局域网与城域网：第1章 绪论

1、 lxm局域网与城域网第1章 绪论lxm本章要求理解并掌握什么是局域网、城域网？局域网的基本应用结构早期LAN和现今LAN的特点如今，为什么局域网技术延伸到园区甚至城域？了解并理解局域网的应用、产生与发展城域网的产生与发展为什么局域网和城域网技术可以并列出现？现今局域网的主流技术局域网的标准机构及相关标准lxm本章内容1.1 引言1.2 局域网与城域网的发展1.3 局域网的基本结构1.4 局域网的技术定义1.5 局域网的标准化1.6 小结lxm1.1 引言1.1.1 术语1.1.2 局域网的应用lxm1.1.1 术语LAN: Local Area Network，局域网覆盖局部范围的网络MAN

2、: Metropolitan Area Network，城域网覆盖城市范围的网络WAN: Wide Area Network，广域网覆盖城市、国家甚至世界范围的互联网络注意：这是直观的的含义理解，随着技术的发展，如今LAN技术的应用已不只局限于局部范围lxm1.1.1 术语当年，仅有 LAN与WAN当年，MAN并未出现，仅有WAN与LAN当年认为LAN只能覆盖楼宇，覆盖楼群已是不易城域覆盖只能采用广域网技术实现局域网的城域互连通常由运营商的广域网实现如今，LAN/MAN并列MAN已经崛起MAN与LAN技术思路相同，标准机构相同MAN与LAN位于同一系统结构lxm1.1.2 局域网的应用LAN应

3、用的基本特征是资源共享，包括设备共享信息共享应用共享 早期的主要应用 共享文件服务器：无盘工作站共享 硬盘 共享打印服务器：可以共享昂贵的打印机 目前设备共享的新应用 共享存储：网络存储，容灾备份 电子邮件：信息交换，点对点 浏览网页：信息发布，点对多点 信息获取：下载音、视频 电子商务 网上银行 应用火热的网络游戏 lxm1.2 局域网的产生与发展1.2.1 LAN的发展简史1.2.2 LAN的技术变迁1.2.3 当前的局域网1.2.4 城域网的发展lxm1.2.1 LAN 的发展简史20世纪70年代：大量的技术20世纪80年代：众多的标准20世纪90年代：技术的汇聚21世纪：技术的全面更新

4、如：令牌总线技术、令牌环技术、CSMA、CSMA/CD技术802.3 802.14技术竞争、大浪淘沙90年代末主流技术浮现：802.3 与 802.11速率提升、覆盖扩大无线技术全面进入从用户级专网进军运营级公众网lxm1.2.2 局域网的技术变迁早期LAN技术20世纪70-90年代当今主流技术 802.3：廉价的过渡技术 802.4：适合制造业、实时性可靠性好 802.5：性能十分好，进化的方向 FDDI：主干网首选，可用于城域网 ATM局域网与综合业务局域网 802.3：高速率、大覆盖、高可靠 802.11：进展飞速、应用普遍展开lxm LAN/MAN 发展简史与技术变迁Token Bus

5、Token RingCSMA/CDCSMA/CACSMAFDDITRTBEthernetStarLANARCnetOmniNet1970s1980/1990s2000s802.11/WLAN802.9/ISLAN802.8/FORTAG802.7/BBTAG802.6/MAN802.5/TR802.4/TB802.3/Enet802.14/CM802.12/DPLANX3T9.5/FDDI802.9/ISLAN802.5/TR802.4/TB802.3/Enet802.11/WLAN802.3/Enet802.20/MBWA802.17/RPR802.16/FBWA802.15/WPAN802

6、.22/WRAN802.11/WLAN802.3/Enetlxm1.2.3 当今的局域网当今主流LAN技术以太网（802.3） 无线局域网（802.11）以太网介质：双绞线、多模光纤、单模光纤速率：10Mbit/s - 10Gbit/s，100Gbit/s距离：40km、70km，3000km组网设备：交换机组网应用：交换式局域网、虚拟局域网、运营级网络无线局域网无线接入网的主流技术正在发展大规模的应用级协议速率：2Mbit/s - 54Mbit/s，300/600Mbit/s ， 1Gbit/s lxm1.2.3 当今的局域网以太网的技术发展 以太网发展史上的重要事件双绞线的使用结构化的布线

