《信息網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議》配套教學(xué)課件

信息網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議課程內(nèi)容第一章信息網(wǎng)絡(luò)概述第二章接入網(wǎng)技術(shù) 第三章下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6第五章IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量第六章路由和交換第七章業(yè)務(wù)量管理第八章對(duì)等網(wǎng)絡(luò)第一章信息網(wǎng)絡(luò)概述當(dāng)前Internet存在的主要問(wèn)題交換、電路交換、分組交換（虛電路交換ATM、數(shù)據(jù)報(bào)交換IP）原理特點(diǎn)第二章接入網(wǎng)技術(shù)ATM：信元、VPI/VCIADSL：DMT技術(shù)、ADSL體系結(jié)構(gòu)、PPPOE為什么要引入MAC？802.11：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、基本CSMA/CA原理、擴(kuò)展CSMA/CA原理為什么是CA而不是CD？PON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)際上是為了解決PON中面臨的問(wèn)題第三章下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6CIDR地址塊的概念、路由中的前綴匯聚、前綴最長(zhǎng)匹配規(guī)則；路由表配置NAPT的基本原理及其局限性IPv6單播地址：鏈路局部地址、全局地址IPv6組播地址：鏈路范圍內(nèi)全節(jié)點(diǎn)組播地址、全路由器組播地址；被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)地址IPv6鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制：地址解析、地址重復(fù)檢測(cè)、路由器發(fā)現(xiàn)被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)地址的作用基于EUI-64地址的IPv6地址自動(dòng)配置過(guò)程手動(dòng)隧道、自動(dòng)隧道（ISATAP）原理及其路由配置特別注意IPv6路由表配置掌握基本的IP網(wǎng)絡(luò)配置，包括地址、路由等第四章IP網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)管理網(wǎng)絡(luò)層切換與鏈路層切換移動(dòng)IPv6如何對(duì)上層應(yīng)用屏蔽移動(dòng)性？PMIPv6引入的原因及原理第五章IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS度量參數(shù)；流、行為集合、服務(wù)等級(jí)協(xié)議的概念支持QoS操作的路由器功能綜合服務(wù)原理，綜合服務(wù)類型資源預(yù)留協(xié)議中的PATH和RESV消息，資源預(yù)留合并（FF、SE、WF）區(qū)分服務(wù)原理，EFPHB和AFPHB第六章路由和交換路由器功能與架構(gòu)BinaryTrie、LeafPushing、LCTrie（Multi-Bit

Trie，PathCompression）的原理路由器吞吐量和加速、內(nèi)部阻塞和輸出端口競(jìng)爭(zhēng)3代交換結(jié)構(gòu)、輸入隊(duì)列與輸出隊(duì)列Banyan交換機(jī)結(jié)構(gòu)、基于batcher定理的排序網(wǎng)絡(luò)第七章業(yè)務(wù)量管理漏桶算法、令牌桶算法Max-Min公平共享資源（帶寬）分配過(guò)程、加權(quán)Max-Min公平共享資源（帶寬）分配過(guò)程FQ算法過(guò)程信息網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議信息網(wǎng)絡(luò)電信網(wǎng)Internet有線電視網(wǎng)過(guò)去信息網(wǎng)絡(luò)IPv4/IPv6多種接入技術(shù)綜合業(yè)務(wù)正在演進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)融合信息網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議：本課程將關(guān)注構(gòu)成信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)、算法和協(xié)議新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（NDN等）量子技術(shù)、可編程技術(shù)？未來(lái)應(yīng)用演進(jìn)？變革？未來(lái)信息網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容第一章信息網(wǎng)絡(luò)概述第二章接入網(wǎng)技術(shù)

第三章下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6第四章IP網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)管理第五章IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量第六章路由和交換

路由查找、交換結(jié)構(gòu)第七章業(yè)務(wù)量管理

業(yè)務(wù)監(jiān)管和整形、調(diào)度、隊(duì)列管理第八章對(duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議算法協(xié)議

技術(shù)應(yīng)用課程結(jié)構(gòu)接入網(wǎng)核心網(wǎng)接入網(wǎng)PPPPPPOE/ADSL

802.11/PON下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6

移動(dòng)管理/服務(wù)質(zhì)量路由器1路由器2主機(jī)AAP1AP2主機(jī)BAP3AP4>路由查找算法>交換結(jié)構(gòu)>業(yè)務(wù)監(jiān)管和整形、調(diào)度、隊(duì)列管理PPPPPPOE/ADSL

802.11/PON對(duì)等網(wǎng)絡(luò)主要參考書目1.H.JonathanChaoandBinLiu,HIGHPERFORMANCESWITCHESANDROUTERS,JohnWiley&SONS,2007

第五、六、七章即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制，業(yè)務(wù)量管理、路由和交換等相關(guān)內(nèi)容2.每一章都會(huì)列出本章相關(guān)內(nèi)容文獻(xiàn)或者資源3.大量PAPER:GoogleScholar,IEEE,ACM,ConferenceGoogle“NetworkingConferenceRank”課程網(wǎng)站/course/網(wǎng)站功能注冊(cè)帳號(hào)課程相關(guān)內(nèi)容課程相關(guān)信息發(fā)布課件、參考資料課程網(wǎng)站相關(guān)問(wèn)題請(qǐng)聯(lián)系助教考核方式平時(shí)20%實(shí)驗(yàn)20%期末考試60%第一章信息網(wǎng)絡(luò)概述主要內(nèi)容電信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)Internet的發(fā)展歷程廣播電視網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展交換技術(shù)主要內(nèi)容電信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)固定電話網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)Internet的發(fā)展歷程交換技術(shù)固定電話網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)201876

Bell,AlexanderGrahamPoint-to-Pointphysicalwireconnection固定電話網(wǎng)絡(luò)：演進(jìn)1835S.Morse電報(bào)1876A.GBell電話1892步進(jìn)式交換機(jī)1938縱橫式交換機(jī)1939脈沖編碼調(diào)制(PCM)1970程控?cái)?shù)字交換機(jī)1988綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)1989年異步傳輸模式(ATM:155Mbps)模擬300~3.4kHz數(shù)字n*64kbps空分交換(控制繼電器)時(shí)分交換(交換時(shí)隙)分組交換IP網(wǎng)絡(luò)1980X.25標(biāo)準(zhǔn)

