第三章 通信子网

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 通信子网,3.1 通信基本原理,3.2 计算机网互联的硬件设备,3.3 网络拓扑结构与分类,3.4 网络的传输介质,3.5 网络互联设备产品,计算机网络的两大基本功能：,数据通信,与,数据处理,。,数据通信本身是一门独立的学科。,3.1 通信基本原理,数据通信就是,依照通信,协议,，利用数据传输技术在,两个功能单元,之间传递数据,信息。,数据通信与传统电报或电话,相比的特点：,实现的计算机之间或计算机与人,之间的通信，需要定义,严格的通信,协议或标准,。,数据传输的准确性和可靠性高。,误码率要求小于,10,8,，而语音和,电视系统只有,10,2,。,传输速率高。,通信持续时间差异较大。,数据通信具有灵活的接口功能,以满足各式各样的计算机和终端,间的相互通信。,例如：通信速率、编码格式、,同步方式和通信规程等。,通信子网：,传输信道：,传输线,，,逻辑信道,。,交换单元：一种特殊的计算机，用于连接两个或更多条传输线。（常被称为分组,交换结点、中介系统、数据开关交换、路由器等。,）,传输介质与信道的关系：,两者是不同的。,传输介质是用来连接两个或多个,网络结点的物理电路。,信道是建立在传输介质之上的,包括传输信道和设备，还有逻辑,信道的含义。,在同一条物理传输介质上可以,建立多条通信信道。,3.1.1 数据通信的基本概念,信息,：数据的内容和解释。,数据,：信息的表现形式。,信道,：信号传输的通道。,计算机终端上使用的信息,一般是字母、数字和符号的,组合。这些信息首先要转化,为二进制代码。,ASCII,码：美国信息交换用,标准代码成为国际通用的信息交,换标准代码。,信道分类,按,传输介质：,有线信道,：有形的电路作为传输介质。,无线信道,：以电磁波在空间传输方式传送信息的信道。,按传输信号类型：,模拟信道,：传输模拟信号的信道。,数字信道,：传输数字信号的信道。,按使用方式：,专用信道,：连接用户设别之间的固定电路，可以由用户自己架设或向电信部门租用。,公共交换信道,：通过交换机转换，为大量用户提供服务的信道。,信道带宽,：信道的发送和接受两端传输比特信号的最大速率称为信道的带宽。单位为赫兹,Hz。,信道容量,：单位时间内信道上所传输的最大比特数。单位为每秒比特数,b/s。,信道带宽与信道容量之间的关系满足,香浓定理,。,数据通信系统的基本结构,数据通信的基本目的是在,接受方与发送方之间交换信息,。,发送方,输入设备和,发送系统,接受方,接受系统和,输出设备,传输媒体,干扰源,3.1.2 数据信号表示方式,数据编码技术,模拟数据编码,：,振幅键控,ASK，,移频键控,FSK，,移项键控,PSK。,数字数据编码,：,非归零码,NRZ，,曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码,调制,：将发送端数字数据信号,变换成模拟数据信号的过程。,调制器,解调,：将接收端模拟数据信号,变换成数字数据信号的过程。,解调器,2. 模拟数据编码方法,载波,u(t),u(t)=,U,m,sin,( t+),U,m,：,振幅, ：,角频率,：,相位,振幅键控,ASK,：,用载波信号的振幅表示数字信号。,U,m,sin,( t+),数字1,U(t)=,0,数字0,实现容易，技术简单，抗干扰能力差。,(,2),移频键控,FSK,：,通过改变载波信号角频率的方法表示数字信号。,U,m,sin,(,1,t+,0,),数字1,U(t) =,U,m,sin,(,2,t+,0,),数字0,实现容易，技术简单，抗干扰能力强，,目前使用较多。,(3),移项键控,PSK,：,改变载波信号的相位值表示数字信号。,绝对调相：,用相位的绝对值表示信号,Um sin( t+0),数字1,U(t) =,Um sin(t+),数字0,相对调相,在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。,简单的方法是：2比特信号交接处遇“0”载波信号相位不变，遇“1”，载波信号相位偏移,。,（4）多相调制,在模拟数据通信中，为了提高数据传输速率，采用多相调制的方法。,例如用两个二进制比特表示4种组合：,00，01，10，11。