1、宽带接入网技术基础第三章 以太网接入技术第三章 以太网接入技术计算机网络概述1计算机网络模型OSI参考模型2以太网接入技术组网案例分析56总结61网络通信协议TCP/IP参考模型3以太网概述43.1 计算机网络概述计算机网络的定义计算机网络的功能计算机网络的分类3.1.1 计算机网络的定义世界上第一台计算机的实物图现代计算机和第一台计算机的对比图1.1.计算机技术的发展计算机技术的发展3.1.1 计算机网络的定义计算机网络是为了实现信息交换和资源共享，利用通信线路和通信设备，将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机互相连接起来，按照网络协议进行数据交换的计算机系统。2.2.计算机网络的
2、定义计算机网络的定义3.1.1 计算机网络的定义3.3.计算机网络实例计算机网络实例校园网组成示意图3.1.2 计算机网络的功能1.1.资源共享资源共享 资源共享是整个网络的核心，它包括程序共享、数据共享、文件共享、设备共享、处理器共享、进程共享等，用户能在自己的位置上部分或全部地使用网络中的资源。3.1.2 计算机网络的功能2.2.数据通信数据通信数据通信是计算机网络的最基本的功能之一，主要完成计算机网络中各个结点之间的系统通信。用户可以在网上传送电子邮件，发布新闻消息，进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。3.1.2 计算机网络的功能3.3.分布式处理分布式处理u分布式输入 将大量的数据
3、分散在多台计算机上进行输入，以解决数据输入的“瓶颈”问题。u分布式处理通过计算机网络，可以将一个任务分配到不同地理位置的多台计算机上协同完成，以此实现均衡负荷，提高系统的利用率。u分布式输出 将需要输出的大型任务，选择网络中的空闲输出设备进行输出，提高了设备利用率。3.1.2 计算机网络的功能4.4.网络综合服务网络综合服务综合信息服务和通信服务是计算机网络的基本服务功能，人们得以实现文件传输、电子邮件、电子商务、远程访问等。3.1.3 计算机网络的分类按照网络作用范围划分按照网络作用范围划分3.1.3 计算机网络的分类InternetInternet的构成实例分析的构成实例分析国家间网络互连
4、城市间网络连接城市内部网络互连3.2 计算机网络模型OSI参考模型OSI参考模型的7个层次OSI参考模型数据传输方式 OSI参考模型的7个层次OSI是开放式系统互连模型，共分7层，如图所示。13层和硬件打交道，负责在网络中进行数据传送，因此又叫“介质层”。47层在下3层数据传输的基础上，保证数据的可靠性，又叫“主机层”。应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层1234567介质层主机层OSI参考模型的7个层次u物理层物理层负责最后将信息编码成电流脉冲或其他信号用于网上传输，是OSI参考模型中和硬件打交道最多的层，因此对信息的传输起着至关重要的
5、作用。OSI参考模型的7个层次u数据链路层主要是在相邻的线路中，传输以“帧”为单位的数据，在传输的过程中不能出现差错，同时可以使用差错控制和流量控制的方法将存在差错的物理线路变为无差错的物理线路。OSI参考模型的7个层次u网络层网络层主要提供路由，也就是选择一个到达目标位置的最合适路径，从而保证能够及时地传输和接收数据。u传输层是体系中最为关键的一层，主要用来向用户提供端到端的服务，从而传输报文。传输层的主要功能是：为会话层提供性能恒定的接口，进行差错恢复、流量控制等。OSI参考模型的7个层次u会话层会话是指通过网络用户登录到一台主机上或是正在传输数据的连接。会话层的主要功能是：会话管理、数据
6、流同步和重新同步；建立会话实体间连接，连接释放。OSI参考模型的7个层次u表示层表示层主要用来对两个通信系统中的交换信息语法表示方式进行处理，其中交换信息语法主要包括数据格式变换和数据压缩，为异构计算机通信提供一种公共语言。u应用层应用层位于最顶层，向应用程序提供服务，直接为应用进程提供服务，在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务。OSI参考模型的7个层次OSI参考模型数据传输方式数据转换的基本规则是：当数据从上层往下层传送时，协议软件在数据上添加头部；当接收方收到数据从下往上传时，协议软件负责去掉下层头部。【案例分析】两地QQ信息如何传输 QQ信息的编辑和发送数据