(64kbps)1988幀中繼

(2Mbps)電路交換移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)：演進(jìn)1982美國(guó)AMPS(AdvancedMobilePhoneSystem)英國(guó)TACS(TotalAccessCommunicationsSystem)日本MCS-11(MobileCellularSystem)D-AMPS(DigtalAMPS,IS-54/IS-136)PDC(PersonalDigitalCellular)1G模擬話音FDMAFDMA和TDMAGSM(GlobalSystemforMobilecommunication)CDMA(CodeDivisionMultipleAccess,IS-95/cdmaone)2G9.6kbpsGPRS(GeneralPacketRadioService)CDMA20001x-RTT數(shù)字話音數(shù)據(jù)2.5G170~384kbpsWCDMA(WidebandCDMAUMTS/FOMA)CDMA2000UTRA-TDDTD-SCDMACDMACDMA和TDMA混合數(shù)字話音數(shù)據(jù)3G(IMT-2000)2Mbps室內(nèi)384kbps室外144kbps行車B3G、4G：全I(xiàn)P(IPv6)/新業(yè)務(wù)/1Gbps(低速)100Mbps(高速)/異構(gòu)融合OFDM+MIMOEDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)：標(biāo)準(zhǔn)化歷程3GPP:The3rdGenerationPartnershipproject(GSM)WCDMA(TD-SCDMA)HSDPA(下行8~10Mbps)/HSUPA(上行5.76Mbps)HSPA+LTE(下行100Mbps上行50Mbps)FDD/TDDLTE-Advanced(移動(dòng)100Mbps,固定1Gbps)3GPP2:The3rdGenerationPartnershipproject2(CDMA)CDMA2000CDMA20001x1XEV-DOA,1XEV-DV1XEV-DOB(73Mbps)(AIEphase1)UMB(上行275Mbps,下行75Mbps)(AIEphase2)大部分運(yùn)營(yíng)商已轉(zhuǎn)向LTEIEEE:InstituteofElectricalandElectronicsEngineers802.16e(30Mbps)802.16m(移動(dòng)100Mbps,固定1Gbps)HSDPA:HighSpeedDownloadPacketAccessHSUPA:HighSpeedUploadPacketAccessLTE:LongTermEvolutionAIE:AirInterfaceEvulutionUMB:UltraMobileBroadBandIMT-2000：3G標(biāo)準(zhǔn)，空中接口標(biāo)準(zhǔn)包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，WiMaxIMT-Advanced：4G標(biāo)準(zhǔn)，空中接口標(biāo)準(zhǔn)包括LTE-A和802.16mLTE-A和802.16m已被采納為ITU4G標(biāo)準(zhǔn)，LTE-A包含F(xiàn)DD和TDD兩種制式，其中基于WCDMA、CDMA2000的3G技術(shù)演進(jìn)到FDDLTE-A，而基于TD-SCDMA的3G技術(shù)演進(jìn)到TDDLTE-A4G標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上具有相似性，都使用相同或者相近的編碼方式、采用了OFDM、MIMO等技術(shù)，未來(lái)會(huì)進(jìn)一步融合5G預(yù)計(jì)2020年開(kāi)始商用，被稱為IMT-2020，2015年6月公布5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間表。中國(guó)于2013年2月成立IMT-2020推進(jìn)組。主要特征：更高的數(shù)據(jù)速率、更好的覆蓋、更低的延遲、更高的能量效率關(guān)鍵技術(shù)：非正交多址接入、毫米波、大規(guī)模MIMO（MassiveMIMO）、超密集異構(gòu)小區(qū)下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）NGN：NextGenerationNetworksNGN用來(lái)描述在未來(lái)電信核心和接入網(wǎng)絡(luò)的一些關(guān)鍵體系結(jié)構(gòu)的演進(jìn)NGN特征分組交換，多種業(yè)務(wù)能力，支持服務(wù)質(zhì)量（QoS）支持普遍的移動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)用戶的泛在接入電話網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)NGN（ALL-IP）NGN采用基于IP的分組交換技術(shù)，因此常用“ALL-IP”來(lái)描述到NGN的演進(jìn)主要內(nèi)容電信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)Internet的發(fā)展歷程交換技術(shù)26Internet發(fā)展歷史1960美國(guó)國(guó)防部高級(jí)計(jì)劃研究署(DARPA)ARPANET1973ARPANET擴(kuò)展為互聯(lián)網(wǎng)(英國(guó)、挪威)1974TCP/IP協(xié)議1983ARPANET網(wǎng)絡(luò)核心協(xié)議由NCP改為TCP/IP1986NSFnet1994年商業(yè)運(yùn)行UsenetBitnetX.25網(wǎng)絡(luò)1990年代向公眾開(kāi)放1991HTML/HTTP/WWW1993Mosaic網(wǎng)頁(yè)瀏覽器更多網(wǎng)絡(luò)接入多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)/語(yǔ)音/視頻….1996InternetNGI：IPv6/更高速率/多業(yè)務(wù)/QoS保證/管理漸進(jìn)式演進(jìn)IPv4IPv6NGI在中國(guó)（CNGI）2003年8月，國(guó)務(wù)院批復(fù)同意國(guó)家發(fā)改委等八部委“關(guān)于推動(dòng)我國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展有關(guān)工作的請(qǐng)示”，正式啟動(dòng)“中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程CNGI”CNGI：部署基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和設(shè)備的研發(fā)CNGI-CERNET2（20個(gè)城市，25個(gè)核心節(jié)點(diǎn)，連接到CNGI-6IX）CNGI-6IX（6個(gè)國(guó)內(nèi)CNGI骨干網(wǎng)，2個(gè)國(guó)際交換中心：到美國(guó)及歐洲，到亞太）/中國(guó)為什么更需要IPv6？從戰(zhàn)略上來(lái)說(shuō)，我國(guó)在IPv4上已經(jīng)落后，IPv6要走在前面，從而提高我國(guó)在Internet產(chǎn)業(yè)中的地位從現(xiàn)實(shí)需求來(lái)說(shuō)，Internet的普及使得對(duì)IP地址的需求量巨大，但美國(guó)占用了大部分的IPv4地址空間，一些組織擁有的IPv4地址空間甚至比整個(gè)亞洲還多GoogleIPv6使用情況統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有Internet存在的問(wèn)題可擴(kuò)展性：流量增加、路由表膨脹移動(dòng)性：越來(lái)越多的移動(dòng)用戶接入到Internet，在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮移動(dòng)性支持服務(wù)質(zhì)量：IP網(wǎng)絡(luò)提供的是盡力投遞服務(wù)，未考慮數(shù)據(jù)內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)安全：越來(lái)越多的應(yīng)用使用Internet，在設(shè)計(jì)時(shí)并未充分考慮安全性能耗：互聯(lián)網(wǎng)耗電量約占全球的5.4%，我國(guó)是4.3%，還在不斷增長(zhǎng)……

從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)Internet(CleanSlate)NSFFutureInternetArchitectureProgramFoundedin2010,designfornext15yearsNamedDataNetworkingMobilityFirstNEBULA/eXpressiveInternetArchitecture/ChoiceNet基本特征：除了數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)具有更多的能力，例如內(nèi)容計(jì)算、內(nèi)容存儲(chǔ)等，而且網(wǎng)絡(luò)更加靈活可變，例如可編程等應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施IP應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)容當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題舉例133路由器不知道傳輸?shù)膬?nèi)容導(dǎo)致冗余傳輸！相同內(nèi)容NDN:NamedDataNetworkingSendInterest:/m.aviSendcontent(1)(2)Buffer:/m.avi用戶關(guān)注的是內(nèi)容，而不是內(nèi)容在什么地方：內(nèi)容名取代地址通過(guò)內(nèi)容命名，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緩存來(lái)優(yōu)化帶寬在安全性方面，NDN確保的是內(nèi)容安全，而不是內(nèi)容所在處的安全NDNTestbedStatus在全球有26個(gè)節(jié)點(diǎn)，66條活躍鏈路，主要分布在美國(guó)，國(guó)內(nèi)的北郵、同濟(jì)、北大等也接入當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題舉例236移動(dòng)發(fā)往1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)身份和位置標(biāo)識(shí)相同（IP地址）MobilityFirst移動(dòng)<GUID,1><GUID,5>GUID:GloballyUniqueName(1)Cache-and-forward(2)UpdateGUIDAddressMappingDirecttraffictonewaddress表示節(jié)點(diǎn)身份的標(biāo)識(shí)和表示節(jié)點(diǎn)位置的地址分離通過(guò)路由器緩存來(lái)減少移動(dòng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)丟失Updateaddressto5MobilityFirst應(yīng)用場(chǎng)景UserLeveldescriptor:JohnSmith22’sdevicesGUIDNetworkAddressNCS:NamecertificationserviceGNRS:Globalnameresolutionservice(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Stanford:CleanSlateProgramStartupover5years,designfornext20~30years,ceasedafter2012FlagshipProjectsInternetInfrastructure:OpenFlowandSoftwareDefinedNetworkingMobileInternet:POMI2020MobileSocialNetworking:MobileSocialDataCenter:StanfordExperimentalDataCenterLab當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題舉例3網(wǎng)絡(luò)缺乏靈活的控制機(jī)制40白天晚上SDN:SoftwareDefinedNetworkControlFlowDataFlowControlFlow控制器數(shù)據(jù)面和控制面分離，數(shù)據(jù)路由傳輸由控制器控制賦予外部應(yīng)用通過(guò)控制器控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能力SDN與OpenFlowSDN是一種新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，基本思想是控制面和數(shù)據(jù)面分離OpenFlow是SDN的一種實(shí)現(xiàn)，定義了控制器和交換機(jī)/路由器之間的協(xié)議，以及交換機(jī)/路由器的控制接口、流表格式等SDN并不能看作是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，它已實(shí)現(xiàn)，目前主要面向數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，并沒(méi)有從根本上解決現(xiàn)有Internet存在的問(wèn)題主要內(nèi)容電信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)Internet的發(fā)展歷程交換技術(shù)基本概念為什么需要交換？減少網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間所需的通信線路增強(qiáng)可擴(kuò)展性,構(gòu)建更大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)交換的概念交換操作由一系列過(guò)程組成：為輸入數(shù)據(jù)選擇輸出線路/端口，在輸入和輸出之間建立連接，通過(guò)該連接將數(shù)據(jù)放到輸出線路/端口上網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行交換操作的設(shè)備稱為交換機(jī)。通過(guò)一系列交換機(jī)的交換操作，在兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間建立一條數(shù)據(jù)傳輸路徑，這條路徑由物理或者邏輯上的鏈路組成交換機(jī)交換n個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果建立兩兩直接相連的線路，共需要n*(n-1)/2條，數(shù)量級(jí)是O(n2)交換類型交換網(wǎng)絡(luò)電路交換網(wǎng)絡(luò)

