第11章网络技术的未来发展.ppt

1、第11章：网络技术的未来发展，11.1宽带网络技术，11.1.2宽带网络相关技术及组成，两个基本概念：基带传输：在传输介质上直接传输“数字信号”或基带信号的方法。在基带传输过程中，传输信号将占据整个信道，因此一次只能传输一个信号；宽带传输：数据是通过“模拟信号”传输的，当数据信号被调制成模拟信号后，通过频分复用将数据信号分成多个子传输通道(子带、子信息)，使得数据、语言、图像等信息可以同时在不同的通道中传输。宽带除以传输速率的含义。从技术上讲，宽带是指多个(并行)传输可以在同一传输介质上通过不同的信道进行，传输速率在1.54兆字节以上。美国建议将200兆字节以上的传输带宽定义为宽带。通常，人们

2、将主干传输速率在2.5G以上、接入网络高达1M的网络定义为宽带网络。宽带网络大致可以分为三个层次：国家骨干网(WAN)、城域网和住宅小区。目前，在城市竞争激烈的宽带网络建设，仅仅是指宽带网络家庭“最后一公里”的住宅小区层面，特别是为了解决计算机用户高速上网的问题，接入方式以家庭为网络的切入点。中国电信、骨干网运营商、中国联通(165)、中国网通(CNC)、中国吉通、中国移动通信、有线电视网、宽带综合业务数字网(B-ISDN)、骨干网接入技术、非对称数字用户线路(ADSL)、异步传输模式(ATM)、有线电视网(HFC)、高速以太网11.1.3宽带有线接入的主要方式，1。ADS L ADSL(非对

3、称数字用户环路)是一种非对称数字用户环路技术，它采用先进的数字信号处理技术和新的压缩算法，通过电话线可以高速传输大量信息。它不需要重新布线，只需在客户端安装一个ADSL调制解调器，它有一个公共的网络地址，并且该地址不会改变，无需关闭或重新启动计算机。上行传输速度可达640Kbs，下行(对用户)传输速度可达6.144Mbs，传输距离可达6km，是目前国内外最流行、最有前途的接入技术之一。11.1.3宽带有线接入的主要方式，2。FTTBFTTB(光纤到建筑)的意思是光纤到建筑。除了一些高层住宅楼和办公楼外，为了节省投资，一般都是先用光纤接入小区，然后用网络电缆接入大楼，进入每一户人家。建筑物或楼层

4、由集线器或交换机连接。由于FTTB采用的以太网传输结构比较简单，其上下传输速率可以达到10Mbs，客户端不需要安装设备和相应的拨号程序(只需要一个网卡)，甚至系统设置也很少使用，故障率也很低。11.1.3宽带有线接入的主要方式，3。电缆调制解调器利用有线电视网络的同轴电缆实现高速互联网接入。同轴电缆因其带宽高、信道质量好的优点，已成为最重要的宽带数据传输介质之一。经过多年的发展，国内有线电视网络已经覆盖了大部分地区。一旦用户社区的线路进行了双向改造，并且这项服务已经开通，用户只要有一台电脑和一个电缆调制解调器，就可以在没有电话线和任何电话拨号设备的情况下通过有线电视网络进行宽带上网，传输速率可

5、以达到10Mbs。11.1.4宽带无线接入技术，1。MMDS技术MMDS是一种无线接入技术，从点到多点分布，提供宽带服务。工作频段一般为2.5千兆赫和3.5千兆赫，数据可以直接传输到反射天线周围50公里范围内的用户。发射塔的服务区域可以覆盖一个中等城市，同时控制上下游数据流。通过MMDS接入互联网时，调制解调器和无线设备通常通过电缆连接，然后通过天线连接。虽然MMDS有很多优势，但也有一些局限性。例如，阻塞问题；信号质量是主流宽带无线接入技术可分为固定宽带无线接入方式(如MMDS、LMDS、FSO等)。)和移动宽带无线接入方法(超宽带、无线局域网、蓝牙技术等)。)。11.1.4宽带无线接入技术

6、，2。LMDS科技LMDS是一个点对多点宽带无线通信系统，工作在毫米波频段和2040千兆赫频段，传输容量高达1千兆比特/秒，可与光纤相媲美，称为“无线光纤”，可提供双向语音、数据、互联网、视频等服务。WDS系统的总体结构如图11.1.4宽带无线接入技术所示。LMDS系统的优点是：工作在10千兆赫以上的毫米波频段，可用带宽约为1千兆赫，总收敛速度约为4.8千兆比特/秒，用户数据传输速率为155兆比特/秒；它可以承载各种通信服务，包括语音、数据、文本、视频图像、静止图像等。LMDS系统的基站和用户终端采用模块化设计，配置灵活，可扩展性好，非常方便扩容和添加新业务；建设投资少，建设周期短，网络运行维

