《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件-第4章 局域網(wǎng)技術(shù)

第4章局域網(wǎng)技術(shù)本章介紹的具體內(nèi)容局域網(wǎng)的定義和特點局域網(wǎng)的組成局域網(wǎng)協(xié)議及模型典型的局域網(wǎng)協(xié)議標準常用的局域網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)的組建和使用4.1局域網(wǎng)的基本概念局域網(wǎng)發(fā)展于20世紀70年代，個人計算機的增多推動了局域網(wǎng)的發(fā)展。1975年美國施樂(Xerox)推出的以太網(wǎng)成為了局域網(wǎng)標準。1982年修訂推出了DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約IEEE的802.3標準。DIXEthernetV2標準與IEEE的802.3標準只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網(wǎng)4.1局域網(wǎng)的基本概念定義：局域網(wǎng)是將較小區(qū)域內(nèi)的各種通信設(shè)備互連在一起的通信網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)的三個屬性：（1）局域網(wǎng)是一個通信網(wǎng)絡(luò)（2）通信設(shè)備：計算機、終端等（3）較小區(qū)域：可以是一個建筑物內(nèi)問題：一個校園網(wǎng)是嗎？4.1.1局域網(wǎng)的特性1、局域網(wǎng)的典型特性：（1）高數(shù)據(jù)速率（10Mbps~10000Mbps）（2）范圍小（0.1km~25km）（3）低誤碼率（10-8~10-11）4.1.1局域網(wǎng)的優(yōu)點2、局域網(wǎng)的優(yōu)點：(1)組網(wǎng)方便(2)使用靈活(3)信號傳輸速度快(4)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費用低(5)適合于中小單位的計算機聯(lián)網(wǎng)4.1.2局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)習慣上，根據(jù)纜線的鋪設(shè)形式，將局域網(wǎng)分類為星形、總線形、環(huán)形局域網(wǎng)。星形結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)中通信線路和結(jié)點（計算機或設(shè)備）的幾何排列形式。常見的幾種計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)：星型、總線型、環(huán)型、網(wǎng)狀型、樹型（a）物理連接（b）拓撲圖結(jié)點鏈路通路

1.星形結(jié)構(gòu)：

1.星形結(jié)構(gòu)：特點：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于管理（集中式）線路利用率低中心處理機負載重

入網(wǎng)機故障，網(wǎng)絡(luò)可正常工作；

中心機故障，網(wǎng)絡(luò)癱瘓2.總線型結(jié)構(gòu)：2.總線型結(jié)構(gòu)：特點：

多臺機器共用一條傳輸信道

信道利用率較高；

同一時刻只能由兩臺計算機通信

某個結(jié)點的故障不影響網(wǎng)絡(luò)的工作

網(wǎng)絡(luò)的延伸距離有限，結(jié)點數(shù)有限3.環(huán)型結(jié)構(gòu)3.環(huán)型結(jié)構(gòu)特點：實時性較好每個結(jié)點只與相鄰兩個結(jié)點有物理鏈路某個結(jié)點的故障將導致物理癱瘓結(jié)點數(shù)有限

4.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)點之間的連接不唯一，完整性、可靠性高主要用于覆蓋范圍大入網(wǎng)主機多（機型多）的環(huán)境，常用于構(gòu)造廣域網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀（不規(guī)則）結(jié)構(gòu)5、樹狀結(jié)構(gòu)物理星型網(wǎng)絡(luò)邏輯星型網(wǎng)絡(luò)主機按照組網(wǎng)方式分類：對等網(wǎng)、專用服務(wù)器局域

網(wǎng)、客戶機/服務(wù)器局域網(wǎng)按照介質(zhì)訪問控制方法分類：共享介質(zhì)局域網(wǎng)、

交換式局域網(wǎng)4.1.3局域網(wǎng)的分類4.1.4局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)1、局域網(wǎng)參考模型4.1.4局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標準，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的局域網(wǎng)對LLC子層

是透明的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物理層站點1網(wǎng)絡(luò)層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)IEEE802局域網(wǎng)參考模型各層功能物理層功能：物理連接以及媒體上的傳輸數(shù)據(jù)。MAC的主要功能：

