网络技术与网络互连.pptx

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1、14.1传统局域网技术CSMA/CD介质访问方法流程图载波侦听冲突检测第1页/共41页14.1传统局域网技术IEEE 802.3的MAC帧格式：7字节10101010二进制序列产生同步时钟10101011信息侦发送的目的站地址，第一位是个人组(I/G)位，0：单个地址1：组地址信息侦发送站地址，第一个字节的最左边总为0信息侦中数据字段的字节数信息侦中具体的数据确保信息传送时间满足冲突检测时间的需要4字节循环冗余校验位第2页/共41页14.1传统局域网技术IEEE 802.3所支持的的传输介质和协议规范有：1.同轴电缆以太网标准:总线型拓朴结构：标准：10BASE5 和10BASE2（50同轴电

2、缆）10：传输速率 10MbpsBASE：基带信号5：粗同轴电缆，最长传输距离500m2：细同轴电缆，最长传输距离185m2.双绞线以太网标准物理上是星型，逻辑上为总线型拓朴结构，标准：10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-T4 传输速率100MbpsT：双绞线；最长传输距离100m3.宽带以太网标准：10BASE-FL：10Mbps光纤基带信号；100BASE-FX和1000BASE-SX：短波多模光纤，传输距离260m1000BASE-LX：长波多模光纤，传输距离400m10BROAD36：75CATV电视电缆，传输模拟信号，距离3600m第3页/共41页14.1传统局域

3、网技术14.1.2令牌环网：拓朴结构：物理上使用星型拓扑，但逻辑上是环形拓扑，令牌顺序向下一站传递。传输介质：屏蔽双绞线STP和无屏蔽双绞线、光纤主要构件：网卡、多站访问单元MAU、传输介质和连接附件令牌种类：令牌和数据帧令牌环特点：轻载量效率低；重载时效率高 网络无冲突。令牌环网第4页/共41页14.2高速局域网技术介质共享技术的特点：任何时刻网络上最多只允许两个站点之间进行通信，网络效率降低。解决网络拥塞、提高网络带宽的主要途径：1、网络分段，增加网络设备：网桥Bridge，路由器Router网桥：将几个小的网段连接成一个大的网络。不能隔离广播风暴。路由器：将多个使用不同通信协议的LAN网

4、段，连接成网段。可以进行路由选择、协议转换、隔离广播风暴。2、高速网络技术：交换以太网，快速以太网，FDDI，ATM交换以太网：拓朴结构：星型连接，每个网络节点都有自己的专用连线连到交换机(Switch)的某个端口上，交换机工作在数据链路层。交换机上每个端口上连接的节点都独占带宽，减少了节点间的资源竞争。虚拟的LAN（VLAN）。VLAN的实际功能是供网络管理人员根据实际工作需要，用放置在任意位置的工作站组成一个虚拟的LAN。VLAN中：工作站物理位置的变动不影响它原来所在的LAN段。第5页/共41页14.2高速局域网技术快速以太网：快速以太网：100BASE-T:处于互联网络的中心，起到交换

5、信息流的作用。千兆以太网：1000BASE-T：处于网络的中心位置，承担网络干线的作用或用于连接通信量很大的企业服务器群。FDDI（光纤分布式数据接口）：通信速率：100Mbps；传输距离：20Km，100VG-AnyLAN：工作基于一种称为按需分配优先级的方法（DPAM），在四对三类UTP上传送多媒体信息，通信速率为100Mbps，距离达100公里ATM（异步转移模式）：高速的面向连接的网络技术第6页/共41页14.2高速局域网技术（交换式以太网）交换机工作在数据链路层，交换机内部保存了一张地址表，存储了它的各端口号及其所连接站点的MAC地址之间的对应关系。交换机传送数据时的交换方式：存储转

