第3章 局域网技术ppt课件

局域网基础局域网体系结构以太网令牌环网光纤公布数据接口交换式局域网技术虚拟局域网技术 本章知识点 本章导读 目前 局域网技术的发展极为迅速 它已在信息管理与信息服务领域中得到了广泛的应用 本章介绍局域网的技术特点 局域网的拓扑结构 共享介质局域网的工作原理 交换局域网的工作原理 高速局域网的工作原理 虚拟局域网的工作原理 以及城域网技术 3 1局域网基础 局域网的概念局域网的拓扑结构 局域网的概念 严格定义局域网是比较困难的 但一般认为局域网具有以下特点 1 局域网是一种通信网络 2 各站点之间形成平等关系而不是主从关系 连入局域网的数据通信设备是广义的 包括计算机 终端和各种外部设备等 3 覆盖几公里的地理范围 从一个办公室 一栋大楼到几平方公里的区域 且地理范围和站点数目均有限 4 局域网具有高的数据传输速率 10 100Mbps 低误码率 10 8 5 局域网一般属于一个单位所有 易于建立 维护和扩展 6 从技术角度看 决定局域网特性的主要技术要素是 网络拓扑 传输介质及介质访问控制方法 局域网的拓扑结构 总线型拓扑结构 总线拓扑结构采用电缆 通常采用同轴电缆 作为传输媒体 所有站点通过相应的硬件接口都直接连到这一公共传输媒体上 或称总线上 任何一个站发送的信号都沿着传输媒体传播而且能被其他站接收 总线拓扑结构如右图所示 星型拓扑结构 星型拓扑是由中央节点和通过点到点通信链路接到中央节点的各个站点组成 如右图所示 中央节点执行集中式通信控制策略 即每个节点都通过分支链路与网络中心节点相连 因此中央节点较复杂 而各个站点的通信处理负担都很小 采用星型拓扑的交换方式有电路交换和报文交换 尤以电路交换更为普遍 现在的数据处理和声音通信的信息网大多采用这种拓扑结构 总线型拓扑结构 星型扑结构 环型拓扑结构 环型拓扑结构的几何构型是封闭环形 由站点和连接站点的链路组成一个闭合环 如右图所示 树型拓扑结构 树型拓扑结构是星形结构的扩展 是一种多级星形结构 形状像一棵倒置的树 顶端是 树根 树根 以下带分支 每个分支还可再带子分支 如右图所示 环型拓扑结构 树型扑结构 网状拓扑结构 网状结构的网络 要求任意两个节点间都设置链路 由分布在不同地理位置的计算机经传输介质和通信设备连接而成的 因网状拓扑结构中节点之间的连接是任意的 无规律的 每两个节点之间的通信链路可能有多条 所以必须使用 路由选择 算法进行路径选择 考虑一条或几条路径来传送数据 如右图所示 混合型拓扑结构 将以上两种单一拓扑结构类型混合起来 取两种拓扑结构的优点构成一种混合型拓扑结构 如右图所示是星型拓扑和环型拓扑混合成的星型环状拓扑 网状拓扑结构 混合型拓扑结构 3 2局域网体系结构 IEEE802参考模型局域网协议标准IEEE802 IEEE在1980年2月成立了局域网标准化委员会 简称IEEE802委员会 专门从事局域网的协议制订 并制定了IEEE802标准 该标准已被国际标准化组织ISO采纳 作为局域网的国际标准系列 称为ISO8802标准 在这些标准中 根据局域网的多种类型 规定了各自的拓扑结构 媒体访问控制方法 帧的格式和操作等内容 IEEE802标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系如右图所示 IEEE802参考模型只对应于OSI参考模型的数据链路层与物理层 它将数据链路层划为逻辑链路控制 LLC logicallinkcontrol 子层与介质访问控制 MAC mediaaccesscontrol 子层 IEEE802参考模型 IEEE802参考模型对应关系 局域网协议标准IEEE802 IEEE802委员会为局域网制定了一系列标准 它们统称为IEEE802标准 IEEE802标准之间的关系如下图所示 IEEE802标准之间的关系 IEEE802标准主要包括以下几种 1 IEEE802 1标准 定义了局域网体系结构 网络互联以及网络管理与性能测试 2 IEEE802 2标准 定义了逻辑链路控制子层功能与服务 3 IEEE802 3标准 定义了CSMA CD总线介质访问控制子层与物理层规范 4 IEEE802 4标准 定义了令牌总线介质访问控制子层与物理层规范 5 IEEE802 5标准 定义了令牌环介质访问控制子层与物理层规范 6 IEEE802 6标准 定义了城域网介质访问控制子层与物理层规范 7 IEEE802 7标准 定义了宽带网络技术 8 IEEE802 8标准 定义了光纤传输技术 9 IEEE802 9标准 定义了综合语音与数据局域网 IVD LAN 技术 10 IEEE802 10标准 定义了可互操作的局域网安全性规范 SILS 11 IEEE802 11标准 