1、宽带通信网技术导论,涂晓东 通信学院 科B131房间61830275(o) 13668207331 ,提纲,什么是网络研究开发 课程目的 课程内容 课程时间安排 教学方式 考核方式 交流方式 参考资料 先修课程,什么是网络研究开发,测试分析现有网络的功能和性能。 设计并仿真一种新型网络。 开发测试一种新型网络。,网络研发人员所需的素质,基本软件研发素质：C语言、数据结构、操作系统、软件工程 基本硬件研发素质：数字电路、 verilog、ASIC或FPGA、嵌入式系统 协议的理解及实现能力：TCP/IP等宽带网络协议的深入理解、根据协议制定网络互联方案、根据协议制定软件硬件实现方案和测试方案。
2、协议的设计能力 网络仿真能力：利用仿真工具或编程语言建立网络模型，仿真网络功能和性能。,网络产品研发组基本人员组成,架构设计师：负责定义产品的用户特性以及实现这些特性的产品架构。需要对协议的深入理解及协议的设计能力。需要对技术发展趋势的把握。 软件开发人员：负责管理软件、驱动程序、控制协议软件实现。 硬件人员：负责电路板原理图和PCB设计调试。 芯片设计人员：负责关键芯片设计。 逻辑设计人员：负责FPGA设计。 测试人员：负责模块及系统测试。 项目经理：集合上述人员达到项目的功能、性能及进度指标。需要项目管理的丰富经验。,课程目的,反映当今主流宽带通信网络技术及最新进展。 使研究生对该领域技术
3、有基本的了解。 使研究生具有独立获取该领域知识的初步能力。,课程内容,包括：通信网络发展历史概述、宽带网络产品与技术概述、光传送网技术、参观电子科大华为通信实验室、分析科研教学用路由器NetFPGA的软硬件架构、交换结构的构造方法、交换结构的相关理论。,教学方式,研究型学习：课堂讲授、学生自学参考文献、参观电子科大华为通信实验室等。 针对一个专题写出最新文献研究报告。 尝试学生分组做报告。,研究专题2011版,数据中心的无阻塞交换技术 开放式路由器NetFPGA,交流方式,课间休息，学生可以提问和建议。这是最优选项。交互好！迅捷！ 可通过教师社区或电邮网上提问和建议。这是第二选项。,参考资料,
4、Stanford大学研究生课程packet switch architecture相关资料 高速网络中的QoS控制。约翰森.乔 郭晓雷著，清华大学出版社（影印版）。2004年4月 光同步数字传送网。 韦乐平编著，人民邮电出版社。1998年12月。 BROADBAND PACKET SWITCHING TECHNOLOGIES。H. JONATHAN CHAO等，John Wiley & Sons Inc.,先修课程,通信原理 数字电路 计算机网络或,课程内容（一）,通信网络发展历史概述电话网技术的历史计算机网技术的历史宽带网现状和发展趋势宽带网的关键技术,课程内容（二）,宽带网络产品与技术概述
5、宽带接入网络产品数据通信产品光网络产品产品结构分析核心技术分析,课程内容（三）,宽带网络标准概述标准的制定者传输标准交换和路由标准QoS标准接入标准,课程内容（四）,光传送网技术 SDH概述 速率与帧结构同步复用和映射方法SDH复用设备和数字交叉连接设备SDH网络保护与恢复面向IP业务的光传送网技术,课程内容（五）参观电子科大-华为联合实验室,理解程控交换机结构 理解SDH网络设备结构,课程内容（六） NetFPGA的软硬件架构,整体架构分析 代码编译和整机测试,课程内容（七）-交换结构的构造方法,交换结构的概念和分类 共享总线 共享缓存交换 各种基于Crossbar的输入缓存交换方法：iSL
6、IP、Maximum Matching、DPA、DPA改进算法等 多级交换结构,Clos网络 业务流的流量模型：Poisson、On_Off、马尔可夫、自相似、确定性业务模型 QoS定义 排队规则及确保的性能：GPS、WFQ、WF2Q、WF2Q+、Virtual Clock、SCFQ等等 并行分组交换（Parallel Packet Switching）相关理论 复杂交换结构模拟输出排队模型,课程内容（六） 交换结构的相关理论,通信网络发展历史概述,电话网技术的简史及特点计算机网的简史及特点ATM与IP宽带网现状宽带网的关键技术,电话网技术的简史,1875年月日 ，贝尔发明电话。随后建立了模拟
