网络应用基础第六讲城域网技术.ppt

3.6交换式局域网的技术,第六讲,中央结点名称,网络类型,共享式集线器,交换机,交换式局域网,共享介质局域网,物理结构为星型的局域网概述,典型的交换式局域网是交换式以太网(switchedEthernet)；交换式以太网的核心设备是以太网交换机(Ethernetswitch)。,共享介质局域网由共享式集线器连接组成的，所连接的多个结点共享一个信道，某一时刻只能有一个结点发送信息，其它的结点只可接受信息。,交换式局域网核心为局域网交换机，交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。,传统的共享介质局域网随着网络规模的扩大，网络性能急剧下降。为此，出现了用交换式集线器连接组成的交换式局域网。,3.6交换式局域网的技术,一、交换式局域网的基本结构,交换式局域网,共享式局域网,某一时刻只允许一个结点发送信息；,允许多个结点同时发送信息；,结点共享带宽，连接的结点越多每个结点传输速率越低；,结点独享带宽，连接结点数量多时并不影响每个结点能够使用的带宽；,中心结点是共享式集线器；,中心结点是交换式集线器；,交换式局域网与共享式局域网的区别,有一台计算机发送信息时，其它的计算机可收到该信息，安全性较差。,按数据帧中的MAC地址进行转发，可保证只有接受该数据的计算机才能收到，安全性较好。,3.6交换式局域网的技术,典型的交换式局域网是交换式以太网（switchedEthernet），它的核心部件是以太网交换机（Ethernetswitch）。,共享介质以太网，当连接到集线器中的一个结点发送数据时，用广播方式将数据传送到集线器的每个端口。,交换式局域网改变了共享介质的工作方式，它可以通过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。因此，交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量。,以太网交换机可以有多个端口，每个端口可以单独与一个结点连接，也可以与一个以太网集线器（hub）连接。,交换式局域网的基本结构,3.6交换式局域网的技术,二、局域网交换机的工作原理,1、交换机的工作原理,设交换机有6个端口，其中端口1、4、5、6分别连接了结点A、结点B、结点C与结点D。,例如：结点A-C发送帧，该帧目的地址DA=结点C；结点D-B发送帧，该帧目的地址DA=结点B。,如果结点A与结点D同时要发送数据，它们可分别在以太网帧的目的地址字段(DA，destinationaddress)中填上该帧的目的地址。,该交换机的“端口号/MAC地址映射表”就可以根据以上端口号与结点MAC地址的对应关系建立起来。,结点A、D同时发以太帧,交换机交换控制中心根据“端口号/MAC地址映射表”找对应帧目的地址的输出端口号,就可为结点A-C建立端口1-5的连接,同时为结点D-B建立端口6-4的连接。,这种端口之间的连接可以根据需要同时建立多条，即可以在多个端口之间建立多个并发连接。,交换机结构与工作过程,结点A要向结点C发送信息AC结点D要向结点B发送信息DB,3.6交换式局域网的技术,交换机建立“端口号/结点MAC地址映射表”：表示连接到交换机上的结点的MAC地址与交换机端口的关联；,可以根据需要在多个端口之间建立多个并发连接。,交换机工作原理小结：,接收到数据帧后，获得数据帧中的目的地址；,根据“端口号/结点MAC地址映射表”找出对于该目的地址的端口号；,交换机建立数据帧的源地址到目的地址的连接；,3.6交换式局域网的技术,交换机只要接收并检测到目的地址字段，立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错。帧出错检测任务由结点主机完成。优点：交换延迟时间短；缺点：缺乏差错检测能力；不支持不同输入输出速率的端口间帧转发。,2、交换机的帧转发方式,（1）直接交换方式(cutthrough),以太网交换机的帧转发方式分为以下三类：直接交换方式；存储转发交换方式；改进直接交换方式。,3.6交换式局域网的技术,（2）存储转发交换方式(storeandforward),交换机首先完整的接收发送帧，并先进行差错检测。如果接收帧是正确的，则根据帧目的地址确定输出端口号，然后再转发出去。缺点：交换延迟时间长；优点：具备差错检测能力；支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发。,（3）改进直接交换方式,接收到帧的前64字节后，判断以太网帧帧头字段是否正确，正确则转发出去。特点：综合了二者的特点；其交换延迟时间与直接交换方式比较接近；比存储转发交换延迟时间少。,以太网数据帧以及各种转发方式的转发点,先导字段,帧开始标志,目的地址,源地址,数据字段长度,数据,填充字段,校验和,存储转发式的转发点,改进型直通式的转发点,直通式的转发点,存储转发式：完全接收存储了一个帧后，再进行转发。