局域网组网原理与技术课件

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1、前章回顾,计算机网络的定义 计算机网络的组成结构 数据通信的基础知识 数据传输的类型及相应的编码方法 OSI七层参考模型 TCP/IP四层模型,目标,掌握局域网的技术特点及基本组成 掌握传输介质的分类 了解局域网模型及工作原理 掌握局域网设计的基本原则 掌握典型以太网组网技术 掌握共享式高速以太网组网技术 掌握交换式以太网组网技术 了解虚拟局域网相关知识 了解局域网结构化布线,局域网的定义与发展过程 在较小的地理范围内，利用通信线路将许多数据设备连接起来，实现彼此之间的数据传输和资源共享的系统称为局域网。 它的发展般分为三个阶段： （1）60年代末至70年代初是萌芽阶段 。 （2）70年代中期

2、是局域网发展的一个重要阶段。 （3）80年代初期是局域网走向大发展的时期。 利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干环网，是目前许多局域网系统采用的一种结构形式。,2.1 局域网概述,（1）共享传输通道。 （2）通信速率高。 （3）传输距离有限。 （4）误码率低。 （5）连接规范整齐。 （6）通常归属单一。 （7）采用多媒体访问控制技术。 （8）分布式控制和广播式通信。 （9）简单的低层协议。 （10）易于安装组建和维护。,2.1.2 局域网特点,（1）资源共享。 软件资源，硬件资源，数据资源 （2）通信交往。 电子邮件，视频会议。 典型布局： 房间(10m) 楼宇(100m) 校园、厂区(10

3、00m),2.1.2 局域网功能,组建局域网需要一下四大技术： 网络拓扑结构 传输介质和介质的访问控制方式 通信协议 布线技术,2.1.3 局域网四大实现技术,2.2 局域网的拓扑结构,局域网拓扑结构实际中通常指局域网的通信链路(即传输介质)和工作节点(即连接到网络中的任何设备)，在物理上连接在一起的方式。 1.局域网的分类 (1)逻辑拓扑结构-描述信息流动 (2)物理拓扑结构-描述物理连接 2.拓扑结构的选择原则 (1)价格 (2)速率 (3)规模,2.2.1总线型拓扑结构,这种结构的典型代表就是使用粗、细同 轴电缆所组成的以太网。总线型拓扑结 构的特点如下： 结构简单，易于扩展。 共享能力

4、强，便于广播式传输。 网络响应速度快；但负荷重时则性能迅速下降， 易于安装，费用低。 网络效率和带宽利用率低。 采用分布控制方式，各节点通 过总线直接通信。 各工作节点平等，都有权争用总线， 不受某节点仲裁。,2.2.2环形拓扑结构,环型拓扑结构的主要特点如下： 各工作站间无主从关系，结构简单。 信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时 性较好。 两个节点之间仅有惟一的路径，简化了路径选择。 可靠性差，任何线路或节点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。 可扩充性差。,2.2.3星型拓扑结构,中心节点的设备： 集线器（HUB）、中继器、交换 机。星型结构的主要特点如下： 结构简单，便

5、于管理和维护。 容易实现结构化布线。 星型结构的网络容易扩展、升级。 通信线路专用，电缆成本高。 星型结构的网络由中心节点控制与管理，中心节点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性，中心节点一旦出现故障，会导致全网瘫痪。 中心节点负担重，易成为信息传输的瓶颈。,2.2.4树型拓扑结构,树型拓扑结构是从总线型和星型演变而来的。在树型拓扑结构中，顶端有一个根节点，它带有分支，每个分支还可以有子分支，其几何形状像一棵倒置的树，故得名树型拓扑结构。 树型拓扑结构的主要特点如下： 天然的分级结构，各节点按一定的层次连接。 易于扩展。 易进行故障隔离，可靠性高。 对根节点的依赖性大，一旦根节点出现故障，将导

