计算机网络技术局域网技术

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1、计算机网络技术第三章 局域网技术本章内容 局域网的定义局域网的分类局域网的参考模型局域网的控制方法(以太网,令牌环网,无线局域网)内容简介：3.1.1局域网的定义 典型的局域网由一台或多台服务器和若干 个工作站组成。 局域网有着较高的数据传输速率，误码率 也很低，但是对传输距离有一定的限制。 而且同一个局域网中能够连接的结点数量 也有一定的要求。局域网有很多种类，不 同的局域网有着不同的特点和应用领域。 局域网与广域网的比较 广域网是一种跨地区的数据通信网络。用户可以通过电信 运营商提供的设备平台、租赁的专用线路或者专用卫星等 方式来接入广域网。多个局域网联接在一起可构成广域网 。就目前来看，

2、最大的广域网就是国际互连网（ Internet）。相比广域网而言，局域网主要具有以下特 点：(1) 地理分布范围较小。(2) 数据传输速率高。(3) 误码率低。(4) 与广域网相比，局域网协议简单、结构灵活、建 网成本低、周期短、便于管理和扩充。局域网的基本组成 局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬 件主要有：服务器、工作站、传输介质和网络连接 部件等。网络软件包括网络操作系统、控制信息传 输的网络协议及相应的协议软件、大量的网络应用 软件等。 服务器可分为文件服务器、打印服务器、通信 服务器、数据库服务器等。文件服务器是局域 网上最基本的服务器，用来管理局域网内的文 件资源；打印服务

3、器则为用户提供网络共享打 印服务；通信服务器主要负责本地局域网与其 它局域网、主机系统或远程工作站的通信；而 数据库服务器则是为用户提供数据库检索、更 新等服务。 工作站（Workstation）也称为客户机（ Clients），可以是一般的个人计算机，也可以 是专用电脑，如图形工作站等。工作站可以有 自己的操作系统，独立工作；通过运行工作站 的网络软件可以访问服务器的共享资源，目前 常见的工作站有Windows2000工作站和 Linux工作站。 工作站和服务器之间的连接通过传输介质和网 络连接部件来实现。 网络连接部件主要包括网卡、中继器、集线器和交换 机等。 网卡是工作站与网络的接口部件

4、。它除了作为工作站 连接入网的物理接口外，还控制数据帧的发送和接收 （相当于物理层和数据链路层功能）。集线器又叫HUB，能够将多条线路的端点集中连接 在一起。集线器可分为无源和有源两种。无源集线器 只负责将多条线路连接在一起，不对信号作任何处理 。有源集线器具有信号处理和信号放大功能。 交换机采用交换方式进行工作，能够将多条线路 的端点集中连接在一起，并支持端口工作站之间 的多个并发连接，实现多个工作站之间数据的并 发传输，可以增加局域网带宽，改善局域网的性 能和服务质量。 除了网络硬件外，网络软件也是局域网的一个重 要组成部分。目前常见的网络操作系统主要有 Netware、Unix、linu

5、x和Windows NT几 种 3.1.2 局域网的分类 可从下面几个方面对局域网进行划分： (1) 拓扑结构：根据局域网采用的拓扑结构，可分为总线型局域网、环型 局域网、星型局域网和混合型局域网等。这种分类方法比较常用。 (2) 传输介质：局域网上常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆等， 因此可以将局域网分为同轴电缆局域网、双绞线局域网和光缆局域网。如 果采用的是无线电波，微波，则可称为无线局域网。 (3) 访问传输介质的方法：传输介质提供了二台或多台计算机互连并进行 信息传输的通道。在局域网上，经常是在一条传输介质上连有多台计算机 （如总线型和环型局域网），即大家共享同一传输介质。而一条

