第4章 网络架构与组网
网络设备及组网方式
1.4 交换机工作原理
A
0260.8c01.1111
MAC 地址表
F0/1: 0260.8c01.1111
F0/2: 0260.8c01.2222
F0/3: 0260.8c01.3333 F0/4: 0260.8c01.4444
F0/1
F0/3
B
0260.8c01.3333
C
0260.8c01.2222
A
B
0260.8c01.1111
F0/1
C
0260.8c01.2222
F0/2
F0/3 F0/4
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
主机之间互相发送数据，交换机会学习数据帧 的源MAC地址。
1.4 交换机工作原理
A
0260.8c01.1111
C
0260.8c01.2222
MAC地址表
1.4 交换机互联方式
➢级联： 通过交换机的普通端口通过普通线缆简单 联接起来
➢堆叠: 通过堆叠线缆将交换机的背板连接起来， 扩大级联带宽
1.4 交换机转发方式
直通式 存储转发式 无碎片直通式（更高级的直通式转发）
直通式
直通式（Cut Through）方式在输入端口检测到一个数 据包后，只检查其包头，取出目的地址，通过内部的 地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输 出端口．这样就完成了交换。因为它只检查数据包的 包头（通常只检查14个字节）。
2. 应用代理型
代理服务器位于客户机与服务器之间，完全 阻挡了二者间的数据交流。从客户机来看，代理 服务器相当于一台真正的服务器；而从服务器来 看，代理服务器又是一台真正的客户机。当客户 机需要使用服务器上的数据时，首先将数据请求 发给代理服务器，代理服务器再根据这一请求向 服务器索取数据，然后再由代理服务器将数据传 输给客户机。由于外部系统与内部服务器之间没 有直接的数据通道，外部的恶意侵害也就很难伤 害到企业内部网络系统。
4G LTE组网架构说明
LTE组网架构说明1.组网架构组网架构，就是指LTE网络具体组成网元，以及它们之间通过什么样的方式连接在一起的，各个部分分别发挥了什么样的作用。
1.1网元架构组成LTE网络的网元内容包括：UE，eNodeB和EPC。
LTE的网络架构具有扁平化、分组域化、IP化、多制式融合化、用户面和控制面分离化等特点[1]。
LTE的网络架构可以表示成图1所示的层级结构。
图1. LTE网络架构LTE的网络架构是在缩减UTRAN的网络架构的基础上发展而来的，这种三层的扁平化的网络架构，缩短了用户终端到核心网元之间的距离。
除此之外它代来的好处还包括：●节点数量减少，用户平面的时延大大缩短；●简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程，减少了状态迁移的时间；●降低系统的复杂性，减少接口类型，系统内部相应的互操作随之减少。
1.2职能划分为了协调工作，更加高效的管理用户终端，需要明确各个网元的职责，通信网络中eNodeB和EPC的职能进行划分如图2所示：图2. eNodeB和EPC功能划分图2中，eNodeB和EPC分别承担这不同的作用。
①eNodeB的功能eNodeB主要承担的是基层用户的服务和资源管理功能，除了提供和管理区域内用户的空中接口功能之外，还要提供一些资源管理功能，资源调度功能，接入控制，承载控制，移动性管理等功能；②MME的功能MME主要功能右寻呼，切换，漫游，鉴权，对NAS信令加密和完整性保护，对AS安全控制，空闲状态移动性控制。
③SGW的功能SGW是EPC和eUTRAN的一个边界网关，不和其他系统网关，如GGSN，PDG直接相连，主要功能包括LTE系统内的分组数据路由及转发，合法监听，计费。
④PGW的功能PGW主要功能包括分组包深度检查，分组数据过滤及筛选，转发，路由选择等。
此外，PGW还负责UE的IP地址分配，速率限制，上/下行业务级计费等功能。
网络架构与设计教程
网络架构与设计教程随着互联网的快速发展，网络架构和设计成为了不可忽视的重要环节。
