LAN(局域网扩展与高速主干网.ppt

第六讲：局域网扩展与高速主干网曾 嵘2002.10计算机网络技术基础计算机网络技术基础局域网扩展、高速主干网局域网扩展、高速主干网v局域网扩展v局域网主干:高速网技术vFDDI vATMv100M,1G,10G局域网扩展局域网扩展v局域网设计应考虑因素v连接距离v网络流量v最大延迟v所需费用局域网扩展局域网扩展v常用扩展方法一v光纤扩展v延迟短、带宽宽v一般用于楼间连接v常用扩展方法一v光纤扩展例局域网扩展局域网扩展局域网扩展局域网扩展v扩展方法二:中继器v针对信号衰减v无保留地转送数据v当一个网段冲突或发生电干扰时，中继器会导致另一个网段出现同样的问题v中继器一般不超过四个局域网扩展：网桥局域网扩展：网桥v工作在数据链路层的一种网络互连设备，它在互连的LAN之间实现帧的存储和转发。v能够处理一个完整的帧v帧的路由过程v目的LAN与源LAN相同，则丢弃帧；v目的LAN与源LAN不同，则转发帧；v目的LAN未知，则洪泛帧，并逆向学习。v网桥有两类：vMAC子层的网桥，在同构网络中作桥接（IEEE802.3和IEEE802.3网络）vLLC子层网桥可以桥接不同的MAC层（例如IEEE802.3和IEEE802.5之间）。n n网桥特点网桥特点网桥特点网桥特点1.1.1.1.可以实现更大范围的可以实现更大范围的可以实现更大范围的可以实现更大范围的LANLANLANLAN连接；连接；连接；连接；n n中中中中继继继继器器器器一一一一般般般般只只只只能能能能将将将将最最最最多多多多5 5 5 5段段段段以以以以太太太太电电电电缆缆缆缆连连连连接接接接起起起起来来来来而而而而且且且且不不不不能能能能超超超超过一定的距离。网桥不受限制。过一定的距离。网桥不受限制。过一定的距离。网桥不受限制。过一定的距离。网桥不受限制。2.2.2.2.将将将将一一一一个个个个负负负负载载载载很很很很重重重重的的的的大大大大LANLANLANLAN分分分分隔隔隔隔成成成成使使使使用用用用网网网网桥桥桥桥互互互互连连连连的的的的几几几几个个个个LANLANLANLAN以以以以减减减减轻负担；轻负担；轻负担；轻负担；3.3.3.3.可以实现不同类型的可以实现不同类型的可以实现不同类型的可以实现不同类型的LANLANLANLAN连接；连接；连接；连接；n n 共共共共享享享享式式式式HubHub和和中中继继器器工工工工作作作作在在在在物物物物理理理理层层层层，不不不不负负负负责责责责MACMACMACMAC帧帧帧帧的的的的转转转转换换换换工作。所以只能连接同种帧格式的网络连接工作。所以只能连接同种帧格式的网络连接工作。所以只能连接同种帧格式的网络连接工作。所以只能连接同种帧格式的网络连接4.4.4.4.选择性转发：过滤功能，隔离错误，提高网络性能；选择性转发：过滤功能，隔离错误，提高网络性能；选择性转发：过滤功能，隔离错误，提高网络性能；选择性转发：过滤功能，隔离错误，提高网络性能；5.5.5.5.可以提高可以提高可以提高可以提高LANLANLANLAN的安全性；的安全性；的安全性；的安全性；n nLANLANLANLAN普遍采用的是广播式通信方式。普遍采用的是广播式通信方式。普遍采用的是广播式通信方式。普遍采用的是广播式通信方式。n n部分网桥有隔离广播的功能。部分网桥有隔离广播的功能。部分网桥有隔离广播的功能。部分网桥有隔离广播的功能。局域网扩展：网桥局域网扩展：网桥n工作原理：uu网桥工作在混杂（网桥工作在混杂（promiscuouspromiscuous）方式，接收）方式，接收所有的帧；所有的帧；uu网桥接收到一帧后，通过查询地址网桥接收到一帧后，通过查询地址/端口对应端口对应表来确定是丢弃还是转发；表来确定是丢弃还是转发；uu网桥刚启动时，地址网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用端口对应表为空，采用洪泛（洪泛（floodingflooding）方法转发帧；）方法转发帧；uu在转发过程中采用在转发过程中采用逆向学习逆向学习（backward backward learninglearning）算法收集）算法收集MACMAC地址。网桥通过分析地址。