剖析寬帶接入網(wǎng)的主流技術(shù)
寬帶接入網(wǎng)還是非常值得我們?nèi)W習的，于是我研究了一下寬帶接入網(wǎng)的技術(shù)特點與各種模式，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。
引言
通信是目前發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，它是人們工作和生活必不可少的工具，也是現(xiàn)在和未來經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)平臺之一。通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)歷了由窄帶到寬帶、由人工到智能、由單業(yè)務(wù)到綜合業(yè)務(wù)的發(fā)展過程。21世紀，通信網(wǎng)絡(luò)向提供寬帶化、個人化、分組化和綜合化方向發(fā)展的趨勢更為明顯。而目前技術(shù)發(fā)展和需求增長最快的是Internet和移動通信。
寬帶通信網(wǎng)是一種全數(shù)字化、高速、寬帶、具有綜合業(yè)務(wù)能力的智能化通信網(wǎng)絡(luò)。寬帶通信網(wǎng)的顯著特點就是在信息數(shù)據(jù)傳輸上突破了速度、容量和時間空間的限制。寬帶通信網(wǎng)絡(luò)可大致分為寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)和寬帶接入網(wǎng)絡(luò)兩個層面。本文分別從寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)和寬帶接入網(wǎng)絡(luò)兩個層面介紹通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀，討論了寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。
寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
較早出現(xiàn)的寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)的分組交換技術(shù)有X.25、幀中繼，到后來的IP、ATM以及MPLS技術(shù)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前，IP技術(shù)成為主流的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，未來將朝著以光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主流技術(shù)的超寬帶信息網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。
幀中繼
幀中繼（FR：Frame Relay），是一種面向連接的快速分組交換技術(shù)。是八十年代初發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)通信技術(shù)，它是從X.25分組通信技術(shù)演變而來的。由于傳輸技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率大大降低，分組通信的差錯恢復機制顯得過于繁瑣，幀中繼將分組通信的三層協(xié)議簡化為兩層，即在OSI第二層以簡化的方式傳送數(shù)據(jù)，僅完成物理層和鏈路層核心層的功能，網(wǎng)絡(luò)不進行糾錯、重發(fā)、流量控制等，而將這些功能留給智能終端去處理。從而大大縮短了處理時間，提高了效率。但幀中繼的最大問題是沒有業(yè)務(wù)質(zhì)量等級的相關(guān)規(guī)定，不能確保高業(yè)務(wù)的QoS要求。
異步轉(zhuǎn)移模式
異步轉(zhuǎn)移模式（ATM:Asynchronous Transfer Mode）[1]是一種快速分組交換技術(shù)，ITU-T推薦其為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)B-ISDN的信息傳輸模式。ATM將信息組織成信元，其包含的來自某用戶信息的各個信元不需要周期性出現(xiàn)，這種傳輸模式是異步的。
ATM信元是固定長度的分組，共有53個字節(jié)，分為2個部分。前面5個字節(jié)為信頭，主要完成尋址的功能；后面的48個字節(jié)為信息段，用來裝載來自不同用戶，不同業(yè)務(wù)的信息。話音、數(shù)據(jù)、圖像等所有的數(shù)字信息都要經(jīng)過切割，封裝成統(tǒng)一格式的信元在網(wǎng)中傳遞，并在接收端恢復成所需格式。由于ATM技術(shù)簡化了交換過程，去除了不必要的數(shù)據(jù)校驗，采用易于處理的固定信元格式，所以ATM交換速率大大高于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)，如x.25，DDN，幀中繼等。
