南京大学《计算机网络应用教程》+王洪.ppt

1、计算机网络基础 The computer network,适用专业： 非计算机专业本科生 学时数：32 日期：2003.2.25,教学性质与目的,“计算机网络”是我校计算机专业本、专科生和非计算机专业本科生计算机教学中第三层次的课程，是一门必修的基础课。 教学目的是使学生具有熟练地在网络环境下操作计算机的能力，具备在网上获取信息和交流的能力，掌握计算机网络的概念、计算机网络的类型、计算机网络技术、具备网络的应用能力等。,教学计划,总学时：32学时 课堂教学 参考教材：计算机网络应用教程 王洪 机械工业出版社 参考资料：数据通信与网络（第2版） (美)Behrouz A. Forouzan机械工

2、业出版社 计算机网络基础教程 聂真理 北京工业大学出版社 计算机网络基础教程 邬恩溢 北京大学出版社 考核方式：笔试（期末70%+平时30%）,课程教学内容，学时分配,第1章 计算机网络与工业控制网络概述（4学时） 第2章数据通信基础（6学时） 第3章计算机体系结构（6学时） 第4章 网络技术基础（6学时） 第5章 局域网的设计与互连（2学时） 第6章网络应用技术（4学时） 第7章 网络应用制作技术（2学时） 考试（2学时）,课程的教学基本要求和能力培养要求,1课堂讲授 在多功能教室中采用电子教案授课。 2作业 布置笔头作业，要求学生交作业本。 3考核方式学期末进行，采用开卷笔试的方法。 4能

3、力培养要求 着重培养学生的自学能力、动手能力与解决实际问题的能力。,本课程与其它课程的联系和分工、先修课程,计算机文化基础 计算机软件技术基础 计算机硬件技术基础,联系方式： MF000376STAFF.NJTU.EDU.CN,第1章 计算机网络概述,计算机网络是计算机技术和通信技术紧密相结合的产物。 计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且也是衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。,1.1 计算机网络的基础知识,网络就是计算机，这已成为计算机领域人人皆知的格言。计算机网络在改变着人们的生活和工作方式，人们足不出户便可了解全球发生的重大事件，用快捷、方便的方法与世

4、界各地的朋友进行联络。网络的出现，使世界变得越来越小，生活节奏越来越快。它的产生扩大了计算机的应用范围，为信息化社会的发展奠定了技术基础。,1.1.1 计算机网络的发展,计算机网络源于计算机与通信技术的结合，其发展历史按年代划分经历了以下几个时期。 第一代：面向终端的计算机通信系统 (具有通信功能的批处理系统) 出现了以批处理为运行特征的主机系统和远程终端之间的数据通信。,1.1 计算机网络的基础知识,50年代中美国半自动地面防空系统（SAGE).将远距离的雷达和测控设备的信息经过通信线路汇集到一台IBM计算机进行处理和控制。 63年美国的飞机订票系统SABRE-1.一台主机，2000多个终端

5、。通信媒介为电话线。,1.1.1 计算机网络的发展,主机,T,T,T,T,前端处理机,集中器,改进后,Hub,1.1.1 计算机网络的发展,第二代计算机-计算机通信网 （ 60年代末-70年代后期具有通信功能的多机系统) 出现分时系统。主机运行分时操作系统，主机和主机之间、主机和远程终端之间通过前置机通信。美国国防高级计划局开发的ARPA网投入使用，计算机网处于兴起时期。,1.1.1 计算机网络的发展,美国国防部高级研究计划署 （APRAnet） 计算机-计算机资源共享网络,69年 4台计算机入网 71年 26台计算机入网 75年 100台计算机入网 今 Internet网,1.1.1 计算机

6、网络的发展,1.1.1 计算机网络的发展,第三代 开放式的标准化计算机网络 （70年代初-90年代中在解决了计算机联网和网络互联标准的基础上，提出了开放系统互联参考模型与协议) 国际标准化组织ISO的开放系统互联体系结构OSI。 传输控制协议/网际协议体系结构TCP/IP。,70年代中期 局域网,80年代局域网迅速发展,标志：客户机/服务器机模式,1.1.1 计算机网络的发展,1.1.1 计算机网络的发展,进入90年代后，局域网成为计算机网络结构的基本单元。网络间互连的要求越来越强，真正达到资源共享、数据通信和分布处理的目标。 Internet的广泛应用。,90年代网络互连，Internet崛

7、起,1.1.1 计算机网络的发展,第四代：新一代综合智能宽带高速计算机网 （90年代中今，以宽带综合业务数字化网络和ATM技术为核心的网络） 标志： 1996年 美国Internet2 1997年 美国 Next Generation nternet,1.1.2 计算机网络的定义,计算机网络是把一定地理范围内的计算机通过通信线路互连起来，在相应通信协议和网络系统软件的支持下，彼此互相通信并共享资源的系统。 因此，可以把计算机网络定义为：凡将地理位置不同，并具有独立功能的多台计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现在网络中资源共享的系统，称之为计算机网络系统。 俩台或俩台以

