《计算机网络及应用》电子教案 第五章网络互联

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1、第5章 网络互联,本章学习目标 本章主要讲解局域网与广域网的基本知识及网络互联设备的基本原理与选型应用。通过本章学习，读者应该掌握以下内容:,了解局域网的基本技术 了解广域网的基本技术 共享式集线器的工作原理及使用 交换机的工作原理、分类、使用 路由器的基本原理、分类、使用,5.1 局域网,学习目标： 1. 了解局域网发展史及802标准 2. 对千兆以太网和万兆以太网标准的理解 3. 掌握CSMA/CD机制 4. 掌握令牌总线、令牌环以及光纤分布式数据 接口FDDI。 学习重点：常见的3种局域网技术，以太网、令牌环以及 光纤分布式数据接口FDDI。 一、局域网的定义及特征 局域网：指范围在几百

2、米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互 连接所构成的计算机网络。 特征：(1) 多个系统连接到同一个共享媒体上。 (2) 高带宽。 (3) 低时延。 (4) 低差错率。 (5) 广播能力强。 (6) 有限的地理区域。 (7) 有限数量的站点。 (8) 各站点之间的对等性 。 (9) 被限制成私用的，不使用公共电话电报网络。,二、局域网技术 1. 以太网 （1）以太网的发展史 主要讲述80年代中期、后期以及90年代中期以太网的发展。 （2）以太网都采用载波侦听多路访问(CSMA/CD)介质访问控制(MAC)机制。 CSMA/CD的工作原理：某站点想要发送数据，必须首先侦听信道， 信道空闲，立

3、即发送并进行冲突检测，如果信道忙，继续侦听信道，直 到信道空闲，才继续发送数据，进行冲突检测。 （3）千兆以太网标准 A. IEEE802.3z 标准：负责制定光纤（单模或多模）和同轴电缆的 全双工链路标准。 IEEE802.3z具有的千兆以太网标准： a. 1000Base-SX b. 1000Base-LX c. 1000Base-CX B. IEEE802.3ab标准：制定了基于UTP的半双工链路的千兆以太网 标准1000Base-T，其目的是在5类UTP上将信号以1000Mbps速率 传输100m。 千兆以太网主要用于提高交换机与交换机之间或交换机与服务器之间 的连接带宽。,（4）万兆

4、以太网标准 采用了IEEE820.3以太网媒休访问控制（MAC）协议、 IEEE820.3以 太网帧格式。 它是一种采用全双工通信方式，利用光纤作为传输介质的技术。 2. 令牌环（802.5 标准） （1）定义：是一个由一系列环接口和这些接口间的点到点链路构成的闭 合环路，各站点通过环接口连到网上。 （2）过程：发送站点将数据帧发送到环上，环接口把信号再生、转发出 出去，使数据帧在环上逐个站点地传送。所寻址的目的站点在数据帧经 过时读取其中的信息；最后，数据帧绕环一周返回发送站点，由从发送 站点将其从环上摘除。 （3）工作原理 令牌是一组特殊的比特，专门用来仲裁由哪个工作站访问网环。 工作站一

5、旦收到令牌，工作站便可启动发送帧（包括接收站的的地 址）。在传送中所有工作站都进行转发，直到返回帧的始发站，由 始发站撤消帧。发完一帧后，释放令牌，以便让其它站使用。,（4） 环长的比特度量 环的比特长度=信号传播时延数据传输速率接口延迟位数 =环路媒体长度5(s/Km)数据传输速率接口延迟位数 式中5s/Km即信号传播速度200m/s的倒数。 （5） IEEE802.5 MAC 帧格式 3. 光纤分布式数据接口FDDI FDDI 以光纤作为传输媒体，它是一个环状结构，传输速率可达100mbps， 范围覆盖可达几公里。 FDDI 可在主机与主机之间，主机与外设之间，主干网与IEEE802低速网

