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1、第4章 计算机局域网,4.1 局域网概述4.2 局域网介质访问控制方式 4.3 局域网体系结构 4.4 局域网组网技术 4.5 局域网操作系统,本章学习目标,l了解局域网的特点、分类、拓扑结构及几种较典型的局域网操作系统l熟悉局域网的体系结构和介质访问控制方式l掌握局域网中Ethernet的组网技术,返回本章首页,4.1 局域网概述,4.1.1 局域网的定义和组成 4.1.2 局域网的分类,返回本章首页,4.1.1 局域网的定义和组成,lLAN不是纯计算机网络，从广义上讲，计算机化的电话交换机也属于LAN。lLAN支持多对多的通信，即连在LAN中任何一个设备都能与网上的任何其他设备直接进行通信
2、。l LAN中的“设备”是广义的，它包括在传输介质上的任何设备。lLAN地域范围是适中的，通常在10km之内。lLAN是通过物理信道通信的，常用介质有同轴电缆、双绞线和光纤等。l LAN的信道以适中的数据速率传输信息。,返回本节,4.1.2 局域网的分类,按拓扑结构分，局域网可分成总线型、树型、环型和星型。按使用介质分，可分为有线网和无线网两类。 有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网，而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。在有线局域网中，又可分成基带网和宽带网，基带网一般采用同轴电缆（50）或双绞线作为传输介质。,载波侦听多路访问（CSMA，Carrier Sense Multiple
3、Access）是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法，其控制手段称之为“载波侦听”。,CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下：,（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。（2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。（3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。（4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。CSMA/CD发送过程可描述如图4-2所示。,图4-2 CSMA/CD发送过程流
4、程图,CSMA按其算法的不同存在以下三种方式：,（1）非-坚持CSMA （2）P-坚持CSMA （3）1-坚持CSMA,返回本节,4.2 局域网介质访问控制方式,4.2.1 载波侦听多路访问/冲突检测法 4.2.2 令牌环访问控制方式 4.2.3 令牌总线访问控制方式,返回本章首页,4.2.1 载波侦听多路访问/冲突检测法,载波侦听多路访问（CSMA，Carrier Sense Multiple Access）是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法，其控制手段称之为“载波侦听”。 实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与距离该站
5、点最远站点信息传输时延的2倍。假设A站点与距离A站最远B站点的传输时延为T（图4-1所示），那么2T就作为一个时间单位。,CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下：（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。（2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。（3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。（4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。CSMA/CD发送过程可描述如图4-2所示。,图4-2 CSMA/CD
6、发送过程流程图,CSMA按其算法的不同存在以下三种方式：,（1）非-坚持CSMA （2）P-坚持CSMA （3）1-坚持CSMA,返回本节,4.2.2 令牌环访问控制方式,令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种状态。 具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站点自动应答的功能。其访问控制过程如图4-3所示。,图4-3 传送过程,返回本节,4.2.3 令牌总线
7、访问控制方式,令牌总线访问控制方式（Token-Bus）是在综合了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。如图4-4所示，一个总线结构网络，如果指定每一个站点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成一个逻辑环。如图中ABDEA（C站点没有连入令牌总线中）。,图4-4 总线结构中的令牌环,返回本节,4.3 局域网体系结构,4.3.1 局域网参考模型 4.3.2 IEEE802标准,返回本章首页,4.3.1 局域网参考模型,结合局域网自身特点，参考OSI/RM，IEEE80
8、2提出了局域网体系结构的参考模型（LAN/RM），它与OSI/RM的对应关系如图4-5所示。,LAN/RM中物理层和数据链路层的功能如下：（1）物理层 （2）数据链路层 介质访问控制层MAC 逻辑链路控制层LLC,返回本节,4.3.2 IEEE802标准,IEEE802为局域网LAN内的数字设备提供了一套连接的标准，后来又扩大到城域网MAN。这些标准分别是：,IEEE802.1A IEEE802.1B IEEE802.2 IEEE802.3 IEEE802.4 IEEE802.5,IEEE802.6 IEEE802.7IEEE802.8 IEEE802.9 IEEE802.10 IEEE802