网桥通过分析帧的源帧的源MACMAC地址得到地址得到MACMAC地址与端口的对应关系，地址与端口的对应关系，并写入地址并写入地址/端口对应表；端口对应表；局域网扩展：网桥局域网扩展：网桥地址/端口对应表的形成v使用帧头部的物理地址v自适应形成各段计算机列表v网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，并定时检查，删除在一段时间内没有更新的地址/端口项局域网扩展：网桥局域网扩展：网桥n多个网桥（并行网桥）可能产生回路n解决思想让网桥之间互相通信，用一棵连接每个让网桥之间互相通信，用一棵连接每个LANLAN的生成树的生成树（Spanning TreeSpanning Tree）覆盖实际的拓扑结构。）覆盖实际的拓扑结构。uu构造生成树构造生成树每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称为生成树的每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称为生成树的根；根；每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生成树，每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生成树，使得每个使得每个LANLAN和桥到根的路径最短；和桥到根的路径最短；当某个当某个LANLAN或网桥发生故障时，要重新计算生成树；或网桥发生故障时，要重新计算生成树；生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现拓扑结生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现拓扑结构变化，更新生成树构变化，更新生成树。局域网扩展：网桥局域网扩展：网桥局域网扩展局域网扩展v利用网桥规划局域网络v大楼间桥接v价格便宜v维护方便v干扰小v远程桥接v节点通信不频繁v两端均有网桥v带宽窄，费用高v缓冲v局域网主干:高速网技术vFDDI vATMv100M,1G,10G光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data Interface）特征n n使用光纤作为传输介质使用光纤作为传输介质n nMACMAC协议与协议与 Token Ring Token Ring 类似类似n n通常作为连接通常作为连接LANLAN的主干网络的主干网络n n100M100M的速率的速率n n最大距离最大距离200200公里公里n n最多最多500500个站点个站点uuFDDIFDDI的双环操作的双环操作uu为提高信道利用率，站点发完数据后为提高信道利用率，站点发完数据后立即产生新令牌，环上可能同时存在立即产生新令牌，环上可能同时存在多个帧；多个帧；uu帧格式帧格式光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data InterfaceFiber Distributed Data Interface）n n为高速数据传输和通过公共网或专用网传输多种业务数据而为高速数据传输和通过公共网或专用网传输多种业务数据而设计设计n nATMATM在在19891989年产生，后被国际电讯联盟标准化组织年产生，后被国际电讯联盟标准化组织ITU-TITU-T确定确定为传输语音、图象、数据和多媒体信息的工具。为传输语音、图象、数据和多媒体信息的工具。n n开发开发ATMATM的原意是希望用于宽带综合业务数据网（的原意是希望用于宽带综合业务数据网（B-ISDNB-ISDN）,但由于实施的复杂性，但由于实施的复杂性，ATMATM最终首先被用于局域网。最终首先被用于局域网。n n近几年来，近几年来，ITU-T ITU-T、ATMATM论坛、论坛、ANSIANSI（美国国家标准协会）、（美国国家标准协会）、ETSIETSI（欧洲电信标准协会）和（欧洲电信标准协会）和IETFIETF（Internet Internet 工程任务组）工程任务组）等标准化组织为等标准化组织为ATMATM定义了一系列标准，使定义了一系列标准，使ATMATM技术在局域网技术在局域网建设中很快被推广应用建设中很快被推广应用n n现在现在ATMATM已成为局域网主干网的主流技术之一。已成为局域网主干网的主流技术之一。异步传输模式（ATM）ATM(Asynchronous Transfer Mode)ATM(Asynchronous Transfer Mode)n n局域网仿真（局域网仿真（LANE-LAN EmulationLANE-LAN Emulation）是在）是在ATMATM网上模拟传统局域网。