1、 lxm局域網與城域網第1章 緒論lxm本章要求理解并掌握什么是局域網、城域網？局域網的基本應用結構早期LAN和現今LAN的特點如今，為什么局域網技術延伸到園區甚至城域？了解并理解局域網的應用、產生與發展城域網的產生與發展為什么局域網和城域網技術可以并列出現？現今局域網的主流技術局域網的標準機構及相關標準lxm本章內容1.1 引言1.2 局域網與城域網的發展1.3 局域網的基本結構1.4 局域網的技術定義1.5 局域網的標準化1.6 小結lxm1.1 引言1.1.1 術語1.1.2 局域網的應用lxm1.1.1 術語LAN: Local Area Network，局域網覆蓋局部范圍的網絡MAN

2、: Metropolitan Area Network，城域網覆蓋城市范圍的網絡WAN: Wide Area Network，廣域網覆蓋城市、國家甚至世界范圍的互聯網絡注意：這是直觀的的含義理解，隨著技術的發展，如今LAN技術的應用已不只局限于局部范圍lxm1.1.1 術語當年，僅有 LAN與WAN當年，MAN并未出現，僅有WAN與LAN當年認為LAN只能覆蓋樓宇，覆蓋樓群已是不易城域覆蓋只能采用廣域網技術實現局域網的城域互連通常由運營商的廣域網實現如今，LAN/MAN并列MAN已經崛起MAN與LAN技術思路相同，標準機構相同MAN與LAN位于同一系統結構lxm1.1.2 局域網的應用LAN應

3、用的基本特征是資源共享，包括設備共享信息共享應用共享 早期的主要應用 共享文件服務器：無盤工作站共享 硬盤 共享打印服務器：可以共享昂貴的打印機 目前設備共享的新應用 共享存儲：網絡存儲，容災備份 電子郵件：信息交換，點對點 瀏覽網頁：信息發布，點對多點 信息獲取：下載音、視頻 電子商務 網上銀行 應用火熱的網絡游戲 lxm1.2 局域網的產生與發展1.2.1 LAN的發展簡史1.2.2 LAN的技術變遷1.2.3 當前的局域網1.2.4 城域網的發展lxm1.2.1 LAN 的發展簡史20世紀70年代：大量的技術20世紀80年代：眾多的標準20世紀90年代：技術的匯聚21世紀：技術的全面更新

4、如：令牌總線技術、令牌環技術、CSMA、CSMA/CD技術802.3 802.14技術競爭、大浪淘沙90年代末主流技術浮現：802.3 與 802.11速率提升、覆蓋擴大無線技術全面進入從用戶級專網進軍運營級公眾網lxm1.2.2 局域網的技術變遷早期LAN技術20世紀70-90年代當今主流技術 802.3：廉價的過渡技術 802.4：適合制造業、實時性可靠性好 802.5：性能十分好，進化的方向 FDDI：主干網首選，可用于城域網 ATM局域網與綜合業務局域網 802.3：高速率、大覆蓋、高可靠 802.11：進展飛速、應用普遍展開lxm LAN/MAN 發展簡史與技術變遷Token Bus

5、Token RingCSMA/CDCSMA/CACSMAFDDITRTBEthernetStarLANARCnetOmniNet1970s1980/1990s2000s802.11/WLAN802.9/ISLAN802.8/FORTAG802.7/BBTAG802.6/MAN802.5/TR802.4/TB802.3/Enet802.14/CM802.12/DPLANX3T9.5/FDDI802.9/ISLAN802.5/TR802.4/TB802.3/Enet802.11/WLAN802.3/Enet802.20/MBWA802.17/RPR802.16/FBWA802.15/WPAN802

6、.22/WRAN802.11/WLAN802.3/Enetlxm1.2.3 當今的局域網當今主流LAN技術以太網（802.3） 無線局域網（802.11）以太網介質：雙絞線、多模光纖、單模光纖速率：10Mbit/s - 10Gbit/s，100Gbit/s距離：40km、70km，3000km組網設備：交換機組網應用：交換式局域網、虛擬局域網、運營級網絡無線局域網無線接入網的主流技術正在發展大規模的應用級協議速率：2Mbit/s - 54Mbit/s，300/600Mbit/s ， 1Gbit/s lxm1.2.3 當今的局域網以太網的技術發展 以太網發展史上的重要事件雙絞線的使用結構化的布線

7、成為現實，為以太網的大規模布設提供了條件；收發分開，為全雙工以太網打下了基礎交換機的出現交換機組網：（1）使以太網信道從共享走向獨享，全雙工以太網得以實現，同時提高網絡容量；（2）突破沖突域的限制，擴大網絡范圍，組建大網得以實現。光纖介質的使用（1）極大擴大網絡傳輸距離，為LAN技術向廣域范圍延伸提供條件；（2）光纖的高帶寬，為高速LAN提供了條件。10G以太網的出現具有局域和廣域雙重物理接口，拉開了局域網技術向城域網進軍的序幕lxm1.2.4 城域網的需求與發展需求高性能局域網的城域互連園區級互連：校園網教育城域網、電子政務城域網城域運營級公眾網絡已有技術早期： DQDB、IEEE 802.

