广域网与局域网技术课件

计算机网络实用教程第章广域网与局域网技术计算机网络实用教程第章广域网与局域网技术第 7 章 广域网与局域网技术7.1网络接口层概述 7.1.1 广域网和局域网的划分标准 7.1.2 广域网和局域网的基本特性 7.1.3 INTERNET中不同网络边界的确定标准 7.1.4 广域网概述 7.1.5 局域网概述7.2 X.25协议 7.2.1 X.25网络构成 7.2.2 X.25的协议数据单元（PDU）格式 7.2.3 X.25的交换型虚电路（SVC）工作方式的数据通 信过程 7.2.4 X.25基于数据报方式的数据通信第 7 章 广域网与局域网技术7.1网络接口层概述第 7 章广域网与局域网技（续）7.3 ATM技术 7.3.1 ATM概述 7.3.2 ATM的层次结构 7.3.3 ATM的信元结构 7.3.4 虚路径（VP）与虚电路（VC）7.3.5 ATM的工作方式和传输特征7.4 局域网基础与IEEE 802标准 7.4.1 广播式通信与共享媒体的媒体访问方法 7.4.2 局域网标准IEEE802参考模型 7.4.3 常见的局域网技术简介7.5 千兆以太网（IEEE 802.3z）7.5.1 以太网与令牌环网第 7 章广域网与局域网技（续）7.3 ATM技术第 7 章广域网与局域网技（续）7.5.2 千兆以太网技术背景 7.5.3 千兆以太网体系结构 7.5.4 千兆以太网的媒体访问控制 7.5.5 千兆以太网的应用7.6 虚拟局域网（VLAN）和虚拟专用网(VPN)7.6.1 虚拟局域网（VLAN）7.6.2 虚拟专用网（VPN）第 7 章广域网与局域网技（续）7.5.2 千本章最重要的内容(1)网络接口层概念(2)广域网和局域网的根本区别(3)各种广域网技术（X.25、ATM等）(4)千兆以太网技术本章最重要的内容(1)网络接口层概念7.1 网络接口层概述 nIP协议之下的网络接口层，无论是广域网还是局域网，都是由某种特定协议确定的有特定拓扑结构的、能够独立运转的网络。n一个局域网或者广域网，可被看做是将终端系统连接到一起的云状结构对于局域网来说，云状结构里面可能是一根总线或者一个环；对广域网来说，云状结构里面是由很多交换节点构成的某种通信子网。7.1 网络接口层概述 IP协议之下的网络接口层，无论是广7.1.1 广域网和局域网的划分标准n早期的计算机网络术语中，局域网和广域网的区分标准，主要是地理范围。n严格的来说，划分广域网技术和局域网技术的最基本的标准是“是否一跳可达”。7.1.1 广域网和局域网的划分标准早期的计算机网络术语7.1.2 广域网和局域网的 基本特性n通信方式 n带宽n时延 n差错率n广播能力和组播能力 n地理区域 n站点数量n各站点之间的对等性 n私有网络和公用通信网 7.1.2 广域网和局域网的 7.1.3 INTERNET中不同网络 边界的确定标准n一般而言，可以通过传输介质、协议、拓扑结构以及私网和公网间的边界点这四种网络特性来确定异构网络的类型。7.1.3 INTERNET中不同网络 边7.1.4 广域网概述n无论从计算机网的角度，还是从通信网的角度，都是先出现广域网技术，后出现局域网技术。n基本的广域网，可以认为就是基于不同技术的公共通信网（包括电路交换网和分组交换网），如PSTN、X.25、ATM等。7.1.4 广域网概述无论从计算机网的角度，还是从通信网的7.1.5 局域网概述n早期的局域网的主流技术，主要有DEC、INTEL、XEROX公司的以太网和IBM公司的令牌网。后来由IEEE成立的802委员会统一了相关标准，称为IEEE 802标准。7.1.5 局域网概述早期的局域网的主流技术，主要有DEC7.2 X.25协议nX.2 5协议是最早得到广泛应用的电信广域网协议。n1976年，X.25协议被CCITT（现ITU-T）采纳，用于构建PDN（国际公用电话数据网），后来被ISO修改后采纳为它的面向连接网络层标准，称为ISO 8208。n早期的X.25网络传输速率只有64Kbps，1992年，ITU-T更新了X.25标准，传输速率可达2.048Mbps。7.2 X.25协议X.2 5协议是最早得到广泛应用的电信7.2.1 X.25网络构成n 物理层 n 链路层 n 分组层 7.2.1 X.25网络构成 物理层 X.25分组交换网设备构成 nDTE nDCE nPAD X.25分组交换网设备构成 DTE X.25协议集的其他协议n（1）X.3协议：规定PAD是如何转换要发送的X.25格式的分组等；n（2）X.20协议：定义了DTE和DCE之间的起始和终止传输；n（3）X.28协议：说明了DTE 和PAD之间的接口；n（4）X.29协议：说明了控制信息是如何在DTE和PAD之间发送的，以及控制信息发送的格式是怎样的；n（5）X.75协议：也称为网关协议，定义了如何将X.25连接到其他分组交换网络上，如帧中继等。