6、发方式（Store and Forward）交换机在转发数据前，先将数据包全部缓存起来，进行CRC校验判断数据包是否正确，并过滤掉错误的数据包。确定数据正确后，取出目的地址，通过查找地址表将数据发往相应的端口。能支持不同速率的输入/输出端口间的交换；延时较长。直通方式（Cut Through）：直通方式是交换机在输入口检测到一个数据包后，只检查其头部信息，取出目的地址后，就马上通过查找内部地址表将数据送到相应端口，完成交换工作。优点：延迟小，交换速度快；缺点：不提供错误检测能力；如果要连到高速网络上，就不能简单地将输入/输出端口“直通”，因为输入/输出端口间有速度上的差异，必须提供缓存；当网络

7、交换机的端口增加时，交换矩阵变得越来越复杂，实现起来就越困难。第7页/共41页14.2高速局域网技术（1、交换式以太网）10M交换机的每一个端口都可以获得10M的速率交换机的具体形式：交换式集线器：支持多个端口。机箱式：机箱内可插入各种模块，中继器模块、桥模块、路由器模块第8页/共41页快速以太网的问题：数据包的传输时间必须是传送延时的两倍，以满足冲突检测的需要，无中继最长距离：100m；中继器最大间距：5M；中继数量：最多两个；站点间的最长距离：205m。10BASE-T的三种OSI物理层协议规范：1.100BASE-TX：用于两对5类无屏蔽双绞线（UTP）和1类屏蔽双绞线（STP）的原始1

8、00BaseX规范，它们的传输距离都限制在100米。2.100BASE-T4：用于四对3、4或5类无屏蔽双绞线，最大传输距离为100米。3.100BASE-FX：该规范定义了光缆上的100M以太网。千兆以太网的标准：1000BaseSX：使用短波长激光多模传输的IEEE802.3u的建议规范。涉及两种不同的介质：直径为50 um支持最大距离达550米的千兆位的数据传输速率，直径为62.5um的光纤支持的最大传输距离是260米。1000BaseLX：长波长激光传输的建议规范。涉及三种不同直径的光纤：8.3 um的光纤，最大传输距离可达3公里；50 um的光纤的最大传输距离为550米；62.5 u

9、m的光纤的最大传输距离可扩展到440米1000BaseCX：定义了高质量屏蔽双绞线和同轴电缆上的信号传输建议规范。在这两种介质上的传输距离最大为25米。1000BaseT：802.3ab的工作小组正在制定该标准。该标准将称做802.3ab，目的就是在4对5类非屏蔽双绞线上实现1024 Mbps的传输速率14.2高速局域网技术（2、快速以太网和千兆以太网）第9页/共41页100VG-AnyLAN：100VG-AnyLAN可以使用IEEE 802.3以太网帧格式或IEEE 802.5令牌环帧格式；重新开发了一种按需分配优先级访问方法（DPAM）。DPAM：一种集中访问方法，采用智能中继器/HUB控

10、制端节点对网络的存取。目标：提供一种可确定性的访问方法，以便提高网络的性能，克服传统以太网中的碰撞和令牌环网络中的令牌轮转延迟。DPAM为用户提供了请求网络的两个不同级别的优先级：普通优先级请求：用来为标准数据传送获得网络访问权高优先级请求：请求用于对时间要求紧迫的应用。14.2高速局域网技术（3、100VG-AnyLAN）第10页/共41页14.2高速局域网技术（3、100VG-AnyLAN）使用分级集线器的VG局域网第11页/共41页VG的请求方和允许方100VG-AnyLAN：作为快速以太网方案提出的，采用共享介质令牌总线结构，用5B/6B编码，速率为100 Mbps，传输距离为100米

