中南大学网络技术与应用局域网ppt课件

1、第第 4 章章 局域网局域网4.1 局域网根底局域网根底网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网的根本特点局域网的根本特点高数据传输率高数据传输率10 1000 Mbps短间隔短间隔0.1 10 km低出错率低出错率10-8 10-11局域网可以实现文件管理、运用软件共享、打印机共享、局域网可以实现文件管理、运用软件共享、打印机共享、任务组内的日程安排、电子邮件和通讯效力等功能。任务组内的日程安排、电子邮件和通讯效力等功能。4.1.1 局域网的产生与开展局域网的产生与开展局域网技术产生于局域网技术产生于20世纪世纪70年年4.1

2、.2 决议局域网性能的要素决议局域网性能的要素传输介质传输介质 在局域网中常用的是双绞线、同轴电缆和光导纤维3种。选择传输介质应思索的详细要素 本钱安装的难易程度容量衰减及最大间隔抗干扰才干：主要指电磁干扰网络拓扑构造网络衔接方式环境要素：地理分布、气候影响、环境温度、结点间距等。2. 拓扑构造拓扑构造 星型星型 10/100/1000BASE系列运用集线器或交换机的系列运用集线器或交换机的共享式或交换式以太网共享式或交换式以太网 总线型总线型 10BASE5、10BASE2以太网以太网 环型环型 IBM令牌环网令牌环网Token-Ring 树型树型v 介质访问控制方式介质访问控制方式v 介质

3、的访问控制方式定义了通讯信道的访问控制方法及介质的访问控制方式定义了通讯信道的访问控制方法及平安可靠传输数据的规那么。平安可靠传输数据的规那么。介质访问控制方法要处理的问题(1)该哪个结点发送数据？(2)发送时会不会出现冲突？(3)出现冲突怎样办？ 1CSMA/CD协议协议载波侦听与多路访问载波侦听与多路访问CSMA我们把查看信道上有无数字信号传输称为我们把查看信道上有无数字信号传输称为“载波侦听，而载波侦听，而把同时有多个结点在侦听信道能否空闲和发送数据，称为把同时有多个结点在侦听信道能否空闲和发送数据，称为“多路访问。多路访问。冲突检测冲突检测CD 每个计算机结点上的冲突检测器如网卡具备发

4、现冲突和每个计算机结点上的冲突检测器如网卡具备发现冲突和处置冲突的才干。处置冲突的才干。 站点要求发送有载波？发送一帧信息有冲突？发出阻塞信号冲突 16？延时处理放弃发送另作处理一次发送结束图4.3 CSMA/CD发送过程流程图YNYNNYv CSMA/CD的任务原理可以概括为以下四点：的任务原理可以概括为以下四点：先听后发。先听后发。边听边发。边听边发。冲突停顿。冲突停顿。随机延迟后重发。随机延迟后重发。由于CSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的随机竞争总线的方法，所以它适用于办公自动化等对数据传输实时性要求不严厉和通讯负荷较轻的运用环境中。2 Token Ring令牌环的主要优点在于

5、其访问方式具有可调整性和确定性，且每个结点具有同等的介质访问权。同时，还提供优先权效力，具有很强的适用性。它的主要缺陷是环维护复杂，实现较困难。CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的随机竞争方式采用用户访问总线时间不确定的随机竞争方式，有构造简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通讯负，有构造简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通讯负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延时添荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延时添加，性能明显下降。加，性能明显下降。令牌环在重负荷下利用率高，网络性能对传输间隔不敏感。令牌环在重负荷下利用率高，网络性能对传输间隔不敏感。但令牌环网控制复杂，并

6、存在可靠性保证等问题。但令牌环网控制复杂，并存在可靠性保证等问题。v Token-Busv 令牌总线主要适用于总线形或树形网络。采用此种方式令牌总线主要适用于总线形或树形网络。采用此种方式时，各结点共享的传输介质是总线形的，每一结点都有时，各结点共享的传输介质是总线形的，每一结点都有一个本站地址，并知道上一个结点地址和下一个结点地一个本站地址，并知道上一个结点地址和下一个结点地址，令牌传送规定由高地址向低地址，最后由最低地址址，令牌传送规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传送，从而在一个物理总线上构成向最高地址依次循环传送，从而在一个物理总线上构成一个逻辑环。一个逻辑环。令牌