延时大。直通式（cut-through）：大大降低了延时，但可能会转发坏帧。改进的直通式：接收完帧的头64个字节（基本可检测出是否坏帧）后再进行转发。在交换延迟和错误校验之间取得较好的折衷。,交换机三种转发技术的比较：,3.7虚拟局域网技术,一、虚拟局域网（VLAN）的概念,虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。,例：某校有六个系，分布在四栋建筑物中，为方便管理，要求按系划分逻辑工作组。各系在四栋建筑物里分布如下：1号楼：1、2、6系2号楼：2、3、4系3号楼：3、4、5系4号楼：4、5、6系,传统局域网划分的子网称做物理局域网，在交换式局域网的基础上通过软件划分的子网称做虚拟局域网。,3.7虚拟局域网技术,传统局域网方法的特点（物理局域网）,虚拟局域网方法的特点,传统局域网的一个工作组在同一个网段上，网段是一个逻辑工作组或子网。逻辑工作组间互连由网桥或路由器来交换数据。,虚拟局域网建立在局域网交换机上，以软件方式来实现逻辑工作组的划分与管理，其结点与物理位置无关。,一个逻辑工作组结点转到另一个逻辑工作组需将结点计算机从一个网段撤出，连到另一个网段上，甚至需要重新进行布线。,逻辑工作组的划分与结点的物理位置有关。,同一逻辑工作组成员可在不同物理网段上、同一个交换机上或不同交换机上，但交换机间是互连的。,结点从一个逻辑工作组转到另一个逻辑工作组，通过软件设定，不需改变其在网络中的物理位置。,同一个逻辑工作组的结点间通信就像在同一个物理网段上一样。,3.7虚拟局域网技术,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网交换机,以太网交换机,三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2和VLAN3的构成,同一个VLAN的成员可以在不同的楼层中同一个VLAN的成员可以连接在不同的交换机上,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网交换机,以太网交换机,当B1向VLAN2内成员发送数据时，B2和B3将会收到。,每个虚拟局域网上结点都可以接收到同一个虚拟局域网上的其它成员所发出的广播,B1向VLAN2内成员发送数据时，VLAN1的成员A1,A2和VLAN3的成员C1都不会收到。,用传统局域网方法划分逻辑工作组,1号楼1、2、6系,2号楼2、3、4系,网络中心,3号楼3、4、5系,4号楼1、5、6系,1系,2系,3系,4系,5系,6系,共需要6端口路由器一台，HUB（集线器）十八台，线缆十八条,路由器,集线器,集线器,用虚拟局域网方法划分逻辑工作组,1号楼1、2、6系,2号楼2、3、4系,网络中心,3号楼3、4、5系,4号楼1、5、6系,需路由器一台，交换机五台，线缆五条。楼内交换机按端口划分子网，主干线路需支持跨交换机划分子网,楼内交换机,路由器,主干交换机,3.7虚拟局域网技术,二、虚拟局域网的实现技术,(1)用交换机端口号定义虚拟局域网,根据局域网交换机的端口来定义虚拟局域网成员；,虚拟局域网可以跨越多个交换机；,不允许不同的虚拟局域网包含相同的物理网段或交换端口；缺点：当用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理者必须对虚拟局域网成员进行重新配置。,虚拟局域网的实现,典型的虚拟局域网的物理结构,典型虚拟局域网的逻辑结构,3.7虚拟局域网技术,(2)用MAC地址定义虚拟局域网,(3)用网络层地址定义虚拟局域网,优点：允许结点移动到网络其他物理网段；基于MAC地址定义的虚拟局域网可以看作基于用户的虚拟局域网。,缺点：所有用户在初始阶段必须人工配置到至少一个虚拟局域网中，在大规模网络工作量大而麻烦。,用结点网络层地址，如IP地址来定义虚拟局域网。优点：按协议类型组成虚拟局域网，有利于组成基于服务或应用的虚拟局域网；随意移动结点而无需重新配置网络地址，对TCP/IP协议用户特别有利。,缺点：性能比较差。检查网络层地址比检查MAC地址花费更多的时间，故其虚拟局域网的速度会比较慢。,3.7虚拟局域网技术,小结：传统LANs和VLANs的区别,典型的共享LAN用户被物理地按照所连接的Hub进行组织；路由器分段LAN并提供广播防火墙。,VLAN可以按功能，部门或应用逻辑地组织用户；通过合适的软件完成配置；可以逻辑地分段用户到不同的子网(广播域)；广播帧只能在同一交换机的端口之间和具有相同VLANID的不同交换机的端口之间交换；可以基于下面的情况对用户进行分组:交换机端口号；MAC地址；协议；应用。,3.7虚拟局域网技术,(4)IP广播组虚拟局域网,虚拟局域网中由叫做代理的设备对虚拟局域网中的成员进行管理。当IP广播包要送达多个目的结点时，就动态建立虚拟局域网代理，这个代理和多个IP结点组成IP广播组虚拟局域网。