,用4个不同的相位值去表示4组双比特码元称为4相5调制。,3. 数字数据编码方法,宽带传输,：在数据通信技术中，利用模拟通信信道，通过调制解调器传输模拟数据信号的方法称为宽带传输。,基带传输,：利用数字通信信道直接传输数字信号的方法称为基带传输。,(1) 非归零码,NRZ,用负电平表示逻辑0，用正电平表示逻辑1。,缺点：,收发双方不能同步。,必须,在发送,NRZ,码的同时，用另一个信道同时传送,同步时钟信号,。,(2)曼彻斯特编码（目前广泛使用的一种编码）,每一比特的周期,T,分为,前,T/2,与,后,T/2,两部分。,前,T/2,传送该比特的,反码,，后,T/2,传送该比特的,原码,。,优点：,在每一个比特的中间有一次电平的跳变，可以提取这个跳变作为收发双方的同步信号。,不含直流分量。,缺点：,编码效率较低。,(3) 差分曼彻斯特编码,与曼彻斯特编码的区别在于：,每比特的中间跳变仅做同步之用,。,每比特的值，根据其开始边界是否发生跳变来决定。每一比特的开始处,出现电平跳变表示“0”,，,不发生跳变表示“1”,。,4. 脉冲编码调制,PCM,方法,是模拟数据数字化的主要方法。,由于数字信号传输,失真小,，,误码率低,，,数据传输速率高,，因此在网络中传输的语音、图像信息都要经过数字化处理后传送。,PCM,技术的典型应用是语音,数字化。,语音信号需要在发送端通过,PCM,编码器变换成数字化数据。,接收方再通过,PCM,解码器还原成,模拟信号。,PCM,工作原理包括：,采样,量化,编码,以一个具体的波形图来解释模拟信号数字化的过程。,采样,隔一定的时间间隔，将模拟信号的电平幅度值取出来作为样本。,采样的频率很重要，一般,f=2B,或1/,T=2fMAX,B,为通信信道带宽，,T,为采样周期，,fMAX,为信道允许通过的信号最高频率。,量化,将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。量化后的样本幅度为离散的量级值，已不是连续值。,编码,用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。,量化级,K,与二进制位数的关系是,如果有,K,个,量化级，则二进制的位数为,Log2K。,PCM,用于数字化语音系统，,将声音分为128个量化级。采用,7位二进制编码表示。,3.1.3 数据通信类型,模拟数据，模拟信号，模拟传输。,例子：收音机,数字数据，数字信号，数字传输。,例子：家庭上网,数据,成功,传输的因素：,信号的质量和传输媒体的性能。,3.1.4 数据传输方式,串行通信,：数据流依时间顺序，一比特接一比特的在信道上传输。,存在同步问题,。,收发双方只需要一条传输信道，易于实现，是目前广为使用的一种传输方式。,并行通信,：数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。,例如将构成一个字符的几个二进制比特分别通过几个并行的信道进行传输。,收发双方不存在同步问题。,按照信号传送方向与时间的,关系，信道可以分为3种：,单工,半双工,双工,单工通信,：数据信号仅沿一个方向传输。例如无线广播和电视广播。,半双工通信,：信号可沿两个方向传送，但同一时刻只允许单方向传送。,例如警察的对讲机。,全双工通信,：信号可以同时沿两个方向传送。,例如电话机通信。,同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元起止时刻和速率来接收数据。,异步通信,：每传送一个字符都要求在字符码前面加一个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加一个停止位，表示字符结束。,适用于低速终端设备。,同步通信,：在发送字符之前先发送一组同步字符，使收发双方进入同步。,适用于高速传输数据的系统。,3.1.5 数据交换方式,电路交换,报文交换,存储交换 数据报,存储转发,虚电路,电路交换：为一对需要进行通信的装置之间提供一条临时的专用通道，即可是物理通道又可是逻辑通道。,例如：公用电话网,三个阶段：,电路建立、数据传输、电路拆除,。,电路交换,在通信双方建立电路,在建好的电路上依次传输报文,拆除电路,A,B,1,4,2,3,5,6,电路建立,通过源站点请求完成交换网中相应节点的,连接,过程，这个过程建立起一条由源站到目的站的,传输通道,。