1、將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進行發(fā)送

（接收時進行相反的過程，將幀拆卸）

2、處理介質(zhì)爭用問題

3、差錯檢測

4、實現(xiàn)幀的尋址

IEEE802局域網(wǎng)參考模型各層功能LLC的主要功能：

1、建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接

2、提供與高層的接口

3、差錯控制

4、給幀加上序號

提供面向連接和面向無連接的服務(wù)局域網(wǎng)IEEE802協(xié)議標準系列IEEE802.1---網(wǎng)間互聯(lián)定義；IEEE802.2---邏輯鏈路控制協(xié)議（LLC）；IEEE802.3---載波偵聽多路訪問/沖突檢測IEEE802.4---令牌總線（Token-Bus）IEEE802.5---令牌環(huán)（Token-Ring）IEEE802.6---城域網(wǎng)訪問方法和物理層規(guī)范……4.3介質(zhì)訪問控制方法介質(zhì)訪問控制是解決當局域網(wǎng)中公用信道的使用產(chǎn)生競爭時，如何分配信道的使用權(quán)。（在同一時間只能允許一臺計算機發(fā)送數(shù)據(jù)）局域網(wǎng)中主要有兩種介質(zhì)訪問控制方法：1）隨機型介質(zhì)訪問控制協(xié)議：所有的用戶可隨機地發(fā)送信息，如CSMA/CD2）受控型介質(zhì)訪問控制協(xié)議：用戶不能隨機地發(fā)送信息而必須服從一定的控制，如令牌方式4.3介質(zhì)訪問控制方法4.3.1以太網(wǎng)（Ethernet）的工作原理載波偵聽多路訪問(CSMA)1）站點發(fā)送首先監(jiān)聽2）若介質(zhì)空閑則發(fā)送3）若介質(zhì)忙，則等待一定時間間隔后重試IEEE802.3標準三種推遲算法：

1-堅持型：始終監(jiān)聽，空閑發(fā)送數(shù)據(jù)

非堅持型：隨機監(jiān)聽，空閑發(fā)送數(shù)據(jù)

P-堅持型：隨機監(jiān)聽，p概率發(fā)送數(shù)據(jù)4.3介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CD:載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為：

先聽后發(fā)邊聽邊發(fā)沖突停止延遲重發(fā)結(jié)點B結(jié)點A結(jié)點C結(jié)點D結(jié)點EEthernetCSMA/CD的特點（1）共享媒體，任何時刻只有一個結(jié)點在發(fā)信息（2）競爭，各結(jié)點搶占對共享媒體的訪問權(quán)（3）輕負載時，效率較高（4）重負載時，沖突概率加大，效率低（5）難以測定等待時間，不適合實時傳輸4.3.2令牌環(huán)的工作原理令牌環(huán)網(wǎng)工作原理具有特定格式的令牌幀繞環(huán)行使；希望發(fā)送信息的結(jié)點將數(shù)據(jù)組成MAC幀，并僅在獲得令牌之后，才可進行發(fā)送動作；每個結(jié)點均執(zhí)行環(huán)內(nèi)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；只有接收結(jié)點進行數(shù)據(jù)幀的復制和接收；發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)點在收到繞環(huán)一周的幀后，撤出該幀并釋放令牌。令牌環(huán)的工作原理演示：4.3.3令牌總線的工作原理工作原理在總線的基礎(chǔ)上，通過在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點之間有序地傳遞令牌來分配各結(jié)點對共享型總線的訪問權(quán)利，形成閉合邏輯環(huán)路。abcded,c,ac,e,ba,b,ce,a,db,d,e4.3.4無線介質(zhì)訪問控制方法在有線網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過無線集線器、無線訪問接入點、無線網(wǎng)卡等設(shè)備使無線通信得以實現(xiàn)。4.3.4無線介質(zhì)訪問控制方法IEEE802.11藍牙Zigbee4.3.4無線介質(zhì)訪問控制方法無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用CSMA/CD協(xié)議。這里主要有兩個原因。CSMA/CD協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時，還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實現(xiàn)這種功能就花費過大。在無線網(wǎng)中，并非所有的站點都能聽見對方。而所有站點都能聽見對方是實現(xiàn)CSMA/CD所必備的。無線局域網(wǎng)的特殊問題當A和C檢測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題(hiddenstationproblem)A的作用范圍C的作用范圍ABCD無線局域網(wǎng)的特殊問題B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露站問題(exposedstationproblem)ADCB？B的作用范圍C的作用范圍CSMA/CA協(xié)議無線局域網(wǎng)不能使用CSMA/CD，而只能使用改進的CSMA協(xié)議。1）發(fā)送前檢測，若信道空閑轉(zhuǎn)第三步，若忙轉(zhuǎn)第二步；2）站點等待一段時間轉(zhuǎn)第一步；3）發(fā)送數(shù)據(jù)前，先發(fā)送RTS幀，接收端收到回復CTS；4）站點收到CTS后開始發(fā)送數(shù)據(jù)報；5）一段時間后，站點沒有收到回應(yīng)則認為發(fā)生了沖突，轉(zhuǎn)第一步；覆蓋范圍幾種無線網(wǎng)絡(luò)的比較1Gb/s100Mb/s10Mb/s1Mb/s100kb/s10kb/s用戶數(shù)據(jù)率PANLANMANWAN802.15.4ZigBee802.15.1藍牙802.15.3超寬帶802.11g,a802.11b802.162G移動通信3G移動通信4G移動通信Wi-FiWiMAX4.4常用的局域網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)率（Mbps）基帶信號(采用曼徹斯特編碼基帶傳輸)段最大長度（百米）10Base-54.4.1以太網(wǎng)(Ethernet)1.10Base5

