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第3章 局域网基础知识,3.1 局域网概述3.2 局域网体系结构3.3 局域网技术3.4 共享介质局域网3.5 高速局域网3.6 交换局域网3.7网络操作系统3.8网络互连技术,1,3.1.1 局域网的概念,功能性定义：是一组台式计算机和其它设备，在物理地址上彼此相隔不远，以允许用户相互通信和共享诸如打印机和存储设备之类的计算资源的方式互连在一起的系统。技术性定义：由特定类型的传输媒体（如电缆、光缆和无线媒体）和网络适配器（又称为网卡）互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。,2,3.1.2 局域网的组成,3,3.1.2 局域网的组成,4,3.1.2 局域网的组成,5,3.1.2 局域网的组成,6,3.1.3 局域网的分类,按照网络的通信方式局域网可以分为3类专用服务器局域网客户机/服务器局域网对等局域网按照采用的介质访问控制方法可以分为共享介质局域网和交换式局域网两种。,7,3.2.1 局域网参考模型,8,3.2.1 局域网参考模型,9,3.2.1 局域网参考模型,10,3.2.2 IEEE802标准,11,3.3.1 局域网拓扑结构,12,3.3.1 局域网拓扑结构,13,3.3.1 局域网拓扑结构,14,3.3.1 局域网拓扑结构,15,3.3.1 局域网拓扑结构,16,3.3.1 局域网拓扑结构,17,3.3.1 局域网拓扑结构,18,3.3.1 局域网拓扑结构,19,3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法,1.载波监听总线，即先听后发 使用CSMA/CD方式时，总线上各结点都在监听总线，即检测总线上是否有别的结点发送数据。如果发现总线是空闲的，即没有检测到有信号正在传送，则可立即发送数据。如果监听到总线忙，即检测到总线上有数据正在传送，这时结点要持续等待直到监听到总线空闲时才能将数据发送出去，或等待一个随机时间，再重新监听总线，一直到总线空闲再发送数据。这也称作先听后发（LBT，Listen Before Talk）。,20,3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法,2.总线冲突检测，即边发边听 当两个或两个以上结点同时监听到总线空闲，开始发送数据时，就会发会碰撞，产生冲突。另外，传输延迟可能会使第一个结点发送的数据未到达目的结点，另一个要发送数据的结点就已监听到总线空闲，并开始发送数据，这也会导致冲突的产生。发生冲突时，两个传输的数据都会被破坏，产生碎片，使数据无法到达正确的目的结点。,21,3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法,为确保数据的正确传输，每一结点在发送数据时要边发送边检测冲突。这也称作边发边听（LWT，Listen While Talk）。当检测到总线上发生冲突时，就立即取消传输数据，随后发送一个短的干扰信号JAM（阻塞信号），以加强冲突信号，保证网络上所有结点都知道总线上已经发生了。在阻塞信号发送后，等待一个随机时间，然后再将要发送的数据发送一次。如果还有冲突发生，则重复监听、等待和重传的操作。下图显示了采用CSMA/CD方法的工作流程。,22,3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法,CSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为：先听后发、边听边发、冲突停发、随机重发。,23,3.3.2.2 令牌环访问控制,令牌环技术是1969年由IBM提出来的。它适用于环形网络，并已成为流行的环访问技术。这种介质访问技术的基础是令牌。令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。由于发送结点在获得发送权后就将令牌删除，在环路上不会再有令牌出现，其它结点也不可能再得到令牌，保证环路上某一时刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术不存在争用现象，它是一种典型的无争用型介质访问控制方式。令牌有“忙”和“闲”两种状态。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环路，单向逐结点传送传送顺序与结点在环路中的排列顺序相同。,24,3.3.2.2 令牌环访问控制,当某一个结点要发送数据时，它须等待空闲令牌的到来。它获得空令牌后，将令牌置“忙”，并以帧为单位发送数据。如果下一结点是目的结点，则将帧拷贝到接收缓冲区，在帧中标志出帧已被正确接收和复制，同时将帧送回环上，否则只是简单地将帧送回环上。