计算机三级网络技术学习笔记

up在2020年疫情在家的时候看b站网课记的笔记，后来因为日程原因没有参加考试，把笔记分享出来，供大家参考和自己温习知识。

按照考纲来的，看官方参考书和一些网课都适用。欢迎点赞、投币、收藏

加粗的词句属于需要重点看的地方。

第 1 章网络系统结构与设计的基本原则

考点1：宽带城域网的结构（层次结构的三层功能）

考点2：管理运营宽带城域网的关键技术

考点3：弹性分组环RPR技术

考点4：宽带接入技术（ xDSL 、HFC、光纤接入技术、无线接入技术）

1.1 基础知识

1.1.1 计算机网络的分类

按覆盖范围：

局域网LAN小范围 几百米、几千米。

从介质访问方法的角度来看，局域网可以分为共享介质式局域网与交换式局域网；

而从使用的传输介质类型的角度来看，局域网又可分为使用有线介质的有线局域网与使用无线通信信道的无线局域网。

城域网MAN大范围 几十公里 跨地区

广域网WAN超大范围 几十公里到几千公里 跨国家和地区

按网络逻辑功能划分：

资源子网 由主计算机系统、终端、终端控制器、连网外部设备、各种软件资源与信息资源组成

通信子网 由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理业务

1.1.2 计算机网络结构的特点

1.早期的广域网

逻辑功能上分成两部分：资源子网和通信子网。

2. 用户计算机接入

局域网接入 LAN

无线局域网接入 WLAN

无线城域网接入 WMAN

电话交换网接入 PSTN

有线电视网接入 CATV

1.1.3 广域网技术的发展 （了解）

广域网是一种公共数据网络（Public Data Network, PDN

广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术

构成广域网的典型网络类型和技术：

公共电话交换网 PSTN

综合业务数字网 ISDN

数字数据网 DDN

X.25分组交换 X.25

帧中继网FR (Frame Replay

异步传输模式网ATM (Asynchronous Transfer Mode

千兆以太网GE（Gigabit Ethernet

万兆以太网10GE 光以太网（Optical Ethernet

1.1.4 局域网技术的发展

1980 年左右，以太网Ethernet与令牌环Token Ring网络、令牌总线Token Bus网络三足鼎立。

1990 年 IEEE 802.3 标准中的物理层标准 10Base-T 的推出，使普通双绞线 可以作为 10 Mbps 以太网传输介质。在使用普通双绞线以后，以太网组网的造价降低，性能 价格比大大提高，这就使得以太网在与其他局域网竞争中占据了明显的优势，同年以太网交 换机产品面世，标志着交换式以太网的出现

交换局域网总体结构

局域网LAN：

1）成本低，易维护，自建自管自用

2）传输介质便宜：普通双绞线，组网的造价降低

3）发展速度快。出现了两类局域网：

共享式局域网（Shared LAN）和交换式局域网 （Switched LAN） 。

在交换式局域网的基础上,出现了虚拟局域网（Virtual LAN， VLAN）。

以太网技术的发展有三个方向：

1) 提高以太网的数据传输速率。从 10 Mbps 提高到 100 Mbps,甚至提高到 1 Gbps 或 10 Gbps,甚至是 100 Gbps

由于 GE 与 10GE 的物理层使用两种不同的协议，因此它既可以应用于局域网，又可以应用于 可以为广域网与城域网中。

2) 将一个大型的局域网划分成多个用网桥或路由器互联的网络 （网桥只能隔离冲突域，路由器广播域和冲突域都可以隔离

3) 将共享介质方式改为交换方式

交换局域网的核心设备：局域交换机

1.1.5 城域网技术的发展

城域网总体结构

城域网MAN：

1、成本高、技术强，电信级运营商

2、传输介质昂贵：光纤，实现大数据稳定传输，提供45M到150M的高速传输

3、多业务发展：满足语音、数据、图像、多媒体应用的需求

城域网的业务定位：城市地区范围内大量的局域网系统的互联上。

城域网的概念表述：

城域网是以光纤为传输介质，能够提供 45 Mbps 到 150 Mbps 高传输速率，支持数据、语音、图形与视频综合业务数据传输，可以覆盖跨度在 50 km 到 100 km 的城市的范围，实现高速宽带传输的数据通信网络。

