计算机网络 局域网和城域网分析课件

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1、1,第4章 局域网和城域网,2,4.1 局域网概述,局域网特点： P67 私有服务、网络所覆盖的地理范围较小、结构简单 数据的传输速率比较高 布线容易、成本低 局域网有较低的时延和较低的误码率 媒体适应性强 局域网络的经营权和管理权属于某个单位所有 结构简单，易于实现，便于安装、维护和扩充，局域网一般采用广播技术而非交换技术。,3,局域网具有如下的一些主要优点： 具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。 局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。,4.2 局域网,局域网的共享媒体

2、技术,局域网的组成,局域网的分类,局域网的关键技术,以太网的标准,局域网,局域网的组成,4.2 局域网,1、 局域网的组成 局域网组成也包括硬件和软件。 资源硬件主要是指服务器、工作站及各种共享的外围设备如打印机、传真机等，通信硬件主要是指通信线路和网卡、集线器、交换机、路由器、无线AP等通信设备。 局域网的软件主要包括网络操作系统和通信协议，较常使用的协议有TCP/IP、NetBEUI和IPX/SPX三种。,局域网的典型组成,双绞线、同轴电缆、光纤或者无线电波,计算机、 服务器、打印机等设备都可以通过局域网互相连接起来,网络上的每台计算机都装有网络接口卡(NIC,简称网卡)，网卡通过传输介质

3、把节点相互连接起来,组成LAN的5种基本结构： 计算机（特别是PC机） 传输介质 网络适配器 网络连接设备 网络操作系统,2、局域网的分类,按照网络的管理模式，局域网可以划分为对等网和客户-服务器（C/S）网络。,对等网配置简单，但配置与管理困难、安全性差、成本高、性能差。 C/S模式网络的主要优点是：管理和配置容易、安全性高和性能好。但对于小型企业网络来说，成本有些高。,2、局域网的分类,从应用角度划分，局域网可以划分为家庭网和企业网。 从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享式局域网和交换式局域网。 按照技术规范划分，局域网可划分的种类较多，其中占主导地位的有4种类型，分别是以太网（Et

4、hernet）、令牌环网（Token Ring）、令牌总线（Token Bus）和光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data Interface）。 其中，以太网、令牌环网和令牌总线是IEEE（国际电气和电子工程师协会）的标准， FDDI是ANSI（美国国家标准协会）的标准。,10,有关IEEE 的 802 标准 P69,3、局域网的关键技术,决定局域网特性的主要技术要素： 网络拓扑结构 传输介质 通信协议,（1）网络拓扑结构,局域网在网络拓扑结构上主要采用总线型、星型、环型和树型等结构。,星型拓扑结构,多级星型拓扑结构,星型拓扑结构的主要优点： 节点扩展、移动方

5、便；网络传输数据快； 维护容易 星型拓扑结构的主要缺点： 核心交换机工作负荷重；网络布线较复杂； 广播传输影响网络性能。,环形拓扑结构,环形网络中的每一站点是通过环中继转发器与它左右相邻的站点串行连接，在传输介质环的两端各加上一个阻抗匹配器（也称“终端匹配器”）就形成了一个封闭的环路。 多个结点共享一条环通路。 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； 采用同轴电缆作为传输介质的令牌网。,环形拓扑结构网络的主要优点： 网络路径选择和网络组建简单 投资成本低 传输速度慢 连接用户数非常少 传输效率低 扩展性能差 维护困难。,总线型拓扑结构,总线型拓扑结构（BusTopology）与环形拓扑结构从外形上

6、看有些类似，都是共享一条同轴电缆作为传输介质，通过RPU（中继转发器，或称“连接器”）连接多台计算机。,17,总线型拓扑结构,总线型局域网采用的是“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； 所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突collision）”是不可避免的；“冲突”会造成传输失败； 总线两端的匹配电阻吸收电磁波信号的能量，避免在总线上产生有害的电磁波反射。 总线网可使用两种协议： 传统以太网的CSMA/CD-演进为星形 令牌传递总线网，物理上总线而逻辑上令牌环-早已退出市场。,总线拓扑的主要

7、优点： 网络结构简单，易于布线 扩展较容易 维护容易。 总线型结构的主要缺点： 传输速率低 故障诊断困难 难以实现大规模扩展。,树形拓扑结构,树形拓扑结构自上而下（从核心交换机（或骨干层）到汇聚层，再到边缘层）是自上而下是依次分层扩展的，就像一颗倒放的“树”。,网状拓扑结构,网状拓扑结构又有“全网状结构”和“半网状结构”两种。所谓“全网状结构”就是指网络中任何两个节点间都是相互连接的。而所谓的“半网状结构”是指网络中并不是每个节点都与网络的其他所有节点有连接，可能只是一部分节点间有互连。,21,混合型拓扑结构,网络合型网络拓扑结构是指多种结构（如星型拓扑结构、环形拓扑结构、总线型结构、网状结构

