1、 lxm局域網(wǎng)與城域網(wǎng)第1章 緒論lxm本章要求理解并掌握什么是局域網(wǎng)、城域網(wǎng)？局域網(wǎng)的基本應用結(jié)構(gòu)早期LAN和現(xiàn)今LAN的特點如今，為什么局域網(wǎng)技術(shù)延伸到園區(qū)甚至城域？了解并理解局域網(wǎng)的應用、產(chǎn)生與發(fā)展城域網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展為什么局域網(wǎng)和城域網(wǎng)技術(shù)可以并列出現(xiàn)？現(xiàn)今局域網(wǎng)的主流技術(shù)局域網(wǎng)的標準機構(gòu)及相關標準lxm本章內(nèi)容1.1 引言1.2 局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的發(fā)展1.3 局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)1.4 局域網(wǎng)的技術(shù)定義1.5 局域網(wǎng)的標準化1.6 小結(jié)lxm1.1 引言1.1.1 術(shù)語1.1.2 局域網(wǎng)的應用lxm1.1.1 術(shù)語LAN: Local Area Network，局域網(wǎng)覆蓋局部范圍的網(wǎng)絡MAN

2、: Metropolitan Area Network，城域網(wǎng)覆蓋城市范圍的網(wǎng)絡WAN: Wide Area Network，廣域網(wǎng)覆蓋城市、國家甚至世界范圍的互聯(lián)網(wǎng)絡注意：這是直觀的的含義理解，隨著技術(shù)的發(fā)展，如今LAN技術(shù)的應用已不只局限于局部范圍lxm1.1.1 術(shù)語當年，僅有 LAN與WAN當年，MAN并未出現(xiàn)，僅有WAN與LAN當年認為LAN只能覆蓋樓宇，覆蓋樓群已是不易城域覆蓋只能采用廣域網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)局域網(wǎng)的城域互連通常由運營商的廣域網(wǎng)實現(xiàn)如今，LAN/MAN并列MAN已經(jīng)崛起MAN與LAN技術(shù)思路相同，標準機構(gòu)相同MAN與LAN位于同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)lxm1.1.2 局域網(wǎng)的應用LAN應

3、用的基本特征是資源共享，包括設備共享信息共享應用共享 早期的主要應用 共享文件服務器：無盤工作站共享 硬盤 共享打印服務器：可以共享昂貴的打印機 目前設備共享的新應用 共享存儲：網(wǎng)絡存儲，容災備份 電子郵件：信息交換，點對點 瀏覽網(wǎng)頁：信息發(fā)布，點對多點 信息獲取：下載音、視頻 電子商務 網(wǎng)上銀行 應用火熱的網(wǎng)絡游戲 lxm1.2 局域網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2.1 LAN的發(fā)展簡史1.2.2 LAN的技術(shù)變遷1.2.3 當前的局域網(wǎng)1.2.4 城域網(wǎng)的發(fā)展lxm1.2.1 LAN 的發(fā)展簡史20世紀70年代：大量的技術(shù)20世紀80年代：眾多的標準20世紀90年代：技術(shù)的匯聚21世紀：技術(shù)的全面更新

4、如：令牌總線技術(shù)、令牌環(huán)技術(shù)、CSMA、CSMA/CD技術(shù)802.3 802.14技術(shù)競爭、大浪淘沙90年代末主流技術(shù)浮現(xiàn)：802.3 與 802.11速率提升、覆蓋擴大無線技術(shù)全面進入從用戶級專網(wǎng)進軍運營級公眾網(wǎng)lxm1.2.2 局域網(wǎng)的技術(shù)變遷早期LAN技術(shù)20世紀70-90年代當今主流技術(shù) 802.3：廉價的過渡技術(shù) 802.4：適合制造業(yè)、實時性可靠性好 802.5：性能十分好，進化的方向 FDDI：主干網(wǎng)首選，可用于城域網(wǎng) ATM局域網(wǎng)與綜合業(yè)務局域網(wǎng) 802.3：高速率、大覆蓋、高可靠 802.11：進展飛速、應用普遍展開lxm LAN/MAN 發(fā)展簡史與技術(shù)變遷Token Bus

5、Token RingCSMA/CDCSMA/CACSMAFDDITRTBEthernetStarLANARCnetOmniNet1970s1980/1990s2000s802.11/WLAN802.9/ISLAN802.8/FORTAG802.7/BBTAG802.6/MAN802.5/TR802.4/TB802.3/Enet802.14/CM802.12/DPLANX3T9.5/FDDI802.9/ISLAN802.5/TR802.4/TB802.3/Enet802.11/WLAN802.3/Enet802.20/MBWA802.17/RPR802.16/FBWA802.15/WPAN802

