多媒体的基本概念new

图1-14单模光纤、多模光纤折射率分布及光波传输路径（4）从工作波长分类有：短波长光纤和长波长光纤。（5）从光纤涂覆结构分类有：紧套光纤和松套光纤。紧套光纤是在第二层缓冲层外直接涂覆一层塑料材料。紧套光纤主要作为跳线或短接线用于室内或机架之间。松套光纤在第二层缓冲层与第三层涂覆层之间填充有油膏等物质，主要改善光纤与松套管之间的平滑性，防止水气进入套管内，有效提高光纤的机械性能。松套光纤因其具有较好的防水性、抗侧压、抗拉性能和温度性能，能够在较为恶劣的环境满足使用需要。3．光通信技术在模拟载波通信系统中，通常利用频分复用的方法来充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量。频分复用技术是在同一根电缆中同时传送若干个不同载波的信号，接收端根据各载波频率的不同，用带通滤波器就可检出每一个信道的信号。在光纤通信中，也可以采用光的频分复用技术来提高系统的传输容量。由于在光的频域上信号频率差别比较大，人们更喜欢采用波长来定义频率上的差别，因而频分复用又称为波分复用。波分复用充分利用光纤低损耗区的巨大带宽资源，根据每一个信道光波的频率（即波长）的不同将光纤的低损耗区划分成若干个信道，在发送端采用波分复用器将不同波长的光载波合并起来送入一根光纤中传送出去，在接收端由分波器将这些不同波长的光载波分开。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个到几十个不等。4．光通信的发展方向光纤通信中，损耗和色散是限制传输距离和传输容量的主要原因。损耗使光信号在传输时能量不断减弱，而色散则是光信号的脉冲在传输过程中不断展宽，信号发生变形而失真。现在，光纤制造技术使光纤的损耗已经降低到接近理论极限值的程度，而色散问题一般可通过光纤的非线性特性来解决。光纤的非线性特性在光的强度变化时使频率发生变化，从而使传输速率发生变化。这种变化在光强度由弱变强时的频率变低，速度变慢，由强变弱时的频率变高，速度变快。这就造成光脉冲的前沿变慢，后沿变快，从而使光脉冲受到压缩，减弱或抵消掉光的色散。如果能够利用光纤的非线性特性完全抵消掉色散现象，光脉冲就会像粒子一样成为光弧子，能实现超长距离、超大容量的通信。1.4.7宽带以太网1．吉比特以太网接入概述以太网技术是当今比较广泛应用的网络技术，目前有10兆、100兆、吉、10吉比特以太网。随着网络通信流量的不断增加，传统10兆、100兆比特以太网在客户/服务器网络环境中已很不适应。通信的拥塞推进了对高速网络的需求，吉比特以太网逐渐成为发展潮流。为了满足目前对局域网带宽的增长要求，1996年3月13日，3Com、Bay、Cisco、Compaq、Intel、Sun、UB等主要厂商组成了吉比特以太网联盟。1996年7月10日，又有28家厂商加入该联盟，并在新汉普顿大学设立了独立的评测实验室，对110种网络和计算机进行了测试，以保证吉比特以太网的互通性。吉比特以太网是一种新型高速局域网，它可以提供1000Mbps的通信带宽，采用和传统的10兆、100兆比特以太网同样的CSMA/CD协议、帧格式和帧长，因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级，从而能最大限度地保护用户以前的投资。吉比特以太网使用传统的CSMA/CD协议、帧结构和帧长，故不需要太大的投资就可以为用户提供超过1000Mbps的传输速率。因此，它得以在短短两年多的时间里备受关注。这是由于在目前的布线系统中，5类双绞线被广泛采用，因此，在此类线缆上传输吉比特信号一直是最复杂，也是大家最感兴趣的问题。吉比特以太网原先是作为一种交换技术设计的，采用光纤作为上行链，用于楼宇之间的连接。从那以后，在具有吉比特以太网网卡的服务器中和骨干网中，吉比特以太网已经获得了广泛的应用，并可消除这些集中地区的瓶颈。以太网具有网络可靠性高，管理和纠错工具的有效性强，可扩展性好，价格低等优点。吉比特以太网产品包括交换机、上联/下联模块、网卡、路由器接口和数据缓冲分配器。将来会出现纯多端口吉比特以太网交换机。吉比特以太网提供高速连接能力，但本身不提供完整的服务功能，如QoS、自动冗余容错或高层路由功能，这些功能在其他开放标准中定义。