第3章-广域网、局域网与城域网技术

信息与计算科学系计算机网络应用技术教程1吴功宜吴英编著第3章广域网、局域网与城域网技术发展趋势信息与计算科学系计算机网络应用技术教程2吴功宜吴英编著本章学习要求：掌握：广域网技术掌握：局域网技术了解：宽带城域网技术信息与计算科学系计算机网络应用技术教程3吴功宜吴英编著3.1广域网技术广域网的主要特征广域网技术发展的轨迹光网络与光以太网技术信息与计算科学系计算机网络应用技术教程4吴功宜吴英编著3.1.1广域网的主要特征广域网是一种公共数据网络广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术信息与计算科学系计算机网络应用技术教程5吴功宜吴英编著3.1.2广域网技术发展的轨迹在广域网的发展过程中，用于构成广域网的网络类型主要有：–公共电话交换网、综合业务数字网、ATM网–X.25网、帧中继网–光以太技术信息与计算科学系计算机网络应用技术教程6吴功宜吴英编著从传统的电信网向ISDN的发展ISDN端口电话交换网电话机电话机传真机传真机X.25网计算机计算机ISDNISDN端口传真机传真机电话机电话机计算机计算机信息与计算科学系计算机网络应用技术教程7吴功宜吴英编著公共电话交换网早期，利用电话交换网(publicswitchingtelephonenetwork，PSTN)的模拟信道，使用调制解调器(modem)这种设备，通过拨号建立结点之间的线路连接的网络，完成计算机之间的低速数据通信信息与计算科学系计算机网络应用技术教程8吴功宜吴英编著X.25网X.25网是一种典型的公用分组交换网，它是CCITT为广域网制定的一个公用分组交换网；制定X.25标准的基础是传输速率低、误码率高的通信线路，为了克服通信线路数据传输质量较差的缺点，X.25标准采用了复杂的差错控制、流量控制与拥塞控制机制，协议复杂，工作效率不高；X.25网的传输速率一般为64Kbps；X.25标准主要是针对大型机与终端连网。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程9吴功宜吴英编著帧中继帧中继主要考虑如何减少数据帧在通信子网中的开销，没有采用流量控制与差错控制机制，通信子网中的差错控制由主机的高层来保证；数据帧通过帧中继网的处理时间可以比通过X.25网降低一个数量级，而吞吐量要比X.25网络提高一个数量级以上；目前帧中继网的数据传输速率一般为1.5Mbps；帧中继网主要用于局域网之间的互连。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程10吴功宜吴英编著异步传输模式ATM网ATM——异步传输模式B-ISDN——宽带综合业务数字网；ATM的基本数据传输单元是信元；信元长度固定为53字节；信元包括5字节的信元头与48字节的用户数据。53字节信元头用户数据48字节5字节信息与计算科学系计算机网络应用技术教程11吴功宜吴英编著异步传输模式ATM网ATM是一种面向连接的技术；采用小的、固定长度的信元作为数据传输单元；能够支持数字、语音、图像、视频等多媒体通信；ATM以统计时分多路复用方式动态分配网络带宽，网络传输延时小，适应实时通信的要求；ATM没有链路级纠错与流量控制，协议简单，数据交换效率高；ATM采用两级虚电路机制，增加了虚电路分配的灵活性；ATM的数据传输速率可以在155Mbps～2.4Gbps。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程12吴功宜吴英编著物理链路、虚通路与虚通道的关系物理链路（PhysicalLink）虚通路（VP，VirtualPath）虚通道（VC，VirtualChannel）物理链路虚通路虚通道信息与计算科学系计算机网络应用技术教程13吴功宜吴英编著支持远程教学的ATM网ATM端用户ATM交换机ATM交换机ATM交换机ATM交换机ATM网络ATM接口卡声音文本视频ATM端用户ATM端用户信息与计算科学系计算机网络应用技术教程14吴功宜吴英编著综合业务数据网CCITT提出将语音、数据、图像等业务综合在ISDN一个网络之中；B-ISDN的目标是将语音、数据、静态与动态图像传输综合在一个通信网中，覆盖从低传输速率、非实时传输要求，到高传输速率、实时突发性等各类传输要求；B-ISDN采用异步传输模式ATM技术。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程15吴功宜吴英编著3.1.3光网络与光以太网技术第一代传输网络以铜缆与无线射频为主，在发展过程中无法逾越带宽的瓶颈问题；第二代传输网络在主干线路使用光纤，发挥光纤的高带宽、低误码率、抗干扰等优点，交换结点的电信号与光信号转换仍是带宽瓶颈；第三代全光网以光结点取代现有网络的电结点，使用光纤将光结点互联成网，克服现有网络在传输和交换时的瓶颈。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程16吴功宜吴英编著ASON的概念自动交换光网络(automaticswitchedopticalnetwork，ASON)引入智能控制的很多方法，解决光网络的自动路由发现、分布式呼叫连接管理，以实现光网络的动态配置连接管理。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程17吴功宜吴英编著3.2局域网技术局域网技术发展的轨迹Ethernet的基本工作原理高速Ethernet技术交换式局域网与虚拟局域网技术无线局域网技术研究与发展蓝牙技术的研究与发展信息与计算科学系计算机网络应用技术教程18吴功宜吴英编著3.2.1局域网技术发展的轨迹随机访问型无线分组网ALOHANET环形局域网Newhall/CambridgeRing无线局域网WLAN：802.11以太网Ethernet：802.3令牌总线形局域网TokenBus：802.4令牌环形局域网TokenRing：802.5高速局域网FE/GE/10GE交换式局域网SwitchedEthernet局域网互联LANBridge虚拟局域网VLAN分布式数据接口FDDI：802.6城域网MAN局域网LAN信息与计算科学系计算机网络应用技术教程19吴功宜吴英编著3.2.2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。