帧绕行一周后到达源结点后，源结点回收已发送的帧，并将令牌置“闲”状态，再将令牌向下一个结点传送。下图给出了令牌环的基本工作过程。,25,3.3.2.2 令牌环访问控制,26,27,3.3.2.2 令牌环访问控制,3.3.2.2 令牌环访问控制,当令牌在环路上绕行时，可能会产生令牌的丢失，此时，应在环路中插入一个空令牌。令牌的丢失将降低环路的利用率，而令牌的重复也会破坏网络的正常运行，因此必须设置一个监控结点，以保证环路中只有一个令牌绕行。当令牌丢失，则插入一个空闲令牌。当令牌重复时，则删除多余的令牌。令牌环的主要优点在于其访问方式具有可调整性和确定性，且每个结点具有同等的介质访问权。同时，还提供优先权服务，具有很强的适用性。它的主要缺点是环维护复杂，实现较困难。,28,3.3.2.3 令牌总线访问控制,CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的随机竞争方式，有结构简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通讯负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延时增加，性能明显下降。令牌环在重负荷下利用率高，网络性能对传输距离不敏感。但令牌环网控制复杂，并存在可靠性保证等问题。令牌总线综合CSMA/CD与令牌环两种介质访问方式的优点的基础上而形成的一种介质访问控制方式。,29,令牌总线主要适用于总线形或树形网络。采用此种方式时，各结点共享的传输介质是总线形的，每一结点都有一个本站地址，并知道上一个结点地址和下一个结点地址，令牌传递规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌传递顺序与结点在总线上的物理位置无关。下图给出了正常的稳态操作时令牌总线的工作原理。,3.3.2.3 令牌总线访问控制,30,3.3.2.3 令牌总线访问控制,31,3.3.2.3 令牌总线访问控制,32,3.3.2.3 令牌总线访问控制,所谓正常的稳态操作，是指在网络已完成初始化之后，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入或撤出，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。与令牌环一致，只有获得令牌的结点才能发送数据。在正常工作时，当结点完成数据帧的发送后，将令牌传送给下一个结点。从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传给下一个结点的。而从物理上看，带有地址字段的令牌帧广播到总线上的所有结点，只有结点地址和令牌帧的目的地址相符的结点才有权获得令牌。,33,3.3.2.3 令牌总线访问控制,获得令牌的结点，如果有数据要发送，则可立即传送数据帧，完成发送后再将令牌传送给下一个结点；如果没有数据要发送，则应立即将令牌传送给下一个结点。由于总线上每一结点接收令牌的过程是按顺序依次进行的，因此所有结点都有访问权。为了使结点等待令牌的时间是确定的，需要限制每一结点发送数据帧的最大长度。,34,3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较,在共享介质访问控制方法中，CSMA/CD与Token Bus、Token Ring 应用广泛。从网络拓扑结构看，CSMA/CD与Token Bus都是针对总线拓扑的局域网设计的，而Token Ring是针对环型拓扑的局域网设计的。如果从介质访问控制方法性质的角度看，CSMA/CD属于随机介质访问控制方法，而Token Bus、Token Ring则属于确定型介质访问控制方法。与确定型介质访问控制方法比较，CSMA/CD方法有以下几个特点：,35,3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较,CSMA/CD介质访问控制方法算法简单，易于实现。目前有多种VLSI（超大规模集成电路，Very Large Scale Integration）可以实现CSMA/CD方法，这对降低Ethernet成本，扩大应用范围是非常有利的。CSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的随机竞争总线的方法，适用于办公自动化等对数据传输实时性要求不严格的应用环境。CSMA/CD在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟特性。但是，当网络通信负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延迟增加，因此CSMA/CD方法一般用于通信负荷较轻的应用环境中。