11、。100VG-AnyLAN的特点为：可运行在4对3类UTP上，这和现在大多数LAN所用的电缆相符。目前还没有标准化的最新发展包括：采用两对5类UTP，速率为400 Mbps的全双工100VG-AnyLAN；速率可达1Gbps的1G-AnyLAN。14.2高速局域网技术（3、100VG-AnyLAN）第12页/共41页100VG-AnyLAN和100BASE-T的对比第13页/共41页4、FDDI（光纤分布式数据接口）FDDI是一种基于光纤的局域网技术，主要用于局域网（如校园网）的主干网。采用双环拓扑结构，速率可达100 Mbps。优点：提供高度的可靠性和容错能力。FDDI的组成：FDDI系列包

12、括以下几类物理介质相关层PMD物理层PHY介质访问层MACFDDI站管理层SMT光纤分布数据接口FDDI铜线分布数据接口CDDI二型光纤分布数据接口FDDI-增强LAN的FDDI（FFOL）FDD双环结构示意图第14页/共41页5、ATM局域网ATM（异步传送模式）是一种可在局域网LAN、城域网MAN和广域网WAN上传送声音、图象和数据的新技术。ATM针对传统网络的问题，结合电路交换和分组交换的优点，在技术上作了革新，可提供多种网络服务。最终目标是成为公用电信网的主干 以ATM为核心的宽带综合业务数据网BISDN。ATM交换机支持的接口：用户网络接口UNI：用于交换机与网络终结点之间的连接网络

13、节点接口NNI：用于ATM交换机之间的连接。ATM交换机是个多端口的设备，所有设备都与交换机直接相连，构成星型拓扑结构。ATM大型交换机吞吐量可达2080 Gbps，中小型交换机吞吐量在10 Mbps以下。ATM交换的基本单位：信元，长度53字节；ATM交换机的分层结构：物理层 ATM层第15页/共41页5、ATM局域网ATM提供的虚通道类型：永久型虚通道PVC：用户接入设备互连的拓扑结构类似于帧中继，有全网状、部分网状和非网状结构交换型虚通道SVC：ATM网分层：物理层：物理介质接口定义、信元速率解耦、传输帧适配、信元定界介质相关层传输会聚子层ATM层：为各业务提供信元传输服务ATM适配层A

14、AL：使各不同类型的业务（包括管理和控制信息），经过适配后都可用统一的ATM信元形式传送。ATM与局域网特性区别：1、局域网是无连接的技术，而ATM网络提供面向连接的服务；2、共享介质的局域网容易实现广播和多点传送，而ATM网络的特长则是提供点到点的连接；3、局域网的MAC地址基于硬件，与网络的拓扑结构无关，而ATM地址则由网络决定。第16页/共41页ATM网络原理示意图第17页/共41页5、ATM局域网局域网仿真（LAN Emulation）：实现向ATM演化的过程中继续使用现有的局域网，能够平滑地过渡到ATM的方案 局域网仿真对局域网隐藏了ATM交换结构，使局域网终端感觉不到ATM的存在，

15、因此，无需修改终端设备的软硬件，就可以利用ATM网络的各种优点。更重要的是，它使得传统的局域网适配器、NDIS（网络设备接口规范）和ODI（开放数据链路接口）驱动设备及其上层协议可以继续使用。局域网仿真分层模型第18页/共41页14.3网络互连设备网络互连包括局域网和局域网的互连（LAN-LAN），局域网和广域网的互连（LAN-WAN）等。传统的网络结构中主要使用两种网络互连设备：桥接器和路由器。桥接器：位于OSI/RM模型第二层的一种局域网互连设备，其特点是构造比较简单、处理速度快。但是，由于它与高层网络协议无关，因此也就无法对来自不同网段的广播，尤其是不同协议的广播进行分类，当桥接结构随着

16、网络规模不断扩大时，就非常容易造成大量的网络广播，甚至使网络无法正常工作。路由器：是一种位于OSI/RM第三层的网络连接设备，智能化程度高、功能强、使用十分复杂、价格较高的网络设备，除了实现网络互连的功能外，还对网络的安全和稳定起着非常重要的作用。缺点：处理速度较太慢，容易形成网络瓶颈。因此，路由器在很大程度上又限制了用户的应用需求第19页/共41页一个典型的远程互连网络结构第20页/共41页一、集线器集线器（hub）：是以星型拓扑为基础的网络中的普通布线点集线器端口：RJ45，用类双绞线支持10BASE-T、100BASE-T，实现10Mbps和100Mbps的数据传输。集线器分类：被动式集

