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北邮宽带通信网原理.pdf

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：6.58M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    宽 带 通 信 网 原 理 龚向阳 金跃辉 王文东 阙喜戎 编著 程时端 审校 北 京 邮 电 大 学 出 版 社 ·北 京·
    前 言 今天 , 我们已经很难想象 , 如果没有了诸如电话网、移动通 信网和互 联网 ( Internet ) 这 些通信网络 , 人们的日常工作和生活会变得 怎样 步履维 艰。而 十几年 前的 人们也 同样 无 法想象当今的世界会因为网络技术的飞速发展而如此精彩。当前网络技术仍然在快速地 发展之中。可以预见 , 未来网络将更深入到整个社会和人们的日常生活之中 , 能够使今天 的许多梦想变为现实。 近 20 年来 , 网络技术是通信和信息领域中最 为活 跃的 一个研 究方 向 , 而对宽 带网 络 技术的研究进展成为了促进通信网络技术进步的最重要推动力。所谓“宽带”的概念并没 有一个公认的严格定义。其内涵随着网络技术的 发展 而不 断地拓 展 , 这也 从一个 方面 反 映了人们对通信带宽需求的不断增长。宽带的概念最早是相对于窄带通信提出的。传统 窄带通信主要是指基于 64 kbps 的话音 ( 电话 ) 和数据 ( 窄 带 ISDN ) , 宽带通信 则应该能 够 比传统窄带通信享受高出若干数量级的更大 带宽。随 着网 络技术 的进 步 , 现在所 说的 宽 带通信网通常具有这样的特征 : 在骨干网采用大容量信息传输技术 ( 特别是光传输技术 ) , 具有极高的链路速率 ( 几十吉比特每秒以上 ) ; 在用户 和网 络之 间采用 各种 高速接 入技 术 ( 如 xDSL、LAN、PON、HFC 等 ) , 可为用户提供几兆比特每秒到 100 Mbps 的接入带宽。 能够用于构建宽带通信网络的主要技术是异步传输模式 ( A TM ) 与 互联网协 议 ( IP ) 。 这两种技术都具有支持各种宽带业务的能力 , 二者是相互竞争的。A TM 从传统电信网发 展而来 , 具有服务质量 ( QoS ) 保障 , 安全性 好 , 易于 管理 和运 营 , 但 网络 相当 复杂 , 开放 性 差。I P 从计算机网络发展而来 , 其协议简单 , 最 初的 设计 目标只 是用 于数据 通信。 但 IP 的最大优势是开放性 , 使得每一个使用者都能够在 IP 网上开发应用和服务。开放性使 以 IP 为基础的互联网获得了巨大成功。 IP 技 术已经 成为 了宽 带网络 中的 主流技 术。但 是 由于 IP 协议自身的不足 , Internet 也面临 了 巨大 挑战 : 地 址 匮乏、缺 乏 QoS 保障、网络 安 全问题、移动性支持、可运营和可管理能力不足 等等都 成为 I P 网络支 持更 多宽带 业务 的 障碍。为解决这些问题 , 人们逐渐 将 ATM 技 术中 的 先进 思想 引入 到 IP 协 议 的实 现中 , IP 与 ATM 技术开始走向融合 , 宽 带网络 中各 种新 的技 术标 准和 方 案也 应运 而生 : 如 IP 交换、IP QoS、多协议标记交换 ( MPLS) 、移动 IP (Mobile IP ) 技术。 本书系统地介绍了宽带通信网络 相 关的 各种 技术。 全书 以 A TM 技术 和 I P 技术 为 两条主线展开 , 分为三大部分 : 第一部分在概述 网络技 术的 发展历 程的 基础 上 , 详 细介 绍 了 ATM 技术 的原理、交换 和流量 控制 ; 第二部 分详细介 绍了 TCP/ IP 协议 与 Internet 技 术 , 包括 IP 体 系结构、路由、传 输协议 ( TCP/ UDP ) 、IP 组播、IP 网络 安全和管 理 ; 第三 部 ·1·
    分详细介绍 了 I P 与 ATM 融 合 的宽 带 网 络 技 术 , 包 括 IP QoS、IP over ATM、I P 交 换、 M PLS 以及移动 IP、I Pv6 等在下一代互联网 ( NG I) 中的主要网络技术。 笔者所在的北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室宽带网络研究中心长期从 事宽带通信网技术的研究工作 , 笔者同时承 担了 高校宽 带通 信网 课程的 教学 工作。在 本 书中 , 笔者总结了多年来的教学和科研经验 , 并参考宽带通信网领域主要的国际国内标准 规范 , 力图将宽带通信网技术的基本原理、技术 演进的 历程 和发展 方向 全面 展现给 读者。 本书深入浅出 , 内容全面翔实 , 适合作为计算机、网络 和通 信信 息等专 业的 本科高 年级 及 研究生的教材或教学参考书 ; 对从事相关领域 的科研 和开 发工 作的工 程技 术人员 也具 有 很好的参考价值。 参加本书 编写 工作 的包括 北京 邮电大 学龚 向阳 副教授 ( 第 2～9 章 ) , 金 跃辉 副教 授 ( 第 12～15 章 ) , 王文东教授 ( 第 11 章 ) , 阙喜戎副教授 ( 第 10 章 ) , 北京邮电大学程时端教 授为本书撰写了绪论 , 并审阅了全书。本书在 编写过 程中 得到 了北京 邮电 大学网 络与 交 换技术国家重点实验室宽带网络研究中心教师 和研究 生的 诸多帮 助 , 同时 也得到 了北 京 邮电大学出版社的大力支持 , 在此特此表示衷心地感谢。 宽带网络所涉及的技术内容非常多 , 其 发展 也非常 迅速。 由于时 间限 制和笔 者能 力 的制约 , 书中疏漏之处在所难免 , 未能察觉的错误和遗漏请广大读者不吝赐教。 编 者 2006 年 5 月 ·2·