（例如：傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)）消息交換網(wǎng)絡(luò)

（例如：電報(bào)網(wǎng)絡(luò)、深空通信網(wǎng)）分組交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)交換網(wǎng)絡(luò)

（例如：IP網(wǎng)絡(luò)）虛電路網(wǎng)絡(luò)

（例如：ATM網(wǎng)絡(luò)）電路交換：概念交換傳輸線路或者時(shí)隙，通過(guò)交換機(jī)在通信雙方之間建立一條專用的傳輸路徑傳輸路徑建立后，數(shù)據(jù)像流一樣在路徑上傳輸空分交換傳輸路徑由線路組成時(shí)分交換傳輸路徑由每條線路上的固定時(shí)隙組成電路交換：特征網(wǎng)絡(luò)通信包括三個(gè)過(guò)程（發(fā)送）端到（接收）端電路連接建立數(shù)據(jù)傳輸電路連接拆除優(yōu)點(diǎn)：占用固定的線路資源，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?、延時(shí)、可靠性及有序性缺點(diǎn)：線路資源利用率低，沒(méi)有有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)也占用線路或者固定時(shí)隙；電路連接建立導(dǎo)致延遲電路交換：性能電路交換是為話音傳輸設(shè)計(jì)的，支持固定的數(shù)據(jù)速率電話交換網(wǎng)傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)中的話音業(yè)務(wù)采用電路交換技術(shù)，除端局到用戶的本地回路(SubscriberLoop)是模擬的以外，其它部分都是數(shù)字的EndOffice:端局或LocalCentreOffice:本地中心局分組交換：概念交換分組，以分組為單元統(tǒng)計(jì)復(fù)用線路（也稱為鏈路）資源統(tǒng)計(jì)復(fù)用：只有有數(shù)據(jù)要傳輸才占用線路分組大小問(wèn)題：太小，分組開(kāi)銷大；太大，復(fù)用效率低，影響其它分組的發(fā)送兩種類型數(shù)據(jù)報(bào)交換：直接發(fā)送分組虛電路交換：先建立連接，再發(fā)送分組現(xiàn)代的電話網(wǎng)絡(luò)支持話音、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)，對(duì)于數(shù)據(jù)采用分組交換技術(shù)數(shù)據(jù)報(bào)交換：特征無(wú)連接：直接發(fā)送分組，無(wú)服務(wù)質(zhì)量保證健壯性：相同源-目的的分組可能沿不同路徑傳輸，可繞開(kāi)故障路徑數(shù)據(jù)報(bào)交換：路由表分組攜帶的控制信息中包含目的地址目的地址在傳輸過(guò)程中保持不變交換機(jī)根據(jù)路由表來(lái)獨(dú)立地轉(zhuǎn)發(fā)分組使用目的地址來(lái)查找路由表數(shù)據(jù)報(bào)交換：性能路由查找輸入和輸出端口之間建立連接IP網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)據(jù)報(bào)交換，在網(wǎng)絡(luò)層執(zhí)行交換，交換的單元為IP分組，執(zhí)行交換的設(shè)備也被稱為IP路由器虛電路交換：特征面向連接：分組發(fā)送前在源和目的之間建立連接與電路交換不同，連接不是占用固定的線路資源，只是告訴網(wǎng)絡(luò)的資源需求，在每個(gè)交換機(jī)上建立“連接狀態(tài)”服務(wù)質(zhì)量保證有序性：同一源和目的的分組沿相同的路徑到達(dá)目的地基于虛電路標(biāo)識(shí)執(zhí)行交換操作，效率高建立的連接路徑被稱為虛電路（VirtualCircuit）虛電路交換：虛電路VCI（VCIdentifier）：在每條物理線路/鏈路可以同時(shí)運(yùn)行很多條虛電路，每條虛電路由VCI標(biāo)識(shí)VCI具有局部意義，只在每條鏈路上唯一物理鏈路虛電路輸入輸出每個(gè)交換機(jī)上都維護(hù)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表，基于VCI對(duì)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)虛電路交換：虛電路建立從源到目的的虛電路由路徑鏈路上一系列VCI標(biāo)識(shí)Switch1Switch2Switch3Link1Link2分組傳輸方向VCI分配方向(虛電路建立過(guò)程執(zhí)行分配操作)VCI14VCI77A發(fā)送建立請(qǐng)求給BB響應(yīng)建立確認(rèn)虛電路交換：分組傳輸虛電路交換：性能ATM網(wǎng)絡(luò)采用虛電路交換，交換的單元為固定長(zhǎng)度的ATM信元，執(zhí)行交換的設(shè)備也被稱為ATM交換機(jī)分組交換：總結(jié)以分組為單元統(tǒng)計(jì)復(fù)用線路/鏈路資源優(yōu)點(diǎn)：線路利用率高，節(jié)點(diǎn)只有在有數(shù)據(jù)要傳輸時(shí)才占用通信線路，因此多個(gè)節(jié)點(diǎn)的分組可以共享一條通信線路缺點(diǎn)：需要資源管理機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?、延時(shí)、可靠性和有序性，增加了復(fù)雜性分組交換是為數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)的，支持可變的數(shù)據(jù)速率進(jìn)一步閱讀NDN、MobilityFirst提出背景及基本原理NDN/MobilityFirst/交換技術(shù):From“DataCommunicationandNetworking”,FourthEdition,B.A.Forouzan/~hclu/Switching.pdf第二章接入網(wǎng)技術(shù)主要內(nèi)容概述電話網(wǎng)絡(luò)接入Internet802.11無(wú)線局域網(wǎng)光接入網(wǎng)概述接入網(wǎng)（AccessNetwork）用來(lái)把用戶網(wǎng)絡(luò)或者設(shè)備接入到Internet的網(wǎng)絡(luò)Internet（核心網(wǎng)）接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)常用接入網(wǎng)類型基于ATM架構(gòu)類傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)DSL（電話線）基于IEEE802參考模型的局域網(wǎng)架構(gòu)類新興IP網(wǎng)絡(luò)：共享以太網(wǎng)（802.3）、無(wú)線局域網(wǎng)（802.11）、甚至包括無(wú)線城域網(wǎng)（802.16）光纖接入類基于ATM：APON、GPON基于以太網(wǎng)：EPON物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層局域網(wǎng)ATM常用接入網(wǎng)類型基于ATM架構(gòu)類傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)DSL（電話線）基于IEEE802參考模型的局域網(wǎng)架構(gòu)類新興IP網(wǎng)絡(luò)：共享以太網(wǎng)（802.3）、無(wú)線局域網(wǎng)（802.11）、甚至包括無(wú)線城域網(wǎng)（802.16）光纖接入類基于ATM：APON、GPON基于以太網(wǎng)：EPON物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層局域網(wǎng)ATMATM：概述ATM：AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式既可用于接入網(wǎng)，也可以用于核心網(wǎng)面向連接的分組交換/虛電路交換Q.2931：連接建立信令，并且在路徑上的交換機(jī)上分配資源信元：基本交換單位，固定長(zhǎng)度（5字節(jié)頭標(biāo)＋48字節(jié)數(shù)據(jù)）為什么選擇固定長(zhǎng)度（53字節(jié)）的信元？1）構(gòu)建硬件簡(jiǎn)單2）交換單元并行處理3）隊(duì)列行為優(yōu)化：控制延遲、提高隊(duì)列處理效率ATM：信元隊(duì)列優(yōu)化舉例：假設(shè)：鏈路帶寬100Mbps，隊(duì)列中的分組具有不同的優(yōu)先級(jí)變長(zhǎng)分組網(wǎng)絡(luò)：最大分組長(zhǎng)度為4KB，在交換機(jī)開(kāi)始傳輸一個(gè)4KB的分組之后到達(dá)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的分組，必須在隊(duì)列中等待327.68us才能通過(guò)輸出端口傳輸ATM網(wǎng)絡(luò)：信元固定長(zhǎng)度為53B，最長(zhǎng)等待時(shí)間將是53×8/100=4.24us，而且這個(gè)時(shí)間是固定的結(jié)論：使用固定長(zhǎng)度信元具有控制延遲的能力，特別是控制延遲抖動(dòng)的能力，這對(duì)某些應(yīng)用例如實(shí)時(shí)應(yīng)用非常重要ATM：業(yè)務(wù)類型CBR業(yè)務(wù)