17、线器：把从端口接收来的数据不做任何处理的向其它端口进行广播发送主动式集线器：广播数据、，对数据进行监测，“修复”某些遭到损坏的数据分组，如果接收到的信号较弱就进行信号增强处理智能集线器：拥有主动式集线器的所有功能，还具有“可管理”功能，可以利用智能集线器提供的信息对网络中出现的问题进行分析、定位，网络管理员可以在智能集线器提供的信息的基础上，对网络进行集中管理。第21页/共41页集线器联网示意图第22页/共41页二、网桥网桥：工作在OSI/RM模型的第二层 数据链路层，负责接收和转发数据帧，并对帧进行管理。主要功能：一是分割网段；二是过滤同一端口的数据包，转发跨越不同网段的数据。网桥连接两个不

18、同的局域网络以太网段第23页/共41页二、网桥网桥是有智能的存储转发设备，它将接收到的数据帧存储在缓冲区内，通过分析帧的目的地址，将其送至正确的目的地。当一个物理网络的数据流量过大而造成工作性能下降时，可以用网桥来将这个网段分成两个物理段。网桥将数据传到在其它网段中的目的地，同时限制那些并非传向一个给定段的数据。网桥的工作过程有以下几种情况：1、如果帧具有一组目的MAC地址，桥接器将该帧传送至它连接的所有数据链路(接收该帧的数据链路除外)，其所有链路上的站点都能见到这个帧；2、当帧有一个单独的目的MAC地址，桥接器则要查阅其MAC地址表；如果地址表中有该地址，且目的站点和源站点同处一个LAN上

19、时，则桥接器不起桥接功能，而是将该帧过滤掉，不经其它链路转发；如果桥接器在自己的地址表内查到了这个目的MAC地址，且目的站点和源站点不在相同的LAN上时，则确定到达该目的站点的数据链路后，将此帧传送到其选择的数据链路上；若该帧的地址不在桥接器的地址表中，则桥接器对该帧的处理与前述的第一种相同，即向所有链路上的站点发广播。局域网交换机是一个多路网桥：利用存储-转发和过滤技术分割网段，使局域网整体带宽得到成倍提高第24页/共41页利用网桥连接两个不同的共享域第25页/共41页三、路由器路由器：工作在OSI模型的第三层网络层：具有很强的异种网互连功能。路由器的功能：1网络分段。2地址解析与路径选择3

20、隔离广播4安全性与防火墙5第三层的特殊服务6广域网连接将不同的LAN进行互连阻止从一个LAN到另一个LAN的广播流，避免广播风暴“拆打”数据包头，确定数据流向；选择最佳路径利用动态滤波器保证网络安全性，只有被授权的用户才能拥有相应的数据链路配置优先级，合理配置路由器调整网络性能将LAN接入广域网第26页/共41页使用路由器来建设园区网第27页/共41页四、网关网关工作在应用层：提供复杂的方法来连接各个网段以及连接网络与主机两个具有完全不同通信结构的系统进行通信时需要用网关。协议网关完成协议的转换第28页/共41页14.4 广域网广域网：不同区域的局域网互连在一起形成广域网广域网的通信干线：同轴

21、电缆、光缆、微波，以光纤为主。广域网的接入线路：公用线路：公用电话网（PATN）中继线、公用分组交换网（PDN）、数字数据网（DDN）、帧中继（FR）、宽带综合业务数据网（B-ISDN）专用线路：一、调制解调器：Modem的速度通常用波特率或比特率（bps）来衡量工作原理：(1)、数据压缩：采用数据压缩能极大地提高某些类型数据如文本和图形的传输速度，使用带压缩功能的快速Modem能够获得比较理想的效果。(2)、差借检测与纠正：纠错方式：奇校验偶第29页/共41页一、调制解调器Modem标准：Microsoft 的Microcom网络协议，即MNP。2.调制解调器的种类：异步Modem：是专门针

