局域網（ LocalAreaNetwork ， LAN ）是將分散在有限地理范圍內的多臺計算機通過傳輸媒體連接起來的通信網絡，通過功能完善的網絡軟件，實現計算機之間的相互通信和資源共享；

廣域網（ WideAreaNetwork ， WAN ）是在傳輸距離較長的前提下所發展的相關技術的集合，用于將大區域范圍內的各種計算機設備和通信設備互聯在一起，組成一個資源共享的通信網絡。

1 局域網基礎知識

當今的計算機網絡技術中，局域網已經占據了相當顯著的地位。局域網通常具備以下特點：
（1）地理分布范圍較小，一般為數百米至數千米的區域范圍之內。
（2）數據傳輸速率高，早期的局域網數據傳輸速率一般為 10Mbps ～ 100Mbps ，目前， 1000Mbps 的局域網已經非常普遍，可適用于語音 、 圖像 、 視頻等各種業務數據信息的高速交換。
（3）數據誤碼率低，這是因為局域網通常采用短距離基帶傳輸，可以使用高質量的傳輸媒體，從而提高數據傳輸質量。
（4）一般以 PC 為主體，還包括終端和各種外設，網絡中一般不架設主骨干網系統。
（5）協議相對簡單 、 結構靈活，建網成本低 、 周期短，便于管理和擴充。構成局域網的網絡拓撲結構主要有星形結構 、 總線結構 、 環形結構和網狀結構。

（1）星形結構

如圖1所示，星形結構方式的網絡在直觀上就很容易理解，就像是一張蜘蛛網，中間是一個樞紐（網絡交換設備），所有的節點都連接到這個樞紐上，最終組成一個星形的拓撲結構的網絡。目前一般辦公室的局域網便是該結構。

（2）總線結構

如圖 2 所示，采用總線結構方式的網絡，是由一條共享的通信線路將所有節點連接在一起，這條共享的通信線路可以是一根同軸電纜或其他介質。

（3）環形結構

如圖 3 所示，環形結構方式的網絡，與總線結構類似，也是由一條共享的通信線路將所有節點連接在一起。不同的是，環形結構中的共享線路是閉合的，即它將所有的節點排列成一個環，每個節點只與其兩個鄰居直接相連。若一個節點想要給另一個節點發送信息，消息報文必須經過它們之間的所有節點。

（4）網狀結構

如圖 4 所示，網狀結構方式的網絡就是任何節點彼此之間都會由一根物理通信線路相連，任何節點出現故障都不會影響到其他節點。采用這種拓撲結構方式的網絡的布線比較麻煩，而且網絡建設的成本也很高，控制方法也很復雜。在實際應用中，一般很少見到這種網絡。

2 無線局域網

無線局域網（ Wireless Local Area Networks ， WLAN ）主要運用射頻（ Radio Frequency ， RF ）技術取代原來局域網系統中必不可少的傳輸介質（例如，同軸電纜 、 雙絞線等）來完成數據的傳送任務，有了 WLAN ，用戶不必因使用有線傳輸介質而破壞原有的工作環境，可根據需要調整網絡節點的位置。同時，便攜式計算機更容易接入局域網，這擴大了計算機網絡的應用能力和領域。

2.1 拓撲結構

無線局域網可分為兩大類，分別是有接入點模式（基礎設施網絡）和無接入點模式 Adhoc 網絡。

（1）基礎設施網絡

整個網絡都使用無線通信的方式，但系統中存在接入點（ Access Point ， AP ），通過接入點將一組節點邏輯上聯系在一起，形成一個局域網。 AP 的作用與網橋類似，負責在 802.11 和 802.3 的 MAC 協議之間進行轉換。一個 AP 復蓋的部分稱為一個基本業務域，而 AP 控制的所有節點組成一個基本業務集，由兩個以上的基本業務域可以組成一個分布式系統。

（2）Ad hoc 網絡

整個網絡都使用無線通信的方式，直接通過無線網卡實現點對點連接。與基礎設施網絡相比， Adhoc 網絡中并沒有 AP 這樣的設備，可擴展性和靈活性更好，但路由和協調控制等技術都難以解決。

在大多數情況下，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絡上，以使無線用戶能夠訪問網絡的各部分。

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開發了一組標準，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 、 科學和醫學）頻段上的擴頻通信方式，總數據傳輸速率設計為 2Mbps。 而在 MAC 層采取了載波偵聽多路訪問 / 沖突避免協議（ 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的業務主要限于數據存取，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，就產生了 802.11a 和 802.11b 兩個分支，后來又陸續推出了802.11g 、 802.11n 、 802.11ac的標準，主要是以物理層的不同作為區分，它們的區別直接表現在工作頻段和數據傳輸率 、 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 規定使用 802.1x 認證和密鑰管理方式。

