第03章廣域網(wǎng)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)

1、 掌握：廣域網(wǎng)技術(shù) 掌握：局域網(wǎng)技術(shù) 了解：寬帶城域網(wǎng)技術(shù) 本章在講什么？網(wǎng)絡(luò)分為：通信與數(shù)據(jù) 兩個子網(wǎng)，本章講通信子網(wǎng) SR1R2 DR4R3 QQ IE Thunder QQ Apache Thunder 物理層(physical layer) 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer)（本章） 網(wǎng)絡(luò)層（互聯(lián)層）(networking layer) 傳輸層(transport layer) 應(yīng)用層(application layer) 廣域網(wǎng)的主要特征 廣域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的軌跡 光網(wǎng)絡(luò)與光以太網(wǎng)技術(shù) 廣域網(wǎng)是一種公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 廣域網(wǎng)技術(shù)研究的重點：寬帶核心交換 技術(shù) 由電信運營商管理運營，如

2、中國聯(lián)通 QOS，保證服務(wù)質(zhì)量是其重要方面 在廣域網(wǎng)的發(fā)展過程中，用于構(gòu)成廣域 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類型主要有： 公共電話交換網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、 ATM網(wǎng) X.25網(wǎng)、幀中繼網(wǎng) 光以太技術(shù)（現(xiàn)在使用） PSTN 早期，利用電話交換網(wǎng)(public switching telephone network，PSTN)的模擬信道， 使用調(diào)制解調(diào)器(modem)這種設(shè)備，通過 撥號建立結(jié)點之間的線路連接的網(wǎng)絡(luò)， 完成計算機(jī)之間的低速數(shù)據(jù)通信 X.25網(wǎng)是典型的分組交換網(wǎng)。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(zhì) 量問題 幀中繼網(wǎng)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(wǎng)可以簡化X.25網(wǎng)的協(xié)議 ISDN：CCITT（國際電報電話咨詢委員 會）提出將語音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)綜 合在一個網(wǎng)中，即綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) (integrated service digital network，ISDN) ISDN的主要目標(biāo)（BISDN/寬帶的）： 提供支持各種通信服務(wù)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)， 在不同國家采用相同標(biāo)準(zhǔn) 為通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)字傳輸提供標(biāo)準(zhǔn) 提供一個標(biāo)準(zhǔn)的用戶接口，使通信網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)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(shù) ATM采用信元（cell）作為

4、數(shù)據(jù)傳輸單元 ATM以統(tǒng)計時分多路復(fù)用方式動態(tài)分配 帶寬，能適應(yīng)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(shù)據(jù)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(wǎng)的內(nèi)部 第一代傳輸網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(jié)點的電信號與光信號轉(zhuǎn) 換仍是帶寬瓶頸 第三代全光網(wǎng)以光結(jié)點取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的 電結(jié)點，使用光纖將光結(jié)點互聯(lián)成網(wǎng)， 克服現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在傳輸和交換時的瓶頸 全光：光纖，光交換機(jī)，光路由器 自動交換光網(wǎng)絡(luò)(automatic s

5、witched optical network，ASON) 引入智能控制的 很多方法，解決光網(wǎng)絡(luò)的自動路由發(fā)現(xiàn)、 分布式呼叫連接管理，以實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)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(wǎng) 我們現(xiàn)在使用的主要是第二代 光電混合使用時，要光電轉(zhuǎn)化技術(shù) 局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的軌跡 Ethernet的基本工作原理 高速Ethernet技術(shù) 交換式局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)技術(shù) 無線局域網(wǎng)技術(shù)研究與發(fā)展 藍(lán)牙技術(shù)的研究與發(fā)展 無線個人區(qū)域網(wǎng)與IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) 歷史上三種LAN技術(shù)并存： 以太網(wǎng) 令牌環(huán) 令牌總線 這些都是什么？ 怎么回事？ 怎么產(chǎn)生的？ 三種LAN技術(shù)各不相讓 市場上三家產(chǎn)

