计算机四级_网络工程师学习课件

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1、第1章 网络及其系统设计本章要点： 1.1 网络的基本概念 1.2 局域网、城域网与广域网 1.3 宽带城域网的设计与管理 1.4 接入网技术1.1 网络的基本概念1.1.1 网络的定义计算机网络是指将地理位置不同的功能相对独 立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起 、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源 共享的系统。 重点提示：组建计算机网络的根本目的是为 了实现资源共享。这里既包括计算机网络中的硬 件资源，如磁盘空间、打印机、绘图仪等，也包 括软件资源，如程序、数据等。1.1.2 网络的发展过程 1终端-通信线路-计算机阶段人们通过通信线将计算机与终端（terminal）相连 ，通

2、过终端进行数据的发送与接收。 2计算机-计算机网络阶段以通信子网为中心，多主机多终端。1969年在美 国建成的ARPAnet是这一阶段的代表。在 ARPAnet上首先实现了以资源共享为目的的不同 计算机互连的网络，它是今天因特网的前身。 3计算机网络成熟阶段国际标准化组织于1984年颁布了“开放系统互连 基本参考模型”问题的研究，即为OSI参考模型。 4高速的计算机网络阶段光纤在各国的信息基础建设中被逐渐广泛使用 ，这为建立高速的网络辅垫了基础。千兆乃至万 兆传输速率的Ethernet已经被越来越多地用于局 域网和城域网中，而基于光纤的广域网链路的主 干带宽也已达到10G 数量级。 1.1.3

3、 计算机网络的分类 1以通信所使用的介质分类有线网络和无线网络 2以使用网络的对象分类公众网络和专用网络 3以网络传输技术分类广播式网络和点到点式网络 4以网络传输速度的高低分类低速网络和高速网络 图1-1 点到点网络与广播式网络5按互连规模与通信方式分类局域网、城域网与广域网 重点提示：最常用的两种计算机分类方法为 ：（1）按传输技术将其分为广播式网络与点-点 式网络；（2）按覆盖范围与规模将其分为局域网 、城域网与广域网。1.1.4 计算机网络的应用 1办公自动化计算机网络能过将一个企业或机关的办公电脑及 其外部设备联成网络，可以实现在信息共享和公 文流传。 2企业的信息化通过在企业中实施

4、基于网络的管理信息系统（ MIS）和资源制造计划（ERP），可以实现企业 的生产、销售、管理和服务的全面信息化，从而 有效提高生产率。 4远程教育远程教育是利用internet技术，与教育资源相结合 ，在计算机网络上进行的教学方式。E-Learning 即是指通过internet或其他数字化内容进行学习与 教学的活动 。 5娱乐与消遣 网络给我们带了新的丰富多彩的娱乐和消遣方式 ，如网上聊天、在线点播、新闻浏览以及现在最 流行的网络在线游戏等。 1.1.5 计算机网络的结构及其特点 计算机网络首先是一个通信网络，早期的计算 机网络主要是广域网，它的结构是由负责数据处 理的主计算机与终端以及负责

5、数据通信处理的通 信控制处理设备与通信线路所这两部分所组成。 从资源构成的角度讲，计算机网络是由硬件和软 件组成的。并从功能上将计算机网络逻辑划分为 资源子网和通信子网。 图1-2 资源子网与通信子网的二级子网结构1.2 局域网、城域网与广域网1.2.1 局域网（LAN，Local Area Network） 局域网（LAN）是当今计算机网络技术应用与 发展非常活跃的一个领域。公司、企业、政府部 门及至住宅小区内的计算机机都在通过LAN 连接 起来，以达到资源共享、信息传递和数据通信的 目的。 1. IEEE 802 为局域网制定了一系列标准，主要有 如下12 种。LLC能够提供以下三种服务