8、上计算机 通信设备和通讯媒介连接起来 网络运行要有一定的协议支持,1.1.3 计算机网络系统的组成,网络系统是由网络操作系统和用以组成计算机网络的多台计算机，以及各种通信设备构成的。 1.网络硬件(1)计算机 服务器 网络工作站 (2)通信部件 网络接口卡 通信介质 各种网络互连设备。,1.1.3 计算机网络系统的组成,1.网络硬件 服务器 服务器的主要功能是为网络工作站上的用户提供共享资源、管理网络文件系统、提供网络打印服务、处理网络通信、响应工作站上的网络请求等。常用的网络服务器有文件服务器、通信服务器、计算服务器和打印服务器等。 一个计算机网络系统至少要有一台服务器，也可有多台。通常用小

9、型计算机、专用PC服务器或高档微机做网络的服务器。,1.1.3 计算机网络系统的组成, 网络工作站功能是：向各种服务器发出服务请求；从网络上接收传送给用户的数据。 网络工作站是通过网络接口卡连接到网络上的计算机。,1.1.3 计算机网络系统的组成, 网络接口卡 网络接口卡简称网卡，又称为网络接口适配器，是计算机与通信介质的接口，是构成网络的基本部件。 网卡的主要功能是实现网络数据格式与计算机数据格式的转换、网络数据的接收与发送等。,按照网卡的总线类型可以分为： ISA（Industrial Standard Architecture：工业标准结构）总线接口卡 MCA（Micro Channel

10、 Architecture：微通道结构）总线接口卡 EISA（Extended Industrial Standard Architecture：扩展工业标准结构）总线接口卡 PCI（Peripheral Component Interconnect：外围设备互连）总线接口卡 PCMCIA（PC Memory Card International Association:个人计算机存储卡国际委员会）接口卡,1.1.3 计算机网络系统的组成, 通信介质作用：计算机之间传输数据信号的重要媒介，它提供了数据信号传输的物理通道。 有形介质: 双绞线 同轴电缆 光缆 无形介质: 无线电 微波 卫星通信

11、红外线 激光,参数： 传输容量 信号衰减 抗干扰能力 安装难度 价格,1.1.3 计算机网络系统的组成, 局域网的硬件组成 通信链路,网络适配器,微型机/工作站,网络服务器,网络适配器,1.1.3 计算机网络系统的组成,2.网络软件 网络操作系统（Network Operating System） 网络协议软件 网络操作系统 网络操作系统是运行在网络硬件基础之上的，为网络用户提供共享资源管理服务、基本通信服务、网络系统安全服务及其他网络服务的软件系统。网络操作系统必须对用户进行控制； 网络操作系统需要通过软件工具对网络资源进行全面的管理，进行合理的调度和分配。,1.1.3 计算机网络系统的组成

12、, 网络协议软件 连入网络的计算机依靠网络协议实现互相通信，而网络协议是靠具体的网络协议软件的运行支持才能工作。凡是连入计算机网络的服务器和工作站上都运行着相应的网络协议软件。 如IPX、TCP IP。 网络管理软件 网络通信软件 网络应用软件,1.1.4 计算机网络功能,1.共享资源 硬件资源（激光打印机、绘图仪、数字化仪、扫描仪） 软件资源 数据资源 2.数据通信（文字信息、新闻消息、咨询信息、图片资料、报纸版面、 E-mail、IP Phone ） 3.分布式数据处理 数据分布处理，提高处理速度和系统可靠性，并均衡网内负载。,1.2 计算机网络的类型与特点,1.2.1 计算机网络的类型,

13、1.按配置划分 同类网：在网络系统中，每台计算机既是服务器，又是工作站。在同类网中，每台计算机都可以共享其它任何计算机的资源。 单服务器网：在网络系统中只有一台计算机作为整个网络的服务器，其它计算机全部是工作站。 混合网：在网络系统中的服务器不只一个，但又不是每台工作站都可以当作服务器来使用，那么这个网就是混合网。 混合网与单服务器网的差别在于网络中不仅仅只有一个服务器；混合网与同类网的差别在于每个工作站不能既是服务器又是工作站。,1.2.1 计算机网络的类型,2.按对数据的组织方式划分 分布式网络系统特点：系统独立性强，用户使用方便、灵活。但对整个网络系统来说，管理复杂，保密性、安全性差。

14、集中式网络系统 特点：对信息处理集中，系统响应时间短，可靠性高，便于管理。但整个系统适应性差。 分布集中式网络系统 采用分布与集中相结合的系统。,1.2.1 计算机网络的类型,3.按通信传播方式划分 点对点传播方式网 点对点传播方式网是以点对点的连接方式，把各台计算机连接起来的。 广播式传播结构网 广播式传播结构网是用一个共同的通信介质把各个计算机连接起来的，如以同轴电缆联接起来的总线形网；以微波、卫星方式传播的广播式网。,1.2.1 计算机网络的类型,4.按信息传输距离的长短划分 局域网（LAN） （Local Area Network）,局域网 指十几公里的地理范围内将计算机、外设和通信设

