第2章底層網絡技術1幻燈片資料

低層網絡技術主要內容數(shù)據通信的基礎知識1傳輸介質2局域網技術---以太網3虛擬局域網（VLAN）4無線局域網5廣域網技術62第2章低層網絡技術數(shù)據通信的基礎知識1傳輸介質2局域網技術---以太網3虛擬局域網（VLAN）4無線局域網5廣域網技術6數(shù)據、信號與信道單工、半雙工、全雙工通信32.1.1數(shù)據、信號與信道●通信系統(tǒng)中，數(shù)據以信號形式傳送數(shù)字數(shù)據模擬數(shù)據模擬信號數(shù)字信號調制編碼模數(shù)轉換A/D數(shù)模轉換D/A52.1.1數(shù)據、信號與信道早期：都是模擬信道現(xiàn)代：兩種信道并存--主干線路基本是數(shù)字信道--大部分用戶線仍為模擬信道將來：全數(shù)字化通信網模擬信道●

信道也根據信號的種類分為模擬與數(shù)字兩種。傳送模擬信號數(shù)字信道傳送數(shù)字信號A/D或D/A●

信道的發(fā)展62.1.2單工、半雙工、全雙工通信●

按照信息傳送的方向與時間的關系，分為三種通信方式單工通信1只能有一個方向的通信，而沒有反方向的交互。半雙工通信2通信的雙方都可以發(fā)送信息，也可以接收信息，但不能在同一時間發(fā)送。全雙工通信3通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。需要有兩條獨立的信道。7第2章低層網絡技術數(shù)據通信的基礎知識1傳輸介質2局域網技術---以太網3虛擬局域網（VLAN）4無線局域網5廣域網技術6雙絞線同軸電纜光纜無線傳輸82.2.1雙絞線

外層絕緣套管絞合在一起的雙絞線對

雙絞線在傳輸距離、信道帶寬和數(shù)據傳輸速度等方面均受到一定限制，但價格較為低廉。由兩根有絕緣保護層的銅導線相互絞合而成。是目前最常用和最廉價的傳輸介質。

91．屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線兩類雙絞線●

屏蔽雙絞線（STP）

屏蔽層可屏蔽電磁波干擾，也可防止電磁波泄漏。價格較貴，安裝較復雜，應用不廣泛●

非屏蔽雙絞線（UTP）

沒有金屬屏蔽層傳輸速率不高，傳輸距離有限價格便宜，易于安裝，應用廣泛102．雙絞線的規(guī)格

1類線用于1980年代初之前的電話線纜。2類線曾用于舊令牌網。3類線主要用于10Base-T。4類線主要用于基于令牌的局域網和10Base-T/100Base-T。5類線主要用于100Base-T和10Base-T網絡。6類線用于語音傳輸和傳輸速率為1Gbps及以上的數(shù)據傳輸。

目前使用最為廣泛。超5類線性能更好。新標準，目前價格較高未普及，僅用于需要傳輸1Gbps的場合。六種規(guī)格的雙絞線

1類線（CAT1）到6類線（CAT6）其中，5類線又分為普通5類線(CAT5)和超5類線(CAT5E)不同規(guī)格的雙絞線有不同的傳輸特性113．雙絞線跳線制作123．雙絞線跳線制作

兩種雙絞線的接口標準568-B接口線序從左到右依次為：1-白橙、2-橙、3-白綠、4-藍、5-白藍、6-綠、7-白棕、8-棕。133．雙絞線跳線制作

兩種雙絞線的接口標準568-A接口線序從左到右依次為：1-白綠、2-綠、3-白橙、4-藍、5-白藍、6-橙、7-白棕、8-棕。143．雙絞線跳線制作

雙絞線跳線類型平行線：將雙絞線的兩端都按照568B標準（或568A標準）整理線序，壓入RJ-45連接頭內。交叉線：雙絞線一端接頭制作時采用568B標準，另一端則采用568A標準。153．雙絞線跳線制作

設備間連線16計算機路由器交換機計算機交叉線交叉線平行線路由器交叉線交叉線平行線交換機平行線平行線平行線注意：隨著網絡技術的發(fā)展，目前一些新的網絡設備，可以自動識別連接的網線類型，用戶不管采用平行線或者交叉線均可以正確連接設備。2.2.2同軸電纜護套層絕緣層導體導體網