6、 之间提供高带宽和通用目的的互连。 FDDI 工作原理：FDDI网络是由许多通过光传送媒体连接成一个或多个逻 辑环的站点组成的，因此与令牌环类似，也是把信息发送至环上，从一个站到 下一个站依次传递，当信息经过指定的目的站时就被接收、复制，最后，发送 信息的站点再将信息从环上撤消。因此FDDI标准和令牌环媒体访问控制标准 IEEE802.5 十分接近。,5.2 广域网,学习目标：1. 了解广域网的定义。 2. 了解目前广域网技术中的 PSTN、ISDN、DDN 等几个网络。 3. 了解 x .25 、帧中继技术、ATM传输模式和ASDL。 学习重点： ISDN、DDN 、 ASDL。 一、广域网

7、的描述： 定义：指覆盖范围广、传输速率相对较低，以数据通信为主要目的的数据通信网络。 目前广域网技术中主要有以下几个网络： 二、公用电话交换网PSTN（ Public Switched Telephone Network）是以电路交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络。 （1） PSTN 主要由本地回路、干线、交换机三部分组成。 （2）缺点：a . PSTN 网络中，实现了网络内部的数字化，但在用户到电话局之间仍采用模拟传输。b. PSTN 不能满足许多广域网所要求的质量和吞吐量。 （3）人们通过PSTN进行连网时，最广泛的应用是通过PSTN将家庭中的计算机与互联网相接。,如图所示,三、 综合

8、业务数字网ISDN ：它是数据交换和数字传输的结合，能够提供端到端的数字连接，实现数字化，传输质量得到大提高。 （1）业务分类 a. 承载业务(bearer services) ：是ISDN网络提供的信息传送业务，负责信息的传送。实现“一线通”的数字业务。 b. 用户终端业务(teleservices)：既有网络功能，又有终端设备的业务。 ISDN 用户网络接口和业务接入点配置 （2）网络构成 a . 用户网：指用户所在地的用户设备和配线，它有总线、星型、网状三 种结构。 b. 本地网 c. 长途网 （3） ISDN设备 a. ISDN 交换机：是在原有数字程控交换机的基础上改进而成的。 功能

9、：传递和交换用户信息、信令功能、定时和同步功能、互通功能、 维护管理功能。 b. ISDN 用户交换机：是服务于一个特定机构的，与公用交换机相连接的专用交换机 。 c. 一类网络终端 d. 接入单元 e. ISDN 的终端设备,如图所示,四、 数字数据网DDN：是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，它的传输媒介有光缆、数字微波、卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线。 （1）业务的分类 a. 专用电路业务（点到点专用电路 ） b.帧中继业务（设置帧中继模块实现的） c.压缩话音/G3传真业务 （在用户入网处设置的话音服务模块(VSM)来提供 ） （2）特点：传输质量高、速度快、带宽利用率高

10、 。 （3）网络构成 a数字通道 b. DDN节点 c. 网管控制 d.用户环路 （4） DDN 用户的入网方式 五、 X. 25 （1） X. 25 协议：主要定义了数据是如何从计算机等数据终端设备(DTE)发送到包交换机或访问设备等数据电路端接设备(DCE)的。 实现的是点对点的面向连接的通信 。 （2） X. 25 的传输模式 a. 交换型虚拟电路（逻辑信道，只有在数据传输期间存在） b.永久型虚拟电路 （始终保持）c.数据报 （发送数据包时存在） （3）网络构成 主要由DTE、DCE、包拆装器等组成,如图所示,如图所示,六、 帧中继 (Frame Relay，FR) ：传送和交换数据单

11、元的一种技术。 （1）帧中继的协议结构 （2）帧中继的功能： 完成OSI物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成。 （3）帧中继接入模型 七、 ATM 技术 （1）ATM (Asynchronous Transfer Mode)异步传输模式 ，用于宽带综合业务数据网的一种交换技术。 （2） ATM 信元：信息被组织成信元 ，信元采用固定长度的分组 。 UNI和NNI的ATM信元格式 （3）网络结构：公用ATM网、专用ATM网和ATM接入网。 （4） ATM 的主要接口： UNI 、NNI 、B-ICI 、DXI 、FUNI （5）网络的接入方式 八、 非对称数字用户线