15、备互连在一起的网络系统。 采用局域网，传输速率较高（10M-1000Mb/s），误码率较低（10-9-10-11）。组网方便，技术简单。 如：Novell网、令牌环网(IBM Token Ring）、Ethernet(以太网),（2）城域网（MANs）,城域网 指在一个城市的地理范围内将计算机、外设和通信设备互连在一起的网络系统。 IEEE 802.6,（3） 广域网（WAN） （Wide Area Network）,广域网 涉及的范围较大，通常可以达到几十公里、几百公里，甚至更远。传输距离远，传输速率较低，误码率较高。机制复杂。 传输媒介：电话线、专线、光线。,1.2.1 计算机网络的类型,

16、5. 按交换方式分类 （1）线路交换网络（Gircuit Switching) 用模拟信好在线路上传输 （2）报文交换网络（Message Switching) 数字化网络 存储-转发方式 不定常报文为单位 （3）分组交换网络（Packet Switching) 定常报文为单位分组传输,1.2.1 计算机网络的类型,1.2.1 计算机网络的类型,6.按网络拓扑结构分类,所谓拓扑学（TOPOLOGY）是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。 网络拓扑是由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图。 在选择拓扑结构时，主要考虑的因素有：安装的相对难易程度、重新配置的难易程度、维护的相对难易程度

17、、通信介质发生故障时，受到影响的设备的情况。,节点就是网络单元。网络单元是网络系统中的各种数据处理设备、数据通信控制设备和数据终端设备。 转节点，它的作用是支持网络的连接，它通过通信线路转接和传递信息； 访问节点，它是信息交换的源点和目标。 链路是两个节点间的连线。 物理链路:实际存在的通信连线 逻辑链路:在逻辑上起作用的网络通路。 链路容量是指每个链路在单位时间内可接纳的最大信息量。 通路是从发出信息的节点到接收信息的节点之间的一串节点和链路.即：它是一系列穿越通信网络而建立起的节点到节点的链路。,1.2.1 计算机网络的类型,(1).星型结构:以一个节点为中心的处理系统。,1.2.1 计算

18、机网络的类型,网络结构简单，如在文件服务器/工作站的局域网模式。采用集线器（Hub) 端口:4/8/12/16/24 可同时连双绞线、同轴电缆及光纤等媒介,集中控制方式，便于管理 网络延时短，误码率低 网络共享能力差、线路效率低、主机负担重,(2).总线结构：以线性方式将工作站连接起来,1.2.1 计算机网络的类型,通信线路为主电缆，信息沿总线向两个方向传输（广播式） 为防止信号反射，两端有终端阻抗,1.2.1 计算机网络的类型,(3).环型结构：各节点通过环路接口连在一条首尾 相连的闭合环路通信线路上，环路上的任何节点均 可以请求发送信息,1.2.1 计算机网络的类型,(4）.树型结构：在总

19、线网上加分枝,1.2.1 计算机网络的类型,（5）.网状结构：将多个子网或多个局域网连接起来构成网络拓扑结构,1.2.2 计算机网络的特点,1.数据通信 2.自治性 3.建网周期短 4.成本低 5.对技术要求不高,1.3.1 协议的定义与组成,实体（Entity）:是指任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。如网络中的各种应用程序、文件传送软件、终端和各种设备。 协议（Protocol）的定义:两个实体（通信双方）必须遵循的控制信息交换的规则的集合。 协议的组成: 一般来说，一个网络协议主要由语义、语法和时序关系三个要素组成。,1.3 计算机网络通信协议,语义（Semantics）是对构成协议

20、的协议元素含义的解释。如： 协议元素SOH的语义表示所传输报文的报头开始。 协议元素STX的语义表示正文的开始。 语法指数据与控制信息的结构或格式。如：,1.3.1 协议的定义与组成,HEAD 报头 TEXT 传送的数据 ETX 正文结束 BCC 校验码,时序关系是事件实现顺序的详细说明，即事件的顺序以及速度匹配。 计算机网络的分层体系结构,1.3.1 协议的定义与组成,1.3.1 协议的定义与组成,协议的特点: 网络系统体系结构是有层次的，通信协议也被分为多个层次，在每个层次内又可分成若干子层次，协议各层次有高低之分。 现代计算机网络采用高度结构化的设计和实现技术，是用分层或协议分层来组织的

21、。每一层和相邻层有接口，较低层通过接口向它的上一层提供服务，但这一服务的实现细节对上层是屏蔽的。较高层又是在较低层提供的低级服务的基础上实现更高级的服务。 在设计和选择协议时，不仅要考虑网络系统的拓扑结构、信息的传输量、所采用的传输技术、数据存取方式，还要考虑到其效率、价格和适应性等问题。,1.3.1 协议的定义与组成,常用计算机网络体系结构 开放系统互联参考模型OSI/RM 传输控制协议/网际协议TCP/IP,1.3.2 开放式系统互连参考模型OSI,国际标准化组织ISO于1978年提出了OSI模型，该模型是设计和描述网络通信的基本框架。 1. OSI的分层结构 它通过分层把复杂的通信过程分

