第4章-局域网、城域网和广域网-76

1、通信专业实务通信专业实务 互联网技术互联网技术第第4章章 局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网1contents其它类型的局域网4局域网基本原理局域网基本原理1局域网的数据链路层2以太网技术3高速以太网52城域网6广域网7局域网的概念（局域网的概念（P54） 局域网是将分散在有限地理范围内的多台计算机通过传输介质连接起来的通信网络，通过功能完善的网络软件，实现计算机之间的相互通信和资源共享。 决定局域网网络特性的主要技术有三个： 用于传输网络数据的传输介质 用于连接网络各种设备的网络拓扑 用于共享资源的网络介质访问控制方法 局域网可以分为两类： 共享介质局域网 交换式局域网3IEEE

2、802结构关系与局域网标准图结构关系与局域网标准图4802.3CSMA/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.5令牌环MAC物理层802.6MANMAC物理层802.9语音数据综合ISDN802.11无线局域网802.8光纤技术802.7宽带技术802.2 逻辑链路控制LLC802.1B 综述及体系结构8 0 2.1A管理802.10 局域网安全物理层数据链路层网络层ISO/OSIIEEE 802IEEE802参考模型与参考模型与OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系5网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC介质访问控制介质访问控制 MA

3、C高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层PHYPHY由由TCP/IP和和NOS实现实现IEEE802描述了最低两层的功能以及它们为网络层提供的服务和接口局域网的基本组成（局域网的基本组成（P55） 计算机 传输介质：包括各种电缆，光纤和双绞线等 网络适配器：俗称“网卡”，是一块网络接口电路板，每一台上网的服务器或工作站上都必须装上这种适配器，才能进行网络通信，实现网络存取 网络连接部件：中继器、集线器、网桥、路由器、网关等 网络操作系统6局域网的特征（局域网的特征（P56） 网络覆盖范围较小 数据传输速率较高 传输质量好，误码率低 介质访问控制方法相对简单 软硬件设施及协议方面有所简化

4、，有相对规则的拓扑结构7局域网的拓扑结构（局域网的拓扑结构（P56） 星型 总线型 环型 混合型8计算机网络拓扑的概念计算机网络拓扑的概念 计算机网络拓扑是通过网中节点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。 拓扑设计是建设计算机网络的首步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。9星型拓扑结构星型拓扑结构 星形拓扑是将网络中的所有计算机都以点到点的方式连接到某一中央设备（交换机、集线器）上，该中央设备完成网络数据的转发。 优点：传输速度快，网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。 缺点：网络可靠性低，网络共享能力差，一旦中心节

5、点出现故障则导致全网瘫痪。10总线型拓扑结构总线型拓扑结构 网络是将各个节点设备和一根总线相连。网络中所有的节点设备都通过总线进行信息传输。 总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线传输，而其他节点都能接收到该信息，但在同一时间内，只允许一个节点发送数据。 由于总线作为公共传输介质为多个节点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况，因此会出现“冲突”。11 总线型局域网中的总线型局域网中的“冲突冲突” 总线型拓扑结构优缺点总线型拓扑结构优缺点 优点：网络简单、灵活，可扩充性能好。可靠性高、响应速度快、共享资源能力强、成本低、安装使用方便，当某个工作站节点出现故障时，对

6、整个网络系统影响小。 缺点：实时性较差。13环型拓扑结构环型拓扑结构 网络中各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来的一个闭合环形结构网。结构较简单，系统中各工作站地位相等。 优点：网络中的信息按固定方向单向传输，系统中无信道选择问题 ；如某个工作站节点出故障，此工作站节点就会自动旁路，不影响全网的工作，可靠性高。 缺点：便于扩充，系统响应延时长，信息传输效率较低。14混合型拓扑结构混合型拓扑结构 由多种类型网络拓扑组合而成的网络。 15contents其它类型的局域网4局域网基本原理1局域网的数据链路层局域网的数据链路层2以太网技术3高速以太网516城域网6广域网7数据链路层划分数据链路层划