7、总线的特点在于它确实定性、可调整性及较好的吞吐才干，适用于对数据传输实时性要求较高或通讯负荷较重的运用环境中，如消费过程控制领域。它的缺陷在于它的复杂性和时间开销较大，结点能够要等待多次无效的令牌传送后才干获得令牌。4.1.3 局域网的分类局域网的分类1. 按网络资源共享方式划分按网络资源共享方式划分对等网络对等网络 非对等网络非对等网络 2. 按网络通讯方式划分按网络通讯方式划分共享介质局域网共享介质局域网交换局域网交换局域网3. 按传输技术划分按传输技术划分基带局域网基带局域网宽带局域网宽带局域网4. 按拓扑构造划分按拓扑构造划分为理处理广播网中信道运用问题，常把数据链路层分成两层：逻辑链

8、路控制 LLC (Logical Link Control)子层：完成通常意义下的数据链路层功能媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层：担任处理共享信道问题；与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层那么与传输媒体无关，不论采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的 4.2 局域网体系构造与规范局域网体系构造与规范1. 物理层物理层每一种每一种IEEE 802.3物理层规范的称号都是由三部分组成，物理层规范的称号都是由三部分组成，概括了协议的主要特性，分别代表局域网的速度、信号方概括了协议的主要特性，分别代表局域网的速度、信号方法和

9、物理媒体类型。法和物理媒体类型。 2. MAC子层介质访问控制层子层介质访问控制层 )v 在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。地址。 局域网运用的是广播信道，为了保证每个用户不发生冲突，能正常通讯，局域网运用的是广播信道，为了保证每个用户不发生冲突，能正常通讯，关键问题是如何处理对信道争用。处理信道争用的协议称为介质访问关键问题是如何处理对信道争用。处理信道争用的协议称为介质访问控制协议控制协议Medium Access Control，MAC。 局域网常用的介质访问控制协议有：局域网常用的介质访问控制协议有：载波侦听多路访问载波侦听多路

10、访问/冲突检测冲突检测CSMA/CD令牌环令牌环Token Ring访问控制访问控制令牌总线访问控制。令牌总线访问控制。冲冲突突3. LLC子层子层LLC子层与传输介质无关。它独立于介质访问控制方法。隐蔽了各种802网络之间的差别，并向网络层提供一个一致的格式和接口。 LLC子层的功能包括过失控制、流量控制和顺序控制，并为网络层提供效力。提供多个效力访问点，效力访问点是两个相邻层之间的逻辑接口；发送：将数据分成帧，带地址和CRC；接纳：重装帧，完成地址识别和CRC校验。LLC子层向上层提供3种类型的效力：类型1LLC1,不确认的无衔接效力数据报效力类型2LLC2,面向衔接效力虚电路效力类型3L

11、LC3,带确认的无衔接效力4.2.2 IEEE 802规范规范IEEE 802规范系列IEEE802规范参考模型规范参考模型v IEEE802.1：LAN体系构造、网络互联以及网络管理与性能测试。v IEEE802.2：逻辑链路控制子层LLC的功能与效力。v IEEE802.3：CSMA/CD总线介质访问控制方法及物理层技术规范。v IEEE802.3i：10BASE-T访问控制方法及物理层技术规范。v IEEE802.3u：100BASE-T访问控制方法及物理层技术规范。v IEEE802.3ab：1000BASE-T访问控制方法及物理层技术规范铜线v IEEE802.3z：1000BASE

12、-X访问控制方法及物理层技术规范光纤v IEEE802.4：令牌总线介质访问控制方法及物理层技术规范。v IEEE802.5：令牌环介质访问控制方法及物理层技术规范。v IEEE802.6：城域网访问控制方法及物理层技术规范。v IEEE802.7：宽带技术。v IEEE802.8：光纤技术。v IEEE802.9：综合业务数字网ISDN技术。v IEEE802.10：局域网平安技术。v IEEE802.11：无线局域网。v IEEE802.12：100VG-anyLAN访问控制方法及物理层技术规范。4.3 以太网以太网4.3.1 传统以太网传统以太网以太网以太网(Ethernet) 是由是由

