《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网

《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第1页。授课章节《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第1页。第四章局域网授课内容首授班级首授时间课时4学时知识目标1．掌握局域网的概念及局域网标准。2．掌握局域网的介质访问控制方式。3．理解以太网的原理及交换式以太网的原理。4．了解虚拟局域网的工作原理。5．理解无线局域网的功能和实现方法。能力目标1．能够清晰描述局域网的各种介质访问控制方法的区别和特点。2．能够说明传统以太网和交换式以太网的区别和特点。3．能够举例说明虚拟局域网的概念及应用情况。教学重点局域网的工作原理、CSMA/《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第2页。教学难点《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第2页。以太网的概念教学地点教具教案、演示课件教学过程第四章局域网4．1局域网概述4．1．1局域网的特点（1）地理分布范围小，一般是几百米到几公里的范围。（2）数据传输速率高，误码率低。（3）局域网支持多种通信介质。（4）局域网归属单一便于管理。（5）局域网协议简单，结构灵活，建网成本低，工作站的数量一般在几十台到几百台之间，管理和扩充都方便。4．1．2局域网的层次结构局域网只涉及通信子网的功能，它是同一个网络中节点与节点之间的数据和数据链路层，并且，数据链路层被细分为介质访问控制（MediaAccessControl，MAC）子层和逻辑链路控制（LogicalLinkControl，LLC）子层。OSI参考模型和局域网模型的对比，如图4-1所示。图4-1OSI参考模型和局域网参考模型对比1．物理层2．数据链路层《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第3页。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第3页。图4-2数据链路层的两个子层（1）逻辑链路控制子层（LLC子层）（2）介质访问控制子层（MAC子层）4．1．3局域网的标准IEEE802系列标准，如下所述。IEEE802.1：局域网体系结构、网络管理和网络互连IEEE802.2：逻辑链路控制子层（LLC）的定义。IEEE802.3：以太网介质访问控制协议（CSMA/CD）及物理层技术规范。IEEE802.4：令牌总线网（Token-Bus）的介质访问控制协议及物理层技术规范。IEEE802.5：令牌环网（Token-Ring)的介质访问控制协议及物理层技术规范。IEEE802.6：城域网介质访问控制协议DQDB（DistributedQueueDualBus分布式队列双总线）及物理层技术规范。IEEE802.7：宽带技术咨询组，提供有关宽带联网的技术咨询。IEEE802.8：光纤技术咨询组，提供有关光纤联网的技术咨询。IEEE802.9：综合声音数据的局域网（IVDLAN）介质访问控制协议及物理层技术规范。IEEE802.10：网络安全技术咨询组，定义了网络互操作的认证和加密方法。IEEE802.11：无线局域网（WLAN）的介质访问控制协议及物理层技术规范。IEEE802标准内部关系结构，如图4-3所示。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第4页。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第4页。图4-3IEEE802系列标准4．2介质访问控制方法图4-4广播式通信方式常用的局域网介质访问控制方法有IEEE802.3的争用型访问方式，叫做载波监听多路访问/冲突检测（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetected，CSMA/CD）技术，它是以太网的核心技术；另外一种是IEEE802.5的定时型访问方式，叫做令牌（Token）技术，主要用在令牌环网和FDDI网络中。4．2．1载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）载波监听多路访问/冲突检测技术最早应用于总线型拓扑结构的以太网网络。1．相关概念（1）冲突（Collision），是指在以太网中，当两个数据帧同时被发到物理传输介质上，并完全或部分重叠时，就发生了数据冲突。当冲突发生时，物理网段上的数据都不再有效。（2）冲突域，是指在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。2．载波监听多路访问/冲突检测工作原理CSMA/CD媒体访问控制方法的工作原理，如下所述。先听后说，边听边说；一旦冲突，立即停说；等待时机，然后再说；注：“听”，即监听、检测之意；“说”，即发送数据之意。CSMA/CD的工作流程，如图4-5所示。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第5页。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第5页。图4-5CSMA/CD工作流程从CSMA/CD的工作原理可以看出，它是一种“争用型”介质控制方法，网络上各个节点地位平等，结构简单，价格低廉，易于实现。4．2．2令牌访问控制令牌技术不仅仅能用在环形网络结构中，还能应用在总线型网络结构中，称为令牌总线（TokenBus）。1．令牌网（1）令牌环工作原理。。图4-7令牌环网工作原理2．令牌环网的组建3．令牌帧和数据帧的格式IEEE802.5定了了令牌环MAC帧有令牌帧、异常终止帧和数据/命令帧三种类型，如图4-10《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第6页。所示。它们都有一对起始分界符SD和结束分界符ED，用于确定帧的边界。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第6页。图4-10令牌环帧格式（3）异常终止帧4．FDDI光纤网FDDI网络主要用于应用环境，如下所述。图4-11FDDI网络4．3以太网以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问冲突检测技术）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上，IEEE802.3标准给出了以太网的技术规范。最开始以太网只有10Mbps的吞吐量，它所使用的是CSMA／CD的访问控制方法，通常把这种最早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。例如10Broad36，表示传输速度为10Mbps的宽带传输，使用75Ω同轴电缆；10Base5表示传输速度为10Mbps的基带传输，使用50Ω粗同轴电缆；10Base-T表示传输速度为10Mbps的基带传输，使用双绞线。常用的几种传输介质的参数，如表4-2所示。