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1、主讲：宋一兵,局域网组建与维护,第1章 局域网基本知识,局域网组建与维护,第1章： 局域网基本知识,1.1节,1.2节,1.3节,人类社会已经进入了一个以网络为核心的信息时代，这里的网络是指“三网”，即电信网络、电视网络和计算机网络，其中发展最快且起到决定性作用的是计算机网络。目前，以Internet为代表的计算机网络已经深入到社会的各个领域，改变着人们的工作、学习、生活以及思维方式，其应用范围越来越广，成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。世界各国都对计算机网络给予高度重视，从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量一国国力及现代
2、化程度的重要标志之一。,第1章 局域网基本知识,1.1 计算机网络基础,局域网组建与维护,1.2 局域网的定义和结构,1.3 数据传输与交换,1.4网络体系结构与协议,1.1 计算机网络基础,局域网组建与维护,计算机网络虽然只有半个世纪的发展历程，但其发展速度却令人惊叹。它是计算机技术与现代通信技术紧密结合的产物，实现了远程通信、远程信息处理和资源共享。经过几十年的发展，计算机网络已由早期的“终端计算机网”、“计算机计算机网”演变成为现代具有统一体系结构的网络。,1.1.1 计算机网络的概念,局域网组建与维护,计算机网络的定义是：计算机网络是将地理位置不同，且有独立功能的多个计算机系统利用通信
3、设备和线路互相连接起来，且以功能完善的网络软件（包括网络通信协议、网络操作系统等）为基础实现网络资源共享的系统。,1.1.1 计算机网络的概念,局域网组建与维护,从这个定义中，可见计算机网络具有以下4个显著的特点。计算机网络是一个互连的计算机系统群体，在地理上是分布的。计算机网络中的计算机系统是自治的，即每台主机是独立工作的，它们向网络用户提供资源和服务（称为资源子网）。系统互连要通过通信设施来实现。通信设施一般是由通信线路以及相关的传输、交换设备等组成（称为通信子网）。主机和子网之间通过一系列的协议实现通信。,1.1.2 计算机网络的作用,局域网组建与维护,资源共享。所谓的资源是指构成系统的
4、所有要素，包括软、硬件资源。例如，计算处理能力、大容量磁盘、高速打印机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和其他计算机上的有关信息。由于受经济和其他因素的制约，这些资源并非（也不可能）所有用户都能独立拥有，所以网络上的计算机不仅可以使用自身的资源，也可以共享网络上的资源。因而增强了计算机的处理能力，提高了计算机软硬件的利用率。计算机网络建立的最初目的就是为了对分散的计算机系统实现资源共享，以此提高各种设备的利用率，减少重复劳动，进而实现分布式计算的目标。,1.1.2 计算机网络的作用,局域网组建与维护,2、数据通信。数据通信功能也即数据传输功能，这是计算机网络最基本的功能，主要用于计算机网络中各个
5、节点之间的系统通信。用户可以在网上传送电子邮件、发布新闻消息以及进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。计算机网络使用初期的主要用途之一就是在分散的计算机之间实现无差错的数据传输。同时，计算机网络能够实现资源共享的前提条件，就是在源计算机与目标计算机之间完成数据交换任务。,1.1.2 计算机网络的作用,局域网组建与维护,3、分布式处理。通过计算机网络，可以将一个任务分配到不同地理位置的多台计算机上协同完成，以此实现均衡负荷，提高系统的利用率。对于许多综合性的重大科研项目的计算和信息处理工作，可以利用计算机网络的分布式处理功能，采用适当的算法，将任务分散到不同的计算机上共同完成。同时，连网之后的
6、计算机可以互为备份系统，当一台计算机出现故障时，可以调用其他计算机实施替代任务，从而提高了系统的安全可靠性。,1.1.2 计算机网络的作用,局域网组建与维护,4、网络综合服务。计算机网络可以对文字、声音、图像、数字、视频等多种信息进行传输、收集和处理。综合信息服务和通信服务是计算机网络的基本服务功能，利用计算机网络，可以在信息化社会实现对各种经济信息、科技情报和咨询服务的信息处理，得以实现文件传输、电子邮件、电子商务以及远程访问等功能。,1. 2 局域网的定义和结构,局域网组建与维护,局域网（Local Area Network，LAN）是最常见和应用最广泛的一种网络，随着计算机网络技术的发展
