数据通信CH3-常见网络接口与线缆

网络接口与线缆本章学习目标了解局域网接口及线缆了解广域网接口与线缆了解逻辑接口3.1局域网接口及线缆局域网概念局域网类型局域网接口类型局域网线缆3.1.1局域网概念hubhubhubSwitchServerfarmstationstationsstations1.特点覆盖范围小房间、建筑物、园区范围距离≤25km高传输速率10Mb/s～1000Mb/s低误码率10-8

～10-11拓扑：总线、星形、环形介质：UTP、Fiber、COAX私有性：自建、自管、自用拓扑结构（逻辑、物理）总线型、星形、环形、树形介质访问方法CSMA/CD、Token-passing信号传输形式基带、宽带以上三种技术决定了局域网的特征2.局域网的关键技术3.局域网体系结构局域网的标准：IEEE802（ISO8802）IEEE802是一个标准系列：IEEE802,IEEE802.1～IEEE802.14其体系结构只包含了两个层次：数据链路层，物理层数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层网络层数据链路层物理层逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC

高层OSIIEEE802物理层PHY由TCP/IP和NOS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IEEE802标准系列中的主要标准802.2-逻辑链路控制802.3-CSMA/CD（以太网）

802.4-TokenBus（令牌总线）802.5-TokenRing（令牌环）802.6-分布队列双总线DQDB--MAN标准802.8–FDDI（光纤分布数据接口）802.11–WLAN（无线局域网）局域网的物理层功能：位流的传输；同步前序的产生与识别；信号编码和译码。IEEE802定义了多种物理层，以适应不同的网络介质和不同的介质访问控制方法。两个接口：连接单元接口（AUI）－可选，仅用于粗同轴电缆介质相关接口（MDI）屏蔽不同介质的特性，使之不影响MAC子层的操作局域网的数据链路层按功能划分为两个子层：LLC和MAC功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，以适应不同的传输介质。解决共享信道(如总线)的介质访问控制问题，使帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。LLC：与介质、拓扑无关；MAC：与介质、拓扑相关。局域网的数据链路层的特点：局域网链路支持多路访问，支持成组地址和广播；支持介质访问控制功能；提供某些网络层的功能，如网络服务访问点(SAP)、多路复用、流量控制、差错控制、...MAC子层功能：实现、维护MAC协议，差错检测，寻址。LLC子层功能：向高层提供统一的链路访问形式，组帧/拆帧、建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。对不同的LAN标准，它们的LLC子层都是一样的，区别仅在MAC子层（和物理层）。局域网的网络层和高层IEEE802标准没有定义网络层和更高层：没有路由选择功能局域网拓扑结构比较简单，一般不需中间转接流量控制、寻址、排序、差错控制等功能由数据链路层完成网络层和更高层通常由协议软件（如TCP/IP协议、IPX/SPX协议）和网络操作系统来实现。TokenRing/802.5的操作哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有持有令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待；拿到令牌的站将令牌转换成数据帧头，后面加挂上自己的数据进行发送；目的站点从环上复制该帧，帧则沿环继续往下循环；数据帧循环一周后由源站点回收，并送出一个空令牌，使其余的站点能获得帧的发送权。3.1.2传统以太网以太网的产生与发展70年代中期由施乐公司（BobMetcalfe）提出，数据率为2.94Mb/s，称为Ethernet（以太网）最初人们认为电磁波是通过“以太”来传播的经DEC,Intel和Xerox公司改进为10Mb/s标准（DIX标准）DIXV1（1980）、DIXV2（1982）－EthernetII特征：基带传输、总线拓扑、CSMA/CD、同轴电缆1985年被采纳为IEEE802.3，支持多种传输媒体。“带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范”EthernetII和IEEE802.3二者区别很小仅是帧格式和支持的传输介质略有不同目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展…一种在以前被假定为电磁波的传播介质，具有绝对连续性、高度弹性、极其稀薄等特性。IEEE802.3以太网标准（主要的）传统以太网：10Mb/s802.3——粗同轴电缆802.3a——细同轴电缆802.3i——双绞线802.3j——光纤快速以太网（FE）：100Mb/s802.3u——双绞线，光纤千兆以太网（GE）：1000Mb/s（1Gb/s）802.3z——屏蔽短双绞线、光纤802.3ab——双绞线万兆以太网（10GE）：10Gb/s802.3ae——光纤以太网的物理层选项与标识方法速率、信号方式、介质类型速率（Mb/s）基带或宽带Base，Broad每段最大长度（单位:百米）或介质类型（T，F，X）10