7、护成本低；毫米波段方向性好，干扰少，性能稳定。主要缺点是：毫米波频段传输距离短，服务覆盖范围小，不能用于远程通信；雨雪天气对通信质量影响很大，吸收损耗和自由空间传播损耗甚至可能导致通信中断。因此，工作频率应避开吸收点的峰值频率点，空间和频率分集可以增强接收效果。11.1.4宽带无线接入技术3。自由空间光通信系统(FSO) FS0又称无线光网络(WIN)，是光纤通信和无线通信相结合的产物。它以空气为介质，通过激光或光脉冲传输太赫兹光谱的分组数据信号。优点：不需要频率许可。频率带宽。低成本。安全性能好。缺点：首先，激光光束随着传输距离的增加而逐渐变宽，超过一定距离后很难正确接收。此外，由于光束传输

8、不能被阻挡，非常小的飞行物体(如鸟类)将对FSO产生影响。第三，由于光信号是在大气中传输的，它们必然会受到气象条件的影响。第四，由于FS0系统的收发设备通常安装在高层建筑上，建筑物的晃动或强风引起的地震都会引起光路的偏移。11.1.4宽带无线接入技术，4超宽带无线通信技术(UWB)广义地说，超宽带(UWB)技术4超宽带无线通信技术(UWB)技术可以指占用超过其中心频率25的频带或超过1.5千兆赫的带宽的任何无线通信系统。UWB通常依靠持续时间非常短的基带脉冲信号来传输数据，其占用的频带很宽，通常在几千兆赫的数量级。在非常低的功率谱密度下，超宽带可以在室内提供超过100兆位/秒的可靠数据传输。1

9、1.1.4宽带无线接入技术，5卫星宽带卫星宽带是一种全新的无线宽带技术。用卫星上网不同于我们通常使用的地面方式。用户可以通过计算机调制解调器和卫星接入互联网，从而获得高速互联网信息传输、定向数据传输、网站广播等服务。卫星宽带的最大特点是它可以覆盖世界任何地方。卫星宽带广泛应用于远程教育、股票市场服务、智能社区等领域。卫星系统可以覆盖整个世界，但它是单向系统，只能用于下载。为了回传数据，用户必须使用电话或电缆调制解调器。对于难以铺设光缆的地区，无线接入是最好的补充，可以补充地面网络。11.2主动网络技术，11.2.1主动网络概述主动网络的概念是由美国国防高级研究计划局于1995年提出的。作为一种

10、新的网络架构，它赋予网络中间节点一定的可编程性，使用户可以根据自己的需要定制网络。与传统的网络架构相比，主动网络更加灵活，它可以11.2主动网络技术、11.2.2主动网络体系结构DARPA主动网络体系结构可分为三个主要层次：节点操作系统、执行环境和主动应用程序。节点操作系统类似于通用操作系统的内核。它位于活动网络节点的最低功能层，管理和控制硬件资源(包括节点处理器、存储器和通道等)的使用。)的活动网络节点。它屏蔽了使用这些硬件资源的细节，并通过固定接口为执行环境层提供服务。执行环境实际上是一个独立于平台的透明且可编程的空间，它运行在网络中的每个活动节点上，并为上层应用提供各种网络应用接口。一个

11、活动的网络节点可以有多个执行环境，每个执行环境执行一个特定的功能。主动应用是一系列用户自定义的程序，可以通过执行环境提供的网络应用接口获取运行程序所需的相关资源，实现特定的功能。11.2主动网络技术，11.2.2主动网络体系结构，11.2主动网络技术，11.2.3主动网络实现方案目前，根据主动网络实现的网络的不同可编程性，可以分为多种实现方案。其中，两种典型的方案是可编程开关方案和胶囊方案。前者不太容易编程，而后者更容易编程。1.可编程路由器或交换机方案可编程路由器或交换机方案保留现有的数据包或信元结构，但提供了将程序传输到中间节点(路由器或交换机)的分离机制。在该方案中，为了使中间节点执行用

