第一章局域网概述教程文件

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1、局域网技术与组网工程,第一章 局域网概述,主要内容,1.1 局域网概述 1.2 局域网的组成 1.3 局域网分类 1.4 IEEE802参考模型及网络协议 1.5 本章小结 1.6 习题与实践,本章学习目标,了解局域网的概念、功能、组成及分类 熟悉局域网的参考模型、介质访问控制方式和常用局域网协议,1.1 局域网概述,1.1.1 局域网的定义 IEEE的定义 “局域网络中的通信被限制在中等规模的地理范围内，例如一幢办公楼，一座工厂或一所学校，能够使用具有中等或较高数据速率的物理信道，且具有较低的误码率，局域网络是专用的、由单一组织机构所利用。”,1.1 局域网概述,1.1.2 局域网的功能 资

2、源共享 硬件资源共享 软件资源共享 数据库共享 数据传送和电子邮件 提高计算机系统的可靠性 易于分布处理,局域网的技术优势,硬件成本下降，处理能力提高 扩充性强，应用软件丰富 可靠性、容错性增强 可以解决复杂的问题,1.1 局域网概述,1.2 局域网的组成,某高校网络拓扑图,南区、北区和西区局域网，通过光缆、租用裸光纤，将三个分校区连接成校园网,1.2 局域网的组成,局域网的组成 网络服务器 提供各种网络服务，如文件服务、Web服务、FTP服务、E-mail服务、数据库服务、打印服务和流媒体播放服务等 文件服务器、应用程序服务器、通信服务器 工作站 通信设备 网卡、传输介质和网络互连设备等 网

3、络软件系统 协议软件、通信软件、管理软件、网络操作系统和网络应用软件,分类的原因,组网问题 管理模式 操作系统 协议 拓扑结构 分类目的 解决问题，需要从不同的角度给出方案,1.3 局域网的分类,1.3 局域网的分类,1.3.1 按局域网的规模分类 小型局域网 中型局域网 大型局域网,1.3 局域网的分类,1.3.1 按局域网的规模分类 小型局域网,联网计算机数量在 20台50台之间 技术复杂程度低，构造比较简单，如不必进行子网划分、不必实施三层交换等 对技术人员要求比较低,1.3 局域网的分类,1.3.1 按局域网的规模分类 中型局域网,计算机在数百台左右 技术复杂程度居于中等，连网结构较复

4、杂 对技术人员技术水平要求较高,1.3 局域网的分类,1.3.1 按局域网的规模分类 大型局域网,数量数百台甚至上千台 技术复杂程度高，构造复杂，技术问题多，如高性能网络主干、冗余连接、多层交换等 需要技术水平很高的专业技术人员来设计和实施,1.3 局域网的分类,1.3.2 按传输介质分类 有线网络 无线网络,1.3 局域网的分类,1.3.2 按传输介质分类 有线网络,同轴电缆、双绞线、光纤 同轴电缆：75欧姆、90欧姆 双绞线：价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆短 光纤：传输距离长，传输率高，抗干扰性强,1.3 局域网的分类,1.3.2 按传输介质分类 无线网络,

5、微波、红外线、无线电等 目前无线通信系统主要有：低功率的无绳电话系统、模拟蜂窝系统、数字蜂窝系统、移动卫星系统、无线LAN和无线WAN等。,1.3 局域网的分类,1.3.2 按传输介质分类 无线网络,1.3 局域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类 总线型拓扑结构 星型拓扑结构 环型拓扑结构 混合型拓扑结构,1.3 局域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类 总线型拓扑结构,各节点均连接在一条总线上 各个节点地位平等，无中心节点控制 公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散 广播式、仲裁机制 基本被淘汰,总线型拓扑结构（2）,优点 结构简单，可扩充性好；

6、 使用的电缆少，且容易安装 使用的设备相对简单，可靠性高 使用设备成本低 缺点 维护难，分支节点故障查找难 如果总线型拓扑结构中某一点断开，则会使用整个网络断开。在网络上的所有计算机都不能通信 维护成本可能较高,1.3 局域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类 星型拓扑结构,星型拓扑：网络节点由一个中心向周围发散的连接方式 网络有中央节点，其他节点都与中央节点直接相连，具有隔离故障的特性 集中式 每个节点都有独立线路，传输数据能力强，具备同时传送数据和接收数据的能力 广泛采用,星型拓扑结构（2）,星型拓扑结构（3）,优点 结构简单，便于管理 控制简单，便于建网 网络时延较小，传输误差较低 便于

7、查错 部分节点出现故障，其余部分功能正常 维护成本低 缺点 设备成本高 中心节点出现问题，整个网络瘫痪,1.3 局域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类 环型拓扑结构,环型结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环 数据在环路中沿着一个方向在各个节点传输，信息从一个节点传到另一个节点 计算机就像一个中继器，增强信号 一般是双环结构，主环和备环，如电信的DDN,环型拓扑结构（2）,优点 简化了路径选择的控制 实现简单，投资少 传输速度较快 缺点： 环中节点过多时，影响信息传输速率，网络响应时间延长 环路是封闭的，不便于扩充 可靠性低 维护难,1.3 局域网的分类,1.3.3 按

