计算机网络相关常识
计算机网络相关常识
计算机和计算机网络已经成为我们日常办公和生活必须的工具和媒介。计算机常识与使用维护，在大学计算机课程中也会学习到，并且当今社会下我们每天都接触，本专题将学习计算机网络的基础知识，同时对一些前沿知识和热点应用进行介绍。
一、计算机网络的基本概念
（一）什么是计算机网络
计算机网络从学科角度看，是计算机和通信两个学科的交叉性学科。计算机网络中，计算机负责数据的加工处理和使用，而通信负责数据的有效传输。
“计算机网络"是用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来的，是以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。如果两台计算机能够交换信息，则称这两台计算机是相连的(interconnected)。两台机器之间的连接不一定要通过铜线，光纤、微波、红外线和通信卫星也可以用来建立连接。网络可以有不同的大小、形状和形式。Internet或者万维网(Wor1d Wide Web)都不是计算机网络，现在给出一个简单的答案:Internet并不是一个单一的网络，而是一个由许多个网络构成的网络;Web是一个分布式系统，它运行在Internet之上。通过 浏览器向服务器发出请求，得到回应后，在浏览器上显示全部信息。
（二）传输介质
通信线路是以各类传输介质为载体的，网络接入常见的介质有：电话线、网线（如电信、移动、联通宽带、长城宽带） 、光纤、有线电视线、电力线、无线电波（ WIFI 、4G、5G）等。
（三）通信设备
1.调制解调器
调制解调器也就是我们常说的猫，为什么叫猫呢？因为它的英文名称为 modem，是 Modulator（调制器）与 Demodulator（解调器）合在一起的简称，根据 Modem的谐音，亲昵地称之为 “猫”。它是一种 计算机硬件 ，它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的 脉冲信号 ，而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并 译成计算机可懂的语言 。计算机内的信息是由“0”和“1”组成 数字信号 ，而在电话线上传递的却只能是模拟电信号。于是，当两台计算机要通过电话线进行数据传输时，就需要一个设备负责数模的转换。这个数模转换器就是Modem。 调制解调器可以理解为使数字数据能在模拟信号传输线上传输的转换接口。现在随着网络介质类型的增加，猫的种类也越来越多， 比如光纤接入所用的光猫， 在发送端， 需要把承载网络数据的电信号调制成光信号，到达接收端后，再把光信号解调成电信号。另外还有电力网的电猫、有线电视的同轴猫、移动通信的无线猫等。有了调制解调器就可以上网了，通过在操作系统中运行拨号程序，与服务商建立连接后就可以上网了。
1.1 根据Modem的形态和安装方式，可以大致可以分为以下四类
1、外置式Modem
外置式Modem放置于机箱外，通过串行通讯口与主机连接。这种Modem方便灵巧、易于安装，闪烁的指示灯便于监视Modem的工作状况。但外置式Modem需要使用额外的电源与电缆。
2、内置式Modem
内置式Modem在安装时需要拆开机箱，并且要对中断和COM口进行设置，安装较为繁琐。这种Modem要占用主板上的扩展槽，但无需额外的电源与电缆，且价格比外置式Modem要便宜一些。
3、PCMCIA插卡式Modem
插卡式Modem主要用于笔记本电脑，体积纤巧。配合移动电话，可方便地实现移动办公。
4、机架式Modem
机架式Modem相当于把一组Modem集中于一个箱体或外壳里，并由统一的电源进行供电。机架式Modem主要用于Internet/Intranet、电信局、校园网、金融机构等网络的中心机房。
除以上四种常见的Modem外，现在还有ISDN调制解调器和一种称为CableModem的调制解调器，另外还有一种ADSL调制解调器。CableModem利用有线电视的电缆进行信号传送，不但具有调制解调功能，还集路由器、集线器、桥接器于一身，理论传输速度更可达10Mbps以上。通过CableModem上网，每个用户都有独立的IP地址，相当于拥有了一条个人专线。目前，深圳有线电视台天威网络公司已推出这种有线电视网的Internet接入服务，接入速率为2Mbps-10Mbps。
2.交换机
交换机是一种用于 电信号 转发的 网络设备 。它把用户计算机或其他要互连的功能单元根据需求连接起来的一种通信设备。 能为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。交换机(英文：Switch，意为“开关”)最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。
2.1工作原理
工作在数据链路层，交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域，但它不能划分网络层广播，即广播域。交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
2.2几种交换技术
1、端口交换
端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口交换还可细分为：
·
模块交换：将整个模块进行网段迁移。
·
端口组交换：通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。
·
端口级交换：支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于
OSI
第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当，那么还可以在一定程度进行容错，但没有改变共享传输介质的特点，自而未能称之为真正的交换。
2.帧交换
帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的 带宽 。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种：
直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前
14
个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。
存储转发：通过对网络帧的读取进行验错和控制。
前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。
有的厂商甚至对网络帧进行分解，将帧分解成固定大小的信元，该信元处理极易用硬件实现，处理速度快，同时能够完成高级控制功能（如美国
MADGE
公司的
LET
集线器）如优先级控制。
3.信元交换
ATM
技术采用固定长度
53
个字节的信元交换。由于长度固定，因而便于用硬件实现。
ATM
采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。
ATM
还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接，以保障足够的 带宽 和容错能力。
ATM
采用了统计时分电路进行复用，因而能大大提高通道的利用率。
ATM
的带宽可以达到