較雙絞線有更好的屏蔽特性和傳輸距離，但價格比雙絞線高。早期局域網中最常用的傳輸介質。171．基帶同軸電纜與寬帶同軸電纜

基帶同軸電纜

用于傳輸數(shù)字信號。

在傳輸過程中，信號占用整個信道。

在同一時間內，僅能傳送一種信號。傳送不同頻率的信號。

應用頻分多路復用技術使各種信號同一時間內在不同的頻道中被傳送。性能比基帶電纜好，但要附加信號處理設備，安裝較困難，主要用于有線電視系統(tǒng)。

寬帶同軸電纜182．粗纜與細纜

細纜

BNC頭

端接器

T形頭

連向網卡

兩類基帶同軸電纜粗纜

傳輸距離遠，安裝難度大，總體成本高，應用不廣泛。粗纜

安裝比較簡單。192.2.3光纜抗電磁干擾能力強傳送速率高傳輸距離遠塑料護套層纖芯(高折射率玻璃)包層(低折射率玻璃)結構光纜：多根光纖(4芯、8芯、12芯甚至更多)扎在一起，外面用堅韌的外殼保護起來。

目前發(fā)展最迅速、前景最好的傳輸介質。

特點20光纖傳輸系統(tǒng)

三個組成部分LED（發(fā)光二極管）或半導體激光器，用于將需要傳送的電信號轉換成光信號。

用于傳輸光脈沖。由光電二極管做成，用于將檢測到的光信號還原成電信號。發(fā)送端光源1光纖2接收端光檢測器321多模光纖與單模光纖直徑較大的光纖，可以允許從許多不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。纖芯直徑有50、62.5和100μm三種。光脈沖損耗大，只適合近距離傳輸。傳輸距離通常是300m～4km。多模光纖光纖的直徑減小到只有一個光波的波長（8～10μm），光線沿直線傳播，不會產生多次反射，這時，纖芯內只能傳輸一種模式的光線。

制造成本及其設備價格都較高。傳輸損耗低，傳輸距離遠。單模光纖224．光纖的連接

三種連接方法光纖連接器機械連接熔接SCST包括ST、SC、LC等連接頭連接頭要損耗10~20%的光重新配置系統(tǒng)很容易，多用于室內光纖的連接，特別是光纖設備的連接。機械結合處光的損耗大約為10％連接點長期使用會不穩(wěn)定一般用于應急連接。用于永久性光纖連接關于傳輸距離的進一步說明各種介質的傳輸距離受傳輸速率的影響?？傮w來說，傳輸距離與傳輸速率成反比趨勢，即在同一種介質上，數(shù)據傳輸速率越高，傳輸?shù)木嚯x就越短，反之，速率越低，則距離越遠。上述三種介質中，同樣傳輸速率下雙絞線的傳輸距離最近，光纖的傳輸距離最遠。242.2.4無線傳輸25電磁波是在真空或物質中通過傳播電磁場的振動而傳輸電磁能量的波。電磁波是能量的一種，凡是高于絕對零度(-273.15℃)的物體，都會釋出電磁波。頻率(Hz)無線電微波紅外線X射線γ射線紫外線可見光

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1024室內短距離通信無線電廣播通信2．微波通信100MHz以上沿直線傳播:發(fā)射天線和接收天線必須精確對準。方向性使成排的多個發(fā)射設備可以和成排的多個接受設備通信而不會發(fā)生串繞。不易穿過建筑物，因而發(fā)射與接收設備之間不能有阻擋。能穿透電離層進入宇宙空間，使得衛(wèi)星通信成為可能。

●

應用領域長途電話通信、蜂窩電話電視傳播

計算機網絡通信●

頻率范圍300MHz~300GHz主要使用2~40GHz●

特點26兩種微波通信方式微波通信的缺點：會受到惡劣氣候的影響，導致通信中斷或通信質量下降隱蔽性和保密性較差由于微波在空間是直線傳播的，傳播距離受限，一般只有50km左右。為實現(xiàn)遠距離通信，必須在一條微波信道的兩個端點之間建立若干個中繼站---地面微波接力通信。使用人造地球衛(wèi)星作為中繼站的微波接力通信。地面微波通信(1)衛(wèi)星通信(2)27第2章低層網絡技術數(shù)據通信的基礎知識1傳輸介質2局域網技術---以太網3虛擬局域網（VLAN）4無線局域網5廣域網技術6局域網技術概述傳統(tǒng)以太網以太網MAC幀交換式以太網高速以太網282.3.1局域網技術概述主要局域網技術1.局域網技術的發(fā)展

