CN101697539A - 裸网 - Google Patents

Abstract

本发明任务涉及裸网。利用裸网技术，可将三大网络分别改造成国家信息基础设施网络。由许多不同类型业务网或计算机的接出口，接入裸网共同组合而成的互联网络，就是裸式网络。它将专门的信息传输和交换的网络与具有资源处理和共享功能的网络相分离。裸式网络将多种接入方式(包括电信xDSL、有线电视网的HFC或者园区网和移动网的接入等)融合为具有统一接入和应用接口的高效网络，组建新型的能容纳各种形式的信息的广域网。它是一个宽带窄带一体化、有线无线一体化、有源无源一体化和传输接入一体化的下一代网络。路标器完成呼叫控制、路由、介质网关接入控制、资源分配、协议处理、认证和计费等主要功能等。

Description

裸网

技术领域    本发明涉及网络技术(Network Technology)、信息技术(Information Technology，IT)、计算机技术(Computer Technology)、数据库技术(Database Technology)、互联网(Internet)、电信技术(Telecommunication Technology)和有线电视(Community Antenna Television，CATV)技术等。

背景技术    互联网、电信网(包括无线市话、移动电话等)和有线电视网，称为三大网络，简称三网。它们是互不相关的独立体系。目前它们的业务互相独立，业务扩展无法无缝融合。它们的安全性不强。

网络拓扑结构的结点(结点设备)一般具有计算机***的某些基本功能；主要作用是如下三点：

一、存储和处理信息，实现信息交流和协议变换；二、信息传输路由选择；三、实施通信网络管理等。

网络拓扑结构的线(介质)主要作用是传输信息(模拟信号和数字信号等)。

通用计算机(universal computer)具有操作***软件，一般还包含其与相应网络相连接的接口电路。

能够连接一台或多台计算机并具有允许它们同时收发或交换信息功能的网络硬件设备，称为交换设备。

互联的同构网络和通过网关等互联的异构网络或者由它们组合的网络，称为互联网络(internetwork)。

目前的互联网是计算机网络的典型代表。其优势是网络结构简单、技术更新快和成本低等。其问题是对全网没有有效的控制能力、难以实现统一网裸管理，此外在互联网上开放电子商务、电子政务和各个行业的网络业务的安全性和可靠性还需要进一步改善。通过互联网进行的自动化业务，称为网络业务。

目前的电信网络是指传统的电话交换网(PSTN)、窄带综合业务数字网(N-ISDN)、数字数据网(DDN)、帧中继(FR)网、异步传输模式(ATM)网等；此外还有X.25网、B-ISDN网和xDSL网等。其优势是覆盖全国的高速大容量光纤核心网。其缺点是一个低速的、模拟的、规模巨大的电话机铜线接入线。

目前的有线电视网络是高速廉价的综合网络。它具有频带宽、容量大、多功能、低成本、双向性、支持多种业务和连接千家万户的优势。其不足是靠同轴电缆向用户传送电视节目，还处于模拟水平。

三大网络的综合业务是用硬件和软件来控制和实现各种网络业务体系结构的功能。个人计算机(Personal Computer，PC)是其中应用最广泛、最基本的计算机。它特点是改善了人机接口界面。它不仅具有性能稳定、运算速度快等优点，而且还具有高可靠性、环境适应性强的特点。

以下所称互联网、电信网和有线电视网的各个网络业务，如果没有特别注明，也包含工农业领域的自动化和数控***、各种网络中的数据库和各种网络业务(包括网络游戏、电子邮件、文件传输和超媒体等)。

某个单位分散于各地的业务，无法通过互联网、电信网和有线电视网的三大网络进行安全和可靠的互连，必需通过建设或者租用昂贵的专线或者采用虚拟专用网(Virtual Private Network，VPN)技术，建立该单位分布式网络业务***或者集中式网络业务***；即建设专用业务网络***等。

租用专线对于许多小型的或者中型的企业，甚至大型企业，都是一种沉重的负担。而单位建设专用线路以及运行期间维护的费用，更加昂贵。

安全套接字层(Secure Socket Layer，SSL)VPN只适合站点对网络的连接，无法实现多个网络之间的安全互操作。现有的防火墙无法抵抗计算机病毒的侵犯。

发明内容    本发明任务是提出裸网概念和裸网技术，并利用网络互联技术，建立具有高性能网络服务功能的裸式网络。本发明还提出裸网交换技术、将三大网络分别改造成“计算强势网格(Computation PowerGrid，CPG)”的技术和无线市话与移动网络等接入裸网的技术等。

专门处理信息交换和控制信息传输的网络，称为裸网。由能够存储或共享资源的具有数据计算和处理功能的通用计算机等终端设备形成的网络，称为业务网。业务网接入裸网形成的互联网络，称为裸式网络。

若干个具有通用功能的计算机等，通过接口电路与传输介质相连接而组成的共享资源和协同工作的网络(一般为局域网)，就组成业务网。单台通用计算机或具有控制器的终端，是业务网的特例。业务网可以按照局域网或城域网的组成方式，互连成星型、环型、总线型、层次型、树型和网状型等网络拓扑结构。

业务网是物理分散在网络的各结点上；而逻辑集中在同一个***。物理分散指各站点(Site)或各结点(Node)分散在不同的地方；逻辑集中指各站点之间是一个逻辑整体，相互之间可互联、互通、互操作。

业务网的计算机类设备包括主机、终端、终端设备控制器、数据库、连网的外设和各种信息资源等。

主机是业务网主要和重要的服务器(server)或通用计算机，其装有本地操作***、数据库和用户应用***等。它可以通过传输线路与其他网络或终端相连接。用户终端一般与主机共同连入业务网。

终端是用户访问网络的界面。它可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理器的智能终端。智能终端除了具有输入、输出信息的功能外，还具有存储和处理信息的能力。终端可以通过主机进入网络，也可以通过终端设备控制器、报文分组组装与拆卸装置或者通信交换机连入网络。

业务数据库***建立于业务网操作***之上。它可驻留在一台主机上(集中式网络数据库***)，也可以分布在每台主机上(分布式网络数据库***)。它向用户提供存取、修改数据库的服务，实现数据库共享。

业务网内所有基本结构组件以及它们的组合形态均运行于同一个软件版本，并随着版本的升级在业务网内增加业务，同时对整个裸式网络提供新功能。

由专门承担网络信息交换和传输功能的微控制器(单片机)以及连接它们传输介质(可以包括中继器)所组成的信息交换和传输网络，就是裸网。传输介质采用光纤等有线传输介质，也可采用无线传输介质。

裸网中能够把收到的输入信息存储并从正确的输出端输出的微控制器，称为路标器。它是连接裸网传输线路的结点，称为裸网的交换结点。在裸网交换结点上，输入端与输出端的接通，可以是物理接通，也可以是逻辑接通。路标器由具有数据交换功能的硬件和选择通道的软件共同构成的。

路标器的基本功能是：通过硬件和软件分别实现路由和呼叫的通信控制功能，包括路由或呼叫选路、无连接或面向连接控制(包括建立/拆除线路)、管理和传输在裸网上建立虚拟信道所需的信令信息等；并且实现呼叫传输与呼叫控制相分离，即控制、交换和可编程功能相分离。路标器可以同时发送和交换信息。

业务网(或计算机类设备)与裸网的路标器相连接的匹配部分，称为业务网(或计算机)接出口。

不同类型的业务网或计算机的接出口，接入裸网共同组合的互联网络，就是裸式网络(图1)。它将专门承担信息传输和交换的网络与具有资源共享功能的网络相分离。裸网中信息交换功能在路标器执行。业务网中信息交换传输由计算机等实施。信息传输在裸网中采用点对点方式；在业务网中一般采用广播方式。

裸式网络参照开放***互连(Open System Interconnection，OSI)参考模型(Reference Model，RM)；实际采用互联网模型(Internet Layering Model)，传输控制协议/网际协议(Transmission ControlProtocol/Internet Protocol，TCP/IP)系列是为裸式网裸的主机或路标器相互通信而约定和遵守的规则。

裸式网络中的业务网也可以采用其他的网络协议。但网际协议(IP)是裸网的唯一网络互联协议。

裸网的路标器和业务网的交换设备对帧的逻辑构造的定义一致，但与如何具体实现帧的功能无关。

裸式网络将具有资源存储和处理功能的网络与只有信息交换和传输功能的网络彻底分离；业务的生成和实现均由业务网中的相应功能部件执行。裸式网络技术以统一的方式创建新业务，为所有的网络(包括电视信息网、计算机信息网、电信信息网等)服务。裸式网络技术解决了信息传输与业务的综合瓶颈问题。

裸式网络具有其各个业务网创造和自行生成新业务的功能。在裸式网络上通过标准化的结构和协议，将网络的业务和传输功能分离；裸网只负责信息的交换和传输，而业务的提供、创建和生成都由业务网完成。它一方面加速高效生成新业务，另一方面采用标准接口，使各厂家的设备可以互换，促进公平竞争。

裸式网络与电信网、电视网和互联网能兼容互通，不影响现有网络的规程、操作和性能，可有效地利用现有三大网络资源；同时又能将三大网络分别改造成独立的裸式网络。其中每个业务网的功能都独立于裸网；都是一个可编程的业务平台，能实现业务的灵活加载、扩展和新业务的生成。

裸式网络计算(Network Computing)实现技术是套接字(Socket)、远程过程调用(Remote ProcedureCall，RPC)或中间件(Middleware)技术。

路标器一方面作为裸网与业务网、计算机等连接的接口，将业务网、计算机或终端等连接到裸式网络中；另一方面又作为交换结点，完成裸网中信息的接收、校验、存储和转发等，实现信息出入和收发功能。

裸式网络中业务网的***备份自动化解决方案，可以由备份客户端、主备份服务器、介质服务器、备份存储单元和备份管理软件等组成。备份客户端通常是指应用程序、计算机类设备；表示能从在线存储上读取数据并且将数据传送到备份服务器的软件系列；主备份服务器用于安排备份和恢复工作，并维护数据的存放介质；介质服务器是按照主备份服务器的指令将数据复制到备份介质上。

裸式网络结构之间的通信是基于公共信道信令方式，在用户-网络接口以及网络内部都存在单独的信令信道，与信息信道是完全分开的。信令网络结构本身就是基于裸网和业务网的，不需要任何附加的设备或装置；实现了以拓扑结构保障的网络安全性。它规划业务流向、流量和业务需求，避免传统的信令网、管理网、同步网和相关支撑网。业务网连接功能对应于用户-网络信令、计费等；裸网对应内部信令。

裸式网络中各种不同特定功能的***为：Web功能网络、面向对象网络、多媒体网络、模糊网络和智能网络等。其中业务网可以是一个集中式或者分布式***，它们都有自治处理能力，完成本站点的局部应用；它们同时构成一个逻辑整体，统一在分布式裸式网络管理***的控制下，共同参与/完成全局应用。

应用流媒体(Streaming Media，SM)技术能从裸式网络获取音频和视频等连续多媒体文件，在终端创造一个缓冲区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，避免播放中断；用户可边接收，边播放，减少延时。

裸式网络的应用***是建立在网络操作***、数据库***等基础上的具体应用，以实现用户的需求。

独立的裸式网络通过其裸网上路标器的相互连接，实现它们之间的互联、互通和互操作。

裸式网络基于协同计算(Collaborative Computing)；实现网络计算(Network Computing)的支撑是建立与平台无关的、以裸网为中心的下一代网络(Next Generation Networking)。它可用分布式面向对象(Distributid Object-Oriented，DOO)技术和知识挖掘(Knowledge Mining)技术，实现各项功能。

1、裸网分为裸广域网、裸城域网和裸局域网。裸网不提供信息资源和数据计算能力，使网络控制简单。局部地理区域内的裸网，称为裸局域网。它的覆盖范围一般在10千米以内。传输技术：基带。

