第8章 宽带网络通信.ppt

IntroductiontoModernCommunicationTechnology 课程提要 电信交换 无线通信 移动通信 光传输网 通信网基础技术 宽带网络通信 数据通信 第8章宽带网络通信 本章学习目标 了解宽带通信网的发展特点 了解网络融合的基本概念 了解接入网的结构功能 了解常用宽带接入技术的技术应用特点 了解宽带IP网络组网技术 MPLS网络 宽带IP城域网的基本概念与应用特点 了解下一代网络 NGN 的发展 了解基于软交换的NGN技术特点 内容简介 8 1宽带网络通信概述8 2宽带接入网技术8 3宽带核心网技术8 4下一代网络 NGN 放映结束 内容简介 8 1宽带网络通信概述8 1 1宽带通信网的发展8 1 2网络融合 返回主目录 内容简介 8 2宽带接入网技术8 2 1接入网概述8 2 2数字用户线 DSL 技术8 2 3光纤接入8 2 4混合光纤 同轴 HFC 接入8 2 5以太网接入8 2 6无线局域网 WLAN 8 2 7本地多点分配业务 LMDS 返回主目录 内容简介 8 3宽带核心网技术8 3 1宽带IP网络组网技术8 3 2MPLS网络8 3 3宽带IP城域网 返回主目录 内容简介 8 4下一代网络 NGN 8 4 1NGN概述8 4 2基于软交换的下一代网络 返回主目录 8 1宽带网络通信概述 宽带通信依托综合化 数字化 宽带化 智能化 多样化的光通信网 向用户提供语音 数据 图像 视频的交互式多媒体信息服务 宽带的通信质量和能力都远远超越了窄带通信系统 表现于数据通信能力和图像通信能力等 返回 8 1 1宽带通信网的发展 1 数据宽带网络的发展数据业务将超越话音业务宽带网络建设进入新阶段业务种类的多样化和个性化新一代网络技术 宽带通信网的发展 2 电信宽带网络的发展ISDNATMATM IP平台宽带IP网络 宽带通信网的发展 3 下一代网络下一代网络 NGN 的基本思路为 具有统一的IP通信协议和巨大的传输容量 能以最经济的成本灵活 可靠 持续地支持一切已有和将有的业务和信号 其上层联网协议将是TCP IP 中间层是IP或ATM 基础物理层是波分复用 WDM 光传送网 该构架可提供巨大的网络带宽 保证可持续发展的网络结构 容量和性能以及廉价的成本 支持当前和未来的任何业务和信号 返回 8 1 2网络融合 根据ITU T提出的网络分层分割概念 通信网从垂直方向可分为三层 自下而上为传送网 业务网和应用层 从水平方向也可分为三层 即用户驻地网 接入网与核心网 我国的网络融合 三网融合 或称 三网合一 主要是指国内电信网 计算机网 有线电视网的互连互通 网络融合 1 网络融合的内涵技术融合网络融合业务融合产业融合 网络融合 2 网络融合的技术基础 1 TCP IP协议 2 数字化技术和光通信技术 3 软件技术 4 接入技术 返回 8 2宽带接入网技术 宽带网络通信 最后一公里 的接入技术称为宽带接入网技术 宽带接入技术包括有线接入和无线接入等 其主要接入方式有非对称数字用户线 ADSL 电缆调制解调器 CableModem 光纤 同轴电缆混合网 HFC 以太网等有线接入等 还可利用无线接入如无线局域网 WLAN 第三代移动通信系统 3G 等传送信息 保证网络的先进性 安全性和可靠性 返回 8 2 1接入网概述 接入网指端局本地交换机 或远端交换模块 至用户之间的部分 由传统的用户环路 从电话端局交换机到用户终端设备之间 发展而来 已经从功能和概念上替代了传统的结构 成为通信网中的重要组成部分 接入网分为有线接入网和无线接入网 接入网的投资比重约占整个电信网的50 接入网概述 1 接入网在电信网中的位置目前流行的电信网划分形式如图8 1所示 1 电信管理网 TMN TMN是一个综合 智能 标准化的电信管理系统 其提供一个有组织的网络结构 以取得各种类型的操作系统之间 操作系统与电信设备之间互联 2 核心网核心网包含了交换网和传输网的功能 