,数据传输,信号可以从建立的链路传送，通常为全双工传输。,电路拆除,完成数据传输后，由,源站点或目的站点,提出终止通信的请求。各节点拆除该电路的对应连接，,释放,占用的节点和信道资源。,电路交换的,特点,：,呼叫建立的时间长且存在呼损。,提供给用户的是透明通路对通信双方要求高。,适用于实时的大批量连续的数据传输。,电路信道利用率低。,2. 报文交换（存储转发）：节点接收一个报文之后，报文暂时存放在节点的存储设备中，等输出电路空闲时，再根据报文中所指的目的地址转发到下一个合适的节点，如此反复，直到报文到达目标数据终端。,报文交换,发送端将要发送的信息分割成一份份报文，并将所有报文发往本地交换中心，存入交换机,交换机在线路空闲时将所有报文转发至下一交换中心,目的地交换中心负责装配收到的报文，提交给接收端设备。,1,4,2,3,5,6,A,B,每,一个报文由传输的数据和报头组成。,报头中有源地址和目标地址。,节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择。,特点：,源站和,目标站之间不需要建立一条专用的通路。,与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延。,要求节点具备足够的报文数据存放能力。,电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效的传输数据。,数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中都进行差错控制、即检错、纠错。,缺点,由于采用对完整报文的存储/转发，节点存储/转发的时延较大，不适合于交互式通信，例如电话通信。,由于每个节点都要把报文完整的接收、存储、检错、纠错、转发。产生节点延迟，对于报文的长度没有限制，报文可以很长，使报文长时间占用某两个节点之间的链路，不利于实时交互通信。,3. 分组交换：与报文交换的区别是传输短的、标准的报文分组。,数据报传输分组交换：交换网把进网的任一分组都当作单独的小报文处理，不管它属于哪个报文的分组。,报文分组交换,发送端将信息分成报文发往本地交换中心，,交换机将报文分成更小的报文分,组，每个,分组各自选择不同的路,径,，发往目的地交换中心，,目的地交换中心将收到的报文分组组装成报文，传输给目的地设备。,1,4,2,3,5,6,A,B,虚电路传输分组交换：在两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，用户不需要发送和接收数据时清除连接。,虚,电路传输分组与电路交换的区别,虚电路传输分组在通信的实体之间不存在真正的专用电路，而是选定特定的路径进行传输。分组所途径的所有节点都对这些分组进行存储/转发。,优、缺点,优点是对于数据量较大的通信传输率高，分组传输时延短，且不容易产生数据分组丢失。,缺点是对网络的依赖大。,分组到达终点的方法,虚,电路：,数据报：每个数据分组独立的寻找路径，在网络终点要重新排序。对网络的适应能力强，但是时延大。,4. 高速交换技术,为,多媒体数据的传输，交换技术不断提高，如,帧中继,和,ATM,。,ATM,技术最大限度的发挥电路交换和分组交换技术的优点，传输语音和电视图像等。,3.1.6 传输介质,传输介质类型：,有线媒体：双绞线，同轴电缆，光纤。,无线媒体：无线电波、微波、红外线。,2. 信道复用技术：,目的在于共享信道资源。,复用技术采用,多路复用器,（,MUX）,将来自多个输入线路的数据组合，调制成一路复用数据，并将数据信号送上高容量的数据链路。多路分配器接收复用的数据流，依照信道分离还原为多路数据，并将他们送到适当的输出电路上。,把信道的可用频带分成多个互不交叠的,频段,，每个信号占其中的一个频段。,例如：无线电广播、无线电视、有线电视等。,频分复用,FDMA：,将电路或空间的频带资源分成多个频段，将其分配给多个用户。为防止相邻的信道中的信号频率覆盖造成干扰，在相邻的频率段之间设立一定的隔离频带。,时分复用,TDMA：,按传输信号的,时间进行分割,，使不同的信号在不同的时间内传输。将整个传输时间分为许多,时间片,，每个时间片被一路信号占用。