計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：第三章 廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與城域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1、第三章 廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)與城域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)3.1 廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)的主要特征廣域網(wǎng)的主要特征2.5 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)1 線路交換方式2 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式 報(bào)文交換 報(bào)文分組交換 數(shù)據(jù)報(bào)方式 虛電路方式3.1.1 廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)交換技術(shù)電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)舉例BCA用戶用戶用戶M局N局P局UVW線路交換方式優(yōu)點(diǎn): 傳輸實(shí)時(shí)性好 缺點(diǎn): 1.對(duì)突發(fā)性通信不適應(yīng),系統(tǒng)效率低 2.系統(tǒng)不具備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能力,不能平滑交通量 3.不具備差錯(cuò)控制能力 4.電路建立時(shí)間延遲較大 5.線路專用,線路利用率低電路交換特點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式與線路交換方式的主要區(qū)別發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元（

2、報(bào)文或報(bào)文分組）進(jìn)入通信子網(wǎng)；通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、存儲(chǔ)、差錯(cuò)校驗(yàn)、路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)功能。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)線路利用率高。 可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率。中間結(jié)點(diǎn)具有差錯(cuò)檢查與糾錯(cuò)處理功能，因此可以減少傳輸錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)可靠性?？梢詫?duì)不同通信速率的線路進(jìn)行速率轉(zhuǎn)換，也可以對(duì)不同的數(shù)據(jù)代碼格式進(jìn)行變換。報(bào)文交換方式信息數(shù)據(jù)塊的結(jié)束控制字符 報(bào)文尾部 正文報(bào)文 報(bào)文首部 控制同步字符塊的開始報(bào)文格式報(bào)文頭發(fā)送到交換設(shè)備 第一次排隊(duì) 選擇輸出鏈路 第二次排隊(duì) 報(bào)文交換過程H4H2H1H3H6H6GHFCABDE分組交換網(wǎng)示意圖報(bào)文分組交換方式與報(bào)文交換方式比，分組

3、交換方式的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸靈活。 由于分組較短，在傳輸中出錯(cuò)的概率減小。降低了傳輸延遲 。提高傳輸效率和線路利用率。 與報(bào)文交換方式比，分組交換方式的缺點(diǎn)：分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)：因排隊(duì)而造成一定的時(shí)間延遲；分組中必須攜帶一些控制信息而產(chǎn)生一定的額外開銷；由于在目的結(jié)點(diǎn)，要對(duì)報(bào)文進(jìn)行重新組裝，因此，增加了目的結(jié)點(diǎn)對(duì)報(bào)文加工處理的時(shí)間，增加了復(fù)雜性。報(bào)文分組交換方式報(bào)文M、N傳輸過程（1）BDEFCAH1H2H4H5H6H3N2M1M4 M0 M3M1N1N3 N2 N0M5 M2 M1M0M4 M3M5 M2N2 N1 M0N3 N0報(bào)文N分組N0N1N2N3N2 N1 M0報(bào)文M分組M0M1M

4、2M3M4M5報(bào)文M、N傳輸過程（2）分組到達(dá)順序M2M1M3M5M0M4組合M0M1M2M3M4M5分組到達(dá)順序N0N1N2N3組合N0N1N2N3ABDECH1H2H4H5H3有5個(gè)節(jié)點(diǎn)的分組交換網(wǎng)虛電路建立的順序以及經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)虛電路建立順序通過的節(jié)點(diǎn)1A-B-E2B-D-E3C-E-D4A-B-C-EPorsSnpPorpSnsH10B0H11B1PorsSnpPorpSnsA0E0H20D0A1C0PorsSnpPorpSnsB0E0E1H40PorsSnpPorpSnsB0H50D0H51C0D1C1H52PorsSnpPorpSnsH30E0B0E1虛電路傳輸過程AEBDC說明 根

5、據(jù)如上條件，在網(wǎng)絡(luò)5個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)分別建立一張路由表。傳輸是從每條虛電路和頭出發(fā)，順著箭頭方向走。如上圖。Snp:表示同一前趨節(jié)點(diǎn)虛電路經(jīng)過本節(jié)點(diǎn)的順序，即同一節(jié)點(diǎn)輸入號(hào)。Sns:表示同一后繼節(jié)點(diǎn)虛電路經(jīng)過本節(jié)點(diǎn)的順序，即同一節(jié)點(diǎn)輸出號(hào)。Pors:表示前趨節(jié)點(diǎn)號(hào)或信源節(jié)點(diǎn)地址。Porp:表示后繼節(jié)點(diǎn)號(hào)或信宿節(jié)點(diǎn)地址。3.1.2 廣域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展軌跡ATM的基本概念、ATM的工作原理ATM是一種異步傳輸模式。異步是指ATM異步時(shí)分（統(tǒng)計(jì)時(shí)分）復(fù)用的性質(zhì)。在ATM中，信息被組織成固定長(zhǎng)度的“信元”（CELL），來自某用戶信息的各個(gè)信元不需要周期性地出現(xiàn)。ATM就是一種在網(wǎng)絡(luò)中以信元為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用和交換

