《计算机网络》全套PPT电子课件教案-第3章 局域网.ppt

第3章 局 域 网,3.1.1 局域网的定义和特性,3.1 局域网概述,局域网的定义从技术方面讲，是由特定类型的传输介质(如电缆、光缆和无线介质)和网络适配器(也称为网卡)互联在一起的计算机系统。 局域网从功能方面讲，是一组计算机和其他设备以允许用户相互通信和共享计算资源的方式互联在一起的系统。 局域网的分布范围小，投资少，配置简单，具有如下特征。 (1) 地理范围和站点数有限，通常为一个单位拥有。 (2) 易扩缩，易于管理，安全性高。 (3) 能方便地共享昂贵的外部设备、主机、软件和数据。 (4) 传输速率高，一般为120mb/s，光纤高速网可达100mb/s、1000mb/s。 (5) 支持传输介质种类多。 (6) 传输质量好，误码率低。,1. 星型拓扑结构,星型结构是最古老的一种连接方式，近年来由于hub(集线器)和双绞线大量用于局域网中，星型以太网以及多级星型以太网获得了非常广泛的应用。,以hub为中心的星型结构,星型树,2. 环型网络拓扑结构,环型结构中的传输介质从一个端用户到另一个端用户，直到将所有端用户连成环型，如图所示。这种结构消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。,环型网,环型结构的特点是：每个端用户都与两个相临的端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作。于是，便有上游端用户和下游端用户之称。,3. 总线型拓扑结构,总线型结构是使用同一介质或电缆连接所有端用户的一种方式，连接端用户的物理介质由所有设备共享，如图所示。,总线型网,这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其他站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能为一个端用户发送数据，其他端用户必须等待，直到通过竞争获得发送权。,3.1.2 局域网的基本部件,要构成局域网必须有其基本部件：第一个部件是计算机，分为服务器和用户工作站；第二个部件是介质，可以是同轴电缆、双绞线、光缆或无线介质；第三个部件是网卡，也称为网络适配器；第四个部件是将计算机与传输介质相连的各种连接设备，如db-15连接器、rj-45连接器等。具备了上述4种网络构件，便可搭成一个基本的局域网硬件平台。,有了局域网硬件环境，还需要控制和管理局域网正常运行的软件，即网络操作系统(nos，network operating system)，它是在pc原有的操作系统上增加网络所需的功能。目前常见的网络操作系统主要有windows nt、windows 2000、linux、unix、netware 4种。网络操作系统朝着能支持多种通信协议，多种网卡和工作站的方向发展。,3.1.3 ieee 802模型与协议,ieee 802模型是由美国电气和电子工程师协会(ieee)的802委员会(或称802工程)定义的局域网标准。,(1) 802.1：网络互联。 (2) 802.2：逻辑链路控制(llc)。 (3) 802.3：采用csma/cd访问方式的网络(以太网)。 (4) 802.4：令牌总线局域网。 (5) 802.5：令牌环局域网。 (6) 802.6：城域网。 (7) 802.7：技术顾问组。 (8) 802.8：光纤技术顾问组。 (9) 802.9：集成话音数据网络。 (10) 802.10：网络安全。 (11) 802.11：无线局域网。 (12) 802.12：需求优先权访问局域网(100basevg-anylan)。,3.2 共享介质的局域网,802.3是指采用csma/cd访问方式的网络，下面就介绍csma/cd协议。 csma/cd称为载波监听多路访问/碰撞检测(carrier sense multiple access with collision detection)，是指在总线型的网络内，所有接入总线的用户工作站，在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不发送数据，以免发生碰撞。但是这样仍然可能发生碰撞，因为当两个用户工作站都检测到总线上没有数据发送，并且同时发送数据时，就会产生碰撞。一旦发现总线上出现碰撞，就要立即停止发送，等待一段随机时间后再次发送。而它们等待的随机时间不同，这样就避免了再次发生碰撞。 csma/cd的特点主要为：各节点以竞争的方式强占对共享介质的访问权。轻负载时，效率较高；重负载时，冲突概率加大，效率低。所有节点共享介质，任何时刻只有一个节点在发信息。不适合实时传输。,(1) 10base-5以太网,10base-5以太网使用总线型拓扑结构，最大网段长度为500m，每个网段上的最大站点数为100个，使用粗同轴电缆作为传输介质，连接器类型为db-15型连接器。 