Base

5传统以太网10Base5粗同轴10Base2细同轴10Base-TUTP

10Base-FMMF快速以太网和千兆以太网100Base-TUTP100Base-FMMF/SMF1000Base-XSTP/MMF/SMF1000Base-TUTP传统以太网的四种物理层选项的特征见教材44同轴电缆以太网粗缆以太网（10BASE5）粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强收发器

:发送/接收,冲突检测,电气隔离总线型拓扑

粗缆收发器AUI电缆NICVampiretap最大段长度500m每段最多站点数100≥2.5m网络最大跨度

2.5km

网络最多5个段

终端匹配器细缆BNC接头NIC细同轴电缆，可靠性稍差

无外置收发器

轻便、灵活、成本较低总线型拓扑每段最大长度185m每段最多站点数30≥0.5m网络最大跨度

925m网络最多5个段

终端匹配器

细缆以太网（10Base2

）双绞线（UTP），两头压接RJ45连接器；所有站点都与HUB（集线器）相连接；

HUB的作用：信号放大与整形星形拓扑，但逻辑拓扑结构仍然是总线。轻便、安装密度高、便于维护NICHUB每段最大长度100m多台HUB级连可以支持更多站点双绞线以太网（10Base-T）在以太网的标准中，10Mbps与100Mbps双绞线系统采用相同的线序：1、2两根线为一对，3、6两根线为另一对。色标 Pin# Signal白橙

1 TD+橙

2 TD-白绿

3 RD+蓝

4 不用白蓝

5 不用绿

6 RD-白棕

7 不用棕

8 不用12345678双绞线的连接标准当两个HUB连接时，要使用交叉连接方法。两台微机直接连接时，也可参考此接法。光纤以太网

使用光纤介质；两根62.5/125μm多模光纤，收发各一根

星形拓扑结构；通常用于远距离网络连接；

主要类型：

FOIRL（光纤中继器间链路）用于连接两个HUB（或中继器）链路间最大距离1km10Base-FL（用以替代FOIRL）

链路间最大距离2km

任意两节点间的中继器数≤6个光纤与其他介质可使用介质转换器进行转换介质转换器是可连接不同介质的中继器ST接口

该接口为收发两个圆形头，使用ST接头的光纤SC接口该接口为收发两个方形头，使用SC接头的光纤。LC接口

该接口为收发两个方形头，尺寸小于SC，使用LC接头的光纤。

MTRJ接口

该接口收发集中在一个方形头，使用MTRJ接头的光纤。GBIC光模块

该模块为可插拔千兆以太网接口模块，主要用于两端口千兆以太网接口板上，使用的接口类型为SC。SFP光模块

该模块可插拔，主要用于1端口单通道POS48接口板、4端口POS3接口板、1端口ATM155M接口板上，使用的接口类型为LC。

3.1.3全双工以太网只能在双绞线和光纤链路上实现；收、发使用了不同的物理信道不再使用CSMA/CD机制，因此传输距离不受时间槽的限制；但要受到信号衰减的影响全双工操作的条件：使用双绞线或光纤；链路两端的设备都必须支持全双工操作；支持全双工的设备包括全双工网卡、网络交换机。3.1.4局域网扩展

