第二章：局域网的基本知识

1、第二章：局域网的基本知识局域网的定义和主要特点。局域网的拓扑结构。局域网的参考模型局域网的基本组成局域网的定义n局域网是在彼此独立的计算机在一定的区域内，以较快的传输速率直接进行通信的数据通信系统。n一般来说，局域网是处于同一建筑物、同一单位或部门或数平方公里地域内的专用计算机网络。局域网的主要特点：n通信速率较高。（5 100 M） n通信质量好，误码率低。 n支持多种通信传输介质。（同轴电缆、双绞线、光纤、无线传输） n成本低，安装、扩充及维护方便，使用灵活。 n一般属于某一部门、单位或企业所有。 n采用宽带局域网，可以实现数据、语音、图象等多媒体综合信息的传输。（ISDN） 局域网的发展

2、历程（P79）n图41决定局域网特性的主要技术要素n网络拓扑结构n传输介质n介质访问及其控制方法网络的拓扑结构拓扑结构： 决定了局域网的工作原理和数据传输方法。拓扑的定义： 网络节点的地理分布和互连关系而形成的几何构形称为网络的拓扑结构。局域网拓扑结构的分类：总线形、星形、环形、树形和网形。总线型拓扑（P79 图42） 构成方式：采用单一的信道作为传输介质，所有的站点通过专门的连接器连到这个公共的信道（总线）上。 优点：结构简单灵活，网络响应速度块；电缆长度短，容易布线；可靠性强； 易于扩充。 缺点：故障诊断困难； 中继器配置繁琐。 环形拓扑（P80 图43） 环形拓扑：构成方式：站点和连接站

3、点的点点链路组成的一 个闭合环。优点：消息单向传输，不需要路径的选择；传输速度固定，适合数据实时性要求较高的场合；电缆长度短。 可用多种传输介质。缺点：节点故障会引起全网的瘫痪；诊断故障困难；环路的固定使得扩充不够方便。 重新配置网络不易。 星型拓扑 （P81图44）构成方式：由中央节点和通过点点链路接到中央节点的各个站点组成（中央节点通常是集线器或交换机）。优点：方便服务；安全可靠，易于维护；简单的访问协议；网络结构简单，便于管理、集中控制；组网容易，扩展性好；网络延迟时间短，误码率低；（ 任何一个连接只涉及到中央节点和一个站点）缺点：依赖于中央节点； 耗费电缆，安装费用高。 节点越多，中央

4、节点的负担越重，网络通信的效率越低。局域网的参考模型（P81 图45）按照IEEE 802标准，局域网的体系结构由物层、介质访问控制层和逻辑链路控制层三层构成。由于在局域网中，传送数据采用带地址的“帧”格式，不存在中间交换，所以不要求路由。IEEE 802委员会制定了系列802标准，全面涵盖了局域网在各种传输介质下的各种网络拓扑结构的组成。（图 46）局域网的基本组成n硬件系统n软件系统硬件系统1.网络服务器2.工作站3.网卡4.传输介质1 网络服务器的作用n运行网络操作系统n存储和管理网络中的共享资源n在C/S体系结构中，网络服务器不但充当文件服务器，还为各工作站提供应用程序服务的功能。网络

5、服务器的分类按网络服务器的应用分n文件服务器n应用程序服务器n打印服务器n邮件服务器nWeb服务器nBBS服务器网络服务器的分类n按网络服务器的设计用途专用网络服务器通用网络服务器n按网络服务器的硬件结构单处理器网络服务器多处理器网络服务器网络服务器的基本性能要求n高速度n大容量n安全可靠性2 工作站(Work Station)n工作站是网络与客户交流的界面，用户通过工作站访问网络的共享资源。n工作站实际是一台计算机，可能是PC机，也可能是其他类型的机器，如图形工作站。n工作站分为有盘工作站和无盘工作站3 网卡（Network Interface Card）n指插入与网络连接的pc机或工作站内

6、的硬件设备。n基本功能n选择网卡要考虑的因素：局域网支持，总线支持、媒体类型、操作系统等。（表41）MAC地址的介绍：nMac地址：通常被称为介质访问控制地址（media access control address),或者说网卡的物理地址，它具有唯一性。nMac地址的作用：局域网中表示自己和他人的的身份。nMac地址的组成：地址长度为48bit。通常的形式为（5254ab31acc6），在全球有专门的一个组织负责为网卡的生产厂家分配Mac地址。应用技巧：如何获得本机网卡Mac地址nWin9x: 开始运行 输入命令winipcfgnWin2K以上版本： 开始运行输入cmd 进入命令提示符界面后

7、，输入命令 ipconfig /all4 传输介质n选择传输介质的考虑因素： 拓扑结构、连接方式、通信容量、系统传输时的可靠性要求、所传输的数据类型和环境因素。如网络覆盖的地理范围、节点间距等。软件系统n协议软件n通信软件n管理软件n网络操作系统软件n网络应用软件传输介质(传输媒体)n在计算机网络中，不同的网络类型要根据实际情况选取适当的传输介质。因此，首先要了解每种媒体的特性。n传输媒体分类：线缆媒体和无线媒体线缆媒体n双绞线n同轴电缆n光纤序号12345678颜色 橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕正面正面侧面侧面类别 最大传输速度应 用1类2Mbit/s模拟和数字语音(电话)通信以及低速的数据传输

8、。2类4Mbit/s语音、ISDN和不超过的4Mbit/s的局域网数据传输。3类16Mbit/s不超过16Mbit/s的局域网数据传输。4类20Mbit/s不超过20Mbit/s的局域网数据传输。5类100Mbit/s100Mbit/s距离100米的局域网数据传输。E5类1000Mbit/s1000Mbit/s的局域网数据传输6类2.4Gbit/s1000Mbit/s以上的的局域网数据传输。类型技术标准细缆粗缆直径0.25英寸0.5英寸传输距离185m500m接头螺旋形BNC头(端接)T形头(分接)AUI阻抗50 50 应用的局域网类型10Base2(细缆以太网)10Base5(粗缆以太网)光