接入网概述 3 接入网 AN 接入网由核心网和用户驻地网之间的所有实施设备与线路组成 是为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统 可经维护管理接口 Q3 由电信管理网进行配置和管理 接入网依赖于各种接口 将各种类型的业务从用户端接入到各个电信业务网 在不同的配置下 接入网有不同的接口类型 主要接口包括 用户网络接口 UNI 业务节点接口 SNI 和维护管理接口 Q3 接入网概述 4 用户驻地网 CPN CPN指用户终端到用户网络接口 UNI 之间所包含的线路与设备 属于用户自己的网络 其在规模 终端数量和业务需求方面差异很大 CPN的组成可以大至企业网或校园网中的局域网所有设备 也可以小至普通住宅中的一部话机和一对双绞线 接入网概述 5 维护管理接口 Q3 Q3是电信管理网与电信网其余部分相连的标准接口 在一个接入网中 与V5接口 本地数字交换机数字用户接口的国际标准 关联的功能可通过Q3管理接口进行灵活配置和操作 接入网通过Q3接口与TMN相连来实施TMN对接入网的管理与协调 从而提供用户所需的接入类型及承载能力 接入网概述 6 用户网络接口 UNI UNI是用户和网络间的接口 位于接入网的用户侧 支持多种业务的接入 如模拟电话接入 N ISDN业务接入 B ISDN业务接入 数字或模拟的租用线业务的接入等 接入网概述 7 业务节点接口 SNI SNI是接入网和业务节点间的接口 位于接入网的业务侧 根据不同的用户业务需求 需要提供相对应的业务节点接口 使其能与交换机相连接 SNI由交换机的用户接口演变而来 分为模拟接口 Z接口 和数字接口 V5接口 两大类 V5接口能同时支持多种接入业务 可分为V5 1接口 由单个2Mbit s链路构成 V5 2接口 最多为16条并行2Mbit s链路构成 以及支持B ISDN的VB5 1和VB5 2接口 图8 2示出了接入网在电信网中的位置 接入网概述 2 接入网的功能接入网主要完成交叉连接 复用和传输功能 一般不含交换功能 且独立于交换机 其功能结构包括 用户口功能 业务口功能 核心功能 传送功能和接入网系统管理功能 接入网概述 3 接入网的特点具备复用 交叉连接和传输功能 一般不含交换功能 其提供开放的V5标准接口 可实现与任何种类的交换设备的连接 接入业务种类多 业务量密度低 接入距离 网径 长短不一 成本与用户有关 线路施工难度大 设备运行环境恶劣 网络拓扑结构多样 组网能力强大 返回 8 2 2数字用户线技术 铜线接入技术是利用电话网铜线实现宽带传输的技术 称为数字用户线技术 DSL 而各种数字用户线技术 xDSL 则是这些传输技术的组合 xDSL采用先进的数字信号自适应均衡技术 回波技术和高效的编码调制技术 在不同程度上提高了双绞铜线对的传输能力 数字用户线技术 1 数字用户线技术概述DSL技术包括高比特率数字线 HDSL 甚高速数字用户线 VDSL 非对称数字用户线 ADSL 速率自适应数字用户线 RADSL 等 其主要的差别体现在信号的传输速率与距离 上行速率和下行速率以及对称性等方面 xDSL技术比较如表8 1所示 表8 1xDSL技术比较 数字用户线技术 数字用户线技术 2 非对称数字用户线 ADSL ADSL是在无中继的用户环路网上使用电话线提供高速数字接入的传输技术 ADSL中的 非对称 是指非双向平均传输高速信号 即上行信息传输速率和下行速率不一样 ADSL系统示意图如图8 3所示 数字用户线技术 1 ADSL系统的基本组成ADSL采用先进的信号调制方式 包括正交调幅QAM 无载波幅度相位调制CAP和离散多频DMT技术 数字相位均衡技术和回波抑制技术 从而达到信道频谱充分利用和信道传输的高质量 ADSL系统主要由局端收发机和用户终端收发机两部分组成 数字用户线技术 2 ADSL的频谱划分ADSL将用户的双绞线频谱分成低频 上行信道和下行信道三部分 由于采用频分复用 