广域网、局域网与城域网技术的发展
城域网局域网广域网
城域网局域网广域网城域网、局域网和广域网是计算机网络的三种主要类型，它们在覆盖范围、技术特点和应用场景上各有不同。
城域网（Metropolitan Area Network，简称MAN）是一种覆盖范围介于局域网（LAN）和广域网（WAN）之间的计算机网络。
它通常覆盖一个城市或一个较大的地理区域，如一个校园或一个工业园区。
城域网的传输速率较高，可以达到千兆以太网（Gigabit Ethernet）甚至更高。
城域网的构建通常需要使用光纤、无线通信等高速传输介质，以满足大量数据传输的需求。
城域网的应用场景包括城市内部的政府机构、企业、教育机构之间的数据交换，以及提供给居民的高速互联网接入服务。
局域网（Local Area Network，简称LAN）是一种覆盖范围较小的计算机网络，通常局限于一个办公室、一栋建筑物或一个家庭内部。
局域网的传输速率相对较低，但足以满足日常办公和家庭使用的需求。
局域网的构建相对简单，通常使用以太网（Ethernet）技术，通过双绞线或无线信号进行连接。
局域网的应用场景包括办公室内部的文件共享、打印机共享，以及家庭内部的设备互联。
广域网（Wide Area Network，简称WAN）是一种覆盖范围广泛的计算机网络，它可以跨越城市、国家甚至大洲。
广域网的传输速率相对较低，但能够支持远距离的数据传输。
广域网的构建需要使用到各种通信技术，如卫星通信、光纤通信、无线通信等。
广域网的应用场景包括跨国公司的全球数据交换、远程办公、在线教育以及互联网服务提供。
这三种网络类型在实际应用中往往相互配合，共同构成一个复杂的网络系统。
例如，一个企业可能在内部使用局域网进行日常办公，通过城域网连接到其他城市的分支机构，再通过广域网与全球的合作伙伴进行通信。
随着技术的发展，城域网、局域网和广域网之间的界限越来越模糊，它们之间的集成和协同工作变得越来越重要。
局域网、城域网、广域网
局域网、城域网、广域网本文档旨在为读者提供关于局域网、城域网和广域网的详细信息和使用指南。
以下内容将分别介绍局域网、城域网和广域网的定义、特点、构成和应用。
一：局域网1.定义：局域网（Local Area Network，LAN）是指在有限的地理范围内连接在一起的计算机网络。
2.特点：a. 小范围：局域网通常覆盖的范围较小，如办公室、校园等。
b. 高速：局域网内的传输速度较快，通常使用以太网等高速传输技术。
c. 高稳定性：局域网内设备连接稳定可靠，故障率较低。
3.构成：a. 交换机：用于连接局域网中的各个设备，以实现数据传输和通信。
b. 主机：在局域网中提供主要服务和资源的计算机。
二：城域网1.定义：城域网（Metropolitan Area Network，MAN）是指在城市范围内覆盖的计算机网络。
2.特点：a. 中等范围：城域网通常覆盖城市或城镇的范围，比局域网范围更大。
b. 中速：城域网的传输速度较局域网慢，但比广域网快。
c. 高可靠性：城域网连接设备可靠，通信稳定性较高。
3.构成：a. 路由器：在城域网中负责数据转发和路由选择的设备。
b. 光纤电缆：城域网通常使用光纤电缆作为传输介质。
三：广域网1.定义：广域网（Wide Area Network，WAN）是指连接跨越较大地理范围的计算机网络。
2.特点：a. 大范围：广域网覆盖范围较大，可以跨越城市、国家甚至跨越大陆。
b. 低速：受到地理距离和传输设备等因素的影响，广域网的传输速度相对较慢。
c. 低稳定性：由于各种外部因素的干扰，广域网故障率相对较高。
3.构成：a. 网关：广域网中提供路由和数据转发功能的设备。
b. 传输介质：广域网通常使用方式线路、光纤等媒介进行数据传输。
附件：1.局域网示意图：附图1详细展示了局域网连接设备和关系。
2.城域网示意图：附图2展示了城域网的覆盖范围和连接方式。
3.广域网示意图：附图3展示了广域网跨越大范围的连接方式。
第四章局域网和城域网
4.2.2 IEEE802标准
IEEE(电气电子工程师学会)
802委员会专门致力于局域网的发展 IEEE 802.x网络通信协议系列服务于局域网通
信 802系列协议的两个基本思想
将局域网作为网络的最小组成单位进行描述 针对于不同的局域网拓扑结构，不同的传输媒体，
纯ALOHA协议
起源：最早用于无线网，用来连接夏威夷群岛和船舰 之间的无线通信，其思想可用于各种共用的传输介质。
工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上； 规定时间（数据最长的往返时间+一小段固定时间） 内若收到应答，表示发送成功；否则重发
重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次 冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止。 等待随机时间是为了减少再次冲突的可能性。
纯ALOHA的工作原理
纯ALOHA协议
缺点：极容易冲突 性能：网络负载≤ 0. 5 吞吐量≤ 0. 184
纯ALOHA的性能分析
假定一个帧时T0内产生的帧数服从泊松分布 T0 的含义：独占信道时成功发送一帧所用的时间
T0=帧长度/数据速率 Frame
主要性能参数：
S——吞吐率（吞吐量、信道利用率），T0 内成功发送的帧数 0≤ S ≤ 1
对于同一种LLC层实现，可提供几种不同的 MAC选择。
