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1、第5章 网络连接与主干网络技术,5.1 主干网络技术概述,1关键知识点,5.1.1 FDDI简介,FDDI是一种高冗余的光纤局域网技术，主要用于主干网。,FDDI以其高可靠性、高速率而适于构建各项指标要求比较严格的高流量的主干网。FDDI可以以100Mbit/s的速率传送数据，在单个网络中支持500个或更多节点。FDDI使用光缆连接，在节点间以光脉冲形式来传递信息。FDDI也可以架构在铜线上，依靠电信号传递信息，这就是我们所知道的CDDI。图5.1描绘了一种典型的用于主干网的FDDI网络构建方案。,图5.1 光纤分布式数据接口（FDDI）,FDDI是类似于令牌环的一种数据链路层技术，但FDDI
2、技术和FDDI协议比令牌环更复杂，这是由于它具有以下3个不同于令牌环的重要特点： 双环拓扑结构FDDI网络包括两个环，它们以相反的方向运行。,2FDDI的主要特点, 多令牌和多消息在一个FDDI环上，可以有多个令牌和多个消息在循环。 通道的灵活利用必要时，环的一些容量可用于非数据传输，如电话业务。,1关键知识点 ATM有利于时延敏感的声音/视频流量和突发流量的传输。,5.1.2 ATM介绍,2ATM的定义 传送模式阐明了在网络中传输、复用和交换数据的方法。在网络中，通常有以下3种传送模式： 同步传送模式（STM） 分组传送模式（PTM） 异步传送模式（ATM）,3ATM与传统网络技术的比较 A
3、TM与传统的共享介质网络技术（如以太网、令牌环和FDDI ）有极大的不同。其主要的一些区别在表5.2中作了总结。,表5.2 ATM与传统网络的比较,5.2 以太网技术,5.2.1 以太网的工作机制,以太网的发明者选择CSMA/CD技术来控制对介质（总线）的访问。一个以太网节点，必须能够在侦听总线的同时进行发送。 CS载波侦听（每台设备都能检测到信号）, MA多路访问（附在同一物理介质上的设备） CD冲突检测（冲突发生时每台设备都能知道）,1发送一帧 2接收一帧,5.2.2 以太网的发展,通常所说的以太网从提出到现在主要经历了3个不同的技术阶段。 以太网/IEEE 802.3即传统上说的共享式以
4、太网，采用同轴电缆作为通信介质，传输速率达到10Mbit/s。 100Mbit/s以太网，又称为快速以太网，采用双绞线作为通信介质，传输速率达到100Mbit/s。, 1000Mbit/s以太网，又称为吉比特以太网，采用光缆或双绞线作为通信介质，传输速率达到1000Mbit/s（1Gbit/s）。 但是，随着以太网技术的提高，下一代以太网发展的目标将是10吉比特以太网。 以太网主要技术及其标准的发展总结见表5.3。,表5.3 以太网主要技术及其标准的发展,1共享式以太网介绍,5.2.3 十兆位传统以太网（ 共享式以太网）,（1）10 Base 5粗缆以太网 该标准是最早制定的以太网标准，它使用
5、直径为10mm的粗同轴电缆（粗缆）为传输介质。但是，由于粗缆安装困难，并且在技术上无法实现交换和全双工通信，因而实际工作很少采用。如图5.6所示。,图5.6 10 Base 5粗缆以太网结构,（2）10 Base 2细缆以太网 10 Base 2标准是前几年比较流行的一种标准，曾经被广泛应用于实际的网络工程中。该标准采用RG-58A/U细同轴电缆作为通信介质，其拓扑结构为总线型，如图5.7所示。,图5.7 l0 Base 2细缆以太网结构,（3）10 Base T双绞线以太网 10 Base T双绞线以太网使用两对非屏蔽双绞线（3类或3类以上），其中一对发送数据，另一对接收数据。其总线结构为星
6、型，集中节点设备可采用Hub或交换机（分别用于构建共享式10 Base T网络或交换式10 Base T网络），如图5.8所示。,图5.8 10 Base T双绞线以太网结构,（4）10 Base F光纤以太网 10 Base F光纤以太网使用两根光纤进行通信。其中一根光纤用于传送数据，另一根光纤用于接收数据。,根据使用环境的不同，10 Base F又分为10 Base FL，10 Base FB和10 Base FP三种。其中，以10 Base FL使用比较普遍，它的一条网线的最大长度为2000m。表5.4比较了四种10Base以太网的物理性能。,表5.4 四种10Mbit/s以太网物理性能
7、的比较,表5.4 四种10Mbit/s以太网物理性能的比较,显然，共享式以太网至少存在两点不足。首先，通信时占用整个传输通道，将极大浪费网络带宽；其次，由于网卡在同一时刻要么发送数据，要么接收数据，或者处于等待状态，这也会降低网络的效率。为此，以以太网交换机为连接设备的交换式局域网开始“粉墨登场”。,以太网交换机的原理很简单，它检测从以太端口来的数据包的源和目的地的MAC（介质访问层）地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较。如果数据包的MAC层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口。,与共享式以太网相比，交换式以太网主要有两个优点。首先，数据传输不再采用面向