能覆盖一个城市或县城区域的裸网，称为裸城域网；它覆盖范围少于100千米。传输技术：基带/宽带。

由远距离传输介质和与其相连的路标器所组成的裸网，称为裸广域网。远距离是指相邻城市(包括县城)中心之间或者以上的距离。它能跨越几十千米以上远的距离。传输技术：宽带。

裸广域网和裸城域网采用无规则网状型拓扑结构；它们的路标器采用相同的寻址模式、报文分组长度、网络访问机制、路径寻找方法、访问控制技术、差错恢复功能和状态报告等；可以使用同样类型的路标器。这种裸广域网和裸城域网使用的路标器，称为标准路标器。裸城域网也可以采用其他网络拓扑结构和技术。

裸局域网一般采用总线型、网状型、环型或星型网络拓扑结构。它的路标器根据该网络拓扑结构确定。

路标器具有双重作用：一方面是业务网的网络接入口；另一方面是裸网信息传输路径选择和转发设备。

裸网中采用存储-转发中的信元交换(Cell Switching)和帧交换技术。它们称为裸网交换技术。

1.1服务器、客户机和终端等设备或者业务网，通过网络接口卡(Network Interface Card，NIC)等与裸局域网中的路标器相连接所组成的网络，称为裸式局域网(图3)。其中裸局域网采用高速传输介质(有线或无线)；由各个路标器共享。裸局域网一般不采用网状型拓扑结构，而是采用总线型或星型拓扑结构。这样就使网络的管理和控制变得简单。由于传输距离短，传输延迟比较小，传输速率高，可靠性也比较好。

路标器主要作用是将业务网分成网段，减少流量，避免冲突，增加带宽，以便提高裸式局域网的性能。路标器有多个接口，每个接口连接一个业务网或计算机设备。它可以把多个接口输入的不同信息，同时转发到正确的输出接口，实现多对结点之间的并发通信，从而提高裸式局域网的整体带宽。

业务网可以实行语音、图像、数据等信息处理的新技术。每一个业务网进行的每一项技术更新，都会使整个裸式局域网受益。各种业务网可以采用不同的网络体系协议。网际协议(IP)是裸局域网互联协议。

光纤分布数据接口(Fiber Distributed Data Interface，FDDI)是用光纤作为传输介质的高速网络；使用FDDI，既可以组成裸局域网或者裸城域网，又可以作为业务网连接路标器的接口线路。

美国国家标准协会(American National Standards Institure，ANSI)制定FDDI-II标准，解决多媒体数据在FDDI上的传输问题。ANSI制定的CDDI标准是FDDI在铜质电缆上的应用，与FDDI高度兼容。

现有的交换式局域网可以将业务网，分为若干个物理网段或子网，它们之间用网桥或交换机连接，每个网段可以组成一个内部可以自由通信的工作组，但同网段上的服务器、客户机和终端很难分成不能互相自由访问的不同工作组，从而无法保证组内信息的安全性和机密性。裸式局域网可以实现这一目的，其方法是把局域网上的同一个工作组的终端连接到同一个路标器上；或者通过路标器的软件设置，将广播信息的传播范围限制在同一个工作组的终端上。

1.2将业务网或者计算机、终端设备等，通过路由器或网络接口卡与裸城域网的路标器相连接所组成的网络，称为裸式城域网(图4)。裸城域网用光纤作为传输介质，一般采用无规则网状型拓扑结构。它也可以采用其他拓扑结构，实现对共享介质的访问控制。裸式城域网在一个城市(或县城中心区)的范围(几十千米至一百千米距离)内，实现各种多媒体信息的高速传输以及该网内终端之间的通信。

如果裸城域网是网状型拓扑结构，信息交换采用标准路标器。其他信息交换根据网络拓扑结构确定。

实现城域网的标准和技术有很多，例如FDDI、异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)、分布式队列观总线(Distributed Queue Dual Bus，DQDB)-IEEE 802.6标准等。这些标准和技术也同样适用于裸式城域网。

裸式城域网分为裸城域网和各个不同的业务网或计算机***。业务网可以实行语音、图像、数据等各种信息处理的新技术。每一个业务网进行的每一项技术更新，都会使整个裸式城域网受益。各个业务网最好采用TCP/IP协议；但可以采用其他不同的网络协议。网际协议(IP)是裸城域网的网络互联协议。

现有的城域网在传输带宽和传输距离上还有一定的不足。裸式城域网能在城市范围内为众多的业务网和计算机终端设备等提供高速互连的方法，突破局域网扩展所成的城域网在带宽和传输距离上的限制。

1.3将业务网或者服务器等终端设备通过网关或路由器，与裸广域网路标器相连接所组成的广域网，称为裸式广域网(图5)。裸广域网传输线路一般采用光纤作为传输介质，它的信息交换采用标准路标器。

裸广域网是通过远距离传输介质将不同地理位置的各个路标器或路标器组互联组成的。各个路标器或路标器组之间的远距离传输介质的速率，比各个路标器或路标器组与计算机类设备之间的短距离传输介质的速率快。一台标准路标器有多个输入/输出接口，使得与它相连接的业务网，能形成多种不同的网络拓扑结构，并连接多台不同类型的计算机类设备。一个地理位置可以有一个或一个以上的路标器组。

裸广域网的结构是不必对称的。它只采用不规则网状型拓扑结构。其中标准路标器组与远距离传输介质的互联及其中每条连接线路的容量都根据预期流量而定，并且提供冗余以防故障。

现有的互联网是面向无连接的分组数据传输网，主要信息是数据，其终端是计算机类设备。它实际是以计算机***和ARPANET网络为基础，逐步互联、扩张和膨大而形成的网中网。用户到用户的数据传输是通过TCP协议完成的，各个计算机网络的互联则是通过IP实现。这种网络互联是无序的；其安全性也差。

现有的电信网络主要是指公用电话网，但也有其他的业务，例如传真和数据等；由电信部门运营；其终端主要是电话机。它是为实现点到点的双向语音通信而设计建设的网络。电信网采用复杂的分等级的时分复用方法，不易实现视频信息传输。移动电话网使用无线传输介质，解决移动电话通信的接入问题困难。

现有的有线电视网络是广播式传播、有条件接收的广播电视网。传统的CATV网是一个专门传送模拟电视节目的网络，传输介质主要是同轴电缆，其中一些网络已经改造为光纤同轴电缆混合网络(Hybrid FiberCoaxial，HFC)。但是完全用光纤代替同轴电缆在经济上是行不通的。

裸式广域网由裸广域网和各个不同的业务局域网(或业务城域网)组成；是网络结构和功能的革命。业务网可以实行语音、图像、数据等各种多媒体处理新技术。每一个业务网进行的每一项技术更新，都会使整个裸式广域网受益。业务网可以采用不同网络体系协议。网际协议(IP)是裸广域网的网络互联协议。

1.4分布于各个城市、县城中心区域和重要地理位置的标准路标器，与各种业务网和宽带、高速的远距离传输介质(光纤)相互连接所组成的裸式广域网，称为国家信息基础设施(NII)网络，简称为国信网(图6)。其中标准路标器与传输介质所组成的裸广域网，称为国信网的主干网。主干网是对外开放的。它为用户的业务网提供互连接口，为所有接入主干网的业务网和计算机等提供通信服务。

国信网支持所有的不同类型和不同速率的业务，如语音、传真等窄带业务；广播电视、高清晰度电视等分配型宽带业务；可视电话、交互式电视、视频会议等交互型宽带业务；高速数据传输等突发型宽带业务等。主干网可以有很高的信息传输速度和很宽的频带，它满足三网的业务综合化。即国信网可以承担三网融合(Convergence)的所有业务。国信网不但可以提供数据通信和数据处理业务，而且还可以提供声音、图形、图像等通信和处理业务。国信网是将分布于各地的业务网互联的计算网格(Computational Grid)。

国信网是开放式综合巨型的网络***。各个相邻国家信息基础设施互联，就可组成覆盖整个世界的全球信息基础设施(GII)。它以先进的技术采集信息、处理信息和交换信息，并提供给用户能方便利用信息。

现有的电信核心网(主要为远距离传输骨干网)已经光纤化和宽带化；全国范围的电话网中的核心网采用等级结构。由低级的交换局与管辖它的高一级交换局相连，最高级的交换局采用网状型直接互连，形成多级汇接辐射网。但因其转接段数多，造成接续时延长、传输损耗大、可靠性差和网管复杂。

现有的有线电视干线网采用光纤同轴电缆混合网络(HFC)，属于城域网。它的馈线网选择光纤作为传输介质的干线网。将各个HFC相连接的全国专用的远距离有线电视主干网，采用密集波分复用(DWDM)光纤技术。光纤的巨大的带宽(30Tbps)，透明地传输各种不同类型业务。但CATV网大部分还是同轴电缆。

现有的互联网中的各个计算机网络和计算机***的互联，难以实现统一的网络管理。同时高质量的实时业务还无法保证。

2.每个路标器是一台微型计算机；有处理器和存储器，以及用来收发信元的输入/输出设备。在高速网络中的标准路标器中的信息存储和转发功能，可以由专门的硬件承担。裸网的控制功能体系由软件承担。

路标器是裸式网络的信令和信息的控制与传输的核心。它完成呼叫控制、信息交换和与路由器互联等功能。业务网的指定服务器负责资源分配、协议处理、认证和计费等主要应用功能。

现有电信网的程控交换机具有四个功能层：呼叫控制层、介质交换层、业务提供层和接入网关层。这四个功能层物理上合为一体，处于一个封闭体内；软件硬件互相牵制，不可分割；它们之间没有标准接口。

现有的交换机采用存储-转发(store and forward)模式进行交换。即现有的网络把数据包放在交换机的存储器中。然后由处理器来决定数据包发往的目的地。但是它需要对数据报进行分段和重组等工作。

现有的异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)是一种面向连接的高速交换和多路复用技术；以独立的信元为信息传输、复接和交换的基本单位的传输方式。但它对不同网络的帧占用处理时间。

裸式网络中各种不同特定功能的***为：多媒体网络、流媒体网络、数据库网络、数控网络、移动网络、网络商务、网络政务、网络军务、网络游戏、网络经济、网络政府、模糊网络和智能网络等。

2.1路标器采用裸网交换技术，以实现裸网的信息交换和传输。这种技术采用存储转发的方式，将数据报的数据区长度固定为53个字节。该数据报的数据区，封装信元(Cell)。每个信元含有53个字节，前面5个字节称为信头(header)，后面48个字节称为信息或(information field)。信头中含有路径信息和其他的一些控制信息，用户传送的信息放在信息域中。

与裸网的源端路标器相连接的变换路由器(图1)，将接收的数据报中的信息取出来，分成为等长的48个字节数据报分组，封装在信元信息域中。它将该信元或直接接收的信元，转发给源端路标器。这些信元通过裸网传输之后，到达宿端路标器。该路标器将信元转发给与宿端路标器相连接的宿端变换路由器(图1)。该变换路由器将信元重组，变换成宿端网络或计算机的数据报格式，转发给宿端网络或计算机。

路标器位置是在裸网上。裸广域网只采用一种拓扑结构-不规则网状型；并采用相同的IP协议。因此标准路标器不要对所连接的裸广域网进行协议转换，就能实现裸广域网上信息的传输。裸广域网采用光纤作为传输介质，信息运行在相同结构的网络层及其以下的网络接口层和物理网络层。标准路标器不需要对业务网的数据包经过输入变换后的信元进行分段和重组。这也适用于采用网状型拓扑结构的裸城域网。