20世紀70年代：產生

20世紀90年代：快速局域網技術和交換式局域網技術飛速發(fā)展

20世紀末：出現(xiàn)千兆位以太網

本世紀初：出現(xiàn)萬兆位以太網

以太網令牌環(huán)網光纖分布式數(shù)據接口（FDDI）異步傳輸模式（ATM）無線局域網292．以太網的種類10M以太網（10Mbps）快速以太網（100Mbps）千兆位以太網（1000Mbps或1Gbps）萬兆位以太網（10000Mbps或10Gbps）●根據傳輸技術劃分共享式以太網交換式以太網●按最大傳輸速率劃分傳統(tǒng)以太網302.3.2傳統(tǒng)以太網

1975年以太網由美國施樂（Xerox）公司研制成功1.傳統(tǒng)以太網的起源和兩個標準DEC公司、Intel公司和Xerox公司聯(lián)合提出10Mbps以太網規(guī)約的第一個版本DIXV1

修改為第二版規(guī)約，即DIXEthernetV2，成為世界上第一個局域網產品的規(guī)約IEEE802委員會的802工作組制定了第一個IEEE的以太網標準，編號為802.3，數(shù)據率為10Mbps。以太網在局域網市場中已取得壟斷地位。1980年9月1982年1983年20世紀90年代后312．傳統(tǒng)以太網的傳輸介質10BASE510BASE-F10BASE-T10BASE2以太網的MAC子層對應四種傳輸介質：粗纜細纜雙絞線光纖對應標準號：802.3802.3a802.3i802.3j基帶信號數(shù)據率

傳統(tǒng)以太網四種不同的物理層提出的時間：1983年1985年1990年1993年323．傳統(tǒng)以太網的介質訪問控制總線型網絡

所有計算機共享同一公共信道同一時間網絡上只有一臺計算機能夠使用信道

多計算機爭用信道時，網絡協(xié)議怎樣分配信道？

解決辦法：介質訪問控制協(xié)議以太網：帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）協(xié)議33在發(fā)送數(shù)據的同時，進行沖突檢測，一旦發(fā)現(xiàn)沖突則立刻停止發(fā)送，并等待沖突平息以后，再執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議，直至將數(shù)據成功地發(fā)送出去為止。CSMA/CD

—CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect

包含兩方面內容

當某一個結點要發(fā)送數(shù)據時，它首先要偵聽信道有無其它結點正在發(fā)送數(shù)據，若沒有則立即搶占信道發(fā)送數(shù)據；如果偵聽到信道正忙，則需要等待一段時間，直至信道空閑再發(fā)數(shù)據。

載波偵聽多路訪問（CSMA）沖突檢測（CD）同時有多個結點在偵聽信道34載波偵聽

堅持型

--繼續(xù)偵聽，一直到發(fā)現(xiàn)信道空閑立即發(fā)送。

非堅持型

--延遲一個隨機時間再檢測，并不斷重復此過程，直到發(fā)現(xiàn)信道空閑，發(fā)送數(shù)據。實現(xiàn)方法通過硬件測試信道上信號的有無。當結點檢測到信道忙時，通常有2種處理辦法35沖突檢測產生沖突的兩種情況偵聽到信道某一瞬時處于空閑狀態(tài)時，兩個以上的結點同時向信道發(fā)送數(shù)據。結點A偵聽到信道是空閑的，但是這種空閑狀態(tài)可能是結點B已經發(fā)送了數(shù)據。消除沖突–

沖突檢測器檢測到沖突后停止發(fā)送數(shù)據延遲一段隨機時間再去搶占信道36在CSMA/CD接入方法中，要發(fā)送報文的所有網絡設備必須在發(fā)送之前進行偵聽。如果設備檢測到來自其它設備的信號，它就會等待特定的時間的后再嘗試發(fā)送。如果沒有檢測到流量，設備將發(fā)送報文。在發(fā)送過程中，設備仍會繼續(xù)偵聽LAN中的流量或沖突。報文發(fā)送之后，設備將恢復默認偵聽模式。如果設備之間的距離造成一臺設備的信號延時，也就是說，另一臺設備無法檢測到信號，則另一臺設備可能也會開始發(fā)送。那么，現(xiàn)有兩臺設備同時在介質中發(fā)送信號。報文將在介質中傳播，直到相互碰頭。此時，雙方的信號就會混合，報文被損壞，從而形成沖突。檢測到沖突之后，發(fā)送設備將發(fā)出堵塞信號。堵塞信號通知其它設備發(fā)生了沖突，以便它們調用回退算法?；赝怂惴▽⑹顾性O備在隨機時間內停止發(fā)送，以讓沖突消除。4．集線器連接的以太網一個站點發(fā)送的信號，可以被網上的其它所有站點收到，信息易被竊聽。HUB將所有站點都通過雙絞線連接到一個可靠性非常高的中心集線器（HUB）上，形成星型物理拓撲結構?！?/p>

