常用的网络技术课件

常用的网络技术

3.1几种典型的局域网技术局域网是计算机通信网的重要组成部分，但至今人们还很难给局域网一个严格的定义。大多数人认为，局域网（LAN，LocalAreaNetwork）是指在较小的地理范围或局部范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机网络，简称LAN。它只是一种通信网，仅有OSI参考模型的下三层，其覆盖的地域在10m-10km或更大些，计算机数量由几台到几百台不等。以太网技术简介以太（Ethernet）网络是由Xerox、Digital与Intel三家公司开发出来的，是目前世界上使用最普遍、最广泛的局域网。以太网遵守IEEE802.3协议。以太网从诞生至今，仅仅经过不到20多年的发展时间，其运行速度却提高了几个数量级，目前以太网技术已发展成为一个系列，包括标准以太网（Ethernet）、快速以太网（FastEthernet，FE）、千兆以太网（GigabitEthernet，GE）和10G以太网。以太网的拓扑结构一般为总线型或星型，传输介质可以为50Ω同轴电缆、双绞线或光纤。现代以太网技术虽然已进入高速、全交换、光网络时代，但承载以太网技术的基础并没有改变，仍然是CSMA/CD、广播、IEEE802.3帧、MAC地址等概念的天下。以太网的主要特点是接入方便，可靠性较高，其低廉的端口价格和优越的性能，使得以太网占据了整个局域网市场的85％左右的市场份额，从而使得CSMA/CD协议在局域网协议中居于统治地位，成了局域网协议的事实标准，也使得以太网成了局域网的代名词。但是由于介质访问控制方式采用的是载波侦听多路存取/冲突检测（CSMA/CD），即消息发送是通过竞争实现，在局域网有较多站点的情况下，有可能经常发生冲突，因此消息发送延迟过高。如果说局域网是网络系统集成中的重点，那么现代以太网技术则是重中之重。所以本章中把以太网技术单独作为一节（3.2节）来讲解。3.1.2环网技术目前使用的环网包括令牌环网（Token-Ring）和光纤分布式数据接口（FDDI）两种。令牌环网是最早使用的一种环网，FDDI是在其基础上发展起来的一种高速环网。令牌环网技术

令牌环（TokenRing）网技术包括令牌总线技术和令牌环技术，是由美国IBM公司于1985年推出的，后来逐渐成为IEEE802.5所定义的网络标准，它是一种物理以星形连接，但逻辑以环形（Ring）传输的网络。其主要技术指标是：网络拓扑为环形布局，基带网，数据传送速率为4Mbps~16Mbps，采用令牌通行（Tokenpassing）传递方法。令牌也叫令牌通行证，它其实是具有特殊格式和标记的数据帧（Frame），是由1位或几位二进制数组成的数据码。令牌有“忙”和“空闲”两个状态。所谓“空闲”令牌是指令牌帧中的“空闲”位的值为0的令牌，如果该位值为“l”，表明有别的节点已经在发送报文信息了。令牌沿环形网依次向每个节点传递，只有获得“空闲”令牌的节点才有权利发送报文信息。

FDDI网络技术FDDI是FiberDistributedDataInterface的缩写，中文意思是光纤分布式数据接口。FDDI通常采用双环结构，在传送报文信息时是利用两芯线缆同时进行的，故称为“双环”。其容错原理是这样的：FDDI的主环在外，用于正常工作，以反时针方向传送报文信息；副环在内，以顺时针方向传送相同的报文信息。若主环某一站点出现故障或断线，则会立即启动各用的副环，自动形成一新的逻辑环路，隔离故障点，使报文信息的传送不受影响，因此具有很高的可靠性。3.1.3ATM技术（1）异步传递方式ATM（AsynchronousTransferMode）是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种新的交换技术，ATM兼有电路交换的可靠性、实时性和分组交换的高效性、灵活性，是面向B-ISDN的交换技术。每一个时隙就相当于一个分组，在ATM中叫做信元（cell）。ATM就是基于信元交换的技术。ATM有两种主要的接口：用户网络接口UNI（UserNetworkInterface）。这是ATM端点与它们所连接的ATM交换机之间的接口。网络节点接口NNI（NetworkNodeInterface）。这是在ATM网络中两个ATM交换机之间或在两个ATM网络之间的接口。3.1.3ATM技术（2）在ATM中使用的虚通路是一种逻辑连接，虚通路是ATM网络交换结构中的一个基本单元。两个端用户要进行通信，首先必须建立虚通路连接，然后才能在这个端到端连接上以固定信元长度和可变速率进行全双工的通信。数据传送完毕后再释放连接。虚拟通道（VCI）和虚拟通路（VPI）都是描述ATM信元单向传输的路由。每个虚拟通路可以用复用方式容纳多达65535个虚拟通道。下图表示虚拟通路VP的交换过程。3.1.3ATM技术（3）ATM是一种面向连接的技术，当发送端和接收端通信时，发送端先发送要求建立连接的控制信号，接收端收到该信号并同意建立连接后，一个虚拟线路被建立起来，虚拟线路用VPI和VCI表示。虚拟线路建立后，需要传送的信息即被分割成53个字节的信元，经网络传送到对方。若发送端有一个以上的信息同时发送，则根据相同程序建立不同的到达相应接收端的不同虚拟线路，实现信息交替送出。3.1.4无线局域网技术无线局域网络是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网WLAN（WirelessLocalAreaNetwork），它主要是通过射频（RF，RadioFrequency）技术取代有线网络中的铜线实现的。无线网络采用与有线网络同样的工作方法，它们按PC、服务器、工作站、网络操作系统、无线网卡和访问点通过电缆连接建立网络。无线局域网（WLAN）标准IEEE802.11是在1997年审定通过的，另外还有一个标准IEEE802.11HR（HighRate），它是无线局域网的高速标准。802.11标准仅限于OSI物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）。IEEE802.11标准规定了三种不同的物理层结构，即红外线物理层结构，以及两种采用不同扩频技术的射频数据传输物理层结构。无线局域网的关键技术

