第三章 底层的技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 底层的技术,学习重点：,了解局域网和广域网类型,掌握主要以太网类型及其主要特性,掌握,CSMA/CD,，,CSMA/CA,工作原理,掌握主要连接设备,第三章 底层的技术,3.1,局域网,LAN,局域网覆盖的范围较小，带宽较高，通常用于建筑内部，园区范围内的专用网络。,局域网分类,：,(1),按拓扑结构分,总线型,、,树型,、,环型,和,星型,。,(2),按使用介质分，可分为,有线网,和,无线网,两类,。,第三章 底层的技术,主要局域网技术,3.1.1,有线局域网：以太网,以太网是在,20,世纪,70,年代研制开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问,/,冲突检测（,CSMA/CD,）机制，以太网技术的正式标准是,802.3,标准。,按速度发展分为：,1.,传统以太网（,10Mbps,）,2.,快速以太网（,100Mbps,）,3.,千兆以太网（,1000Mbps,）,3.1.2,传统以太网,传统以太网数据率为,10Mbps,接入方法为载波多路访问,/,冲突检测（,CSMA/CD,）机制。,CSMA/CD,八字原理：,“,先听后讲，边听边讲,”,(1,）先,侦听信道,，如果信道空闲则发送信息。,（,2,）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。,（,3,）发送信息后进行,冲突检测,，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串,阻塞信号,（连续几个字节全,1,），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。,（,4,）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段,随机时间,，重新进入侦听发送阶段。,3.1.2,传统以太网,3.1.2,传统以太网,数据链路层有,2,个子层,：,LLC,逻辑链路控制子层,：负责数据链路层的,流量控制,和,差错控制,。,MAC,媒体接入控制子层,：负责,CSMA/CD,接入方法及,帧,的组装。,（,1,）,前同步码,：物理层添加的,7,个字节交替出现的,0,和,1,，提,醒系统有帧到来。,（,2,）,帧首定界符,SFD,：,1,个字节,1010101011,作为帧开始信号。,（,3,）,目的地址,DA,：下一站物理地址。,（,4,）,源地址,SA,：前一站物理地址。,（,5,）,长度,/,类型,：值小于,1518,表示长度字段，否则表示定义,服务的上层协议。,（,6,）,数据,：从上层协议封装的数据。,（,7,）,CRC,:,差错检信息。,帧格式,3.1.2,传统以太网,实现方法,（,1,）,10BASE5,：粗缆以太网。,（,2,）,10BASE2,：细缆以太网。,（,3,）,10BASE-T:,双绞线以太网。,（,4,）,10BASE-FL,：光纤链路以太网。,比较基带与宽带：,基带传输,(BASE)-,又叫数字传输，是指把要传输的数据转换,为数,字信号,，使用固定的频率在信道上传输,。,宽带传输,(,Broadband,)-,将信道分成多个子信道，分别传送音频、,视频和数字信号。传输,模拟信号,，传输距离更远。,3.1.3,快速以太网,在,MAC,层与传统以太网原理相同，在物理层，使用不同的,发送方法,和,不同的媒体,来达到,100Mbps,。,快速以太网共有,3,种实现方法：,100BASE-TX,用于,两对,5,类,UTP,或,1,类,STP, 100BAST-T4,用于,四对,3,，,4,或,5,类,UTP, 100BASE-FX,用于光纤，需,两对,光纤,3.1.4,千兆以太网,千兆,以太网,是建立在以太网标准基础之上的,技术,。千兆以太网和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括,CSMA/CD,协议、以太网帧、全双工、流量控制以及,IEEE 802.3,标准中所定义的管理对象,。,目前千兆以太网实现分为二线和四线两类，分别为：,（,1,）,100BASE-SX,：用光纤发送,短,波长激,光,信号。,（,2,）,100BASE-LX,：用光纤发送,长,波长激,光,信号。,（,3,）,100BASE-CX,：用屏蔽双绞线发送,电,信号。,（,4,）,100BAST-T,：使用双绞线电缆。