第5章 现代网络技术

第5章现代网络技术第三层以太交换网、ATM和千兆以太网等局域网组成5.1千兆以太网

建立在以太网标准基础之上，和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容,并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范。具有大带宽的优势，并且仍具有发展空间。桌面千兆以太网由于PC总线构造不能处理千兆，受到限制。5.1.1千兆以太网标准

标准光纤类型光纤直径(µm)最大传输距离(m)1000Base-SX多模62.5/50260/5251000Base-LX多模62.5/505501000Base-LX单模930001000Base-T/CXUTP/STP5类/STP100/251000Base-SX光纤工作波长850nm，采用8B/10B编码方法，适用作为大楼间主干网；1000Base-LX多模光纤工作波长850nm,单模光纤工作波长1300nm，数据编码也采用8B/10B编码，适用于作为校园主干网或者城域宽带主干网。1000Base-CX采用150Ω的STP，传输速率为1.25Gbit/s,传输效率80%，传输距离为25m，数据编码采用8B/10B，主要同于短距离的集群设备互连。1000Base-T采用4对5类UTP，传输速率1Gbit/s,传输距离为100m，适用于大楼内主干网。1000Base-T重要规范（1）继续使用现有的线缆设施，规定在5类线上的传输距离最远可达100米。（2）设计：1Gbps的传送速率可以等效地看作在四对双绞线上，每对的传送速率为250Mbps(250Mbps×4=1Gbps)。（3）线缆的性能参数：衰减、近端串扰(NEXT)和延时。

5.1.2特点

1．简单性：继承了以太网的简单性，包括技术原理、安装实施和管理维护等。2.兼容性：保留了以太网的基本技术，采用相同的LLC和CSMA/CD协议、帧格式、帧大小，支持全双工/半双工方式。

3.灵活性：保持了以太网的结构化布线系统、安装、维护和管理方法，使网络具有很高的可靠性。4.经济性：使用时可以降低开发、培训、管理和维护费用。5.可管理性：结构化步线系统、简单网络管理协议和远程监控协议等，使得网络的管理和维护简单方便。6.高服务质量：大都支持IEEE802.IP标准，提供优先级服务质量（QoS），能确保系统的关键应用。5.1.3协议

1.协议结构：介质访问控制（MAC）

全双工/半双工千兆位介质无关接口（GMII）1000Base-X8/10B编解码器1000Base-T编解码器1000Base-CX

1000Base-SX1000Base-LX1000Base-T收发器2.MAC协议支持以太网媒体访问控制(MAC)子层，就是以太网/快速以太网的MAC从而实现了数据链路层的功能。MAC层通过千兆媒体无关接口(GMII)发送或接收数据帧。GMII是MAC子层与物理层的接口，其作用是使MAC子层从较底层协议中脱离出来，从而使物理层能适应不同类型的传输介质。3.物理层协议物理编码子层(PCS):将GMII所发送的数据进行编码/解码，使其可适于在物理媒体上进行传送。物理媒体附加子层(PMA):生成发送到线路上的信号，并接收线路上的信号。物理媒体相关子层(PMD):提供与线缆的物理连接。4.高层协议千兆以太网的MAC层以上与IEEE802.3标准并没有什么不同,它支持以太网和IEEE802.3规范中的逻辑链路控制协议（LLC）。LLC使千兆网上能运行多种协议（包括TCP/IPSPX/IPX等）。5.2异步传输模式（ATM）

是基于信元的网络技术，在电话交换和分组交换基础上发展起来的一种全新的通信技术。采用固定长度（用硬件电路处理，缩短信元处理时间，有利于综合业务传输和高速交换）的53字节作为协议数据单元，速率达155M或622Mbps，光纤传输，误码率降到10-7以下。支持不同速率的各种业务，从而取得灵活的带宽共享。信息在最低层以面向连接的方式传送。采用光纤传输，ATM网可以不在数据链路层进行差错控制和流量控制，提高了信元传送速率。5.2.1参考模型包括三个面：用户面、控制面和管理面，而在每个面中又是分层的，分为物理层、ATM层、AAL层和高层。