ConstantBitRateVBR業(yè)務(wù)

VariableBitRateABR業(yè)務(wù)

AvailableBitRateUBR業(yè)務(wù)

UnspecifiedBitRate業(yè)務(wù)類型話音、視頻等提供最高程度的服務(wù)質(zhì)量保證，保證帶寬、延遲抖動(dòng)業(yè)務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可能是突發(fā)的，要求延遲抖動(dòng)小具有突發(fā)性，可保證最大延遲，壓縮話音、視頻利用剩余帶寬，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)可用帶寬和擁塞狀態(tài)來(lái)調(diào)整傳輸速率文件傳輸、email等利用剩余帶寬，對(duì)延遲和延遲抖動(dòng)沒(méi)有嚴(yán)格要求的業(yè)務(wù)CellsVoiceDataVideo高低ATM：虛電路虛電路VPI和VCI來(lái)標(biāo)識(shí)VPI：VirtualPathIdentification，虛路徑標(biāo)識(shí)VCI：VirtualChannelIdentification，虛通道標(biāo)識(shí)ATMPhysicalLink

虛電路連接(VCC)VirtualPath(VP)

ContainsMultipleVCsVirtualChannel(VC)

LogicalPath

BetweenATMEndPointsVirtualChannels(VC)VirtualChannels(VC)E3

OC-2VirtualPath(VP)VirtualPath(VP)ConnectionIdentifier=VPI/VCIATM：虛電路WhyVPI+VCIPermanentVirtualCircuit(PVC)ABDCInputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI133302215314164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI129345252415164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI1452162521291643293291642930101615451443InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI11624331441016432932916412423324123VPI/VCItablesinnetworkequipmentupdatedbyadministratorSwitchedVirtualCircuit(SVC)BD1241332412UNI

SignalingNNI

SignalingCUNI

SignalingInputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI252129164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI129345164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI164329329164A3UNI=User-to-NetworkInterfaceNNI=Network-to-NetworkInterfaceDynamicallysetupconnectionsviasignalingSwitchedVirtualCircuit(SVC)BDUNI

SignalingNNI

SignalingCUNI

SignalingInputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI252129164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI129345164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI164329329164A12934514521611624312413324123TransferdataovernewlyestablishedlinkUNI=User-to-NetworkInterfaceNNI=Network-to-NetworkInterfaceSwitchedVirtualCircuit(SVC)BDNNI

SignalingCUNI

SignalingInputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI252129164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI129345164329329164InputOutputPortVPI/VCIPortVPI/VCI164329329164AUNI

SignalingUNI=User-to-NetworkInterfaceNNI=Network-to-NetworkInterfaceDynamicallyteardownconnectionsviasignaling12413324123ATM：信元格式用戶-網(wǎng)絡(luò)接口（UNI：User－NetworkInterface）網(wǎng)絡(luò)－網(wǎng)絡(luò)接口（NNI：Network－NetworkInterface）ATM網(wǎng)絡(luò)頭標(biāo)載荷5B48ATM信元GFC：通用流量控制

VPI：虛路徑標(biāo)識(shí)VCI：虛通道標(biāo)識(shí)PTI：載荷類型，用戶、信令和維護(hù)數(shù)據(jù)等CLP：擁塞時(shí)信元丟失優(yōu)先級(jí)HEC：頭標(biāo)差錯(cuò)校驗(yàn)，載荷數(shù)據(jù)校驗(yàn)由上層協(xié)議完成

4

816318384(48Bytes)GFCPayloadVPIVCIPTICLPHECbits

1216318384(48Bytes)PayloadVPIVCIPTICLPHECbitsATM：AAL信元載荷的格式由AAL來(lái)決定AAL：ATMAdaptationLayer，ATM適配層WhyAAL？ATM可以用來(lái)承載可變長(zhǎng)度的分組（例如IP分組），而ATM信元長(zhǎng)度是固定的AALATMAALATM可變長(zhǎng)度分組固定長(zhǎng)度信元SegmentReassembleSAR：SegmentAndReassembleATM：AAL根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的不同，分為AAL1～AAL5AAL1：CBR、面向連接業(yè)務(wù)，例如恒定速率的音頻和視頻AAL2：VBR業(yè)務(wù)，面向連接的業(yè)務(wù)，例如可變速率的音頻和視頻AAL3/4：VBR、面向連接和無(wú)連接業(yè)務(wù)AAL5：AAL3/4的簡(jiǎn)化版最常用，用來(lái)承載IP分組ATM：網(wǎng)絡(luò)AALATMDataDataAALATMPHYPHYATMPHYATMPHY…EndsystemEndsystemNetworkATMSwitchATMSwitchATM與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路在電話線接入中服務(wù)提供商事先給每個(gè)客戶都事先分配了固定的VPI/VCI，大多使用PVC為了便于管理，服務(wù)提供商一般通過(guò)PPPoverATM技術(shù)，將PVC變成一個(gè)邏輯的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路集合PPP：概述PPP是個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，通過(guò)PPP，完成： 1）鏈路建立、維護(hù)和終結(jié) 2）用戶認(rèn)證 3）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)協(xié)商，包括IP地址分配等對(duì)于接入服務(wù)器來(lái)說(shuō)，每條PPP鏈路的另一端對(duì)應(yīng)著一個(gè)用戶，因此便于認(rèn)證、計(jì)費(fèi)和管理PPP鏈路的兩端對(duì)應(yīng)著通信雙方，因此不存在尋址問(wèn)題接入服務(wù)器要和AAA服務(wù)器(例如RADIUS)配合工作，以完成認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等功能ATM等PPPIPPPPPPPPPP接入服務(wù)器用戶端設(shè)備AAA

