第8章-网络新技术与新趋势ppt课件(全)

1、第八章 网络新技术与新趋势 教学目标 了解物联网和云计算技术的概念、特点及发展情况 理解三网融合的含义及关键技术 了解新一代光网络的特点及相关技术 了解超宽带技术和IP多媒体子系统的特点及应用8.1.1 物联网技术基本概念： 物联网，即“物理相连的互联网”，它将现实世界的物体通过传感器和互联网连接起来 通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任意物品与互联网相连，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、监控和管理的一种网络物联网示意图物联网技术物联网特点 它是各种感知技术的广泛应用 它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基

2、础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合。 物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制 在物联网应用中有三项关键技术：传感器技术、FRID技术和嵌入式系统技术物联网技术 物联网层次结构 物联网常见的层次结构包含感知层、网络层（传输层）和应用层物联网分层结构图物联网技术 感知层：将物品信息进行识别、采集； 网络层：由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，将采集的信息，通过网络技术进行汇总及可靠传输。 物联网四大支撑网络图 应用层：将信息汇总层汇总而来的信息进行智能分析和管理，从而形成现实世界的实时情况形成数

3、字化的认知。8.1.2 云计算基本概念云计算（cloud computing），是一种基于互联网的计算方式，云计算（Cloud Computing）是分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物云计算 云计算分类 1、 按照是否公开发布服务可以分成：公有云（Public Cloud）、社区云、混合云（Hy

4、brid Cloud）和私有云（Private Cloud） 2、按照服务类型（XaaS）可以分成：基础架构即服务（IaaS，Infrastructure as a Service）、平台即服务（PaaS，Platform as a Service）和软件即服务（SaaS，Software as a Service）SaaS云服务Cloud ServicePaaS云平台Cloud IaaS云计算分类图云计算 云计算特点 低成本 灵活可扩展性 集中化管理 维护专业化云计算 云计算关键技术 “云”实际是并不是一个单独的服务，而是一个服务集合，其技术框架如下图所示。 云计算通过基础设施即服务IaaS

5、、平台即服务PaaS和软件即服务SaaS三种形式为使用者提供IT服务。云计算 云计算3种典型的服务形式，都离不开两个基础支撑技术：服务器的“虚拟化”和分布式存储技术。1）海量数据分布式存储技术和管理技术云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗余存储的方式保证数据的可靠性。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的GFS和Hadoop团队开发的GFS的开源实现HDFS云计算系统中的数据管理技术主要是Google的BT(BigTable)数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase云计算2）虚拟化技术通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相隔离，它包括将单个资源划分成

6、多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。虚拟化技术根据对象可分成：存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。3）云计算平台管理技术云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。云计算 云计算技术发展面临的主要问题尽管云计算模式具有许多优点，但是也存在的一些问题，如数据隐私问题、安全问题、软件许可证问题、网络传输问题等。 数据隐私问题 数据安全性 用户使用习惯 网络传输问题8.1.3 虚拟化技术 基本概念 在计

7、算机技术中，虚拟化（Virtualization）是将计算机物理资源如服务器、网络、内存及存储等予以抽象、转换后呈现出来，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。 一般所指的虚拟化资源包括计算能力和资料储存。 从通俗的角度来说虚拟化常常意味着： 其一，由一个物理资源创建多个虚拟资源； 其二，由一个或多个物理资源创建一个虚拟资源 虚拟化概念包括：服务端虚拟化、 客户端/桌面/应用程序虚拟化、 网络虚拟化、 存储虚拟化、服务/应用基础结构虚拟化虚拟化技术 服务端虚拟化运用服务器虚拟技术，一个物理的机器可以被分成多个虚拟的机器。在这种虚拟化技术的背后，其核心是 hypervisor（虚拟机监

8、视器）的概念。Hypervisor是很小的一层，它可以拦截操作系统对硬件的调用主要优势： 提升硬件利用率 安全干净的镜像可用来重建受损系统。 开发调试和性能监控的用例能够以可重复的方式方便的搭建起来。服务端虚拟化技术的应用也会有一些潜在的不利因素，如在安全、管理、许可/成会计以及性能方面。虚拟化技术 桌面/应用程序虚拟化这种虚拟化技术可以细分为四种类别：本地应用虚拟化/流处理、托管应用虚拟化、托管桌面虚拟化和本地桌面虚拟化。1）应用虚拟化带来的好处包括： 安全虚拟应用程序通常运行在用户模式从而与OS级别的函数隔离开来。 管理虚拟程序的管理和修补都可以在集中的位置进行。 遗留支持通过虚拟技术，遗