6、.22/WRAN802.11/WLAN802.3/Enetlxm1.2.3 當今的局域網(wǎng)當今主流LAN技術(shù)以太網(wǎng)（802.3） 無線局域網(wǎng)（802.11）以太網(wǎng)介質(zhì)：雙絞線、多模光纖、單模光纖速率：10Mbit/s - 10Gbit/s，100Gbit/s距離：40km、70km，3000km組網(wǎng)設備：交換機組網(wǎng)應用：交換式局域網(wǎng)、虛擬局域網(wǎng)、運營級網(wǎng)絡無線局域網(wǎng)無線接入網(wǎng)的主流技術(shù)正在發(fā)展大規(guī)模的應用級協(xié)議速率：2Mbit/s - 54Mbit/s，300/600Mbit/s ， 1Gbit/s lxm1.2.3 當今的局域網(wǎng)以太網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展 以太網(wǎng)發(fā)展史上的重要事件雙絞線的使用結(jié)構(gòu)化的布線

7、成為現(xiàn)實，為以太網(wǎng)的大規(guī)模布設提供了條件；收發(fā)分開，為全雙工以太網(wǎng)打下了基礎交換機的出現(xiàn)交換機組網(wǎng)：（1）使以太網(wǎng)信道從共享走向獨享，全雙工以太網(wǎng)得以實現(xiàn)，同時提高網(wǎng)絡容量；（2）突破沖突域的限制，擴大網(wǎng)絡范圍，組建大網(wǎng)得以實現(xiàn)。光纖介質(zhì)的使用（1）極大擴大網(wǎng)絡傳輸距離，為LAN技術(shù)向廣域范圍延伸提供條件；（2）光纖的高帶寬，為高速LAN提供了條件。10G以太網(wǎng)的出現(xiàn)具有局域和廣域雙重物理接口，拉開了局域網(wǎng)技術(shù)向城域網(wǎng)進軍的序幕lxm1.2.4 城域網(wǎng)的需求與發(fā)展需求高性能局域網(wǎng)的城域互連園區(qū)級互連：校園網(wǎng)教育城域網(wǎng)、電子政務城域網(wǎng)城域運營級公眾網(wǎng)絡已有技術(shù)早期： DQDB、IEEE 802.

8、6，未能實用成熟技術(shù)：SDH傳輸，承載效率不高針對話音業(yè)務而優(yōu)化設計，不特別適合數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸當前由802委員會制定標準，MAN采用與LAN相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)802委員會：擴展為LAN/MAN委員會有線主干網(wǎng)（802.17）無線接入網(wǎng)（802.16）城域以太網(wǎng)技術(shù)(802.1ad 802.1ah)lxm1.3 局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可從多方面進行分類本節(jié)從兩個方面進行講解局域網(wǎng)基本應用結(jié)構(gòu)1.3.1 園區(qū)級網(wǎng)絡1.3.2 數(shù)據(jù)中心1.3.3 互聯(lián)網(wǎng)中的局域網(wǎng)局域網(wǎng)的基礎結(jié)構(gòu)1.3.4 拓撲結(jié)構(gòu)及其演進lxm1.3.1 園區(qū)級網(wǎng)絡根據(jù)覆蓋不同的局域范圍，園區(qū)級網(wǎng)絡分為辦公室網(wǎng)絡樓宇網(wǎng)絡園區(qū)網(wǎng)絡

9、lxm1.3.1 園區(qū)級網(wǎng)絡辦公室網(wǎng)絡一種簡單的局域網(wǎng)，又稱為工作組級網(wǎng)絡覆蓋一個房間或臨近的幾個房間使用一臺或幾臺交換機接入幾十臺計算機用于少量的實驗室、辦公室聯(lián)網(wǎng)也可用于網(wǎng)絡教室一種常見的小型局域網(wǎng)性能高、成本低、維護方便家庭網(wǎng)絡的基本支撐結(jié)構(gòu)上聯(lián)部門網(wǎng)絡100Mbps10/100Mbpslxm1.3.1 園區(qū)級網(wǎng)絡樓宇網(wǎng)絡覆蓋一幢大樓使用多臺交換機，接入上百臺計算機也稱為部門級網(wǎng)絡一幢大樓：大型企業(yè)的部門，大學的學院網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)較為復雜兩個層次：核心層與接入層核心層也稱主干網(wǎng)（backbone）通常使用單臺核心交換機，主干速率常為1000Mb/s通過樓內(nèi)的垂直主干光纜連接多臺接入交換機lxm