IP协议规定了每个业务网(或主机)的网络层逻辑地址，称为IP地址。路标器根据信元的目标IP地址，选择最佳路径转发信元。为了实现路径选择，路标器中有一张路标表，其中记录着每个业务网的IP地址和下一个路标器的IP地址的对应关系。如果收到的信元的目标IP地址属于路标器所在的网络，则直接转发给与其相连的目标业务网(或主机)；否则转发给路标表中指定的下一个路标器。

每个业务网接入裸网时，如果该业务网接出口的数据流是信元，则该接出口可以直接连接到裸网的路标器上；如果该业务网接出口的数据流不是信元，则该业务网接出口要设置变换路由器(图1)。

变换路由器的硬件提供不同网络的接口；软件进行业务网和裸网的协议转换。其实现协议转换的方法有两种。一种是直接转换，即把业务网(或路标器)进入变换路由器的数据报转换为裸网的信元格式(或业务网的数据报)。这种方法适用于所有裸广域网和某些裸城域网(图1)。如果多个业务网连接裸局域网，因为业务网和裸局域网可以有许多不同的网络协议。所以采用直接方式的转换模块会很多，可采用另一种方法。它是制定一种统一的网络之间数据报格式。当数据报(或信元)从业务网(或路标器)到路标器(或业务网)时，变换路由器先把它转换为统一的网络之间数据报格式，再转换为信元(或数据报)(图1)。

裸网交换技术中虚拟电路：每个信元都含有虚拟电路标志；带有相同标志的信元属于同一个虚拟电路；这些信元获得相同的处理，并按先后顺序在裸式网络中传送。它可适应范围宽广的可变速率和突发数据流。

裸网交换技术分为信元交换和帧交换两种。其中裸网信元交换，与异步传输模式主要区别：不需要对数据报进行分段(fragment)、封装(encapsulation)和重组(reassembly)等；同时信元很短，处理信息相对简单，路标器可用硬件实现，更加快传输速率。裸网帧交换与帧中继(Frame Relay，FR)主要区别：不需要对数据报进行分段(fragment)、封装(encapsulation)和重组(reassembly)等；同时裸网交换技术中帧是较短的固定长度，处理信息相对简单，路标器可用硬件实现。

以上裸网中路标器的裸网交换技术，对于裸式局域网、裸式城域网和裸式广域网都同样适用。

现有ATM交换技术的效率依赖于具体用户业务环境。ATM交换机均是将业务接入、信息路由和交换控制三个功能，通过该交换机内部的交换网络，连接成一条虚通路来实现的；导致不同业务需要采用不同的交换技术和不同的交换机，不利于多种业务在一个统一的交换机上传输和交换。

现有的电信网中的核心网是一种多层次结构，采用分级汇接网或者树型分层网的网络。在整个***中，除了最高级层次中心外，其他每个层次的交换机都与一个比它高一级层次的交换机相连。它比一级拓扑结构裸网要复杂得多。多级结构的电信网向上级层次接续，要经过较多的中间交换，增加接通的时间和费用。

2.2将有线电视网的国家级干线光缆网络，作为裸广域网；将许多地方建成的光缆和同轴电缆混合网HFC，作为业务网接入该干线光缆网；所组建的有线电视国家信息基础设施网络，称为电视信息网(图7)。这种网络是高速廉价的综合网络。它具有频带宽、容量大、多功能、低成本、双向性、支持多种业务和连接千家万户的优势。其中业务网的带宽可达800MHz以上，“最后一公里”是畅通的，能提供多媒体功能。

HFC网使用550MHz以上频宽的邻频传输***，适合宽带业务。用户端设备的电缆调制解调器(CableModem)是最关键的设备。一方面它理论上可提供极快的接入速度和相对低的接入费用；另一方面有线电视网拥有庞大的用户群。利用HFC网络，有线电视网可以迅速地转变为电视节目提供商和宽带业务的服务商。

在HFC网中传送模拟电视节目的同时，还可传送数字电视和交互式电视，提供数据和语音等通信三种服务。其中电缆调制解调器除了有信号调制解调的功能之外，还有路由、桥接、调谐和编码等功能。HFC网络通过电缆调制解调器接入主干网，不仅数据的传输速率快，而且电信、电视、计算机服务可以同时进行，互不干扰；可以看电视、通过电视信息网同时进行上网访问、打电话等，而且费用很低。

现有的有线电视网覆盖范围广、频带资源丰富。它逐渐摆脱了单一的传送电视节目的运营模式，向电信领或和数字业务拓展，通过技术改造，将有线电视网升级为双向的宽带综合业务网络。但投资费用很高。

2.3互联网是计算机网络的代表。其优势是网络结构简单、技术更新快和成本低等。互联网是由无数子网通过路由器互联而组成的。网络之间的通信采用TCP/IP协议；所有路由器运行IP协议软件，并把一个物理网络的帧转换为另一个物理网络的帧。

将互联网的长距离传输光纤和标准路标器相连接的网络作为裸广域网；将各种形式的局域网或城域网作为接入该裸广域网的业务网；也可以组成互联网的国家信息基础设施网络，称为计算机信息网(图8)。

业务网可以是网络互联的。由于裸广域网是采用IP协议系列。如果业务网中互联的计算机类设备或网络，都使用相同的互联网协议IP，则它们与该裸广域网互连后的整个网络，在通信时就像在一个网络上通信一样；组成面向连接或无连接的IP网络，其信息流是以IP数据包的形式交换和传输的。如果业务网不同于该裸广域网中使用的网络协议标准，则业务网需要一个与该裸广域网相匹配的硬件接口。

电视、电话、电报、手机、多媒体和流媒体设备部可以接入业务网，通过计算机信息网进行通信。

现有的互联网对全网没有有效的控制能力、难以实现统一网管，此外在互联网上开放电子商务、电子政务和各个行业的网络业务的安全性和可靠性还需要进一步改善。电信信息网可以实现有效统一的网管。

2.4电信网络是指电话交换网(PSTN)、窄带ISDN、数字数据网(DDN)、帧中继(FR)网、异步传输模式(ATM)网等；此外还有X.25网、ISDN网等。其优势是覆盖全国的高速大容量光纤核心网。将电信网的高速大容量光纤核心网与标准路标器互联的网络作为裸广域网；将数字用户线系列(Digital SbuscriberLine，xDSL)、PSTN、N-ISDN、DDN、B-ISDN和基站及其移动子***等网络作为业务网，通过变换路由器接入光纤核心网的标准路标器，也可以组成电信网的国家信息基础设施网络，称为电信信息网(图9)。

公共信道信令是在交换设备和路标器之间的数据信道中传送的，它是在一个逻辑上独立的数据通信网上传送的。这个独立的网络就是公共信道信令网。它也是一个传送各种信息的数据传送***。信号点为公共信道信号的起源点或目标点。起源点将信令消息，变换成特定信令消息格式后送至其他结点。目标点接收信令消息，并送至相应的功能部分进行处理。电信业务网中的交换设备必定是信号点。

由于电信***的数字线路标准不同于裸网中使用的标准。因此需要一个专门的硬件，作为裸网与电信公司数字线路之间的接口。这种被称为数据服务单元/信道服务单元(Data Service Unit/Channel ServiceUnit，DSU/CSU)的装置包含两个功能部分，通常集成在单个底板上。其中DSU端口处理数据。它将数据在两种格式之间进行转换；即转换裸网上的数字格式与电信的业务网的计算机类设备所要求的数字格式。裸网的接口标准种类，取决于电信业务网的运行速率。如果数据速率低于56Kbps，路标器可以使用RS-232标准。至于56Kbps以上的速率，路标器必须使用支持更高速率的硬件接口(例如RS-449或V.35标准的硬件)。CSU端口处理线路中断和诊断等。数据业务和电视等可通过电信信息网进行通信。

现有的电信网的基本结构形式是五级汇接辐射网。在整个***中，除了最高级汇接中心外，其他交换局都与一个比它高一级的汇接局相连。这种结构保证了网络中任意两交换机之间都有一条通路。然而由于非纵向话务流量日益增多，电信网这种多级结构存在的问题日益明显，就QoS表现为：转接次数多，接通率低；多级长途网一旦某结点或某段电路出现故障，会造成局部阻塞，可靠性差；不利于新业务网的开放。

3、具有存储业务网资源和控制业务网运行功能的或者指定的服务器类计算机(Server-classComputer)，称为优势功能计算机，简称优机。它是服务器类计算机。该业务网也称为优机网络(图10)。

优机有在其计算机操作***上增加网络功能的网络操作***(Network Operating Systems，NOS)。

分别与优机网络(或与优机)和接入裸网的变换路由器互相连接的、并且控制这两个网络有效性和可靠性地互操作的服务器类计算机，称为裸式网络中辨识身份的通用计算机，简称为辨机(图10)。它是通过计算机功能控制裸网和优机网络之间，能够有效性和可靠性地进行互操作的对等机(Peer)。

优机和辨机都具有中央处理器(CPU芯片)、数据存储器(EEPROM)、工作存储器(RAM)和程序存储器(EPROM)，并装有输入按键、显示器等。

优机网络中数据库的硬盘是存储信息和备份资料的设备和场所。足够大的硬盘空间是实现业务网功能的前提；较高的输入/输出(I/O)处理能力是保证业务网效率的必要条件。由于业务网服务器的内存容量和中央处理器的性能也对业务网的效率有影响。因此，所选业务网的服务器性能必须与应用规模相匹配。

单位按照局域网或城域网的网络拓扑结构连接计算机类设备和资源设备组成的各个业务网中的优机，通过输入/输出接口，分别与辨机连接；每个辨机的另一个输出/输入接口，与相连于裸式网络的变换路由器相连接；构建成单位有效性与可靠性的专有网络***，称为该单位专有网络(Private Network)(图10)。

这种网络互联技术，使辨机处于优机网络和与裸式网裸相连接的变换路由器的唯一通道上(图10)。辨机通过其隔离控制功能，实现与其相连接的优机网络和裸网的路标器之间的逻辑隔离；又通过其连接控制功能，实现该单位业务网和裸网的路标器之间物理连接，并能进行有效性和可靠性的信息互操作。它解决三大网络的安全性问题。专有网络能保证信息的保密性、数据的完整性和真实性、网络的安全性以及数据的安全性；能进行身份识别和保护隐私权。单位专有网络具有完整的安全保障体系和完善的网络管理机制。

辨机装有《检查程序的程序》时可以保护业务网(优机网络)不受计算机病毒的侵害。各个辨机装有《源端加密程序》和《宿端解密程序》标准程序时，业务网信息通过公用网络时，该信息是经过加密的。

多功能终端是基于可视电话、智能Web、数字电视与智能通信、智能控制等技术，聚集电话、收音机、电视机、计算机于一体的多媒体智能设备。其可分别打电话、听广播、看电视或上网，提供综合信息服务。

电信信息网、计算机信息网和电视信息网分别是电信部门、互联网部门和有线电视部门的专有网络。

能共享物理上分布在不同地点的各个网络计算资源，可以独立工作或联合完成作业的安全可靠的网络，称为“计算强势网格(Computation Power Grid，CPG)”。单位专有网络就是计算强势网格。

现有的互联网中局域网或城域网结构简单，是计算机信息网中的业务网。由于业务网不包括裸网，能进行有效的控制和管理。此外在计算机信息网上开放电子商务和电子政务等的安全性和可靠性能得到保证。

现有的电信网络中的传统的电话交换网(PSTN)、综合业务数字网、窄带N-ISDN、数字数据网(DDN)、帧中继(FR)网、异步传输模式(ATM)网等是电信信息网中的业务网。

单位专有网络发挥出覆盖全国的一个庞大的、安全性好的、与千家万户紧密相关的三大网络经济效果。

4、由基站或移动支持站点(Mobile Support Station，MSS)、服务器(Service)或固定主机(FixedHost，FH)等组成无线业务网。各个无线业务网与裸网相连接组成无线固定子***。它的基站与可移动客户端(Mobile Client，MC)，如蜂窝移动电话、无线电话或个人数字助理之间通过无线介质进行通信(图2)。