優(yōu)點布線、增加和減少站點都很方便單個站點或線纜故障不會影響網上的其它站點?！?/p>

缺點——與同軸電纜以太網相同集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線工作的一種設備10BASE-T以太網：物理結構：星型邏輯結構：總線型442.3.3

以太網的MAC幀及相關概念目前使用DIXEthernetV2的MAC幀格式前同步碼幀開始標志目的地址源地址類型數(shù)據區(qū)填充字段檢驗碼字節(jié)數(shù)716620~15000~464幀（Frame）數(shù)據鏈路層的數(shù)據分組。以太網MAC子層的數(shù)據分組。以太網的MAC幀45前同步碼幀開始標志目的地址源地址類型數(shù)據區(qū)填充字段檢驗碼字節(jié)數(shù)716620~15000~464以太網MAC幀各字段的含義前同步碼幀開始標志前同步碼和幀開始標志(1)內容都是10101010作用：使接收端在接收MAC幀時能夠迅速實現(xiàn)比特同步；定義為10101011作用：表示在這后面的信息就是MAC幀了

46前同步碼幀開始標志目的地址源地址類型數(shù)據區(qū)填充字段檢驗碼字節(jié)數(shù)716620~15000~464以太網MAC幀各字段的含義目的地址源地址目的地址和源地址(2)可以是如下三種之一：單播地址（UnicastAddress）---單播幀

廣播地址（BroadcastAddress）---廣播幀

組播地址（MulticastAddress）---組播幀用于MAC層尋址。通常稱為“MAC地址”或“2層地址”。由于標識一個網絡接口的MAC地址是固化在以太網接口硬件（如網卡）上的，因此也稱為硬件地址或物理地址。47以太網幀的三種目的地址MAC地址通常表示為如下的十六進制形式：

00-1C-23-00-00-80組播地址單播地址前3個字節(jié)由IEEE分配給以太網硬件的制造商，后3個字節(jié)則由制造商自行分配廣播地址一個48位全為1的地址用于向同一個數(shù)據鏈路層廣播域上的所有站點廣播信息。第一個字節(jié)的最低位為1，用于向局域網上的一組計算機發(fā)送信息。48前同步碼幀開始標志目的地址源地址類型數(shù)據區(qū)填充字段檢驗碼字節(jié)數(shù)716620~15000~464以太網MAC幀各字段的含義類型數(shù)據區(qū)填充字段作用：標識出上層使用的協(xié)議

作用：封裝上層協(xié)議分組

長度：0~1500之間作用：將MAC幀的長度補足64字節(jié)49以太網幀的最短有效長度在接收端，長度不夠64字節(jié)的幀都被認為是無效幀而丟棄。

傳統(tǒng)以太網規(guī)定：一個以太網幀的最短有效長度為64字節(jié)64字節(jié)的來歷CSMA/CD協(xié)議能夠檢測到可能最晚來到的沖突信號的時間段---以太網的兩倍端到端往返時延。在802.3標準中，這段時間取為51.2us。10Mbps速率下，這段時間可以發(fā)送512bits，正好是64字節(jié)50填充字段前同步碼幀開始標志目的地址源地址類型數(shù)據區(qū)以太網MAC幀各字段的含義檢驗碼檢驗碼(5)也稱幀檢驗序列（FCS）用于對以太網幀進行差錯檢測以太網使用循環(huán)冗余檢驗（CRC）512.3.4

交換式以太網局域網技術

共享式網絡技術網中所有結點共享一條公共傳輸信道

——共享信道帶寬

典型：傳統(tǒng)以太網、令牌網、FDDI

交換式網絡技術

獨占端口帶寬

典型：ATM、交換式以太網522.3.4

交換式以太網交換式以太網的核心設備：以太網交換機第二層交換機（Layer2switch）：

實現(xiàn)物理層和數(shù)據鏈路層協(xié)議第三層交換機（Layer3switch）： 實現(xiàn)物理層、數(shù)據鏈路層和網絡層協(xié)議531．以太網交換機的結構與工作原理交換機可以同時在多個端口之間建立多個并發(fā)連接