网络架构是指一个互联网系统的结构组织，包括服务器、网络设备、协议等等。
而网络设计则是指根据业务需求，选择合适的网络架构，并进行设计和搭建。
网络架构的设计要考虑多种因素，如可靠性、可扩展性、性能、安全等。
在开始设计之前，首先需要明确的是网络的需求。
比如，一个大型的电子商务平台需要处理海量的用户请求，那么网络架构就需要具备高可扩展性和高性能；而一个企业的内部网络，则需要更注重安全性和稳定性。
在设计网络架构时，首先需要考虑的是网络的拓扑结构。
常见的网络拓扑结构有星型、总线型、环形等。
拓扑结构的选择需要考虑数据传输的效率和可靠性。
例如，星型拓扑结构可以更好地解决单点故障问题，但是对于大规模网络来说，成本较高；而总线型拓扑结构成本较低，但是对于大规模传输数据来说效率较低。
因此，在选择拓扑结构时需要根据具体的情况做出权衡。
除了拓扑结构，网络架构还需要考虑网络设备的选择和部署。
常见的网络设备有路由器、交换机、防火墙等。
路由器用于转发数据包，交换机用于连接不同的局域网，防火墙用于保护网络安全等。
在选择网络设备时，需要考虑设备的品牌、型号、性能和价格等因素。
同时，还需要合理规划网络设备的布局和连接方式，以达到最佳的传输效果。
在网络设计中，还需要充分考虑性能和可扩展性。
性能是指网络传输数据的速度和延迟，而可扩展性则是指网络是否能够满足日益增长的用户需求。
为了提高网络的性能和可扩展性，可以采用负载均衡技术和缓存技术。
负载均衡技术可以将用户请求均衡地分发到不同的服务器上，从而提高服务的并发处理能力；缓存技术可以将经常访问的数据缓存在离用户更近的位置，减少网络延迟。
此外，还可以采用分布式存储和分布式计算等技术来提高网络的可扩展性。
安全性是网络设计中一个非常重要的考虑因素。
互联网的发展给了黑客和恶意攻击者很多机会，因此保护用户数据的安全至关重要。
网络设备与组网技术详解
网络设备与组网技术详解在当今数字时代，网络设备和组网技术对于现代社会的运行至关重要。
无论是家庭、企业还是学校，网络设备和组网技术的应用都起到了不可或缺的作用。
本文将详细介绍网络设备和组网技术的相关知识，帮助读者更好地理解和应用于实际生活中。
一、网络设备的基本组成网络设备是指用于传输和交换数据的硬件设备，主要包括以下几个方面的组成部分。
1. 路由器（Router）路由器是连接不同网络之间的设备，它能够根据源和目的地的IP地址，在不同网络之间转发和传输数据包。
它既能传输数据，又能过滤数据，可以有效地保护网络的安全性。
2. 交换机（Switch）交换机是用于建立局域网（LAN）的设备，在局域网内通过MAC地址来识别和转发数据包。
它可以将数据包发送到目标设备处，以实现设备之间的高速通信。
3. 防火墙（Firewall）防火墙是网络安全设备的一种，用于保护网络免受网络攻击和未经授权的访问。
通过设定规则和策略，防火墙可以监测和过滤网络流量，确保网络的安全和稳定。
4. 无线接入点（Wireless Access Point）无线接入点是一种无线网络设备，用于提供无线网络连接。
它能够将有线网络信号转换成无线信号，并在覆盖范围内提供无线网络访问功能。
二、组网技术的分类组网技术用于将多个网络设备连接起来，形成一个整体的网络结构。
根据网络规模和需求的不同，组网技术可以分为以下几种：1. 局域网（LAN）局域网是一种在小范围内连接计算机和设备的网络，通常用于家庭、学校和办公室等场所。
局域网可以通过交换机或无线接入点来连接多个设备，并实现设备之间的高速通信。
2. 广域网（WAN）广域网是一种覆盖范围较大的网络，通常用于连接不同地区或不同城市的网络。
广域网可以通过路由器连接多个子网, 实现网络之间的远程通信。
3. 无线局域网（WLAN）无线局域网是一种基于无线技术的网络，通过无线接入点将计算机和移动设备连接在一起。
无线局域网具有灵活性和便捷性，适用于小范围内的网络连接。
5G宽带通信设备的网络架构和组网方式
5G宽带通信设备的网络架构和组网方式随着移动通信技术的不断发展，5G成为当前热门话题之一。