7、发送数据发送“11010110111101111100011011010101”“你好”聊天界面传输线路【案例分析】两地QQ信息如何传输 建立链接数据发送数据发送和对方的计算机建立连接，同时要为不同计算机间提供公共语言，这两个任务是由OSI参考模型中的表示层和会话层完成的。会话层负责通信链路连接，表示层则负责双方能够顺利通信。【案例分析】两地QQ信息如何传输 信息容错数据发送数据发送不管发送什么信息，在传输时都要检测传输线路的容错性。这一过程由OSI参考模型的传输层完成【案例分析】两地QQ信息如何传输 路径选择数据发送数据发送在网络传输上，信息该往哪儿发送呢？寻找地址的工作就由OSI参考模型的
8、网络层来完成。【案例分析】两地QQ信息如何传输 数据纠错、建立链接数据发送数据发送要发送的信息地址找到后，就要进行数据的纠错。如果发现信息有错误，则通知上层重新整理发送；如果信息无误，则进行物理链路的链接。这一功能主要由OSI参考模型的数据链路层来完成。【案例分析】两地QQ信息如何传输 数据发送数据发送数据发送信息通过网卡、网线、集线器等设备发送到目的地，这些设备必须遵循OSI参考模型中的物理层所制定的标准。如果线路上不出故障，即通信线路畅通的话，信息就顺利传到想要传送到的计算机上了。【案例分析】两地QQ信息如何传输 信息由网线传送到对方的网卡上，执行接收过程。数据接收数据接收 数据检测。如果
9、发现数据有误，则发出通知，要求对方重新发送；若信息正确，则接收信息“你好”，然后拆除链路。这一工作由接收计算机的数据链路层完成。【案例分析】两地QQ信息如何传输 信息确认，会话结束。数据接收数据接收当信息被接收到计算机后，由高层进行数据确认，然后发送收到确认，结束会话。这一过程是由接收方计算机的传输层和会话层完成的。【案例分析】两地QQ信息如何传输 发送完毕，编码转化。数据接收数据接收到此，通过QQ发送的“你好”两个字发送完毕，只不过发到接收计算机上的仍然是二进制编码，然后再由计算机转换成“你好”二字，显示在屏幕上。3.3 网络通信协议TCP/IP参考模型TCP/IP的发展TCP/IP参考模型
10、IP地址以及其他网络术语TCP/IP的发展TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型分为4层，它们从上到下分别是：应用层、传输层、互联网层和网络接口层。OSI参考模型和TCP/IP参考模型比较应用层负责处理高层协议、相关数据表示、编码和会话控制等工作。传输层负责处理关于可靠性、流量控制、超时重传等问题，也被称为主机到主机层互联网层用于把来自互联网上的任何网络设备的源数据分组发送到目的设备，并进行最佳路径选择和分组交换。网络接口层也叫作主机-网络层，相当于OSI参考模型中的物理层和数据链路层，主要功能是为分组选择一条物理链路。【案例分析】电子邮件的发送过程（1）邮件的编辑与发送。邮件被编辑好后，单
11、击 按钮。【案例分析】电子邮件的发送过程（2） TCP/IP的应用层完成：u首先，将邮件进行编码，编制成可以在网络上传输的二进制码；u然后，进行会话连接，并将数据打包，以供下一步操作。【案例分析】电子邮件的发送过程（4）互联网层建立本地计算机和网络邮件服务器的连接，并将应用层的文档编码进行分组，以方便传输。【案例分析】电子邮件的发送过程（5）最后，网络接口层进行物理链路的选择、连接，将分组后的文档传送到网络服务器的相关接口设备上。服务器再通过相关途径接收邮件并存储到对方邮箱物理单元。IP地址以及其他网络术语在互联网(Internet)上有成千百万台主机（host），为了区分这些主机，人们给每台
12、主机都分配了一个专门的“地址”作为标识，称为IP地址或域名。 即，因特网上计算机的地址可以用两种形式表示：IP地址或域名。具有唯一性。例：福建省邮电学校网站主页的地址为多少？域名表示：IP地址表示：218.5.5.223IP地址的点分十进制表示：每个IP地址含32位的二进制数，被分为4段，每段8位，再将每段转化为常用的十进制数字，便于日常使用。 书写形式书写形式为为 A.B.C.DA.B.C.D传输层IP地址以及其他网络术语IP地址的结构u网络地址（网络号）：标明不同的子网u主机地址（主机号）：每一个子网中的主机地址u同一网络内部的所有主机使用相同的网络号，但主机号是唯一的。网络地址主机地址3
