三章广域网、局域网与城域网技术发展趋势
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计算机网络应用技术教程（第三版）
3.2 局域网技术
• 局域网技术发展的轨迹 • Ethernet的基本工作原理 • 高速Ethernet技术 • 交换式局域网与虚拟局域网技术 • 无线局域网技术研究与发展 • 蓝牙技术的研究与发展 • 无线个人区域网与IEEE 802.15.4标准
计算机网络应用技术教程（第三版）
（4）由于总线为多个节点共享，可能出现同 一时刻有两个以上节点通过总线发送数据的情况， 即产生冲突（collision）
计算机网络应用技术教程（第三版）
（5）在总线局域网技术中，必须解决多个 节点访问总线的介质访问控制（MAC）问题
介质访问控制方法是指控制多个节点利用 公共传输介质发送和接收数据的方法。它需要 解决以下3个问题： • 哪个节点可以发送数据 • 发送时是否会出现冲突 • 出现冲突怎么办？
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（2）具有认证和授权功能，确保用户和网络 资源的安全及合法使用 （3）提供计费功能，支持按上网时间、用户 流量或包月计费方式，支持实时计费 （4）支持VPN和防火墙，可以有效地保证网 络安全 （5）支持MPLS（Multi-Protocol Label Switching多协议标记交换） （6）能够方便、快速、灵活地适用用户和业 务的扩展
Newhall/
Cambridge Ring
令牌环形局域网
Token Ring：802.5
高速局域网 FE/GE/10GE
交换式局域网 Switched Ethernet
局域网互联 LAN Bridge
分布式数据接口 FDDI：802.6
虚拟局域网 VLAN
城域网 MAN
2汽问更01以使使以1环C发车控适世99a9太其其太7网m展公制用纪02b年网很显网年；r起8司方于i0，的快示、，1d到年设法传9gI传得出虚美7e了代计，输E4E输到竟拟国年R重，的而实Ei8介了争局加，n要局令令时0g2质各优域州英网的域牌牌要.3，种势网大国推，网总环求标提厂。的学剑动对领线网高准高 商 随 发 研 桥 作局域网和、中了的后展究大用域出，令通推以支，，了学网现形牌信出太持基使研N技了成总负了e网，于以制w术三线荷E1ht的相传太了0a的在该足采较hBle性应统网Sl令技鼎用重rEn价的以得-牌术立的的eTt比软太到的环应的是环与；件网更标网用局确境IB另，基为准的到面定，M公外硬础广，基城。型但司，件上泛使础域以的维研以产的的得上网太介护制太品高应普发互网 质 与的网对速用通展连采访实令协以以。双出中用问现牌议太太绞了。随控较环的网网线F机制困D网开的、可D介方难I和放支交作网质法。通性持换为，访，用，
广域网建设投资很大，通常由电信运营商 负责组建、运营与维护，为广大用户提供高质 量的数据传输服务。
广域网属于公共数据网络（public data network，PDN）的性质。
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二、广域网技术研究的重点是宽带核心 交换技术
早期的广域网主要用于大型计算机的互联。 用户终端接入到本地计算机系统，本地计算机 系统再接入广域网中。
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二、IEEE 802参考模型的演变
为解决局域网协议标准化的问题，IEEE在 1980年2月成立局域网标准委员会（简称IEEE802 委员会）专门从事局域网标准化的工作，并制定 了IEEE802标准。
由于局域网实现在是局部地区内计算机的互 连问题，所以IEEE委员会只研究OSI参考模型中 的数据链路层和物理层。
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二、光以太网（optical Ethernet）技术
传统的以太网主要通过传统的传输介质，实 现局域网内计算机的互连。传统以太技术存在着 许多不足： • 不提供端-端的包延时和包丢失率控制 • 不支持优先级服务 • 不能保证QoS（Quality of Service） • 不具备对用户的认证能力 • 不能分离网管信息和用户信息 • 按时间和流量计费困难
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1、光以太网的主要特征
2000年下半年，一些电信设备公司提出了 光以太的概念，采用光纤作为远距离传输介 质，将以太网技术从局域网扩大到城域网和 广域网，为运营商建造新一代的网络提供技 术支持。
可运营光以太网的设备的线路必须符合电 信网络99.999%的高运行可靠性，它具有以下 特征： （1）能够根据终端用户的实际应用需求分配 带宽，保证带宽资源充分、合理地应用
ASON的主要优点为： （1）允许将网络带宽资源动态分配给路由， 提高了带宽利用率，改善了系统性能。
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（2）降低了支持新业务配置管理软件的 要求，减少了运营和管理的成本。
（3）可以引入按需带宽配置的服务、分 级的带宽服务、动态波长分配租用业务、动 态路由分配与光层虚拟专用网络。
在广域网的发展过程中，用于构成广域网 的网络类型主要有：
（1）公共电话交换网、综合业务数字网、 ATM网
