高速網(wǎng)絡(luò)及發(fā)展方向

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摘要：從技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)論述了FDDI，ATM,IP及千兆比以太網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn),及其相互聯(lián)系，最后分析了高速通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展前景.

關(guān)鍵詞：高速網(wǎng)絡(luò),FDDI，ATM,IP,千兆比以太網(wǎng)，前景

Abstract:Thedevelopmentofcomputerhigh-speednet-worktechniques,moreover,itscharacteristicsonthegroundoftheadvantagesanddisadvantagesofeachandtheinteractionofoneanother,finallytheprospectinthefuturedevelopmentofhigh-speednetworktechniques.

Keywords:high-speednetworks,ATM,IP,Gigabitethernetnetworks

1引言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)信息社會(huì)的發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求，特別是信息高速公路的建設(shè)，對(duì)在迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)起了重要作用。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向是高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要包括光纖分布數(shù)字接口（FDDI），異步轉(zhuǎn)移模式（ATM），IP技術(shù)，千兆比以太網(wǎng)等技術(shù)。ATM網(wǎng)因具有可靠性的服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證、低延時(shí)、能夠?yàn)椴煌膫鬏斕峁┎煌姆?wù)等優(yōu)越特性,被視為未來(lái)通信技術(shù)的發(fā)展方向;IP作為世界上最成熟、最先進(jìn)的Internet網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和重要的技術(shù)基礎(chǔ),它代表了無(wú)連接通信方式的本質(zhì)特征,其應(yīng)用日趨深入和廣泛,特別是隨著千兆位以太網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn),導(dǎo)致了高速聯(lián)網(wǎng)技術(shù)陣營(yíng)的大分裂,由于世界上大部分的用戶采用的是以太網(wǎng)技術(shù);而千兆位以太網(wǎng)保留了與10M以太網(wǎng)相同的802.3幀格式,沒有對(duì)信息傳輸格式作任何變動(dòng),網(wǎng)絡(luò)升級(jí)方案較其他技術(shù)在投資和性能上要平滑得多,因此千兆比以太網(wǎng)以其卓越的.下面對(duì)這四種主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作一些簡(jiǎn)要的介紹：

2FDDI技術(shù)

FDDI（FiberDistributedDataInterface）是80年代隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光電子技術(shù)發(fā)展起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)，其傳輸速率可達(dá)100MPS，體系結(jié)構(gòu)包括物理介質(zhì)子層（PMD），物理協(xié)議子層（PHY），介質(zhì)訪問控制（MAC），層管理（LMT）四個(gè)部分，如圖1所示。由于雙環(huán)結(jié)構(gòu)和鏈路監(jiān)控技術(shù)的采用，所以具有其強(qiáng)的容錯(cuò)能力，支持雙絞線，單模及多模光纖等傳輸介質(zhì)，所以FDDI技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)工程骨干網(wǎng)得到了很大的應(yīng)用。但是由于FDDI采用分組交換技術(shù)，鏈路層協(xié)議復(fù)雜分組信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延起伏很大，在重負(fù)載下，特別在流量超過60MPS時(shí)，時(shí)延急劇增加。目前FDDI技術(shù)還存在許多問題，如：它是一種共享帶寬網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議比較的復(fù)雜，安裝和管理相當(dāng)困難，有可能存在被價(jià)格較廉價(jià)的快速以太網(wǎng)取代，現(xiàn)在主要應(yīng)用于后端局域網(wǎng)，高速辦公室網(wǎng)，主干局域網(wǎng)。

IEEE802.2LLC

(邏輯鏈路控制)

MAC

（媒體訪問控制）

LMT

（層管理）

PHY

（物理層協(xié)議）

PMD

（物理媒體相關(guān)子層）

圖1FDDI體系結(jié)構(gòu)

3ATM技術(shù)（AsynchronousTransferMode）

自從20世紀(jì)80年代以來(lái)，跨越于LAN的互聯(lián)越來(lái)越多，同時(shí)人們對(duì)可視圖文，視頻電話，視頻會(huì)議，圖象傳輸?shù)韧ㄐ艠I(yè)務(wù)需求急增，最終導(dǎo)致了B-ISDN（寬帶綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)的問世，而B-ISDN服務(wù)要求有高速通道傳輸數(shù)字化的聲音，數(shù)據(jù)，視頻及多媒體信息，ATM（異步傳遞方式）技術(shù)支持B-ISDN服務(wù)的一種多工交換服務(wù)技術(shù)。

ATM技術(shù)是以分組傳送模式為基礎(chǔ)，綜合了分組交換和電路交換的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展而成的，它可以滿足各種通信業(yè)務(wù)的需求。其實(shí)質(zhì)是一種高速分組傳送模式，它將話音、數(shù)據(jù)和通信業(yè)務(wù)的信息分解成固定長(zhǎng)度（48字節(jié)）的數(shù)據(jù)塊，并在個(gè)數(shù)據(jù)塊前裝配地址、丟失優(yōu)先級(jí)、流量控制和HEC差錯(cuò)控制信息等構(gòu)成的一個(gè)信元頭（5字節(jié)），形成53字節(jié)的信元。它采用異步時(shí)分復(fù)用的方式將來(lái)自不同信息源的信元匯集到一起，在一個(gè)緩沖器內(nèi)排隊(duì)，隊(duì)列中的信元逐個(gè)輸出到傳輸線路上，信元的信頭中含有VPI/VCI（虛通道標(biāo)識(shí)符/虛信道標(biāo)識(shí)符）作為地址標(biāo)志，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)信頭中的標(biāo)志來(lái)轉(zhuǎn)移信元.