,3.1.5,无线局域网：,IEEE 802.11,无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它以,无线信道,作为传输媒介，能实现宽带业务的无线接入、远距离无线传输及认证计费等功能。其优点如下,：,1.,移动性,:,不需要局限特定访问地点,笔记本、,PDA,可以自由变换位置,2.,低成本,避免铺设线缆、租用线路的月租费,3.,高可靠性,避免线缆故障造成的网络瘫痪,抗干扰、加密算法确保安全。,3.1.5,体系结构,基本服务集,BSS,和扩展服务集,ESS,1.,基本服务集,由固定的或移动的,无线站,及可能的称为,接入点,AP,的中央基站构成。,3.1.5,体系结构,1.,扩展服务集,由两个或更多的具有,接入点,AP,的,BBS,构成。,该基础结构网络中，一个,BBS,的各站可不通过,AP,通信，但不同,BBS,站不行。,3.1.5,体系结构,物理层实现,：,定义了若干标准，只需了解。,MAC,层实现,：,CSMA/CA,（,1,）发送结点在检测出媒体空闲后，先发送一个小帧,RTS(,特殊请求,),，该帧包含了他需要占用媒体的时间；,（,2,）接收站发送一个,CTS(,准备发送,),帧确认发送结点的请,求。该帧以广播方式发给所有站。,（,3,）发送站发送所有帧。,（,4,）接收站确认所收到的帧。,3.2,点对点广域网,1.,点对点广域网概述,广域网（,Wide Area Networks,，,WAN,）,距离远、带宽小、延时大,服务供应商,3.2.1,物理层,56k,调制解调器,调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号；解调，即把模拟信号转换成数字信号。,上载速率,33.6kbps,下载数据率为,56kbps.,DSL,技术,DSL,（,Digital Subscriber Line,）数字用户线路，是通过铜线或者本地电话网提供数字连接的一种技术。 包含,ADSL,VDSL,HDSL,SDSL,等,xDSL,。,3.2.1,物理层,ADSL,（非对称数字用户环线），用于要求很快的下载速度，但上传速度较慢可以接受的互联网接入领域；,SDSL,（对称数字用户环线），用于对下载和上传速度都有较高要求的短距离网络连接。,电缆调制解调器,Cable Modem,它利用,有线电视,网进行数据传输，主要面向计算机用户的终端，它是连接有线电视同轴电缆与用户计算机之间的中间设备。,3.2.2,数据链路层,1.PPP,点对点协议,PPP,协议是目前使用最广泛的广域网协议，这是因为它具有以下特性：,能够控制数据链路的建立；,能够对,IP,地址,进行,分配,和,使用,；,允许同时采用多种网络层协议；,能够配置和测试数据链路；,能够进行错误检测；,有协商选项，能够对网络层的地址和数据压缩等进行协商。,3.2.2,数据链路层,PPP,运行过程三阶段,链路建立阶段（,LCP,）：建立、维护和终止链路。,验证阶段（,Authenticate,）：用户名、密码验证,网络控制协商阶段（,NCP,）：,IP,分配，网络层配置。,2.PPP,运行过程,3.3,交换广域网,因特网的主干网通常是交换广域网。覆盖面积大（一个州或国家）的广域网。使用面向连接技术，与局域网技术有许多不同。,3.3,交换广域网,三种常用交换广域网技术,1.X.25,历史最悠久的广域网数据传输技术。,X.25,协议是指用分组方式工作并通过,专用电路,和,公用数据网,连接的终端使用的数据终端设备,(DTE),和数据电路终端设备,(DCE),之间接口的协议。,2.,帧中继,一种能提供低层（物理层和数据链路层）服务的交换技术，替代,X.25.,3.ATM,目前网络发展的最新技术，是建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换技术,3.3.2,帧中继,优点：,1.,高数据率,数据率达到,44.736Mbps,，大于设计的,1.544Mbps,。,2.,突发数据,接受突发数据，满足用户在不同时候需要不同的带宽需求。,3.,减少了开销,使用光纤作为传输介质,误码率极低,能实现近似无差错传输,减,少了进行差错校验的开销。,3.3.2,帧中继体系结构,帧中继通常是作为广域网来连接一些局域网和主机。,DTE,:,数据终端设备，连接用户到网络的设备。如：路由器或网桥。,DCE,:,数据电路端接设备，网络中的交换机。,知识回顾,局域网技术,传统以太网,快速以太网,千兆以太网,广域网技术,点对点广域网,交换广域网,X.25,帧中继,ATM,本讲内容：,ATM,技术,链路层协议,HDLC,PPP,接入技术,ISDN,DCC,3.3.3 ATM,1.,什么是,ATM,一种数据传输技术，它以,信元,为信息传输、复用和交换的基本单位，具有,高数据传输率,。