移动支持站点(MSS)也称为基站。基站或固定主机等，可以直接接入裸网。基站也可以与主机等组成无线业务网。一个基站覆盖的逻辑或物理的无线区域，是无线单元(Cell)。一个基站与所有位于其无线单元范围之中的各个可移动客户端(MC)共同组成无线网络(图2)。移动终端通过无线介质与无线固定子***相连接。MC与无线介质组成移动子***。它与基站的融合主要方式有两种：一种是将移动接入(或固定接入)***中的终端当作PC机；另一种是重写基站的IP协议，使其更适用于无线应用环境。

无线业务网可以分别接入电信信息网或计算机信息网或电视信息网中的裸网，所形成的裸式网络就是无线固定子***。它在传输层面互联互通；在业务层面交叉渗透；在技术层面应用或匹配互联网协议标准。

卫星***是由一颗卫星和与它进行通信的地面上的许多地球站组成。终端的信息经过地面裸式网络传送到地球站或其他专用线路。在该处对信息进行处理，使信息成为已调射频载波后发送到卫星上。卫星接收此***中所有上行频谱(地球到卫星)发出的载波，放大后用下行频谱(卫星到地球)将信息重新发回到地球。下行频谱与上行频谱使用不同频谱。地球站对接收的已调载波进行处理，解调出信息，再通过地面裸式网络(固定子***)送给目标终端。

各种业务网为该局域网(或城域网)中信息的传输选择一条最经济的路径；即选择最短路径或经过最少的计算机类设备的线路。这就减少接续的时延。同时由于经过较少的中间计算机类设备，也降低了成本。

附图说明

图1裸式网络示意图。它是由裸网和许多不同类型的业务网或计算机共同互联组合而成的网络。变换路由器的硬件提供不同网络的接口；软件提供业务网和裸网的协议转换。软件实现协议转换的方法是把业务网(或路标器)进入变换路由器的数据报转换为裸网的信元格式(或业务网的数据报)。

图2移动电话***示意图。由基站(移动支持站点(MSS))或固定主机等接入裸网组成无线固定子***。基站也可以是其与主机等组成的业务网。一个基站覆盖的逻辑或物理的无线区域，是无线单元(Cell)。一个基站与所有位于其无线单元之中的可移动客户端(MC)组成无线网络。

图3裸式局域网示意图。服务器、客户机和终端等设备或者业务网，通过网络接口卡与裸局域网中的路标器相连接组成裸式局域网。其中裸网采用高速传输介质(有线或无线)；由各个路标器共享。裸局域网可以不采用网状型拓扑结构，而是采用总线型或星型拓扑结构。这样就使网络的管理和控制变得简单。

图4裸式城域网示意图。将业务网或者计算机、终端设备等，通过路由器或网络接口卡与裸城域网的标准路标器相连接组成裸式城域网。其中裸城域网用光纤作为传输介质，一般采用网状型拓扑结构。它在一个城市(或县城中心区)的范围内，实现各种多媒体信息的高速传输。

图5裸式广域网示意图。将业务网或者服务器等终端设备通过网关或路由器，与裸广域网交换器相连接组成裸式广域网。裸广域网由标准路标器和远距离传输介质等构成。这种宽带、高速传输介质连接在标准路标器的第一种(高速)接口上。各个业务网或终端就连接到标准路标器的第二种(低速)接口上。

图6国信网示意图。分布于各个城市(包括县城中心区域)和重要地理位置的标准路标器，与各种业务网和宽带、高速的远距离传输介质(光纤)相互连接组成国信网。其中的标准路标器与传输介质所组成的裸广域网，称为国信网的主干网。主干网是对外开放的。

图7电视信息网示意图。将有线电视网的国家级干线光缆网络，作为裸广域网；将许多地方建成的光缆和同轴电缆混合网HFC，作为业务网接入该干线光缆网；组建成电视信息网。这种网络是高速廉价的综合网络。它具有频带宽、容量大、多功能、低成本、双向性、支持多种业务和连接千家万户的优势。

图8计算机信息网示意图。将互联网的长距离传输光纤和与其相连接的变换路由器作为裸广域网；将各种形式的局域网或城域网作为接入该裸广域网的业务网；组成计算机信息网。业务网可以是网络互联的。如果业务网不同于该裸广域网中网络协议标准，则业务网需要一个与该裸广域网相匹配的硬件接口。

图9电信信息网示意图。将电信网的高速大容量光纤核心网作为裸广域网；将xDSL网、PSTN网、N-ISDN、DDN、B-ISDN等作为业务网，通过变换路由器接入光纤核心网，组成电信信息网。

图10单位专有裸式网络示意图。单位按照局域网或城域网的网络拓扑结构连接计算机和资源设备组成的各个业务网中的优机，通过输入/输出接口，分别与辨机连接；每个辨机的另一个输出/输入接口，与裸式网络的变换路由器相连接；就构建成这个单位有效性与可靠性的专有网络。

具体实施方式    自由、开放式的裸网及其各种裸式网络，是建立于裸网交换技术上的网络，能容纳各种形式的多媒体；实现音频、视频和数据信号的传输和管理；能在整合的裸网的平台上运行，可以和各种***的网络通过裸网进行互操作，并且能够给用户提供一种统一风格的交互方式。

裸式网络***模型(图1)的底层是硬件设备和物理介质，包括多媒体设备、网络设备、Web设备、视频设备、音频设备、有线传输介质和无线传输介质等。在硬件层之上是操作***层。该层屏蔽硬件设备的具体情况，提供与硬件设备无关的接口给上面一层。上一层包括视频、音频、桌面媒体部件和网络通信部件等。桌面媒体部件包括了操作***提供的桌面多媒体设备的功能。网络通信部件包括了网络连接、通信协议以及多媒体数据压缩/解压缩功能。再上面是网络编程界面。而应用服务的确定，则由业务网的主机或终端的最上面一层(应用层)来实现。如果裸式网络采用IPv6/MPLS，可以提供大于目前IP网络的QoS。

业务网采用与局域网、城域网相同的工作原理及其硬件。例如国际电气和电子工程师协会(Instituteof Electrical and Electronic Engineers，IEEE)制定的一套局域网标准IEEE 802标准等。

业务网的拓扑结构与传输介质的选择以及通信控制方法的确定紧密相关。业务网由分组交换机、连接这些交换机的链路、计算机类设备、终端网络管理中心(NMC)等组成。它的结构根据业务量、流量、流向和地理情况，拓扑结构可以是单级的或多级的。各个地方的各级的网络拓扑结构可以不同。

业务网已经有一套具体的线路交换与信息交换的规定、协议等。它既具有信息控制方法，也具有网络同步方法。业务网的基础仍然是点与点之间的通信和计算机信息处理。

业务网具有互操作性(interoperability)、可移植性(portability)、可扩展性(expandability)、可縮放性(scalability)和即插即用(plug&play)特征。它一般是以分布式控制为原则，采用***、子***和模块分级式的控制结构；其构造是可移植的和透明的。

操作***内核是整个进程或线程结构操作***的核心。它是在裸计算机功能基础上的第一次扩充，构成了一个功能更强的虚拟机。内核具有3方面的功能：中断处理、进程或线程调度和原语管理。

裸式网络的操作***是建立于各个主机的DOS、UNIX/Linux或Windows等操作***之上的一个增加网络协议的操作***，用于实现不同主机之间的用户通信等，以及裸式网络***硬件和软件资源的共享，并向用户提供统一的、方便的网络接口，便于用户使用裸式网络。

裸式网络以ITU-T提出的具有国际标准协议、接口和体系结构的电信管理网(TelecommunicationsManagement Network，TMN)作为管理基础。它在一些不同的结点上与裸式网络相连接来收发信息，控制和管理网络营运。TMN提供一系列支持网管***互操作的标准接口和开放的通信结构；可进行各种动态的管理。

业务网应用TMN中的运营***功能(OSF)块作为营运业务网络的管理功能。由于各种业务网是不相同的；因此需要各类OSF。运营***的结构可以是集中式的，也可以是分布式的。

裸式网络是开放型***，以先进技术采集信息、处理信息和交换信息，并提供给用户方便地利用信息。

在图1中，当业务网1上的某台主机A要通过裸网，向业务网2上的另一台主机B发送信息时，主机A发出的数据报分组中含有B的IP地址，主机A向业务网1上的变换路由器U发送数据报分组。当变换路由器U收到主机A的数据报分组后，将该分组转换为信元后发给裸网上的路标器X；根据业务网1的目的IP地址，按照路标器X的路标表，信元穿过裸网到达路标器Y时，路标器Y再把它转发给与自己连接的变换路由器V，变换路由器V将信元转换为支持业务网2的数据报分组，再把它转发给业务网2中的主机B。

路标器收到的信元中的目的地址在其路标表中无法找到时，路标器会将该信元丢弃，从而避免了广播风暴。裸网中，路标器占据核心位置。裸网的内部结构可大致分为时分多路复用(time divisionmultiplexing，TDM)和波分多路复用(wavelength division multiplexing，WDM)。

裸网采用信元交换多路复用技术时，根据信元需要来分配信道，每个信道分到的带宽也不相同。

1、裸式网络是在网络资源(包括资源存储和处理)和信息传输的功能相分离的基础上，将专门信息传输***与非专门信息传输***再次相分离。网络资源存储和信息处理是由各种计算机和终端(其中不包括单纯的信息交换设备)构成；信息传输***是由信息交换设备和传输介质组成。

裸式网络(图1)将信息高速传输任务分配给裸网(包括路标器)；而将信息低速的传输任务分配给业务网。业务网为用户提供丰富多彩的网络功能，以及为网络运营商提供其所必须的管理、运行、维护和计费等功能。裸网是专门承担信息传输和交换的网络。它们分工明确，结构简单。

在裸式网络中，用户到用户的数据传输是通过第四层传输层(Transport Layer)的TCP协议完成的。业务网内部之间的各个网络互联和各个业务网和裸网的互联，则一般可以通过IP协议实现。

裸式网络采用融合、分离和开放的体系结构；各个实体之间采用开放的协议或API接口，实现融合。

裸式广域网是由一级无规则网状型拓扑结构组成的；只是实现TCP/IP模型中的第一层物理层(PhysicalLayer)至第三层网际层(Network Layer)之间的功能。因此它的网管变成容易和简单。

各个业务网的组网技术问题，我国工业和信息化部都有相关的行业标准。在电信的信令方面，采用7号信令；但在IP传输网中SS7通过信令网关转换成IP承载；遵照互联网工程任务组(Internet EngineeringTask Force，IETF)制定的SIGTRAN协议；路由器和各种介质网关之间则是ITU-T和IETF共同制定的MEGACO/H.248协议；多个路由器之间通过IETF制定的SIP-T协议或ITU-T制定的BICC协议进行通信。路由器和业务网或应用服务器之间的接口有多种选择，可以采用IETF制定的SIP协议，也可以采用开放的API规范，例如，由OSA和Parlay组织制定的OSA/Parlay API标准。在介质方面，介质网关负责将现有业务网络中的语音打包成IP分组，以RTP流的形式在网络上传输。

计算机软件是为实现业务网各项功能所编制的专用软件，也称为控制软件。其存放在计算机设备的可擦除只读存储器EPROM中。各个业务网的功能设置和控制方案各不相同，主要根据具体的要求而确定。

业务网的功能由多个功能模块组成；不同的软件结构对这些功能模块的安排与管理方式也不同。它的特点是多任务和实时性，可以采用的相应软件技术为多任务并行处理和多重实时中断处理。多重实时中断处理***中，中断管理主要由硬件完成，而业务网的软件结构则取决于***的中断结构。业务网各项实时任务被安排成不同优先级。它采用多微处理器结构和资源分时共享并行处理和资源重叠流水并行处理技术。

