计算机网络与通信

Chapter4LocalAreaNetworkTechnology 该章主要介绍局域网的有关概念 包括局域网的特点及构成 局域网的协议及特点 CSMA CD协议 令牌环协议及应用 以太网网络组成 快速与高速以太网等 在了解局域网概念的基础上 掌握组网的方法 重点难点 局域网的特点及构成 局域网的协议及特点 CSMA CD协议 令牌环协议及应用 以太网网络组成 快速与高速以太网 4 1ViewofLAN 4 1 1局域网的定义和特性IEEE局域网标准委员会对局域网的定义为 局域网 局域网络中的通信被限制在中等规模的地理范围内 例如一幢办公楼 一座工厂或一所学校 能够使用具有中等或较高数据速率的物理信道 且具有较低的误码率 局域网络是专用的 由单一组织机构所使用 或者也可以更加简练地这样来描述 局域网是一种地理范围有限 互连设备有限的计算机网络 决定局域网特性的主要技术有3个方面 用以传输数据的传输介质 用以连接各种设备的拓扑结构 用以共享资源的介质访问控制方法 4 1 2局域网组成一个局域网的基本组成主要有 网络服务器 网络工作站 网络适配器和传输介质 4 2ArchitectureofLAN 4 2 1LAN模型局域网是计算机网络家族的一员 在设计它的协议时也应该将OSI RM参考模型作为 参照基准 局域网有两个特点 一是传输介质是共享的 不存在中间节点和交换的问题 因而不需要路由 二是数据以帧寻址方式工作 在IEEE802局域网 LAN 标准中 只定义了物理层和数据链路层两层 并根据LAN的特点 把数据链路层分成逻辑链路控制LLC LogicalLinkControl 子层和介质访问控制MAC MediumAccessControl 子层 1 物理层和OSI物理层的功能一样 主要处理在物理链路上发送 传递和接收非结构化的比特流 包括对带宽的频道分配和对基带的信号调制 建立 维持 撤消物理链路 处理机械的 电气的和规程的特性2 介质访问控制层MAC主要功能是控制对传输介质的访问 主要是介质的访问控制和对信道资源的分配 MAC层还实现帧的寻址和识别 完成帧检测序列产生和检验等功能 3 逻辑链路控制层LLC可提供两种控制类型 即面向连接服务和非连接服务 逻辑链路控制层提供的主要功能是数据帧的封装和拆除 为高层提供网络服务的逻辑接口 4 2 2IEEE802协议族 802 1A 体系结构 网络管理和性能测量 802 1B 寻址 网间互连及网络管理 802 2 逻辑链路控制协议 802 3 总线网介质访问控制协议CSMA CD及物理层技术规范 802 4 令牌总线网介质访问控制协议及其物理层技术规范 802 5 令牌环网介质访问控制协议及其物理层技术规范 802 6 城域网介质访问控制协议及其物理层技术规范 802 7 宽带网介质访问控制协议及其物理层技术规范 802 8 FDDI介质访问控制协议及其物理层技术规范 802 9 综合数据 话音网络 802 10 局域网安全技术标准 802 11 无线局域网的介质访问控制协议及其物理层技术规范 802 12 100VG AnyLAN访问控制协议及其物理层技术规范 4 3MediumAccessControl局域网中目前广泛采用的两种介质访问控制方法 争用型介质访问控制协议 又称随机型的介质访问控制协议 如CSMA CD方式 确定型介质访问控制协议 又称有序的访问控制协议 如Token 令牌 方式 4 3 1CSMA CDCSMA CD CarrierSenseMultipleAccess CollisionDetect 意思是带冲突检测的载波侦听多址访问 是一种改进的CSMA方案 在CSMA 先听后说 的基础上加上 边听边说 提高信道的利用率 载波侦听CS 网络中的各个站点都具备一种对总线上所传输的信号或载波进行监测的功能 多址MA 当总线上的一个站点占用总线发送信号时 所有连接到同一总线上的其他站点都可以通过各自的接收器收听 冲突检测CD 一种检测或识别冲突的机制 冲突的发生有两种可能的原因总线上两个或两个以上的节点同时发送信息一个较远的节点已经发送了数据 但由于信号在传输介质上的延时 使得信号在未到达目的地时 另一个节点刚好发送了信息 CSMA CD的工作原理先听后发 边发边听 冲突停止 随机延时后重发 工作过程动画演示 4 3 2令牌环访问控制 TokenRing 令牌环是环型网中最普遍采用的介质访问控制 它适用于环形网络结构的分布式介质访问控制 令牌 特殊格式的帧 用来控制各个节点介质访问权限的控制帧 当一个站点想发送帧时 必须获得空闲令牌 工作过程演示令牌环的主要优点在于其访问方式的可调整性和确定性 且各站具有同等的介质访问权 但也可以有优先级操作和带宽保护 4 4Ethernet 以太网 4 4 1以太网技术规范 拓扑结构 总线型 传输速率 10Mpbs 访问控制 CSMA CD 最大工作站数 1024 最大传输距离 2 5km 使用中继器 报文长度 64B 1518字节 4 4 2以太网网络组成以太网中规定的拓扑结构是总线型结构 常用的传输介质有4种 粗缆 细缆 双绞线和光缆 以太网的组网有三种标准 10BASE2 10BASE5 粗缆以太网 又称标准以太网 10BASE T 1 10BASE2网络组成10Base2的含义为 10代表信号在电缆上的传输速率为10Mpbs Base表示电缆上的信号是基带信号 2表示网络中每一段的最大长度为185m 