现代接入网技术（第 2 版）课件 第6章局域网技术

第6章局域网技术6.1计算机网络概述6.2局域网6.3扩展的以太网6.4虚拟局域网技术6.5以太网宽带接入技术 6.6LAN接入组网案例分析6.7高速以太接入网 6.8网线的制作6.1计算机网络概述6.1.1计算机网络的定义1．计算机技术的发展计算机网络的主要实体是计算机。早期的计算机主要用于军事计算，而且计算速度相当慢，完全是一个低级计算器。经过几十年的发展，计算机技术已经发生了天翻地覆的变化。现在，计算机已经进入第六代——多核微处理器的时代，但是它的发展还远远没有结束，正朝着更实用、更智能、更微型的方向发展。2．计算机网络计算机网络是为了实现信息交换和资源共享，利用通信线路与通信设备，将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机互相连接起来，按照网络协议进行数据交换的计算机系统。众多的计算机通过通信线路串联起来，就像网络一样错综复杂。计算机网络能给人们带来很多方便，可以使用聊天工具进行文字、语音或视频聊天，可以查看新闻，在线看视频、玩游戏，也可以查询资料、进行网络学习等。因此，计算机网络不但可进行教学和娱乐，还提供了资源共享和数据传输的平台。6.1.2计算机网络的功能1．资源共享

所谓的资源，是指构成系统的所有要素，包括软件资源、硬件资源，如大容量磁盘、高速打印机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和计算机上的其他有关信息。受经济和其他因素的制约，这些资源并非可被所有用户独立拥有，所以网络上的计算机既可以使用自身的资源，又可以共享网络上的资源。资源共享提高了网络上计算机的处理能力，提高了计算机软件、硬件的利用率。计算机网络建立的最初目的就是实现对分散的计算机系统的资源共享，以此提高各种设备的利用率，减少重复劳动，进而实现分布式计算的目标。2．数据通信数据通信功能即数据传输功能，是计算机网络最基本的功能之一，主要完成计算机网络中各个节点之间的系统通信。用户可以在网络上传送电子邮件，发布新闻消息，进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。计算机网络使用初期的主要用途之一就是在分散的计算机之间实现无差错的数据通信。同时，计算机网络能够实现资源共享的前提条件，就是在源计算机与目标计算机之间完成数据交换任务。3．分布式处理通过计算机网络，可以将一个任务分配到不同地理位置的多台计算机上协同完成，以此均衡负荷、提高系统的利用率。对于许多综合性的重大科研项目的技术和信息处理，可利用计算机网络的分布式处理能力，采用适当的算法，将任务分散到不同的计算机上共同完成。同时，联网之后的计算机可以互为备份系统，当一台计算机出现故障时，可以调用其他计算机执行替代任务，从而提高系统的可靠性。4．网络综合服务利用计算机网络，可以在信息化社会实现对各种经济信息、科技情报和咨询服务信息的处理。计算机网络对文字、声音、图像、视频等多种信息进行传输、收集和处理。综合信息服务和通信服务是计算机网络的基本服务功能，可以实现文件传输、电子邮件、电子商务、远程访问等功能。

6.1.3计算机网络的分类传统的计算机网络主要按照网络作用范围和网络拓扑结构两种模式分类。1．按照网络作用范围分类按照网络作用范围分类，计算机网络基本可以分为局域网、城域网和广域网三种。各种公司、学校和企业内的网络称为局域网，以一个城市为核心的网络称为城域网，各城市之间、国家之间的网络称为广域网。2．Internet及其应用Internet是指全球网，即全球各个国家通过线路连接起来的计算机网络，可以说是世界上最大的网络。（1）在一个城市内，各个地方（如机关、企事业单位、工厂等）的小网络都连到主干线上（2）各城市之间又由主干线连接起来。现在的主干线大多是光纤连接，各城市之间通过各种形式将光纤连接起来，再由对外接口接到国外的网络上（3）一个国家的网络通过网络接口连到其他国家，这样，全球的Internet就建成了。6.2局域网6.2.1局域网概念局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。在局域网刚出现时，局域网比广域网具有更高的数据传输速率、更小的时延和更低的误码率。但随着光纤技术在广域网中的普遍使用，现在的广域网也具有很高的数据传输速率和很低的误码率了。局域网