22、成了多个独立的、比较容易解决的子问题。在OSI模型中，下一层为上一层提供服务，而各层内部的工作与相邻层是无关的。,协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程， 每一层中的活跃元素。 对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。 协议作用在对等实体之间。 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及上层对下层的服务。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层的服务。 协议栈：某一系统内的各层协议集。,网络体系结构的几个基本概念：,网络体系结构：计算机网络的层次结构及其协议的集合， 相邻层间的接口以

23、及服务统称为网络体系结构，是对网络及其组成部分的功能的精确定义。 服务访问点SAP(Service Access Point):在同层实体按协议通信时，同一系统中相邻两层实体交换信息的地点。,网络体系结构的几个基本概念：,图多层通信示例：中德教师之间的讨论,服务访问点SAP,多层通信的实质： 对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成,多层通信的实质,服务访问点SAP,通信过程中的数据流变化示例,普通服务连接,分流服务连接,服务原语是在定义（N）层向（N+1）层提供服务时，使用的形式服务规范语言。 一个完整的服务原语包括三部分：原语名字、原语类型、原语参数。 服务原语分成

24、四种类型： 请求原语Request 指示原语Indication 响应原语Response 证实原语Confirmation,电话系统工作示例,原语名字,原语l类型,物理层,数据链路层,网络层,运输层,会话层,表示层,2.ISO/OSI RM各层之间的关系,应用层,物理层,数据链路层,网络层,运输层,会话层,表示层,应用层,物理层,ISO/OSI RM中各层的主要功能(1),在数据链路层的两个实体之间建立、维持和释放物理连接,规定在物理层传送0、1数据的电参数（波形、频率、电平）,规定所用的连接器,传送二进制位流,数据链路层,数据链路的建立、维持和释放,帧的分界和同步,差错检测与控制,顺序控制

25、及层内管理,流量控制,传送帧,ISO/OSI RM中各层的主要功能(2),网络层,路径选择,网络中拥挤控制,传送分组,ISO/OSI RM中各层的主要功能(3),传输层,提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送,差错控制,顺序控制,流量控制,传送报文,ISO/OSI RM中各层的主要功能(4),会话层,传送报文,为通信的两个进程建立会话连接，进行交换,会话管理,令牌管理,同步管理,ISO/OSI RM中各层的主要功能(5),表示层,信息格式的转换,数据的加密和解密,OSI内部语法,ISO/OSI RM中各层的主要功能(6),应用层,为用户使用网络提供接口,ISO/OSI RM中各层的主要功能(7

26、),网络参考模型,OSI 开放环境,OSI环境,网络环境,数据通信网,计算机A,计算机B,实系统环境,习题一,一、名词解释1. 什么是计算机网络？2. 什么是协议？3. 什么是拓扑？四、问答题 1. 计算机网络是由什么组成的？ 2. OSI模型及各层之间的关系是什么？五、论述题 1. 如何选择网络拓扑结构？,第4章 网络技术基础,4.1 以太网络 4.1.1 以太网体系结构4.1.2 带有碰撞检测的载波侦听多路访问CSMA/CD4.1.3 MAC帧4.1.4 Ethernet网卡的构成4.1.5 网卡与通信介质的连接4.1.6 以太网组网示例 4.2 交换式局域网 4.2.1 交换的基本概念

27、4.2.2 交换的实现方法 4.2.3 全双工交换式局域网,第4章 网络技术基础,4.3 100BASE-T和千兆快速以太网络技术4.3.1 100BASE-T快速以太网 4.3.2 千兆位（Gigabit）以太网 4.4 光纤分布数据接口FDDI网络 4.4.1 FDDI网络的结构 4.4.2 FDDI网络的基本概念 4.4.3 FDDI的操作原理 4.4.4 FDDI 网络的优点 4.4.5 FDDI/100BASE-T/交换式局域网技术的比较 4.5 ATM高速网络技术 4.5.1 ATM的基本概念,第4章 网络技术基础,4.5.2 ATM的信元格式 4.5.3 ATM规程 4.5.4

28、ATM网络的局域网仿真 4.6 虚拟网络技术 4.7 X.25、帧中继（FR）网络连接4.7.1 X.254.7.2 帧中继4.8 ISDN 综合业务数字网 4.9 ADSL技术 4.10 无线局域网,LAN特性,覆盖范围有限 数据率较高 误码率较低 支持广播或组播 单一管理,拓扑结构 总线型、星型、环型、树型 传输媒体 双绞线、同轴电缆、光纤、无线 媒体访问技术 按协议实现信道共享,IEEE802标准与局域网,LAN参考模型,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,OSI,IEEE 802,物理层, 物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构

29、及数据率,（） （） （）,SAP,LAN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进行区分，降低研究和实现的复杂度。 与传统的数据链路层的区别： LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播 支持MAC链路访问控制功能 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用. MAC子层功能：成帧/拆帧， 实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址 LLC子层功能：向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，某些网络层功能 LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准（LAN标准的区别在MAC子层）,主要的L

30、AN标准,802.1 概述、体系结构、网络互连 802.2 LLC 802.3 CSMA/CD 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 分布队列双总线DQDB -MAN标准 FDDI 光纤分布数据接口FDDI,MAC子层的地址问题, IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，相当于站点的唯一标识符，与其物理位置无关 MAC地址字段可以采用两种形式之一：6B 全球范围， 2B 单位范围 地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配 地址类型标识：地址字段的第一字节的最低位I/G 0 - 单个站地址 1