什么情况下需要扩展？网络范围扩大更多的站点加入网络多个独立的局域网进行互联如何扩展？主要在三个层次上物理层数据链路层网络层设备：总线网：中继器星形/环形网：集线器特点：一个网段上的信号不加选择地被复制到另一个网段；扩展后的网络仍是一个冲突域。优缺点：简单、成本低网络规模不能太大站点数量：冲突随站点数量的增多而变得越来越严重地域范围：时间槽的限制只能互联相同类型的网络在物理层上进行局域网扩展例：从分离的部门网络到统一的企业网络集线器人力资源部集线器市场部集线器技术开发部集线器财务部设备：网桥、交换机特点：一个网段上的帧有条件地被转发到另一个网段；扩展后的网络被网桥/交换机隔离成多个冲突域；扩展后的网络仍是一个广播域。优缺点：冲突被限制在小范围内，甚至可被消除；地域范围不再受时间槽的限制；远程网桥可将局域网的范围扩展到几十公里以上转发速度有所降低；不能隔离广播帧。在数据链路层上进行局域网扩展在链路层上扩展局域网网桥/交换机独立的冲突域网段1HUB网段2HUB广播域设备：路由器特点：一个网络上的分组有条件地被转发到另一个网络；扩展后的网络被路由器分隔成多个子网。优缺点：隔离广播域，限制了广播帧的泛滥；地域范围可以任意扩展；能根据最佳路由转发分组；可以互联不同类型的网络；转发速度低，成本较高，维护复杂。在网络层上进行局域网扩展财务部集线器技术开发部集线器市场部集线器人力资源部集线器在网络层上扩展局域网技术开发部路由器集线器财务部路由器集线器市场部路由器集线器路由器人力资源部集线器企业网/广域网高速局域网10Mb/s满足应用要求吗？从10Mb/s向100Mb/s、1000Mb/s迁移起因：对主干带宽的需求80年代末开始，直到今天仍未停止主要产品FDDI快速以太网100VG-AnyLAN千兆以太网、万兆以太网最终胜利者是谁？关键：兼容(保护投资)、灵活、简易、技术成熟1.快速以太网（FastEthernet，FE）传输速率为100Mb/s的以太网，比传统以太网快10倍标准为IEEE802.3u拓扑结构为基于集线器的星形结构；传输介质只支持双绞线和光纤；帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3标准。提供了10/100Mb/s自适应功能；IEEE802.3u定义了4种不同的物理层标准100Base-TX：使用两对5类双绞线100Base-FX：使用62.5/125μm多模光纤100Base-T4：使用四对3类双绞线100Base-T2：使用两对3类双绞线100Base-TX的拓扑结构max.5mHUBHUB任意两个站点间最多允许3个链路段工作站工作站max.100m快速以太网的应用主干连接需要高带宽的服务器和高性能工作站网络服务器、图形工作站、工程工作站、网管工作站向桌面系统普及10Mb/s10MHUB企业网100Mb/s100MHUB100Mb/s服务器100Mb/s小型机100Mb/s100MHUB2.千兆位以太网和万兆位以太网千兆位以太网（GigabitEthernet，GE）技术进步的必然新的应用网络分布计算、计算机视频、网络存储快速以太网的迅速普及要求主干有更高的带宽两个主要标准IEEE802.3z，1998.6正式公布1000Base-SX，MMF/550m1000Base-LX，SMF/5000m1000Base-CX，屏蔽短铜缆/25mIEEE802.3ab，1999.6正式公布1000Base-T，UTP/100m千兆以太网的拓扑结构在半双工方式时，网络跨距减小很多：任意两个站点间最多只能有一个中继器（p139图4.42）在全双工方式时，网络跨距仅与介质和收发器的特性有关：站点间允许有多台千兆设备，可以构造较大范围的网络（p140图4.43）千兆位交换机千兆位交换机千兆位路由器千兆以太网的应用交换机到交换机的连接或园区网之间的主干连接，例如两个校区之间的链路；将网络交换机之间的10/100M链路用1000M链路代替，可以显著地提高网络的整体性能。

具有高带宽需求的服务器集群或某些高性能工作站与网络主干之间的连接通过网络服务器中配置的千兆以太网卡，可以建立与交换机之间的1000M连接，极大地提高了服务器的传输带宽。

企业网络或园区网络的主干千兆位以太网交换机能同时支持多台100Mbit/s交换机、路由器、集线器和服务器等设备。同时，以千兆位以太网交换机为核心的主干网络能支撑更多的网段，每个网段有更多的节点及更高的带宽。

多机系统主机之间的互联。万兆位以太网万兆位以太网的特征传输速率为10Gb/s；保留了802.3的帧格式、最大帧长度和最小帧长度；不再使用CSMA/CD协议；只能工作在全双工方式；只使用光纤（多模或单模）作为传输介质；支持两种类型的物理层：10Gbit/s局域网物理层和10Gbit/s广域网物理层：多个万兆位以太网可以通过SONET/SDH网络实现广域连接，使用单模光纤时端到端的传输距离可达上百公里。

标准：IEEE802.3ae，2002年公布局域网物理层：10GBase-X和10GBase-R，MMF:300m，SMF:几十km；广域网物理层：10GBase-W，SMF:几百km以上。3.FDDI（FiberDistributedDataInterface）传输速率为100Mb/s；网络由光纤介质的双环构成，可靠性高；介质访问控制方法采用TokenPassing；

网络覆盖范围较大（几十km～几百km）。

FDDI的拓扑结构集中器集中器服务器主环次环FDDIDASSASSAS:单连站DAS:双连站

FDDI环的连接方式FDDI的自修复功能正常情况下，仅主环工作，次环用于备份。当主环出现故障时，FDDI在能够自动重新配置，使网络流量绕过主环中的故障点从备份环中通过。