实现无线局域网的关键技术主要有三种：红外线、跳频扩频（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）。红外线技术：红外线局域网采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，受太阳光的干扰大。红外线支持l~2Mb/s数据速率，适于近距离通信。DSSS：DSSS局域网可在很宽的频率范围内进行通信，支持l~2Mb/s数据速率，在发送和接收端都以窄带方式进行，而传输过程中则以宽带方式通信。FHSS：FHSS局域网支持1Mb/s数据速率，共22组跳频图案，包括79个信道，输出的同步载波经调解后，可获得发送端送来的信息。DSSS和FHSS无线局域网都使用无线电波作为媒体，覆盖范围大，发射功率较背景噪声低，基本避免了信号的偷听和窃取，使通信非常安全。同时，无线局域网中的电波不会对人体健康造成伤害，具有抗干扰性、抗噪声、抗衰减和保密性能好等优点。无线局域网的组成

无线局域网设备包括无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备。无线网卡的硬件组成包括RF（射频）、IF（中频）、SS（扩频解扩频及解调）和NIC等几部分，如图所示。其中：NIC是网络接口控制单元，完成SS单元与计算机之间的接口控制。SS是扩频解扩频及解调单元，它完成对发送数据的频谱扩展和对接收信号的解扩、解调，同时，它还具有对数据进行解扰处理、并/串和串/并变换的功能，还要对发射功率和接收进行相应的控制，并具有信道能量、载波强度、信号质量检测等功能。IF是中频单元，它完成对已扩频信号的调制和对接收信号的变频及其他处理。RF单元完成对发送中频信号的向上和向下变频、功率放大（PA）及低噪声放大等功能。RF、IF和SS单元构成了扩频通信机。蓝牙技术

1998年爱立信、IBM、Intel、诺基亚和东芝等公司联合推出一项最新的无线网络技术，即蓝牙（Bluetooth）技术。蓝牙技术在推出时就面向无线局域网通信，在10米到100米的空间内所有支持该技术的移动或非移动设备可以方便地建立网络联系，进行音频通信或直接通过手机访问Internet。蓝牙技术的协议结构分为三大部分：底层硬件模块、中间层协议和高层应用。如图所示。3.1.5虚拟局域网将网络用户按照性质或需求分成若干个“逻辑工作组”，一个“逻辑工作组”就是一个虚拟局域网（VLAN，VirtualLAN），简称虚拟网。虚拟网是交换机的重要功能，通常虚拟网的实现形式有三种：静态端口分配。静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员重新设置。这种方法虽然比较麻烦，但比较安全，容易配置和维护。动态虚拟网。支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件动态确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚互联入网时，交换机端口还未分配，于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后，用户的计算机可以灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，而且如果网络中出现未定义的MAC地址，则可以向网管人员报警。多虚拟网端口配置。支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门（每种业务设置成一个虚拟网）都可同时访问，也可以同时访问多个虚拟网的资源，还可让多个虚拟网间的互联只需一个路由端口即可完成。

划分虚拟网的方法

——基于端口的虚拟网

在交换机上通过划分其端口而组成一个或多个虚拟网，例如一个交换机A上的端口1、2、8与另一个交换机B上的端口2、3、4、5、8所连接的客户工作站可以构成虚拟网VLAN1，而交换机A上的端口3、4、5、6、7则与交换机B上的端口1、6、7一起构成另一个虚拟网VLAN2等，如图所示。基于端口的虚拟网可以跨越多个交换机。时至今日，按端口号划分虚拟网仍然是构造虚拟网的一个最常用的方法。而且此种方法也确实是比较简单并且非常有效。但仅靠端口分组而定义虚拟网将无法使得同一个物理分段（或交换端口）同时参与到多个虚拟网中，而且更麻烦的是当一个用户由一个端口移至另一个端口时，需重新设置虚拟网。划分虚拟网的方法

——基于MAC地址的虚拟网通过网卡的MAC地址也可以划分虚拟网。由于MAC地址是固化在网卡中且是唯一的，当某一个用户移到网络中另外一个地方时它将仍然保持其原先的虚拟网成员身份，所以无需网管人员对之进行重新的配置，即用户改变端口不需重新设置虚拟网。从这个意义讲，用MAC地址定义的虚拟网可以看成是基于用户的虚拟网。另外在此种方式中，同一个MAC地址处于多个虚拟网中是不成问题的。但这种方法也有许多不足之处。首先，所有的用户在最初都必须用手工方式被配置到至少一个虚拟网中，这在大型的网络中并不是一件容易的事；其次在大规模的基于MAC地址的虚拟网中交换机之间进行虚拟网成员身份信息的交换也会引起网络性能的降低。划分虚拟网的方法

