廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)技術(shù)課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)用教程第７章廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)技術(shù)第7章廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)技術(shù)7.1網(wǎng)絡(luò)接口層概述 7.1.1廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)7.1.2廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的基本特性 7.1.3INTERNET中不同網(wǎng)絡(luò)邊界的確定標(biāo)準(zhǔn) 7.1.4廣域網(wǎng)概述 7.1.5局域網(wǎng)概述 7.2X.25協(xié)議 7.2.1X.25網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 7.2.2X.25的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）格式7.2.3X.25的交換型虛電路（SVC）工作方式的數(shù)據(jù)通信過(guò)程 7.2.4X.25基于數(shù)據(jù)報(bào)方式的數(shù)據(jù)通信 第7章廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)技（續(xù)）7.3ATM技術(shù) 7.3.1ATM概述 7.3.2ATM的層次結(jié)構(gòu) 7.3.3ATM的信元結(jié)構(gòu) 7.3.4虛路徑（VP）與虛電路（VC） 7.3.5ATM的工作方式和傳輸特征 7.4局域網(wǎng)基礎(chǔ)與IEEE802標(biāo)準(zhǔn) 7.4.1廣播式通信與共享媒體的媒體訪問(wèn)方法 7.4.2局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)－IEEE802參考模型 7.4.3常見(jiàn)的局域網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介 7.5千兆以太網(wǎng)（IEEE802.3z） 7.5.1以太網(wǎng)與令牌環(huán)網(wǎng) 第7章廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)技（續(xù)）7.5.2千兆以太網(wǎng)技術(shù)背景 7.5.3千兆以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 7.5.4千兆以太網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制7.5.5千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用 7.6虛擬局域網(wǎng)（VLAN）和虛擬專用網(wǎng)(VPN) 7.6.1虛擬局域網(wǎng)（VLAN） 7.6.2虛擬專用網(wǎng)（VPN）本章最重要的內(nèi)容(1)網(wǎng)絡(luò)接口層概念(2)廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的根本區(qū)別(3)各種廣域網(wǎng)技術(shù)（X.25、ATM等）(4)千兆以太網(wǎng)技術(shù)7.1網(wǎng)絡(luò)接口層概述IP協(xié)議之下的網(wǎng)絡(luò)接口層，無(wú)論是廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)，都是由某種特定協(xié)議確定的有特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的、能夠獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)，可被看做是將終端系統(tǒng)連接到一起的云狀結(jié)構(gòu)對(duì)于局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)，云狀結(jié)構(gòu)里面可能是一根總線或者一個(gè)環(huán)；對(duì)廣域網(wǎng)來(lái)說(shuō)，云狀結(jié)構(gòu)里面是由很多交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的某種通信子網(wǎng)。

7.1.1廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)早期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)術(shù)語(yǔ)中，局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，主要是地理范圍。嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)，劃分廣域網(wǎng)技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)的最基本的標(biāo)準(zhǔn)是“是否一跳可達(dá)”。7.1.2廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的