25M
、
155M
、
622M
甚至数
Gb
的传输能力。但随着万兆以太网的出现，曾经代表网络和通讯技术发展的未来方向的
ATM
技术，开始逐渐失去存在的意义。
2.3几种交换方式
**1)
直通式：**
直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，这是它的优点。它的缺点是，因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入
/
输出端口直接接通，而且容易丢包。
**2)
存储转发：**
存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行
CRC
（循环冗余码校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。
**3)
碎片隔离：**
这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够
64
个字节，如果小于
64
字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于
64
字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。
3.路由器
路由器（
Router
，又称路径器）是一种
计算机
网络设备，它能将数据通过打包一个个网络传送至目的地（选择数据的传输路径），这个过程称为路由。路由器就是连接两个以上各别网络的设备，路由工作在
OSI
模型的第三层
——
即网络层。
路由器（
Router
），是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。
路由器是互联网络的枢纽，
"
交通警察
"
。目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。路由和交换机之间的主要区别就是交换机发生在
OSI
参考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换机在移动信息的过程中需使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。
3.1作用功能
1.连通不同的网络
从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与 交换机 和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如，一台支持
IP
协议的路由器可以把网络划分成多个子网段，只有指向特殊 IP地址 的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的 物理地址 。因此，使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机慢。但是，对于那些结构复杂的网络，使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤 网络广播 。从总体上说，在网络中添加路由器的整个安装过程要比即插即用的交换机复杂很多。
2.选择信息传送的线路
**路由
器**
有的路由器仅支持单一协议，但大部分路由器可以支持多种协议的传输，即多协议路由器。由于每一种协议都有自己的规则，要在一个路由器中完成多种协议的算法，势必会降低路由器的性能。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据－－路径表（
RoutingTable
），供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由 系统管理员 固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。
静态路由表：由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（
static
）路径表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。
动态路由表：动态（
Dynamic
）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议（
RoutingProtocol
）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。
3.2路由器级别
1.接入路由器
路由
器
接入路由器连接家庭或
ISP
内的小型企业客户。接入路由器已经开始不只是提供
SLIP
或
PPP
连接，还支持诸如
PPTP
和
IPSec
等虚拟私有网络协议。这些协议要能在每个端口上运行。诸如
ADSL
等技术将很快提高各家庭的可用 带宽 ，这将进一步增加接入路由器的负担。由于这些趋势，接入路由器将来会支持许多异构和高速
端口
，并在各个端口能够运行多种协议，同时还要避开电话交换网。
2.企业及路由器
企业或校园级路由器连接许多终端系统，其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，并且进一步要求支持不同的 服务质量 。许多现有的企业网络都是由
Hub
或网桥连接起来的以太网段。尽管这些设备价格便宜、易于安装、无需配置，但是它们不支持服务等级。相反，有路由器参与的网络能够将机器分成多个碰撞域，并因此能够控制一个网络的大小。此外，路由器还支持一定的服务等级，至少允许分成多个优先级别。但是路由器的每端口造价要贵些，并且在能够使用之前要进行大量的配置工作。因此，企业路由器的成败就在于是否提供大量端口且每端口的造价很低，是否容易配置，是否支持
QoS
。另外还要求企业级路由器有效地支持广播和组播。企业网络还要处理历史遗留的各种
LAN
技术，支持多种协议，包括
IP
、
IPX
和
Vine
。它们还要支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及
VLAN
。
3.骨干级路由器
骨干级路由器实现企业级网络的互联。对它的要求是速度和可靠性，而代价则处于次要地位。硬件可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，如热备份、双电源、双数据通路等来获得。这些技术对所有骨干路由器而言差不多是标准的。骨干
IP 路由器 的主要性能瓶颈是在转发表中查找某个路由所耗的时间。当收到一个包时，输入端口在转发表中查找该包的目的地址以确定其目的端口，当包越短或者当包要发往许多目的端口时，势必增加路由查找的代价。因此，将一些常访问的目的端口放到 缓存 中能够提高路由查找的效率。不管是输入缓冲还是输出缓冲路由器，都存在路由查找的瓶颈问题。除了性能瓶颈问题，路由器的稳定性也是一个常被忽视的问题。
4.太比特路由器
在未来核心互联网使用的三种主要技术中，光纤和
DWDM
都已经是很成熟的并且是现成的。如果没有与现有的光纤技术和
DWDM
技术提供的原始带宽对应的路由器，新的网络 基础设施 将无法从根本上得到性能的改善，因此开发高性能的骨干交换
/
路由器（太比特路由器）已经成为一项迫切的要求。太比特路由器技术现在还主要处于开发实验阶段。
5.多WAN路由器