——基于第三层协议（IP地址）的虚拟网部分支持第三层交换的交换机含内部路由功能，虚拟网之间的通信能通过专用路由设备保证。基于第三层协议的虚拟网实现在决定虚拟网成员身份时主要是考虑协议类型或网络层地址（如TCP/IP网络的子网地址）。此种类型的虚拟网划分需要将子网地址映射到虚拟网，交换机则根据子网地址而将各用户的MAC地址同一个虚拟网联系起来。但应注意此处对于第三层信息的使用并不构成路由功能，不应将其同网络层路由混淆起来。在第三层定义虚拟网有许多优点：可以根据协议类型进行虚拟网的划分；用户可自由地移动他们的机器而无需对网络地址进行重新配置。缺点：一是性能问题，对报文中的网络地址进行检查将比对帧中的MAC地址进行检查所需开销更大；另一个缺点是在第三层上所定义的虚拟网对于TCP/IP特别有效，但对于其他一些协议如IPX、DECnet等则要差一些，并且对于那些不可进行路由选择的一些协议，在第三层上实现虚拟网划分将特别困难。3.2以太网技术3.2.1以太网技术概述以太网的MAC地址以太网是广播型网络，一个节点发出的信号，被同段中其他节点同时接收，接收节点通过信号地址鉴别，决定丢弃还是保存。为了便于网络中目标计算机的寻址，以太网标准中采用的是介质访问控制（MAC）地址。MAC地址是由IEEE802.3标准委员会分配给各网卡厂商的。每块网卡出厂时，都被赋予一个全球惟一的MAC地址，共6字节，其组成如下：前3个字节为厂商编号，只有经过注册登记，取得厂商编号的网卡生产厂才能准许生产网卡，可容纳(28)3=16777216个厂商；后3字节为网卡编号。以太网的帧格式

以太网帧是变长的，其长度从64字节到1518个字节不等。前导（1010…10）和同步SFD（10101011）用于接收站点进行帧同步。源地址是指发送站地址。每个网卡的唯一地址，前三个字节称为BlockID，标识设备的制造厂家，由IEEE分配。其它三个字节称为设备ID，由厂家赋值，在出厂前固化在网卡上。任何网卡的地址都是各不相同的。目的地址是指以太网帧发往的目的网卡地址。类型表示以太帧封装的消息协议类型。长度表示帧的长度。数据/填充数据：从46~1500个字节。FCS：CRC是帧校验序列，由循环冗余校验法计算而得。数据/填充数据的前面部分统称为MAC头，后面的FCS叫做MAC尾。以太网工作原理（1）以太网采用的MAC是载波侦听多路存取/冲突检测（CSMA/CD）方法，它由介质存取控制层实现。CSMA/CD工作原理与人际间交谈非常相似，其工作可以分成数据发送阶段和数据接收阶段。以太网工作原理（2）

——发送阶段

数据发送可以概括为下面七个步骤，工作流程如图所示。以太网工作原理（3）

——发送阶段①讲前先听：任何节点要向通信介质发送信息时，首先要侦听介质上是否有载波（载波由电压指示），如果有，则认为其它站点正在传送信息；②无声则讲：如果通信介质在一定时间段内（称为帧间缝隙IFG=9.6微秒）是安静的，即没有被其它站点占用，则可进行帧数据发送；③一等到有空就讲：如果侦听到其它节点正在传送信息，就一直侦听介质，直到出现最小的IFG，该站马上开始发送数据帧；④边讲边听：当两个站点在IFG到来后同时发送数据时，就会发生冲突，双方的帧数据都受到损坏。所以，以太网在发送过程中要不断地侦听通信介质，以检测冲突；⑤冲突则等待：如果某个站点在发送数据期间检测到冲突，则立即停止该次发送，并向介质发送一个“阻塞”信号（告知其它站点已经发生冲突，从而丢弃那些可能一直在接收的受到损坏的帧数据），并等待一段随机时间。CSMA/CD确定等待时间的算法是二进制指数退避算法；⑥多路重传或夭折：在等待一段随机时间后（称为后退），想发送的站点再进行新的发送。如果重传多次后（大于16次），仍发生冲突，就放弃发送（称为夭折）；⑦重复第一步。以太网工作原理（4）

——接收阶段

接收阶段可以概括为下面四个步骤：①长度校验：接收站浏览介质上传输的每个帧，通过对其长度的判别，确定它是否为冲突碎片。如果长度小于64字节，则认为是冲突碎片；②目的地址校验：如果接收到的帧不是冲突碎片的，则判别该帧地址宇段是否是本地地址。如果是，则进行第三步处理；如果不是，则返回第①步；③完整性校验：通过对下列指标的校验，判断帧是否发生畸变。长度：如果帧长度大于1518字节（超长帧，可能由错误的LAN驱动程序造成），则认为发生畸变。定界符：定界符必须是8位的整数倍。