,结点加入：网络用广播信息通知各IP站，表明网络中存在IP广播组，结点如果响应信息，就可以加入IP广播组，成为虚拟局域网中的一员，与其中的其他成员通信。,优点：IP广播组中所有结点属于同一个虚拟局域网，且是特定时间段内特定IP广播组成员。其动态特性提供了很高的灵活性，可根据服务灵活地组建，也可跨越路由器与广域网互连。,3.7虚拟局域网技术,三、VLAN工作原理,1、交换机或路由器内部实现,交换机根据数据帧进行过滤和转发。,采用两种技术.帧过滤：检查每一个帧的特殊信息(MAC地址or三层协议类型)，主要用于交换机和路由器内部。帧标记：跨主干转发的数据帧在每一个帧的头部加一个唯一的标识，主要用于跨主干的交换机和交换机、交换机和路由器之间。,3.7虚拟局域网技术,VLAN跨主干的实现需要解决在一条链路上传送多个VLAN的问题。通常采用帧标记技术，目前，各厂商采用的技术各不相同。如：ISL，IEEE802.1Q等。,2、跨主干实现,VLAN跨主干传送的条件,相互连接的端口带宽必须是100Mbps以上；每个端口必须支持中继协议，配置时两端的中继协议要相同；必须是中继链路。,3.7虚拟局域网技术,交换机为了能够识别来自不同VLAN的数据帧，而对数据帧加上VLAN标识，或称作帧的VLANID。,VLAN标记的工作过程,数据帧离开交换设备进入交换网络时，交换机就会在帧头中加入一个唯一标识的VLANID。,交换网络中的交换机都可理解和检查带VLAN标识的数据帧，并进行适当地转发和传递。,当数据帧离开交换网络进入交换设备时，交换设备将数据帧中的VLAN标识删除，发送给目的站点。,3.7虚拟局域网技术,路由器提供不同VLAN间的连接。路由器防止广播信息在VLAN间的传递。,3、VLAN之间的通讯,要实现不同VLAN之间的通讯，必须使用支持VLAN的路由器。,3.7虚拟局域网技术,四、VLAN的类型,共有两种：静态VLAN和动态VLAN。,1、静态VLAN,定义：是指通过手动将一个交换机的端口分配给一个VLAN的情况。特点按交换机端口组成VLAN；安全可靠，易于配置和监控；工作站的移动受到限制。,3.7虚拟局域网技术,2、动态VLAN,定义：交换机的端口能够自动根据下面的一种或两种情况的组合决定一个用户VLAN的分配：MAClogicaladdressprotocoltype,当一个工作站初始连接到一个没有分配的端口时，交换机检查其列表中的项并自动用正确的VLAN配置该端口。,特点需要在初期完成许多基础性工作；当添加和移动用户时减少了管理工作；基于中心的授权用户通告。,3.8无线局域网技术研究与发展,无线局域网以微波、激光与红外线等无线电波作为传输介质实现移动计算机网络中移动节点的物理层与数据链路层功能。,1、无线局域网的应用领域,作为传统局域网的扩充,3.8无线局域网技术研究与发展,用于建筑物之间的互联,两建筑物间使用一条点对点无线链路，典型设备是无线网桥或无线路由器。,用于移动结点的漫游访问,用于构建特殊的移动网络,3.8无线局域网技术研究与发展,2、无线局域网技术的分类,红外无线局域网,数据传输有三种基本技术：定向光束红外传输、全方位红外传输、漫反射红外传输。,红外波长：850nm到950nm之间。,数据速率：1Mbps和2Mbps。,扩频局域网(1)跳频扩频(frequencyhoppingspreadspectrum，FHSS)使用免于申请的扩频无线电频率，包括902928MHz（915MHz频段）、2.42.485GHz（2.4GHz频段）、5.7255.825GHz（5.8GHz频段）等3个频段。(2)直接序列扩频(directsequencespreadspectrum，DSSS)使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段，传输速率为1Mbps或2Mbps。,3.8无线局域网技术研究与发展,窄带微波局域网,窄带微波（NarrowbandMicrowave）是指使用微波无线电频带来进行数据传输，其带宽刚好能容纳信号。,3、IEEE802.11协议,IEEE802.11定义两种设备：无线节点和无线接入点(accesspoint，AP)；,无线节点是一台计算机插上一块无线网卡构成；,AP的作用是提供无线和有线网络之间的桥接；有一个无线输出口和一个有线网络接口构成，相当于一个无线网络基站。,3.8无线局域网技术研究与发展,IEEE802.11采用带冲突避免的载波侦听多路访问(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)方法。多个节点争用共享无线信道过程：,每个发送节点在发送一帧前先侦听信道；,若信道空闲，节点可以发送帧；,等待一个短的时间间隔，检查接收站发回的确认ACK帧；,若接收到确认帧，发送成功；否则，发送失败，重发该帧；,直到在规定的最大重发次数内，发送成功。,3.8无线局域网技术研究与发展,无线局域网IEEE802.11物理层标准主要包括：IEEE802.11b、IEEE802.11a和IEEE802.11g。