10、 1.3.1 園區(qū)級網(wǎng)絡樓宇網(wǎng)絡部門 核心交換機辦公室辦公室辦公室上聯(lián)主干網(wǎng)1000Mbps100Mbpslxm 1.3.1 園區(qū)級網(wǎng)絡園區(qū)網(wǎng)絡覆蓋一個園區(qū)的多個建筑物覆蓋直徑可以長達數(shù)公里多園區(qū)結(jié)構(gòu)：可以覆蓋幾十公里最初流行于大學校園，也稱為校園網(wǎng)如：連接校園網(wǎng)中的總校與分校目前廣泛用于大型的企業(yè)網(wǎng)絡政府網(wǎng)絡新型住宅小區(qū)網(wǎng)絡lxm1.3.1 園區(qū)級網(wǎng)絡園區(qū)網(wǎng)絡園區(qū)級網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)：相當復雜大體上分為兩個層次：核心層（主干層）、接入層園區(qū)主干網(wǎng)建筑物之間預先敷設有室外光纜室外光纜互連主干交換機：中心交換機與分中心交換機用戶接入網(wǎng)分中心交換機連接各個樓宇的接入交換機園區(qū)級網(wǎng)絡的規(guī)模主干交換機：可達數(shù)

11、十臺接入交換機：可達數(shù)百臺接入計算機：可達上萬臺lxm1.3.1 園區(qū)級網(wǎng)絡園區(qū)網(wǎng)絡部門 核心交換機辦公室連接至Internet園區(qū)主干網(wǎng): 3層交換機/1000Mbps/光纖辦公室辦公室辦公室部門 核心交換機部門 核心交換機中心 交換機接入部分lxm1.3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡也稱為后端網(wǎng)絡與園區(qū)級網(wǎng)絡有明顯差別一般用戶不直接接觸，在后臺工作IDC ：Internet Data Center互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心提供724（全天候）運行的電信級機房環(huán)境在數(shù)據(jù)中心放置大型服務器如web 服務器、應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器高性能的存儲設備與存儲區(qū)域網(wǎng)（SAN）磁盤陣列、光盤庫、磁帶庫網(wǎng)絡

12、監(jiān)控設備網(wǎng)管站（NMS）、SLA監(jiān)視、網(wǎng)絡安全設備lxm1.3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡是一種高吞吐率、高可靠性的局域網(wǎng)，主要功能包括：互連上述各種類型的服務設備為服務器高質(zhì)量的服務提供基礎網(wǎng)絡環(huán)境直接連接在園區(qū)網(wǎng)絡的中心交換機或互聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡主干速率可高達10Gb/s，設備接入速率可達1000Mb/slxm1.3.3 互聯(lián)網(wǎng)中的局域網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)：一個覆蓋全球的廣域網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)是由IP路由器互連許多物理網(wǎng)組成各種物理網(wǎng)：LAN 、 WAN 、點到點信道等高性能的局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）是當今物理網(wǎng)的主流家庭、企業(yè)、學校、政務、數(shù)據(jù)中心等等以太網(wǎng)的便捷靈活以及與IP協(xié)議的天然匹配性，成就了以太網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)中

13、物理網(wǎng)的“王者”地位組網(wǎng)快捷，靈活，即插即用以太網(wǎng)與IP都是基于分組與無連接模式，天然匹配性幾乎是IP網(wǎng)絡一統(tǒng)天下，物理網(wǎng)以太網(wǎng)獨占鰲頭lxm1.3.4 LAN拓撲結(jié)構(gòu)的演進早期LAN的拓撲當今LAN的拓撲lxm1.3.4 LAN拓撲結(jié)構(gòu)早期的拓撲早期LAN拓撲結(jié)構(gòu)特點拓撲結(jié)構(gòu)簡單總線拓撲、環(huán)型拓撲、星型拓撲不區(qū)別端系統(tǒng)與中繼系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)設備通過NIC（網(wǎng)絡接口卡）連接在共享的傳輸介質(zhì)上網(wǎng)絡上只能看見計算機：PC機與服務器可能外加必要的共享設備（如星型結(jié)構(gòu)中的HUB)都是共享介質(zhì)的結(jié)構(gòu)總線型環(huán)型星型HUBlxm1.3.4 LAN拓撲結(jié)構(gòu)當今的拓撲資源子網(wǎng)通信子網(wǎng) 當今LAN的拓撲Mesh-star

