第03章廣域網局域網與城域網

1、 掌握：廣域網技術 掌握：局域網技術 了解：寬帶城域網技術 本章在講什么？網絡分為：通信與數據 兩個子網，本章講通信子網 SR1R2 DR4R3 QQ IE Thunder QQ Apache Thunder 物理層(physical layer) 數據鏈路層(data link layer)（本章） 網絡層（互聯(lián)層）(networking layer) 傳輸層(transport layer) 應用層(application layer) 廣域網的主要特征 廣域網技術發(fā)展的軌跡 光網絡與光以太網技術 廣域網是一種公共數據網絡 廣域網技術研究的重點：寬帶核心交換 技術 由電信運營商管理運營，如

2、中國聯(lián)通 QOS，保證服務質量是其重要方面 在廣域網的發(fā)展過程中，用于構成廣域 網的網絡類型主要有： 公共電話交換網、綜合業(yè)務數字網、 ATM網 X.25網、幀中繼網 光以太技術（現在使用） PSTN 早期，利用電話交換網(public switching telephone network，PSTN)的模擬信道， 使用調制解調器(modem)這種設備，通過 撥號建立結點之間的線路連接的網絡， 完成計算機之間的低速數據通信 X.25網是典型的分組交換網。X.25研究初 期的通信線路不好，傳輸速率低與誤碼率 高，X.25協(xié)議要采取各種措施解決通信質 量問題 幀中繼網是用光纖替代傳統(tǒng)電纜。由于光

3、纖的傳輸速率高、誤碼率低，因此幀中繼 網可以簡化X.25網的協(xié)議 ISDN：CCITT（國際電報電話咨詢委員 會）提出將語音、數據、圖像等業(yè)務綜 合在一個網中，即綜合業(yè)務數字網 (integrated service digital network，ISDN) ISDN的主要目標（BISDN/寬帶的）： 提供支持各種通信服務的數字通信網絡， 在不同國家采用相同標準 為通信網絡之間的數字傳輸提供標準 提供一個標準的用戶接口，使通信網絡 內部變化對終端用戶透明 異步傳輸模式(asynchronous transfer mode， ATM)是一種面向連接的分組交換技術 ATM采用信元（cell）作為

4、數據傳輸單元 ATM以統(tǒng)計時分多路復用方式動態(tài)分配 帶寬，能適應實時通信的要求 ATM沒有鏈路之間的差錯與流量控制， 協(xié)議簡單、數據交換效率高 ATM的傳輸速率為155Mbps2.4Gbps 也很少用，只用于電話交換網的內部 第一代傳輸網絡以銅纜與無線射頻為主， 在發(fā)展過程中無法逾越帶寬的瓶頸問題 第二代傳輸網絡在主干線路使用光纖， 發(fā)揮光纖的高帶寬、低誤碼率、抗干擾 等優(yōu)點，交換結點的電信號與光信號轉 換仍是帶寬瓶頸 第三代全光網以光結點取代現有網絡的 電結點，使用光纖將光結點互聯(lián)成網， 克服現有網絡在傳輸和交換時的瓶頸 全光：光纖，光交換機，光路由器 自動交換光網絡(automatic s

5、witched optical network，ASON) 引入智能控制的 很多方法，解決光網絡的自動路由發(fā)現、 分布式呼叫連接管理，以實現光網絡的 動態(tài)配置連接管理 見書中的圖，第一第二第三代傳輸網 我們現在使用的主要是第二代 光電混合使用時，要光電轉化技術 局域網技術發(fā)展的軌跡 Ethernet的基本工作原理 高速Ethernet技術 交換式局域網與虛擬局域網技術 無線局域網技術研究與發(fā)展 藍牙技術的研究與發(fā)展 無線個人區(qū)域網與IEEE 802.15.4標準 歷史上三種LAN技術并存： 以太網 令牌環(huán) 令牌總線 這些都是什么？ 怎么回事？ 怎么產生的？ 三種LAN技術各不相讓 市場上三家產

6、品都有，用戶各有選擇 但是，三家技術不一樣，互不兼容 它們在數據鏈路層和物理層的協(xié)議不同 相互掐架 解決？使用它們用共同的協(xié)議模型 于是，將數據鏈路層分為：LLC層和 MAC層 LLC：鏈路訪問控制（OS）一樣的 MAC：介質訪問控制（硬件）不一樣的 只要想一樣（統(tǒng)一）就能做到 關鍵出來了： 不同LAN在MAC和物理層可采用不同協(xié) 議，在LLC必須采用相關協(xié)議 后來，以太網一馬當先 IEEE 802.1：定義局域網體系結構、網絡 互連、網絡管理與性能測試 IEEE 802.2：定義邏輯鏈路控制(LLC)子 層功能與服務 IEEE 802.3：定義Ethernet的CSMA/CD總 線介質訪問控