n（6）X.121协议：通用编址协议X.25协议集的其他协议（1）X.3协议：规定PAD是如何转7.2.2 X.25的协议数据单元（PDU）格式nX.25链路层的帧结构n 7.2.2 X.25的协议数据单元（PDU）格式X.25链X.25分组层的分组结构 X.25分组层的分组结构 7.2.3 X.25 SVC工作方式的数工作方式的数据通信过程据通信过程7.2.3 X.25 SVC工作方式的数据通信过程7.2.3 X.25 SVC工作方式的数工作方式的数据通信过程（续）据通信过程（续）n呼叫建立n数据转发n呼叫释放7.2.3 X.25 SVC工作方式的数据通信过程（续）呼7.2.4 X.25基于数据报方式的基于数据报方式的数据通信数据通信n在基于数据报建立X.25接口的策略中，没有QOS保证。n该种方式建立的网络能够处理更多的会话，因为它可以共享缓冲区和带宽等资源。7.2.4 X.25基于数据报方式的数据通信在基于数据报建7.3 ATM技术技术n异步传输模式(ATM)最早是随着宽带 ISDN(B-ISDN)的发展而建立起来的一种快速分组交换网。n主要的优点包括采用定长的短分组（称为ATM信元）、异步时分复用技术的使用以及良好的伸缩性。7.3 ATM技术异步传输模式(ATM)最早是随着宽带7.3.1 ATM概述概述nATM 是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法，运用ATM技术，可以构建ATM广域网或ATM局域网。nATM 最初是与B-ISDN一起开发的，称为异步时分多路复用(ATDM)。几年以后，ITU-T选择此技术作为B-ISDN的首选传输方法，并将其重新命名为异步传输模式(ATM)。7.3.1 ATM概述ATM 是一个用于数据、语音、视频以7.3.2 ATM的层次结构的层次结构n物理层nATM层nATM适配层nATM服务与应用层 7.3.2 ATM的层次结构物理层7.3.3 ATM的信元结构的信元结构nATM的分组称为信元（CELL）,长度固定为53 字节。其中5字节信元头，其余48字节有效载荷。7.3.3 ATM的信元结构ATM的分组称为信元（CELL7.3.3 ATM的信元结构（续）的信元结构（续）n一般流量控制(GFC)/VPI n虚路径标识符(VPI)n虚电路标识符(VCI)n有效载荷类型指示符(PTI)n信元丢失优先级(CLP)n报头CRC校验字段（HEC）7.3.3 ATM的信元结构（续）一般流量控制(GFC 7.3.4 虚路径（虚路径（VP）与虚电路）与虚电路（VC）nATM的虚电路的建立过程在概念上与X.25类似，在每个交换机上建立呼叫映射数据库，指定该虚电路所对应的端口，以及对外连接的标识符。7.3.4 虚路径（VP）与虚电路（VC）ATM的虚电路的ATM 信元头部的连接标识符n连接标识符分为两个部分：VPI（虚路径标识）和VCI（虚电路标识）。VCI为16位。VPI为12 位。n端节点与交换机之间的连接与两个交换机之间的连接的标识符不同。端节点只需要VCI字段就够了。ATM 信元头部的连接标识符连接标识符分为两个部分：VPI（VP与VC的区别n在云图内的交换是普通的VP交换，CI就是12位的VPI；n在云图外的交换是普通的VC交换，CI是由VPI和VCI共同组成的28位的字段；n位于边缘位置的交换机做VC交换，CI为由VPI和VCI共同组成的28位的字段。但是面向云图内部的“端口”由实际的物理端口号和VPI共同定义，为了使输出CI的VPI端口等于输出VPI,需要先选定输出CI。VP与VC的区别在云图内的交换是普通的VP交换，CI就是12由连接标识所区分的两种ATM网络类型n一种是属于用户的，称为消费者（customer）ATM 网络，一般根据28位的VPI+VCI进行路由判断。n另一种是起骨干网作用的，称为供应者（provide）ATM 网络，根据VPI进行路由判断。n在边界上，连接这两种网络类型的交换机需要根据28位的CI来判断，实际上也就是28位的VPI+VCI。由连接标识所区分的两种ATM网络类型一种是属于用户的，称为消7.3.5 ATM的工作方式和传输的工作方式和传输特征特征nATM 交换机接收一个进入的信元并决定如何选择该信元的路由，使它到达一个指定的本地ATM 交换机接口以便该信元能够到达目的地。