6、品都有，用戶各有選擇 但是，三家技術(shù)不一樣，互不兼容 它們在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)鏈路層分為：LLC層和 MAC層 LLC：鏈路訪問控制（OS）一樣的 MAC：介質(zhì)訪問控制（硬件）不一樣的 只要想一樣（統(tǒng)一）就能做到 關(guān)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(guān)協(xié)議 后來，以太網(wǎng)一馬當(dāng)先 IEEE 802.1：定義局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò) 互連、網(wǎng)絡(luò)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(wù) IEEE 802.3：定義Ethernet的CSMA/CD總 線介質(zhì)訪問控

7、制子層與物理層 IEEE 802.11：定義無線局域網(wǎng)訪問控制 子層與物理層 IEEE 802.15：定義近距離個人無線網(wǎng)絡(luò) 訪問控制子層與物理層 IEEE 802.16：定義寬帶無線網(wǎng)絡(luò)訪問控 制子層與物理層 ISO-國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ITU, international telecommunication union-國際電信 聯(lián)盟 IAB, internet architecture board-因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 CNAS, Chinese national standards authority- 中國國家 標(biāo)準(zhǔn)局 以太網(wǎng)來源： ALOHA網(wǎng)，這是在哪個大學(xué)產(chǎn)生的？怎 么回事？實現(xiàn)細(xì)節(jié)怎么樣？ 無線環(huán)境 ALOHA 總線形局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，共享方式 早期以太網(wǎng)使用同軸電纜（粗，細(xì)） 計算器通過收發(fā)器和連接器與總線相關(guān) Ethernet通常采用雙絞線等傳輸介質(zhì)作為 總線，所有結(jié)點通過總線發(fā)送或接收數(shù) 據(jù)，結(jié)點通過總線以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)， 因此需要共享總線的沖突問題 Ethernet的核心技術(shù)：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(xì)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(jī)訪問 輪轉(zhuǎn) 這些都是什么？具體例子及解釋 CSMA/CD是第二類 以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu) Preamble（前導(dǎo)碼）（前導(dǎo)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(wǎng)幀結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu) 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(shù)是IP） Novell IPX (Netware OS) AppleTalk (Mac OS) 以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu) 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(shù)據(jù)（46-1500字節(jié)） 這里面提到的MAC地址，得詳細(xì)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(shù)據(jù)鏈路控制部分 幀裝配部分 與主機(jī)的接口 Ethernet物理地址用于IEEE 802.3協(xié)議的 介質(zhì)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(yīng)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(wǎng)卡分配地 址的前三字節(jié) ipc

12、onfig /all 提高Ethernet的數(shù)據(jù)傳輸速率，從10Mbps 提高到100Mbps、1Gbps、甚至10Gbps， 導(dǎo)致高速局域網(wǎng)技術(shù)的研究 將大型局域網(wǎng)劃分成多個用網(wǎng)橋或路由 器互聯(lián)的子網(wǎng)，導(dǎo)致局域網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)的 發(fā)展 將共享介質(zhì)方式改為交換方式，導(dǎo)致交 換式局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展 快速以太網(wǎng)(fast Ethernet，F(xiàn)E) 吉比特以太網(wǎng)(gigabit Ethernet，GE) 十吉比特以太網(wǎng)(10 gigabit Ethernet， 10GE) 快速以太FE：IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn) 保留傳統(tǒng)以太幀的結(jié)構(gòu)與MAC子層的 CSMA/CD方法，對物理層進(jìn)行調(diào)整 定義新物理層標(biāo)準(zhǔn)，并

13、提供10Mbps與 100Mbps速率自動協(xié)商功能 定義介質(zhì)專用接口(media independent interface，MII)，將MAC子層與物理層分 隔開，傳輸介質(zhì)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(biāo)準(zhǔn) 保留傳統(tǒng)Ethernet的幀結(jié)構(gòu)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(zhì)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(kuò)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(kuò)展到光 纖連接中，主要用于協(xié)調(diào)鏈路兩端結(jié)點 萬兆以太10GE：I