6、致全网瘫痪。 电缆成本高。,2.3 局域网的基本组成,局域网的基本组成部分有： 1.局域网的软件系统 网络操作系统、网络管理软件、网络应用软件 2.局域网的硬件系统 (1)网络服务器Sever：高速处理、快速存储、大容量磁盘 (2)网络工作站workstation：终端计算机，也叫客户机 (3)网络适配器，也叫网卡：实现网络通信和资源共享 (4)网络传输介质：连接网路的物理线路 (5)网络连接与互联设备：收发器、中继器、集线器、网桥等 3.网络中的其他组件 (1)网络资源：网络上任何用户可以获得的东西 (2)用户： (3)协议,2.3.1 网络服务器,1.网络服务器的分类：主干服务器，功能服务

7、器 2.服务器技术： (1)多处理机技术 (2)总线能力：指总线的带宽、速率、多总线技术。 (3)内存。RAM,奇偶校验RAM,错误检测及更正(ECC)RAM (4)磁盘接口及容错技术： 接口技术：EIDE、SCSI 容错技术：硬盘灾难恢复 (5)其他服务器技术：热插拔、双机热备份 3.网络主干服务器、要求如下： (1)安装和运行局域网的操作系统 (2)实现资源共享的部件 (3)实现网络的全方位可靠管理 (4)高要求的CPU(数量)、内存容量、整体质量,2.3.1 网络服务器,4.网络功能服务器： (1)打印服务器 (2)通信和远程访问服务器 (3)WWW(Web)服务器 (4)DNS服务器

8、(5)DHCP服务器 5.网络应用服务器：数据库服务器 6.网络服务器物理设备的选择和配备： (1)集成的服务器： 在一台物理设备上充当多种服务器角色，注意性能的适用。 (2)专用服务器 7.选购服务器时需要考虑的主要因素： (1)价格：占网络总投资的1020 (2)系统的开放性、延续性、可扩展性、互联性、应用软件支持、 性价比合理、生产厂商的技术支持等 (3)服务器的总体结构合理、安全、CPU速度快、品牌、内存及硬盘质量等。,2.3.2 客户机或工作站,1.客户机应具有的功能： 接受网络访问、访问网络资源和接受网络管理的接口。 2.客户机的类型： 各类型计算机、甚至无盘工作站。 3.客户机的

9、配置要求： (1)硬件条件： 网卡、网络连接，内存最为主要。 (2)软件条件： 独立的操作系统，一般为客户端系统,2.3.3 网络适配器,网络适配器(network adapter),又称网络接口卡(network interface card,NIC ), 简称网卡 1.网络适配器的功能： OSI第二层数据链路层，实现工作站与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配。实现网络资源共享和相互通信。 2.选购网卡时应考虑因素： (1)速率:10Mb/s,100Mb/s,1000Mb/s (2)总线接口类型： 位数：8位，16位，32位 插槽：ISA,PCI,PCIMIC和主板集成,无线网卡,US

10、B网卡等 (3)支持的网络类型和电缆接口。 (4) 其他因素 3.安装和配置网络适配器： (1)安装网卡：RJ45接口 (2)配置网卡：硬件配置(一般不需要) 软件配置，驱动安装。,2.3.4 传输介质,网络传输介质选择因素如下： 网络拓扑结构 网络连接方式 网络通信容量 系统传输时的可靠性要求 所传输的数据类型 环境因素 (如网络覆盖的地理范围。节点间距等),2.3.4 双绞线,双绞线(Twist-Pair) 双绞线用一对互相绝缘的金属导线互相绞合在一起而成。有以下两种： 屏蔽双绞线 （STP，Shielded Twisted Pair） 无屏蔽双绞 （UTP，Unshielded Twis

11、ted Pair） 屏蔽双绞线电缆的外层由铝铂包裹，以减小辐射，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。 UTP双绞线电缆具有以下优点： 低成本 易于安装 高容量(高速传输能力) 100M以内的低传输距离(高衰减) 抗干扰(EMI)能力差,STP,UTP,STP特性： 安装难易度中等 比UTP容量高 高衰减同UTP 抗干扰中等 保密性比UTP高,2.3.4 双绞线,UTP,各类铜质UTP的主要性能参数,2.3.4 同轴电缆,同轴电缆（COARIALCABLE） 内外由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆：内导体为铜线，外导体为铜管或网。一共四层。 特点： 低成本