FDM 因此3个信息通道可同时工作于一对电话线 ADSL频谱划分如图8 4所示 数字用户线技术 低频部分 提供普通电话业务 POTS 信道 通过无源滤波器使其与数字信道 含上行信道和下行信道 分开 上行信道 是640kbit s 1Mbit s的中速传输通道 占据10 50kHz的频带 主要用于传送控制信息 下行信道 是速率为1 5 9Mbit s的高速数字传输通道 占据50kHz以上的频带 数字用户线技术 2 高比特率数字用户线 HDSL HDSL技术是在两对或多对铜线上实现E1速率 2Mbit s 全双工通信的技术 HDSL由2台分别安装在交换机和用户处的HDSL设备 2对 或3对 双绞线组成 HDSL技术可提高传输速率和延长通信距离 HDSL的缺点是需对现有的用户线网进行改造 数字用户线技术 3 甚高速数字用户线 VDSL VDSL以ADSL为基础 以缩短双绞铜线长度的方法 来传送比ADSL更高速的数据 其最大下行速率为51 55Mbit s 传输距离不超过300m 当传输速率低于13Mbit s时 传输距离可达到1 5km 上行速率则为1 6Mbit s以上 和ADSL相比 VDSL传输带宽更高 由于距离缩短 码间干扰小 处理技术简化 成本降低 返回 8 2 3光纤接入 1 光纤接入网的组成如图8 5所示 光接入网由光线路终端 OLT 光分配网络 ODN 光网络单元 ONU 及适配功能 AF 组成 与同一光线路终端相连的光分配网络可能有若干个 光纤接入 1 光线路终端 OLT OLT是为光纤接入网提供网络侧与本地交换机之间连接的接口 并经光配线网 ODN 与用户侧的光网络单元 ONU 通信 OLT的任务是分离交换和非交换业务 管理来自ONU的信令和监控信息 为ONU和自身提供维护和指配功能 其功能可分为三部分 核心部分 包括数字交叉连接 传输复用 ODN接口等功能 业务部分 主要指业务端口功能 公共部分 提供供电和操作管理维护功能 光纤接入 2 光分配网络 ODN ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段 主要完成光信号的传输和功率分配 同时提供光路监控等功能 ODN采用树型分支结构 ODN是由无源光元件组成的无源分配网 是OAN的关键部分 其中的无源元件有 单模光纤和光缆 无源光衰减器 光纤带和带状光缆 光纤接头 光连接器和光分路器 光纤接入 3 光网络单元 ONU ONU位于ODN和用户设备之间 为光纤接入网提供直接的或远端的用户侧的电接口 其功能也分为三部分 核心部分 提供用户和业务复用 传输复用 ODN接口等功能 业务部分 为用户端口配置和信令转换 公共部分 包括供电和操作管理维护功能 光纤接入 4 适配功能 AF AF为ONU和用户设备提供适配功能 光纤接入 2 光纤接入网的类型 1 按网络拓扑结构划分 2 按室外传输设备中有否有源设备划分 3 按承载的业务带宽情况划分 4 按照光网络单元的不同位置划分 返回 8 2 4混合光纤 同轴电缆接入 有线电视网 CATV 大多采用由光缆和同轴电缆共同组成的树型分支结构 向众多用户提供广播式模拟电视业务 具有频带宽 覆盖面广等特点 但信号的传送为单向 混合光纤同轴电缆 HFC 接入技术利用现有CATV网 采用频分复用方式传输多种信号 是解决电视 电话和数据业务的综合接入的宽带接入技术 混合光纤 同轴电缆接入 1 HFC的结构与频谱分配HFC接入网实际上是将现有光纤 同轴电缆混合组成的单向模拟有线电视网 CATV 改造为双向网络 HFC接入网是一种综合应用模拟和数字技术 同轴电缆和光缆技术以及射频技术的高分布式接入网络 是电信网和有线电视网相结合的产物 HFC系统的典型结构如图8 6所示 混合光纤 同轴电缆接入 HFC上 下行频谱的分配为 5 30MHz是前端与用户间的上行信道 传输语音 数据和信令 40 750MHz为下行信道 最多可提供约110个模拟电视频道 