CRC校验。④本地处理：通过上述校验的帧被认为是有效的；接收下来后，做本地处理。以太网物理层标准（1）目前10Mbps以太网有5种物理层标准：10BASE-5（粗同轴线缆以太网）、10BASE-2（细线缆以太网）、10BASE-T（非屏蔽双绞线以太网），10BASE-F（光缆以太网）、10BROAD-36（宽带传输），如图所示。本书主要介绍前四种。以太网物理层标准（2）

——10BASE-5（粗缆以太网）

1983年，IEEE委员会公布了10BASE-5标准，其中“10”代表传输速率为10Mbps；“Base”代表“基带传输”；“5”代表每个网段最大传输距离为500米。10BASE-5是原始的以太网802.3标准，它使用直径为10毫米的RG-8粗同轴线缆（粗缆）作为传输介质。安装时，每台联网的计算机中需安装一块带DIX连接器的以太网卡，计算机通过网卡上的这个DIX连接器与粗缆收发器相连，粗缆收发器再通过收发器电缆与粗缆连接起来，就组成粗缆以太网。粗缆两端要求各连一个50Ω/1w的终结器。10BASE-5适用于总线拓扑结构，允许每个以太网段有100个站，一个网段的最大长度为500米。10BASE-5遵守5-4-3规则，即一个10BASE-5以太网可以由5个500米长的网段和4个中继器组成，网络最大传输距离为2500米。以太网物理层标准（3）

——10BASE-2（细缆以太网）

1988年，IEEE委员会公布了10BASE-2标准，称为IEEE802.3a。其中“2”代表每个网段最大传输距离为200米（实际只有185米——指采用NE2000兼容网卡；如果采用3C509网卡，则每个网段最大传输距离可达到300米）。10BASE-2使用RG-58细同轴线缆（细缆）作为传输介质。安装时，每台联网的计算机中需安装一块带BNC接口的以太网卡，计算机通过网卡上的这个BNC接口与一个T型BNC头相连，T型BNC头再与带有BNC接头的细缆连接起来，就组成细缆以太网。细缆两端要求各连一个50Ω的BNC终结器。10BASE-5和10BASE-2的区别如下：10BASE-2每个网段只允许30个节点，而10BASE-5则允许100个节点；10BASE-2网段的最大长度是185米，而10BASE-5的最大长度为500米；10BASE-2遵守5-4-3规则，允许的网络最大传输距离为5×185=925米或5×300=1500米；10BASE-2标准使用廉价的50欧姆同轴线缆；10BASE-2将MAU功能和收发器/AUI线缆集成到网卡中；10BASE-2标准中，网卡上的AUI或DB-15连接器可由BNC筒形连接器取代。与粗缆以太网相比，细缆以太网更容易安装，更容易增加新站，从而能够大幅度地降低费用。以太网物理层标准（4）

——10BASE-T（双绞线以太网）

1990年IEEE通过10BASE-T标准，称为IEEE802.3i。其中“T”代表双绞线（TwistPair）。它与同轴线缆标准有很多的不同。10BASE-T使用两对非屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwistedPair）作为传输介质，一对双绞线发送数据，另一对双绞线接收数据，连接器是RJ-45标准8针插头；10BASE-T使用曼彻斯特编码，但为了在UTP上传输，信号频率采用20MHz，并且必须使用3类以上的UTP线缆；主机（网络节点）通过集线器互连；按EIA-568布线标准，主机与集线器之间、集线器与集线器之间的双绞线都不得超过100米；10BASE-T遵守5-4-3规则，允许的网络最大传输距离为5×100=500米。以太网物理层标准（5）

——10BASE-F（光缆以太网）

1992年IEEE通过10BASE-F标准，称为IEEE802.3i，其中“F”代表光纤（Fiber）。10BASE-F是在IEEE早期的FOIRL（光缆互连中继器链路）规范的基础上制定的，使用双工光缆，一条光缆用于发送数据，另一条用于接收。IEEE10BASE-F标准定义了4套不同的光缆规范，这4个不同的规范说明如下：10BASE-FP适用于无源的星型结构，即不需要单独的电源。每个网段500米，MAU集成到中继器或DTE之中；10BASE-FB适用于主干网或中继器光缆系统，其中MAU重新集成到中继器之中，不允许DTE连接，链路段长1000米，多个中继器可串行级联；10BASE-FL是基于FOIRL标准的，并与之能逆向兼容。但它只能用来接中继器，并需要外接MAU收发器，允许1000米或2000米的链路段；新的FOIRL标准与最初标准的区别是允许连接DTE，即允许一对一的中继器对中继器链路，或一个中继器连接许多个DTE。链路段长度仍保持最初FOIRL标准的1000米长。以太网物理层标准（6）

——几种标准以太网的物理性能比较局域网类型线缆类型最大跨距/最大段数每段最大长度每网段节点个数网络连接设备连接器传输率(Mbps)特

点10Base-5粗缆2.5Km/5500m100个中继器DIX10安装麻烦，不灵活10Base-2细缆925m/518530个中继器BNC10价格最便宜10Base-TUTP双绞线500m/51001024个集线器RJ-4510维护简单，可靠，灵活10Base-F多模光纤4Km/22Km1024个集线器BNC,AUIRJ-4510长距离联网抗干扰以太网物理层标准（7）

