7. 新型通信网网络类型概述*

新型通信网网络类型概述*

本节内容大多来源于互联网，作为后续学习补充之用。

接入网

有线接入网(光网络)

无源光网络架构(PON)是基于光纤通信的光传输接入网架构，取代了原本的ASDL接入方式。
PON架构的拓扑图：
LAN|-ONU(光网络单元)-Splitter(分线器)-OLT(光线路终端/光线路设备)|-IP/PSTN

PON提供点到多点的光纤接入，由局侧的OLT（光线路终端/光线路设备）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA方式，组成点到多点树形拓扑结构。
PON作为光接入技术最大的亮点是“无源”，ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，管理维护运营成本较低。

EPON和GPON

EPON和GPON分别是由IEEE和国际电联分别制定的两种不同的标准。
EPON的标准是IEEE的802.3ah，IEEE制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON的标准化工作，最小程度地扩充标准以太网的MAC协议。因此EPON可以直接接入以太网。
GPON的标准是ITU-TG.984系列标准，GPON标准的制订考虑了对传统TDM业务的支持，继续采用125ms固定帧结构，以保持8K定时延续。为了支持ATM等多协议，GPON有一种全新的封装模式可以把ATM和其他协议的数据混合封装成帧。
EPON是非对称的，其上下行速率不同，而GPON是对称网络。
在时间上，EPON由于先出，因此在市场上占有优势，使用率更高，相对地，GPON的使用率更低。
在应用上，GPON比EPON带宽更大，它的业务承载更高效、分光能力更强，可以传输更大带宽业务，实现更多用户接入，更注重多业务和QoS保证，但实现更复杂，这样就是导致其成本相对EPON也较高，但随着GPON技术的大规模部署，GPON和EPON成本差异在逐步缩小。

10GEPON

10GEPON/10GPON也称为XG-PON，是基于GPON的拓展、GPON/EPON的后续演进。在EPON/GPON之上从软件和板卡等硬件上进行了升级换代，10G PON可以提供10Gbit/s的可用带宽。

无线接入网

无线通信频率和基站设置

电信的FDD 4G拥有三个频段：800M/1.8G/2.1G。三种频段对应有三种不同的基站。
穿透性：800M>1.8G>2.1G，因此800MHz基站主要用于增加覆盖面积，主要用于农村地区覆盖（现在也常见于城市）。
带宽：800M<1.8G<2.1G，因此2.1GHz基站用于提高QoS，（4G中主要用于做载波聚合，5G的覆盖大多为2.1GHz）。

室内场景

传统室分技术：DAS

室内分布式天线系统(DAS,Distributed Antenna System)。信源信号经过馈线、无源器件等传输到无源天线，全链路为无源网络。DAS又分为单路DAS和双路DAS。
单路DAS最初级，只有一条链路的单通道传输路径，不支持MIMO，多见于2G和3G时代。双路DAS在单路DAS的基础上增加了一条独立的传输链路，使其可以支持2×2 MIMO，满足4G的室内通信需求。

新型室分技术

• 数字化室分
  数字化室分(DIS,DIS Digital Indoor System)最大的特点是，代替传统室分的射频馈线传输模拟信号，而采用光纤或网线传输数字信号，其可将多路信号合并传输，并在末端支持双通道功率独立可调输出，保障双通道MIMO性能。

• 皮基站
  随着5G频段越来越高，宏基站信号传输面临更大的链路损耗问题，室内信号覆盖不足。一边是5G更高的频段导致室外宏站信号难以抵达室内，一边是越来越多的业务和流量需求发生在室内。单纯增加宏基站覆盖，成本难以承受。
  皮基站的波长数量级在皮米左右，由此得名，其覆盖范围为20-50米。相比于宏基站其体积小、重量轻，支持多种回传组网方式，安装的灵活性更高，能够实现对重点场景进行网络覆盖的补充。
  皮基站采用网线（传统室分是馈线），材料成本也大幅降低，而且比传统室内少了很多机房配套设施，同样降低了成本。
  传统基站需要走PTN这样的专门的承载网络。但是皮基站除了PTN之外，甚至可以通过GPON或Internet连接与核心网相连。

承载网

承载网对应TCP/IP协议栈的下三层，其上的设备大多都是透传设备，只负责承载数据，不处理数据。承载网相当于传输网、IP网的总称。

传输网

光传输网

IP网络中设备之间的连接以有线连接为主，为了减小光在光纤中的传输衰减，传输路径中会增加各种中继设备，此外为了保证传输网络的可靠性，这些中继设备也需要用Mesh方式连接，这样一个基于光信号的波长复用和信号放大，而且可以冗余的网络，称之为光传输网络(OTN,Optical Transmission Network)。在现在的语境下，OTN主要指以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，也称为波分网络。