FDDI的优缺点主要优点：令牌传递协议消除了数据冲突；双环结构提供了优秀的容错能力；内建的网络管理能力；令牌传递协议能保证预知的、确定的时延；在现有的100Mbit/s的网络技术中，其网络覆盖范围最大，适用于大型LAN和MAN。主要缺点：协议比较复杂；安装和管理相对困难；价格昂贵，与快速以太网和千兆以太网相比，性能价格比低；与广泛使用的以太网之间进行互联比较困难。目前正逐渐被快速以太网和千兆以太网所替代。

局域网接口及线缆

广域网接口与线缆

逻辑接口内容提示广域网的概念广域网是一种跨地区的数据通讯网络，使用电信运营商提供的设备作为信息传输平台。对照OSI参考模型，广域网技术主要位于底层的3个层次，分别是:物理层数据链路层网络层广域网（WideAreaNetwork，WAN）是一种跨地区的数据通讯网络，使用电信运营商提供的设备作为信息传输平台。广域网必须按照一定的网络体系结构和相应的协议进行组织,以实现不同系统的互连和相互协同工作。广域网概述广域网层次结构示意

广域网传送数据通常使用的是公共通信链路，利用公共载波提供的条件进行传输，如由本地或长途电话公司提供的电话主干网。广域网可能要连接多个地理位置。这些单个的地理位置就是所谓的广域网节点。一个广域网链接就是两个节点之间的一个连接。广域网技术的特点1.点对点链路点对点链路可以提供两种数据传送方式。（1）数据报传送方式，该方式主要是将数据分割成一个个小的数据帧进行传送，其中每一个数据帧都带有自己的地址信息，都需要进行地址校验。（2）数据流传送方式，该方式用数据流取代一个个的数据帧作为数据发送单位，整个流数据具有一个地址信息，只需要进行一次地址验证即可。因为一个节点通常只连接一个其他的节点。广域网技术的特点2.电路交换技术电路交换是广域网所使用的一种交换方式。3.包交换技术包交换主要采用统计复用技术在多台设备之间实现电路共享。4.虚电路技术电路交换也可以提供数据报和数据流两种传送方式。广域网技术的特点1.公共电话交换网公共电话交换网（PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN）就是大多数家庭使用的典型的电话网络。2.T介质网络术语“专用线路”是一种通过公用电信介质建立起的永久性专用连接，并且向用户收取基本月租费的线路。当提到数字数据网络（DigitalDateNetwork,DDN）时，通常指的都是T1、部分T1或T3线路，统称为T介质。广域网所利用的传输资源3.同步光纤网络同步光纤网络（SynchronousOpticalNetwork,SONET）利用光纤的复用技术。4.无线载波技术作为有线接入的补充，无线接入技术在不便于有线接入的地区，用无线通信设备把用户接入市话交换网，统称为无线接入系统。（1）卫星通信网络（2）微波专线广域网所利用的传输资源1.X.25X.25协议采用的是60年代和70年代开发的包交换技术，提供了点对点的面向连接的通信。广域网技术X.25协议主要定义了数据是如何从计算机等数据终端设备(DataTerminalEquipment，DTE)发送到包交换机或访问设备等数据电路端接设备(DataCircuitEqiupment，DCE)的。X.25通信使用下列设备来完成（1）DTE（2）DCE（3）包拆装器图4.3X.25网络2.帧中继

帧中继(FrameRelay)是一种网络与数据终端设备DTE的接口标准，其主要的通信网络为光纤网。由于光纤网比早期的电话网误码率低得多，因此，可以减少X.25的某些差错控制过程，从而可以减少结点的处理时间，提高网络的吞吐量。帧中继就是在这种环境下产生的。

2.帧中继

帧中继提供的是数据链路层和物理层的协议规范，任何高层协议都独立于帧中继协议，因此，大大地简化了帧中继的实现。目前帧中继的主要应用之一是局域网互联，特别是在局域网通过广域网进行互联时，使用帧中继更能体现它的低网络时延、低设备费用、高带宽利用率等优点。