6、、傳輸?shù)募夹g(shù)。 ATM采用異步時(shí)分復(fù)方式，使ATM具有很大的靈活性，任何業(yè)務(wù)都按實(shí)際信息量來占用資源，使網(wǎng)絡(luò)資源得到最大限度的利用。此外對(duì)不同業(yè)務(wù)賦予不同的“特權(quán)”，如語音的實(shí)時(shí)性特權(quán)最高，一般數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)恼_性特權(quán)最高，網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同業(yè)務(wù)分配不同的網(wǎng)絡(luò)資源。為了提高處理速度、保證質(zhì)量、降低時(shí)延和信元丟失率，ATM以面向連接的方式工作。通信開始時(shí)先建立虛電路，并將虛電路標(biāo)志寫入信頭，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)虛電路標(biāo)志將信元送往目的地。虛電路是可以拆除釋放的。在ATM網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上完成的只是虛電路的交換。為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的控制，ATM將差錯(cuò)控制和流量控制交給終端去做，不需逐段鏈路的差錯(cuò)控制和流量控制。 因此，ATM結(jié)合

7、了電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)，即ATM兼顧了分組交換方式統(tǒng)計(jì)復(fù)用、靈活高效和電路交換方式傳輸時(shí)延小、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。ATM的特點(diǎn)ATM信元結(jié)構(gòu)信元頭（header）用戶數(shù)據(jù)（user data）53字節(jié)5字節(jié)48字節(jié)物理鏈路物理鏈路、虛通路與虛通道的關(guān)系虛通路連接與虛通道連接ATM端用戶ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)ATM端用戶ATM端用戶ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)ATM端用戶VPCVCCVPLVPLVPLVCLVCLVCL3.2 局域網(wǎng)技術(shù)3.2.1局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)及組成 1. 局域網(wǎng)的硬件資源 （1）服務(wù)器(Server) （2）工作站(WorkStation) （3）共享的外圍設(shè)備 2. 局域網(wǎng)的

8、網(wǎng)絡(luò)通信硬件 （1）網(wǎng)卡 （2）傳輸媒體 （3）局域網(wǎng)通信設(shè)備 3. 局域網(wǎng)的軟件系統(tǒng) 與廣域網(wǎng)相比，局域網(wǎng)主要具有以下特點(diǎn)：（1）覆蓋范圍小。（2）傳輸速率高。（3）誤碼率低。（4）可選傳輸介質(zhì)多。（5）易于建設(shè)、管理和維護(hù)。 3.2.2 IEEE802參考模型與協(xié)議1 IEEE802參考模型2 IEEE802標(biāo)準(zhǔn) IEEE808標(biāo)準(zhǔn)與OSI之間的關(guān)系OSI應(yīng)用層IEEE802表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制介質(zhì)訪問控制物理層物理層 IEEE 802.1定義了局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連以及網(wǎng)絡(luò)管理與性能測(cè)試 IEEE 802.2定義了邏輯鏈路控制子層功能與服務(wù) IEEE 802.

9、3定義了CSMA/CD總線介質(zhì)訪問控制子層及物理層規(guī)范 IEEE 802.4定義了令牌總線介質(zhì)訪問控制子層與物理層規(guī)范 IEEE 802.5定義了令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制子層與物理層規(guī)范 IEEE 802.6定義了城域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制子層與物理層規(guī)范 IEEE 802.7定義了寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù) IEEE 802.8定義了光纖傳輸技術(shù) IEEE 802.9定義了綜合語音與數(shù)據(jù)局域網(wǎng)（IVD-LAN）技術(shù) IEEE 802.10定義了可互操作的局域網(wǎng)安全性規(guī)范（SILS） IEEE 802.11定義了無線局域網(wǎng)技術(shù) IEEE802標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系802.10可互操作的局域網(wǎng)安全802.1體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)802

10、.2邏輯鏈路控制子層802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5TokenRing802.6城域網(wǎng)802.9語音與數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)802.11無線局域網(wǎng) 3.2.3 共享介質(zhì)局域網(wǎng)的工作原理1 以太網(wǎng)的工作原理 帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問 CSMA/CD工作原理 及 特點(diǎn)2 令牌環(huán)與令牌總線的工作原理 1）令牌環(huán)的工作原理 及 特點(diǎn) 2）令牌總線的工作原理 及 特點(diǎn)我要發(fā)數(shù)據(jù)我也要發(fā),咱們比一比誰快！競(jìng)爭(zhēng)方式數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳送偵聽線纜上是否有數(shù)據(jù)正在傳送?CSMA/CD的運(yùn)作方法(1)ABC先聽后發(fā)傳遞數(shù)據(jù)并進(jìn)行沖突檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果網(wǎng)絡(luò)無訊號(hào)傳遞, 則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞沖突檢測(cè)CSMA/C