,数字信号,一般采用,时分,多路复用。,模拟信号,一般采用,频分,多路复用。,又分为：同步时分复用,和异步时分复用,同步时分复用,采用,固定时间片,分配方式，将传输信号的时间按特定的长度连续地划分成固定的时间段，再细分为多个时隙。每个时隙以,固定,的方式分配给各路数字信号。,有可能造成时隙浪费。,异步时分复用,动态的,按需分配,时序，避免每个时间段中出现空闲时隙。,只有某一路用户有数据要发送时，才把时隙分配给它。,波分复用,WDMA：,主要用于全光纤网。将是今后计算机网络系统的主要复用技术之一。,类似频分复用，划分多个,波段,，以频道不同区分地址，特点是,独占频道而共享时间,。,码分复用,CDMA：,基于,码型,的分割信道。给每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，特点是,频率和时间资源都重叠,。,主要应用于移动通信系统。,3.1.7 差错控制方法,差错控制通过两种途径解决：,通过,检错码编码,来发现传输差错。,通过,差错恢复,达到正确传输的目的。,常见的差错控制技术：,奇偶校验,、,循环冗余校验,、,海明码,。,3.1.8 主要数据通信指标,衡量数据通信质量的参数：,数据通信速率,：数据在网络中传输的速度。,误码率,：二进制码元在数据传输系统中被传错的概率。,误码率,不能笼统的说误码率越低越好。,目前电话线路系统的平均误码率是,3002400,b/s,时10,2,到10,6,之间；,48009600,b/s,时10,2,到10,4,之间。,计算机通信的平均误码率要求低于,10,9,3.2 计算机网互联的硬件设备,网络互联是指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，实现互联网资源的共享。,互联的网络和设备可以是同种类型的网络、异构网络，以及运行不同网络协议的设备和系统。,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。,要,实现网络互联需要做到：,在互联的网络之间提供链路，至少有物理电路和数据电路。,在不同网络结点的进程之间提供适当的路由来交换数据。,提供网络记帐服务，记录网络资源使用情况。,提供各种互联服务，应尽可能不改变互联网的结构。,网络互联设备,网络适配器（网卡）,集线器,中继转发器,网桥,路由器,网关,3.2.1 网络适配器,又称网卡。数据链路层设备。,功能：读入由其他网络设备传输过来的数据包，经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据，通过主机板上的总线将数据传输到所需的设备中（,CPU、,内存、硬盘）。,1、接口控制：网卡除了具有物理接口的功能外，还可以实现工作站与网络适配器之间的数据交换和使工作站对网卡进行控制。网卡中包括一些寄存器和控制电路。,2、代码转换：具有实现物理,层上的曼彻斯特编码和译码、,并行和串行代码间的转换的功,能。,3、数据链路控制和数据缓冲,存储的管理：包括实现组帧、,接收与发送数据帧以及进行的,差错控制。同时具有缓冲区，,可以存放发送和接收的数据。,网卡分类,按带宽分,：10,M，100M，10M/100M,自适应，1000,M。,按总线分,：,PCI,网卡，,ISA,网卡，,EISA,网卡。,按,应用环境分,：桌面网卡，服务器网卡。,按,传输介质分,：粗缆网卡，细缆网卡，双绞线网卡。,常见的网卡产品,3,Com,网卡,ACCTON,网卡,DLink,网卡,3.2.2 中继器,物理层设备。,用于扩展局域网的硬件设备，将信号放大并传输到另一个网段。,中继器用于扩大广播域，放大信号。,限制局域网连接距离的一个因素,是电子信号在传输时会衰减。在,局域网中用中继器来连接两根电,缆。它检测到一根电缆上有信号,传来时，将,信号放大并传送到另,一端。,冲突：两个信号相互干扰。,中继器的缺点是不了解一个完整,的帧。因此，当在一个网段中发,生冲突时，中继器会向另一个网,段发送错误信号。,3.2.3 集线器,一种特殊的中继器。,简单的集线器可将总线型的连线方式改造为星型。,复杂的集线器可以用做网桥或路由器的替代品减少网络拥塞。,高级的集线器为,FDDI、,帧中继、,ATM,网络提供了非常高速的连通性。