22、对电话线通信开发的，是最常见的Modem类型，国际电信联盟ITU制定的Modem标准第30页/共41页一、调制解调器(2)、同步Modem：同步Modem：采用同步通信机制进行精确的定时和协调，提高数据的传输率。同步通信要求某种类型的计时机制，用它保证发送方和接收方的同步。常用的同步定时协调方式：担保状态改变、时钟信号分离和过采样。同步通信构造的数据帧同步传输协议主要有三种：同步链路控制协议SDLC，高级数据链路控制协议HDLC二进制同步通信协议BISYNC数字Modem：如：ISDN调制解调器。第31页/共41页二、公用电话网（PSTN）最廉价但也是速度最慢的广域网连接，使用的是话音电话线上

23、的调制解调器。公用电话网RS232接口第32页/共41页三、公用分组交换网（PDN）公用分组交换网采用的协议：X.25协议X.25协议定义了用户设备和网络通信设备之间的统一接口标准。用户设备：DTE（数据终端设备）：分为分组DTE和非分组DTE网络通信设备：DCE（数据电路终端设备）X.25协议的最高层中分组层，向上提供可靠的面向连接的虚电路服务用户设备以点对点方式接入PDN时，可以同时复用多条逻辑信道（即虚电路）使一个用户设备可以同时与多个用户设备进行通信。PDN支持的协议：IP、IPX、AppleTalk等第33页/共41页四、综合业务数据网综合业务数据网ISDN：通过对电话网进行数字化发

24、展而成的，目标是将多个业务集成在一个网内，为用户提供经济有效的数字化的综合服务，包括电话、传真、可视图文及数据通信等。ISDN的主速率接口PRI：提供更高速率的数据传输，可实现可视电话、视频会议或LAN间的高速互连。ISDN信道可用的带宽：按56/64kbps，384kbps以及1.544Mbps递增。最常用的是基本速率BRI和主速率PRI。基本速率：将可用的带宽分成三个数据信道。其中两个标识成B信道，传输速率为64kbps；第三个信道叫做D信道，也叫“服务信道”，用于链路管理，速率为16kbps。ISDN的基速率（BRI）桌面服务通常被称作2B+D。ISND最高速率：128Kbps，可同时上

25、网和打电话主速率(PRI)ISDN：使用完整的1.544Mbps的T1带宽提供23个64kbps的信道和一个64kbps的D信道第34页/共41页四、综合业务数据网 ISDN的基速率服务（BRI）ISDN的主速率服务（PRI）2BD第35页/共41页五、帧中继（Frame Relay）帧中继（Frame Relay）：是近几年开始兴起的一种公用数据交换网络。由于目前的通信设备以及代替铜质线的光纤已能充分保证数据传输的可靠性，帧中继对X.25协议作了简化和改进，省略了X.25中的分组层（即网络层），以链路层的帧为基础实现多条逻辑链路的统计复用和转换。帧中继不提供X.25网所具有的流控和错误检测部

26、件；它依靠更高层协议软件来进行校验并在必要情况下进行数据重发。帧中继首先假定节点间的物理层是可靠的。帧中继省略了网络层并简化了传输处理过程，它的传输速率可达Mbps，其平均传输速率是X.25的10倍。帧中继向用户提供的进网速率可由低速到高速（64kbps2.048Mbps），并且帧长可变，非常适合大容量突发型数据业务，是远程LAN间互连的一种理想选择。第36页/共41页六、数字数据网（DDN）数字数据网（DDN）：是一个半永久性连接电路的公共数字数据传输网络，为用户提供一个高质量、高带宽的数字传输通道。DDN组成：数字通道、DDN节点、网管控制、用户环DDN专线：半固定连结，根据需要临时建立一

