第2章 底层网络技术(1).ppt

1、低层网络技术,主要内容,2,第2章 低层网络技术,3,2.1.1 数据、信号与信道, 模拟类,模拟数据的强度连续变化 模拟信号指幅度随时间连 续变化的信号, 数字类,数字数据为不连续的离散值 数字信号指幅度值离散的信 号,4,2.1.1 数据、信号与信道,数字数据,模拟数据,模拟信号,数字信号,5,2.1.1 数据、信号与信道,早期：都是模拟信道 现代：两种信道并存 -主干线路基本是数字信道 -大部分用户线仍为模拟信道 将来：全数字化通信网,模拟信道, 信道也根据信号的种类分为模拟与数字两种。,传送模拟信号,数字信道,传送数字信号,A/D或D/A,6,2.1.2 单工、半双工、全双工通信, 按

2、照信息传送的方向与时间的关系，分为三种 通信方式,只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。,通信的双方都可以发送信息，也可以接收信息，但不能在同一时间发送。,通信的双方可以同时发送和接收信息。需要有两条独立的信道。,7,第2章 低层网络技术,8,2.2.1 双绞线,双绞线在传输距离、信道带宽和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。,由两根有绝缘保护层的铜导线相互绞合而成。是目前最常用和最廉价的传输介质。,9,1屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线, 屏蔽双绞线（STP）, 非屏蔽双绞线（UTP）,10,2双绞线的规格,1类线用于1980年代初之前的电话线缆。 2类线曾用于旧令牌网。 3类线主

3、要用于10Base-T。 4类线主要用于基于令牌的局域网和10Base-T/100Base-T。 5类线主要用于100Base-T和10Base-T网络。 6类线用于语音传输和传输速率为1Gbps及以上的数据传输。,目前使用最为广泛。超5类线性能更好。,新标准，目前价格较高未普及，仅用于需要传输1Gbps的场合。,六种规格的双绞线,不同规格的双绞线有不同的传输特性,11,3双绞线跳线制作,12,3双绞线跳线制作,两种双绞线的接口标准,13,3双绞线跳线制作,两种双绞线的接口标准,14,3双绞线跳线制作,双绞线跳线类型,15,3双绞线跳线制作,设备间连线,16,注意：随着网络技术的发展，目前一些

4、新的网络设备，可以自动识别连接的网线类型，用户不管采用平行线或者交叉线均可以正确连接设备。,2.2.2 同轴电缆,较双绞线有更好的屏蔽特性和传输距离，但价格比双绞线高。,早期局域网中最常用的传输介质。,17,1基带同轴电缆与宽带同轴电缆,18,2粗缆与细缆,19,2.2.3 光缆,抗电磁干扰能力强 传送速率高 传输距离远,光缆：多根光纤(4芯、8芯、12芯甚至更多)扎在一起，外 面用坚韧的外壳保护起来。,目前发展最迅速、前景最好的传输介质。,特点,20,光纤传输系统,三个组成部分,LED（发光二极管）或半导体激光器，用于将需要传送的 电信号转换成光信号。,用于传输光脉冲。,由光电二极管做成，用

5、于将检测到的光信号还原成 电信号。,21,多模光纤与单模光纤,直径较大的光纤，可以允许从许多不同角度入射的光线在一条光纤中传输。 纤芯直径有50、62.5和100m 三种。 光脉冲损耗大，只适合近距离传输。 传输距离通常是300m4km。,多模光纤,光纤的直径减小到只有一个光波的波长（810m），光线沿直线传播，不会产生多次反射，这时，纤芯内只能传输一种模式的光线。 制造成本及其设备价格都较高。 传输损耗低，传输距离远。,单模光纤,22,4光纤的连接,三种连接方法,光纤连接器,机械连接,熔 接,SC,ST,关于传输距离的进一步说明,各种介质的传输距离受传输速率的影响。总体来说，传输距离与传输速

6、率成反比趋势，即在同一种介质上，数据传输速率越高，传输的距离就越短，反之，速率越低，则距离越远。上述三种介质中，同样传输速率下双绞线的传输距离最近，光纤的传输距离最远。,24,2.2.4 无线传输,25,电磁波是在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。 电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度(-273.15)的物体，都会释出电磁波。,室内短距离通信,无线电广播通信,2微波通信,100MHz以上沿直线传播: 发射天线和接收天线必须精确对准。 方向性使成排的多个发射设备可以和成排的多个接受设备通信而不会发生串绕。 不易穿过建筑物，因而发射与接收设备之间不能有阻挡。 能穿透电离层进入宇宙

