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1、第3,3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7网络操作系统 3.8网络互连技术,1,3.1.1 局域网的概念,功能性定义：是一组台式计算机和其它设备，在物理地址上彼此相隔不远，以允许用户相互通信和共享诸如打印机和存储设备之类的计算资源的方式互连在一起的系统。 技术性定义：由特定类型的传输媒体（如电缆、光缆和无线媒体）和网络适配器（又称为网卡）互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。,2,3.1.2 局域网的组成,3,3.1.2 局域网的组成,4,3.1.2 局域网的组成,5,3.1.2 局域网的组成,6,3.1.3 局域网的分类,按照网络的通信方式局域网可以分为3类
2、专用服务器局域网 客户机/服务器局域网 对等局域网 按照采用的介质访问控制方法可以分为共享介质局域网和交换式局域网两种。,7,3.2.1 局域网参考模型,8,3.2.1 局域网参考模型,9,3.2.1 局域网参考模型,10,3.2.2 IEEE802标准,11,3.3.1 局域网拓扑结构,12,3.3.1 局域网拓扑结构,13,3.3.1 局域网拓扑结构,14,3.3.1 局域网拓扑结构,15,3.3.1 局域网拓扑结构,16,3.3.1 局域网拓扑结构,17,3.3.1 局域网拓扑结构,18,3.3.1 局域网拓扑结构,19,3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法,1. 载波监听总线，
3、即先听后发 使用CSMA/CD方式时，总线上各结点都在监听总线，即检测总线上是否有别的结点发送数据。如果发现总线是空闲的，即没有检测到有信号正在传送，则可立即发送数据。如果监听到总线忙，即检测到总线上有数据正在传送，这时结点要持续等待直到监听到总线空闲时才能将数据发送出去，或等待一个随机时间，再重新监听总线，一直到总线空闲再发送数据。这也称作先听后发（LBT，Listen Before Talk）。,20,3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法,2. 总线冲突检测，即边发边听 当两个或两个以上结点同时监听到总线空闲，开始发送数据时，就会发会碰撞，产生冲突。另外，传输延迟可能会使第一个结点
4、发送的数据未到达目的结点，另一个要发送数据的结点就已监听到总线空闲，并开始发送数据，这也会导致冲突的产生。发生冲突时，两个传输的数据都会被破坏，产生碎片，使数据无法到达正确的目的结点。,21,3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法,为确保数据的正确传输，每一结点在发送数据时要边发送边检测冲突。这也称作边发边听（LWT，Listen While Talk）。当检测到总线上发生冲突时，就立即取消传输数据，随后发送一个短的干扰信号JAM（阻塞信号），以加强冲突信号，保证网络上所有结点都知道总线上已经发生了。在阻塞信号发送后，等待一个随机时间，然后再将要发送的数据发送一次。如果还有冲突发生，则重
5、复监听、等待和重传的操作。 下图显示了采用CSMA/CD方法的工作流程。,22,3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法,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。,23,3.3.2.2 令牌环访问控制,令牌环技术是1969年由IBM提出来的。它适用于环形网络，并已成为流行的环访问技术。这种介质访问技术的基础是令牌。令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。由于发送结点在获得发送权后就将令牌删除，在环路上不会再有令牌出现，其它结点也不可能再得到令牌，保证环路上某一时刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术不
6、存在争用现象，它是一种典型的无争用型介质访问控制方式。令牌有“忙”和“闲”两种状态。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环路，单向逐结点传送传送顺序与结点在环路中的排列顺序相同。,24,3.3.2.2 令牌环访问控制,当某一个结点要发送数据时，它须等待空闲令牌的到来。它获得空令牌后，将令牌置“忙”，并以帧为单位发送数据。如果下一结点是目的结点，则将帧拷贝到接收缓冲区，在帧中标志出帧已被正确接收和复制，同时将帧送回环上，否则只是简单地将帧送回环上。帧绕行一周后到达源结点后，源结点回收已发送的帧，并将令牌置“闲”状态，再将令牌向下一个结点传送。下图给出了令牌环的基本工作过程。,25,3.3.2.2 令
7、牌环访问控制,26,27,3.3.2.2 令牌环访问控制,3.3.2.2 令牌环访问控制,当令牌在环路上绕行时，可能会产生令牌的丢失，此时，应在环路中插入一个空令牌。令牌的丢失将降低环路的利用率，而令牌的重复也会破坏网络的正常运行，因此必须设置一个监控结点，以保证环路中只有一个令牌绕行。当令牌丢失，则插入一个空闲令牌。当令牌重复时，则删除多余的令牌。令牌环的主要优点在于其访问方式具有可调整性和确定性，且每个结点具有同等的介质访问权。同时，还提供优先权服务，具有很强的适用性。它的主要缺点是环维护复杂，实现较困难。,28,3.3.2.3 令牌总线访问控制,CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的
8、随机竞争方式，有结构简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通讯负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延时增加，性能明显下降。令牌环在重负荷下利用率高，网络性能对传输距离不敏感。但令牌环网控制复杂，并存在可靠性保证等问题。令牌总线综合CSMA/CD与令牌环两种介质访问方式的优点的基础上而形成的一种介质访问控制方式。,29,令牌总线主要适用于总线形或树形网络。采用此种方式时，各结点共享的传输介质是总线形的，每一结点都有一个本站地址，并知道上一个结点地址和下一个结点地址，令牌传递规定由高地址向低地址，最后由最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。环中令牌传递顺序与结
9、点在总线上的物理位置无关。下图给出了正常的稳态操作时令牌总线的工作原理。,3.3.2.3 令牌总线访问控制,30,3.3.2.3 令牌总线访问控制,31,3.3.2.3 令牌总线访问控制,32,3.3.2.3 令牌总线访问控制,所谓正常的稳态操作，是指在网络已完成初始化之后，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入或撤出，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。 与令牌环一致，只有获得令牌的结点才能发送数据。在正常工作时，当结点完成数据帧的发送后，将令牌传送给下一个结点。从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传给下一个结点的。而从物理上看，带有地址字段的令牌帧广播到总线上的所有结点，只有
