自考网络工程串讲笔记(3)

2019-03-28 16:04

中国的DDN技术体制将DDN结点分成3类

(1)2兆结点:2兆结点是DDN网络的骨干结点。

(2)接入结点:接入结点主要为DDN各类业务提供接入功能。

(3)用户结点:用户结点主要为DDN用户入网提供接口,并且进行必要的协议转换。

DDN一般有两种承载IP 的方式。一种是DDN提供透明通信,装HDLC、PPP等串行通信协议,提供X.25、Frame-relay等协议的接口,路由器可以在这些协议之上承载IP。

2.4 SDH

1310nm,1550nm,损耗比较低,当波长是1310nm时,光纤损耗是0.3~0.4db/km,当波长是1550nm波长时,光纤损耗是0.2~0.3db/km。

光纤由3个部分组成,最中心是最高折射率玻璃芯(芯径为10μm、50μm或62.5μm),中间部分为低折射率硅玻璃包层(直径为125μm),最外层为加强用的树脂涂覆层。

2.4.1 SDH标准

SDH(同步数字系列)是由CCITT(现ITU-T,电话电报咨询委员会)指定的传输体系标准,它得益于SONET(同步光网络)这套传送标准适用于光钎、微波、卫星传送的通用技术体制,SONET主要用于北美国家和日本,SDH主要用于中国和欧洲国家。

SDH标准定义了一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信息的结构等级,实现了数字传输体质上的世界性标准,同时还可容纳各种新的数字业务信号(如ATM信元、FDDI信号等)。全世界统一的网络结点接口(NNI),并对个网络单元的光接口有严格的规范要求,从而使得任何网络单元在光路上得以互通,实现了横向兼容性。

SDH具有统一的速率标准,SDH上的数据是以同步传送模块(STM-N),N值为0、1、4、16、64、256,STM-1的速率为155.520Mbit/s

PDH(准同步数字系列):SDH技术具有良好的网络自愈功能。

2.4.2 SDH的组成设备 (1)终端复用器(TM):分插复用器(ADM),再生中继器(REG)和数字交叉连接(DXC) (2)REG:一种是纯光的REG,第二种是用于脉冲再生整形的电RGE。 (3)DXC(等ATM同用):主要完成STM-N信号的交叉连接功能。

2.4.3 SDH的帧结构

SDH的帧结构是块状帧,以字节为单位,由纵向9字节和横向270*N字节组成,125μm每帧,帧速率为8000f/s,帧结构中安排了丰富的开销比特(不传数据)。

RSOH 1

3

4 AU PTR STM-1注:

POH STM-N净负荷 5 信息净荷速

(含POH) ?率:MSOH ?

=261*9*8*8000=150.336Mbps 9*N 261*N 9 STM-1速率:=270*9*8000*8=155.520Mbps STM-1信息净荷速率共2349字节 270*N 段开销字节:8*9=72

STM-1一块帧共用(9+261)*9=2430字节 SDH的帧包括 (1)段开销

段开销是传输STM帧时为保证信息正常灵活传送所必需的附加字节。9*8=72字节

段开销由再生段开销(RSOH,3个开销)和复用段开销(MSOH,5个开销,对STM-16 任意通道进行监控)。 (2)信息净荷

用于通道性能监视,管理和控制的通道开销(POH),STM-1的净荷共有261*9=2349 字节 (3)单元管理指针

单元管理指针(AU PTR)用来指示净荷的第一字节在STM-N帧内的准确位置。 1、SDH的开销字段

分为RSOH、MSOH和POH 3种。 2、SDH的虚容器

分为低阶VC和高阶VC 3、SDH的复用原理

在SDH网络边界处要通过映射把支路信号适配装入响应的VC。映射可以使信号与响应的VC容器同步,映射后的VC成为能独立进行传送、复用和交叉连接的实体。对于高次群信号,经过异步映射可装入响应的VC中。异步映射不要求信号与网络同步,只需通过各级TU指针和AU指针的处理就能将PDH信号装入SDH中。对于基群信号可采用异步映射和同步映射两种方式,同步映射要求信号先经过一个一帧长度的滑动缓冲器,使信号和网络同步。同步映射的好处是信号在VC净负荷中的位置是固定的,不需要TU指针,减少了处理过程,提高了传输效率,代价是假如时延和滑动损伤。

SDH采用同步复用方式和灵活的复用映射结构,使低阶信号和高阶信号的复用/解复用一次到尾,简化了设备的处理过程,省去了大量的有关电路单元、跳线电缆和点接口数量,增强了运营和维护能力。

2.5 蜂窝移动通信技术

第一代模拟移动通信技术,第二代数字移动通信技术,第三代移动通信技术,第四代是TD-LTE(中

国自主研发)

