1、局域網和廣域網概述局域網和廣域網概述n第三章 底層的技術第三章 底層的技術學習重點：學習重點：了解局域網和廣域網類型了解局域網和廣域網類型掌握主要以太網類型及其主要特性掌握主要以太網類型及其主要特性掌握掌握CSMA/CDCSMA/CD，CSMA/CACSMA/CA工作原理工作原理 掌握主要連接設備掌握主要連接設備第三章 底層的技術3.1 3.1 局域網局域網LANLAN 局域網覆蓋的范圍較小，帶寬較高，通常用于建筑局域網覆蓋的范圍較小，帶寬較高，通常用于建筑內部，園區范圍內的專用網絡。內部，園區范圍內的專用網絡。 局域網分類局域網分類： (1) (1) 按拓撲結構分按拓撲結構分總線型總線型、樹

2、型樹型、環型環型和和星型星型。 (2) (2) 按使用介質分，可分為按使用介質分，可分為有線網有線網和和無線網無線網兩類兩類。 第三章 底層的技術主要局域網技術主要局域網技術 3.1.1 有線局域網：以太網 以太網是在以太網是在 20 20 世紀世紀 70 70 年代研制開發的一種基年代研制開發的一種基帶局域網技術，使用同軸電纜作為網絡媒體，采用載帶局域網技術，使用同軸電纜作為網絡媒體，采用載波多路訪問波多路訪問/ /沖突檢測（沖突檢測（ CSMA/CD CSMA/CD ）機制，以太網技）機制，以太網技術的正式標準是術的正式標準是802.3802.3標準。標準。 按速度發展分為：按速度發展分為

3、： 1.1.傳統以太網（傳統以太網（10Mbps10Mbps） 2.2.快速以太網（快速以太網（100Mbps100Mbps） 3.3.千兆以太網（千兆以太網（1000Mbps1000Mbps） 3.1.2 傳統以太網 傳統以太網數據率為傳統以太網數據率為10Mbps,10Mbps,接入方法為載波多路訪問接入方法為載波多路訪問/ /沖突檢測（沖突檢測（ CSMA/CD CSMA/CD ）機制。）機制。n CSMA/CDCSMA/CD八字原理：八字原理：“先聽后講，邊聽邊講先聽后講，邊聽邊講”n (1(1）先）先偵聽信道偵聽信道，如果信道空閑則發送信息。，如果信道空閑則發送信息。n（2 2）如果

4、信道忙，則繼續偵聽，直到信道空閑時立即發送。）如果信道忙，則繼續偵聽，直到信道空閑時立即發送。n（3 3）發送信息后進行）發送信息后進行沖突檢測沖突檢測，如發生沖突，立即停止發送，如發生沖突，立即停止發送，并向總線上發出一串并向總線上發出一串阻塞信號阻塞信號（連續幾個字節全（連續幾個字節全1 1），通知總），通知總線上各站點沖突已發生，使各站點重新開始偵聽與競爭。線上各站點沖突已發生，使各站點重新開始偵聽與競爭。n（4 4）已發出信息的各站點收到阻塞信號后，等待一段）已發出信息的各站點收到阻塞信號后，等待一段隨機時隨機時間間，重新進入偵聽發送階段。，重新進入偵聽發送階段。3.1.2 傳統以太網

5、 站點要求發送有載波？發送一幀信息有沖突？發出阻塞信號沖突 16？延時處理放棄發送另作處理一次發送結束圖4.3 CSMA/CD發送過程流程圖YNYNNY3.1.2 傳統以太網 n 數據鏈路層有數據鏈路層有2 2個子層個子層：LLCLLC邏輯鏈路控制子層邏輯鏈路控制子層：負責數據鏈路層的：負責數據鏈路層的流量控制流量控制和和差錯控制差錯控制。MACMAC媒體接入控制子層媒體接入控制子層：負責：負責CSMA/CDCSMA/CD接入方法及接入方法及幀幀的組裝。的組裝。 （1 1）前同步碼前同步碼：物理層添加的：物理層添加的7 7個字節交替出現的個字節交替出現的0 0和和1 1，提，提 醒系統有幀到來