（2）X.25网、帧中继网 （3）光以太技术
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一、公共电话交换网
早期，人们利用电话交换网(public switching telephone network，PSTN)的模 拟信道，使用调制解调器(modem)这种设备， 通过拨号建立结点之间的线路连接的网络， 完成计算机之间的低速数据通信。
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1991年，帖中继网（frame replay，FR） 出现。帧中继网用光纤替代了传统电缆，因此 帧中继网中简化了X.25网络的协议。
帧中继网的设计目标主要是针对局域网之 间的互联。它采用面向连接的方式，以合理的 数据传输速率与低廉的价格为用户提供数据通 信服务。
由于帧中继网可以为用户提供一个“虚拟 租用线路”，并且只有该用户可以使用这条 “专线”，又引出了虚拟专用网络（virtual private network，VPN）的概念。
3.2.1 局域网技术发展的轨迹
一、局域网的发展简介
20世纪60年代末，
夏威夷大学研究 了一种以无线广 播方式工作的分 组交换网 Alohanet
随机访问型 无线分组网
ALOHANET
无线局域网 WLAN：802.11
以太网 Ethernet：802.3
局域网
LAN 令牌总线形局域网
环形局域网
Token Bus：802.4
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二、X.25网与帧中继网
1972年，X.25网问世。X.25是典型的分组 交换网。
由于X.25研究初期的通信线路不好，传输 速率低与误码率高，X.25协议要采取各种措施 解决通信质量问题。因此X.25协议结构复杂、 协议运行的效率不高。随着光纤的大规模应用， X.25网的缺点越来越明显。
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二、以太网的核心技术 -CSMA/CD介质访问控制方法
Ethernet的核心技术是： 带有冲突检测的载波侦听多路访问
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2、光以太网的技术优势
（1）组建同样规模的广域网或城域网，光 以太网的造价是SONET（Synchronous Optical Network同步光纤网）的1/5，是ATM的1/10
（2）IEEE已经对10M，100M，1G，10G 的以太网技术进行了标准化，随后将对100G的 以太网进行标准化，它能满足局域网、城域网、 广域网的各种需求。
本章学习要求
• 掌握：广域网技术 • 掌握：局域网技术 • 了解：宽带城域网技术
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3.1 广域网技术
• 广域网的主要特征 • 广域网技术发展的轨迹 • 光网络与光以太网技术
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3.1.1 广域网的主要特征
广域网具有以下两个最基本的特征： 一、广域网是一种公共数据网络
IEEE802标准的设计者提出将数据链路层划分 为逻辑链路控制子层（Logical Link Control） 与介质访问控制子层（Media Access Control）
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IEEE802委员会公布了很多标准，这些协议 可以分为以下3类： （1）IEEE 802.1：
子层与物理层
IEEE 802.11： 定义无线局域网访问控制子层与物理层
IEEE 802.15： 定义近距离个人无线网络访问控制子层与物
理层
IEEE 802.16： 定义宽带无线网络访问控制子层与物理层
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3.2.2 Ethernet的基本工作原理
一、总线形局域网的拓扑结构
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三、综合业务数字网
CCITT提出将语音、数据、图像等业务综合 在一个网中，即综合业务数字网(integrated service digital network，ISDN)
ISDN的主要目标： –提供支持各种通信服务的数字通信网络，在
不同国家采用相同标准 –为通信网络之间的数字传输提供标准 –提供一个标准的用户接口，使通信网络内部
随着Internet技术的发展，大量的广域网形 成了Internet的宽带、核心交换平台，再通过城 域网接入大量的局域网，构成新的层次型网络 结构。此时，广域网研究的重点是：保证服务 质量（quality of service，QoS）的宽带核心交 换技术。
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3.1.2 广域网技术发展的轨迹
变化对终端用户透明
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随着光纤、多媒体等技术的发展，人们对 数据传输速率的要求越来越高。在ISDN标准还 没有制定完成时，人们又提出了一种新型的宽 带综合业务数据网（broadband-ISND，BISDN)，目标是将语音、数据、静态与动态图 像的传输综合于一个通信网中，覆盖从低传输 速率到高传输速率的各中实时、非实时与突发 性的要求。