13、Xerox公司创建并由公司创建并由Xerox,Intel和和DEC公司结合开发的基带局域网规范。公司结合开发的基带局域网规范。 采用广播机制采用CSMA/CD媒体访问机制 无集中式的管理措施 中继设备线缆长度规范中继器粗同轴电缆500米10BASE-5中继器细同轴电缆185米10BASE-2v 10Base-5v 10Base-2v 10Base-Tv 10Base-F4.3.2 快速以太网快速以太网100BASE-T1)Fast Ethernet的数据传输速率到达了的数据传输速率到达了100Mb/s；2)Fast Ethernet与以太网的帧格式、介质访问控制方与以太网的帧格式、介质访问控制

14、方法与组网方法一样；法与组网方法一样；3)每个比特的发送时间由每个比特的发送时间由100ns降低到了降低到了10ns；4)1995年年9月月 Fast Ethernet规范规范IEEE 802.3u。 1.快速以太网的协议构造快速以太网的协议构造快速以太网采用的快速以太网采用的MIImedia independent interface介质独立接口将介质独立接口将MAC子层与物理层分隔开子层与物理层分隔开来，使得物理层在实现来，使得物理层在实现100MB/S速率时介质和信号编速率时介质和信号编码的变化不会影响到码的变化不会影响到MAC子层。子层。2. 100Base-T规范规范100 BASE

15、 TCSMA/CDMACMII100 BASE TX100 BASE T4100 BASE FX2对 5类 UTP或1类 STP4对 3、 4、 5类UTP2对 S/MMF型 光 纤4.3.3 千兆以太网千兆以太网GE是IEEE 802.3 Ethernet规范的扩展，编号为802.3z，其数据传输率为1000Mbps即1Gbps。 千兆位以太网将每个比特的发送时间由10BASET时的100ns降低到1ns。采用GMII千兆位介质公用接口，将MAC子层与物理层分隔开来，介质和信号编码的变化不会影响到MAC子层。1. 吉位以太网的协议构造IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MACG

16、MII（功能与AUI相同）1000 BASE-CX屏蔽双绞线1000 BASE-SX多模光纤1000 BASE-T集线器1000 BASE-T非屏蔽双绞线1000 BASE-LX单模光纤8B/10B编码解码方式PAM5编码解码方式4.3.4 万兆以太网万兆以太网u 10 Gigabit Ethernet规范的制定由规范的制定由IEEE802.3ae委员会于委员会于2002年年6月完成。月完成。u 万兆以太网万兆以太网10GE运用运用IEEE 802.3以太网介质接入控制以太网介质接入控制MAC协议、协议、IEEE 802.3以太网帧格式和以太网帧格式和IEEE 802.3帧格式，帧格式，不需求

17、修正以太网介质接入控制不需求修正以太网介质接入控制MAC协议或分组格式。协议或分组格式。u 10 吉比特以太网不再运用铜线而只运用光纤作为传输媒体。吉比特以太网不再运用铜线而只运用光纤作为传输媒体。u 10 吉比特以太网只任务在全双工方式，因此没有争用问题，也不运吉比特以太网只任务在全双工方式，因此没有争用问题，也不运用用 CSMA/CD 协议。协议。v 10 吉比特以太网的出现，以太网的任务范围曾经从局域网校吉比特以太网的出现，以太网的任务范围曾经从局域网校园网、企业网扩展到城域网和广域网，从而实现了端到端的以园网、企业网扩展到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。太网传输。 v 成

18、熟的技术成熟的技术v 互操作性很好互操作性很好v 在广域网中运用以太网时价钱廉价。在广域网中运用以太网时价钱廉价。v 一致的帧格式简化了操作和管理。一致的帧格式简化了操作和管理。 1. FDDI的逆向双环构造的逆向双环构造1传输介质2数据编码：4B/5B 3可靠性规范4.4 FDDI网络网络FDDI建立在小令牌帧的根底上，当一切站都空闲时，小令牌帧沿环运建立在小令牌帧的根底上，当一切站都空闲时，小令牌帧沿环运转。当某一站有数据要发送这时，必需等待有令牌经过时才能够。一转。当某一站有数据要发送这时，必需等待有令牌经过时才能够。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。旦识别出