第一代:以模拟“大哥大”为代表 第二代:GSM和TS-95 CDMA

第三代:3G是CDMA 2000(中国电信)、WCDMA(中国联通)和TD-SCDMA(中国移动)

GSM(全球移动通信系统)起源于欧洲的移动通信技术标准,属于第二代通信技术,GSM可以提供语音服务和SMS短信服务。GPRS(通用分组无线用户)是在GSM基础上发展起来的分组交换的数据承载和传输业务。、

第3章 承载技术

3.1 承载技术简介

最早的承载网络主要是电话网,通过调制解调器传输数据。在广域网中大量采用光纤上使用PPP承载IP。承载网络不管它采用何种网络体系,在拓扑结构上可以分成3大类,即点到点,广播网络,多点非广播多路访问网络。

1、点到点网络

点到点网络是最简单的网络拓扑,它实际上就是一根通信电缆连接两台网络设备构成的

网络。

2、广播网络

广播网络也是一种简单的网络,虽然比点到点网络复杂一点,即任何一个设备发送报文

在网络中的其他设备都能收到。广播网络中的报文发送方式有两种:广播和单播。广播是网络本身的特点,即一个设备发送报文大家都能收到;单播是靠地址机制和接收设备实现的。

3、非广播多路访问网络

非广播多路访问网络简称非广播网络,实际上,除广播网络和点到点网络之外的其他网络都可以被看成是NBMA网络的。

3.2 Cisco公司的HDLC封装

Cisco的HDLC封装实际上只是利用HDLC的帧格式封装IP报文,由于没有使用链路状态帧,因此无法知道链路的通断状态。链路管理接口的工作原理是定时向对方发送LMI报文,报文中含有序号,如果接受方在规定的时间内收到LMI报文并且序号是连续增长的,就说明链路是好的。 3.3 以太网

3.3.1 以太网的工作原理

以太网开始使用通州电缆作为网络媒体,数据传输速率达到10Mbps。IEEE802.3规范是基于最初的以太网技术于1980年制定的。。 工作原理:

以太网采用CSMA/CD媒体访问控制机制,任何工作站都可以在任何时间向网络发送数据报文。在发送数据之前,工作站首先需要侦听网络是否空闲,如果网络上没有任何数据传送,工作站就会把所要发送的信息投放到到网络当中;否则,工作站只能等待网络下一次出现空闲时再进行数据的发送。

以太网的帧结构大小:

最小64字节,最大1518字节。 3.3.2 交换式以太网

交换式以太网采用逆用学习,扩散和转发的策略,实现不同的网络连接。所谓扩散算法,就是把每个到来的、目的地不明的帧输出到所有端口,并在地址表中记录该帧的源地址与端口的对应关系。而逆向学习法,则是一旦知道目的地的端口,发往该处的帧就只发到该端口上,不再广播。为了处理动态拓扑问题,要对地址表中的地址项进行“老化”操作,即当收到帧时要对源地址对应对表项的生命计时器进行刷新,然后开始递减。当生命计时器减到0,就说明对应的主机长时间没有发送帧了,可能已经关机或者网络已中断,就将该地址从地址表中删除。网络中由于互连可能会出现环路,环路将导致广播风暴,因此网络中不能有环路存在,但是由于需要或者无法控制的原因,网络的物理结构中通常会出现环路,因此在透明网桥中使用生成树算法解决这个问题。生成树通过阻塞某个端口,切断网络中的环路,使网络在逻辑上是一棵树。这个时候交换机不能转发报文,只能收发生成树的算法发送的BPDU报文,通过交换BPDU报文,生成树算法找到网络中的环路,并计算出需要阻塞的端口以打破环路,这个过程被称为生成树的收敛。生成树算法的收敛时间大约为15s。

3.3.3 虚拟局域网

虚拟局域网是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段,从而实现虚拟工作组的数据交换技术。划分VLAN所依据的标准是多种多样的,主要有按端口、MAC地址、协议、用户、IP地址划分策略。VLAN交换机的链路分为接入链路、中继链路、混合链路3中。接入链路就是将普通以太网设备接入VLAN交换机,

中继链路通常的用途就是连接两个VLAN交换机, 混合链路可以同时承载标记数据和非标记数据。 3.4 PPP

PPP是为点对点之间的数据传输提供一种封装方法,可以支持IP、IPX和AppleTalk多种网络层协议,替代原来非标准的链路层协议。它即支持异步的物理线路传输,也支持同步的HDLC和SONET的物理线路传输,支持链路的配置,质量检测和网络层协议的复用。 3.4.1 PPP的封装帧格式