服務(wù)器AAA協(xié)議AAA：認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)PPP：協(xié)議PPP：PointtoPointProtocol在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上傳輸多種協(xié)議數(shù)據(jù)協(xié)議構(gòu)成封裝方法封裝各種協(xié)議數(shù)據(jù)的方法在同一條鏈路上同時(shí)復(fù)用各種不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路控制協(xié)議（LCP：LinkControlProtocol）建立、配置、維護(hù)和終結(jié)鏈路認(rèn)證協(xié)議PAP、CHAP網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP：NetworkControlProtocol）建立和配置各種不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議定義有不同的NCP，例如對(duì)于IP協(xié)議是IPCPPPP協(xié)議主要內(nèi)容PPP：消息PPP封裝Protocol1～2字節(jié)，指明了封裝在Information域中的數(shù)據(jù)類型0x0***~0x3***：網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（ex:0x0021-IP）0x8***~0xb***：NCP（ex:0x8021-IPCP）0xc***~0xf***：LCP（ex:0xc021-LCP）InformationProtocol指定協(xié)議數(shù)據(jù)最大接收單元（MRU），包括填充，缺省為1500字節(jié)LCP消息格式ProtocolInformationPaddingProtocolInformationPaddingCodeIdentifierLengthData…0xc021Code:1Configure-Request2Configure-Ack3Configure-Nak4Configure-Reject5Terminate-Request6Terminate-Ack9Echo-Request10Echo-Reply鏈路終結(jié)消息鏈路配置消息鏈路維護(hù)消息PPP：過(guò)程鏈路建立階段協(xié)商參數(shù)：最大接收單元（MRU）、認(rèn)證協(xié)議、協(xié)議壓縮、檢測(cè)協(xié)議等Echo-RequestEcho-ReplyLCP(LinkMonitoring&Data)Configure-RequestConfigure-ACK（Reject、NAK）Authentication-RequestAuthenticationACK（SuccessorReject）Address-RequestAddress-AssignTerminate-RequestTerminate-ReplyLCP(LinkEstablishment)AuthenticationIPCP(AddressAssignment)LCP(Link

Termination)PPP用戶RADIUS服務(wù)器(AAA服務(wù)器)NAS

（接入服務(wù)器）鏈路檢測(cè)可以和認(rèn)證同時(shí)進(jìn)行與具體的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有關(guān)DataDataCommunicationPPP：認(rèn)證PAP：PasswordAuthenticationProtocol用戶接入服務(wù)器Authenticate-Request

(UsernameandPassword)Athenticate-Ack

(AcceptorReject)RADIUS服務(wù)器UsernameandPasswordAcceptorRejectPAP（不安全）RADIUS（安全）RADIUS:RemoteAuthenticationDialInUserService，屬于AAA協(xié)議，即認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)PPP：認(rèn)證88用戶接入服務(wù)器Authenticate-Request

(UsernameandResponse)Athenticate-Ack

(AcceptorReject)RADIUS服務(wù)器Username,Response,ChallengeAcceptorRejectCHAP（不安全）RADIUS（安全）Challenge（UnpredictableandUniqueValue）Response=Hash(Username|Password|Challenge)Hash:單向不可逆函數(shù)，對(duì)于不同的輸入具有相同輸出的概率很小可以忽略，但是輸出的長(zhǎng)度是固定的。最常用的Hash函數(shù)包括MD5、SHA-1等CHAP:ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol說(shuō)明PPPoverATM缺乏有效的QoS和組播支持能力業(yè)務(wù)均為ATMUBR類型，提供盡力服務(wù)視頻、高質(zhì)量音頻、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等服務(wù)質(zhì)量要求高的應(yīng)用必須選擇原始的ATM協(xié)議棧主要內(nèi)容概述電話網(wǎng)絡(luò)接入Internet802.11無(wú)線局域網(wǎng)光接入網(wǎng)90常用接入網(wǎng)類型基于ATM架構(gòu)類傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)DSL（電話線）基于IEEE802參考模型的局域網(wǎng)架構(gòu)類新興IP網(wǎng)絡(luò)：共享以太網(wǎng)（802.3）、無(wú)線局域網(wǎng)（802.11）、甚至包括無(wú)線城域網(wǎng)（802.16）光纖接入類基于ATM：APON、GPON基于以太網(wǎng)：EPON物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層局域網(wǎng)ATM關(guān)鍵詞點(diǎn)對(duì)點(diǎn)PPPATM92主要接入技術(shù)早期電話撥號(hào)(9.6kbps~64kbps)利用電話線上的話音帶寬（～4KHz）數(shù)字用戶線路(DSL:DigtialSubcriberLines)對(duì)稱DSL下行和上行速率相同SHDSL（Single-PairHigh-speed）（利用了話音帶寬）非對(duì)稱DSL下行速率一般大于上行速率ADSL(AsymetricDSL)（不使用話音帶寬），非對(duì)稱數(shù)字用戶線路:下行速率小于8Mbps，上行小于2MbpsADSL2+:下行速率小于24Mbps,上行小于3.5Mbps實(shí)際上能夠達(dá)到的速率與具體的環(huán)境有關(guān),包括電話線的長(zhǎng)度、線路質(zhì)量、外界環(huán)境干擾、其他用戶正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（串?dāng)_：CrossTalk）等串?dāng)_：某條電路或者信道上的信號(hào)傳輸對(duì)其它的電路或者信道造成的干擾ADSL：概述ADSL的概念于1989年提出，1998年開(kāi)始廣泛用于互聯(lián)網(wǎng)接入ITU-T技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第一代ADSL技術(shù)G.992.1-1999，也稱G.dmt規(guī)范，定義ADSL收發(fā)器G.992.2-1999，也稱G.lite規(guī)范，定義無(wú)分離器ADSL收發(fā)器第二代ADSL技術(shù)G.992.3-2002，也稱ADSL2，定義了ADSL2收發(fā)器G.992.4-2002，定義了無(wú)分離器的ADSL2收發(fā)器G.992.5-2003，也稱ADSL2+，定義了增強(qiáng)功能的ADSL2收發(fā)器94ADSL：概述95早期電話撥號(hào)：局端過(guò)濾300Hz~3.4KHz范圍外的非話音頻率ADSL：ADSL將用戶線路接到?jīng)]有濾波器的線路上頻率在26khz以上的信號(hào)被分離到DSLAM(用戶數(shù)字線訪問(wèn)復(fù)用)NIDDSLAM電話交換網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)分離器分離器ADSL調(diào)制解調(diào)器PC電話電話線局端(本地中心局CO)NID：網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備電話線的帶寬>>4kHz（可用帶寬2MHz左右）ADSL：關(guān)鍵技術(shù)調(diào)制技術(shù)：DMT關(guān)鍵設(shè)備：DSLAM體系結(jié)構(gòu)：ATM、PPPOE運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)(ATM/Ethernet)PCADSLModem

(CPE)關(guān)鍵設(shè)備（DSLAM）AAA服務(wù)器（RADIUS）Internet(IP)調(diào)制技術(shù)100Base-TX寬帶接入服務(wù)器（BRAS：