• 光缆
  光传输网的介质是光纤，有关光纤的一些指标：纤芯使用率、纤芯利用率。
  纤芯利用率是光纤芯长度实占数量和纤芯长度总数量之比。纤芯利用率可以通过更换双芯光纤、提高波分复用率实现。

• FOADM和ROADM
  在光传输网络中，固定式光分叉复用器(FOADM,Fixed Optical Add-Drop Multiplexer)通过对特定波长的光解复用和对其他波长的光再复用实现使用波分复用的传输系统传输过程中特定波长光的解复用和光束的继续传输。FOADM的缺点是只能人工更改FOADM对波长的选择（该设备并不常用）。
  
  可重构光分插复用器(ROADM,Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)是一种光复用器。相比于FOAMDM，ROADM对波长的选择是可以程控灵活调整的。
  使用ROADM的光网络可以由网络管理系统动态调度、自动控制某个波长通过这个光节点或者从本地端口下路。

IP网

IP网是各运营商以IP技术构建的一张专网，用于承载对传输质量要求较高的业务（如软交换、视讯、重点客户VPN等）。
中国的四家运营商的IP网的架构组成最初为骨干网、省网和城域网，扁平化改造后取消了省网。
骨干网是由节点路由器及传输网组成的网络，对可靠性要求较高，采用基于Full-Mash的拓扑连接。骨干网分为核心层、汇聚层和接入层。
骨干核心层提供大区内省份流量的交换，并负责全网与国际Internet、国内其他运营商的互联。汇聚层负责汇接各省到骨干网的连接。接入层负责汇聚本省省际流量和出网流量。
按照IP骨干网的客户类型，一般可以分为用于普通互联网连接的IP骨干网和用于企业等客户的专用骨干网。
一般的IP网络中，根据其拓扑结构，可以把路由器分为接入路由器(AR,Access Router),边缘路由器(BR),核心路由器(CR, Core Router)。专用IP网络中，把整个网络中的路由器分为三类：用户边缘路由器(CE, Customer Edge)、运营商边缘路由器(PE, Provider Edge)和运营商骨干路由器(P)；其中，PE充当IP VPN接入路由器。

• 中国电信拥有两张IP网络：ChinaNet (CN1/163网)和CN2。
  其中ChinaNet主要定位于承载普通质量的互联网业务，而CN2则定位于承载企业VPN业务、中国电信的自营业务及高质量的互联网业务。如今CN2也无法满足专用高质量网络需求，进而有CN2-DCI等速度更快、更适合云服务的专用网络。
  
• 中国联通的IP骨干网有三个：来源于网通的CHINA169网（169网）的China169，以及由网通CNCNET演进的CUII（联通A网）和自家建设的UNINET（165网）演进的联通B网。
  China169网是公共互联网服务，而CUII主要提供国际和国内跨地市MPLS-VPN和大客户互联网专线任务的承载，常用于企业宽带和IDC，极少用于家用宽带。其后联通B网的业务逐渐也迁移到A网，B网逐渐弃用。
  
• 中国移动的IP骨干网名为CMNET。除了CMNET之外，中国移动还有IP专用承载网，简称IP专网，功能类似于CN2和CUII。
  
• 中国广电的骨干网目前只有CBNNET，服务于一般互联网连接。

DPI

深度数据包检测(DPI,Deep packet inspection)是一种数据报文过滤技术。
普通报文检测仅会分析数据报文的 IP 五元组（源地址、目的地址、源端口、目的端口以及协议类型）。
简而言之，所谓 “深度” 就是要看见数据流实际的业务内容。DPI 除了支持上述 L2-L4 的报文首部解析之外，还增加了对 L7 应用层有效载荷（Payload）的解析，可以识别各种应用类型及其内容。当 IP 数据包、TCP/UDP 数据流通过基于 DPI 技术的报文解析系统时，该系统通过深入读取 IP 报文所载荷的内容来对应用层信息进行重组，从而得到整个应用程序的内容，然后按照系统定义的管理策略对流量进行整形操作。
DPI可以实现：
- 业务识别
解析数据包的Payload来确定业务具体内容和信息。
- 业务统计
基于 DPI 的识别结果的，对一定时间内的流量行为进行统计，流量流向、业务占比、访问网站 TOPN 等。统计应用类型的使用比率调整该业务的服务优先级，统计用户正在使用哪种业务进行视频播放、即时通讯、购物支付以及游戏娱乐，也可以统计出消耗网络带宽的非法 P2P、VOIP 业务等等。
- 业务控制
可以根据既定的策略对网络进行配置，从而对业务流实现控制，主要包括转发流向、限制带宽、阻断、整形、丢弃等处理。