7、分（P58） 数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层17不同的不同的MACMAC，相同的，相同的LLCLLC18LLC子层子层 构成了数据链路层的上半部，与网络层、MAC子层相邻 LLC在MAC子层的支持下向网络层提供服务。可运行于所有802局域网协议之上的数据链路层协议被称为逻辑链路控制LLC。 LLC子层与传输介质无关，它独立于介质访问控制方法，隐藏了各种802网络之间的差别，向网络层提供一个统一的格式和接口。LLC集中了与传输介质无关的部分，负责数据帧的封装和拆装，

8、为网络层提供网络服务的逻辑接口。19MAC子层子层 MAC构成了数据链路层的下半部，直接与物理层相邻 MAC子层主要制定管理和分配信道的协议规范，换句话说，就是用来决定广播信道中信道分配的协议属于MAC子层。MAC子层是与传输介质有关的一个数据链路层的功能子层。它的主要功能是进行合理的信道分配，解决信道竞争问题。 在共享介质局域网中，为了实现对多结点使用共享介质发送和接收数据的控制，人们提出了很多种介质访问控制方法。 目前，被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法有：带有冲突检测的载波侦听多路访问方法、令牌环方法和令牌总线方法等。20介质访问控制方式的划分（介质访问控制方式的划分（P61）

9、根据介质访问控制权的归属集中式：选择某个节点, 它可以授权访问网络分布式：所有节点平等地参与决定传输顺序 根据各节点可用通信流量的分配方式同步方式：每个连接都被分配以一定的传输带宽，不适用于LAN异步方式：根据实际情况为各节点分配传输带宽。 循环式：每个站点按一定的顺序传递发送权限，每个站点都有发送数据的机会 预约式：将介质上的时间划分为许多时隙，某个站点要发送数据，需提前预约时隙 竞争式：各个站点自由竞争发送机会21集中式的优缺点集中式的优缺点 优点 可以提供高级功能, 如优先级控制 单个节点的访问逻辑简单 没有分布合作, 可靠性好 缺点 网络依赖控制节点 控制节点会成为性能瓶颈分布式控制的

10、优缺点相反22分成分成MACMAC、LLCLLC两个子层的好处两个子层的好处 局域网可采用多种传输介质与拓扑，相应地介质访问控制方法就有多种。将数据链路层分成两个子层，只要设计合理，使得MAC子层向上提供统一的服务接口，就能将底层的实现细节完全屏蔽掉。即：不同的物理网络，物理层与MAC子层不同， 而LLC子层相同，网络的上层协议可运行于任何一种IEEE 802标准的局域网上 这种分层方法也使得IEEE 802标准具有良好的可扩充性，可以很方便地接纳新的介质与介质访问控制方法23contents其它类型的局域网4局域网基本原理1局域网的数据链路层2以太网技术以太网技术3高速以太网524城域网6广

11、域网7以太网（以太网（P62） 以太网（Ethernet）是应用最为广泛的局域网，符合IEEE 802.3系列标准规范 采用CSMA/CD方法来解决多结点如何共享公用总线传输介质的问题25CSMA/CD机制机制（P64） 载波侦听多路访问/碰撞检测 CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection) 原理：想发就发 问题：冲突冲突一个主机的数据还在信道上传输，另一个主机就开始发送，信道上两个主机的数据相重叠26竞争使用竞争使用 先听后发（CSMACSMA：发送之前先监听信道是否空闲） 边听边发，冲突停止，随机延迟后重发

12、（CDCD：发送过程中检测信道是否冲突）27以太网的以太网的MAC地址地址 以太网的MAC地址的长度为6个字节，共48位 高24位称为机构惟一标识符OUI ，由IEEE统一分配给设备生产厂商 低24位称为扩展标识符EI，由厂商自行分配给每一块网卡或设备的网络硬件接口。28I/GOUI（22位）位）G/LEI（24位）位）0=全局管理地址全局管理地址1=本地管理地址（一般不用）本地管理地址（一般不用）0=单播地址单播地址1=组播地址组播地址各种类型的以太网（各种类型的以太网（P67） 10兆以太网（10Mbps） 快速以太网（100Mbps） 吉比特以太网（1Gbps） 10吉比特以太网（10G