早期城域网的首选技术是光纤环网，其典型技术是光纤分布式数据接口 FDDI。

城域网网络系统核心：保证高速传输和服务质量QoS。

1.2 实训任务

       1.2.1 实训任务一：宽带城域网的结构

“三平台一出口”：管理平台、业务平台、网络平台，城市宽带出口

网络平台的层次结构：

核心层 核心交换层，主要承担高速数据交换的功能

汇聚层 边缘汇聚层，主要承担路由和流量汇聚的功能

接入层 用户接入层，主要承担用户接入和本地流量控制的功能

核心交换层、边缘汇聚层与用户接入层的主要功能

1．核心交换层的基本功能 宽带城域网的核心交换层主要有以下几个基本功能：

1) 核心交换层将多个汇聚层连接起来，为汇聚层的网络提供高速分组转发，为整个城市提 供一个高速、安全与具有 QoS保障能力的数据传输环境。  QoS (Quality of Service，服务质量)

2) 核心交换层实现与主干网络的互联，提供城市的宽带 IP 出口。

3) 核心交换层提供宽带城域网的用户访问 Internet 所需要的路由访问。

核心交换层结构设计重点考虑的是它的可靠性、可扩展性与开放性。

2.汇聚层的基本功能 汇聚层处于宽带城域网核心交换层的边缘，它的基本功能是：

1) 汇聚接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发和交换。

2) 根据接入层的用户流量，进行本地路由、过滤、流量均衡、QoS 优先级管理，以及安全控制、IP 地址转换、流量整形等处理。

3) 根据处理结果把用户流量转发到核心交换层或本地进行路由处理。

3.接入层的基本功能

接入层解决的是“最后一公里”问题。它是通过各种接入技术，连接最终用户，为它所 覆盖范围内的用户提供访问 Internet 以及其他的信息服务。

三层结构思想：上层负责下层的数据汇聚；核心提供出口与QOS；汇聚本地路由；接入服务用户。

采用层次结构的优点：各层功能实体之间的定位清楚，接口开放，标准规范，便于组建和管理。

1.2.2 实训任务二：宽带城域网组建的基本原则

宽带城域网组建的基本原则：可运营性、可管理性、可盈利性、可扩展性

1)可运营性

7*24小时电信级系统服务

2)可管理

宽带城域网的电信级接入管理包括对用户的开户、销户和用户权限的保护。宽带的城域网设备必须支持对用户的身份认证、使用权限认证和计费功能。 业务管理要支持多 ISP、基于IP的虚拟专网 VPN 等多种增值业务。

宽带城域网必须具备 IP 地址分配能力，能够支持动态和静态地址分配，支持网络地址转换 NAT 功能。

宽带城域网必须能够为用户提供带宽保证，实现流量工程，提供个性化用户 策略的 QoS 保证

3)可盈利性

价值用户开发与价值链培养

4)可扩展性

有偿服务的信息服务系统的开发与管理

*城域网接口技术业务

SDH：同步数字序列

PDH：准同步数字序列

名词解释：

ISP 互联网服务提供商Internet Service Provider

ICP 互联网内容提供商Internet Content Provider

NSP 网络服务提供商Network Service Provider

ASP 应用服务商Application Service Provider

PV 电子产品制造商（products vendor）

VAR 增值零售商（value added reseller）

1.2.3 实训任务三：管理和运营宽带城域网的关键技术

管理和运营宽带城域网的关键技术主要是：

带宽服务

服务质量 Qos

网络管理

用户管理

多业务接入

统计与计费

IP 地址的分配与地址转换

网络安全等。

网络管理

“带内”与“带外”网络管理的区分以传统的电信网络为基准。

带内网络管理是指利用传统的电信网络，如数据通信网(DSN)或公共交换电话网(PSTN)拨号，对网络设备进行数据配置。

带外网络管理是指利用简单网络管理协议SNMP进行网络管理

目前宽带城域网保证服务质量 QoS 要求的技术主要有：

资源预留RSVP   (Resource ReSerVation Protocol) “贵宾专用车位，不准停车”

区分服务DiffServ (Differentiated Services) “不同的用户有不同的服务级别”

