计算机局域网络ppt课件

1、第四章第四章 计算机局域网络计算机局域网络本章重点本章重点局域网的特点及关键技术局域网的特点及关键技术介质访问控制方法：介质访问控制方法： CSMA/CD，TOKEN-PASSING以太网技术以太网技术高速局域网高速局域网 LAN的特点的特点 覆盖范围小覆盖范围小房间、建筑物、园区范围房间、建筑物、园区范围 间隔间隔25km 高传输速率高传输速率10Mbps1000Mbps 低误码率低误码率10-8 10-10 采用总线、星形、环形拓扑采用总线、星形、环形拓扑 双绞线、同轴电缆、光纤双绞线、同轴电缆、光纤 为一个单位所拥有，自行建为一个单位所拥有，自行建立，不对外提供效力立，不对外提供效力l拓

2、扑构造逻辑、物理拓扑构造逻辑、物理l总线型、星型、环型、树型总线型、星型、环型、树型l介质访问方法介质访问方法l按协议实现信道共享按协议实现信道共享:lCSMA/CD和和Token-passingl信号传输方式信号传输方式l基带、宽带基带、宽带n总线型总线型: 一切结点都直接衔接到共享信道一切结点都直接衔接到共享信道n星型星型 : 一切结点都衔接到中央结点一切结点都衔接到中央结点n环型环型 : 结点经过点到点链路与相邻结点衔接结点经过点到点链路与相邻结点衔接BusStarRingABCCADCBABCATIEEE802规范规范网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制

3、 LLC媒体访问控制媒体访问控制 MAC高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层PHY由由NOS来实现来实现IEEE802规范的主要成员规范的主要成员802.2 - 逻辑链路控制逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CD以太网以太网 802.4 - Token Bus 令牌总线令牌总线802.5 - Token Ring令牌环令牌环802.6 - 分布队列双总线分布队列双总线DQDB - MAN规范规范802.8 FDDI光纤分布数据接口光纤分布数据接口802.11 无线无线LAN802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB

4、802.8FDDI802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1D Bridge802.1A 体系构造体系构造IEEE802体系构造表示图体系构造表示图PHY 载波侦听多路访问载波侦听多路访问/ /冲突检测冲突检测(CSMA/CD)(CSMA/CD)Carrier Sense Multiple Access/Collision Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect Detect 令牌传送令牌传送(Token Passing)(Token Passing)Token RingToken RingToken Bus

5、Token BusFDDI(FDDI(双环双环) )常见的有两种：常见的有两种： 任务原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监任务原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上能否有数据在传送。假设有，那么此站不能发送听信道上能否有数据在传送。假设有，那么此站不能发送，需等待一段时间后重试。，需等待一段时间后重试。 载波监听战略：载波监听战略： 非坚持非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。一个随机时间后再次监听。 坚持坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲。空

6、闲。 1-坚持坚持CSMA：一听到信道空闲就立刻发送数据：一听到信道空闲就立刻发送数据 p-坚持坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率：听到信道空闲时，以概率p发送数据以发送数据以概率概率1-p延迟一段时间后再发送延迟一段时间后再发送CSMA技术不能处理发送中出现的冲突景象。技术不能处理发送中出现的冲突景象。任务原理：发送前先监听信道能否空闲，假设空任务原理：发送前先监听信道能否空闲，假设空闲那么立刻发送数据。在发送时，边发边继续监听闲那么立刻发送数据。在发送时，边发边继续监听。假设监听到冲突，那么立刻停顿发送。等待一段。假设监听到冲突，那么立刻停顿发送。等待一段随机时间称为退避以后，再重新尝试