13、bps ）2910兆以太网兆以太网 10兆以太网特点 拓扑结构：总线型 介质访问控制方式：CSMA/CD 传输速率：10Mbps 传输介质：同轴电缆（50）或双绞线 IEEE 802.3标准为了能支持多种传输介质，在物理层为每种传输介质确定了相应的物理层标准，这些标准主要有： 10Base-5（粗缆） 10Base-2（细缆） 10Base-T（非屏蔽双绞线） 10Base-F30IEEE 802.3的四种规范的四种规范 数据率（Mbps）基带信号段最大长度（百米）10 Base-510Base-5特点特点 优点：可靠性高，抗干扰能力强，作用距离长，适用于恶劣环境 缺点：粗缆线较贵；投资成本较

14、高；安装与维护不太方便3210Base-5组网 插入式分接头(vampire tap):插入电缆中,能和同轴电缆的内部导线有良好的接触连接 收发器(transceiver) : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离，超长控制 AUI : 连接件单元接口(Attachment Unit Interface) 终接器转发器转发器/中继器中继器 粗缆粗缆收发器收发器AUI 电缆电缆NICVampire tap最大段长度最大段长度 500m每段最多站点数每段最多站点数 1002.5m网络最大跨度网络最大跨度 2.5km 网络最多网络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器10Base-5组网示意图3410B

15、ase-2组网示意图 10BASE-2以太网采用0.2英寸50的同轴电缆作为传输介质，传输速率为10Mbps。10BASE-2使用网卡自带的内部收发器媒体连接单元（MAU, Medium Attachment Unit ）和BNC接口，采用T形接头就可将两端的工作站通过细缆连接起来，组网开销低，连接方便。3510Base-T 10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为10mbps的以太网。 组建符合10Base-T标准的非屏蔽双绞线Ethernet时，需要使用以下基本硬件设备：带有RJ-45接口的Ethernet网卡、集线器HUB、三类或五类非屏蔽双绞线、RJ-45连接头。

16、 符合10Base-T标准的集线器是以太网的中心连接设备，利用非屏蔽双绞线与集线器，实现了物理上星形、逻辑上总线型的结构。数据从集线器的一个端口进入后，集线器会将这些数据从其他所有端口广播出去。3610Base-T组网示意图37NIC最大长度 100m10Base-T特点 优点 容易检测故障 容易组建 低成本 扩展方便 容易改变网络的布局 允许多种媒体共存 缺点 对于使用CSMA/CD的共享以太网络，随着计算机结点的增加，网络的响应速度会不断下降，并导致网络的性能的急剧下降 网络的中央结点的负荷过重，一旦Hub出现故障，将导致整段或全部网络瘫痪 网络通信线路的利用率很低3810兆以太网各标准对

17、比39 尽管不同10兆以太网的物理层存在较大的差异，但它们在数据链路层都采用CSMACD作为介质访问控制协议，在MAC子层使用统一的IEEE802.3帧格式，因此，所有的10兆以太网相互兼容contents其它类型的局域网其它类型的局域网4局域网基本原理1局域网的数据链路层2以太网技术3高速以太网540无线局域网6城域网7广域网7令牌环令牌环Token Ring （P68） 令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式, IEEE802.5标准。 令牌环是将各结点连接成一个环型拓扑结构，也就是将所有连网的计算机、终端和其他外围设备等都通过网卡（环接口）连接到环路上去。 令牌环网的拓扑结构

18、为环形，采用专用的令牌环介质访问控制方式，传输介质为屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）或者光纤，传输速率为4Mbps或者16Mbps。 在传输效率、实时性、地理范围等网络性能上都优于采用CSMA/CD介质访问控制方式的以太网。 令牌环网络的覆盖范围没有限制，但站点数却受到一定限制。41令牌环原理令牌环原理 原理： 网络中有一个令牌，有“忙”和“闲”两种状态。 只有拿到令牌的主机才能发送数据42令牌总线令牌总线Token BusToken Bus 令牌总线访问控制方式（Token Bus）是在综合了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。

