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第一单元网络规划与设计

第一章网络系统结构与设计的基本原理

基础知识

计算机网络的分类

计算机网络的结构特点

广域网技术的发展

局域网技术的发展

城域网技术的发展

实训任务

实训任务一：宽带城域网的结构

实训任务二：宽带城域网组建的基本原则

 实训任务三：管理和运营宽带城域网的关键技术

 实训任务四：构建宽带城域网的基本技术和方案

 实训任务五：网络接入技术与方法

第 1 章网络系统结构与设计的基本原则

学习目的

掌握广域网、城域网与局域网的主要技术特点

了解大型网络系统的结构特点

了解大型网络系统设计的基本知识

掌握宽带城域网特点、结构与主要技术特征

了解宽带城域网主要技术方案与设备运营选型的基本知识

 基础知识

计算机网络的分类

计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好的反映不同网络的技术特征。

由于网络覆盖的地理范围不同，它们所采用的传输技术也不同，因此形成不同的网络

技术特点与网络服务功能。

按覆盖的地理范围划分，计算机网络可以分为局域网、城域网、广域网等  种类

型。

一、局域网（）

局域网用于将有限范围内（例如一个实验室、大楼或校园）的各种计算机、终端

与外部设备互连成网。局域网技术发展十分迅速，并且应用日益广泛，是计算机网络

最为活跃的领域之一。

从局域网应用的角度来看，局域网的技术特点主要表现在：

 局域网覆盖有限的地理范围，它适应于机关、校园、工厂等有限范围内的计

算机、终端与各类信息处理设备连网的需求。

 局域网提供高数据传输效率（）、底误码率的高质量数

据传输环境。

 局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。

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。

局域网可以用于个人计算机局域网，大型计算设备群的后端网络与存储区域网

络、高速办公室网络、企业与学校的主干局域网。

二、城域网（）

城市区域网络简称为城域网。城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络。

城域网设计目标是满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网的互连

需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输。

三、广域网（ ）

广域网又称为远程网，所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。广域网可以覆盖

几个国家或地区，甚至横跨几个洲，形成国际性的远程计算机网络。广域网的通信子

网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区的计

算机系统互联起来，以达到资源共享的目的。

计算机网络结构的特点

早期的计算机网络主要是广域网。广域网在结构上分为两个部分：负责数据处理

的主计算机和终端；负责数据通信处理的通信控制处理设备与通信线路。从计算机网

络组成的角度来看，典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为两个部分：资源子网和

通信子网。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。资源子网负责全网的数据处理业务，负责向网络用户提供各种

网络资源与网络服务。中期的主机（!）主要是大型机、中型机、小型机，目前大

量使用的是个人计算机。主机包括用户终端设备（包括个人计算机、数字设备）与服

务器，是资源子网的主要组成单元，它们通过高速通信线路与通信子网的通信控制处

理机相连接。普通用户终端通过主机连入网络。主机要为本地用户访问网络其它主机

设备与资源提供服务，同时要为网络中远程用户共享本地资源提供服务。终端的用户

访问网络的界面。

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。通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点。一方面，

