《局域网与城域网技术》chap.3高速以太网(ppt 60页)

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宽带城域网的定义：
• 宽带城域网是以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP 协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数 据、图像、多媒体视频、IP电话、IP电视、IP接入和 各种增值业务；
• 与广域计算机网络、广播电视网、电话交换网互联互 通的本地综合业务网络，以满足语音、数据、图像、 多媒体应用的需求；
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广域网研究的重点是宽带核心交换技术。
• 早期的广域网主要用于大型计算机系统的 互联。
• 互联网中广域网更多地是作为覆盖地区、 国家、洲际地理区域的核心交换平台。
• 广域网研究的重点是宽带核心交换技术。
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2.1.2 广域网技术的发展趋势
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光以太网的主要特征
• 根据终端用户的实际应用需求分配带宽，保证 带宽资源充分、合理应用；
• 用户访问网络资源必须经过认证和授权，确保 用户对网络资源安全的使用；

物理链路、虚通路与虚通道的关系
物理链路（Physical Link） 虚通路（VP，Virtual Path） 虚通道（VC，Virtual Channel）
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支持远程教学的ATM网
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3.2 局域网的技术特点
局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、 校园等有限范围内的计算机连网的需求； 局域网提供高数据传输速率（10～100Mbps）、低误 码率的数据传输环境，数据传输速率高达1Gbps的高 速局域网正在发展中； 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介 质与介质访问控制方法； 从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分为共享 介质式局域网与交换式局域网两类。
3.4.2 环型拓扑结构 结点使用点-点线路连接，构成闭合的物理环型结构； 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； 多个结点共享一条环通路； 环建立、维护、结点的插入与撤出。
令牌环的工作原理
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® à ¼ µ A ® à ¼ µ E ® à ¼ µ B ® à ¼ µ E é Å À Ä Token Ring Token Ring ® à ¼ µ B
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ISDN
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子网掩码计算方法和实例演示
子网1
192.168.1.0 - 192.168.1.63
子网2
192.168.1.64 - 192.168.1.127
子网3
192.168.1.128 - 192.168.1.191
子网4
192.168.1.192 - 192.168.1.255
CIDR表示法及其应用场景
05
CATALOGUE
路由协议原理及其在局域网中应用探讨
静态路由配置步骤和注意事项
在路由器上配置静态路由 条目
确定目标网络和下一跳地 址或出口接口
配置步骤
01
03 02
静态路由配置步骤和注意事项
测试和验证路由配置 注意事项 确保网络拓扑清晰，避免路由环路
静态路由配置步骤和注意事项
合理规划子网掩码和下一跳地址 考虑网络的可扩展性和维护性
IP地址分类及私有地址范围
IP地址分类
A、B、C、D、E五类，其中A、 B、C类为常用IP地址，D类为组
播地址，E类为保留地址。
A类
10.0.0.0 - 10.255.255.255
B类
172.16.0.0 - 172.31.255.255
C类
192.168.0.0 192.168.255.255
发展历程
从早期的以太网（Ethernet）到现在的 高速局域网技术，如千兆以太网 （Gigabit Ethernet）和万兆以太网 （10 Gigabit Ethernet）。
局域网拓扑结构类型
星型拓扑
以中央节点为中心，其他节点通过点到点链路与中央节点相 连。优点是易于扩展和管理，缺点是中央节点故障会导致整 个网络瘫痪。