6、（1）无确认无连接的服务 （2）面向连接方式的服务 （3）有确认有连接的服务 根据介质访问控制的方式，可以将MAC分为以下三 种方式： （1）循环式：每个站轮流得到发送机会，如果一段 时间内有许多站发送数据，则方式很有效，如果 只有很少站发数据，则该方式开销太大。 （2）预约式：将传输介质的使用时间划分为时间糟 ，而预约管理可以是集中控制，也可以分布控制 。（3）竞争式：不对各个工作站的发送权限进行控制 ，而是自由竞争，它适合于分布式控制，优点在 于简单，轻负载下效率高，重负载时效率下降得 很快。2CSMA/CD协议CSMA/CD即是带冲突检测的载波侦听多址访问 。它的基本原理是：每个节点都共

7、享网络传输信 道，在每个站要发送数据之前，都会检测信道是 否空闲，如果空闲则发送，否则就等待；在发送 出信息后，则对冲突进行检测，当发现冲突时， 则取消发送。载波侦听主要是指网络中的各个站 点都具备一种对总线上所传输的信号或载波进行 监测的功能，其策略即是“信道空闲时，立即发送 ；信道忙时，继续监听”。冲突检测是指一种检测 或识别冲突的机制，这是实现冲突退避的前提。3令牌总线协议采用令牌总线协议的网络，虽然在物理上它们 还是连接在一条总线上，但是在逻辑上是组成了 一个首尾相连的环。通过一个称为令牌的特殊帧 来控制网络的访问。 4令牌环协议令牌环使用中继器将单个的点到点线路链接成 为物理的环形结

8、构。它的基本原理是：令牌在网 络上依次顺序传递，等待捕获一个空令牌，然后 将要发送的信息附加到后面，往下一站发送，直 到目标站，将令牌释放；如果工作站要发送数据 时，经过的令牌不是空的，则等待令牌释放。 6无线局域网 无线局域网主要可以使用红外线、扩展频谱和 窄带微波技术三种通信技术。无线局域网分为两 个研究方向，一是由面向数据通信的计算机局域 风发展而来的，采用的是无连接协议，即IEEE 801.11标准；另一个是致力于面向语音蜂窝电话 ，采用的是基于连接的协议，即HiperLAN-2标准 。 重点提示：应用是局域网技术发展真正的动 力，局域网技术的发展十分迅速，目前已在企业、机关、学校和信

9、息管理与服务领域得到了广 泛的应用。1.2.2 城域网（MAN，Metropolitan AreaNetwork）1FDDI技术FDDI 以光纤为传输介质，传输速率可以达到 100Mbps，采用单环和双环两种拓扑结构。 2城域网的业务特点 （1） 传输速率高 （2） 用户投入少，接入简单 （3） 技术先进、安全 3城域网的主要用途及其适用范围 （1） 高速上网 （2） 互动游戏 （3） VOD视频点播与网络电视 （4） 远程医疗、会议、教育 （5） 远程监控 （6） 家庭证券交易系统 （7） 智能设区 （8） 带宽及管道出租业务 1.2.3 广域网（WAN，Wide Area Network）

10、广域网是一种跨地区的数据通讯网络,通常包含 一个国家或地区。广域网通常由两个或多个局域 网组成。 1综合业务数字网（ISDN）2数据数字网（DDN） 3X.25分组交换网4帧中继（FR） 5异步传输模式（ATM） 1.3 宽带城域网的设计与管理 1.3.1 宽带城域网的结构与设计 1宽带城域网的结构 宽带城域网的总体结构是由网络平台、业务平 台、管理平台与城市宽带出口等部分组成。从逻 辑上分，宽带城域网的网络平台又包含了核心交 换层、边缘汇聚层与用户接入层三部分。 2宽带城域网网络平台的主要功能 （1）核心交换层核心交换层为整个网络提供一个高速，宽带的 中心连接，并能提供所有城域网出去Inte

11、rnet所需 要的路由服务。 图1-4 宽带城域网的总体结构（2）边缘汇聚层 也称汇聚层，它是多台接入层交换机的汇聚点， 它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量， 并提供到核心层的上行链路 （3）用户接入层也称接入层，它是直接面对用户的一个层面， 目的是允许终端用户连接到网络，它为广大的用 户提供10/100M的高速接入。它称为网络的“最后 一公里”。 3宽带城域网的组建及其原则可运营性、可管理性、可盈利性、可扩展性重点提示：要组建与成功运营一个宽带城域 网需要遵循的基本原则是：必须能够保证网络的 可运营性、可管理性、可盈利性与可扩展性。1.3.2 宽带城域网的管理与运营宽带城域网位于广域网