6、。醒系統有幀到來。（2 2）幀首定界符幀首定界符SFDSFD：1 1個字節個字節10101010111010101011作為幀開始信號。作為幀開始信號。（3 3）目的地址目的地址DADA：下一站物理地址。：下一站物理地址。（4 4）源地址源地址SASA：前一站物理地址。：前一站物理地址。（5 5）長度長度/ /類型類型：值小于：值小于15181518表示長度字段，否則表示定義表示長度字段，否則表示定義 服務的上層協議。服務的上層協議。（6 6）數據數據：從上層協議封裝的數據。：從上層協議封裝的數據。（7 7）CRCCRC: : 差錯檢信息。差錯檢信息。幀格式幀格式3.1.2 傳統以太網 n 實

7、現方法實現方法（1 1）10BASE510BASE5：粗纜以太網。：粗纜以太網。（2 2）10BASE210BASE2：細纜以太網。：細纜以太網。（3 3）10BASE-T: 10BASE-T: 雙絞線以太網。雙絞線以太網。（4 4）10BASE-FL10BASE-FL：光纖鏈路以太網。：光纖鏈路以太網。n 比較基帶與寬帶：比較基帶與寬帶： 基帶傳輸基帶傳輸(BASE)-(BASE)-又叫數字傳輸，是指把要傳輸的數據轉換又叫數字傳輸，是指把要傳輸的數據轉換為數為數 字信號字信號，使用固定的頻率在信道上傳輸，使用固定的頻率在信道上傳輸。 寬帶傳輸寬帶傳輸( (Broadband)-)-將信道分成

8、多個子信道，分別傳送音頻、將信道分成多個子信道，分別傳送音頻、 視頻和數字信號。傳輸視頻和數字信號。傳輸模擬信號模擬信號，傳輸距離更遠。，傳輸距離更遠。3.1.3 快速以太網 在在MACMAC層與傳統以太網原理相同，在物理層，使層與傳統以太網原理相同，在物理層，使用不同的用不同的發送方法發送方法和和不同的媒體不同的媒體來達到來達到100Mbps100Mbps。 快速以太網共有快速以太網共有3 3種實現方法：種實現方法： 100BASE-TX 100BASE-TX用于用于兩對兩對5 5類類UTPUTP或或1 1類類STPSTP 100BAST-T4 100BAST-T4用于用于四對四對3 3，4

9、 4或或5 5類類UTPUTP 100BASE-FX 100BASE-FX用于光纖，需用于光纖，需兩對兩對光纖光纖 3.1.4 千兆以太網 千兆千兆以太網以太網是建立在以太網標準基礎之上的是建立在以太網標準基礎之上的技術技術。千兆以太。千兆以太網和大量使用的以太網與快速以太網完全兼容，并利用了原網和大量使用的以太網與快速以太網完全兼容，并利用了原以太網標準所規定的全部技術規范，其中包括以太網標準所規定的全部技術規范，其中包括CSMA/CDCSMA/CD協議、協議、以太網幀、全雙工、流量控制以及以太網幀、全雙工、流量控制以及IEEE 802.3IEEE 802.3標準中所定義標準中所定義的管理對

10、象的管理對象。 目前千兆以太網實現分為二線和四線兩類，分別為：目前千兆以太網實現分為二線和四線兩類，分別為：（1 1）100BASE-SX100BASE-SX：用光纖發送：用光纖發送短短波長激波長激光光信號。信號。（2 2）100BASE-LX100BASE-LX：用光纖發送：用光纖發送長長波長激波長激光光信號。信號。（3 3）100BASE-CX100BASE-CX：用屏蔽雙絞線發送：用屏蔽雙絞線發送電電信號。信號。（4 4）100BAST-T100BAST-T：使用雙絞線電纜。：使用雙絞線電纜。 3.1.5 無線局域網：IEEE 802.11 無線局域網是計算機網絡與無線通信技術相結合的產