7、制子層與物理層 IEEE 802.11：定義無線局域網訪問控制 子層與物理層 IEEE 802.15：定義近距離個人無線網絡 訪問控制子層與物理層 IEEE 802.16：定義寬帶無線網絡訪問控 制子層與物理層 ISO-國際標準化組織 ITU, international telecommunication union-國際電信 聯(lián)盟 IAB, internet architecture board-因特網體系結構委員 會 IEEE, institute of electrical and electronics engineers- 國際電氣與電子工程師協(xié)會 ANSI, American n

8、ational standards institute-美國國家 標準協(xié)會 CNAS, Chinese national standards authority- 中國國家 標準局 以太網來源： ALOHA網，這是在哪個大學產生的？怎 么回事？實現細節(jié)怎么樣？ 無線環(huán)境 ALOHA 總線形局域網的拓撲結構，共享方式 早期以太網使用同軸電纜（粗，細） 計算器通過收發(fā)器和連接器與總線相關 Ethernet通常采用雙絞線等傳輸介質作為 總線，所有結點通過總線發(fā)送或接收數 據，結點通過總線以廣播方式發(fā)送數據， 因此需要共享總線的沖突問題 Ethernet的核心技術：帶有沖突檢測的載 波偵聽多路訪問(c

9、arrier sense multiple access with collision detection，CSMA/CD) 以上這些的詳細解釋是什么？ 先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停止，延遲 重發(fā) 話說有三類共享媒體的沖突解決方案： 信道分割 隨機訪問 輪轉 這些都是什么？具體例子及解釋 CSMA/CD是第二類 以太網幀結構以太網幀結構 Preamble（前導碼）（前導碼） (8bytes): 7 bytes with pattern 10101010 followed by one byte with pattern 10101011 used to synchronize receiver,

10、 sender clock rates 以太網幀結構以太網幀結構 Addresses（地址）（地址）: 6 bytes*2 (destination address, source address) Type（類型）（類型） (2bytes): indicates the higher layer protocol（上層協(xié)議）（上層協(xié)議） mostly IP but others may be supported such as （大多數是IP） Novell IPX (Netware OS) AppleTalk (Mac OS) 以太網幀結構以太網幀結構 類型(兩個字節(jié)）: 說明其上層協(xié)議,

11、大部 分為 IP，但其他協(xié)議如Novell IPX和 AppleTalk也支持 CRC: 在接收端校驗,如果出錯，則將該幀 丟棄 數據（46-1500字節(jié)） 這里面提到的MAC地址，得詳細介紹 發(fā)送與接收信號的收發(fā)器 曼徹斯特編碼與解碼器 Ethernet數據鏈路控制部分 幀裝配部分 與主機的接口 Ethernet物理地址用于IEEE 802.3協(xié)議的 介質訪問控制(MAC)子層的幀中，它被 稱為MAC地址 Ethernet物理地址的長度為48位，因此允 許分配的地址應該有248個 Ethernet物理地址在全球范圍唯一，IEEE 注冊管理委員會(RAC)為每個網卡分配地 址的前三字節(jié) ipc

12、onfig /all 提高Ethernet的數據傳輸速率，從10Mbps 提高到100Mbps、1Gbps、甚至10Gbps， 導致高速局域網技術的研究 將大型局域網劃分成多個用網橋或路由 器互聯(lián)的子網，導致局域網互聯(lián)技術的 發(fā)展 將共享介質方式改為交換方式，導致交 換式局域網技術的發(fā)展 快速以太網(fast Ethernet，FE) 吉比特以太網(gigabit Ethernet，GE) 十吉比特以太網(10 gigabit Ethernet， 10GE) 快速以太FE：IEEE 802.3u標準 保留傳統(tǒng)以太幀的結構與MAC子層的 CSMA/CD方法，對物理層進行調整 定義新物理層標準，并

13、提供10Mbps與 100Mbps速率自動協(xié)商功能 定義介質專用接口(media independent interface，MII)，將MAC子層與物理層分 隔開，傳輸介質和信號編碼方式的變化不 影響MAC子層 千兆以太GE：IEEE 802.3z標準 保留傳統(tǒng)Ethernet的幀結構與幀的最小、 最大長度規(guī)定，以和低速率Ethernet通信 定義千兆介質專用接口(gigabit MII， GMII)，將MAC子層與物理層分隔開 修改CSMA/CD方法，沖突窗口時間、載 波擴展、短幀發(fā)送、幀突發(fā)處理 延續(xù)自動協(xié)商的概念，并將它擴展到光 纖連接中，主要用于協(xié)調鏈路兩端結點 萬兆以太10GE：I

