[架构之路-167]-《软考-系统分析师》-4-据通信与计算机网络-3- 常见局域网与广域网

目录

4 . 3 局域网与广域网

4.3.1 局域网基础知识

1 . 星型结构

2 . 总线结构

3 . 环型结构

4 . 网状结构

4.3.2 以太网技术（接入网）

1 . 以太网基础

2 . 帧结构

3 . 以太网物理层规范 

 4.3.3 无线局域网（接入网）

1 . 拓扑结构

2. IEEE 802.11 标准

 3 . 无线技术与3 G 通信

4.3.4 广域网技术（传输网）

1 . 同步光网络

2 . 数字数据网

3 . 帧中继

4 . 异步传输模式

4.3.5网络接人技术

1. PSTN 接入

2. ISDN 接入

3. ADSL 接入

4. F T T x + L A N 接入

5 . 同轴+光纤接入

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4 . 3 局域网与广域网

局域网 （Local Area Network ， L A N ) 是将分散在有限地理范围内的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络，通过功能完善的网络软件，实现计算机之间的相互通信和资源共享；广域网 （Wide Area Network ， W A N ) 是在传输距离较长的前提下所发展的相关技术的集合，用于将大区域范围内的各种计算机设备和通信设备互联在一起，组成一个资源共亨的通信网络。

4.3.1 局域网基础知识

当今的计算机网络技术中，局域网已经占据了相当显著的地位。局域网通常具备以下特点：

(1) 地理分布范围较小，一般为数&米至数公里的区域范围之内。

( 2 ) 数据传输速率高，早期的局域网数据传输速率一般为10〜 100 M b p s , 目前，1000 M b p s 的局域网已经非常普遍，可适用于语音、图像、视频等各种业务数据信息的高速交换。

(3) 数据误码率低，这是因为局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输媒体，从而提高数据传输质量。

(4) 一 般 以 P C 为主体，还包括终端和各种外设，网络中一般不架设主骨干网系统。

( 5 ) 协议相对比较简单、结构灵活，建网成本低、周期短，便于管理和扩充。构成局域网的 N 络

拓扑结构主要有星型结构、总线结构、环型结构和 N 状结构。

1 . 星型结构

如图4-6所示，星型结构方式的 M 络在直观上就很容易理解，就像是一张蜘蛛网，中间是一个枢纽（网络交换设备），所有的节点都连接到这个枢纽上，最终组成一个星型的拓扑结构的网络。

 

2 . 总线结构

如图4-7所示，采用总线结构方式的网络，是由一条共亨的通信线路将所有节点连接在一起，这条共享的通信线路可以是一根同轴电缆或其他介质。例如，传统的以太网( Ethernet ) 就是属于总线型结构。有关以太网的详细知识，将在4.3.2节中介绍。

3 . 环型结构

如图4-8所示，环型结构方式的网络，与总线结构类似，也是由一条共享的通信线路将所有节点连揆在一起。不同的是，环型结构中的共亨线路是闭合的，即它将所有的节点排列成一个环，每个节点只与其两个邻居直接相连。若一个节点想要给另一个节点发送信息，消息报文必须经过它们之间的所有节点。

4 . 网状结构

如图4-9所示，网状结构方式的网络就是任何节点彼此之间都会由一根物理通信线路相连，任何节点出现故障都不会影响到其他节点。采用这种拓扑结构方式的网络的布线比较麻烦，而且网络建设的成本也很高，控制方法也很复杂。在实际应用中，一般很少见到这种网络。

4.3.2 以太网技术（接入网）

冃前，以太网技术己经在局域网市场占据了大部分位置。在 2 0 世 纪 8 0 年代和90年代初期，以太网面临着许多来自其他局域网技术的挑战，其中包括令牌环和令牌总线等。有的在-段时间中成功占据了一部分市场份额，但到了 20世纪90年代后，激烈竞争的局域网市场逐渐明朗化，以太网几乎成为局域网的代名词。

1 . 以太网基础

以太网采用的存取方法是带冲突检测的载波监听多路访问（ Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection , C S M A / C D ) 技术，它属于竞争式介质访问控制协议。C S M A / C D 的基本原理是，每个节点都共享网络传输信道，在每个节点要发送数据之前,都会检测信道是否空闲，如果空闲则发送，否则就等待；在发送出信息后，则对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。