网上模拟传统局域网。LANE LANE V1.0V1.0和和LANE V2.0LANE V2.0定义了模拟定义了模拟IEEE802.3IEEE802.3以太网和以太网和IEEE802.5IEEE802.5令牌环网的机令牌环网的机制以及制以及LANELANE的组成部分和各部分的功能。的组成部分和各部分的功能。（1 1）802.3802.3以太网与以太网与ATMATM网络技术之间的差异网络技术之间的差异vv以太网是无连接的，而以太网是无连接的，而ATMATM提供面向连接服务。提供面向连接服务。vv以太网是可变长的包（以太网是可变长的包（6464字节字节15141514字节），而字节），而ATMATM的基本交换单元是的基本交换单元是小的、固定长的信元，每个信元只有小的、固定长的信元，每个信元只有5353个字节。个字节。vv以太网采用广播式传输技术，以太网采用广播式传输技术，ATMATM是一种点到点的非广播服务是一种点到点的非广播服务vv以太网的以太网的MACMAC地址与网络拓扑结构无关，长度为地址与网络拓扑结构无关，长度为48bit48bit，用，用1212个个1616进制进制数表示（如：数表示（如：00a0.c99c.471800a0.c99c.4718）。）。ATM ATM 地址采用地址采用NSAPNSAP格式，它与网络格式，它与网络拓扑和所连接的设备端口有关，长度是拓扑和所连接的设备端口有关，长度是2020个字节，用个字节，用4040个个1616进制数表进制数表示示（2 2）局域网仿真的主要功能）局域网仿真的主要功能uu局域网仿真起到局域网与局域网仿真起到局域网与ATMATM的桥接作用，它模拟以太网的广播机制和的桥接作用，它模拟以太网的广播机制和无连接的特性，并在无连接的特性，并在ATM ATM 网络与以太网之间进行数据包的重新分组和网络与以太网之间进行数据包的重新分组和地址转换，使局域网能够利用地址转换，使局域网能够利用ATMATM网的各种优点。网的各种优点。ATM局域网仿真（LANE）ATM应用实例ATM交换机第二层局域网交换机路由器622MbpsATM主干155Mbps ATM155Mbps ATM622Mbps ATM155Mbps ATM155Mbps ATMHUB第二层局域网交换机100Mbps交换以太网10Mbps100Mbps服务器快速快速(100M)(100M)以太网技术以太网技术以太网提速的三种方案1.减小工作距离2.用2对以上的线3.用新类型的线n n100Base-T100Base-Tuu100Base-T2100Base-T2：2 2对对 ISO/IEC 11801 ISO/IEC 11801定义的定义的 3 3类（或更好）平衡双绞线类（或更好）平衡双绞线;uu100Base-T4100Base-T4：4 4对对 ISO/IEC 11801 ISO/IEC 11801定义的定义的 3 3类（或更好）平衡双绞线类（或更好）平衡双绞线;3 3类非屏蔽双绞线（类非屏蔽双绞线（UTPUTP），使用），使用25MHz25MHz的信号的信号B6TB6T（8 bits map to 6 trits8 bits map to 6 trits）编码，使用三进制信号（）编码，使用三进制信号（ternary ternary signalssignals），），1 1对双绞线的比特率为对双绞线的比特率为25*8/6=33.3 Mbps25*8/6=33.3 Mbps；uu100Base-X100Base-X(4B5B4B5B编码，编码，5 5个时钟周期发送个时钟周期发送4 4个比特，物理层与个比特，物理层与FDDIFDDI兼容兼容)100Base-TX100Base-TX使用使用2 2对对5 5类平衡双绞线或类平衡双绞线或150150屏蔽平衡电缆屏蔽平衡电缆，1 1对对 to the hub to the hub，1 1对对 from the hubfrom the hub，全双工；，全双工；5 5类双绞线使用类双绞线使用125 MHz125 MHz的信号；的信号；100Base-FX100Base-FX使用使用2 2根多模光纤，全双工根多模光纤，全双工100M100M以太网技术以太网技术n两种类型的HUBu共享式 HUB，一个冲突域，工作方式与802.3相同，CSMA/CD，二进制指数后退算法，半双工 u交换式HUB，输入帧被缓存。