14、EEE 802.3ae標準 保留傳統(tǒng)Ethernet的幀結構與幀的最小、 最大長度規(guī)定，以和低速率Ethernet通信 傳輸速率高達10Gbps，傳輸介質不使用 雙絞線，而只使用光纖，以在城域網和 廣域網范圍工作 只工作在全雙工方式，不存在介質爭用 的問題，傳輸距離不受沖突檢測的限制 隨著局域網規(guī)模的擴大，網絡通信負荷 加重時，網絡效率就會急劇下降 為克服網絡規(guī)模與性能的矛盾，將共享 介質方式改為交換方式，導致交換式局 域網發(fā)展 交換式局域網的核心設備是交換機，在 多個端口之間建立多個并發(fā)連接 直接交換(cut through)方式 交換機只要接收并檢測到目的地址，不 管數據對錯，立即轉發(fā)幀

15、存儲轉發(fā)(store and forward)方式 接收全幀，差錯檢測，檢測正確則轉發(fā) 改進直接交換方式 接收幀的前64字節(jié)后，檢錯，正確則發(fā) 也就是短的分組就不用檢錯了 最大轉發(fā)速率 兩個端口間每秒最大轉發(fā)的分組數 匯集轉發(fā)速率 所有端口每秒 轉發(fā)等待時間 在轉發(fā)隊列中等待的時間 VLAN： 是用戶與LAN資源的一種邏輯組合 交換LAN是其實現基礎 傳統(tǒng)LAN中的工作組必須在同一網段上 什么意思？好好解釋 VLAN：微信群，邏輯的 LAN：位置，物理的 以軟件方式實現邏輯工作組的劃分管理 L工作組中的結點不受物理位置限制 L工作組成員不一定連接在同一物理網段 好處：改變L工作組不用變位置，只

16、要軟 件設置改變 192.168.1.2/30,192.168.2.6/30是不同網段 ，不同網段間的連接必用路由器 VLAN是一個廣播網，實現廣播方便 實現方法很多：交換機端口劃分等 IEEE 802.11工作組 原來，建樓，先布好網線，現在是光纖 作為傳統(tǒng)局域網的擴充 用于建筑物之間的互連 用于移動結點的漫游訪問 用于構建特殊的移動網絡（無線自組網） 無線網的分類： 紅外線局域網 擴頻局域網 擴頻LAN： 將基帶數據頻譜擴展幾倍，幾十倍 窄帶微波局域網 紅外LAN： 其中信號按視距方式傳，即發(fā)送點能直 接“看到”接收點 紅外頻譜寬，所以速率高 不會穿過不透明物體 用得還是少（遙控器） 這個

17、是無線相關技術的總稱與規(guī)定 IEEE 802.11采用帶沖突避免的載波偵聽 多路訪問(carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA/CA)方法 見圖中的示意 發(fā)送方等一時間DIFS（分布幀間間隔） ，發(fā)送數據，接收方，再等一段時間 SIFS（短幀間間隔）后，發(fā)確認 CSMA/CA利用ACK信號來避免沖突的 發(fā)生，也就是說，只有當客戶端收到網 絡上返回的ACK信號后才確認送出的數 據已經正確到達目的地址 CSMA/CA：帶有沖突避免的載波監(jiān)聽多 路訪問，發(fā)送包的同時不能檢測到信道 上有無沖突，只能盡量“避免” IEEE 8

18、02.11定義兩種設備：無線結點、 無線接入點(access point，AP) 無線接入點就是基站，如WIFI路由器 IEEE 802.11物理層標準主要包括：IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g、 IEEE 802.11n 這幾個標準對應的頻率等分別是： 5GHz(54Mbpz), 2.4GH(11M), 2.4GH(54M), 2.4/5GH(100M) IEEE 802.11b目前應用最廣泛 IEEE 802.11b的傳輸速率可達到11Mbps IEEE 802.11b包括兩種模式 點對點模式 基本模式 WIFI使用了802.11技術 但二者并不