10base-5以太网使用粗同轴电缆作为主干，通过收发器电缆将主机连接到主干电缆，收发器电缆又称为aui(attachment unit interface)电缆，一头是收发器，与主干电缆连接，另外一头连接到主机网卡的db-15型连接器，如图所示。,10base-5以太网,10base-2以太网使用总线型拓扑结构，最大网段长度为185m，每个网段上的最大站点数为30个，使用细同轴电缆作为传输介质，连接器类型为bnc接头。 10base-2以太网使用细同轴电缆作为主干，通过bnc t型头直接连接主机网卡的 bnc连接器插口，将主机直接接入网络。在主干的终端应加上bnc终端匹配器，防止因电缆裸露在外而产生游离信号，使网络无法正常工作。如果现有的细缆不够长，可以使用bnc的柱型头来连接两根较短的电缆。与10base-5以太网相比，细缆与主机的连接较为容易，细缆较粗缆便宜，并且相对柔软，布线时转弯较为容易，如图所示。,(2) 10base-2以太网,10base-2以太网,(3) 10base-t以太网,10base-t以太网是选用较多的网络类型。它使用星型拓扑结构，使用集线器作为中央节点，采用无屏蔽双绞线连接，最大网段长度为100m。,10base-t以太网,(4) 10base-t交换式以太网,随着以太网技术的发展，在以太网中使用了交换机，称为交换式以太网。它提高了整个以太网络的性能和每台工作站的可用带宽，也减少了误差冲突产生的概率。连接到以太网交换机端口上的可以是单台计算机，也可以是集线器。如果网络大到需要多个以太网集线器，可以将每个集线器连到交换机端口上，这样每个集线器都是一个独立的以太网段。如果将这些集线器直接简单地级联起来，合成的网络仅仅是一个逻辑以太网网段。,(5) 10base- f以太网,10base-f是802.3标准制定的使用光纤作为传输介质的标准，f代表光纤。由于使用了光纤作为传输介质，故传输距离长。,2. 100base-t以太网,100base-t以太网又称为快速以太网，传输100mb/s的基带信号，遵循ieee 802.3u标准，该标准是对现行的802.3标准的补充。 100base-t快速以太网是从10base-t以太网标准发展而来的，拓扑结构为以100base-t集线器为中心的星型结构。它保留了csma/cd协议，仍然使用802.3标准规定的mac帧格式，使10base-t和100base-t站点间进行数据通信时不需要进行协议转换。用户只要更换一张网卡，再配上一个100mb/s的集线器，就可以很方便地由10base-t以太网直接升级到100mb/s以太网，而不必改变网络的拓扑结构。所有在10base-t上的应用软件和网络软件都可保持不变。100base-t的网卡有很强的自适应性，能够自动识别10mb/s和100mb/s。 100base-t容易掌握，可以使用交换式集线器提供很好的服务质量，可以在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，csma/cd协议对全双工方式工作的快速以太网是不起作用的。但是网络中使用的帧的格式仍然是802.3标准规定的格式。,100base-t的主要特点如下。 采用与10base-t相似的层次协议结构，其中llc子层完全相同。 帧格式与10base-t相同，包括最小帧长为64b，最大帧长为1518b，帧间最小间隙为12b。 mac子层与物理层之间采用介质无关接口。 网络最大直径为205m。网络最大直径是100base-t的一个重要参数由csma/cd机制所决定，网络最大直径是由网络传播延时、传输速度和最小帧长决定的。,3. 千兆位以太网,千兆位技术仍然是以太网技术，采用与十兆位以太网相同的帧格式，全/半双工工作方式，csma/cd协议以及流量控制模式。由于该技术不改变传统以太网络的帧结构、网络协议、桌面应用、操作系统以及布线系统，因此该技术的市场前景十分好。虽然千兆位以太网也是一种高速局域网，但由于它发展得很快，还将继续升级为10gb以太网。,千兆位以太网技术有两个标准：ieee 802.3z和ieee 802.3ab。 802.3z制定了关于1000base-x标准，使用3种介质。 (1) 1000base-sx：sx表示短波。使用纤芯直径不同的多模光纤，传输距离为275m和550m。 (2) 1000base-lx：lx表示长波。使用多模光纤，传输距离为550m，使用单模光纤，传输距离为5km。 (3) 1000base-cx：cx表示铜线。使用两对stp, 传输距离为25m。 (4) 802.3ab制定了关于1000base-t标准：使用4对5类utp, 传输距离为100m。,千兆位以太网,4. 万兆以太网 让人们感到欣喜的是，ieee又制定出了万兆以太网的标准802.3ae，即10gb以太网。万兆以太网并非将千兆以太网的速率简单地提高10倍，其中有许多技术上的问题要解决。下面介绍万兆以太网的主要特点。 万兆以太网的帧格式与10mb/s、100 mb/s和1gmb/s以太网的帧格式完全相同，并且保留了802.3规定的以太网最小和最大帧长。