(1)载波监听。

冲突虽然没有办法避免，但是 b J •以通过精心设计的监听算法来缓解，各种算法如表4-3所示。

 (2)冲突检测。

载波监听只能够减少冲突的概率，但无法完全避免冲突。为了能够高效地实现冲突检测，在 C S M A / C D 中采用了“边发边听”的冲突检测方法。也就是由发送者一边发送数据，一边自己接收冋来，如果发现结果出现不同，马上停止发送，并发出冲突信号，这时，所有的节点都会收到阻塞信息，并都随机等待一段时间之后再重新监听。因为采用了边发边听的检测方法，对于基带系统而言，检测冲突所需要花的最长时间是网络传播延迟（最大段长/信号传播速度）的两倍，对于宽带系统则需要网络传播延迟的4 倍时间，这个时间也称为冲突窗口。因此，为了保证在信息发送完成之前能够检测到冲突，发送的时间应该大于等于冲突窗口，对于基带系统，规定了最小的帧长=2 X (网络数据速率 X 最大段长/信号传播速度）。需要注意的是，在全双工以太网中，已不再受到 C S M A / C D 的约束。

2 . 帧结构

美国电气和电子工程师协会 （Institute of Electrical and Electronics Engineers ， I E E E ) 802.3 M A C 帧的格式如图4-10所示，包含的字段有前导码、帧起始定界符 （Start Frame Delimiter , S F D )、目的地址、源地址、长度、帧头、发送的数据和帧校验序列等。这些字段中除了地址字段和数据字段是变长的以外，其余字段的长度都是固定的

3 . 以太网物理层规范 

 4.3.3 无线局域网（接入网）

无线局域网 （Wireless Local Area Networks ， W L A N )主要运用射频 （Radio Frequency ，
R F ) 技术取代原来局域网系统中必不可少的传输介质（例如，同轴电缆、双绞线等）来完成数据的传送任务，有了 W L A N , 用户不必因使用有线传输介质而破坏原有的工作环境，可根据需要调整网络节点的位置。同时，便携式计算机更容易接入局域网，扩大了计算机网络的应用能力和领域。

1 . 拓扑结构

无线局域网可分为两大类，分别是有接入点模式（基础设施网络）和无接入点模式( A d hoc 网络）。

(1) 基础设施网络。

整个网络都使用无线通信的方式，但系统中存在接入点 （Access Point , A P )，通过接入点将一组节点逻辑上联系在一起，形成一个局域网。 A P 的作用与网桥类似，负责在802.11和 802.3的 M A C 协议之间进行转换。一个 A P 覆盖的部分称为一个基本业务域，而 A P 控制的所有节点组成一个基本业务集，由两个以上的基本业务域可以组成一个分布式系统。

(2) A d h o c 网络。

整个网络都使用无线通信的方式，直接通过无线网卡实现点对点连接。与基础设施网络相比， A d h o c 网络中并没有 A P 这样的设备，可扩展性和灵活性更好，但路由和协调控制等技术都难以解决。在大多数情况下，无线通信通常是作为有线通信的一种补充和扩展。在这种部署配置下，多个 A P 通过线缆连接在有线网络上，以使无线用户能够访问网络的各部分。

2. IEEE 802.11 标准

IEEE 802委员会为无线局域网开发了一组标准，即 IEEE 802.11标准。其中定义了媒体访问控制层（ M A C 层）和物理层。物理层定义了工作在2.4 G H z 的工业、科学和医学 （Industrial Scientific Medical , I S M ) 频段上的扩频通信方式，总数据传输速率设计为2 M b p s 。而 在 M A C 层采取了载波侦听多路访问/冲突避免协议 （Carrier Sense MultipleAccess with Collision Avoidance , C S M A / C A ),即采用主动避免碰撞而非被动侦测的方式来解决冲突问题。
由于 IEEE 802.11的业务主要限于数据存取，在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此， I E E E 在制订更高速度的标准时，就产生了 802. U a 和 802.11 b 两个分支,后來又推出了 802.11 g 的新标准，如表4-4所示，其中的 U - N I I 是指用于构建国家信息基础的无限制频段。