,集线器,提供的服务,包括：,允许一个或多个,LAN,上连接大量的计算机。,减少网络拥塞。,提供多协议服务。,提高网络主干线的可靠性。,实现高速通信。,拥塞与拥塞崩溃,大量信号在网络上传输造成,拥塞,。,拥塞直接,导致延迟和包丢失,，于是引发大量的重发。这又加重拥塞问题，使整个系统发生,拥塞崩溃,。,1. 10,BASET,集线器,不同公司提供的10,BASET,集线器的端口数不同。,可以通过集线器堆叠提供更多的端口服务。,通过集线器，计算机之间的物理连接是星型的。,2.,交换式,集线器,通过充分利用已有的带宽能力，有效地增加现行4,Mb/s、10 Mb/s,或16,Mb/s,网络的吞吐量。,由于客户/服务器应用的,LAN,以及数据库服务器的增加，交换式集线器是一种增加网络吞吐量的低成本方法。,直通式交换,存储/转发式交换,例如，某交换机采用专用的,RISC,处理器支持6个端口，交换机六个网段中的任何一个都可达到10,Mb/s,的带宽。,直通式交换,在,收到一个完整的包之前就转发该包的一部分。只要一读到目标地址就立即转发包。提供相对高的传输速度。,放弃差错检查。,存储/转发式交换,包在被,完全接收前是不被转发的，一旦交换机接收了一个包，,在发往目标站点之前要进行差错检查。,还可进行路由选择，建立一条经交换机到目标节点的最短路径。,3.,EIFO,集线器,Ethernet-in-FDDI-out,随着网络用户的增加，客户/服务器应用要求高性能和高带宽网络，解决的一种方式是将服务器放在100,Mb/s,的,FDDI,环上。,EIFO,客户/服务器交换集线器提供了将同轴电缆或10,Base-T Ethernet,网络连接到,FDDI,环上的能力。,这种集线器在,MAC,层上交换以确保低延迟和高速度性能。,EIFO,集线器提供了升级到高速网络的途径，安装时不必改变适配器或电缆。还可利用网络管理降低应用服务器路径上的网络拥塞。,4.,中央智能,集线器,多种网段并存,Ethernet,快速,Ethernet,令牌环,FDDI,导致网络设备的多样化，这,就要求一个统一的网络设备,出现。,统一网络设备需求的一种方案是实现一个中央智能集线器或集中器。,集中器的实质是一块底板电路板。某些集中器带有冗余的底板和冗余电源。,每个可拆卸电路板可处理不同的网络功能。,每块底板插上不同的设备。,一块电路板执行网桥功能,一块电路板用于令牌环集线器,一块电路板支持一个10,Mb/s,Ethernet,网段,一块电路板提供100,Mb/s FDDI,接口,集中器代表了一种统一网络设备和在一个源点管理网络的策略。,当网络增长时，新的智能集线器被放置在关键场所提供网络服务。,中央智能集线器可以实现下列哪些功能（ ）。,A,执行网桥功能,B,用于令牌环集线器,C,支持一个10,Mb/s Ethernet,网段,D,提供100,Mb/s FDDI,的接口,5.,ATM,交换机,Asynchronous Transfer Mode,异步传输模式,提供,155,Mb/s,的高速度快速包交换。,ATM,交换机能在已有的,UTP,或光纤线缆上传输音频、视频或数据。,通过,快速的,MAC,层,传输。,通过,ATM，LAN,连接成没有冗余的,星型物理拓扑,。,缺点：代价太高。,6. 无线集线器,用途是免除一座大楼内的,短距离布线。,以,物理星型方式,工作。,使用扩频通信。,一般,支持,SNMP,管理。,3.2.4 网桥,数据链路层设备,用于连接多个网段。,按功能分为：,透明桥、源路由桥、翻译桥、打包桥。,按连接的网段不同分为：,本地桥、远程桥。,应用的场合,互联两个采用不同数据链路层的协议、不同传输介质与不同传输速率的网络。,以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现两个互联网络之间的通信。,分割两个网络之间的通信量，有利于改善互联网的性能。,将网桥作为互联网的安全措施，防范对,LAN,的非授权访问。,网桥以混杂方式工作。,发送包时要查看其地址。,工作在,MAC,子层。,截获所有的网络交通。,检查它收到的每一个包，读取包的目标地址，判断是否将该包转发到下一站。,如果包的目标是一个本地节点，则过滤掉源,LAN,上的该包。,一个标准的,Ethernet,网桥,每秒可过滤掉30000个包，并转发15000个包。