[互联网]局域网

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1、计算机网络技术第三章 局域网 3.1 局域网的基本概念 3.2 局域网的介质访问控制方式 3.3 局域网的体系结构 3.4 共享介质局域网和交换局域网 3.5 典型局域网的组网技术() 3.6 虚拟局域网 3.7 无线局域网()3.1 局域网的基本概念 3.1.1 局域网的特点局域网的主要特性是：高数据速率、短距离和低 误码率。一般来说，它有如下主要特点： 1. 覆盖的地理范围较小如一幢大楼、一个工厂、一所学校或一个大到几 十公里的区域，其范围一般不超过25KM。 2. 以微机为主要联网对象局域网连接的设备可以是计算机、终端和各种外 围设备等，但微机是其最主要的联网对象，也可以这 样说，局域网

2、是专为微机设计的联网工具。 3. 通常属于某个单位或部门所有局域网是由一个单位或部门负责建立、管理和使 用，完全受该单位或部门的控制。这是局域网与广域 网的重要区别之一。广域网可能分布在一个国家的不 同地区，甚至不同的国家之间，由于经济和产权方面 的原因，不可能被某一组织所有。 4. 传输速率高局域网由于通讯线路短，数据传输快，目前通讯速率 通常在100Mbps以上。因此局域网是计算机之间高速通信 的有效工具。 5. 管理方便由于局域网范围较小，且为单位或部门所有，因而网 络的建立、维护、管理、扩充和更新等都十分方便。 6. 价格低廉由于局域网区域有限、通信线路短，且以价格低廉的 微机为联网对

3、象，因而局域网的性能价格比相当理想。 7. 实用性强，使用广泛局域网中既可采用双绞线、光纤、同缆电缆等有形介 质，也可采用无线、微波等无形信道。此外，也可采用宽 带局域网，实现对数据、语音和图像的综合传输。在基带 上，采用一定的技术，也可实现语音和静态图像的综合传 输。这使得局域网有较强的适应性和综合处理能力。 3.1.2 局域网的分类 局域网常用的分类方式如下： 1. 按拓扑结构分类 网络拓扑结构有总线结构、环形结构、星形结构、树 形结构。依拓扑结构的不同，局域网可分为总线形网、环 形网、星形网和树形网。但有实际应用中，以树形网居多 。 2. 按传输的信号分类 按传输介质上所传输的信号方式不

4、同，局域网可分为 基带网和宽带网。基带网传送数字信号，信号占用整个频 道，但传输范围较小。宽带网传输模拟信号，同一信道上 可传输多路信号，它的传输范围较大。目前局域网中绝大 多数采用基带传输方式。 3. 按网络使用的传输介质分类局域网使用的传输介质有双绞线、光纤、同轴电缆、无 线电波、微波等。因此对应的局域网有双绞线网、光纤网 、同轴电缆网、无线局域网、微波网。目前小型局域网大 都是双绞线网，而较大型局域网则采用光纤和双绞线传输 介质的混合型网络。近年来，无线网络技术发展迅速，它 将成为未来局域网的一个重要发展方向。 4. 按介质访问控制方式分类从局域网介质访问控制方式的角度可以把局域网分为共

5、 享介质局域网和交换局域网。目前在实际应用中大都采用 交换局域网。 3.1.3 局域网的组成局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件 用于实现局域网的物理连接，为连接在局域网上的计算机 之间的通信提供一条物理信道和实现局域网间的资源共享 。网络软件则主要用于控制并具体实现信息的传送和网络 资源的分配与共享。这两部分互相依赖、共同完成局域网 的通信功能。局域网硬件应包括网络服务器、网络工作站、网卡、 网络设备、传输介质及介质连接部件、以及各种适配器。 其中网络设备是指计算机接入网络和网络与网络之间互连 时所必须的设备，如集线器（Hub）、中继器、交换机等 。网络软件是在网络环境下运行和使用

6、、或者控制和管 理网络运行和通信双方交流信息的一种计算机软件。它包 括网络系统软件和网络应用软件。网络系统软件是控制和 管理网络运行、提供网络通讯和网络资源分配与共享功能 的网络软件，为用户提供访问网络和操作网络的友好界面 。网络系统软件主要包括网络操作系统、网络协议和网络 通信软件等。网络应用是为某一应用目的而开发的网络软 件，它为用户提供一些实际应用。 3.1.4 局域网传输介质类型与特点 局域网常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线 、光纤与无线通信信道。早期应用最多的是同轴 电缆。但随着技术的发展，双绞线与光纤的应用 发展十分迅速。尤其是双绞线，目前已能用于数 据传输率为100Mbps、1

7、Gbps的高速局域网中， 因此引起了人们普遍的关注。在局部范围内的中 、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使 用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线通信 信道的趋势已经越来越明朗化。 3.2 局域网介质访问控制方式 局域网介质访问控制方式主要解决介质使用 权或机构问题，从而实现对网络传输信道的合理 分配。局域网介质访问控制是局域网重要的一项 基本任务，对局域网体系结构、工作过程和网络 性能产生决定性的影响。 局域网介质访问控制包括：确定网络结点能 够将数据发送到介质上去的特定时刻和解决如何 对公用传输介质访问和利用并加以控制。传统的 局域网介质访问控制方式有三种：带有冲突碰撞 检测的载波监

