第4章局域网技术

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1、第4章 局域网技术n4.1 局域网概述n4.2 局域网体系结构n4.3 局域网介质访问控制方法n4.4 以太网技术n4.5 交换式以太网n4.6 虚拟局域网技术n4.7 无线局域网技术4.1 局域网概述n一、局域网基本概念n局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园等有限范围内的计算机连网的需求； n局域网提供高数据传输速率（100Mbps）、低误码率的数据传输环境，数据传输速率高达1Gbps的高速局域网正在发展中；4.1 局域网概述n二、局域网基本组成n一个完整局域网系统由硬件系统和软件系统组成。从系统组成角度看局域网通常包括如下几个组成部分：n主机：各种类型的计算机n网络适配器：用

2、于实现计算机与局域网通信的 接口。n传输介质：用于计算机和网络设备间的连接。n网络连接设备：用于计算机之间或其它网络间 的连接。n网络操作系统：负责网络系统资源管理、通信 和任务调度等。n网络应用软件：实现网络应用与服务。4.1 局域网概述n三、局域网技术要素n局域网主要解决ISO网络模型中最低两层物理层、数据链路层的功能，n决定局域网组成方式、信道容量、通信速率、信息传输方式和效率等技术因素，主要有：n网络拓扑结构n传输介质n介质访问控制方法4.2 局域网体系结构与标准n一、IEEE 802参考模型 4.2 局域网体系结构与标准n二、物理层n利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现 比特流

3、的传输与接收，数据的同步控制等。nIEEE 802规定了局域网物理层所使用的信号与编 码、传输介质、拓扑结构和传输速率等规范。n采用基带信号传输；n数据的编码采用曼彻斯特编码；n传输介质可以是双绞线、同轴电缆和光缆等 ；n拓扑结构可以是总线型、树型、星型和环型 ；n传输速率有10Mbps、100Mbps、 1000Mbps。4.2 局域网体系结构与标准n三、数据链路层nMAC子层的功能nMAC构成数据链路层的下半部，直接 与物理层相邻，主要制定管理和分配信道的协 议规范。nMAC子层与传输介质有关，主要功能 是进行合理信道分配，解决信道竞争问题；n支持LLC子层完成介质访问控制功能 ，为不同的

4、物理介质定义了介质访问控制标准 。4.2 局域网体系结构与标准n三、数据链路层nLLC子层的功能nLLC在MAC子层的支持下向网络层提 供服务。n与传输介质无关，独立于介质访问控 制方法，隐藏了各种802网络之间的差异，向网 络层提供一个统一的格式和接口。n将数据组成帧，对数据帧进行顺序控 制、差错控制和流量控制，使不可靠的物理链 路变为可靠的链路。4.2 局域网体系结构与标准nIEEE 802标准802.10 安全与加密物理层802.1 局域网概述、体系结构、网络互联与网络管理802.2 逻辑链路控制(LLC)802.3CSMA /CD物理层802.4令牌 总线物理层802.5令牌环物理层8

5、02.6城域网物理层802.9语音数 据综合 局域网802.11无线 局域网802.7 宽带技术802.8 光纤技术MAC层网络 互联层LLC层ISO/OSIIEEE 802IEEE 802标准系列（了解）nIEEE 802.1标准，局域网 体系结构、网络互连，以及网络 管理与性能测试。nIEEE 802.2标准，逻辑链 路控制LLC子层功能与服务。nIEEE 802.3标准， CSMA/CD总线介质访问控制子 层与物理层规范。nIEEE 802.4标准，令牌总 线(Token Bus)介质访问控制子 层与物理层规范。nIEEE 802.5标准，令牌环 (Token Ring)介质访问控制子

6、层与物理层规范。 IEEE 802.9标准，综合语音与数 据局域网(IVD LAN)技术。 IEEE 802.10标准，可互操作的局 域网安全性规范(SILS)。 IEEE 802.1l标准，无线局域网技 术。 IEEE 802.12标准，优先级高速局 域网（100Mbps）。 IEEE 802.14标准，有线电视网（ Cable-TV）。 IEEE 802.15标准，无线个人网络 （WPAN）技术。 IEEE 802.16标准，无线宽带局域 网（BBWA）。4.3 局域网介质访问控制方法n介质访问控制方法：n控制网络节点如何向传输介质的数据发送与接收数据，即解决信道如何使用的问题。n介质访问

7、控制方法与局域网的拓扑结构和工作过程有密切关系。n介质访问控制方法包括两方面内容：n确定网络中各结点发送数据到传输介质上的时刻，n如何对共用传输介质进行访问和控制。4.3 局域网介质访问控制方法n局域网中最常用的介质访问控制方法：nIEEE 802.3 载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD） ；nIEEE 802.5 令牌环（Token Ring）；nIEEE 802.4 令牌总线（Token Bus）；4.3 局域网介质访问控制方法n一、载波监听多路访问/冲突检测n总线拓扑结构特点：n结构的特点：总线共享、单节点、冲 突；n结构的优点：成本低、结构、维护简 单；n结构的缺点：冲突、小规