    目 录 第 1 章 绪 论 1 .1 通信网技术的发展历程 1 .2 当前网络的发展趋势 1 .3 宽带网的定义和主流技术 1 .4 A TM 和 IP 的结合与竞争 1 .5 当前 IP 网面临的挑战 1 .6 下一代互联网和下一代网 ………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………… 1 1 2 4 5 7 第 2 章 通信网技术及发展 ………………………………………………………………… 2 .1 通信与通信网络 2 .2 通信网络的设计需求 2 .2 .1 业务特征 2 .2 .2 通信网络性能的需求 2 .3 通信网络的发展和演变 2 .3 .1 电报 2 .3 .2 电话网络与电路交换技术 2 .3 .3 计算机网络 2 .3 .4 数据通信网与分组交换技术 2 .3 .5 综合业务通信网络 2 .4 信息传递方式的发展 2 .4 .1 电路交换与分组交换 2 .4 .2 电路交换技术的发展 2 .4 .3 分组交换技术的发展 …………………………………………………………… …………………………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………… ………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… 第 3 章 异步传递模式原理 3 .1 异步传递模式的引入 3 .1 .1 业务对网络技术发展的需求 3 .1 .2 技术进步的推动 3 .1 .3 宽带综合业务数据网的发展 3 .2 A TM 基本原理 …………………………………………………………… ……………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………… ………………………………………………………………… ·1· 8 10 11 13 25 26 26 31 38 47 49 50 51 52 55 55 59 61 63
    3 .2 .1 异步时分复用 3 .2 .2 A TM 虚连接 3 .2 .3 A TM 交换 3 .2 .4 A TM 网络的性能特征 3 .2 .5 A TM 信元 3 .3 A TM 标准 3 .3 .1 A TM 的标准化工作 3 .3 .2 B-ISDN 的参考配置 3 .3 .3 B-ISDN 的协议参考模型 3 .4 A TM 层 3 .5 物理层 3 .6 A TM 适配层 3 .6 .1 AAL 类型 3 .6 .2 AAL 的一般结构 3 .6 .3 AAL 类型 1 3 .6 .4 AAL 类型 2 3 .6 .5 AAL 类型 3/ 4 3 .6 .6 AAL 类型 5 ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………… 64 65 67 68 73 76 76 77 77 80 82 85 85 86 87 88 92 94 第 4 章 ATM 宽带交换技术 4 .1 概述 4 .1 .1 A TM 交换系统 4 .1 .2 A TM 交换的概念 4 .1 .3 VP 交换与 VC 交换 4 .1 .4 A TM 交换系统的构成 4 .1 .5 A TM 交换的设计需求 4 .2 基本交换模块 4 .2 .1 排队 4 .2 .2 基本交换模块的结构 4 .3 A TM 交换机构 4 .3 .1 多级互连网络 4 .3 .2 多级互连网络中的路由问题 4 .3 .3 MIN 中的信元阻塞 ……………………………………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………… ……………………………………………………… 97 97 98 100 101 102 105 106 113 116 116 117 119 第 5 章 ATM 网络的业务量控制和拥塞控制 5 .1 A TM 网络中的拥塞 ………………………………………………………… 122 ·2·
    5 .2 A TM 网络中的业务量控制 5 .2 .1 业务量控制与拥塞控制 5 .2 .2 业务量合约 5 .2 .3 A TM 的业务类型 5 .2 .4 A TM 业务量管理的框架和功能 5 .3 业务量合约 5 .3 .1 概念与构成 5 .3 .2 等效终端 5 .3 .3 连接的业务量描述器 5 .3 .4 连接一致性的定义 5 .3 .5 服务质量参数 5 .3 .6 A TM 传输能力 5 .4 A TM 业务量管理机制 5 .4 .1 连接接纳控制 5 .4 .2 用法参数控制与网络参数控制 5 .4 .3 优先级控制与信元标记 5 .4 .4 选择性信元丢弃 5 .4 .5 业务量整形 5 .4 .6 显式前向拥塞指示 5 .5 反馈控制和 ABR 业务量控制 5 .5 .1 可用比特率承载能力 5 .5 .2 反馈机制 5 .5 .3 资源管理信元 5 .5 .4 ABR 业务量控制的参数 5 .5 .5 ABR 业务量控制机制 ………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………… …………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………………… …………………………………………………… 第 6 章 TCP/ IP 协议体系结构 6 .1 Internet 和 TCP/ I P 的发展 6 .2 TCP/ IP 协议体系 6 .2 .1 设计原则 6 .2 .2 TCP/ IP 协议分层结构 6 .2 .3 IP 分组 6 .2 .4 网际互联 6 .2 .5 TCP/ IP 网络的可靠性 6 .3 数据链路层技术 6 .3 .1 以太网 ………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………… …………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………………………… …………………………………………………………………… 124 124 125 126 128 130 130 132 132 138 143 144 145 145 146 147 148 148 149 150 150 152 152 154 154 159 162 162 163 165 165 168 169 169 ·3·