,本地网桥：直接连接两个相距很近的,LAN。,并分段划分网络交通以降低网络瓶颈。,远程网桥：连接两个源距离的网络。,网桥的功能,学习：,转发：,过滤,学习,网桥被加电时，它就学习网络拓扑和所有连接在网络上的设备地址。网桥通过检查接收包中的源和目的地址了解网络上的连接状况，并构造一张桥接表，帮助它了解每个网络节点的地址。,转发,网桥使用这张表作为转发交通的依据。,当网桥接到一个包时，读出该包的目标地址，在桥接表中查找该地址，如果找到，将该包转发到已知目标。,如果没有找到，将该包淹没在网桥上的所有端口，除了那个包所来的端口,。,过滤,网桥上还包括网络管理员输入的指令，这些指令使网桥能过滤网络的业务量。,级联和多端口网桥,级联网桥只能链接两个网络段。,多端口网桥将几个网段与一个网段栓在一起。,3.2.5 路由器,网络层设备。,主要的任务：,接收来自网络接口的数据包，并从包中解释更多的信息。,路由器与网桥的关系,路由器执行的功能与网桥类似，可以学习、过滤、转发。,不同之处在于路由器具有内置的智能。这种智能可以检测网络交通并使路由器快速适应检测到的网络变化。,网桥对端节点透明，路由器被端节点认识。,路由器可以使包沿着最低交通容量和最少成本的路径发送。,网桥独立于高层协议，它把几个物理子网链接起来，向用户提供一个大的逻辑网络。路由器从路径选择的角度为不同的逻辑上独立的子网用户之间的数据传输提供传输的线路。,路由器的基本特征,为2或3个,以上网络之间的数据传输解决最佳路径选择。,从路径选择的角度为不同的逻辑上独立的子网用户之间的数据传输提供传输的线路。,要求结点在网络层以上的各层使用相同或兼容的协议。,路由器是因特网上最为重要的,通信设备，成为网络连接桥梁,的核心设备。,扮演着转发数据的驿站的角色。,路由表,路由器生成并维护路由表，该表跟踪和记录,相邻其他路由器,的地址和状态信息。路由器根据路由信息表并,根据传输距离和通信费用等要素,通过,优化算法,来决定一个特定的数据包的最佳传输路径。,路由器数据包转发的具体过程,网络接收数据包,根据网络物理层接口，路由器调用相应的链路层功能模块以解释处理此数据包的链路层协议报头。,在链路层完成对数据帧的完整性检验后，路由器开始处理此数据帧的,IP,层。,根据在路由表中所查到的下一跳的,IP,地址，,IP,数据包送往相应的输出链路层，被封装上相应的链路层包头，最后经输出网络物理接口发送出去。,版本,头部长度,服务类型,总长,标识,标志,段,偏移,生存时间,类型,头部校验和,源,IP,地址,目的地,IP,地址,IP,可选项,充填,数据开始,IP,数据报头部格式,路由器的三个发展方向：,速度更快,服务质量更好,管理更加智能,速度更快,路由器的速度得以大大的提高。来源于下面的技术进展：,硬件体系结构,专用集成电路技术,3层技术,IP over SDH,和,IP over DWDM,硬件体系结构,从早期的,单总线、单,CPU,发展到现在的,多总线、多,CPU,。,借鉴,ATM,技术，,采用交叉开关方式,实现各端口之间的线速无阻塞互联。,专用集成电路,ASCI,技术,从,成本和性能的角度考虑，,ASCI,技术得到大的发展。目前出现可编程,ASCI。,3层技术,一次路由，然后交换,。,协议处理过程的一次革命性突破。,IP over SDH和IP over DWDM,SDH：Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系,DWDM：,密集波分复用。,源于光纤通信技术的进展。,服务质量更好,以,IP,为基础的,数据包交换,将在未来几年内迅速取代已发展了近百年的电路交换通信方式，成为通信业务模式的主流。,传统的,IP,路由器不关心,IP,包的业务，只按先进先出的原则转发包，因此，,IP,路由器要想提供电信广播等业务，提高服务质量,QoS,是,关键。,QoS,的支持来自硬件和软件两个方面,。,硬件,更快的转发速度和更宽的带宽。,软件,Ipv4,包头 服务字段：通过特定的标识决定服务的优先级。,资源预留协议（,RSVP）,及相应的协议。,DiffServ,多协议标记交换（,MPLS）,管理更加智能,路由器上的网络管理系统变得日益重要。网络管理属于高层应用。各厂家网络管理的一个重要发展趋势是智能化。,智能化,网络,设备之间,信息交互的智能化。