局域网参考模型中各层主要功能
物理层的主要功能是：
信号的编码与译码； 为进行同步用的前同步码（preamble）的产生与去除； 比特的传输与接收。
MAC子层主要功能：
发送方将 LLC 送来的数据封装成帧，帧中包含地址、差错控制、 流量控制等字段。
计算机网络按照覆盖范围可以分为局域网
计算机网络按照覆盖范围可以分为局域网、城域网和广域网。
1）局域网LAN（Local Area Network）局域网的分布于一个间房、每个楼层、整栋楼及楼群之间等，范围一般在2km以内，最大距离不超过10km。
它是在小型计算机和微型计算机大量推广使用之后过逐渐发展起来的。
一方面，它容易管理与配置；另一方面，容易构成简洁整齐的拓朴结构。
局域网速率高，延迟小，传输速率通常为10Mpbs-2Gbps.因此，网络节点往往能对等地参与对整个网络的使用与监控。
再加上成本低、应用广、组网方便及使用灵活等特点，深爱用户欢迎，是目前计算机网络技术发展中最活跃进的一个分支。
局域网的物理风络通常只包含物理层和数据链路层。
2）城域网MAN（Metropolitan Area Network）城域网是介于广域网与局域网之间的一种大范围的高速网络，它的覆盖范围通常为几公里至几十公里。
随着使用局域网带来的好处，人们逐渐要求扩大局域网的范围，或者要求将己经使用的局域网互相连接起来，使其成为一个规模较大的城市范围内的网络。
因此，城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司与社会服务部门的计算机连网需求，实现大量用户、多种信息传输的综合信息网络。
城域网主要指在型企业集团、ISP、电信部门、有线电视台和政府构建的专用网络和公用网络。
3）广域网WAN（Wide Area Network）4）广域网的覆盖范围很大、几个城市，一个国家，几个国家甚至全球都属于广域网的范畴，从几十公里到几千或几万公里。
由于广域网公布距离在主远，其速率要比局域网低得多。
另外在广域网中，网络之间连接用的通信线路大多租用专线，当然也有专门铺设的线路。
计算机网络应用 按地理范围分类
计算机网络应用按地理范围分类计算机网络的规模有大有小，其小到一个公司，大到一个城市、一个国家等。
因此，按照计算机网络所覆盖的地理范围不同可以将其划分为局域网（LAN，Local Area Network）、城域网（MAN，Metropolitan Area Network）和广域网（WAN，Wide Area Network）三种类型。
1．局域网（LAN，Local Area Network）局域网是一种在有限的地理范围内构成的规模相对较小的计算机网络，其覆盖范围通常小于20km。
例如，将一座大楼或一个校园内分散的计算机连接起来的网络都属于局域网，其典型局域网结构如图1-11所示。
图1-11 局域网结构图局域网具有计算机间分布距离近、组网成本低、组网方便、数据传输可靠性高及使用灵活等特点。
因此，它深受欢迎，是目前计算机网络技术发展最为活跃的分支。
2．城域网（MAN，Metropolitan Area Network）城域网是介于局域网和广域网间的一种大范围的高速网络。
其覆盖范围一般是在一个城市或一个地区，距离从几十公里到上百公里。
它通常包括若干个彼此互联的局域网，以便于在更大范围内进行信息的传输与共享。
其典型城域网络结构，如图1-12所示。
计算机计算机计算机计算机图1-12 城域网结构城域网具有传输介质相对复杂、数据传输距离相对局域网要长、信号容易受到外界因素的干扰、组网较复杂，并且组网成本高等特点。
3．广域网（WAN，Wide Area Network）广域网也称为远程网。
一般是指将众多的城域网、局域网连接起来，从而实现计算机远距离连接的超大规模计算机网络。
其数据传输距离从几百公里到几万公里，地理覆盖范围包括若干城市、地区、省甚至国家。
其网络结构，如图1-13所示。
广域网的特点是传输介质极为复杂，且由于传输距离较长，使得数据的传输速率较低、且在传输过程中容易出现错误，所采用的技术也最为复杂。
计算机图1-13 广域网结构。
计算机网络形成与发展大致分为如下4个阶段
计算机网络形成与发展大致分为如下4个阶段：1 第一个阶段可以追述到20世纪50年代。
2 第二个阶段以20世纪60年代美国的APPANET与分组交换技术为重要标志。
3 第三个阶段从20世纪70年代中期开始。
4 第四个阶段是20世纪90年代开始。
最热门的话题是INTERNET与异步传输模式ATM技术。
信息技术与网络的应用已经成为衡量21世界国力与企业竞争力的重要标准。
国家信息基础设施建设计划，NII被称为信息高速公路。
Internet，Intranet与Extranet和电子商务已经成为企业网研究与应用的热点。
计算机网络建立的主要目标是实现计算机资源的共享。
计算机资源主要是计算机硬件，软件与数据。
我们判断计算机是或互连成计算机网络，主要是看它们是不是独立的“自治计算机”。
分布式操作系统是以全局方式管理系统资源，它能自动为用户任务调度网络资源。
分布式系统与计算机网络的主要是区别不在他们的物理结构，而是在高层软件上。
按传输技术分为：1 广播式网络;2 点--点式网络。
采用分组存储转发与路由选择是点-点式网络与广播网络的重要区别之一。
按规模分类：局域网，城域网与广域网。
广域网(远程网)以下特点： 1 适应大容量与突发性通信的要求。
2 适应综合业务服务的要求。