多协议交换 MPLS（Multi-Protocol Label Switching多协议标签交换）

1.2.4 实训任务四：构建宽带城域网的基本技术与方案

用于构建宽带城域网的基本技术与方案主要有三种：

基于SDH的城域网方案 早期的 SONET/SDH 是为传统电信业务服务的，它并不适合于传输IP分组

基于10GE 的城域网方案

基于 ATM 的城域网方案。

基于10GE 的城域网方案

用于宽带城域网的光以太网可以有多种实现形式，其中最为重要的有两种：基于10GE的技术和弹性分组环技术。

1）基于10GE 的城域网方案

10 Mbps 到 100 Mbps以太网技术以双绞线为主、光纤为辅，结构以共享介质结构半双工方式为主；

从1Gbps以太网开始到100Gbps，在物理层的传输介质中就只有光纤，且支持全双工与点到点的连接方式。

光以太网这种解决方案的核心是：利用光纤的巨大带宽资源，以及成熟和广泛应用的以太网技术，为运营商建造新一代的宽带城域网提供技术支持。

10 Gbps 光以太网的技术优势主要表现在以下几个方面：

1) 以太网与 DMDW 技术都十分成熟，并且已经广泛使用。经过估算，组建一个同样规模的宽带城域网，光以太网的造价是 SONET 的 1/5，是 ATM 的 1/10。 2) IEEE 已经对速率从 10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps 到 10 Gbps 的以太网技术标准化了，100 Gbps 的以太网技术标准正在研究之中。它能够覆盖宽带城域网的核心 层、汇聚层到接入层的各种需求，因此以太网技术在宽带城域网中提供端-端的 多种方案中具有潜在的优势。

3) 如果一个宽带城域网的各个层次能够使用同一种技术，那么这种网络在设计、组建、运营、管理和人员培训都很方便、有效。

可运营光以太网的设备和线路必须符合电信网络 99.999%的高运行可靠性。它要克服传统以太网的不足，具备以下特征：

1) 能够根据终端用户的实际应用需求分配带宽，保证带宽资源充分、合理的应用。

2) 具有认证和授权功能，用户访问网络资源必须经过认证和授权，确保用户和网络 资源的安全及合法使用；

3) 提供计费功能，能及时获得用户的上网时间记录和流量记录，支持按上网时间，用户流量，或包月计费方式，支持实时计费；

4) 支持 VPN 和防火墙，可以有效的保证网络安全；

5) 支持 MPLS，具有一定的服务质量保证，提供分等级的QoS网络服务；

6) 能够方便、快速、灵活地使用用户和业务的扩展。

基于弹性分组环RPR技术的城域网(重点)

弹性分组环（Resilient Packet Ring, RPR）是一种直接在光纤上高效传输IP分组的传输技术，它的工作基础是 Cisco 公司提出的动态分组传送（Dynamic Packet Transport, DPT）技术。

弹性分组环RPR采用双环结构，这一点与 FDDI 结构相同。在RPR 环中，两个 RPR 结点 之间的裸光纤的最大长度可以达到 100 km

RPR 将沿顺时针传输的光纤叫做外环，将沿逆时针传输的光纤叫做内环。（“顺外逆内”）

弹性分组环 RPR 的内环和外环都可以用统计复用的方法传输 IP 分 组，同时可以实现“自愈环”的功能。

RPR 的内环和外环都可以传输数据分组与控制分组。 每一个结点都可以使用两个方向的光纤与相邻结点通信。

这样做的目的除了高效地利用光纤带宽之外，还有一个目的是加速控制分组传输，提高环的可靠性，实行“环自愈”功能，保证城域网的系统可靠性与服务质量。

RPR 技术主要具有以下几个特点： 带宽的利用率高、公平性好、快速保护和恢复能力强、保证服务质量

1.带宽的利用率高

传统的 SDH 网络中，有 50%的环带宽是冗余的；RPR 采用双环结构传输数据分组和控制分组。传统的 FDDI 环网中，当源结点向目的结点成功地发送一个数据帧之后，这个数据 帧要由源结点从环中收回；而 RPR 环限制数据帧只在源结点与目的结点之间的光纤段上传输，当源结点成功地发送一个数据帧之后，这个数据帧要由目的结点从环中收回。这样，该数据帧将不再占用下游段的环带宽，提高了环带宽的利用率。

2.公平性好

公平性是网络运营商必须提供的一项主要保证。当两个数据帧具有相同的优先级时， RPR 环可以向它们提供相同的环通道的访问能力，RPR 环中每个结点都执行 SRP 公平算法， 使得结点之间能够获得平等的带宽，防止个别结点因流量大而造成环拥塞。同时，RPR 环还 支持加权公平法则和入口、出口峰值速率限制，用以保证根据用户购买的带宽提供相应的服务。

