系统架构设计笔记(16)——局域网与广域网
局域網(wǎng)( LocalAreaNetwork , LAN )是將分散在有限地理范圍內(nèi)的多臺計算機通過傳輸媒體連接起來的通信網(wǎng)絡(luò),通過功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件,實現(xiàn)計算機之間的相互通信和資源共享;
廣域網(wǎng)( WideAreaNetwork , WAN )是在傳輸距離較長的前提下所發(fā)展的相關(guān)技術(shù)的集合,用于將大區(qū)域范圍內(nèi)的各種計算機設(shè)備和通信設(shè)備互聯(lián)在一起,組成一個資源共享的通信網(wǎng)絡(luò)。
1 局域網(wǎng)基礎(chǔ)知識
當今的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中,局域網(wǎng)已經(jīng)占據(jù)了相當顯著的地位。局域網(wǎng)通常具備以下特點:
(1)地理分布范圍較小,一般為數(shù)百米至數(shù)千米的區(qū)域范圍之內(nèi)。
(2)數(shù)據(jù)傳輸速率高,早期的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率一般為 10Mbps ~ 100Mbps ,目前, 1000Mbps 的局域網(wǎng)已經(jīng)非常普遍,可適用于語音 、 圖像 、 視頻等各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的高速交換。
(3)數(shù)據(jù)誤碼率低,這是因為局域網(wǎng)通常采用短距離基帶傳輸,可以使用高質(zhì)量的傳輸媒體,從而提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。
(4)一般以 PC 為主體,還包括終端和各種外設(shè),網(wǎng)絡(luò)中一般不架設(shè)主骨干網(wǎng)系統(tǒng)。
(5)協(xié)議相對簡單 、 結(jié)構(gòu)靈活,建網(wǎng)成本低 、 周期短,便于管理和擴充。構(gòu)成局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要有星形結(jié)構(gòu) 、 總線結(jié)構(gòu) 、 環(huán)形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
(1)星形結(jié)構(gòu)
如圖1所示,星形結(jié)構(gòu)方式的網(wǎng)絡(luò)在直觀上就很容易理解,就像是一張蜘蛛網(wǎng),中間是一個樞紐(網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備),所有的節(jié)點都連接到這個樞紐上,最終組成一個星形的拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。目前一般辦公室的局域網(wǎng)便是該結(jié)構(gòu)。
(2)總線結(jié)構(gòu)
如圖 2 所示,采用總線結(jié)構(gòu)方式的網(wǎng)絡(luò),是由一條共享的通信線路將所有節(jié)點連接在一起,這條共享的通信線路可以是一根同軸電纜或其他介質(zhì)。
(3)環(huán)形結(jié)構(gòu)
如圖 3 所示,環(huán)形結(jié)構(gòu)方式的網(wǎng)絡(luò),與總線結(jié)構(gòu)類似,也是由一條共享的通信線路將所有節(jié)點連接在一起。不同的是,環(huán)形結(jié)構(gòu)中的共享線路是閉合的,即它將所有的節(jié)點排列成一個環(huán),每個節(jié)點只與其兩個鄰居直接相連。若一個節(jié)點想要給另一個節(jié)點發(fā)送信息,消息報文必須經(jīng)過它們之間的所有節(jié)點。
(4)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
如圖 4 所示,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)方式的網(wǎng)絡(luò)就是任何節(jié)點彼此之間都會由一根物理通信線路相連,任何節(jié)點出現(xiàn)故障都不會影響到其他節(jié)點。采用這種拓撲結(jié)構(gòu)方式的網(wǎng)絡(luò)的布線比較麻煩,而且網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本也很高,控制方法也很復雜。在實際應(yīng)用中,一般很少見到這種網(wǎng)絡(luò)。
2 無線局域網(wǎng)
無線局域網(wǎng)( Wireless Local Area Networks , WLAN )主要運用射頻( Radio Frequency , RF )技術(shù)取代原來局域網(wǎng)系統(tǒng)中必不可少的傳輸介質(zhì)(例如,同軸電纜 、 雙絞線等)來完成數(shù)據(jù)的傳送任務(wù),有了 WLAN ,用戶不必因使用有線傳輸介質(zhì)而破壞原有的工作環(huán)境,可根據(jù)需要調(diào)整網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的位置。同時,便攜式計算機更容易接入局域網(wǎng),這擴大了計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用能力和領(lǐng)域。
2.1 拓撲結(jié)構(gòu)