31、- 组地址 地址范围标识：地址字段的第一字节的最低第二位U/L 0 - 局部管理 1 - 全局管理,I/G U/L 46位地址,1 1 46,I/G 15位地址,1 15,4.1 以太网络,以太网（Ethernet）是在70年代开发的局域网组网规范，80年代初首次公布初版，1982年又进行了修改。不久又公布了与IEEE（电子电气工程师协会） 802.3一致的以太网规范。,70年代中期由Xerox Palo Alto Research Center (Bob Metcalfe) 提出，数据率为2.94M，称为Ethernet 后来由DEC, Intel and Xerox (DIX 标准)改进为

32、10M标准 1985年定名为IEEE 802.3，即使用1坚持的CAMA/CD协议的 LAN标准，数据率从1M到10M，支持多种传输媒体 Ethernet是指基带总线LAN Ethernet和IEEE 802.3的帧格式不同,4.1.1 以太网体系结构,一个为媒体相关接口（MDI）, 一个为连接单元接口（AUI）。 其中媒体相关接口随媒体而改变，但不影响LLC和MAC的工作；连接单元接口，也就是在粗缆以太网情况下的收发器电缆接口，因为在细缆和双绞线情况下AUI已经不存在，这种接口在标准中定为选项。这层的功能包括：信号的编码译码，前导码的生成去除（用于同步），数据流的发送接收等。,4.1.2 带

33、有碰撞检测的载波侦听多路访问CSMA/CD, 工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则冲突双方都立即停止发送。信道很快空闲，从而提高效率。 1-坚持的CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送 冲突检测方法： 比较接收到的信号电压的大小 检测曼彻斯特编码的过零点 比较接收到的信号与刚发出的信号 站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他站点 退避算法：以截断二进制指数类型，来决定重发时延 从 0, 1, 2, ., 2k-1 中随机取一个数r，重发时延 = r 基本重发时延 其中 k = min 重发次数，10 动态退避算法,(1)

34、 在0时刻开始 发送,(2) 大约在 -d 时刻到达 B,(3) B 开始发送; 在 时刻发生冲突,(4) 冲突信号在 2 时刻到达A,帧发送时延必须超过 2 ，以防止在第一位数据到达总线最远端之前，数据已全部发送完毕，从而引起冲突；而发送方却误以为已帧成功发送 此时隙时间为 51.2 ms，即512 为bit，64字节 最小帧长为 64字节 (不包括前同步码) 因此数据字段最少为 46 字节,A,A,A,A,B,B,B,B,A 和 B 在总线的两端,CSMA/CD媒体访问方法的规则：, 如果媒体信道空闲，则可进行发送，否则转到第2步。 如果媒体信道忙（有载波），则继续对信道进行侦听。一旦发现

35、空闲，就进行发送。 如果在发送过程中检测到碰撞，则停止正常发送，转而发送一个短的干扰（jam）信号，使网上所有站都知道出现了碰撞。 发送了干扰信号后，退避一段随机时间，重新尝试发送，转到第1步。,4.3.3组网方式（IEEE 802.3 规范）,不同标准 10Base5 - 粗缆Ethernet 10Base2 - 细缆Ethernet 10BaseT - 双绞线 10BaseF - 光缆 10Broad36 - 宽带,数据率（Mbps）,基带或宽带,段最大长度（百米）,10 Base 5,3.1.1 传输介质,双绞线 同轴电缆 光纤 无线介质 无线电、短波、微波、卫星、光波,双绞线,内导体芯

36、线 绝缘 箔屏蔽 铜屏蔽 外套,屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP),以箔屏蔽以减少 干扰和串音,3类、5类 双绞线外没有任何附加屏蔽,同轴电缆,基带 一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输 宽带 一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号，75 ，用于模拟传输，300450MHz，100km，需要放大器,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,保护套,光纤,依靠光波承载信息 高传送速率，通信容量大 传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能好，保密性好 轻便,光纤传送模式,输出电信号,波长: 1300,1550 nm,h1,h2,波长 : 850,1300 nm,h2,h1,芯/封套特性,光纤的

37、直径减小到 一个光波波长,典型的光缆,玻璃封套,塑料外套,玻璃内芯,单芯光缆,多芯光缆,玻璃内芯,塑料外套,玻璃封套,外壳,10Base5,分插头 : 插入电缆 收发器 : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离，超长控制 AUI : 连接件单元接口 用于骨干网 在与粗缆连接时，要外接收发器MAU，对以太网来说常用的粗缆型号为RG8（50）。,最大段长度 500米 每段最多站点数 100,两站点间最小距离 2.5米,网络最大跨度 2.8公里,粗缆,vampire tap,BNC端子,收发器,AUI 电缆 50m,NIC,10Base2,细缆,BNC 接头,NIC,BNC T型接头 无需插入电缆 用