,36,3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较,与随机型介质访问控制方法比较，确定型介质访问控制方法Token Bus、Token Ring有以下几个特点：Token Bus、Token Ring网中结点两次获得令牌之间的最大时间间隔是确定的，因而适用于对数据传输实时性要求较高的环境，如生产过程控制领域。Token Bus、Token Ring在网络通信负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因而适用于通信负荷较重的环境。Token Bus、Token Ring的不足之处在于它们有需要复杂的环维护功能，实现较困难。,37,3.3.3 局域网传输介质,局域网常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道。早期应用最多的是同轴电缆。但随着技术的发展，双绞线与光纤的应用发展十分迅速。尤其是双绞线，目前已能用于数据传输率为100Mbps、1Gbps的高速局域网中，因此引起了人们普遍的关注。在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线通信信道的趋势已经越来越明朗化。,38,3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable）同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料和网状的外屏蔽层，上面又覆盖一层保护性材料。单根同轴电缆的直径约为1.022.54cm。,39,同轴电缆可分为两种基本类型：基带同轴电缆它的屏蔽线是用铜做成的网状的，特征阻抗为50欧姆的电缆，传输速率可达10Mbit/s，用于数字传输，用于总线拓扑结构。基带同轴电缆又可分为：粗同轴电缆：适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高。细同轴电缆：安装则比较简单，造价低。,3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable）,40,宽带同轴电缆 它的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75欧姆电缆，用于模拟传输，有线电视采用的就是这种同轴电缆。另外：由于同轴电缆安装过程要切断电缆，两头需装上基本网络连接头，然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生接触不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一，所以将逐步被非屏蔽双绞线或光缆取代。,3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable）,41,3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）,双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆（也称双扭线电缆）。双绞线电缆主要用于星型拓扑结构。双绞线主要用来传输模拟声音信息，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。,42,双绞线可分为：屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹，以减小幅射，但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。,3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）,43,3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）,非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair）非屏蔽双绞线电缆的优点有：（1）无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间。（2）重量轻、易弯曲、易安装。（3）将串扰减至最小或加以消除。（4）具有阻燃性。（5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。双绞线电缆根据不同质量又可分为：（1）1 类：主要用于传输语音，不用于数据传输。（2）2 类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mbit/s的数据传输。,44,（3）3 类：传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbit/s的数据传输。