無線局域網(wǎng)可分為兩大類,分別是有接入點模式(基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò))和無接入點模式 Adhoc 網(wǎng)絡(luò)。
(1)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)
整個網(wǎng)絡(luò)都使用無線通信的方式,但系統(tǒng)中存在接入點( Access Point , AP ),通過接入點將一組節(jié)點邏輯上聯(lián)系在一起,形成一個局域網(wǎng)。 AP 的作用與網(wǎng)橋類似,負責在 802.11 和 802.3 的 MAC 協(xié)議之間進行轉(zhuǎn)換。一個 AP 復蓋的部分稱為一個基本業(yè)務(wù)域,而 AP 控制的所有節(jié)點組成一個基本業(yè)務(wù)集,由兩個以上的基本業(yè)務(wù)域可以組成一個分布式系統(tǒng)。
(2)Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)
整個網(wǎng)絡(luò)都使用無線通信的方式,直接通過無線網(wǎng)卡實現(xiàn)點對點連接。與基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)相比, Adhoc 網(wǎng)絡(luò)中并沒有 AP 這樣的設(shè)備,可擴展性和靈活性更好,但路由和協(xié)調(diào)控制等技術(shù)都難以解決。
在大多數(shù)情況下,無線通信通常是作為有線通信的一種補充和擴展。在這種部署配置下,多個 AP 通過線纜連接在有線網(wǎng)絡(luò)上,以使無線用戶能夠訪問網(wǎng)絡(luò)的各部分。
Ad Hoc源自于拉丁語,意思是“for this”引申為“for this purpose only”,即“為某種目的設(shè)置的,特別的”意思。
2.2 IEEE 802.11 標準
IEEE 802 委員會為無線局域網(wǎng)開發(fā)了一組標準,即 IEEE 802 .11標準。其中定義了媒體訪問控制層( MAC 層)和物理層。物理層定義了工作在 2.4GHz 的 ISM ( Industrial Scientific Medical ,工業(yè) 、 科學和醫(yī)學)頻段上的擴頻通信方式,總數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計為 2Mbps。 而在 MAC 層采取了載波偵聽多路訪問 / 沖突避免協(xié)議( Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance ,CSMA / CA),即采用主動避免碰撞而非被動偵測的方式來解決沖突問題。
由于 IEEE 802 .11的業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取,在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要,因此, IEEE 在制定更高速度的標準時,就產(chǎn)生了 802.11a 和 802.11b 兩個分支,后來又陸續(xù)推出了802.11g 、 802.11n 、 802.11ac的標準,主要是以物理層的不同作為區(qū)分,它們的區(qū)別直接表現(xiàn)在工作頻段和數(shù)據(jù)傳輸率 、 最大傳輸距離等指標上。而工作在 MAC 層的標準又分為 IEEE 802 .11h 、 IEEE 802 .11e和 IEEE 802 .11i等 。802.11h 是 802.11a 的擴展,目的是兼容其他 5GHz 頻段的標準(例如,歐盟使用的 HyperLAN2 等); 802.11e 是 IEEE 為滿足 QoS 方面的要求而制定的標準; IEEE 802 .11i 規(guī)定使用 802.1x 認證和密鑰管理方式。
2.3 3G 通信技術(shù)
3G 是第三代移動通信及其技術(shù)的簡稱,其主流標準包括: WCDMA 、 CDMA 2000 和 TD-SCDMA 。
WCDMA ( Wideband CDMA ,寬頻 CDMA )的支持者主要是以 GSM ( Global System for Mobile Communications ,全球移動通信系統(tǒng))為主的歐洲廠商,日本公司也或多或少參與其中。這套系統(tǒng)能夠架設(shè)在 GSM 網(wǎng)絡(luò)上,對于系統(tǒng)提供商而言,可以較輕易地過渡。因此, WCDMA 具有先天的市場優(yōu)勢。目前,中國聯(lián)通獲得基于 WCDMA 技術(shù)制式的 3G 業(yè)務(wù)經(jīng)營許可 。
CDMA 2000 也稱為 CDMA Multi-Carrier ,以美國高通北美公司為主導提出,摩托羅拉 、 Lucent 和韓國三星公司都有參與,韓國現(xiàn)在成為該標準的主導者。這套系統(tǒng)是從窄頻 CDMA One 數(shù)字標準衍生出來的,可以從原有的 CDMA One 結(jié)構(gòu)直接升級到 3G ,建設(shè)成本低廉。但目前使用 CDMA 的地區(qū)只有日本 、 韓國和北美,所以 CDMA 2000的支持者不如 WCDMA 多。目前,中國電信獲得基于 CDMA 2000技術(shù)制式的 3G 業(yè)務(wù)經(jīng)營許可。
TD-SCDMA 標準是由中國大唐電信制定的 3G 標準,該標準將智能天線 、 同步 CDMA 和軟件無線電等技術(shù)融于其中,在頻譜利用率 、 對業(yè)務(wù)支持具有靈活性 、 頻率靈活性及成本等方面具有獨特優(yōu)勢。另外,由于中國龐大的市場,該標準受到各大主要電信設(shè)備廠商的重視,全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可以支持 TD-SCDMA 標準。目前,中國移動通信集團公司獲得基于 TD-SCDMA 技術(shù)制式的 3G 業(yè)務(wù)經(jīng)營許可。