BRoadbandAccessServerATMPPPOEADSL:DMTDMT：離散多音（DiscreteMulti-Tone），用于ADSL的調(diào)制方法利用電話線的1104KHz帶寬，劃分為256個(gè)載波（多音，子信道），每個(gè)子信道帶寬為4.3125KHz子信道0（0～4.3125KHz）：傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)子信道1~5（4.3125～25.875KHz）：保護(hù)頻帶子信道6～31（25.875～138KHz）：26個(gè)上行信道子信道32～255（138～1104KHz）：224個(gè)下行信道97雙向數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，為了避免上行和下行之間的干擾，在31～32附近的信道不被使用（保護(hù)頻帶，位于138KHz左右）ADSL:DMT子信道信噪比動(dòng)態(tài)變化相鄰信道信號(hào)功率重疊傳輸線路衰減（高頻遠(yuǎn)大于低頻）無(wú)線電廣播等電磁輻射的干擾98速率自適應(yīng)：DMT以自適應(yīng)的方式分配各個(gè)子信道的速率，以達(dá)到最佳的傳輸線路利用率，例如讓信噪比較高的信道傳送更多的位，關(guān)閉被窄頻噪聲所覆蓋的子信道功率總帶寬關(guān)閉的子信道高頻衰減頻率99子信道1子信道2子信道n產(chǎn)生fn頻率的sin和cos波形產(chǎn)生f2頻率的sin和cos波形產(chǎn)生f1頻率的sin和cos波形編碼器1編碼器2編碼器n位輸入位輸入位輸入每個(gè)子信道采用QAM（正交幅度調(diào)制）調(diào)制技術(shù)根據(jù)每個(gè)子信道的信噪比，每秒編碼比特為0～16b/Hz，因此對(duì)于每個(gè)子信道（～4KHz）最高速率為64Kbps，對(duì)于下行，最多子信道數(shù)量為（256-6）=250，所以理論最高速率為250×64kbps=16Mbps實(shí)際傳輸速率受到傳輸距離、線路質(zhì)量及噪聲的影響在低頻時(shí)，銅質(zhì)電話線衰減小，可達(dá)每秒10bit/Hz以上，但是在高頻或線路質(zhì)量不好時(shí)，可能只有4bit/Hz甚至更低在標(biāo)準(zhǔn)中是以每秒8bit/Hz為基礎(chǔ)，因此各個(gè)信道的速率為32kbps，總的帶寬為大約為8Mbps。每個(gè)信道的使用情況受衰減和噪聲影響，因此初始接入時(shí)會(huì)有一個(gè)Training階段，用來(lái)測(cè)試能夠承載數(shù)據(jù)的可用子信道，并且基于測(cè)試結(jié)果來(lái)分配或者不分配某些子信道。ADSL帶寬分析ADSL:DSLAMDSLAM：DigitalSubscriberLineAccessMultiplexer，數(shù)字用戶線路訪問(wèn)復(fù)用器將基于各種DSL技術(shù)的數(shù)字用戶線路，包括ADSL，VDSL和SH.DSL，連接到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)DSLAM分為兩側(cè)，即用戶側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)100ModemDSLAM運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)本地回路ATMoverDSLATM/以太網(wǎng)Ethernet接口類型：ATM、Ethernet用戶側(cè)：DSLAM和Modem之間始終為ATMoverDSL，即來(lái)自主機(jī)的以太幀被封裝成ATM信元，然后通過(guò)DSL傳輸網(wǎng)絡(luò)側(cè)：早期為ATM，但是隨著IP的普及，ATM逐漸被以太網(wǎng)所取代，這也代表了DSLAM的發(fā)展方向（IP化）ADSL:體系結(jié)構(gòu)101運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)PCADSLModem

(CPE)DSLAMRADIUSServerInternet(IP)ADSL(DMT)EthernetATM/EthernetPPPOE100Base-TXATMBRAS

BRoadbandAccessServerPPPIPADSL:PPPOEWhyPPPOE?102來(lái)自用戶和運(yùn)營(yíng)商的需求：1）用戶希望能夠通過(guò)一個(gè)CPE設(shè)備（用戶前端設(shè)備，例如ADSLModem）來(lái)接入多臺(tái)主機(jī)

實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，以太網(wǎng)（Ethernet）是一種有效而且成本很低的多主機(jī)接入技術(shù)，但是以太網(wǎng)不支持認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等功能2）運(yùn)營(yíng)上同時(shí)希望能夠?qū)崿F(xiàn)基于用戶的訪問(wèn)控制和計(jì)費(fèi)功能在傳統(tǒng)的撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)PPP可以對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證、計(jì)費(fèi)一個(gè)自然的想法就是把以太網(wǎng)和PPP這兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，因此引入了PPPOE（PPPoverEthernet），在以太網(wǎng)上建立PPP連接，本質(zhì)是在多路訪鏈路上提供一條邏輯的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，也被稱為PPPOE會(huì)話PPPOE會(huì)話建立在主機(jī)和BRAS之間，對(duì)于CPE設(shè)備是透明EthernetPPPOEPPPIPPPPOE會(huì)話

0x1234PPPOE會(huì)話0x3456PPPOE會(huì)話ox5678CPEBRASEthernetADSL:PPPOEPPPOE運(yùn)行在用戶主機(jī)和BRAS（也稱為遠(yuǎn)端訪問(wèn)集中器（AC：AccessConcetrator））之間，并且在兩者之間建立PPP會(huì)話PPPOE分為兩個(gè)階段發(fā)現(xiàn)階段為了在以太網(wǎng)上建立PPP會(huì)話，通信雙方必須知道對(duì)方的MAC地址，并且協(xié)商一個(gè)唯一的會(huì)話標(biāo)識(shí)（Session_ID）主機(jī)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有可用的BRAS（MAC地址），并且選擇一個(gè)BRAS為其提供接入服務(wù)無(wú)狀態(tài)，不會(huì)分配任何資源PPP會(huì)話階段標(biāo)準(zhǔn)的PPP過(guò)程，當(dāng)PPP會(huì)話建立后，主機(jī)和BRAS為PPP會(huì)話分配資源103PPPOE會(huì)話

0x1234PPPOE會(huì)話0x3456PPPOE會(huì)話ox5678CPEBRASEthernetADSL:PPPOEPPPOE幀格式104目的

MAC地址源

MAC地址類型/長(zhǎng)度載荷數(shù)據(jù)FCS6B6B2B4BVERTypeCodeSession_IDLength載荷數(shù)據(jù)4b4b8b16b16b類型:0x8863用于Discovery階段的幀

0x8864用于PPP會(huì)話階段會(huì)話IDPPPOE過(guò)程PADI(Session_ID=0x0000)PADO(Session_ID=0x0000)PADR(Session_ID=0x0000)PADS(指定的Session_ID)Configure-RequestConfigure-ACKChallengeResponseACK（SuccessorReject）IP-Address-RequestIP-Address-AssignEcho-RequestEcho-ReplyTerminate-RequestTerminate-ReplyPADTPPPOEActiveDiscoveryLCP(LinkEstablishment)Authentication（CHAP）IPCP(AddressAssignment)LinkMonitoring&DataLCP(Link

Termination)PPPOETerminationPPPOEPPPOEPPPPAD:PPPOEActiveDiscoveryI=InitiationO=OfferR=RequestS=SessionConfirmationT=Terminate用戶BRAS

BRoadbandAccessServerRADIUSADSL:PPPOEPPPOE的特點(diǎn)通過(guò)PPP會(huì)話的建立和釋放進(jìn)行基于時(shí)間或者流量的統(tǒng)計(jì)，計(jì)費(fèi)方式靈活方便動(dòng)態(tài)IP地址配置和管理與傳統(tǒng)撥號(hào)上網(wǎng)類似，提供基于用戶名和密碼的認(rèn)證由于存在多層協(xié)議封裝，開(kāi)銷大IPPPPPPPOEEthernet常用接入網(wǎng)類型基于ATM架構(gòu)類傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)DSL（電話線）基于IEEE802參考模型的局域網(wǎng)架構(gòu)類新興IP網(wǎng)絡(luò)：共享以太網(wǎng)（802.3）、無(wú)線局域網(wǎng)（802.11）、甚至包括無(wú)線城域網(wǎng)（802.16）光纖接入類基于ATM：APON、GPON基于以太網(wǎng)：EPON物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層局域網(wǎng)ATM局域網(wǎng)定義以太網(wǎng)是應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，對(duì)應(yīng)著IEEE802.3局域網(wǎng)（LAN：LocalAreaNetwork）被定義為一個(gè)廣播域，即在局域網(wǎng)內(nèi)目的地址為廣播地址的IP分組或者數(shù)據(jù)鏈路層幀會(huì)被所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收和處理L2交換機(jī)L2交換機(jī)路由器廣播域/局域網(wǎng)/子網(wǎng)局域網(wǎng)參考模型物理層對(duì)應(yīng)著OSI參考模型的物理層對(duì)傳輸媒介和拓?fù)涞囊?guī)定OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層被劃分為兩個(gè)子層，即邏輯鏈路控制(LLC)子層和媒介訪問(wèn)控制(MAC)子層數(shù)據(jù)鏈路層物理層LLCMAC物理層OSI參考模型IEEE802參考模型IEEE802參考模型由IEEE802委員會(huì)開(kāi)發(fā),并且被所有的制定LAN標(biāo)準(zhǔn)的組織所采用MAC和LLC將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層的原因在傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路控制中沒(méi)有管理訪問(wèn)共享媒介的邏輯需求，MAC子層負(fù)責(zé)對(duì)共享鏈路訪問(wèn)進(jìn)行控制對(duì)于相同的LLC子層，可以提供不同的MAC子層常用以太網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)等局域網(wǎng)具有相同的LLC子層，只是MAC子層不同LLC：LogicalLinkControlMAC：MediumAccessControlLLC功能：傳輸服務(wù)/到上層的服務(wù)接口/流量控制等LLC是一個(gè)對(duì)所有LAN都相同的鏈路層協(xié)議，它定義了兩個(gè)用戶之間數(shù)據(jù)交換的機(jī)制，提供了三種可選的服務(wù)無(wú)確認(rèn)的非連接服務(wù)（UnacknowledgedConnectionlessService）連接模式服務(wù)（Connection-modeService）確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)（AcknowledgedConnectionlessService）設(shè)備廠商將LLC服務(wù)作為可選項(xiàng)提供給客戶，客戶可以根據(jù)自己應(yīng)用的需求選擇合適的服務(wù)在大多數(shù)情況下，無(wú)確認(rèn)的非連接服務(wù)是優(yōu)先考慮的選項(xiàng)，但在一些不可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，例如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，一般使用確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)MAC功能：尋址/訪問(wèn)控制/差錯(cuò)控制/移動(dòng)管理等重點(diǎn)解決共享鏈路訪問(wèn)控制問(wèn)題，具體的MAC機(jī)制與傳輸媒介的物理特性相關(guān)有線：以太網(wǎng)、光網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線：無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)等CSMA/CD是最經(jīng)典的MAC機(jī)制，在以太網(wǎng)（802.3）中使用CSMA/CD：CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)