8、6，未能實用成熟技術：SDH傳輸，承載效率不高針對話音業務而優化設計，不特別適合數據業務的傳輸當前由802委員會制定標準，MAN采用與LAN相同的系統結構802委員會：擴展為LAN/MAN委員會有線主干網（802.17）無線接入網（802.16）城域以太網技術(802.1ad 802.1ah)lxm1.3 局域網的基本結構局域網的結構可從多方面進行分類本節從兩個方面進行講解局域網基本應用結構1.3.1 園區級網絡1.3.2 數據中心1.3.3 互聯網中的局域網局域網的基礎結構1.3.4 拓撲結構及其演進lxm1.3.1 園區級網絡根據覆蓋不同的局域范圍，園區級網絡分為辦公室網絡樓宇網絡園區網絡

9、lxm1.3.1 園區級網絡辦公室網絡一種簡單的局域網，又稱為工作組級網絡覆蓋一個房間或臨近的幾個房間使用一臺或幾臺交換機接入幾十臺計算機用于少量的實驗室、辦公室聯網也可用于網絡教室一種常見的小型局域網性能高、成本低、維護方便家庭網絡的基本支撐結構上聯部門網絡100Mbps10/100Mbpslxm1.3.1 園區級網絡樓宇網絡覆蓋一幢大樓使用多臺交換機，接入上百臺計算機也稱為部門級網絡一幢大樓：大型企業的部門，大學的學院網絡結構較為復雜兩個層次：核心層與接入層核心層也稱主干網（backbone）通常使用單臺核心交換機，主干速率常為1000Mb/s通過樓內的垂直主干光纜連接多臺接入交換機lxm

10、 1.3.1 園區級網絡樓宇網絡部門 核心交換機辦公室辦公室辦公室上聯主干網1000Mbps100Mbpslxm 1.3.1 園區級網絡園區網絡覆蓋一個園區的多個建筑物覆蓋直徑可以長達數公里多園區結構：可以覆蓋幾十公里最初流行于大學校園，也稱為校園網如：連接校園網中的總校與分校目前廣泛用于大型的企業網絡政府網絡新型住宅小區網絡lxm1.3.1 園區級網絡園區網絡園區級網絡的結構：相當復雜大體上分為兩個層次：核心層（主干層）、接入層園區主干網建筑物之間預先敷設有室外光纜室外光纜互連主干交換機：中心交換機與分中心交換機用戶接入網分中心交換機連接各個樓宇的接入交換機園區級網絡的規模主干交換機：可達數

11、十臺接入交換機：可達數百臺接入計算機：可達上萬臺lxm1.3.1 園區級網絡園區網絡部門 核心交換機辦公室連接至Internet園區主干網: 3層交換機/1000Mbps/光纖辦公室辦公室辦公室部門 核心交換機部門 核心交換機中心 交換機接入部分lxm1.3.2 數據中心網絡數據中心網絡也稱為后端網絡與園區級網絡有明顯差別一般用戶不直接接觸，在后臺工作IDC ：Internet Data Center互聯網數據中心、數據中心提供724（全天候）運行的電信級機房環境在數據中心放置大型服務器如web 服務器、應用服務器、數據庫服務器高性能的存儲設備與存儲區域網（SAN）磁盤陣列、光盤庫、磁帶庫網絡

12、監控設備網管站（NMS）、SLA監視、網絡安全設備lxm1.3.2 數據中心網絡數據中心網絡是一種高吞吐率、高可靠性的局域網，主要功能包括：互連上述各種類型的服務設備為服務器高質量的服務提供基礎網絡環境直接連接在園區網絡的中心交換機或互聯網的核心網絡主干速率可高達10Gb/s，設備接入速率可達1000Mb/slxm1.3.3 互聯網中的局域網互聯網：一個覆蓋全球的廣域網互聯網是由IP路由器互連許多物理網組成各種物理網：LAN 、 WAN 、點到點信道等高性能的局域網（以太網）是當今物理網的主流家庭、企業、學校、政務、數據中心等等以太網的便捷靈活以及與IP協議的天然匹配性，成就了以太網在互聯網中