2.4 4G 通信技術(shù)
4G 是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱,是集 3G 與 WLAN 于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像且圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。 4G 系統(tǒng)能夠以 100Mbps 的速度下載,比撥號上網(wǎng)快 2000 倍,上傳的速度也能達到 20Mbps ,并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。此外, 4G 可以在 DSL 和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署,然后再擴展到整個地區(qū)。很明顯, 4G 有著不可比擬的優(yōu)越性。
DSL(Digital Subscriber Line)的中文名是數(shù)字用戶線路,是以電話線為傳輸介質(zhì)的傳輸技術(shù)組合。
4G 標準主要有兩大方向,即 LTE ( Long Term Evolution )與 WiMAX ),而 LTE 又可進一步分為TD- LTE 與FDD- LTE 。
(1)TD-LTE(Time Division Long Term Evolution)
TD - LTE 即分時長期演進,是由阿爾卡特 - 朗訊 、 諾基亞西門子通信 、 大唐電信 、 華為技術(shù) 、 中興通信 、 中國移動等業(yè)者所共同開發(fā)的第四代( 4G )移動通信技術(shù)與標準 。 TDD 即時分雙工( Time Division Duplexing ),是移動通信技術(shù)使用的雙工技術(shù)之一,與 FDD 頻分雙工相對應(yīng)。 TD - LTE 與TD-SCDMA 實際上沒有關(guān)系, TD- LTE 是 TDD 版本的 LTE 的技術(shù), FDD - LTE 的技術(shù)是 FDD 版本的 LTE 技術(shù)。TD - SCDMA 是 CDMA (碼分多址)技術(shù), TD- LTE 是 OFDM (正交頻分復用)技術(shù)。兩者從編解碼 、 幀格式 、 空口 、 信令,到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),都不一樣。
(2)FDD-LTE(Frequency Division Duplexing Long Term Evolution)
FDD-LTE 即頻分雙工長期演進,目前該標準的產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先于TD-LTE。 FDD-LTE 已成為當前世界上采用的國家及地區(qū)最廣泛的終端種類最豐富的一種 4G 標準。其演進路線與速率為:GSM(9K)–>GPRS(42K)–>EDGE(172K)–>WCDMA(364K)–>HSDPA/HSUPA(14.4M)–>HSDPA+/HSUPA+(42M)–> FDD-LTE (300M)。
(3)WiMAX
WiMAX : Worldwide Interoperability for Microwave Access ,即全球微波互聯(lián)接入, WiMAX 的另一個名字是IEEE 802.16 。 WiMAX 技術(shù)既被納入到了 3G 技術(shù),也被納入到了 4G 技術(shù) 。
802.16 工作的頻段采用的是無需授權(quán)頻段,范圍在 2GHz 至 66GHz 之間,而 802.16a 則是一種采用 2G 至 11GHz 無需授權(quán)頻段的寬帶無線接入系統(tǒng),其頻道帶寬可根據(jù)需求在 1.5M 至 20MHz 范圍進行調(diào)整,具有更好高速移動下無縫切換的 IEEE 802.16m 的技術(shù)正在研發(fā)。因此, 802.16 所使用的頻譜可能比其他任何無線技術(shù)更豐富, WiMAX 具有以下優(yōu)點:
2.5 5G 通信技術(shù)
第五代移動通信技術(shù)(英語:5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation,簡稱5G或5G技術(shù))是最新一代蜂窩移動通信技術(shù),也是即4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系統(tǒng)之后的延伸。
5G的性能目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。
5G網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò),在這種網(wǎng)絡(luò)中,供應(yīng)商覆蓋的服務(wù)區(qū)域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區(qū)域。表示聲音和圖像的模擬信號在手機中被數(shù)字化,由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換并作為比特流傳輸。蜂窩中的所有5G無線設(shè)備通過無線電波與蜂窩中的本地天線陣和低功率自動收發(fā)器(發(fā)射機和接收機)進行通信。收發(fā)器從公共頻率池分配頻道,這些頻道在地理上分離的蜂窩中可以重復使用。本地天線通過高帶寬光纖或無線回程連接與電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)連接。與現(xiàn)有的手機一樣,當用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時,他們的移動設(shè)備將自動“切換”到新蜂窩中的天線。