8、拓扑结构分类 混合型拓扑结构,通常是指星型网络与总线型网络这两种网络结构在一个网络中的混合使用 主要用于较大型的局域网,1.3 局域网的分类,1.3.4 按管理模式分类 对等局域网（Peer to Peer LAN） 客户/服务器局域网（Client/Server LAN）,1.3 局域网的分类,1.3.4 按管理模式分类 对等局域网,网络中没有专用的服务器，每一台计算机既充当服务器又充当客户机的网络 网络中所有计算机地位平等，没有从属关系 一般的工作室，或较小的公司 在对等网中，用户自行决定自己计算机的资源是否共享给网络内的其他用户 对等网与网络拓扑无关,对等网（2）,优点 成本低，对系统要

9、求简单，容易实现 操作简便，不需要专门聘用网管 缺点 数据保密性差 计算机资源占用大,1.3 局域网的分类,1.3.4 按管理模式分类 客户/服务器局域网,服务器在网络中起核心作用的组网模式。 服务器类型：文件服务器、打印服务器、通信服务器、电子邮件服务器、应用程序服务器 网络规模增长迅速、对网络安全要求高的网络环境下使用基于服务器的组网模式,客户/服务器局域网（2）,安全性好 共享资源的集中管理 数据备份 扩展性好 冗余数据,工作原理,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.1 IEEE802参考模型与OSI参考模型 IEEE802是一个标准系列：IEEE802, IEEE802.

10、1IEEE802.14 其体系结构只包含了两个层次：数据链路层，物理层 数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.2 IEEE802标准,802.1- 综述和体系结构（IEEE802.1（A） 802.2 - 逻辑链路控制 802.3 - CSMA/CD（以太网） IEEE 802.3工作组还开发了一系列标准： 802.3u标准，百兆快速以太网标准，现已合并到IEEE 802.3中。 802.3z标准，光纤介质千兆以太网标准规范。 802.3ab标准，传输距离为100m的5类无屏蔽双绞线千兆以太网标准规范。 802.3ae标准，万兆以

11、太网标准规范。,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.2 IEEE802标准,802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.6 - 分布队列双总线DQDB - MAN标准 802.7：宽带时隙环媒体访问控制方法及物理层技术规范。 802.8：FDDI（光纤分布数据接口） 802.9：LAN-ISDN接口 802.10：互操作LAN安全标准（SILS）,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.2 IEEE802标准,802.11 WLAN（无线局域网） 802.11定义了无线局域网介质访问控制方法和物理层规范，主要

12、包括以下几项： 802.11a，工作在5GHz频段，传输速率54Mb/s的无线局域网标准。 802.11b，工作在2.4GHz频段，传输速率11Mb/s无线局域网标准。 802.11g，工作在2.4GHz频段，传输速率54Mb/s无线局域网标准。,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.2 IEEE802标准,802.12：100VG-ANYLAN的MAC标准及物理规范。 802.14：交互式电视网，包括cable modem的技术规范。 802.15标准，定义了无线个人局域网（WPAN）技术。 802.16标准，定义了宽带无线局域网技术。 802.17标准，正在制定的弹性分组环（R

13、PR）标准。 802.18标准，正在制定的宽带无线局域网标准规范。,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.3 局域网介质访问控制方式,介质访问控制方式是指控制网络中各个节点之间信息的合理传输，对信道进行合理分配的方法 目前在局域网中常用的介质访问控制方式 CSMA/CD CSMA/CA 令牌环 令牌总线,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.3 局域网介质访问控制方式,CSMA/CD 载波监听多路访问/冲突检测 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 采用随机访问技术的竞争型介质访问控制方法,CSMA

14、/CD操作的流程图,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、 随机重发。,CSMA/CD的优缺点,控制简单，易于实现； 网络负载轻时，有较好的性能： 3040以内 延迟时间短、速度快 网络负载重时，性能急剧下降： 7080以上 冲突数量的增长使网络速度大幅度下降,重要特性,使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。,以太网（Ethernet） 是指采用CSMA/CD访问控制技术

15、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。,以太网（Ethernet）,10Base5 粗同轴 10Base2 细同轴 10BaseT 双绞线 10BaseF MMF 100BaseT 双绞线 100BaseF MMF/SMF 1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF 1000BaseT 双绞线,目前应用最广泛的这类局域网是总线型局域网，即以太

16、网（Ethernet）。 例如：,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.3 局域网介质访问控制方式,CSMA/CA 无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。 改进的办法是把 CSMA 增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能。 802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时，还增加使用停止等待协议。,CSMA/CA 协议的原理,欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。 通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。 当源站发送它的第一个 MAC 帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间后就可发送。 接受端的工作站如果收到发送端送出的完整的数据则回发一个ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则这个数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，则或者发送的数据没有被完整地收到，或者ACK信号的发送失败，不管是那种现象发生，数据报都在发送端等待一段时间后被重