12、与接入网的交汇处，各 种业务和协议都在此汇聚分流和进出核心网，直 接面对终端用户，应用环境复杂。所以其内部是 多种交换技术和业务网络并存，因此我们在设计 与组建宽带城域网的同时要注意网络成功组建和 运营的关键技术。宽带城域网管理与运营的关键 技术包括：带宽管理、服务质量QoS、网络管理 、用户管理、多业务接入、统计与计费、IP地址 的分配与地址转换以及网络安全等。1.3.3 宽带城域网设计方案1基于SDH的城域网SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数 字体系）是一种将复接、线路传输及交换功能融 为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送 网络。SDH的核心就

13、是应用了波分多路复用技术, 就是一条光纤信道上传输多条信号，SDH网络是 ATM，DDN等中继网络服务的承载网。2基于10GE的城域网1999 底成立了IEE802.3ae 工作组进行万兆以 太网技术（10Gb/s）的研究，2002 年正式发布 802.3ae 10GE 标准。21世纪初，提出了光以太网 的概念，它的技术核心是：利用光纤的巨大带宽资 源和以太网的成熟与易用为运营商建造新一代的宽 带城域接入网。光以太网技术用于建设宽带城域网 ，必须满足对城域网的几个基本要求： （1）高可靠性 （2）可提供服务等级协议（SLA） （3）高可扩展性 （4）用户管理图1-6 成长中的万兆以太网3基于P

14、RP的城域网弹性分组环技术是一种在环形结构上优化数据 业务传送的新型MAC层协议，能够适应多种物理层 （如SDH、以太网、DWDM等），可有效地传送数 据、话音、图像等多种业务类型。图1-7 基于RPR的城域网应用实例 RPR技术的主要特点可归纳如下： （1）支持50ms的快速保护 （2）实现灵活的环路带宽管理 （3）支持环路带宽的公平分配重点提示：宽带城域网建设最大的风险是基 本技术方案的选择，一般有三类选择：基于SDH 的城域网方案、基于10Ge的城域网方案和基于 RPR的城域网方案。1.4.1 接入网技术概况 1接入网技术的发展与接入服务的界定接入网（Access Network，AN）

15、是指交换局到 用户终端之间的所有机线设备，它的主干系统为 传统的电缆和光缆，一般长数千米；配线系统也 可能是电缆和光缆，其长度一般几百米，而引入 线通常长几米到几十米。它是泛指用户网络接口 （UNI）与业务节点接口（SNI）间实现传送承载 功能的实体网络。其目标是建立一种标准化的接 口方式，以一个可监控的接入网络，使用户能够 获得话音、租用线业务、数据多媒体、有线电视 等综合业务。1.4 接入网技术2接入技术与“数字会聚”、“三网融合”电信网、计算机网和有线电视网三大网络的高 层业务应用的融合。三大网络通过技术改造，能 够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通 信业务三网融合，在概念上从不同

16、角度和层次上 分析，可以涉及到技术融合、业务融合、行业融 合、终端融合及网络融合。重点提示：作为用户接入钢的主要有三类： 计算机网络、电信通信网与广播电视网。数字化 使这三种网络之间的界限越来越模糊，这造成了 通信、计算机与广播电视等产业的会聚，出现了 经营业务相互融合，进而促进这些产业的重时， 同时开辟大量新的信息服务市场，即现了所谓的“ 三网融合”与“数字会聚”。1.4.2 接入技术的主要功能特点与分类 1接入网的主要功能 ：（1）用户口功能（UPF）（2）业务口功能（SPF）（3）核心功能（CF）（4）传送功能（TF）（5）AN系统管理功能（SMF）2接入网的特点 （1）主要完成复用、交叉连接和传输功能，不具备 交换功能。（2）提供开放的V5标准接口 （3）光纤化程度高 （4）能提供各种综合业务，接入网除接入交换业务 外，还可接入数据业务、视像业务以及租用线业