7、。随机时间称为退避以后，再重新尝试。CSMA/CD可归结为四句话：可归结为四句话： 发前先侦听，空闲即发送，发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时退避。边发边检测，冲突时退避。媒体忙？媒体忙？发送帧发送帧碰撞？碰撞？发送完？发送完？发送发送JamJamN16?N16?YesYesNoNoNoNoYesYes发送胜利发送胜利YesYes发送失败发送失败NoNo延迟随机时间延迟随机时间NoNoYesYes发送帧发送帧碰撞次数碰撞次数N+N+ABDC站点站点干线耦合器干线耦合器单向环单向环 拓扑构造：点到点链路衔接，构成闭合环发送缓冲区发送缓冲区接纳缓冲区接纳缓冲区 接纳接纳发送发送线路线路驱

8、动驱动线路线路接纳接纳控制器控制器DTE环路环路输入输入环路环路输出输出干线耦合器的构造干线耦合器的构造 传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps； 最多站点数：250， 信号采用曼彻斯特编码TCU高层软件高层软件任务形状：任务形状： 发送方式发送方式 站点发送数据时站点发送数据时 收听收听/转发方式其他时候转发方式其他时候收听方式下，收听方式下，TCU与与DTE断开断开 TCU对位流再生并转发，同时监视帧对位流再生并转发，同时监视帧中能否出现本站地址和令牌。假设出现中能否出现本站地址和令牌。假设出现本站地址，那么将开关本站地址，那么将开关K闭合，闭合，TCU与与DTE接通，位流复制到接通

9、，位流复制到DTE，同时继续转发；，同时继续转发；假设出现令牌且有数据要发送，那么截假设出现令牌且有数据要发送，那么截获令牌，转为发送方式，发送数据帧。获令牌，转为发送方式，发送数据帧。发送方式下，数据以帧为单位从发送方式下，数据以帧为单位从TCU的输出端发送到下一个的输出端发送到下一个TCU的输入端。的输入端。 DTETCU收听方式收听方式KKDTETCU发送方式发送方式KK1谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“ 令牌令牌TOKEN的特殊帧来控制的。只需的特殊帧来控制的。只需拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令

10、牌的站只能等待。站只能等待。2拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上本人的数据进展发送。面加挂上本人的数据进展发送。3数据帧经过任何一个站点数据帧经过任何一个站点(除源站点外除源站点外)时，该时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较： a)假设地址相符合，那么将帧拷贝到接纳缓冲器假设地址相符合，那么将帧拷贝到接纳缓冲器，供高层软件处置，同时将帧送回环中；，供高层软件处置，同时将帧送回环中； b)假设地址不符合，那么直接将帧送回环中。假设地址不符合，那么直接将帧送回环中。 4数据循环一周后由发送站回收。即发

11、送的帧在数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其他的站点能获得发送帧的答应权。他的站点能获得发送帧的答应权。ATATATDataCTDataCTDataCTDataCDataabc帧循环一圈后帧循环一圈后A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌A有数据要发有数据要发送，它抓住空送，它抓住空令牌令牌A将令牌修正将令牌修正为数据帧，并为数据帧，并加挂数据加挂数据 起始、终了标志起始、终了标志 访问控制字段包括：访问控制字段

12、包括：起始起始接入控制接入控制终了终了1B1B1B令牌帧令牌帧非令牌帧信息帧非令牌帧信息帧/控制帧控制帧起始起始 访问控制访问控制 帧控制帧控制目的地址目的地址源地址源地址数据数据FCS终了终了帧形状帧形状1112/62/6 04 1 1BP P P T M R R R优先级位优先级位 令牌位令牌位监视位监视位约定位约定位 优先级与约定及优先级限制位。 令牌位：帧类型标识。0 - 令牌；1 - 信息/控制帧 监视位：防止无效帧在环路中无限循环。ABCDE集线器集线器 特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆，数据速率为1Mb/s、5Mb/s或10Mb/s；传输机制