重复 1
1-坚持CSMA
当站点要发送信息时，只要信道空闲，就 立即发送，故信道利用率较高。 缺点：
两个或两个以上的站点有数据要发送， 冲突就不可避免。
P-坚持CSMA
1、假如总线空，则以P概率发送，而已 （1-P）概率延迟一个时间单位，时间单 位等于最大传播延迟。
2、假如总线忙，继续监听直至总线空，重 复1
局域网-拓扑结构
局域网－传输介质
同轴电缆、双绞线、光纤和无线介质。
局域网－传输介质
局域网
局域网协议
OSI
高层
网络层 数据链路层
物理层
IEEE 802
逻辑链路控制 LLC 媒体访问控制 MAC
物理层PHY
物理层
实现比特流的传输、信号、编码、介质、拓扑结构
LLC、MAC
为了使数据链路层功能中与硬件有关的部分和与硬 件无关的部分分开，使研制互连不同类型物理传输 接口数据设备的费用降低。
局域网协议
逻辑链路控制子层LLC：
建立和释放数据链路层的逻辑连接 提供与高层的接口 差错控制 流量控制
介质访问控制子层MAC：
将上层交来的数据封装成帧进行发送 实现和维护MAC协议 比特差错校验 寻址
LAN协议的上下层关系
局域网帧结构
MAC层负责检测错误并且丢弃有错误的 MAC帧
光纤分布数据接口（FDDI）
FDDI数据编码 采用一种新的数据编码技术，称为4b/5b编码。
光纤分布数据接口（FDDI）
FDDI数据编码 为了得到同步信号，采用二级编码方式。
先按4b/5b编码，然后再按到相的不归零制 （NRZI）进行编码。
光纤分布数据接口（FDDI）
时钟同步 时钟偏移

局域网、城域网、广域网
1
覆盖范围 协议标准 结构特征 典型设备 终端组成 特点
局域网（LAN）
城域网（MAN）
广域网（WAN）
10E802.3
IEEE802.6
IMP
物理层
数据链路
网络层
集线器
交换机
路由器
计算机
计算机或局域网
计算机、局域网、城 域网
连接范围小、用户数 实质上是一个大型的 主要提供面向通信的
（2）使用专门铺设的传输 介质进行联网，数据传输速 率高（10Mb/s～10Gb/s）
（3）通信延迟时间短，可 靠性较高
（4）局域网可以支持多种 传输介质
4
[1] 无线AP：移动计算机用户 进入有线网络的接入点，即无 线网络中的无线交换机，覆盖 距离达几十米至上百米。 [2] 服务器：网络环境中的高 性能计算机，它侦听网络上的 其他计算机（客户机）提交的 服务请求，并提供相应的服务 ，如文件打印、流量监控等。 [3] 交换机：英文称为 “Switch”，意为开关，是一种 用于数据帧转发的硬件设备。 [4] 宽带路由器：分组数据转 发的网络设备，集成了路由器 、防火墙、带宽控制和管理等 功能，具备快速转发能力、灵 活的网络管理等特点。 [5] 宽带拨号设备：因特网的 接入设备，与宽带路由器配套 使用。
5
城域网
• 城域网(Metropolitan Area Network)是在一个城 市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽 带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网 技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采 用光缆，传输速率在l00兆比特/秒以上。MAN的一 个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同--城 市内不同地点的主机、数据库，以及LAN等互相联 接起来，这与WAN的作用有相似之处，但两者在实 现方法与性能上有很大差别。

r 。重传应退后的时间就是倍的争用期。上面的参k 数 按
下面的公式计算： k Min[重传次数，10]
（3）当重传达16次仍不能成功时（这表明同时打算发送数据 的站太多，以致连续发生冲突），则丢弃该帧，并向高层 报告。
4.2.2 以太网的性能
这里一个站在发送帧时出现了冲突，经过一个争用期后，可能又出 现了冲突。这样经过若干个争用期后，一个站发送成功了。假定发 送帧的时间为，它等于帧长（bit）除以发送速率（10Mbps）。
B
4.2.1 CSMA/CD协议
截断二进制指数退避算法让发生冲突的站在停止发送数据 后，不是等待信道变为空闲就立即发送数据，而是推迟一 个随机的时间，这样做是为了重传时再发生冲突的概率很 小。具体的退避算法如下： （1）确定基本退避时间，就是它的争用期 2 ，以太网把争
用期定为51.2 μs 。
（2）从离散的整数集合 0,1,,(2k 1)中随机取出一个数，记为
IEEE的注册管理机构RA（Registration Authority）是局域 网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段6个字节中 的前3个字节（即高24位）。
t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2 t= 0
A 检测到 信道空闲 A 发送数据
A
B 检测到发生碰撞
A
t = 2 A 检测到 发生碰撞
A
STOP A
STOP
B B 发送数据
t= t=
单程端到端
传播时延记为
B
t=
B
B 检测到信道空闲 发送数据
t=/2 B 发生碰撞
t=
B
B 检测到发生碰撞 停止发送
IEEE 802 参考模型

