1、第3,本章學(xué)習(xí)要求,掌握：廣域網(wǎng)技術(shù) 掌握：局域網(wǎng)技術(shù) 了解：寬帶城域網(wǎng)技術(shù),3.1 廣域網(wǎng)技術(shù),廣域網(wǎng)的主要特征 廣域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的軌跡 光網(wǎng)絡(luò)與光以太網(wǎng)技術(shù),3.1.1 廣域網(wǎng)的主要特征,廣域網(wǎng)具有以下兩個(gè)最基本的特征： 一、廣域網(wǎng)是一種公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 廣域網(wǎng)建設(shè)投資很大，通常由電信運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)組建、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)，為廣大用戶提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。 廣域網(wǎng)屬于公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（public data network，PDN）的性質(zhì)。,二、廣域網(wǎng)技術(shù)研究的重點(diǎn)是寬帶核心交換技術(shù) 早期的廣域網(wǎng)主要用于大型計(jì)算機(jī)的互聯(lián)。用戶終端接入到本地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，本地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)再接入廣域網(wǎng)中。 隨著Internet技術(shù)

2、的發(fā)展，大量的廣域網(wǎng)形成了Internet的寬帶、核心交換平臺(tái)，再通過(guò)城域網(wǎng)接入大量的局域網(wǎng)，構(gòu)成新的層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此時(shí)，廣域網(wǎng)研究的重點(diǎn)是：保證服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）的寬帶核心交換技術(shù)。,3.1.2 廣域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的軌跡,在廣域網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中，用于構(gòu)成廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類型主要有： （1）公共電話交換網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、ATM網(wǎng) （2）X.25網(wǎng)、幀中繼網(wǎng) （3）光以太技術(shù),一、公共電話交換網(wǎng),早期，人們利用電話交換網(wǎng)(public switching telephone network，PSTN)的模擬信道，使用調(diào)制解調(diào)器(modem)這種設(shè)備，通過(guò)撥號(hào)建立結(jié)

3、點(diǎn)之間的線路連接的網(wǎng)絡(luò)，完成計(jì)算機(jī)之間的低速數(shù)據(jù)通信。,二、X.25網(wǎng)與幀中繼網(wǎng),1972年，X.25網(wǎng)問(wèn)世。X.25是典型的分組交換網(wǎng)。 由于X.25研究初期的通信線路不好，傳輸速率低與誤碼率高，X.25協(xié)議要采取各種措施解決通信質(zhì)量問(wèn)題。因此X.25協(xié)議結(jié)構(gòu)復(fù)雜、協(xié)議運(yùn)行的效率不高。隨著光纖的大規(guī)模應(yīng)用，X.25網(wǎng)的缺點(diǎn)越來(lái)越明顯。,1991年，帖中繼網(wǎng)（frame replay，F(xiàn)R）出現(xiàn)。幀中繼網(wǎng)用光纖替代了傳統(tǒng)電纜，因此幀中繼網(wǎng)中簡(jiǎn)化了X.25網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議。 幀中繼網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是針對(duì)局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。它采用面向連接的方式，以合理的數(shù)據(jù)傳輸速率與低廉的價(jià)格為用戶提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。 由

4、于幀中繼網(wǎng)可以為用戶提供一個(gè)“虛擬租用線路”，并且只有該用戶可以使用這條“專線”，又引出了虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（virtual private network，VPN）的概念。,三、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng),CCITT提出將語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)綜合在一個(gè)網(wǎng)中，即綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(integrated service digital network，ISDN) ISDN的主要目標(biāo)： 提供支持各種通信服務(wù)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，在不同國(guó)家采用相同標(biāo)準(zhǔn) 為通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)字傳輸提供標(biāo)準(zhǔn) 提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的用戶接口，使通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部變化對(duì)終端用戶透明,隨著光纖、多媒體等技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來(lái)越高。在ISDN標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)