它作为与资源子网的主机、终端的连接接口，将主机和终端连入网络；另一方面，它

作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，

实现将原主机报文准确转发至目的主机的作用。在早期的 "#$% 中承担通信控制

处理机功能的设备是接口报文处理机（&'(#&#）。&#

是路由器的雏形。通信线路为通信控制处理机与主机之间提供通信信道。计算机网络

采用多种通信线路，例如电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道、微波与

卫星通信信道等。

随着微型计算机与局域网的广泛应用，使用大型机与中型机的主机)终端系统的用户

减少，当前的网络结构已经发生变化。随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算

机是通过局域网连入城域网，局域网与城域网、城域网与广域网、广域网与广域网的

互联都提供路由器来实现。

用户计算机可以通过局域网方式连入，也可以选择电话交换网（#*%）、有线

电视网（+%,）、无线城域网（）或无线局域网（）方式接入到作为

地区级主干网的城域网。城域网又通过路由器与光纤接入到作为国家级或区域主干网

的广域网。多个广域网互联形成覆盖全世界的 & 系统。& 网络系统结构

太复杂了，并且在不断的变化。构成现代网络系统的基本单元是互联的广域网、城域

网与局域网。

广域网技术的发展

一、广域网是一种公共数据网络

局域网一般属于一个单位所有，组建的成本低，易于建立、维护，一般是自建自

管自用。而广域网建设投资很大，管理困难，一般是电信运营商负责自建与维护，由

电信运营商组建广域网，提供接入广域网的服务与技术，为用户提供高质量的数据传

输服务，因此它是一种公共数据网络（#-.#.）。用户可以在

公共数据网络 #. 上开发各种网络服务系统。用户要使用广域网服务，必须向广域网

运营商购买服务。当然，有特殊需要的国家部门与大型企业也可以根据需要组建自己

使用和管理的专用广域网。

二、广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术

早期的广域网主要用于大型计算机系统的互联，人们通过终端实现对远程计算机

资源的访问，因此人们提出了资源子网和通信子网的两级结构概念，而当时的通信子

网就是指广域网的传输网部分。广域网的核心技术主要是指电信运营商负责的通信网

络中使用的技术，其范围遍及全球。传输技术涉及光纤传输、无线传输与卫星传输。

在 & 大规模接入的初期，广域网与城域网界限还比较模糊。随着接入网技术的

成熟，将核心交换技术与接入技术分开，由城域网来负责用户接入的任务已经形成共

识，广域网技术主要研究的是远距离、宽带、高服务的核心交换技术。

在广域网的发展过程中，可以用于构成广域网的典型网络类型和技术主要包括：

 公共电话交换网 #*%

 综合业务数字网 &*.

 数字数据网 ..

 /分组交换网

 帧中继（01"2，0"）网

 异步传输模式（2!-%' ，%）网

 $（($!，千兆以太网）与 $ 的光以太网（3

$!）

如何在技术成熟和已经广泛使用的电信网络基础上，将传统的语音传输业务与数

据传输业务结合，这就出现了 &*.、/ 与 . 的研究与应用。早期，人们

利用电话交换网 #*% 的模拟信道，使用调制解调器完成计算机与计算机之间的

低速数据通信，

45 年 / 网出现。随着光纤开始应用，一种简化呃 / 的网络（即

帧中继网）得到广泛运用。数字数据网 .. 是一种基于点)点连接的窄带公共数

据网。这几种技术在早期的广域网建设中发挥了一定的作用。% 网络的概念

最初是从事电话交换与电信网工作的技术人员提出的，他们试图将语音与数据的

传输放在一个网络中完成，并且覆盖从局域网到城域网的整个领域。但是这条技

术路线是不成功的，尽管目前很多广域网的主干网使用了 % 技术，但是它的

发展空间已经比较小。

 世纪 6 年代，光波分复用 . 技术已在网络中出现。早期的

*3$%7*.8 是为传统电信业务服务的，它并不适合传输 &# 分组。由于数据业

务将成为未来电信业务的主体，而大多数运营商的传输网是 *3$%7*.8 网络，

出于经济原因，他们不会放弃大量既存的、成熟可靠的 *3$%7*.8 技术。为

了数据业务发展的需要，*.8 的发展趋势是支持 &# 和以太网的接入，并不断融

合 % 和路由交换功能，构成以 *.8 为基础的广域网平台，广域网发展的一个

重要趋势是 &#9*3$%7*.8。

计算机网络研究人员把研究的重点放在物理层接口标准、数据链路层协

议与网络层 &# 协议上。当局域网的以太网技术日趋成熟和广泛应用时，他们调

整了高速局域网的设计思路，在速率为 的 $ 与 的 $ 的

物理层设计中，考虑利用光纤作为远距离传输介质，发展光以太网技术，将以太

网技术从局域网扩大到城域网和广域网。目前看来，这条技术发展路线是十分成

功的。

局域网技术的发展

应用是推动局域网技术发展的真正动力。局域网技术的发展十分迅速，目前已在

企业、机关、学校的信息管理和服务领域得到广泛的应用。

46 年左右，以太网（$!）与令牌环（%"(）网络、令牌总线

（%:-）网络三足鼎立。44 年 &$$$6 标准中的物理层标准 :)%

的推出，使普通双绞线可以作为  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。

以太网技术的发展有三个方向：

 提高以太网的数据传输速率，从  提高到 甚至提高到 

或 甚至是 但是它们的以太网帧结构都基本不变。

在局域网工程领域中，人们经常将快速以太网（0$!）、千兆以

太网与  的以太网简称为 0$、$ 与 $，而把  以太网

简称为传统以太网，由于 $ 与 $ 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。

 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，这就导致了局

域网互联技术的发展。网桥与路由器可以分隔网络之间的广播通信量与冲突

域使每个网络作为一个独立的小型局域网。通过减少每个网络内部结点数的

方法，使每个网络的网络性能得到改善，而每个子网的介质访问控制仍采用

+*7+. 方法。

 将共享介质方式改为交换方式，这就导致了交换式局域网技术的发展，交换

局域网的核心设备是局域网交换机，它可以在多个端口之间同时建立多个并

发连接。这就导致出现了两类局域网：共享式局域网（*! ）和交

换式局域网（*! ）。在交换式局域网的基础上，出现了虚拟局

域网（,-，,）。

开放的以太网技术与标准，使它得到软件开发商与硬件制造商的广泛支持。网络

操作系统 、 *9、&:*9 及 ;&/ 操作系统

的应用，使得以太网技术进入了成熟阶段，并得到广泛应用。

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