3 开放的设备接口与规范化的协议。
4 完善的通信服务与网络管理。
X.25网是一种典型的公用分组交换网，也是早期广域网中广泛使用的一种通信子网。
变化主要是以下3个方面：1 传输介质由原来的电缆走向光纤。
2 多个局域网之间告诉互连的要求越来越强烈。
3 用户设备大大提高。
在数据传输率高，误码率低的光纤上，使用简单的协议，以减少网络的延迟，而必要的差错控制功能将由用户设备来完成。
这就是帧中续FR，Frame Relay技术产生的背景。
决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。
从局域网介质控制方法的角度，局域网分为共享式局域网与交换式局域网。
《计算机网络》课件 第3章-广域网、局域网与城域网技术
物理链路、虚通路与虚通道的关系
物理链路（Physical Link） 虚通路（VP，Virtual Path） 虚通道（VC，Virtual Channel）
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支持远程教学的ATM网
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3.2 局域网的技术特点
局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、 校园等有限范围内的计算机连网的需求； 局域网提供高数据传输速率（10～100Mbps）、低误 码率的数据传输环境，数据传输速率高达1Gbps的高 速局域网正在发展中； 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介 质与介质访问控制方法； 从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分为共享 介质式局域网与交换式局域网两类。
3.4.2 环型拓扑结构 结点使用点-点线路连接，构成闭合的物理环型结构； 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； 多个结点共享一条环通路； 环建立、维护、结点的插入与撤出。
令牌环的工作原理
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® à ¼ µ A ® à ¼ µ E ® à ¼ µ B ® à ¼ µ E é Å À Ä Token Ring Token Ring ® à ¼ µ B
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ISDN
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无线局域网与个人网、城域网和广域网之间的共存关系
引言无线局域网（WLAN1）顾名思义是一种取代以往有线布线方式，借助无线技术构成局域网的技术手段，可提供传统有线局域网的所有功能。
它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，也是通用无线接入网的一个子集。
它不仅支持较高的传输速率（2～54Mbit/s甚至更高），而且可利用射频无线电技术，借助DSSS2或FHSS3、GMSK4、OFDM5，甚至将来的UWBT6等技术，实现固定、半移动及移动的网络终端对互联网络进行较远距离的高速连接访问。
1997年6月，IEEE7推出了802.11标准，开创了WLAN的先河。
目前，无线局域网领域主要有IEEE 802.11x系列与HiperLAN/x系列两种标准。
无线局域网作为一种传输速度适中、移动速度偏慢的无线技术，与无线个人网（WPAN8）、无线城域网（WMAN9），甚至无线广域网（W W A N10）有着相互排斥并且依存的关系。
在本文中将分别对比W L A N与WPAN、WLAN与WMAN以及WLAN与WWAN 之间的共存关系。
WLAN与WPANIEEE 802.15包含4个分标准，分别是：● 802.15.1为蓝牙（Bluetooth）；无线局域网与个人网、城域网和广域网之间的共存关系郭大伟飞利浦半导体公司关键词：WLAN WPAN WMAN WWAN1 Wireless Local Area Network，无线局域网2 Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频3 Frequency Hopping Spread Spretum，跳频扩频4 Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，高斯滤波最小频移键控5 Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用6 Universal Wideband Business and Technology，超宽带传输技术7 The Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气电子工程师学会8 Wireless Personal Area Network，无线个人网9 Wireless Metropolitan Area Network ，无线城域网络10 Wireless wide area network，无线广域网● 802.15.2为共存性；● 802.15.3为高数据传输率的WPAN，如UWB11等；● 802.15.4为低数据传输率的WPAN，如ZigBee12等。