 3 . 无线技术与3 G 通信

多址技术可以分为频分多址 （Frequency Division Multiple Access , F D M A )、时分多址 （Time Division Multiple Access ， T D M A ) 和码分多址 （Code Division Multiple Access ，C D M A )。 F D M A 是采用调频的多址技术，业务信道在不同的频段分配给不同的用户；

T D M A 是采用时分的多址技术，业务信道在不同的时间分配给不同的用户； C D M A 是采用扩频的码分多址技术，所有用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务信道。国际电信联盟在2000年 5 月确定了 W C D M A 、C D M A 2000和 T D - S C D M A 三大主流无线接口标准。

宽 频 C D M A (Wideband C D M A , W C D M A ) 的支持者主要是以全球移动通讯系统( GlobalSystemforMobileCommunications ， G S M ) 为主的欧洲厂商，円本公司也或多或
少参与其中。这套系统能够架设在 G S M 网络上，对于系统提供商而言，可以较轻易地过渡。因此， W C D M A 具有先天的市场优势。目前，中国联合网络通信集团公司获得基于 W C D M A 技术制式的3 G 业务经营许可。

C D M A 2000也称为 C D M A Multi - Carrier , 以美国卨通北美公司为主导提出，摩托罗拉、 Lucent 和韩国三星公司都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频 C D M A O n e 数字标准衍生出来的，可以从原有的 C D M A O n e 结构直接升级到3 G , 建设成本低廉。但 H 前使用 C D M A 的地区只有日、韩和北美，所以 C D M A 2000的支持者不如 W C D M A 多。冃前，中国电信集团公司获得基于 C D M A 2000技术制式的3 G 业务经营许可。

T D - S C D M A 标准是由中国大唐电信制定的标准该标准将智能天线、同步 C D M A和软件无线电等技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面具有独特优势。另外，由于中国庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持 T D - S C D M A 标准。目前，中国移动通信集团公司获得基于 T D - S C D M A 技术制式的3 G 业务经营许可。

4.3.4 广域网技术（传输网）

广域网主要提供面向通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换，与局域网相比, 其覆盖范围广、通信的距离远、需要考虑的因素增多，例如，线路的冗余、带宽的利用和差错处理等。广域网一般由电信部门负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务、流量统计和计费问题。

常用的广域网技术包括：同步光纤网络、数字数据网、帧中继和异步传输模式技术等。

1 . 同步光网络

同步光纤网络 （Synchronous Optical Network , S O N E T )和同步数字层级 （Synchronous
Digital Hierarchy , S D H )是一组有关光纤信道上的同步数据传输的标准协议。 S O N E T 是
由美国标准化组织颁布的标准， S D H 是由国际电信同盟颁布的标准，两者均为传输网络物理层技术，传输速率可高达 l0 Gbps , 除了使用的复用机制有所不同外，其余技术均相似。 S D H 的网络元素主要有同步光纤线路系统、终端复用器、分插复用器和同步数字交叉连接设备。典型的 S D H 应用是在光纤上的双环应用。

IPoverSDH 是以 S D H 网络作为IP 数据网络的物理传输网络，它使用链路适配和成帧协议对1 P 数据包进行封装，然后按字节同步的方式将封装后的 I P 数据包映射到 S D H的同步净荷封装中。目前，广泛使用点对点协议（ PointtoPointProtocol ， P P P ) 对 I P 数据包进行封装，并采用高级数据链路控制（ High-Level Data Link Control ， H D L C ) 的中贞格式。 P P P 提供多协议封装、差错控制和链路初始化控制等功能，而 H D L C 帧格式负责同步传输链路上的 P P P 封装的 I P 数据帧的定界。

2 . 数字数据网

数字数据网 （Digital Data Network , D D N ) 是利用数字信道提供半永久性连接电路，以传输数据信号为主的数字传输网络，可以满足各类租用数据专线业务的需要。归纳起来， D D N 有以下几个特点：