A
B
C
D
A
Application Transport Network Data Link
Physical
B
Application Transport Network Data Link
C
Application Transport Network Data Link
Physical
Physical
局域网技术
• 传统的局域网以共享介质为基础； • 局域网中任何一段物理信道在一个时间段
内只能被一个站点占用。 • 这就产生了一个信道的合理分配问题。
局域网技术
8
介质访问控制方法
• 由谁占用信道？如何避免冲突？又如何能使网络具有最好 的工作效率以及最佳的可靠性？这些问题就是靠所谓介质 访问控制方法来解决。
• 局域网的介质访问控制方法与网络的拓扑结构密切相关：
10 BASE-2的技术规范；
– IEEE 802.3b
10 BROAD36的技术规范；
– IEEE 802.3i
10 BASE-T的技术规范；
– IEEE 802.3j
10 BASE-F的技术规范；
– IEEE 802.3u
100 BASE-T的技术规范；
– IEEE 802.3z， IEEE 802.3ab
•IEEE 802.2
定义体系结构、网际互连标准。
综述和体系结构。 网际互连、网络管理及寻址。 生成树协议。 VLAN标记协议。
定义逻辑链路控制层LLC标准。
局域网技术
21
IEEE 802系列标准
• IEEE 802.3 CSMA/CD访问法及其物理层技术规范(10BASE-5)；

◆局域网覆盖有限的地理范围 ◆局域网提供高数据传输速率（10M～1000Mbps）、低误
码率的高质量数据传输环境。 ◆局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。 ◆局域网的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问控
制方法。 ◆从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享介质局域网
与交换局域网两类。
17
1. IEEE 802参考模型
在1980年2月，IEEE成立了局域网标准委员 会（简称IEEE 802委员会），专门从事局域 网标准化工作，并制定了IEEE 802标准。
IEEE 802标准所描述的局域网参考模型与 OSI参考模型的关系如图3.5所示。IEEE 802参考模型只对应于OSI参考模型的数据链 路层与物理层。
图 3.4
16
3.3 IEEE 802参考模型与协议
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。随着技术发展，双 绞线与光纤的应用发展十分迅速。尤其是双绞线的发展，目 前已能用于数据传输速率为100Mbps、1Gbps的高速局域 网中，因此引起了人们普遍的关注。
第3章 局域网与城域网技术
3.1 局域网的技术特点 3.2 局域网的拓扑结构 3.3 IEEE 802参考模型与协议 3.4 共享介质局域网的工作原理 3.5 高速局域网技术 3.6 交换式局域网技术 3.7 虚拟局域网技术
1
3.8 主要的城域网技术 3.9 本章总结
2
本章简介
目前，局域网技术的发展极为迅速。它已在信 息管理与信息服务领域中得到了广泛的应用， 因此是读者应该重点学习与掌握的内容。本章 介绍局域网的技术特点、局域网的拓扑结构、 共享介质局域网的工作原理、交换局域网的工 作原理、高速局域网的工作原理、虚拟局域网 的工作原理，以及主要的城域网技术。