吉比特以太网的成功不依赖于标准的任何部分，标准的任何部分都可以根据市场和产品质量需求进行更新。吉比特以太网协议体系结构如图1-15所示。2．吉比特以太网协议（1）802.3z吉比特以太网协议1997年2月3日，IEEE确定了吉比特以太网的核心技术，1998年6月正式通过吉比特以太网标准IEEE802.3z。802.3z吉比特以太网任务组的主要目标是开发可以完成下列功能的吉比特以太网标准：图1-15吉比特以太网协议体系在网络结构中的位置①允许以Gbps的速率进行半双工、全双工操作。②使用802.3以太网帧格式。③使用CSMA/CD访问方式。④与10BASE-T、10BASE-T技术的地址向后兼容。802.3z任务小组定义了连接距离的3个特定目标：最大距离为550m的多模光纤，最大距离为3km的单模光纤，最大距离不小于25m的铜线。IEEE同时在积极地探索可以支持在5类双绞线上传输至少100m的技术。此外，小组已决定制定与介质无关的吉比特以太网接口的标准。吉比特以太网支持新的全双工模式，可以在交换机到交换机上，或交换机到端点工作站上连接。半双工操作模式用于CSMA/CD访问方式和中继器的共享连接上。（2）吉比特以太网的物理层IEEE802.3工作组的大量工作是在吉比特以太网物理标准的制定上。吉比特以太网实现的功能依赖于某种物理层标准。总体上，物理层定义建立、维护和拆除网络设备之间物理连接的机械、电气和过程特征。IEEE802.3z工作小组已经为吉比特以太网制定了几种物理层标准。在光纤上传输吉比特以太网有两个物理层标准。其中1000BASE-SX的目标是用于水平方向或较短距离的多模光纤传输主干，1000BASE-LX的目标是距离更长的多模建筑光纤主干或是单模园区主干。吉比特以太网最终使用光纤通道，现在对1.063Gbps的光纤通信技术做了改进，可以达到1.250Gbps的速率。对于更长的链路——单模光纤长达3km的链路和长达550km的62.5多模光纤的链路（1300mm长波光纤）的标准化也在进行中。还有两个面向铜线的吉比特以太网传输的标准，第一种铜线连接标准由802.3z工作小组起草，标准命名为1000BASE-X。此标准支持网络设备之间的短距离铜线连接，支持25m距离的交换控制或计算机机房跳线连接；第二种铜线标准用于水平方向布线，充分利用现有的UTP线缆。IEEE802.3z标准支持吉比特以太网在UTP线缆运行的半导体技术和数字处理技术，为了适应这种超前计划，在MAC层和物理层之间将定义一个逻辑接口，去耦光纤通过的8B/10B编码，允许其他的编码机制和支持性能价格比占优的UTP线缆。（3）吉比特以太网的介质访问控制（MAC）子层按IEEE802.3x的规定，通过全双工、交换方式连接的两个节点可同时发送、接收数据包。吉比特以太网在双工操作模式下使用两种标准。以双工方式操作的设备（交换机和其他缓冲型的转发设备）不作载波扩充、“时隙”扩充和包突发修改。全双工设备仍继续使用常规的以太网96bps的帧间隔（IFG）和64字节的最小包长度。在单工操作模式中，吉比特以太网也采用同样的CSMA/CD基本访问方法，以解决共享介质的访问冲突问题。吉比特以太网增强了CSMA/CD的功能，以使吉比特以太网在保持G级速率的条件下仍能维持200m的网络访问距离。如没有这种功能增强，发送工作站在传送最小的以太网包时，可能在检测到冲突之前就已完成了传输，从而疏漏了这种由冲突产生的传输差错。为了解决上述问题，CSMA/CD的最小载波时间和以太网“时隙”都加大了，从目前的64字节扩展到新的512字节，小于512字节的包加上额外载波扩充，大于512字节的包则不作扩充。因为这些修改可能会影响到传输小包的性能，因此，在CSMA/CD算法中加入了新机制以资补充。新机制称为包突发机制，包突发机制允许服务器、交换机和其他网络设备发送小包，以充分利用网络带宽。（4）QoS控制决定网络传输速度的因素不仅仅是光纤传输的带宽，还包括路由器、交换机等网络设备的处理能力。如果这些设备的发展跟不上带宽的扩展，将会成为限制网络发展的主要瓶颈。至于QoS问题，由于TCP/IP协议本身是面向无连接的，所以在其基础上发展QoS的服务不仅十分困难，而且也是得不偿失的。