LAN(局域网扩展与高速主干网)new.ppt

,第六讲：局域网扩展与高速主干网,曾 嵘 2002.10,计算机网络技术基础,局域网扩展、高速主干网,局域网扩展 局域网主干:高速网技术 FDDI ATM 100M,1G,10G,局域网扩展,局域网设计应考虑因素 连接距离 网络流量 最大延迟 所需费用,局域网扩展,常用扩展方法一 光纤扩展 延迟短、带宽宽 一般用于楼间连接,常用扩展方法一 光纤扩展例,局域网扩展,局域网扩展,扩展方法二:中继器 针对信号衰减 无保留地转送数据 当一个网段冲突或发生电干扰时，中继器会导致另一个网段出现同样的问题 中继器一般不超过四个,局域网扩展：网桥,工作在数据链路层的一种网络互连设备，它在互连的LAN之间实现帧的存储和转发。 能够处理一个完整的帧 帧的路由过程 目的LAN与源LAN相同，则丢弃帧； 目的LAN与源LAN不同，则转发帧； 目的LAN未知，则洪泛帧，并逆向学习。 网桥有两类： MAC子层的网桥，在同构网络中作桥接（IEEE802.3和IEEE802.3网络） LLC子层网桥可以桥接不同的MAC层（例如IEEE802.3和IEEE802.5之间）。,网桥特点 可以实现更大范围的LAN连接； 中继器一般只能将最多5段以太电缆连接起来而且不能超过一定的距离。网桥不受限制。 将一个负载很重的大LAN分隔成使用网桥互连的几个LAN以减轻负担； 可以实现不同类型的LAN连接； 共享式Hub和中继器工作在物理层，不负责MAC帧的转换工作。所以只能连接同种帧格式的网络连接 选择性转发：过滤功能，隔离错误，提高网络性能； 可以提高LAN的安全性； LAN普遍采用的是广播式通信方式。 部分网桥有隔离广播的功能。,局域网扩展：网桥,工作原理： 网桥工作在混杂（promiscuous）方式，接收所有的帧； 网桥接收到一帧后，通过查询地址/端口对应表来确定是丢弃还是转发； 网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用洪泛（flooding）方法转发帧； 在转发过程中采用逆向学习（backward learning）算法收集MAC地址。网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系，并写入地址/端口对应表；,局域网扩展：网桥,地址/端口对应表的形成 使用帧头部的物理地址 自适应形成各段计算机列表 网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，并定时检查，删除在一段时间内没有更新的地址/端口项,局域网扩展：网桥,多个网桥（并行网桥）可能产生回路 解决思想 让网桥之间互相通信，用一棵连接每个LAN的生成树（Spanning Tree）覆盖实际的拓扑结构。 构造生成树 每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称为生成树的根； 每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生成树，使得每个LAN和桥到根的路径最短； 当某个LAN或网桥发生故障时，要重新计算生成树； 生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现拓扑结构变化，更新生成树。,局域网扩展：网桥,局域网扩展,利用网桥规划局域网络 大楼间桥接 价格便宜 维护方便 干扰小,远程桥接 节点通信不频繁 两端均有网桥 带宽窄，费用高 缓冲,局域网主干:高速网技术 FDDI ATM 100M,1G,10G,光纤分布式数据接口FDDI （Fiber Distributed Data Interface）,特征 使用光纤作为传输介质 MAC协议与 Token Ring 类似 通常作为连接LAN的主干网络 100M的速率 最大距离200公里 最多500个站点,FDDI的双环操作 为提高信道利用率，站点发完数据后立即产生新令牌，环上可能同时存在多个帧； 帧格式,光纤分布式数据接口FDDI （Fiber Distributed Data Interface）,为高速数据传输和通过公共网或专用网传输多种业务数据而设计 ATM在1989年产生，后被国际电讯联盟标准化组织ITU-T确定为传输语音、图象、数据和多媒体信息的工具。 开发ATM的原意是希望用于宽带综合业务数据网（B-ISDN）,但由于实施的复杂性，ATM最终首先被用于局域网。 近几年来，ITU-T 、ATM论坛、ANSI（美国国家标准协会）、ETSI（欧洲电信标准协会）和IETF（Internet 工程任务组）等标准化组织为ATM定义了一系列标准，使ATM技术在局域网建设中很快被推广应用 现在ATM已成为局域网主干网的主流技术之一。,异步传输模式 （ATM） ATM(Asynchronous Transfer Mode),局域网仿真（LANE-LAN Emulation）是在ATM网上模拟传统局域网。LANE V1.0和LANE V2.0定义了模拟IEEE802.3以太网和IEEE802.5令牌环网的机制以及LANE的组成部分和各部分的功能。 （1）802.3以太网与ATM网络技术之间的差异 以太网是无连接的，而ATM提供面向连接服务。 以太网是可变长的包（64字节1514字节），而ATM的基本交换单元是小的、固定长的信元，每个信元只有53个字节。 以太网采用广播式传输技术，ATM是一种点到点的非广播服务 以太网的MAC地址与网络拓扑结构无关，长度为48bit，用12个16进制数表示（如：00a0.c99c.4718）。