5G網(wǎng)絡(luò)特點:
(1)無線傳輸技術(shù)
4、 新型調(diào)制技術(shù):濾波器組正交頻分復用,支持靈活的參數(shù)配置,根據(jù)需要配置不同的載波間隔,適應(yīng)不同傳輸場景;
(2)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
3 網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)
目前,接入 Internet 的主要方式有 PSTN、ISDN、ADSL、FTTx+LAN 和 HFC 接入等五種。
(1)PSTN 接入
PSTN ( Public Switching Telephone Network ,公用交換電話網(wǎng)絡(luò))是指利用電話線撥號接入 Internet ,通常計算機需要安裝一個 Modem (調(diào)制解調(diào)器),將電話線插入到 Modem 上,在計算機上利用撥號程序輸入接入號碼進行接入。 PSTN 的速度較低,一般低于 64Kbps。
(2)ISDN 接入
ISDN ( Integrated Services Digital Network ,綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))俗稱 “ 一線通 ” ,是在電話網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上構(gòu)造的純數(shù)字方式的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng),能為用戶提供包括語音 、 數(shù)據(jù) 、 圖像和傳真等在內(nèi)的各類綜合業(yè)務(wù)。 ISDN 的基本速率接口為 2B+D 信道,共 144Kbps 帶寬,一般使用 RJ45 接口。
2B指代兩個傳輸通道,D指代一個數(shù)據(jù)通道。它可實現(xiàn)兩個終端同時通信,例如在上網(wǎng)的同時可以撥打電話或收發(fā)傳真,就像兩條電話線一樣。 2B+D 是為了解決語音與與同步傳輸?shù)漠a(chǎn)品,但是由于本身所存在的缺陷(基本速率144kbps),所以后來逐漸被ADSL取代。
(3)ADSL 接入
ADSL ( Asymmetrical Digital Subscriber Loop ,非對稱數(shù)字用戶線路)的服務(wù)端設(shè)備和用戶端設(shè)備之間通過普通的電話線連接,無須對入戶線纜進行改造,就可以為現(xiàn)有的大量電話用戶提供 ADSL 寬帶接入。隨著標準和技術(shù)的成熟及成本的不斷降低, ADSL 日益受到電信運營商和用戶的歡迎,成為接入 Internet 的主要方式之一。
ADSL 的特點是上行速度和下行速度不一樣,并且往往是下行速度大于上行速度。目前,比較成熟的 ADSL 標準主要有兩種,分別是 G.DMT 和 G.Lite 。 G.DMT 是全速率的 ADSL 標準,提供 8Mbps 的下行速率和 1.5Mbps 的上行速率,但要求用戶安裝分離器,而 G.Lite 是一種速率較慢的 ADSL ,它不需要在用戶端進行線路的分離。 G.Lite 標準的最大下行速率為 1.5Mbps ,最大上行速率為 512Kbps。
(4)FTTx+LAN 接入
光纖通信是指利用光導纖維(簡稱為光纖)傳輸光波信號的一種通信方法,相對于以電為媒介的通信方式而言,光纖通信的主要優(yōu)點有傳輸頻帶寬,通信容量大;傳輸損耗小;抗電磁干擾能力強;線徑細 、 重量輕;資源豐富等。
(5)同軸+光纖接入
同軸光纖技術(shù)( Hybrid Fiber-Coaxial , HFC )是將光纜敷設(shè)到小區(qū),然后通過光電轉(zhuǎn)換節(jié)點,利用有線電視( Community Antenna Television , CATV )的總線式同軸電纜連接到用戶,提供綜合電信業(yè)務(wù)的技術(shù)。這種方式可以充分利用 CATV 原有的網(wǎng)絡(luò),由于具有建網(wǎng)快 、 造價低等特點,使其逐漸成為最佳的接入方式之一。 HFC 是由光纖干線網(wǎng)和同軸分配網(wǎng)通過光節(jié)點結(jié)合而成,一般光纖干線網(wǎng)采用星形結(jié)構(gòu),同軸電纜分配網(wǎng)采用樹形結(jié)構(gòu)。
HFC 的用戶端需要使用一個稱為 CableModem (電纜調(diào)制解調(diào)器)的設(shè)備,它不單純是一個調(diào)制解調(diào)器,還集成了調(diào)諧器 、 加 / 解密設(shè)備 、 橋接器 、 網(wǎng)絡(luò)接口卡 、 虛擬專網(wǎng)代理和以太網(wǎng)集線器的功能于一身,它無須撥號,可提供隨時在線的永遠連接。 HFC 采用頻分復用技術(shù)和 64QAM 調(diào)制,其上行速率已達 10Mbps 以上,下行速率更高。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的系统架构设计笔记(16)——局域网与广域网的全部內(nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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