38、于办公室LAN,段最大长度 185m 每段最多站点数 30,两站点间最短距离 0.5 m,网络最大跨度 925 m,10BaseT,NIC,Hub（集线器）相当于多端口转发器 用于办公室LAN 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。 转发器/中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。物理层设备。,hub,段最大长度 100m,网卡与双绞线的连接,在双绞线网络（10/100Base-T）环境中，网卡结构除收发送器与粗、细缆下的网卡收发送器不同外，其余部分完全相同。在10/100Base-T情况下，发送器驱动的是双绞线，而且收发器已集成到网卡中，双绞线通过R

39、J-45与网卡相连。RJ-45连接器连线序号如下。,（a） RJ-45直通连接 （b） RJ-45交叉连接,RJ-45插头和插座的结构,10BaseF,使用光纤进行长距离连接，最适于建筑物间的连接。 3个标准 10BaseFP - 无源星形拓扑, 链路最长1 km 10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长2 km 10BaseFB - 同步点到点链路，链路最长2 km，有15个层叠的转发器, 10Broad36,使用75电缆连接，拓扑结构为树形 用于宽带LAN,光纤连接,4.1.4 Ethernet网卡的构成,以太网的网络接口板是计算机与通信介质进行数据交互的中间处理部件，每个网卡有自己

40、的控制器，用以确定何时发送，何时从网络上接受数据，并负责执行IEEE 802.3所规定的规程，如构成帧、计算帧检验序列、执行编码译码转换等。,4.1.5 以太网组网示例,不同类型10Mbps以太网比较,IEEE 802.3,PA : 前导码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步 SD : 帧首定界 - 10101011 DA: 目的地址 - MAC 地址 SA: 源地址 - MAC地址 LEN:数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B） Type: 类型：高层协议标识 LLC PDU+pad - 最少46字节, 最多1500字节 pad 填充字段，保证帧长不少于64字节 FC

41、S : 帧校验序列（ CRC-32 ）,7 1 2/6 2/6 2 0-1500 0-46 4 字节,8 6 6 2 46-1500 4字节,Ethernet,校验区间,64-1518 字节,4.1.6 MAC帧,帧间隔,在相继发送的两帧之间强制插入9.6ms的间隔 以确保想要发送数据的其他站点也能占用信道,PA,帧间隔 9.6 ms,2. 地址字段地址字段包括目的地址和源地址两部分。在IEEE 802.3标准中规定，源地址字段中第1位恒为“0”。目的地址字段有较多的规定，原因是一个帧有可能发给某一工作站，也可能发送给一组工作站，还有可能发送给所有工作站，后两种情况分别称为组广播和全局广播。目

42、的地址字段的格式如图所示。当该字段第一位为“0”时，表示帧要发送给某一工作站，即单站地址（也称单目的地址）。当该字段第一位为“1”时，表示帧发送给一组工作站，即组地址（也称多目的地址）。全“1”的组地址表示全局广播地址。,4.2 交换式局域网,传统的共享LAN都是局限于许多站点共享一个公共通信介质的访问。 缺点：分到的带宽少。 解决途径：网络区段化 每个网段上只有两个站点时，不存在碰撞和竞争,4.2.1 交换的基本概念,交换技术就是为终端用户提供专用点对点连接，它把传统以太网一次只能为一个用户服务的“独占”的网络结构，转变成一个平行处理系统，为每个用户提供一条交换通道，把它们连接到一个高速背板

43、总线 交换可分为帧交换（Frame Switching）和信元交换（Cell Switching） 局域网交换器与网桥和路由器的区别 局域网交换器比网桥和路由器的性能以及吞吐能力高得多，因为交换器只要识别信息帧的源地址和目的地址即可，并不对帧进行拆开、检查协议等，时延比路由器小。,4.2.2 交换的实现方法,1. 静态交换在静态交换中，网络管理员可以将交换器一个端口连接的用户工作站从一条共享以太总线移到另一条，这种交换叫静态端口交换； 静态模块交换是将整个模块,用户唯一可以提高网络性能的方法是将工作站从拥挤的网段移到空闲的网段。,2. 动态交换 工作过程如下：交换机检查来自PC的数据包，然后识

44、别该数据包的源地址和目的地址，动态打开一专用的10/100Mbps链路，将包由源地址端口传送至目的地址端口。,动态交换检查由一个工作站发往另一个工作站的数据包，在它们之间动态建立一专用的10/100Mbps链路，一旦端口完成通信，动态交换释放此链路。,动态段交换是每一动态段交换端口可以连接一个传统的共享以太网网段，而不只是一个工作站或服务器。动态段交换通过对大量MAC地址的识别来完成此功能。用端口连结整个网段。,4.2.3 全双工交换式局域网,原因：在总线方式下采用CSMA/CD协议，如果两台工作站同时发送就会产生碰撞，所以只能是半双工方式。,在广域网上的连接通常是全双工的，但以前局域网一直工

45、作在半双工方式下。,（a） 交换机全双工工作方式 （b） 共享HUB半双工工作方式只有采用交换器连接网络时才能使用全双工通信，交换器的每个端口只连接一个站点，不会产生碰撞，也就不用在发送时用接收电缆监听碰撞信号。,4.3 100BASE-T和千兆快速以太网络技术,目前常见的快速网络有 100BASE-T 100VG-ANYLAN 千兆位快速以太网,4.3.1 100BASE-T快速以太网,100BASE-T快速以太网是由10BASE-T以太网标准发展而来的，保留了以太网的观念，网络速度提高了十倍。,100BASE-T标准为IEEE 802.3u。这就严格限制了网络的传输范围在210米以内。,1