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ATM技术的主要特点：
• ATM采用的是一种面向连接的技术。 • ATM采用的信元（cell）长度为53B，其中
信元头部长度为5B，数据长度为48B； • ATM以统计时分多路复用方式来动态分配
带宽，网络传输延时小，能够适应实时通 信的要求； • ATM的数据传输速率为155Mbps～ 2.4Gbps。
用网络服务。 • 帧中继网在数据链路层VPN技术中占主导地位。
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基于帧中继的VPN结构
路由器
帧中继交换网 VPN
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路由器
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从B-ISDN到ATM
ISDN致力于实现的目标： • 提供一个在世界范围内协调一致的数字
通信网络，支持各种通信服务，并在不 同的国家采用相同的标准； • 为在通信网络之间进行数字传输提供完 整的标准； • 提供一个标准的用户接口，使通信网络 内部的变化对终端用户透明。
• 用户计算机性能提高，可以承担一部分原 来是由通信子网承担的通信处理功能。
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帧中继网的特点
1. 高网络吞吐量、低传输延时 • 帧中继是一种采用虚电路的广域网技术，其协
议简单、高效，网络吞吐量高、传输延时短; • 帧中继网工作在物理层与数据链路层，流量控
制与纠错功能由高层协议完成; • 帧中继网处理一个帧的转发延时要比X.25网减
用于构成广域网的主要通信技术与网络类型
• 公共电话交换网 （PSTN） • 综合业务数字网 （ISDN） • 数字数据网 （DDN） • X.25分组交换网
• 帧中继（FR）网 • 异步传输模式 （ATM）网 • 吉比特以太网 （GE）与十吉比
特以太网 （10GE）
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GE/10GE 光以太网
广域网技术发展与TCP/IP协议的关系
TCP/IP协议 体系结构 应用层 传输层 互联层
主机-网络层
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2.2 局域网技术演变与发展 2.2.1 局域网技术发展过程
局域网 LAN
随机访问型 无线分组网 ALOHANET
环形局域网 Newhall/
广域网技术的发展过程
ISDN
ISDN
N-ISDN
B-ISDN ATM
X.25
1972 X.25
1984
1990 1991 RF
WDM
1974 WDM
1991
SDH SONET
DWDM
GE/10GE /100GE
1975
1988 1989
1995
GE 10GE
1998 2002
100GE 2010
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IEEE802.15.4标准的主要特点
• 在不同的载波频率下实现20kbps、 40kbps和250kbps三种不同的传输速率；
• 支持星形、点-点等2种网络拓扑结构； • 使用16位和64位的2种地址格式，其中64
位地址是全球惟一的扩展地址； • 支持冲突避免（CA）的载波侦听多路访
从X.25网、帧中继网到ATM网
X.25分组交换网的基本概念
X.25协议
X.25 交换机
X.25 分组交换网
X.25网
X.25协议
X.25 交换机
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帧中继技术发展的背景
• 传输介质由原来的电缆逐步发展到光纤， 光纤的误码率很低，数据传输速率高;
• 局域网的数据传输速率提高得很快，大量 局域网之间高速互连的需求越来越强烈;
• 定向光束红外传输 • 全方位红外传输 • 漫反射红外传输
扩频无线局域网分为： • 跳频扩频（FHSS） • 直接序列扩频（DSSS）
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蓝牙技术的研究与发展
蓝牙技术研究的背景 • 1994年，Ericsson公司与IBM、Intel、Nokia和Toshiba
分布式数据接口 FDDI：802.6
虚拟局域网 VLAN
城域网 MAN
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不同的局域网技术按照时间排列的顺序
1960年
1970年
1980年
1990年
1995年
2000年
2005年
2010年
Ethernet
802.3 FDDI 10BASE-T
FE
Cambridge Ring
• 用户访问网络资源必须经过认证和授权，确保 用户对网络资源安全的使用；
• 及时获得用户的上网时间记录和流量记录，实 行计费功能；
• 支持VPN和防火墙，有效地保证网络安全； • 提供分级的QoS服务； • 方便、快速、灵活地适应用户和业务的扩展。