（4）4 类：传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbit/s的数据传输。（5）5 类：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输频率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbit/s的数据传输。为了适应网络速度的不断提高，又出现了超5类和6类双绞线。局域网最常使用是5类非屏蔽的双绞线。,3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）,45,3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）,46,3.3.3.3 光纤,光纤是由一组光导纤维组成的，也简称为光缆。每根光导纤维由纤芯和保护层构成。纤芯的材质以玻璃或有机玻璃为主，用来传输光束，它的尺寸及纯度决定了光的传输质量。光纤是数据传输的最有效的传输介质，它的优点有：（1）频带较宽,速度快，超过1000Mbps。（2）抗干扰性好,不受电磁干扰，不易被窃听和截获数据。（3）衰减较小，损耗较低，中继器的间隔较大。,47,光纤主要分为：单模光纤（Single Mode Fiber）单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。多模光纤（Multi Mode Fiber）多模光纤是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。,3.3.3.3 光纤,48,49,3.3.3.3 光纤,50,3.3.3.3 光纤,3.3.3.4 无线介质 无线介质按频段分为：广播无线电波频率范围30MHz1GHz，它又分为甚高频（VHF）和超高频（UHF），传输方向是全方向的。波长较长，衰减相对较小。微波频率范围2GHz40GHz，无线局域网常采用的传输介质。红外线频率范围31011Hz21014Hz（300GHz 2000GHz）,51,3.3.3.4 无线介质（1）微波通信微波是频率在2GHz-40GHz的信号，波长为3M3CM微波在空间是直线传输长途通信时必须建立多个中继站主要特点：频率高，频率范围宽，信道容量大受工业干扰和雷电干扰小直线传播，没有绕射功能，中间不能有障碍物隐蔽性和保密性差,52,3.3.3.4 无线介质（2）红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的方向性，而且能够穿透墙体或其他一些部件，难以窃听、插入数据和进行干扰，但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。,53,3.3.3.4 无线介质（3）卫星通信卫星通信是微波通信的一种。它是利用人造地球卫星作为中继站，来转发无线电波进行的两个或多个地球站之间的通信。具有通信容量大、覆盖面积广、传输损伤小、抗干扰能力强等优点。特点：覆盖面积大通信容量更大信号所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠。缺点是：传播时延较长目前，无线介质的数据传输速率为12Mbit/s，若采用特殊技术可达到10Mbit/s；传输距离在室内为200米，室外为几十千米。,54,3.4.1 Ethernet以太网,Xerox公司于1972年开始Ethernet实验网的研究,在1979年宣布了Ethernet产品；1980年，Xerox、DEC与Intel联合宣布Ethernet V2.0规范；90年代，10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高；目前，交换式Ethernet与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。,55,3.4.1 Ethernet以太网,Ethernet以太网应用非常普遍，有三种标准：细缆网：10BASE2粗缆网：10BASE5双绞线网：10BASET，100BASETX(4)光缆以太网 10BASEFL 网络符号含义：10表示传输速率为10MBit/s。BASE表示基带传送。T表示传输介质为双绞线。F表示光缆。,56,3.4.1 Ethernet以太网,57,3.4.1 Ethernet以太网,58,3.4.1 Ethernet以太网,59,10Base-T 以 太 网 适 用 于 基 带 局 域 网(LAN)的 以 太 网 标 准，采 用 双 绞 线 缆，在 星 形 拓 扑 结 构 中 速 度 为 每 秒10 兆 比 特。所 有 节 点 都 接 至 称 为 多 端 口 转 发 器 的 中 央 集 线 器 中。