第三章新型网络技术简介

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第三章新型网络技术简介第三章新型网络技术简介学习目的与要求

随着计算机软硬件技术的发展和日益强烈的计算机网络化要求，各种新型网络技术也不断的被研发出来，作为传统的以太网和令牌环网的替代和有益的补充，在一些特定的领域发挥着巨大的作用。本章将对当前流行的各种网络技术做一简要介绍，使读者能够了解最新的网络技术的发展和动向。


第三章新型网络技术简介第三章新型网络技术简介 3.1 高速以太网 3.2 交换式网络 3.3 FDDI 网络 3.4 帧中继网络 3.5 综合数据业务网 3.6 ATM 网络


3.1 3.1 高速以太网高速以太网 3.1.1 百兆以太网

– IEEE802.3u 快速以太网标准– 100BASE-TX ： 2 对 5 类非屏蔽双绞线 (UTP) 或 1 类屏蔽双绞线 (STP) 介质。在全双工的传输方式下，站点可以在以 100Mbps 的带宽发送数据，同时也可以以 100Mbps 的速率进行接收。– 100Base-T4 ： 3 类无屏蔽双绞线方案，这种技术没有得到广泛的应用。不支持全双工的传输方式。– 100Base-FX ：光纤介质快速以太网标准，它采用与 100Base-TX 相同的数据链路层和物理层标准协议，全双工通信方式下，传输速率可达 200Mbps 。


3.1 3.1 高速以太网高速以太网 3.1.2 千兆以太网

– 1. IEEE802.3z 千兆以太网» 1000Base-SX ：短波长激光器 (SWL) 多模光纤介质系统标准，波长为 770 ～ 860nm( 一般是 800nm) 。最大传输距离为 275m 至 550m 不等。» 1000Base-LX ：长波长激光器 (LWL) 光纤介质系统标准，波长为 1270 ～ 1355nm( 一般为 1300nm) 。 1000Base-LX 既支持多模光纤，也支持单模光纤。使用多模光纤且工作在全双工模式时，最长的传输距离为 550m 。对于单模光纤，全双工模式下最长的传输距离可达 5km 。» 1000Base-CX ：短距离铜线千兆以太网标准，它使用一种特殊规格的屏蔽双绞线，即 TW 型带屏蔽的铜线，双绞线的特性阻抗为 150Ω ，最长传输距离仅有 25m 。连接这种屏蔽双绞线的连接器是 9 针的 D 型连接器或 8 针带屏蔽光纤信道 2 型 (HSSC) 连接器。


3.1 3.1 高速以太网高速以太网– 2. IEEE802.3ab 千兆以太网

» IEEE802.ab 定义基于 5 类 UTP 的 1000Base-T 标准，其目的是在 5 类 UTP 上以 1000MBit/s 速率传输 100 米。» IEEE802.ab 标准的意义主要有以下几点：

减少用户在 5 类 UTP 布线系统上的投资。 1000Base-T 是 100Base-T 的自然扩展，与 10Base-T 、 100Base-T 完全兼容，保护了用户的已有投资。不过，在 5 类UTP 上达到 1000MBit/s 的传输速率需要解决 5 类 UTP 衰减和串扰问题，因此，使得 IEEE802.3ab 工作组的开发任务要比 IEEE802.3z 复杂些， 1000Base-T 采用了与 1000Base-X完全不同的、更为先进的 4D-PAM5 编码方案。


3.1 3.1 高速以太网高速以太网 3.1.3 万兆以太网

– 1. 万兆以太网物理层结构» 由于万兆以太网支持局域网和广域网，因此，万兆以太网增加了一个广域网接口子层 (WAN interface sublayer ， WIS) 。 WIS 介于物理媒体连接子层和物理编码子层之间，负责将MAC 子层的 8B/10B 编码与 ANSI SONET STS—192C 传输格式编码或 ITU SDHVC-4—64C 格式编码 ( 统称为 OC—192 帧 ) 进行映射。