19、Token Bus是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制节点访问公共传输介质的介质访问控制方法。 令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环。从物理连接上看，它是总线结构的局域网，但逻辑上，它是环型拓扑结构。 IEEE 802.4标准定义了总线拓扑的令牌总线介质访问控制方法与相应的物理层规范。 连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数据后，就要将令牌传送给下一个节点。43令牌总线工作原理令牌总线工作原理44 指定每一个节点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成一个

20、逻辑环。如图中ABECD。FDDI局域网技术局域网技术 FDDI（ Fiber Distributed Data Interface，分布式光纤数据接口）是一种高速环型网络。 FDDI主要特点 以光纤作为传输介质，可以使用多模或单模光纤 使用基于IEEE 802.5的令牌环网介质访问控制方法 使用IEEE 802.2协议，与符合IEEE 802标准的局域网兼容 可以采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输，副环为冗余的备用环，提高容错能力。 采用多数据帧访问方式，即允许在环路中同时存在着多个数据帧，可提高信道利用率 高速率、长距离，不会发生碰撞的高效率网45FDDI的网络拓扑结构的网络拓扑结

21、构 FDDI的网络拓扑结构属于星形、环形结构46contents其它类型的局域网4局域网基本原理1局域网的数据链路层2以太网技术3高速以太网高速以太网547城域网6广域网7快速以太网（快速以太网（P72） 快速以太网的特点： 数据传输速率为100Mbps MAC子层与物理层的之间采用了与介质无关的MII接口。 与10Mbps Ethernet的有相同的帧格式 与10Mbps Ethernet的有相同的介质访问控制方法CSMA/CD 与10Mbps Ethernet的有相同的组网方法 可在全双工方式下工作而无冲突发生。此时可以不使用 CSMA/CD 协议 根据所用传输介质不同，IEEE 802.

22、3u定义了以下三种不同的物理层标准： 100Base-TX，使用2对5类UTP（非屏蔽双绞线） 100Base-T4，使用4对3类、4类或5类UTP ，它使用3对线同时传送数据，用1对线用作冲突检测的接收信道 100Base-FX，使用2对光纤，其中一对用于发送，另一对用于接收48快速以太网与快速以太网与传统以太网的对比传统以太网的对比49快速以太网快速以太网3种不同的物理层标准种不同的物理层标准 50MAC子层子层100Base-FX100Base-TX2对对5类类 UTP光纤光纤4对对100Base-T4100Base-TX 是一种使用5类非屏蔽双绞线的快速以太网技术。 使用两对双绞线，一

23、对用于发送，一对用于接收数据。 在传输中使用4B5B编码方式，信号频率为125MHz。 使用同10BASET相同的RJ45连接器。 它的最大网段长度为100米。它支持全双工的数据传输。 51100Base-FX 是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤（62.5和125um）。 多模光纤连接的最大距离为550米。单模光纤连接的最大距离为3000米。 在传输中使用4B5B编码方式，信号频率为125MHz。 使用MICFDDI连接器、ST连接器或SC连接器。 最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10公里，这与所使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。 特别

24、适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。 52100Base-T4 是一种可使用3、4、5类非屏蔽双绞线的快速以太网技术。 使用4对双绞线，3对用于传送数据，1对用于检测冲突信号。 在传输中使用8B6T编码方式，信号频率为25MHz。 使用与10BASET相同的RJ45连接器，最大网段长度为100米。 53100M以太网传输介质对比以太网传输介质对比5410BaseT100BaseTx100BaseT4100BaseFx编码Manchester4B/5B8B/6T4B/5B电缆要求3,4,5 UTP5 UTP3,4,5 UTP单模/多模信号频率20M Hz125M H

25、z25M Hz125M Hz线对数 2 2 4 2 根传输距离 100m 100 m 100 m 412/2000m全双工 有 有 无 有吉比特以太网吉比特以太网 吉比特以太网的特点 数据传输速率为1000Mbps吉比特以太网采用GMII（千兆位介质专用）接口，将MAC子层与物理层分隔开来，介质和信号编码的变化不会影响到MAC子层 与10Mbps Ethernet的有相同的帧格式 采用全双工和半双工两种工作方式，全双工通信不存在信道竞争的问题，全双工方式不需要使用 CSMA/CD 协议，半双工通信时适用于共享介质的连接，半双工通信时，与10Mbps Ethernet的有相同的介质访问控制方法C