3. 快速保护和恢复能力强

RPR 环的快速保护和恢复能力使得它已经成为一项电信级的技术，RPR 采用自愈环的设计思想，能够在 50ms 的时间内，隔离出现故障的结点和光纤段，提供 SDH 级飞快速保护 和恢复，同时不需要像 SDH 那样必须有专用的带宽，因此又进一步提高了环带宽的利用率。

4.保证服务质量

为了保证网络的服务质量（QoS），RPR 环对不同的业务数据分配不同的优先级，以保证高优先级信息的可靠传输。

1.2.5 实训任务五：网络接入技术与方法

三网融合: 计算机网络、电信通信网、广播电视网

从技术的角度，接入网的接入方式主要分为五类：

地面有线通信网络

无线通信和移动网络

卫星通信网、有线电视网、地面广播电视网

在这里，计算机局域网被归为地面有线通信系统。

从用户接入的角度，可以分为接入技术与接入方式（接入方式与用户工作环境与需求有关）。

       接入技术：有线接入、无线接入

接入方式：家庭接入、校园接入、机关与企业接入。

从实现技术的角度，目前宽带接入技术主要有以下几种：

数字用户线xDSL

光纤同轴电缆混合网 HFC 技术

光纤接入技术

无线接入技术

局域网接入技术

无线接入又可以分为无线局域网接入、无线城域网接入与无线 Ad hoc 接入。

1、数字用户线 xDSL 接入技术

1）主要的数字用户线 xDSL 可以分为：

非对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL）

高比特率数字用户线（High bite rate DSL, HDSL）

甚高比特率数字用户线（Very high bite rate DSL, VDSL）

速率自适应数字用户线（Rate adaptive DSL, RADSL）

2）xDSL 技术的上行与下行速率

上行（用户到交换局）和下行（交换局到用户）

ADSL 主要技术特点表现在：

1) 它可以在现有的电话铜双绞线上，以重叠和不干扰传统模拟电话业务，即普通电话业务 POTS 的方式，提供高速数字业务。因此，ADSL允许用户保留它们已经申请的模拟电话业务，可以同时支持用户在电话铜双绞线上的新型宽带业务。新型 的宽带业务可以是 Internet 在线访问、远程办公、视频点播 VOD 等。

2) 该技术几乎和本地环路的实际参数没什么关系，与使用的用户电话铜双绞线的特 性也无关，因此用户不需要专门为获得 ADSL 服务而重新铺设电缆。

3) ADSL 提供的非宽带特性，上行速率在 64 kbps~640 kbps ，下行速率在 500 kbps~ 7 Mbps。用户可以根据需要选择上行和下行速率。

2、光纤同轴电缆混合网HFC

单播 单向的广播业务

双播 双向的广播业务HFC是双播

       光纤同轴电缆混合网结构

光纤同轴电缆混合网（Hybrid Fiber Coax,  ）是经过双向改造的有线电视网络，是用户通过有线电视宽带接入 Internet 的一种重要方式。

光纤结点通过同轴电缆下引线可以 为 500~2000 个用户服务。这些被连接在一起的用户共享同一根传输介质。HFC 改善了信号质量，提高了可靠性，线路可以使用的带宽甚至高达 1 GHz。

电缆调制解调器 Cable Modem 专门为利用有线电视网进行数据传输而设计的。在发送 端，它将数据进行调制，然后利用有线电视网（CATV）同轴电缆允许的频率发送出去；在接收端，把调制后的信号进行解调，还原出数据。把用户计算机与有线电视同轴电缆连接起来。它不仅包含调制解调部分， 也有加密解密和协议适配与网桥、路由器与集线器的部分功能。Cable Modem 利用频分复用 的方法，将双向信道分为：从计算机终端到网络方向称为上行信道，从网络到计算机终端方 向称为下行信道。上行信道采用的载波频率范围在 5 MHz~ 42 MHz，上行信道带宽一般在 200 kbps ~ 10 Mbps。下行，信道采用的载波频率一般在 450 MHz ~ 750 MHz，信道带宽一般可 达 36 Mbps。

