局域网技术基础.ppt

第 1 章,局域网组建与管理电子教案,局域网技术基础,学习目标,掌握局域网基本概念、特点、功能和拓扑结构 理解TCP/IP模型、OSI模型及其各层次的主要功能 理解共享式以太网、交换式以太网和高速局域网的实现原理 理解FDDI的特点和拓扑结构 理解VLAN的作用、标准及其实现技术 理解WLAN的工作原理、关键技术和标准,1.1 局域网技术概述,1.1.1 局域网概念 1.1.2 局域网特点与功能 1.1.3 局域网拓扑结构,1.1.1 局域网概念,所谓局域网，是指范围在几十米几千米内办公楼群或者校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。局域网(Local Area Network，LAN)。,1.1.2 局域网特点与功能,LAN覆盖的地理范围小 LAN的传输率高且误码率低 LAN主要以微型机为建网对象 可选用价格低廉的双绞线、同轴电缆或者价格较贵的光纤，以及无线局域网 通常属于某一个单位所有、管理和应用 便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短,1.1.3 局域网拓扑结构,几种常用的网络拓扑结构 总线型(BUS) 星型(STAR) 树型(TREE) 环型(RING) 网状结构(MESH) 全互联型结构(FULL INTERCONNECTION),1.1.3 局域网拓扑结构,总线型(BUS)拓扑结构的特点 (1) 安装简单，所需通信器材、线缆的成本低，扩展方便(但不支 持动态扩展，即在网络工作时增减节点) (2) 由于采用竞争方式传送信息，故在重负荷下效率明显降低 (3) 总线的某一接头接触不良时，会影响到网络的通信，导致整个网络瘫痪,1.1.3 局域网拓扑结构,星型(STAR)拓扑结构的特点 (1) 结构形式和控制方法比较简单，便于管理和服务 (2) 线路总长度较长，中心节点需要网络设备(集线器或者交换 机)，成本较高 (3) 每个连接只接一个节点，当连接点发生故障时，只影响一个节点，不会影响整个网络 (4) 当中心节点出现故障时会造成全网瘫痪，所以，对中心节点可靠性和冗余度（可扩展端口）的要求很高,1.1.3 局域网拓扑结构,树型(TREE)拓扑结构的特点 (1) 结构比较灵活，易于进行网络的扩展 (2) 与星型拓扑结构相似，当根节点出现故障时，会影响到整个网络,1.1.3 局域网拓扑结构,环型(RING)拓扑结构的特点 环型拓扑结构的优点在于结构比较简单，安装方便，传输率较高。但单环结构的可靠性较差，当某一节点出现故障时，会引起通信中断。,1.1.3 局域网拓扑结构,网状结构(MESH)的特点 在网状拓扑结构中，若某条通路出现故障或者拥挤阻塞时，可绕道其它通路传输信息。因此，它的可靠性较高，但是它的成本也较高。,1.1.3 局域网拓扑结构,全互联型结构(FULL INTERCONNECTION)的特点 在全互联型拓扑结构中，每一个节点都有一条链路与其他节点直接相连，所以它的可靠性较高。但这种拓扑结构成本较高，一般除了特殊场合外，都较少使用。,1.2 TCP/IP体系结构,1.2.1 协议与网络体系结构概念 1.2.2 TCP/IP参考模型 1.2.3 TCP/IP与OSI体系结构比较 1.2.4 TCP/IP协议,1.2.1 协议与网络体系结构概念,协议 网络协议就是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或者约定。一个网络协议主要由以下三个要素组成： (1) 语法：确定通信双方“如何讲”，定义了数据格式、编码和信号电平等 (2) 语义：确定通信双方“讲什么”，定义了用于协调同步和差错处理等控制信息 (3) 同步：确定通信双方“讲话的次序”，定义了速度匹配和排序等,1.2.1 协议与网络体系结构概念,网络体系结构 计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。层次体系结构主要有以下优点： (1) 各层相对独立 (2) 设计灵活 (3) 易于实现和维护 (4) 易于标准化,1.2.2 TCP/IP参考模型,TCP/IP参考模型是当前的工业标准或者Internet的事实标准。它共有四个层次： (1) 应用层 (2) 传输层 (3) 网络互联层 (4) 网络接口层,1.2.3 TCP/IP与OSI体系结构比较,尽管在OSI的框架内开发了很多有用的协议，但全面的七层模型并没有真正实现，而TCP/IP体系结构则在现实的网络世界中占据支配地位。TCP/IP与OSI这两种体系结构的对比如下所示：,1.2.4 TCP/IP协议,TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，而不仅仅是TCP和IP。 应用层协议 (1) FTP协议: FTP使用两个并行的TCP连接来传送文件，一个是控制连接，另一个是数据连接。 (2) TELNET协议: TELNET协议是TCP/IP协议族中的一员，是Internet远程登录服务的标准协议。为了适应异构环境，TELNET协议定义了数据和命令在Internet上的传输方式。TELNET采用选项协商机制来解决异构性问题。 (3) HTTP协议: HTTP协议用于传送WWW方式的数据。HTTP协议采用了请求/响应模型。