n根据网络结构的不同，信元可能进入一个或多个ATM 交换机，直到它到达它的路由上的最后一个交换机，并且对于到达接收结点的剩余路途，该信元被转换到一个包中。7.3.5 ATM的工作方式和传输特征ATM 交换机接收一ATM虚电路的三种类型n永久虚电路(PVC)n交换型虚电路(SVC)n灵活永久虚拟电路(SPVC)ATM虚电路的三种类型永久虚电路(PVC)ATM的传输特征nATM 是一个逻辑定向连接的技术，因为ATM 信元是由一个特定的虚电路进行标识的，而且只通过该虚电路进行传输。nATM 交换机上输入端口的信元可以很容易地被引导到适当的输出端口上。各个连接被划分成组，共享一个共同的虚拟路径，每一个连接只要求一个管理设备的集合，而不是每一个连接有一个单独的设备。ATM的传输特征ATM 是一个逻辑定向连接的技术，因为ATM7.4 局域网基础与局域网基础与IEEE 802标标准准n局域网和广域网的最本质区别在于局域网是广播式通信，所有站点之间逻辑上有相邻关系，一跳可达；而广域网是点到点通信。n基本广域网中，除非连接在同一个交换节点上的端系统之间是一跳可达外，一般情况下，信息必须经过多个交换节点，才能到达目的站点。7.4 局域网基础与IEEE 802标准局域网和广域网的最7.4.1 广播式通信与共享媒体广播式通信与共享媒体的媒体访问方法的媒体访问方法n局域网上的所有站点，由于采用广播式通信方法，都通过共享媒体互连并相互通信。任何时刻只能由一对站点通过共享媒体实现通信。n各站点对共享媒体的访问就成为局域网技术的一个核心问题。在这个问题上的处理方法不同，就产生了不同的局域网技术。7.4.1 广播式通信与共享媒体的媒体访问方法局域网上的所广域网的点到点链路与多点链路（1）n点到点链路 广域网的点到点链路与多点链路（1）点到点链路 广域网的点到点链路与多点链路（2）n多点链路 广域网的点到点链路与多点链路（2）多点链路 局域网的广播链路n采用的拓扑结构有：总线、星型、树、环。局域网的广播链路采用的拓扑结构有：总线、星型、树、环 局域网的媒体访问控制（MAC）方法（1）n在局域网中，所有站共享一条公共链路和传输媒体，与物理拓扑结构无关。当多个站同时使用广播链路时便会发生冲突。因此，媒体访问控制是非常重要的。n常用的方法有：ALOHA方法、CSMA(载波侦听多路访问)、令牌传递、分槽环及寄存器插入等。局域网的媒体访问控制（MAC）方法（1）在局域网中，所有站共局域网的媒体访问控制（MAC）方法（2）nALOHA方法：需要两个传输媒体(或无线频率)，一个用于固定长度帧的广播，而另一个则用于确认帧的传输。n载波侦听多路访问(CSMA)：每个站在发送一帧前先监听媒体(载波侦听)。如果站侦听到媒体空闲，便立即发送。如果媒体正忙，则站根据所用的CSMA协议可作不同的处理。局域网的媒体访问控制（MAC）方法（2）ALOHA方法：需局域网的媒体访问控制（MAC）方法（3）n令牌传递：一个称为令牌的控制帧沿着逻辑环，从上一站传递到下一站。令牌控制着访问媒体的权利。n分槽环 n寄存器插入 局域网的媒体访问控制（MAC）方法（3）令牌传递：一个称为7.4.2 局域网标准局域网标准IEEE802参考模型参考模型7.4.2 局域网标准IEEE802参考模型7.4.3 常见的局域网技术简介nIEEE 8023（以太网）nIEEE 802.3的媒体访问控制协议基于带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法。n（1）媒体访问方法（MAC）n（2）传输媒体n (3)最大有效载荷7.4.3 常见的局域网技术简介IEEE 8023（以太IEEE802.4(令牌总线网)n令牌总线上的站共享同一传输媒体。每个站在虚拟环中拥有一个逻辑位置。控制帧用于共享传输媒体的访问协调。IEEE 802.4维护和控制逻辑环的媒体访问方法需要具备基本操作、站故障恢复、增加站、删除站、令牌丢失恢复、环初始化和数据帧优先等功能。n（1）基本操作n（2）传输媒体n（3）最大有效载荷IEEE802.4(令牌总线网)令牌总线上的站共享同一传输IEEE 802.11(无线局域网，WLAN)nIEEE 802.11无线LAN定义了局域范围内便携式和移动式站的连通性。便携式(portable)站可移动到不同地点，但仅当静止时才能使用；而移动式(mobile)站可在移动中使用。