,2.,什么是信元,信元是固定长度的数据交换单元，有,5,个,字节首部和,48,个,字节的信息字节组成，采用,硬件,对信元进行处理，缩短信元的处理时间。,3.,应用范围,ATM,技术实现的通信网可支持语音、数据及图像传送，提供专用,高带宽,传输。,3.3.3 ATM,3.ATM,网络特点,采用面向连接并预约传输资源的方式,传输路径（,TP,）,物理连接（电线、电缆、卫星等）。,虚通道,(VP),两个交换机之间的一条或一组连接。,虚电路,(VC),属于同一报文的信元都沿着一条虚电路传输。,无逐段链路的差错控制和流量控制,(1),运行是在误码率很低的光纤传输网上,(2),预约资源机制保证网络中传输的负载小于网络的传输能力。,3.3.3 ATM,采用透明的网络传输方式,语义透明,-,在传送信息时不产生错误。,时间透明,-,用最短的时间将信息从源点送到目的点。,具有统计复用功能,兼容性好,AAL,层把不同电信业务转换成统一的,ATM,标准，实现使用同一个网络来承载各种应用业务的目的。,3.3.3 ATM,4.ATM,层次,（,1,）,物理层,：定义传输媒体、位传输、电信号和光信号的转换。,（,2,）,ATM,层,：负责共享物理链路的,虚电路,和,ATM,网络中的,信元传输,。,（,3,）,应用适配层,(AAL),：接入,现有网络,到,ATM,设施上，并分割成固定长度,ATM,信元。,AAL1-,支持恒定数据率的应用，视频、话音。,AAL2-,支持低数据率通信量和短帧通信量。,AAL3/4-,面向连接和无连接的数字服务。,AAL5-,为无连接的分组协议而设计。,3.3.3 ATM,5.ATM,与,IP,技术比较,（,1,）,从定义上看,：,ATM,是,ITU-T,提出的标准，它基于,QoS,，技术的先进性以及兼容性，适用于实时性强，多媒体通信等,高端,业务。但协议庞杂，运行维护困难。,IP,是由,IETF,标准化，具有,包容性,和,开放性,，但也决定了,IP,要提供电信级的服务还有一段路要走。,(2) ATM,是,技术驱动,的产物，而,IP,则是,市场驱动,的产物。,(3) IP,协议所具有的,最大优势,在于，它可以运行在,任何介质和网络,上，可以保证异种网络的互通。随着,IPv6,各种协议算法的发展，,话音、视频,业务及传统的,数据通信,业务转移到,IP,网上。,3.3.3 ATM,6.ATM/IP,技术的融合,(1),网络叠加模型,LANE和,MPOA,，,同时依托,TCP/IP,协议栈和,ATM,信令，两者在结构上呈叠加关系,，,TCP/IP,协议栈位于,ATM,协议之上，通过适当的,格式、地址转换,实现网络互连互通。,(2),网络集成型模型,选路等第三层以上的任务由传统的,TCP/IP,协议栈完成；而交换、传输则由,ATM,硬件来实现。由于它将,IP,软件模块与,ATM,硬件集成在一起，将,ATM,作为一个传输层设备使用。如：标记交换、,IP,导航器、,MPLS,等。,缺点：互联、传输效果低下，技术难度高,3.4,连接设备,1.,转发器,物理层设备，可扩展局域网的长度。不是连接,2,个局域网，是把一个局域网的两个网段连接起来。转发每一个位，无过滤功能，是再生器而不是放大器。,集线器,:,多端口转发器，,应用于使用星型拓扑结构的网络中，连接多个计算机或网络设备。,3.4,连接设备,2.,网桥,数据链路层设备。连接两个,LAN,它能够解析它所接受的帧，根据,MAC,地址来转发帧。如果数据包的目标地址与源地址位于同一段，就可以把它过滤掉。,透明网桥,:,对任何数据站都完全透明，用户感觉不到它的存在。当网桥被加入系统或从系统删除，各站都无需重新配置。,3.4,连接设备,3.,交换机,二层交换机,是数据链路层设备，可以识别数据包中的,MAC,地址信息，根据,MAC,地址进行转发，并将这些,MAC,地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。,三层交换机,就是路由器，网络层设备。比传统路由器更快、更多得接收、处理和发送分组。,3.4,连接设备,交换机的特点,3.4,连接设备,交换机的作用,3.4,连接设备,MAC,地址表学习过程,3.4,连接设备,3.4,连接设备,3.4,连接设备,交换机对帧的转发,(1),单播帧转发,3.4,连接设备,广播、组播和未知单播帧的转发,3.4,连接设备,4.,路由器,工作在第三层的网络互联设备。连接,不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网。,与其他设备的区别,：,(1),路由器每个接口有物理地址和逻辑地址。,(2),只对分组中的目的地址与分组到达的接口地址匹配的,分组起作用。,(3),转发分组时要改变物理地址。