,3.4.1 Ethernet以太网,60,3.4.1 Ethernet以太网,61,3.4.1 Ethernet以太网,Ethernet的主要技术规范如下。1.拓扑结构：总线型或星型。2介质访问控制方式：CSMA/CD。3传输速率：10Mbps。4传输介质：同轴电缆(50欧姆基带传输)或双绞线。5网卡接口：细缆BNC接口、粗缆AUI接口、双绞线RJ45接口。6网段最大个数：5段4个中继器或Hub级连个=4。7最大工作站数：1024个。,62,3.4.2 令牌环网,令牌环网(Token Ring)在1980年由IBM公司推出，该产品占据了一定的市场，至今Novell公司在组建环网的配置上只支持IBM的Token Ring及其兼容产品。虽然令牌环网比以太网和ARCnet网花费大，但它在传输效率、实时性、地理范围等网络性能上都优于采用CSMS/CD介质访问控制方式的以太网。令牌环网(Token Ring)的主要技术规范如下。,63,3.4.2 令牌环网,1拓扑结构：环型。2介质访问控制方式：IEEE802.5 Token Ring。3传输速率：4-16Mbps(与网卡相关)。4传输介质：STP双绞线、UTP双绞线、光纤。5网卡接口：9针电缆插座DB9(连接STP)、RJ45接口(连接UTP)。6最大工作站数：使用STP可连接2-260台设备，使用UTP可连接2-72台设备。令牌环网的双环拓扑结构主要由2个通信介质环组成，能防止一个站点或一段光纤损坏造成全网瘫痪，提高了网络可靠性。,64,3.4.3 ARCnet网,ARCnet是Datapoint公司1977年开发成功的一种局域网,目前仍具有较大的使用范围,并作为Netware LAN的敷缆系统.ARCnet使用RG-62同轴电缆,而这种电缆刚好与IBM3270终端和IBM主机相连的电缆相同,所以这种网络在大量IBM机的使用基地得到广泛应用。ARCnet现在也可使用双绞线和光纤。新型的ARCnet plus速率已从原来的2.5Mb/s增加到100Mb/s(使用光纤时)，这种网络使用的媒体访问法为令牌总线。,65,3.5.1 高速局域网基本概念,1.传统的共享介质局域网主要有Ethernet、Token Bus和Token Ring三类，而目前应用最广泛的是Ethernet。在过去20多年里，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络传输速率只提高了几千倍。随着局域网规模的不断增大，网络通讯量进一步增加，局域网的带宽与性能已不能适应用户的需求。,66,3.5.1 高速局域网基本概念,2.高速局域网是保持传统的局域网体系结构与介质控制方法不变，设法提高局域网的传输速度。例如快速以太网（Fast Ethernet）在保留传统的10Mbps速率Ethernet所有特征的基础上，把Ethernet每比特发送时间由100ns降低到10ns，从而成为100 Mbps的Fast Ethernet。近年来，每比特发送时间降低到1ns，千兆位以太网（Gigabit Ethernet）、万兆以太网也已问世。3.一般，我们把传输速率大于等于100Mbps的网络视作高速局域网。,67,3.5.2 100Mbps以太网,10 Mbps以太网组网方式10Base-5通常称为粗缆以太网。目前由于高速交换以太网技术的广泛应用，在新建的局域网中，10Base-5很少被采用。10Base-2通常称为细缆以太网。10Base-2使用50细同轴电缆，它的建网费用比10Base-5低。目前10Base-2已很少被使用。,68,3.5.2 100Mbps以太网,10Base-T是使用无屏蔽双绞线来连接的以太网，使用2对3类以上无屏蔽双绞线，一对用于发送信号，另一对用于接收信号。为了改善信号的传输特性和信道的抗干扰能力，每一对线必须绞在一起。双绞线以太网系统具有技术简单、价格低廉、可靠性高、易实现综合布线和易于管理、维护、升级等优点。因此比10Base-5和10Base-2技术有更大的优势，也是目前还在应用的10M局域网技术。10Base-F是10 Mbps光纤以太网，它使用多模光纤作为传输介质，在介质上传输的是光信号而不是电信号。因此10Base-F具有传输距离长、安全可靠、可避免电击等优点。由于光纤介质适宜相距较远的站点，所以10Base-F常用于建筑物之间的连接，它能够构建园区主干网。目前10Base-F较少被采用，代替它的是更高速率的光纤以太网。,69,3.5.2 100Mbps以太网,快速以太网的体系结构 快速以太网的传输速率比普通以太网快10倍，数据传输速率达到了100Mbps。快速以太网保留了传统以太网的所有特性，包括相同的数据帧格式、介质访问控制方式和组网方法，只是将每个比特的发送时间由100ns降低到10ns1995年9月，IEEE802委员会正式批准了快速以太网标准IEEE802.3u。