11、物。無線局域網是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。它以它以無線信道無線信道作為傳輸媒介，能實現寬帶業務的無線接入、作為傳輸媒介，能實現寬帶業務的無線接入、遠距離無線傳輸及認證計費等功能。其優點如下遠距離無線傳輸及認證計費等功能。其優點如下： 1.1.移動性移動性: :n不需要局限特定訪問地點不需要局限特定訪問地點n筆記本、筆記本、PDAPDA可以自由變換位置可以自由變換位置 2. 2. 低成本低成本n避免鋪設線纜、租用線路的月租費避免鋪設線纜、租用線路的月租費 3. 3. 高可靠性高可靠性 n避免線纜故障造成的網絡癱瘓避免線纜故障造成的網絡癱瘓n抗干擾、加密算法確保安全。抗干擾、加密算法確

12、保安全。3.1.5 體系結構n基本服務集基本服務集BSSBSS和擴展服務集和擴展服務集ESSESSn1.1.基本服務集基本服務集由固定的或移動的由固定的或移動的無線站無線站及可能的稱為及可能的稱為接入點接入點APAP的中央基站構成。的中央基站構成。3.1.5 體系結構n1.1.擴展服務集擴展服務集由兩個或更多的具有由兩個或更多的具有接入點接入點APAP的的BBSBBS構成。構成。該基礎結構該基礎結構網絡中，一網絡中，一個個BBSBBS的各站的各站可不通過可不通過APAP通信，但不通信，但不同同BBSBBS站不行站不行。3.1.5 體系結構n物理層實現物理層實現：定義了若干標準，只需了解。定義了

13、若干標準，只需了解。nMACMAC層實現層實現：CSMA/CACSMA/CAn（1 1）發送結點在檢測出媒體空閑后，先發送一個小幀）發送結點在檢測出媒體空閑后，先發送一個小幀 RTS(RTS(特殊請求特殊請求) )，該幀包含了他需要占用媒體的時間；，該幀包含了他需要占用媒體的時間； n（2 2）接收站發送一個）接收站發送一個CTS(CTS(準備發送準備發送) )幀確認發送結點的請幀確認發送結點的請 求。該幀以廣播方式發給所有站。求。該幀以廣播方式發給所有站。n（3 3）發送站發送所有幀。）發送站發送所有幀。n（4 4）接收站確認所收到的幀。）接收站確認所收到的幀。3.2 點對點廣域網n1.1.

14、點對點廣域網概述點對點廣域網概述n n廣域網（廣域網（Wide Area NetworksWide Area Networks，WANWAN）n距離遠、帶寬小、延時大距離遠、帶寬小、延時大3.2.1 物理層n56k56k調制解調器調制解調器n調制，就是把數字信號轉換成電話線上傳輸的模擬信號；解調，即把模擬信號轉換成數字信號。n上載速率33.6kbps,下載數據率為56kbps.nDSLDSL技術技術 DSL（Digital Subscriber Line）數字用戶線路，是通過銅線或者本地電話網提供數字連接的一種技術。 包含ADSL,VDSL,HDSL,SDSL等xDSL。 3.2.1 物理層n

15、ADSL（非對稱數字用戶環線），用于要求很快的下載速度，但上傳速度較慢可以接受的互聯網接入領域；nSDSL（對稱數字用戶環線），用于對下載和上傳速度都有較高要求的短距離網絡連接。n電纜調制解調器電纜調制解調器Cable ModemCable Modem 它利用有線電視網進行數據傳輸，主要面向計算機用戶的終端，它是連接有線電視同軸電纜與用戶計算機之間的中間設備。3.2.2 數據鏈路層1.PPP1.PPP點對點協議點對點協議nPPPPPP協議是目前使用最廣泛的廣域網協議，這是因為它協議是目前使用最廣泛的廣域網協議，這是因為它具有以下特性：具有以下特性： n能夠控制數據鏈路的建立；能夠控制數據鏈路的