其中550 750MHz也可传送电话 数据 VOD和数字电视广播 混合光纤 同轴电缆接入 2 HFC的技术特点存在的主要问题 上行信道频带窄 噪音严重 难以保证数据安全性 现有CATV网络中的同轴电缆中带宽仅为450MHz 与HFC需求的750MHz带宽差距较大 改造费用高 HFC的模拟传输方式落后于网络数字化趋势 返回 8 2 5以太网接入 1 以太网接入概述以太网由于其具有使用简便 价格低 速率高等优点 已成为局域网的主流 若接入网采用以太网 将形成从局域网 接入网 城域网到广域网全部是以太网的结构 采用与IP统一的以太网帧结构 各网间无缝连接 中间不需格式转换 将提高运行效率 方便管理 降低成本 以太网技术的实质是一种介质访问控制技术 可以在双绞线上 5类线或以上 传送 也可与其他接入介质相结合 形成多种宽带接入技术 以太网接入 2 以太网接入系统结构如图8 7所示 局侧设备 一般位于小区内或商业大楼内 局侧设备提供与IP骨干网的接口 局侧设备与路由器不同 路由器维护的是端口 网络地址映射表 而局侧设备维护的是端口 主机地址映射表 局侧设备支持对用户的认证 授权和计费以及用户IP地址的动态分配 还具有汇聚用户侧设备网管信息的功能 以太网接入 用户侧设备 一般位于住宅楼 或办公楼 内 提供与用户终端计算机相接的10 100Base T接口 用户侧设备与以太网交换机不同 以太网交换机隔离单播数据帧 不隔离广播地址的数据帧 而用户侧设备的功能仅仅是以太网帧的复用和解复用 用户侧设备只有链路层功能 工作在复用器方式下 各用户之间在物理层和链路层相互隔离 从而保证用户数据的安全性 以太网接入 3 通过以太网接入因特网光纤接入与以太网结合 FTTX LAN 将在保证用户接入带宽的前提下 使以太网的传输距离大为扩展 具体应用的连接方式如图8 8所示 4 住宅小区以太网接入宽带IP城域网住宅小区以太网接入宽带IP城域网的模型如图8 9所示 返回 8 2 6无线局域网 无线局域网 WLAN 是利用射频 RF 无线信道或红外信道而构成的局域网络 是计算机网络与无线通信技术相结合的产物 WLAN以无线多址信道作为传输介质 提供传统有线局域网LAN的功能 使用户实现不限时间地点的宽带网络接入 无线局域网 1 无线局域网的传输方式 1 跳频扩频 FH SS 2 直接序列扩频 DS SS 3 正交频分复用 OFDM 方式 无线局域网 2 无线局域网的工作方式中心节点控制功能 PCF 方式 WLAN需架设一个无线访问节点 AP 以协调整个网络的操作 在该方式下 WLAN主机只能通过无线接口向AP发送和接收数据 再通过AP实现数据转发 一般情况下 AP具有到外部网络 如因特网 的接口 使得WLAN的节点能够通过AP访问因特网 无线局域网 分布式控制功能 DCF 方式 WLAN不需用专门的无线访问节点 AP 节点之间通过无线信道可实现点到点的直接通信 当两个节点的距离超过无线信号传输范围时 两节点还可通过多跳转发方式进行通信 若WLAN中某个节点具有因特网接口 网络中的其他节点即可先把数据包转发到具有该接口的节点 再由后者发送到因特网 无线局域网 3 无线局域网标准IEEE802 11aIEEE802 11bIEEE802 11gIEEE802 11n 返回 8 2 7本地多点分配业务 1 LMDS的基本概念L 本地 指信号传播是在由其频率范围限定的一个小区的覆盖区域内 M 多点 指由基站到用户的信号以点到多点或广播方式发送 而用户到基站的信号回传以点到点方式传送 D 分配 指信号的分配方式 可同时包括话音 数据 IP和视频等业务 将不同的业务信号分配到不同的用户站 S 业务 指网络运营者与用户之间在业务上是提供与使用关系 本地多点分配业务 2 LMDS的系统结构 1 LMDS的基本结构LMDS由一系列蜂窝无线发射枢纽组成 每个蜂窝由点对多点的基站和用户站构成 LMDS的系统结构如图8 10所示 本地多点分配业务 2 