    6 .3 .2 令牌环网 6 .3 .3 FDDI 6 .3 .4 拨号接入与 PPP 协议 6 .4 IP 地址 6 .4 .1 网络级的地址统一 6 .4 .2 分类 IP 地址 6 .4 .3 子网掩码 6 .4 .4 IP 地址的实质 6 .4 .5 地址解析 6 .5 路由器与 IP 分组转发 6 .6 IP 地址的分配和管理 6 .6 .1 Internet 地址管理机构 6 .6 .2 Internet 地址管理的缺陷 6 .6 .3 子网划分 6 .6 .4 超网与无类型寻址 6 .7 Internet 结构的演变 6 .7 .1 核心结构的 Internet 6 .7 .2 对等主干结构的 Internet 6 .7 .3 自治系统结构的 Internet ………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………… ………………………………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………………………… …………………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… 第 7 章 TCP/ IP 体系结构中的网络层 7 .1 IP 分组 7 .2 分组传输 7 .2 .1 IP 分组的封装 7 .2 .2 分组的分片传输 7 .2 .3 分片的重组 7 .2 .4 对分片的控制 7 .3 IP 选项 7 .3 .1 选项代码 7 .3 .2 路由记录选项 7 .3 .3 源选路选项 7 .4 IP 分组的选路和转发 7 .4 .1 直接转发与间接转发 7 .4 .2 路由表 7 .4 .3 默认路由和特定主机路由 7 .4 .4 IP 层的分组处理 ………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………………………… ……………………………………………… ………………………………………………………… ·4· 172 173 174 176 176 177 179 179 180 185 187 187 188 189 191 193 194 195 196 199 202 203 204 206 207 207 207 208 209 210 211 212 213 214
    7 .4 .5 分组选路算法 7 .5 IP 层的控制功能——— ICMP 7 .5 .1 ICMP 7 .5 .2 ICMP 的差错报告功能 7 .5 .3 ICMP 的控制功能 7 .5 .4 ICMP 的查询功能 7 .6 路由数据库的管理与路由协议 7 .6 .1 互联网结构对选路的影响 7 .6 .2 路由数据库的建立 7 .6 .3 路由数据库的刷新———路由协议 7 .6 .4 选路算法 7 .6 .5 域间路由协议———边界网关协议 7 .6 .6 域内路由协议 …………………………………………………………… ………………………………………………… …………………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………… ……………………………………………………… ……………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………… …………………………………………………………… 第 8 章 TCP/ IP 体系结构中的传输层 8 .1 传输层及其服务 8 .1 .1 网络分层中的服务 8 .1 .2 通信子网的服务与传输服务 8 .1 .3 传输层的设计需求 8 .1 .4 TCP/ IP 协议体系中的传输层 8 .2 用户数据报协议 8 .2 .1 UDP 的功能 8 .2 .2 UDP 数据报 8 .2 .3 UDP 的数据报校验 8 .2 .4 UDP 协议的数据报处理 8 .3 传输控制协议 8 .3 .1 TCP 面向连接可靠的数据流传输服务 8 .3 .2 TCP 的协议规程 8 .3 .3 TCP 的可靠性 8 .3 .4 TCP 连接的控制 8 .3 .5 TCP 的超时重传机制 8 .3 .6 TCP 的流量控制与拥塞控制 8 .3 .7 TCP 的短分组与糊涂窗口问题 8 .3 .8 TCP 选项 ……………………………………………………………… ……………………………………………………… …………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………… ………………………………………………………… …………………………………………………………… ………………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………… ………………………………………… ………………………………………………………………… 215 217 217 219 221 224 226 227 230 231 232 238 246 257 257 258 259 264 264 264 265 266 267 268 268 270 275 285 290 295 306 310 第 9 章 IP 组播 9 .1 组播的概念 …………………………………………………………………… 313 ·5·
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