5、有制定完成時(shí)，人們又提出了一種新型的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（broadband-ISND，B-ISDN)，目標(biāo)是將語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)圖像的傳輸綜合于一個(gè)通信網(wǎng)中，覆蓋從低傳輸速率到高傳輸速率的各中實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)與突發(fā)性的要求。 由于傳統(tǒng)的線路交換與分組交換都很難勝任這種綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需要，因此B-ISDN傳輸網(wǎng)選擇了ATM技術(shù)。,四、ATM網(wǎng),異步傳輸模式(asynchronous transfer mode，ATM)是一種分組交換技術(shù) ATM采用信元（cell）作為數(shù)據(jù)傳輸單元，信元是數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)服務(wù)單元，具有固定的長(zhǎng)度的格式。 ATM以統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用方式動(dòng)態(tài)分配帶寬，能適應(yīng)實(shí)時(shí)通信

6、的要求 ATM沒(méi)有鏈路之間的差錯(cuò)與流量控制，協(xié)議簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)交換效率高 ATM的傳輸速率為155Mbps2.4Gbps,3.1.3 光網(wǎng)絡(luò)與光以太網(wǎng)技術(shù),一、光網(wǎng)絡(luò)的研究 以網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)發(fā)展作為傳輸網(wǎng)劃代標(biāo)準(zhǔn)： 第一代傳輸網(wǎng)絡(luò)以銅纜與無(wú)線射頻為主，在發(fā)展過(guò)程中無(wú)法逾越帶寬的瓶頸問(wèn)題 第二代傳輸網(wǎng)絡(luò)在主干線路使用光纖，發(fā)揮光纖的高帶寬、低誤碼率、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，交換結(jié)點(diǎn)的電信號(hào)與光信號(hào)轉(zhuǎn)換仍是帶寬瓶頸 第三代全光網(wǎng)以光結(jié)點(diǎn)取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的電結(jié)點(diǎn)，使用光纖將光結(jié)點(diǎn)互聯(lián)成網(wǎng)，克服現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在傳輸和交換時(shí)的瓶頸,ASON的概念,自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(automatic switched optical networ

7、k，ASON) 引入智能控制方法，解決光網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)、分布式呼叫連接管理，以實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)配置連接管理。 ASON的主要優(yōu)點(diǎn)為： （1）允許將網(wǎng)絡(luò)帶寬資源動(dòng)態(tài)分配給路由，提高了帶寬利用率，改善了系統(tǒng)性能。,（2）降低了支持新業(yè)務(wù)配置管理軟件的要求，減少了運(yùn)營(yíng)和管理的成本。 （3）可以引入按需帶寬配置的服務(wù)、分級(jí)的帶寬服務(wù)、動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)分配租用業(yè)務(wù)、動(dòng)態(tài)路由分配與光層虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。,二、光以太網(wǎng)（optical Ethernet）技術(shù) 傳統(tǒng)的以太網(wǎng)主要通過(guò)傳統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)的互連。傳統(tǒng)以太技術(shù)存在著許多不足： 不提供端-端的包延時(shí)和包丟失率控制 不支持優(yōu)先級(jí)服務(wù) 不能保證Qo

8、S（Quality of Service） 不具備對(duì)用戶的認(rèn)證能力 不能分離網(wǎng)管信息和用戶信息 按時(shí)間和流量計(jì)費(fèi)困難,1、光以太網(wǎng)的主要特征 2000年下半年，一些電信設(shè)備公司提出了光以太的概念，采用光纖作為遠(yuǎn)距離傳輸介質(zhì)，將以太網(wǎng)技術(shù)從局域網(wǎng)擴(kuò)大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，為運(yùn)營(yíng)商建造新一代的網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支持。 可運(yùn)營(yíng)光以太網(wǎng)的設(shè)備的線路必須符合電信網(wǎng)絡(luò)99.999%的高運(yùn)行可靠性，它具有以下特征： （1）能夠根據(jù)終端用戶的實(shí)際應(yīng)用需求分配帶寬，保證帶寬資源充分、合理地應(yīng)用,（2）具有認(rèn)證和授權(quán)功能，確保用戶和網(wǎng)絡(luò)資源的安全及合法使用 （3）提供計(jì)費(fèi)功能，支持按上網(wǎng)時(shí)間、用戶流量或包月計(jì)費(fèi)方式，支持實(shí)