113共享鏈路問(wèn)題(1)解決方法：主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)以幀為單位。數(shù)據(jù)幀的頭標(biāo)中包含了接收這個(gè)數(shù)幀的目的地址，即目的MAC地址問(wèn)題1：在共享鏈路上，任何主機(jī)都能夠接收其它主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，因此需要一種機(jī)制來(lái)指明數(shù)據(jù)的接收者114共享鏈路問(wèn)題(2)問(wèn)題2：在共享鏈路上，需要一種機(jī)制協(xié)調(diào)所有主機(jī)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送，以公平競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)鏈路解決方法：每個(gè)數(shù)據(jù)幀都有最大長(zhǎng)度限制（數(shù)據(jù)域部分不超過(guò)1500字節(jié)），發(fā)送完后主機(jī)之間要重新使用CSMA/CD機(jī)制協(xié)調(diào)對(duì)共享鏈路的訪問(wèn)115沖突沖突（Collision），也叫做碰撞，由多臺(tái)主機(jī)爭(zhēng)用傳輸介質(zhì)引起的。當(dāng)連接在共享鏈路上的兩臺(tái)或兩臺(tái)以上主機(jī)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，表示這些數(shù)據(jù)的信號(hào)將在同一段傳輸介質(zhì)上疊加，從而導(dǎo)致無(wú)法被接收主機(jī)正確接收兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)116CSMA/CD—步驟載波偵聽(tīng)（CarrierSense）：當(dāng)某臺(tái)主機(jī)想要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先偵聽(tīng)媒介是否忙，如果是，表示當(dāng)前有其它主機(jī)正在傳輸數(shù)據(jù)，因此將繼續(xù)偵聽(tīng)，直到媒介空閑，然后發(fā)送數(shù)據(jù)沖突檢測(cè)（CollisionDetection）：如果主機(jī)在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中檢測(cè)到?jīng)_突，則發(fā)送干擾信號(hào)（jammingsignal），以確保所有主機(jī)都知道發(fā)生了沖突，并且取消發(fā)送主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)之前進(jìn)行載波偵聽(tīng)主機(jī)檢測(cè)到?jīng)_突發(fā)送干擾信號(hào)117CSMA/CD機(jī)制—退避算法當(dāng)檢測(cè)沖突后，將等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間，也稱作退避（backoff）二進(jìn)制指數(shù)退避算法（binaryexponentialbackoff）來(lái)確定隨機(jī)等待時(shí)間時(shí)間被劃分為離散的時(shí)槽，一般設(shè)置為51.2us當(dāng)?shù)趉次沖突發(fā)生后，從集合{0，1，….，2k-1}中隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)r，然后等待r個(gè)時(shí)槽如果k>=10，則保持集合{0，1，….，210-1}不變?nèi)绻鹝>16，則放棄發(fā)送，并產(chǎn)生錯(cuò)誤118CSMA/CD+退避算法介質(zhì)忙發(fā)送幀沖突？發(fā)送完？發(fā)送干擾N≥16?NoNoYes發(fā)送成功Yes發(fā)送失敗No執(zhí)行退避算法NoYes發(fā)送幀沖突次數(shù)N++Yes主要內(nèi)容概述電話網(wǎng)絡(luò)接入Internet802.11無(wú)線局域網(wǎng)光接入網(wǎng)119常用接入網(wǎng)類型基于ATM架構(gòu)類傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)DSL（電話線）基于IEEE802參考模型的局域網(wǎng)架構(gòu)類新興IP網(wǎng)絡(luò)：共享以太網(wǎng)（802.3）、無(wú)線局域網(wǎng)（802.11）、甚至包括無(wú)線城域網(wǎng)（802.16）光纖接入類基于ATM：APON、GPON基于以太網(wǎng)：EPON物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層局域網(wǎng)ATM關(guān)鍵詞共享MACCSMA/CA121無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線局域網(wǎng)WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)以無(wú)線電波為傳輸媒介的局域網(wǎng)技術(shù)無(wú)線電波按照工作的頻率的不同被劃分為信道，每個(gè)信道對(duì)應(yīng)著一個(gè)頻率范圍，WLAN的傳輸介質(zhì)是建立在無(wú)線信道的基礎(chǔ)上的WLAN標(biāo)準(zhǔn)802.11系列標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.11工作組制定HiperLAN系列標(biāo)準(zhǔn)：ETSI的BRAN小組制定從目前的WLAN市場(chǎng)來(lái)看，IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)占了絕對(duì)的上風(fēng)。下面討論的WLAN如果沒(méi)有特別說(shuō)明的話都是基于IEEE802.11系列協(xié)議的Wi-FiWi-Fi最初是Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-FiAlliance）的注冊(cè)商標(biāo)，用來(lái)描述基于802.11系列協(xié)議的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)在也被用來(lái)描述WLAN中移動(dòng)設(shè)備的無(wú)線接口Wi-Fi聯(lián)盟由工業(yè)界發(fā)起成立的一個(gè)全球性的非盈利組織，負(fù)責(zé)測(cè)試和認(rèn)證兼容IEEE802.11系列協(xié)議的設(shè)備，并且對(duì)于通過(guò)測(cè)試和認(rèn)證的設(shè)備打上Wi-Fi認(rèn)證標(biāo)志網(wǎng)絡(luò)組成無(wú)線站點(diǎn)STA（wirelessSTAtion）配置支持802.11協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)卡的終端STA通過(guò)MAC層機(jī)制來(lái)共享同一個(gè)無(wú)線信道，最簡(jiǎn)單的WLAN僅僅由STA組成，它們之間直接通信無(wú)線接入點(diǎn)AP（wirelessAccessPoint），有時(shí)也被稱為基站BS（BaseStation）數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備AP為STA之間的通信提供幀轉(zhuǎn)發(fā)功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銩dHoc網(wǎng)絡(luò)，也稱為自組織網(wǎng)絡(luò)僅由STA之間通過(guò)無(wú)線傳輸媒介組成的網(wǎng)絡(luò)，這些STA在彼此無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，因此之間能夠互相通信基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)在基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中，STA之間不能直接通信，所有的通信都必須經(jīng)過(guò)AP每個(gè)AP都配置了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)名（SSID），STA必須配置和AP相同的網(wǎng)絡(luò)名DS(DistributedSystem)：分布式系統(tǒng)，可以是一個(gè)交換機(jī)，一個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)或者一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