客户端向服务器发送一个请求，服务器以一个状态行作为响应。,1.2.4 TCP/IP协议,传输层协议 (1) UDP协议: UDP协议是与TCP相对应的无连接协议，它不与对方建立连接，而是直接把数据包发送过去。UDP协议使用不同的端口号为不同的应用保留其各自的数据传输通道。UDP协议适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。 (2) TCP协议: TCP协议是面向连接的协议，也就是说，在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。 TCP协议与UDP协议的区别如下：,1.2.4 TCP/IP协议,网络互联层协议 (1) IP协议: IP协议是一种不可靠的协议，无法进行差错控制。IP层接收由更低层(如网络接口层)发来的数据包,并把该数据包发送到更高层(如TCP层或者UDP层)；相反,IP层也把从TCP层或者UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包中含有发送它的主机的地址(源地址)和接收它的主机的地址(目的地址)。由于IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者是没有被破坏的，因此，IP数据包是不可靠的。 (2) ICMP协议: ICMP协议(Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议)用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。,1.2.4 TCP/IP协议,网络互联层协议 (续1) (3) ARP协议: ARP协议(Address Resolution Protocol，地址解析协议)是一种将IP地址转换成与IP对应的网卡的物理地址的一种协议，或者说ARP协议是一种将IP地址转换成MAC（Medium Access Control，介质访问控制）地址的协议。 (4) RARP协议: RARP协议(Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议)用于这样一种特殊情况，如果站点初始化以后，只有自己的物理地址而没有IP地址，则它可以通过RARP协议，发出广播请求，征求自己的IP地址，而RARP服务器则负责回答。,1.2.4 TCP/IP协议,网络接口层协议 (1) SLIP协议: SLIP协议（Serial Line Internet Protocol，串行线路网际协议）是通过封装IP数据包，从而在运行TCPIP的网络设备间通过串行线传输数据的协议。 (2) PPP协议: PPP协议(Point-to-Point Protocol，点到点协议)是为在同等单元之间传输数据包等简单链路设计的链路层协议。,1.3 局域网层次结构,1.3.1 物理层主要功能 1.3.2 数据链路层主要功能 1.3.3 局域网标准,1.3.1 物理层主要功能,物理层提供在物理层实体间发送和接收比特的能力。物理层要实现电气、机械、功能和规程四大特性的匹配。 物理层的主要功能是： (1) 信号的编码与译码 (2) 为进行同步用的前同步码的产生与去除 (3) 比特的传输与接收,1.3.2 数据链路层主要功能,数据链路层按功能可划分为MAC子层和LLC子层两个子层。 MAC子层的主要功能 (1) 将上层交下来的数据封装(拆卸)成帧进行发送(接收) (2) 实现和维护MAC协议 (3) 比特差错检测 (4) 寻址 LLC子层的主要功能 (1) 建立和释放数据链路层的逻辑连接 (2) 提供与高层的接口 (3) 差错控制 (4) 给帧加上序号,1.3.3 局域网标准,IEEE802委员会下辖多个委员会，提出了一系列的标准文本: (1) IEEE 802.1A：体系结构 (2) IEEE 802.1B：寻址、网间互连和网络管理 (3) IEEE 802.2：逻辑链路控制 (4) IEEE 802.3：CSMA/CD访问控制与物理层规范 (5) IEEE 802.4：令牌总线访问控制与物理层技术规范 (6) IEEE 802.5：令牌环访问控制与物理层技术规范 (7) IEEE 802.6：城域网访问控制与物理层技术规范 (8) IEEE 802.7：宽带局域网技术标准 (9) IEEE 802.8：光纤网络技术标准 (10) IEEE 802.9：综合业务数字网技术 (11) IEEE 802.10：局域网安全标准 (12) IEEE 802.11：无线局域网 (13) IEEE 802.12：按需优先局域网 (14) IEEE 802.14：电缆电视,1.4 以太网技术,1.4.1 共享式以太网 1.4.2 交换式以太网 1.4.3 高速以太网,1.4.1 共享式以太网,共享式以太网是基于广播方式来发送数据的 共享式以太网是一种基于“竞争”的网络技术。也就是说，网络中的主机将尽其所能地占用网络发送数据 共享式以太网这种“带宽竞争”的机制使得“冲突”或者“碰撞”几乎不可避免，而且网络中的主机越多，碰撞的机率越大 共享式以太网采用了载波监听多路访问/冲突检测(Carries Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD)机制来进行传输控制 共享式以太网存在的问题是，如果网络中用户较多时，碰撞的机率将会大大增大,1.4.2 交换式以太网,工作原理 它检测从以太端口来的数据帧的源和目的MAC地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，并将数据帧发送给相应的目的端口。