13、为以太网和令牌环的结合： 物理传输采用广播方式； 介质访问控制采用令牌方式。按功能划分为两个子层：按功能划分为两个子层：LLC和和MAC功能分解的目的：功能分解的目的： 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。部分分开，降低实现的复杂度。 局网特点：共享信道局网特点：共享信道(如总线如总线)。需求处理介质。需求处理介质访问控制访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于问题。分层可以使帧的传输独立于介质和介质和MAC方法。方法。 LLC： 与介质、拓扑无关；与介质、拓扑无关； MAC：与介质、拓扑相关。：与介质、拓扑相关。LA

14、N的链路层与传统的数据链路层的区别：的链路层与传统的数据链路层的区别： LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播链路支持多重访问，支持成组地址和广播； 支持支持MAC介质访问控制功能；介质访问控制功能； 提供某些网络层的功能，如网络效力访问点提供某些网络层的功能，如网络效力访问点、多路复用、流量控制、过失控制、多路复用、流量控制、过失控制.MAC子层功能：成帧子层功能：成帧/拆帧，拆帧， 实现、维护实现、维护MAC协议，协议，位过失检测，寻址。位过失检测，寻址。LLC子层功能：向高层提供子层功能：向高层提供SAP，建立，建立/释放逻辑衔接释放逻辑衔接，过失控制，帧序号处置，提供某些网络层功能

15、，过失控制，帧序号处置，提供某些网络层功能。 LAN对对LLC子层透明，仅在子层透明，仅在MAC子层才可见子层才可见LAN的规范的规范(对不同的对不同的LAN规范，区别在规范，区别在MAC子层子层) DSAPSSAP控制控制数据数据 111/2长度无限制长度无限制 单位：字节单位：字节高层高层PDU LLC数据 LLC首部MAC首部首部MAC尾部尾部MAC数据数据LLC帧和帧和MAC帧的帧的关系关系IEEE802规范为每个规范为每个DTE规定了一个规定了一个48位的全局地址位的全局地址，它是站点的全球独一的标识符，与其物理位置，它是站点的全球独一的标识符，与其物理位置无关。无关。MAC地址物理

16、地址地址物理地址MAC地址为地址为6Byte48位。位。MAC地址的前地址的前3个字节高个字节高24位由位由IEEE一致分配一致分配给厂商，低给厂商，低24位由厂商分配给每一块网卡。位由厂商分配给每一块网卡。网卡的网卡的MAC地址可以以为就是该网卡所在站点的地址可以以为就是该网卡所在站点的MAC地址。地址。网络层网络层由于由于IEEE 802局域网拓扑构造简单，普通不需中间局域网拓扑构造简单，普通不需中间转接，所以网络层的很多功能转接，所以网络层的很多功能(如路由选择等如路由选择等)是是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、过失控没有必要的，而流量控制、寻址、排序、过失控制等功能可在数据链路层完

17、成，故制等功能可在数据链路层完成，故IEEE 802规范没规范没有单独设立网络层。有单独设立网络层。高层高层局域网的高层尚未定义，普通由网络操作系统局域网的高层尚未定义，普通由网络操作系统NOS来实现，如来实现，如Unix、Windows NT、Netware等。等。10Base5 粗同轴粗同轴10Base2 细同轴细同轴10BaseT 双绞线双绞线 10BaseF MMF100BaseT 双绞线双绞线100BaseF MMF/SMF1000BaseX 屏蔽短双绞线屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT 双绞线双绞线10 Base 56.10Broad36 物理层物理层站接口站接口数据

18、封装数据封装/解封解封MAC 帧帧链路管理链路管理CSMA/CD协议协议曼彻斯特编码曼彻斯特编码/译码译码发送发送/接纳接纳MACLLCl每个站点都可以接纳到一切来自其他站点的数据每个站点都可以接纳到一切来自其他站点的数据l为决议那个站点接纳，需求寻址机制来标识目的站点为决议那个站点接纳，需求寻址机制来标识目的站点l目的站点将该帧复制，其他站点那么丢弃该帧目的站点将该帧复制，其他站点那么丢弃该帧ABCABCABCABCAA(1)C 发现总线空闲发现总线空闲(2)C发送帧，目的地址为发送帧，目的地址为A(3)B 忽略该帧忽略该帧(4)A复制该帧复制该帧A信号由终端电阻吸收信号由终端电阻吸收终端电