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光以太网的技术优势：
问技术； • 支持确认机制，保证传输可靠性。
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ZigBee无线网络技术及应用
• ZigBee的基础是IEEE802.15.4标准，早期的名字是 HomeRF或FireFly；
• ZigBee联盟于2001年8月成立；2002年摩托罗拉公司、 飞利浦公司、三菱公司与Invensys公司宣布加ZigBee联 盟，研究下一代无线网络通信标准；
Ethernet v2.0
Switched LAN
Newhall
802.11WLAN 10GE GE
100GE
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2.2.2 高速以太网技术的研究与发展 局域网发展的基本思路
研究交换式局域网
局域网发展 的基本思路
研究高速局域网
研究局域网互联技术
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• 组建同样规模的广域网或城域网，光以 太网的造价是SONET的1/5，是ATM的 1/10。
• IEEE已完成速率从10Mbps、100Mbps、 1Gbps到10Gbps的Ethernet技术标准制 定，正在研发的速率为100Gbps的 Ethernet产品；
• 能够覆盖从广域网、城域网到局域网的 整个范围。
Cambridge Ring
无线局域网 WLAN：802.11
以太网 Ethernet：802.3
令牌总线形局域网 Token Bus：802.4
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
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无线个人区域网与IEEE802.15.4标准
• IEEE802.15.4标准，主要考虑低速无线 个人区域网络（LR-WPAN）应用问题；
• 2003年，IEEE批准低速无线个人区域网 LR-WPAN标准—IEEE802.15.4，为近距 离范围内不同设备之间低速互连提供统 一标准。
• ZigBee适应于数据采集与控制的点多、数据传输量不 大、覆盖面广、造价低的应用领域；
• 基于ZigBee的无线传感器网络已在家庭网络、安全监 控、汽车自动化、消费电器、儿童玩具、医用设备控 制、工业控制、无线定位等领域广泛应用。
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2.3 宽带城域网技术演变与发展
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广域网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系统的 互联。
• 互联网中广域网更多地是作为覆盖地区、 国家、洲际地理区域的核心交换平台。
• 广域网研究的重点是宽带核心交换技术。
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2.1.2 广域网技术的发展趋势
2.3.1 城域网概念的发展与演变 早期城域网的技术定位 • IEEE802最初的表述：城域网是以光纤
为传输介质，能够提供45Mbps到 150Mbps高传输速率，支持数据、语音 与视频综合业务的数据传输，可以覆盖 跨度在50公里到100公里的城市范围，实 现高速宽带传输的数据通信网络； • 典型的产品是FDDI；
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2.1.3 广域网技术发展与TCP/IP协议的关系
X.25网络层协议
ATM网络层协议ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
X.25数据链路层协议 ATM数据链路层协议
RF
X.25物理层协议
ATM物理层协议
X.25网
ATM网
帧中继网
应用层协议 TCP/UDP协议
IP协议 PPP协议 SDH/SONET IP over SDH
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计算机网络技术教程
—自顶向下的分析与设计方法
吴功宜 吴英
编著
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第2章 广域网、局域网与
城域网技术发展
2
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主要内容
本章主要回答以下几个问题： ·广域网的技术特征与发展趋势是什么？ ·是什么原因引起了城域网的概念与技术的演变？ ·高速局域网的技术特征与发展趋势是什么？ ·接入技术与局域网、城域网是什么关系？ ·广域网、局域网与城域网技术的发展与TCP/IP协议有什么关系？
广泛应用的Ethernet网技术，为运营商 建造新一代的网络提供技术支持； • 基于这样一个设计思想，一种可运营的 光以太网的概念应运而生，从根本上改 变电信运营商规划、建设、管理思想。