主要优点（1）具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。

（2）便于系统的扩展和逐渐演变，可灵活地调整与改变各设备的位置。（3）提高了系统的可靠性（Reliability）、可用性（Availability）和生存性（Survivability）。局域网可按网络拓扑进行分类。随着集线器（Hub）的出现和双绞线在局域网中的大量应用，星状以太网和多级星状结构的以太网获得了非常广泛的应用。图6-4(a)是星状网，图6-4(b)是环状网，图6-4(c)是总线状网，各站直接连在总线上。在共享信道时，要着重考虑的一个问题是如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体资源。这在技术实现上有以下两种方法。（1）静态划分信道，主要有频分复用、时分复用、波分复用、码分复用等。用户只要被分配了信道，就不会和其他用户发生冲突。但这种划分信道的方法的代价较大，不适合局域网使用。（2）动态媒体接入控制，又称为多点访问（MultipleAccess），其特点是信道并非在用户通信时固定地被分配给用户。它又分为以下两类。①随机接入。它的特点是所有用户可随机地发送信息，但如果恰巧有两个或更多用户在同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就会产生碰撞（发生了冲突），使得这些用户的发送都失败。因此，必须有解决碰撞的网络协议。②受控接入。它的特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制，典型代表有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询（Polling）（或称为轮询）。6.2.2以太网概念以太网（Ethernet）是当今现有局域网采用的最普及的通信协议标准，它基于CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect，载波监听多点访问/碰撞检测）机制，采用共享介质的方式实现计算机之间的通信。据统计，目前约有80%的局域网采用以太网技术。以太网有两个标准：DIXEthernetV2与IEEE的802.3局域网标准。最早的以太网是美国施乐（Xerox）公司的PARC研究项目组于1975年提出的，当时的数据传输速率是2.94Mbit/s。1980年，DEC（数字设备公司）、Xerox公司、Intel（英特尔）公司联合开发了DIXV1.0标准，把以太网的数据传输速率提升到10Mbit/s。1982年，DIXV2.0标准发布，即EthernetII。

6.2.3以太网技术的发展（1）10Base-2、10Base-5，分别以细同轴电缆和粗同轴电缆作为传输介质，没有中心网络设备，为共享式网络，带宽为10Mbit/s。网络的性能和可扩展性较差。（2）10Base-T，采用双绞线介质，需要中心网络设备（如Hub），为共享式网络，带宽为10Mbit/s。网络的性能没有太大提高，可扩展性和可维护性明显提高。（3）10Base-TX、10Base-FX，采用双绞线或光纤介质，需要网络交换机，为交换式网络，称为交换式以太网，带宽为10Mbit/s。网络性能得以大幅提高，网络设备的智能性提高，为网络管理提供了可能。（4）100Base-TX、100Base-FX，采用双绞线或光纤介质，需要网络交换机，称为交换式快速以太网，带宽为100Mbit/s。网络性能较交换式以太网有较大的提高，网络设备的可管理性进一步提高。（5）1000Base-TX、1000Base-FX，采用双绞线或光纤介质，需要网络交换机，称为交换式千兆以太网，带宽为1000Mbit/s。千兆以太网是目前大规模投入使用的最快速的以太网，在网络结构上与交换式以太网和交换式快速以太网相同，主要优点是可提供高带宽和高服务质量。（6）10吉比特以太网（万兆以太网），即IEEE802.3ae，带宽为10Gbit/s。6.2.4以太网工作过程计算机通过适配器（Adapter）与外界局域网连接。适配器本来是在主机箱内插入的一块网络接口板（或在笔记本电脑中插入的一块PCMCA卡——计算机存储器卡接口适配器），这种接口板又称为网络接口卡（NIC），简称为“网卡”。适配器上装有处理器和存储器（包括RAM和ROM），适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行的，因此，适配器的一个重要功能是进行串行/并行传输的转换。由于网络上的数据传输速率和计算机总线上的数据传输速率不同，因此在适配器中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。若在主板上插入适配器，则必须把管理该适配器的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序会告诉适配器，应当从存储器的某个位置把多长的数据块发送到局域网，或者应当在存储器的某个位置存储从局域网传输来的数据块。适配器还应能实现以太网协议。6.2.5关键技术——CSMA/CD协议总线的特点是：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这就是广播通信方式，但并不总是在局域网上进行一对多通信。为了在总线上实现一对一通信，可以使每台计算机的适配器都拥有一个与其他适配器不同的地址。在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。现在的电子技术可以很容易地做到：仅当数据帧中的目的地址与适配器ROM中存储的硬件地址一致时，该适配器才接收这个数据帧，适配器将不是发送给自己的数据帧丢弃。这样，在具有广播特性的总线上就实现了一对一通信。人们常把局域网上的计算机称为“主机”“工作站”“站点”“站”。为了方便通信，以太网采取了以下两种措施（1）采用较为灵活的无连接工作方式，即无须建立连接即可直接发送数据。适配器不对所发送的数据帧进行编号，也不要求接收方返回确认，这种设计可使以太网的工作机制更为简洁。局域网信道的传输质量较高，因信道质量不佳导致数据差错的概率较低。因此，以太网所提供的服务属于不可靠交付，即尽最大努力交付。当目的站接收到存在差错的数据帧时，会直接丢弃该帧，不执行其他操作；差错帧重传由上层协议决定。若上层采用TCP协议，TCP在检测数据丢失后将启动重传流程，此时以太网仅将重传数据视为新帧进行发送，不识别其重传属性。