裸网采用IP技术承担各种网络信息交换和传输；它也可以采用下一代网际协议(IP-the nextgeneration，IPng)IPv6技术，解决地址问题和提高网络吞吐量；采用多协议标签交换(Multi-ProtocolLabel Switching)，实现IP层和多种链路层协议(ATM/FR、PPP、以太网或同步数字系列(Synchronous DigitalHierarchy，SDH)、光波)的结合；采用光传输网(Optical Transport Network，OTN)和光交换机(或路标器)，解决高速传输和宽带交换问题；采用变换路由器技术，解决最后1km的用户接入问题。

裸网可以采用密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技术使光纤的通信容量大大增加。波分多路复用(Wave Division Multiplexing，WDM)可使数据传输速率达到几十Gbps。

路标器中的存储器暂时存储输入信息，经路标器的控制器处理后再转发输出，就可以支持所有的不同类型和不同速率的业务，如语音、传真等窄带业务；如广播电视、高清晰度电视等分配型宽带业务；如可视电话、交互式电视、视频会议等交互型宽带业务；如高速数据传输等突发型宽带业务等。由光缆和路标器组成的裸网可以有很高的信息传输速度和很宽的频带。

路标器处于裸网的传输枢纽，是实现高速多媒体数据量传输的路由和交换的关键。

1.1裸式局域网(图3)与局域网的构造和原理相同。但它采用宽带、高速的传输介质和路标器代替窄带、低速的传输介质和集线器(Hub)或交换机。路标器是为与其相连的局域网中的每个终端用户提供点对点的连接，为每个需要收、发信息的终端提供一条独享的通道。它根据某个端口输入信息的目的地址，向连接具有该目的地址的端口转发信息，而且可以把多个端口的输入信息同时转发到相应的正确端口上输出。

路标器上有多个端口，它通过自主学习得到每个端口所连接设备的介质存取地址(media accessaddress，MAC address)，建立MAC地址与端口的对照表。当路标器从一个端口收到数据帧后，检查帧中的目的地址，然后按照对照表找到应发往的端口号，在此端口上把数据帧转发出去。路标器还可同时把多个端口上输入的帧，按照对照表在相应的端口上转发出去。

裸式局域网的路标器采用存储转发方式，从端口接收完整的MAC帧，进行差错检验，确定信息正确后，再按目的地址查找对照表，然后进行帧的转发。其特点是减少了差错，过滤掉错误的帧，而且可以连接传输速率不同的设备。

路标器同时支持直接交换方式，它在收到MAC帧头端的部分内容，从中检测出目的地址后，就查阅MAC地址与端口对照表；在一个帧还没有传输完毕时，就按照对照表立即进行转发。

在裸式局域网中，终端都连接在路标器上，各个路标器也连接在一起。根据存储转发原理，可以通过软件设置，把采用广播信息机制的范围限制在特定的一些终端所组成的各个不同的局域网分组之内。可按IP地址划分局域网分组，例如按网络的IP地址和IP网络掩码来划分。

1.2裸式城域网中裸城域网用光纤作为传输介质，采用网状型拓扑结构，实现多媒体信息的高速传输。

图4中裸式城域网的交换技术采用裸网交换技术。它也可采用城域网的存储-转发交换中的信元交换(Cell Switching)；实现裸城域网的标准和技术有很多。裸式城域网标准路标器采用网际协议(IP)。

为了实现对共享介质的访问控制，可采用FDDI技术或分布式队列双总线(Distributed Queue Dual Bus，DQDB)-IEEE 802.6标准等。该标准第3层采用逻辑链路控制(Logical LinkControl，LLC)子层，与IEEE 802.2系列局域网兼容。LLC是IEEE LLC/SNAP头部的一部分，用于标识数据包的类型。整个头部是8个字节，LLC部分占用前面3个；子网连接点(SubNetwork Attchment Point，SNAP)部分占用后面5个。

DQDB层大致相当于IEEE 802局域网的介质存取(MAC)子层。DQDB物理层能够支持各种物理传输方案，定义如何使用传输介质和传输速率，例如使用单模光纤可以达到155Mbps的传输速率。

在DQDB中，信息的传输单位是时隙或槽(slot)。每个时隙包含53个字节，由1个接入控制字节和52个字节的段组成。段的前4个字节是头部信息，后面48个字节承载数据。

DQDB采用两种方式进行介质的访问控制，都在DQDB层完成，一种为预仲裁(Per-Arbitrated，PA)；另一种为排队仲裁(Queued Arbitrated，QA)。与此相对应，时隙也分为PA时隙和QA时隙。

PA时隙用于装载等时数据，不同结点的多个等时服务用户可以共享一个PA时隙中48字节的数据段。

QA访问控制使用分布式队列排队方式，支持面向连接和无连接的服务。

1.3在图5中，裸式广域网中的裸广域网采用网际协议IP。变换路由器能把从业务网输入的信息流转变为信元后，传送给裸广域网的路标器；反之，也把从路标器输入的信元转变为与其相连的业务网的信息流格式后，再传送给业务网。

在裸广域网中，IP层数据传输单元为数据报。它是一种特定的数据区的长度固定为53字节的IP数据报。在一般广域网中，为适应不同拓扑网络结构的数据报，该数据报的长度不是固定的。

每种硬件技术都规定了一帧所携带的最大数据量-最大传输单元(maximum transmission unit，MTU)。标准路标器规定帧的长度是固定的。裸网中帧就是帧头部加数据报头部加信元。它长度小于MTU。

在裸广域网中IP数据报的传输过程，信元的头部始终只有目标主机的IP地址，而不是下一站的IP地址。下一站地址由路标器从信元的头部分离出目的地址的网络地址部分，再根据路标表得到。

TCP协议是传输层的主要协议；提供面向连接的服务，以全双工方式通信，主要提供发送端主机到接收端主机的连接(虚连接)和信息的可靠传输。这种虚连接是一种发送和接收数据的确认机制。在这个虚连接的终端(即发送端和接收端)，都要有TCP软件，而裸网上的路标器只工作在IP层以及该层以下，不需要TCP软件。

1.4在图6中国信网是一种采用裸交换技术的裸式广域网。其中含有大量的信息资源。这些信息资源是各个接入国信网的所有业务网提供的。国信网提供的基本服务，实际上就是这些业务网上资源的共享。

国信网的电子邮件(Electronic Mail，E-mail)***通过存储转发的方式传送电子邮件。它的工作模式是客户/服务器模式。发送方发送邮件的软件是客户，接收方接收邮件的软件是服务器，负担接收邮件并把它放到指定的电子邮箱中。专门用来存放和管理电子邮箱的计邮件服务器，设置在国信网的业务网中。

邮件服务器遵循基本协议为：简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)、多用途互联网邮件扩展(Multipurpose Internet Mail Extensions，MIME)协议和邮局协议(Post Office Protocolversion 3，POP3)等。电子邮件有固定的格式。一个电子邮件分为邮件头部和邮件体两部分。

国信网中的业务网是全球信息网(World Wide Web，WWW)的一个大规模、在线式的信息存储库。WWW是一个支持交互式访问的分布式超媒体(hypermedia)***。它是超文本(hypertext)***的扩展。在WWW上可获得的超媒体文档，称为网页。每个包含超媒体的网页文档，都采用超文本标记语言(HyperText MarkupLanguage，HTML)的表示方式。

WWW浏览器由一组客户、一线解释器和一个管理它们的控制器所组成。每个解释器必须包含一个HTML解释器来显示文档。其他的解释器是可选择的。HTML解释器的输入由符合HTML语法的文档所组成；输出由位于用户显示器上的格式化文档组成。解释器通过将HTML规格转换成适合用户显示硬件的命令来处理版面细节。WWW浏览器采用客户/服务器模式。当给定了一个文档的统一资源定位(Uniform ResourceLocator，URL)，浏览器变成一个客户，与位于URL指定的计算机上的服务器进行通讯来请求文档。然后浏览器向用户显示文档。与其他网络应用在客户和服务器之间维持一个已建立的连接不同，一旦文档或图像被传输完毕，连接则被关闭。

当浏览器与WWW服务器交互时，有两个程序遵循超文本传输协议(HyperText Transport Protocol，HTTP)。为了确保浏览器与服务器能够明确地相互操作，HTTP定义了浏览器发送到服务器的请求格式和服务器返回的应答格式。除了HTML客户与HTML解释器之外，浏览器还能包含可使浏览器执行额外任务的组件。一些浏览器包含一个文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)客户，用来取得文件传输服务。一些浏览器也包含一个电子邮件客户，使得浏览器能够收发电子邮件信息。

WWW浏览器也使用缓存改善文档的访问。浏览器将它取回的每个项放入本地磁盘的缓存中。浏览器在选择最新版本前先检查磁盘缓存。如果缓存包含该项，则浏览器从缓存中获得该项而不必使用网络。

利用文件传输协议软件和远程登录(TELNET)协议软件，国信网的两台主机之间可以传输文件和远程登录。国信网还可以进行电子公告板(Bulletin Board System，BBS)、互联网闲谈(Internet Relay Chat，IRC)和网络游戏等。

机械、电子等离散制造业；石油、化工等流程制造业和钢材等混合制造业的工业专用网可接入国信网。

2、裸网中连接传输线路的基本硬件是路标器。业务网通过变换路由器接入裸网。变换路由器可以将两个使用不同技术(包括不同传输介质、物理编址方案或帧格式)的网络互联。它具有IP互联网协议软件；实现异构裸网的通用连接。路标器转发一个信元到下一站的过程，称为路由(routing)。

路标器中存储的下一站交换机组信息的地址数据结构，称为裸式网络的路标表。为了节省空间，裸式网络的路标表通常是以路标器而不是局域网、城域网、计算机类设备或终端作为目的地。

路标器一般具有两种类型的接口：第一种接口具有较高的传输速度，它通过宽带、高速数字传输线路连接到另一个路标器的第一种接口；第二种接口具有较低的传输速度，它用于连接一个业务网、计算机或终端的接出口。路标器的硬件细节取决于裸网的交换技术和所需的数据传输速率。它在裸广域网中具有同一种类型的第一种接口。业务网中各个计算机和终端之间，或路标器第二种接口和业务网接出口之间的通信线路为短距离传输介质。它一般采用电缆、电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、无线介质和微波等。

路标器采用硬件和软件相结合的交换控制技术。路标器的基本功能是：通过硬件和软件分别实现路由和呼叫的控制功能，包括路由或呼叫选路、连接控制(包括建立/拆除线路)、管理控制和信令互通等；并且实现呼叫传输与呼叫控制相分离，将控制、交换和可编程功能相分离。

裸网交换技术采用面向连接的虚拟电路(Virtual Circuit)方式。它将数据报数据区定义为信元长度和格式。即数据报等于数据报头部加上信元。将帧数据区长度定义为数据报长度。即帧等于帧头部加上数据报。帧头部中的每个域具有固定的大小与位置；这样帧也有固定的长度，并小于任何帧的最大传输单元(maximum transmission unit，MTU)。因此裸网交换技术不须分段(fragmentation)。由于帧采用较小固定长度格式，路标器可用高速的硬件电路对帧进行交换和传输。

用户发送的数据、语音、图像等多媒体信息都要经过切割、封装(encapsulation)。帧是固定的数据报头部加上信元；即信元封装在数据报的数据区中。该帧沿着裸网交换技术建立的各自逻辑信道，经过网络结点和中继线，到达其目的终端。路标器具有许多端口，从某一端口接收信元，并根据信元头部中的终点地址等信息，选择另一端口发送出去，在接收端恢复成所需格式。它也可以通过同一端口同时收发信元。