,网络设备,与网络管理者,之间信息交互的智能化。,基于策略的管理,同时影响路由器之间和路由器与网络管理者之间的信息交互行为的模式。使网络管理者从用户的角度去定义和约束网络行为。,流量工程,是,核心网运营商最关心的问题。,通过路由器之间交互各端的流量状态等信息，用收敛算法计算一段时间内网络内标记的显示路径，采用约束最短路程优先算法。,单,协议和多协议路由器,单,协议路由器只需维护一个地址数据库。,多协议路由器对每种协议都需要建立一个数据库。,暗中运送,封装,综合路由,暗中运送,为,每种协议采用不同的路由协议。,代价：降低路由器的性能。,增大了路由器管理的需要。,封装,该技术简化路由器之间传输的包。,缺点：只能从一家厂商购买路由器,。,综合路由,使,网络管理变得容易，提供良好的网络性能。,路由技术,路由选择有两种方式:,静态路由,：通过网络管理员设置路由表，在任意两个路由器之间都有固定的路径。不能自动重新路由交通。,动态路由,：动态路由器监控网络变化，更新它们的路由表，并在需要时重新配置网络路由。,路由表,路由表数据库包含其他路由器地址及每个端节点的地址。,动态路由器通过定期与其他路由器和网络节点交换地址信息而自动更新路由表。,路由器还定期交换网络交通、网络布局、网络链路状态等信息。,路由协议,路由信息协议,开放最短路径优先协议,路由信息协议,RIP,确定两个网络节点之间最少跳计数。,每分钟两次发送路由表的拷贝给其他每一个路由器。,缺点：需要高带宽和网络资源。,存在两条或多条不通速度的,可用电路时，不能选择最好的路径传输数据。,不能根据电路延迟、带宽和网络交通确定最佳路径。,开放最短路径优先协议,OSPF,每个,OSPF,路由器传输其本地链路的描述而不是整个路由表。,数据传输基于电路速度、带宽和网络交通。,本地和远程路由器,连接同一座大楼内的网络或链接同一校园网内邻接网络的路由器称为本地路由器。,一个典型的以太网路由器每分钟可路由5000或更多包。,相同的路由器可处理15种不同的网络协议,。,本地路由可以用于划分网络交通和加强安全。当将路由器用作安全领域，它就成为一道防火墙，保护网络免于黑客的干扰和不希望交通的侵袭。,远程路由器,远程路由器可使相距甚远的网络中相应路由器相连。,连接,ATM、,帧中继、高速串行网络、,X.25,网络。,支持多个协议。,可通过远程管理软件的使用重新引导。,多媒体路由器,多媒体路由器处理多个协议。,执行路由和桥接功能。,在大型网络中，主要用于高速连接。,3.2.6 网关,又称,网间协议交换器,比路由器和网桥更复杂的网络互联设备。,实现不同协议的网络之间的互联。,网关的应用,不同类型、差别较大的网络系统之间的互联。,同一个物理网而在逻辑上不同的网络之间的互联。,不同大型主机之间和不同数据库之间的互联。,3.3 网络拓扑结构与分类,物理拓扑：描述网络传输介质的实际布局。定义了网络的形状。,逻辑拓扑：描述信号在网络节点中传输时的逻辑路径。定义了数据在节点中的传输路径。,局域网网络拓扑,星型,总线型,环型,拓扑悖论,双绞线以太网使用星型拓扑，而逻辑上讲其功能象总线。,一种特定的网络技术能使用多种布线方案。这种技术决定了逻辑拓扑。而布线方案决定了物理拓扑。,物理拓扑和逻辑拓扑可以不同。,3.4 网络的传输介质,传输介质是网络中的数据,传输通道、是通信中实际传送,信息的载体。,传输介质决定了网络的数,据传输速率、网络段的最大长,度、传输的可靠性及网卡的复,杂性。,电话线,同轴电缆,双绞线,光导纤维电缆,无线与卫星通信信道,传输介质的特性,物理特性,传输特性,连同特性,地理范围,抗干扰性,相对价格,传输介质的选择,选择传输介质应该考虑的因素,容量,可靠性,支持的数据类型,环境范围,组网的成本价格,双绞线,STP：,屏蔽型双绞线,UTP：,无屏蔽型双绞线。有5个类别。,1、2类：适于声音和低数据传输率。,3类电缆作为数据级别最低的,电缆，数据传输率为10,Mb/s,以上，用于10,BASET,及4,Mb/s,令牌环网。,4类电缆，每英寸3个绞结，,是电话线的标准安装电缆，,传输速率为16,Mb/s，,用于,10,BASET,及16,Mb/s,令牌环,网。,5类传输速率为100,Mb/s，,用于,100,Mb/s TX。