14、EEE 802.3ae標(biāo)準(zhǔn) 保留傳統(tǒng)Ethernet的幀結(jié)構(gòu)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(dá)10Gbps，傳輸介質(zhì)不使用 雙絞線，而只使用光纖，以在城域網(wǎng)和 廣域網(wǎng)范圍工作 只工作在全雙工方式，不存在介質(zhì)爭用 的問題，傳輸距離不受沖突檢測的限制 隨著局域網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷 加重時，網(wǎng)絡(luò)效率就會急劇下降 為克服網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與性能的矛盾，將共享 介質(zhì)方式改為交換方式，導(dǎo)致交換式局 域網(wǎng)發(fā)展 交換式局域網(wǎng)的核心設(shè)備是交換機(jī)，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(jī)只要接收并檢測到目的地址，不 管數(shù)據(jù)對錯，立即轉(zhuǎn)發(fā)幀

15、存儲轉(zhuǎn)發(fā)(store and forward)方式 接收全幀，差錯檢測，檢測正確則轉(zhuǎn)發(fā) 改進(jìn)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(zhuǎn)發(fā)速率 兩個端口間每秒最大轉(zhuǎn)發(fā)的分組數(shù) 匯集轉(zhuǎn)發(fā)速率 所有端口每秒 轉(zhuǎn)發(fā)等待時間 在轉(zhuǎn)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(xiàn)基礎(chǔ) 傳統(tǒng)LAN中的工作組必須在同一網(wǎng)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(xiàn)邏輯工作組的劃分管理 L工作組中的結(jié)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(wǎng)段 好處：改變L工作組不用變位置，只

16、要軟 件設(shè)置改變 192.168.1.2/30,192.168.2.6/30是不同網(wǎng)段 ，不同網(wǎng)段間的連接必用路由器 VLAN是一個廣播網(wǎng)，實現(xiàn)廣播方便 實現(xiàn)方法很多：交換機(jī)端口劃分等 IEEE 802.11工作組 原來，建樓，先布好網(wǎng)線，現(xiàn)在是光纖 作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的擴(kuò)充 用于建筑物之間的互連 用于移動結(jié)點的漫游訪問 用于構(gòu)建特殊的移動網(wǎng)絡(luò)（無線自組網(wǎng)） 無線網(wǎng)的分類： 紅外線局域網(wǎng) 擴(kuò)頻局域網(wǎng) 擴(kuò)頻LAN： 將基帶數(shù)據(jù)頻譜擴(kuò)展幾倍，幾十倍 窄帶微波局域網(wǎng) 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(guān)技術(shù)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(shù)據(jù)，接收方，再等一段時間 SIFS（短幀間間隔）后，發(fā)確認(rèn) CSMA/CA利用ACK信號來避免沖突的 發(fā)生，也就是說，只有當(dāng)客戶端收到網(wǎng) 絡(luò)上返回的ACK信號后才確認(rèn)送出的數(shù) 據(jù)已經(jīng)正確到達(dá)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(shè)備：無線結(jié)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(biāo)準(zhǔn)主要包括：IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g、 IEEE 802.11n 這幾個標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)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(yīng)用最廣泛 IEEE 802.11b的傳輸速率可達(dá)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(shù) 但二者并不

19、相同 藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)由IBM、Intel、Nokia 和Toshiba公司發(fā)起 藍(lán)牙是用于將計算機(jī)與通信設(shè)備、附加 部件和外部設(shè)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(biāo) 準(zhǔn) IBM、Intel、Nokia和Toshiba公司成立 SIG組織，并且發(fā)布藍(lán)牙規(guī)范1.0版 隨著手機(jī)、便攜式計算機(jī)和移動設(shè)備的 廣泛應(yīng)用，提出自身附近幾米范圍內(nèi)的 個人操作空間設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的需求 無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(wireless personal area network，WPAN)在這個背景下出現(xiàn) IEEE 802.15工作組成立，致力于WPAN 的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化 它是L

20、R-WPAN（低速無線個人區(qū)域網(wǎng)） 在不同的載波頻率下，實現(xiàn)3種不同傳輸 速率：20kbps、40kbps和250kbps 支持星形、點到點等2種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 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(kuò)展地址 支持沖突避免的載波多路偵聽CSMA/CA 技術(shù) 支持確認(rèn)機(jī)制，保證傳輸可靠性 城域網(wǎng)概念的發(fā)展與演變 寬帶城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與層次劃分 設(shè)計與組建寬帶城域網(wǎng)注意的問題 接入網(wǎng)技術(shù)的基本概念 根據(jù)IEEE 802委員會的最初表述，城域 網(wǎng)是以光纖為傳輸介質(zhì)，提供45Mbps到 150Mbps傳輸速率，支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音與視 頻業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸，覆蓋跨度在50到100 公里的城市范圍