IEEE802.3u标准在LLC子层使用IEEE802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层作了一些必要的调整，定义了新的物理层标准（100BASE-T）。,70,3.5.2 100Mbps以太网,100BASE-T标准定义了介质专用接口（MII，Media Independent Interface），它将MAC子层和物理层分开。使得物理层在实现100Mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。100BASE-T可以支持多种传输介质，目前制定了三种有关传输介质的标准：100BASE-TX、100BASE-T4、100BASE-FX。100BASE-T的结构如图所示：,71,快速以太网三种物理层标准,3.5.2 100Mbps以太网,72,3.5.2 100Mbps以太网,2.快速以太网的组网方式（1）100BASE-TX 100BASE-TX是5类无屏蔽双绞线方案，它是真正由10Base-T派生出来的。100BASE-TX类似于10Base-T，但它使用的是两对无屏蔽双绞线（UTP）或150屏蔽双绞线（STP）。100BASE-TX是目前使用最广泛的快速以太网介质标准。100BASE-TX使用的2对双绞线中，一对用于发送数据，另一对用于接收数据。由于发送和接收都有独立的通道，所以100BASE-TX支持全双工操作。,73,3.5.2 100Mbps以太网,（2）100BASE-FX100BASE-FX是光纤介质快速以太网标准，它采用与100BASE-TX相同的数据链路层和物理层标准协议。它支持全双工通信方式，传输速率可达200Mbps。100BASE-FX的硬件系统包括单模或多模光纤及其介质连接部件、集线器、网卡等部件。用多模光纤时，当站点与站点不经HUB而直接连接，且工作在半双工方式时，两点之间的最大传输距离仅有412m；当站点与HUB连接，且工作在全双工方式时，站点与HUB之间的最大传输距离为2km。若使用单模光纤作为媒体，在全双工的情况下，最大传输距离可达10km。,74,3.5.2 100Mbps以太网,（3）100BASE-T4 100BASE-T4是3类无屏蔽双绞线方案，该方案使用4对3类（或4类、5类）无屏蔽双绞线介质。它能够在3类UTP线上提供100Mbps的传输速率。双绞线段的最大长度为100m。目前这种技术没有得到广泛的应用。100BASE-T4的硬件系统与组网规则与100BASE-TX相同。,75,3.5.3 1000Mbps以太网,千兆以太网的体系结构 千兆以太网的传输速率比快速以太网快10倍，数据传输率达到1000Mbps。千兆以太网保留着传统的10Mbps速率以太网的所有特征（相同的数据帧格式、相同的介质访问控制方式、相同的组网方法），只是将传统以太网每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。,76,3.5.3 1000Mbps以太网,IEEE802.3z标准在LLC子层使用IEEE802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法。只是在物理层作了一些必要的调整，它定义了新的物理层标准（1000BASE-T）。1000BASE-T标准定义了千兆介质专用接口（GMII,Gigabit Media Independent Interface），它将MAC子层与物理层分开。这样，物理层在实现1000Mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。,77,3.5.3 1000Mbps以太网,2.千兆以太网的组网方式 1998年IEEE802.3z工作组完成了IEEE802.3z标准。IEEE802.3z千兆以太网标准定义了三种介质系统，其中两种是光纤介质标准，包括1000Base-SX和1000Base-LX；另一种是铜线介质标准，称为1000Base-CX。1000Base-X是1000Base-SX,1000Base-LX和1000Base-CX的总称，都是基于8B/10B编码方案的千兆以太网。,78,千兆位以太网物理层接口标准,3.5.3 1000Mbps以太网,79,3.5.3 1000Mbps以太网,1000Base-SX是一种在收发器上使用短波激光作为信号源的媒体技术。这种收发器上配置了激光波长为770860nm（一般为800nm）的光纤激光传输器，不支持单模光纤，仅支持62.5m和50m两种多模光纤。对于62.5m多模光纤，全双工模式下最大传输距离为275m，对于50m多模光纤，全双工模式下最大传输距离为550m。1000Base-SX标准规定连接光缆所使用的连接器是SC标准光纤连接器。,80,3.5.3 1000Mbps以太网,1000Base-LX是一种在收发器上使用长波激光作为信号源的媒体技术。