9、.11 IEEE802.12,返回本节,4.4 局域网组网技术,4.4.1 以太网 4.4.2 快速以太网 4.4.3 千兆位以太网 4.4.4 令牌环网络 4.4.5 FDDI光纤环网 4.4.6 ATM局域网,返回本章首页,4.4.1 以太网,1以太网以太网（Ethernet）是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年提出的，目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资源连接起来，以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。 1983年IEEE802委员会公布的802.3局域网络协议（CSMA/CD），基本上和Ethernet技术规范一致，于是，Ethernet技术规
10、范成为世界上第一个局域网的工业标准。,Ethernet的主要技术规范：,l拓扑结构：总线型。l介质访问控制方式：CSMA/CD。l传输速率：10Mbps。l传输介质：同轴电缆（50）或双绞线。l 最大工作站数：1024个。l最大传输距离：2.5km（采用中继器）。l报文长度：641518 Byte（不计报文前的同步序列）。,2以太网组网方法,（1）细缆以太网（10BASE-2） 10BASE-2以太网采用0.2英寸50的同轴电缆作为传输介质，传输速率为10Mbps。10BASE-2使用网卡自带的内部收发器（MAU）和BNC接口，采用T形接头就可将两端的工作站通过细缆连接起来，组网开销低，连接方
11、便。（2）双绞线以太网（10BASE-T） 10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为10mbps的以太网。,图4-6 10BASE-2以太网连接,图4-7 10BASE-T以太网连接,返回本节,4.4.2 快速以太网,1快速以太网（100BASE-T）简介2100BASE-T组网方法 3快速以太网的拓扑结构,1快速以太网（100BASE-T）简介,快速以太网是在传统以太网基础上发展的，因此它不仅保持相同的以太帧格式，而且还保留了用于以太网的CSMA/CD介质访问控制方式。由于快速以太网的速率比普通以太网提高了10倍，所以快速以太网中的桥接器、路由器和交换机都与普通以太网不
12、同，它们具有更快的速度和更小的延时，100BASE-T与10BASE-T的比较见表4-1。,2100BASE-T组网方法,图4-8 两极交换机快速以太网组网图,3快速以太网的拓扑结构,图4-9 快速以太网的网络拓扑结构图,返回本节,4.4.3 千兆位以太网,1以太网向千兆位以太网的升级方法 2千兆位以太网的物理层连接 3千兆位以太网的应用,1以太网向千兆位以太网的升级方法,（1）交换机到交换机链路的升级 （2）交换机到服务器链路的升级 （3）快速以太网骨干网的升级 （4）共享式FDDI骨干网的升级 （5）高性能工作站的升级,图4-10 IEEE802.3Z 千兆以太网的结构模型,2千兆位以太网
13、的物理层连接,（1）光缆介质上的长波和短波激光 （2）150欧姆均衡屏蔽同轴电缆（1000BaseCX） （3）千兆位以太网接口载体（GBIC）,3千兆位以太网的应用,图4-11 千兆位以太网与多个交换机的连接原理,图4-12 可用于校园网的多层千兆位交换环境,返回本节,4.4.4 令牌环网络,令牌环网络（Token-Ring）系统在1985年由IBM公司率先推出。令牌环网的拓扑结构为环形，采用专用的令牌环介质访问控制方式，传输介质为屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）或者光纤，传输速率为4Mbps或者16Mbps。令牌环网络系统遵循IEEE802.2和IEEE802.5标准，在传输效
14、率、实时性、地理范围等网络性能上都优于采用CSMA/CD介质访问控制方式的以太网。令牌环网络的覆盖范围没有限制，但站点数却受到一定限制。使用STP时可连接2260台设备，而使用UTP时只能连接272台设备。令牌环网络的原理图如图4-13所示。,图4-13 令牌环网络原理图,图4-14 干线耦合器原理,图4-15 IBM令牌环网络的连接,返回本节,4.4.5 FDDI光纤环网,FDDI，即光纤分布式数据接口，是以光纤传输介质的局域网标准，由美国国家标准协会ANSI X3T9.5委员会制定。FDDI采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输，副环为冗余的备用环。 1FDDI网的网络拓扑结构 2FD
15、DI介质访问控制方式 3FDDI的组网,1FDDI网的网络拓扑结构,FDDI的网络拓扑结构属于星形、环形结构，如图4-16所示。,图4-16 FDDI的网络拓扑结构,2FDDI介质访问控制方式,FDDI所采用的介质访问控制方式与IEEE802.5标准中的对应部分相似。所不同的是802.5中采用的是单数据帧访问方式；而在FDDI中则采用多数据帧访问方式，即允许在环路中同时存在着多个数据帧，可提高信道利用率。,3FDDI的组网,一个FDDI一般包括光纤、工作站、集线器和网卡等部分 。在FDDI上所连接的工作站有双附接站（DAS）和单附接站（SAS）两类。凡是要直接连接到FDDI网上的设备，都应配置FDDI网卡。FDDI网卡分为双附接网卡和单附接网卡两种。,返回本节,4.4.6 ATM局域网,1ATM基本概念及参考模型 2ATM网络互连技术 3ATM局域网络工程,1ATM基本概念及参考模型,图4-17 ATM适配层（ALL）,表4-2 AAL业务分类,2ATM网络互连技术,图4-18 ATM星型与HUB连接技术实例,图4-19 典型ATM传输网（由ATM层和物理层组成）,图4-20 ATM局域网仿真LAN示意图,3ATM局域网络工程,图4-21 ATM局域网络工程演示图,返回本节,