——以太网的5-4-3规则

以太网可以由若干网段通过中继器连接构成。参加联网的网段和中继器的数量是有限制的，这就是通常所说的5-4-3规则。如图所示。其中：“5”是指网段的最大个数；“4”是指连接网段的中继器的最大个数；“3”是指只有3个网段上有主机。对于10BASE-T以太网，5-4-3规则可以延伸为5-4-3-2-l规则，“2”是指每网段上只能有2个节点，其中一个节点是主机。3.2.2快速以太网快速以太网简介：快速以太网类似于标准以太网，可以支持100Mb/s的传输速率，它是10Base-T以太网的最直接、最简单的升级。快速以太网目前已有两个国际标准，分别是100Base-T的IEEE802.3u标准和100VG-AnyLAN的IEEE802.12标准。由于后者与10Base-T的兼容性不及前者，因此应用也远不如100Base-T广泛。在物理层中，100Base-T定义了三个不同的物理层协议，分别为100Base-TX、100Base-T4、100Base-FX。

快速以太网对以太网的改进用MⅡ取代AUI增加了协调子层RS100Base-T与10Base-T性能对比

项

目10Base-T100Base-T传输速度10Mb/s100Mb/s执行标准IEEE802.3iIEEE802.3u拓朴结构总线型和星型星型集线器到节点最大距离100m100m传输介质同轴电缆、UTP、STP光纤UTP、光纤介质接口AUIMⅡ3.2.3千兆以太网（GBE）IEEE在1998年6月15日正式发布了采用光纤介质的1000Base-X全双工千兆位以太网标准IEEE802.3z，随后又发布了采用非屏蔽双绞线（UTP）介质的1000Base-T标准IEEE802.3ab。其中1000Base-X又对三种传输介质定义了三种收发器：1000Base-LX用于安装单模光纤；1000Base-SX用于安装多模光纤；1000Base-CX用于屏蔽铜缆。千兆以太网在物理层定义了4种物理标准，即：1000BASE-CX：使用150Ω屏蔽双绞线STP，其传输速率为l.25Gbps，传输距离为25米，主要用于集群设备的互连。1000BASE-LX：使用芯径为50μm的单模光纤，其传输距离为3km，主要用于校园网主干网。1000BASE-SX：使用芯径为62.5urn和50um的多模光纤，其传输距离为300m和500m，主要用于建筑物间和短距离主干网。1000BASE-T：使用5类UPT双绞线，传输速率为1Gbps，传输距离为100m，主要用于建筑物内的干线布线。千兆以太网工作原理（1）

千兆介质无关接口GMⅡ是千兆MAC（GMAC）与物理层之间的逻辑接口。为了分析GMAC技术，首先要明确千兆以太网的通信工作方式。千兆以太网对介质的访问采用全双工和半双工两种方式。全双工方式下的GMAC技术：全双工适用于交换机之间或交换机与计算机之间的点到点连接，两点之间可以同时进行GMAC帧的发送和接收，因此，全双工方式下没有冲突问题，最小帧长度仍为64字节，不需要采用半双工GMAC采用的载波扩展和帧组发技术。千兆以太网工作原理（2）

——半双工方式下的GMAC技术

怎样既能保证千兆以太网帧最小长度为64字节，又能保证千兆以太网直径为200米呢？半双工千兆以太网采用了载波扩展和帧组发技术同时解决了上述问题。载波扩展技术原理：对于长度在64字节和512字节之间的帧，在不改变其已有格式的前提下，用载波字段将帧扩展为512字节。但由于载波扩展字段不携带信息，所以带宽利用率将降低，开销会增大，这是因为很多控制帧的长度都小于512字节，这样在每个短帧的每次发送时都要为其增加载波扩展信号。如图所示。帧组发技术原理：允许发送方每次发送多个帧，只对第1个帧进行载波扩展。若第1帧发送成功，说明发送通道畅通，后续一组帧可以连续发送，不再增加载波扩展信号，而只需保持间隙为12字节即可。千兆以太网的物理拓扑结构

千兆以太网的物理拓扑结构因其使用的网络设备不同而略有差异。千兆以太网的设备主要有3种，即简单中继器、网络交换机和缓冲分配器。简单中继器：用于共享式网络，采用半双工方式，网络直径为200m，带宽为1Gbps，适用于桌面计算机环境和服务器集群。网络交换机：每个端口都提供1Gbps带宽。半双工方式采用CSMA/CD协议处理共享网络连接；全双工提供点到点连接，可以提供2Gbps（发/收）带宽。流量控制方法是“暂停（PAUSE）帧通知”，遵循IEEE802.3X标准。缓冲分配器：是千兆以太网提出的一种新型的存储转发设备，兼有中继器和交换机的特点。它的全部端口都按全双工方式工作，提供1Gbps传输带宽。缓冲分配器从多个信息源同时接收信息，并缓存在该端口，再以广播帧的方式发送到所有端口，缓冲分配器不对帧进行过滤，网络直径与共享方式相同。缓冲分配器又称机箱内的CSMA/CD。缓冲分配器还支持IEEE802.3z流量控制标准。千兆位以太网的应用