12、 易于安装，扩展方便。 低容量。最高传输容量为10Mb/s。 中等传输距离(中等衰减)。 抗干扰能力中等。 故障诊断和修复不易。单个电缆损坏将导致整个网络瘫痪。,光纤,2.3.4 光导纤维电缆,光导纤维电缆(optical fiber) 特点 频带宽,容量极高100Mb/s2000Mb/s。 传输损耗小。 误码率低,低于10-8。 抗干扰能力强。 保密性好。 体积小,重量轻。 抗化学腐蚀能力强。 缺点 价格昂贵 安装困难 质地脆,机械强度低,2.3.4 无线(自由)传输介质,无线指在两个通信设备之间通过电磁波进行信号传输： (1)无线电波通信 (2)卫星通信 2.3.5选择传输介质应考虑的具体

13、因素： (1)成本 (4)衰减及最大距离 (2)安装难以程度 (5)抗干扰能力 (3)容量,2.4 局域网的访问控制方式,2.4.1局域网的控制方式及分类： 1.介质存取控制 2.介质存取控制访问方式的分类 (1)集中式控制方式 (2) 分布式控制方式： IEEE802.3争用型介质访问控制协议: CSMA/CD带有冲突检测的载波侦听多路访问(主要方式) IEEE802.6确定型介质访问控制协议 Token-Ring令牌环(IBM和FDDI类型局域网) 3.分布式控制方式的分类 (1)争用型 (2)定时型,2.4.2 CSMA/CD访问控制,带冲突检测的多路存取载波侦听CSMA/CD 载波侦听

14、：计算机在传输帧以前要检测总线上的载波，等待以太网空闲.共两种方式：1.坚持型,继续侦听.2.非坚持型,延迟一个随机时间再检测。 冲突检测与重发:当有两个或更多的节点在同一时间都发送了数据，导致冲突出现.为了克服冲突，常采用CSMA/CD发现和处理冲突.检测到冲突后延迟时间重发，这种竞争法称为冲突控制算法或者延迟退避算法。,CSMA/CD协议的方法可以概括为： 先听后发、 边听边发、 冲突停发、 随机重发。,2.4.3 令牌环访问控制,在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环的令牌。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LAN中不会

15、产生冲突。,2.4.3 Token Ring的特点,由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲突，因此称它是一种确定型的介质访问控制方法，而且每个节点发送数据的延迟时间可以确定。 在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低。 在重负载时，对各节点公平，且效率高。 采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的优先级，具有高优先级的节点可以先发送数据，比如某个节点需要传输实时性的数据，就可以申请高优先级。,2.5 典型局域网组网技术,局域网组网主要包括如下几种技术： 典型以太网组网技术 高速局域网组网技术 结构化综合布线技术 网间互联设备与互联技术 虚拟局域网技术,2.5.1 设计局域网的基本原则

16、,1.硬件结构设计因素： (1)网络拓扑结构 (2)传输介质 2.设计拓扑结构时的基本原则： 分时能力 诊断和故障检测能力 可管理性 桥接能力 扩展和维护能力,2.5.2 典型以太网概述,以太网的发展： Xerox 创建第一个实验性的以太网(1972-1977)DEC、Intel和Xerox将以太网 标准化(1979-1983)IEEE 802.3标准问世（1982）,10BASE-5出现。以太网是 总线型结构，采用CSMA/CD访问控制。,分插头 :插入电缆 收发器 : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离，超长控制; AUI : 连接件单元接口； 终接器；,2.5.3 标准太网10BASE5,2.5.4 细缆以太网10BASE2,集线器的作用相当于一个多端口的中继器（转发器），数据从集线器的一个端口进入后，集线器会将这些数据从其他所有端口广播出去（扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减）。,2.5.4 双绞线以太网