表4-2常见以太网传输介质标准选项10Base510Base210Base-T10Base-F10Broad36传输介质50Ω同轴电缆50Ω同轴电缆双绞线光纤75Ω同轴电缆《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第7页。网段长（m）《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第7页。50018510020001800段站点数1003033100电缆直径10mm5mm(0.4-0.6)mm62.5/125μm15mm拓扑结构总线总线星形星形总线编码技术曼彻斯特曼彻斯特曼彻斯特曼彻斯特曼彻斯特标准803.3802.3a802.3i802.3i802.3b4．3．1以太网的帧格式IEEE802.3定义了一个由七个字段组成的MAC帧的格式，它们是前导符、开始标志、目的地址、源地址、长度、数据和校验序列，如图4-12所示。图4-12IEEE802.3帧格式以太网的帧格式说明，如下所述。4．3．2标准以太网技术标准以太网技术就是常见的10Mbps的以太网，802.3中有4个常见的规范，如图4-13所示。图4-13IEEE802.3物理层规范1．10Base5规范图4-1410Base5结构图2．10Base2规范《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第8页。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第8页。图4-1610Base2结构图3．10Base-T规范图4-1710Base-T结构图4．10Base-F规范4．3．3其他类型以太网以太网不是一种具体的网络，是一种技术规范。从标准以太网到高速以太网经历了多年的发展，如图4-18所示。图4-18以太网的发展1．快速以太网（100M以太网）快速以太网是通过降低冲突域直径的情况下提高速度的。表4-3快速以太网规范标准传输介质特性网段长（m）100Base-TX2对5类UTP100Ω1002对STP150Ω100100Base-FX1对单模光纤8/125μm400001对多模光纤62.5/125μm2000100Base-T44对3类UTP100Ω100100Base-T22对3类UTP100Ω1002．100M以太网和10M以太网比较100M以太网和10M以太网的MAC帧结构、长度和校验机制相同；介质访问控制方式相《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第9页。同，都采用CSMA/CD；组网方法相同。这样，从10M以太网升级到100M的快速以太网很容易实现，成本较低。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第9页。3．千兆以太网表4-4千兆以太网规范标准传输介质特性网段长1000Base-SX50μm多模光纤短波长激光全双工最长传输距离550m62.5μm多模光纤全双工最长传输距离2750m1000Base-LX9μm单模光纤长波长激光全双工最长传输距离550m50μm，62.5μm多模光纤全双工最长传输距离3000m1000Base-CX同轴电缆最长传输距离25m1000Base-T5类UTP最长传输距离100m4．万兆以太网4．3．4交换式以太网交换式以太网是以交换机（switch）为中心构成，是一种星型拓扑结构的网络。简称为以交换机为核心设备而建立起来的一种高速网络，这种网络在近几年来运用得非常广泛。1．交换概念的提出2．交换式以太网图4-19交换机的原理《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第10页。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第10页。图4-20交换机组网3．交换式以太网和共享式以太网比较交换式以太网和共享式以太网相比较，如下所述。（1）信道不同。（2）带宽不同。（3）通信方式的区别。（4）拓扑结构不同。4．3．5局域网连接设备1．网卡图4-22计算机网卡《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第11页。图4-23常见的几种网卡类型《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第11页。2．集线器图4-24集线器的结构与工作原理3．交换机图4-25交换机4．4虚拟局域网4．4．1虚拟局域网的概念虚拟局域网是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网，虚拟局域网技术使局域网的组网灵活多变。1．虚拟局域网的定义虚拟局域网（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN）是以交换式网络为基础，把网络上的站点分成若干个逻辑工作组，每个逻辑工作组就是一个VLAN。V例如某公司共有A、B、C三个房间，1-9号共9个站点连接在同一个交换机上，网络物理结构如图4-26所示。《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第12页。图4-26网络的物理结构《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第12页。图4-27网络的VLAN结构2．虚拟局域网的应用虚拟局域网的应用，如下所述。（1）需要对广播数据包进行隔离操作，数据包只发送给某些特定的网段，避免网络中发生广播风暴。（2）由于公司人员增加，网络站点扩充，部门不能集中办公，同一网段的人员可能不在同一物理地段。（3）公司里的一些关键部门有特殊的安全需要，在保证能够和外界正常通信的同时又有自身内部网络的安全要求。3．虚拟局域网的特点虚拟局域网增加了网络规划的灵活性和扩展性，其特点如下所述。（1）网络结构灵活，变化多样。（2）减少网络流量，节约带宽（3）提高网络安全性。（4）简化网络管理。（5）设备投资少。4．虚拟局域网的帧格式《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第13页。图4-28VLAN的帧格式《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第13页。4．4．2虚拟局域网的划分1．基于端口的VLAN2．基于MAC地址的VLAN3．基于网络层协议的VLAN4．基于IP组播的VLAN5．按策略划分VLAN6．按用户定义、非用户授权划分VLAN4．5无线局域网4．5．1无线局域网的标准目前比较流行的有802.11标准、新贵蓝牙（Bluetooth）标准以及HomeRF（家庭网络）标准。1．802.11标准无线局域网的最小构件是基本服务集，由基本服务集可以构成扩展服务集。（1）基本服务集（BasicServiceSet，BSS）是网络最基本的服务单元。（2）扩展服务集（ESS）。图4-30扩展服务集2．蓝牙3．家庭网络的HomeRF3．5．2无线局域网的结构《计算机网络基础与应用》教案-第四章-局域网全文共15页，当前为第14页。无线局域网的基本结构是由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成。