（2）以太网所传输的数据均采用曼彻斯特（Manchester）编码的电信号。二进制基带数字信号通常表现为高、低电压交替的电信号，采用此类信号的核心问题在于：当出现连续的多个“1”或“0”时，接收端无法从接收的比特流中提取位同步（比特同步）信号。曼彻斯特编码以太网所传输的数据均采用曼彻斯特（Manchester）编码的电信号。二进制基带数字信号通常表现为高、低电压交替的电信号，采用此类信号的核心问题在于：当出现连续的多个“1”或“0”时，接收端无法从接收的比特流中提取位同步（比特同步）信号。曼彻斯特编码将每个码元划分为两个等长的时间间隔：若码元为“0”，则前一间隔为低电压、后一间隔为高电压；若码元为“1”，则电压变化规律与之相反，表现为从高电压切换至低电压。这种编码方式可确保每个码元的中间时刻发生一次电压跳变，接收端可借助该跳变便捷地提取位同步信号。CSMA/CD协议的要点“载波监听”是指用电子技术检测总线上是否有其他计算机也在发送数据。不管是在发送前还是在发送中，每个站都必须不停地检测信道。在发送前检测信道，是为了获得发送权。若检测出已经有其他站在发送，则暂时不发送数据，必须等信道变为空闲时才发送。在发送中检测信道，是为了及时发现其他站和本站的发送是否产生冲突。“多路访问”说明这是总线状网，许多计算机以多路访问的方式连接在一根总线上。协议的实质是“载波监听”和“冲突检测”。“冲突检测”，即“边发送边监听”，即适配器在发送数据的同时检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自身在发送数据时其他站点是否同时在发送数据。当多个站点同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压变化幅度会相应增大（信号叠加所致）。当适配器检测到的信号电压变化幅度超过设定的门限值时，就认为总线上至少有两个站点同时在发送数据，即表明发生了冲突。这时，总线上传输的信号会出现严重失真，无法从中恢复有效信息。在t=0时，A站发送数据，B站检测到信道为空闲。在t=τ-δ（τ>δ>0），A站发送的数据还没有到达B站时，由于B站检测到信道是空闲的，因此B站发送数据。经过时间δ/2后，即在t=τ-δ/2时，A站发送的数据和B站发送的数据发生了碰撞，但这时A站和B站都不知道发生了碰撞。在t=τ时，B站检测到发生了碰撞，于是停止发送数据。在t=2τ-δ时，A站也检测到发生了碰撞，因而也停止发送数据。A站和B站发送数据均失败，它们都要推迟一段时间再重新发送。传播时延对载波监听的影响

6.2.6以太网使用集线器的星状拓扑传统以太网最初使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。这种以太网采用星状拓扑，在星状的中心增加了一种可靠性非常高的设备，称为集线器（Hub）集线器的