14、結(jié)構(gòu)區(qū)分端站與中繼系統(tǒng)端站：主機中繼系統(tǒng)：交換機交換機互連形成LAN主干： mesh結(jié)構(gòu)端站到交換機的接入： 星型結(jié)構(gòu)主機交換機lxm1.4 局域網(wǎng)的定義1.4.1 局域網(wǎng)的總體標準1.4.2 局域網(wǎng)的定義lxm1.4.1 局域網(wǎng)的總體標準局域網(wǎng)的總體標準：IEEE 802-2001IEEE Standard for LAN & MAN: Overview and Architecture最局域網(wǎng)最基本、也是級別最高標準總體標準有兩個版本第1版：IEEE 802-1990第2版：IEEE 802-2001IEEE 802的版本更新反映了深刻的技術(shù)變革對LAN/MAN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變對LAN/MA

15、N的定義也進行了全新的描述lxm1.4.2 局域網(wǎng)的定義主要要點最適合于中等大小的地理區(qū)域的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡如一幢辦公樓、一個倉庫、一個園區(qū)也常用于更小的地域，如小型辦公室、單個實驗室、家庭 甚至可以桌面級的應用，如少數(shù)成員之間的對等通信數(shù)據(jù)通信速率比較高、傳輸時延很短局域網(wǎng)通信的基本方式是基于變長分組網(wǎng)絡通信傳輸?shù)幕緮?shù)據(jù)單元是長度可變的八位組序列l(wèi)xm1.4.2 局域網(wǎng)的定義主要要點站點之間可以直接通信：點對點、點對多點對等通信網(wǎng)絡，不必通過任何中間節(jié)點交換使用交換機構(gòu)建交換式局域網(wǎng)早期的局域網(wǎng)技術(shù)都使用共享介質(zhì)、全廣播通信使用網(wǎng)橋（交換機）構(gòu)建局域網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)非常流行注意：交換機是一種高速的硬件化

16、網(wǎng)橋可以大大提高網(wǎng)絡吞吐量、增加網(wǎng)上工作站數(shù)量網(wǎng)橋可以限制廣播和組播通信點對點全雙工通信引入局域網(wǎng)，作為高速鏈路連接交換機與交換機、連接端站和交換機lxm1.5 局域網(wǎng)的標準化1.5.1 為什么要學習標準1.5.2 標準化機構(gòu)1.5.3 IEEE 802委員會1.5.4 IEEE 802標準1.5.5 IEEE 802標準族lxm1.5.1 為什么要學習標準？學習標準的兩大理由有助于：登上技術(shù)制高點有助于：洞察技術(shù)發(fā)展方向標準是主流技術(shù)的制高點三流的企業(yè)出產(chǎn)品二流的企業(yè)出專利一流的企業(yè)出標準標準的演變反映了主流技術(shù)的發(fā)展學習標準能夠看清方向、洞察發(fā)展標準的發(fā)展史就是主流技術(shù)的演變史清晰技術(shù)發(fā)展

17、方向，研究前景好的技術(shù)進入標準之路了解、掌握、參與、主導盡早進入標準學習是深入的初階lxm1.5.2 標準化機構(gòu)IEEE 802ISO/IECITU-TTIA/EIAIETF/RFCGB/Tlxm1.5.2 標準化機構(gòu)ISO/IECISO：國際標準化組織，級別最高International Organization for StandardizationIEC：國際電工委員會，歷史最久International Electrotechnical CommissionISO/IEC JTC1聯(lián)合技術(shù)委員會，IT的標準化協(xié)調(diào)著名的ISO標準ISO/IEC 7498-1-1994：OSI/BRM，B

18、MISO/IEC 11801-2002：用戶駐地的通用布纜ISO 8802.3/11：等同IEEE 802.3/11lxm1.5.2 標準化機構(gòu)ITU-TITU-TSS國際電信聯(lián)盟International Telecommunication Union電信標準部Telecommunication Standardization Sector典型標準Y.1231-2000：IP接入網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)Y.2001-2004：NGN概覽lxm1.5.2 標準化機構(gòu)TIA/EIATIA：電信工業(yè)協(xié)會Telecommunications Industry Association美國電信工業(yè)的行業(yè)協(xié)會EIA：電

19、子工業(yè)聯(lián)合會（Electronic Industries AllianceEIA歸口管理TIA典型標準TIA/EIA-568-B：商業(yè)樓宇的電信布纜標準lxm1.5.2 標準化機構(gòu)IETF：互聯(lián)網(wǎng)絡工程任務組Internet Engineering Task ForceRFC： “征求意見稿”Request for CommentsTCP/IP領域最具權(quán)威的標準LAN/MAN領域也具重要意義尤為重要：涉及TCP/IP協(xié)議 lxm1.5.2 標準化機構(gòu)GB/T推薦性國家標準，中國在IT領域，GB/T等同采用ISO標準典型國標GB/T 9387.1-1998idt ISO/IEC 7498-1:1