9、留应用可以运行于它们初始设计所不支持的现代操作系统之上。 获取虚拟程序可于集中位置随需而装，并提供故障转移与复制备份的功能。2）桌面虚拟化带来的好处： 高可用性有了复制与容错的托管配置，宕机时间可以最小化。 扩展的恢复周期更大容量的服务器以及有限的客户端PC需求可以延长其寿命。 多桌面用户可从同一台客户端PC上访问多个桌面套件以进行各种工作。虚拟化技术 网络虚拟化 网络虚拟化就是在服务器硬件和网络硬件中添加了一个软件层，使得服务器网络硬件完全独立。虚拟专用网（VPNs）和虚拟局域网（VLANs）就是网络虚拟化概念。网络虚拟化技术带来的效果是：网络与硬件分离，服务器和网络应用率大大提高 存储虚拟

10、化 存储虚拟化指的是将物理存储抽象成逻辑存储的过程。存储虚拟化技术的好处在于： 迁移数据可于存储位置间轻易的迁移，且不会影响以多种方式对虚拟分区的实时访问。 利用率类似于服务端虚拟化，在超负荷或低效率的时候可以平衡存储设备的利用率。 管理许多主机可以利用同一个物理设备的存储，因此便于集中式管理。8.1.4 三网融合 基本概念 所谓“三网融合”，就是指电信网、广播电视网和计算机通信网的相互渗透、相互兼容，并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。 “三网融合”是为了实现网络资源的共享三网融合示意图 三网融合 技术基础IP优化光网络就是新一代电信网的基础，是所说的三网融合的结合点。三网融合有3个重要

11、技术基础： 成熟的数字化技术，即语音、数据、图像等信息都可以通过编码成0和1的比特流进行传输和交换，这是三网融合的基本条件。 采用TCPIP协议。只有基于独立IP地址，才能实现点对点、点对多点的互动，才能使得各种以IP为基础的业务能在不同的网上实现互通； 光通信技术。只有光通信技术才能提供足够的信息传输速度，保证传输质量，光通信技术也使传输成本大幅下降。 三网融合 三网融合的意义 信息服务将由单一业务转向文字、话音、数据、图像、视频等多媒体综合业务； 有利于极大地减少基础建设投入，并简化网络管理，降低维护成本； 将使网络从各自独立的专业网络向综合性网络转变，网络性能得以提升，资源利用水平进一步

12、提高； 三网融合是业务的整合，它不仅继承了原有的话音、数据和视频业务，而且通过网络的整合，衍生出了更加丰富的增值业务类型，如图文电视、VOIP、视频邮件和网络游戏等，极大地拓展了业务提供的范围； 三网融合打破了电信运营商和广电运营商在视频传输领域长期的恶性竞争状态，各大运营商将在一口锅里抢饭吃，看电视、上网、打电话资费可能打包下调。 三网融合应用广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。8.1.5 全光通信技术 基本概念 全光网络（AON，All Optical Network）是指网络中端到端用户节点之间的信号通道保持着光的

13、形式 信号传输与交换全部采用光波技术，即信号以光的形式穿过整个网络 全光通信网实现了通信传输部分的全光化，全光通信网的概念如下图所示接入节点接入节点接入节点 透明光网络电信号全光通信技术NMS/EMSWDM-TMOADMOADMWDM-TMOXC1 n000NMS：网络管理系统 TM：终端复用 OADM：光分插复用器EMS：网元管理系统 WDM：波分复用器 OXC：光交叉连接全光网络的基本结构图全光通信网由全光内部部分和通用网络控制部分组成，内部全光网是透明的，能容纳多种业务格式；外部控制部分可实现网络的重构。全光通信技术 全光网特点 透明性-全光网中信号的传输在全光域中进行，信号速率、格式等

14、仅受限于接收端和发射端 可靠性-全光网比现有的网络多了一个光网络层，端到端采用透明光通路连接，网络中许多光器件都是无源的 可扩展性-全光网加入新的网络节点时，不影响原有的网络结构和设备 可重构性-全光网还可以根据通信容量的需求，实现恢复、建立、拆除光波连接全光通信技术 全光网的实现技术 全光网络的相关技术主要包括光交换技术、光交叉连接（OXC）、光复用/解复用技术和无源光网络技术等。1） 光交换技术-直接光交换则可省去光/电、电/光的交换过程，充分利用光通信的宽带特性，光交换主要有5种交换方式：空分光交换、时分光交换、波分光交换、复合型光交换及自由空间光交换。2） 光交叉连接OXC- OXC是

15、全光网中的核心器件，是用于光纤网络节点的设备，它与光纤组成了一个全光网格。OXC交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定波长进行互联。 OXC主要由光交叉连接矩阵、输入输出接口、管理控制单元等模块组成全光通信技术3）无源光网技术（PON） 无源光网可看作是由无源光器件组成的光分配网，多用于接入网部分。它以点对多点方式为光线路终端（OLT）和光网络单元（ONU）之间提供光传输媒质 PON中使用的无源光器件有光纤光缆、光纤接头、光连接器、光分路器、波分复用器和光衰减器。全光通信技术4）光复用/解复用技术 光时分复用（OTDM）-是用多个电信道信号调制具有同一个光频的不同光信道，经复用后在同一根光纤