基本特性通信方式帶寬時(shí)延差錯(cuò)率廣播能力和組播能力地理區(qū)域站點(diǎn)數(shù)量各站點(diǎn)之間的對(duì)等性私有網(wǎng)絡(luò)和公用通信網(wǎng)7.1.3INTERNET中不同網(wǎng)絡(luò)邊界的確定標(biāo)準(zhǔn) 一般而言，可以通過(guò)傳輸介質(zhì)、協(xié)議、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及私網(wǎng)和公網(wǎng)間的邊界點(diǎn)這四種網(wǎng)絡(luò)特性來(lái)確定異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的類型。7.1.4廣域網(wǎng)概述無(wú)論從計(jì)算機(jī)網(wǎng)的角度，還是從通信網(wǎng)的角度，都是先出現(xiàn)廣域網(wǎng)技術(shù)，后出現(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)。基本的廣域網(wǎng)，可以認(rèn)為就是基于不同技術(shù)的公共通信網(wǎng)（包括電路交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)），如PSTN、X.25、ATM等。7.1.5局域網(wǎng)概述早期的局域網(wǎng)的主流技術(shù)，主要有DEC、INTEL、XEROX公司的以太網(wǎng)和IBM公司的令牌網(wǎng)。后來(lái)由IEEE成立的802委員會(huì)統(tǒng)一了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。7.2X.25協(xié)議X.25協(xié)議是最早得到廣泛應(yīng)用的電信廣域網(wǎng)協(xié)議。1976年，X.25協(xié)議被CCITT（現(xiàn)ITU-T）采納，用于構(gòu)建PDN（國(guó)際公用電話數(shù)據(jù)網(wǎng)），后來(lái)被ISO修改后采納為它的面向連接網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，稱為ISO8208。早期的X.25網(wǎng)絡(luò)傳輸速率只有64Kbps，1992年，ITU-T更新了X.25標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率可達(dá)2.048Mbps。7.2.1X.25網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成物理層鏈路層分組層X(jué).25分組交換網(wǎng)設(shè)備構(gòu)成DTEDCEPADX.25協(xié)議集的其他協(xié)議（1）X.3協(xié)議：規(guī)定PAD是如何轉(zhuǎn)換要發(fā)送的X.25格式的分組等；（2）X.20協(xié)議：定義了DTE和DCE之間的起始和終止傳輸；（3）X.28協(xié)議：說(shuō)明了DTE和PAD之間的接口；（4）X.29協(xié)議：說(shuō)明了控制信息是如何在DTE和PAD之間發(fā)送的，以及控制信息發(fā)送的格式是怎樣的；（5）X.75協(xié)議：也稱為網(wǎng)關(guān)協(xié)議，定義了如何將X.25連接到其他分組交換網(wǎng)絡(luò)上，如幀中繼等。（6）X.121協(xié)議：通用編址協(xié)議7.2.2X.25的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）格式X.25鏈路層的幀結(jié)構(gòu)

X.25分組層的分組結(jié)構(gòu)7.2.3X.25SVC工作方式的數(shù)據(jù)通信過(guò)程7.2.3X.25SVC工作方式的數(shù)據(jù)通信過(guò)程（續(xù)）呼叫建立數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)呼叫釋放7.2.4X.25基于數(shù)據(jù)報(bào)方式的數(shù)據(jù)通信在基于數(shù)據(jù)報(bào)建立X.25接口的策略中，沒(méi)有QOS保證。該種方式建立的網(wǎng)絡(luò)能夠處理更多的會(huì)話，因?yàn)樗梢怨蚕砭彌_區(qū)和帶寬等資源。7.3ATM技術(shù)異步傳輸模式(ATM)最早是隨著寬帶ISDN(B-ISDN)的發(fā)展而建立起來(lái)的一種快速分組交換網(wǎng)。主要的優(yōu)點(diǎn)包括采用定長(zhǎng)的短分組（稱為ATM信元）、異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)的使用以及良好的伸縮性。7.3.1ATM概述ATM是一個(gè)用于數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻以及多媒體應(yīng)用程序的高速網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，運(yùn)用ATM技術(shù)，可以構(gòu)建ATM廣域網(wǎng)或ATM局域網(wǎng)。ATM最初是與B-ISDN一起開(kāi)發(fā)的，稱為異步時(shí)分多路復(fù)用(ATDM)。幾年以后，ITU-T選擇此技術(shù)作為B-ISDN的首選傳輸方法，并將其重新命名為異步傳輸模式(ATM)。7.3.2ATM的層次結(jié)構(gòu)物理層ATM層ATM適配層ATM服務(wù)與應(yīng)用層7.3.3ATM的信元結(jié)構(gòu)ATM的分組稱為信元（CELL）,長(zhǎng)度固定為53字節(jié)。其中5字節(jié)信元頭，其余48字節(jié)有效載荷。7.3.3ATM的信元結(jié)構(gòu)（續(xù)）一般流量控制(GFC)/VPI虛路徑標(biāo)識(shí)符(VPI)虛電路標(biāo)識(shí)符(VCI)有效載荷類型指示符(PTI)信元丟失優(yōu)先級(jí)(CLP)報(bào)頭CRC校驗(yàn)字段（HEC）7.3.4虛路徑（VP）與虛電路（VC）ATM的虛電路的建立過(guò)程在概念上與X.25類似，在每個(gè)交換機(jī)上建立呼叫映射數(shù)據(jù)庫(kù)，指定該虛電路所對(duì)應(yīng)的端口，以及對(duì)外連接的標(biāo)識(shí)符。