n n千兆以太网千兆以太网(GE-Gigabit Ethernet)(GE-Gigabit Ethernet)是提供是提供1000Mbps1000Mbps数据传输速率的以太网数据传输速率的以太网n n千兆以太网支持全双工操作，最高速率可以达到千兆以太网支持全双工操作，最高速率可以达到2Gbps2Gbpsn n千兆以太网系统采用千兆以太网系统采用8B/10B8B/10B编码方案，并以编码方案，并以1.25G1.25G波波特的速率在信道上发送信号，以达到特的速率在信道上发送信号，以达到1Gbps1Gbps传输速率传输速率n n千兆以太网的物理层标准规定了千兆以太网的物理层标准规定了4 4种介质标准种介质标准介质访问控制子层介质访问控制子层 MAC 支持全双工和半双工支持全双工和半双工千兆介质独立接口千兆介质独立接口1000BASE-X 8B/10B 编码编码/解码解码1000BASE-T铜线物理层铜线物理层 编码编码/解码解码 1000BASE-X1300nm单单/多模光纤多模光纤1000BASE-LX850nm光纤光纤1000BASE-SXUTP收发器收发器1000BASE-T25米米单模光纤单模光纤 3km多模光纤多模光纤300-500米米UTP 100米米千兆以太网千兆以太网 (Gigabit Ethernet)(Gigabit Ethernet)千兆以太网的特点千兆以太网的特点千兆以太网的特点千兆以太网的特点n n网络带宽高，能提供网络带宽高，能提供1Gbps1Gbps的独享带宽（交换式千兆以的独享带宽（交换式千兆以太网）太网）n n千兆以太网与现有以太网完全兼容千兆以太网与现有以太网完全兼容uuIEEE802.3 CSMA/CDIEEE802.3 CSMA/CD协议协议uu相同的帧格式和帧大小（相同的帧格式和帧大小（6464字节字节-1518-1518字节）字节）n n依靠依靠RSVPRSVP、IEEE802.1PIEEE802.1P、IEEE802.1QIEEE802.1Q技术标准，提供技术标准，提供VLANVLAN服务，提供质量保证服务，提供质量保证(QOS-Qulity Of Service)(QOS-Qulity Of Service)，支支持多媒体信息的传输持多媒体信息的传输n n技术简单技术简单,不必专门培训技术人员就能管理好网络不必专门培训技术人员就能管理好网络 n n有很好的网络扩充能力，易升级，易扩展有很好的网络扩充能力，易升级，易扩展n n对于传输数据（对于传输数据（DATADATA）业务信息有极佳的性能）业务信息有极佳的性能n n目目前前，由由于于产产品品和和价价格格问问题题，千千兆兆以以太太网网主主要要应应用用于于主干网，是主干网的主流技术主干网，是主干网的主流技术千兆以太网千兆以太网 (Gigabit Ethernet)(Gigabit Ethernet)千兆以太网标准千兆以太网标准IEEE802.3zIEEE802.3zuu 19951995年年 开开 始始 开开 发发 的的 一一 种种 最最 新新 的的 高高 速速、高高 带带 宽宽 局局 域域 网网 技技 术术，19961996年年 6 6月月IEEE802.3IEEE802.3工作组成立了工作组成立了802.3z802.3z千兆以太网任务组制定标准，其目标是：千兆以太网任务组制定标准，其目标是：允许半双工和全双工操作，传输速率为允许半双工和全双工操作，传输速率为1Gbps1Gbps使用使用IEEE802.3IEEE802.3以太网的帧格式以太网的帧格式使用使用CSMA/CDCSMA/CD访问方法访问方法地址反向与地址反向与10Base10Base、100Base100Base技术兼容技术兼容uu 1998 1998年年6 6月月802.3z802.3z任务组完成了任务组完成了IEEE802.3zIEEE802.3z标准。标准。802.3z802.3z千千兆兆以以太太网网标标准准定定义义了了三三种种介介质质系系统统，其其中中两两种种光光纤纤介介质质标标准准；另另一一种种是铜线介质标准。是铜线介质标准。1000Base-X1000Base-X是所有基于是所有基于8B/10B8B/10B编码方案的千兆以太网总称。编码方案的千兆以太网总称。1000Base-SX 1000Base-SX 1000Base-SX1000Base-SX是是短短波波长长激激光光（SWLSWL）多多模模光光纤纤介介质质系系统统标标准准，它它使使用用770860nm770860nm波波 长长 的的 多多 模模 光光 纤纤 介介 质质，最最 大大 的的 链链 路路 距距 离离 为为 300300米米。