6、传输介质 在某一时间内只能被一台计算机所使用，那么在某一时刻到底谁能使用或 访问传输介质呢？这就需要有一个共同遵守的准则来控制、协调各计算机 对传输介质的同时访问，这种准则就是协议或称为媒体访问控制方法。据 此可以将局域网分为以太网、令牌环网等。局域网的分类 (4) 此外，还可以按数据的传输速度分为 10Mbps局域网、100Mbps局域网、千 兆局域网等；局域网的分类 按照服务方式进行划分可以分为以下几种： 专用服务器局域网 C/S局域网 对等式局域网3.1.2 局域网的技术特点 局域网设计中主要考虑的因素是能够在较小 的地理范围内更好的运行、资源得到更好的 利用、传输的信息更加安全以及网络

7、的操作 和维护更加简便等。 局域网的技术特点，即拓扑结构、传输媒体 和媒体（介质）访问控制方法在很大程度上 共同确定了传输信息的形式、通信速度和效 率、信道容量以及网络所支持的应用服务类 型，大致有： 按拓扑结构星形总线环形树形按传输媒体双绞线同轴电缆光纤无线电激光红外线卫星按媒体访问 控制CSMAToken RingToken BusFDDI传输媒体 典型的传输媒体有双绞线、基带同轴电缆、宽带同 轴电缆和光导纤维、电磁波等。 媒体访问控制媒体访问控制方法是指将传输介质的频带有效 地分配给网上各站点的方法，就是控制网上各工作 站在什么情况下才可以发送数据，在发送数据过程 中，如何发现问题及出现

8、问题后如何处理等。目前 比较常用的媒体访问控制方法有CSMA/CD、 Token Bus和Token Ring等。 3.1.3局域网的拓扑结构 计算机网络拓扑结构包括 逻辑拓扑结构 物理拓扑结构。星形拓扑结构 在星形拓扑结构中，每个节点通过点到点通信 线路与中心节点连接，节点间的通信都通过中心节 点进行。拓扑结构见下图 星形拓扑结构(1) 优点结构简单、控制简单。因为任何一个节点只与中心节点相连接，所 以媒体访问控制方法很简单，访问协议也简单，因此组网容易、便于管理。 故障诊断和隔离容易。中心节点对连接线路可以逐一地隔离开来进 行故障检测和定位，单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。方

9、便服务、扩展性好。由于各节点是独立的，所以中心节点可以方 便地对各个节点提供服务，增加或减少节点也不需要中断网络。(2) 缺点传输介质需求较大。因为每个节点都要与中心节点直接相连，需要 耗费大量的传输介质，安装、维护的工作量大增。此外，通信线路的利用率 也较低。 中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能造成全网瘫痪 。各节点的分布处理能力较差。总线形拓扑结构 在总线形拓扑结构中，所有节点都直接连接到一条公共 传输媒体上（总线），任何一个节点发送的信号都沿着 总线进行传播，而且能被所有其它节点接收。拓扑结构见下图 总线形拓扑结构 (1) 优点结构简单，所需要的传输介质最少。无中心节点，任何

10、节点的故障都不会造成全网的瘫痪，有较高的 可靠性。易于扩充，但增加节点时需中断网络。 (2) 缺点信号随传输距离的增加而衰减，因此总线的长度有限。故障诊断和隔离较困难。一个链路故障，将会破坏网络上所有节 点的通信。探测电缆故障时，需要涉及整个网络。分布式协议（争用技术）使访问控制复杂，并不能保证信息的及 时传送环形拓扑结构 在环形拓扑结构中，所有节 点通过点到点通信线路连接 成闭合环路，每个节点能够 接收同一条链路传来的数据 ，并以同样的速率串行地将 该数据沿环送到另一端链路 上。拓扑结构见下图 环形拓扑结构 (1) 优点没有路径选择问题（两个节点之间只有唯一点通路 ），控制协议简单。结构简单

11、，增加或减少节点时，仅需简单的连接操 作。所需的传输介质少于星形拓扑网络。传输时间固定，适用于数据传输实时性要求较高的 场合。适合使用光纤。光纤的传输速率很高，十分适合于 环形拓扑的单向传输 (2) 缺点可靠性差。因为环上的数据传输要通过接在 环上得每一个节点，所以任何节点的故障都会导致环路 不能正常工作，甚至瘫痪。 故障检测困难。与总线拓扑类似，因为不是 集中控制，故障检测需要网上各个节点参与进行，因此 实现困难。 传输效率低。由于信号串行通过各个节点， 因此节点过多时，网络响应时间将相应变长。 2. 典型标准IEEE802.5（Token-Rong）、IEEE802.8（FDDI ）3.2