7、话音、人工交换的电话网。 1889年，Almon B.Strowger发明机电交换机。 二十世纪五十年代后期，TDM (Time Division Multiplexing)技术出现。二十世纪六十年代后期数字程控交换机出现。 软件技术大量应用，二十世纪九十年代初出现智能网技术。移动电话网技术开始蓬勃发展。 在我国，20世纪80年代程控交换机开始应用，90年代获得大发展。据信息产业部公布的信息，截至2005年8月，全国的固定电话用户总数达到342亿，全国移动电话用户达到393亿。 现在，世界范围内针对电话网的大规模的技术开发已经停止，研究重点转向电话网上的增值业务。,电话网的特点之一：时分复用,
8、32路PCM的帧结构,TS 0,TS 1,TS 2,TS 3,TS 4,TS 5,TS 6,TS 7,TS 8,TS 9,TS 10,TS 11,TS 12,TS 13,TS 14,TS 15,TS 16,TS 17,TS 18,TS 19,TS 20,TS 21,TS 22,TS 23,TS 24,TS 25,TS 26,TS 27,TS 28,TS 29,TS 30,TS 31,1,0,0,1,1,0,1,1,1,1,0/1,1,1,1,1,1,1复帧=16帧,1帧=32时隙,同步时隙,标志信号时隙,话路时隙,F0,F1,F2,F15,帧定位码组,偶帧,奇帧,区别偶帧,帧对告码,保留,复帧
9、 定位码组,复帧 对告码和备用,1路,16路,2路,17路,15路,30路,局间线路信令,每帧占125us，分32时隙，一个时隙为3.9us. 时隙TS1TS15和TS17TS31传送30个话路信息码组，TS0为帧同步码，TS16为复帧同步码和标志信号码时隙。 每时隙包括8位码，则每帧有8*32=256bit 每16帧构成一个复帧，占16*125us=2ms 总码率：8000帧/秒*256bit/帧=2048kbit/s 每一话路码率：8000Hz*8bit = 64kbit/s,电话网的特点之二：电路交换,电话网的特点之二：电路交换,可用T接线器和S接线器组成大容量的电路交换网络。 T接线器
10、：时间型时分接线器，完成一条时分复用线上的时隙交换功能。 S接线器：空间型时分接线器，完成不同时分复用线之间在同一时隙的交换功能。,电话网的特点总结：时分复用，电路交换,一次通信过程分为：呼叫建立连接，通话，拆除连接。信息的路由是通过七号信令等建立的。 时延小，通信质量有保证。 呼叫建立需要时间 每个连接带宽固定（不能适应不同速率的业务）,计算机网络发展简史（一）,Paul Baran和他的研究团队在二十世纪六十年代早期对分组交换技术进行研究，目的是提出用于军事通信的可靠和安全的方法，使得在遭受核攻击时美国的军事通信系统仍然能够生存。 Paul Baran等提出的方案是将长的信息分割成多个短的
11、片段，在片段上加上路由和控制信息构成分组，每个分组独立地经过网络，到达目的端后重新组装成原来的信息。为了抗攻击，网络中没有中心控制点，每一个节点根据网络的情况动态地选择到达其它节点的路径。这样的网络是一个分布式的通信系统。,接下来，美国国防部高级研究计划署（ARPA）开展了分组交换实现技术的研究，建立了一个分组交换的小网络，即ARPANET。 Robert M. Metcalfe在20世纪70年代后期发明以太网技术。 1983年左右， ARPANET网络里的计算机全部使用TCP/IP。 1985年，NSFNET开始建立。 1995年左右，Web技术开始应用。Internet迅速扩张。 1996
12、年左右，Cisco和Juniper开发出高速路由器，交换容量可达几十个Gb/s，线路速率可达2.5Gb/s。,计算机网络发展简史（二）,2000年，ITU-T成立SG13研究组，研究电信级IP网络、传统电信网络与IP网络的互通等。学术界和工业界掀起了对下一代网络的研究热潮。 2005年6月30日，我国网民数已达到1.03亿,计算机网络发展简史（三）,计算机网的特点,统计复用，分组交换。 业务流量具有随机性，峰值速率和平均速率差别较大，统计复用可以最大限度地提高网络资源包括带宽和缓存的利用率。 分组交换，分组在网络设备的缓存中会排队等候服务，且时延受网络业务量的影响，是随机量，也可能会被丢弃。需