这就使用户在以太网升级后，仍然能和低速的以太网方便地通信。 由于数据率很高，万兆以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输介质。它使用长距离(超过40km)的光收发器与单模光纤接口，以便能在广域网和城域网的范围工作。 万兆以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用csma/cd协议。这就使得万兆以太网传输距离不再受碰撞检测的限制而大大提高了。,3.2.2 ieee 802.5标准与token ring,1. 令牌传送的访问方式,令牌环网的所有节点(计算机)通过环接口设备(又被称为环中继转发器(rpu)接入环路，一系列的传输介质(也称链路)和rpu形成了一个环路。,2. 令牌环网的优先级系统,令牌环有一个复杂的优先级系统，可以让用户指定的节点优先发送数据。令牌帧中有两个字段用于控制优先级：优先级域和保留域。,3. 令牌环网的差错管理机制,令牌环网中设置一个节点作为活动监视器，它可以是网络中的任何一个节点，用于监视网络性能和其他节点的动作。,4. ibm令牌环网,令牌环网是由ibm于1970年开发的，现在它仍然是ibm主要的局域网技术。,(1) ibm令牌环网的连接 ibm令牌环网的物理连接方式是由许多线集中器(msau)组成一个大环，计算机直接连接到msau上，如图所示，ibm令牌环网由如下部分组成：多路访问器(线集中器)msau、ibm令牌环网网络适配卡和缆线系统(非屏蔽双绞线/屏蔽双绞线)。,ibm令牌环,(2) ibm令牌环帧格式,ibm令牌环网同样支持两种帧格式：令牌帧和数据/命令帧。令牌帧为3字节，包括开始标记、访问位和结束标记；数据/命令帧因信息域的不同而大小不一，数据帧为上层协议传送数据，而命令帧则传送控制命令，并没有包括提供给上层协议的数据，格式如图所示。,ibm令牌环帧格式,3.2.3 ieee 802.4标准与token bus,ieee 802.4就是令牌总线(token bus)网。ieee 802.4委员会已经定义了令牌总线标准是宽带网络标准，与以太网的基带传输技术区别。令牌总线网络通过总线拓扑结构，使用75欧姆catv同轴电缆构造。802.4标准的宽带特性，支持在不同的信道上同时进行传输。宽带电缆有较长的传输能力，传输率可达10mb/s。,令牌总线网络(token bus)完全采用半双工的操作方式，只有获得令牌的节点才能发送信息，其他节点只能接收信息，或者被动地发送信息，即在拥有令牌的节点要求下发送信息。,3.2.4 实训2：网卡安装与配置,实训目的： 通过实例学习局域网的组建，增强实际工作能力，学习对具体问题的处理方法，在实践中加深学习和认识局域网技术。 实训内容： 网卡的安装与配置。 实训环境： windows 2000操作系统。,实训步骤：,1. 网卡的硬件安装,查看网卡mac地址 在windows 2000下要想查看网卡的mac地址，可以通过下面的办法： (1) 单击“开始”选择“运行”命令，出现如图3.12所示的“运行”对话框。 (2) 在“打开”栏内输入cmd并按回车键，如图3.12所示。“cmd”命令用于打开命令提示符窗口，也可在“开始”菜单的“附件”中单击“命令提示符”，打开命令提示符窗口。,“运行”对话框,(3) 在命令提示符窗口中输入ipconfig/all并按回车键，将出现网络的配置信息，如图3.13所示，其中包含网卡的mac地址。,网卡mac地址,网卡mac地址,2. 网卡的配置,网卡设备驱动程序安装完成后，通过“控制面板”“网络”“属性”选项卡的设置.,3. 网卡安装故障检查方法,设备管理器窗口,3.2.5 实训3：对等网络资源共享 实训目的： 通过实例学习局域网的组建，增强实际工作能力，学习对具体问题的处理方法，在实践中加深学习和认识局域网技术。 实训内容： 两台计算机直接互联、组建局域网。 (1) 简单的将两台电脑通过双绞线互联起来，实现资源共享，或为了跟邻居玩联网游戏，而不需要 hub，都可以使用下面的方法。 (2) 组建一个有30多台计算机的局域网，通过一台48口的交换机连接，主机之间可以通过局域网相互访问。 实训环境： 计算机、集线器。 实训步骤：,1. 两台计算机直接互联的简单方法,t568a和t568b标准,2. 组建局域网,局域网拓扑图,客户机的ip地址配置,3.3 无线局域网,3.3.1 无线局域网的组成,ieee802.11的扩展服务集,对等无线局域网,3.3.2 无线局域网硬件设备介绍,1. 无线网络网卡,无线网卡同有线网络中的网卡一样，是接入无线局域网的重要硬件设备。对应于不同的无线接入技术，同样有不同的无线网卡，用户必须选定与之匹配的无线网卡。 可以从不同的角度对无线网卡进行分类，从无线网卡采用的接口划分，有pci无线网卡(包括isa接口)、usb无线网卡和pcmcia无线网卡(包括cf接口)。