双
WAN
路由器具有物理上的
2
个
WAN
口作为外网接入，这样内网电脑就可以经过双
WAN
路由器的 负载均衡 功能同时使用
2
条外网接入线路，大幅提高了 网络带宽 。当前双
WAN
路由器主要有
“
带宽汇聚
”
和
“
一网双线
”
的应用优势，这是传统单
WAN
路由器做不到的。
3.3路由器功能级别
1、宽带路由器
宽带路由器是近几年来新兴的一种网络产品，它伴随着宽带的普及应运而生。宽带路由器在一个紧凑的箱子中集成了路由器、防火墙、带宽控制和管理等功能，具备快速转发能力，灵活的网络管理和丰富的网络状态等特点。多数宽带路由器针对中国宽带应用优化设计，可满足不同的网络流量环境，具备满足良好的电网适应性和网络兼容性。多数宽带路由器采用高度集成设计，集成10/100Mbps宽带以太网WAN接口、并内置多口10/100Mbps自适应交换机，方便多台机器连接内部网络与Internet，可以广泛应用于家庭、学校、办公室、网吧、小区接入、政府、企业等场合。
**2、模块化路由器 路由
器**
模块化路由器主要是指该路由器的接口类型及部分扩展功能是可以根据用户的实际需求来配置的路由器，这些路由器在出厂时一般只提供最基本的路由功能，用户可以根据所要连接的网络类型来选择相应的模块，不同的模块可以提供不同的连接和管理功能。例如，绝大多数模块化路由器可以允许用户选择网络接口类型，有些模块化路由器可以提供VPN等功能模块，有些模块化路由器还提供防火墙的功能，等等。目前的多数路由器都是模块化路由器。
3、非模块化路由器
非模块化路由器都是低端路由器，平时家用的即为这类非模块化路由器。该类路由器主要用于连接家庭或ISP内的小型企业客户。它不仅提供SLIP或PPP连接，还支持诸如PPTP和IPSec等虚拟私有网络协议。这些协议要能在每个端口上运行。诸如ADSL等技术将很快提高各家庭的可用宽带，这将进一步增加接入路由器的负担。由于这些趋势，该类路由器将来会支持许多异构和高速端口，并在各个端口能够运行多种协议，同时还要避开电话交换网。
4、虚拟路由器
虚拟路由器以虚求实。最近，一些有关IP骨干网络设备的新技术突破，为将来因特网新服务的实现铺平了道路。虚拟路由器就是这样一种新技术，它使一些新型因特网服务成为可能。通过这些新型服务，用户将可以对网络的性能、因特网地址和路由以及网络安全等进行控制。以色列RND网络公司是一家提供从局域网到广域网解决方案的厂商，该公司最早提出了虚拟路由的概念。
5、核心路由器
核心路由器又称“骨干路由器”，是位于网络中心的路由器。位于网络边缘的路由器叫接入路由器。核心路由器和边缘路由器是相对概念。它们都属于路由器，但是有不同的大小和容量。某一层的核心路由器是另一层的边缘路由器。
6、无线路由器
无线路由器就是带有无线覆盖功能的路由器，它主要应用于用户上网和无线覆盖。市场上流行的无线路由器一般都支持专线xdsl/cable，动态xdsl，pptp四种接入方式，它还具有其它一些网络管理的功能，如dhcp服务、nat防火墙、mac地址过滤等等功能。
7、独臂路由器
独臂路由器的概念是出现在三层交换机之前，网内各个VLAN之间的通信可以用ISL关联来实现，那样的话，路由器就成为一个“独臂路由器”，VLAN之间的数据传输要进入先路由器处理，然后输出，以使得网络中的大部分报文同一个VLAN内的报文将用不着通过路由器而直接在交换设备间进行高速传输。这种路由方式的不足之处在于它仍然是一种集中式的路由策略，因此在主干网上一般均设置有多个冗余“独臂”路由器，来分担数据处理任务，从而可以减少因路由器引起的瓶颈问题，还可以增加冗余链路，但如果网络中VLAN之间的数据传输量比较大，那么在路由器处将形成瓶颈。独臂路由器现在基本被第3层交换机取代。
8、无线网络路由器
无线网络路由器是一种用来连接有线和无线网络的通讯设备，它可以通过Wi-Fi技术收发无线信号来与个人数码助理和笔记本等设备通讯。无线网络路由器可以在不设电缆的情况下，方便地建立一个电脑网络。
但是，一般在户外通过无线网络进行数据传输时，它的速度可能会受到天气的影响。其他的无线网络还包括了红外线、蓝牙及卫星微波等。
9、智能流控路由器
路由
器
智能流控路由器能够在自动地调整每个节点的带宽，这样每个节点的网速均能达到最快,不用限制每个节点的速度，这是其最大的特点。智能流控路由器经常用在电信的主干道上，如华为，思科。网吧,酒店等则常用网星路由器。
10、动态限速路由器
动态限速路由器是一种能实时地计算每位用户所需要的带宽，精确分析用户上网类型，并合理分配带宽，达到按需分配，合理利用，还具有优先通道的智能调配功能，这种功能主要应用于网吧、酒店、小区、学校等，网吧最常用的则是奥雷路由器。
11、软路由器
利用台式机或服务器配合软件形成路由解决方案，主要靠软件的设置，达成路由器的功能，常见的有小草软路由、海蜘蛛等。
4.交换机与路由器的区别
传统交换机从网桥发展而来，属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。
1．回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。
2．负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。
3．广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。
4．子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。
5．保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。
5.常见的网络结构类型
1 、局域网：所谓局域网，那就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。一般来说在企业局域网中，工作站的数量在几十到两百台次左右。在网络所涉及的地理距离上一般来说可以是几米至 10 公里以内。局域网一般位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层的应用。
2 、城域网：这种网络一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。这种网络的连接距离可以在 10 ￣ 100 公里，它采用的是 IEEE802.6 标准。 MAN 与 LAN 相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是 LAN 网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个 MAN 网络通常连接着多个 LAN 网。
3 、广域网：这种网络也称为远程网，所覆盖的范围比城域网 (MAN) 更广，它一般是在不同城市之间的 LAN 或者 MAN 网络互联，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般是要租用专线，通过 IMP( 接口信息处理 ) 协议和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题。这种城域网因为所连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的终端连接速率一般较低。