19、阻终端电阻FCSSATypePADADataPadFCSPA SALENSFDDALLC PDUPadFCSSATypePADADataPadPA帧n帧n+1以网络交换机为主干的以太网以网络交换机为主干的以太网拓扑仍为星形构造总线拓扑仍为星形构造总线/HUBLAN_SWITCH为何要运用网络交换机？为何要运用网络交换机？ 以太网以太网共享介质网络共享介质网络 共享介质网络中站点数的添加将导致共享介质网络中站点数的添加将导致LAN的性能降低，相当于多个的性能降低，相当于多个子信道分享通讯线路。处理：网络分段子信道分享通讯线路。处理：网络分段(减少站点数减少站点数)网络交换网络交换总线网络或基于集

20、线器的网络：总线网络或基于集线器的网络：网络总带宽网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽个站点共享，每站点平均带宽10/n Mbps；基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的限制，的限制， 网络总带宽网络总带宽=n/2n*10Mbps，每个衔接的带宽为，每个衔接的带宽为10Mbps ；运用交换机后，可建立多个并发运用交换机后，可建立多个并发的通讯。例如：的通讯。例如：8个端口可建立个端口可建立4个并发通讯，个并发通讯，总带宽总带宽 = (8/2)*10Mbps = 40 Mbps在访问效力器的流量非

21、常大的网在访问效力器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置络中，可在交换机上设置1-2个高个高速端口速端口(100Mbps/1Gbps)，把效，把效力器与该高速端口相连，便可大力器与该高速端口相连，便可大大提高效力器访问的速度。这种大提高效力器访问的速度。这种衔接效力器的方法又称为衔接效力器的方法又称为Big-Pipe。10Mbps 网络交换机网络交换机交换机的两种用法交换机的两种用法(以以10Mbps网络交换机为例网络交换机为例)： (1) 端口下接站点：站点独占端口下接站点：站点独占10Mbps带宽带宽 (2) 端口下接网段：网段中一切站点共享端口下接网段：网段中一切站点共享10Mbps带

22、宽带宽共享共享10M独享独享10M共享共享10M独享独享10M网络交换机网络交换机SwitchHUBHUB2. 100Mbps 快速以太网快速以太网又称快速以太网又称快速以太网(Fast Ethernet，FE)，包括，包括100Base-TX和和100Base-FX。与与10Mbps网络的比较：网络的比较：拓扑构造和媒体布线方法几乎完全一样；拓扑构造和媒体布线方法几乎完全一样；传输率快传输率快10倍；倍；帧构造和介质访问控制方式沿用帧构造和介质访问控制方式沿用IEEE802.3。 3种不同的物理层规范：MAC子层子层100BaseFX100BaseTX2对对5类类 UTP光纤光纤4对对3类类

23、 UTP100BaseT4网卡网卡(外置或内置收发器外置或内置收发器)、收发器、收发器(外置外置)与收发器电缆与收发器电缆集线器双绞线或光纤接口集线器双绞线或光纤接口双绞线及光缆双绞线及光缆外置光纤收发器外置光纤收发器光纤光纤100Base FX100Base FX集线器集线器100Base TX100Base TX集线器集线器100Base TX100Base TX集线器集线器光纤光纤插有光纤接口网卡插有光纤接口网卡UTP5UTP5UTP5UTP5UTP5UTP5UTP5UTP5光纤光纤UTP5UTP53.FDDI (Fiber Distributed Data Interface)网络由双

