第03章局域网基础知识

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1、第三章 局域网基础知识,一、局域网的概念 局域网 是指局限在一定地理范围内的若干数据通信设备通过通信介质互联的数据通信网络。 局域网的特点： （ 1 ） 10 公里以内。 （ 2 ）通信设备这里指计算机、终端设备以及各种互联设备。 （ 3 ）局域网内部的数据传输速率通常是 10 100Mbit/s ；误码率较低，在 10-8 10-11 之间；延时较短。 （ 4 ）传输介质通常用双绞线、同轴电缆、光纤等。 （ 5 ）局域网是一种数据通信网络，可以是点对点，也可以是多点连接或广播连接方式。 （ 6 ）局域网侧重于共享信息的处理问题，而不是传输问题。,3.1 局域网概述,二、组成 硬件系统包括：网

2、络服务器、网络工作站、 网卡和传输介质 系统软件 文件管理 设备管理 通信管理 网络管理 应用软件,软件系统包括,（网络操作系统）,网络中提供 数据交换 的服务器， 调制解调器,数据库服务器,为网络用户 提供共享的 设备， 硬盘驱动器， 打印机,设备 服务器,管理 服务器,应用程序 服务器,通信 服务器,为网络用户 提供管理功能 的服务器， 如文件服务器， 权限服务器和 域名服务器,Web 服务器,实现网络 功能的， 提供互连 资源的服务器,1.网络服务器,2.网络工作站,在连接网络中只是向服务器提供请求或共享网络资源，不为别的计算机提供服务的计算机。 注：服务器是先进后出，工作站是无序的。,

3、(1)概念 是计算机互联的重要硬件设备，通常插入到计算机总线插槽内或某个外部接口的扩展卡上，与网络工作站或个人计算机（个人计算机）相连，实现了计算机和网络的物理硬件之间的连接。,3.网卡,(2)分类 网卡按总线宽度分为 16 位或 32 位，服务器通常采用 32 位的网卡。 网卡按总线类型可分为 ISA ，EISA ，PCI，PCMCIA 和并行接口其中， PCI 接口支持 “即插即用” ，既可用于工作站，又可用于服务器；对于笔记本电脑，通常采用PCMCIA 总线或并行接口的便携式网卡。 按网卡支持的传输速率大小，可以分为四类：10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网

4、卡与1000Mbps网卡； 按网卡支持的计算机种类 ，可以分为两类：标准以太网卡与PCMCIA网卡；,网卡按接口类型可分为： AUI 接口，连接粗同轴电缆； BNC 接口，连接细同轴电缆； RJ-45 接口，连接无屏蔽双绞线； SC 或fc型接口，连接光纤。 注：每个计算机的网卡都有一个固化的网卡地址，该地址是惟一的、不可重复的一串 16 进制数，所有可用的网卡地址总数约为 70 亿个。,50 欧 BNC 接口 FC连接器 SC 光纤连接器 RJ 45 头 光纤 T 型头,（ 1 ）数据转换 数据在计算机内是并行数据，计算机外是串行传输，网卡就完成对数据进行并/串和串/并转换的功能。 （ 2

5、）数据缓存 这是网卡的一个重要功能，它运用缓存的传输技术协调局域网介质和计算机设备之间的速率，以防止数据在传输过程中丢失和实现传输控制。 （ 3 ）通信服务 网卡中提供的通信协议服务软件，通常被固化在网卡的只读存储器中。,3 、网卡的基本功能,按照网络的通信方式（各计算机在网中的作用），局域网可以分为 3 种： 1,专用服务器局域网（Server-Based） 是一种主/从式结构，即“工作站/文件服务器”结构的局域网它由若干台工作站及其一台或多台文件服务器组成。 该结构中，工作站可以存取文件服务器内的文件和数据及共享服务器存储设备，服务器可以为每一个工作站用户设置访问权限。但是，工作站相互之间

