第2章-局域网与城域网课件

第2章局域网与城域网1第2章12.1局域网的特点和拓扑结构2.2局域网参考模型2.4以太网技术2.3局域网的硬件组成2.10城域网简介2.5令牌环和令牌总线的工作原理2.9局域网结构化布线系统2.6交换式局域网与虚拟局域网2.7FDDI2.8客户/服务器模式本章内容22.1局域网的特点和拓扑结构2.2局域网参考模型2.特点覆盖的地理范围有限采用多种传输介质传输速率很高，传输可靠性好传输控制比较简单拓扑结构简单便于网络的控制与管理，低层协议也比较简单采用了多种介质访问控制技术2.1局域网的特点和拓扑结构拓扑结构星型、环型、总线型3特点2.1局域网的特点和拓扑结构拓扑结构3

局域网 广域网体系结构

简单 复杂

网络拓扑

总线型、环型、 无规则的

星型 网状结构

低层协议

比较简单 比较复杂

要解决的

如何管理多对结 如何充分利用主要问题

点之间的通信 信道和通信设备4 局域网 广域网42.2局域网参考模型物理层数据链路层网络层物理层介质访问控制层逻辑链路控制层局域网协议与OSI参考模型的关系传输层会话层表示层应用层OSI参考模型IEEE802参考模型MACLLC2.2.1局域网的体系结构52.2局域网参考模型物理层数据链路层网络层物理层介质访问LLC子层建立和释放与介质无关的数据链路的连接向高层提供1个或多个访问服务点，同一个结点的多个进程可通过不同的服务点复用信道把高层来的数据分为若干个数据单元，即帧，接收和发送帧，并进行差错控制MAC子层管理链路上的通信，介质访问控制在这一层完成根据拓扑结构与传输介质，有多种访问控制方式进行差错的校验6LLC子层MAC子层6MAC地址结点的物理地址上层数据校验码目标地址源地址其他信息帧头帧尾数据区MAC帧MAC层把源和目标的MAC地址放到帧中，再加上头部和尾部，则形成MAC帧，交给物理层7MAC地址上层数据校验码目标地址源地址其他信息帧头帧尾数据802.10可互操作的局域网安全802.1体系结构与网络互联802.2逻辑链路控制子层LLC802.4令牌总线802.11无线局域网802.9综合局域网802.6城域网802.5令牌环图2-2IEEE802系列标准802.3CSMA/CD2.2.2IEEE802标准8802.10可互操802.1体系结构与网络互联802局域网地址即MAC地址。MAC地址或者是全球惟一（如以太网），或者由管理员设置（如令牌环网）。

单播地址

发给一个接收者的地址

组播地址

发给一组接收者的地址

广播地址

发给整个局域网端节点的地址2.3局域网的硬件组成9局域网地址2.3局域网的硬件组成9网络服务器基本功能是网络通信服务、管理和提供网络共享资源，以及进行网络管理可分为数据库服务器、文件服务器、打印服务器、应用服务器等运行的软件主要有：网络操作系统和服务器端的服务软件网络工作站用户为进行网络应用而使用的计算机运行的软件有操作系统和各种网络应用软件。其主要作用是提供网络应用界面、向网络服务器发送服务请求、接收服务器传回的结果10网络服务器网络工作站10集线器（Hub）在逻辑上用集线器组成的局域网属于总线结构集线器可以分为10Mbps集线器、100Mbps集线器、10/100Mbps自适应集线器等集线器还可以分为可堆叠式集线器和普通集线器交换机局域网交换机可以避免冲突、实现多对结点之间的并发通信，增加整体带宽，提高局域网的性能11集线器（Hub）交换机11网卡基本功能接口控制代码转换链路控制缓冲存储网卡可分为10Mbps网卡100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡1000Mbps网卡10GMbps网卡12网卡网卡可分为12以太网是20世纪70年代开发、到80年代形成的局域网规范，是目前应用最广的局域网。早期的以太网为总线拓扑结构，传输速率为10Mbps。

之后出现双绞线以太网，介质访问控制方法没有改变，传输速率仍为10Mbps。90年代出现了高速以太网，其传输速率可以达到100Mbps和1000Mbps。以太网可以多种传输介质。在IEEE802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准。2.4以太网技术13以太网是20世纪70年代开发、到80年代形成的局域网规范，是

有冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）①监听信道是否空闲，如果空闲就立即发送数据，并继续监听②如果信道忙就一直监听，直到信道空闲，立即发送③在传输过程中，一旦发现冲突，立即停止发送，并发送干扰信号来强化冲突，以便让其他结点知道④发送完干扰信号，等待一个随机时间再试图发送，即转到①2.4.1以太网的介质访问控制方式准备发送监听信道发送数据并继续监听发送拥挤信号按后退策略等待信道空闲信道忙检测出冲突再次尝试14有冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）2.4.1CSMA/CD的特点

负载较轻时，效率比较高，网络的吞吐量比

较高；在重负载的情况下，由于冲突增加，

网络的吞吐量明显下降。发送和响应的时间延迟都不确定，所以时实

性差。15CSMA/CD的特点15粗缆连接传输速率为10Mbps总线的最大长度为500m总线上最多可以连接100个收发器，两个收发

器之间的距离不能小于2.5m收发器电缆（AUI电缆）长度最多为50m收发器的作用是提供正常的数据发送和接收，

并且进行冲突的检测2.4.210兆位以太网10兆位以太网的MAC层采用CSMA/CD，在物理层有多种标准，采用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤

16粗缆连接2.4.210兆位以太网10兆位以太网的MAC粗缆以太网粗缆以太网的连接粗缆以太网的结构网卡计算机网卡计算机网卡计算机AUI电缆收发器终结器总线（粗缆）17粗缆以太网粗缆以太网的连接粗缆以太网的结构网卡计算机网卡计算细缆连接传输速率为10Mbps总线的最大长度为185m网卡计算机网卡计算机网卡计算机BNC连接器终结器细同轴电缆以太网的扩展使用中继器可以延长总线的长度任意两个节点之间不能超过4个中继器中继器不能隔离冲突18细缆连接网卡计算机网卡计算机网卡计算机BNC连接器终结器细双绞线连接（10Base-T）介质3类或5类双绞线传输速率10Mb/s物理拓扑结构星型逻辑拓扑结构总线型双绞线长度小于100米双绞线连接需要的设备集线器带有RJ-45插口的以太网卡3类或5类非屏蔽双绞线RJ-45插头

19双绞线连接（10Base-T）介质集线器RJ-45连接器站服务器站双绞线同轴电缆20集线器RJ-45连接器站服务器站双绞线同轴电缆20双绞线以太网的组网方式

单集线器结构

集线器连接同轴电缆21双绞线以太网的组网方式单集线器结构集线器连接同轴电水平分布多集线器结构

多集线器级联22水平分布多集线器结构多集线器级联222.4.3百兆位、千兆位、万兆位以太网交换与全双工

早期的以太网所有站点共享介质，采用半双工传输模式；10BASE-T也采用半双工传输当站点较多时，产生冲突的概率增加，以太网的性能会下降交换技术为每一个终端用户提供点到点的连接，为每个要发送信息的结点提供一条独享的通道，避免了冲突，可以实现全双工传输全双工的优点

可以增加通信的总容量消除了因使用CSMA/CD对链路长度的限制，便于长

距离连接232.4.3百兆位、千兆位、万兆位以太网交换与全双工早百兆位以太网（快速以太网）100BASE-T标准由10BASE-T标准发展而来，与10BASE-T在网络拓扑结构、介质访问控制方式等方面都保持一致，可以平滑升级

100BASE-T支持的传输介质的标准IEEE802.3CSMA/CD100BASE-X100BASE-T4100BASE-FX100BASE-TX2根5类非屏蔽双绞线2根屏蔽双绞线2根光纤4根3类或5类非屏蔽双绞线24百兆位以太网（快速以太网）100BASE-T标准由10BA双绞线（10Mbps）光纤（100Mbps）双绞线（100Mbps）交换机交换机交换机集线器集线器快速以太网25双绞线（10Mbps）光纤（100Mbps）双绞线（100M千兆位以太网千兆位以太网的标准是IEEE802.3z和IEEE802.3ab，保留了10BASE-T的帧格式即可半双工模式工作，也可全双工模式工作半双工模式下仍使用CSMA/CD，为保证有一定的传输距离采用了“载波扩展”工作于全双工模式时，采用全双工/流量控制协议，以避免出现拥塞和过载，全双工千兆位以太网不使用CSMA/CD采用半双工模式的千兆位以太网的优点并不明显，所以，千兆位以太网一般使用交换机组网，采用全双工模式，很少采用半双工模式26千兆位以太网千兆位以太网的标准是IEEE802.3z和I传输介质5类非屏蔽双绞线，长度不超过100m屏蔽双绞线，长度不超过25m波长为1300nm的单模光纤，长度不超过