19、相同 藍牙(Bluetooth)技術由IBM、Intel、Nokia 和Toshiba公司發(fā)起 藍牙是用于將計算機與通信設備、附加 部件和外部設備，通過短距離的、低功 耗的、低成本的無線信道連接的無線標 準 IBM、Intel、Nokia和Toshiba公司成立 SIG組織，并且發(fā)布藍牙規(guī)范1.0版 隨著手機、便攜式計算機和移動設備的 廣泛應用，提出自身附近幾米范圍內的 個人操作空間設備聯(lián)網的需求 無線個人區(qū)域網絡(wireless personal area network，WPAN)在這個背景下出現 IEEE 802.15工作組成立，致力于WPAN 的物理層與數據鏈路層的協(xié)議標準化 它是L

20、R-WPAN（低速無線個人區(qū)域網） 在不同的載波頻率下，實現3種不同傳輸 速率：20kbps、40kbps和250kbps 支持星形、點到點等2種網絡拓撲結構 使用16位和64位兩種地址格式，其中64 位地址是全球惟一的擴展地址 支持沖突避免的載波多路偵聽CSMA/CA 技術 支持確認機制，保證傳輸可靠性 城域網概念的發(fā)展與演變 寬帶城域網的結構與層次劃分 設計與組建寬帶城域網注意的問題 接入網技術的基本概念 根據IEEE 802委員會的最初表述，城域 網是以光纖為傳輸介質，提供45Mbps到 150Mbps傳輸速率，支持數據、語音與視 頻業(yè)務的數據傳輸，覆蓋跨度在50到100 公里的城市范圍

21、，實現高速寬帶傳輸的 數據通信網絡 早期城域網的首選技術光纖環(huán)網，典型 產品是光纖分布式數據接口(fiber distributed data interface ，FDDI) 從當前城域網技術與應用現狀，現代城 域網一定是寬帶城域網，它是網絡運營 商在城市范圍內組建的、提供各種信息 服務的網絡的集合 寬帶城域網是以寬帶光傳輸網為開放平 臺，以TCP/IP協(xié)議為基礎，通過各種網 絡互聯(lián)設備，實現語音、數據、圖像、 視頻、IP電話、IP電視、IP接入和各種增 值業(yè)務，并與計算機網絡、廣播電視網、 電話交換網互聯(lián)互通的本地綜合業(yè)務網 絡 完善的光纖傳輸網是寬帶城域網的基礎 傳統(tǒng)電信、有線電視與IP

22、業(yè)務的融合成 為寬帶城域網的核心業(yè)務 高端路由器和多層交換機是寬帶城域網 設備的核心 廣域：高數據傳輸，城域：高數據交換， 交換結點的性能及容量是關鍵 擴大寬帶接入是發(fā)展寬帶城域網應用的 關鍵 基本特征： 以光傳輸網絡為基礎 以IP技術為核心 支持多種業(yè)務 核心層 承擔高速數據交換的功能 匯聚層 承擔路由與流量匯聚的功能 接入層 承擔用戶接入與本地流量控制的功能 根據實際需求確定網絡總體結構 寬帶城域網的可運營性 寬帶城域網的可管理性 寬帶城域網的可盈利性 寬帶城域網的可擴展性 支持寬帶城域網的運營的關鍵技術 Internet接入服務是指利用接入服務器和 相應的軟硬件資源建立業(yè)務結點，并利 用

23、公用電信基礎設施 將 業(yè) 務 結 點 與 Internet骨干網相連接，以便為各類用戶 提供接入Internet的服務 數字用戶線(DSL)技術 光纖同軸電纜混合網(HFC)技術 光纖接入技術（到戶） 無線接入技術 無線局域網接入 無線城域網接入 無線自組網接入 局域網接入技術 DSL技術的典型：非對稱數字用戶線 (ADSL) 光纖同軸電纜混合網(hybrid fiber coax， HFC)是雙向傳輸系統(tǒng) 光纖結點將光纖干線和同軸分配線互連 光纖結點通過同軸電纜下引線為500到 2000個用戶服務 v由光纖同軸電纜混合網絡將家庭連接到 ISP路由器：HFC一個重要特征是它共享 廣播媒體 比較

24、： vDSL的擁護者說：我的專用的(5M全是我 的) vCable (HFC)的擁護者說，我是共享的， 可以提供更高傳輸速率 光纖到路邊(fiber to the curb，FTTC) 光纖到小區(qū)(fiber to the zone，FTTZ) 光纖到大樓(fiber to the building，FTTB) 光纖到辦公室(fiber to the office，FTTO) 光纖到戶(fiber to the home，FTTH) Fiber To The Home FTTH，Fiber To The Premises光纖到戶光纖到戶 是一種光纖通訊的傳輸方法。 是直接把 光纖接到用戶的家中（用戶所需的地方 ）。具