定义局域网体系结构、网络互连、网络管 理与性能测试 （2）IEEE 802.2：
定义逻辑链路控制(LLC)子层功能与服务 （3）不同介质访问控制技术的相关标准。
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不同技术的相关标准曾经多达16个，目前常 用的主要有4个：
IEEE 802.3： 定义Ethernet的CSMA/CD总线介质访问控制
由于传统的线路交换与分组交换都很难胜 任这种综合数据业务的需要，因此B-ISDN传输 网选择了ATM技术。
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四、ATM网
异步传输模式(asynchronous transfer mode，ATM)是一种分组交换技术
ATM采用信元（cell）作为数据传输单元， 信元是数据链路层的协议数据服务单元，具有 固定的长度的格式。
第二代传输网络在主干线路使用光纤，发 挥光纤的高带宽、低误码率、抗干扰等优点， 交换结点的电信号与光信号转换仍是带宽瓶颈
第三代全光网以光结点取代现有网络的电 结点，使用光纤将光结点互联成网，克服现有 网络在传输和交换时的瓶颈
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ASON的概念
自动交换光网络(automatic switched optical network，ASON) 引入智能控制方法， 解决光网络的自动路由发现、分布式呼叫连接 管理，以实现光网络的动态配置连接管理。
ATM以统计时分多路复用方式动态分配带宽， 能适应实时通信的要求
ATM没有链路之间的差错与流量控制，协议 简单、数据交换效率高
ATM的传输速率为155Mbps～2.4Gbps
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3.1.3 光网络与光以太网技术
一、光网络的研究
以网络传输介质发展作为传输网划代标准：
第一代传输网络以铜缆与无线射频为主， 在发展过程中无法逾越带宽的瓶颈问题
结点3
结点4
结点5
结点3
结点4
结点5
总线
结点1
结点2
(a)物理结构
总线 结点1
结点2
(b)拓扑结构
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总线Ethernet的主要特点是：
（1）所有节点都通过网卡连接到作为公共传 输介质的总线上
（2）总线通常采用双绞线或同轴电缆作为传 输介质
（3）所有节点都可通过总线发送或接收数据， 但一段时间内只允许一个节点通过总线发送数据。 当一个节点通过总线以“广播”方式发送数据时， 其他节点只能以“收听”方式接收数据。
3.2 局域网技术
• 局域网技术发展的轨迹 • Ethernet的基本工作原理 • 高速Ethernet技术 • 交换式局域网与虚拟局域网技术 • 无线局域网技术研究与发展 • 蓝牙技术的研究与发展 • 无线个人区域网与IEEE 802.15.4标准
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（4）由于总线为多个节点共享，可能出现同 一时刻有两个以上节点通过总线发送数据的情况， 即产生冲突（collision）
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（5）在总线局域网技术中，必须解决多个 节点访问总线的介质访问控制（MAC）问题
介质访问控制方法是指控制多个节点利用 公共传输介质发送和接收数据的方法。它需要 解决以下3个问题： • 哪个节点可以发送数据 • 发送时是否会出现冲突 • 出现冲突怎么办？
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（2）具有认证和授权功能，确保用户和网络 资源的安全及合法使用 （3）提供计费功能，支持按上网时间、用户 流量或包月计费方式，支持实时计费 （4）支持VPN和防火墙，可以有效地保证网 络安全 （5）支持MPLS（Multi-Protocol Label Switching多协议标记交换） （6）能够方便、快速、灵活地适用用户和业 务的扩展
Newhall/
Cambridge Ring
令牌环形局域网
Token Ring：802.5
高速局域网 FE/GE/10GE
交换式局域网 Switched Ethernet
局域网互联 LAN Bridge
分布式数据接口 FDDI：802.6
虚拟局域网 VLAN
城域网 MAN
2汽问更01以使使以1环C发车控适世99a9太其其太7网m展公制用纪02b年网很显网年；r起8司方于i0，的快示、，1d到年设法传9gI传得出虚美7e了代计，输E4E输到竟拟国年R重，的而实Ei8介了争局加，n要局令令时0g2质各优域州英网的域牌牌要.3，种势网大国推，网总环求标提厂。的学剑动对领线网高准高 商 随 发 研 桥 作局域网和、中了的后展究大用域出，令通推以支，，了学网现形牌信出太持基使研N技了成总负了e网，于以制w术三线荷E1ht的相传太了0a的在该足采较hBle性应统网Sl令技鼎用重rEn价的以得-牌术立的的eTt比软太到的环应的是环与；件网更标网用局确境IB另，基为准的到面定，M公外硬础广，基城。型但司，件上泛使础域以的维研以产的的得上网太介护制太品高应普发互网 质 与的网对速用通展连采访实令协以以。双出中用问现牌议太太绞了。随控较环的网网线F机制困D网开的、可D介方难I和放支交作网质法。通性持换为，访，用，