粗纜vampiretapBNC端子收發(fā)器AUI電纜NIC最大段長度500米每段最多站點數(shù)100網(wǎng)絡(luò)最大跨度2.5公里

10Mbps以太網(wǎng)的中繼規(guī)則在10Mbps的以太網(wǎng)中，使用5-4-3的規(guī)則：總共允許有5個網(wǎng)段；在信道上只允許連接4個轉(zhuǎn)發(fā)器；可以有3個網(wǎng)段連接客戶機；2.10Base2細纜BNC接頭NIC段最大長度185m每段最多站點數(shù)30單網(wǎng)段最大長度為185米，最多節(jié)點30個兩節(jié)點之間最小距離0.5米2個網(wǎng)段的距離為370米3.10BaseT集線器的作用相當于一個多端口的中繼器（轉(zhuǎn)發(fā)器），數(shù)據(jù)從集線器的一個端口進入后，集線器會將這些數(shù)據(jù)從其他所有端口廣播出去。NIC最大長度100m4.4.3快速以太網(wǎng)100BASE-T快速以太網(wǎng)。100BASE-T的標準為802.3u，作為802.3的補充100BASE-T要求星型布線結(jié)構(gòu)100Base-T的四種標準：100Base-TX：支持2對五類（UTP）100Base-T4：支持4對UTP100Base-T2:支持2對UTP100Base-FX：多模或單模光纖快速以太網(wǎng)的應(yīng)用使用非屏蔽5類雙絞線以星型連接的方式連接以太網(wǎng)節(jié)點（工作站和服務(wù)器）交換機交換機100Base-TX集線器100Base-TX集線器100Mbps的鏈路采用5類UTP的100Mbps鏈路10Base-T集線器10Mbps的鏈路4.4.4千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)產(chǎn)生的背景千兆以太網(wǎng)保留傳統(tǒng)的1000Base-T的所有特征GigabitEthernet標準的工作是從1995年開始1000M交換機交換機100M交換機1000M1000M100M100M10M交換機10M服務(wù)器千兆以太網(wǎng)4.4.5高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)背景工作站的處理能力增強各種應(yīng)用的功能越來越強服務(wù)器的集中化文件的大小日益增加網(wǎng)絡(luò)用戶和工作站數(shù)目的日益增加4.4.6交換式以太網(wǎng)4.4.7光纖分布式數(shù)字接口光纖分布式數(shù)字接口—環(huán)形網(wǎng)特例（FDDI）為獲得方便、高速、可靠的效果，F(xiàn)DDI借鑒802.5標準，采用雙環(huán)光纖構(gòu)建。 FDDI外環(huán)內(nèi)環(huán)光纖集中器結(jié)點4.4.7光纖分布式數(shù)字接口特征傳輸媒體：多模光纖或單模光纖（數(shù)字信道）傳輸編碼：編碼中攜帶同步信號傳輸速率：100Mbps傳輸距離：單段<2km（多模）或100km（單模）環(huán)路長度：小于200km；附接站點數(shù)：小于1000個4.4.8虛擬局域網(wǎng)（VLAN）虛擬局域網(wǎng)是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組，而這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個VLAN的計算機可處在不同的局域網(wǎng)中4.4.8虛擬局域網(wǎng)（VLAN）4.4.9無線局域網(wǎng)以太網(wǎng)標準IEEE規(guī)范公布時間速率拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)段長度支持介質(zhì)10Base5802.3198310M總線50050Ω粗纜10Base2802.3a198810M總線18550Ω細纜1Base5802.3c19881M星型2502對3類UTP（100Ω）10Base-T802.3i199010M星型1002對3類UTP（100Ω）10Broad36802.3b198810M總線180075Ω同軸電纜10Base-TF802.3i199210M星型20002股多模/單模光纜100Base-TX802.3u1995100M星型1002對5類UTP（100Ω）100Base-T4802.3u1995100M星型1004對3類UTP（100Ω）100Base-TF802.3u1995100M星型20002股多模/單模光纜1000Base-SX802.3z1998年6月1000M星型26062.5μm芯多模光纜52550μm芯多模光纜1000Base-LX802.3z1998年6月1000M星型55062.5μm芯多模光纜52550μm芯多模光纜3000單模光纜1000Base-CX802.3z1998年6月1000M星型25STP同軸電纜1000Base-T802.3ab19991000M星型10005類UTP（100Ω常用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一覽表4.5簡單局域網(wǎng)的構(gòu)建實例

4.5.1局域網(wǎng)的主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備：服務(wù)器和工作站網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備：網(wǎng)卡、中繼器、集線器、交換機傳輸媒體:雙絞線、細同軸電纜、光纖2、雙絞線組網(wǎng)方法1基本的硬件設(shè)備：帶RJ-45接口的以太網(wǎng)