3000m波长为850nm的多模光纤，长度不超过

300~550m千兆位以太网支持多种传输介质27传输介质千兆位以太网支持多种传输介质2710/100兆交换机10兆线路百兆线路10/100兆交换机10/100兆交换机千兆线路千兆主干交换机千兆主干交换机千兆位以太网2810/100兆10兆线路百兆线路10/100兆10/100兆万兆位以太网万兆位以太网(10Gbps以太网)标准是IEEE802.3ae用光纤作为传输介质工作在全双工模式下，不使用CSMA/CD仍采用以太网的帧结构和帧长度，与10Mbps、100Mbps、1000Mbps以太网兼容其传输距离为300m~40km万兆位以太网的是扩展以太网技术，使之进入城域网和广域网领域29万兆位以太网万兆位以太网(10Gbps以太网)标准是IEE万兆位以太网的技术特点

使用光纤，不再支持非屏蔽双绞线，从而可以满足城域网的距离要求，并且保证了较大的带宽采用全双工传输模式，不支持半双工，不存在介质访问控制方式对传输距离的限制，进一步提高了带宽在物理层采用两种编码技术，一种基于波分多路复用技术，另一种是新的高效编码技术仍采用以太网的帧结构和帧长度，便于升级网络的传输速率和传输距离满足城域网的要求以密集波分多路复用为基础，可以达到局域网、城域网、广域网的无缝集成

30万兆位以太网的技术特点使用光纤，不再支持非屏蔽双绞线，从以太网的组网以太网可分为共享式和交换式以太网，有多种传输速率，组网时应考虑网络规模、应用特点、成本、通信流量、维护量，以及互连等诸多因素

10Mbps以太网主要用于桌面系统或较小型网络应用，可根据流量和用户数决定采用共享式还是交换式以太网100Mbps以太网可以用于工作组级系统的连接，可采用交换式以太网，并连接工作组级服务器1000Mbps以太网大多用于园区主干网，或建筑物之间的网络连接，以及部门级或企业级主干网，并连接部门级或企业级服务器10Gbps以太网主要用于高带宽、长距离的以太网连接、企业局域网与城域网、广域网的连接，以及作为大型企业的主干网络等等

31以太网的组网以太网可分为共享式和交换式以太网，有多种传输速2.5.1令牌环的工作原理令牌环网令牌2.5令牌环和令牌总线的工作原理采用IEEE802.5标准。拓扑结构是环型，所有结点共享介质使用令牌进行介质访问控制不产生冲突322.5.1令牌环的工作原理令牌环网令牌2.5令牌环和令牌环网的特点只有截获令牌的结点才可以发送数据，不存

在发送数据的冲突可以实现多点传输(可以把数据发给多个结点)在负载较轻时效率较低；但在重负载时没有

解决冲突所占用的时间，效率比较高，网络

的吞吐量比较大支持优先级服务实现和维护比较复杂33令牌环网的特点332.5.2令牌总线的工作原理采用IEEE802.4标准采用总线型的物理拓扑

结构，但用传递令牌的

机制来进行介质的访问

控制在物理上是总线型网，

在逻辑上是环型网ABCGFDE（a）令牌总线（b）逻辑环AFCBDE令牌342.5.2令牌总线的工作原理采用IEEE802.4标令牌总线的特点不存在冲突，在重负载下，令牌总线具有较

高的吞吐量在轻负载时，效率就比较低每个结点等待令牌的时间是确定的令牌和数据在总线上直接发送，时间延迟比

令牌环小，时实性好主要缺点体现在它的复杂性上，逻辑环的维

护和实现都比较复杂35令牌总线的特点35局域网交换机2.6交换式局域网与虚拟局域网局域网交换机的原理2.6.1交换式局域网交换机在链路层上实现数据帧交换交换机通过自主学习建立MAC地