4 、无线网：随着笔记本电脑和个人数字助理等便携式计算机的日益普及和发展，人们经常要在路途中接听电话、发送传真和电子邮件阅读网上信息以及登录到远程机器等。然而在汽车或飞机上是不可能通过有线介质与单位的网络相连接的，这时候可能会对无线网感兴趣了。虽然无线网与移动通信经常是联系在一起的，但这两个概念并不完全相同。
6.网络相关应用
6.1、商业运用
1
、主要是实现资源共享最终打破地理位置束缚
,
主要运用客户
服务器模型。
2
、提供强大的通信媒介。如：电子邮件
(E-mail)
、视频会议。
3
、电子商务活动。如：各种不同供应商购买子系统，然后在将这些部件组装起来。
4
、通过
Internet
与客户做各种交易。如：书店、音像在家里购买商品或者服务。
6.2、家庭运用
1
、访问远程信息。如：浏览
Web
页面获得艺术、商务、烹饪、政府、健康、历史、爱好、娱乐、科学、运动、旅游等等信息。
2
、个人之间的通信。如：即时消息运用、聊天室、对等通信。
3
、交互式娱乐。如：视频点播、即时评论及参加活动、网络游戏。
4
、广义的电子商务。如：电子方式支付账单、管理银行账户、处理投资。
6.3、移动用户
以无线网络为基础。
1
、可移动的计算机：笔记本计算机、
PDA
、
3G
手机。
2
、军事：一场战争不可能靠局域网设备通信。
3
、运货车队、出租车、快递专车等应用。
7.常见网络标准
1.IEEE802.11a：使用5GHz频段，传输速度54Mbps，与802.11b不兼容
2.IEEE 802.11b：使用2.4GHz频段，传输速度11Mbps
3.IEEE802.11g：使用2.4GHz频段，传输速度主要有54Mbps、108Mbps，可向下兼容802.11b
4.IEEE802.11n草案：使用2.4GHz频段，传输速度可达300Mbps，标准尚为草案，但产品已层出不穷。
5.目前IEEE802.11b最常用，但IEEE802.11g更具下一代标准的实力，802.11n也在快速发展中。
6.IEEE802.11b标准含有确保访问控制和加密的两个部分，这两个部分必须在无线LAN中的每个设备上配置。拥有成百上千台无线LAN用户的公司需要可靠的安全解决方案，可以从一个控制中心进行有效的管理。缺乏集中的安全控制是无线LAN只在一些相对较的小公司和特定应用中得到使用的根本原因。
7.IEEE802.11b标准定义了两种机理来提供无线LAN的访问控制和保密：服务配置标识符（SSID）和有线等效保密（WEP）。还有一种加密的机制是通过透明运行在无线LAN上的虚拟专网（VPN）来进行的。
8.SSID ，无线LAN中经常用到的一个特性是称为SSID的命名编号，它提供低级别上的访问控制。SSID通常是无线LAN子系统中设备的网络名称；它用于在本地分割子系统。
9.WEP，IEEE802.11b标准规定了一种称为有线等效保密（或称为WEP）的可选加密方案，提供了确保无线LAN数据流的机制。WEP利用一个对称的方案，在数据的加密和解密过程中使用相同的密钥和算法。
8.无线网络技术
无线网络
(wireless network)是采用无线通信技术实现的网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和
数据网络
，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及
射频技术
，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于
传输媒介
的不同，利用无线电技术取代
网线
，可以和有线网络互为备份。
8.1个人网
无线个人网(WPAN)是在小范围内相互连接数个装置所形成的无线网络，通常是个人可及的范围内。例如蓝牙连接耳机及膝上电脑，ZigBee也提供了无线个人网的应用平台。
蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。该技术并不想成为另一种无线局域网（WLAN）技术，它面向的是移动设备间的小范围连接，因而本质上说它是一种代替线缆的技术。它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案，穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。
蓝牙力图做到：必须像线缆一样安全；降到和线缆一样的成本；可以同时连接移动用户的众多设备，形成微微网（piconet）；支持不同微微网间的互连，形成scatternet；支持高速率；支持不同的数据类型；满足低功耗、致密性的要求，以便嵌入小型移动设备；最后，该技术必须具备全球通用性，以方便用户徜徉于世界的各个角落。
从专业角度看，蓝牙是一种无线接入技术。从技术角度看，蓝牙是一项创新技术，它带来的产业是一个富有生机的产业，因此说蓝牙也是一个产业，它已被业界看成是整个移动通信领域的重要组成部分。蓝牙不仅仅是一个芯片，而是一个网络，不远的将来，由蓝牙构成的无线个人网将无处不在。它还是GPRS和3G的推动器。
8.2区域网
无线区域网(WirelessRegional Area Network，简称WRAN)基于认知无线电技术，IEEE802.22定义了适用于WRAN系统的空中接口。WRAN系统工作在47MHz～910MHz高频段/超高频段的电视频带内的，由于已经有用户(如电视用户) 占用了这个频段，因此802.22设备必须要探测出使用相同频率的系统以避免干扰。
8.3城域网
无线城域网是连接数个无线局域网的无线网络型式。
2003年1月，一项新的无线城域网标准IEEE802.16a正式通过。致力于此标准研究的组织是WiMax论坛——全球微波接入互操作性（WorldwideInteroperability for Microwave Access）组织。作为一个非赢利性的产业团体，WiMax由Intel及其他众多领先的通信组件及设备公司共同创建。截至2004年1月底，其成员数由之前的28个迅速增长到超过70个，特别吸引了AT&T、电讯盈科等运营商，以及西门子移动及我国的中兴通讯等通信厂商的参与。WiMax总裁兼主席LaBrecque认为，这将是该组织发展的一个里程碑。虽然实际的商用进程尚待时日，但是从WiMax论坛发布的资料上显示，WiMax正力图成为继无线局域网联盟Wi-Fi之后的另一个具有充分产业影响力的无线产业联盟。作为WiMax的主要成员，Intel一直致力于IEEE 802.16无线城域网芯片的开发。据悉，Intel有望在2004年下半年开始销售基于IEEE802.16d标准的芯片，该芯片将能够帮助实现终端设备与天线的无线高速连接。而WiMax的户外安装工作也将于2005年上半年开始，下半年将进行WiMax天线的室内安装。带有基于IEEE 802.16e标准的WiMax芯片设备有望在2006年初面市。
9.4G技术
4G是第四代通讯技术的简称，G是generation（一代）的简称。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。
2013年12月4日下午，工业和信息化部正式发放4G牌照，宣告我国通信行业进入4G时代。
2015年9月，调研公司发布4G网速报告，中国4G网络下载速度为13Mbps，位居全球排名第38位。前三位分别是：新西兰、新加坡和罗马尼亚。
9.1技术解读