13、要采用合适的排队策略和缓存管理方法来满足一定的服务质量。 无连接。通信之前无需建立连接，逐跳的路径是通过专门的路由协议建立和维持的。,计算机网的特点,宽带通信网的组成,宽带网现状,宽带网的称呼是相对于窄带网而言。窄带网是依托于PSTN（公众电话网）建立的。一般来说，终端设备采用以太网或xDSL技术接入，骨干网络采用高速路由器或高速以太网交换机或ATM交换机，这样的网络就可以称为宽带网。 10M/100M以太网完全占据了局域网,1G和10G以太网逐渐应用于园区网、城域网和广域网。 对于家庭用户，采用xDSL和以太网都可接入宽带网。目前，电信运营商主推xDSL。 城域网的技术比较复杂，ATM、IP
14、overSDH、千兆以太网、万兆以太网技术等都有应用。 骨干传输网技术目前主要还是WDM+SDH。,宽带网的关键技术,传输：要解决包括如下的问题。如何将各种速率的信息汇聚在一条物理链路上，接收端如何得到时钟信息，链路或设备发生故障如何恢复等。 交换及路由：要解决包括如下的问题。如何解决资源冲突，例如输出端线路、内部缓存等。如何以链路的速率为IP分组找到其输出端口。如何以链路的速率识别IP分组，为其找到对应的分类规则。 QoS以及业务量管理：要解决包括如下的问题，在全网采用何种机制保证端到端的时延、时延抖动。采用何种方法使网络中业务量不过载等。 TCP/IP协议,主要参考文献,1. Paul B
15、aran, On Distributed Communications Networks. IEEE Trans. On Communications Systems, March, 1964.2. 3。 教你如何模拟网络,宽带网络产品与技术概述,产品分类,交换机：具有多个百兆千兆万兆以太网电接口和光接口，完成以太网包处理的功能。例如华为Quidway S3500EA 系列运营级园区交换机。 路由器：具有多个以太网接口、具有多个SDH光接口、具有多个E1接口，完成以太网包处理和IP包处理的功能。例如华为NE80系列路由器。 传输设备：具有多个SDH光接口、具有多个E1接口、具有多个以太网接口
16、，主要处理SDH帧的设备。,产品机框图,产品结构分析,所有的宽带网络设备实质上是一种特殊的计算机。 包括线卡、背板、交换板、控制板、电源模块。 线卡由三部分组成：物理接口模块、分组头处理模块、流量管理模块。 背板是连接其它子板、支撑其它子板的印刷电路板。其它子板通过接插件和它连接。背板上有数据线和控制总线。线卡通过背板连接交换板，线卡之间一般没有直接的连接。控制总线连接控制板和其它板。 交换板负责完成线卡之间的分组交换。 控制板上运行嵌入式实时操作系统。负责对其它板进行设置、处理异常、处理网络协议数据包、负责提供网络管理功能。,核心技术,线路编码、调制解调。 用硬件线速处理分组头。 流量管理
17、大容量交换 在嵌入式实时操作系统上实现控制协议处理。 人机界面友好的网络管理软件,宽带网络标准概述,标准的主要制定者,IETF www.ietf.org ITU-T http:/www.itu.int/ITU-T/ IEEE www.ieee.org IP/MPLS Forum,与传输有关的标准,ITU-T的SDH、PDH、MSTP、ASON等 IETF的工作主要集中在帧格式和二层隧道协议方面。例如RFC1331 RFC1549 RFC3308等。 IEEE的802.3以太网系列标准 城域以太网论坛（MEF）制订城域以太网 标准。,与交换和路由有关的标准,ITU-T、 IP/MPLS Forum和IETF都有ATM相关标准。ATM物理层、ATM层、AAL层标准由IP/MPLS Forum和ITU-T制定。IPoverATM的系列标准由IETF制定。 IP层路由标准主要由IETF制定。 交换机和路由器硬件结构的接口标准由各个专业的组织定义。,与QoS有关的标准,IETF的RSVP、DiffServ、MPLS等标准。 ITU-T SG13中有专门研究QoS的小组。,与宽带接入有关的标准,IETF的Pana工作组。 IETF的AAA（认证、授权和计费）工作组。,参考文献,许静芳等。互联网工程任务组聚焦的前沿技术。 人民邮电出版社。,