7、成为现实，为以太网的大规模布设提供了条件；收发分开，为全双工以太网打下了基础交换机的出现交换机组网：（1）使以太网信道从共享走向独享，全双工以太网得以实现，同时提高网络容量；（2）突破冲突域的限制，扩大网络范围，组建大网得以实现。光纤介质的使用（1）极大扩大网络传输距离，为LAN技术向广域范围延伸提供条件；（2）光纤的高带宽，为高速LAN提供了条件。10G以太网的出现具有局域和广域双重物理接口，拉开了局域网技术向城域网进军的序幕lxm1.2.4 城域网的需求与发展需求高性能局域网的城域互连园区级互连：校园网教育城域网、电子政务城域网城域运营级公众网络已有技术早期： DQDB、IEEE 802.

8、6，未能实用成熟技术：SDH传输，承载效率不高针对话音业务而优化设计，不特别适合数据业务的传输当前由802委员会制定标准，MAN采用与LAN相同的系统结构802委员会：扩展为LAN/MAN委员会有线主干网（802.17）无线接入网（802.16）城域以太网技术(802.1ad 802.1ah)lxm1.3 局域网的基本结构局域网的结构可从多方面进行分类本节从两个方面进行讲解局域网基本应用结构1.3.1 园区级网络1.3.2 数据中心1.3.3 互联网中的局域网局域网的基础结构1.3.4 拓扑结构及其演进lxm1.3.1 园区级网络根据覆盖不同的局域范围，园区级网络分为办公室网络楼宇网络园区网络

9、lxm1.3.1 园区级网络办公室网络一种简单的局域网，又称为工作组级网络覆盖一个房间或临近的几个房间使用一台或几台交换机接入几十台计算机用于少量的实验室、办公室联网也可用于网络教室一种常见的小型局域网性能高、成本低、维护方便家庭网络的基本支撑结构上联部门网络100Mbps10/100Mbpslxm1.3.1 园区级网络楼宇网络覆盖一幢大楼使用多台交换机，接入上百台计算机也称为部门级网络一幢大楼：大型企业的部门，大学的学院网络结构较为复杂两个层次：核心层与接入层核心层也称主干网（backbone）通常使用单台核心交换机，主干速率常为1000Mb/s通过楼内的垂直主干光缆连接多台接入交换机lxm

10、 1.3.1 园区级网络楼宇网络部门 核心交换机办公室办公室办公室上联主干网1000Mbps100Mbpslxm 1.3.1 园区级网络园区网络覆盖一个园区的多个建筑物覆盖直径可以长达数公里多园区结构：可以覆盖几十公里最初流行于大学校园，也称为校园网如：连接校园网中的总校与分校目前广泛用于大型的企业网络政府网络新型住宅小区网络lxm1.3.1 园区级网络园区网络园区级网络的结构：相当复杂大体上分为两个层次：核心层（主干层）、接入层园区主干网建筑物之间预先敷设有室外光缆室外光缆互连主干交换机：中心交换机与分中心交换机用户接入网分中心交换机连接各个楼宇的接入交换机园区级网络的规模主干交换机：可达数

11、十台接入交换机：可达数百台接入计算机：可达上万台lxm1.3.1 园区级网络园区网络部门 核心交换机办公室连接至Internet园区主干网: 3层交换机/1000Mbps/光纤办公室办公室办公室部门 核心交换机部门 核心交换机中心 交换机接入部分lxm1.3.2 数据中心网络数据中心网络也称为后端网络与园区级网络有明显差别一般用户不直接接触，在后台工作IDC ：Internet Data Center互联网数据中心、数据中心提供724（全天候）运行的电信级机房环境在数据中心放置大型服务器如web 服务器、应用服务器、数据库服务器高性能的存储设备与存储区域网（SAN）磁盘阵列、光盘库、磁带库网络

12、监控设备网管站（NMS）、SLA监视、网络安全设备lxm1.3.2 数据中心网络数据中心网络是一种高吞吐率、高可靠性的局域网，主要功能包括：互连上述各种类型的服务设备为服务器高质量的服务提供基础网络环境直接连接在园区网络的中心交换机或互联网的核心网络主干速率可高达10Gb/s，设备接入速率可达1000Mb/slxm1.3.3 互联网中的局域网互联网：一个覆盖全球的广域网互联网是由IP路由器互连许多物理网组成各种物理网：LAN 、 WAN 、点到点信道等高性能的局域网（以太网）是当今物理网的主流家庭、企业、学校、政务、数据中心等等以太网的便捷灵活以及与IP协议的天然匹配性，成就了以太网在互联网中