12、ADSL （1） ADSL（ Asymmetric Digital Subscriber Line ）利用数字编码技术获得最大的传输容量。DSL是超级Modem，传输速率很高。 （2）工作原理,如图所示,如图所示,如图所示,如图所示,如图所示,（3）调制技术： QAM调制技术 、 CAP调制技术 、DMT调制技术 （4） ADSL 的接入模型 5.3 中继器 学习目标：1.掌握中继器、集线器以及交换机的工作原理 2.学会集线器、交换机的级联方法 学习重点：集线器与集线器的级联 一、中继器 1.定义：是连接网络线路的一种装置，用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。 2 .两种工作方式： a

13、. 直接放大式 (主要应用于对链路质量要求不是很高的场合，且级联的中继器数量很少，一般为一到两个。 ) b.信号再生式 (主要应用于链路质量要求较高的场合。 ) 中继器主要有两种形式：MODEM、HUB。 二、调制解调器MODEM ：由发送、接收、控制、接口、操纵面板及电源等部分组成。 1. RS232C 普通Modem,如图所示,（1）工作状态：挂机方式、通话方式、联机方式 （2）Modem中数字信号到模拟信号的三种调制方法 ： a . 频移键控FSK b. 相移键控PSK c. 相位幅度调PAM 2 . CABLE MODEM （1） 它是一种可以通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。一

14、般 有两个接口，一个用来接室内墙上的有线电视端口，另一个与计算机相联。 （2）Cable Modem的分类 ：外置式、内置式和交互式机顶盒 （3）Cable Modem的接入模型 3 . ADSL MODEM DSL（数字用户线路 Digital Subscriber Line ）是以铜质电话线为传输介 质的传输技术集合。 工作原理：利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容 量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。 ADSL接入模型 三、共享式集线器（HUB） 1. 集线器的功能：随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备（交换机、路由器或服务器等）进行

15、通信。,如图所示,如图所示,2. 工作特点： （1）HUB只是一个多端口的信号放大设备。 （2）HUB只与它的上联设备（如上层HUB、交换机或服务器）进行通信。 3. 共享式集线器工作过程 4 .集线器的分类 ： （1）按提供的带宽划分为：10Mbps集线器、100Mbps集线器、10/100Mbps双速集线 三种。 （2）根据配置形式的不同来分为：独立型集线器、模块化集线器和堆栈式集线器。 （3）根据管理方式来分为：智能型和非智能型两类 。 （4）根据端口数目的不同可分为：8、16、24口几种 。 5 . HUB 级联线制作 （1）采用直通线（计算机与集线器的连接；集线器与集线器通过级联口连

16、接) （2）采用交叉线（集线器与集线器通过普通口连接；两台计算机之间直接连接。）,如图所示,如图所示,如图所示,5.4 交换机,学习目标：1. 掌握交换机的工作原理概述 2. 了解二、三层交换技术 3. 学会交换机的级连、堆叠技术 学习重点：交换机的级连 一、交换机的工作原理概述 1. 交换技术在OSI参考模型的第二层操作。交换技术允许对共享型和专用型的局域网段进行带宽调整 。 2. 交换技术分类：a . 端口交换 b. 帧交换 c. 信元交换 3. 二层交换与三层交换 （1）二层交换机是数据链路层的设备，它完成建立和维护它自己的地址表的任务。 （2）第三层交换机是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，它是三层路由与二层交换的有机结合 。 二、交换机的级连 交换机的级连是指通过线缆将两个交换机前板的两个端口连接起来。 交换机到交换机的级连的三种方式：,1. 交换机的UPLINK口连接到交换机的普通口； 2. 交换机的UPLINK口连接到交换机的UPLINK口； 3. 交换机的普通口连接到交换机的普通口； 三、交换机的堆叠 常见