工业网络技术第3课.ppt

1、,东北大学秦皇岛分校,第三章 局域网技术,本章主要内容,局域网基础知识 局域网网络协议 介质访问控制方式 交换式局域网 局域网互连技术,局域网特性,覆盖有限的地理范围 传输速率高（通常在10Mb/s1000Mb/s之间） 误码率低（通常低于10-8） 单位自己建设和拥有，易于维护和管理 主要技术特点 拓扑结构 传输介质 介质访问控制方法,局域网的拓扑结构,总线型拓扑结构 环型拓扑结构 星型拓扑结构,局域网传输介质,传输介质 用于传输信号的各种物理介质 物理上将计算机相互连接起来的介质 传输介质的种类 同轴电缆 非屏蔽双绞线UTP 屏蔽双绞线STP 光缆,本章主要内容,局域网基础知识 局域网网络

2、协议 介质访问控制方式 交换式局域网 局域网互连技术,局域网协议标准化,IEEE 802委员会成立于1980年2月，任务是制定局域网的国际标准，共有16个分委员会。,局域网标准化ext,802.1 - 局域网概述和体系结构 802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CD（以太网） 802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.6 DQDB（分布队列双总线-MAN标准）； 802.8 - FDDI（光纤分布数据接口） 802.11 - 无线LAN,局域网与OSI/RM对应关系,各子层功能,MAC子层 数据帧的封装与解

3、封； MAC协议的实现和维护； 位差错检测和寻址。 LLC子层 逻辑连接的建立和释放； 向高层提供服务接口； 差错控制； 帧编号。,本章主要内容,局域网基础知识 局域网网络协议 介质访问控制方式 交换式局域网 局域网互连技术,介质访问控制技术（MAC）,Medium Access Control 解决同一时间多台设备争用共享信道的问题。 决定了传输介质的利用率。,最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。,CSMA/CD 协议,B向 D 发送数据,C,D,A,E,匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）,匹配电阻,不接受,不接受,不接

4、受,接受,B,只有 D 接受 B 发送的数据,为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施,采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。 以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。 这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。,介质访问控制技术ext,带有冲突检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD） 控制令牌（ Token Bus ）,CSMA/CD,载波侦听（ Carrier Sense ） 坚持和非坚持CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问） 冲突和冲突检测（Collision Det

5、ection）,载波侦听（Carrier Sense）,为尽量避免由于竞争总线引起的冲突，每个工作站在发送数据前，都要侦听传输线上是否有数据正在发送。 “讲前先听”,CSMA/CD,载波侦听（ Carrier Sense ） 坚持和非坚持CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问） 冲突和冲突检测,坚持和非坚持CSMA,不坚持CSMA 1坚持CSMA P坚持CSMA,不坚持CSMA,坚持和非坚持CSMA,不坚持CSMA 1坚持CSMA P坚持CSMA,1坚持CSMA,坚持和非坚持CSMA,不坚持CSMA 1坚持CSMA P坚持CSMA,P坚持CSMA

6、,CSMA/CD,载波侦听（ Carrier Sense ） 坚持和非坚持CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问） 冲突检测,冲突和冲突检测,CSMA并不能完全解决冲突问题 由于传输延迟，多个站同时监听到线上空闲，并开始发送，从而导致冲突。 边讲边听,介质访问控制技术ext,带有冲突检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD） 令牌方式（ Token ）,令牌方式,CSMA/CD各节点发起通信是随机的。 节点必须持有“令牌”（Token），才有资格发送数据。 令牌是一个特殊结构的控制帧，在网络上的各个节点中按特定的顺序进行传递。,令牌方式,令牌环形

7、令牌总线,令牌环形,令牌环网络拓扑结构是环形。 令牌沿着网络环路单向传递，拥有令牌的站点才有权向环路上发送报文，其他站点接收报文。 任何时刻只会有一个节点利用环路传送报文，因而在环路上不会出现访问冲突。,令牌环工作原理,网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行 发送站点 必须等待，直到捕获到令牌 发送数据帧 释放令牌 回收数据帧（绕环一周后） 中间站点（数据帧的目的地址与自己不同） 转发环上的数据帧 接收站点（数据帧的目的地址与自己相同） 拷贝环上的数据帧 转发环上的数据帧,图3-5 环形网示意图,令牌方式,令牌环形 令牌总线形,令牌总线形,网络拓扑形式是总线形。 令牌的传递逻辑是环形。 网络必