2.3 3G 通信技術

3G 是第三代移動通信及其技術的簡稱，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）為主的歐洲廠商，日本公司也或多或少參與其中。這套系統能夠架設在 GSM 網絡上，對于系統提供商而言，可以較輕易地過渡。因此， WCDMA 具有先天的市場優勢。目前，中國聯通獲得基于 WCDMA 技術制式的 3G 業務經營許可 。

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，韓國現在成為該標準的主導者。這套系統是從窄頻 CDMA One 數字標準衍生出來的，可以從原有的 CDMA One 結構直接升級到 3G ，建設成本低廉。但目前使用 CDMA 的地區只有日本 、 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技術制式的 3G 業務經營許可。

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融于其中，在頻譜利用率 、 對業務支持具有靈活性 、 頻率靈活性及成本等方面具有獨特優勢。另外，由于中國龐大的市場，該標準受到各大主要電信設備廠商的重視，全球一半以上的設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 技術制式的 3G 業務經營許可。

2.4 4G 通信技術

4G 是第四代移動通信及其技術的簡稱，是集 3G 與 WLAN 于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像且圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品。 4G 系統能夠以 100Mbps 的速度下載，比撥號上網快 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的要求。此外， 4G 可以在 DSL 和有線電視調制解調器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區。很明顯， 4G 有著不可比擬的優越性。

DSL（Digital Subscriber Line）的中文名是數字用戶線路，是以電話線為傳輸介質的傳輸技術組合。

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 、 中興通信 、 中國移動等業者所共同開發的第四代（ 4G ）移動通信技術與標準 。 TDD 即時分雙工（ Time Division Duplexing ），是移動通信技術使用的雙工技術之一，與 FDD 頻分雙工相對應。 TD - LTE 與TD-SCDMA 實際上沒有關系， TD- LTE 是 TDD 版本的 LTE 的技術， FDD - LTE 的技術是 FDD 版本的 LTE 技術。TD - SCDMA 是 CDMA （碼分多址）技術， TD- LTE 是 OFDM （正交頻分復用）技術。兩者從編解碼 、 幀格式 、 空口 、 信令，到網絡架構，都不一樣。

（2）FDD-LTE（Frequency Division Duplexing Long Term Evolution）

FDD-LTE 即頻分雙工長期演進，目前該標準的產業發展領先于TD-LTE。 FDD-LTE 已成為當前世界上采用的國家及地區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 ，即全球微波互聯接入， WiMAX 的另一個名字是IEEE 802.16 。 WiMAX 技術既被納入到了 3G 技術，也被納入到了 4G 技術 。

802.16 工作的頻段采用的是無需授權頻段，范圍在 2GHz 至 66GHz 之間，而 802.16a 則是一種采用 2G 至 11GHz 無需授權頻段的寬帶無線接入系統，其頻道帶寬可根據需求在 1.5M 至 20MHz 范圍進行調整，具有更好高速移動下無縫切換的 IEEE 802.16m 的技術正在研發。因此， 802.16 所使用的頻譜可能比其他任何無線技術更豐富， WiMAX 具有以下優點：

對于已知的干擾，窄的信道帶寬有利于避開干擾，而且有利于節省頻譜資源 。

靈活的帶寬調整能力，有利于運營商或用戶協調頻譜資源。

WiMAX 所能實現的 50 公里的無線信號傳輸距離是無線局域網所不能比擬的，網絡復蓋面積是 3G 發射塔的 10 倍，只要少數基站建設就能實現全城復蓋，能夠使無線網絡的復蓋面積大大提升。不過 WiMAX 網絡在網絡復蓋面積和網絡的帶寬上優勢巨大，但是其移動性卻有著先天的缺陷，無法滿足高速(≧ 50 km/h)下的網絡的無縫鏈接。

2.5 5G 通信技術

第五代移動通信技術（英語：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，簡稱5G或5G技術）是最新一代蜂窩移動通信技術，也是即4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統之后的延伸。

5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接。

5G網絡是數字蜂窩網絡，在這種網絡中，供應商覆蓋的服務區域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區域。表示聲音和圖像的模擬信號在手機中被數字化，由模數轉換器轉換并作為比特流傳輸。蜂窩中的所有5G無線設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器（發射機和接收機）進行通信。收發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絡和互聯網連接。與現有的手機一樣，當用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時，他們的移動設備將自動“切換”到新蜂窩中的天線。

5G網絡特點：

峰值速率需要達到Gbit/s的標準，以滿足高清視頻，虛擬現實等大數據量傳輸。

空中接口時延水平需要在1ms左右，滿足自動駕駛，遠程醫療等實時應用。

超大網絡容量，提供千億設備的連接能力，滿足物聯網通信。

頻譜效率要比LTE提升10倍以上。

連續廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達到100Mbit/s。

流量密度和連接數密度大幅度提高。

系統協同化，智能化水平提升，表現為多用戶，多點，多天線，多攝取的協同組網，以及網絡間靈活地自動調整。

（1）無線傳輸技術

大規模MIMO技術：基站使用幾十上百根天線，波束窄，指向性傳輸，高增益，抗干擾，提高頻譜效率；

非正交多址技術：NOMA、MUSA、PDMA、SCMA等非正交多址技術，進一步提升系統容量。支持上行非調度傳輸，減少空口時延，適應低時延要求；

全雙工通信技術：是一項通過多重干擾消除實現信息同時同頻雙向傳輸的物理層技術，有望成倍提升無線網絡容量；
4、 新型調制技術：濾波器組正交頻分復用，支持靈活的參數配置，根據需要配置不同的載波間隔，適應不同傳輸場景；