对于网络安全功能：则可以使用 DPI 技术来世界有效载荷（Payload）的内容。安全服务提供商，如：反垃圾邮件或者 Web 过滤服务等供应商，必须通过获取多个客户通信的实时可见的内容，以便迅速获取抵御威胁和攻击的信息。这样也要求内容级别的情报。
目前，由于DPI开销较大，导致应用场景十分有限，主要是用做对用户的特定类型的流量数据进行标记和分类以便进行大数据分析。

DHCP

在IP网络中，每个连接Internet的设备都需要分配唯一的IP地址。DHCP使网络管理员能从中心结点监控和分配IP地址。当某台计算机移到网络中的其它位置时，能自动收到新的IP地址。DHCP实现的自动化分配IP地址不仅降低了配置和部署设备的时间，同时也降低了发生配置错误的可能性。另外DHCP服务器可以管理多个网段的配置信息，当某个网段的配置发生变化时，管理员只需要更新DHCP服务器上的相关配置即可，实现了集中化管理。

DNS

DNS 是 Domain Name System 的缩写，用来解析特定域名对应的 IP。万维网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。

核心网

电路域

4G时期电路域为有线电话等提供支持，5G中已不存在电路域。
#### LMSDS
LMSDS是3G 软交换向4G全IP过渡时期的电路域演进。
3GPP Phase2的Step1拓扑结构如下图所示：

2G核心网中的MSC、HLR、SCP被取代，MSC演进为MSCe和MGW/MRFP两个网络实体，整个核心网分为承载和控制的两个平面： 控制相关的部分合在一起，成为传统移动域支持(LMSDS, Legacy Mobile Station Domain Support)，包括MSCe、HLRe、SCPe，“e”表示模拟/软化。LMSDS仍然使用电路交换域中的MAP协议，但是底层由TDM转变为IP。
另外一大块是承载相关的部分，包括MGW和MRFP，分别是媒体网关和媒体资源功能处理器。
HLRe具备HLR的所有功能（移动性管理和用户数据管理），同时具有AUC的功能（鉴权），通过SS7接入7号信令网。
MSCe具有MSC的各种业务控制功能。

MGW

媒体网关(Media Gateway, MGW)是软交换技术的其中一个核心组件，相当于原来交换机中的用户电路，执行交换任务。相比于用户电路，MGW是一个连接不同类型网络的单元，执行全异网络例如PSTN之间的转换。主要功能是不同传输之间的转换和译码技术。

分组域

核心网在4G时为EPC，具体见移动通信的课程笔记。

• MME的池化和裂化
  为实现负载分担，一组MME可组成一个MME Pool。在Pool内多个MME同时为相同的无线区域服务，Pool内MME与Pool区内所有eNodeB互联，Pool内MME之间实现资源共享，业务负荷承担。eNodeB获取MME的负荷权重，并结合负荷权重来为UE选择接入的MME。UE在MME池区域中的TA之间移动时，一般不需要更换为它提供服务的MME节点。此外，MME池化还有便于控制MME的优点。
  MME裂化，将一个MME的负载和容量分配到多个MME上，实现负载均衡。

• UE的附着
  UE 附着，即 UE 在进行实际业务之前在蜂窝网络中的注册过程，是一个必要的过程，用户只有在附着成功后才可以接收来自蜂窝网的服务。急紧呼叫则不需要附着过程，急紧呼叫在实际应用中不被认为是一种服务。

视讯网

CDN

内容分发网络(CDN, Content Delivery Network)是一种以存储换带宽的技术。CDN通过将内容存储到近用户端，减轻上层骨干网络的流量压力，避免硬件扩容，降低网络建设成本。

CDN将流媒体内容推送到IPTV、手机等终端上。通过EPG(电子节目指南)为用户提供界面和流媒体服务。
CDN中一个重要的衡量参数是并发数，用于衡量同时访问服务器站点的连接数。

IDC

IDC即是互联网数据中心(Internet Data Center)，是基于INTERNET网络，为集中式收集、存储、处理和发送数据的设备提供运行维护的设施以及相关的服务体系。
从概念上可以将IDC理解为公共的商业化的Internet“机房”，同时它也是一种IT专业服务，是IT工业的重要基础设施。IDC不仅是一个服务概念，而且是一个网络的概念，它构成了网络基础资源的一部分，就像骨干网、接入网一样，提供了一种高端的数据传输(DataDelivery)的服务和高速接入服务。
随着算力逐渐被重视，如今数据中心一词已经不常见，取而代之的是算力中心。