2012.1.20ITU正式审议通过的的4G（IMT-Advanced）标准：LTE-Advanced：LTE(LongTerm Evolution,长期演进)的后续研究标准;WirelessMAN-Advanced(802.16m)：WiMAX的后续研究标准.而TD-LTE作为LTE-Advanced标准分支之一入选；这是由我国主要提出的。
1.LTE
LTE(LongTerm Evolution,长期演进)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。主要特点是在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，相对于3G网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。并且这一标准也是3GPP长期演进(LTE)项目，是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，其演进的历史如下：
GSM–>GPRS–>EDGE–>WCDMA–>HSDPA/HSUPA–>HSDPA+/HSUPA+–>FDD-LTE长期演进
GSM：9K–>GPRS:42K–> EDGE:172K –>WCDMA：364k –>HSDPA/HSUPA:14.4M–>HSDPA+/HSUPA+:42M –>FDD-LTE:300M
由于目前的WCDMA网络的升级版HSPA和HSPA+均能够演化到FDD-LTE这一状态，包括中国自主的TD-SCDMA网络也将绕过HSPA直接向TD-LTE演进，所以这一4G标准获得了最大的支持，也将是未来4G标准的主流。该网络提供媲美固定宽带的网速和移动网络的切换速度，网络浏览速度大大提升。
LTE终端设备当前有耗电太大和价格昂贵的缺点，按照摩尔定律测算，估计至少还要6年后，才能达到当前3G终端的量产成本。
2.LTE-Advanced
TE-Advanced：从字面上看，LTE-Advanced就是LTE技术的升级版，那么为何两种标准都能够成为4G标准呢？LTE-Advanced的正式名称为 FurtherAdvancements for E-UTRA，它满足ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求，是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源。LTE-Advanced是一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命，相当于HSPA和WCDMA这样的关系。LTE-Advanced的相关特性如下：
带宽：100MHz
峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps
峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz
针对室内环境进行优化
有效支持新频段和大带宽应用
峰值速率大幅提高，频谱效率有限的改进
如果严格的讲，LTE作为3.9G移动互联网技术，那么LTE-Advanced作为4G标准更加确切一些。LTE-Advanced的入围，包含 TDD和FDD两种制式，其中TD-SCDMA将能够进化到TDD制式，而WCDMA网络能够进化到FDD制式。移动主导的TD-SCDMA网络期望能够直接绕过HSPA+网络而直接进入到LTE。
9.2.现实应用
1.移动视频
现在很多 信号更
强 手机都配有能摄像的高级摄像头，这样的话把视频应用引入移动网络就不足为奇了。在初期大家可能只是简单的用Apple的iPhone或者使用基于GoogleAndroid系统的设备上传自家宝宝的一段视频。但也有专业的应用提供者，如QiK，提供支持手机到互联网的在线视频流服务，理论上可以把任何带着智能手机的人立刻变成现场新闻记者。
尽管这样的服务不会吸引到所有的人，但专业的广播团队一定会在4G服务可用后转而用之。至少在理论上，正在建设的4G网络WiMax和LTE比起卫星的Trunk（端口汇聚）处理起广播级品质的数据来会成本更低且更快。开发者诺曼创新公司提供的基于WiMax的调制解调器，可以安装在专业的摄像机后部，这样就不需要现场有卫星连线了。
终端上自带前置摄像头的产品比如三星的新型MID，Mondi和即将推出的HTC EVO4G（这两款产品都支持Clearwire或Sprint的WiMax网络），预示了使用Skype或OoVoo等服务的个人视频会议的蓬勃发展。由于Verizon近来在它的终端上支持了Skype，更多的人将会有可能使用这个流行的VoIP工具中的视频功能。
2.在线游戏
我们认为游戏玩家们会对
4G
服务的速度和移动性有强烈的热情。长期来看，在线玩家有可能是
4GWiFi
路由器的最大用户群，像是
Sprint
的
Overdrive
和
Clearwire
的
ClearSpot
就是通过使用小型
WiFi
网络快速接收
4G
信号然后将其转到游戏终端。大部分的游戏平台都支持
WiFi
连接，你可以很容易地使用便携式调制解调器与
5
到
8
个（视你购买的调节解调器而定）不同的设备分享
4G
连接。
在一些服务比如使用微软的
Xbox Live
上使用便携式的
“
口袋站点
”
路由器就可以玩转临时的游戏聚会，这是一个明显应用
4G
网络优势的方式。同时，
4G
网络对潜伏期的改善似乎也是专门为在线游戏定制的，因为对于在线游戏玩家来说更快的网络响应速度意味着生死（虚拟的）差异。
SprintHTC EVO 4G WiMax
手机内装了
WiFi
路由器，它可以支持
8
个额外的设备，使得此款手机可以用做便携式宽带集线器来聚集游戏玩家。
3.基于云计算应用
使用扩容的
4G
网络将使得云计算
–
用于在线存储的数据和应用
–
比今天更加吸引人，尤其是对企业里的专业人员来说他们需要接入网上交易繁忙的应用，如
Salesforce.com
的
CRM
平台和很多实时合作平台。如果从云到移动设备的宽带传输的管道变大
10
倍，云服务对于移动用户来说在可靠性，功能性和安全性方面都会有显著的改善。
也许你并不认同
Hulu
和
Netflix
是基于云的视频服务，而且也许他们可能不管它叫做
“
云计算
”
，但各类的消费者都有可能大量的使用更加快速的无线连接在像
Hulu.com
和
Netflix.com
这样的站点看未删节的电视节目和电影。
很多大学已经在探索更多的能把
4G
网络和便携电脑或平板电脑，如
Apple
的
iPad
，进行融合方法来取代实物教科书。
杂志和报纸出版社希望
4G
连接和新产品的设计（如
iPad
）能使得他们对提供更多元素如视频和图片的高级内容收费，这就要求比
3G
连接更快的宽带连接以用于为电子书阅读器如
Amazon
的
Kindle
上传数字书籍。
4.导航
Junaio
为移动设备提供的增强现实技术。想象一个这样的场景：
JunaioNavigation
，通常都是和譬如
GoogleMaps
捆绑在一起的，是
3G
设备如
iPhone
里最流行的下载之一。有了
4G
网络中更好的带宽，导航应用的提供商们已经开始探索
“
现实技术
”
这个想法了，用了这个技术设备就可以使用电话的实时摄像头提供实时的视频数据和它的位置或
GPS
信息。
终端用户获益范围从适度（比如有可以用你的手机看到最近的星巴克在那儿）到极强。举一个比较强的例子，想象一个可以有
4G