6、不可能直接通信，相互之间不能进行软硬件资源的共享。 Netware 网络操作系统是 专门服务器局域网的典型代表。,3.1.3 局域网的分类,它由一台或多台专用服务器来管理控制网络的运行。 该结构中的所有工作站不仅均可共享服务器的软硬件资源，而且客户机之间也可以相互自由访问，数据的安全性教差，但服务器的负担相对低，工作站资源得到了充分利用。 工作站一般安装Windows 9x/2000/XP 操作系统， Windows 2000 Server和 Windows 2003 Server 是客户机/服务器局域网的代表网络操作系统。 这种组网方式适用于计算机数量较多，位置相对分散，信息传输量较大的单位

7、。,2 客户机/服务器局域网（Client/Sever）,3. 对等局域网又称为点对点（point-to-point）网络,该结构中，通信双方使用相同的协议。每个通信结点既是网络的提供者服务器，又是网络服务的使用者工作站；并且各结点和其他结点均可进行通信，可以共享网络中各计算机的存储容量和具有的处理能力。 对等局域网组建和维护较容易，成本低，结构简单；数据保密性差，文件存储分散，不容易升级。, 从介质访问控制方法角度看,共享介质局域网：以太网，令牌总线，令牌环与 FDDI ,快速以太网,千兆以太网和 FDDI 。 交换式局域网：交换式以太网，ATM局域网仿真， IP over ATM、MPOA

8、，以及虚拟局域网。,服务器访问 高层协议的接口 1、2、3、4,3.2 局域网体系结构,1、局域网参考模型,IEEE 802,OSI,应用层,表示层,会话层,传输层,逻辑链路控制LLC,介质访问控制MAC,物理层,2.IEEE802标准,802.1 ：概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量。 802.2 ：逻辑链路控制，它是高层协议与任何一中局域网 MAC 子层的接口。 802.3 ：它定义了 CMSA/CD总线网的 MAC 子层和物理层的规范。 802.4 ：令牌总线网定义了令牌传递总线网的 MAC 子层和物理层的规范。 802.5 ：令牌环型网定义了令牌传递环型网的 MAC 子层

9、和物理层的规范。 802.6 ：城域网它定义了城域网的 MAC 子层和物理层的规范。 802.7 ：宽带网络技术 802.8 ：光纤传输技术 802.9 ：综合话音与数据局域网技术 802.10 ：可互操作的局域网的安全性规范 802.11 ：无线局域网技术 802.12 ：新型高速局域网标准,3.3 局域网技术,局域网的介质访问控制的方法,介质访问控制方法决定着局域网的主要性能，控制着网络节点何时能够发送数据。 IEEE 802 规定了局域网中最常用的介质访问控制方法： IEEE 802.3 载波帧听多路访问/碰撞检测（ CSMA/CD） IEEE 802.4 令牌总线（Token BUS）

10、 IEEE 802.5 令牌环（Token RING）,1 带碰撞检测的载波侦听多路访问（ CSMA/CD）,CSMA/CD（带碰撞检测的载波侦听多路访问）技术适合于总线结构基带传输系统，用来解决多结点共享传输介质的问题.它采用了争用技术。它包含两方面的内容：载波侦听（ CSMA ）和碰撞检测（CD）。,查看信号的有无称为载波侦听 CSMA 网络中的各个站点都有一个 “侦听器“ ，用来测试总线上有无其他工作站正在发送信息，如果总线已被占用，则此工作站等待一段时间然后再争取发送权；如果侦听总线是空闲的，没有其他工作站发送信息就立即抢占总线进行信息发送。总线已被占用，工作站等待时间确定的方法有：

11、(1)持续的载波侦听多点访问 当某工作站检测到总线被占用后，继续侦听下去，一旦发现总线空闲，就立即发送信息。 (2)非持续的载波侦听多点访问 当某工作站检测到总线被占用后，就延迟一个随机时间，然后再检测，不断重复，直到发现总线空闲，就开始发送信息。,载波侦听：,碰撞检测：,当总线处于空闲时，某一个瞬间，如果总线上两个或两个以上的工作站同时都想发送信息，那么该瞬间他们都可能检测到总线是空闲的，同时都认为可以发送信息，从而一齐发送，这就产生了碰撞；另一种情况是某站点侦听到总线是空闲的，但这种空闲可能是较远站点已经发送了信息，但由于在传输介质上信号传送的延时，当信息还未传送到此站点时，如果此站点又发