Cable Modem 可以分为以下几种类型：

a) 从传输方式，Cable Modem 可以分为双向对称式传输和非对称式传输两类。对 称式传输速率为 2 Mbps ~ 4 Mbps，最高可达 10 Mbps。非对称式下行速率为 30 Mbps，上行速率为 500 kbps ~ 2.56 Mbps。

b) 从数据传输方向上，Cable Modem 可以分为单向、双向两类。

c) 从同步方式上，Cable Modem 可以分为同步和异步交换两类。同步交换类似于 Ethernet，异步交换类似于 ATM 技术。

d) 从接入的角度，Cable Modem 可以分为个人 Cable Modem 和宽带多用户 Cable Modem。宽带 Modem 可以具有网桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。

e) 从接口角度看，Cable Modem 可以分为外置式、内置式和交互式机顶盒三种。 外置 Cable Modem 通过网卡连接计算机，所以连接 Cable Modem 前需要给计算机添置一块网卡，这也是外置式 Cable Modem 的缺点。不过外置 Cable Modem 可以支持局域网上的多台计算机同时接入。交互式机顶盒也是一种 Cable Modem，用户可以直接在电视屏幕上访问网络或收发 E-Mail。 对于微型机来说，内置式 Cable Modem 通常是一块 PCI 总线接口卡 Cable Modem。 这种方式也许是最廉价的 Cable Modem 实现方式，但是也带来大量的不便。首先它 只能用于桌上型电脑，MAC 机和便携机也可使用，但是接口卡需要有不同的设计。 由于技术或者管理上的原因就，有些国家根本不能使用内置 Cable Modem。

3. 光纤接入技术（重点）

光纤在接入网使用中有向终端用户延伸的趋势，因而也出现了一些新的概念:

光纤到路边（Fiber To The Curb, FTTC）

光纤到小区（Fiber To The Zone, FTTZ）

光纤到大楼（Fiber To The Building, FTTB）

光纤到办公室（Fiber To The Office, FTTO）

光纤到户（Fiber To The Home, FTTH）。

无源光纤网 PON 是 ITU的 SG15 研究组在 G.983 建议“基于无源光纤网的高速光纤接入 系统”进行标准化的。该建议分为两部分： a) OC-3，155.520 Mbps 的对称业务。

b) 上行 OC-3，155.520 Mbps，下行 OC-12,622.080 Mbps 的不对称业务。

以 ATM 为基础的宽带无源光网络APON： ATM(异步传输网络)+PON(无源光纤网络)

4、无线接入技术

(1) 无线接入技术的分类与应用

802.11标准的的无线局域网（WLAN）接入、802.16标准的无线城域网（WMAN）接入，Ad hoc接入技术

IEEE802.11标准系列对比

在无线宽带接入网的结构中，

远距离采用 802.16 标准的 WiMAX 技术，可以在50km范围内提供70 Mbps的传输速率；

近距离采用 802.11 标准的 WLAN，可以满足一定地理范围内 的用户无线接入的需求。

802.11 标准重点在于 解决局域网范围内的移动结点通信问题，而 802.16 标准重点在于解决建筑物之间的数据通信问题。

(2) 802.16 标准与无线城域网WMAN

IEEE 802.16 标准体系的主要目标是制定工作在 2 ~ 66 MHz 频段的无线接入系统的物理层与介质访问控制 MAC 子层规范

要保证无线网络对接入用户的服务质量，它就需要更多的带宽，因此 802.16 标准规定 无线网络使用更高的 10 ~ 66 GHz 波段的频率。

在 802.16 标准增加了两个物理层标准 802.16d 与 802.16e。802.16d 主要针对固定的无线网络部署，802.16e 则针对火车、汽车等移动物体的无线通信标准问题。 (技巧：d定e移)

注意802.16e也可用于固定。IEEE802.16e-2005中为“固定、移动(+漫游)”

与 IEEE 802.16 标准工作组对应的论坛组织为 WiMAX。

       最高传输速率134Mbps。

(3)802.11 标准与无线局域网WLAN

802.11 定义了使用 红外、调频扩频与直接序列扩频技术，数据传输速率为 1 Mbps 或 2 Mbps 的无线局域网标准。

802.11b 定义了使用直序扩频技术，传输速率为 1 Mbps、2 Mbps 、5.5 Mbps 与 11 Mbps 的 无线局域网标准。

802.11a 将传输速率提高到 54 Mbps。

(4) 无线网格网 WMN 技术

Ad hoc 技术有两个发展方向：一是军师和特定行业发展和应用，在此基础上产生了无线传感器网络 WSN；另一个是向无线的民用接入网发展，出现了无线网格网WMN