为了完成存储-转发功能，路标器必须在其存储器中对信元进行缓冲。存储操作是在信元到达时执行：路标器的输入/输出硬件，把一个信元的副本放在存储器中并通知处理器(如使用中断)。然后进行转发(forward)操作。处理器检查信元，决定送到哪个接口，并启动输出硬件以便发送信元。

使用存储-转发模式的裸网，能使信元以其硬件所能容许的最快速度在裸网中传送。更重要的是，如果有许多信元都必须送到同一个输出设备，路标器能够将信元一直存储在存储器中，直到该输出设备空出。这项技术使路标器能对同时到达的短时突发信元进行缓冲。

路标器采用多条总线的交换互连矩阵和宽带交换背板技术。路标器有一张地址表，表中每一项内容主要是介质存取控制(Medium Access Control，MAC)地址和端口号码。裸网交换技术是采用专门交换功能硬件的技术和采用选择路由软件的技术共同构成的。这两种技术也是裸式网络的核心技术。当路标器从某一端口收到一个信元时，它的软件对信元执行两个动作：一是检查该信元的源MAC地址是否已经在它的地址表中，如果没有，则将该MAC地址加到地址表中，以后它就知道该MAC地址在那一个端口；二是检查该信元的目的MAC地址是否已经在地址表中，如果该地址表已在地址表中，则将该信元发送到对应的端口，否则将该信元丢弃，并发送一个消息到源端口。

由于路标器有一个地址表记录哪一个MAC地址在那一个端口。因此它不必像广播那样将该信元发送到所有端口，而只需将该信元发送到对应的端口，从而使不相关的端口可以并行通信。路标器具有这种自动“记忆地址”的功能。它划分子局域网(VLAN)，遵循IEEE802标准和CGMP(Cisco Group ManagementProtocol)标准。裸网采用开放式最短路径优先协议(Open Shortest Path First，OSPF)。

路标器和业务网或变换路由器之间的接口有多种选择，可以采用IETF制定的SIP协议，也可以采用开放的API规范，例如，由OSA和Parlay组织制定的OSA/Parlay API标准。在介质方面，介质网关负责将现有交换网络中的语音打包成IP分组，以RTP流的形式在裸网上传输。

由于路标器的运算速度足够快，信元处理和传输时间就非常短。因此裸网可以进行实时通信。

开放式裸广域网的接口使电信网(包括无线移动网)、有线电视网和互联网的各种业务网方便地接入。

2.1路标器是一部具有专用高性能处理能力计算机。裸网交换技术对用户传输方式为“虚拟电路”。

网络中任意一对不同地点的路标器之间可以存在好几条通信线路；从而同一个信息的各个帧或信元能够实行并行传输，从而縮短了信息通过裸网的时间，满足语音通信之类实时业务的要求。路标器主要工作是为到达的信元找到一条最佳路径，并按这一条路径把信元转发出去。如果帧或信元在裸广域网或某些特定裸城域网上运行，标准路标器不要对网络协议进行变换。

每个裸网都定义了计算机在收发数据时所使用的帧格式，并为连接到裸网上的每台计算机类设备分配了一个物理地址。当发送帧到另外一台计算机时，发送者必须给出目的计算机的地址。

裸网交换技术使用层次地址方案(hierarchical addressing scheme)，把一个地址分成几部分。其中一种层次地址方案，是把一个地址分为两部分：第一部分表示路标器组(或路标器)，第二部分表示连接到该路标器组(或该路标器)上的各个业务局域网或者城域网。层次地址技术可使得转发信息的效率更高。

信元到达某一特定的路标器组之前，下一站的转发并不依赖于信元的源地址，也不依赖于所走过的路径。下一站仅仅依赖于信元中的目的地址；这种现象称为源地址独立性(source independence)。

路标器的裸网交换技术软件把网络看作一张图，使用Dijkstra算法计算路标表项。该算法从一个源点出发，计算沿最短路径到图中其他各结点的距离，在计算最短路径的过程中构造下一个结点的路标表。对每个路标表都必须用该算法计算一次。为路标器Q计算路标表，就以对应于Q的结点作为源点。

路标表的生成，可以采用静态方式，路标器启动时计算和设置路标表，此后路标固定不改变，即事先固定设置好的路标表，它不随网络结构的变化而变化；也可以采用动态方式，路标器启动时建立初始路由，当网络变化时随时更新，即路标器监测网络流量和网络中的硬件状态，当网络结构或数据流量发生变化时，路标器根据实际情况计算最佳路径，并且更新路标表。因此路标器能控制数据流量，使收发双方更加匹配。

路标器之间还通过SIP-T协议或BICC协议进行通信。BICC协议采用呼叫信令和承载信令功能分离的方案。利用它可以重新定义裸网中使用的呼叫控制信令协议，包括7号信令网络、ATM网络和IP网络在内的各种网络。呼叫控制协议基于窄带ISDN用户部分信令，沿用ISDN用户部分中的相关消息，并利用应用传送机制(Application Transport Mechanism，ATM)，传送BICC协议特定的承载控制信息。由于采用呼叫与承载分离的机制，使得异种承载的网络之间的业务互通变成十分简单，只需完成承载级的互通，业务不用任何修改。裸网的传输信息业务，比互联网的相应业务简单得多。

路标器用路由方式建立全网路标表；例如组建裸网时，在该网络的若干个路标器之间进行信息交换，此时需运行简单的路由协议，如路由互联网协议(RIP)、开放式最短路径优先(OSPF)等。

路标器还采用縮短在路标表中查找某个路由所耗时间的技术。通常方法是在缓存中事先存储一些常用的目标端口地址路径。当某端口发送或接收一个信元时，该端口在路标表可以直接快速查找出信元的目的地址，确定到达目的地的路径。路标表一般以路标器或业务网为目的地而不是以计算机作为目的地。

裸网交换技术取消信息在网络层以下的差错检验和重发，偶尔产生的差错由传输层处理；采取虚拟电路和虚拟路径传输信息，使得信元不必重新定序。由于简化了交换过程，除去了不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，路标器可用硬件实现交换和传输的方法代替软件，大大加快传输速率。所以裸网交换速率大大高于ATM、X.25、DDN和帧中继(Frame Relay，FR)等。路标器的数据传输速率可以达到2.5Gbps以上。路标器采用了有效的业务流量监控机制，对业务网接出口和裸网结点的数据进行实时监控，把裸式网络中拥塞发生的可能性降到最小。

裸网交换技术对不同业务赋予不同的优先级权力，如实时性的语音“优先级”最高，一般数据文件传输的正确性“优先级”最高。由于裸式广域网对不同的业务分配了不同级别的资源和采用不同的优先级别，因此网络一般不会发生信息堵车。

裸网交换技术允许为每个通信指定服务质量(Quality of Service，QoS)要求。其中固定位速率(Constant Bit Rate，CBR)是为音频和动态图像特定的。当路标器传输音频时，指定低延迟和无抖动的CBR。可用位速率(Available Bit Rate，ABR)是为数据特定的。当裸网传输数据时，用ABR。

裸网交换技术协议层与OSI出口模型的数据链路层和物理层相对应。数据链路层分为三个子层：汇聚子层(Convergence Sublayer，CS)、分段重组子层(Segmentation And Reassembly，SAR)和裸网层。CS负责为不同的数据指定服务类型创建CS-协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)。SAR则将CS-PDU转换为48B的信元有效数据。裸网层创建裸网信元、决定该信元的结构、建立和撤销虚拟电路及错误控制。物理层分为二个子层：传输汇聚层(Transmisson Convergence，TC)和物理介质相关层(Physical MediumDepartment，PMD)。这2个子层把物理接口与裸网传输分开，使信元能在不同的接口和物理介质上传输。

路标器和变换路由器或各种介质网关之间采用MEGACO/H.248协议；协议的内容基本相同。其中终结点(Termination)发送/接收1个或者多个数据流。在一个多媒体会议中，1个终结点可以支持多种媒体，并且发送或接收多个媒体流。在终结点中，封装了媒体流参数、Modem和承载能力参数；而关联(Context)表明了在一些终结点之间的连接关系。裸网交换技术分为信元交换技术和帧交换技术两种类型。其中：

1)信元交换技术与异步传输模式(ATM)虚拟电路方式类似，是一种面向连接的通信服务。它由3个过程组成：建立连接、传输数据和撤销连接。裸网交换技术“虚拟电路”基本原理：

路标器在两个层次上建立虚通路和虚连接。该通路分别称为虚路径(Virtual Path，VP)和虚通道(Virtual Channel，VC)，对应的虚连接分别称为虚路径连接(Virtual Path Connection，VPC)和虚通道连接(Virtual Channel Connection，VCC)。在每条链路上可以存在多个虚路径；每个虚路径包括一条或多条虚通道。当发往同一个目的地的一路信息包含多种成分(例如多媒体信息同时含有文字、数据、图像和语音)时，就可以用一条虚路径传输，每个信息成分使用一条虚通道。这样只需要对虚路径进行传输控制；对虚通道的控制就相对简单。

裸网交换技术在建立虚路径连接时，需要确定一条传输的逻辑连线。这条连线经过多个路标器和它们之间的物理链路。为了区分一条物理链路上允许建立的多个虚路径，必须为每个虚路径分配一个在该段链路中唯一的标识，称为虚路径标识(Virtual Path Identifier，VPI)。同样为每个虚通道分配一个在该虚路径中唯一的标识——虚通道标识(Virtual Channel Identifier，VCI)。路标器有多个端口，每个端口对应一个VPI和VCI。在建立连接时在每个路标器上建立输入端口与输出端口的VPI和VCI对应关系；即路标表。尽管每段链路中的VPI和VCI可能不同，但沿途的路标器根据路标表可将各段链路上不同的VPI与VCI连接成完整的虚路径和虚通道。

信元是在一条物理链路上按多路复用的方法循序传送的。为使路标器知道某个信元属于哪个虚路径和虚通道；信元的头部都含有VPI和VCI。具有相同VPI和VCI的信元在同一个虚路径中的虚通道中传输。信元中的VPI和VCI在每段链路上可以是不同的。路标器按照在建立虚连线时创建的路标表，将输入端信元的VPI和VCI改为输出端的VPI和VCI。

虚路径和虚通道是逻辑信息传输通路；每个信元头部的VPI和VCI决定了该信元属于哪条逻辑通路。

当虚路径被撤消后，沿途所有路标器中与这条虚路径有关的输入输出对应关系被取消，相应的VPI被释放，这些VPI可为再次建立的其他虚路径所使用。

2)帧交换技术在物理层上采用统计复用技术，在数据链路层上提供面向连接的以帧为基础的交换。它的虚拟电路和虚拟电路的多路复用是在链路层实现的。它以信元头部标志VPI和VCI识别帧的通路，与信元交换中的标记复用/交换是相同的。差错控制和流量控制由用户终端承担；网络只保证数据的快速传输。

帧交换分成控制面和用户面。二者的物理层是相同的。控制面负责建立交换虚拟电路；链路层协议是用于帧模式承载服务的链路接入规程(Link Access Procedure Function，LAPF)。用户面负责用户数据传输，其链路层协议是链路接入规程核心功能。帧交换提供虚拟电路流量控制机制。

在业务层中通过ISDN访问裸网时使用I.430/I.431规程，或直接通过T1/E1线路访问裸网。控制面网络层协议是类似于ISDN公共控制信令协议的交换虚拟电路建立规程Q.933。

除了信元头交换之外，路标器还可以采用时分交换和空分交换方式。

2.2电视信息网特点是能够充分利用有线电视网的资源，为用户提供较高的接入速率，将信息高速接入有线电视网的国家级干线光缆网络(图7)。将有线电视网的国家级干线光缆网络之中交换设备换成标准路标器后，从有线电视网中分离出来作为裸广域网；光缆和同轴电缆混合网(HFC)作为业务网并接入该裸广域网，就组成电视信息网。