,2. 无线hub 无线hub在功能上相当于有线网络设备中的集线器(hub)，将远程局域网连接起来形成一个大的局域网段。也可与网桥或路由器等配合使用接入互联网。通常，无线hub使用以太网接口，采用半双工通信方式，即接收和发送共用同一通信信道，既可用于点对点通信连接，也可建立点对多点通信网络。,3. 无线网桥 无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥可以无缝地将相隔数十公里的局域网络连接在一起，创建统一的企业或城域网络系统。在最简单的网络构架中，网桥的以太网端口连接到局域网中的某个集线器或交换机上，信号发射端口则通过电缆和天线相连接；通过这样的方式实现现有网络系统的扩展。 无线网桥的应用主要有以下几种结构：点对点型、点对多点型和混合型。3种结构都有不同的适用场合，用户可根据实际应用选择。,4. 无线modem 实现物理层连接功能。一般需与网桥或路由器等配合使用。通常无线modem提供rs232、x.21和v.35等广域网端口，只能用于点对点通信。它采用全双工通信方式，即接收和发送使用各自的通信信道。,3.3.3 无线局域网的协议802.11,1. 802.11的物理层 802.11标准的物理层技术实现方法主要有3种。扩频(spread spectrum)技术；窄带(narrow band)技术；红外(infrared)技术。而扩频又分为直接序列(direct sequence，ds)扩频技术(简称直扩)和跳频(frequency hopping，fh)扩频技术。,2. 802.11的mac层 802.11标准中的mac层是该标准的重点。它定义了无线局域网使用载波侦听多点接入/碰撞避免(csma/ca，collision avoidance)协议的访问方法。该层包括两个子层，下面一个子层为不协调功能(dcf，distributed coordination function)，它在每一个节点使用csma机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权，因此dcf向上提供争用服务。上面一个子层叫点协调功能(pcf，point coordination function)，它使用集中控制的接入算法，用探询的方法将发送数据权轮流交给各个站，从而避免了碰撞的产生。对等无线局域网中没有pcf。pcf使用集中控制的接入算法，在接入点ap实现集中控制，用类似于探询的方法将发送数据权轮流交给各站，从而避免了碰撞的产生。,3.3.4 无线局域网的新标准,1999年8月，802.11标准得到了进一步的完善和修订，另外还增加了两项内容，一种是802.11a，它扩充了标准的物理层，频带为5ghz，采用qfsk调制方式，传输速率为6mb/s至54mb/s。它采用正交频分复用的独特扩频技术，可提供25mb/s的无线atm接口和10mb/s的以太网无线帧结构接口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合的要求。但是，采用该标准的产品目前还没有进入市场。 另一种是802.11b标准，采用2.4ghz频带和补偿编码键控调制方式。该标准可提供11mb/s的数据速率，大约是现有ieee标准wlan速度的5倍，还能够支持5.5 mb/s 和 11 mb/s两种新速率。而且802.11b可以根据情况的变化，在11mb/s、5.5 mb/s、2 mb/s、1mb/s的不同速率之间自动切换。它从根本上改变 wlan设计和应用现状，扩大了wlan的应用领域，现在，大多数厂商生产的wlan产品都基于802.11b标准。 新一代无线局域网标准802.11g已经由ieee批准这种新标准可以和过去的网络技术同时运行，即无须对现有设备升级换代，但仍然处于试验阶段。该系统标准的传输速度从现有的802.11b的11mb/s提高到了54mb/s。,3.3.5 实训4：安装配置无线局域网,实训目的： 设计一个具有多台pc和笔记本电脑，通过adsl接入互联网的无线计算机局域网络。 实训内容： 网络中各节点以对等无线局域网的方式连接，并选用一台pc作为服务器接入internet。 实训环境： windows xp操作系统 实训步骤：,1. 安装无线网络服务器,安装设置作为服务器接入互联网的计算机，给该计算机加装两块网卡，其中一块普通网卡用于连接adsl设备，另一块为无线网卡(带宽为11m)，用来连接局域网内的其他计算机。,2. 配置网络服务,为用于服务器的计算机配置网络服务。选择该计算机的“控制面板”，打开“网络连接”，选择它的adsl宽带连接的图标，利用其快捷菜单打开它的“属性”对话框，在对话框中打开“高级”选项卡，并选中“允许其他网络用户通过此计算机的internet连接来连接(n)”复选框，如图所示。,【adsl属性】对话框,3. 安装联网终端,(1) 在控制面板中打开如图所示的“网络连接”窗口。,“网络连接”窗口,(2) 右键单击“