交換機與集線器在內部工作原理上的區(qū)別集線器只能在一對端口之間建立連接54轉發(fā)表的建立使用自學習機制第二層交換機—

使用存儲轉發(fā)機制。551．以太網交換機的結構與工作原理MAC尋址和交換機MAC地址表步驟3：交換機將該幀向源端口以外的其他端口泛洪。1．以太網交換機的結構與工作原理571．以太網交換機的結構與工作原理交換機MAC地址表的管理交換機MAC地址表的容量是有限的，因此交換機采用超時機制來維護MAC地址表，以適應網絡上站點的變化。交換機在構建MAC地址表的某個條目時，會相應地開啟該條目的超時定時器，如果超過了一定時間，交換機始終沒有收到該條目MAC地址的報文，交換機就會將該條目刪除。這樣，即使網絡中的設備更換或者移除，交換機的MAC地址表始終能保持網絡中最新的拓撲結構記錄。581．以太網交換機的結構與工作原理交換機工作原理小結交換機是基于MAC地址轉發(fā)數(shù)據幀的。轉發(fā)過程中依靠對MAC地址表的查詢來確定正確的轉發(fā)端口。若在查詢過程中無法找到相關的MAC地址對應的條目，此數(shù)據幀將作為廣播幀來處理。MAC地址表的容量有限，只能儲存有限的條目，當MAC地址表的條目達到上限后，新的條目將不會添加到MAC地址中。2．交換式局域網的特點交換機各端口連接的站點或網絡屬于同一個鏈路層廣播域。優(yōu)點獨占端口帶寬，網絡總帶寬隨端口數(shù)的增加而增加。1全雙工時不再需要執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議。2可靈活配置接口速率。3可擴充性和網絡延展性好。4易于管理，便于調整網絡負載分布，有效利用帶寬。5可以和相同協(xié)議的共享式網絡兼容。6592.3.5

高速以太網

快速以太網（FastEthernet）1992年被提出，1993年產品問世，1995年9月被IEEE定為正式國際標準千兆位以太網，也稱為“吉比特以太網”（GigabitEthernet）1995年11月，IEEE802委員會成立了高速網研究組，1998年2月正式批準了IEEE802.3z標準萬兆位以太網，也稱為“10G比特以太網”（10GigabitEthernet）2000年初，發(fā)布了10Gbps以太網的IEEE802.3ae規(guī)范，2002年6月定為正式國際標準60使用了相同的幀格式介質訪問控制方式應用程序接口2.3.5

高速以太網1.快速以太網●

數(shù)據傳輸率——100Mbps●

標準代號——

IEEE802.3u

100Base-T4：

4對3類非屏蔽雙絞線（UTP）

100Base-TX：2對5類UTP或2對1類STP

100Base-FX：2芯多模光纖

●

主要三種傳輸介質

●

組網——有共享式（集線器）和交換式（交換機）兩種，物理拓撲均為星型結構。612.3.5

高速以太網2.千兆位以太網●

數(shù)據傳輸率——1000Mbps（1Gbps）●

兩個標準——

IEEE802.3z

和IEEE802.3ab

1000Base-SX：只支持多模光纖。

1000Base-LX：支持多模光纖和單模光纖。

1000Base-CX：使用2對屏蔽雙絞線。

1000Base-T：使用4對超5類非屏蔽雙絞線?！?/p>

主要四種傳輸介質●

組網——不再使用共享式集線器。622.3.5

高速以太網3.萬兆位以太網●

數(shù)據傳輸率——10Gbps●

標準代號——

IEEE802.3ae●

傳輸介質——只使用光纖●

工作方式——只工作在全雙工方式，不再需要運行CSMA/CD協(xié)議。632.3.5

高速以太網自動協(xié)商模式人工選擇可能的模式注意：自適應端口目前只用于連接雙絞線的RJ-45端口，而不用于光纖端口。4.10/100Mbps或10/100/1000Mbps自適應以太網以太網交換機可以混合處理不同速率的信號一臺交換機上可以配置不同速率的端口同一端口可以工作在不同傳送速率下——自適應端口●

自適應端口的兩種工作模式64第2章低層網絡技術數(shù)據通信的基礎知識1傳輸介質2局域網技術---以太網3虛擬局域網（VLAN）4無線局域網5廣域網技術6VLAN技術簡介VLAN的標準與MAC幀格式VLAN的類型65以太網交換機A4B1以太網交換機C3B3C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機66同一個廣播域2.4.1

VLAN技術簡介傳統(tǒng)局域網 -受到物理位置的限制VLAN是一個能跨越多重物理區(qū)域的邏輯網絡。用戶可以按照分工的不同或者部門的不同組織VLAN，而無需考慮使用者的物理位置。2.4.1

VLAN技術簡介是局域網為用戶提供的一種服務。是對交換式局域網技術的一種功能擴展。不是一種新型的局域網672.4.1

VLAN技術簡介以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN33C3B3VLAN11VLAN22C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太