13、2 bitsIP地址以及其他网络术语（1）IP地址的分类编址在分类编址中，将IP地址按节点计算机所在网络规模的大小分为A、B、C、D、E 5类，一般A、B、C类地址更为常用。IP地址以及其他网络术语（1）IP地址的分类编址IP地址以及其他网络术语以C类地址为例，表示IP地址的格式。（2）子网掩码IP地址以及其他网络术语u 子网掩码是一个32位的值，其中网络号和子网号部分全部被置“1”，主机的部分被置“0”，一般格式为：255.255.255.0。u 子网掩码必须与IP地址一同使用，不能单独存在。u 使用子网掩码可以将IP地址划分为网络地址和主机地址两个部分。（2）子网掩码IP地址以及其他网络术
14、语IP地址中的A类、B类和C类地址相对应的默认子网掩码为：IP地址分类地址分类十进制子网掩码十进制子网掩码二进制子网掩码二进制子网掩码A类（0.0.0.0126.255.255.255）255.0.0.011111111 00000000 00000000 00000000B类（128.0.0.0191.255.255.255）255.255.0.011111111 11111111 00000000 00000000C类（192.0.0.0223.255.255.255）255.255.255.011111111 11111111 11111111 00000000（3）无分类编址IP地址以
15、及其他网络术语u分类编址分配给一个组织的地址最小数量是256（C类），最大数量是16777216（A类），不适用。u在无分类编址中，一个地址块中的地址数只受一个限制：地址数必须是2的乘方（即2，4，8，）。u在无分类编址编码体系中，一个地址通常被表示为x.y.z.t/n，斜线后的n定义了在这个地址块的所有地址中相同的位数。例如，n是20，这就表示在每一个地址中，最左边的20位数都是相同的，而另外的12位则是不同的。（3）无分类编址IP地址以及其他网络术语/n掩 码/n掩 码/n掩 码/n掩 码/1128.0.0.0/9255.128.0.0/17255.255.128.0/25255.255.
16、255.128/2192.0.0.0/10255.192.0.0/18255.255.192.0/26255.255.255.192/3224.0.0.0/11255.224.0.0/19255.255.224.0/27255.255.255.224/4240.0.0.0/12255.240.0.0/20255.255.240.0/28255.255.255.240/5248.0.0.0/13255.248.0.0/21255.255.248.0/29255.255.255.248/6252.0.0.0/14255.252.0.0/22255.255.252.0/30255.255.255.2
17、52/7254.0.0.0/15255.254.0.0/23255.255.254.0/31255.255.255.254/8255.0.0.0/16255.255.0.0/24255.255.255.0/32255.255.255.255掩码和前缀长度对应关系表（4）主机名IP地址以及其他网络术语主机名是指在某个网络中计算机的名称，主机名一般以字符形式分配到网络中。通常按照每台计算机在网络中的用途、主机用户和网络管理使用的命名原则进行分配。（5）域名IP地址以及其他网络术语u 域名是为了方便记忆而研究出来用来代替IP地址的一些字符型标识。u 每个域名都使用小点将一串名称隔开。u 域名主要由两
18、部分组成，分别为组织域名和后缀。域名后缀又叫顶级域名。（5）域名IP地址以及其他网络术语常见的顶级域名所表示的含义。顶级域名后缀顶级域名后缀含义含义顶级域名后缀顶级域名后缀含义含义com商业组织int国际组织edu教育机构cn中国gov政府部门uk英国mil军事部门jp日本net主要网络支持中心de德国org社会组织、专业协会fr法国（6）DNS服务系统IP地址以及其他网络术语u DNS服务系统称为域名管理系统。u DNS服务系统功能是将网络域名变换为网络可以识别的IP地址，用户就可以使用此地址在网上浏览信息。（7）IPv6IP地址以及其他网络术语u 现有的Internet是在IPv4的基础上