接近200m 10BASE2网络连接所使用的硬件有 带有BNC插座的Ethernet网卡 0 2英寸 50 细同轴电缆 BNC T连接器 BNC连接器头 BNC圆形连接器 中继器 Repeater 细缆以太网的规格参数和限制 1 最大网络节点数为90个 2 每个网段最多支持30个节点 3 节点间最小距离是0 5m 4 最大网络长度为925m 5 最大网段长度为185m 6 最大网段数是5个 最多使用4个中继器 其中3个网段可以连接节点 5 4 3规则 2 10BASE5网络组成10Base5的含义为 10代表信号在电缆上的传输速率为10Mpbs Base表示电缆上的信号是基带信号 5表示网络中每一段的最大长度为500m 10BASE5是一种粗缆以太网 采用50 粗同轴电缆 ThickCoaxialCable 并使用网卡来收发信息 是最早的以太网产品 现在已不多见 3 10BASE T网络组成10BASE T是指采用无屏蔽双绞线 UnshieldedTwisistedPair UTP 实现10Mpbs传输速率的Ethernet 10BASE T物理介质采用的是直径为0 4 0 6mm的2对3类UTP 线端接有符合ISO标准的RJ45插头 线段长度可达100m 信号频率为20 Hz 10BASE T以太网需要用集线器 HUB 构成树形或总线和星形结合的拓扑结构 10BASE T以太网络的安装和维护简单易行且费用低廉 其组成见图 10BASE T网络连接所使用的硬件有 10BASE TEthernet网卡 带有RJ45插座的Ethernet网卡 双绞线 UTP 将计算机和集线器连接 双绞线两头各接一个RJ45头 10BASE T集线器 HUB 以太网组成演示 10BASE T规格参数如下 拓扑结构 逻辑上的总线 物理上的星型 介质访问控制方法 CSMA CD网线类型 3 4 5类UTP双绞线传输速度 10Mb s最大网络节点数目 1024个每段最小节点数目 1个最大网段数目 5个 其中3个可以连接设备节点间最小距离 2 5m最大网络长度 无最大长度 最大网段长度 100m 4 5HighspeedEthernet 一般我们将数据传输速率在100Mb s以上的网络称为高速局域网 4 5 1100BASE T快速以太网技术标准100BASET快速以太网标准是对10BASET标准的扩展 它保留了10BASET在介质存取控制 MAC 层的CSMA CD访问控制方法与数据传输的帧格式 100BASET技术在网络的介质访问控制层上 MAC 支持100BASETX 100BASET4和100BASEFX三种介质协议 传输介质可以为3 4 5类无屏蔽双绞线和光纤 1 100BASE T4100BASE T4是4对无屏蔽双绞线 UTP 电缆系统 支持3类 4类和5类UTP电缆 它是一项新的信号发送技术 采用8B6T编码技术 即把8位二进制码组编码成6位三进制码组 再经过不归零 NRZ 编码后输出到3对数据线上 每对线的传输速率为33 3Mpbs 3对线的总传输速率为100Mpbs 在4对线中 3对线用于数据传输 1对线用于冲突检测 这样就使得用户在原来3类UTP电缆系统基础上 由10BASE T升级到100BASE T 2 100BASE TX100BASE TX通过5类UTP和l类屏蔽双绞线 STP 电缆传送快速以太网数据帧 5类UTP是目前使用最广泛的介质 通常我们使用的电缆至少包括4对 100BASE TX标准使用其中的2对 连接方法和10BASE T完全相同 100BASE TX规定5类UTP电缆采用RJ45连接器 而1类STP电缆采用9芯D型 DB 9 连接器 3 100BASE FX100BASE FX是用于光纤的物理规范 它的连线比100BASE TX长 可达450m 如果采用非标准的全双工模式可达2km 另外在抗干扰能力方面比UTP和STP强 采用4B 5B编码 4 5 2100Base T网络组成100Base T保留了10Base T的网络拓扑结构 但对网络拓扑结构进行了适当的调整和重新定义 如图所示 100Base T网络的主要拓扑规则为 最大UTP电缆长度为100m 建立与标准兼容的半双工100BASE FX 可用450m长的光纤实现交换机到交换机或者端站点到交换机间的连接 采用两个2级中继器时 中继器之间的最大长度为5m 采用双中继器结构时 两个工作站之间 端点到端点 的最大网络电缆长度为205m 100m 5m 100mUTP 采用单中继器结构时 可连接185m的光纤 这种情况下的最大网络线缆长度为285m 100mUTP 185m光纤 采用全双工100BASE FX进行远距离连接时 两台设备之间的连接距离可达2000m 4 5 3千兆以太网千兆以太网的技术标准为IEEE802 3z和IEEE802 3ab标准 千兆以太网对介质访问控制 MAC 层规范进行了重新定义 以维持适当的网络传输距离 但介质存取控制方法仍采用CSMA CD协议 并且重新制定了物理层标准 使之能提供1000Mb s的原始带宽 因此它仍然是一种共享介质的局域网 发送到网上的信号是广播式的 接收站根据地址接收信号 网络接口硬件能监听线路上是否已存在信号 以避免冲突 或在没有冲突时重发数据 千兆以太网的解决方案如下图所示 在物理层 千兆以太网支持 种如下传输介质 光纤系统 支持多模光纤和单模光纤系统 多模光纤的工作距离