,RJ-45,和,RJ-11,接头,两种联线方式,UTP/STP,TIA/EIA568A,标准和,TIA/EIA568B,标准,直连线：两端线序相同,橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕,交叉线：两端线序不同,绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕,橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕,3类：数据传输率为10,Mb/s。10Base T,及4,Mb/s,令牌环网。,4类：16,Mb/s， 10Base T,及16,Mb/s,令牌环网。,5类：100,Mb/s，,用于100,Mb/,sTX,。,双绞线主要特性,物理特性：按规则排列的2或4根绝缘线组成。,传输特性：最普遍的应用是语音信号的传送。一条全双工音频通道的标准带宽是3003400,Hz。,使用频分多路复用，每个信道占用4,kHz,带宽。可以复用24条音频通道。,带宽达268,kHz。,连通性：可以用于点到点连接，也可以多点连接。,地理范围：用于远程中继线时，最大传输距离为15,km，,用于10,Mb/s,时，与集线器之间的距离最大为100,m。,抗干扰性：低频传输中相当于同轴电缆，10100,kHz,中，低于同轴电缆。,价格：价格最低。,同轴电缆,有粗细之分。,电缆的两个端末一定要有1个终端连接器。,每块网卡需要2个,BNC,接头。,目前使用较多的是,CATV,中75欧姆的电缆。,物理特性,由内,导体、外屏蔽层、绝缘层及外部保护层组成。,特性参数由内、外导体及绝缘层的电参数和机械尺寸决定。,传输特性,50欧姆电缆用于数字信号的传输。,CATV,电缆使用75欧姆的电缆，可以传输模拟和数字信号。,连通性,可以应用于点到点和多点配置。,50欧姆基带电缆每段支持100个设备。,75欧姆宽带电缆能支持千个设浮,地理范围,基带电缆最大传输距离在数公里之内。,宽带电缆的传输范围在数十公里的范围。,抗干扰性：在较高频率下，优于双绞线的抗干扰性。,价格：价格介于双绞线和光纤之间。,光纤,性能最好、应用前途广泛。,物理描述：,直径细的柔软、能传导光波的介质，能够传导光束的媒体。,由同心的3部分组成：,纤芯、包层、护套。,传输特性,单模光纤：光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单光线传输。,多模光纤：光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度多光线传输。,单模光纤的性能优于多模光纤。,连通性：点到点的链路上。,地理范围：68公里内不使用中继器实现高速的数据传输。,抗干扰性：不受电磁干扰和噪声干扰。,价格：高。,无线通信,微波：载波频率为240,GHz。,红外通信,激光通信,卫星通信,通过地球同步卫星做为中继系统转发微波信号。3个同步卫星可以覆盖全球。,使用频分多路复用的方法划分子信道。,优点：信道容量大。,缺点：传输延迟时间长。,3.5 网络互联设备产品,流行网络技术：,Ethernet, Token-Ring, SNA, FDDI, Fast Ethernet, ATM, 1Gb Ethernet, VLAN VNET。,网络设备：共享式集线器，交换机，路由器。,FDDI,技术,光纤分布式数据接口。,通常被看作是,WAN,协议。,主要规范,OSI,参考模型的物理层和数据链路层。,FDDI,规范了一个既可,建立在光纤，也可建立在,双绞线传输媒介上的100,Mb/s,令牌传递逻辑环。,Fast Ethernet,技术,继承10,Mb Ethernet,技术，兼容性好，但同时继承,CSMA/CD,的缺点。,核心交换机,优点：技术成熟、效率高、适合作高速网络的主干。,缺点：快速以太网带宽的资源不够丰富。优于载波侦听/冲突监测机制决定对带宽的利用率不够。,Switch,和,VLAN,技术,Switch,工作在数据链路层。,优点：交换速率快，价格低。,缺点：没有第3层的保护，容易形成光波风暴。,VLAN：,通过软件将网络站点划分为多个逻辑组。减少光波风暴。,虚拟,LAN,的新特性,将第2层,LAN,网分割成更小的网段。,第2层交换在数据链路层上实现，快于网络层的交换速度，因为第3层必须打开,IP,数据包确定目的地址。,