局域网基本工作原理ppt课件

1、计 算 机 网 络 基 础第四讲 局域网基本工作原理,了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理,本章学习要求,4.1.1局域网的技术特点,局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园等有限范围内的计算机连网的需求； 局域网提供高数据传输速率（10100Mbps）、低误码率的数据传输环境，数据传输速率高达1Gbps的高速局域网正在发展中； 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输

2、介质与介质访问控制方法； 从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。,4.1局域网的技术特点,了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理,本章学习要求,4.2.1 总线型拓扑结构,总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式； 所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上； 总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线； 所有结点可以通过总线以“广播”

3、方式发送或接收数据，因此出现“冲突”不可避免； “冲突”会造成传输失败； 必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC， Medium Access Control）问题。,4.2 局域网拓扑结构,4.2.1 总线型拓扑结构,总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；,4.2 局域网拓扑结构,4.2.1 总线型拓扑结构,总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；,4.2 局域网拓扑结构,4.2.1 总线型拓扑结构,介质访问控制方法要解决以下几个问题： 该哪个结点发送数据？ 发送时会不会出现冲突？ 出现冲突怎么办？ 总线型拓扑的优点： 结构简单，实现容易； 易于扩展

4、，可靠性较好。,4.2 局域网拓扑结构,4.2.2 环型拓扑结构,结点使用点-点线路连接，构成闭合的物理环型结构； 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； 多个结点共享一条环通路； 环建立、维护、结点的插入与撤出。,4.2 局域网拓扑结构,4.2.3 星型拓扑结构,逻辑结构与物理结构的关系 交换局域网(Switched LAN)的物理结构,4.2 局域网拓扑结构,了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域

5、网的工作原理,本章学习要求,4.3.1 传输介质类型与介质访问控制方法,局域网的传输介质类型： 同轴电缆 双绞线 光纤 无线通信信道,4.3 IEEE 802参考模型与协议,4.3.1 传输介质类型与介质访问控制方法,介质访问控制方法: 带有冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD) 令牌总线 (Token Bus) 令牌环 (Token Ring),4.3 IEEE 802参考模型与协议,4.3.1 IEEE802 参考模型,IEEE 802 参考模型与OSI参考模型的关系,4.3 IEEE 802参考模型与协议,4.3.1 IEEE802 参考模型,IEEE 802委员会为局域网制定了

6、一系列标准，它们统称为IEEE 802标准； IEEE 802标准之间的关系,4.3 IEEE 802参考模型与协议,了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理,本章学习要求,4.4.1 以太网的工作原理,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,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.1 以太网的工作原理,CSMA/CD的工作原理,4.4 共享介质局

7、域网的工作原理,4.4.2 令牌总线的工作原理,令牌总线（Token Bus）:是一种在总线拓扑中利用“令牌”（Token）作为控制节点访问公共传输介质的确定性介质访问控制方法。 令牌：一种特殊结构的控制帧，用来控制节点对总线的访问权,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.2 令牌总线的工作原理,令牌传递规定由高地址向低地址，最后由低地址向最高地址依次循环传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.2 令牌总线的工作原理,令牌帧含有一个目的地址，接收到令牌帧的结点可以在令牌持有的最大时间内发送一个或多个帧。 注：在发生以下这些情况时，令牌持由结点必

8、须交出令牌 1、该结点没有数据帧等待发送。 2、该结点已发送完所有待发送的数据帧。 3、该结点持有令牌的最大时间到了。,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.2 令牌总线的工作原理,Token Bus的环维护工作： 环初始化 新结点加入环 结点从环中撤出 环恢复 优先级,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.2 令牌总线的工作原理,Token Bus的主要特点： 介质访问延迟时间有确定值； 通过令牌协调各结点之间的通信关系，各结点之间不发生冲突，重负载下信道利用率高； 支持优先级服务。,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.3 令牌环的工作原理,令牌帧中有一位标志令牌的忙闲。当环正