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程20吴功宜吴英编著3.2.2局域网的技术特点局域网内的连接十分规范，一般都遵循着严格的标准;传输距离有限,通常在0.1km~2.5km之内;局域网具有较好的传输质量，误码率通常在10-7~10-12之间;局域网可以选择多种传输介质，例如，粗缆、细缆、双绞线、光缆和无线传输等.信息与计算科学系计算机网络应用技术教程21吴功宜吴英编著3.2.3局域网的体系结构通信子网只具有低三层协议，传输层以上在主机内实现。局域网是一种通信子网，它应有低三层，高层留给操作系统去处理.信息与计算科学系计算机网络应用技术教程22吴功宜吴英编著3.2.3局域网的标准IEEE802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为IEEE802标准,IEEE802标准之间的关系如下:802.10可互操作的局域网安全802.2逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网802.1体系结构与网络互联信息与计算科学系计算机网络应用技术教程23吴功宜吴英编著局域网IEEE802标准IEEE802.1：概述，局域网体系统结构及网络互联；IEEE802.2：定义LLC子层；IEEE802.3：CSMA/CD总线式介质访问控制协议及相应物理层规范；IEEE802.4：令牌总线（TokenBus）介质访问控制协议及相应物理层规范；IEEE802.5：令牌环（TokenRing）介质访问控制协议及相应物理层规范；IEEE802.6：城域网（MAN）介质访问控制协议及相应物理层规范；信息与计算科学系计算机网络应用技术教程24吴功宜吴英编著局域网IEEE802标准IEEE802.7：描述宽带技术进展；IEEE802.8：描述光纤技术进展；IEEE802.9：语音和数据综合局域网技术；IEEE802.10：局域网安全；IEEE802.11：无线局域网；IEEE802.12：高速局域网的介质访问及相应的物理层规范；IEEE802.13：基于有线电视的广域通信网。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程25吴功宜吴英编著3.2.4IEEE802模型与协议传输介质类型与介质访问控制方法局域网的传输介质类型：同轴电缆双绞线光纤无线通信信道信息与计算科学系计算机网络应用技术教程26吴功宜吴英编著3.2.5局域网介质访问控制方式介质访问控制（MediumAccessControl）策略（1）在哪里进行控制（2）怎样进行控制信息与计算科学系计算机网络应用技术教程27吴功宜吴英编著介质访问控制方法:带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）令牌总线（TokenBus）令牌环（TokenRing）信息与计算科学系计算机网络应用技术教程28吴功宜吴英编著3.4局域网拓扑结构类型与特点3.4.1总线型拓扑结构总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；所有结点可以通过总线以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突”不可避免；“冲突”会造成传输失败；必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC，MediumAccessControl）问题。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程29吴功宜吴英编著总线型局域网的拓扑结构信息与计算科学系计算机网络应用技术教程30吴功宜吴英编著CSMA/CD介质访问控制方法Ethernet通常采用双绞线等传输介质作为总线，所有结点通过总线发送或接收数据，结点通过总线以广播方式发送数据，因此需要共享总线的冲突问题Ethernet的核心技术：带有冲突检测的载波侦听多路访问(carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection，CSMA/CD)信息与计算科学系计算机网络应用技术教程31吴功宜吴英编著介质访问控制方法要解决以下几个问题：该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？CSMA/CD的发送流程可以概括为：先听后发边听边发冲突停止延迟重发总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易；易于扩展，可靠性较好。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程32吴功宜吴英编著Ethernet网卡结构发送与接收信号的收发器曼彻斯特编码与解码器Ethernet数据链路控制部分帧装配部分与主机的接口信息与计算科学系计算机网络应用技术教程33吴功宜吴英编著Ethernet物理地址Ethernet物理地址用于IEEE802.3协议的介质访问控制(MAC)子层的帧中，它被称为MAC地址Ethernet物理地址的长度为48位，因此允许分配的地址应该有247个Ethernet物理地址在全球范围唯一，IEEE注册管理委员会(RAC)为每个网卡分配地址的前三字节信息与计算科学系计算机网络应用技术教程34吴功宜吴英编著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。信息与计算科学系计算机网络应用技术教程35吴功宜吴英编著令牌环的工作原理TokenRing结点A结点B结点E结点D结点C令牌结点A结点B结点C结点D结点ETokenRing信息与计算科学系计算机网络应用技术教程36吴功宜吴英编著TokenRing方式的优点：环中结点访问延迟确定适用于重负载环境支持优先级服务TokenRing方式的缺点：环维护工作复杂实现比较困难信息与计算科学系计算机网络应用技术教程37吴功宜吴英编著3.4.3星型拓扑结构逻辑结构与物理结构的关系交换局域网(SwitchedLAN)的物理结构信息与计算