5G（第五代移动通信）作为一种全新的通信技术标准，将为用户提供更快的数据传输速度、更低的延迟和更高的接入性能。
为实现这一目标，5G宽带通信设备采用了一种新的网络架构和组网方式，以适应高速、低延迟、大容量的通信需求。
一、5G宽带通信设备的网络架构5G宽带通信设备网络架构主要分为两个部分，即核心网（Core Network）和无线接入网（Wireless Access Network）。
核心网是整个5G网络的关键部分，负责处理用户数据，实现业务连接和控制功能。
核心网由多个网络节点组成，包括用户验证节点（Authentication Server）、会话管理节点（Session Manager）和移动边缘计算节点（MEC）。
这些节点通过高速光纤连接，提供传输速度快、处理能力强的数据传输环境。
无线接入网是连接移动终端和核心网之间的关键环节，主要由基站和无线传输设备构成。
基站通过无线信号覆盖区域，将用户终端传输的无线信号转化为数字信号，并传送给核心网。
5G无线接入网采用了更高频率的无线信道（mmWave）和更高密度的基站布局，以提供更大的带宽和更高的数据传输速率。
二、5G宽带通信设备的组网方式为了实现全面覆盖和高质量的通信服务，5G宽带通信设备采用了多种组网方式，包括非独立组网（NSA）和独立组网（SA）。
非独立组网（NSA）是5G网络的最早部署方式，它在现有的4G网络基础上增加了一些5G组件，以提供更高的数据传输速率和更低的延迟。
在NSA组网中，5G基站与4G基站之间共享资源，通过4G网络将用户数据连接到5G核心网。
这种方式可以快速实现5G金属，但由于依赖于4G网络，无法充分发挥5G的全部潜力。
独立组网（SA）是5G网络的最终目标，它独立于现有的4G网络，完全由5G 设备构成。
在SA组网中，5G基站之间直接传输数据，无需依赖4G网络。
《网络体系结构》课件
网络安全的未来发展
人工智能在网络安 全中的应用
人工智能可用于预测网络攻击
行为，加强网络安全防御。
区块链技术的网络 安全应用
区块链技术可以确保数据的安
全性和不可篡改性，用于加强
网络安全。
云安全的挑战与解决 方案
云安全面临着数据隐私和访问 控制等挑战，而安全监控和加 密技术则是解决这些挑战的关 键。
网络安全Байду номын сангаас决方案
谢谢观看！下次再见
网络体系结构的 演变
网络体系结构的演变从早期的单一主机到分布式计算，从 局域网演变到互联网，从传统的中心化体系结构到边缘计 算。
网络体系结构的演变
单一主机
网络仅由单一主机 组成
互联网
连接全球各地网络
边缘计算
在数据源附近进行 计算
分布式计算
多台计算机共同完 成任务
● 02
第2章 OSI参考模型
OSI参考模型概 述
防火墙
用于控制网络流量， 保护内部网络免受
外部攻击
加密技术
用于保护数据的机 密性和完整性
入侵检测系统
监控网络流量，及 时发现异常行为
01 网络攻击
包括DDoS攻击、恶意软件、黑客攻击等
02 数据泄露
包括敏感数据泄露、隐私泄露等
03 合规要求
如GDPR、HIPAA等要求的合规性
网络安全的未来发展
未来，人工智能将被广泛应用于网络安全领域，帮助提高网 络安全的智能化水平。区块链技术的发展也将为网络安全带 来更多创新。同时，云安全将面临挑战，但也必将迎来更多 解决方案。
网络体系结构的分类
分布式体系结 构
多个网络间互相连 接
对等体系结构
网络架构方案说明
网络架构方案说明1. 引言网络架构是指一个企业、组织或机构的网络环境和基础设施的设计和部署方案。
一个稳定可靠的网络架构能够满足组织的业务需求，并提供安全、高效的网络连接和数据传输。
本文将介绍一个网络架构方案的设计和实施过程。
2. 设计目标网络架构设计的目标是为了满足组织的业务需求，并提供以下功能和特性：•可靠稳定：网络架构需要确保网络的可靠性和稳定性，以避免由于网络故障导致的业务中断。
•安全性：网络架构需要考虑数据的安全性，采取合适的安全措施以保护数据的机密性和完整性。
•扩展性：网络架构需要具备良好的扩展能力，能够适应组织业务的增长和变化。