特点（1）从表面上看，使用集线器的局域网在物理上是一个星状网，但由于集线器使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。（2）集线器很像一个多接口（如8～16个接口）的转发器，每个接口通过RJ-45插口（与电话机使用的RJ-11插口相似，但略大一些）用两对双绞线与一个工作站上的匹配器相连（这种插座可连接4对双绞线，实际上只用2对，即发送和接收过程各使用一对双绞线）。（3）集线器工作在物理层，它的每个接口仅仅简单地转发比特——收到1就转发1，收到0就转发0，不进行碰撞检测。若两个接口同时有信号输入（发生碰撞），则所有接口都收不到正确的帧。（4）集线器采用了专门的芯片进行自适应串音回波抵消，这样就可使接口转发出去的较强信号不致对该接口接收到的较弱信号产生干扰（近端串扰），在转发之前还要进行再生整形并重新定时。6.2.7以太网的信道利用率一个站在发送帧时发生了碰撞，经过一个争用期2

后，可能又发生了碰撞。这样经过若干争用期后，一个站发送成功了。假定发送帧需要的时间是T0，它等于帧长（bit）除以数据传输速率（10Mbit/s）。

成功发送一帧需要占用信道的时间是T0+

，比这个帧的发送时间长单程端到端传播时延

。这是因为当一个站发送完最后一比特时，该比特还要在以太网上传播。在最极端的情况下，发送站在传输介质的一端，而该比特在传输介质上传输到另一端所需的时间是

。因此，必须在经过时间T0

+

后，以太网的信道才完全变为空闲状态，才能允许其他站发送数据。要提高以太网的信道利用率，就必须减小

与T0之比。在以太网中定义了参数a，它是以太网单程端到端传播时延

与帧的发送时间T0之比当a→0时，表示只要发生碰撞，就可以立即检测出来，并立即停止发送，因而被浪费的信道资源非常少。反之，参数a大，表明争用期所占的比例大，这就使得每次碰撞都浪费了不少信道资源，使得信道利用率明显降低。因此，a的值应尽可能小。从式（6-2）可看出，这就要求分子τ的数值小些，而分母T0的数值大些。就是说，当数据传输速率一定时，以太网连线的长度受到限制（否则τ的数值会太大），同时以太网的帧长不能太短（否则T0的值会太小，使a值太大）。（6-2）假定以太网上的各站在发送数据过程中都不会发生碰撞（这显然已经不是CSMA/CD协议了，而需要使用一种特殊的调度方法），并且能够非常有效地利用网络的传输资源，即总线一旦空闲，就由某个站立即发送数据。这样，发送一帧需要占用信道的时间是T0

+

，而帧本身的发送时间是T0，于是，可以计算出极限信道利用率Smax（6-3）6.2.8以太网的MAC层1．MAC层的硬件地址在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址（因为这种地址用在MAC帧中）。