与其付出很大的代价实现QoS，还不如充分利用以太网成本低廉的特点，牺牲一部分带宽，以获得高速通信的保障。当然，以太网也可以通过一些变通的技术来实现QoS的功能。比如，可以通过修正TCP/IP协议的一些软件措施来保证服务品质，但这样的解决方案只能实现用户端到服务器的QoS。QoS技术实际上是通过预测流量的方式来预留一部分带宽，以满足相关的应用。但实际上基于TCP/IP协议的网络流程很难预测，而且极为复杂，而这并不是说以太网的技术对业务进行了控制，只不过采用的方式不同。以太网一般采用服务级别的技术对应用进行分类，并按照不同的类别给予不同的优先级。根据802.ip标准，以太网可以对数据和应用进行8种不同优先级的划分，使不同的优先级在网络中得到不同的处理。另外，所谓的牺牲带宽，实际上也并不是将带宽浪费，只不过是将带宽的一部分预留出来，用于最关键的应用。总体来看，以太网的这种QoS技术再与其充足的带宽相结合，就可以很好地实现与QoS相当的质量控制，且成本较ATM低。吉比特以太网将不仅仅是未来局域网的主要技术，也将逐步迈向城域网和广域网。现在我国教育网内各大专院校已经广泛使用了以太网技术，它不仅结构简单，成本低廉，而且性能稳定，升级也相当方便，目前拨号上网已经越来越难以满足用户的要求，而以太网成功的应用经验无疑为改善因特网接入速度提供了良好的借鉴。我国城市与国外相比，具有密集化、小区化的特点，非常适合发展吉比特以太网技术。这一现状为我国赶上并超过发达国家的网络水平创造了得天独厚的条件。应用以太网，国内大多数城市的家庭可以以低廉的成本，享受超过10MHz带宽，从而让各种多媒体应用得以实现。（5）吉比特以太网的特点吉比特以太网是在传统以太网基础上的平滑过渡，综合了现有的端点工作站、管理工具和培训基础等各种因素，对于广大的网络用户来说，意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延续到吉比特以太网，不需要重新培训技术人员和用户，不需要作另外的协议和中间件的投资。由于上述的特点和对全双工操作的支持，吉比特以太网将成为10/100BASE-T交换机，连接高性能服务器的理想主干网互联技术，成为未来高于100BASE-T带宽的台式计算机升级的理想技术。在将吉比特以太网技术引入广域网应用方面，涉及光纤传输距离的问题，按照标准，普通光纤的传输距离应在10km以内，这时各厂商的设备可以很好地兼容与交互，但是对于广域网来说，10km的距离显然难以满足需要。目前，吉比特以太网可以通过更换光纤模块使传输距离从原来的10km增加到30km～70km（3Com公司现在已经推出了理论传输距离分别达到100km和50km的产品），但由于目前还缺少相关的标准，所以用户必须在传输的两端都使用同一厂家的产品。当然，还有许多新的技术可以尝试，例如，利用波分复用技术，可以使多个吉比特以太网在同一个光组网中传输，并达到较远的距离。由于以太网所支持的简易网络升级，以及对新应用和数据类型处理的灵活性、网络的可伸缩性，使得吉比特以太网成为高速、高带宽网络的战略性选择。吉比特以太网的优点是，设备价格便宜、简便，直接性的高性能升级，可支持新应用和新数据类型的能力，网络设计的灵活性，用户通信端口速率高。不过，就智能小区系统而言，其缺点也相当明显，需要重新布线，对环境有要求，设备的安装和维护困难，维护费用较高，操作方式容易带来一些麻烦，运营方式相对复杂。ATM具有可延展性和灵活性，当需要新应用和新设备时，可以支持不断扩大网络的容量和性能，从而最大限度地保护用户投资。另外，ATM面向连接的特点和ATM交换机之间复杂而全面的控制功能，可以用ATM建设一个大范围的、高速高效的交换网络，实现局域网和广域网的统一。虽然ATM具有明显的优势，但也有其很大的缺点，首先，ATM目前主要承载IP业务，开销较大，对于155MbpsATM接口来说，有30Mbps要作为开销；其次，不少厂商的ATM交换机之间难以保持完全兼容，装配过程也很复杂，而且，台式计算机的ATM网卡价格相当高；再有，ATM技术较为复杂，对网络管理员要求较高。今天，从ATM技术在企业用户的组网设计来看，很难为用户提供端到端的服务质量保证，原因在于