46、. 100BASE-TX,100BASE-TX的通信介质是5类UTP或1类STP双绞线。采用5类UTP线时，RJ-45接口与10BASE-T中的连接方法一样，占用其中的2对绞线（即1-2、3-6两对），RJ-45的插头和插座必须也是5类的，否则达不到传输要求。,2. 100BASE-T4,100BASE-T4的通信介质采用3类、4类、5类UTP线路上四对线路进行100Mbps的数据传输。其中三对双绞线用于数据传输，一对用于冲突检测。100BASE-T也使用RJ-45接口，连接方法与10BASE-T相同，即1-2、3-6、4-5、7-8四对线一一对应连接。对于原来用3类线布线的系统，可以通过采用

47、100BASE-T4把网络从10Mbps升级到100Mbps，无需重新线。它的带宽不超过30MHz。,3.100BASE-FX,100BASE-FX的通信介质采用两芯62.5/125微米的光纤。接口与FDDI网络中设定的一样，即MIC、ST或SC光纤接口。传输距离远远大于UTP线路，用于连接主干和跨楼宇间的连接。,4.3.2 千兆位（Gigabit）以太网,千兆位以太网是近期推出的1000Mbps高速以太网，千兆位以太网遵从IEEE 802.3z建议（该建议已于1998年6月成为标准）。该技术采用IEEE 802.3帧格式，CSMA/CD访问控制技术，通信介质采用100M STP屏蔽双绞线 （

48、1000BASE CX），传输距离25m；5类UTP（1000BASE-T）距离100m；多模光纤（1000BASE SX）距离500m；单模光纤（1000BASE LX）可达3km。,表 千兆以太网传输介质与距离的关系,千兆以太网的链路层协议、最大和最小的帧长度和帧格式与传统的以太网相类似。千兆以太网还利用CSMA/CD。,载体扩展和分组猝发传输,新增特性,千兆以太网有全双工和半双工两种工作方式。半双工千兆以太网转发器所起的作用与传统的共享媒体连接方式相似，它采用CSMA/CD在用户之间执行存取判优。全双工千兆以太网由所有的交换机和一些转发器提供支持。由于全双工连接是点到点专线连接，如服务器

49、或交换机，所以它不需要CSMA/CD。服务器或交换机的存储缓冲区很大，能够解决端口临时争用问题。最初的千兆以太网产品采用多模和单模光纤，连接距离分别为500m和2km。千兆以太网可在4对5类（屏蔽对绞）线上支持千兆位信令，使连接距离达100m。 由于千兆以太网交换既可以采用互连集中式服务器，也可以采用主干交换路由器，所以必定具有很高的可靠性和冗余度。配置在干线上的交换机不仅能够传送数据，而且能够传送话音和视频信息。业务管理、拥挤控制和业务质量（QoS）都是重要的评估指标。,实现千兆以太网最通用的办法是采用三层设计。最下面的一层由10Mbps以太网交换机加100Mbps上行链路组成，第二层由10

50、0Mbps以太网交换机加千兆以太网上行链路组成，最高层由千兆交换机或ATM交换机组成，每一层交换机逐步提高干线交换速率。这种设计以价格低廉的交换机控制10Mbps工作站的连接，昂贵的大容量交换机只用在最高层。,缺点：它只是带宽的扩充，对于多媒体业务服务质量不如ATM网络（如时延抖动，拥塞控制，带宽按需分配等）；另外与广域网连接时，因为使用标准接口将形成瓶颈；其覆盖距离比现行局域网小。,4.4 光纤分布数据接口FDDI网络,光纤分布数据接口FDDI- Fiber Distributed Data Interface, 传输速率高达100Mbps，标准是ANSI X3T9.5。,沿用IEEE 80

51、2系列局域网的设计规范，IEEE 802.5 Token Ring令牌环网络技术加以改进。,4.4.1 FDDI网络的结构,光纤构成的FDDI，其基本结构为两个封闭的逆向双环，一个环为主环（Primary Ring），另一个环为备用环（Secondary Ring）。 （a） FDDI结构图 （b） FDDI环自愈,4.4.1 FDDI网络的结构,逻辑链路控制层 媒体访问控制层 物理层协议层 物理媒体相关层,FDDI的站管理（SMT）标准定义如何对物理媒体相关层、物理层协议层和媒体访问控制部分进行控制和管理，包括连接管理、节点配置、故障恢复等。,光纤、FDDI网卡、网卡与光纤相连的连接器、FD