LMDS系统组成LMDS系统通常由多个小区组成 每个小区由一个中心站和众多用户站组成 各中心站通过带自愈功能的高速光纤线路相连 中心站由网络节点设备与射频设备组成 用户站由网络接口单元和射频部分组成 其结构与中心站基本相同 中心站一般采用全向天线或扇形天线 用户站则采用方向性极强的高增益天线 本地多点分配业务 3 LMDS系统的主要问题LMDS的主要问题为 存在来自其他小区的同信道干扰和覆盖区范围限制 因为系统要求工作在高频段 所以即使发射机和接收机位置固定 交通工具和树木也会造成信号衰落 本地多点分配业务 3 LMDS的主要技术特点 1 工作频段LMDS系统工作在10 40GHz的频率范围 24 26 28 31和38GHz频段内使用比较集中 其中27 5 29 5GHz频段最为集中 2 多址方式LMDS系统传输分上 下行两个方向 一般多址方式是指上行传输 用户终端到基站方向 的接入方式 系统上行采用时分多址 TDMA 和频分多址 FDMA 两种方式 本地多点分配业务 3 调制方式目前LMDS系统中应用较多的调制方式为QPSK 四相相移键控 16QAM 正交调幅 及64QAM等 4 拓扑结构LMDS系统的拓扑结构与局域网类似 有星形和环形两种主要结构 本地多点分配业务 3 LMDS的应用租用线业务突发数据业务交换话音业务数字视频业务 返回 8 3宽带核心网技术 宽带核心网络技术包括 ATM网络IP网络MPLS网络汇聚网络吉比特以太网等 返回 8 3 1宽带IP网络组网技术 目前宽带IP网络的组网技术 IPoverATM 异步传输模式上传输IPIPoverSDH 光同步传送模式上传输IPIPoverWDM 波分复用传输IP 宽带IP网络组网技术 1 基于ATM的IP传输 IPoverATM IPoverATM是把面向连接的ATM的能力引入到无连接的IP中去 利用ATM优良的服务质量 QoS 保证 对多业务的支持以及高稳定性 为IP网络提供高质量的稳定的具有兼容性的核心平台 若已建设完善的ATM网 即可在ATM网上传送IP业务 ATM以网络的形式支持IP 即IPoverATM 不但提高了传输效率 同时也缩短了传输时延 从而大大提高IP网的性能 宽带IP网络组网技术 IPoverATM的组网技术如下 1 LANE技术 2 CLIP技术 3 MPOA技术 4 IP交换 5 标记交换 6 多协议标记交换 MPLS 宽带IP网络组网技术 2 基于SDH的IP传输 IPoverSDH IPoverSDH的基本思想 是在高速路由器基础上并具有一定的服务质量 QoS 之后 用SDH光传输设备将这些高速路由器互连形成IP骨干网 而不必经过ATM环节 以IPoverSDH网络作为IP数据网络的物理传输网络 使用PPP协议 链路适配及成帧的点对点协议 对IP数据包进行封装 然后按字节同步的方式 把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净负荷封装中 按其各次群相应的线速率进行连续传输 与SDH设备相连的路由器可根据所传的IP业务速率来选用 并保证路由器与SDH设备的互操作性 宽带IP网络组网技术 IPoverSDH的主要优点 简化了IP网络体系结构 提高数据传输效率 兼容各种不同的技术和标准 实现网络互联 利用SDH技术的各种优点 保证网络的可靠性 有利于实施IP多点广播技术 适用于IP骨干网 宽带IP网络组网技术 3 基于WDM的IP传输 IPoverWDM IPoverWDM 光因特网 也指IPoverDWDM 能极大地拓展现有的网络带宽 最大限度地提高线路利用率 并能实现与吉比特以太网的无缝接入 基本思想 将IP直接放在光路上传输 省去中间的ATM层和SDH层 该体系结构最简单直接 简化层次 减少网络设备和功能重叠 减轻网络配置的复杂性 额外的开销最低 传输速率最高 宽带IP网络组网技术 IPoverWDM和IPoverSDH的区别 