,IEEE802.11b是目前应用最广泛的无线局域网技术，数据传输速率可达到11Mbps。有两种模式：点对点模式和基本模式。,点对点模式：是指无线网卡之间的通信。如两台笔记本计算机之间都插上一块无线网卡，它们之间就可以通信。最多可以支持256个节点。,基本模式：是无线和有线网络并存时的通信方式。插上无线网卡的计算机可通过接入点AP接入到无线局域网中。一个AP最多可连接1024个节点。,3.9蓝牙技术的研究与发展,1994年蓝牙(Bluetooth)技术由IBM、Intel、Nokia（诺基亚）和Toshiba（日本东芝）公司发起。,蓝牙是用于将计算机与通信设备、附加部件和外部设备，通过短距离的、低功耗的、低成本的无线信道连接的无线标准。,1998年5月由Ericsson（爱立信）、IBM、Intel、Nokia和Toshiba公司成立了特别兴趣组SIG组织，主要任务是致力于发展蓝牙规范，并且发布蓝牙规范1.0版。,3.10无线个人区域网与IEEE802.15.4标准,随着手机、便携式计算机和移动设备的广泛应用，提出自身附近几米范围内的个人操作空间设备联网的需求。无线个人区域网络(wirelesspersonalareanetwork，WPAN)在这个背景下出现。,1998年3月，IEEE802.15工作组成立，致力于WPAN的物理层与数据链路层的协议标准化。设有4个任务组（TG）:,任务组TG1制定IEEE802.15.1标准，主要考虑手机、PDA等设备的近距离通信问题；,任务组TG2制定IEEE802.15.2标准，主要考虑IEEE802.15.1标准与IEEE802.11标准的共存问题；,任务组TG3制定IEEE802.15.3标准，主要考虑WPAN在多媒体应用方面的高速率和服务质量问题；,任务组TG4制定IEEE802.15.4标准，主要考虑低速WPAN的应用问题；,3.10无线个人区域网与IEEE802.15.4标准,IEEE802.15.4标准的特点：,在不同的载波频率下，实现3种不同传输速率：20kbps、40kbps和250kbps；,支持星形、点到点等2种网络拓扑结构；,使用16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球惟一的扩展地址；,支持冲突避免的载波多路侦听CSMA/CA技术；,支持确认机制，保证传输可靠性。,3.11主要的城域网技术,一、城域网的基本概念,1、城域网的定义,城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络。其设计目标要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。,需要解决的问题：城域网的覆盖范围与服务质量；城域网服务类型与用户类型的多样性；城域网的可管理性与可计费性；城域网的可靠性与用户数的可扩展性。,3.8主要的城域网技术,2、主要的城域网技术,FDDI（光纤分布式数据接口)技术ATM技术密集波分多路复用技术,城域网技术主要包括以下几种：,密集波分多路复用(DWDM,densewavedivisionmultiplexing)技术是在光域内的时分复用技术。通过在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，使数据传输速度和容量倍增。在人口众多的城市中，铺设新光纤的费用昂贵，将DWDM设备引入城域网，可以节省大量铺设光纤的成本。,3.8主要的城域网技术,二、光纤分布式数据接口(FDDI),是一种以光纤为传输介质的高速主干网。可以用来互连局域网与计算机。典型的FDDI作为主干网互连多个局域网结构如图所示。,FDDI标准采用了IEEE802的体系结构和逻辑链路控制LLC协议，在物理层提出了物理层介质相关(PMD)子层与物理层协议(PHY)子层。,FDDI是为数据传输设计的，FDDI-标准可传输语音、图像与视频业务，采用可同时支持分组交换与线路交换的混合模式。,3.8主要的城域网技术,在LLC层使用IEEE802.2协议，与符合IEEE802标准的局域网兼容；,技术特点：,MAC层协议基于IEEE802.5的单令牌环网介质访问控制；,数据传输速率为100-1000Mbps，连网的结点数1000，环路长度为100km；,可以使用双环结构，具有容错能力；,可以使用多模或单模光纤；具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。,3.8主要的城域网技术,(1)计算机机房网称为后端网络，用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速度与系统容错要求较高的环境。,FDDI的应用环境：,(3)校园网的主干网。用于连接分布在校园中各个建筑物中的小型机、服务器、工作站和个人计算机，以及多个局域网。