24、环构成，可靠性高。网络由双环构成，可靠性高。传输速率为传输速率为100Mbps。介质访问控制方法采用介质访问控制方法采用Token Passing，类似于令牌环。，类似于令牌环。传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大(几十几十km)。集中器集中器集中器集中器令牌令牌效力器效力器4.千兆以太网千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE)两种规范：两种规范：802.3z和和802.3ab802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线屏蔽短双绞线/MMF/SMF802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线(5类，类，6类类)衔接间隔较短：衔接

25、间隔较短：1000BaseX:双绞线双绞线 - 25米；米；MMF - 550米；米；SMF - 3km1000BaseT: 5类双绞线类双绞线 100米米 拓扑构造和媒体布线方法同拓扑构造和媒体布线方法同10/100BaseT一样；一样； 传输速率比传输速率比100BaseT快快10倍；倍； 帧构造和介质访问控制方式仍沿用帧构造和介质访问控制方式仍沿用IEEE802.3。 允许网络平滑晋级到千兆主干，具有较好的兼容性。允许网络平滑晋级到千兆主干，具有较好的兼容性。LAN互连的必要性及要处理的问题互连的必要性及要处理的问题LAN互连的必要性：互连的必要性： 地域限制、负载问题、互通问题、平安问

26、题地域限制、负载问题、互通问题、平安问题LAN互连的困难：互连的困难： 帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同LAN互连的实现：互连的实现： 中继器中继器/HUB 在物理层上实现互联在物理层上实现互联 网桥网桥 在数据链路层上实现互联在数据链路层上实现互联 路由器路由器 在网络层上实现互联在网络层上实现互联用网桥进展用网桥进展LAN扩展的缺陷：扩展的缺陷： 时延添加时延添加 没有流量控制功能，重载时会丧失帧没有流量控制功能，重载时会丧失帧 不能防止广播风暴广播音讯仍会泛滥到网桥所衔接的各个网不能防止广播风暴广播音讯仍会泛滥到网桥所衔接的各个网段段两种类型的

27、网桥：两种类型的网桥： 透明网桥透明网桥Transparency Bridge 源选径网桥源选径网桥Source Routing Bridge 特点：由网桥实现路由选择，网桥和路由对站点透明特点：由网桥实现路由选择，网桥和路由对站点透明 网桥采用存储、转发方式，需求有足够缓存 网桥有寻址和路由选择才干，路由选择采用查表法：网桥内的端口-地址表描画了到达每个站点的路由。端口号端口号MAC地址地址12311 122131 32 33321LANxLANyLANz衔接三个网段的网桥衔接三个网段的网桥端口端口-地址表的构造地址表的构造选路方法：选路方法： 参考上图参考上图 假定网桥开机后从端口假定网桥

28、开机后从端口1收到来自收到来自LANx的帧，它就查端口的帧，它就查端口-地地址表：址表： . 假设目的假设目的MAC地址在本端口的表项中，那么丢弃此帧地址在本端口的表项中，那么丢弃此帧 . 假设目的假设目的MAC地址在其他端口的表项中，那么把帧转发到地址在其他端口的表项中，那么把帧转发到相应端口所在的相应端口所在的LAN . 假设目的假设目的MAC地址不在表中，那么用洪泛法转发，即向除地址不在表中，那么用洪泛法转发，即向除接纳到该帧的端口接纳到该帧的端口(本例为端口本例为端口1)之外的其他一切端口广播。之外的其他一切端口广播。端口端口- -地址表的建立方法：地址表的建立方法： 在转发过程中逆向学习在转发过程中逆向学习假设帧的源地址不在表中，那假设帧的源地址不在表中，那么插入到表中。么插入到表中。网桥任务原理归纳为：网桥任务原理归纳为：学习源地址，丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧。学习源地址，丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧。注：网络交换机任务原理与网桥类似注：网络交换机任务原理与网桥类似可看成是一个多可看成是一个多端口的高速网桥任务在链路层上端口的高速网桥任务在链路层上透明网桥的优缺陷：透明网桥的优缺陷： 优点：容易配置、安装，无需管理优点：容易配置、安装，