帧中继简介帧中继特点帧中继主要具有以下特点：具有统计时分复用和虚电路的优点；简化网络功能，减少了网络开销，因此提高了数据传输速率，降低了网络延迟，增大了网络吞吐量。(向用户提供64Kbps～2.048Mbps，甚至10Mbps的接入速率，最多可达45Mbps)。帧中继的帧长度可变(1.6～2KB)，比X.25长，非常适合LAN业务。提供动态的带宽管理和差控机制，适于传输突发性数据。采用面向连接的虚电路方式，可提供交换式虚电路和永久性虚电路业务。帧中继的工作过程

异步传输模式(AsynchronousTransferMode，ATM)是新一代数据传输与分组交换技术，在LAN环境中使用ATM，可以改善普通LAN技术支持的通信业务的服务质量(QoS)。ATM的主要技术特点有：(1)ATM是一种面向连接的技术，数据传输单元长度短小而固定。(2)各类信息均采用信元为单位进行传送，ATM能够支持多媒体通信。(3)以统计时分多路复用方式动态的分配网络，网络传输延迟小，适应实时通信的要求。(4)没有链路对链路的纠错与流量控制，协议简单，数据交换率高。3

ATM

xDSL是各种类型DSL(DigitalSubscribeLine)数字用户线路的总称。xDSL是一种新的传输技术，在现有电话线路上采用较高的频率及相应调制技术，来获得高传输速率(理论值可达到52Mbit/s)。通过计算机上的DSL适配器进行连接4.数字用户线路

常见广域网帧封装（1）点对点协议（PPP）（2）串行线路互连协议（SLIP，SerialLineInternetProtocol）（3）HDLC（4）X.25／平衡式链路访问程序（LAPB）（5）帧中继（6）ATM广域网第二层典型的封装协议广域网连接的选择HDLC协议1．HDLC协议概述高级数据链路控制（HighLevelDataLinkControl或简称HDLC），是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织(ISO)根据IBM公司的SDLC(SynchronousDataLinkControl)协议扩展开发而成的。2．HDLC站点类型（1）主站在链路上用于控制目的站称为主站，其它的受主站控制的站称为从站。主站负责对数据流进行组织，并且对链路上的差错实施恢复。由主站发往从站的帧称为命令帧。连有多个站点的链路通常使用轮询技术，轮询其它站的站称为主站，而在点到点的链路中每个站均可为主站。主站需要比从站有更多的逻辑功能，所以当终端与主机相连时，主机一般总是主站。2．HDLC站点类型（2）从站在主站控制下进行操作，从站发出的帧叫响应帧。在一个站连接多条链中的情况下，该站对于一些链路而言可能是主站，而对另外一些链路而言则可能是从站。（3）复合站有些可兼备主站和从站的功能，这站称为复合站。复合站既可发送命令帧也可发出响应帧。HDLC链路配置数据头MysequenceFCSYoursequenceHDLCkeepalive报文格式ROUTERAROUTERB数据头10FCS1数据头2FCS10HDLC协议建链过程PPP协议简介PSTN/ISDN接入服务器PPP封装DDN1.PPP协议的组成1992年制订了PPP协议。经过1993年和1994年的修订，现在的PPP协议已成为因特网的正式标准[RFC1661]。PPP协议有三个组成部分一个将IP数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议

LCP(LinkControlProtocol)。网络控制协议

NCP(NetworkControlProtocol)。

PPP的组成PPPTCP/IPNOVELLIPXPPP用NCP提供对多种网络协议的支持LCP用于创建和维护链路PPP协议栈物理层链路层网络层物理介质（同步/异步）

验证及其他选项LCP

IPCPIPXCP其他NCP

网络控制协议

IPIPX其他网络协议PPP协商流程Dead阶段Establish阶段Authenticate阶段Network阶段Terminate阶段底层

upLCPup验证失败验证通过或无验证关闭失败downPAP认证(PasswordAuthenticationProtocol)

PAP是最简单的安全性最低的一种鉴别方法。它是一个两次握手过程。被验证方主验证方用户名＋密码通过

/拒绝CHAP认证

(ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol)CHAP是比PAP安全的一种认证协议被验证方主验证方主机名＋加密后报文通过/拒绝主机名＋随机报文PPP协议的应用

家庭拨号上网就是通过PPP在用户端和运营商的接入服务器之间建立通信链路。目前，宽带接入正在成为取代拨号上网的趋势，在宽带接入技术日新月异的今天，PPP也衍生出新的应用。典型的应用是在ADSL（非对称数据用户环线，AsymmetricalDigitalSubscriberLoop）接入方式当中，PPP与其他的协议共同派生出了符合宽带接入要求的新的协议，如PP