在于承载业务量的大小和适应不对称业务的灵活性上 IPoverWDM的优势在于其巨大的带宽潜力 可以满足IP业务巨大的带宽要求 并解决IP业务的不对称性问题 WDM系统的业务透明性可以兼容不同协议的业务 实现业务会聚 依靠WDM的高带宽和简单的优先级方案 还可以基本解决服务质量QoS问题 返回 8 3 2MPLS网络技术 MPLS是在开放的通信网上利用标记引导数据高速 高效传输的一种新技术 MPLS能在一个无连接的网络中引入连接模式的特性 其主要优点是减少了网络复杂性 兼容现有各种主流网络技术 能降低网络成本 在提供IP业务时能确保服务质量 QoS 和安全性 具有流量工程能力 此外 MPLS可以解决VPN 虚拟专用网 的扩展问题和维护成本问题 MPLS是下一代最具竞争力的宽带网络技术之一 MPLS网络技术 1 MPLS的基本概念MPLS协议的关键是引入了标记 Label 的概念 标记是一种短的易于处理的 不包含拓扑信息 只具有局部意义的信息内容 标记的含义为 短的标记长度易于处理 通常可以用索引直接引用 只具有局部意义是便于分配 MPLS网络技术 在MPLS网络中 IP分组在进入第1个MPLS设备时 MPLS边缘路由器 LSR 就用标记封装起来 MPLS边缘路由器分析IP分组的内容 并为该分组选择合适的标记 相对于传统的IP路由分析 MPLS不仅分析IP分组头中的目的地址信息 还分析IP分组头中的其他信息 如业务类型等 MPLS网络中的所有节点都依据该简短标记作为转发判决依据 当该IP分组最终离开MPLS网络时 标记被边缘路由器分离 MPLS网络技术 2 MPLS结构与工作流程MPLS提供一种特殊的转发机制 其为进入网络中的IP数据分组分配标记 并通过对标记的交换来实现IP数据分组的转发标记作为IP分组头在网络中的替代而存在 在网络内部MPLS在数据分组所经过的路径沿途通过交换标记 而不是IP分组头 来实现转发 当数据分组将退出MPLS网络时 数据分组被解开封装 继续按IP分组的路由方式到达目的地 MPLS网络示意图如图8 11所示 MPLS网络技术 3 MPLSVPN技术虚拟专用网 VPN 是一种利用公众网络资源来建立专用通信网络的技术 1 VPN技术概述VPN是对企业内部网的扩展 VPN被定义为通过一个公众网络 通常是因特网 建立一个临时的 安全的连接 是一条穿过公众网络的安全而稳定的隧道 数据封装 MPLS网络技术 2 VPN的业务功能加密数据信息认证和身份认证提供访问控制 MPLS网络技术 3 VPN的分类虚拟专用拨号网 VPDN 内联虚拟专用网 IntranetVPN 外联虚拟专用网 ExtranetVPN MPLS网络技术 4 MPLS和VPN结合MPLSVPN是指基于MPLS技术构建的VPN 即采用MPLS技术在公共IP网络上构建企业IP专用网络 实现数据 语音 图像等多业务 MPLSVPN能够在提供原有VPN所有功能的同时 提供强有力的QoS保证 具有可靠性高 安全性高 扩展能力强 控制策略灵活以及管理能力强大等特点 返回 8 3 3宽带IP城域网 1 宽带IP城域网的概念宽带IP城域网是基于TCP IP的基础宽带网 是广域IP网在城市范围内的延伸 宽带IP城域网的主要功能是承载城域IP业务 可以为用户提供局域网互联 专线上网和拨号上网等业务 从而实现城域信息的高速交换和宽 窄带接入的汇集 宽带IP城域网的业务包括 非实时业务 实时业务 互联或组网型业务 带宽和专线出租业务等 宽带IP城域网 2 宽带IP城域网的组建方案 1 采用高速路由器为核心组建的IP城域网 2 采用高速LAN交换机为核心组建IP城域网 返回 8 4下一代网络 以因特网为代表的新技术正深刻影响着传统电信网的概念和体系 下一代网络 NGN 代表了信息通信网络的发展方向 NGN是一个融合的网络结构 是一个电信级的可运营 可管理 可盈利的IP业务网络 可提供融合有线 无线 数据 话音 视频的开放业务 返回 8 4 1NGN概述 1 NGN