12、户定义的功能，用户需要向节点发送自己的程序，这样程序将被临时存储在节点的存储空间中，然后用户将发送他们想要处理的数据包。当数据包根据其在当今网络中的传输模式到达中间节点时，该节点将根据数据包的信息来确定应该使用哪个用户程序来进行处理。如果用户不想用这个程序来处理数据包，他们可以简单地发送一个消息，告诉节点放弃原来的程序；如果用户想要使用新程序来处理他自己的数据包，他只需要将新程序发送到节点。这个方案特别适合处理大消息。然而，由于网络可编程程度较低，它更适合于安全系统较弱的公共网络。11.2主动网络技术，11.2.4主动网络应用1。组播在传统的IP组播业务中，如果需要严格保证所有的接收方都能可靠

13、地接收组播数据，传统的组播方式是无法胜任的。主要问题在于错误恢复。在组播过程中，只要某一点的数据有问题，组播树下游的所有接收器都会出现数据问题，因此必须重新传输它们来纠正错误。传统的处理方法是接收错误数据的所有节点向发送方发出请求，发送方单独转发。这种方法极大地浪费了网络资源，导致网络状况恶化，并且容易导致更多的传输错误。在活动网络中，每个网络节点都可以与其相邻节点建立联系。当网络节点接收到有问题的数据时，它可以与同一组中的相邻节点通信。如果相邻节点接收到的数据是正确的，它可以直接从相邻节点获得正确的数据，而不需要发送方重新发送数据。实践证明，主动网络技术在组播领域的应用是有效的，主动内部节点

14、可以很好地解决组播领域存在的许多问题。研究人员提出了一种称为主动可靠组播的错误恢复方案，该方案利用主动网络技术来恢复错误，较好地解决了上述问题。11.2主动网络技术11.2.4主动网络应用2服务质量服务质量网络条件(如阻塞和链路中断)对应用的运行质量有很大影响。传统的发送方根据网络状况调整数据传输的方法存在很大的缺陷。发送方需要很长时间来检测网络状况，根据网络状况做出相应的调整，然后将调整后的数据发送给接收方。在此调整期间，接收端可能遭受了不可挽回的损失(当环境恶化时)，或者可能无法达到最佳工作状态(当环境改善时)。利用主动网络技术，网络中的节点根据网络状况调整传输服务，可以保证网络中的各种状

15、态变化在最佳时间点得到处理和调整。11.2主动网络技术，11.2.4主动网络应用3。流量缓存如何缓存尽可能靠近客户的信息是减少网络流量和提高响应速度的关键。在主动网络中，各种主动节点上的小规模缓存可以结合起来，根据实际情况自动调整，提供更有效的服务。传统广域网中经常使用的技术是网络缓存。具体来说，一些用户最近使用的数据被缓存在网络的一些关键节点上，因此当用户再次访问这些数据时，他们不需要从远程数据源获取数据，而是可以从离自己更近的节点获取数据，从而减少了数据传输延迟和网络负载。然而，这种网络缓存技术对实时应用的性能优化几乎没有影响。在某种程度上，它会因为缓存一些过时的信息而降低应用程序的性能。

16、一般来说，网页缓存机制可以减少用户访问网络服务器的时间延迟，提高性能。然而，普通的缓存技术不能在这个系统中发挥任何作用。首先，普通的网页缓存不能保证数据的实时性，因为每个信息更新周期都是不确定的。第二，普通的缓存技术不能动态调整数据缓存的大小和范围。第三，普通缓存不考虑最佳缓存点，基本上是静态配置，会消耗太多网络资源或影响网络的整体性能。使用主动网络技术，网络可以自组织。将不同的缓存策略注入网络节点，通过分析和统计通过节点的数据特征，可以动态调整缓存策略，如选择缓存点、确定缓存数据、设置缓存范围和大小，甚至将“拉”改为“拉”11.2主动网络技术、11.2.4主动网络应用4。主动虚拟网络互联网应

17、用的快速增长要求虚拟网络的业务更加复杂。现有的虚拟网络解决方案解决能力有限，对不同网络结构的支持不可扩展。将主动技术引入虚拟网络正好可以解决这个问题。主动网络的可编程性使得网络具有更好的定制能力和资源控制能力，为解决多业务问题提供了一种全新的方法，支持多控制结构。产卵是自动生成、应用和管理新网络结构的过程。这个词来自操作系统中创建子进程的父进程，它将在相同的硬件(如中央处理器)上继承父进程的属性。在网络产卵过程中，克隆的虚拟子网继承了父网络的网络结构特征，但虚拟父网络和虚拟子网可以分别满足不同用户的需求，虚拟子网也可以产生自己的子网，称为嵌套虚拟子网。此外，新网络结构的生成、应用、管理和架构是一个动态过程，主要通过一系列的路由和虚拟链路来完成。Route