•性能：网络架构需要提供高性能的网络连接和快速的数据传输能力，以满足组织的业务需求。
3. 网络架构设计网络架构设计是根据组织的业务需求和设计目标来确定网络的拓扑结构、设备配置和网络协议等方面的内容。
以下是一个常见的网络架构设计方案：3.1 网络拓扑结构本方案采用三层架构的网络拓扑结构，包括核心层、汇聚层和接入层。
核心层负责网络的路由和交换；汇聚层用于连接核心层和接入层；接入层提供用户接入和数据传输。
3.2 设备配置在核心层，采用高性能的三层交换机，支持高速路由和交换功能。
在汇聚层和接入层，采用二层交换机，用于连接各个子网和用户设备。
3.3 网络协议本方案采用TCP/IP协议作为网络通信协议。
在核心层和汇聚层使用动态路由协议（如OSPF、BGP）来实现网络的动态路由；在接入层使用静态路由来实现子网之间的通信。
4. 实施过程网络架构的实施过程包括以下步骤：4.1 需求分析和规划首先需要对组织的业务需求进行分析和规划，确定网络的功能和特性。
4.2 网络设计根据需求分析的结果，进行网络架构的设计，包括拓扑结构、设备配置和网络协议的选型。
4.3 设备采购和部署根据网络设计的结果，进行设备的采购和部署，确保设备能够满足网络架构的需求。
4.4 网络配置和测试完成设备的部署后，进行网络的配置和测试，确保网络的正常运行和满足设计要求。
网络的构造与解析
星型拓扑：以中央节点为中心，其他节点连接在中央节点上 环形拓扑：节点在环路上依次连接，数据沿一个方向传输 总线型拓扑：所有节点连接在一条总线上，数据沿一个方向传输 网状拓扑：节点之间的连接是自由的，没有固定的结构
PART TWO
TCP/IP协议族定 义了网络通信的 规则和标准
TCP/IP协议族包 括TCP、IP、 UDP等协议
大数据在网络 中的应用：数 据挖掘、流量 分析、用户行
为分析等
人工智能在网 络中的应用： 智能推荐、智 能客服、智能
网络安全等
大数据与人工 智能的结合： 提升网络性能、 优化用户体验、 增强网络安全
等
未来发展趋势： 随着技术的不断 发展，大数据与 人工智能在网络 中的应用将更加
广泛和深入
物联网技术的普及， 使得智能家居设备 之间的连接和互动 成为可能。
功能：提供域名解析服务，将用户友好的域名转换为计算机能够理解的IP地址
工作原理：采用客户端/服务器架构，通过递归查询或迭代查询的方式实现域名的解析
重要性：DNS协议是互联网的基础设施之一，保障了用户能够通过域名访问到对应的网站或 服务
定义：文件传输协议，用于在网络上进行文件的传输
工作原理：基于客户端-服务器架构，客户端通过FTP协议与服务器建立连接，进行文 件上传或下载
随着人工智能技术的进 步，智能家居设备将更 加智能化，能够自主地 完成更多的任务。
未来，智能家居将更 加注重用户体验，通 过优化设备之间的连 接和交互方式，提高 用户的生活质量。
安全性将成为一个重要 的发展趋势，智能家居 设备将采用更高级的安 全技术来保护用户的隐 私和数据安全。
5G技术的普及将进一步加速移动互联网的发展 人工智能与移动互联网的结合将带来更多创新应用 物联网的发展将推动移动互联网在智能家居、智能交通等领域的应用 区块链技术有可能为移动互联网的安全和隐私保护提供新的解决方案
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场景1
场景2
场景3
4-15
4.3 超密集组网
网络侧干扰管理--空域干扰协调CoMP
（1） JT （Joint Transmission，联合传输）
从多个发射节点通过相同的时间/频率资源上传输单 个UE的数据，传输节点到单个UE的数据传输可以是相 干的或非相干的，可以改善接收信号质量和/或主动地 消除对于其他UE的干扰。
CU/DU分离
3GPP 确定了 CU-DU 划分方案，即 PDCP 层及以上的无线协议功能由CU实现， PDCP以下的无线 协议功能由DU实现。
F1
eCPRI
5G
（中传）
（前传）
CU
DU
AAU
EPC/5GC
4G
RRC