12、送信息，也将产生碰撞。,CSMA/CD工作过程,假如介质空闲的，则发送。 如果介质是忙的，则继续监听，直到介质空闲，立即发送。 若在发送过程中检测到冲突发生，则立即停止发送并向总线上发一串阻塞信号，通知总线上各站冲突已发生这样做可以避免因白白传送已损坏的帧而浪费信道容量。 发送一串阻塞信号后，等待一段时间随机时间，再尝试从新发送。,CSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为： 先听后发、 边听边发、 冲突停发、 随机延迟后重发。,CSMA/CD的工作过程,CSMA/CD的特点,优点：结构简单、网络维护方便、增删节点容易，网络在轻负载（节点数较少）的情况下效率较高。 缺点：发送的延迟不确定随着网

13、络中节点数量的增加，传递信息量增大，即在重负载时，冲突概率增加，总线区域网络的性能就会明显下降。,以太网(Ethernet) 是指采用 CSMA/CD访问控制技术的基带总线局域网常见的以太网有： 10 BASE-5,10 BASE-2,10 BASE-T,10 BASE-F 等。这种记号的含义是： 10 表示信号的传输速率是 10Mbit/s ； BASE的表示基带传输； 5或2分别表示每一段的最大长度为500米或200米； T和F分别表示传输介质是双绞线和光纤。,2.令牌环网访问控制（Token Ring） 这种技术适用于环形结构的基带局域网环形网络只有一条环路，信息沿环单向流动。 令牌（T

14、oken） 也叫通行证，它使用一种专门的数据包，在环路上持续地循环传输以确定一个工作站何时可以发送信息包令牌有“忙”和“空”两个状态。,令牌是一种特殊的控制帧，它的格式是： SD 表示帧的开始， AC 表示接入的控制信息，标志着令牌的忙与闲， ED 表示结束定界符。当各个站点没有帧发送时，令牌的形式为 01111111 ，称为空令牌。每个结点必须在它持有令牌的最大时间内发完所有的帧，如果没有发完，也只能等待下次获得令牌的时候再发送。,当一个工作站准备发送信息包时，必须等待令牌的到来，并且令牌状态为“空”，才可以发送信息包，同时将令牌状态置为“忙”附在信息包尾部向下一站发送。 每一站随时检测经过

15、本站的信息包，当检测到信息包指定的地址与本站地址相符时，则在帧中标志出帧已被正确接受和复制当源发送站重新收到自己发出的、已被目的节点正确接受的数据帧时，他将回收已发送的数据帧，并将令牌状态置为“空”向下一站发送，其他工作站才有机会发送自己的信息。整个网中只能有一个工作站发送信息.,以下情况必须交出令牌： 该结点中没有数据等待发送 该结点提前发送完要发送的帧 该结点未发送完，但持有令牌的最大时间到,令牌环的特点,网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的区域网络中不会产生冲突。 令牌环上的各个站点可以设置不同的优先级，允许具有较高优先权的站点申请获

16、得下个令牌权。 它的最大缺点是令牌环的维护复杂，实现比较困难。,3.令牌总线网访问控制（Token BUS),这种技术适用于总线型结构或树型结构的基带局域网。它首先将总线型或树型局域网中的各工作站排成一个逻辑上的环，即给每个工作站一个逻辑地址（比如 n ），它的下一站是 n+1 ，它接受来自 n-1 工作站的信息包和令牌，并转发给 n+1 工作站。其余则与令牌环网的原理一致。,N,N+1,N-1,3.4 共享介质局域网,传 统 共 享 介 质 局 域 网,以太网（Ethernet）,以太网（Ethernet）是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年提出的，目的是为了把办公室里的工作站与昂贵的计算机资源连接起来，以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。 1983年IEEE802委员会公布的802.3局域网络协议（CSMA/CD），基本上和Ethernet技术规范一