若数据帧的源MAC地址不在查找表中，则在转发数据帧的同时将该地址加入查找表中。,1.4.2 交换式以太网,交换方式 直通方式 工作过程：利用了目的地址在数据帧的最前面这一特点。不需要将整个数据帧先缓存后再进行处理，而是在接收数据帧的同时就立即按照数据帧的目的地址决定该帧的转发端口并进行转发。 主要优点：由于不需要存储，故延迟非常小，交换非常快。 主要缺点：(1) 它不对所传送数据帧进行检查就直接将该帧转发出去，因此有可能将一些无效帧转发给其它站点； (2) 当以太网络交换机的端口增加时，交换矩阵变得越来越复杂，实现起来相当困难。,1.4.2 交换式以太网,交换方式 (续1) 存储转发方式 工作过程：从输入端口接收并暂存该数据帧,在进行循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check,CRC）检查之后，才根据数据帧目的地址把该帧转发到适当的输出端口。 主要优点：它可以对进入交换机的数据帧进行错误检测，尤其重要的是它可以支持不同速度的输入/输出端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作 。 主要缺点：在于数据处理的时延较大。,1.4.3 高速以太网,所谓“快速”，是指数据传输速率可以达到100Mbps，是标准以太网的10倍。它具体包括两种技术：100BASE-T和100VG-AnyLAN。 快速以太网 100BASE-T 它是在双绞线上传送100Mbps基带信号的星型拓扑以太网。 (1) 5类非屏蔽双绞线 (2) 传输速率超过100Mbps (3) 多级电平MLT-3 (4) 4B/5B (5) 自动速度侦听,1.4.3 高速以太网,快速以太网 (续1) 100VG-AnyLAN 基于100BASE-VG的技术，这里VG (Voice Grade) 代表声音级，表示采用音频非屏蔽双绞线作为物理媒体。 (1) 星型拓扑结构 (2) 四重信号技术，有4对非屏蔽双绞线，信息分四路在4对双绞线上同时传输，进行半双工通信 (3) 5B/6B，不归零制和扰码技术 (4) 采用优先级机制，适合于实时业务传输和多媒体信息传输,1.4.3 高速以太网,千兆以太网 千兆以太网的协议栈结构包括物理层和MAC层，该MAC层是IEEE 802.3的MAC层算法的增强版本。 (1) MAC层：千兆以太网使用IEEE 802.3定义的10/100Mbps以太网一致的CSMA/CD帧格式和MAC层协议。但不能采用共享信道方式访问介质，而只能采用专用信道方式。 (2) 物理层：千兆以太网协议定义了以下四种物理层接口： 1000BASE-LX 1000BASE-SX 1000BASE-CX 1000BASE-T,1.5 FDDI,1.5.1 FDDI工作特点 1.5.2 FDDI拓扑结构,1.5.1 FDDI工作特点,使用基于IEEE 802.5令牌环标准的令牌传递MAC协议 使用IEEE 802.2 LLC协议，因而与IEEE 802局域网兼容 利用多模光纤进行传输，并使用有容错能力的双环拓扑 数据率为100Mbps，光信号码元传输速率为125Mbps 1000个物理连接 最大站间距离为2千米（使用多模光纤），环路长度为100千米，即光纤总长度为200千米 具有动态分配带宽的能力，故能同时提供同步和异步数据服务 分组长度最大为4500字节,1.5.2 FDDI拓扑结构,美国国家标准学会(ANSI)在FDDI标准中定义了四种重要结构: 双环 独立集中器型 集中器树 树型双环,1.5.2 FDDI拓扑结构,双环 以IEEE 802.5令牌环网的单环为基础，增加了一个备份的副环，形成两个逆向运行的环。,1.5.2 FDDI拓扑结构,独立集中器型 这种结构中没有分支节点，仅由一个FDDI集中器作为根节点，叶节点是FDDI站点或者是经由FDDI网桥连接的子网。,1.5.2 FDDI拓扑结构,集中器树 集中器树结构中都有许多分支节点，这种树型结构迎合了结构化布线的潮流。,1.5.2 FDDI拓扑结构,树型双环 树型双环结构中，集中器级联在一起，双环则处于企业或者校园最重要的骨干位置，这种结构具有高度的容错特性，而且是最为灵活的拓扑形式。,1.6 虚拟局域网技术,1.6.1 VLAN概述 1.6.2 VLAN标准 1.6.3 VLAN实现技术,1.6.1 VLAN概述,VLAN是指在交换式局域网基础上，采用网络管理软件构建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。,1.6.2 VLAN标准,几种常见的VLAN标准如下: IEEE 802.10 IEEE 802.1Q Cisco ISL VTP,1.6.3 VLAN实现技术,VLAN是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种技术。它在以太网帧的基础上增加了VLAN头，用VLAN ID把用户划分为更小的工作组，限制不同工作组间的用户互访，每个工作组就是一个VLAN。