ATM信元頭部的連接標(biāo)識(shí)符連接標(biāo)識(shí)符分為兩個(gè)部分：VPI（虛路徑標(biāo)識(shí)）和VCI（虛電路標(biāo)識(shí)）。VCI為16位。VPI為12位。端節(jié)點(diǎn)與交換機(jī)之間的連接與兩個(gè)交換機(jī)之間的連接的標(biāo)識(shí)符不同。端節(jié)點(diǎn)只需要VCI字段就夠了。VP與VC的區(qū)別在云圖內(nèi)的交換是普通的VP交換，CI就是12位的VPI；在云圖外的交換是普通的VC交換，CI是由VPI和VCI共同組成的28位的字段；位于邊緣位置的交換機(jī)做VC交換，CI為由VPI和VCI共同組成的28位的字段。但是面向云圖內(nèi)部的“端口”由實(shí)際的物理端口號(hào)和VPI共同定義，為了使輸出CI的VPI端口等于輸出VPI,需要先選定輸出CI。由連接標(biāo)識(shí)所區(qū)分的兩種ATM網(wǎng)絡(luò)類型一種是屬于用戶的，稱為消費(fèi)者（customer）ATM網(wǎng)絡(luò)，一般根據(jù)28位的VPI+VCI進(jìn)行路由判斷。另一種是起骨干網(wǎng)作用的，稱為供應(yīng)者（provide）ATM網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)VPI進(jìn)行路由判斷。在邊界上，連接這兩種網(wǎng)絡(luò)類型的交換機(jī)需要根據(jù)28位的CI來(lái)判斷，實(shí)際上也就是28位的VPI+VCI。7.3.5ATM的工作方式和傳輸特征ATM交換機(jī)接收一個(gè)進(jìn)入的信元并決定如何選擇該信元的路由，使它到達(dá)一個(gè)指定的本地ATM交換機(jī)接口以便該信元能夠到達(dá)目的地。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同，信元可能進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)ATM交換機(jī)，直到它到達(dá)它的路由上的最后一個(gè)交換機(jī)，并且對(duì)于到達(dá)接收結(jié)點(diǎn)的剩余路途，該信元被轉(zhuǎn)換到一個(gè)包中。ATM虛電路的三種類型永久虛電路(PVC)交換型虛電路(SVC)靈活永久虛擬電路(SPVC)ATM的傳輸特征ATM是一個(gè)邏輯定向連接的技術(shù)，因?yàn)锳TM信元是由一個(gè)特定的虛電路進(jìn)行標(biāo)識(shí)的，而且只通過(guò)該虛電路進(jìn)行傳輸。ATM交換機(jī)上輸入端口的信元可以很容易地被引導(dǎo)到適當(dāng)?shù)妮敵龆丝谏?。各個(gè)連接被劃分成組，共享一個(gè)共同的虛擬路徑，每一個(gè)連接只要求一個(gè)管理設(shè)備的集合，而不是每一個(gè)連接有一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備。7.4局域網(wǎng)基礎(chǔ)與IEEE802標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的最本質(zhì)區(qū)別在于局域網(wǎng)是廣播式通信，所有站點(diǎn)之間邏輯上有相鄰關(guān)系，一跳可達(dá)；而廣域網(wǎng)是點(diǎn)到點(diǎn)通信?；緩V域網(wǎng)中，除非連接在同一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)上的端系統(tǒng)之間是一跳可達(dá)外，一般情況下，信息必須經(jīng)過(guò)多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)，才能到達(dá)目的站點(diǎn)。7.4.1廣播式通信與共享媒體的媒體訪問(wèn)方法局域網(wǎng)上的所有站點(diǎn)，由于采用廣播式通信方法，都通過(guò)共享媒體互連并相互通信。任何時(shí)刻只能由一對(duì)站點(diǎn)通過(guò)共享媒體實(shí)現(xiàn)通信。各站點(diǎn)對(duì)共享媒體的訪問(wèn)就成為局域網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)核心問(wèn)題。在這個(gè)問(wèn)題上的處理方法不同，就產(chǎn)生了不同的局域網(wǎng)技術(shù)。廣域網(wǎng)的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與多點(diǎn)鏈路（1）點(diǎn)到點(diǎn)鏈路廣域網(wǎng)的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與多點(diǎn)鏈路（2）多點(diǎn)鏈路局域網(wǎng)的廣播鏈路采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：總線、星型、樹(shù)、環(huán)。局域網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制（MAC）方法（1）在局域網(wǎng)中，所有站共享一條公共鏈路和傳輸媒體，與物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。當(dāng)多個(gè)站同時(shí)使用廣播鏈路時(shí)便會(huì)發(fā)生沖突。因此，媒體訪問(wèn)控制是非常重要的。常用的方法有：ALOHA方法、CSMA(載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn))、令牌傳遞、分槽環(huán)及寄存器插入等。局域網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制（MAC）方法（2）ALOHA方法：需要兩個(gè)傳輸媒體(或無(wú)線頻率)，一個(gè)用于固定長(zhǎng)度幀的廣播，而另一個(gè)則用于確認(rèn)幀的傳輸。