这种收发器上配置了激光波长为12701355nm（一般为1300nm）的光纤激光传输器，它可以驱动多模光纤和单模光纤。使用的光纤规格为62.5m和50m的多模光纤，9m的单模光纤。对于多模光纤，在全双工模式下，最长的传输距离为550m；对于单模光纤，在全双工模式下，最长的传输距离可达5km。连接光缆所使用的是SC标准光纤连接器。,81,3.5.3 1000Mbps以太网,1000Base-CX是使用铜缆的两种千兆以太网技术之一。1000Base-CX的媒体是一种短距离屏蔽铜缆，最长距离达25m，这种屏蔽电缆是一种特殊规格高质量的TW型带屏蔽的铜缆。连接这种电缆的端口上配置9针的D型连接器。1000Base-CX的短距离铜缆适用于交换机间的短距离连接，特别适用于千兆主干交换机与主服务器的短距离连接。,82,3.5.4 万兆以太网,万兆以太网是一种数据传输速率高达10Gbps、通信距离可延伸到40km的以太网。它是在以太网的基础上发展起来的，因此，万兆以太网和千兆以太网一样，在本质上仍是以太网，只是在速度和距离方面有了显著的提高。万兆以太网继续使用IEEE802.3以太网协议，以及IEEE802.3的帧格式和帧大小。但由于万兆以太网是一种只适用于全双工通信方式，并且只能使用光纤介质的技术，所以它不需使用带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD。,83,3.5.4 万兆以太网,1.万兆以太网体系结构 10Gbps以太网的OSI 和IEEE 802层次结构仍与传统以太网相同，即OSI层次结构包括了数据链路层的一部分和物理层的全部，IEEE 802层次结构包括MAC子层和物理层，但各层所具有的功能与传统以太网相比差别较大，特别是物理层更具有明显的特点。10Gbps以太网体系结构如图所示。,84,3.5.4 万兆以太网,85,3.5.4 万兆以太网,2.万兆以太网的技术特点万兆以太网有以下技术特性：仅工作在全双工通信方式，不再使用IEEE 802.3的CSMA/CD介质访问控制协议。只支持光纤介质。仍采用IEEE 802.3协议、以太网的帧格式和帧大小。采用8B/10B编码方案。万兆以太网的物理层，有两个标准，局域网标准和广域网标准。传输距离为40km。采用XAUI接口标准。,86,3.5.5 光纤分布式数据接口,1.FDDI的拓扑结构 使用双环结构的令牌传递系统。FDDI网络的网络信息流量由类似的两条流组成，两条流以相反的方向绕着两个互逆环流动。其中一个环叫主环（primary ring）,逆时针发送，另一个环叫从环（secondary ring），顺时针发送。如图所示。,87,3.5.5 光纤分布式数据接口,FDDI双环结构 故障时双环连成单环,88,3.5.5 光纤分布式数据接口,网络数据信号通常只在主环上流动，如果环失败，FDDI自动重新配置网络，数据可以沿反方向流到从环上去。双环拓扑结构的优点之一是冗余，一个环用于传送，另一环用于备份。如果出现问题，其中主环断路，从环替代。若两者同时在一点断路，例如起火或电缆管道故障，两个环可连成单一的环，如图所示，长度为原来的两倍。,89,3.5.5 光纤分布式数据接口,1.FDDI的拓扑结构 光纤分布式数据接口（FDDIFiber Distributed Data Interface）是一个应用光 纤介质传输数据的高性能令牌环局域网。它的传输速率为100Mbps，网络覆盖的最大距离可达200km，最多可连接1000个站点。FDDI的独到之处是双环结构，它用4束光纤芯组成两个环。,90,3.5.5 光纤分布式数据接口,2.FDDI的工作原理FDDI采用令牌传递的方法，实现对介质的访问控制。这一点与令牌环类似。不同的是，在令牌环中，数据帧在环路上绕行一周回到发送站点后，发送结点才释放令牌，在此期间，环路上的其他结点无法获得令牌，不能发送数据。所以，在令牌环望中，环路上只有一个数据帧在流动。在FDDI 中，发送数据的站点在截获令牌后，可以发送一个或多个数据帧，当数据发送完毕，或规定时间用完，则立即释放令牌，而不管发出的数据帧是否绕型一周回到发送站点。这样，在数据帧还没有回到发送它的站点且被清除之前，其他站点有可能截获令牌。并且发送数据帧。所以，在FDDI的环路中可能同时有多个站点发出的数据帧在流动，这就提高了信道的利用率，增加了系统的吞吐量。,91,3.5.5 光纤分布式数据接口,在正常情况下FDDI中主要存在以下一些操作，传递令牌。在没有数据传送时，令牌一直在环路中绕行；每个站点如果没有数据要发送，就转发令牌。发送数据。如果某个站点需要发送数据，当令牌传到该站点时，不再转发令牌，而是发送数据。可以一次发送多个数据帧。当数据发送完毕或到时，则停止发送，并立即释放令牌。转发数据帧。每个站点监听经过的数据帧，如果不属于自己，就转发出去。接收数据帧。当站点发现经过的数据帧属于自己，就复制下来，然后转发出去。清除数据帧。发送站点与其他站点一样，随时监听经过的帧，发现是自己发出的帧就停止转发。