52、DI-Ethernet网桥、FDDI集中器、光旁路器,在FDDI标准中，规定了四种端口类型。 端口类型A，用于连接FDDI双环的主环入和备环出。 端口类型B，用于连接FDDI双环中主环出和备环入。 端口类型M，用于连接单连接站（SAS）、双连接站（DAS）或另外的集中器。 端口类型S，用于连接到集中器上。,（a） ST接头 （b） MIC接头,4.4.2 FDDI网络的基本概念,环路（Ring）:在FDDI网络中，环也称FDDI环，它是信息流经的站点的集合，每个站点依次检查或复制这些信息，直到信息返回到起始站点。,2.令牌（Token）:令牌是FDDI环路上各个站点间传送信息的“通行证”。令牌

53、是一种非常短的特殊的结构帧，包括令牌的开始、结束和类型等参数。,3. 异步（Asynchronous）和同步（Synchronous）:异步和同步传输是数据服务的一种形式。在异步传输方式下，所有的请求者竞争一个可变的带宽和响应时间。同步传输方式是使每个请求者都有一个预先分配好的最大带宽和认可的响应时间。,4.4.3 FDDI的操作原理,FDDI网络的工作建立在短令牌帧的基础上。当所有站都空闲时，短令牌帧沿环运行。,4.4.4 FDDI 网络的优点,1. 较长的传输距离2. 具有较大的带宽3. 可靠性高4. 安全性好5. 互操作性强,4.4.5 FDDI、100BASE-T与交换式局域网技术的比

54、较,4.5 ATM高速网络技术,B-ISDN宽带综合业务数字网,1990年，CCITT建议将ATM作为实现BISDN的一项技术基础,ATM（Asynchronous Transfer Mode）异步传输模式,ATM是一种基于信元的交换和复用技术，它采用固定长度的信元（cell），每个信元长度为53个字节，其中48个为信息字节，5个字节为信头，载有信元的地址信息和控制信息。,为具有统一结构的网络提供了一种通用且适用于不同业务的面向连接的转移模式。它适用信息传输容量差异很大的网络系统，有很强的适应能力。 可以不同的固定速率传输数据、图像、语音等信号。 因为信元很短，所以实时性极强。 面向连接型业务

55、、无连接型的业务,4.5.1 ATM的基本概念,ATM可以运行于均匀位率的业务，也可运营于可变位率的业务。 ATM提供永久性虚连接（PVC）或交换虚连接（SVC）。 每个ATM信元根据信头的地址和控制信息，建立从起点到目的点的虚拟连接，所有信元可在指定的虚拟连接上有序地传输。 这种传送不象同步传输方式（STM）那种按特定的时隙或批次周期性的传递，而是非周期地在网络上按照统计时分复用技术传递，其信元所占用的时隙并不固定，在一帧占用的时隙数也不固定，可以有一个至多个时隙，完全根据当时用于通信的情况而定，而且个时隙间并不要求连续，这就是“异步”的意义。 在网络中进行传递ATM信元的设备叫做ATM交换

56、机。,ATM交换机和网络站点间的链路可以使用多种速率。,DS1（1.544M）/E1（2.048M），DS3（44.736M）/E3（34.3686M）用在广域网的连接上，使用的通信介质有：UTP、STP、MM（多模光纤）、SM（单模光纤）。 64Mbps SMOC-1/STS-1， 传输介质UTP、MM。 100Mbps 这个连接速度使用了FDDI和PMD连接，ATM信元通过电缆连接传输，传输介质UTP5类、MM、SM。 139.264Mbps 传输介质为 UTP5、MM、SM、E4建议。 155Mbps 这是真正ATM SONET/SD11速率，传输介质为UTP5、MM、SM，接口称为OC

57、-3C/STM1。 622.08Mbps 主要ATM之间连接，接口称为OC-12C/STM-4，传输介质为SM。,ATM网络是一种异步传输方式,是在时分复用（TDM）和同步传输（STM）的基础上发展起来的。 TDM是在一条通信线路上按一定的周期（如125s）将时间按帧分成时间块，每一帧中又分成若干时隙，每个时隙携带相应的用户信息。 STM 其交换是在固定时隙之间进行的，这种对应关系在通信中是固定不变的，直至相应的通信结束。 由于在ATM中具有动态分配带宽的特点，可以充分地利用带宽资源，并且能很好地满足传输突发性数据的要求，而不致出现在ATM中的延时或信元丢失的情况。,ATM网络交换过程,4.5

58、.2 ATM的信元格式,ATM的基本单位是信元（cell），其格式如图所示，每个信元长度为53个字节，前5个字节为信头（header），载有地址信息和控制信息，后48个字节为信息字节，也称为净荷（payload）。采用定长的字节数有助于提高ATM信元的处理速度，因为，传输这样一个信元，在155Mbps的系统中仅需2.8s。从交换的实现来看，采用固定长的信元便于采用硬件来实现。从帧转换成信元称为分片（segmentation），从信元变回帧称为重组（Reassemble）。,信头中包括的内容有：,一般流量控制（GFC）:允许复用器控制ATM终端的速率； 虚拟通路标识（VPI）:可将转速通道分成若干个VP，以VPI作为网络管理单位； 虚拟信道标识（VCI）:确定目的地址， 净荷类型标识（PTI）:表示信元载有用户数据、信令数据，还是维护信息； 信元丢失优先等级（CLP）:表示信元相对优先权，在拥塞状态下优先级低的