定义了无线局域网技术 IEEE802标准定义了LLC子层和MAC子层的帧格式 数据传输过程中 LLC子层将高层递交的报文分组作为LLC的信息字段 再加上LLC子层目的服务访问点 DSAP 源服务访问点 SSAP 及相应的控制信息以构成LLC帧 3 3以太网 介质访问控制方式10Mbps以太网快速以太网千兆以太网万兆以太网 介质访问控制方式 1 载波监听多路访问 CSMA CSMA CarriorSenseMultipteAccess 协议被通俗地称为 先听后讲 是一种带有监听的多路访问系统 其工作原理是 每个站在发送数据前先要监听信道上是否有载波 即是否有别的站在传输数据 根据监听到介质状态后采取的回避策略可将CSMA分为3种 1 坚持型CSMA又称1 坚持CSMA 当某站要送数据时 先监听信道 若信道忙 就坚持监听 直到信道空闲为止 当空闲时立即发送一帧 2 非坚持型CSMA当某站监听到信道忙状态时 不再坚持监听 而是随机延后一段时间再来监听 其缺点是很可能在再次监听之前信道已空闲了 从而产生浪费 3 P 坚持型CSMA当某站准备发送信息时 它首先监听信道 若空闲 便以概率P传送信息 而以概率 1 P 推迟发送 2 载波监听多路访问 冲突检测 CSMA CD 载波监听多路访问 冲突检测方法CSMA CD CarrierSenseMultipleAccess CollisionDerect 起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议 并进行了改进 使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率 10Mbps以太网 IEEE802 3支持的物理层介质和配置方式有多种 是由一组协议组成的 每一种实现方案都有一个名称代号 由以下三部分组成 最常用的以太网有以下4种 1 10Base 5通常称为粗缆以太网 目前由于高速交换以太网技术的广泛应用 在新建的局域网中 10Base 5很少被采用 2 10Base 2通常称为细缆以太网 10Base 2使用50 细同轴电缆 它的建网费用比10Base 5低 目前10Base 2已很少被使用 3 10Base T无屏蔽双绞线以太网 双绞线以太网系统具有技术简单 价格低廉 可靠性高 易实现综合布线和易于管理 维护 升级等优点 4 10Base F是10Mbps光纤以太网 它使用多模光纤作为传输介质 在介质上传输的是光信号而不是电信号 快速以太网 快速以太网的传输速率达到了100Mbps 它比普通以太网快10倍 快速以太网保留了传统以太网的所有特性 包括相同的数据帧格式 介质访问控制方式和组网方法 只是将每个比特的发送时间由100ns降低到10ns 100BASE T可以支持多种传输介质 目前制定了三种有关传输介质的标准 100BASE TX 100BASE T4 100BASE FX 1 100Base TX100Base TX是5类无屏蔽双绞线方案 它是真正由10Base T派生出来的 100Base TX类似于10Base T 2 100Base FX100Base FX是光纤介质快速以太网标准 它采用与100Base TX相同的数据链路层和物理层标准协议 3 100Base T4100Base T4是3类无屏蔽双绞线方案 该方案使用4对3类 或4类 5类 无屏蔽双绞线介质 千兆以太网 IEEE802委员会于1998年2月 正式批准了千兆以太网标准IEEE802 3z 千兆以太网的传输速率达到1000Mbps 比快速以太网快10倍 千兆以太网保留着传统的10Mbps速率以太网的所有特征 相同的数据帧格式 相同的介质访问控制方式 相同的组网方法 只是将传统以太网每个比特的发送时间由100ns降低到1ns 1000Base LX是一种在收发器上使用长波激光作为信号源的媒体技术 IEEE802 3z千兆以太网标准定义了两种光纤介质标准 包括1000Base SX和1000Base LX 另一种是铜线介质标准 称为1000Base CX三种介质系统 1000Base SX是一种在收发器上使用短波激光作为信号源的媒体技术 1000Base CX是使用铜缆的两种千兆以太网技术之一 IEEE802 3委员会公布的第二个铜线标准IEEE802 3ab 即1000Base T物理层标准 万兆以太网 数据传输速率高达10Gbps 通信距离可延伸40km的以太网叫做万兆以太网 它是在以太网的基础上发展起来的 因此 万兆以太网和千兆以太网一样 在本质上仍是以太网 只是在速度和距离方面有了显著的提高 万兆以太网继续使用IEEE802 3以太网协议 以及IEEE802 3的帧格式和帧大小 万兆以太网与传统的以太网比较具有以下几方面的特点 