,3.4,连接设备,路由器的作用,3.4,连接设备,路由器的特点,3.4,连接设备,第三章 底层的技术,本章总结及补充知识介绍,1.,局域网和广域网概述,2.,广域网接入技术,HDLC,协议,PPP,协议,ISDN,协议,DDC,拨号控制中心,3.5,底层技术总结,1.,局域网和广域网定义,3.5,底层技术总结,2.,局域网的不足,3.5,底层技术总结,3.5,底层技术总结,3.,广域网与,OSI,参考模型,3.5,底层技术总结,4.,广域网,连接方式,3.5,底层技术总结,专线连接方式,3.5,底层技术总结,电路交换方式,3.5,底层技术总结,专线和电路交换方式,-,链路层协议,3.5,底层技术总结,分组交换链接模型,3.5,底层技术总结,广域网接入和互联,HDLC,协议,HDLC(,高级数据链路控制,),协议由,IBM,的,SDLC(,同步数据链路控制,),协议演变而来。,3.5,底层技术总结,HDLC,概述,3.5,底层技术总结,HDLC,帧格式,数据和控制报文均以帧标准格式传送。,信息帧,(I,帧,),监控帧,(S,帧,),无编号帧,(U,帧,),3.5,底层技术总结,HDLC,状态检测,3.5,底层技术总结,配置,HDLC,时间范围为,0-32767s,3.5,底层技术总结,HDLC,协议特点,3.5,底层技术总结,DHLC,协议使用限制,3.5,底层技术总结,广域网接入和互联,PPP,协议,PPP(,点到点,),协议是在,SLIP(,串行线互联网协议,),的基础上发展起来，提供点到点链路上传递、封装网络层数据包的链路层协议。,3.5,底层技术总结,PPP,概述,3.5,底层技术总结,PPP,的特点,3.5,底层技术总结,PPP,协议的组成,LCP,：,管理,PPP,数据链路，包括建立、拆除和监控数据链路等。,NCP,：,协商所承载的网络层协议的类型及其属性。,3.5,底层技术总结,PPP,会话的建立,链路建立,：发送,LCP,报文检测链路的可用情况。,验证阶段,：根据,PPP,的验证选项来决定是否验证。,网络层协商阶段,：发送,NCP,报文来选择并配置网络层协议。,3.5,底层技术总结,PPP,会话流程,3.5,底层技术总结,PPP,验证,-PAP,正确发,ACK,错误发,NAK,消息,3.5,底层技术总结,CHAP,验证,主验证方：,发起验证请求，包括,用户名,和一个,随机数值,。,被验证方,：利用,MD5,算法对,报文,ID,、密码,和,随机数,生成一个,摘要,，并传回,摘要,和自己的,用户名,。,密码选取,：本端端口配置的默认,CHAP,密码或根据主验证方用户名查找的对应密码。,主验证方,：用,MD5,算法对,报文,ID,、本地保存的,被验证方的密码,和,原随机数,生成一个摘要。与收到摘要对比，相同则发送,ACK,，不同发送,NAK,。,3.5,底层技术总结,PAP,与,CHAP,对比,3.5,底层技术总结,PPP,基本配置,3.5,底层技术总结,配置,PAP,验证,3.5,底层技术总结,配置,CHAP,验证,3.5,底层技术总结,PPP MP,简介,提供更高的带宽,结合,DCC(,拨号控制,中心,),实现动态增,加或减小带宽,多链路负载分担,互为备份,3.5,底层技术总结,PPP MP,实现方式,3.5,底层技术总结,虚拟模版方式配置,PPP MP,3.5,底层技术总结,MP-Group,方式配置,PPP MP,3.5,底层技术总结,ISDN,介绍,ISDN,(Integrated,Services Digital Network),综合业务数字网,是国际电信联盟（,ITU,）为了再数字线路上传输数据而开发的。使用电话载波线路进行拨号连接。,(1),窄带,ISDN,：,N-ISDN,又分为基本速率接口,BRI,（,2B+D,）和基群速率接口,PRI,（,30B+D,）两类。,(2),宽带,ISDN,：,B-ISDN,是从窄带,ISDN,发展而来的，由,电话网、分组交换网和异步传输模式（,ATM,）宽带,交换网组成，可提供,155Mbps,以上的通信能力。,3.5,底层技术总结,ISDN,网络构成,3.5,底层技术总结,ISDN BRI,和,PRI,3.5,底层技术总结,ISDN,和,OSI,参考模型,第三章总结,局域网和广域网概述,广域网接入技术,HDLC,协议,PPP,协议,ISDN,协议,DDC,拨号控制中心,3.5,底层技术总结,DCC,基础,-,什么是,DCC,DCC(Dial,Control Center),拨号控制中心。指路由器之间通过公用交换网,(PSTN,或,ISDN),进行互联时采用的拨号控制和路由技术,。,3.5,底层技术总结,DCC,的特点,3.5,底层技术总结,ISDN DCC,基本配置示例,3.5,底层技术总结,DCC,备份配置示例,