16、建立；n能夠對能夠對IPIP地址地址進行進行分配分配和和使用使用；n允許同時采用多種網絡層協議；允許同時采用多種網絡層協議；n能夠配置和測試數據鏈路；能夠配置和測試數據鏈路；n能夠進行錯誤檢測；能夠進行錯誤檢測；n有協商選項，能夠對網絡層的地址和數據壓縮等進有協商選項，能夠對網絡層的地址和數據壓縮等進行協商。行協商。 3.2.2 數據鏈路層2.PPP運行過程3.3 交換廣域網3.3 交換廣域網歷史最悠久的廣域網數據傳輸技術。X.25協議是指用分組方式工作并通過專用電路和公用數據網連接的終端使用的數據終端設備(DTE)和數據電路終端設備(DCE)之間接口的協議。 目前網絡發展的最新技術，是建立在

17、電路交換和分組交換基礎上的一種新的交換技術3.3.2 幀中繼3.3.2 幀中繼體系結構幀中繼通常是作為廣域網來幀中繼通常是作為廣域網來連接一些局域網和主機。連接一些局域網和主機。DTEDTE: :數據終端設備，連接用數據終端設備，連接用戶到網絡的設備。如：路由戶到網絡的設備。如：路由器或網橋。器或網橋。DCEDCE: :數據電路端接設備，網數據電路端接設備，網絡中的交換機。絡中的交換機。知識回顧局域網技術局域網技術n 傳統以太網傳統以太網n 快速以太網快速以太網n 千兆以太網千兆以太網廣域網技術廣域網技術n 點對點廣域網點對點廣域網n 交換廣域網交換廣域網 X.25 X.25 幀中繼幀中繼 A

18、TMATM本講內容：本講內容： ATM技術技術鏈路層協議鏈路層協議 l HDLCl PPP 接入技術接入技術l ISDNl DCC3.3.3 ATM1.1.什么是什么是ATMATM 一種數據傳輸技術，它以一種數據傳輸技術，它以信元信元為信息傳輸、復用和交換的為信息傳輸、復用和交換的基本單位，具有基本單位，具有高數據傳輸率高數據傳輸率。2.2.什么是信元什么是信元 信元是固定長度的數據交換單元，有信元是固定長度的數據交換單元，有5 5個個字節首部和字節首部和4848個個字字節的信息字節組成，采用節的信息字節組成，采用硬件硬件對信元進行處理，縮短信元的處對信元進行處理，縮短信元的處理時間。理時間。

19、3.3.應用范圍應用范圍 ATMATM技術實現的通信網可支持語音、數據及圖像傳送，提供技術實現的通信網可支持語音、數據及圖像傳送，提供專用專用高帶寬高帶寬傳輸。傳輸。3.3.3 ATM3.ATM3.ATM網絡特點網絡特點采用面向連接并預約傳輸資源的方式采用面向連接并預約傳輸資源的方式 傳輸路徑（TP）物理連接（電線、電纜、衛星等）。 虛通道(VP)兩個交換機之間的一條或一組連接。 虛電路(VC)屬于同一報文的信元都沿著一條虛電路傳輸。 無逐段鏈路的差錯控制和流量控制無逐段鏈路的差錯控制和流量控制 (1)運行是在誤碼率很低的光纖傳輸網上 (2)預約資源機制保證網絡中傳輸的負載小于網絡的傳輸能力。

20、3.3.3 ATM采用透明的網絡傳輸方式采用透明的網絡傳輸方式 語義透明-在傳送信息時不產生錯誤。 時間透明-用最短的時間將信息從源點送到目的點。具有統計復用功能具有統計復用功能兼容性好兼容性好 AAL層把不同電信業務轉換成統一的ATM標準，實現使用同一個網絡來承載各種應用業務的目的。 3.3.3 ATM4.ATM4.ATM層次層次（1 1）物理層物理層：定義傳輸媒體、位傳輸、電信號和光信號的轉換。：定義傳輸媒體、位傳輸、電信號和光信號的轉換。（2 2）ATMATM層層：負責共享物理鏈路的：負責共享物理鏈路的虛電路虛電路和和ATM網絡中的信元傳輸信元傳輸。（3 3）應用適配層應用適配層(AAL