11、D的運(yùn)作方法(2)數(shù)據(jù)傳遞ABC邊聽邊發(fā)傳遞數(shù)據(jù)中,檢測(cè)沖突發(fā)生進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的同時(shí), 檢測(cè)到?jīng)_突，則停止發(fā)送數(shù)據(jù)，隨即延遲后重發(fā)沖突檢測(cè)數(shù)據(jù)傳遞CSMA/CD的運(yùn)作方法(3)ABC隨即延遲后重發(fā)沖突停止、CSMA/CD的主要特點(diǎn):競(jìng)爭(zhēng)型媒體訪問控制方法總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單廣播式通信輕負(fù)載時(shí)總線網(wǎng)非常有效發(fā)送和響應(yīng)時(shí)延都具有隨機(jī)性數(shù)據(jù)幀的最小長(zhǎng)度受限制不適合用光纜作傳輸媒體我有令牌,只有我能發(fā)環(huán)形令牌方式令牌環(huán)結(jié)構(gòu)及工作過程示意圖BCDA邏輯環(huán)物理媒體a)令牌環(huán)結(jié)構(gòu)及工作過程示意圖BCDA空令牌b)令牌環(huán)結(jié)構(gòu)及工作過程示意圖BCDAc)BD空令牌改成忙令牌并接收B的數(shù)據(jù)BD令牌環(huán)結(jié)構(gòu)及工作過程示意圖BC

12、DA邏輯環(huán)d)BD接收數(shù)據(jù)令牌環(huán)結(jié)構(gòu)及工作過程示意圖BCDAe)空令牌根據(jù)接收者信息接收令牌環(huán)網(wǎng)的主要特點(diǎn):無沖突的媒體訪問控制方法可設(shè)置優(yōu)先級(jí)重負(fù)載時(shí)效率高實(shí)時(shí)性好令牌采用集中管理Token Bus的基本工作原理ABCDEABCDE令牌總線網(wǎng)的主要特點(diǎn):無沖突的訪問方式物理上是總線網(wǎng)，邏輯上是環(huán)形網(wǎng)重負(fù)載時(shí)效率高IEEE802.4協(xié)議復(fù)雜 3.2.4 高速Ethernet技術(shù)1 高速局域網(wǎng)的研究方法 1）高速局域網(wǎng)的發(fā)展 2） 局域網(wǎng)的分類2 快速以太網(wǎng)3 千兆以太網(wǎng)高速互連交換局域網(wǎng)產(chǎn)品類型與相互之間的關(guān)系局域網(wǎng)共享介質(zhì)局域網(wǎng)交換式局域網(wǎng)以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)令牌總線令牌環(huán)FDDIFD

13、DI IIFFOL交換式以太網(wǎng)ATM局域網(wǎng)仿真IP over ATMMPOA虛擬局域網(wǎng)快速以太網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)IEEE802.2 MACIEEE802.2 LLCMII(功能與AUI相同)100BASET4四對(duì)3,4,5類UTP100BASETX兩對(duì)5類線與STP100BASEFX光纖100BASET集線器IEEE802.2 MACIEEE802.2 LLCGMII(功能與AUI相同)1000BASET非屏蔽雙絞線1000BASECX屏蔽雙絞線1000BASELX單模光纖100BASET集線器千兆以太網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)PAM5編碼解碼方式8B10B編碼解碼方式1000BASESX多模光纖 3.2.5 交

14、換式局域網(wǎng)技術(shù)1 交換式以太網(wǎng)的提出 1）共享式以太網(wǎng)存在的問題 2）交換的提出2 以太網(wǎng)交換機(jī)的工作原理 1）以太網(wǎng)交換機(jī)的工作原理 2）交換機(jī)的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式共享介質(zhì)局域網(wǎng)總線共享式以太網(wǎng)存在的問題 ：(1)覆蓋的地理范圍有限 (2)網(wǎng)絡(luò)總帶寬容量固定 (3)不能支持多種速率 交換式局域網(wǎng)的工作原理局域網(wǎng)交換機(jī)交換機(jī)結(jié)構(gòu)與工作過程地址表123456轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)構(gòu)緩沖器端口地址表端口地址1結(jié)點(diǎn)A234結(jié)點(diǎn)B5結(jié)點(diǎn)C6結(jié)點(diǎn)D DA DAMAC幀 DA結(jié)點(diǎn)CMAC幀 DA結(jié)點(diǎn)BABCD交換機(jī)的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式：以太網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)交換與轉(zhuǎn)發(fā)方式可以分為直接交換、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換和改進(jìn)的直接交換3類。 3.2.6 虛擬