用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等；控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放；管理平面：包括层管理和面管理。其中层管理采用分层结构，完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能，如元信令。同时层管理还处理与各层相关的OAM信息流；面管理不分层，它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用。物理层ATM层ATM适配层ATM适配层高层协议高层协议控制面用户面管理面面管理层管理5.3虚拟局域网（VLAN）是将一组物理上彼此分开的用户和服务器逻辑地分成工作群组，这样的逻辑划分与物理位置无关。实际是与地理位置无关的局域网的一个广播域；由一个工作站发送的广播信息帧只能发送到具有相同虚网号的其它站点，其他VLAN的成员收不到这些广播帧。5.3.1VLAN的标准1．802.10VLAN标准：Cisco公司在1995年提倡使用IEEE802.10协议（Cisco公司试图采用优化后的802.10帧格式在网络上传输FrameTagging模式中所必须的VLAN标签）；大多数802委员会的成员都反对推广802.10（该协议是基于FrameTagging方式的，将导致不定常的数据帧,使A-SIC字符的传输变得非常困难）。2.802.1Q：它的出现打破了虚拟网依赖于单一厂商的僵局,从一个侧面推动了VLAN的迅速发展；另外,来自市场的压力使各大网络厂商立刻将新标准融合到他们各自的产品中。5.3.2VLAN的特点1．减少因网络成员变化所带来的开销；2.建立虚拟工作组模型；3.减少了路由器的使用；4.控制网络上的广播风暴；5.增加网络的安全性；6.集中化的管理控制。5.3.3VLAN分类1.根据端口定义：利用交换机的端口（跨越多个交换机的多个不同端口）来划分VLAN成员，被设定的端口都在同一个广播域中；不允许多个VLAN共享一个物理网段或交换机端口；而且，如果某一个用户从一个端口所在的虚拟网移动到另一个端口所在的虚拟网，网络管理员需要重新进行设置。是静态VLAN（端口强制性地分配给VLAN）。2.根据MAC地址这种VLAN允许用户从一个物理位置移动到另一个物理位置，并且自动保留其所属虚拟网段的成员身份；由端口自己决定属于哪个VLAN，它是一个简单的映射，由交换机向网络中的VMPS（VLAN管理策略服务器）发出请求，从创建的数据库文本文件得到相应MAC地址和VLAN，是动态VLAN。独立于网络的高层协议(如TCP/IP，IP，IPX等)，可以看成是一种基于用户的网络划分手段；缺点是所有的用户必须被明确的分配给一个虚拟网。3.基于网络层的VLAN使用协议(如果网络中存在多协议的话)或网络层地址(如TCP/IP中的子网段地址)来确定VLAN成员的划分。可以按传输协议划分网段；可以在网络内部自由移动而不用重新配置自己的工作站，尤其是使用TCP/IP的用户；可以减少由于协议转换而造成的网络延迟；缺点是与利用MAC地址的形式相比，需要分析各种协议的地址格式并进行相应的转换，因此定义虚拟网的交换机要比使用数据链路层信息的交换机在速度上占劣劣势。对于使用TCP/IP协议的用户群来说是十分有效的，其他协议就难说。4.根据IP广播组划分任何属于同一IP广播组的计算机都属于同一虚拟网。这种方法给用户带来巨大的灵活性和可延展性，整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。5.3.4在交换机上配置VLAN1.VLAN的实现（1）配置VLAN通告（使用setVTPdomain命令）；（2）创建VLAN，给VLAN指定合适的端口（使用setvlan命令）。交换机有一个VLAN列表，显示哪些VLAN和其指定端口；指定了端口的VLAN称为交换机上的活动VLAN，没有指定端口的VLAN称为过渡VLAN。VLAN号是区别各广播域的唯一标识参数；VLAN名称是可选参数，用于说明。使用语法：setvlan[vlan号]name[vlan名称]例：setvlan20nameJone(创建编号为20、名称为Jone的VLAN)；例：setvlan103/1-12(将模块3的1-12端口指定给VLAN10)；例：sh