21、)(AAL)：接入：接入現有網絡現有網絡到到ATMATM設施上，并分割成固設施上，并分割成固定長度定長度ATMATM信元。信元。 AAL1-支持恒定數據率的應用，視頻、話音。 AAL2-支持低數據率通信量和短幀通信量。 AAL3/4-面向連接和無連接的數字服務。 AAL5-為無連接的分組協議而設計。3.3.3 ATM5.ATM5.ATM與與IPIP技術比較技術比較（1）從定義上看從定義上看：ATM是ITU-T提出的標準，它基于QoS，技術的先進性以及兼容性，適用于實時性強，多媒體通信等高端業務。但協議龐雜，運行維護困難。IP是由IETF標準化，具有包容性包容性和開放性開放性，但也決定了IP要提

22、供電信級的服務還有一段路要走。 (2) ATM是技術驅動技術驅動的產物，而IP則是市場驅動市場驅動的產物。(3) IP協議所具有的最大優勢最大優勢在于，它可以運行在任何介質和網絡任何介質和網絡上，可以保證異種網絡的互通。隨著IPv6,各種協議算法的發展，話音、視頻話音、視頻業務及傳統的數據通信數據通信業務轉移到IP網上。3.3.3 ATM6.ATM/IP6.ATM/IP技術的融合技術的融合 (1)(1)網絡疊加模型網絡疊加模型 LANE和MPOA，同時依托TCP/IP協議棧和ATM信令，兩者在結構上呈疊加關系，TCP/IP協議棧位于ATM協議之上，通過適當的格式、地址轉換實現網絡互連互通。 (

23、2)(2)網絡集成型模型網絡集成型模型 選路等第三層以上的任務由傳統的TCP/IP協議棧完成；而交換、傳輸則由ATM硬件來實現。由于它將IP軟件模塊與ATM硬件集成在一起，將ATM作為一個傳輸層設備使用。如：標記交換、IP導航器、MPLS等。缺點：互聯、傳輸效果缺點：互聯、傳輸效果低下，技術難度高低下，技術難度高3.4 連接設備 1. 1.轉發器轉發器 物理層設備，可擴展局域網的長度。不是連接物理層設備，可擴展局域網的長度。不是連接2 2個局域網，個局域網，是把一個局域網的兩個網段連接起來。轉發每一個位，無過是把一個局域網的兩個網段連接起來。轉發每一個位，無過濾功能，是再生器而不是放大器。濾功

24、能，是再生器而不是放大器。n集線器集線器: :多端口轉發器，多端口轉發器，應用于使用星型拓撲結構的網絡中，應用于使用星型拓撲結構的網絡中，連接多個計算機或網絡設備。連接多個計算機或網絡設備。 3.4 連接設備 2. 2.網橋網橋 數據鏈路層設備。連接兩個LAN,它能夠解析它所接受的幀，根據MAC地址來轉發幀。如果數據包的目標地址與源地址位于同一段，就可以把它過濾掉。n透明網橋透明網橋: :對任何數據站都完全透明，用戶感覺不到它的存在。當網橋被加入系統或從系統刪除，各站都無需重新配置。3.4 連接設備 3. 3.交換機交換機 二層交換機二層交換機是數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息

25、，根據MAC地址進行轉發，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。 三層交換機三層交換機就是路由器，網絡層設備。比傳統路由器更快、更多得接收、處理和發送分組。3.4 連接設備交換機的特點交換機的特點3.4 連接設備交換機的作用交換機的作用3.4 連接設備MAC地址表學習過程地址表學習過程3.4 連接設備3.4 連接設備3.4 連接設備交換機對幀的轉發交換機對幀的轉發(1)單播幀轉發單播幀轉發3.4 連接設備廣播、組播和未廣播、組播和未知單播幀的轉發知單播幀的轉發3.4 連接設備 4. 4.路由器路由器 工作在第三層的網絡互聯設備。連接不同傳輸速率并運行于各種環境的局域網和廣