13、物理网的“王者”地位组网快捷，灵活，即插即用以太网与IP都是基于分组与无连接模式，天然匹配性几乎是IP网络一统天下，物理网以太网独占鳌头lxm1.3.4 LAN拓扑结构的演进早期LAN的拓扑当今LAN的拓扑lxm1.3.4 LAN拓扑结构早期的拓扑早期LAN拓扑结构特点拓扑结构简单总线拓扑、环型拓扑、星型拓扑不区别端系统与中继系统联网设备通过NIC（网络接口卡）连接在共享的传输介质上网络上只能看见计算机：PC机与服务器可能外加必要的共享设备（如星型结构中的HUB)都是共享介质的结构总线型环型星型HUBlxm1.3.4 LAN拓扑结构当今的拓扑资源子网通信子网 当今LAN的拓扑Mesh-star

14、结构区分端站与中继系统端站：主机中继系统：交换机交换机互连形成LAN主干： mesh结构端站到交换机的接入： 星型结构主机交换机lxm1.4 局域网的定义1.4.1 局域网的总体标准1.4.2 局域网的定义lxm1.4.1 局域网的总体标准局域网的总体标准：IEEE 802-2001IEEE Standard for LAN & MAN: Overview and Architecture最局域网最基本、也是级别最高标准总体标准有两个版本第1版：IEEE 802-1990第2版：IEEE 802-2001IEEE 802的版本更新反映了深刻的技术变革对LAN/MAN系统结构的改变对LAN/MA

15、N的定义也进行了全新的描述lxm1.4.2 局域网的定义主要要点最适合于中等大小的地理区域的数据网络如一幢办公楼、一个仓库、一个园区也常用于更小的地域，如小型办公室、单个实验室、家庭 甚至可以桌面级的应用，如少数成员之间的对等通信数据通信速率比较高、传输时延很短局域网通信的基本方式是基于变长分组网络通信传输的基本数据单元是长度可变的八位组序列lxm1.4.2 局域网的定义主要要点站点之间可以直接通信：点对点、点对多点对等通信网络，不必通过任何中间节点交换使用交换机构建交换式局域网早期的局域网技术都使用共享介质、全广播通信使用网桥（交换机）构建局域网现在已经非常流行注意：交换机是一种高速的硬件化

16、网桥可以大大提高网络吞吐量、增加网上工作站数量网桥可以限制广播和组播通信点对点全双工通信引入局域网，作为高速链路连接交换机与交换机、连接端站和交换机lxm1.5 局域网的标准化1.5.1 为什么要学习标准1.5.2 标准化机构1.5.3 IEEE 802委员会1.5.4 IEEE 802标准1.5.5 IEEE 802标准族lxm1.5.1 为什么要学习标准？学习标准的两大理由有助于：登上技术制高点有助于：洞察技术发展方向标准是主流技术的制高点三流的企业出产品二流的企业出专利一流的企业出标准标准的演变反映了主流技术的发展学习标准能够看清方向、洞察发展标准的发展史就是主流技术的演变史清晰技术发展

17、方向，研究前景好的技术进入标准之路了解、掌握、参与、主导尽早进入标准学习是深入的初阶lxm1.5.2 标准化机构IEEE 802ISO/IECITU-TTIA/EIAIETF/RFCGB/Tlxm1.5.2 标准化机构ISO/IECISO：国际标准化组织，级别最高International Organization for StandardizationIEC：国际电工委员会，历史最久International Electrotechnical CommissionISO/IEC JTC1联合技术委员会，IT的标准化协调著名的ISO标准ISO/IEC 7498-1-1994：OSI/BRM，B

18、MISO/IEC 11801-2002：用户驻地的通用布缆ISO 8802.3/11：等同IEEE 802.3/11lxm1.5.2 标准化机构ITU-TITU-TSS国际电信联盟International Telecommunication Union电信标准部Telecommunication Standardization Sector典型标准Y.1231-2000：IP接入网体系结构Y.2001-2004：NGN概览lxm1.5.2 标准化机构TIA/EIATIA：电信工业协会Telecommunications Industry Association美国电信工业的行业协会EIA：电