9、時(shí)計(jì)費(fèi) （4）支持VPN和防火墻，可以有效地保證網(wǎng)絡(luò)安全 （5）支持MPLS（Multi-Protocol Label Switching多協(xié)議標(biāo)記交換） （6）能夠方便、快速、靈活地適用用戶和業(yè)務(wù)的擴(kuò)展,2、光以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì) （1）組建同樣規(guī)模的廣域網(wǎng)或城域網(wǎng)，光以太網(wǎng)的造價(jià)是SONET（Synchronous Optical Network同步光纖網(wǎng)）的1/5，是ATM的1/10 （2）IEEE已經(jīng)對(duì)10M，100M，1G，10G的以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，隨后將對(duì)100G的以太網(wǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，它能滿足局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的各種需求。,3.2 局域網(wǎng)技術(shù),局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的軌跡 Ethern

10、et的基本工作原理 高速Ethernet技術(shù) 交換式局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)技術(shù) 無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)研究與發(fā)展 藍(lán)牙技術(shù)的研究與發(fā)展 無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)與IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn),3.2.1 局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的軌跡,一、局域網(wǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)介,20世紀(jì)60年代末，夏威夷大學(xué)研究了一種以無(wú)線廣播方式工作的分組交換網(wǎng)Alohanet,二、IEEE 802參考模型的演變,為解決局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題，IEEE在1980年2月成立局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEEE802委員會(huì)）專門從事局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的工作，并制定了IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。 由于局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在是局部地區(qū)內(nèi)計(jì)算機(jī)的互連問(wèn)題，所以IEEE委員會(huì)只研究OSI參考模型中的

11、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。 IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)者提出將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為邏輯鏈路控制子層（Logical Link Control）與介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（Media Access Control）,IEEE802委員會(huì)公布了很多標(biāo)準(zhǔn)，這些協(xié)議可以分為以下3類： （1）IEEE 802.1： 定義局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連、網(wǎng)絡(luò)管理與性能測(cè)試 （2）IEEE 802.2： 定義邏輯鏈路控制(LLC)子層功能與服務(wù) （3）不同介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。,不同技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曾經(jīng)多達(dá)16個(gè)，目前常用的主要有4個(gè)： IEEE 802.3： 定義Ethernet的CSMA/CD總線介質(zhì)訪問(wèn)控制子層與物理層 I

12、EEE 802.11： 定義無(wú)線局域網(wǎng)訪問(wèn)控制子層與物理層 IEEE 802.15： 定義近距離個(gè)人無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制子層與物理層 IEEE 802.16： 定義寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制子層與物理層,3.2.2 Ethernet的基本工作原理,一、總線形局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),總線Ethernet的主要特點(diǎn)是：,（1）所有節(jié)點(diǎn)都通過(guò)網(wǎng)卡連接到作為公共傳輸介質(zhì)的總線上 （2）總線通常采用雙絞線或同軸電纜作為傳輸介質(zhì) （3）所有節(jié)點(diǎn)都可通過(guò)總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線以“廣播”方式發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)只能以“收聽”方式接收數(shù)據(jù)。 （4）由于總線為多個(gè)節(jié)點(diǎn)共

13、享，可能出現(xiàn)同一時(shí)刻有兩個(gè)以上節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線發(fā)送數(shù)據(jù)的情況，即產(chǎn)生沖突（collision）,（5）在總線局域網(wǎng)技術(shù)中，必須解決多個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)總線的介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）問(wèn)題 介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是指控制多個(gè)節(jié)點(diǎn)利用公共傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的方法。它需要解決以下3個(gè)問(wèn)題： 哪個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)沖突 出現(xiàn)沖突怎么辦？,二、以太網(wǎng)的核心技術(shù)-CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法,Ethernet的核心技術(shù)是： 帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)(carrier sense multiple access with collision detection，CSMA/CD) CSMA/CD的工作流程

14、： 先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā) 沖突停止，延遲重發(fā),三、Ethernet網(wǎng)卡結(jié)構(gòu),從實(shí)現(xiàn)功能角度看，以太網(wǎng)卡包括： （1）發(fā)送與接收信號(hào)的收發(fā)器 （2）曼徹斯特編碼與解碼器 （3）Ethernet數(shù)據(jù)鏈路控制部分（EDLC） （4）幀裝配部分 （5）與主機(jī)的接口 這些功能覆蓋了IEEE802.3協(xié)議的MAC子層與物理層,四、Ethernet物理地址,網(wǎng)卡的地址固化在ROM中，所以將網(wǎng)卡地址稱為物理地址。Ethernet物理地址用于IEEE 802.3協(xié)議的介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)子層的幀中，它又被稱為MAC地址 Ethernet物理地址的長(zhǎng)度為48位，因此允許分配的地址應(yīng)該有247個(gè) Ethernet物