PDCP
RLC
MAC
HighPHY
LowPHY
RF
BBU
RRU
CPRI
（前传）
4-8
4.2 网络云化
满足多种应用场景
广域及室内覆盖
CU/DU灵活的架构，匹配各种组网场景的需求
站址困难的微覆盖 Small Cell覆盖
D-RAN场景： CU+DU合设
C-RAN场景： CU云化，DU集中
仅CU云化场景： DU+AAU集中部署
小基站场景： CU+DU+AAU集中部署
➢ 5G建网初期采用 CU/DU合设部署方案 ，可节省网元，减 少规划与运维复杂度，降低部署成本， 减时延 （无需中传 ）， 缩短建设周期。
，从而达到提高微基站的使用效率的目的。
4-17
4.3 超密集组网
网络侧干扰管理--时域干扰协调
（2）FeICIC （Further enhanced Inter-cell Interference Coodination，进一步增强小区间干扰 协调技术）
LTE R10版本中，增加了FeICIC技术，为解决eICIC技术中未能解决的CRS的干扰和弱小区信号检 测问题，主要包括：
动态切换
（2） DPS （Dynamic Point Selection，动态 节点选择） 从单个发射节点在对应的时间时间/频率资源上传输 单个UE的数据，单个UE的数据传输可以由一个发射 结点从一个传输时间间隔动态切换至其他发射节点。
（3）CS/CB（Coordinated Scheduling/Coordinated Beamforming，协作调度/协作波束赋形） 单个UE的数据仅在一个发射节点上并且始终保持在该发射节 点传输，协作小区在调度上或波束上进行干扰规避。
CPRI
eCPRI
RF RRU
PHY-L RF
AAU
PHY-L RF
AAU
4-10
目录
4.1 5G网络架构与选项 4.2 网络云化 4.3 超密集组网 4.4 网络切片 4.5 边缘计算 4.6 其他
4-11
4.3 超密集组网
5G系统对超密集组网的技术需求
香农公式
通过超密集组网 技术，提高小区数
CRE（Cell Range Expansion，小区范围扩展），CRE的目的是尽量使微基站吸收更多的用户，起到更
大的小站分流效果。系统需要设置合适的偏移门限Bias，并且结合ABS技术消除干扰，获得最大的CRE增
益，使得整网的覆盖和流量性能更好。在小区选择时，通过增加偏移门限Bias，提高微基站用户接入比例
4-12
4.3 超密集组网
超密集组网的概念及关键技术
➢ UDN（Ultra Dense Network，超密集组网） 超密集组网是微小区增强技术（Small cell enhancements）的进一步演进，包括TP（
Transmission Point，低功率传输节点）的密集化和终端侧的密集化。TP的密度进一步提高，TP的站 间距由4G系统的200-300米减小到10-20米，同时也拉进了TP与终端的距离，使得TP的发射功率大大 降低。终端设备的数量和种类将极大的增加，带来更为复杂的干扰环境。
以NR提供宏覆盖为前提，在5G网络部署初期 NR存在覆盖受限问题，因此短期内不会考虑； 在NR可以实现宏覆盖的情况下，LTE作为SeNB
的意义有限。1-4
LTE需升级为eLTE以支持5GC 的相关功能
4-4
4.1 5G网络架构与选项
欧美运营商演进的考虑
Docomo
AT&T
Telecom Italia
➢ 5G建设中后期，根据uRLLC，mMTC业务需求情况，逐步向CU/DU/AAU三层分离架构演进。
4-9
4.2 网络云化
CU云化（Cloud RAN）
EPC/5GC S1/NG
5G建设后期根据业务需求情况 进行虚拟化平台建设，然后再
软硬件解耦，可部署 在通用硬件平台上
Cloud RAN
eNB-CU RRC PDCP
第四章 网络架构与组网
内部资料 注意保密
中国通信建设集团设计院有限公司 2018年10月
目录
4.1 5G网络架构与选项 4.2 网络云化 4.3 超密集组网 4.4 网络切片 4.5 边缘计算 4.6 其他
4-1
4.1 5G网络架构与选项