19、运行的，IPv4定义的有限地址空间已于2011年2月3日分配完毕，地址空间的不足必将影响Internet的进一步发展。u IP v6作为下一版本的Internet协议被推出，重新定义地址空间。对比内容对比内容IPv4IPv4IPv6IPv6版本时间当前版本下一版本地址容量43亿无限制地址长度32位128位分隔符点号冒号（7）IPv6IP地址以及其他网络术语u 一个IPv6的IP地址由8个地址节组成，每节包含16个地址位，以4个十六进制数书写，节与节之间用冒号分隔，其书写格式为x:x:x:x:x:x:x:x，其中每一个x代表4位十六进制数。（8）VLANIP地址以及其他网络术语u VLAN，又称
20、虚拟局域网，是与具体地理位置无关的逻辑LAN，由位于不同的物理局域网段的设备组成。u VLAN所连接的设备虽来自不同的网段，但是相互之间可以进行直接通信，好像处于同一网段中一样。u VLAN的实现由802.1q协议规定，VLAN成员的划分可以基于端口、MAC地址、网络层协议、IP组播4种。SW I TC H工程部市场部销售部10. 110. 10. 010. 110. 20. 010. 110. 30. 0129853.4 以太网概述以太网的起源和发展历史以太网的分类以太网的应用3.4.1以太网的起源和发展历史以太网是现有局域网采用的最通用的通信协议标准，其发展历史如图以太网产生10Mb/s以
21、太网发展成熟共享式转向交换式以太网交换机100Mb/s快速以太网吉比特以太网迅速发展十吉比特以太网出现lIEEE802.3 以太网标准lIEEE802.3u 100BASE-T快速以太网标准lIEEE802.3z/ab 1000Mb/s吉比特以太网标准lIEEE802.3ae 10Gb/s以太网标准1共享式以太网共享式以太网的常用介质有：u10Base5：粗同轴电缆（5代表电缆的长度字段长度是500m）；u10Base2：细同轴电缆（2代表电缆的长度字段长度是200m）。共享式以太网中，多采用总线型拓扑结构，所有的主机都平等地连接到同轴电缆上，所有主机发出的信号都会被其他主机接收，如果主机数目
22、较多，则存在冲突与广播泛滥的严重问题，而且共享式以太网还会存在介质可靠性差与无任何安全性的突出问题。3.4.2 以太网的分类2标准以太网标准以太网多采用星形组网，传输速率为10Mbit/s，通常定位在网络的接入层，即通常用于接入层最终用户和接入层交换机之间的连接，一般不适用于汇聚层和核心层。IEEE 802.3常用的线缆有：u10BASE-5，粗同轴电缆，最大传输距离500m；u10BASE-2，细同轴电缆，最大传输距离200m；u10BASE-T，双绞线，最大传输距离100m；u10BASE-F，光纤，最大传输距离2000m。3.4.2 以太网的分类3快速以太网快速以太网的标准为IEEE80
23、2.3u，其速率能达到100 Mbit/s，为用户提供更高的网络带宽。从标准以太网升级到快速以太网不需要对网络做太大的改动，通常只需将原有的集线器或者以太网交换机升级成快速以太网交换机，用户更换一块100Mbit/s的网卡即可，而网线等传输介质无需更换。而网络的速度从10Mbit/s增加到100Mbit/s。快速以太网可以直接用于接入层设备和汇聚层设备之间的连接链路，可通过端口自适应技术支持标准以太网10Mbit/s的工作方式。3.4.2 以太网的分类3快速以太网快速以太网采用的传输介质有：u100BaseTX，5类（UTP）非屏蔽双绞线2对，最大传输距离100m；u100BaseT4，3、4
24、、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对，最大传输距离100m；u100BaseFX，多模光纤（MMF）线缆，最大传输距离550m2km；单模光纤（SMF）线缆，最大传输距离2km15km。3.4.2 以太网的分类4吉比特以太网吉比特以太网是在基于以太网协议的基础之上，对IEEE802.3以太网标准进行扩展，将快速以太网的传输速率100Mbit/s提高了10倍，达到了1Gbit/s。吉比特以太网的标准为IEEE802.3z（光纤与铜缆）和IEEE802.3ab（双绞线）。吉比特以太网一般用于汇聚层，提供接入层和汇聚层设备间的高速连接，也可以在核心层提供汇聚层和高速服务器的高速连接以及核心设备间的高速互
25、联，也可用于交换机之间的连接及堆叠。3.4.2 以太网的分类3.4.2 以太网的分类技术标准技术标准线缆类型线缆类型传输距离传输距离1000BaseT铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对100m1000BaseCX铜质屏蔽双绞线，使用9芯D型连接器连接电缆。25m1000BaseSX多模光纤，50/62.5m光纤，使用波长为850nm的激光550m/275m1000BaseLX单模光纤，9m光纤，使用波长为1 310nm的激光215km4吉比特以太网以太网采用的传输介质有：5十吉比特以太网（10G以太网）2002年7月18日，IEEE通过了基于光纤的 10 Gbit/s 以太网80