EEE802标准为局域网规定了48位的全球地址（一般简称为“地址”），是指局域网上的每台计算机中固化在适配器的ROM中的地址。现在，IEEE的注册管理机构是局域网全球地址的法定管理机构，它负责向厂家分配6字节地址字段中的前三字节（高24位）。凡是生产局域网适配器的厂家都必须购买由这三字节构成的号（地址块），这个号的正式名称是组织唯一标识符（OrganizationallyUniqueIdentifier，OUI），通常也称为公司标识符（Company_id）。2．MAC帧格式常用的以太网MAC帧格式有两种标准：一种是DIXEthernetV2标准（以太网V2标准）；另一种是IEEE802.3标准6.3扩展的以太网6.3.1在物理层扩展以太网扩展主机和集线器之间距离的一种简单方法是使用光纤（通常是一对光纤）和一对光纤调制解调器.主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器光纤调制解调器的作用是进行电信号和光信号的转换。由于光纤带来的时延很小且其带宽很大，因此使用这种方法很容易使主机和几千米以外的集线器相连。如果使用多个集线器，就可连接成覆盖更大范围的多级星状结构的以太网。例如，一个学院的三个系各有一个10BASE-T以太网，可通过一个主干集线器把各系的以太网连接起来，构成一个更大的以太网多级结构的集线器以太网具有以下缺点（1）如图6-17(a)所示，在三个系的以太网互连之前，每个系的10BASE-T以太网是一个独立的碰撞域（CollisionDomain，又称为冲突域），即任意时刻，在每个碰撞域中只能有一个站在发送数据。每个系的以太网的最大吞吐量是10Mbit/s，因此三个系总的最大吞吐量为30Mbit/s。三个系的以太网通过主干集线器互连后，三个碰撞域就变成一个碰撞域（范围扩大到三个系），如图6-17(b)所示，而这时的最大吞吐量仍然是一个系的吞吐量，即10Mbit/s。就是说，某个系的两个站在通信时所传输的数据会通过所有的主干集线器进行转发，使得其他系的站在这时都不能通信（一发送数据就会发生碰撞）。（2）如果不同的系使用不同的以太网技术（如数据传输速率不同），那么就不可能用主干集线器将它们相互连接起来。如果在图6-17中，一个系使用10Mbit/s的适配器，而另外两个系使用10Mbit/s、100Mbit/s的适配器，那么用主干集线器连接起来后，就只能工作在10Mbit/s的数据传输速率上了。主干集线器一般是一个多接口（多端口）的转发器，它并不能对帧进行缓存。

6.3.2在数据链路层扩展以太网早期，在数据链路层扩展以太网要使用网桥（Bridge），网桥工作在OSI参考模型的数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不是向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后决定是将该帧转发到哪个接口，还是把它丢弃（过滤）。

交换式集线器（SwitchingHub）可明显地提高以太网的性能。交换式集线器常称为以太网交换机（Switch）或第二层交换机（L2Switch），强调这种交换机工作在数据链路层。以太网交换机实质上是一个多接口的网桥，和工作在物理层的转发器、集线器有很大的差别。此外，以太网交换机的每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般工作在全双工方式。当主机需要通信时，交换机能同时连通多对接口，使每一对相互通信的主机都独占传输介质，无碰撞地传输数据。其接口中有存储器，能在输出端口繁忙时对到来的帧进行缓存。以太网交换机是一种即插即用设备，其内部的帧交换表（又称为地址表）是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的，两个站之间的通信完成后就断开连接。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，因此其转发速率要比使用软件转发的网桥快得多。对于普通10Mbit/s的共享式以太网，若有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽（10Mbit/s）的N分之一。在使用以太网交换机时，虽然每个接口到主机的带宽还是10Mbit/s，但由于一个用户在通信时是独占的，不和其他网络用户共享传输介质的带宽，因此拥有N个接口的交换机的总容量为N

10Mbit/s，这正是交换机的最大优点。以太网交换机有三个10Mbit/s接口，分别和学院三个系的10BASE-T以太网相连，还有三个100Mbit/s接口分别与电子邮件服务器、万维网服务器、一个连接Internet的路由器相连。6.4虚拟局域网技术

6.4.1VLANVLAN即虚拟局域网（VirtualLAN），是指在交换机上把一个物理上相连的网络划分成数个网段，每个网段是一个独立的广播域，网段之间的计算机设备互相分离，这样的网段称为VLAN。

6.4.2广播域和广播风暴如果MAC帧的目的MAC地址为广播地址，或者虽然MAC帧的目的MAC地址为单播地址，但在交换机站表中找不到和该目的MAC地址匹配的项，那么该MAC帧仍将广播到网络中的所有其他终端。因此，可以将广播域定义为地址为广播地址的广播帧在网络中的传播范围。虽然由网桥构建的以太网解决了碰撞域带来的问题，但整个网络仍然是广播域。在以太网中，广播操作是不可避免的：一是只有在不断的广播操作中，交换机才能建立完整的站表；二是TCP/IP协议栈中的许多协议（如ARP）是面向广播的协议。如果整个以太网是一个广播域，而又频繁地进行广播操作，那么会形成广播风暴，极大地影响网络带宽的利用率。