20、994開放系統(tǒng)互連基本參考模型：基本模型GB/T 17967-2000idt ISO/IEC 10731:1994OSI服務定義的約定lxm1.5.3 IEEE 802委員會IEEE：美國電氣電子工程師協(xié)會Institute of Electrical and Electronics EngineersIEEE 802委員會1980年2月成立，主管LAN/MAN技術(shù)IEEE Standardfor Local and Metropolitan Area NetworksLMSC： LAN/MAN標準委員會LAN/MAN Standards Committee802委員會中負責LAN/MAN技術(shù)

21、標準的專門機構(gòu)IEEE 802標準：LAN/MAN領域最重要的標準覆蓋廣、技術(shù)新、更新快lxm1.5.3 IEEE 802委員會IEEE 802委員會的機構(gòu)802中的小組：常設機構(gòu)，分管某一領域工作組：WG，Working Group研究組： SG，Study Group工作組之下任務組TG：Task Group非常設機構(gòu)，完成某一任務發(fā)展歷史中的工作組其中一些現(xiàn)在仍在活動一些已經(jīng)不活動甚至已被解散lxm1.5.3 IEEE 802委員會當前活動的工作組與研究組802.1：局域網(wǎng)高層協(xié)議工作組，含802.10之并入802.3：Ethernet802.11：WLAN802.15：WPAN802.

22、16：BWA802.17：RPR802.18：Radio Regulatory TAG 802.19：Coexistence TAG 802.20：MBWA 802.21：Media Independent Handoff 802.22：WRANlxm1.5.3 IEEE 802委員會當前已不再活動： 802.2：LLC802.5：TR802.12：Demand Priority已經(jīng)解散： 802.4：TB802.6：DQDB MAN 802.7：Broadband TAG802.8：Fiber Optic TAG802.9：ISLAN802.10：Security802.14：Cable M

23、odemlxm1.5.4 IEEE 802標準IEEE802標準的制定階段研究立項專門成立研究組完成立項建議書PAR ：Project Approval Request立項批準后成立相應的任務組：TF、TG草案制定任務組制定草案的各個版本并報批D1.n：任務組完成D2.n：主管的WG投票表決，75%D3.n：LMSC投票表決，75%正式標準IEEE SA：批準、頒布標準維護標準的更正、增補，適當時機重新頒布新版本相應的任務組（有可能新成立）完成lxm1.5.4 IEEE 802標準802標準的修訂：更正、增補、新版修訂更正： Corrections專門更正標準文檔中的疏漏甚至錯誤IEEE St

24、d 802.3-2005/Cor 1-2006： 802.3-2005版的更正1增補： Amendment標準更新的最常見形式不具有完整的文本，僅有原標準的更動部分能夠緊跟技術(shù)的發(fā)展，及時的標準增補功不可沒IEEE 802.3as-2006：802.3標準的的增補 “as”新版修訂：一個全新的完整版本IEEE 802.3-2005：以太網(wǎng)的當前標準IEEE 802.11-2007：WLAN的當前標準lxm1.5.4 IEEE 802標準IEEE 802標準的編號規(guī)則嚴格在文獻引用中經(jīng)常被混淆標準的基本分類編號方式：小數(shù)點數(shù)字其中數(shù)字與相應的工作組編號一致IEEE 802.3標準由IEEE 80

25、2.3工作組負責IEEE 802.11標準由IEEE 802.11工作組負責lxm1.5.4 IEEE 802標準基本標準之后加標字母：大寫與小寫含義不同加標小寫英文字母：對標準的增補IEEE 802.3z-1998802.3標準的增補z，定義了1000BASE-XIEEE 802.3ab-1999802.3標準的增補ab，定義了1000BASE-T加標大寫英文字母：是一個基本標準IEEE 802.1X-2004基于端口的接入控制基本標準例子：IEEE 802.1D-2004：（網(wǎng)橋的）基本標準IEEE 802.1ad-2005：（網(wǎng)橋的）標準增補lxm1.5.5 IEEE 802標準族IEEE 802的主要現(xiàn)行基本標準IEEE 802：LAN/MAN概要及體系結(jié)構(gòu)IEEE 802.1D：MAC橋IEEE 802.1X：基于端口的接入控制IEEE 802.2：LLCIEEE 802.3：CSMA/CD規(guī)范（以太網(wǎng)）IEEE 802.11：WLAN（無線局域網(wǎng)）IEEE 8