19、子工业联合会（Electronic Industries AllianceEIA归口管理TIA典型标准TIA/EIA-568-B：商业楼宇的电信布缆标准lxm1.5.2 标准化机构IETF：互联网络工程任务组Internet Engineering Task ForceRFC： “征求意见稿”Request for CommentsTCP/IP领域最具权威的标准LAN/MAN领域也具重要意义尤为重要：涉及TCP/IP协议 lxm1.5.2 标准化机构GB/T推荐性国家标准，中国在IT领域，GB/T等同采用ISO标准典型国标GB/T 9387.1-1998idt ISO/IEC 7498-1:1

20、994开放系统互连基本参考模型：基本模型GB/T 17967-2000idt ISO/IEC 10731:1994OSI服务定义的约定lxm1.5.3 IEEE 802委员会IEEE：美国电气电子工程师协会Institute of Electrical and Electronics EngineersIEEE 802委员会1980年2月成立，主管LAN/MAN技术IEEE Standardfor Local and Metropolitan Area NetworksLMSC： LAN/MAN标准委员会LAN/MAN Standards Committee802委员会中负责LAN/MAN技术

21、标准的专门机构IEEE 802标准：LAN/MAN领域最重要的标准覆盖广、技术新、更新快lxm1.5.3 IEEE 802委员会IEEE 802委员会的机构802中的小组：常设机构，分管某一领域工作组：WG，Working Group研究组： SG，Study Group工作组之下任务组TG：Task Group非常设机构，完成某一任务发展历史中的工作组其中一些现在仍在活动一些已经不活动甚至已被解散lxm1.5.3 IEEE 802委员会当前活动的工作组与研究组802.1：局域网高层协议工作组，含802.10之并入802.3：Ethernet802.11：WLAN802.15：WPAN802.

22、16：BWA802.17：RPR802.18：Radio Regulatory TAG 802.19：Coexistence TAG 802.20：MBWA 802.21：Media Independent Handoff 802.22：WRANlxm1.5.3 IEEE 802委员会当前已不再活动： 802.2：LLC802.5：TR802.12：Demand Priority已经解散： 802.4：TB802.6：DQDB MAN 802.7：Broadband TAG802.8：Fiber Optic TAG802.9：ISLAN802.10：Security802.14：Cable M

23、odemlxm1.5.4 IEEE 802标准IEEE802标准的制定阶段研究立项专门成立研究组完成立项建议书PAR ：Project Approval Request立项批准后成立相应的任务组：TF、TG草案制定任务组制定草案的各个版本并报批D1.n：任务组完成D2.n：主管的WG投票表决，75%D3.n：LMSC投票表决，75%正式标准IEEE SA：批准、颁布标准维护标准的更正、增补，适当时机重新颁布新版本相应的任务组（有可能新成立）完成lxm1.5.4 IEEE 802标准802标准的修订：更正、增补、新版修订更正： Corrections专门更正标准文档中的疏漏甚至错误IEEE St

24、d 802.3-2005/Cor 1-2006： 802.3-2005版的更正1增补： Amendment标准更新的最常见形式不具有完整的文本，仅有原标准的更动部分能够紧跟技术的发展，及时的标准增补功不可没IEEE 802.3as-2006：802.3标准的的增补 “as”新版修订：一个全新的完整版本IEEE 802.3-2005：以太网的当前标准IEEE 802.11-2007：WLAN的当前标准lxm1.5.4 IEEE 802标准IEEE 802标准的编号规则严格在文献引用中经常被混淆标准的基本分类编号方式：小数点数字其中数字与相应的工作组编号一致IEEE 802.3标准由IEEE 80

25、2.3工作组负责IEEE 802.11标准由IEEE 802.11工作组负责lxm1.5.4 IEEE 802标准基本标准之后加标字母：大写与小写含义不同加标小写英文字母：对标准的增补IEEE 802.3z-1998802.3标准的增补z，定义了1000BASE-XIEEE 802.3ab-1999802.3标准的增补ab，定义了1000BASE-T加标大写英文字母：是一个基本标准IEEE 802.1X-2004基于端口的接入控制基本标准例子：IEEE 802.1D-2004：（网桥的）基本标准IEEE 802.1ad-2005：（网桥的）标准增补lxm1.5.5 IEEE 802标准族IEEE 802的主要现行基本标准IEEE 802：LAN/MAN概要及体系结构IEEE 802.1D：MAC桥IEEE 802.1X：基于端口的接入控制IEEE 802.2：LLCIEEE 802.3：CSMA/CD规范（以太网）IEEE 802.11：WLAN（无线局域网）IEEE 8