千兆位以太网的主要应用领域为：高速局域网骨干、宽带城域网骨干、服务器和图形工作站接入层网络平台等。目前，典型的千兆位以太网应用如下：提供快速以太网交换机与交换机之间的局部连接：在两台快速以太网交换机之间需要有高速数据通信连接的情况下，分别给两台快速以太网交换机安装上千兆位以太网模块，并用千兆位链路（光纤）连接这两台快速以太网交换机，能为用户提供强大的对所有局域网资源的访问能力。提供高速的服务器的连接，消除服务器吞吐量瓶颈：在网络中心交换机和服务器中分别安装千兆位以太网模块和千兆位以太网卡，并用千兆位链路（光纤）连接网络中心交换机和服务器群。采用这种结构的网络能够大幅度地提高网络中的末端用户对超级服务器的访问能力，有效地消除服务器吞吐量瓶颈。千兆位以太网作企业网骨干：使用高速率的千兆位以太网交换机作为网络中心交换机，并用千兆位链路（光纤）将服务器群和所有100/1000Mbps的二级交换机与网络中心交换机相连。这样构造企业网骨干，提高了数据通信速率，使用户对因特网和企业内部网各个部分有更加快速的访问能力。3.2.5以太网系列技术的主要指标比较以太网系列技术的发展主要是针对以下指标的改进：网络带宽：以太网的带宽为10Mbps，快速以太网为100Mbps，千兆以太网为1Gbps，10G以太网为10Gbps。传输介质：早期以太网使用粗同轴电缆作为传输介质，组网工作繁重、成本高，后来使用细同轴电缆，降低了成本。随着结构化网络布线的发展，以太网采用双绞线作为传输介质，配合集线器设备，可以快捷方便地组建局域网络。快速以太网则一开始就使用双绞线，不过它使用的双绞线的类别要比10M以太网高。千兆以太网最初使用的传输介质是光纤（以太网、快速以太网也都支持光纤介质），随着双绞线类别的提高，千兆以太网也可以使用双绞线。可见，以太网系列技术的传输介质主要采用双绞线，部分主干网使用光纤，少数原来的网络使用同轴线缆。服务质量：由于以太网特有的数据传输方式，使得它的数据重传率比较大，这对于那些实时性、可靠性要求高的应用来说，显然是不适应的。后来提出的一些新的网络技术（如ATM）与以太网竞争的焦点也在于此。针对这些问题，以太网提供商和标准化组织（如千兆以太网联盟）在新技术中对早期以太网的缺陷做了改进，比较明显的一点是对CSMA/CD介质访问技术的改进。另外千兆以太网联盟提出了“带宽就是服务质量”的口号，旨在通过提高带宽来弥补以太网技术的某些先天不足。以太网主要技术参数

以太网快速以太网千兆以太网编码方式曼彻斯特编码4B/5B，8B/6T8B/10B工作频率20MHz31.25MHz125MHz双工方式半双工/全双工半双工/全双工半双工/全双工(半双工常用)时间槽512位时间512位时间512字节时间帧间间隔9.6μs0.96μs0.096μs最大帧长度1518字节1518字节1518字节最小帧长度64字节64字节64字节重发上限16次16次16次后退上限10次10次10次阻塞序列32位32位32位以太网最大网段距离