多网络融合候选网络（8系，14种）
SA
Option1
Option2
4G+5G双连接增益
困难
要求高，支持4G/5G双连接
对4G的传输新 要求
3,3x，高。需需支持Xn互通。 3a，低。需要支持Xn控制面互 通
4，高。需支持Xn互通。 4a，低。需要支持Xn控制面互通
优点
无能需够部将署NR5最GC快，速标引准入化现完网成最早，同时引入5GC和NR，可以提供5G全业务支持
需要。升级很大，支持eLTE 不需要 切换时延最小 支持各种5G业务。4G接入下 性能有缺陷。 4G+5G双连接增益
困难
要求高，支持4G/5G双连接
7,7x，高。需需支持Xn互通。 7a，低。需要支持Xn控制面 互通
同时引入5GC和NR，可以提 供5G全业务支持
缺点
对5G业务的支持有限，无法支 持uRLLC业务； LTE或EPC需要较大的升级。
架构图
Option5
Option6
架构描述 NSA
UE连接到4G E-UTRA，核心 网沿用EPC。即为现有的LTE
网络架构。
UE连接到5G NR，核心网采 用5GC。为5G系统演进的目
标架构。
UE连接到4G E-UTRA， 核心网采用5GC。与选项 7类似，但没有与NR的双连
接。
Option3系
Option4系
➢ 移动性问题：超密集组网带来的频繁切换问题，需要以用户为中心的小区虚拟化技术解决信令开销 大、系统效率低的问题。
4-14
4.3 超密集组网
网络侧干扰管理--空域干扰协调CoMP
➢ 协作多点传输（CoMP） 下行链路协调传输和上行链路协调接收，即下行由多个传输点在相同的时频资源上协作为同一个用户 发送数据，或者上行由多个传输点在相同的时频资源上协作接收同一个用户的数据。 ➢ 3种CoMP场景
gNB-CU RRC PDCP
VNF功能的网元
MEC
UPF
进行Cloud RAN的统一部署， 实现CU的集中化和云化。
遵从NFV架构，具备 资源池化，可伸缩，
云化的特征
eNB-DU RLC MAC PHY
gNB-DU RLC MAC
PHY_H
F1
gNB-DU RLC MAC
PHY_H
专用硬件平台
后期LTE BBU可以通 过软件升级升级为 eNB-DU
OPTION3--->OPTION2
OPTION3--->OPTION7 --->OPTION4--->OPTION2
LTE/EPC ‐> Option 5 and Option 7/7a ‐> Option 5 and Option 7/7a and Option2
4-5
目录
4.1 5G网络架构与选项 4.2 网络云化 4.3 超密集组网 4.4 网络切片 4.5 边缘计算 4.6 其他
干扰管理与抑制
接入与回传 联合设计
小区虚拟化
➢ 干扰问题：超密集组网带来严重的基站间干扰，需要干扰管理与抑制技术解决基站间实时信息交互 ，高速的干扰协调的问题。
➢ 回传问题：由于站址原因很难全部采用理想回传，补充无线回传等非理想回传技术，需要接入与回 传联合设计技术解决管理和优化不同的回传方式组网的问题。
ABS子桢 非ABS子桢
微基站
无线桢(10ms)
eICIC通过配置ABS （Almost Blank Subframe，几乎空白子帧）来避免对被干扰小区的PDCCH， PDSCH的干扰，提高被干扰小区用户的SINR。
LTE R10版本中，为避免传统小区检测方法引起的LPN覆盖范围较小，使用效率偏低的问题，引入了
2个子项，Option8/8a
4-2
4.1 5G网络架构与选项
SA（独立组网 ）
Option1+2
Option2+5
架构图
4G无线升级
需要。仅需支持邻区配置等。
需要。升级较大，支持eLTE
4G EPC升级
需要，支持与5GC的互操作
不需要
业务连续性
切换时延大；初期切换频繁；VoLTE可能有 影响
切换时延比Option1+2好；初期切换频繁
4-6
4.2 网络云化
CU/DU分离
基带非实时处理位于集中单元节点（Central•Unit，CU），而基带实时处理位于分布单元节点 （Distributed•Unit，DU）。