第四章-计算机局域网课件

第四讲局域网与城域网技术4.1局域网概述4.2几种常见的局域网4.3高速局域网技术4.4交换式局域网4.5虚拟局域网4.6主要的城域网技术1.4.1局域网概述4.1.1局域网的特点4.1.2局域网的拓扑结构4.1.3局域网的主要协议4.1.4局域网操作系统2.1、定义：局域网是在一个较小的范围内，将有限的通信设备互连起来的计算机网络。2、特点：地理范围有限。一般在10M---10KM之间传输速率高。1---100Mbps误码率低。在10-8---10-11之间协议简单。与局域网范围小、拓扑结构比较规则有关4.1.1局域网的特点3.4.1.1局域网的特点一般为一个部门所有，不提供公共服务安全保密性好可用传输介质多。即可以利用现有的通信线路，也可以架设专线。或使用无线通信。有共享信道局域网和交换式局域网决定局域网特性的主要技术要素有网络拓扑、传输介质和介质访问控制方法4.一、总线形拓扑结构1、结构将网上的设备均连接在一条总线上，任何两台计算机之间不再单独连接。如图4.1.2局域网的拓扑结构5.4.1.2局域网的拓扑结构环形网络1、结构：将网上计算机连接成一个封闭的环。如图6.4.1.2局域网的拓扑结构星形网络将多台计算机连在一个中心节点（集线器）上，各计算机之间通信必须通过中心节点。如图7.4.1.3常用局域网协议802.1网际互连协议，主要解决802标准与其他网络的互连问题。802.2逻辑链路控制协议802.3定义了采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线局域网标准802.4定义了令牌总线（TokenBUS）局域网标准802.5定义了令牌环（TokenRing）局域网标准802.6定义了城域网标准802.7定义了宽带网标准802.8定义了光纤网标准8.4.1.3常用局域网协议各协议之间的关系入下：9.4.2几种常见的局域网4.2.1以太网4.2.2令牌环网4.2.3令牌总线网10.4.2.1以太网一、以太网的结构IEEE802.3定义了CSMA/CD（载波侦听、多路访问、冲突检测）介质访问控制方法和物理层技术规范。采用IEEE802.3的典型网络是以太网。以太网最初采用总线拓扑结构，现在也采用星状拓扑以太网于1975年在美国研制成功，该网络技术不断发展，现在，新型以太网速率可以达到1000Mbps。以太网连接如图11.4.2.1以太网12.4.2.1以太网二、CSMA/CD的工作原理网上所有设备共享一条信道，采用CSMA/CD介质访问控制方法，任意时刻只能有一台设备发送数据，其他设备处于接收状态。数据在总线上广播式的传播，任何站点均可以收到，如果数据帧的地址是自己的，就接收下来，否则就丢弃掉。可以实现单点、多点和广播通信方式13.4.2.1以太网三、以太网的介质访问控制方法1、载波侦听多路访问（CSMA）控制方法。又称为“先听后讲，边听边讲”在发送数据前，先侦听共享介质上有无数据在传送，如果空闲就发送，否则，退避一段时间再发送。但由于共享介质有一段长度，一站发送另一站需要一定时间才能检测到，所以，检测到的空闲是不可靠的。仍然会产生冲突，一旦产生冲突，数据帧也要发送完，因此会造成较长时间的网络延迟，影响信道效率。14.4.2.1以太网2、载波侦听、多路访问/冲突检测CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect）控制方法又叫先听后讲，边听边讲。基本思想是：在CSMA方法的基础上，一边发送数据，一边从总线上接收信息，将发送的信息与接收的信息相比较，若两者一致，说明无冲突，继续发送，若不一致，说明产生了冲突，立即停止发送，同时发出一串阻塞信号，经随机等待后再重新尝试。这种方法可以及早的发现冲突，释放介质，从而提高了信道的利用率。15.3.4.1以太网工作原理四、常用以太网（Ethernet）物理层标准以太网采用CSMA/CD算法，采用1坚持型算法，基带传输，采用曼彻斯特编码。一、10BASE-216.4.2.1以太网10----速率BASE-----基带2---网段长度（100的倍数，实际185米）速率：10Mbps物理拓扑：为总线结构通信介质：用50欧姆细同轴电缆网段最大长度：最长185米连接器：采用BNC、T形头连接。每个网段可连接点数：30通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可以连计算机。网络最大长度：925米站点之间最小距离：0.5米17.4.2.1以太网二、10BASE-5速率：10Mbps物理拓扑：为总线结构通信介质：用50欧姆粗同轴电缆网段最大长度：最长500米连接器：采用AUI/DIX接口18.4.2.1以太网每个网段可连接点数：100通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可以连计算机。收发器之间最小距离：2.5米收发电缆最大长度：50米网络最大长度：2500米19.4.2.1以太网三、10BASE-T速率：10Mbps物理拓扑：为星型结构通信介质：双绞线网段最大长度：最长100米连接器：RJ-4520.4.2.1以太网每个网段可连接点数：512通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可以连计算机。系列最大集线器数：421.4.2.2令牌环网一、令牌环网的工作原理IEEE802.5定义了令牌环网的规范，令牌环网最早由IBM于1985年推出，该网物理结构为环形，而现在多为星型在环路上采用令牌传送访问方法，一般采用IBM专用电缆，可以连接260个结点，也可采用无屏蔽双绞线，可以连接72个结点。传输速率为4Mbps或16Mbps，整个环路的长度不能超过366米22.4.2.2令牌环网令牌环网用传输介质串联多个工作站组成，每个工作站通过收发器与环连接。