8、模；4.3 局域网介质访问控制方法n一、载波监听多路访问/冲突检测n介质访问方法：n先听后发、n边听边发、n冲突停发、n延迟重发。初始化载波帧听发送数据是否出现 冲突?强化冲突放弃发送数据延迟一个随机时间准备 重新发送数据是否发送 完毕?结束冲突检测4.3 局域网介质访问控制方法n二、令牌环（Token Ring） n拓扑结构特点：n结构的特点：数据 沿环单方向发送、令牌控制。n结构的优点：无冲 突、重负荷。n结构的缺点：控制 复杂、网络扩展困难。4.3 局域网介质访问控制方法n二、令牌环（Token Ring） n介质访问控制：n数据沿环单方向传输，采用沿环路循环的令牌 ，控制节点发送数据。

9、n网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据。n轮流发送，对节点公平，适于重负荷环境。4.3 局域网介质访问控制方法n三、令牌总线（Token Bus）n将连接到总线上的所有节点组成一个逻辑环，每 个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。构成逻辑环结构 ，物理连接是总线结构。n介质访问控制：和令牌环一样，节点只有取得令 牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。4.4 以太网n以太网 ( Ethernet)发展nXerox 创建第一个实验性的以太网(1972-1977)nDEC、Intel和Xerox将以太网标准化(1979-1982)nIEEE 802.3标准（1982年）,10BASE-5出现；n10BA

10、SE-T结构化布线的历史(1986-1990)n交换式和全双工制以太网的出现(1990-1994)n快速以太网的出现(1992-1995)n千兆网的出现(1996至今)4.4 以太网n以太网技术特点n是基于总线型的广播式网络n采用CSMA/CD介质访问控制技术n网络拓扑结构有总线型、星型等n以太网可以采用多种传输介质4.4 以太网n一、以太网（802.3）的四种规范 数据率（Mbps）基带信号段最大长度（百米）10 Base-54.4 以太网NIC最大长度100m10Base-T4.4 以太网n二、快速以太网(Fast Ethernet) n仍然采用CSMA/CD介质访问控制方法，在物理层进行

11、必要调整，定义了物理层标准（100Base-T）。n100Base-T标准定义介质专用接口，将MAC子层与物理层分隔开来，要求有中央集线器的星型布线结构。4.4 以太网n快速以太网应用4.4 以太网n三、千兆位以太网（Gigabit Ethernet）n是一种新型高速局域网，提供1Gbps通信带宽， 与快速以太网完全兼容。n传输介质以光纤为主，最大传输距离已达到 70km，适用于大中规模的园区网主干。n由千兆交换机、千兆网卡、综合布线系统等构成 。4.5 交换式以太网n一、共享式以太网n采用集线器为中心的星 型连接方式，但其实际上是 总线型的拓扑结构；n集线器工作原理：以广 播方式向各端口发送

12、数据。n当网络规模不断扩大时 ，网络中的冲突就会大大增 加，造成网络整体性能下降 。4.5 交换式以太网n二、交换式以太网n采用交换机为中央设备的以太网成为交换式以太网；n交换机提供了多个通道，允许多个用户之间同时进行数据传输。4.5 交换式以太网n三、共享式与交换式以太网工作原理示意图局域网交换机（b）交换式局域网（a）共享介质局域网结点总线结点4.5 交换式以太网n四、交换机工作原理n交换机采用数据转发方式工作，对数据的转发是以网络节点计算机的MAC地址为基础的。地址表165432 DAMAC帧 DA=结点CDAMAC帧 DA=结点B转发机构缓冲器端口地址表端口地址1结点A2345结点B结

13、点C6结点D结点A结点B结点C结点D4.5 交换式以太网n四、交换机工作原理n交换机对数据帧的转发方式n直接交换方式：根据目的地址找到相应的 交换机端口，并将该帧发送到该端口；n存储转发交换方式:与直接交换方式类似， 不同处在于要把信息帧全部接收到内部缓冲区中，并对 信息帧进行校验，一旦发现错误就通知源发送站重新发 送帧；n改进直接交换方式:将前两者结合起来，在 收到帧的前64字节后，判断帧的帧头字段是否正确；交换式局域网的应用4.6 虚拟局域网*n一、虚拟局域网（VLAN）概念n通过路由和交换设备，在网络的物理拓朴结构基础上建立一个逻辑网络，以使得网络中任意几个局域网网段或节点能够组合成一个

14、逻辑上的局域网。 n建立在局域网交换机上，以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理，逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限制；n同一逻辑分组的成员可以分布在相同的物理网段上，也可以分布在不同的网络上；4.6 虚拟局域网*n二、虚拟局域网的结构4.6 虚拟局域网*n三、虚拟局域网组网方法n基于交换机端口n基于MAC地址n基于网络层地址VLAN1VLAN2端 局域网交换机 口 1 2 3 4 5 6 7 8*4.7 无线局域网n一、无线局域网概念n标准：IEEE 802.11 *4.7 无线局域网n一、无线局域网概念n传输方式:无线电波与红外线；n拓扑结构: 无中心拓扑和有中心拓扑；*4.7 无线局域网n二、无线局域网设备n无线网卡 n无线网卡的作用类似于以太网中的网卡，作为 无线局域网的接口，实现与无线局域网的连接。n无线网桥（AP，Access Point）n无线网桥是在链路层实现无线局域网互连的存 储转发设备，它能够通过无线（微波）进行远距离数据传 输。n无线天线n无线天线对所接收或发送的信号进行增益（放 大）。