计算机网络应用技术 教程(第三版)吴功宜 吴英 编著 ppt 课件 第03章-广域网等(第3版)

第3章广域网、局域网与城域网技术发展趋势计算机网络应用技术教程（第三版）本章学习要求•掌握：广域网技术•掌握：局域网技术•了解：宽带城域网技术计算机网络应用技术教程（第三版）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计算机网络应用技术教程（第三版）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计算机网络应用技术教程（第三版）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–光以太技术计算机网络应用技术教程（第三版）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计算机网络应用技术教程（第三版）X.25网与帧中继网•X.25网是典型的分组交换网。X.25研究初期的通信线路不好，传输速率低与误码率高，X.25协议要采取各种措施解决通信质量问题•帧中继网是用光纤替代传统电缆。由于光纤的传输速率高、误码率低，因此帧中继网可以简化X.25网的协议计算机网络应用技术教程（第三版）综合业务数字网•CCITT提出将语音、数据、图像等业务综合在一个网中，即综合业务数字网(integratedservicedigitalnetwork，ISDN)•ISDN的主要目标：–提供支持各种通信服务的数字通信网络，在不同国家采用相同标准–为通信网络之间的数字传输提供标准–提供一个标准的用户接口，使通信网络内部变化对终端用户透明计算机网络应用技术教程（第三版）ATM网•异步传输模式(asynchronoustransfermode，ATM)是一种分组交换技术•ATM采用信元（cell）作为数据传输单元•ATM以统计时分多路复用方式动态分配带宽，能适应实时通信的要求•ATM没有链路之间的差错与流量控制，协议简单、数据交换效率高•ATM的传输速率为155Mbps～2.4Gbps计算机网络应用技术教程（第三版）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计算机网络应用技术教程（第三版）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计算机网络应用技术教程（第三版）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•无线个人区域网与IEEE802.15.4标准计算机网络应用技术教程（第三版）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计算机网络应用技术教程（第三版）IEEE802参考模型•IEEE802.1：定义局域网体系结构、网络互连、网络管理与性能测试•IEEE802.2：定义逻辑链路控制(LLC)子层功能与服务•IEEE802.3：定义Ethernet的CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层•IEEE802.11：定义无线局域网访问控制子层与物理层•IEEE802.15：定义近距离个人无线网络访问控制子层与物理层•IEEE802.16：定义宽带无线网络访问控制子层与物理层计算机网络应用技术教程（第三版）3.2.2Ethernet的基本工作原理•总线形局域网的拓扑结构总线总线结点3(a)物理结构(b)拓扑结构结点1结点2结点3结点4结点5结点4结点5结点1结点2计算机网络应用技术教程（第三版）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)•CSMA/CD的工作流程：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发计算机网络应用技术教程（第三版）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•与主机的接口计算机网络应用技术教程（第三版）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计算机网络应用技术教程（第三版）局域网发展的基本思路•提高Ethernet的数据传输速率，从10Mbps提高到100Mbps、1Gbps、甚至10Gbps，导致高速局域网技术的研究•将大型局域网划分成多个用网桥或路由器互联的子网，导致局域网互联技术的发展•将共享介质方式改为交换方式，导致交换式局域网技术的发展计算机网络应用技术教程（第三版）3.2.3高速Ethernet技术•快速以太网(fastEthernet，FE)•吉比特以太网(GigabitEthernet，GE)•十吉比特以太网(10GigabitEthernet，10GE)计算机网络应用技术教程（第三版）fastEthernet•IEEE802.3u标准–保留传统以太帧的结构与MAC子层的CSMA/CD方法，对物理层进行调整–定义新物理层标准，并提供10Mbps与100Mbps速率自动协商功能–定义介质专用接口(mediaindependentinterface，MII)，将MAC子层与物理层分隔开，传输介质和信号编码方式的变化不影响MAC子层计算机网络应用技术教程（第三版）GigabitEthernet•IEEE802.3z标准–保留传统Ethernet的帧结构与帧的最小、最大长度规定，以和低速率Ethernet通信–定义千兆介质专用接口(gigabitMII，GMII)，将MAC子层与物理层分隔开，–修改CSMA/CD介质控制方法，冲突窗口时间、载波扩展、短帧发送、帧突发处理–延续自动协商的概念，并将它扩展到光纤连接中，主要用于协调链路两端结点计算机网络应用技术教程（第三版）10GigabitEthernet•IEEE802.3ae标准–保留传统Ethernet的帧结构与帧的最小、最大长度规定，以和低速率Ethernet通信–传输速率高达10Gbps，传输介质不使用双绞线，而只使用光纤，以在城域网和广域网范围工作–只是工作在全双工方式，不存在介质争用的问题，传输距离不受冲突检测的限制计算机网络应用技术教程（第三版）3.2.4交换式局域网与虚拟局域网技术•随着局域网规模的扩大，网络通信负荷加重时，网络效率就会急剧下降•为克服网络规模与性能的矛盾，将共享介质方式改为交换方式，导致交换式局域网发展•交换式局域网的核心设备是交换机，在多个端口之间建立多个并发连接计算机网络应用技术教程（第三版）交换机的工作原理地址映射表165432MAC帧DA=结点B转发机构缓冲器端口端口MAC地址1结点A234结点B5结点C6结点DDAMAC帧DA=结点CDA结点B结点C结点D局域网交换机结点A地址表计算机网络应用技术教程（第三版）交换机的交换方式•直接交换(cutthrough)方式•存储转发(storeandforward)方式•改进直接交换方式计算机网络应用技术教程（第三版）交换机的性能参数•最大转发速率•汇集转发速率•转发等待时间计算机网络应用技术教程（第三版）虚拟局域网VLAN交换机1网段1N1-1N1-2N1-3N1-4交换机2网段2N2-1N2-2N2-3N2-4交换机3网段3N3-1N3-2N3-3N3-4VLAN1VLAN2VLAN3VLAN4计算机网络应用技术教程（第三版）3.2.5无线局域网技术•IEEE802.11工作组固定结点服务器接入点AP接入点AP局域网…………固定结点移动结点计算机网络应用技术教程（第三版）无线局域网的应用领域•作为传统局域网的扩充•用于建筑物之间的互连•用于移动结点的漫游访问•用于构建特殊的移动网络计算机网络应用技术教程（第三版）无线局域网技术的分类•红外线局域网•扩频局域网–跳频扩频(frequencyhoppingspreadspectrum，FHSS)–直接序列扩频(directsequencespreadspectrum，DSSS)•窄带微波局域网计算机网络应用技术教程（第三版）IEEE802.11协议•IEEE802.11定义两种设备：无线结点、无线接入点(accesspoint，AP)•IEEE802.11采用带冲突避免的载波侦听多路访问(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)方法•IEEE802.11物理层标准主要包括：IEEE802.11b、IEEE802.11a和IEEE802.11g计算机网络应用技术教程（第三版）IEEE802.11b协议•IEEE802.11b目前应用最广泛•IEEE802.11b的传输速率可达到11Mbps•IEEE802.11b包括两种模式–点对点模式–基本模式计算机网络应用技术教程（第三版）3.2.6蓝牙技术的研究与发展•蓝牙(Bluetooth)技术由IBM、Intel、Nokia和Toshiba公司发起•蓝牙是用于将计算机与通信设备、附加部件和外部设备，通过短距离的、低功耗的、低成本的无线信道连接的无线标准•IBM、Intel、Nokia和Toshiba公司成立SIG组织，并且发布蓝牙规范1.0版计算机网络应用技术教程（第三版）3.2.7无线个人区域网与IEEE802.15.4标准•随着手机、便携式计算机和移动设备的广泛应用，提出自身附近几米范围内的个人操作空间设备联网的需求•无线个人区域网络(wirelesspersonalareanetwork，WPAN)在这个背景下出现•IEEE802.15工作组成立，致力于WPAN的物理层与数据链路层的协议标准化计算机网络应用技术教程（第三版）IEEE802.15.4标准的特点•在不同的载波频率下，实现3种不同传输速率：20kbps、40kbps和250kbps•支持星形、点到点等2种网络拓扑结构•使用16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球惟一的扩展地址•支持冲突避免的载波多路侦听CSMA/CA技术•支持确认机制，保证传输可靠性计算机网络应用技术教程（第三版）3.3宽带城域网技术•城域网概念的发展与演变•宽带城域网的结构与层次划分•设计与组建宽带城域网注意的问题•接入网技术的基本概念计算机网络应用技术教程（第三版）3.3.1城域网概念的发展与演变•根据IEEE802委员会的最初表述，城域网是以光纤为传输介质，提供45Mbps到150Mbps传输速率，支持数据、语音与视频业务的数据传输，覆