16、传输的扩容技术。 波分复用（WDM）-是为了充分利用单模光纤低损耗区巨大的带宽资源，根据每一个信道光波频率（或波长）的不同而将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道的技术 光分插复用（OADM）-光分插复用器设备在光波长领域内具有传统SDH分插复用器在时域内的功能全光通信技术5）光纤放大器技术 光纤放大器技术就是在光纤的纤芯中掺入能产生激光的稀土元素，通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。 适用的设备有掺铒光纤放大器（EDFA）、掺镨光纤放大器（PDFA）、掺铌光纤放大器（NDFA）。 目前光放大技术主要是采用EDFA。8.1.6 自动交换光网络（ASON） ASON概念 自动交换光网

17、络（ASON，Automatically Switched Optical Network）是以SDH和光传送网为基础，能够智能化地自动完成光网络交换连接功能的新一代光传送网。 所谓自动交换连接是指：在网络资源和拓扑结构的自动发现的基础上，调用动态智能选录算法，通过分布式信令处理和交互，建立端到端的按需连接，同时提供可行可靠的保护恢复机制，实现故障情况下连接的自动重构。 ASON中最有特色的就是控制平面，它赋予ASON智能性和生命力。8.1.6 自动交换光网络（ASON） 特点 可以根据业务需求，实时、动态地调整网络的逻辑拓扑结构，实现实时的流量工程控制和资源的最佳配置； 控制平面协议代替通用

18、网络管理协议，并且可使用于不同的传送技术； 信令具有可扩展性，能够实现在多厂商环境下的连接控制，能够根据传送网络资源的实时使用情况，动态地进行故障排除； 智能光网络的基础是智能光交换。智能光交换使光网络的核心从以环为基础的结构向以网状网为基础的结构发展，它给智能光网络带来了灵活、易扩展和提供多样化的端到端保护和恢复能力的好处； 可以为用户提供各种带宽的服务和新的应用，如相关用户组和虚拟专用网等； 减少服务提供商为新技术开发维护系统软件的需要。8.1.6 自动交换光网络（ASON） ASON体系结构 ITU-T提出的ASON体系结构模型，整个网络包括3个平面，即控制平面、管理平面以及传送平面，如

19、下图所示：控制平面NMI-ANMI-TSwitchSwitchSwitchSwitchOCCOCCOCCOCC传送平面CCI数据通信网管理平面 自动交换光网络（ASON）1） 控制平面 控制平面（CP，Control Plane）是ASON的核心部分，它由分布于各个ASON节点设备中的控制网元组成。 各网元通过ASON信令系统，这些控制网元协同工作，形成一个高可靠性、高效率和具有可扩展性的控制平面。 ASON的管理平面与控制平面技术互为补充，可以实现对网络资源的动态配置、性能检测、故障管理以及路由路规划等功能。 控制平面提供了网络节点接口（INN-I和E-NNI）以及用户网络接口（UNI） 自

20、动交换光网络（ASON）2） 传送平面 传送平面就是传统的SDH网络，它完成光信号传输、复用、配置保护倒换和交叉连接等功能，并确保所传光信号的可靠性。 ASON传送平面由一系列的传送实体组成，包括提供子网络连接（SNC）的网元（NE），是业务传送的通道，可提供用户信息端到端的单向或者双向传输。 传送平面结构具有分层的特点，它由多个层网络（如光通道层、光复用段层和光传输段层）组成。 自动交换光网络（ASON）3） 管理平面 ASON管理平面完成对传送平面、控制平面和整个系统的维护功能，能进行端到端的配置，是控制平面的一个补充。管理平面的主要特征就是管理功能的分布和智能化；主要功能包括性能管理、故

21、障管理、配置管理、计费管理和安全管理。4） 数据通信网 数据通信网（DCN）由网络节点的数据通信功能模块和控制信道组成，为管理平面、控制平面与传送平面内部之间的相互通信提供传送通道。 DCN是一种支持物理层、数据链路层和网络层功能的网络，主要承载管理信息和分布式信令消息 自动交换光网络（ASON） ASON的3种接口 ASON的接口定义了不同平面之间的通信规则，是网络中不同功能实体之间的连接渠道。ASON网络逻辑上分为UNI（用户-网络接口），I-NNI（内部网络-网络接口）和E-NNI（外部网络-网络接口）3个部分。1）UNI UNI主要运行在光网络客户端和光网络设备之间，是业务请求者和业务