根据以上工作过程，CSMA/CD协议的特点可以概括为4点：先听先发，边听边发， 冲突停止，后退重传。
5.2 局域网的介质访问控制方式
14
2 二进制指数退避算法
CSMA/CD中，在检测到冲突，并发完阻塞信号后，为了降低再冲突的概率， 需要等待一个随机时间，然后再用CSMA的算法发送。为了决定这个随机时间， 采用了一个通用的退避算法，称为二进制指数退避算法，其过程如下：
7
图5-2 局域网的分类
5.1 认识局域网
8
5.1.3 局域网的组网模式
3 局域网的拓扑结构
目前，大多数局域网使用的拓扑结 构主要有星型、环型和总线型3种。
5.1 认识局域网
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（1）星型
• 星型是目前局域网中应用最为普遍的一种拓扑结构。星型局域网结构简单，容易实现，成本 低，节点扩展、移动方便，对中央节点的可靠性和冗余度要求很高，但其传输介质不能共享。 最典型的星型局域网就是交换式以太网。
（2）环型
• 环型局域网中信息只能单向传输，其控制简单、信道利用率高、不存在数据冲突问题、传输 速度较快，但是对传输线路要求较高、扩展性能差、维护起来比较困难。典型的环型局域网 是IBM令牌环网。
（3）总线型
• 总线型局域网中所有的节点都通过相应的硬件接口直接与总线相连。总线型局域网可靠性高、 组网费用低、节点扩展灵活、维护也较为容易，但网络中各节点共享总线宽带，数据传输速 率与接入网络的用户数量成反比。另外，如果主干线路发生故障，那么整个网络将瘫痪。
5.2 局域网的介质访问控制方式
10
局域网内一般采用共享介质，这样可以节约局域网的造价。对于共享介质，关键问题 是当多个站点要同时访问介质时，如何进行控制，这就涉及局域网的介质访问控制 （Media Access Control，MAC）协议。在局域网中的介质访问控制方法有CSMA/CD介质 访问控制、Token-Ring介质访问控制和Token Bus介质访问控制。

太网、1000M高速以太网和高带宽、全交换的以太网技术。 只有遵循IEEE802.3协议的网络才称为以太网，与使用的介质
类型无关。
载波监听多路访问/冲突检测
• CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过 程概括如下： • （1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。 • （2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。 • （3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送， 并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总 线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。 • （4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时 间，重新进入侦听发送阶段。 • CSMA/CD发送过程可描述如下。
• P坚持策略：
• 媒体空闲时, 以概率P发送, 1-P延迟一个时槽. – 媒体忙，则继续监听直到信道空闲
• 实际的以太网布线工程中遵循的5-4-3原则:
• 5指任意两个站点间最多有5个以太网网段，4 指任意两个站点间最多有4个转发器，3表示任 意两个站点间最多有3个网段有站点相连，也 就是说如果两个站点间有5个以太网网段，并
2、网络工作站 网络工作站是指用户能够在网络环境中工作，访问网 络共享资源的计算机系统，通常又被称为客户机 （Client）。它的主要作用是为网络用户提供一个访问网 络服务器、共享网络资源、与网上的其他结点交流信息的
操作台和前端窗口，使用户能够在网上工作。
在网络工作站上，必须安装一块网络接口卡，并通过 通信电缆及介质连接设备和网络设备把它连接到网络上，
2.4
局域网的基本组成
一、网络硬件
当要把两台以上的计算机连成局域网时，不仅需要为每台连网计 算机安装网络接口卡，还需要一条通信电缆和介质连接器等附属部件， 将计算机与电缆连接在一起。根据不同的联网技术，有时还需要使用 集线器、交换机、路由器等网络设备，以实现局域网的物理连接。例 如：用10Base-T以太网技术建立一个局域网如图2-1。

接口 2
接口 2
ABC
DEF
第26页/共37页
如何得来？
网桥使各网段成为 隔离开的碰撞域
碰撞域 网桥1
碰撞域 网桥2
碰撞域
A
B
C
D
E
F
隔离的本质是隔离了广播
第27页/共37页
透明网桥
• 目前使用得最多的网桥是透明网桥 (transparent bridge)。
• “透明”是指局域网上的站点并不知道所发 送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站 来说是看不见的。
数据 链路层
第4页/共37页
3.2.2 以太网基础
（1） 以太网与集线器
• 以太网(Ethernet)与IEEE802.3系列标准相类似，是由 Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的 基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信 协议标准。
• 以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测） 技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。我们 把将符合以太网或802.3标准的局域网简称为“以太网”。
• 透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1D。
第28页/共37页
网桥应当按照以下自学习算法 处理收到的帧和建立转发表
• 若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥，那么从这个接 口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到 A。
• 网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口， 作为转发表中的一个项目。
• 网桥和集线器（或转发器）不同
• 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。 • 网桥在转发帧之前必须执行 CSM第A2/5C页D/共算3法7页。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止