PPP工作在数据链路层,它的数据封装帧格式提供帧定界、检错和协议标识,使得不同网络层协议可以同时在同一链路上传输。PPP可以工作在不同的物理层,同步线路,异步线路和以太网等,这样就形成了PPP的多种封装帧格式。 1、同步线路上的PPP封装

PPP工作在同步线路时,使用HDLC的UI帧。HDLC的UI帧的INFO部分扩展“协议字段”包括Flag、Address、Control、Protocol、Information、FCS几个部分。

Flag:标志字段,表示帧的开始或者结束,由二进制序列01111110构成,即0x7E, Address:地址字段,由二进制序列11111111构成,是标准的广播地址,

Control:控制字段,由二进制序列00000011构成,要求用户数据传输采用UI无编号帧,地址字段和控制字段所填内容为固定值,通过PPP的LCP协商,可以节省2字节的传输。由于没有字段来传送数据帧的序号,PPP默认情况下不提供基于序号和应答机制的可靠传输。Protocol:协议字段,用来识别PPP帧的Information字段所封装的协议。

Protocol协议取值有0xc021、0xc023、0xc223、0xc8021、0xc0021五种。 0xc021:信息域中承载的是LCP的数据报文, 0xc023:信息域中承载的是PAP的认证报文, 0xc223:信息域中承载的是CHAP的认证报文, 0xc8021:信息域中承载的是NCP的数据报文, 0xc0021:信息域中承载的是IP数据报文。

Information:包含Protocol字段中指定的协议数据报。

FCS:帧校验序列字段,用于 PPP数据帧传输的正确性进行CRC检测。

因PPP是面向字符型的,所以UI帧的长度是整数字节。在同步线路上,PPP直接使用HDLC的UI帧,也使用HDLC的透明传输方式“0比特插入和删除算法”。 2、异步上的PPP封装

PPP在异步线路上传输时使用的帧与同步传输是一样的,差别在于成帧和透明传输使用的方法。因为起止式异步传输是面向字符的,PPP在异步线路上不能采用HDLC所使用面向比特的首位标志成帧算法,即使用0x7E作为帧的首位标志,也不能使用“0比特插入和删除算法”实现透明传输。

3、以太网上的PPP封装

随着xDSL技术、宽带接入技术的广泛应用,PPP又被广泛用于以太网上,这就是PPPoE。PPPoE在两个阶段以太网帧的类型域的值是不同的,在发展阶段,以太网的类型域填充为0x8863,在会话阶段,以太网的类型与填充为0x8864。PPPoE数据报文最开始的4位为版本域,紧接在版本域后的4位是类型域。 3.4.2 PPP的子层

为了适应多重物理和网络层,PPP划分了相应的LCP子层和NCP子层以完成不同功能。PPP首先通过发送LCP报文来配置和测试链路,建立起LCP连接。链路层激活后,需要的话可以进行认证,最后要通过发送相应的NCP报文建立相应的网络子层连接。 1、 LCP

LCP位于物理层之上,负责设备之间链路的创建、维护和终止。

2、 NCP

NCP主要完成点对点通信设备之间网络子层所需参数的配置,功能是网络层地址协商。 3.4.3 认证协议

PPP另外一种常用到的功能是接入认证,即通过某种机制保证许可用户才能进入网络,常用的有PAP认证和CHAP认证两种。 1、 PAP认证

PAP是一种两次握手的认证协议,它采用明文方式在网络上传输用户名和口令。 2、 CHAP认证

CHAP是一种三次握手认证协议,可在网络上传输用户名,但不传输口令。 3.4.4 PPP链路的建立

为了在线路上传送PPP数据报文,首先需要建立PPP的点到点链路。典型的PPP链路建立过程,可以分为3个阶段:链路建立阶段、认证阶段和网络层协商阶段。 1、 链路建立阶段 2、 认证阶段

3、 网络层协商阶段 3.5 PPPoE

与PPP链路的建立方式不同。PPPoE链路的建立要经过PPPoE的发展阶段和PPPoE的会话阶段。发展阶段是PC主机在广播式的网络上搜寻宽带接入服务器BRAS,并在多个可能的宽带接入服务器中确定其一,建立点到点关系的过程。会话阶段则是PPP的LCP、认证、NCP的会话过程。与PPP不同的是,PPPoE的数据报文被封装成以太网的帧进行传送。目前小区宽带LAN接入、ADSL接入等技术都使用PPPoE技术。 1、 发现阶段

用户主机首先主动发送广播包PADI寻找接入服务器,接入服务器收到PADI报文后回应PADO,主机在回应PADO的接入服务器中选择一个合适的,并发送PADR单播的请求报文告知接入服务器,接入服务器收到PADR包后开始为用户发配一个唯一的会话标识符Session ID,启动PPP状态机以准备开始PPP会话,并发送一个携带该会话标识符Session ID的会话


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