1 MAC子层和物理层实现10Gbps传输速率 2 MAC子层的帧格式不变 并保留IEEE802 3标准最小和最大帧长度 3 只可能实现全双工交换型10Gbps以太网 即不支持共享型 只支持全双工 因此10Gbps以太网媒体的传输距离不会受到传统以太网CSMA CD的制约 而仅仅取决于媒体上信号传输的有效性 4 支持星型局域网拓扑结构 采用点到点连接和结构化布线技术 5 在物理层上分别定义了局域网和广域网两种系列 并定义了适应局域网和广域网的数据传输机制 6 只支持多模和单模光纤 不能使用双绞线 提供连接距离的物理层技术规范 3 4令牌环网 令牌环网是IBM公司于上世纪70年代发展的 现在这种网络比较少见 在老式的令牌环网中 数据传输速度为4Mbps或16Mbps 新型的快速令牌环网速度可达100Mbps 令牌环网的介质访问控制方式采用标记环 TokenRing 环中有一个令牌在循环传送 任何一个站要发送数据 都必须等待循环的令牌通过该站并获取令牌 令牌是一种特殊的位组合 是一种发送权标志 如其形式可为01111111 表示空令牌 希望发送数据帧的站等到空令牌来后 将空令牌改成忙令牌 其形式为01111110 然后紧接着其后传送数据帧 数据信息一个比特接一个比特地附加到环上 环上信息从一站到下一站地环行 所寻的目的站在信息经过时拷贝此信息 最后由发送该信息的站从环上撤除此信息 并将忙令牌改为空令牌 传至后面的站 使之获得发送权 接受帧的站在帧经过本站时 将帧中的目的地址与本站的地址进行比较 如地址相符合 则将帧放入接收缓冲器 并同时将帧送回环上 如地址不符合 则将帧沿环下传 环上每个中继器可引入一位或几位延时 环的长度往往折算成比特数来衡量 把环看作一个环缓冲器 则有 环上的比特数 传播延时 发送介质长度 数据率 中继器延迟 3 5光纤分布数据接口 FDDI的工作原理FDDI技术特点和应用 FDDI工作原理 FDDI是一种以光纤作为传输介质的高速主干网 它可以用来互联局域网与计算机 典型的FDDI作为主干网互联多个局域网的结构如下图所示 典型的FDDI互联多个局域网的结构 图中FDDI建立在小令牌帧的基础上 当所有站都空闲时 小令牌帧沿环运行 当某一站有数据要发送时 必须等待有令牌通过时才可能 一旦识别出有用的令牌 该站便将其吸收 随后便可发送一帧或多帧 这时环上没有令牌环后 便在环上插入一新的令牌 不必像IEEE802 5令牌环那样 只有收到自己发送的帧后才能释放令牌 因此 任一时刻环上可能会有来自多个站的帧运行 FDDI技术特点和应用 FDDI主要的技术特点有 1 使用基于IEEE802 5的单令牌环网介质访问控制MAC协议 2 使用IEEE802 2协议 与符合IEEE802标准的局域网兼容 3 数据传输速率为100Mbps 连网的节点数 1000 环路长度为100km 4 可以使用双环结构 具有容错能力 5 可以使用多模或单模光纤 6 具有动态分配带宽的能力 能支持同步和异步数据传输 FDDI主要应用于以下几种环境 1 计算机机房网称为后端网络 用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接 以及对可靠性 传输效率与系统容错要求较高的环境 2 办公室或建筑物群的主干网称为前端网络 用于连接大量的小型机 工作站 个人计算机与各种外设 3 校园网的主干网 用于连接分布在校园中各个建筑物中的小型机 服务器 工作站和个人计算机 以及多个局域网 4 多个校园网的主干网 用于连接地理位置相距几千米的多个校园网 企业网 3 6交换式局域网技术 交换式局域网的基本结构局域网交换机的工作原理 交换式局域网的基本结构 共享介质局域网与交换式局域网的工作原理 交换式局域网的核心设备是局域网交换机 局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接 如图3 11所示给出了共享介质局域网与交换局域网工作原理的区别 为了保护用户已有的投资 局域网交换机一般针对某类局域网 例如802 3标准的Ethernet或802 5标准的TokenRing 设计的 局域网交换机的工作原理 典型的局域网交换机结构与工作过程如下图所示 网中的交换机有6个端口 其中端口1 4 5 6分别连接了节点A 节点B 节点C与节点D 那么 交换机的 端口号 MAC地址映射表 就可以根据以上端口与节点MAC地址的对应关系建立起来 如果节点A与节点D同时发送数据 它们可以分别在以太网帧的目的地址字段 DA destinationaddress 中填上该帧的目的地址 典型的局域网交换机结构与工作过程 3 7虚拟局域网技术 虚拟网络的概念虚拟局域网的工作原理 虚拟网