3．1ATM的傳輸機(jī)制

ATM是一種特殊的分組型傳遞方式，它建立在異步時(shí)分復(fù)用的基礎(chǔ)上，并采用固定長(zhǎng)度的信元，當(dāng)用戶希望通過ATM網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)是，首先通過信令向目的站提出建立虛連接的請(qǐng)求，同時(shí)給出該連接需要的Aos參數(shù)，如此要求能夠滿足，則建立連接，發(fā)送端得到一個(gè)VPI/VCI，此時(shí)發(fā)送端就可以通過這條虛連接將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端，當(dāng)數(shù)據(jù)經(jīng)過ATM交換機(jī)時(shí)，要進(jìn)行VP，VC交換，這時(shí)，信元頭中的VPI，VCI被賦予新值，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，虛連接被拆除。

3.2ATM的主要優(yōu)點(diǎn)

3.2.1ATM以信元(cell)為基本傳輸單位。信元由信頭和信息段組成。ATM通過信頭來(lái)識(shí)別通路。在這種方式中，只要信道空閑，便將信元投入信道。這有利于提高信道利用率。

3.2.2能支持不同速度的各種業(yè)務(wù)。

3.2.3所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，以保持電路交換適合于傳送實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。

3.2.4由于光纖信道的誤碼率極低，且容量很大，所以在ATM網(wǎng)不必在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制（放在高層處理），明顯地提高了信元在網(wǎng)絡(luò)中的傳送速率。

而ATM的主要缺點(diǎn)就是技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備價(jià)格昂貴，并且標(biāo)準(zhǔn)還在開發(fā)中，未完全確定，此外，因?yàn)樗侨碌募夹g(shù)，在網(wǎng)絡(luò)升級(jí)時(shí)幾乎要換掉現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)上所有的設(shè)備，目前的主要應(yīng)用是作為Internet的高速主干網(wǎng)，在局域網(wǎng)中的應(yīng)用還不如快速交換以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)。

3．3ATM分層結(jié)構(gòu)

B-ISDND的ATM協(xié)議模型如圖3，包括了三個(gè)平面：用戶平面支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，流量控制，差錯(cuò)控制；控制平面主要用于連接管理；管理平面用來(lái)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)與執(zhí)行操作功能。在每個(gè)平面上采用了OSI的分層方法，分層相對(duì)獨(dú)立，分為物理層，ATM層，ATM適配層（AAL）和高層。

圖3B-ISDNATM協(xié)議參考模型

4IP技術(shù)

IP技術(shù)是InternetProtocol的簡(jiǎn)稱,其主要功能有：無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)傳送、數(shù)據(jù)報(bào)路由選擇671和差錯(cuò)控制.IP協(xié)議提供主機(jī)間不可靠、無(wú)連接數(shù)據(jù)傳送;IP協(xié)議具有其它通信協(xié)議所沒有的突出優(yōu)點(diǎn),一是IP為一種網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議,容易實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連;二是IP采用無(wú)連接技術(shù),適于電子郵件、信息檢索等非實(shí)時(shí)短報(bào)文通信;三是具有統(tǒng)一的尋址體系,網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性強(qiáng);四是IP協(xié)議采用獨(dú)立服務(wù)的模塊化結(jié)構(gòu),可以支持多種不同應(yīng)用,業(yè)務(wù)擴(kuò)充便利。

但是IP技術(shù)也有一些不盡如人意的地方，目前IP技術(shù)面臨的主要問題是地址空間、服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)安全問題。其中歸根到底是IP技術(shù)的控制和管理問題。就IP技術(shù)本身而言，目前IPv4的許多問題都可以通過IPv6解決，所以IPv6是一個(gè)發(fā)展方向,而至于IP地址空間，它們也可以采用地址翻譯、動(dòng)態(tài)IP地址等手段進(jìn)行緩解。而影響IP技術(shù)發(fā)展的重要因素之一是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。IP技術(shù)在骨干網(wǎng)已經(jīng)開始占據(jù)重要地位，現(xiàn)在的問題是，IP技術(shù)希望進(jìn)入無(wú)線領(lǐng)域，提出全I(xiàn)P網(wǎng)的概念。但問題是IP還是不能保證服務(wù)質(zhì)量，雖然統(tǒng)計(jì)服務(wù)質(zhì)量的概念可以改善QoS，但是對(duì)無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)而言，由于帶寬和內(nèi)容的苛求，使他們對(duì)QoS的要求可能會(huì)更高。

5千兆位以太網(wǎng)