ATM網(wǎng)絡(luò)采用了一些有效的業(yè)務(wù)流量監(jiān)控機制，對網(wǎng)上用戶數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，把網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生的可能性降到最小。對不同業(yè)務(wù)賦予不同優(yōu)先級，網(wǎng)絡(luò)對不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)分配不同的網(wǎng)絡(luò)資源。因此，ATM提供對話音、圖像等實時業(yè)務(wù)的QoS保證。盡管ATM具有交換速度快、具有流量控制功能、提供服務(wù)質(zhì)量保證和靈活的帶寬分配等優(yōu)點，但ATM的開銷大，協(xié)議復雜，使得ATM設(shè)備的成本高，維護復雜。
多協(xié)議標簽交換
多協(xié)議標簽交換（MPLS：Multiprotocol Label Switching）[2]屬于第二層與第三層之間的一種交換技術(shù)，它引入了基于標簽的機制，把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標簽來規(guī)定一個分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑，數(shù)據(jù)傳輸通過標簽交換路徑（LSP）完成。
MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標簽交換路由器（LSR）、邊緣部分的標簽邊緣路由器（LER）組成。LSR可以看作是ATM交換機與傳統(tǒng)路由器的結(jié)合，由控制單元和交換單元組成；LER的作用是分析IP包頭，決定相應的傳送級別和標簽交換路徑（LSP）。由于MPLS技術(shù)隔絕了標簽分發(fā)機制與數(shù)據(jù)流的關(guān)系，因此，它的實現(xiàn)并不依賴于特定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可支持多種的物理和鏈路層技術(shù)（IP/ATM、以太網(wǎng)、PPP、幀中繼、光傳輸?shù)龋PLS使用控制驅(qū)動模型初始化標簽捆綁的分配及分發(fā)，用于建立標簽交換路徑（LSP），通過連接幾個標簽交換點來建立一條LSP。一條LSP是單向的，全雙工業(yè)務(wù)需要兩條LSP。同時，MPLS支持流量工程和業(yè)務(wù)的服務(wù)等級。由于MPLS結(jié)合了傳統(tǒng)IP和ATM技術(shù)，具有實現(xiàn)簡單，交換速度快和支持流量工程和業(yè)務(wù)的服務(wù)等級等優(yōu)點，因此，MPLS受到人們的普遍重視。
IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
人們提出IP技術(shù)的動機是為了實現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)之間的互連，以達到資源共享和交換數(shù)據(jù)的目的。IPv4通過為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分配一個32位的IP地址來達到唯一標識節(jié)點的目的，用戶數(shù)據(jù)封裝在IP分組中，為了將IP分組由源節(jié)點投遞到目的節(jié)點，IP通過路由協(xié)議建立源節(jié)點到目的節(jié)點的路由，IP路由器根據(jù)目的IP地址和保存的路由表實現(xiàn)IP分組的逐跳（hop by hop）轉(zhuǎn)發(fā)，直到目的節(jié)點。
最初，IP技術(shù)主要是為一些簡單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，如電子郵件、文件傳輸、遠程登陸等。隨著IP技術(shù)在Internet上的成功應用以及Internet的飛速發(fā)展，人們要求IP不僅能支持簡單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時也能傳送語音、圖像等實時業(yè)務(wù)。為了保證語音、圖像等實時業(yè)務(wù)的QoS，需要改進傳統(tǒng)的盡力而為的IP技術(shù)，以提供QoS保證。目前，提供服務(wù)質(zhì)量保證的IP QoS體系結(jié)構(gòu)有InterServ和DiffServ兩種，InterServ基于流預留資源，DiffServ基于類區(qū)分業(yè)務(wù)，對不同類型的業(yè)務(wù)，采用不同的隊列調(diào)度策略。DiffServ由于在網(wǎng)絡(luò)邊界對業(yè)務(wù)流進行匯聚，不需要維護基于流的狀態(tài)信息，因此，同InterServ相比，DiffServ具有良好的可擴展性，更適合大型的IP網(wǎng)絡(luò)。
隨著Internet規(guī)模的增長，以及越來越多的移動終端寬帶接入網(wǎng)Internet，IPv4的缺點逐漸顯露出來，主要包括：地址空間緊張、不支持節(jié)點的移動性、安全性差、不提供QoS保證等。為了解決這些問題，IPv6應運而生，IPv6采用128位的地址空間，同時支持節(jié)點的移動性、提供QoS保證，并具有良好的安全性。因此，IPv6可能最終取代IPv4,但在IPv4向IPv6過渡的過程中，需要解決兩者的互通問題，以及由此帶來的安全問題。
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