,(2)办公室或建筑物群的主干网称为前端网络，用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设。,(4)多校园的主干网。用于连接地理位置相距几千米的多个校园网、企业网，成为一个区域性的互连多个校园网、企业网的主干网。,3.8主要的城域网技术,三、接入网技术的发展,为使用户计算机能访问Internet，先通过联网设备和线路接入本地网络，为接入本地网络而使用的联网设备和线路就构成了接入网；一个国家的信息高速公路分为国家宽带主干网、地区宽带主干网与连接最终用户的接入网；国家宽带主干网覆盖全国，地区宽带主干网覆盖一个城市或一个地区；用户的计算机只有接入到本地区的宽带主干网中才能与Internet连接，解决最终用户接入地区宽带主干网的技术就是接入网技术。,1、接入网的概念,2、主要的用户接入网,邮电通信网计算机网络广播电视网,这三种网络所用的传输介质、传输机制都不相同，数字化技术使得这三种网络的服务业务相互交叉，三网之间的界限越来越模糊，用户希望能够选择一种最简单、费用最低、带宽能够满足需要的方式将自己的计算机连入Internet。,广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,城域网,城域网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,广域网,局域网,局域网,校园网,企业网,3.8主要的城域网技术,目前从技术角度看，接入网的接入方式主要分为三类：,地面有线通信系统(铜缆用户网、光缆用户网)；无线通信(无线网卡、无线广播电视)、移动通信网；卫星通信网(同步卫星、低轨道卫星).,3、主要的接入方式,更多的家庭、企业、机关的计算机想更方便地连入Internet。这种应用需求促进了接入网技术的发展与变化，最终将导致邮电通信网、计算机网络与电视通信网的三网融合局面的出现。,3.8主要的城域网技术,1）邮电通信网络,也就是电话网，到用户端使用的是电话线，它不能直接传输计算机使用的数字信号，需要进行改造并在用户端加装设备才能和计算机网相连。利用电话线连网是最经济方便的方法。常用技术有：PSTN+Modem、ISDN、ADSL、VDSL等。,（1）PSTN+ModemPSTN：公共交换电话网。Modem：调制解调器，俗称“猫”，是过去家庭上网常用设备之一。最高速率56Kbps。按速率有：28.8Kbps、33.6Kbps和56Kbps。特点：投资少、连接方便；速度慢、可高性差、独占电话线。,4、常用的接入技术简介,3.8主要的城域网技术,4、常用的接入技术简介,（2）ISDN综合业务数字网(IntegratedServicesDigitalNetwork)，俗称“一线通”。在用户两端加装ISDN设备，可在一条ISDN线路上同时支持电话、传真、上网等多种服务。,特点：比Modem速度快（最高128Kbps）、可靠性高、一线多用；但成本较高、仍属于窄带接入。,资费：ISDN终端1000元左右；上网费1B端口和Modem基本相同、2B端口加倍收费。,3.8主要的城域网技术,4、常用的接入技术简介,特点：速度快、非对称性非常适合因特网访问、一线多用；成本较Modem高和ISDN相当，可靠性不如CableModem。,资费：ADSLModem1000元（家用300元左右），调测300元。上网月租费（单位），1M以下1000元，1M2M1500元，2M4M3000元。家庭使用费如下:A：50元/25小时/月，超出部分2元/小时，速率512K。B：98元/80小时/月，超出部分2元/小时，速率1M。C：端口占用费12元/月，网络使用费2.5元/小时，速率512K,（3）ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine）ADSL非对称数字用户线，是利用电话线接入速度较快的一种技术。传输距离3.5公里左右，所谓非对称主要体现在上行速率（最高768Kbps)和下行速率（1.58Mbps)的非对称性上。,3.8主要的城域网技术,（1）通过网卡双绞线接入：是目前接入速度最快、可靠性最高的方式。可达10M/100M/1000M。,3）计算机网络,特点：(1)速度快：下行可达36Mb/s，上行可达10Mb/s；(2)上网时无需拨号和登录，不影响收看电视；(3)有线电视同轴电缆比电话线的可靠性高；(4)带宽共享，同时有很多用户上网会产生拥塞。,资费：Cablemodem1000元左右（家庭300元）；月租费1000元左右（家庭60元/月）。,（2）通过无线网卡和AP接入：可达11M/54M。,采用电缆调制解调器(CableModem)通过有线电视网高速接入Internet。,2）电视通讯网,本章总结,(1)局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题，也是目前技术发展最快的领域之一。(2)局域网与广域网的重要区别是它们覆盖的地理范围。