7、和提高它得到了充分的应用和普及。几乎每个单位都有自己的局域网，甚至有些家庭中都有自己的小型局域网。目前经常见到的局域网有网吧局域网、办公室局域网、校园网、酒店局域网以及企业内部网等。,1. 2.1 局域网的含义与特点,局域网组建与维护,电气和电子工程师协会（IEEE）对局域网的定义为：局域网中的数据通信被限制在几米至几千米的地理范围内，能够使用具有中等或较高传输速率的物理信道，并且具有较低的误码率。局域网是专用的，由单一组织机构所使用。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,拓扑学是几何学的一个重要分支，它将实体抽象为与其形状、大小无关的点，将物体之间的连接线路抽象成与距离无关的线
8、，进而研究点、线、面之间的关系。这种表示点和线之间关系的图被称为拓扑结构图。拓扑结构与几何结构属于两个不同的数学概念。在几何结构中，需要考察的是点、线之间的位置和形状关系，如梯形、四边形、圆等都属于不同的几何结构。但是从拓扑结构的角度去看，由于点、线间的连接关系相同，这些图形就具有相同的拓扑结构，即环形结构。也就是说，不同的几何结构可能具有相同的拓扑结构。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,在计算机网络中，把计算机、主机、网络设备等抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，用网络的拓扑结构来反映网络的结构关系。拓扑结构是局域网组网的重要组成部分，也是关系局域网性能的重要特征，
9、局域网拓扑结构通常分为总线型、星型、环型、树型、网状型以及蜂窝型等。下面将分别介绍各类型的结构和性能特点。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,1、总线型拓扑结构总线型拓扑结构中的所有连网设备共用一条物理传输线路，所有的数据都发往这一条线路，并能够被所有连接在线路上的设备接收。连网设备通过专用的分接头接入线路。总线型拓扑结构是局域网的一种组成形式，如图1-3所示。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,2、星型拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构是以一台中心处理机（通信设备）为主而构成的网络，其他连网机器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时或轮询的方法
10、为连网机器服务，所有的数据必须经过中心处理机。星型拓扑结构如图1-4所示。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,3、环型拓扑结构环型拓扑结构中连网设备通过转发器接入网络，每个转发器仅与两个相邻的转发器有直接的物理线路。环形网的数据传输具有单向性，一个转发器发出的数据只能被另一个转发器接收并转发。所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,4、树型拓扑结构树型拓扑结构树型拓扑结构是从总线型拓扑结构演变而来的，它是在总线网上加上分支形成的一种层次结构，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路。它将网络中的所有站点按照一定的层次
11、关系连接起来，就像一棵树一样，由根节点、叶节点和分支节点组成。树型拓扑结构的网络覆盖面很广，容易增加新的站点，也便于故障的定位和修复，但其根节点由于是数据传输的常用之路，因此负荷较大。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,5、网状型拓扑结构网状型拓扑结构网状型拓扑结构是利用专门负责数据通信和传输的节点构成的网状网络，连网设备直接接入节点进行通信。网状型拓扑结构通常利用冗余的设备和线路来提高网络的可靠性，因此，节点可以根据当前的网络信息流量有选择地将数据发往不同的线路。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,6、蜂窝型拓扑结构 蜂窝型拓扑结构是无线局域网中常用的结构。在