9、常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，传送顺序与结点在环中排列的顺序相同,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.3 令牌环的工作原理,Token Ring方式的优点： 环中结点访问延迟确定 适用于重负载环境 支持优先级服务 Token Ring方式的缺点： 环维护工作复杂 实现比较困难,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.3 令牌环的工作原理,IEEE802.5 标准： 单令牌协议：环中只能存在一个有效令牌。 优先级位：通过优先级来设定令牌的优先级。 监控站：通过令牌监控位执行环维护功能。 预约指示器：通过预约指示器进行令牌预约，可以控制每个结点利用空闲令牌发送不同优先级的数据帧

10、所占用的时间。,4.4 共享介质局域网的工作原理,了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理,本章学习要求,4.5.1 高速局域网的研究方法,推动局域网技术发展的因素： 个人计算机的广泛应用。在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍； 基于Web的Internet/Intranet应用要求更高的带宽 在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像这类

11、应用中，人们需要有更高带宽的局域网。,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.1 高速局域网的研究方法,传统共享式局域网的缺点： 传统局域网技术建立在“共享介质”基础上，典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus； 介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质； 每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少； 网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.1 高速局域网的研究方法,高速局域网的研究方法： 第一种方案：提高Eth

12、ernet的数据传输速率：10Mbps100Mbps10Gbps ； 第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，导致局域网互连技术的发展； 第三种方案：将“共享介质方式”改为“交换方式”， 导致“交换式局域网”技术的发展。,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.1 高速局域网的研究方法,共享介质与交换局域网工作原理的区别,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.1 高速局域网的研究方法,局域网的分类方法: 局域网产品类型与相互之间的关系,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.2 光纤式数据接口,FDDI的工作原理 (FDDI，Fiber Distributed Data I

13、nterface),4.5 高速局域网的工作原理,4.5.2 光纤式数据接口,FDDI主要技术特点: 使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议； 使用 802.2协议，与符合 802标准局域网兼容； 数据传输速率为100Mbps，连网的结点数最大为1000，环路长度为100km ； 可以使用双环结构，具有容错能力； 可以使用多模或单模光纤； 具有动态分配带宽的能力，能够支持同步和异步数据传输。,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.2 光纤式数据接口,FDDI主要应用环境 : 计算机机房网 办公室或建筑物群的主干网 校园网的主干网 多校园的主干网,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.3

14、快速以太网,快速以太网的发展: 快速以太网又称为Fast Ethernet，它的传输速率比普通Ethernet快10倍，数据传输速率达到了100Mbps； Fast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法； 每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns； 1995年9月，IEEE 802委员会正式批准了Fast Ethernet标准IEEE 802.3u。,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.3 快速以太网,Fast Ethernet的协议结构 :,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.3 快速以太网,100 BASE-T 标准: 100 BASETX：支持2对5类

15、非屏蔽双绞线（UTP）或2对1类屏蔽双绞线（STP）。1对5类UTP或1对1类STP用于发送，而另1对双绞线用于接收。 100 BASET4：支持4对3类非屏蔽双绞线（UTP），其中3对用于数据传输，1对用于冲突检测。 100 BASEFX：支持2芯的多模或单模光纤。主要用做高速主干网，从接点到集线器的距离可以达到2km,是一种全双工系统。,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.4 千兆位以太网,用Ethernet组建企业网的全面解决方案: 桌面系统采用传输速率为10Mbps的Ethernet； 部门级网络系统采用传输速率为100Mbps的Fast Ethernet； 企业级网络系统采用传输速

16、率为1000Mbps的Gigabit Ethernet,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.4 千兆位以太网,Gigabit Ethernet的协议结构 :,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.4 千兆位以太网,1000 BASET 有以下4种有关传输介质的标准: 1000 BASE-T:使用的是5类非屏蔽双绞线。双绞线的长度可以达到100m。 1000 BASE-CX:使用的是屏蔽双绞线，双绞线的长度可以达到25m。 1000 BASE-LX:使用的是波长为1300nm的单模光纤，光纤创度可以达到3000m。 1000BASE-SX:使用的是波长为850nm的多模光纤，光纤的长度可以达到