6.4.3VLAN的划分方法VLAN是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网，因此建立VLAN需要相应的支持VLAN技术的网络设备及其软件。VLAN在交换机上的实现方法可以大致划分为以下6类。1．基于端口划分VLAN这是最常用的一种VLAN划分方法，应用得最广泛、最有效，目前绝大多数VLAN协议的交换机都提供这种VLAN划分方法。它是根据以太网交换机的交换端口（Port）来进行的，将VLAN交换机上的物理端口和VLAN交换机内部的PVC（永久虚电路）端口分成若干组，每组构成一个虚拟网，相当于一个独立的VLAN交换机，如图6-20所示。基于端口的VLAN又分为在单交换机端口定义VLAN和在多交换机端口定义VLAN两种情况。（1）在多交换机端口定义VLAN：交换机1的1、2、3端口和交换机2的4、5、6端口组成VLAN1，交换机1的4、5、6、7、8端口和交换机2的1、2、3、7、8端口组成VLAN2。（2）在单交换机端口定义VLAN：交换机的1、2、6、7、8端口组成VLAN1，3、4、5端口组成VLAN2。这种VLAN只支持一台交换机。2．基于MAC地址划分VLAN这种方法是根据每台主机的MAC地址来进行划分的，即对每个MAC地址的主机都进行配置，它的机制是每块网卡都对应唯一的MAC地址，VLAN交换机跟踪属于VLANMAC的地址。采用这种方法的VLAN允许网络用户在从一个物理位置移动到另一个物理位置时，自动保留其所属VLAN的成员身份3．基于网络层协议划分VLAN按网络层协议来划分，VLAN可分为IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等，如图6-22所示。这种由网络层协议组成的VLAN，可使广播域跨越多个VLAN交换机。这对于希望针对具体应用和服务来组织用户的网络管理员来说是非常具有吸引力的。而且，用户可以在网络内部自由移动，但其VLAN成员身份保持不变。4．基于IP组播划分VLANIP组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个IP组播就是一个VLAN，如图6-23所示。这种划分方法将VLAN扩展到了广域网，因此这种方法具有更好的灵活性，而且也更容易通过路由器进行扩展，主要适合将不在同一地理范围的局域网用户组成一个VLAN，但其不适合局域网，原因是其效率不高。5．基于策略划分VLAN基于策略划分VLAN能实现多种分配方法，包括VLAN交换机端口、MAC地址、IP地址、网络层协议等。网络管理员可根据自己的管理模式和本单位的需求来决定选择哪种类型的VLAN。6．基于用户定义、非用户授权划分VLAN按用户定义、非用户授权划分VLAN是指为了适应特别的VLAN网络，根据具体的网络用户的特别要求定义和设计VLAN，而且可以让非VLAN群体用户访问VLAN，但是需要提供用户密码，在得到管理认证后才可以加入一个VLAN。通过网络管理软件，将交换机的1、3、5端口划分为VLAN1，将交换机的2、4、7端口划分为VLAN2，将交换机的6、8、9端口划分为VLAN3。6.5以太网宽带接入技术以太网接入的一个重要特点是：可以提供双向的宽带通信，并且可以根据用户对宽带的需求灵活地进行宽带升级（例如，把10兆以太网交换机更新为100兆甚至10吉比特以太网交换机）。当城域网和广域网都采用吉比特以太网或10吉比特以太网时，采用以太网接入可以实现端到端的以太网传输，中间不需要进行帧格式的转换，提高了数据传输速率且降低了传输成本。6.6LAN接入组网案例分析6.6.1IP网络结构IP网络可以分为骨干网和本地网，骨干网根据网络规模和覆盖面可分为全国性骨干网、省级骨干网、城域网。其中，城域网分为核心层、汇聚层和接入层。6.6.2宽带接入组网结构整个城域网可以分为核心层、汇聚层、接入层和用户端。核心层采用IP组网方式，由一些核心路由器组成网状的网络。汇聚层由接入路由器、以太网交换机等组成。根据接入方式的不同，接入层可采用有线或无线的方式接入用户驻地网（CPN）。