广域网建设投资很大，通常由电信运营商 负责组建、运营与维护，为广大用户提供高质 量的数据传输服务。
广域网属于公共数据网络（public data network，PDN）的性质。
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二、广域网技术研究的重点是宽带核心 交换技术
早期的广域网主要用于大型计算机的互联。 用户终端接入到本地计算机系统，本地计算机 系统再接入广域网中。
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二、IEEE 802参考模型的演变
为解决局域网协议标准化的问题，IEEE在 1980年2月成立局域网标准委员会（简称IEEE802 委员会）专门从事局域网标准化的工作，并制定 了IEEE802标准。
由于局域网实现在是局部地区内计算机的互 连问题，所以IEEE委员会只研究OSI参考模型中 的数据链路层和物理层。
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二、光以太网（optical Ethernet）技术
传统的以太网主要通过传统的传输介质，实 现局域网内计算机的互连。传统以太技术存在着 许多不足： • 不提供端-端的包延时和包丢失率控制 • 不支持优先级服务 • 不能保证QoS（Quality of Service） • 不具备对用户的认证能力 • 不能分离网管信息和用户信息 • 按时间和流量计费困难
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1、光以太网的主要特征
2000年下半年，一些电信设备公司提出了 光以太的概念，采用光纤作为远距离传输介 质，将以太网技术从局域网扩大到城域网和 广域网，为运营商建造新一代的网络提供技 术支持。
可运营光以太网的设备的线路必须符合电 信网络99.999%的高运行可靠性，它具有以下 特征： （1）能够根据终端用户的实际应用需求分配 带宽，保证带宽资源充分、合理地应用
ASON的主要优点为： （1）允许将网络带宽资源动态分配给路由， 提高了带宽利用率，改善了系统性能。
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（2）降低了支持新业务配置管理软件的 要求，减少了运营和管理的成本。
（3）可以引入按需带宽配置的服务、分 级的带宽服务、动态波长分配租用业务、动 态路由分配与光层虚拟专用网络。
在广域网的发展过程中，用于构成广域网 的网络类型主要有：
（1）公共电话交换网、综合业务数字网、 ATM网
（2）X.25网、帧中继网 （3）光以太技术
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一、公共电话交换网
早期，人们利用电话交换网(public switching telephone network，PSTN)的模 拟信道，使用调制解调器(modem)这种设备， 通过拨号建立结点之间的线路连接的网络， 完成计算机之间的低速数据通信。
计算机网络应用技术教程（第三版）
1991年，帖中继网（frame replay，FR） 出现。帧中继网用光纤替代了传统电缆，因此 帧中继网中简化了X.25网络的协议。
帧中继网的设计目标主要是针对局域网之 间的互联。它采用面向连接的方式，以合理的 数据传输速率与低廉的价格为用户提供数据通 信服务。
由于帧中继网可以为用户提供一个“虚拟 租用线路”，并且只有该用户可以使用这条 “专线”，又引出了虚拟专用网络（virtual private network，VPN）的概念。
3.2.1 局域网技术发展的轨迹
一、局域网的发展简介
20世纪60年代末，
夏威夷大学研究 了一种以无线广 播方式工作的分 组交换网 Alohanet
随机访问型 无线分组网
ALOHANET
无线局域网 WLAN：802.11
以太网 Ethernet：802.3
局域网
LAN 令牌总线形局域网
环形局域网
Token Bus：802.4
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二、X.25网与帧中继网
1972年，X.25网问世。X.25是典型的分组 交换网。
由于X.25研究初期的通信线路不好，传输 速率低与误码率高，X.25协议要采取各种措施 解决通信质量问题。因此X.25协议结构复杂、 协议运行的效率不高。随着光纤的大规模应用， X.25网的缺点越来越明显。
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二、以太网的核心技术 -CSMA/CD介质访问控制方法
Ethernet的核心技术是： 带有冲突检测的载波侦听多路访问
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2、光以太网的技术优势
（1）组建同样规模的广域网或城域网，光 以太网的造价是SONET（Synchronous Optical Network同步光纤网）的1/5，是ATM的1/10
（2）IEEE已经对10M，100M，1G，10G 的以太网技术进行了标准化，随后将对100G的 以太网进行标准化，它能满足局域网、城域网、 广域网的各种需求。