15、局域網(wǎng)技術(shù)1 共享式以太網(wǎng)與VLAN2 VLAN的實(shí)現(xiàn)技術(shù) 1） VLAN的結(jié)構(gòu) 2） 虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)方法 A）用交換機(jī)端口號(hào)定義虛擬局域網(wǎng) B）用MAC地址定義虛擬局域網(wǎng) C）用網(wǎng)絡(luò)層地址定義虛擬局域網(wǎng) D）IP廣播組虛擬局域網(wǎng) 123123123123123123虛擬局域網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu) 物理結(jié)構(gòu)VLAN1VLAN1VLAN2VLAN2虛擬局域網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu) 邏輯結(jié)構(gòu)VLAN1VLAN2VLAN1VLAN2VLAN2VLAN1用交換機(jī)端口號(hào)定義虛擬局域網(wǎng)成員局域網(wǎng)交換機(jī)端口 1 2 3 4 5 6 7 8VLAN1VLAN2用交換機(jī)端口號(hào)定義虛擬局域網(wǎng)成員局域網(wǎng)交換機(jī)1端口

16、 1 2 3 4 5 6 7 8局域網(wǎng)交換機(jī)2端口 1 2 3 4 5 6 7 8VLAN1VLAN23.2.7 無線局域網(wǎng)技術(shù) 3.3 寬帶城域網(wǎng)技術(shù)3.3.1 城域網(wǎng)的基本概念 3.3.2 光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI 3.3.3 接入網(wǎng)技術(shù)FDDI互連多個(gè)局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)服務(wù)器FDDI主干環(huán)路由器路由器令牌環(huán)以太網(wǎng)FDDI的技術(shù)特點(diǎn)：使用基于IEEE802.5的單令牌的環(huán)網(wǎng)介質(zhì)訪問控制MAC協(xié)議。使用IEEE802.2協(xié)議，與符合IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)兼容。數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps，連網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)數(shù)1000,環(huán)路長(zhǎng)度為100km。可以使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，具有容錯(cuò)能力?？梢允褂枚嗄；騿文９饫w。具有

17、動(dòng)態(tài)分配帶寬的能力，能支持同步和異步數(shù)據(jù)傳輸。從整個(gè)電信網(wǎng)的角度講，可以將全網(wǎng)劃分為公用網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)（CPN）兩大塊，其中CPN屬用戶所有，因而，通常意義的電信網(wǎng)指的是公用電信網(wǎng)部分。公用電信網(wǎng)又可以劃分為長(zhǎng)途網(wǎng)、中繼網(wǎng)和接入網(wǎng)3部分。長(zhǎng)途網(wǎng)和中繼網(wǎng)合并稱為核心網(wǎng)。相對(duì)于核心網(wǎng)，接入網(wǎng)就是市話局或遠(yuǎn)端模塊到用戶之間的部分，主要完成復(fù)用和傳輸功能，一般不含交換功能，使用戶接入到核心網(wǎng)的任務(wù)。 所謂用戶駐地網(wǎng)（CPN）一般是指用戶終端至用戶網(wǎng)絡(luò)接口所包含的機(jī)線設(shè)備（通常在一個(gè)樓房?jī)?nèi)），由完成通信和控制功能的用戶駐地布線系統(tǒng)組成，以使用戶終端可以靈活方便地進(jìn)入接入網(wǎng)。目前屬于CPN范圍的有4種方式

18、：普通銅纜雙絞線；同軸電纜； 5類雙絞線（UTP5）；樓內(nèi)綜合布線系統(tǒng)（PDS）。另外，光纖到戶的問題正在積極探索之中。 典型的接入技術(shù)ADSL與VDSL混合光纖同軸電纜網(wǎng)技術(shù)光纖接入技術(shù)寬帶無線接入技術(shù)1.非對(duì)稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)（ADSL：Asymmetrical Digital Subscriber Loop ）ADSL是運(yùn)行在原有普通電話線上的一種新的高速寬帶技術(shù)，它利用現(xiàn)有的一對(duì)電話銅線，為用戶提供上行、下行非對(duì)稱的傳輸速率（帶寬）。 ADSL這種寬帶接入技術(shù)具有以下特點(diǎn)： 1、可直接利用現(xiàn)有用戶電話線，在不干擾普通電話業(yè)務(wù)的前提下，提供高速數(shù)字業(yè)務(wù)； 2、非對(duì)稱帶寬特性，為用戶提供上行（最高640Kbps） 、下行（