26、域網。 與其他設備的區別與其他設備的區別： (1) 路由器每個接口有物理地址和邏輯地址。 (2) 只對分組中的目的地址與分組到達的接口地址匹配的 分組起作用。 (3) 轉發分組時要改變物理地址。3.4 連接設備路由器的作用路由器的作用3.4 連接設備路由器的特點路由器的特點3.4 連接設備第三章第三章 底層的技術底層的技術本章總結及補充知識介紹本章總結及補充知識介紹1. 1. 局域網和廣域網概述局域網和廣域網概述2. 2. 廣域網接入技術廣域網接入技術lHDLCHDLC協議協議lPPPPPP協議協議lISDNISDN協議協議lDDCDDC撥號控制中心撥號控制中心 3.5 底層技術總結1.局域網

27、和廣域網定義局域網和廣域網定義3.5 底層技術總結2.局域網的不足局域網的不足3.5 底層技術總結3.5 底層技術總結3.廣域網與廣域網與OSI參考模型參考模型3.5 底層技術總結4.廣域網廣域網連接方式連接方式3.5 底層技術總結專線連接方式專線連接方式3.5 底層技術總結電路交換方式電路交換方式3.5 底層技術總結專線和電路交換方式專線和電路交換方式-鏈路層協議鏈路層協議3.5 底層技術總結分組交換鏈接模型分組交換鏈接模型3.5 底層技術總結廣域網接入和互聯廣域網接入和互聯HDLCHDLC協議協議 HDLC(高級數據鏈路控制)協議由IBM的SDLC(同步數據鏈路控制)協議演變而來。3.5

28、底層技術總結HDLCHDLC概述概述3.5 底層技術總結HDLCHDLC幀格式幀格式數據和控制報文均以數據和控制報文均以幀標準格式傳送。幀標準格式傳送。信息幀(I幀)監控幀(S幀)無編號幀(U幀)3.5 底層技術總結HDLCHDLC狀態檢測狀態檢測 3.5 底層技術總結配置配置HDLCHDLC時間范圍為0-32767s3.5 底層技術總結HDLC協議特點3.5 底層技術總結DHLCDHLC協議使用限制協議使用限制 3.5 底層技術總結廣域網接入和互聯廣域網接入和互聯PPPPPP協議協議 PPP(PPP(點到點點到點) )協議是在協議是在SLIP(SLIP(串行線互聯網協議串行線互聯網協議) )

29、的基礎上的基礎上發展起來，提供點到點鏈路上傳遞、封裝網絡層數據包的發展起來，提供點到點鏈路上傳遞、封裝網絡層數據包的鏈路層協議。鏈路層協議。3.5 底層技術總結PPPPPP概述概述3.5 底層技術總結PPPPPP的特點的特點3.5 底層技術總結PPPPPP協議的組成協議的組成LCPLCP：管理PPP數據鏈路，包括建立、拆除和監控數據鏈路等。NCPNCP：協商所承載的網絡層協議的類型及其屬性。3.5 底層技術總結PPPPPP會話的建立會話的建立鏈路建立鏈路建立：發送LCP報文檢測鏈路的可用情況。驗證階段驗證階段：根據PPP的驗證選項來決定是否驗證。網絡層協商階段網絡層協商階段：發送NCP報文來選

30、擇并配置網絡層協議。3.5 底層技術總結PPPPPP會話流程會話流程3.5 底層技術總結PPPPPP驗證驗證-PAP-PAP正確發ACK,錯誤發NAK消息3.5 底層技術總結CHAPCHAP驗證驗證主驗證方：主驗證方：發起驗證請求，包括用戶名和一個隨機數值。被驗證方被驗證方：利用MD5算法對報文ID、密碼和隨機數生成一個摘要摘要，并傳回摘要摘要和自己的用戶名用戶名。密碼選取密碼選取：本端端口配置的默認CHAP密碼或根據主驗證方用戶名查找的對應密碼。主驗證方主驗證方：用MD5算法對報文ID、本地保存的被驗證方的密碼和原隨機數生成一個摘要。與收到摘要對比，相同則發送ACK，不同發送NAK。3.5 底層技術總結PAPPAP與與CHAPCHAP對比對比3.5 底層技術總結PPPPPP基本配置基本配置3.5 底層技術總結配置配