本章学习要求
• 掌握：广域网技术 • 掌握：局域网技术 • 了解：宽带城域网技术
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3.1 广域网技术
• 广域网的主要特征 • 广域网技术发展的轨迹 • 光网络与光以太网技术
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3.1.1 广域网的主要特征
广域网具有以下两个最基本的特征： 一、广域网是一种公共数据网络
IEEE802标准的设计者提出将数据链路层划分 为逻辑链路控制子层（Logical Link Control） 与介质访问控制子层（Media Access Control）
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IEEE802委员会公布了很多标准，这些协议 可以分为以下3类： （1）IEEE 802.1：
子层与物理层
IEEE 802.11： 定义无线局域网访问控制子层与物理层
IEEE 802.15： 定义近距离个人无线网络访问控制子层与物
理层
IEEE 802.16： 定义宽带无线网络访问控制子层与物理层
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3.2.2 Ethernet的基本工作原理
一、总线形局域网的拓扑结构
计算机网络应用技术教程（第三版）
三、综合业务数字网
CCITT提出将语音、数据、图像等业务综合 在一个网中，即综合业务数字网(integrated service digital network，ISDN)
ISDN的主要目标： –提供支持各种通信服务的数字通信网络，在
不同国家采用相同标准 –为通信网络之间的数字传输提供标准 –提供一个标准的用户接口，使通信网络内部
随着Internet技术的发展，大量的广域网形 成了Internet的宽带、核心交换平台，再通过城 域网接入大量的局域网，构成新的层次型网络 结构。此时，广域网研究的重点是：保证服务 质量（quality of service，QoS）的宽带核心交 换技术。
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3.1.2 广域网技术发展的轨迹
变化对终端用户透明
计算机网络应用技术教程（第三版）
随着光纤、多媒体等技术的发展，人们对 数据传输速率的要求越来越高。在ISDN标准还 没有制定完成时，人们又提出了一种新型的宽 带综合业务数据网（broadband-ISND，BISDN)，目标是将语音、数据、静态与动态图 像的传输综合于一个通信网中，覆盖从低传输 速率到高传输速率的各中实时、非实时与突发 性的要求。
定义局域网体系结构、网络互连、网络管 理与性能测试 （2）IEEE 802.2：
定义逻辑链路控制(LLC)子层功能与服务 （3）不同介质访问控制技术的相关标准。
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不同技术的相关标准曾经多达16个，目前常 用的主要有4个：
IEEE 802.3： 定义Ethernet的CSMA/CD总线介质访问控制
由于传统的线路交换与分组交换都很难胜 任这种综合数据业务的需要，因此B-ISDN传输 网选择了ATM技术。
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四、ATM网
异步传输模式(asynchronous transfer mode，ATM)是一种分组交换技术
ATM采用信元（cell）作为数据传输单元， 信元是数据链路层的协议数据服务单元，具有 固定的长度的格式。
第二代传输网络在主干线路使用光纤，发 挥光纤的高带宽、低误码率、抗干扰等优点， 交换结点的电信号与光信号转换仍是带宽瓶颈
第三代全光网以光结点取代现有网络的电 结点，使用光纤将光结点互联成网，克服现有 网络在传输和交换时的瓶颈
计算机网络应用技术教程（第三版）
ASON的概念
自动交换光网络(automatic switched optical network，ASON) 引入智能控制方法， 解决光网络的自动路由发现、分布式呼叫连接 管理，以实现光网络的动态配置连接管理。
ATM以统计时分多路复用方式动态分配带宽， 能适应实时通信的要求
ATM没有链路之间的差错与流量控制，协议 简单、数据交换效率高
ATM的传输速率为155Mbps～2.4Gbps
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3.1.3 光网络与光以太网技术
一、光网络的研究
以网络传输介质发展作为传输网划代标准：
第一代传输网络以铜缆与无线射频为主， 在发展过程中无法逾越带宽的瓶颈问题
结点3
结点4
结点5
结点3
结点4
结点5
总线
结点1
结点2
(a)物理结构
总线 结点1
结点2
(b)拓扑结构
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总线Ethernet的主要特点是：
（1）所有节点都通过网卡连接到作为公共传 输介质的总线上
（2）总线通常采用双绞线或同轴电缆作为传 输介质
（3）所有节点都可通过总线发送或接收数据， 但一段时间内只允许一个节点通过总线发送数据。 当一个节点通过总线以“广播”方式发送数据时， 其他节点只能以“收听”方式接收数据。