13、物理網的“王者”地位組網快捷，靈活，即插即用以太網與IP都是基于分組與無連接模式，天然匹配性幾乎是IP網絡一統天下，物理網以太網獨占鰲頭lxm1.3.4 LAN拓撲結構的演進早期LAN的拓撲當今LAN的拓撲lxm1.3.4 LAN拓撲結構早期的拓撲早期LAN拓撲結構特點拓撲結構簡單總線拓撲、環型拓撲、星型拓撲不區別端系統與中繼系統聯網設備通過NIC（網絡接口卡）連接在共享的傳輸介質上網絡上只能看見計算機：PC機與服務器可能外加必要的共享設備（如星型結構中的HUB)都是共享介質的結構總線型環型星型HUBlxm1.3.4 LAN拓撲結構當今的拓撲資源子網通信子網 當今LAN的拓撲Mesh-star

14、結構區分端站與中繼系統端站：主機中繼系統：交換機交換機互連形成LAN主干： mesh結構端站到交換機的接入： 星型結構主機交換機lxm1.4 局域網的定義1.4.1 局域網的總體標準1.4.2 局域網的定義lxm1.4.1 局域網的總體標準局域網的總體標準：IEEE 802-2001IEEE Standard for LAN & MAN: Overview and Architecture最局域網最基本、也是級別最高標準總體標準有兩個版本第1版：IEEE 802-1990第2版：IEEE 802-2001IEEE 802的版本更新反映了深刻的技術變革對LAN/MAN系統結構的改變對LAN/MA

15、N的定義也進行了全新的描述lxm1.4.2 局域網的定義主要要點最適合于中等大小的地理區域的數據網絡如一幢辦公樓、一個倉庫、一個園區也常用于更小的地域，如小型辦公室、單個實驗室、家庭 甚至可以桌面級的應用，如少數成員之間的對等通信數據通信速率比較高、傳輸時延很短局域網通信的基本方式是基于變長分組網絡通信傳輸的基本數據單元是長度可變的八位組序列lxm1.4.2 局域網的定義主要要點站點之間可以直接通信：點對點、點對多點對等通信網絡，不必通過任何中間節點交換使用交換機構建交換式局域網早期的局域網技術都使用共享介質、全廣播通信使用網橋（交換機）構建局域網現在已經非常流行注意：交換機是一種高速的硬件化

16、網橋可以大大提高網絡吞吐量、增加網上工作站數量網橋可以限制廣播和組播通信點對點全雙工通信引入局域網，作為高速鏈路連接交換機與交換機、連接端站和交換機lxm1.5 局域網的標準化1.5.1 為什么要學習標準1.5.2 標準化機構1.5.3 IEEE 802委員會1.5.4 IEEE 802標準1.5.5 IEEE 802標準族lxm1.5.1 為什么要學習標準？學習標準的兩大理由有助于：登上技術制高點有助于：洞察技術發展方向標準是主流技術的制高點三流的企業出產品二流的企業出專利一流的企業出標準標準的演變反映了主流技術的發展學習標準能夠看清方向、洞察發展標準的發展史就是主流技術的演變史清晰技術發展

17、方向，研究前景好的技術進入標準之路了解、掌握、參與、主導盡早進入標準學習是深入的初階lxm1.5.2 標準化機構IEEE 802ISO/IECITU-TTIA/EIAIETF/RFCGB/Tlxm1.5.2 標準化機構ISO/IECISO：國際標準化組織，級別最高International Organization for StandardizationIEC：國際電工委員會，歷史最久International Electrotechnical CommissionISO/IEC JTC1聯合技術委員會，IT的標準化協調著名的ISO標準ISO/IEC 7498-1-1994：OSI/BRM，B

18、MISO/IEC 11801-2002：用戶駐地的通用布纜ISO 8802.3/11：等同IEEE 802.3/11lxm1.5.2 標準化機構ITU-TITU-TSS國際電信聯盟International Telecommunication Union電信標準部Telecommunication Standardization Sector典型標準Y.1231-2000：IP接入網體系結構Y.2001-2004：NGN概覽lxm1.5.2 標準化機構TIA/EIATIA：電信工業協會Telecommunications Industry Association美國電信工業的行業協會EIA：電