載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA)：每個(gè)站在發(fā)送一幀前先監(jiān)聽(tīng)媒體(載波偵聽(tīng))。如果站偵聽(tīng)到媒體空閑，便立即發(fā)送。如果媒體正忙，則站根據(jù)所用的CSMA協(xié)議可作不同的處理。局域網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制（MAC）方法（3）令牌傳遞：一個(gè)稱為令牌的控制幀沿著邏輯環(huán)，從上一站傳遞到下一站。令牌控制著訪問(wèn)媒體的權(quán)利。分槽環(huán)寄存器插入7.4.2局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)－IEEE802參考模型7.4.3常見(jiàn)的局域網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介IEEE802．3（以太網(wǎng)）IEEE802.3的媒體訪問(wèn)控制協(xié)議基于帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA/CD)方法。（1）媒體訪問(wèn)方法（MAC）（2）傳輸媒體(3)最大有效載荷IEEE802.4(令牌總線網(wǎng))令牌總線上的站共享同一傳輸媒體。每個(gè)站在虛擬環(huán)中擁有一個(gè)邏輯位置?？刂茙糜诠蚕韨鬏斆襟w的訪問(wèn)協(xié)調(diào)。IEEE802.4維護(hù)和控制邏輯環(huán)的媒體訪問(wèn)方法需要具備基本操作、站故障恢復(fù)、增加站、刪除站、令牌丟失恢復(fù)、環(huán)初始化和數(shù)據(jù)幀優(yōu)先等功能。（1）基本操作（2）傳輸媒體（3）最大有效載荷IEEE802.11(無(wú)線局域網(wǎng)，WLAN)IEEE802.11無(wú)線LAN定義了局域范圍內(nèi)便攜式和移動(dòng)式站的連通性。便攜式(portable)站可移動(dòng)到不同地點(diǎn)，但僅當(dāng)靜止時(shí)才能使用；而移動(dòng)式(mobile)站可在移動(dòng)中使用。無(wú)線局域網(wǎng)的拓?fù)錈o(wú)線LAN站點(diǎn)提供的服務(wù)功能無(wú)線LAN中的所有站都具備提供下列服務(wù)的功能：關(guān)聯(lián)服務(wù)、去關(guān)聯(lián)服務(wù)、鑒別服務(wù)、私有服務(wù)；AP站（接入點(diǎn)）額外提供的服務(wù)：分布服務(wù)、綜合服務(wù)、再關(guān)聯(lián)服務(wù)；7.5千兆以太網(wǎng)（IEEE802.3z）局域網(wǎng)技術(shù)從上世紀(jì)70年代初出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了30余年的時(shí)間。在IEEE802標(biāo)準(zhǔn)中有兩類曾經(jīng)是主流的局域網(wǎng)技術(shù)：以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)。但局域網(wǎng)發(fā)展至今，幾乎成了以太網(wǎng)的一統(tǒng)天下。本節(jié)將介紹目前園區(qū)網(wǎng)中廣泛使用的千兆以太網(wǎng)（高速以太網(wǎng)）技術(shù)。7.5.1以太網(wǎng)與令牌環(huán)網(wǎng)基本特征（1）優(yōu)先權(quán)訪問(wèn)，使某些設(shè)備可得到更好或更可靠的服務(wù)；（2）自動(dòng)偵聽(tīng)某些類別的物理線路或接口故障，采用內(nèi)置的管理機(jī)制報(bào)告錯(cuò)誤；（3）支持長(zhǎng)幀；（4）低級(jí)確認(rèn)機(jī)制，使接收者可以向發(fā)送者報(bào)告幀成功到達(dá)的信息。以太網(wǎng)具有特別簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)以太網(wǎng)沒(méi)有優(yōu)先權(quán)控制意味著訪問(wèn)控制算法可以很簡(jiǎn)單以太網(wǎng)不需要中央控制站令牌環(huán)的算法比以太網(wǎng)更復(fù)雜7.5.2千兆以太網(wǎng)技術(shù)背景千兆以太網(wǎng)建立在以下技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上：（1）從共享的LAN介質(zhì)到專用介質(zhì)的轉(zhuǎn)變。（2）從共享的LAN帶寬到專用的帶寬（3）使用全雙工以太網(wǎng)連接（4）以太網(wǎng)流量控制（5）介質(zhì)無(wú)關(guān)的接口（6）自動(dòng)的連接配置7.5.3千兆以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)7.5.4千兆以太網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制（MAC）千兆以太網(wǎng)(與10Mbps和100Mbps以太網(wǎng)一樣)可以是半雙工的，也可以是全雙工的。當(dāng)以太網(wǎng)工作于全雙工模式時(shí)，不采用CSMA/CD，所有半雙工模式下的載波偵聽(tīng)的復(fù)雜處理、沖突檢測(cè)、載波擴(kuò)展、幀突發(fā)、后退范圍等都不存在了。千兆以太網(wǎng)的全雙工全雙工操作的條件（1）物理信道必須能夠互不干擾地進(jìn)行并發(fā)和雙向通信（2）在LAN段上只能有兩個(gè)設(shè)備（3）兩個(gè)設(shè)備的接口必須能夠支持并且已設(shè)置為全雙工模式7.5.5千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用千兆以太網(wǎng)主要應(yīng)用于LAN互連，以構(gòu)建不同規(guī)模的內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)。7.6虛擬局域網(wǎng)（VLAN）