址与端口的对照表交换机按照对照表把收到的数据帧

转发出去可以同时转发多对结点之间传输的数据36局域网2.6交换式局域网与虚拟局域网局域网交换机的原理2直接交换方式

收到MAC帧头端的目的地址后，即开始转发

特点延迟小、交换速度快可能把有差错的帧也传到了目的结点不能连接传输速率不同的设备

存储转发方式接收完整的MAC帧进行差错检验确定数据正确后，再按目的地址查找对照表进行转发特点减少了差错，过滤掉了错误的帧而且可以连接传输速率不同的设备，但增加了延迟交换方式37直接交换方式存储转发方式接收完整的MAC帧进行差错检交换式以太网使用以太网交换机构成星型结构交换机的普通端口连接客户端计算机，上行端口连接数据传输量很大的服务器两个交换机也用上行端口连接38交换式以太网38可用多个交换机构成树型结构双绞线（10Mbps）光纤（1000Mbps）双绞线（100Mbps）交换机交换机交换机集线器集线器39可用多个交换机构成树型结构双绞线（10Mbps）光纤（1002.6.2虚拟局域网虚拟局域网是建立在交换技术基础之上的。虚拟局域网是用软件的方法，把网络中的结点组合成逻辑上的工作群体，称为逻辑工作组，使同一逻辑工作组的结点如同“集中”在一起，好象被“连接”在一个网段上一样。通过软件来划分和管理逻辑工作组，由交换机按照划分好的工作组完成通信管理。工作组中结点的调整非常方便，如果工作组中某个结点要移到其他工作组中，只需进行软件设置，而不用移动物理设备虚拟局域网原理402.6.2虚拟局域网虚拟局域网是建立在交换技术基础之上的逻辑工作组1逻辑工作组2逻辑工作组3交换机交换机交换机交换机41逻辑工作组1逻辑工作组2逻辑工作组3交换机交换机交换机交换机虚拟局域网的逻辑结构虚拟局域网1虚拟局域网2虚拟局域网3交换式局域网42虚拟局域网的逻辑结构虚拟局域网1虚拟局域网2虚拟局域网3交虚拟局域网的实现方法按端口划分把交换机上不同端口上连接的结点组成一个虚拟局域网

按Mac地址划分按结点MAC地址划分虚拟局域网，当一个用户从一个网段移到另一个网段时，不必重新设置虚拟局域网

按高层协议划分例如按IP地址、协议类型来划分，其延迟要长一些

43虚拟局域网的实现方法432.7FDDIFDDIFDDI的基本结构拓扑结构：双环结构传输速率：100Mbps传输介质：光纤介质访问控制方式：令牌传输距离（环路长度）：100km442.7FDDIFDDIFDDI的基本结构拓扑结构：双主环副环FDDI的可靠性通过增加冗余环路来提高系统的可靠性

45主环副环FDDI的可靠性通过增加冗余环路来提高系统的可靠性FDDI的特点传输速率高传输距离长、覆盖范围大可靠性高安全性好可以动态分配传输能力成本高46FDDI的特点46FDDI的工作原理各结点共享传输介质使用令牌进行介质访问控制，结点截获令牌后方可发送数据结点发送数据之后，立即释放令牌，其他结点可再截获令牌并发送数据环路上可能同时有多个结点发出的数据在流动，提高了介质的利用率47FDDI的工作原理各结点共享传输介质47DCCCCCDCCDDDCDABCD令牌A发给C的帧B发给D的帧48DCCCCCDCCDDDCDABCD令牌48集中式的计算模式2.8客户/服务器模式集中式的计算模式主机终端终端终端终端网络2.8.1网络计算模式的发展资源集中在主机上，所有计算和处理都在主机上完成49集中式的计算模式2.8客户/服务器模式集中式的计算模式资源共享模式

资源共享模式文件文件服

务器磁盘服务器作为资源共享的平台，存放共享的软件和数据，计算在工作站完成，网络上有大量的数据传送50资源共享模式资源共享模式文件文件服

务器磁盘服务器作为客户/服务器模式运算请求服务器运算结果客户/服务器模式应用分为前后端两部分，一项工作由客户端程序和服务器端程序共同完成，网络上只传输前端的请求和后端的计算结果51客户/服务器模式运算请求服务器运算结果客户/服务器模式应用2.8.2客户/服务器模式的特点充分利用双方的计算能力，组成了一个分布式的

网络应用环境把具体的应用处理放到客户端进行，减轻了服务

器端的负担，利用了客户端的计算能力减少了网络流量，数据的处理集中在服务器端完

成，充分利用了服务器的处理能力由于网络流量减少，数据处理在功能强大的服务

器上完成，使得响应时间缩短可以把数据与应用程序相隔离，保证了数据的独

立性、完整性和安全性522.8.2客户/服务器模式的特点充分利用双方的计算能力2.8.3客户/服务器的三层结构客户(用户界面)数据库服务器(管理数据库)应用服务器(实现应用逻辑)三层客户/