局域网原理与技术讲义

《局域网原理与技术讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《局域网原理与技术讲义（105页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、关于网络实验安排,地点：扬帆楼（计算机楼）205室 指导教师：白英 实验材料：计算机网络概述实验指导书白英主编 李志淮主审 3元/本,本课程主要内容：,第1章：计算机网络概述 第2章：数据通信基本知识 第3章：计算机网络体系结构 第4章：局域网原理与技术 第5章：Internet技术与应用 第6章：网络信息安全与网络管理,第4章 局域网原理与技术,4.1 局域网概述 4.2 局域网关键技术 4.3 以太网 4.4 交换式以太网 4.5 虚拟局域网 4.6 无线局域网 4.7 家庭局域网 4.8 局域网组网技术,4.1 局域网概述,什么是局域网 ？ 将有限地址范围内的多台计算机通过媒体连接起来，

2、通过完善的网络软件及协议实现计算机之间的通信和资源共享 的系统称为局域网LAN(Local Area Network ),局域网的特点：,覆盖有限的地理范围（不超过几十千米），适用于公司、机关、校园等单位内部联网； 高传输率、低误码率（108 10-11) ； 组成简单； 使用多种传输介质（双绞线、同缆、光纤等）； 经营和管理权归属一个单位,局域网的组建过程,选择计算机网络拓扑结构； 选择计算机网络通信协议； 选择计算机网络传输介质； 选择网络操作系统、服务器及其它相关的软件和硬件； 遵循计算机网络布线标准，完成网络布线； 进行网络系统整体调试。,4.2 局域网关键技术,拓扑结构：网络节点的互

3、联模式 局域网常见的拓扑结构： 总线结构 环形结构 星形结构等,局域网的拓扑结构,1 总线形拓扑结构 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； 总线形局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式； 所有结点通过总线以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突”不可避免； 结点太多时网络性能下降；,总线型局域网的拓扑结构,总线型拓扑的优点： 结构简单，实现容易 易于扩展，可靠性较好 成本低廉,总线型拓扑的缺点： 安全性差 实时性差 不适于重载,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

4、共享一条环通路 令牌环网是典型的环形结构网络,环形拓扑的优点： 结构简单 延迟固定，实时性较好 适于重载,环形拓扑的缺点： 可靠性差 可扩充性差,星型拓扑结构,每个节点通过一个中央设备连接在一起 中心节点故障将导致整个网段瘫痪 现代以太网采用星形结构,星形拓扑的优点： 结构简单，实现容易 易于扩展 传输速度快,总线型拓扑的缺点： 可靠性差 共享能力差,树型和网状结构,局域网的体系结构与标准,美国IEEE于1980年2月专门成立了局域网课题研究组，对局域网制定了美国国家标准，并把它提交国际标准化组织（ISO）作为国际标准的草案 -IEEE802模型,局域网的IEEE802模型,局域网的IEEE8

5、02模型是在OSI的物理层和数据链路层实现基本通信功能的。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE802数据链路层又分为逻辑链路控制（Logic Link Control，LLC）子层和介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层。,局域网的IEEE802模型,MAC层主要功能:解决信道竞争问题, 负责帧的装、拆、识别及差错检测，寻址等. LLC层主要功能:链路的建立,维持和释放，流量控制等。 物理层主要功能：信号的编码与译码，帧同步码的产生与去除，位的传输与接收等。,LLC 帧和MAC 帧的关系,由于LLC 帧封装在MAC 帧中，所以LLC 帧中无标志字段

6、和校验序列字段，只有四个字段（目的服务访问点（DSAP）、源服务访问点（SSAP）、控制字段和信息字段）。,MAC 地址,IEEE 802规定了不同MAC 子层协议，其MAC 帧的帧格式各不相同 不管哪一种MAC 协议，都具有MAC 地址，即每个站的物理地址。 IEEE 802标准规定将MAC 地址固化在网卡中，采用48bit（6 字节）的地址字段 在局域网中，MAC 地址的作用就是用来找到我们所要进行通信的计算机，网卡从网上每收到一个MAC帧，首先检查其MAC地址，如果是发往本站的帧就收下，然后进行其它处理。,IEEE802标准,介质访问控制技术,介质访问控制技术就是控制网络中各个节点之间信

7、息的合理传输、对信道进行合理分配的方法。,静态划分信道技术/动态介质接入控制,静态划分信道技术是将介质划分为彼此独立的信道后由特定的用户专用这些信道。其适用于专用信道的场合。动态介质接入控制能较好地适应用户业务量突发的情况，适合局域网使用。,标准化的介质访问控制技术,目前应用最广的一类总线型局域网以太网上采用的是载波侦听多路访问/冲突检测方法（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，CSMA/CD）,网络互联设备,网络适配器 调制解调器MODEM 中继器 集线器 网桥 交换机 路由器 网关,网络适配器（网卡） 提供工作站与网络之间的逻辑和物

8、理链路，完成工作站与网络之间的数据传输。,调制解调器MODEM 模拟量与数字量的转换,中继器 在物理层实现网络连接，对信号整形、再生、转发 中继器(REPEATER)中继器是网络物理层上面的连接设备。 适用于完全相同的两类网络的互连， 主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。 连接两个(或多个)网段，对信号起中继放大作用。它不加选择地传送所有送达的数据。中继器工作于OSI模型的物理层，因此只能连接具有相同物理层协议的网络。当网络负载较重，网段间使用不同的访问方式，或需要数据过滤时，不能使用Repeater,集线器 Hub,多端口中继器 ，工作在物理层,网桥（桥接器）