8、整个网络的广播式，从而避免了所谓“广播风暴”，提高了数据的安全性；其次，在同一时刻可以建立多对从源端口到目的端口的连接，从而能够充分利用网络带宽。例如，一个16端口的以太网交换机允许16个站点在8条链路间同时进行通信。,2局域网中的半双工和全双工,5.2.4 交换式以太网 5.2.5 快速以太网 5.2.6 吉比特以太网,吉比特以太网（Gigabit Ethernet）速度比快速以太网增加了10倍，达到1000Mbit/s，千兆位以太网是在IEEE 802.3以太网标准的基础上扩展而来的。目前，IEEE 802.3委员会发布的千兆位以太网的标准有802.3z和802.3ab两个标准。IEEE
9、802.3z工作组致力于研究光纤和屏蔽跨接电缆集合的千兆位以太网解决方案。,IEEE802.3ab工作组研究基于4对5类缆线的解决方案，它的标准为4对5类UTP、最大长度为100米的千兆位以太网连接，该标准为以太网MAC层定义了一个接口GMII（Gigabit Media Independent Interface）。,千兆位以太网不但能够充分利用光纤通道所提供的高速物理接口技术，而且保留了IEEE802.3以太网数据帧的格式，在技术上可以相互兼容，通过CSMA/CD技术还能够支持全双工或半双工模式。,5.2.7 10吉比特高速以太网,1吉比特以太网标准 2吉比特以太网的连接,5.3.1 网卡
10、,网卡（Network Interface Card，NIC）又称网络接口卡或网络适配器，它是局域网计算机中应用的基本部件，常用的带有RJ-45接口的网卡如图5.12所示。,5.3 局域网中的连接设备,图5.12 网卡,集线器（Hub）又称为集中器，是工作在OSI模型中的物理层设备。集线器是将局域网中节点的线缆集中在一起的设备，主要作为网络连接的中心点，通常联网的节点通过非屏蔽双绞线与集线器连接。使用集线器连接网络的特点是当网络中某条线路或某个节点出现故障时，不会影响网络上其他节点的正常工作。一个典型的集线器产品如图5.13所示。,5.3.2 集线器,图5.13 集线器,共享式集线器上的端口与
11、网络中的一台计算机相连，在集线器内部，每个端口模块都连接到集线器的以太网背板上，这样集线器上所有端口都共享同一个带宽，因此物理上是一个总线状的连接方式。,1共享式集线器,当集线器所连接的一台计算机向另一台计算机发送数据信号时，共享集线器首先接收到数据信号，然后数据信号通过集线器再发给其他的每一个端口，所以与共享式集线器连接的每一台计算机都能够接收到发送节点发送的数据。共享式集线器的数据传输如图5.14所示。,图5.14 共享式集线器的数据传输,共享式集线器的这种数据传输方式使得在两台计算机传输数据时，集线器与其他计算机的连接端口也被占用了，所以共享式集线器在同一时间只能有两台计算机进行数据通信
12、。与共享式集线器连接的所有节点共享一个最大带宽。,例如一个10Mbit/s的集线器上连接了一台计算机，那么这台计算机就可以独占这10Mbit/s的带宽；如果集线器上连接了8台计算机，则这8台计算机共享10Mbit/s的带宽。,可堆叠集线器是指使用专门的连接线，通过专用的端口将若干集线器堆叠在一起，它是将多个集线器连接在一起，组成了一个大的集线器，扩充了网络可连接的端口数，它是共享式集线器的一种。,2可堆叠集线器,例如，将3个24口的集线器堆叠在一起时，可以看作是一个72口的集线器。堆叠式集线器由一个基础集线器与多个扩展集线器组成。基础集线器是一台具有简单网络管理功能的集线器，在基础集线器上堆叠
13、多个扩展集线器，不仅增加了网络中连接节点的数量，而且可以实现对网络中节点的管理功能。,集线器的最大堆叠数量根据不同厂家生产的产品而不同，一般最多为46层，可堆叠的层数越多，说明集线器的稳定性越高，但是集线器的价格就越贵。由于堆叠集线器是一种共享式的集线器，因此当堆叠的集线器层数较多、连接的计算机数量较多时，会降低数据传输率。可堆叠集线器主要用于扩展网络连接节点的数量，不能增加集线器的传输速率。,智能集线器与交换机类似，具有网络管理和自动检测网络端口速度的能力，增加了网络的交换功能。智能集线器通过简单网络管理协议（SNMP）提供网络管理功能。网络管理软件可以实现对集线器端口的管理，监控集线器端口的使用状况，这样可以及时发现和排除网络故障。,3智能集线器,通常网络管理软件都是图形化的用户界面，不同的图形表示了支持SNMP协议的设备。网络管理功能对于大型的网络非常重要，大型网络中的网络用户较多，数据流量也较大，因此一旦网络出现了故障，网络管理软件可以及时发现故障，以保证网络的正常运转。,