新型編碼技術：LDPC編碼和polar碼，糾錯性能高；

高階調制技術：1024QAM調制，提升頻譜效率。

（2）網絡技術

網絡切片技術：基于NFV和SDN技術，網絡資源虛擬化，對不同用戶不同業務打包提供資源，優化端到端服務體驗，具備更好的安全隔離特性。

邊緣計算技術：在網絡邊緣提供電信級的運算和存儲資源，業務處理本地化，降低回傳鏈路符合，減小業務傳輸時延。

面向服務的網絡體系架構：5G的核心網采用面向服務的架構構建，資源粒度更小，更適合虛擬化。同時，基于服務的接口定義，更加開放，易于融合更多的業務。

3 網絡接入技術

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 ，公用交換電話網絡）是指利用電話線撥號接入 Internet ，通常計算機需要安裝一個 Modem （調制解調器），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 ，綜合業務數字網）俗稱 “ 一線通 ” ，是在電話網絡的基礎上構造的純數字方式的綜合業務數字網，能為用戶提供包括語音 、 數據 、 圖像和傳真等在內的各類綜合業務。 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指代一個數據通道。它可實現兩個終端同時通信，例如在上網的同時可以撥打電話或收發傳真，就像兩條電話線一樣。 2B+D 是為了解決語音與與同步傳輸的產品，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 ，非對稱數字用戶線路）的服務端設備和用戶端設備之間通過普通的電話線連接，無須對入戶線纜進行改造，就可以為現有的大量電話用戶提供 ADSL 寬帶接入。隨著標準和技術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。

FTTx 技術。隨著光纖通信技術的平民化，以及高速以太網的發展，現在許多寬帶智能小區就是采用以千兆以太網技術為主干，充分利用光纖通信技術完成接入的。實現高速以太網的寬帶技術常用的方式是 FTTx + LAN（光纖 + 局域網），根據光纖深入用戶的程度，可以分為五種，分別是 FTTC （ Fiber To The Curb ，光纖到路邊） 、 FTTZ（ Fiber To The Zone ，光纖到小區） 、 FTTB（ Fiber To The Building ，光纖到樓） 、 FTTF（ Fiber To The Floor ，光纖到樓層）和 FTTH （ Fiber To The Home ，光纖到戶）。

無源光纖網絡（ Passive Optical Network ， PON ）技術。 PON 是實現 FFTB 的關鍵技術，在光分支點不需要節點設備，只需安裝一個簡單的光分支器即可，因此，具有節省光纜資源 、 帶寬資源共享 、 節省機房投資 、 設備安全性高 、 建網速度快和綜合建網成本低等優點。目前， PON 主要有APON （ ATM PON ）和EPON （Ethernet PON ）兩種。APON 選擇 ATM 和 PON 作為網絡協議和平臺，其上下行方向的信息傳輸都采用 ATM 傳輸方案，下行速率為 622Mbps 或 155Mbps ，上行速率為 155Mbps 。光節點到前端的距離可長達 10 ～ 20km ，或者更長。采用無源雙星形拓撲結構，使用時分復用和時分多址技術，可以實現信元中繼 、 局域網互聯 、 電路仿真 、 普通電話業務等；EPON 是以太網技術發展的新趨勢，其下行速率為 100Mbps或者 1000Mbps，上行為 100Mbps。在EPON 中，傳送的是可變長度的數據包，最長可為 65535 個字節，簡化了網絡結構 、 提高了網絡速度。

（5）同軸+光纖接入

同軸光纖技術（ Hybrid Fiber-Coaxial ， HFC ）是將光纜敷設到小區，然后通過光電轉換節點，利用有線電視（ Community Antenna Television ， CATV ）的總線式同軸電纜連接到用戶，提供綜合電信業務的技術。這種方式可以充分利用 CATV 原有的網絡，由于具有建網快 、 造價低等特點，使其逐漸成為最佳的接入方式之一。 HFC 是由光纖干線網和同軸分配網通過光節點結合而成，一般光纖干線網采用星形結構，同軸電纜分配網采用樹形結構。

HFC 的用戶端需要使用一個稱為 CableModem （電纜調制解調器）的設備，它不單純是一個調制解調器，還集成了調諧器 、 加 / 解密設備 、 橋接器 、 網絡接口卡 、 虛擬專網代理和以太網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 采用頻分復用技術和 64QAM 調制，其上行速率已達 10Mbps 以上，下行速率更高。

總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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