1000Base-SX1000Base-SX使用使用SCSC标准光纤连接器。标准光纤连接器。1000Base-LX 1000Base-LX 1000Base-LX1000Base-LX是是长长波波长长激激光光(LWL)(LWL)光光纤纤介介质质系系统统标标准准，它它使使用用1270 1270 1355nm1355nm波波长长的的单单模模或或多多模模光光纤纤介介质质。在在使使用用62.562.5 m m/125/125 m m多多模模光光纤纤时时，最最大大的的链链路路距距离离是是550550米米。当当使使用用1010 m/125m/125 m m单单模模光光纤纤时时，最最大大的的链链路路距距离离可可达达5 5千千米米。1000Base-LX1000Base-LX与与1000Base-SX1000Base-SX相相同同，也也使使用用SCSC标准光纤连接器。标准光纤连接器。1000Base-CX 1000Base-CX 1000Base-CX1000Base-CX是是短短距距离离铜铜线线千千兆兆以以太太网网标标准准，它它的的最最大大链链路路距距离离仅仅有有2525米米。1000Base-CX1000Base-CX使使用用9 9针针的的D D微微型型连连接接器器或或8 8针针带带屏屏蔽蔽光光纤纤信信道道2 2型型（HSSCHSSC）连接器。）连接器。千兆以太网千兆以太网 (Gigabit Ethernet)(Gigabit Ethernet)千兆以太网标准IEEE802.3abn n19971997年年3 3月月IEEE802.3IEEE802.3又成立了一个新的工作组又成立了一个新的工作组IEEE802.3abIEEE802.3ab，新的组被授权开发长铜线千兆以太网新的组被授权开发长铜线千兆以太网标准，即标准，即1000Base-T1000Base-T物理层标准。物理层标准。19991999年年6 6月月IEEE802.3 IEEE802.3 委员会正式公布了第二个铜线标准委员会正式公布了第二个铜线标准IEEE802.3abIEEE802.3ab。n n1000Base-T1000Base-T标标准准在在使使用用4 4对对5 5类类无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线（UTPUTP）时时，能能在在100100米米的的距距离离的的信信道道上上支支持持1Gbps1Gbps传传输输速速率率，网网络络直直径径可可达达200200米米。这这个个标标准准将将使使千千兆兆以以太太网网应应用用于桌面系统成为现实。于桌面系统成为现实。千兆以太网千兆以太网 (Gigabit Ethernet)(Gigabit Ethernet)服务器千兆以太网交换机100Mbps路由器1000Mbps1000Mbps1000Mbps1000Mbps1000Mbps 1000Mbps100Mbps10Mbps主干网HUBB千 兆 以 太 网 实 例千兆以太网千兆以太网 (Gigabit Ethernet)(Gigabit Ethernet)以太网发展过程及最新进展10M以太网粗缆的10Base5细缆的10Base2双绞线10BaseT三类线传输的100BaseT4快速以太网五类线传输的100BaseTX光纤传输的100BaseFX千兆以太网接口包括短波长光传输1000Base-SX长波长光传输1000Base-LX五类线传输1000BaseT今年7月18日，IEEE又正式通过了802.3ae：10Gbps以太网标准（也叫万兆以太网）1.FDDI FDDI 技术成熟，协议丰富，令牌技术效率高，速度 100M，距离可达 200km，主干双环容错属共享媒体技术，平均带宽低，主干接 Ethernet 网段需经路由器转换协议系统复杂，时延大，价格昂贵，扩展不方便，管理麻烦，不适合传输多媒体2.ATM Cell Switch 独享媒体技术，线路交换、星型拓扑结构，多种速率可选，扩展容易，带宽大，时延小，新的协议规则适合多媒体传输技术较新，标准尚待成熟，软件缺乏，维护、管理需资深专业人员，Ethernet 只能运行在 ATM 仿真模式下，不能发挥 ATM 的巨大潜力，价格昂贵3.100M/1000M Frame Switch 独享媒体技术，可实现多路同时通信的主干，平均带宽大，与 Ethernet 可实现无缝连接，系统简单，时延小，扩展、管理方便，价格便宜，采用星型结构，便于构成结构化网络，是升级 ATM 的过度技术，大多数 Ethernet 产品不适合多媒体传输局域网主干技术比较