26、SMA/CD 与10Mbps Ethernet的有相同的组网方法 吉比特以太网的物理层共有以下两个标准： 1000BASE-X(IEEE 802.3z标准) 1000BASE-T(IEEE 802.3ab标准) 551000BASE-X(IEEE 802.3z标准标准) 1000Base-SX，SX 表示短波长，使用芯径为50m或62.5m，工作波长为850nm或1300nm的多模光纤，采用8B/10B编码方式，传输距离分别为220m/275m和550m/550m，适用于同一建筑物中同一层的短距离主干网 1000Base-LX，LX 表示长波长，使用芯径50m或62.5m多模光纤时 ，传输距离

27、为550m。使用纤径为10um单模光纤时，传输距离为5km。采用8B/10B编码方式，主要用于校园主干网 1000Base-CX，CX 表示铜线，使用屏蔽双绞线（STP），采用8B/10B编码方式，传输速率为1.25Gbps，传输距离为25m，主要用于集群设备的连接，如一个交换机房内的设备互连561000BASE-T(IEEE 802.3ab标准标准) 使用4对5类非平衡屏蔽双绞线（UTP） 传输距离为100m 不支持8B/10B编码方式，而是采用更加复杂的编码方式。 优点是用户可以在原来100Base-T的基础上进行平滑升级到1000Base-T。 主要用于结构化布线中同一层建筑中的设备通信

28、，从而可以利用以太网或快速以太网已铺设的 UTP电缆5710吉比特以太网吉比特以太网 2000年3月，IEEE专门成立了IEEE 802.3ae特别工作组，负责制定10G以太网标准。2002年7月，10吉比特以太网标准最终发布。 10吉比特以太网标准内容包括10GBase-X、10GBase-R和10GBase-W三种类型。 10吉比特以太网标准不仅将以太网的带宽提高到10Gbps（在使用万兆以太网信道的情况下可以达到40Gbps甚至更高的速率），同时也将通信距离提高到数十公里甚至上百公里。5810吉比特以太网特点吉比特以太网特点 10 吉比特以太网与 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1

29、 Gb/s 以太网的帧格式完全相同 10 吉比特以太网还保留了 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级 10 吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体 10 吉比特以太网只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用 CSMA/CD 协议59contents其它类型的局域网4局域网基本原理1局域网的数据链路层2以太网技术3高速以太网560城域网城域网6广域网7城域网（城域网（P80） 课件制作人：王小茹课件制作人：王小茹 城域网（MAN）城域网是适用于城市的信息基础设施，是国家信息高速公路与城市广大用户的中间环节，是在一个城市范围内建立的计算机网。 最著名的城域网的例子是

30、有线电视网。建造城域网的目的建造城域网的目的 提供单一、通用和公共的网络构架，藉以高速有效地传输数据、声音、图像和视频等信息，满足用户日新月异的需求。62城域网与局域网的关系城域网与局域网的关系 MAN与LAN相比连接距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上是LAN网络的延伸。 一个MAN网络通常连接着多个LAN网，满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求 城域网在技术上与局域网相似63城域网的构成城域网的构成 核心层：采用以IP技术为核心的设备，包括大容量路由器、三层高端交换机、优选路由器等 汇聚层：对用户接入数据汇聚、流量控制和管理，这一层是城域网实施业务管理的主要层面。由网络数据库、网络服务器、计费服务器等构成网络的业务部分，负责处理业务逻辑 接入层：支持各类用户的快速接入，包括多业务接入集中器、话音接入网关、远端接入服务器等64城域接入网建设的目标城域接入网建设的目标 开放的基础传送平台 具备移动通信、数据、图像及话音的多种业务综合接入能力、数字化、宽带化、综合化的接入平台 丰富的业务提供能力，满足集团用户、行业用户和商业用户及住宅用户不断增长的业务需求 网络的管理能力和运营能力65宽带宽带IP城域网城域网（P82） 宽带IP城域