7、空间，使得卫星通信成为可能。,长途电话通信、蜂窝电话 电视传播 计算机网络通信,300MHz300GHz 主要使用240GHz,26,两种微波通信方式,微波通信的缺点： 会受到恶劣气候的影响，导致通信中断或通信质量下降 隐蔽性和保密性较差,由于微波在空间是直线传播的，传播距离受限，一般只有50km左右。 为实现远距离通信，必须在一条微波信道的两个端点之间建立若干个中继站 -地面微波接力通信。,使用人造地球卫星作为中继站的微波接力通信。,27,第2章 低层网络技术,28,2.3.1 局域网技术概述,主要局域网技术,20世纪70年代：产生 20世纪90年代：快速局域网技术和交换式局域网技术飞速发展

8、 20世纪末：出现千兆位以太网 本世纪初：出现万兆位以太网,以太网 令牌环网 光纤分布式数据接口（FDDI） 异步传输模式（ATM） 无线局域网,29,2以太网的种类,10M以太网（10Mbps） 快速以太网（100Mbps） 千兆位以太网（1000Mbps或1Gbps） 万兆位以太网（10000Mbps或10Gbps）,根据传输技术划分,按最大传输速率划分,传统以太网,30,2.3.2 传统以太网,DEC公司、Intel公司和Xerox公司联合提出10Mbps以太网规约的第一个版本DIX V1,修改为第二版规约，即DIX Ethernet V2，成为世界上第一个局域网产品的规约,IEEE80

9、2委员会的802工作组制定了第一个IEEE的以太网标准，编号为802.3，数据率为10Mbps。,以太网在局域网市场中已取得垄断地位。,31,2传统以太网的传输介质,10BASE5,10BASE-F,10BASE-T,10BASE2,以太网的MAC子层,对应四种传输介质：粗缆 细缆 双绞线 光纤,对应标准号： 802.3 802.3a 802.3i 802.3j,传统以太网四种不同的物理层,提出的时间： 1983年 1985年 1990年 1993年,32,3传统以太网的介质访问控制,总线型网络,解决办法：介质访问控制协议 以太网：带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）协议,33,C

10、SMA/CDCarrier Sense Multiple Access/Collision Detect,包含两方面内容,同时有多个结点 在侦听信道,34,载波侦听,坚持型 - 继续侦听，一直到发现信道空闲立即发送。 非坚持型 - 延迟一个随机时间再检测，并不断重复此 过程，直到发现信道空闲，发送数据。,实现方法,当结点检测到信道忙时，通常有2种处理办法,35,冲突检测,产生冲突的两种情况,消除冲突 冲突检测器,36,在CSMA/CD接入方法中，要发送报文的所有网络设备必须在发送之前进行侦听。,如果设备检测到来自其它设备的信号，它就会等待特定的时间的后再尝试发送。,如果没有检测到流量，设备将发

11、送报文。在发送过程中，设备仍会继续侦听LAN中的流量或冲突。报文发送之后，设备将恢复默认侦听模式。,如果设备之间的距离造成一台设备的信号延时，也就是说，另一台设备无法检测到信号，则另一台设备可能也会开始发送。那么，现有两台设备同时在介质中发送信号。,报文将在介质中传播，直到相互碰头。此时，双方的信号就会混合，报文被损坏，从而形成冲突。,检测到冲突之后，发送设备将发出堵塞信号。堵塞信号通知其它设备发生了冲突，以便它们调用回退算法。,回退算法将使所有设备在随机时间内停止发送，以让冲突消除。,4集线器连接的以太网,一个站点发送的信号，可以被网上的其它所有站点收到，信息易被窃听。,HUB, 缺点与同轴

12、电缆以太网相同,44,2.3.3 以太网的MAC帧及相关概念,目前使用DIX Ethernet V2的MAC帧格式,45,以太网MAC帧各字段的含义,前同 步码,帧 开始 标志,46,以太网MAC帧各字段的含义,目的地址,源地址,目的地址和源地址,(2),用于MAC层寻址。通常称为“MAC地址”或“2层地址”。由于标识一个网络接口的MAC地址是固化在以太网接口硬件（如网卡）上的，因此也称为硬件地址或物理地址。,47,以太网帧的三种目的地址,MAC地址通常表示为如下的十六进制形式： 00-1C-23-00-00-80,组播地址,单播地址,广播地址,48,以太网MAC帧各字段的含义,类型,数据区,