12、.1局域网的参考模型 局域网参考模型只对应于OSI参考模型的数据链路 层和物理层，它将数据链路层划分为：逻辑链路控 制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层。 局域网对LLC子层是透明的，只有下到MAC子层才 看见具体局域网，如总线网、令牌总线网或令牌环 形网等。高层的协议数据单元传到LLC子层，加上 适当的首部就构成了LLC子层的协议数据单元（ LLC PDU）。LLC PDU再向下传到MAC子层时 ，加上适当的首部和尾部，就构成了MAC子层的协 议数据单元MAC帧。LLC PDU和MAC帧的关系 LAN的底层核心技术包括： 1).传输媒体的选择传统LAN中经常使用同轴电缆；目前LAN中

13、常使 用双绞线、光纤，且无线LAN越来越重要 2).接入控制在共享媒体或共享交换机情况下，需要有一些 手段对接入进行规范，使接入高效而公平，目前常 见的接入控制模式包括：CSMA/CD、令牌环 3).拓扑结构经常使用规则的拓扑结构：总线形、环形、星形 典型LAN系统 以太网（10Mbps, 100Mbps, 1Gbps） 令牌环 无线局域网局域网体系结构 物理层功能对信号的编码/解码；前同步序列生成/去除；比特传送/接收；传输媒体与拓扑规范。 MAC子层 的功能 由于所有的LAN都由一组必须共享网络传输 带宽的设备组成,所以需要一些手段来控制 对传输媒体的访问,以保证有序且有效地使 用网络传输

14、带宽。该功能由MAC层提供。 MAC的具体功能如下： 发送方：将数据、地址及差错检测字段成帧 ； 接收方：分解帧，完成地址识别和差错检测 ； 对接入LAN共享传输媒体的管理（介质访问 控制策略） LLC子层 的功能 与大多数数据链路层一样，主要功能是：向 高层提供接口并完成流控与差控。3.2.2 IEEE802标准 1. IEEE 802 参考模型 IEEE 802标准的局域网参考模型与 OSI/RM的对应关系如图所示，该模型包 括了OSI/RM最低两层（物理层和链路层 ）的功能，也包括网际互连的高层功能和管 理功能。IEEE802 LAN参考模型 对于局域网来说，物理层规定了所使用的信号、编

15、码和 传输介质；数据链路层采用差错控制和帧确认技术，传 送带有校验的数据帧。为了使数据帧的传送独立于所采 用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE 802标准标 准特意把LLC独立出来形成一个单独子层，使得LLC子 层与媒体无关，仅让MAC子层依赖于物理介质和介质访 问控制方法。 LLC子层向高层提供一个或多个逻辑接口，这些接 口被称为服务访问点（SAP）。SAP具有帧的接收、发 送功能。发送时将要发送的数据加上地址和循环冗余校 验CRC字段等构成LLC帧；接收时将帧拆封，进行地址 识别和CRC校验。 MAC子层在支持LLC层完成介质访问控制功能 时，可以提供多个可供选择的媒体访问控制方 式。

16、为此，IEEE802标准制定了多种媒体访问 控制方式，如CSMA/CD，Token Ring， Token Bus等。同一个LLC子层能与其中任何 一种访问方式接口。IEEE 802 标准 IEEE在1980年2月成立了局域网标准化委员会（ 简称IEEE 802委员会），专门从事局域网的协议 制订，形成了一系列的标准，称为IEEE 802标准 。IEEE802标准系列含以下部分 IEEE802标准间的关系 IEEE802.1：概述、体系结构和网络互连，以及网络管理 和性能测试 IEEE802.2：逻辑链路扩展协议，定义LLC功能和服务 IEEE802.3：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）控 制方法，以及MAC子层和物理层的规范 IEEE802.4：令牌总线网的访问控制方法，以及MAC子