vlan(检查已被正确指定了的端口)。

创建VALN时，可定义VLAN的5个属性：Number

用以识别广播域的惟一标识Type“Ethernet”、“FDDI”、“TR-CRT”令牌环NameVLAN名称，便于存档MTUVLAN中帧的最大单元SAID安全关联和标识符（只用于FDDI）例：更改VLAN类型：

setvlan10typeFDDIsaid10mtu2000设置通道例：将A交换机的1/1和1/2端口设置为通向交换机B上2/49和2/50的通道：交换机A：setportchannel1/1-2交换机B：setportchannel2/49-502.虚拟局域网中继协议（VTP）单个交换机可以定义VLAN，两个以上的交换机通过中继线确保VLAN的通信。完成中继标记：Inter-switch连接（ISL），IEEE802.1Q。VTP是在交换机之间交换VLAN信息并使VLAN保持一致的协议；有了它新的VLAN数据自动从所有中继线传出，不必在多个交换机上创建VLAN。不是所有的端口都能作为中继口，可以使用showmodule（查看模块）、showportcapabilities命令查看。配置中继使用settrunk命令设置能够作为中继的端口：

settrunk[模块号/端口号][on|off|desirable|auto|nonnegotiate]On本端口以ISL或802.1Q封装帧Off不能作为中继Desirable除非和它相连的端口能成为中继，才会成为中继auto它只做和它相连的端口需要做的事nonnegotiate本端口为中继，但不能随其他端口改变例：设置交换机A的1/1端口与B交换机2/49的中继：交换机A：settrunk1/1onisl

(将封装方法更改为802.1Q：settrunk1/1dotlq)交换机B：settrunk2/49auto3.VLAN管理域交换机需要配置管理域名，该域名可以配置多个VLAN并传输VTP更新数据，管理域名分大小写；设置VTP参数命令：setvtpdomain[名称]，

setvtpmode[模式]（服务器/客户模式）；查看VTP设置：sh

vtp

domain，sh

vtpstatistics：DomainName交换机所属管理域名称DomainIndexVTP索引号（能否处理版本2？）LocalModeVTP模式Password管理域是否安全VLAN-count……管理域中定义的VLAN号……4.VLAN路由配置用于VLAN间通信设备就是路由交换模块（RouterSwitchModule-RSM）交换机的RSM将占用机箱总线的一个插槽RSMVLAN20172.16.20.0255.255.255.0VLAN10172.16.10.0255.255.255.0RSM接口上设置：interfaceVLAN10descriptionVLAN10TOM

ipaddress172.16.10.1255.255.255.0!interfaceVLAN20descriptionVLAN20JONE

ipaddress172.16.20.1255.255.255.0!5.配置事例1Catalyst5500交换机，WS-X5302路由交换模块直接插入交换机，通过通道与系统背板上的VLAN相连，接口支持ISL；在交换机内划有3个虚拟网，别名分别为vlan1、vlan2、vlan3，通过WS-X5302实现虚拟网间路由。Catalyst5500配置：setsystemname5500C(设置交换机名)；setinterfacesc0110.230.4.240255.255.255.010.230.4.255；（交换机和路由器不一样，其sc0接口的IP地址就代表了整个交换机制IP地址，它提供了一条连接外部世界的IP通路；没有它就不可能从交换机telnet到任何其他设备，也不可能从任何IP主机telnet到交换机，或使用任何SNMP应用程序：配置命令：setinterfacesc01[交换机IP地址][广播地址]）setiproute0.0.0.010.230.4.151；（将目前存在的缺省网关通知给sc0IP，0.0.0.0为缺省路由，10.230.4.15为缺省网关地址)setvtpdomainhne；setvtpmodeserver；setvlan1namevlan1typeethernet