21、，實現(xiàn)高速寬帶傳輸?shù)?數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò) 早期城域網(wǎng)的首選技術(shù)光纖環(huán)網(wǎng)，典型 產(chǎn)品是光纖分布式數(shù)據(jù)接口(fiber distributed data interface ，F(xiàn)DDI) 從當(dāng)前城域網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀，現(xiàn)代城 域網(wǎng)一定是寬帶城域網(wǎng)，它是網(wǎng)絡(luò)運營 商在城市范圍內(nèi)組建的、提供各種信息 服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)的集合 寬帶城域網(wǎng)是以寬帶光傳輸網(wǎng)為開放平 臺，以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)，通過各種網(wǎng) 絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、圖像、 視頻、IP電話、IP電視、IP接入和各種增 值業(yè)務(wù)，并與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)、 電話交換網(wǎng)互聯(lián)互通的本地綜合業(yè)務(wù)網(wǎng) 絡(luò) 完善的光纖傳輸網(wǎng)是寬帶城域網(wǎng)的基礎(chǔ) 傳統(tǒng)電信、有線電視與IP

22、業(yè)務(wù)的融合成 為寬帶城域網(wǎng)的核心業(yè)務(wù) 高端路由器和多層交換機(jī)是寬帶城域網(wǎng) 設(shè)備的核心 廣域：高數(shù)據(jù)傳輸，城域：高數(shù)據(jù)交換， 交換結(jié)點的性能及容量是關(guān)鍵 擴(kuò)大寬帶接入是發(fā)展寬帶城域網(wǎng)應(yīng)用的 關(guān)鍵 基本特征： 以光傳輸網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ) 以IP技術(shù)為核心 支持多種業(yè)務(wù) 核心層 承擔(dān)高速數(shù)據(jù)交換的功能 匯聚層 承擔(dān)路由與流量匯聚的功能 接入層 承擔(dān)用戶接入與本地流量控制的功能 根據(jù)實際需求確定網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu) 寬帶城域網(wǎng)的可運營性 寬帶城域網(wǎng)的可管理性 寬帶城域網(wǎng)的可盈利性 寬帶城域網(wǎng)的可擴(kuò)展性 支持寬帶城域網(wǎng)的運營的關(guān)鍵技術(shù) Internet接入服務(wù)是指利用接入服務(wù)器和 相應(yīng)的軟硬件資源建立業(yè)務(wù)結(jié)點，并利 用

23、公用電信基礎(chǔ)設(shè)施 將 業(yè) 務(wù) 結(jié) 點 與 Internet骨干網(wǎng)相連接，以便為各類用戶 提供接入Internet的服務(wù) 數(shù)字用戶線(DSL)技術(shù) 光纖同軸電纜混合網(wǎng)(HFC)技術(shù) 光纖接入技術(shù)（到戶） 無線接入技術(shù) 無線局域網(wǎng)接入 無線城域網(wǎng)接入 無線自組網(wǎng)接入 局域網(wǎng)接入技術(shù) DSL技術(shù)的典型：非對稱數(shù)字用戶線 (ADSL) 光纖同軸電纜混合網(wǎng)(hybrid fiber coax， HFC)是雙向傳輸系統(tǒng) 光纖結(jié)點將光纖干線和同軸分配線互連 光纖結(jié)點通過同軸電纜下引線為500到 2000個用戶服務(wù) v由光纖同軸電纜混合網(wǎng)絡(luò)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(hù)者說：我的專用的(5M全是我 的) vCable (HFC)的擁護(hù)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，F(xiàn)TTC) 光纖到小區(qū)(fiber to the zone，F(xiàn)TTZ) 光纖到大樓(fiber to the building，F(xiàn)TTB) 光纖到辦公室(fiber to the office，F(xiàn)TTO) 光纖到戶(fiber to the home，F(xiàn)TTH) Fiber To The Home FTTH，F(xiàn)iber 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