– 2. 万兆以太网物理层标准» 万兆以太网只支持光纤通信介质。万兆以太网物理层标准表示为： 10GBase—[介质类型 ][编码方案 ][波长数 ]，通式为： 10GBase-[E/L/S][R/W/X][1/4]。其中：

介质类型。 S表示短波长 (850nm) ，用于多模光纤在短距离 (约为 35m) 传送数据； L代表长波长，用于在园区的建筑物之间或楼宇的楼层间进行数据传输，当使用单模光纤时可支持 10km 的传输距离，而在使用多模光纤时，传输距离为 900m； E代表特长波长，用于广域网或城域网中的数据传送，当使用 1550 nm 波长的单模光纤时，传输距离可达 40km 。编码方案。 X代表局域网物理层中的 8B/10B 编码， R代表局域网物理层中的 64B/66B 编码， W代表广域网物理层中的 64B/66B 编码。波长数。当波长数等于 4 时，使用的是宽波分复用 (WWDM) 传输。在进行短距离传输时， WWDM 要比密集波分复用 (DWDM)适宜得多。如果不使用波分复用，则波长数就是 1 ，并且可将其省略。


3.2 3.2 交换式网络交换式网络 3.2.1 共享式网络的缺点

– 在网络上的所有站点共享一条公共的传输通道，各站点对公共信道的访问由 MAC 协议 (CSMA/CD 、 TokenRing)控制。由于这些 MAC 协议的处理，增加了网络延时，影响了网络效率，降低了带宽利用率。– 在以太网系统中，欲获得较好的网络性能，其带宽利用率一般应小于等于 30％。如果以太网的平均带宽利用率达到 40％时，网络响应速度明显降低，在达到 70％以上时，网络性能急剧下降以致网络无法正常工作。– 共享式局域网具有共享带宽的特性，每个网络站点所能获得的平均带宽等于系统带宽 /n(10Mbps/n) ，站点越多，平均带宽越小。共享式局域网不能为用户提供足够的带宽资源。– 网络微段化把一个较大的网分为几个或几十个甚至几百个小网，这就使网络结构和网络管理变得十分复杂且成本提高，而且也不能根本解决网络带宽的问题。


3.2 3.2 交换式网络交换式网络 3.2.2 交换式以太网的基本结构

– 交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元 ( 信元 ) 为数据交换单位，以交换设备为基础构成的网络。交换机为每个端口提供专用的带宽，各个站点有一条专用链路连到交换机的一个端口。这样每个站点都可以独享通道，独享带宽。– 交换式局域网的核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。典型的交换式局域网是交换式以太网 (SwitchedEthernet) ，它的核心部件是以太网交换机 (EthernetSwitch) 。以太网交换机可以有多个端口，每个端口可以单独与一个结点连接，也可以与一个共享介质式的以太网集线器 (Hub) 连接。


3.2 3.2 交换式网络交换式网络– 交换式局域网把“共享”变为“独享”，网络上的每个站点都独占一条点到点的通道，独占带宽。如图，每台计算机都有一条 100Mbps带宽的传输通道，它们都独占 100Mbps 带宽。网络的总带宽通常为各个交换端口带宽之和。– 在交换式网络中，随着用户的增多，网络带宽在不断增加，而不是减少，即使网络负载很重也不会导致网络性能下降。交换式局域网从根本上解决了网络带宽问题，能满足用户对带宽的需求。


3.2 3.2 交换式网络交换式网络 3.2.3 交换式以太网工作原理

– 典型的局域网交换机结构与工作过程如图所示。图中的交换机有 6 个端口，其中端口 1 ，4 ， 5 ， 6分别连接了结点 A ，结点 B ，结点 C 与结点 D 。那么交换机的“端口号 /MAC地址映射表”就可以根据以上端口号与结点 MAC地址的对应关系建立起来。如果结点 A与结点 D 同时要发送数据，那么它们可以分别在 Ethernet 帧的目的地址字段 (DA) 中填上该帧的目的地址。


3.2 3.2 交换式网络交换式网络 3.2.4 交换式以太网的特点

– 独占传输通道，独占带宽。– 允许多对站点同时通信。– 灵活的接口速度。高度的可扩充性和网络延展性。大– 易于管理、便于调整网络负载的分布，– 交换式局域网可以与现有网络兼容。