1、开始：当令牌初始化后，若每个站点都不发送数据帧，则只有空令牌在环上流动2、发送：某个站点要发送数据帧，先将数据组装成帧，等待空令牌的到来，获得空令牌后，将空令牌置成忙令牌，并将数据插在忙令牌后发送到环上23.4.2.2令牌环网3、接收：数据帧经过其他站点的收发器时，收发器将帧内的目的地址与本站地址相比较，如果一致就将帧的数据内容复制到本站，并作出标记，再转发到下一站。否则，直接转发到下一站。4、释放令牌：当帧沿环返回到发送站时，发送站将数据撤消，同时将令牌置成“闲”状态。交给下一站。24.4.2.3令牌总线网IEEE802.4规定了令牌总线网的标准令牌总线网的物理拓扑为总线，但用令牌控制对介质的访问，形成逻辑环结构。25.4.2.3令牌总线网网上每一个工作站、都有唯一的标识号，每个工作站除了要记住自己的标识号外，还要记住前站（P）、后站（N）的标识号。令牌按标识号的顺序传递，形成逻辑环，数据直接在两站点之间传送。持有令牌的站发送完数据后，把令牌传送给下一站，各站有平等的发送帧的机会，令牌传递顺序与站点的物理顺序无关。26.4.3高速局域网4.3.1提高网速的途径4.3.2快速以太网4.3.3千兆以太网4.3.4交换式局域网4.3.5虚拟局域网27.4.3.1提高网速的途径1、提高网络速度的必要性在过去的20年中计算机的速度提高了百万倍，价格不断下降，这促进了计算机的广泛应用计算机的广泛应用使连网成为必然，计算机网络规模越来越大，网络内部的通信量越来越大。传统的共享介质网络，随网络规模的增大，效率急剧下降28.4.3.1提高网速的途径2、解决网络规模和网络性能矛盾的方法改进局域网技术，提高局域网的速率将一个大型网络用网桥或路由器划分成多个较小的网段（子网），减少每个网段内部的结点数将共享方式的网络改成交换式的网络29.4.3.2快速以太网1、快速以太网的发展快速以太网单指速率为100MB的以太网，快速以太网体系结构、工作原理、介质访问控制方法与传统以太网相同，只是改变了物理层标准，使每个比特的发送时间有100ns降低到10ns.30.4.3.2快速以太网快速以太网标准速率：100Mbps物理拓扑：为星型结构通信介质：100BASE-TX5类UTP或STP网段最大长度100米100BASE-T43、4、5类UTP网段最大长度100米100BASE-FX2.5

m多模光纤网段最大长度150/412/200/1000米其余同10BASE-T31.4.3.3千兆以太网现在，许多用户通过10BASE-T或100BASE-T与局域网连接，这将产生与传统局域网类似的瓶颈现象。随着网络上越来越复杂的应用，快速以太网在数据仓库、桌面视频会议、高清晰度图象的应用中会显得力不从心千兆以太网体系结构、工作原理、介质访问控制方法与传统以太网相同，只是改变了物理层标准，使每个比特的发送时间由10ns降低到1ns.32.4.3.3千兆以太网千兆以太网的标准1000BASE—T：使用5类非屏蔽双绞线，网段长度可达100米1000BASE—CX：使用屏蔽双绞线，网段长度可达25米1000BASE—LX：使用波长为1300 nm的单膜光纤，网段长度可达3000米1000BASE—SX：使用波长为850nm的多膜光纤，网段长度可达300--550米33.4.3.3千兆以太网千兆以太网现在主要用于企业（校园）网络的主干网。企业级1000兆部门级100兆用户级10兆34.4.4交换式局域网1、交换式网络的提出传统的共享介质的网络当网络结点增加时性能变差，为克服网络规模和网络性能之间的矛盾，人们提出了交换式的网络。交换式的网络的核心式网络交换机，它可以在多个端口之间建立多条并发的连接。35.4.4交换式局域网共享介质类的网络多个工作站共享一个通信介质，任意时刻只能有一个工作站占用介质。传统的以太网（Ethernet）、令牌环网（TokenRing）均属于这类网络。100MB共享式集线器带宽被各结点均分36.4.4交换式局域网交换式网络通过交换机使网上任意两个工作站通信时独占通信介质，可以同时建立多条并行连接。100MB交换机，内有多条背板总线，每条总线速率均为100MB通信时每两个个结点间都可以达到100MB的速率37.4.4交换式局域网2、交换式局域网的工作原理交换式局域网主要根据“端口号/MAC地址映射表”工作，当交换机工作时，会自动建立这种映射设一个6端口的交换机，端口1、4、5、6分别连接了计算机，则生成如图所示的“映射表”。当计算机A和计算机C通信时，发送前，在A结点先填好数据帧的目的地址C，然后送交换机，交换机查“端口号/MAC地址映射表”，在1号和5号端口间建立连接这种连接可以根据需要同时建立多条，由背板总线的数目而定。38.4.4交换式局域网地址表端口地址1A234B5C6D地址表缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区12345639.4.5虚拟局域网一、什么是虚拟局域网在交换式网络基础上，通过一定的技术手段，根据实际工作的需要，将网络上的结点划分成若干逻辑工作组，每个工作组就是一个虚拟网络。虚拟网络以软件的方式实现逻辑工作组的划分，工作组中结点不受其物理位置的限制，可以分布在不同的网段上40.4.5虚拟局域网二、虚拟局域网的实现1、用端口号定义虚拟局域网根据交换机的端口号划分虚拟网，这些端口号可以来自不同的交换机。一个端口或一个网段只能属于一个虚拟网不足之处是：当用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理员必须对虚拟网的成员重新配置41.4.5虚拟局域网12345678910VLAN1VLAN242.VLAN24.5虚拟局域网12345678910VLAN1VLAN212345678910VLAN143.4.5虚拟局域网2、用MAC地址定义虚拟局域网MAC地址