mtu1500said100001stateactive；setvlan777namevlan2typeethernet

mtu1500said100777stateactive；setvlan888namevlan3typeethernet

mtu1500said100888stateactive；setvlan13/1-22；setvlan7773/23；setvlan8883/24；settrunk3/1onisl1-1005；settrunk6/1onisl1-1005；（允许最小化配置网络中交换机到交换机的链路；当在网络中增加新的VLAN后，Trunk协议将允许来自该VLAN的信息在互联网络中的所有交换机间传送，而不需再附加配置新的物理链路）setvlan17/1-22；setvlan8887/23-24；settrunk7/1onisl1-1005；settrunk7/2onisl1-1005；路由模块设置：interfaceVlan1

ipaddress10.230.2.56255.255.255.0interfaceVlan777

ipaddress10.230.3.56255.255.255.0interfaceVlan888

ipaddress10.230.4.56255.255.255.0配置事例2Cisco3640快速以太网接口与交换机上的一支持ISL的端口实现连接interfaceFastEthernet1/0.1encapsulationisl1

ipaddress10.230.2.56255.255.255.0interfaceFastEthernet1/0.2encapsulationisl777

ipaddress10.230.3.56255.255.255.0interfaceFastEthernet1/0.3encapsulationisl888

ipaddress10.230.4.56255.255.255.0VLAN1

VLAN888路由器Cisco3640

Catalyst5500交换机VLAN7775．4宽带网技术宽带网有线系统一般电信及网络ADSLxDSL专线有线电视网络CableModem无线系统一般无线系统GPRSCDMAWCDMA数字微波DIgitalMicrowaveRadio卫星通信卫星直播网络VSAT5.4.1非对称数字用户线（ADSL）DSL（数字用户线路，DigitalSubscriberLine）是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等，一般称之为xDSL。ADSL是一种通过现有普通电话线为家庭、办公室提供宽带数据传输服务的技术。ADSL即非对称数字信号传送，它能够在现有的铜双绞线，即普通电话线上提供高达8Mb/s的高速下行速率，远高于ISDN速率；而上行速率有2Mb/s，传输距离达3km---5km。

ADSL技术的主要特点是可以充分利用现有的铜缆网络（电话线网络），在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供高宽带服务。ADSL的另外一个优点在于它可以与普通电话共存于一条电话线上，在一条普通电话线上接听、拨打电话的同时进行ADSL传输而又互不影响。用户通过ADSL接入宽带多媒体信息网与因特网，同时可以收看影视节目，举行一个视频会议，还可以很高的速率下载数据文件。安装ADSL也极其方便快捷。在现有的电话线上安装ADSL，除了在用户端安装ADSL通讯终端外，不用对现有线路作任何改动。

5.4.2xDSL结构1．CDSL（CustomDSL）2．HDSL（HighSpeedDSL）

3．IDSL（ISDNDSL）4．RADSL（RateADSL）5．SDSL（SymmetricDigitalSubscriber）

6．VDSL（VeryHighSpeedDSL）

5.4.3电缆调制解调器（CableModem）

CableModem与以往的Modem在原理上都是将数据进行调制后在Cable（电缆）的一个频率范围内传输,接收时进行解调，传输机理与普通Modem相同，不同之处在于它是通过有线电视CATV的某个传输频带进行调制解调的。而普通Modem的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通讯介质。CableModem属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞，其速率已达10Mb/s以上，下行速率则更高。

是组建城域网的关键设备，混合光纤同轴网（HFC）主干线用光纤，光结点小区内用树枝型总线同轴电缆网连接用户，其传输频率可高达550/750MHz。在HFC网中传输数据就需要使用CableModem。