17、300550m。,4.5 高速局域网的工作原理,了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理,本章学习要求,4.6.1 交换式局域网的基本结构,交换式局域网的核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。,4.6 交换式局域网的工作原理,4.6.2 局域网交换机的工作原理,4.6 交换式局域网的工作原理,4.6.2 局域网交换机的工作原理,交换机的帧转发方式（以

18、以太网为例） 1) 直接交换方式(Cut Through):交换机只要接收并检测到目的地址字段，立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错。帧出错监测任务由结点主机完成。 2) 存储转发交换方式(Store and Forward):交换机首先完整地接收发送帧，并先进行差错检测。如果接收帧是正确的，则根据目的地址确定输出端口号，然后再转发出去。,4.6 交换式局域网的工作原理,4.6.2 局域网交换机的工作原理,交换机的帧转发方式（以以太网为例） 3) 改进直接交换方式:在接收到帧的前64字节后，判断Ethernet帧的帧头字段是否正确，如果真确则转发出去。,4.6 交换式局域网的工作原理,

19、4.6.3 局域网交换机的技术特点,低交换延迟 支持不同的传输速率和工作模式 支持虚拟局域网服务,4.6 交换式局域网的工作原理,了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理,本章学习要求,4.7.1 虚拟网络的概念,虚拟网络建立在局域网交换机之上; 以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理; 逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制; 一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间

20、的通信就像在同一个物理网段上一样。,4.7 虚拟局域网的工作原理,4.7.2 虚拟局域网的实现技术,虚拟局域网的结构,4.7 虚拟局域网的工作原理,4.7.2 虚拟局域网的实现技术,虚拟局域网的组网方法: 用交换机端口号定义虚拟局域网 用 MAC地址定义虚拟局域网 用网络层地址定义虚拟局域网 IP广播组虚拟局域网,4.7 虚拟局域网的工作原理,4.7.2 虚拟局域网的实现技术,用交换机端口号定义虚拟局域网成员,4.7 虚拟局域网的工作原理,了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的

21、工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理,本章学习要求,4.8.1 无线局域网的应用,无线局域网的应用领域: 作为传统局域网的扩充 建筑物之间的互连 漫游访问 特殊网络,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.1 无线局域网的应用,典型的无线局域网结构,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.2 无线局域网的主要类型,红外线局域网 定向光束红外传输技术 全方位红外传输技术 漫反射红外传输技术,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.2 无线局域网的主要类型,扩频局域网 跳频通信 直接序列扩频,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.2 无线局域网的

22、主要类型,窄带微波局域网 申请执照的窄带RF 免申请执照的窄带RF,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.3 无线局域网标准,IEEE 802.11基本结构模型,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.3 无线局域网标准,IEEE 802.11标准定义了三种移动结点: 无跳变结点 无跳变结点或者是固定的。或者只在一个基本服务集的直接通信范围内移动。 基本服务集跳变结点 基本服务集跳变结点在同一个扩展访问集中的不同基本服务集之间移动。 扩展访问集跳变结点 扩展访问集跳变结点从一个扩展访问集的基本服务集移动到另一个扩展访问集的基本服务集。,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.3 无线局域网标准,I

23、EEE802.11服务: 1) 联系(Association):在一个节点和一个访问点之间建立一个初始的联系。 2)重联系(Reassociation):把一个已经建立联系的结点从一个访问点转移到另一个访问点，从而使结点能够从一个基本服务集转移到另一个基本服务集。 3) 终止联系(Disassociation):结点离开一个扩展访问集或关机前需要通知访问结点联系终止。,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.3 无线局域网标准,IEEE802.11服务: 4) 认证(Authentication):用于在互相需要通信的结点之间建立起彼此识别身份的标志 5) 隐私权(Privacy):用于防止信息被窃听者收到，以保护隐私权。,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.3 无线局域网标准,物理介质规范: IEEE802.11 定义了三种物理介质 1)数据速率为1Mbp