新型局域网技术.ppsVIP

1.6 新型局域网技术 本节主要以百兆以太网、千兆以太网、无线局域网和ATM局域网技术为 例介绍新型局域网技术。 1.6.1 百兆以太网和千兆以太网技术 以太网诞生于1973年，1983年IEEE正式批准了第一个以太网的工业标准 （IEEE 802.3标准）时，明确了10Mbps为标准宽带。此时的以太网采用 直径为1cm粗的同轴电缆做通信介质，电缆阻抗为50，区段最大长度为 500m，每段电缆可连接100个节点，传输速率为10Mbps，通常被人们称为 “标准以太网”。 目前，随着技术的不断进步，以太网传输速率不断提高，以太网已由原 来的10Mbps带宽提高为100Mbps（百兆以太网）的带宽，甚至提高到了 1000Mbps（千兆以太网）的带宽。 1. 百兆以太网技术 要提高以太网的传输速率，最直接的方法就是增加网络的宽带。IEEE于 1995年正式通过了802.3u标准，即100Base-T快速以太网（Fast Ethernet） 的标准，百兆以太网由此诞生。 该标准的第一个产物是100Base TX，最早诞生于1993年。100Base TX采 用Category 5类UTP电缆为介质，同时，还保留着CSMA/CD（载波侦听 多路访问/冲突检测）的传输控制方法，因此完全兼容于10Base-T以太网 ，这也是它获得广泛应用的主要原因之一。 除了100Base TX之外，802.3u标准还定义了另外两种网络规 格： 100Base T4：它使用内含4对双绞线Category 3类以上的UTP电缆作为传 输介质。 100Base FX：这种网络使用内含两束光纤的线缆作为传输介质。 1997年，IEEE推出了第4种100Mbps的网络规格：100Base T2（802.3y） ，它使用内含两对Category 3类以上的UTP电缆作为传输介质。 100Base T4、100Base T2和100Base TX的主要区别在于：100Base T4、 100Base T2采用Category 3类的UTP电缆，而100Base TX需要Category 5 类的UTP电缆。 2. 千兆以太网技术 在IEEE推出了快速以太网标准后，就出现了千兆以太网。它拥有 1000Mbps的传输速率，所以被称为超高速以太网（Gigabit Ethernet）。 IEEE在1998年通过了802.3z标准，即1000Base X超高速以太网标准。超 高速以太网标准定义了以下3种规格： 1）1000Base SX：短波长激光光纤以太网，可使用62.5m的多模光纤，最大 区段距离为260m；也可使用50m的多模光纤，最大区段距离为525m 2）1000Base LX：长波长激光光纤以太网，该种网络使用62.5m、50m和 10m的单或多模光纤。使用62.5m或50m的多模光纤时，最大区段距离为 555m；使用10m的单模光纤时，最大区段距离可以达到3000m。 3）1000Base CX：采用两对150的屏蔽双绞线为主要传输介质。 此外，802.3z还附带了一个1000Base T的条款，内容是讨论有关如何利用 Category 5以上的UTP电缆操作千兆以太网的规格。 1. 概念 无线局域网（WLAN）指通过无线手持终端或移动终端、无线基站、无 线路由器、无线集线器、无线网卡、卫星等无线通信技术及设备连接而 成的局域网。即无需布线就可实现计算机之间互连的网络，其中包括无 线网和有线网络的互连，也称为“移动局域网”。另外，无线局域网通 常可以双向地传送数据、声音、图像等多媒体信息。 2. 标准形式 IEEE 802.11是无线局域网的标准，它将无线局域网络结构划分为两种标 准形式： 1）点到点结构：连接PC机或便携式计算机，允许计算机在无线网络所覆 盖的范围内移动并且能够自动建立点到点的连接，使网络中的不同计算 机之间可以相互交换信息。 2）主从结构：网络中的所有节点都直接与访问节点AP（Access Point）或 中心天线进行通信，由AP或中心天线承担无线通信的管理及有线网络的 连接工作。目前，无线局域网采用的传输媒体主要有无线电波和红外线 。 3. 常见拓扑结构 1）网桥连接型的结构，如图1.1所示。当两个不同的局域网需要远距离连接 而又不便于进行物理布线时可采用无线网桥进行连接。 2）访问节点连接型的结构，如图1.2所示。当大部分工作站需要经常进行移 动通信时，一般应采用该种结构形式。 图1.1 网桥连接型结构 图1.2 访问节点连接型结构 3）Hub接入型结构，如图1.3所示。当组建星型无线局域网时通常采用该种类型的结构 。 