因此它在基本通信机制上选择了与广域网完全不同的方式，从存储转发方式改变为共享介质方式与交换方式。(3)局域网在网络拓扑结构上主要分为总线型、环型与星型结构三种。在网络传输介质上，局域网主要采用双绞线、同轴电缆与光纤，但目前无线局域网技术的发展也十分迅速。(4)从介质访问控制方法的角度，局域网可以分为共享介质局域网与交换局域网两类。(5)目前应用最广泛的一类局域网是以太网，它的核心技术是随机争用共享介质的访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法。,本章总结,(6)尽管以太网具有高可靠性、易扩展性、成本低等优点，但随着计算机数量的增加和应用发展，人们不得不寻求有更高带宽的局域网。快速以太网与千兆以太网就是在这种背景下产生的，目前已成为局域网方案中的首选技术。(7)交换式局域网从根本上改变了“共享介质”的工作方式，通过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，因此，交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量。,（8）交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础。（9）FDDI是以光纤作为传输介质的高速主干网，它是一种比较成熟的城域网技术。（10）接入网技术是解决最终用户接入地区性网络的技术，也就是常说的信息高速公路的最后一公里问题。,习题,1、单项选择题3.1()标准定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范。A.IEEE802.3B.IEEE802.4C.IEEE802.5D.IEEE802.63.2在共享介质的以太网中，采用的介质访问控制方法是()。A.并发连接B.令牌C.时间片D.CSMA/CD3.3当以太网中的连网结点数增加一倍时，每个结点平均能分配到的带宽大约为原来的()。A.不变B.1/2C.两倍D.1/103.4在快速以太网中，支持5类非屏蔽双绞线的标准是()。A.100BASE-T4B.100BASE-LXC.100BASE-TXD.100BASE-FX3.5()可以通过交换机多端口间的并发连接实现多结点间数据并发传输。A.以太网B.交换式局域网C.令牌环网D.令牌总线网,3.6交换式局域网的核心设备是()。A.集线器B.中继器C.路由器D.局域网交换机3.7（）是一种以光纤作为传输介质的高速主干环网技术。A.DWDM技术B.ATM技术C.FDDI技术D.以太网,2、简答题3.8决定局域网特性的三个技术要素是什么？3.9局域网基本拓扑构型主要分为哪三类？它们之间有什么区别与联系？3.10为什么CSMA/CD是随机访问类型的介质访问控制方法？请说明CSMA/CD方法的基本工作原理。3.11为了解决网络规模与网络性能间的矛盾，针对传统的共享介质局域网的缺陷，人们提出了哪些改善局域网性能的方案？3.12请说明局域网交换机的基本工作原理。3.13请说明虚拟局域网的基本工作原理。3.14什么是城域网技术？主要的城域网技术有哪些？,第四章网络互连技术,本章主要内容网络互连的基本概念网络互连的类型与层次典型网络互连设备的工作原理,4.1网络互连的基本概念,一、网络互连的定义,网络互连(internetworking)是将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联网络中的资源共享。,在互联网络中，每个网络中的网络资源都应成为互联网中的资源;互联网络资源的共享服务与物理网络结构是分离的，互联网络结构对用户是透明的;互联网络应该屏蔽各子网在网络协议、服务类型与网络管理等方面的差异。,互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型的网络，以及运行不同网络协议的设备与系统。,4.1网络互连的基本概念,二、网络互连的功能,1、基本功能,包括不同网络之间传送数据时的寻址与路由选择等功能-网络互连所必须的功能。,2、扩展功能,包括协议转换、分组长度变换、分组重新排序及差错检测等。各种互连的网络提供不同的服务类型时所需的功能。,4.2网络互连的类型与层次,一、网络互连的类型,局域网局域网互连；局域网广域网互连；广域网广域网互连；局域网广域网局域网互连。,1、局域网局域网互连,(1)同种局域网互连：符合相同协议的局域网互连。如两个Ethernet网互连或两个令牌环网之间的互连。利用网桥实现。,(2)异型局域网互连：是不同协议的局域网之间的互连。如，一个Ethernet网络与一个TokenRing网络的互连。异型局域网之间的互连必须使用支持多协议的网桥。,ATM网与传统共享介质局域网在协议与实现技术上不同。因此，ATM网与传统局域网互连用局域网仿真。,4.2网络互连的类型与层次,2、局域网广域网互连,3、广域网广域网互连,利用路由器或网关实现。