15、理地址在全球范圍唯一，IEEE注冊(cè)管理委員會(huì)(Registration Authority Committee RAC)為每個(gè)網(wǎng)卡分配地址的前三字節(jié)，即公司標(biāo)識(shí)（company-id），也叫機(jī)構(gòu)唯一標(biāo)識(shí)符（organizationally unique identifier，OUI）,物理地址的表示：,五、局域網(wǎng)發(fā)展的基本思路,為克服網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)性能之間的矛盾，人們提出了以下3種可能的解決方案： （1）提高Ethernet的數(shù)據(jù)傳輸速率，從10Mbps提高到100Mbps、1Gbps、甚至10Gbps，導(dǎo)致高速局域網(wǎng)技術(shù)的研究 （2）將大型局域網(wǎng)劃分成多個(gè)用網(wǎng)橋或路由器互聯(lián)的子網(wǎng)，導(dǎo)致局域網(wǎng)

16、互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展 （3）將共享介質(zhì)方式改為交換方式，導(dǎo)致交換式局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,3.2.3 高速Ethernet技術(shù),高速以太網(wǎng)技術(shù)研究的原則是：在保持與傳統(tǒng)以太網(wǎng)兼容的前提下，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與性能，擴(kuò)大覆蓋范圍。 一、快速以太網(wǎng)(fast Ethernet，F(xiàn)E) 1995年，IEEE802委員會(huì)批準(zhǔn)快速以太網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3u，該標(biāo)準(zhǔn)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：,（1）保留著傳統(tǒng)以太幀的結(jié)構(gòu)與MAC子層了CSMA/CD方法，對(duì)物理層做了調(diào)整 （2）定義了新的物理層標(biāo)準(zhǔn)，并提供10Mbps與100Mbps速率自動(dòng)協(xié)商功能 （3）定義了介質(zhì)專用接口（media indepandent in

17、terface，MII），它將MAC子層與物理層分隔開，傳輸介質(zhì)和信號(hào)編碼方式的變化不會(huì)影響MAC子層,1998年2月，IEEE802委員會(huì)批準(zhǔn)吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3z，其主要特點(diǎn)為： （1）保留了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)與幀的最小、最大長(zhǎng)度的規(guī)定 （2）定義了千兆介質(zhì)專用接口（gigabit MII，GMII），將MAC子層與物理層分隔開 （3）修改CSMA/CD介質(zhì)存取控制方法，沖突窗口時(shí)間、載波擴(kuò)展、短幀發(fā)送、幀突發(fā)處理，以適應(yīng)數(shù)據(jù)速率提高帶來(lái)的變化 （4）延續(xù)了自動(dòng)協(xié)商的概念，并將它擴(kuò)展到光纖，主要用來(lái)協(xié)議鏈路兩端節(jié)點(diǎn),二、吉比特以太網(wǎng)(Gigabit Ethernet，GE),

18、2002年6月，IEEE802委員會(huì)通過(guò)10GE的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3ae 十吉比特以太網(wǎng)采用光纖作為傳輸介質(zhì)，修改了物理層協(xié)議。十吉比特以太網(wǎng)定義了兩種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)： 十吉比特以太網(wǎng)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（Ethernet LAN，ELAN） 十吉比特以太網(wǎng)廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（Ethernet WAN，EWAN）,三、十吉比特以太網(wǎng)(10Gigabit Ethernet，10GE),十吉比特以太網(wǎng)的主要特點(diǎn)： （1）保留傳統(tǒng)Ethernet的幀結(jié)構(gòu)與幀的最小、最大長(zhǎng)度規(guī)定，以便于和低速率Ethernet通信 （2）傳輸速率高達(dá)10Gbps，傳輸介質(zhì)不使用雙絞線，而只使用光纖，以便在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)范圍工作 （3）只