9、工作在数据链路层，对帧进行过滤转发 隔离冲突域，不隔离广播域 连接两个局域网段，形成一个逻辑子网 透明网桥具有即插即用功能,交换机 原理上似多端口网桥 硬件实现，转发速度快 三层交换机具有路由功能（兼有网桥和路由器的功能）,路由器 工作在网络层 进行路由选择与分组转发 连接两个有不同网号的网络 隔离广播域,1）路径选择 2）过滤功能 3）分割子网,路径选择,所谓路由，就是在分组到达节点交换机的时候，节点交换机要选择用时最少的路径或是费用最小的路径，然后将分组转发。 每个节点交换机中都储存有一张路由表，节点交换机通过查找路由表，来决定分组应该走的路线。路由表通常不指明路由的完整路径，而是指出去某

10、个目的地的下一个节点以及到达那里的费用。,分组交换,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,结点交换机,主机,例如，从A到F有多条路线，但最经济的是从A到B（费用2），B到E（费用3），以及E到F（费用2），总费用是7。,例如下图显示了节点A、B和E的部分路由表 。假设节点A中的一个应用要向节点F传输数据。,网关 Gateway又称为协议转换器，可以在OSI/RM最高层实现网际互联。一般用于不同类型且差别较大的多个大型广域网之间的互联，也可以用于具有不同协议，不同类型的LAN与WAN、LAN与

11、LAN之间的互联。还可以用于同一物理层而在逻辑上不同的网络间互惠。 工作在应用层，具有路由器的全部功能,4.3 以太网,以太网是一种使用逻辑总线型拓扑和载波侦听多路访问冲突监测（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，CSMA/CD）的差错监测和恢复技术的局域网。 它采用基带传输，从最初的同轴电缆上的共享10Mbps 传输技术，发展到现在的双绞线和光纤上的100Mbps 甚至1Gbps的传输技术和交换技术等，应用非常广泛。,传统的以太网技术 82年，DEC、Intel、 Xerox 三家联合推出 总线拓扑结构，共享信道，10M速率 随机争用

12、型介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD，carrier sense multiple access with collision detection） 用以太(Ether)来命名，即以太网（Ethernet） IEEE 802.3在以太网规范的基础上制定，成为正式的以太网标准，且在一直不断地修订和扩充中,CSMA/CD工作原理,当一个节点要发送数据时，首先监听信道； 如果信道空闲就发送数据，并继续监听； 如果在数据发送过程中监听到了冲突，则立刻停止数据发送，等待一段随机的时间后，重新开始尝试发送数据。, 先听后发 边听边发 冲突停止 延迟重发,CSMA/CD的特点

13、 适用于总线结构（共享信道） 以广播的形式传输数据 时延不确定 网络负载重时，冲突厉害,CSMA/CD的过程,侦听、 发送、 检测、 冲突处理,CSMA/CD的缺点,发送的时延不确定。当网络负载很重时，冲突会增多，这样会降低网络效率。,几种常见以太网,10BASE5：使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法,传输速率为10Mbps 。 10BASE2：使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法。 10BASET：使用双绞线电缆，最大网段长度为100m。 10BROAD36：使用同轴电缆（RG59U CATV），最大网段长度为3600m，是一种宽带传输方式。 10BASEF

14、：使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps。 100Mbps以太网：又称为快速以太网； 1000Mbps以太网：又称为千兆以太网， 。,注: BASE表示“基带”的意思，BROAD代表“宽带”。,10BASET,数据传输速率10Mbps基带传输； 采用的是非屏蔽双绞线 每段双绞线最大长度100m，如果采用光纤链路，最大长度是500m ； 一条通路允许连接HUB数4个； 拓扑结构采用星型或总线型； 访问控制方式CDMA/CD； ,100BASET快速以太网,介质传输速率100Mbps基带传输； 拓扑结构采用星型结构； 从集线器到节点最大距离100m（UTP）或185m（光缆）； 两个Hub之间的

15、允许距离5m,千兆位以太网,一种新型高速局域网 采用光缆或双绞线作为网络传输介质 传输速率达到1000Mbps（1Gbps） 采用和传统10100 M以太网同样的CSMACD协议,10G以太网,在光以太网的众多技术中，10G以太网技术是目前受到业内人士高度关注的链路层技术，IEEE已经于2002年6月正式发布了802.3ae标准； 是一种融合LAN/MAN/WAN的一种链路技术，可构建端到端的以太网链路。,4.4 交换式以太网,用户增多、负载增大时，网络性能急剧下降，网络带宽利用率低。 多媒体技术的广泛应用使得对带宽的要求迅速增大，共享式局域网难以满足其需求。 使用网络分段方法来提高网络带宽，

16、只是权宜之计，并没有从根本上解决网络带宽问题，况且还要使用网桥等互连设备。,传统的共享式局限网存在以下不足之处：,交换式局域网的优点,交换式局域网能为用户提供独占的、点到点的连接 交换式局域网不像共享式局域网那样将报文分组广播到每个节点，而是在节点间沿指定的路由转发报文分组，因此，适用多对不同源节点与目的节点之间同时进行通信，互不干扰，不会发生冲突，从而大大提高了网络的带宽。 以太网、令牌环、FDDI、100BASE-T和ATM局域网都有交换式局域网产品,交换式以太网的工作原理,交换式局域网把“共享”变为“独享”,4.5 虚拟局域网,虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN），是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。 VLAN是以局域网交换机为基础，通过交换机软件实现根据功能、部门、应用等因素将设备或用户组成虚拟工作组或逻辑网段的技术，其最大的特点是在组成逻辑网时无须考虑用户或设备在