3.3 FDDI3.3 FDDI 网络网络光纤分布数据接口 (FDDI) 是目前成熟的 LAN 技术中传输速率最高的一种。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：

– 较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达 2KM ，最大站间距离为 200KM 。– 具有较大的带宽， FDDI 的设计带宽为 100Mb/s 。– 具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。– 光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。


3.3 FDDI3.3 FDDI 网络网络 3.3.1 FDDI 的构件

– 光纤电缆：按照光在光纤中的传播方式划分，光纤可分为多模光纤和单模光纤；单模光纤比多模光纤具有更高的传输速率和更长的传输距离。 – FDDI适配器

» FDDI功能块。» 帧缓冲寄存器。» 节点核心块。» 系统总线接口单元块。

– FDDI适配器与光纤相连的连接器： FDDI 网络节点与光纤相连需要连接器，连接器有两种：» MIC 媒体接口连接器。» ST 型连接器。


3.3 FDDI3.3 FDDI 网络网络 3.3.2 FDDI 标准

– FDDI MAC 帧：在 FDDI逆向双环或其他结构下，光纤上传输的数据单元称为媒体访问控制 (MAC) 帧


3.3 FDDI3.3 FDDI 网络网络– FDDI操作原理

» FDDI建立在小令牌帧的基础上，当所有站都空闲时，小令牌帧沿环运行。当某一站有数据要发送这时，必须等待有令牌通过时才可能。一旦识别出有用的令牌，该站便将其吸收，随后便可发送一帧或多帧。任一时刻环上可能会有来自多个站的帧运行。» FDDI 双环可以同步和异步两种方式操作。在同步操作中，工作站可确保具有一定百分比的可用总带宽。这种情况下的带宽分配是按照目标令牌旋转时间 (TTRT)来进行的。 TTRT 是针对网络上期望的通信量所期望的令牌旋转时间。该时间值是在环初始化期间协商确定的 .具有同步带宽分配的工作站，发关这数据的时间长度不能超过分配给它的 TTR的百分比。所有站完成同步传输后剩下的时间分配给剩余的节点，并以异步方式操作。


3.3 FDDI3.3 FDDI 网络网络– FDDI 网络拓扑结构

»按照 FDDI 的标准，可使用多种拓扑结构，其中下述四种极为重要：独立集中器型。逆向双环。集中器树。树型双环。


3.4 3.4 帧中继网络帧中继网络 3.4.1 帧中继的功能

– 帧中继是面向连接的方式，它的目标是为局域网互联提供合理的速率和较低的价格。它可以提供点到点服务，也可以提供一点到多点的服务。它采用两种关键技术，一是虚拟租用线路，一是“流水线”方式。»所谓虚拟租用线路是与专线方式相对而言，即用户速率根据线路繁忙程度而定，这样可以更加充分的使用线路带宽且对用户而言节省了接入费用。»流水线方式是指数据帧只在完全达到接收节点后再进行完整的差错校验，再传输的中间节点位置几乎不进行校验，尽量减少中间节点的处理时间，从而减少了数据在中间节点的停留时间，提高了传输速度。


3.4 3.4 帧中继网络帧中继网络 3.4.2 帧中继的协议栈

– 物理层协议：物理层因接入电路的不同而不同，对于采用ISDN 的情况，对应的物理层协议是 I.430 和 I.431 ，对于采用 E1 的情况，接入网用户与接入设备之间的接口是 V.35 接口，接入设备与 E1 线路接口是 RJ45 标准的接口。– 数据链路层和网络层协议：分为控制协议和用户协议两部分。数据链路层的控制协议是 Q.922 标准定义的 LAPF ，用户协议是 LAPF 的核心功能部分。网络层的控制协议是Q.933 ，而用户部分是通用的网络层协议，例如 IP 协议。