功能的头盔放映一装大楼建筑图到消防员的面罩上，这能帮助他们在充满烟雾的大楼里面找到通路。增强现实导航技术将可能在车载系统中更加流行和得到广泛的应用，如福特的
Sync
和通用的
OnStar
中。在车载系统中可以将增强现实技术应用和显示、天线、
GPS
系统和车内供电系统更好的集成。
10.5G技术
第五代移动电话行动通信标准，也称第五代
，外语缩写：
5G
。也是
之后的延伸，正在研究中，网速可达
5M/S- 6M/S .
诺基亚与加拿大运营商
Bell Canada
合作，完成加拿大首次
5G
网络技术的测试。测试中使用了
73GHz
范围内频谱，数据传输速率为加拿大现有
4G
网络的
6
倍。鉴于两者的合作，外界分析加拿大很有可能将在
5
年内启动
5G
网络的全面部署。
由于物联网尤其是互联网汽车等产业的快速发展，其对网络速度有着更高的要求，这无疑成为推动
5G
网络发展的重要因素。因此无论是加拿大政府还是全球各地，均在大力推进
5G
网络，以迎接下一波科技浪潮。不过，从目前情况来看
5G
网络离商用预计还需
4
到
5
年时间。
10.1五大技术
和
4G
相比，
5G
的提升是全方位的，按照
3GPP
的定义，
5G
具备高性能、低延迟与高容量特性，而这些优点主要体现在毫米波、小基站、
Massive MIMO
、全双工以及波束成形这五大技术上。
1.毫米波
众所周知，随着连接到无线网络设备的数量的增加，频谱资源稀缺的问题日渐突出。至少就现在而言，我们还只能在极其狭窄的频谱上共享有限的带宽，这极大的影响了用户的体验。
那么
5G
提供的几十个
Gbps
峰值速度如何实现呢？
众所周知，无线传输增加传输速率一般有两种方法，一是增加频谱利用率，二是增加频谱带宽。
5G
使用毫米波
(26.5
～
300GHz)
就是通过第二种方法来提升速率，以
28GHz
频段为例，其可用频谱带宽达到了
1GHz
，而
60GHz
频段每个信道的可用信号带宽则为
2GHz
。
在移动通信的历史上，这是首次开启新的频带资源。在此之前，毫米波只在卫星和雷达系统上被应用，但现在已经有运营商开始使用毫米波在基站之间做测试。
当然，毫米波最大的缺点就是穿透力差、衰减大，因此要让毫米波频段下的
5G
通信在高楼林立的环境下传输并不容易，而小基站将解决这一问题。
2.小基站
上文提到毫米波的穿透力差并且在空气中的衰减很大，但因为毫米波的频率很高，波长很短，这就意味着其天线尺寸可以做得很小，这是部署小基站的基础。
可以预见的是，未来
5G
移动通信将不再依赖大型基站的布建架构，大量的小型基站将成为新的趋势，它可以覆盖大基站无法触及的末梢通信。
因为体积的大幅缩小，我们设置可以在
250
米左右部署一个小基站，这样排列下来，运营商可以在每个城市中部署数千个小基站以形成密集网络，每个基站可以从其它基站接收信号并向任何位置的用户发送数据。当然，你大可不必担心功耗问题，雷锋网之前曾报道过：小基站不仅在规模上要远远小于大基站，功耗上也大大缩小了。
除了通过毫米波广播之外，
5G
基站还将拥有比现在蜂窝网络基站多得多的天线，也就是
MassiveMIMO
技术。
3.MassiveMIMO
现有的
4G
基站只有十几根天线，但
5G
基站可以支持上百根天线，这些天线可以通过
MassiveMIMO
技术形成大规模天线阵列，这就意味着基站可以同时从更多用户发送和接收信号，从而将移动网络的容量提升数十倍倍或更大。
MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)
的意思是多输入多输出，实际上这种技术已经在一些
4G
基站上得到了应用。但到目前为止，
MassiveMIMO
仅在实验室和几个现场试验中进行了测试。
隆德大学教授
OveEdfors
曾指出，
“MassiveMIMO
开启了无线通讯的新方向
——
当传统系统使用时域或频域为不同用户之间实现资源共享时，
MassiveMIMO
则导入了空间域
(spatialdomain)
的途径，其方式是在基地台采用大量的天线以及为其进行同步处理，如此则可同时在频谱效益与能源效率方面取得几十倍的增益。
”
毋庸置疑，
MassiveMIMO
是
5G
能否实现商用的关键技术，但是多天线也势必会带来更多的干扰，而波束成形就是解决这一问题的关键。
4.波束成形
MassiveMIMO
的主要挑战是减少干扰，但正是因为
MassiveMIMO
技术每个天线阵列集成了更多的天线，如果能有效地控制这些天线，让它发出的每个电磁波的空间互相抵消或者增强，就可以形成一个很窄的波束，而不是全向发射，有限的能量都集中在特定方向上进行传输，不仅传输距离更远了，而且还避免了信号的干扰，这种将无线信号
(
电磁波
)
按特定方向传播的技术叫做波束成形
(beamforming)
。
这一技术的优势不仅如此，它可以提升频谱利用率，通过这一技术我们可以同时从多个天线发送更多信息；在大规模天线基站，我们甚至可以通过信号处理算法来计算出信号的传输的最佳路径，并且最终移动终端的位置。因此，波束成形可以解决毫米波信号被障碍物阻挡以及远距离衰减的问题。
除此之外，笔者最后要提到
5G
的另一大特色
——
全双工技术。
5.全双工
全双工技术是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作，使得通信两端在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，突破了现有的频分双工
(FDD)
和时分双工
(TDD)
模式，这是通信节点实现双向通信的关键之一，也是
5G
所需的高吞吐量和低延迟的关键技术。
在同一信道上同时接收和发送，这无疑大大提升了频谱效率。但是
5G
要使用这一颠覆性技术也面临着不小的挑战，根据《移动通信》之前发布的资料显示，主要有一下三大挑战：
电路板件设计，自干扰消除电路需满足宽频
(
大于
100MHZ)
和多
MIMO(
多于
32
天线
)
的条件，且要求尺寸小、功耗低以及成本不能太高。
物理层、
MAC
层的优化设计问题，比如编码、调制、同步、检测、侦听、冲突避免、
ACK
等，尤其是针对
MIMO
的物理层优化。
对全双工和半双工之间动态切换的控制面优化，以及对现有帧结构和控制信令的优化问题。
10.2主要特点
从用户体验看，
5G
具有更高的速率、更宽的带宽，预计
5G
网速将比
4G
提高
10
倍左右，只需要几秒即可下载一部高清电影，能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络体验需求。
从行业应用看，
5G
具有更高的可靠性，更低的时延，能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求，拓宽融合产业的发展空间，支撑经济社会创新发展。
从发展态势看，
5G
目前还处于技术标准的研究阶段，今后几年
4G
还将保持主导地位、实现持续高速发展。但
5G
有望
2020
年正式商用。
1.超密集异构网络
未来
5G
网络正朝着网络多元化、
宽带化、
综合化、
智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及，面向
2020
年及以后，移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来
5G
网络中，
减小小区半径，
增加低功率节点数量，是保证未来
5G