IEEE 802.11(无线局域网，WLAN)IEEE无线局域网的拓扑 无线局域网的拓扑 无线LAN站点提供的服务功能 n无线LAN中的所有站都具备提供下列服务的功能：关联服务、去关联服务、鉴别服务、私有服务；nAP站（接入点）额外提供的服务：n分布服务、综合服务、再关联服务；无线LAN站点提供的服务功能 无线LAN中的所有站都具备提供7.5 千兆以太网（千兆以太网（IEEE 802.3z）n局域网技术从上世纪70年代初出现到现在已经经历了30余年的时间。在IEEE802标准中有两类曾经是主流的局域网技术：以太网和令牌环网。但局域网发展至今，几乎成了以太网的一统天下。本节将介绍目前园区网中广泛使用的千兆以太网（高速以太网）技术。7.5 千兆以太网（IEEE 802.3z）局域网技术从上7.5.1 以太网与令牌环网以太网与令牌环网n基本特征n（1）优先权访问，使某些设备可得到更好或更可靠的服务；n（2）自动侦听某些类别的物理线路或接口故障，采用内置的管理机制报告错误；n（3）支持长帧；n（4）低级确认机制，使接收者可以向发送者报告帧成功到达的信息。7.5.1 以太网与令牌环网基本特征以太网具有特别简单的优点 n以太网没有优先权控制意味着访问控制算法可以很简单 n以太网不需要中央控制站 n令牌环的算法比以太网更复杂 以太网具有特别简单的优点 以太网没有优先权控制意味着访问控制7.5.2 千兆以太网技术背景千兆以太网技术背景n千兆以太网建立在以下技术发展的基础上：n（1）从共享的LAN介质到专用介质的转变。n（2）从共享的LAN带宽到专用的带宽 n（3）使用全双工以太网连接 n（4）以太网流量控制 n（5）介质无关的接口 n（6）自动的连接配置 7.5.2 千兆以太网技术背景千兆以太网建立在以下技术发展7.5.3 千兆以太网体系结构千兆以太网体系结构7.5.3 千兆以太网体系结构7.5.4 千兆以太网的媒体访问控制（MAC）n千兆以太网(与10Mbps和100Mbps以太网一样)可以是半双工的，也可以是全双工的。n当以太网工作于全双工模式时，不采用CSMA/CD，所有半双工模式下的载波侦听的复杂处理、冲突检测、载波扩展、帧突发、后退范围等都不存在了。7.5.4 千兆以太网的媒体访问控制（MAC）千兆以太网千兆以太网的全双工n全双工操作的条件n（1）物理信道必须能够互不干扰地进行并发和双向通信 n（2）在LAN段上只能有两个设备 n（3）两个设备的接口必须能够支持并且已设置为全双工模式 千兆以太网的全双工全双工操作的条件7.5.5 千兆以太网的应用 n千兆以太网主要应用于LAN互连，以构建不同规模的内部专用网络。7.5.5 千兆以太网的应用 千兆以太网主要应用于LAN互7.6 虚拟局域网（VLAN）和虚拟专用网(VPN)n7.6.1 虚拟局域网（VLAN）n从逻辑结构上来说，虚拟局域网跟局域网并没有什么不同。VLAN覆盖了一个广播（或组播）包能够达到的范围，即广播域。VLAN允许在同一个交换机上有多个分离的LAN。7.6 虚拟局域网（VLAN）和虚拟专用网(VPN)7.虚拟局域网（VLAN）虚拟局域网（VLAN）VLAN出现的技术背景 nVLAN技术的产生，主要是因为IP的特性 n（1）IP需要在同一个局域网上的站点拥有同样的IP前缀。因而，当一个站点移动到其他局域网上去时，需要改变它的I P地址 n（2）改变I P地址是一个很麻烦的手工操作。虽然DHCP可以很容易地改变IP地址，但是VLAN在DHCP广泛使用之前已经出现 n（3）IP的广播在一个局域网的范围内进行，如果这个局域网过大，会发生某些问题，特别是执行或者配置错误可能导致广播风暴 VLAN出现的技术背景 VLAN技术的产生，主要是因为IP的7.6.2 虚拟专用网（虚拟专用网（VPN）n简单地说，所谓虚拟专用网是一个在Internet上实现的一个专用网。VPN综合了专用和公用网络的优点，允许有多个站点的企业拥有一个假想的完全专有的网络，而使用公用网络作为其站点之间交流的线路。7.6.2 虚拟专用网（VPN）简单地说，所谓虚拟专用网是虚拟专用网的基本要求 n用户验证n地址管理n数据加密 n密钥管理 n多协议支持 虚拟专用网的基本要求 用户验证隧道技术 n隧道技术是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。目前较为成熟的技术包括：（1）点对点隧道协议（PPTP）（2）第2层隧道协议（L2TP）（3）安全IP（IPSec)隧道模式隧道技术 隧道技术是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间