9、纤的结构光纤的尺寸光纤的类型光纤通信系统n描述光纤尺寸的参数有两个：n内芯直径和反射层直径，其度量单位都为n微米(m, 1m=110-6m)。最细的光纤其内芯直径通常只有510m，粗一些的光纤其内芯直径为50100m。局域网中最常用的光纤是62.5m/125m的光纤，其中62.5m是内芯直径，而125m是反射层的直径。 光信号不止一种波长，典型的多模光纤尺寸为62.5m/125m 光信息只有一种波长，典型的单模光纤尺寸为8m/125m无线媒体红外线无线电波红外线(Infrared, IR)技术广泛的应用在电视机和立体声系统的遥控器中，也可以做为网络通信的介质。它通过使用位于红外频率波谱中的锥形

10、或者线型光束来传输数据信号。红外网络需要通信的双方设备都拥有一个收发器，最好还有同步软件。传输速度4Mbit/s16Mbit/s。红外线是一种视线技术，不能通过不透明的物理(如墙壁)，并且易受外界光线干扰。以太网的网络结构以太网的共享传输方式如图所示，信号从发送计算机向共享电缆的两端传播。局域网技术中的共享并不意味着多个帧可以同时传输。在帧的传输过程中发送计算机独占使用整个电缆其他计算机必须等待。在此计算机完成帧传输后，共享电缆才能为其他计算机使用。以太网的工作方式可以总结为：以太网是总线网络，多台计算机共享单一的传输介质。当一台计算机向另一台计算机传输帧时，所有其他计算机必须等待。（半双工的

11、传输方式）以太网的介质访问控制方法(CSMA/CD)Collision DetectionCarrier Sense Multiple AccessDetects signalTransmits signalCollision detected引起的问题：冲突：利用共享介质进行数据传输时，可能出现两个或多个节点同时发送、相互干扰的情况，这时，接收节点收到的信息就有可能出现错误。这就是所谓的“冲突”问题。解决问题的可行方法：采取一定的控制方式，在发送过程中尽量避免与其他的节点发生冲突。通过一定的的控制机制来解决冲突发生时产生的问题。以太网使用的解决办法：n以太网（Ethernet）使用带有冲突监

12、测的载波侦听多路访问CSMA/CD介质访问控制方法。nFDDI网使用令牌环介质访问控制方法。CSMA/CD解决方案 由于任何节点都没有可预约的发送时间，他们发送是随机随机的，并且，以太网中不存在集中控制的节点，所有节点都平等地争用发送时间。以太网的发送：文 本文 本发发 送送 数数 据据组组 织织 数数 据据总总 线线 忙忙 ？启启 动动 发发 送送冲冲 突突 吗吗 ？冲冲 突突 加加 强强冲冲 突突 次次 数数n n = = n n + + 1 1冲冲 突突 次次 数数 1 1 6 6文文 本本Y Y发发 送送 失失 败败退退 后后 延延 时时N发发 送送 完完成成 ？肯 定文文 本本文文

13、本本发发 送送 成成 功功YNN N先听后发边听边发冲突停止延迟重发以太网地接收：文本文本接收帧启动接收接收完成？是给自己的吗？处理接收数据文本文本发送成功冲突发生？废弃接收数据NYNNYY令牌环(Token Ring)网络是在20世纪70年代由IBM首先开发出来的。至今IBM仍是支持这种LAN技术的主要厂商。IEEE在IBM令牌环网络的基础上制定了802.5规范，两者是兼容的。通常所说的令牌环网络是指IBM令牌环或IEEE 802.5规范。 IBM令牌环网络IEEE 802.5数据传输速率4或16Mbit/s4或16Mbit/s传输距离260(STP)/72(UTP)250物理拓扑星型未指定

14、连接介质双绞线未指定信号传输方式基带基带介质访问方法令牌传递令牌传递物理拓扑物理拓扑令牌环介质访问控制方法的基本原理n令牌环的技术基础令牌环的技术基础：令牌的输出比特模型。1)网上所有站点都空闲时，令牌令牌沿着环绕行。2)发送站点发送站点：某站点需要发送数据，必须等到它捕获令牌。发送站标识令牌为已使用，开始把自己要发送的数据投放到网络中。待数据发送完，或者允许发送的时间期限到了，生成一个新令牌，放回环形网中。3)其他站点其他站点：检测并且转发数据帧，比较该数据帧上的目的地址是否和自身相同，如果相同，则拷贝该数据帧。4)数据帧最终的归宿是回到发送站点，由发送站点将其删除。5)令牌环令牌环依然在环

15、形网中绕行，重复以上步骤。FDDI与令牌环介质访问控制nFDDI：光纤分布式数据接口，采用光纤作为其传输介质,传输速率可达100M/s.FDDI采用环形拓扑结构，使用令牌环作为共享介质的访问控制方法。令牌环双环结构：引进原因：解决环形网拓扑的最大隐患环中某个节点或线路故障将导致全网瘫痪。设计双环结构的目的：FDDI使用冗余来克服错误。一个FDDI网络包含两个完整的环当所有的器件都正常工作时使用一个环发送数据，只有当第一个环失效时才会用到另一个环。FDDI双环的运行机理1）站点故障2)线路故障（图略）总结：FDDI网络被称为自恢复网络，因为硬件能检测出一个异常错误并自动恢复。为了做到这一点， FDDI使用一对反旋转环。传输数据时只使用一个环。当错