网络支持
1 000
倍流量增长的核心技术之一
。因此，
超密集异构网络成为未来
5G
网络提高数据流量的关键技术。
未来无线网络将部署超过现有站点
10
倍以上的各种无线节点，在宏站覆盖区内，站点间距离将保持
10 m
以内，并且支持在每
1 km2
范围内为
25 000
个用户提供服务
。同时也可能出现活跃用户数和站点数的比例达到
1
∶
1
的现象，
即用户与服务节点一一对应。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离，使得网络的功率和频谱效率大幅度提高，同时也扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量，并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。虽然超密集异构网络架构在
5G
中有很大的发展前景，但是节点间距离的减少，越发密集的网络部署将使得网络拓扑更加复杂，
从而容易出现与现有移动通信系统不兼容的问题。在
5G
移动通信网络中，干扰是一个必须解决的问题。网络中的干扰主要有：同频干扰，
共享频谱资源干扰，
不同覆盖层次间的干扰等。现有通信系统的干扰协调算法只能解决单个干扰源问题，
而在
5G
网络中，相邻节点的传输损耗一般差别不大，这将导致多个干扰源强度相近，进一步恶化网络性能，使得现有协调算法难以应对。此外，
由于业务和用户对
QoS
需求的差异性很大，
5G
网络需要采用一些列措施来保障系
统
性
能，
主
要
有：
不同业务在网络中的实现，各种节点间的协调方案，网络的选择
，
以及节能配置方法等。
准确有效地感知相邻节点是实现大规模节点协作的前提条件。在超密集网络中，
密集地部署使得小区边界数量剧增，加之形状的不规则，导致频繁复杂的切换。为了满足移动性需求，
势必出现新的切换算法；另外，
网络动态部署技术也是研究的重点。由于用户部署的大量节点的开启和关闭具有突发性和随机性，
使得网络拓扑和干扰具有大范围动态变化特性；而各小站中较少的服务用户数也容易导致业务的空间和时间分布出现剧烈的动态变化。
2.自组织网络
传统移动通信网络中，
主要依靠人工方式完成网络部署及运维，既耗费大量人力资源又增加运行成本，而且网络优化也不理想。在未来
5G
网络中，将面临网络的部署、
运营及维护的挑战，
这主要是由于网络存在各种无线接入技术，
且网络节点覆盖能力各不相同，它们之间的关系错综复杂。因此，自组织网络
(self-organizingnetwork
，
SON)
的智能化将成为
5G
网络必不可少的一项关键技术
。
自组织网络技术解决的关键问题主要有以下
2
点：
①
网络部署阶段的自规划和自配；
②
网络维护阶段的自优化和自愈合。自配置即新增网络节点的配置可实现即插即用，具有低成本、
安装简易等优点。自优化的目的是减少业务工作量，
达到提升网络质量及性能的效果，
其方法是通过
UE
和
eNB
测量，在本地
eNB
或网络管理方面进行参数自优化。自愈合指系统能自动检测问题、
定位问题和排除故障，大大减少维护成本并避免对网络质量和用户体验的影响。自规划的目的是动态进行网络规划并执行，同时满足系统的容量扩展、
业务监测或优化结果等方面的需求。目前，主要有集中式、
分布式以及混合式
3
种自组织网络架构。其中，
基于网管系统实现的集中式架构具有控制范围广、
冲突小等优点，但也存在着运行速度慢、
算法复杂度高等方面的不足；而分布式恰恰相反，
主要通过
SON
分布在
eNB
上来实现，
效率和响应速度高，
网络扩展性较好，对系统依懒性小，
缺点是协调困难；混合式结合集中式和分布式
2
种架构的优点，缺点是设计复杂。
SON
技术应用于移动通信网络时，
其优势体现在网络效率和维护方面，
同时减少了运营商的资本性支出和运营成本投入。由于现有的
SON
技术都是从各自网络的角度出发，
自部署、
自配置、
自优化和自愈合等操作具有独立性和封闭性，
在多网络之间缺乏协作。因此，研究支持异构网络协作的
SON
技术具有深远意义。
3.内容分发网络
在未来
5G
中，
面向大规模用户的音频、
视频、图像等业务急剧增长，
网络流量的爆炸式增长会极大地影响用户访问互联网的服务质量
。如何有效地分发大流量的业务内容，
降低用户获取信息的时延，成为网络运营商和内容提供商面临的一大难题。仅仅依靠增加带宽并不能解决问题，
它还受到传输中路由阻塞和延迟、
网站服务器的处理能力等因素的影响，这些问题的出现与用户服务器之间的距离有密切关系。内容分发网络
(content distribution network
，
CDN)
会对未来
5G
网络的容量与用户访问具有重要的支撑作用。
内容分发网络是在传统网络中添加新的层次，即智能虚拟网络。
CDN
系统综合考虑各节点连接状态、
负载情况以及用户距离等信息，通过将相关内容分发至靠近用户的
CDN
代理服务器上，
实现用户就近获取所需的信息，使得网络拥塞状况得以缓解，降低响应时间，提高响应速度。
CDN
网络架构在用户侧与源
server
之间构建多个
CDN
代理
server
，可以降低延迟、
提高
QoS(quality of service)
。当用户对所需内容发送请求时，
如果源服务器之前接收到相同内容的请求，
则该请求被
DNS
重定向到离用户最近的
CDN
代理服务器上，
由该代理服务器发送相应内容给用户。因此，
源服务器只需要将内容发给各个代理服务器，
便于用户从就近的带宽充足的代理服务器上获取内容，
降低网络时延并提高用户体验。随着云计算、
移动互联网及动态网络内容技术的推进，
内容分发技术逐步趋向于专业化、
定制化，在内容路由、
管理、
推送以及安全性方面都面临新的挑战
。
在未来
5G
网络中，
随着智能移动终端的不断普及和快速发展的应用服务，
用户对移动数据业务需求量将不断增长，
对业务服务质量的要求也不断提升。
CDN
技术的优势正是为用户快速地提供信息服务，同时有助于解决网络拥塞问题。因此，
CDN
技术成为
5G
必备的关键技术之一。
**4.D2D
通信**
在未来
5G
网络中，
网络容量、
频谱效率需要进一步提升，更丰富的通信模式以及更好的终端用户体验也是
5G
的演进方向。设备到设备通信
( device-to-device communication
，
D2D)
具有潜在的提升系统性能、
增强用户体验、
减轻基站压力、
提高频谱利用率的前景。因此，
D2D
是未来
5G
网络中的关键技术之一。
D2D
通信是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。
D2D
会话的数据直接在终端之间进行传输，
不需要通过基站转发，
而相关的控制信令，如会话的建立、
维持、
无线资源分配以及计费、
鉴权、
识别、
移动性管理等仍由蜂窝网络负责
。蜂窝网络引入
D2D
通信，
可以减轻基站负担，
降低端到端的传输时延，
提升频谱效率，
降低终端发射功率。当无线通信基础设施损坏，
或者在无线网络的覆盖盲区，终端可借助
D2D
实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。在
5G
网络中，
既可以在授权频段部署
D2D
通信，也可在非授权频段部署。
**5.M2M
通信**
M2M(machineto machine
，
M2M)
作为物联网在现阶段最常见的应用形式，
在智能电网、
安全监测、城市信息化、