3.5 3.5 综合数据业务网综合数据业务网 3.5.1 ISDN设备

– ISDN 网络用户设备可以是数字设备 (如计算机 ) ，也可以是模拟设备 (如电话机、传真机 ) 。– ISDN 用户设备称为终端设备 (Terminal Equipment ， TE) ，是支持标准 ISDN 接口的设备，这类设备必须通过终端适配器 (Terminal Adaptor ， TA)才能连接到 ISDN 接口上。– ISDN 通用接口设备是 ISDN 的接口设备，分为两种，一种是提供基本接口功能的设备，它作为 TE设备连接通信介质的连接器，这种设备称为网络端接设备 1(NTl)；另一种是具有交换和集中功能的智能设备，能够实现第 1 、 2 、 3 层的功能，这种设备称为网络端接设备 2 (NT2) 。


3.5 3.5 综合数据业务网综合数据业务网 3.5.2 ISDN 的数据通道

– ISDN 通道用于在数据线路上传输数字数据。 ISDN 通道包括以下 2种：» B 通道： B 通道的带宽为 64Kbps ，是基本的用户通道，它能够用于传输数字数据、数字化语音编码和各种低速信息流的混合。» D 通道： D 通道的带宽为 16Kbps 或 64Kbps ，它有两个用途，一是在用户接口上传输建立电路交换连接时使用的控制信息，另外，当没有控制信息传输时， D 通道可以作为分组交换网络的低速接人数据通道。

– ISDN 的速率和接口标准有两种：» 基本速率接口，即 2B＋ D ，其中 B 为 64Kbps 的数字信道， D 为 16Kbps 的控制数字信道；» 一次群速率接口，即 30B＋ D 或 23B＋ D 。


3.5 3.5 综合数据业务网综合数据业务网 3.5.3 ISDN 的优点

– 速率很快。使用两个信道 (2B) 时的传输速率为 128Kbps 。– 可靠性强，传输数据更加安全可靠。– 可处理几乎所有类型的信息，可适用的领域宽。– 可同时执行多个通信任务。在一条 ISDN电话线上可以用一条信道保持声音通话，用另一条信道上网。– ISDN 是普遍存在的普通电话网的一部分，允许使用现有的模拟设备。


3.5 3.5 综合数据业务网综合数据业务网 3.5.4 ISDN 使用的协议

– 物理层：国际电信联盟 (International Telecom Union ，ITU)制定的 I.430 和 I.431 。– 数据链路层协议：

» 用于建立链路层连接的控制协议，即 LAPD(Link Access Procedure for D channel) 。» 传输数据的用户接入协议。包括多个不同的协议。

– 网络层协议：»建立网络层连接的控制协议。» 传送数据的用户协议。


3.6 ATM3.6 ATM 网络网络 3.6.1 ATM 的体系结构

– 模型包括 3 个面 ( 用户面、控制面和管理面 ) 和 4 个层( 物理层、 ATM 层、 AAL 层和高层 ) ，如图所示。


3.6 ATM3.6 ATM 网络网络 3.6.2 ATM 的特点

– 面向连接的分组交换技术，综合了电路交换和分组交换的优点。– 能在一个网络上用统一的传输方式综合多种业务服务。– 数据传输速率高，一般为 25Mbps ～ 20Gbps 。– 提供质量保证QOS服务。– 是一种局域网与广域网的综合技术，能实现 LAN 和 WAN的无缝连接。– 通过局域网仿真 (LANE) ， ATM 可以和现有以太网、令牌环网共存。


3.6 ATM3.6 ATM 网络网络 3.6.3 ATM 的发展前景

– 虽然 ATM 的相关技术及研究发展很快，但 ATM总体上仍有待于进一步完善。– ATM 作为一种全新的交换技术和下一世纪通信技术的主流已是不容置疑的。– 在今后建设电信主于网中的地位。– ATM 的产品生产来看，已有 50 多家厂商生产 ATM产品，另外尚有 100 多家厂商在开发有关 ATM 的交换、集线和路由设备。– 目前， ATM 已经开始从实验室走向实用和商业应用，随着其相关技术的完善和发展，必将会获得广泛的应用。

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