4）无中心型结构，如图1.4所示。在该种类型的网络中，每个计算机只需安装一块无 线网卡即可。 图1.3 Hub接入型结构 图1.4 无中心型结构 随着无线局域网的发展和性能的不断提高，以及传输速率、数据吞吐量的不断增 加，无线局域网正在被越来越多的用户所接受并成为小型网络中一项首要的技术 。 1.6.3 ATM局域网技术 目前，异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）正以其独特的多路 复用技术和较高的效率以及较高的速率被人们所广泛使用。目前网络专家们正在 寻求将各种类型的局域网升级为ATM网络的新技术和方法，以最大限度地控制 网络成本并减少风险。 1. ATM的基本概念 ATM是一种全新的网络技术，是在传统的电路交换和分组交换等网络理论和技术 的基础上发展起来的能够提供综合业务能力的网络。它支持多媒体通信，包括话 音、视频和数据通信；支持按需分配带宽；具有低延迟性。 作为一种基于信元（Cell）交换的复用技术，ATM采用固定的53个字节长度的信 元，其中前5个字节为信头（Header），其中含有地址信息和控制信息，后48个 字节为信息字节，称为净荷（Payload），为具有统一结构的网络提供了一种面 向连接的转移模式，且能够适用于不同的业务。ATM通常被用于信息传输容量差 异很大的网络系统中，并且有很强的适应能力，可以使用不同的固定速率传输数 据、图像、语音等信号。由于其信元很短，所以实时性非常强，因此，ATM技术 得到了广泛的应用。 ATM网络采用了异步传输方式，以时分复用（TDM）和同步传输（STM）为基础。 1）时分复用是在一条通信线路上按一定的周期将时间按帧分成时间 块，每一个时间块又分成若干个时隙，每个时隙用于携带相应的用 户信息。当某一用户通过呼叫建立通信连接后，其信号固定占用各 帧中的某一时隙，直至通信结束为止。 2）同步传输的交换在固定时隙间完成，这种对应关系在整个通信过 程中是保持不变的，直至相应的通信结束。若通信过程中的某一时 刻用户无数据传递，却仍占用固定的时隙。若有大量突发性数据需 要传输，尽管有可能造成信号的延时，甚至于信元丢失，也只能借 助于固定的时隙。 总之，在异步传输模式中，信元传输所占用的时隙是不固定的，而且占 用的时隙数完全由用户通信的情况而定，各时隙之间并不一定要求连续 ，属于“见缝插针”的方式。因此，人们也称其为“统计时分复用”技 术。 由于ATM中的带宽分配是动态的，所以带宽资源可以得到更加合理的应 用，特别适用于传输突发性的数据并保证不会造成延时或信元丢失的情 况。 ATM通常采用星型的拓扑结构，ATM交换机在网络中的连接方式与集线 器一样，网络中的所有设备都直接连接到ATM交换机上。这种结构便于 网络的维护、配置和扩容，并且能够为用户提供专用的带宽通道。 2. 帧和信元 局域网把数据分成可变长度的报文块，这些报文块被映射成可变长的局域网帧。 另一方面，采用固定长度字节数的信元便于提高ATM信元的处理速度。因为， 在155Mbps的网络系统中，传输这样一个信元仅需2.8微秒。从交换的角度来看， 采用固定长度的信元便于硬件对数据的处理。信息从帧转换成信元称为分片，从 信元转变为帧称为重组，硬件必须实现分片和重组这个双向过程。网络设备通过 检查信元头来决定如何处理信元和将此信元送往何处，而不必检查信元载体。载 体与数据、语音或是视频信息无关，所以，可在网络上同时支持所有类型数据的 传输，这是ATM的最大优点。 另外，由于信元的长度小，网络传输和交换的速率快，所以ATM能够很好地实 现语音、活动图像等延时敏感的业务。 3. ATM规程 ATM的规程从上到下的结构为 1）物理层：该层规定了ATM数据流和物理介质之间的接口。其中的物理介质 子层规定了ATM数据流通过给定介质的传输速率；传输汇聚子层规定了通过 物理介质子层传输的信元的规程等。 2）ATM层：该层是ATM技术的核心层。该层负责信元的路径选择、复用和流 量控制，并定义了虚拟通道和虚拟信道、用户网络接口（UNI）和网络节点 接口（NNI），另外还描述了信头的结构。 3）ATM适配层：该层将高层来的用户业务转换成ATM中净荷的格式和长度， 到目的节点后再还原成原来的用户业务，它定义了5个子层和4种类型的基本 业务，这5个子层是： 第一层：支持端对端同步的面向连接的均匀位（CBR）业务 ，如数 字化的声音和图像信号等对信元延时和丢失都敏感的业务 。 第二层：支持端对端同步面向连接的可变位率（VBR）业务 ，如对 时间 敏感的可变位率业务 。