环境监测等领域实现了商业化应用。
3GPP
已经针对
M2M
网络制定了一些标准，
并已立项开始研究
M2M
关键技术。根据美国咨询机构
FORRESTER
预测估计，
到
2020
年，
全球物与物之间的通信将是人与人之间通信的
30
倍。
IDC
预测，在未来的
2020
年，
500
亿台
M2M
设备将活跃在全球移动网络中。
M2M
市场蕴藏着巨大的商机。因此，研究
M2M
技术对
5G
网络具有非比寻常的意义。
M2M
的定义主要有广义和狭义
2
种。广义的
M2M
主要是指机器对机器、
人与机器间以及移动网络和机器之间的通信，
它涵盖了所有实现人、
机器、系统之间通信的技术；从狭义上说，
M2M
仅仅指机器与机器之间的通信。智能化、
交互式是
M2M
有别于其它应用的典型特征，
这一特征下的机器也被赋予了更多的
“
智慧
”
。
6.信息中心网络
随着实时音频、
高清视频等服务的日益激增，基于位置通信的传统
TCP /IP
网络无法满足海量数据流量分发的要求。网络呈现出以信息为中心的发展趋势。信
息
中
心
网
络
( information-centric network
，
ICN)
的思想最早是
1979
年由
Nelson
提出来的
，后来被
Baccala
强化
。目前，
美国的
CCN
、
DONA
和
NDN
等多个组织对
ICN
进行了深入研究。作为一种新型网络体系结构，
ICN
的目标是取代现有的
IP
。
ICN
所指的信息包括实时媒体流、
网页服务、
多媒体通信等，而信息中心网络就是这些片段信息的总集合。因此，
ICN
的主要概念是信息的分发、
查找和传递，不再是维护目标主机的可连通性。不同于传统的以主机地址为中心的
TCP /IP
网络体系结构，
ICN
采用的是以信息为中心的网络通信模型，
忽略
IP
地址的作用，
甚至只是将其作为一种传输标识。全新的网络协议栈能够实现网络层解析信息名称、
路由缓存信息数据、
多播传递信息等功能，
从而较好地解决计算机网络中存在的扩展性、
实时性以及动态性等问题。
ICN
信息传递流程是一种基于发布订阅方式的信息传递流程。首先，内容提供方向网络发布自己所拥有的内容，网络中的节点就明白当收到相关内容的请求时如何响应该请求。然后，当第一个订阅方向网络发送内容请求时，节点将请求转发到内容发布方，内容发布方将相应内容发送给订阅方，
带有缓存的节点会将经过的内容缓存。其他订阅方对相同内容发送请求时，邻近带缓存的节点直接将相应内容响应给订阅方。因此，信息中心网络的通信过程就是请求内容的匹配过程。传统
IP
网络中，
采用的是
“
推
”
传输模式，即服务器在整个传输过程中占主导地位，
忽略了用户的地位，
从而导致用户端接收过多的垃圾信息。
ICN
网络正好相反，
采用
“
拉
”
模式，
整个传输过程由用户的实时信息请求触发，
网络则通过信息缓存的方式，实现快速响应用户。此外，信息安全只与信息自身相关，而与存储容器无关。针对信息的这种特性，
ICN
网络采用有别于传统网络安全机制的基于信息的安全机制。这种机制更加合理可信，
且能实现更细的安全策略粒度。和传统的
IP
网络相比，
ICN
具有高效性、
高安全性且支持客户端移动等优势。目前比较典型的
ICN
方案有
CCN
，
DONA
，
NetInf
，
INS
和
TRIAD
。
7.移动云计算
近年来，智能手机、
平板电脑等移动设备的软硬件水平得到了极大地提高，支持大量的应用和服务，为用户带来了很大的方便
。在
5G
时代，全球将会出现
500
亿连接的万物互联服务，人们对智能终端的计算能力以及服务质量的要求越来越高。移动云计算将成为
5G
网络创新服务的关键技术之一。移动云计算是一种全新的
IT
资源或信息服务的交付与使用模式，
它是在移动互联网中引入云计算的产物。移动网络中的移动智能终端以按需、
易扩展的方式连接到远端的服务提供商，
获得所需资源，主要包含基础设施、
平台、
计算存储能力和应用资源。
SaaS
软件服务为用户提供所需的软件应用，终端用户不需要将软件安装在本地的服务器中，只需要通过网络向原始的服务提供者请求自己所需要的功能软件。
PaaS
平台的功能是为用户提供创建、
测试和部署相关应用等服务。
PaaS
自身不仅拥有很好的市场应用场景，
而且能够推进
SaaS
。而
IaaS
基础设施提供基础服务和应用平台。
8.SDN/NFV
随着网络通信技术和计算机技术的发展，
互联网
、
三网融合、
云计算服务等新兴产业对互联网在可扩展性、
安全性、
可控可管等方面提出了越来越高的要求。
SDN(software-definednetworking
，
软件定义网络
)/NFV(network function virtualization
，网络功能虚拟化
)
作为一种新型的网络架构与构建技术，
其倡导的控制与数据分离、
软件化、
虚拟化思想，
为突破现有网络的困境带来了希望。在欧盟公布的
5G
愿景中，
明确提出将利用
SDN /NFV
作为基础技术支撑未来
5G
网络发展。
SDN
架构的核心特点是开放性、
灵活性和可编程性。主要分为
3
层：基础设施层位于网络最底层，包括大量基础网络设备，该层根据控制层下发的规则处理和转发数据；中间层为控制层，该层主要负责对数据转发面的资源进行编排，控制网络拓扑、
收集全局状态信息等；最上层为应用层，该层包括大量的应用服务，通过开放的北向
API
对网络资源进行调用。
SDN
将网络设备的控制平面从设备中分离出来，
放到具有网络控制功能的控制器上进行集中控制。控制器掌握所有必需的信息，
并通过开放的
API
被上层应用程序调用。这样可以消除大量手动配置的过程，简化管理员对全网的管理，
提高业务部署的效率。
SDN
不会让网络变得更快，
但他会让整个基础设施简化，降低运营成本，
提升效率。未来
5G
网络中需要将控制与转发分离，进一步优化网络的管理，以
SDN
驱动整个网络生态系统。
9.软件定义无线网络
目前，无线网络面临着一系列的挑战。首先，无线网络中存在大量的异构网络，
如：
LTE
、
Wimax
、
UMTS
、
WLAN
等，异构无线网络并存的现象将持续相当长的一段时间。目前，
异构无线网络面临的主要挑战是难以互通，资源优化困难，无线资源浪费，这主要是由于现有移动网络采用了垂直架构的设计模式。此外，
网络中的一对多模型
(
即单一网络特性对多种服务
)
，无法针对不同服务的特点提供定制的网络保障，降低了网络服务质量和用户体验。因此，在无线网络中引入
SDN
思想将打破现有无线网络的封闭僵化现象，彻底改变无线网络的困境。
软件定义无线网络保留了
SDN
的核心思想，
即将控制平面从分布式网络设备中解耦，
实现逻辑上的网络集中控制，数据转发规则由集中控制器统一下发。软件定义无线网络的架构分为
3
个层面。在软件定义无线网络中，
控制平面可以获取、更新、预测全网信息，例如：用户属性、动态网络需求以及实时网络状态。因此，控制平面能够很好地优化和调整资源分配、转发策略、流表管理等，简化了网络管理，加快了业务创新的步伐。
10.情境感知技术
随着海量设备的增长，
未来的
5G
网络不仅承载人与人之间的通信，
而且还要承载人与物之间以及物与物之间的通信，既可支撑大量终端，又使个性化、
定制化的应用成为常态。情境感知技术能够让未来
5G
网络主动、
智能、
及时地向用户推送所需的信息。
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