8、）单元组成的结构，但常见的是由星型拓扑结构和总线型结构络结合在一起组成的。,22,混合型拓扑结构更能满足较大网络的灵活拓展，解决星型网络在传输距离上的局限（因为双绞线的单段最大长度要远小于同轴电缆和光纤），同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。,混合型拓扑结构主要特点： 应用广泛、扩展灵活、维护较为困难。,（2）传输介质,（3）介质访问控制方法,传统的局域网采用“共享介质”的工作方式，其传输介质是共享的，各结点都可以利用总线发送数据，且网中没有控制中心，若两个或多个结点同时发送数据，将不可避免地产生“冲突”。-总线型拓扑,常用的介质访问控制方法,为了尽量避免“冲突”的发生，解决“冲突”发

9、生时产生的问题，实现对多结点使用共享介质发送和接收数据的控制，人们提出了多种介质访问控制方法。 目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有三种：以太网技术中带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法、令牌总线（ Token Bus ）方法和令牌环（ Token Ring ）方法。,26,4、媒体共享技术,静态划分信道 频分复用 时分复用 波分复用 码分复用 动态媒体接入控制（多点接入） 随机接入：特点是所有的用户可随机地发送信息，容易发生冲突，必须有解决冲突的网络协议。如：以太网中的CSMA/CD协议 受控接入 ：特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。如多点线路

10、探询(polling)，或轮询，令牌环LAN。不讨论。,27,以太网介绍（补充）,以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年代早期。 Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网（LAN）标准。 在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。 采用星型或总线型结构。,28,以太网具有的一般特征,共享媒体：所有网络设备依次使用同一通信媒体。 广播域：需要传输的帧被发送到所有节点，但只有寻

11、址到的节点才会接收到帧。 以太网使用CSMA/CD介质访问控制方式，符合IEEE802.3标准，在数据链路层传输的是帧，拓扑结构可以为总线型、星型和树型结构，但在逻辑上都是总线型结构。 MAC 地址：媒体访问控制层的所有 Ethernet 网络接口卡（NIC）都采用48位网络地址。这种地址全球唯一。 以太网结构简单，易于实现，技术相对成熟，网络连接设备成本低，不同类型的以太网可以相互兼容，很容易集成在一个局域网中，所以，组建局域网、校园网和企业网的单位都将以太网作为首选。,29,以太网协议,IEEE 802.3标准中提供了以太网帧的结构。 当前以太网支持光纤和双绞线媒体支持下的四种传输速率：

12、10 Mbps 10Base-T Ethernet（802.3） 100 Mbps Fast Ethernet（802.3u） 1000 Mbps Gigabit Ethernet（802.3z)） 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae,典型以太网,按照传输速率将以太网分为10Mbps以太网、100Mbps以太网、千兆位以太网和万兆位以太网。 10Mbps 以太网 P77,其中第一个数字表示数据传输速率（Mbps），Base表示基带传输，Borde表示宽带传输，最后一个数字表示传输介质和最大传输距离（100M）,31,Ethernet的核心技术是CSMA/CD介质访

13、问控制方法； 1972年，美国施乐Xerox公司开始Ethernet实验网的研究； 1979年，Xerox公司宣布了Ethernet产品； 1980年，美国施乐公司Xerox、DEC公司与Intel公司联合提出了10Mb/s Ethernet 规约的第一版本DIX V1,1982年又修改为第二版规约，即DIX Ethernet V2.0，是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约 ； 90年代，10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高； 目前，交换式Ethernet与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。,Ethernet标准的发展

14、 P73,5、以太网的两个标准,32,以太网的两个标准,DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。 IEEE 的 802.3 标准。 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网。,33,数据链路层的两个子层,为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：P71 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制

15、MAC (Medium Access Control)子层。 与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的。,34,局域网对 LLC 子层是透明的,数据 链路层,35,以后一般不考虑 LLC 子层,由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。 很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。,MAC子层担负了两方面的主要职

16、责： 一是：如何在局域网内寻址（也就是找到目的节点）; 二是：如何解决多路通信中信道争用的现象。 1、MAC子层主要功能 包括：MAC帧的封装与拆卸，实现和维护各种MAC子层协议，比特流差错检测，MAC寻址等。数据链路层有两种不同的数据帧LLC帧和MAC帧。不过，我们通常所说的“帧”是一般是指MAC帧，而不是LLC帧。 MAC帧有以下三种： 单播帧目的MAC地址是一个单播MAC地址的帧； 广播帧目的MAC地址是一个广播MAC地址（全“1”地址）的帧； 多播帧目的MAC地址是一个多播MAC地址。,补充：以太网的 MAC 层,37,2、MAC层的硬件地址 介质访问地址(MAC地址)：为了相互区别，局域网中的每台计算机都有一个惟一的地址，称为MAC地址。 在局域网中，MAC 地址又称为物理地址，或硬件地址。 IEEE 802 标准为LAN规定了一种48位的全球地址，是固化在适配器的ROM中的地址。 所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。,38,48 位的 MAC 地址,IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三