26、2.3ae标准，它包括了10GBASE-SR、10GBASE-LR、10GBASE-ER、10GBASE-LX4、10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EW 7种物理接口标准。2004年3月，IEEE批准铜缆10Gbit/s以太网标准802.3ak，将作为10GBase-CX4实施，提供双轴电缆上的10Gbit/s的速率。2006年，IEEE发布了 802.3an 标准 ，通过非屏蔽双绞线或屏蔽双绞线电缆能提供 10 Gbit/s 的连接速率。3.4.2 以太网的分类计算机局域网：这是以太网技术的主要应用，也是最成熟的应用。许多计算机通过以太网连接起来，互相访问共享的文件
27、和资源。高速网络设备之间互连：随着Internet的不断发展，一些传统的网络设备（如路由器、网关、交换机）之间的带宽已经不能满足要求，需要更高效的互连技术来连接这些网络设备，吉比特或10Gbit/s以太网成了首选的技术。用户接入手段：用户通过以太网技术接入城域网，实现上网、文件下载、视频点播等业务。3.4.3 以太网的应用3.5 以太网接入技术组网案例分析IP网络结构宽带接入组网结构以太网技术的典型组网应用FTTx+LAN接入案例以太网局域网接入方式的设置3.5.1 IP网络结构IP网络骨干网络国家级骨干网络省级骨干网络城域网核心层汇聚层接入层本地网络3.5.1 IP网络结构 IP城域网的分层
28、结构组网模型 骨干核心层主要由一些核心路由器组成，路由器之间通过高速传输链路相连，通过骨干核心层连接到不同的全国性骨干网络。用户接入层是最靠近用户端的网络，通过不同的接入手段（铜线、光纤、无线等）接入不同类型的用户端，提供宽带、语音、视频、专线等业务的接入。汇聚层介于接入层和核心层之间，主要由三层交换机、BAS（宽带接入服务器）和接入路由器等组成，用于汇聚接入层的不同业务流。3.5.2 宽带接入组网结构宽带IP接入组网结构示意图3.5.3 以太网技术的典型组网应用LAN接入网络示意图3.5.4 FTTx+LAN接入案例FTTx+LAN是一种利用光纤加五类网络线方式实现宽带接入的模式。FTTx一
29、般是指FTTC（光纤到路边）、FTTB（光纤到大楼）或FTTZ（光纤到小区）。FTTx+LAN方式能实现吉比特光纤到小区（大楼）中心交换机，中心交换机和楼道交换机以百兆光纤或五类网络线相连，楼道内采用综合布线，用户上网速率可达10Mbit/s，网络可扩展性强，投资规模小。FTTx+LAN方式采用星型网络拓扑，用户共享接入交换机的带宽。3.5.4 FTTx+LAN接入案例典型FTTx+LAN组网方式示意图FTTX部分OLT ODN ONU N个IAD：本方式可应用于商业楼宇或纯语音需求的场所。OLTODNONU（OUN+IAD一体式）：应用于住宅小区或有数据和语音双重需求的场所。3.5.5 以太
30、网局域网接入方式的设置1静态IP地址设置静态IP地址是由ISP分配固定的IP地址。配置的IP信息包括：IP地址、子网掩码、网关、DNS等。静态IP地址通常应用于网吧专线接入或单位的专线接入。3.5.5 以太网局域网接入方式的设置2PPPoE协议和拨号方式PPPoE（以太网的点对点协议）方式是基于账号、密码的认证方式。由RADIUS和BRAS完成用户IP地址的分配和速率的分配。用户获取IP地址上网后，RADIUS进行计时。PPPoE协议多用于LAN用户拨号和xDSL用户拨号等接入方式。3.5.5 以太网局域网接入方式的设置3动态IP地址和DHCP动态主机配置协议（DHCP）可以使计算机自动获取IP地址。DHCP协议通常采用Client/Server方式实现，所有配置信息在Server集中。DHCP Server可以为DHCP Client客户端提供临时的IP地址、默认网关、DNS服务器等网络配置。3.6 总结计算机网络的定义、功能及分类OSI参考模型的7个层次TCP/IP参考模型的4个层次IP地址的表示、分类编址、无分类编址及IP V6子网掩码的格式及作用域名、DNS、VLAN、主机名等概念以太网的分类、IP网络结构、组网案例分析