12、地形复杂的地区，架设有线传输介质会比较困难，这时可利用无线传输介质（如微波、卫星、无线电、红外线等）点到点和多点传输的特征，组成无线网络。蜂窝型拓扑结构由圆形区域组成，每一区域都有一个节点（基站），区域中没有物理连接介质，只有无线介质。这种拓扑结构适用于城市网、校园网以及企业网，更适合于移动通信。,1. 2.2 局域网的拓扑结构,局域网组建与维护,6、蜂窝型拓扑结构,1.3 数据传输与交换,局域网组建与维护,数据在信源和信宿之间进行传输最理想的方式是在两个互连的站点之间直接建立传输信道并进行数据通信。但实际上，在大范围的网络环境中直接连接两个设备是不现实的，也是不可取的，只有通过网络的中间节点
13、把数据从源站点发送到目的站点，实现数据通信。这些中间节点并不关心数据内容，而是提供一个交换设备，使数据从一个节点传到另一个节点，直至到达目的地为止。,1.3.1 数据传输技术,局域网组建与维护,1、并行传输与串行传输串行传输时每次传输的数据只有一位，如图1-9（a）所示。由于线路成本等方面的因素，远距离通信一般采用串行通信技术。并行传输主要用于局域网通信等距离比较近的情况，至少有8bit数据同时传输，如图1-9（b）所示。计算机内部的数据多是并行传输，如用于连接磁盘的扁平电缆一次就可以传输8bit或16bit数据，外部的并行端口及其连线也采用并行传输。,1.3.1 数据传输技术,局域网组建与维
14、护,（1）同步传输。同步传输采用的是按位同步的同步技术（即位同步）。在同步传输中，字符之间有一个固定的时间间隔。这个时间间隔由数字时钟确定，因此，各字符没有起始位和停止位。在通信过程中，接收端接收数据的序列与发送端发送数据的序列在时间上必须取得同步，这里又分为两种情况，即外同步和内同步。外同步指由通信线路设备提供同步时钟信号，该同步信号与数据编码一同传输，以保证线路两端数据传输同步，如图1-10所示。,1.3.1 数据传输技术,局域网组建与维护,（2）异步传输。有数据需要发送的终端设备可以在任何时刻向信道发送信号，而不需要与接收方进行同步和协商。它把每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输
15、间隔任意。为了标志字节的开始和结尾，在每个字符的开始附加1bit起始位，结尾加1bit、1.5bit或2bit停止位，构成一个个“字符”。这里的“字符”指异步传输的数据单元，不同于“字节”，一般略大于一个字节，如图1-11所示。,1.3.1 数据传输技术,局域网组建与维护,3、数据传输方向根据信号在信道上的传输方向与时间关系，可以将信道的通信方式分为单工、半双工和全双工3种。（1）单工。采用单工通信方式传输的数据只能在一个方向上流动，发送端使用发送设备，接收端使用接收设备。,1.3.1 数据传输技术,局域网组建与维护,（2）半双工。采用半双工通信方式传输的数据在某一时刻向一个方向传输，在需要的
16、时候，又可以向另外一个方向传输，它实质上是可切换方向的单工通信，如图1-12（b）所示。（3）全双工。采用全双工通信方式传输的数据可以在两个方向上同时传输，它相当于两个单工通信方式的结合，如图1-12（c）所示。,1.3.2 数据交换技术,局域网组建与维护,1、电路交换电路交换就是计算机终端之间通信时，由一方发起呼叫，独占一条物理线路。当交换机完成接续，对方收到发送端的信号后，双方即可进行通信。在整个通信过程中双方一直独占该电路，示意图如图1-13所示。,1.3.2 数据交换技术,局域网组建与维护,2、报文交换报文交换是以“存储转发”方式在网内传输数据。先将用户的报文存储在交换机的存储器中（内存或外存），当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端。,1.3.2 数据交换技术,局域网组建与维护,3、分组交换分组交换分组交换实质上是在“存储转发”基础上发展起来的，兼有电路交换和报文交换的优点。它将用户发来的整份报文分割成若干个定长的数据块（称为分组或数据包），每一个分组信息都带有接收地址和发送地址，能够自主选择传输路径。数据包暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接收端后，再去掉分组头，将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。在一条物理线路上采用动态复用的技术，能够同时传送多个数据分组。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小、交互性好。,