6.6.3LAN典型组网应用核心层由核心路由器组成；汇聚层主要的设备有接入服务器（BAS）和认证服务器（RADIUS）等；接入层通过交换机（Switch）逐级连接，通过五类双绞线连接到用户端的PC，可以实现各种类型的业务，如宽带上网、企业专线、视频点播和VPN等。6.6.4FTTx+LAN接入FTTx+LAN是一种利用光纤加五类双绞线实现宽带接入的方式，FTTx一般指FTTC（光纤到路边）、FTTB（光纤到楼）。FTTx+LAN方式能实现吉比特光纤到小区（大楼）的中心交换机，中心交换机和楼道交换机以百兆光纤或五类双绞线相连，楼道内采用综合布线，用户上网速率可达10Mbit/s，网络可扩展性良好，投资少。另外，光纤到办公室、光纤到户、光纤到桌面等多种补充接入方式可满足不同用户的需求。FTTx+LAN方式采用星状拓扑，用户共享接入交换机的带宽采用LAN接入方式，对原有LAN小区进行改造，在L2交换机上直接下挂IAD（IntegratedAccessDevice，综合接入设备），原则上使用交换机的最后一个端口，也可以在ONU下挂IAD或通过五类双绞线直接连接到用户端，提供语音、宽带等业务。该接入方式应用于住宅小区，原来的ADSL用户的接入方式可以全部改装成LAN接入方式。具体来说有以下两种应用方式。（1）OLT→ODN→ONU→N个IAD：在OLT上制作ONU的数据；IAD需要配置，本方式可应用于商业楼宇或纯语音需求的场所。（2）OLT→ODN→ONU（OUN+IAD一体式）：在OLT上制作数据，应用于住宅小区或有数据和语音双重需求的场所。6.7高速以太接入网人们把千兆及以上的以太网称为高速以太网。1999年3月，IEEE专门成立了高速以太网研究组，致力于10Gb/s以太网的研究，并在2002年6月正式发布了10Gb/s以太网标准。10Gb/s以太网除提升速率外，还在物理层提供局域物理层（PhysicalLayer，PHY）和广域物理层，以满足不同的应用场景需求。之后，不同应用场景的需求促使多种速率以太网技术的出现，这种发展不是以10倍方式递增的，而是同时向前、向后并行发展，向前扩展到2.5Gb/s和5Gb/s以太网，向后扩展到400Gb/s以太网1．2.5Gb/s和5Gb/s以太网2.5Gb/s和5Gb/s以太网技术主要为了应对无线网络设备的大量部署，这些使用IEEE802.11ac无线终端的实际接入速率可达到1.3Gb/s；使用IEEE802.11acwave2和IEEE802.11ax（Wi-Fi6）无线终端的最高接入速率在理论上可达到6.9Gb/s和9.6Gb/s。升级万兆以太网可以提供更高的网络带宽及传输速率，但是万兆网络端口需要配套Cat6、Cat6a或以上线缆，无论是在现有线缆的存量资源利用还是新增布线的便利性上都存在挑战。2．25Gb/s和50Gb/s以太网在40Gb/s和100Gb/s以太网已经存在的情况下，25Gb/s和50Gb/s以太网标准是数据中心厂家追求以太网端口更高性价比的结果，它能更好地满足低成本、低功耗的需求，特别是云数据中心服务器对低成本的需求。3．40Gb/s和100Gb/s以太网在以太网标准中，40Gb/s是首个“另类”的以太网速率，它打破了以太网以10为倍数的发展规律。40Gb/s以太网的端口技术和产业链比100Gb/s以太网更成熟，在芯片成本、光模块成本、端口部署等方面都有着非常现实的意义，面向数据中心的应用可快速实现规模性商用。100Gb/s以太网面临更大的技术和成本挑战，侧重在网络汇聚层和骨干层中。4．超100Gb/s以太网超100Gb/s以太网技术主要有3个具体的方向：200Gb/s、400Gb/s及更高速率的以太网技术；支持400Gb/s以太网互联和多厂商网络互通的400GZR技术；DWDM（密集波分复用）承载高速以太网技术。1）200Gb/s、400Gb/s及更高速率的以太网技术200Gb/s和400Gb/s以太网技术是当前超100Gb/s以太网的主要发展方向。IEEE802.3bs标准于2017年12月被正式批准，定义了200Gb/s和400Gb/s以太网所需的MAC参数、物理层和管理架构。这些技术通过采用更高级的调制格式（如PAM4