27、个固定连结。DDN的网管系统：对网络节点进行远程监控和测试，充分保护用户的通信质量。DDN与X.25的区别：X.25是一个分组交换网，本身具有三层协议，用呼叫建立临时虚电路。X.25具有对协议的转换、速度匹配等功能，适合于不同通信规程、不同通信速率的用户设备之间的通信。X.25只在高层协议上对用户透明；DDN本身不具备交换功能，利用DDN的主要方式是租用专线，在用户申请专线后，连接就已完成。通信双方可以自行约定通信协议就能在DDN上进行数据通信。DDN的速率：用户速率小于64Kbps 时采用子速率复用技术，大于64Kbps时采用时分复用技术。DDN主干：光纤信道，传输速率：2.048Mbps(

28、E1)和33Mbps(E3)，最高：150Mbps第37页/共41页七、宽带综合业务数字网BISDN和ATMN-ISDN的不足：带宽有限，最高2Mbps的基群速率很难提供高质量的图像业务和高速数据通信;业务综合能力有限；网络资源利用率不高B-ISDN：以ATM技术为核心，有更大有灵活性和更强的业务综合能力。ATM特性：ATM是面向连接的，一旦呼叫建立，通信即可畅通地进行，省去了路由选择和存储转发。ATM采用快速分组交换技术，将信息分成长度固定的信元（cell）。它由53个字节组成，其中5个字节作为头标，48个字节数据。信元长度很短，能够按不同优先级装载不同数据，通过异步传输模式，确保相关信号的

29、同步达到。ATM提供更短的延时。采用信元交换，放弃共享模式。目前最快的ATM交换时延12微妙ATM适用范围广，既能用于LAN，又能用于WAN，既有高速ATM，又有相对低速ATM。ATM能保证服务质量。为多种业务而设计，考虑了多媒体传输的各种需要，可以在网络上建立广播视频应用。采用嵌套式层次结构的寻址方式，抛弃了传统网络寻址的无结构化。虚连接方式，容易按用户群组成虚拟网。ATM的健壮性，伸缩性，可管理性，容错及应变能力比较理想第38页/共41页ATM网络的组成：公用ATM网：公用ATM网是由电信部门经营和管理的，它通过公共用户接口连接各专用ATM网和ATM终端。专用ATM网：指一个单位或部门范围

30、内的ATM网，的规模比公用网小，管理容易ATM接入网：指在各种接入网中使用ATM技术传送ATM信元B-ISDN的标准化：由国际电信联盟ITU-T和ATM论坛（ATM Forum）负责，定义有关B-ISDN的结构、逻辑描述、信令、业务分类等七、宽带综合业务数字网BISDN和ATM第39页/共41页传统的局域网采用共享介质技术，使用冲突检测和令牌传递的方法解决访问冲突。解决网络的拥塞问题和提高网络的带宽有两种办法：增加线路带宽和抛弃传统的共享访问技术采用新的基于交换的访问技术。促进了计算机网络技术的进一步发展。新的技术分别从不同的方面对传统局域网技术作了改进，如：快速以太网、交换式以太网、千兆以太网、FDDI和ATM等。交换技术将成为网络技术的主流。局域网的数据传输距离是很有限的，把若干局域网连接成一个大范围的计算机网络进一步扩大网络的范围。网络扩展所用到的网络互连设备有：交换机，网桥，路由器和网关等。利用公用通信网络实现更大范围内的网络互连，就产生了广域网WAN。主要的公用网络有公用电话网（PSTN），以同轴电缆作为传输介质的公用分组交换网（PDN）和以光缆作为传输介质的数字数据网络（DDN）、帧中继（Frame Relay）等。宽带综合业务数据网B-ISDN将是未来最为理想的网络，将有可能成为全球信息高速公路的主干。小 结第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页