传输介质以太网10BASE-T快速以太网100BASE-T千兆以太网1000BASE-F最大网段距离5类UTP100米100米1000米DFSTP/同轴线缆500米100米25米多模光纤2千米412米（半双工）220米（半双工）2千米（全双工）单模光纤25千米20千米5千米3.3几种典型的广域网技术广域网（WAN，WideAreaNetworks）是跨越地区、国家、乃至全球范围的各种局域网、计算机、终端等互联在一起的网络通信系统。广域网分为通信广域网和计算机广域网，这两者是完全不同的概念。公共电话网（PSTN）、分组交换网（X.25）、数字数据网（DDN）、帧中继（FR）和综合业务数字网（ISDN）以及近年来兴起的数字用户线路（xDSL）等都是通信广域网，但它们不是计算机广域网！目前，人们经常利用这些通信广域网来建设计算机广域网，或利用这些通信广域网来实现计算机广域网的接入。例如，ChianNet是中国的Internet网，它就是借助于DDN提供的高速中继线路，使用超高速路由器，组成了覆盖全国各省市并联通国际Internet的计算机广域网。目前，我国的广域网业务上分属三大部门，即中国电信的中国电信网；分属原邮电部、原电子工业部、国家教委和中科院的四个互联网；广电总局的中国广播电视网。常见的广域网有：公用电话网、公用分组交换网、公用数字数据网、宽带综合业务数字网、公用帧中继网和大量专用网。3.3.1分组交换网X.25是一个基于分组的、面向连接的传输协议，传输速率300bps-2Mbps。分组交换网采用虚电路和数据报文两种服务方式实现网络的信息通信。所谓虚电路方式，就是在一条物理链路上建立若干条逻辑上的虚电路，使用户感觉到仿佛有若干条物理链路一样。在发送数据之前，需要在发送方和接收方之间建立一条这样的虚电路，然后在虚电路上传输分组，传输完毕后再拆除虚电路。所谓数据报文服务，是将每个分组独立存储和转发，中间节点接收到分组后，首先暂存该分组，然后在网络中经各分组交换机逐级存储和转发，动态分配线路的带宽，再从不同路径将分组转发出去，到达目的节点。分组交换技术是数据网络中使用最广泛的一种交换技术。X.25分组交换网一般由分组交换机、通信传输线路和用户接入设备组成。分组交换机主要用来实现各种业务支持、路由选择与流量控制、各种协议支持和网络管理、计费等。通信传输线路分为中继传输线路（简称中继线）和用户传输线路（简称用户线）。中继线是连接分组交换机之间（交换局之间）的传输线路，而用户线则是连接交换机（端局）与用户之间的线路。中继线通常采用n×64b/s数字通道；用户线分模拟和数字两种通道，典型的模拟通道是用电话线加调制解调器（Modem）。用户接入设备分两种，一种是分组型终端，它采用同步工作方式；另一种是非分组型终端，它采用异步工作方式。X.25分组交换网应用广泛，其中两种典型的应用是：大型企业内部异地分布局域网之间的互联和局域网与Internet的互联。3.3.2综合业务数字网（ISDN）综合业务数字网（ISDN，IntegratedServicesDigitalNetwork）是在对电话网进行数字化的基础上发展起来的，只要在已有的电话网中增添或更改部分设备即可以构成ISDN网，这是一种新型的广域网交换技术。简单地讲，ISDN的提出是想通过数字技术将现有的各种专用网络（模拟的、数字的）集成到一起，以统一的接口向用户同时提供各种综合业务。在我国，将ISDN服务称为“一线通”就很形象地揭示了ISDN的本质含义。ISDN作为一种数字网络技术有其完备的体系结构和标准。它在原理上最有创新之处是将用户平面和控制平面分隔开，换句话说，就是将用户数据与控制信息分别处理，它的具体作法是用B信道传输用户数据，用D信道传输控制信息。根据传输带宽的大小，ISDN可以分为狭带ISDN和宽带ISDN，分别简称为N-ISDN和B-ISDN，通常所说的ISDN是指N-ISDN。目前ISDN向B－ISDN方向发展，有两个重要的技术可以作为这方面的代表，它们是帧中继和ATM。ISDN采用的技术与设备（1）

——线路接口

ISDN主要提供两种接口的线路，即：基本速率接口（BRI）线路和基群速率接口线路（PRI）。ISDN技术的核心就是将带宽分成几个信道，其中包括B信道和D信道两种。B信道是一种负载信道，D信道是一种用于信令和低速数据分组通信的数据信道。信道不同，速率和带宽也不相同。每个B信道都能以64kb/s的传输速率传送1路数据或1路数字话音；每条D信道只能携带有关负载信道的信息，速率为16kb/s，它可以通过共享网络信号传输功能来控制B信道。ISDN的BRI提供了两个B信道和一个D信道，即通常说的2B+D，这三条信道被分时复用到1条双绞线/电话上，速率可达144kb/s。一条2B+D的ISDN访问线路最多可以连接8个不同的设备。ISDN采用的技术与设备（2）

——网络终端设备（NT）

网络终端是用户传输线路的终端装置，它是实现在普通电话先上进行数字信号转送和接收的关键设备，是电话局交换机和用户的终端设备之间的接口设备。该设备安装于用户处，一般由端局方提供，并由端局方维护和管理。网络终端设备分为基本速率网络终端（NT1）和一次基群速率网络终端（NT2）两种。NT1（NetworkTermination1，第一类网络终端设备）：向用户提供2B+D二线双向传输能力，完成传输码型的转换。NT2（NetworkTermination2，第二类网络终端设备）：NT2提供30B+D的四线双向传输能力，用来完成OSI/RM中数据链路层、网络层的协议处理和多路复用功能，具有用户室内线路的交换和集线功能，典型的NT2设备有ISDN路由器、拨号服务器、反向复用器等。ISDN采用的技术与设备（3）

——ISDN用户终端TA（TerminalAdapter，终端适配器）：TA又称ISDNModem，用来实现非ISDN设备与ISDN线路的连接转换，即将模拟信号设备转换成为ISDN帧格式进行传递。TA分为内置式和外置式两种形式。TE1（TerminalEquipment1，第一类终端设备）：TE1是指标准的ISDN设备，这类设备可以直接接到ISDN线路上。典型的ISDN设备有ISDN电话机、G4传真机等。TE2（TerminalEquipment2，第二类终端设备）：TE2是指非标准的ISDN设备，这类设备需要通过TA转接到ISDN线路上。典型的非ISDN设备有模拟电话、G3传真机、计算机、调制解调器等。在ISDN线路改装或者新装之后，电信局会赠送一个NT1，但是用户还必须自行购买ISDN用户终端。目前，部分生产厂家提供的用户终端设备已包括了NT功能，俗称u接口。ISDN的主要应用及上网方式（1）通过ISDN实现网络互联

