两个数据传输方向相反的环路（主环和次环）。 正常情况下工作环路叫主环 ，不工作的叫次环。当环路出现故障时，FDDI能自动重新配置，同时启动次环工作。 使用集中器。 集中器有多个端口可以和多个单连接站（SAS）连接。（双连接站简写DAS，1个连接站可以有1～2个MAC实体） FDDI的构成

  36. FDDI-Ⅱ以基本方式工作时，仅提供分组数据服务和FDDI一样。FDDI-Ⅱ以基本方式工作时，仅提供分组数据服务和FDDI一样。 FDDI-Ⅱ以混合方式工作时，可以同时提供分组交换和电路交换服务。 FDDI和FDDI-Ⅱ

  37. 用于网络的主干网，也可在高带宽的应用中连接工作站和集线器。用于网络的主干网，也可在高带宽的应用中连接工作站和集线器。 千兆位以太网使用两种成熟技术： 现有的以太网 ANSI制定的光纤通信 前兆位以太网物理层有两种标准： 1000BASE-X（802.3z） 1000BASE-T（802.3ab） 千兆位以太网

  38. 1000BASE-SX 使用多模光纤和850nm激光器 1000BASE-LX使用单模光纤或多模光纤和1300nm激光器 1000BASE-CX使用短距离的屏蔽双绞线电缆STP 1000BASE X（802.3z标准）

  39. 使用4对5类线UTP 传输距离为25m－100m 采用载波延伸及分组突发技术 1000BASE T（802.3ab标准）

  40. 与现有大多数网络设施兼容 简便的网络升级操作 技术成熟稳定 总体开销较低 灵活的网络互联和网络设计 性能高（多数采用无冲突的全双工交换式结构） 千兆位以太网特点

  41. 尚未成熟开发，采用802.3ae标准 主要特点： （1）首先表现在物理层面上。万兆以太网是一种只采用全双工与光纤的技术，其物理层（PHY）和OSI模型的第一层（物理层）一致，它负责建立传输介质（光纤或铜线）和MAC层的连接，MAC层相当于OSI模型的第二层（数据链路层）。在网络的结构模型中，把PHY进一步划分为物理介质关联层（PMD）和物理代码子层（PCS）。 万兆位以太网

  42. （2）万兆以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网及千兆以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。 （3）万兆标准意味着以太网将具有更高的带宽（10G）和更远的传输距离（最长传输距离可达40公里）。 万兆位以太网 主要特点：

  43. （4）在企业网中采用万兆以太网可以最好地连接企业网骨干路由器，这样大大简化了网络拓扑结构，提高网络性能。 （5）万兆以太网技术提供了更多的更新功能，大大提升QoS，具有相当的革命性，因此，能更好的满足网络安全、服务质量、链路保护等多个方面需求。 万兆位以太网 主要特点：

  44. 解决网络速度瓶颈方法： 修宽路。 提车速。 新一代的网络骨干需要在速度、可伸缩性、QoS3方面改进。 采用光纤 采用DWDM 采用太（T）比特交换式路由器。 3种流行的新型路由器结构 中央处理器结构、交换结构、大规模并行结构 网络提速设备

  45. 1、同步数字体系概况 从1984年开始，美国就开始了同步信号光传输标准的研究和制定工作。1985年美国贝尔研究所提出了建立完整同步网的观点。后来美国国家标准协会(ANSI)制 定了有关SONET的国家标准。1986年夏，原CCITT（现在的ITU-T）开始关注SONET标准，当时的CCITT采纳了SONET的概念，进行了一些修改和扩充，重新命名为同步数字体系(SDH)，并着手研究同步数字体系（SDH）。1988年ITU-T第18研究组通过了同步数字体系（SDH）的3个主要建议，并在1989年ITU-T的蓝皮书上正式刊载，分别是： 1.2.2 IP over SDH

  46. （1）G.707----同步数字体系的比特率； （2）G.708----同步数字体系的网络节点接口； （3）G.709----同步复用结构。

  47. SONET与SDH的比较

  48. 老的电信系统相比，SDH有以下优点： ●对设备的要求减少了； ●网络的可靠性增加了，出错率大大降低了； ●SDH为低速率数字信号的传输提供了同步的多路复用格式，并且简化了数字交换机和加/减多路复用的接口； ●SDH标准允许来自不同厂家的产品互相连接； ●SDH与SONET兼容，SONET定义了光介质（OC）的等级，还定义了基于光纤的传输层电学的等效同步传输信号（STS）； ●SDH标准基于直接同步多路复用原理，这有利于提高成本效应和网络的灵活性。 一般情况下，从属信号可以被直接多路复用成为高速率的SDH信号，而不用经过中间的多路复用阶段。SDH几乎可以传送所有目前使用的从属信号。 ●SDH提供了高水平的网络管理和维护功能。

  49. 在美国和日本使用SONET，欧洲使用SDH。1998年底，我国已建成8纵8横的SDH光纤传输网。近两年还有架构在DWDM（密集波分复用）之上的SDH骨干传输网不断建成，目前SDH仍然是我国数字传输网的主体。在美国和日本使用SONET，欧洲使用SDH。1998年底，我国已建成8纵8横的SDH光纤传输网。近两年还有架构在DWDM（密集波分复用）之上的SDH骨干传输网不断建成，目前SDH仍然是我国数字传输网的主体。

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