8、须具有初始化功能，生成令牌传递次序。 DH-485、DH+等网络采用的仲裁机制。,令牌总线形ext,IEEE制订的局域网标准,IEEE 802.3 带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD） IEEE 802.4 令牌总线（Token Bus） IEEE 802.5 令牌环（Token Ring）,本章主要内容,局域网基础知识 局域网网络协议 介质访问控制方式 交换式局域网 局域网互连技术,共享式以太网存在的主要问题,覆盖的地理范围有限 网络总带宽容量固定 以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同拥有 节点增加，冲突概率增大，带宽浪费也越严重 无法支持多种速率 以太网的传输介质是共享的,共

9、享式以太网使用HUB,2,3,4,1,使用HUB等同于同轴以太网，也是共享式以太网。HUB只是物理层设备，只识别信号0和1，只是将电信号放大 使用HUB的以太网还是存在冲突，当网络负载达到网络带宽的40%时，网络存在大量的冲突，没有节点可以发送数据 使用HUB的以太网，数据在HUB中的传输延迟小，只有约50个比特的时间，也就是只有500ns(100M以太网)或5us(10M以太网）的延迟,共享式以太网：冲突,2,3,4,1,节点1检测到冲突,节点3检测到冲突,冲突,Data Collection,Mission-Critical (Control),Back Office,Configurat

10、ion (File Transfer),Classification Policing Congestion avoidance,交换的提出,共享以太网存在的问题的解决方法：分段 何谓分段？ 将大型以太网分割成两个或多个小型以太网 每个段使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信 段与段之间通过“交换”设备沟通 交换设备在一段接收信息，经处理后转发给另一段,利用集线器组成的大型共享式以太网,交换设备的类型,局域网交换机：工作于数据链路层，连接较为相似的网络 路由器：工作于互联层，实现异型网络互联,以太网交换机组网,将一台计算机直接连到交换机端口 该计算机独享该端口提供的带宽 将一个网

11、段连到交换机端口 该网段上的所有计算机共享该端口提供的带宽,以太网交换机的工作过程,虚拟局域网VLAN,什么是虚拟局域网？ 将局域网上的用户或节点划分成若干“逻辑子网” 网络中节点不拘泥于所处的物理位置，而可以根据需要灵活地加入不同的逻辑子网中的一种网络技术。 利用以太网交换机就可以配置VLAN,利用共享式局域网需要做些什么？,一个逻辑工作组的站点需要移到另一个逻辑工作组（如站点从LAN1移动到LAN3） 移动站点的物理位置并需要重新布线,利用交换式局域网需要做些什么？,一个逻辑工作组的站点需要移到另一个逻辑工作组（如站点从LAN1移动到LAN3） 以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理,VLA

12、N的组网方法,静态VLAN 交换机上的VLAN端口由管理员静态分配 这些端口保持这种配置直到人工改变它们 动态VLAN 交换机上VLAN端口是动态分配的 分配原则通常以MAC地址、IP地址为基础,静态VLAN,基于MAC地址的VLAN,基于IP地址的VLAN,在一台交换机上配置VLAN,跨越多台交换机的VLAN,VLAN的优点,减少网络管理开销 控制广播活动 提供较好的网络安全性 利用现有的集线器以节省开支,本章主要内容,局域网基础知识 局域网网络协议 介质访问控制方式 交换式局域网 局域网互连技术,网络互连设备,物理层中继器 数据链路层网桥 网络层路由器 传输层及传输层以上网关,中继器,每种网络都规定了一个网段所容许的最大距离； 中继器负责在物理层上完成信号的复制、调整和放大功能； 中继器用于延长网络距离，两端的传输速率、协议和地址空间都相同。,中继器ext,网络互连设备,物理层中继器 数据链路层网桥 网络层路由器 传输层及传输层以上网关,网桥,又称桥接器，在数据链路层上对帧进行存储转发。 网桥能够互联两个采用不同媒体访问控制协议、不同传输速率、不同传输介质的网络。 网桥两端的协议和地址空间保持一致。,网桥ext,网络互连设备,物理层中继器 数据链路层网桥 网络层路由器 传输层及传输层以上网关,路由器,路由器工作在物理层、数据链路层和网络层。 为经