,利用路由器或网关实现。,4、局域网广域网局域网互连,两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网实现互连；大量主机通过局域网接入广域网已成为一种重要的接入方法；利用路由器或网关实现。,4.2网络互连的类型与层次,二、网络互连的层次,1、几个重要的概念,(1)互连(interconnection)是在两个物理网络之间至少有一条物理连接的线路，但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这要看两个网络的通信协议是否兼容。,(2)互通(intercommunication)指两个网络之间可以交换数据。仅涉及通信的两台计算机之间的端-端连接与数据交换，它为不同计算机系统之间的互操作提供了条件。,(3)互操作(interoperability)指网络中不同计算机系统之间具有透明地访问对方资源的能力。互操作性由高层软件来实现。,互连、互通、互操作表示了三层含义。互连是基础，互通是手段，互操作则是网络互连的目的。,4.2网络互连的类型与层次,2、网络互连的层次按网络层次结构模型，网络在不同层次上进行互连。互连层次分为：物理层互连、数据链路层互连、网络层互连、高层互连。,（1）物理层互连,互连设备：中继器互连设备的作用：它双向接收、放大并重发信号。由中继器连接起来的一系列电缆段同单根电缆并无区别(除了中继器产生的一些延迟以外)，仍然是一个冲突域。共享式集线器就是一个多端口中继器。,4.2网络互连的类型与层次,数据链路层互连时，互联网络的数据链路层与物理层协议可以相同，也可以不同。,(2)数据链路层互连互连设备：网桥(bridge)互连设备的作用：网桥在网络互连中起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，实现多个网络系统之间的数据交换。交换式集线器(交换机)就是一个多端口网桥。,4.2网络互连的类型与层次,(3)网络层互连互连设备：路由器互连设备的作用：主要解决路由选择、拥塞控制、差错处理与分段等问题。网络层协议相同，互连主要是解决路由选择；网络层协议不同，需使用多协议路由器(multiprotocolrouter)。,网络层互连时，互联网络的网络层以下各层协议可以相同，也可以不同。,(4)高层互连传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属于高层互连，实现高层互连的设备是网关。互连设备：网关。通常称为应用网关(applicationgateway)。,两个网络的应用层及以下各层协议可以不同。,4.3典型网络互连设备的工作原理,网络互连层次与设备小结,中继器,网桥,路由器,网关协议变换器,4.3典型网络互连设备的工作原理,1、网桥(Bridge)的应用环境,网桥是在数据链路层上实现网络互连的设备，用于局域网互连。,一、网桥的工作原理,2、网桥的内部结构,网桥,网桥的每个端口与一个网段相连,网桥中保存着一张端口结点地址表，通过查询这张表，可以将收到的数据帧从对应的端口转发出去,4.3典型网络互连设备的工作原理,3、网桥的基本工作原理,同一网段中传输的数据帧，网桥不转发；不同网段中传输的数据帧，按“端口-结点地址表”决定向哪个端口转发。,网桥接收到数据帧后，得到数据帧目的地址为202，根据“端口/MAC地址映射表”，结点201和202对应的端口号一致，可知它们在同一网段中，不需要转发，所以网桥将该帧丢弃。,例2结点201向结点104发送数据,例1结点201向结点202发送数据,网桥根据接收到的数据帧目的地址104查询“端口/结点MAC地址映射表”，结点201与结点104对应端口号不一致，这两个结点在不同网段中，需要转发，所以网桥通过端口2转发该帧。,网桥工作在数据链路层，它根据数据帧的目的地址(MAC地址)对收到的帧进行转发：,1,2,4.3典型网络互连设备的工作原理,4、网桥与广播风暴,在实际的网络中，网络结点可能不断增加，网络互连结构始终处于变化状态，从而使网桥的“端口/结点MAC地址表”中缺少某些结点的信息，这样的结点就成为位置不明确的结点；,传输到某个目的结点的数据帧如果“端口-结点地址表”里没有结点记录，网桥就将该数据帧从除输入端口之外的其他端口广播出去。这种盲目发送数据帧的做法，将大大增加网络的通信量，便发生常说的“广播风暴”；,这种处理方式必然造成网络中重复、无目的的数据帧传输急剧增加，给网络带来很大的通信负荷，引起的数据帧传输“风暴”问题。,网络中广播信息可以到达的区域或范围称为广播域,网桥与广播风暴的形成,局域网3通过网桥端口N.3接入网络中，网桥的端口/MAC地址表中无结点205的信息；,局域网1、2、4分别通过端口N.1、N.2和N.4与网桥相连，网桥的端口/结点MAC地址表的信息：,例：若结点101要发送信息给结点205,对于网桥来说，结点205位置是未知的，所以它采取的方法是将数据帧通过端口N.2、N.3和N.4广播。