22、提供者控制平面实体间的双向信令接口，也是不同域、不同层面之间的信令接口。 UNI的主要功能是完成二者间的连接建立、连接拆除、连接修改、状态查询，可选的功能有邻居发现、服务发现等。2） I-NNI 它是同一网络内部或网络与可信网络实体控制层的通信接口，用于实现统一管理域内部OCS的相互通信。 自动交换光网络（ASON）3） E-NNI E-NNI是网络与外部网络之间的控制层双向信令接口，网络与外部不可信网络实体的控制层的通信接口。与I-NNI不同，它是在不同域间交换路由可达性信息，屏蔽了网络内部的拓扑信息。在ASON中，控制平面和传输平面之间通过连接控制接口（CCI）相连，建立光交换机端口之间的

23、连接；管理平面则通过网络管理接口A（NMI-A）和网络管理接口T（NMI-T）分别与控制平面及传输平面相连，NMI-A和NMI-T的作用是实现管理平面对控制平面和传输平面的管理，接口中的信息主要是相应的网络管理信息。 自动交换光网络（ASON） ASON连接 在ASON中，根据不同的连接需求以及连接请求对象的不同，提供了3种类型的连接。1）交换连接SC 是一种由于控制平面的引入而出现的全新的动态连接方式。 SC实现了在光网络中连接的自动化，且满足快速、动态的要求并符合流量工程的标准，是ASON连接实现的最终目标。2）永久连接PC PC是在没有控制平面参与的前提下，由管理平面指配的连接类型。 P

24、C能按照流量工程的要求进行计算，可更合理地利用网络资源，但是连接建立的速度相对较慢。 自动交换光网络（ASON）2）永久连接PC PC是在没有控制平面参与的前提下，由管理平面指配的连接类型。 PC能按照流量工程的要求进行计算，可更合理地利用网络资源，但是连接建立的速度相对较慢。3）软永久连接SPC SPC建立是由管理平面和控制平面共同完成，是一种混合连接方式。 SPC具有租用线路连接的属性，但同时却是通过信令协议完成建立过程的。 自动交换光网络（ASON） ASON组网 ASON网络结构可以采用不同的分层结构和组网方案，主要考虑网络分层、网络分域以及单平面和双平面等几个方面的因素。1） ASO

25、N分层网络目前我国ASON网络可采用三层组网的模式，和现有运营商的网络分层保持一致，如图所示。 ASON网络分为三个层面，即省际干线传输网、省内干线传输网和本地传输网络 自动交换光网络（ASON）2） ASON组网应用 ASON+DWDM组网方案 在骨干和汇聚层网络，ASON节点可以完成传统SDH设备所能完成的所有功能，并提供更大的节点宽带容量，更灵活和更快捷的电路调度能力，同时网络的建设和运营费用也比较低。 ASON和SDH混合组网方案 ASON与现有电信网络的融合是一个渐进的过程，先在现有的SDH网络形成一个个ASON,然后逐步形成整个的ASON思考讨论：向智能光网络演进时，应考虑哪些方面

26、？ 8.1.7 超宽带技术 超宽带UWB概念 超宽带（UWB，Ultra Wideband）技术是一种新型的无线通信技术，是一种无载波通信技术，利用时间间隔极短（小于1ns）的非正弦波窄脉冲进行传输数据的技术，又称脉冲无线电（Impulse Radio）技术。 超宽带的带宽：信号带宽大于1.5GHz，或信号带宽与中心频率之比大于25为超宽带。 超宽带的无载波传输方式：超宽带以基带传输。UWB通信系统模型如右图所示。UWB发射机S无线信道UWB发射机S天线天线UWB通信系统模型超宽带技术 超宽带技术特点及应用1）特点 抗干扰性能强-UWB采用跳时扩频信号 带宽极宽-UWB使用的带宽在1GHz以上

27、，高达几个GHz。 传输速率高-UWB的数据速率可以达到几十Mbps到几百Mbps。 功耗低-民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。 保密性好-UWB采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另外UWB系统的发射功率频谱密度极低，用传统的接收机无法接收。 定位准确-超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位。 工程简单造价便宜超宽带技术2） UWB技术的应用领域 在高速WPAN(无线个域网)中的应用； 在低速WPAN(无线个域网)中的应用； 雷达探测； 精确定位业务。8.1.8 IP多媒体子系统（IMS） IMS概念 IP多媒体子系统（IMS，IPMultimediaSubsystem），是一种全新的多媒体业务形式，IMS系统为下一代基于IP的移动网络提供了面向分组数据包交换的多媒体服务及平台。它能够满足现在的终端客户对更新颖和更多样化多媒体业务的需求。 IP多媒体子系统（IMS） IMS特点 接入无关性- IMS网络的通信终端与网络都是基于IP的 基于SIP的会话机制- IMS中使用SIP作为唯一的会话控制协议，该协议本身是一个端到端的应用协议，和接入