1．CableModem的原理和使用（1）基本概念

是一种可以通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。一般有两个接口，一个用来接室内墙上的有线电视端口，另一个与计算机相联。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；还可能是一个桥接器、路由器、网络控制器或集线器。要在两个不同的方向上接收和发送数据，把上、下行数字信号用不同的调制方式调制在双向传输的某个带宽的电视频道。把上行的数字信号转换成模拟射频信号，类似电视信号，所以能在有线电视网上传送。接收下行信号时，把它转换为数字信号。

传输速度一般可达3---50Mb/s，距离可以是100公里甚至更远。

终端系统（CMTS）能和所有的CabkeModem通讯，但是CableModem只能和CMTS通讯。如果两个CableModem需要通讯，必须由CMTS转播信息。

（2）CableModem的速度

通过有线电视网络进行高速数据传输，从网上下载信息的速度比现有的电话Modem快1000倍。通过电话线下载需要20分钟完成的工作，使用CableModem只需要1.2秒。CableModem的速度范围可以从500Kb/s到10Mb/s。

（3）CableModem的传输模式

对称式传输：指上/下行信号各占用一个普通频道8M带宽，上/下行信号可能采用不同的调制方法，但用相同传输速率（2---10Mbps）的传输模式。

非对称式传输：由于用户上网发出请求的信息量远远小于信息下行量，而上行通道又远远小于下行通道，非对称式传输能满足客户的要求，而又避开了上行通道带宽相对不足的矛盾。对称式传输速率为2Mb/s---4Mb/s、最高能达到10Mb/s。非对称式传输下行速率为30Mb/s，上行速率为500Kb/s---2.56Mb/s。

（4）CableModem的种类

传输方式角度：可分为双向对称式和非对称式；从数据传输方向上看：有单向、双向之分；从网络通信角度上看：可分为同步(共享)和异步(交换)两种方式；从接入角度来看：可分为个人CableModem和宽带CableModem（多用户）；从接口角度分：外置式、内置式和交互式机顶盒。

2．CableModem系统的配置（1）CableModem的特点及其系统连接采用普通电话线传输数据，用户与前端的通信为点对点方式，系统包括前端设备CMTS和用户端设备CableModem（CM），两设备通过双向HFC网络连接。

（2）CableModem系统的管理

CableModem和前端设备的配置是分别进行的。CableModem设备有用于配置的Consol接口，可通过VT终端或Win9x的超级终端程序进行设置。

实际使用中，CableModem一般不需要人工配置和操作。

ADSL与CableModem、普通拨号Modem及N-ISDN比较与CableMode相比，ADSL技术具有着相当大的优势：ADSL接入方案在网络拓扑结构上较为先进，因为每个用户都有单独的一条线路与ADSL局端相连，它的结构可以看作是星型结构，它的数据传输带宽是由每一用户独享的。比起普通拨号Modem的最高56K速率，以及N-ISDN128K的速率，ADSL的速率优势也是不言而喻的：它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载，并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式。这意味着使用ADSL上网并不需要缴付另外的电话费。

5．5无线网技术

如何把移动通信和Internet结合起来，达到可以任何人、任何地方都能联网呢？无线网络的出现解决了这个问题。

5．5．1无线网的特点

1．传输方式

采用的传输媒体主要有无线电波与红外线。在采用无线电波做为传输媒体，又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。

（1）扩展频谱方式

数据基带信号的频谱被扩展至几倍-几十倍后再被搬移至射频发射出去。

（2）窄带调制方式

数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。（3）红外线方式

优点是这种传输方式不受无线电干扰，且使用不受国家无线电管理委员会的限制，但对非透明物体的透过性极差。2．网络拓扑

（1）无中心拓扑（PeertoPeer）

要求网中任意两个站点均可直接通信。这种结构的网络一般是用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道，而信道接入控制（MAC）协议大多采用CSMA（载波监测多址接入）类型的多址接入协议。优点是网络抗毁性好、建网容易、且费用较低。但当网中用户数（站点