千兆位以太網(wǎng)是在10Mb/s或100Mb/s以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，不僅使系統(tǒng)增加了帶寬，同時(shí)還帶來(lái)了服務(wù)質(zhì)量的功能，千兆位以太網(wǎng)提供全雙工或半雙工工作模式,在半雙工的情況下,千兆位以太網(wǎng)繼續(xù)采用CS-MA/CD(具有避免沖突的載波偵聽多路存取)存取協(xié)議.它具有優(yōu)越的性能價(jià)格比，同時(shí)千兆位以太網(wǎng)保留了802.3和以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),用戶能夠在保留現(xiàn)有應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)、IP,IPX及AppleTalk等協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)與工具的同時(shí),方便地升級(jí)至千兆位以太網(wǎng)，還易于與已有網(wǎng)絡(luò)以及已有應(yīng)用進(jìn)行集成。

5．1千兆位以太網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)與功能模塊：

圖2描繪了千兆位以太網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)與功能模塊，從中可知，其協(xié)議結(jié)構(gòu)包括MAC子層與PHY層兩部分，MAC子層實(shí)現(xiàn)了CSMA/CD媒體訪問控制方式和全雙工/半雙工的處理方式，PHY層包括了編碼/譯碼，收發(fā)器以及媒體三個(gè)模塊，還包括了MAC子層與PHY子層連接的邏輯“與媒體無(wú)關(guān)的接口”。

圖2千兆位以太網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)與功能模塊

5．2千兆位以太網(wǎng)按PHY層分類

綜合PHY層上的功能，千兆位以太網(wǎng)可歸納成兩種實(shí)現(xiàn)技術(shù)，1000BASEX和1000BASET，如圖3，其中1000BASEX為千兆位以太網(wǎng)中易實(shí)現(xiàn)的方案，雖然包括了1000BASECX，LX和SX，但其PHY層中的編碼/譯碼方案為共同的，均采用了8B/10B的編碼/譯碼方案。

圖3千兆位以太網(wǎng)的1000BASEX與1000BASET

1997年2月3日，IEEE確定了千兆以太網(wǎng)的核心技術(shù)，1998年6月正式通過千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3z，今后將完成另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ab。802.3z千兆以太網(wǎng)任務(wù)組的主要目標(biāo)是開發(fā)可以完成下列功能的千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：

允許以1Gb／s的速率進(jìn)行半雙工、全雙工操作。

使用802．3以太網(wǎng)幀格式。

使用CSMA／CD訪問方式。

與10BASE-T、10BASE-T技術(shù)的地址向后兼容。

為了能夠進(jìn)行沖突檢測(cè)，千兆位以太網(wǎng)采用了載波延伸的方法，就是最短幀長(zhǎng)64字節(jié)仍不變（保持兼容性），凡發(fā)送的幀長(zhǎng)不足512字節(jié)，就在其向填充些特殊字符。但當(dāng)原來(lái)64字節(jié)的幀填充到512字節(jié)，填充的448字節(jié)就會(huì)浪費(fèi)，為此千兆位以太網(wǎng)增加了“分組突發(fā)”功能，就是當(dāng)很多短幀要發(fā)送時(shí)，第一短幀用載波延伸的方法進(jìn)行填充，隨后的一些短幀就一個(gè)一個(gè)的發(fā)送，這樣就形成了一串分組的突發(fā)，直到達(dá)到1500字節(jié)為此。

為了加快千兆網(wǎng)絡(luò)的普及和推廣，吉兆通信全面采用千兆網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的QoS服務(wù)質(zhì)量、安全性和智能化管理應(yīng)用等千兆以太網(wǎng)新技術(shù)，推出了覆蓋網(wǎng)絡(luò)接入層、匯聚層和骨干層的Berkli2000、3000、4000系列千兆多層以太網(wǎng)交換機(jī)。

同時(shí)千兆位以太網(wǎng)也存在一些問題，距離限制將制約在大型校園網(wǎng)骨干網(wǎng)中心的部署，設(shè)備昂貴以及標(biāo)準(zhǔn)的未確定也是眾多的用戶處于觀望階段。

6結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)帶寬將更高、網(wǎng)絡(luò)兼容性將更好、網(wǎng)絡(luò)傳輸距離將更寬，當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)成本更低.高速網(wǎng)絡(luò)將更加開放、高度集成、超高速率和智能化.也就是說(shuō),未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)不得不具備處理比以往更多的數(shù)據(jù)和更大文件的能力，客戶機(jī)/服務(wù)器軟件將繼續(xù)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使其具有更好的響應(yīng)和運(yùn)載大量數(shù)據(jù)的能力，電子郵件，電子映像和電子報(bào)表的廣泛使用將對(duì)帶寬產(chǎn)生額外的需求。同時(shí)未來(lái)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)必須提供幾乎無(wú)限的帶寬，才能處理計(jì)算機(jī)應(yīng)用的預(yù)期增長(zhǎng)。SONET和ATM使目前最有可能支持未來(lái)高速網(wǎng)絡(luò)的侯選技術(shù)。

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