用户端设备的电缆调制解调器(Cable Modem)的原理是将数据进行调制后，在电缆(Cable)的一个频率范围内传输，接收时进行解调。即它是通过有线电视的某个传输频带进行调制解调的。

电缆调制解调器是一种可以通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。它有两个接口，一个用来接室内墙上的有线电视的端口，另一个与计算机相连。电缆调制解调器不仅包含调制解调部分，还包括电视接收调谐、加密解密和协议适配等部分。它也可能是一个桥接器、路由器、网络控制器或集线器。一个电缆调制解调器要在两个不同的方向上接收和发送数据，把上行/下行数字信号用不同的调制方式转换成为模拟射频信号/数字信号；调制在6MHz(或8MHz)带宽的电视频道上双向传输。电缆调制解调器把上行的数字信号转换成类似电视信号的模拟信号，所以能在电视信息网上传送。接收下行信号时，电缆调制解调器把它转换为数字信号，以便计算机处理。这样HFC中的6MHz频带成为数据通信带。电视和计算机同时可以使用，互相之间不影响。

电缆调制解调器工作在物理层和数据链路层。在物理层主要的下行协议是64正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)，调制速率可达36MBps。上行调制采用正交相移键控(QuadraturePhase Shift Keying，QPSK)，速率达10MHzBps。也可采用另一个上行协议：同步码分复用。

电缆调制解调器的数据链路层是媒体通路控制层(Media Access Control Layer，MAC)和逻辑链路控制层(Logical Link Control Layer，LLC)。这两个协议层规定了不同的信号和用户怎样共享公共带宽。

在上行方向，电缆调制解调器从计算机接收数据报，将它们转换成模拟信号，传输给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据报，并传送给电视信息网的服务器。同时该设备还可以剥离出语音(电话)信号并传输给交换设备。

国际电信联盟(ITU)制定G.LiteADSL标准将确保不同厂家的电缆调制解调器能互连互通。

电缆调制解调器的传输速度可达3M——50MBps，距离达到100km以上。电缆调制解调器终端***(CableModem Terminal System，CMTS)能与所有的电缆调制解调器通信，但是电缆调制解调器只能与CMTS通信。如果两个电缆调制解调器需要通信，则必须由CTMS转播信息。

交互式网络电视(Interactive Personal Television，IPTV)是基于裸网的一项以网络视频资源为主体，以电视机、计算机等为显示终端的多媒体服务。它可以提供电视节目直播(Live TV)、视频点播(VidioOn Demand，VOD)、时移电视点播(Time-Shifted TV，TSTV)和电视网络冲浪(Web-TV)等业务，又可以提供视频即时通信、电视短信、互动广告、在线游戏和在线购物等各种视频增值业务。

2.3将互联网的长距离传输主干光纤网之中的路由器换成标准路标器后从互联网分离出来作为裸广域网；将各种形式的具有资源共享和信息处理功能的局域网或城域网作为接入该裸广域网的业务网；就组成计算机信息网(图8)。

经过压缩的电视信号是一种变速率信号。裸广域网的存储转发能直接传输变速率信号；同时能对不同重要性的信息流分别处理；也可以承载语音业务。裸广域网是B-ISDN的核心技术，计算机信息网可以传输和承载电信网的信息；实现宽带视频会议、宽带VOD和宽带专用业务网等多媒体服务。

互联网是建立于IP数据报的传送上的。所以能在裸广域网上传送IP数据报(信元)，则可在互联网引入裸交换技术，将互联网改造成计算机信息网。

裸广域网是采用IP协议系列。如果业务网中互联的计算机类设备或网络，都使用相同的互联网协议IP，则它们与该裸广域网互连后的整个网络，在通信时就像在一个网络上通信一样；组成面向连接或无连接的IP网络，其信息流是以IP数据包的形式交换和传输的。如果业务网不同于该裸广域网中使用的网络协议标准，则业务网需要一个与该裸广域网相匹配的变换路由器(图1)。

2.4电信网络是指传统的电话交换网(PSTN)、数字用户线(Digital Subscriber Line，xDSL)、窄带N-ISDN、数字数据网(DDN)、帧中继(FR)网、异步传输模式(ATM)网等；此外还有X.25网、B-ISDN网和CHINANET网等。其优势是覆盖全国的高速大容量光纤核心网。

将电信网的高速、宽带的光纤核心网之中的路由器换成标准路标器后作为裸广域网；将数字用户线(Digital Sbuscriber Line，xDSL)、PSTN网、N-ISDN、DDN、B-ISDN等网络之中的各种局域网或城域网从这些电信网分离出来作为业务网，然后通过路标器接入光纤核心网，就组成电信信息网(图9)。

公共信道信令是在交换设备和路标器之间的数据信道中传送的，它是在一个逻辑上独立的数据通信网上传送的。这个独立的网络就是公共信道信令网。它是一个传送各种信息的数据传送***。即裸式网络的业务网和裸网内部都存在单独的信令信道，与用户信息信道是完全分开的。

信号点为公共信道信号的起源点或目标点。起源点将信令消息，变换成特定信令消息格式后送至其他结点。目标点接收信令消息，并送至相应的功能部进行处理。电信业务网中的交换设备必定是信号点。

图9中综合业务数字网(Integrated Service Digital Network，ISDN)交换机具有变换路由器的功能，即该交换机能将信息或信令转变为信元后传送给路标器。由于综合业务数字网实现了端到端的数字连接。它能够支持包括语音、文字、数据和图像等各种综合业务。综合业务数字网的接口通过变换路由器，与路标器连接，接入电信信息网。综合数字网(Integrated Digital Network，IDN)已经采用数字传输和数字交换技术，可方便扩展为完全的数字网络。显然语言信号的模式变换，必须在用户网络接口完成。

xDSL类型之中的非对称数字用户线(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)有单独的一条线路与电话交换机局端相连。由ADSL中央交换局端模块(ADSL Transmission Unit-Central，ATU-C)通过变换路由器，接入电信信息网的路标器。ADSL用户端模块(ADSL Transmission Unit-Remote，ATU-R)由用户端和滤波器组成。被调制的数据和语音，可以同时在同一对电话线上传输，在局端的接入点进行混合，在用户端通过滤波器分离。两种通信互不干扰。

3.在单位专用裸式网络中的业务网(图10)，各个辨机装有相同的《检查程序的程序》、《源端加密程序》和《宿端解密程序》标准程序。每台辨机都会对进出业务网的信息进行监控，并且拒绝非法对单位业务网的访问。它满***互式应用和稳定性的要求；具有互操作性；可以区分一个具体文件的不同安全性要求；可以使用公钥基础结构，进行认证和密钥分配。各个辨机也可以装有相同的《对单位身份认证和授权程序》标准程序，并且这些辨机中都有各个辨机的IP地址表和每个优机网络中的各个主机名称(或者地址)的访问控制列表。这样每台辨机都会对进出业务网的信息进行监控，并且拒绝非法对单位内部网络的访问。

对于跨地区或全球性企业、集团以及行业来说，部门分布虽然分散但是联系紧密，管理方式既有局部的分散管理，又有全局的协同控制。这种业务网是一种适应局部处理和全局处理能协同工作的应用***。

优机具有微处理器和存储器，并装有输入按键、显示器等。其存储器集成电路具有数据存储器(EEPROM)、工作存储器(RAM)和程序存储器(EPROM)的电路。优机存放网络操作***(Network Operating System，NOS)。它控制局域网的资源，操作局域网的运行。

优机一般采用CPU的位数32位以上；主机频率20MHz以上；内存128MB以上并配有足够容量的硬盘存储器。它是优机网络的核心，运行网络操作***软件，管理各个业务网之间的通信，管理业务网的资源和用户对这些资源的使用。优机一般采用波分、时分或者实时控制；具有多功能、多任务的处理能力，支持各种业务的数据格式，能及时传输和处理具体任务。

各个业务网的服务器类计算机通过网络接口卡和业务网的通信传输电缆连接来，使业务网内的任意一对服务器类计算机之间都能够相互通信并且可以共享优机网络资源(图10)。

图10为某单位按照局域网的网络拓扑结构连接计算机类设备和资源设备组成的各个业务网，其中优机通过输入/输出接口，分别与辨机连接；每个辨机的另一个输出/输入接口，通过变换路由器，与裸网的路标器相连接；就构建成这个单位有效性与可靠性的单位专有裸式网络。

辨机一般采用CPU位数32位以上；主机频率20MHz以上；内存32MB以上。

小型裸式网裸的业务网，辨机的程序模块可以直接插在优机的扩展功能槽上。即优机和辨机直接合并。

裸式网络的业务网满***互式应用和稳定性要求；具有互操作性；可以区分一个具体文件的各部分不同安全性要求；可以使用公钥基础结构，进行认证和密钥分配。

万一裸式网络的业务网遭到裸网上病毒攻击，也只有辨机瘫痪，并不会影响到业务网正常运行。

辨机还会详细记录所有的外部访问；同时防止业务网上外部信息的非法访问。它使外界的计算机类设备，对于业务网的访问，只能先集中在辨机上。这就保证业务网上的所有优机或者业务网的可靠和安全。辨机还允许与其相连的优机，通过裸网，传送和接收本***的其他业务网的加密信息。

业务网的辨机不但含有工作站的程序，而且还可以采用信息验证码(message authentication code，MAC)技术对传输数据进行编码，确保受到恶意攻击的信息的完整性。其典型的编码机制是密码散列(cryptographic hashing)机制。

单位专用裸式网络中辨机的标准程序为：

《检查程序的程序》功能：源端或宿端的辨机接收到明文信息后，对信息进行检查，发现其中的任意程序之后，把它们排列在一起，并且暂时存储在外存储器中，同时将第一道程序呈现在指定计算机的显示屏上。如果某些程序是允许其访问的合法程序；则用户在第一次出现提示时，选择“以后都允许”复选项，辨机以后碰到这些程序时，不会再次询问，并允许其访问。当用户在一定时间内没有答复或者选择“不允许”复选项，辨机就丢弃该程序。源端辨机和宿端辨机运行这个程序；可防止病毒攻击辨机保护的网络。

《源端加密程序》功能：源端辨机把欲通过裸网发送的明文信息后面，添加对称加密的秘钥；将此组合数据输入单向散列函数(Message Digest)，得出散列(Hash)值(称为源端散列值)；然后将明文信息(不包含密钥)后面添加源端散列值，用密钥进行加密，变成密文；最后将该密文送行宿端辨机。

《宿端解密程序》功能：宿端辨机用单位或者单位事先约定的共享的密钥，将接收的密文解密变成明文，得到明文信息和源端散列值；把明文信息(不包含散列值)后面添加密钥；将此组合数据，输入事先约定的单向散列函数，得到散列值(称为宿端散列值)；该宿端散列值与接收到的源端散列值相比较；如果这两个散列值相同；则确认该信息是从合法源端辨机发出的，接受该信息；否则丢弃该信息。

4.无线固定网络是裸网(图2)。它可以是国信网或三大网络之一的裸网。移动支持站点(MSS)、数据库服务器(Server)和固定主机(Fixed Host，FH)按局域网(或城域网)技术互联，组成一个无线业务网。各个无线业务网接口电路(变换路由器)分别与一个无线固定网络的各个相应接口电路(路标器)相连，就组成一个无线固定子***。移动子***由移动客户端(Moble Client，MC)，例如蜂窝移动电话、无线电话(小灵通)或个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等，以及无线介质组成(图2)。一个无线固定子***及其许多移动子***，构成一个移动计算***(Mobile Computing System)网络。其中每个无线单元(Cell)是一个MSS覆盖的逻辑上或物理上的无线区域。无线网络(Wireless Network)是一个MSS与所有位于其无线单元的MC组成的网络。无线固定子***中每个MSS负责建立一个无线单元。

