《计算机网络技术》课件-第4章 局域网技术

第4章局域网技术本章介绍的具体内容局域网的定义和特点局域网的组成局域网协议及模型典型的局域网协议标准常用的局域网技术局域网的组建和使用4.1局域网的基本概念局域网发展于20世纪70年代，个人计算机的增多推动了局域网的发展。1975年美国施乐(Xerox)推出的以太网成为了局域网标准。1982年修订推出了DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约IEEE的802.3标准。DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网4.1局域网的基本概念定义：局域网是将较小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。局域网的三个属性：（1）局域网是一个通信网络（2）通信设备：计算机、终端等（3）较小区域：可以是一个建筑物内问题：一个校园网是吗？4.1.1局域网的特性1、局域网的典型特性：（1）高数据速率（10Mbps~10000Mbps）（2）范围小（0.1km~25km）（3）低误码率（10-8~10-11）4.1.1局域网的优点2、局域网的优点：(1)组网方便(2)使用灵活(3)信号传输速度快(4)网络建设费用低(5)适合于中小单位的计算机联网4.1.2局域网的拓扑结构习惯上，根据缆线的铺设形式，将局域网分类为星形、总线形、环形局域网。星形结构总线结构环形结构局域网的拓扑结构拓扑结构就是网络中通信线路和结点（计算机或设备）的几何排列形式。常见的几种计算机网络拓扑结构：星型、总线型、环型、网状型、树型（a）物理连接（b）拓扑图结点链路通路

1.星形结构：

1.星形结构：特点：网络结构简单，便于管理（集中式）线路利用率低中心处理机负载重

入网机故障，网络可正常工作；

中心机故障，网络瘫痪2.总线型结构：2.总线型结构：特点：

多台机器共用一条传输信道

信道利用率较高；

同一时刻只能由两台计算机通信

某个结点的故障不影响网络的工作

网络的延伸距离有限，结点数有限3.环型结构3.环型结构特点：实时性较好每个结点只与相邻两个结点有物理链路某个结点的故障将导致物理瘫痪结点数有限

4.网状结构结点之间的连接不唯一，完整性、可靠性高主要用于覆盖范围大入网主机多（机型多）的环境，常用于构造广域网络网状（不规则）结构5、树状结构物理星型网络逻辑星型网络主机按照组网方式分类：对等网、专用服务器局域

网、客户机/服务器局域网按照介质访问控制方法分类：共享介质局域网、

交换式局域网4.1.3局域网的分类4.1.4局域网的体系结构1、局域网参考模型4.1.4局域网的体系结构为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的局域网对LLC子层

是透明的局域网网络层物理层站点1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点2LLC子层看不见下面的局域网IEEE802局域网参考模型各层功能物理层功能：物理连接以及媒体上的传输数据。MAC的主要功能：

1、将上层交下来的数据封装成帧进行发送

（接收时进行相反的过程，将帧拆卸）

2、处理介质争用问题

3、差错检测

4、实现帧的寻址

IEEE802局域网参考模型各层功能LLC的主要功能：

1、建立和释放数据链路层的逻辑连接

2、提供与高层的接口

3、差错控制

4、给帧加上序号

提供面向连接和面向无连接的服务局域网IEEE802协议标准系列IEEE802.1---网间互联定义；IEEE802.2---逻辑链路控制协议（LLC）；IEEE802.3---载波侦听多路访问/冲突检测IEEE802.4---令牌总线（Token-Bus）IEEE802.5---令牌环（Token-Ring）IEEE802.6---城域网访问方法和物理层规范……4.3介质访问控制方法介质访问控制是解决当局域网中公用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。（在同一时间只能允许一台计算机发送数据）局域网中主要有两种介质访问控制方法：1）随机型介质访问控制协议：所有的用户可随机地发送信息，如CSMA/CD2）受控型介质访问控制协议：用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制，如令牌方式4.3介质访问控制方法4.3.1以太网（Ethernet）的工作原理载波侦听多路访问(CSMA)1）站点发送首先监听2）若介质空闲则发送3）若介质忙，则等待一定时间间隔后重试IEEE802.3标准三种推迟算法：

1-坚持型：始终监听，空闲发送数据

非坚持型：随机监听，空闲发送数据

P-坚持型：随机监听，p概率发送数据4.3介质访问控制方法CSMA/CD:载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD的发送流程可以概括为：