ATM 地址采用NSAP格式，它与网络拓扑和所连接的设备端口有关，长度是20个字节，用40个16进制数表示 （2）局域网仿真的主要功能 局域网仿真起到局域网与ATM的桥接作用，它模拟以太网的广播机制和无连接的特性，并在ATM 网络与以太网之间进行数据包的重新分组和地址转换，使局域网能够利用ATM网的各种优点。,ATM局域网仿真（LANE）,ATM应用实例,以太网提速的三种方案,减小工作距离 用2对以上的线 用新类型的线,100Base-T 100Base-T2： 2对 ISO/IEC 11801定义的 3类（或更好）平衡双绞线; 100Base-T4：4对 ISO/IEC 11801定义的 3类（或更好）平衡双绞线; 3类非屏蔽双绞线（UTP），使用25MHz的信号 B6T（8 bits map to 6 trits）编码，使用三进制信号（ternary signals），1对双绞线的比特率为25 * 8/6 = 33.3 Mbps； 100Base-X(4B5B编码，5个时钟周期发送4个比特，物理层与FDDI兼容) 100Base-TX 使用2对5类平衡双绞线或150屏蔽平衡电缆，1对 to the hub，1对 from the hub，全双工； 5类双绞线使用125 MHz的信号； 100Base-FX 使用2根多模光纤，全双工,100M以太网技术,两种类型的HUB 共享式 HUB，一个冲突域，工作方式与802.3相同，CSMA/CD，二进制指数后退算法，半双工 交换式HUB，输入帧被缓存。,千兆以太网(GE-Gigabit Ethernet)是提供1000Mbps数据传输速率的以太网 千兆以太网支持全双工操作，最高速率可以达到2Gbps 千兆以太网系统采用8B/10B编码方案，并以1.25G波特的速率在信道上发送信号，以达到1Gbps传输速率 千兆以太网的物理层标准规定了4种介质标准,千兆以太网 (Gigabit Ethernet),千兆以太网的特点 网络带宽高，能提供1Gbps的独享带宽（交换式千兆以太网） 千兆以太网与现有以太网完全兼容 IEEE802.3 CSMA/CD协议 相同的帧格式和帧大小（64字节-1518字节） 依靠RSVP、IEEE802.1P、IEEE802.1Q技术标准，提供VLAN服务，提供质量保证( QOS-Qulity Of Service)，支持多媒体信息的传输 技术简单,不必专门培训技术人员就能管理好网络 有很好的网络扩充能力，易升级，易扩展 对于传输数据（DATA）业务信息有极佳的性能 目前，由于产品和价格问题，千兆以太网主要应用于主干网，是主干网的主流技术,千兆以太网 (Gigabit Ethernet),千兆以太网标准IEEE802.3z 1995年开始开发的一种最新的高速、高带宽局域网技术，1996年6月IEEE802.3工作组成立了802.3z千兆以太网任务组制定标准，其目标是： 允许半双工和全双工操作，传输速率为1Gbps 使用IEEE802.3以太网的帧格式 使用CSMA/CD访问方法 地址反向与10Base、100Base技术兼容 1998年6月802.3z任务组完成了IEEE802.3z标准。 802.3z千兆以太网标准定义了三种介质系统，其中两种光纤介质标准；另一种是铜线介质标准。1000Base-X是所有基于8B/10B编码方案的千兆以太网总称。 1000Base-SX 1000Base-SX是短波长激光（SWL）多模光纤介质系统标准，它使用770860nm波长的多模光纤介质，最大的链路距离为300米。1000Base-SX使用SC标准光纤连接器。 1000Base-LX 1000Base-LX是长波长激光(LWL)光纤介质系统标准，它使用1270 1355nm波长的单模或多模光纤介质。在使用62.5m /125m多模光纤时，最大的链路距离是550米。当使用10m/125m单模光纤时，最大的链路距离可达5千米。1000Base-LX与1000Base-SX相同，也使用SC标准光纤连接器。 1000Base-CX 1000Base-CX是短距离铜线千兆以太网标准，它的最大链路距离仅有25米。1000Base-CX使用9针的D微型连接器或8针带屏蔽光纤信道2型（HSSC）连接器。,千兆以太网 (Gigabit Ethernet),千兆以太网标准IEEE802.3ab 1997年3月IEEE802.3又成立了一个新的工作组IEEE802.3ab， 新的组被授权开发长铜线千兆以太网标准，即1000Base-T物理层标准。1999年6月IEEE802.3 委员会正式公布了第二个铜线标准IEEE802.3ab。 1000Base-T标准在使用4对5类无屏蔽双绞线（UTP）时，能在100米的距离的信道上支持1Gbps传输速率，网络直径可达200米。这个标准将使千兆以太网应用于桌面系统成为现实。,千兆以太网 (Gigabit Ethernet),千兆以太网 (Gigabit Ethernet),以太网发展过程及最新进展,10M以太网 粗缆的10Base5 细缆的10Base2 双绞线10BaseT 三类线传输的100BaseT4 快速以太网五类线传输的100BaseTX 光纤传输的100BaseFX 千兆以太网接口 包括短波长光传输1000Base-SX 长波长光传输1000Base-LX 五类线传输1000BaseT 今年7月18日，IEEE又正式通过了802.3ae：10Gbps以太网标准（也叫万兆以太网）,FDDI FDDI 技术成熟，协议丰富，令牌技术效率高，速度 100M，距离可达 200km，主干双环容错属共享媒体技术，平均带宽低，主干接 Ethernet 网段需经路由器转换协议系统复杂，时延大，价格昂贵，扩展不方便，管理麻烦，不适合传输多媒体 ATM Cell Switch 独享媒体技术，线路交换、星型拓扑结构，多种速率可选，扩展容易，带宽大，时延小