ISDN的主要应用及上网方式（2）局域网通过代理服务器连上ISDN上网方式：适合于大、中型企业用。用户端配置为：计算机+外置TA+NT1（电信局赠送或免费租用）。

ISDN的主要应用及上网方式（3）多台计算机和终端同时连上ISDN上网方式，适合于中、小型企业用。用户端配置为：计算机+ISDN路由器（比较贵，少见）。

ISDN的主要应用及上网方式（4）配置标准外置TA拨号上网的例子，适合于一般家庭用。用户端配置为：计算机、传真机、普通模拟电话机+外置TA+NT1。

ISDN的主要应用及上网方式（5）使用内置ISDN卡的配置图。用户端配置为：计算机、数字电话机（非必须）+内置ISDN卡+NT1（一般家庭用，最经济实惠）。

3.3.3数字数据网（DDN）数字数据网（DDN，DigitalDataNetwork）是一种利用数字信道传输数据信号的传输网络。DDN一般由数字通道、DDN节点、网络控制系统和用户环路组成，它的传输介质可以是光纤、双绞线、普通电缆、数字微波或卫星通信等，目前以光纤介质为主。数字传输技术采用数字同步体系SDH或准同步数字体系PDH电路；DDN节点采用数字交叉连接复用设备，实现数字电路半固定交叉连接和子速率的复用。DDN可以支持任何类型的用户设备入网；支持任何通信规程，只要通信双方自行约定通信协议即可在DDN上进行数据通信。DDN干线传输速度通常为2.048Mb/s（E1）和33Mb/s（E3），干线最高传输速率可达150Mb/s，可以支持数据、图像、语音等多种业务。用户终端接入DDN的方法很多，主要有以下几种：通过调制解调器接入DDN；通过数据终端设备接入DDN；通过用户集中设备接入DDN；通过数字电路接入DDN。3.3.4帧中继（FR）帧中继（FrameRelay）是在分组交换技术的基础上演变和发展起来的，既吸收了电路交换技术吞吐量大、时延小的优点，也吸收了分组交换技术中统计分时复用等技术，提高了网络带宽利用率。它采用了分时复用功能、永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）等，舍弃了有关流量控制、差错纠错控制等功能，实现OSI/RM的物理层和数据链路层功能。所以，帧中继是数据链路层技术，是在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据帧的一种技术。帧中继仅完成OSI物理层和数据链路展核心功能，简化了OSI第二层中流量控制、纠错等功能要求，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成，从而大大简化了节点之间协议，提高了网络性能和节点间的传输效率，减小网络时延，也降低了通信成本，这正是广域网技术所需要的。同时，帧中继是一种简单的面向连接的虚电路分组交换方式。目前，帧中继主要应用于广域网、局域网互联、远程计算和事务处理、会议电视、远程数据库访问、文件传输等。帧中继网络组成：由帧中继接入设备与帧中继交换设备组成。前者是用户域设备，包括支持帧中继的主机、桥接器、访问路由器等；后者是网络服务提供设备，包括T1/E1、复用设备和帧交换机。3.4广域网接入技术接入网的概念：电信网络的线路分为两类，即中心局交换机之间的中继线和中心局与用户之间的用户线。用户线是最后一个没有数字化的线路部分，传输速度很低，即：网络接入基础设施的建设是制约宽带网络建设的真正“瓶颈”，这就是通常所说的“一公里问题”。所谓接入网，就是指本地交换机与用户端设备之间的传输系统，它可以部分或全部代替传统的用户本地线路网，可以包含复用、交叉连接和传输功能。3.4.2接入技术分类（1）铜线接入技术：是指以现有的电话线为传输介质，采用各种先进的调制技术和编码技术，提高铜线的传输速率。主要有以下几种：电话线调制解调器（Modem）接入。高速数字用户线（HDSL）接入：所谓数字用户线（DigitalSubscriberLine，DSL）接入技术，就是利用与进入家庭的电话线相同的线路携载数据，实现数据网络接入的技术。目前，高速数字用户线（High-speedDigitalSubscriberLine,HDSL）接入是利用现有铜质用户线中的两对或三对双绞线，提供高速的（1.5-2Mb/s）全双工数字连接能力。非对称数字用户线（ADSL）接入：在有些应用中，上行传输速率要求与下行传输速率要求相差很大，ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine）为此采用数据传输不对称双向信道。由中心局到用户的下行信道经常要求向用户提供快速的信息传递，且信息量往往很大，例如视频播放，因此，下行信道所用带宽比较宽、数据传输速率比较高，ADSL最高可达9.2Mb/s。而由用户到中心局的上行信道往往是低速率数据传输，例如点播指令，因此，上行信道所用频带比较窄，数据传输速率比较低，一般为160kb/s～6Mb/s。由于数据信道位于话音频带（300Hz到3.4kHz）之上，线路传输特性很差，所以要采用一定的特殊技术如自适应数字滤波技术、纠错编码技术、非对称回波消除技术等才能保障数据可靠传输。超高速数字用户线VDSL/VHDSL（VeryHighSpeedDigitalSubscriberLine）接入：利用先进的铜质用户线，下行方向提供高达5