移动客户端与一个MSS通过无线介质建立无线链路，从而与无线固定子***之间互连；实现了自由的移动性(图2)。各个无线单元可以是无线局域网单元，也可以是无线广播单元。MSS相当于无线固定子***与移动子***的接口部分，所以被称为“基站”。MSS与数据库服务器可以是同一台机器。

基站和移动客户端通过无线介质相连，组成无线局域网(WLAN)单元或者无线广播单元。这些无线单元的覆盖范围取决于它们采用的无线通信技术，例如，WLAN只能覆盖一座大楼，而卫星通信的无线单元只需几个可覆盖整个地球。移动通信是面向大众的数字化、宽带化、智能化的全业务信息***。

移动计算***网络技术，分为频分多路复用(Frequency Division Multiplexing Access，FDMA)、时分多路复用(Time Division Multiplexing Access，TDMA)、码分多路复用(Coding Division MultiplexingAccess，CDMA)。其中CDMA使用800M/900GMHz或1.8G/1.9GHz频段，容量大，频率利用率高，采用可变速率声码器，语音质量高，覆盖范围广，保密性强。移动客户端应用无线应用协议(Wireless ApplicationProtocol，WAP)可以登录互联网，也可作为无线数据广播的接收器。移动IP协议支持移动主机通信。

无线固定子***与移动子***的通信与联网技术主要是：蜂窝通信***、“蓝牙”(Bluetooth)、无线通信网络、家庭射频(HomeRF)和卫星通信网等。

蜂窝通信***采用宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)技术，能满足移动计算通信容量和品质的高要求；具有频谱利用率高、语音质量好、保密性强、掉话率低、容量大和覆盖广等。WCDMA核心网基于TDM、ATM和IP；在3GPP Releases以后新增IP多媒体子***(IP Media Subsystem，IMS)、通用移动通信***(UMTS)、陆地无线接入网(UMTS Terrestrial Radio Access Network，UTRAN)；基于ATM统一处理语音和分组业务；移动应用部分(Mobile Application Part，MAP)是核心技术。

“蓝牙”(Bluetooth)能把一个设备连接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游；其标准IEEE 802.15。

家庭射频(HomeRF)是IEEE 802.11与数字增强型无绳电信(Digital Enhanced CordlessTelecommunication，DECT)的结合。它也采用扩频技术。

无线组网技术有固定基础设施的移动无线网络和对等式无线自组网(移动Ad Hoc网络)。

无线局域网拓扑结构由802.11 WLAN定义系列。该标准确定3种移动结点：无跳变结点，基本服务集(Basic Service Set，BSS)跳变结点，扩展访问集跳变结点。

对等式无线自组网(Ad Hoc)基于IP多技术体系。其无线介质的交换采用分组交换；移动终端兼有路由器和主机2种功能。该网络的物理层提供无线链路的物理途径。介质访问控制(MAC)层作用是访问控制、信道分配、临近无线结点的管理好功率控制。同时MAC层也可以通过测量接收到的信号的强度得到移动终端大致的物理位置信息。MAC层协议大部分采用IEEE 802.11系列局域网协议。

游牧计算(Nomadic Computing)和普适计算(Ubiquitous/Pervasive Computing)与移动计算***原理相近。移动计算使任何人在任何时间、任何地点都能访问网络服务(资源和计算)。

Ad Hoc无线网络的所有通信都是在网络内部的各个结点之间进行。其可通过无线业务网与裸网互通，访问裸式网络的资源或通信。例如，位于不同移动Ad Hoc网络之间的通信，如果2个网络相距较远，其中移动终端之间不能直接通信，则可通过裸式网络将它们连接；或接受裸式网络中WWW服务、FTP服务等。

移动计算模式代表裸式网络的一种发展趋势。它将成为未来信息时代的重要组成部分，并对整个信息产业产生深远的影响。

Claims (10)

1.各个业务网与裸网通过变换路由器互联，就组成裸式网络。每个业务网都有自治处理能力，完成本网的局部应用。每个业务网和其裸网构成一个逻辑整体，统一在分布式管理***控制下，共同参与/完成全局应用。

业务网内所有基本结构组件以及它们的组合形态均运行于同一个软件版本，并随着版本的升级在业务网内增加业务，同时对整个裸式网络提供新功能。

裸式网络应用流媒体技术能从网络获取音频和视频等连续多媒体文件，在终端创造一个缓冲区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，避免播放中断；用户可边接收，边播放，减少延时。

各个业务网具有创造和自行生成新业务的功能。在裸式网络上通过标准化的结构和协议，将网络的业务和传输功能分离；裸网只负责信息的交换和传输，而业务的提供、创建和生成都由业务网完成。它一方面加速高效生成新业务，另一方面采用标准接口，使各厂家的设备可以互换，促进公平竞争。

2.服务器、客户机和终端等设备或者业务网，通过网络接口卡等与裸局域网中的路标器相连接所组成的局域网是裸式局域网。裸局域网采用总线型或星型拓扑结构。这样就使网络的管理和控制变得简单。由于传输距离短，传输延迟比较小，传输速率高，可靠性也比较好。

裸式局域网分为裸局域网和各个不同的业务网或计算机***。业务网可以实行语音、图像、数据等各种信息处理的新技术。每一个业务网进行的每一项技术更新，都会使整个裸式局域网受益。

3.将业务网或者计算机、终端设备等，通过路由器或网络接口卡与裸城域网的标准路标器相连接所组成的城域网，是裸式城域网。裸城域网用光纤作为传输介质，一般采用不规则网状型拓扑结构。它也可以采用其他拓扑结构，实现对共享介质的访问控制。裸式城域网在一个城市的范围内，实现各种多媒体信息的高速传输。

将业务网或者服务器等终端设备通过网关或路由器，与裸广域网交换器相连接所组成的广域网，是裸式广域网。

裸广域网是通过远距离传输介质将不同地理位置的各个路标器或路标器组互联组成的。各个路标器或路标器组之间的远距离传输介质的速率，比各个路标器或路标器组与计算机类设备之间的短距离传输介质的速率快。一台标准路标器有多个输入/输出接口，使得与它相连接的业务网，能形成多种不同的网络拓扑结构，并连接多台不同类型的计算机类设备。一个地理位置可以有一个或一个以上的路标器组。

4.分布于各个城市(包括县城中心区域)和重要地理位置的标准路标器，与各种业务网和宽带、高速的远距离传输介质(光纤)相互连接所组成的国家信息基础设施网络，是国信网。其中各种不同特定功能的***为：Web功能网络、面向对象网络、多媒体网络、数据库网络、模糊网络和智能网络等。

国信网支持所有的不同类型和不同速率的业务，如语音、传真等窄带业务；广播电视、高清晰度电视等分配型宽带业务；可视电话、交互式电视、视频会议等交互型宽带业务；高速数据传输等突发型宽带业务等。光缆组成的主干网可以有很高的信息传输速度和很宽的频带，它满足现有三网的业务综合化。即国信网可以承担三网融合的所有业务。国信网不但可以提供数据通信和数据处理业务，而且还可以提供声音、图形、图像等多媒体通信和处理流媒体业务。信元为信息传输、复接和交换的基本单位。裸网对帧采用帧头部+数据报头部+信元的格式。

5.路标器采用裸网交换技术，以实现裸网中信息交换和传输。这种技术采用存储转发的方式，但将数据报的数据区长度固定，将固定长度的数据报的数据区定义为信元。每个信元含有53个字节，前面5个字节称为信头，后面48个字节称为信息域。信头中含有路径信息和其他的一些控制信息，用户传送的信息放在信息域中。与裸网的源端路标器相连接的变换路由器，将接收的数据报分组中信息取出，分为48字节的数据段，并封装在信元的信息域。它将该信元或直接接收的信元，转发给源端路标器。信元经过裸网传输之后，到达宿端路标器。该路标器将信元转发给与宿端路标器相连接的变换路由器，由其将信元变换成宿端网络的数据报格式。

裸网交换技术分为信元交换和帧交换两种。其中裸网信元交换，与异步传输模式主要区别：不需要对数据报进行分段、封装和重组等；同时数据报很短，处理信息相对简单，路标器可用硬件实现，更加快传输速率。裸网帧交换与帧中继主要区别：不需要对数据报进行分段、封装和重组等；同时帧是较短的固定长度，处理信息相对简单，路标器可用硬件实现。

6.将有线电视网的国家级干线光缆网络，作为裸广域网；将许多地方建成的光缆和同轴电缆混合网，作为业务网接入该裸广域网；就组建成电视信息网。

电视信息网是高速廉价的综合网络。它具有频带宽、容量大、多功能、低成本、双向性、支持多种业务和连接千家万户的优势。其中业务网的带宽可达800MHz以上，“最后一公里”是畅通的，能提供多媒体功能。

7.将互联网的长距离传输光纤和与其相连接的变换路由器作为裸广域网；将各种形式的局域网或城域网作为接入该裸广域网的业务网；就组成计算机信息网。

业务网可以是网络互联的。由于裸广域网是采用IP协议系列。如果业务网中互联的计算机类设备或网络，都使用相同的互联网协议IP，则它们与该裸广域网互连后的整个网络，在通信时就像在一个网络上通信一样；组成面向连接或无连接的IP网络，其信息流是以IP数据报的形式交换和传输的。如果业务网不同于该裸广域网中使用的网络协议标准，则业务网需要一个与该裸广域网相匹配的硬件接口一变换路由器。

8.将电信网的高速大容量光纤核心网作为裸广域网；将PSTN、ISDN、DDN等、基站及其移动子***等作为业务网，通过变换路由器接入该广域网，组成电信信息网。

数据服务单元/信道服务单元将数据在两种格式之间进行转换；即转换电信裸网上的数字格式与电信的业务网的计算机类设备所要求的数字格式。电信裸网的接口标准种类，取决于电信业务网的运行速率。如果数据速率低于56Kbps，路标器可以使用RS-232标准。至于56Kbps以上的速率，路标器必须使用支持更高速率的硬件接口。CSU端口处理线路中断和诊断等。

9.单位按照局域网或城域网的网络拓扑结构，连接计算机类设备和资源设备，组成的各个业务网中的优机，通过输入/输出接口，分别与辨机连接；每个辨机的另一个输出/输入接口，与裸式网络的变换路由器相连接；就构建成这个单位专有网络。

这种网络互联技术，使辨机处于优机网络和与裸式网裸相连的变换路由器的唯一通道上。辨机通过其隔离控制功能，实现与其相连接的优机网络和裸网的路标器之间的逻辑隔离；又通过其连接控制功能，实现该单位的业务网和裸网的路标器之间的物理连接，并能够进行有效性和可靠性的信息互操作。它解决三大网络的安全性问题。专有网络能保证信息的保密性、数据的完整性和真实性、网络的安全性以及数据的安全性；能进行身份识别和保护隐私权。单位专有网络具有完整的安全保障体系和完善的网络管理机制。

10.由基站或移动支持站点、服务器或固定主机等组成无线业务网。无线业务网分别与裸网相连接，就组成固定子***。可移动客户端(自由移动的计算设备)，如便携式计算机、车载PC、掌上计算机、蜂窝移动电话、笔记本电脑、传呼机(BP机)、无线电话(小灵通)、手表设备、传感器或个人数字助理PDA等，与基站之间进行通信。

无线组网技术有固定基础设施的移动无线网络和对等式无线自组网。

移动Ad Hoc无线网络的路由协议可以分为表驱动路由和按需路由2大类。在按需路由协议中，结点只有在有数据需要发送时，才发起路由搜寻。

无线局域网分别接入电信信息网、计算机信息网和电视信息网之中，所形成的各种裸式网络，是多层面融合所成的综合网络。它在传输层面互联互通；在业务层面交叉渗透；在技术层面应用或匹配互联网协议标准。

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