(1) 传输速率高。

在 D D N 网内的数字交叉连接复用设备能提供2 M b p s 或 TV X 64 ICbps U 2 M ) 速率的数字传输信道。

(2) 传输质堡:较高。

D D N 大量采用光纤传输系统，用户之间专有固定连接，网络时延小。

(3) 协议简单。

采用交叉连接技术和时分复用技术，由智能化程度较高的用户端设备来完成协议的转换，木身不受任何规程的约束，是全透明网，面向各类数据用户。

( 4 ) 灵活的连接方式。

可以支持数据、语音、图像传输等多种业务，它不仅可以和用户终端设备进行连接，也可以和用户网络连接，为用户提供灵活的组网环境。

( 5 ) 电路可靠性高。

采用路由迂冋和备用方式，使电路安全可靠。

( 6 ) 网络运行管理简便。

采用网络管理软件进行调度监控。

3 . 帧中继

帧中继是一种高性能的广域网技术，运行在 OSI / R M 的物理层和数据链路层，它是一种数据包交换技术，是 X .25 N 络的简化版本，比 X .25网络具有更髙的性能和更有效的传输效率。

帧中继仅完成 OSI / R M 物理层和数据链路层的核心功能，将流量控制和纠错等留给智能终端去完成，大大简化了节点之间的协议。同时，帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，•具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。帧中继技术适用于以下三种情况：

(1) 当用户需要数据通信，其带宽需求为64 Kbps 〜 2 M b p s , 而参与通信的各方多于两个的时候，使用帧中继是一种较好的解决方案。

(2) 通信距离较长时，应优选帧中继，因为帧中继的髙效性使用户能享有较好的经

济性。
( 3 ) 当数据业务量为突发性时，由于帧中继具有动态分配带宽的功能，选用帧中继能有效地处理突发性数据。

4 . 异步传输模式

异步传输模式 （Asynchronous Transfer M o d e , A T M ) 是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是-•种为多种业务而设计的通用的面向连接的传输模式，适用于局域网和广域网，具有高速数据传输率和支持多种类型（例如，语音、数据、传真、实时视频和图像等）的数据通信。
在 A T M 中，信元不仅是传输的基本单位，也是交换的信息单位，它是虚电路式分组交换的一个特例。与分组相比，由于信元是固定长度的，可以高速地进入处理和交换由于 A T M 技术简化了交换过程，去除了不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格 式 （5 3 个字节），所 以 A T M 交换速率大大高于传统的数据网，其典型数据速率为150 M b p s 〇

4.3.5网络接人技术

目前，接入 Internet 的主要方式有 P S T N 、 I S D N 、 A D S L 、 F T T x + L A N 和 H F C 接入等 5 种。

1. PSTN 接入

公用交换电话网络 （Public Switching Telephone Network ， P S T N ) 是指利用电话线拨号接入 Internet ,通常计算机需要安装一个 M o d e m (调制解调器）,将电话线插入到 M o d e m上，在计算机上利用拨号程序输入接入号码进行接入。 P S T N 的速度较低，一般低于64 Kbps 〇

2. ISDN 接入

综合业务数字网 （Integrated Services Digital Network , I S D N ) 俗 称 “一线通”，是在电话网络的基础卜.构造的纯数字方式的综合业务数字网，能为用户提供包括语音、数据、图像和传真等在内的各类综合业务。 I S D N 的基本速率接口为2 B + D 信道，共 144 Kbps带宽，一般使用 R J -45接口。最尚可提供30 B + D 的带宽，也称为初始速率接口 （PrimaryRate Interface , P R O , P R I 通过30个分立的或组合的64 K b p s 信道和一个16 K b p s 的 D 信道提供最高达2.048 M b p s 的传输速率。 I S D N 的 B 信道是基本信道，提供64 K b p s 带宽来传送语音或数据资料； D 信道作为控制信道，提 供 16 K b p s 或 64 K b p s 的带宽，在 I S D N网络端与用户端之间传输频带信号，此通道也可用于传输 X .25资料，但需要交换机的支持。 •

3. ADSL 接入

非对称数字用户线路 （Asymmetrical Digital Subscriber L o o p ， A D S L ) 的服务端设备
和用户端设备之间通过普通的电话线连接，无需对入户线缆进行改造，就可以为现有的大量电话用户提供 A D S L 宽带接入。随着标准和技术的成熟及成本的不断降低 ，A D S L日益受到电信运营商和用户的欢迎，成为接入 Internet 的主要方式之一。 A D S L 的特点是上行速度和下行速度不一样，并且往往是下行速度大于上行速度。目前，比较成熟的A D S L 标准主要有两种： G . D M T 和 G . Lite 。 G . D M T 是全速率的 A D S L 标准，提供8 M b p s的下行速率和1.5 M b p s 的上行速率，但要求用户安装分离器，而 G . Lite 是一种速率较慢的 A D S L , 它不需要在用户端进行线路的分离。 G . Lite 标准的最大下行速率为1.5 M b p s ,最大上行速率为512 K b p s 。