先听后发边听边发冲突停止延迟重发结点B结点A结点C结点D结点EEthernetCSMA/CD的特点（1）共享媒体，任何时刻只有一个结点在发信息（2）竞争，各结点抢占对共享媒体的访问权（3）轻负载时，效率较高（4）重负载时，冲突概率加大，效率低（5）难以测定等待时间，不适合实时传输4.3.2令牌环的工作原理令牌环网工作原理具有特定格式的令牌帧绕环行使；希望发送信息的结点将数据组成MAC帧，并仅在获得令牌之后，才可进行发送动作；每个结点均执行环内数据的转发；只有接收结点进行数据帧的复制和接收；发送数据的结点在收到绕环一周的帧后，撤出该帧并释放令牌。令牌环的工作原理演示：4.3.3令牌总线的工作原理工作原理在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令牌来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成闭合逻辑环路。abcded,c,ac,e,ba,b,ce,a,db,d,e4.3.4无线介质访问控制方法在有线网的基础上通过无线集线器、无线访问接入点、无线网卡等设备使无线通信得以实现。4.3.4无线介质访问控制方法IEEE802.11蓝牙Zigbee4.3.4无线介质访问控制方法无线局域网却不能简单地搬用CSMA/CD协议。这里主要有两个原因。CSMA/CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。在无线网中，并非所有的站点都能听见对方。而所有站点都能听见对方是实现CSMA/CD所必备的。无线局域网的特殊问题当A和C检测不到无线信号时，都以为B是空闲的，因而都向B发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hiddenstationproblem)A的作用范围C的作用范围ABCD无线局域网的特殊问题B向A发送数据，而C又想和D通信。C检测到媒体上有信号，于是就不敢向D发送数据。其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据这就是暴露站问题(exposedstationproblem)ADCB？B的作用范围C的作用范围CSMA/CA协议无线局域网不能使用CSMA/CD，而只能使用改进的CSMA协议。1）发送前检测，若信道空闲转第三步，若忙转第二步；2）站点等待一段时间转第一步；3）发送数据前，先发送RTS帧，接收端收到回复CTS；4）站点收到CTS后开始发送数据报；5）一段时间后，站点没有收到回应则认为发生了冲突，转第一步；覆盖范围几种无线网络的比较1Gb/s100Mb/s10Mb/s1Mb/s100kb/s10kb/s用户数据率PANLANMANWAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g,a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAX4.4常用的局域网技术数据率（Mbps）基带信号(采用曼彻斯特编码基带传输)段最大长度（百米）10Base-54.4.1以太网(Ethernet)1.10Base5

粗缆vampiretapBNC端子收发器AUI电缆NIC最大段长度500米每段最多站点数100网络最大跨度2.5公里

10Mbps以太网的中继规则在10Mbps的以太网中，使用5-4-3的规则：总共允许有5个网段；在信道上只允许连接4个转发器；可以有3个网段连接客户机；2.10Base2细缆BNC接头NIC段最大长度185m每段最多站点数30单网段最大长度为185米，最多节点30个两节点之间最小距离0.5米2个网段的距离为370米3.10BaseT集线器的作用相当于一个多端口的中继器（转发器），数据从集线器的一个端口进入后，集线器会将这些数据从其他所有端口广播出去。NIC最大长度100m4.4.3快速以太网100BASE-T快速以太网。100BASE-T的标准为802.3u，作为802.3的补充100BASE-T要求星型布线结构100Base-T的四种标准：100Base-TX：支持2对五类（UTP）100Base-T4：支持4对UTP100Base-T2:支持2对UTP100Base-FX：多模或单模光纤快速以太网的应用使用非屏蔽5类双绞线以星型连接的方式连接以太网节点（工作站和服务器）交换机交换机100Base-TX集线器100Base-TX集线器100Mbps的链路采用5类UTP的100Mbps链路10Base-T集线器10Mbps的链路4.4.4千兆以太网千兆以太网产生的背景千兆以太网保留传统的1000Base-T的所有特征GigabitEthernet标准的工作是从1995年开始1000M交换机交换机100M交换机1000M1000M100M100M10M交换机10M服务器千兆以太网4.4.5高速网络技术背景工作站的处理能力增强各种应用的功能越来越强服务器的集中化文件的大小日益增加网络用户和工作站数目的日益增加4.4.6交换式以太网4.4.7光纤分布式数字接口光纤分布式数字接口—环形网特例（FDDI）为获得方便、高速、可靠的效果，FDDI借鉴802.5标准，采用双环光纤构建。 FDDI外环内环光纤集中器结点4.4.7光纤分布式数字接口特征传输媒体：多模光纤或单模光纤（数字信道）传输编码：编码中携带同步信号传输速率：100Mbps传输距离：单段<2km（多模）或100km（单模）环路长度：小于200km；附接站点数：小于1000个4.4.8虚拟局域网（VLAN）虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的计算机可处在不同的局域网中4.4.8虚拟局域网（VLAN）4.4.9无线局域网以太网标准IEEE规范公布时间速率拓扑结构网段长度支持介质10Base5802.3198310M总线50050Ω粗缆10Base2802.3a198810M总线18550Ω细缆1Base5802.3c19881M星型2502对3类UTP（100Ω）10Base-T802.3i199010M星型1002对3类UTP（100Ω）10Broad36802.3b198810M总线180075Ω同轴电缆10Base-TF802.3i199210M星型20002股多模/单模光缆100Base-TX802.3u1995100M星型1002对5类UTP（100Ω）100Base-T4802.3u1995100M星型1004对3类UTP（100Ω）100Base-TF802.3u1995100M星型20002股多模/单模光缆1000Base-SX802.3z1998年6月1000M星型26062.5μm芯多模光缆52550μm芯多模光缆1000Base-LX802.3z1998年6月1000M星型55062.5μm芯多模光缆52550μm芯多模光缆3000单模光缆1000Base-CX802.3z1998年6月1000M星型25STP同轴电缆1000Base-T802.3ab19991000M星型10005类UTP（100Ω常用网络技术一览表4.5简单局域网的构建实例

4.5.1局域网的主要网络设备：网络终端设备：服务器和工作站网络传输设备：网卡、中继器、集线器、交换机传输媒体:双绞线、细同轴电缆、光纤2、双绞线组网方法1基本的硬件设备：带RJ-45接口的以太网