13、填充字段,49,以太网帧的最短有效长度,在接收端，长度不够64字节的帧都被认为是无效帧而丢弃。,传统以太网规定： 一个以太网帧的最短有效长度为64字节,50,以太网MAC帧各字段的含义,检验码,检验码,(5),51,2.3.4 交换式以太网,局域网技术,共享式网络技术 网中所有结点共享一条公共传输信道 共享信道带宽 典型：传统以太网、令牌网、FDDI,交换式网络技术 独占端口带宽 典型：ATM、交换式以太网,52,2.3.4 交换式以太网,交换式以太网的核心设备：以太网交换机 第二层交换机（Layer 2 switch）： 实现物理层和数据链路层协议 第三层交换机（Layer 3 switch

14、）： 实现物理层、数据链路层和网络层协议,53,1以太网交换机的结构与工作原理,交换机可以同时在多个端口之间建立多个并发连接,交换机与集线器在内部工作原理上的区别,集线器只能在一对端口之间建立连接,54,转发表的建立 使用自学习机制,55,1以太网交换机的结构与工作原理,MAC寻址和交换机MAC地址表,步骤3：交换机将该帧向源端口以外的其他端口泛洪。,1以太网交换机的结构与工作原理,57,1以太网交换机的结构与工作原理,交换机MAC地址表的管理 交换机MAC地址表的容量是有限的，因此交换机采用超时机制来维护MAC地址表，以适应网络上站点的变化。 交换机在构建MAC地址表的某个条目时，会相应地开

15、启该条目的超时定时器，如果超过了一定时间，交换机始终没有收到该条目MAC地址的报文，交换机就会将该条目删除。这样，即使网络中的设备更换或者移除，交换机的MAC地址表始终能保持网络中最新的拓扑结构记录。,58,1以太网交换机的结构与工作原理,交换机工作原理小结 交换机是基于MAC地址转发数据帧的。 转发过程中依靠对MAC地址表的查询来确定正确的转发端口。 若在查询过程中无法找到相关的MAC地址对应的条目，此数据帧将作为广播帧来处理。 MAC地址表的容量有限，只能储存有限的条目，当MAC地址表的条目达到上限后，新的条目将不会添加到MAC地址中。,2交换式局域网的特点,交换机各端口连接的站点或网络属

16、于同一个链路层广播域。,优点,59,2.3.5 高速以太网,快速以太网（Fast Ethernet） 1992年被提出，1993年产品问世，1995年9月被IEEE定为正式国际标准 千兆位以太网，也称为“吉比特以太网”（Gigabit Ethernet） 1995年11月，IEEE 802委员会成立了高速网研究组，1998年2月正式批准了IEEE 802.3z标准 万兆位以太网，也称为“10G比特以太网” （10 Gigabit Ethernet） 2000年初，发布了10Gbps以太网的IEEE 802.3ae规范，2002年6月定为正式国际标准,60,使用了相同的 帧格式 介质访问控制方式

17、 应用程序接口,2.3.5 高速以太网,61,2.3.5 高速以太网,2. 千兆位以太网,62,2.3.5 高速以太网,3. 万兆位以太网,63,2.3.5 高速以太网,自动协商模式 人工选择可能的模式,注意：自适应端口目前只用于连接双绞线的RJ-45端口，而不用于光纤端口。,4. 10/100Mbps或10/100/1000Mbps自适应以太网,一台交换机上可以配置不同速率的端口 同一端口可以工作在不同传送速率下 自适应端口,64,第2章 低层网络技术,65,66,2.4.1 VLAN技术简介,传统局域网 - 受到物理位置的限制,VLAN是一个能跨越多重物理区域的逻辑网络。用户可以按照分工的

18、不同或者部门的不同组织VLAN，而无需考虑使用者的物理位置。,2.4.1 VLAN技术简介,是局域网为用户提供的一种服务。 是对交换式局域网技术的一种功能扩展。,不是一种新型的局域网,67,2.4.1 VLAN技术简介,逻辑工作组：根据部门、功能以及应用等因素将网络上的结点划分为若干相对独立的部分,68,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,每个VLAN是一个独立的广播域,当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到其广播的信息，而工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。 。,69,交换机必须配置VLAN，默认配置下，所有交换机端口都在VLAN1中。 划分了VLAN的二层交换机可以隔离广播域，但不能路由。隔开就不管了，VLAN间必须通过三层设备路由才能通信。,70,2.4.1 VLAN技术简介,2.4.1 VLAN技术简介,VLA