19、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上后，便在环上插入一新的令牌，任一时辰环上这时环上没有令牌环上后，便在环上插入一新的令牌，任一时辰环上能够会有来自多个站的帧运转。能够会有来自多个站的帧运转。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 4.5 交换式局域网交换式局域网4.5.1 交换式局域网的根本构造与特点交换式局域网的根本构造与特点1允许多对站点同时通讯，每个站点可以独占允许多对站点同时通讯，每个站点可以独占传输通道和带宽。传输通道和带宽。2灵敏的接口速率。灵敏的接口速率。3加强了网络可扩展性和延展性。加强了网络可扩展性和延展性。4易于管理、便于调整

20、网络负载的分布，有效易于管理、便于调整网络负载的分布，有效地利用网络带宽。地利用网络带宽。5交换以太网与以太网、快速以太网完全兼容，交换以太网与以太网、快速以太网完全兼容，它们可以实现无缝衔接。它们可以实现无缝衔接。6可互连不同规范的局域网。可互连不同规范的局域网。 4.5.2 局域网交换机的任务原理局域网交换机的任务原理4.6.1 虚拟局域网构造虚拟局域网构造虚拟局域网逻辑网是以交换式网络为根底，把网虚拟局域网逻辑网是以交换式网络为根底，把网络上的用户终端设备分为假设干个逻辑任务络上的用户终端设备分为假设干个逻辑任务组，每个逻辑任务组就是一个虚拟网络组，每个逻辑任务组就是一个虚拟网络Virt

21、ual Network，VLAN。 VLAN并不是一种新型的局域网技术，而是交换网络并不是一种新型的局域网技术，而是交换网络为用户提供的一种效力。为用户提供的一种效力。 VLAN运用的技术规范：运用的技术规范：IEEE 802.1Q4.6 虚拟局域网虚拟局域网以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2

22、和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 任务组内成员发送数据时，任务站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 B1 发送数据时，任务站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 虚拟局域网限制了接纳广播信息的任务

23、站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴)而引起性能恶化。 4.6.2 虚拟局域网组网方法虚拟局域网组网方法1. 基于交换机端口划分的VLAN 这种划分是把一个或多个交换机上的几个端口划分一个逻辑组，这是最简单、最有效的划分方法。2.基于基于MAC地址划分的地址划分的VLAN 优点：方便网络用户的物理位置的挪动。缺陷：在大型网络中，初始任务量非常大。COL-ACT-STA-1 2 34 5678910 11 12HS1HS2 OK1OK2 PSCONSOLE第 3 层 交 换 机交 换 机 2MAC地 址00-B0-C7-7B-AA-01MAC地 址00-80-2C-AB-7A-1

24、1MAC地 址0A-C0-97-B6-BA-71网 络 打 印 机 MAC地 址00-09-2C-AB-16-B1VLAN-1VLAN-2COL-ACT-STA-1 2 34 5678910 11 12HS1HS2 OK1OK2 PSCONSOLE交 换 机 -3COL-ACT-STA-1 2 34 5678910 11 12HS1HS2 OK1OK2 PSCONSOLE交 换 机 -1基于网络层地址划分基于网络层地址划分VLAN根据网络设备的网络层地址来确定的VLAN成员。用交换机的VLAN来取代路由器的子网。不用更改配置，方便网络节点的随意挪动。有利于建立基于某种效力或运用的VLAN。 1

25、. 无线局域网的接入设备无线局域网的接入设备无线网络的网卡：是无线终端结点接入网络的主要部件。无线网络的网卡：是无线终端结点接入网络的主要部件。无线接入点：无线接入点：AP，是一切可接入设备的综合称谓，如无线，是一切可接入设备的综合称谓，如无线AP、无线网桥、无线路由器、无线网关等各类无线设备。、无线网桥、无线路由器、无线网关等各类无线设备。4.7 无线局域网无线局域网移动结点高速主干局域网高速主干局域网单元移动结点无线发射与无线发射与接收的天线接收的天线v 无线局域网的任务方式无线局域网的任务方式v 无线局域网的拓扑构造分为无中心的对等式拓扑和有中无线局域网的拓扑构造分为无中心的对等式拓扑和有中心的根本方式拓扑。心的根本方式拓扑。1 无中心方式无中心方式v 无中心拓扑的网络要求网中恣意两个站点均可直接通讯，无中心拓扑的网络要求网中恣意两个站点均可直接通讯，普通运用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道，而普通运用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道，而信道接入控制信道接入控制MAC协议大多采用协议大多采用CSMA类型的多址类型