,92,3.5.5 光纤分布式数据接口,3.FDDI的特点 FDDI作为高速局域网介质访问控制标准，与IEEE802.5标准相似，有如下特点。用基于IEEE802.5的单令牌的环网介质访问控制 MAC协议使用IEEE802.2LLC协议，与符合IEEE802 标准的局域网兼容 数据传输速率为100Mbps，联网结点数不多于1000，环路长度为100km可以使用双环结构，具有容错能力可以使用多模或单模光纤具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输,93,3.5.5 光纤分布式数据接口,4.FDDI的应用环境计算机机房网（后端网络），用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速度与系统容错要求较高的环境。办公室或建筑物群的主干网（前端网络），用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设。校园网的主干网，用于连接分布在校园中各个建筑物中的小型机、服务器、工作站和个人计算机，以及多个局域网。多校园的主干网，用于连接地理位置相距几公里的多个校园网、企业网，成为一个区域性的互连多个校园网、企业网的主干网。,94,95,3.5.6 异步传输模式,1.ATM的基本概念 ATM 是一种高速分组交换技术。分组交换的基本数据传输单元是分组，而ATM的基本数据传输单元是信元。信元有一个5字节的信元头（header）与一个48字节的用户数据，其结构如图。,96,异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode,ATM）从本质上看，是一种分组交换技术。它把数字、语音、图像等所有的数字信息分解为长度固定的信元（Cell），每个信元长度为53 bytes，为高速交换信息提供了有利条件。伴随着ATM技术的日趋成熟和标准化，在网络建设中采用ATM技术的也越来越多。ATM比较适合于高速传输声音、图像、视频等多媒体数据。国内有许多学校的校园网采用155 Mbps ATM，也有少数大学已采用622 Mbps ATM作为校园网络主干。,3.5.6 异步传输模式,97,3.5.6 异步传输模式,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。与之不同的是，其信元传输所占用的时隙并不固定，这就是所谓的统计时分复用2.ATM的工作原理 物理链路（physical link）是连接ATM交换机ATM交换机，ATM交换机ATM主机的物理线路。每条物理链路可以包括一条或多条虚通路VP（VP，Virtual Path），每条虚通路VP又可以包括一条或多条虚通道VC（VC，Virtual Channel）。,98,3.5.6 异步传输模式,ATM网的虚连接可以分为两级：虚通路连接（VPC，Virtual Path Connection）与虚通道连接（VCC，Virtual Channel Connection）。在虚通路一级，两个ATM端用户间建立的连接被称为虚通路连接，而两个ATM设备间的链路被称为虚通路链路（VPL，Virtual Path Link）。那么，一条虚通路连接是由多段虚通路链路组成的。每一段虚通路链路VPL都是由虚通路标识符（VPI，Virtual Path Identifier）标识的。每条物理链路中的VPI值是唯一的。在虚通道一级，两个ATM端用户间建立的连接被称为虚通道连接，而两个ATM设备间的链路被称为虚通道链路（VCL，Virtual Channel Link）。虚通道连接VCC是由多条虚通道链路VCL组成的。每一条虚通道链路VCL都是由虚通道标识符（VCI，Virtual Channel Identifier）标识的。,99,3.5.6 异步传输模式,3.ATM局域网 ATM局域网有以下几种类型：作为连接到ATM广域网的网关。ATM交换机的作用好比 路由器和集线器，把LAN连接到ATM广域网。主干ATM交换机。可以是互连其他局域网的单个ATM交换机或者ATM交换机局域网。工作组ATM。把高性能的多媒体工作站及其端系统直接连到ATM交换机。一个ATM局域网可能是以上几种类型的组合。,100,3.5.6 异步传输模式,4.ATM LAN仿真 ATM仿真的目的是使传统局域网站点能通过ATM网实现互操作。通过允许传统局域网上的站点不需改变网络软件和应用软件就能通过ATM主干网传送数据，使传统LAN和ATM LAN实现共存。,101,3.5.7 虚拟局域网,虚拟网技术是OSI第二层的技术，该技术的实质是将连接到交换机上的用户进行逻辑分组每个逻辑分组相当于一个独立的网段。这里的网段仅仅是逻辑网段的概念，而不是真正的物理网段。每个VLAN等效于一个广播域，广播信息仅发送到同一个VLAN的所有端口，虚拟网之间可隔离广播信息。与使用路由器分割一个网段