19、子工業聯合會（Electronic Industries AllianceEIA歸口管理TIA典型標準TIA/EIA-568-B：商業樓宇的電信布纜標準lxm1.5.2 標準化機構IETF：互聯網絡工程任務組Internet Engineering Task ForceRFC： “征求意見稿”Request for CommentsTCP/IP領域最具權威的標準LAN/MAN領域也具重要意義尤為重要：涉及TCP/IP協議 lxm1.5.2 標準化機構GB/T推薦性國家標準，中國在IT領域，GB/T等同采用ISO標準典型國標GB/T 9387.1-1998idt ISO/IEC 7498-1:1

20、994開放系統互連基本參考模型：基本模型GB/T 17967-2000idt ISO/IEC 10731:1994OSI服務定義的約定lxm1.5.3 IEEE 802委員會IEEE：美國電氣電子工程師協會Institute of Electrical and Electronics EngineersIEEE 802委員會1980年2月成立，主管LAN/MAN技術IEEE Standardfor Local and Metropolitan Area NetworksLMSC： LAN/MAN標準委員會LAN/MAN Standards Committee802委員會中負責LAN/MAN技術

21、標準的專門機構IEEE 802標準：LAN/MAN領域最重要的標準覆蓋廣、技術新、更新快lxm1.5.3 IEEE 802委員會IEEE 802委員會的機構802中的小組：常設機構，分管某一領域工作組：WG，Working Group研究組： SG，Study Group工作組之下任務組TG：Task Group非常設機構，完成某一任務發展歷史中的工作組其中一些現在仍在活動一些已經不活動甚至已被解散lxm1.5.3 IEEE 802委員會當前活動的工作組與研究組802.1：局域網高層協議工作組，含802.10之并入802.3：Ethernet802.11：WLAN802.15：WPAN802.

22、16：BWA802.17：RPR802.18：Radio Regulatory TAG 802.19：Coexistence TAG 802.20：MBWA 802.21：Media Independent Handoff 802.22：WRANlxm1.5.3 IEEE 802委員會當前已不再活動： 802.2：LLC802.5：TR802.12：Demand Priority已經解散： 802.4：TB802.6：DQDB MAN 802.7：Broadband TAG802.8：Fiber Optic TAG802.9：ISLAN802.10：Security802.14：Cable M

23、odemlxm1.5.4 IEEE 802標準IEEE802標準的制定階段研究立項專門成立研究組完成立項建議書PAR ：Project Approval Request立項批準后成立相應的任務組：TF、TG草案制定任務組制定草案的各個版本并報批D1.n：任務組完成D2.n：主管的WG投票表決，75%D3.n：LMSC投票表決，75%正式標準IEEE SA：批準、頒布標準維護標準的更正、增補，適當時機重新頒布新版本相應的任務組（有可能新成立）完成lxm1.5.4 IEEE 802標準802標準的修訂：更正、增補、新版修訂更正： Corrections專門更正標準文檔中的疏漏甚至錯誤IEEE St

24、d 802.3-2005/Cor 1-2006： 802.3-2005版的更正1增補： Amendment標準更新的最常見形式不具有完整的文本，僅有原標準的更動部分能夠緊跟技術的發展，及時的標準增補功不可沒IEEE 802.3as-2006：802.3標準的的增補 “as”新版修訂：一個全新的完整版本IEEE 802.3-2005：以太網的當前標準IEEE 802.11-2007：WLAN的當前標準lxm1.5.4 IEEE 802標準IEEE 802標準的編號規則嚴格在文獻引用中經常被混淆標準的基本分類編號方式：小數點數字其中數字與相應的工作組編號一致IEEE 802.3標準由IEEE 80

25、2.3工作組負責IEEE 802.11標準由IEEE 802.11工作組負責lxm1.5.4 IEEE 802標準基本標準之后加標字母：大寫與小寫含義不同加標小寫英文字母：對標準的增補IEEE 802.3z-1998802.3標準的增補z，定義了1000BASE-XIEEE 802.3ab-1999802.3標準的增補ab，定義了1000BASE-T加標大寫英文字母：是一個基本標準IEEE 802.1X-2004基于端口的接入控制基本標準例子：IEEE 802.1D-2004：（網橋的）基本標準IEEE 802.1ad-2005：（網橋的）標準增補lxm1.5.5 IEEE 802標準族IEEE 802的主要現行基本標準IEEE 802：LAN/MAN概要及體系結構IEEE 802.1D：MAC橋IEEE 802.1X：基于端口的接入控制IEEE 802.2：LLCIEEE 802.3：CSMA/CD規范（以太網）IEEE 802.11：WLAN（無線局域網）IEEE 8