10、结点地址和令牌帧的目的地址相符的结点才有权获得令牌。,33,3.3.2.3 令牌总线访问控制,获得令牌的结点，如果有数据要发送，则可立即传送数据帧，完成发送后再将令牌传送给下一个结点；如果没有数据要发送，则应立即将令牌传送给下一个结点。由于总线上每一结点接收令牌的过程是按顺序依次进行的，因此所有结点都有访问权。为了使结点等待令牌的时间是确定的，需要限制每一结点发送数据帧的最大长度。,34,3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较,在共享介质访问控制方法中，CSMA/CD与Token Bus、Token Ring 应用广泛。从网络拓扑结构看，CSMA/CD与
11、Token Bus都是针对总线拓扑的局域网设计的，而Token Ring是针对环型拓扑的局域网设计的。如果从介质访问控制方法性质的角度看，CSMA/CD属于随机介质访问控制方法，而Token Bus、Token Ring则属于确定型介质访问控制方法。 与确定型介质访问控制方法比较，CSMA/CD方法有以下几个特点：,35,3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较,CSMA/CD介质访问控制方法算法简单，易于实现。目前有多种VLSI（超大规模集成电路，Very Large Scale Integration）可以实现CSMA/CD方法，这对降低Etherne
12、t成本，扩大应用范围是非常有利的。 CSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的随机竞争总线的方法，适用于办公自动化等对数据传输实时性要求不严格的应用环境。 CSMA/CD在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟特性。但是，当网络通信负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延迟增加，因此CSMA/CD方法一般用于通信负荷较轻的应用环境中。,36,3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较,与随机型介质访问控制方法比较，确定型介质访问控制方法Token Bus、Token Ring有以下几个特点： Token Bus、Token Ring网中结点两次
13、获得令牌之间的最大时间间隔是确定的，因而适用于对数据传输实时性要求较高的环境，如生产过程控制领域。 Token Bus、Token Ring在网络通信负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因而适用于通信负荷较重的环境。 Token Bus、Token Ring的不足之处在于它们有需要复杂的环维护功能，实现较困难。,37,3.3.3 局域网传输介质,局域网常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道。早期应用最多的是同轴电缆。但随着技术的发展，双绞线与光纤的应用发展十分迅速。尤其是双绞线，目前已能用于数据传输率为100Mbps、1Gbps的高速局域网中，因此引起了人们普遍的关注
14、。在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线通信信道的趋势已经越来越明朗化。,38,3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable） 同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料和网状的外屏蔽层，上面又覆盖一层保护性材料。单根同轴电缆的直径约为1.022.54cm。,39,同轴电缆可分为两种基本类型： 基带同轴电缆 它的屏蔽线是用铜做成的网状的，特征阻抗为50欧姆的电缆，传输速率可达10Mbit/s，用于数字传输，用于总线拓扑结构。 基带同轴电缆又可分为： 粗同轴电缆：适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高。 细同轴电缆：安装则
15、比较简单，造价低。,3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable）,40,宽带同轴电缆 它的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75欧姆电缆，用于模拟传输，有线电视采用的就是这种同轴电缆。 另外：由于同轴电缆安装过程要切断电缆，两头需装上基本网络连接头，然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生接触不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一，所以将逐步被非屏蔽双绞线或光缆取代。,3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable）,41,3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）,双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度
16、互相绞在一起，可降低信号干扰的程度。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆（也称双扭线电缆）。双绞线电缆主要用于星型拓扑结构。 双绞线主要用来传输模拟声音信息，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。,42,双绞线可分为： 屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）。 屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹，以减小幅射，但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。,3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）,43,3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）,非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair） 非屏蔽双绞线电缆的优点有： （1）无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间。（2）重量轻、易弯曲、易安装。（3）将串扰减至最小或加以消除。（4）具有阻燃性。 （5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。 双绞线电缆根据不同质量又可分为： （1）1 类：主要用于传输语音，不用于数据传输。 （2）2 类：传输频率为1MHz，用于