)802.11協(xié)議:發(fā)展歷程1997年IEEE發(fā)布第一個(gè)802.11標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz的ISM頻段，支持速率為1M或者2M，室內(nèi)約25米，室外約75米1999年IEEE發(fā)布802.11a，工作在5GHz的ISM頻段，支持最大速率為54M，室內(nèi)約30米，室外約100米注意：如果沒(méi)有特別說(shuō)明，一般用“802.11”來(lái)表示“802.11系列協(xié)議”802.11history1999年IEEE發(fā)布802.11b，工作在2.4GHz的ISM頻段，支持最大速率為11M，室內(nèi)約35米，室外約110米2013年IEEE批準(zhǔn)802.11ac，工作在5GHz的ISM頻段，支持最大速率為866.7M2009年IEEE發(fā)布802.11n，工作在2.4GHz/5GHz的ISM頻段，支持最大速率為150M，室內(nèi)約70米，室外約250米2003年IEEE發(fā)布802.11g，工作在2.4GHz的ISM頻段，支持最大速率為54M，室內(nèi)約35米，室外約110米802.11協(xié)議:信道802.11以無(wú)線電波為傳輸媒介802.11工作在兩個(gè)ISM頻段（非授權(quán)頻段），即2.4GHz頻段和5GHz對(duì)于802.11b整個(gè)2.4G頻段被劃分為14個(gè)信道,每個(gè)信道的帶寬為22MHz在802.11中,每個(gè)站點(diǎn)或者AP使用某個(gè)信道作為傳輸媒介,也被稱為工作信道信道美國(guó)和加拿大(MHz）歐洲（MHz）中國(guó)和日本(MHz)124122412241222417241724173242224222422424272427242752432243224326243724372437724422442244282447244724479245224522452102457245724571124622462246212X2467246713X2472247214XX2484802.11協(xié)議:信道對(duì)于AdHoc網(wǎng)絡(luò)，要求所有的STA都工作在同一個(gè)信道對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，STA必須和其關(guān)聯(lián)的AP工作在同一個(gè)信道信道分配問(wèn)題：如何在同一個(gè)區(qū)域部署多個(gè)AdHoc網(wǎng)絡(luò)或者多個(gè)AP，使得它們之間的干擾盡量??？訪問(wèn)控制問(wèn)題：如何控制多個(gè)STA對(duì)同一個(gè)信道的訪問(wèn)？為了避免信道間干擾，同一區(qū)域內(nèi)的AdHoc網(wǎng)絡(luò)或AP的工作信道不能重疊，中心頻率間隔最少為25MHz，因此同一區(qū)域最多只能有3個(gè)工作在不同信道的AdHoc網(wǎng)絡(luò)或AP11個(gè)信道：每個(gè)信道占用22MHz，有且只有1個(gè)信道集合中有3個(gè)互不重疊的信道{1,6,11}14信道：每個(gè)信道占用22MHz，可劃分為4個(gè)具有3個(gè)互不重疊信道的信道集合{1,6,11},{2,7,12},{3,8,13},{4,9,14}，但每次只能使用一個(gè)信道集合802.11協(xié)議:體系架構(gòu)采用IEEE802參考模型網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層LLCMAC物理層OSI參考模型IEEE802參考模型物理層對(duì)應(yīng)著OSI參考模型的物理層對(duì)傳輸媒介和拓?fù)涞囊?guī)定OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層被劃分為兩個(gè)子層，即邏輯鏈路控制(LLC)子層和媒介訪問(wèn)控制(MAC)子層LLC：LogicalLinkControlMAC：MediumAccessControl主要負(fù)責(zé)對(duì)共享信道的訪問(wèn)控制確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)802.11協(xié)議:MACMAC子層功能尋址訪問(wèn)控制移動(dòng)管理802.11協(xié)議:訪問(wèn)控制確定共享信道的使用方式，也就是當(dāng)信道空閑時(shí)，決定下一個(gè)該由誰(shuí)傳輸數(shù)據(jù)信道的傳輸能力被劃分為一個(gè)個(gè)時(shí)隙（timeslot），由訪問(wèn)控制來(lái)決定每個(gè)時(shí)隙由哪個(gè)STA或者AP使用采用帶沖突避免的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)機(jī)制（CSMA/CA）802.11協(xié)議:訪問(wèn)控制WhyCSMA/CA?以太網(wǎng)采用的是帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)機(jī)制（CSMA/CD)CSMA/CDVS.CSMA/CA有線(以太網(wǎng))：任何主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)其它主機(jī)都能偵聽(tīng)得到無(wú)線：由于覆蓋范圍有限1）A無(wú)法偵聽(tīng)到數(shù)據(jù)傳輸--〉A(chǔ)CS失敗2）C無(wú)法偵聽(tīng)到?jīng)_突--〉CCD失敗ABC802.11協(xié)議:訪問(wèn)控制802.11中MAC定義了兩種操作模式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)共享信道的訪問(wèn)分布式協(xié)調(diào)功能無(wú)任何中心控制手段，所有站點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)信道強(qiáng)制要求實(shí)現(xiàn)的操作點(diǎn)協(xié)調(diào)功能使用AP或者基站來(lái)控制所有的通信可選的操作802.11協(xié)議:訪問(wèn)控制分布式協(xié)調(diào)功能DCF（DistributedCoordinationFunction）帶沖突避免的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)機(jī)制CSMA/CA（CSMAwithCollisionAvoidance）沖突避免CA而不是沖突檢測(cè)CD，在無(wú)線環(huán)境下很難檢測(cè)到?jīng)_突兩種CSMA/CA操作基本CSMA/CA：采用物理信道偵聽(tīng)方法，該操作強(qiáng)制要求必須使用擴(kuò)展CSMA/CA：采用虛擬信道偵聽(tīng)方法，使用兩個(gè)控制幀，即RTS/CTS，可解決隱藏站點(diǎn)問(wèn)題，該操作是可選的，可以根據(jù)需要配置CSMA/CA，CSMAwithCollisionAvoidance，載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)機(jī)制802.11協(xié)議:基本CSMA/CA包括載波偵聽(tīng)和沖突避免兩個(gè)過(guò)程載波偵聽(tīng)：站點(diǎn)在發(fā)送幀之前偵聽(tīng)無(wú)線信道是否空閑，如果是，則進(jìn)入沖突避免階段，如果當(dāng)前信道忙，說(shuō)明現(xiàn)在有其它站點(diǎn)正在傳輸數(shù)據(jù)，則延遲發(fā)送幀直到偵聽(tīng)到信道空閑沖突避免：站點(diǎn)在發(fā)送幀之前要先等待一個(gè)幀間間隔IFS（InterFrameSpacing），并且確保在IFS時(shí)間內(nèi)信道空閑為了防止多個(gè)站點(diǎn)在等待IFS時(shí)間后同時(shí)發(fā)送而導(dǎo)致沖突，與以太網(wǎng)類似，引入了一個(gè)隨機(jī)退避算法來(lái)選擇一個(gè)退避時(shí)間（backofftime）802.11協(xié)議:基本CSMA/CA具體流程信道始終空閑確保IFS時(shí)間內(nèi)信道一直空閑確保總的空閑時(shí)隙數(shù)等于退避值802.11協(xié)議:基本CSMA/CA信道始終空閑偵聽(tīng)到信道忙時(shí)間BegintransmitframeIFS時(shí)間BegintransmitframeIFSBusyMediumSlottime802.11協(xié)議:基本CSMA/CA幀間間隔（IFS）控制了發(fā)送幀之前的等待時(shí)間不同類型的幀具有不同的IFS，確定了幀的發(fā)送優(yōu)先級(jí)IFS越短幀的優(yōu)先級(jí)就越高三種IFSSIFS：ShortIFS，最高優(yōu)先級(jí)，用于CTS、ACK等控制幀PIFS：PCFI