,N.1,12.2C.BD.2E(101),N.2,8B.24.CD.30(803),N.3,N.4,5C.26.DE.31(504),4.3典型网络互连设备的工作原理,5、网桥与交换式集线器的基本特征,能够连接两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；,冲突域：当两台以上电脑同时发送信息时产生冲突的区域或范围,具有放大信号、延长网络跨度功能，还可以接收、地址过滤、存储转发的方式实现互连网络间的通信；要求互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；可以隔离冲突域，有利于改善互连网的性能与安全性。,冲突域,连接不同MAC协议的网段,用网桥隔离冲突域,三个独立的冲突域,用网桥隔离冲突域,用集线器相连,集线器,一个冲突域,形成更大的冲突域,用网桥隔离冲突域,用网桥相连,网桥,可以隔离冲突域,三个独立的冲突域,4.3典型网络互连设备的工作原理,6、网桥的分类,目前，网桥分别由IEEE的802.1与802.5两个分委员会制定的标准两个，其区别是路由选择策略不同。基于这两种标准的网桥分别是：（1）透明网桥。透明网桥自己决定路由选择，局域网上的各站不负责路由选择。透明网桥的最大优点是容易安装。（2）源路选网桥。源路选网桥由发送帧的源结点负责路由选择，即网桥假定了每个结点在发送帧时都已经清楚地知道发往各个目的结点的路由，源结点在发送帧时需要将详细的路由信息放在帧的首部。,4.3典型网络互连设备的工作原理,二、路由器的工作原理,1、路由器的基本工作原理,路由器在网络层上实现多个网络互连，根据接收到的分组的目的地址(IP地址）实现路由选择和数据转发；,路由器中保存有路由表，每条路由表最主要有两项内容：目的网络地址、下一跳路由器地址；,结点发送的每个分组都包含源地址和目的地址（IP地址）；,例如，结点101发送的分组的格式：,路由器接收到某结点发送的分组后，根据分组的目的IP地址去查路由表，确定该分组的输出路径。,1,2,3,1,直接,3,直接,路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。如图所示。路由器可以有效地将多个局域网的广播通信量相互隔离开来，每一个局域网都是独立的子网。,4.3典型网络互连设备的工作原理,目的主机所在的网络,下一跳路由器的地址,,,,,,,直接交付，接口1,直接交付，接口0,路由器R2的路由表,路由表举例,例：如下网络，互联的各网络地址如图所示，各路由器地址如图所示，请写出路由器R2的路由表。,4.3典型网络互连设备的工作原理,2、路由器的特点,在路由器互连的局域网中，要求每个局域网的网络层及以上高层的协议相同，数据链路层与物理层协议可以是不同的；,路由器与以太网连接使用以太网卡，而与令牌环网连接使用令牌环网卡。,例如：路由器可以分别连接以太网与令牌环网。,以太网与令牌环网的帧格式与MAC方法不相同，路由器可以通过不同网络接口(网卡)处理不同类型局域网帧。,以太网卡,令牌环网卡,路由器可以隔离广播信息，分割广播域。它所互连的是网络层的逻辑子网。,4.3典型网络互连设备的工作原理,路由器,3、多协议路由器,如果互连局域网的高层采用不同协议就需要多协议路由器。,例如：互连的局域网中有支持TCP/lP协议的主机，也有支持SPX/IPX协议的主机。,如果使用一般的路由器，由于协议不同，TCP/lP结点与SPX/IPX不能通信；,多协议路由器具有处理多种不同协议分组的能力，能够对不同类型分组进行路由选择与分组转发，可以实现高层协议不同主机之间的通信，多协议路由器要为不同类型的协议建立与维护不同的路由表。,4.3典型网络互连设备的工作原理,10BASE-T,至因特网,100Mb/s,100Mb/s,100Mb/s,WWW服务器,电子邮件服务器,以太网交换机,路由器,4、通过路由器实现网络互联,应用较广的路由器产品主要有：Cisco公司的系列路由器、3Com公司的OfficeConnectNetBuilder系列路由器、Nortel(加拿大北电网络公司)公司的Accelar系列路由器，以及Intel公司的ExpressRouter系列路由器。国产主要是华为公司。,在大型互联网中，用多个路由器将多个局域网或局域网与广域网互连起来，路由器之间可以用点到点线路连接。路由器根据互联网结构变化来更新与维护路由表，并允许结点增加、减少与移动位置。,4.3典型网络互连设备的工作原理,5、网桥与路由器的区别,网桥工作在数据链路层，路由器工作在网络层。,网桥根据MAC地址过滤数据帧，路由器根据IP地址过滤分组。,网桥互连的是物理子网、分割冲突域，路由器互连的是逻辑子网、分割广播域。,4.3典型网络互连设备的工作原理,三、网关的工作原理,1、网关的基本概念,如果互连的网络在网络层以上使用的高层协议不同，就可以用网关在高层上实现这些