4. F T T x + L A N 接入

光纤通信是指利用光导纤维（简称为光纤）传输光波信号的一种通信方法，相对于以电为媒介的通信方式而言，光纤通信的主要优点有传输频带宽，通信容量大；传输损耗小；抗电磁千扰能力强；线径细、重量轻；资源丰富等。

(1) F T T x 技术。

随着光纤通信技术的平民化，以及高速以太网的发展，现在许多宽带智能小区就是采用以千兆以太网技术为主干，充分利用光纤通信技术完成接入的。实现高速以太网的宽带技术常用的方式是 F T T x + L A N (光纤+局域网），根据光纤深入用户的程度，可以分为5 种： F T T C ( FiberToTheCurb , 光纤到路边 ）、F T T Z C F i b e r T o T h e Z o n e ,光纤到小区 ）、F T T B (Fiber To The Building ,光纤到楼 ）、F T T F (Fiber To The Floor ,光纤到楼层）和 F T T H (Fiber To The H o m e , 光纤到户）。

(2) 无源光纤网络 （Passive Optical Network , P O N ) 技术。

P O N 是实现 F F T B 的关键技术，在光分支点不需要节点设备，只需安装一个简单的光分支器即可，因此，具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快和综合建网成本低等优点。

目前， P O N 主要有 A P O N ( A T M P O N ) 和 E P O N (Ethernet P O N ) 两种。

A P O N 选择 A T M 和 P O N 作为网络协议和平台，其上、下行方向的信息传输都采用 A T M
传输方案，下行速率为622 M b p s 或 155 M b p s , 上行速率为155 M b p s 。光节点到前端的距
离可长达10〜 20 kni , 或者更长。采用无源双星型拓扑结构，使用时分复用和时分多址
技术，可以实现信元中继、局域网互联、电路仿真、普通电话业务等； E P O N 是以太网
技术发展的新趋势，其下行速率为100 M b p s 或 1000 M b p s , 上行为100 M b p s 。在 E P O N
中，传送的是可变长度的数据包，最长可为65 535字节，简化了网络结构、提高了网络
速度。

PON是一种典型的无源光纤网络，是指 (光配线网中) 不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器 (Splitter) 等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端 (OLT)，以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元 (ONUs) 

5 . 同轴+光纤接入

同轴光纤技术 （Hybrid Fiber - Coaxial , H F C ) 是将光缆架设到小区，然后通过光电转换节点，利用有线电视 （Community Antenna Television ， C A T V ) 的总线式同轴电缆连接到用户，提供综合电信业务的技术。这种方式坷以充分利用 C A T V 原有的网络，由于具有建网快、造价低等特点，使其逐渐成为最佳的接入方式之一。

混合光纤同轴电缆（Hybrid Fiber Coax，简称HFC）是一种结合光纤与同轴电缆的宽带接入网，是一种以频分复用技术为基础，综合应用数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术的智能宽带接入网，是有线电视（CATV）和电话网结合的产物。

从接入用户的角度看，HFC是经过双向改造的有线电视网，但从整体上看，它是以同轴电缆网络为最终接入部分的宽带网络系统。

H F C 是由光纤干线网和同轴分配网通过光节点结合而成，一般光纤干线网采用星型结构，同轴电缆分配网采用树形结构。H F C 的用户端需要使用一个称为 Cable M o d e m (电缆调制解调器）的设备，它不单纯是一个调制解调器，还集成了调谐器、加/解密设备、桥接器、 N 络接口卡、虚拟专网代理和以太网集线器的功能于一身，它无须拔号、可提供随时在线的永远连接。

H F C 采用频分复用技术和64 Q A M 调制，其上行速率已达10 M b p s 以上，下行速率更高。

备注：

HFC把多路低速的、现存的同轴电缆信号，合成高速的、光纤传输的信号！！！

有合成，就得有分离的技术！！！