8、听多路访问（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ）、令牌环和令牌总线。 3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法（ CSMA/CD）CSMA/CD是一种适用于总线结构的分布式介质访问控 制方法，是IEEE 802.3的核心协议，是一种典型的随机访 问的争用型技术。它的工作过程分两部分： 1. 载波监听总线，即先听后发 2. 总线冲突检测，即边发边听由于CSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的随机 竞争总线的方法，所以它适用于办公自动化等对数据传输 实时性要求不严格和通信负荷较轻的应用环境中。图3.1

9、CSMA/CD流程图 3.2.2 令牌环访问控制（Token-Ring）令牌环技术是1969年由IBM提出来的。它适用于环形 网络，并已成为流行的环访问技术。这种介质访问技术的 基础是令牌。令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的 发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。由于发送结 点在获得发送权后就将令牌删除，在环路上不会再有令牌 出现，其它结点也不可能再得到令牌，保证环路上某一时 刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术不存在争用现 象，它是一种典型的无争用型介质访问控制方式。令牌环的主要优点在于其访问方式具有可调整性和确 定性，且每个结点具有同等的介质访问权。同时，还提供 优先权服务，具有很

10、强的适用性。它的主要缺点是环维护 复杂，实现较困难。图3.2 令牌环的基本过程 3.2.3 令牌总线访问控制（Token-Bus） CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的随机竞争 方式，有结构简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通 讯负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延 时增加，性能明显下降。令牌环在重负荷下利用率高，网 络性能对传输距离不敏感。但令牌环网控制复杂，并存在 可靠性保证等问题。令牌总线综合CSMA/CD与令牌环两 种介质访问方式的优点的基础上而形成的一种介质访问控 制方式。令牌总线的特点在于它的确定性、可调整性及较好的 吞吐能力，适用于对数据传输实时性要求较高或通

11、讯负荷 较重的应用环境中，如生产过程控制领域。它的缺点在于 它的复杂性和时间开销较大，结点可能要等待多次无效的 令牌传送后才能获得令牌。图3.3 令牌总线的工作过程 3.3 局域网体系结构 70年代后期，计算机局域网迅速发展，显示出巨大 的商业利益，许多大的计算机公司相继开发出以本公司为 主要依托的各自的网络体系结构，这推动了网络体系结构 的进一步发展，同时也带来了计算机网络如何兼容和互连 的问题。为了使不同的网络系统能相互交换数据，必须制 定一套共同遵守的标准。 ISO/OSI RM是具有一般性的网络模型结构，作为一 种标准框架为构建网络提供了一个参照系。但局域网作为 一种特殊的网络，有它自

12、身的技术特点。另外由于局域网 实现方法的多样性，所以它并不完全套用OSI体系结构。 国际上通用的局域网标准由IEEE 802委员会制定。IEEE 802委员会根据局域网适用的传输媒体、网络拓扑结构、 性能及实现难易等因素，为LAN制定了一系列标准，称为 IEEE 802标准，已被ISO采纳为国际标准的，称为ISO标 准。 3.3.1 局域网参考模型图3.4 IEEE 802参考模型与OSI参考模型的对应关系 LAN/RM中各层功能如下： 1. 物理层物理层提供在物理实体间发送和接收比特的能力，一 对物理实体能确认出两个介质访问控制MAC子层实体间同 等层比特单元的交换。物理层也要实现电气、机械

13、、功能 和规程四大特性的匹配。物理层提供的发送和接收信号的 能力包括对宽带的频带分配和对基带的信号调制。 2. 数据链路层 数据链路层分为MAC子层和LLC子层。LLC子层向高层提供一个或多个逻辑接口（具有帧发 和帧收功能）。发送时把要发送的数据加上地址和CRC检 验字段构成帧，介质访问时把帧拆开，执行地址识别和 CRC校验功能，并具有帧顺序控制和流量控制等功能。 LLC子层还包括为某些网络层功能，如数据报、虚拟控制 和多路复用等。MAC子层支持数据链路功能，并为LLC子层提供服务 。它将上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行 相反过程，将帧拆卸）、实现和维护MAC协议、比特差错 检验和

14、寻址等。 3.3.2 IEEE 802标准 IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准 ，它们统称为IEEE 802标准。IEEE 802各标准之 间的关系如图3.5所示。图3.5 IEEE 802各标准之间的关系 IEEE 802标准包括： （1）IEEE 802.1标准，定义了局域网体系结构、网络互 连、以及网络管理和性能测试。 （2）IEEE 802.2标准，定义了逻辑链路控制LLC子层功 能与服务。 （3）IEEE 802.3标准，定义了CSMA/CD总线介质访问控 制子层与物理层规范。 （4）IEEE 802.4标准，定义了令牌总线（Token Bus） 介质访问控制子层与物理层

15、规范。 （5）IEEE 802.5标准，定义了令牌环（Token Ring）介 质访问控制子层与物理层规范。 （6）IEEE 802.6标准，定义了城域网MAN介质访问控制 子层与物理层规范。 （7）IEEE 802.7标准，定义了宽带网络技术。 （8）IEEE 802.8标准，定义了光纤传输技术。 （9）IEEE 802.9标准，定义了综合语音与数据局域网（ IVD LAN）技术。 （10）IEEE 802.10标准，定义了可互操作的局域网安全 性规范（SILS）。 （11）IEEE 802.11标准，定义了无线局域网技术。 （12）IEEE 802.12标准，定义了优先度要求的访问控制 方

16、法。 （13）IEEE 802.13标准，未使用。 （14）IEEE 802.14标准，定义了交互式电视网。 （15）IEEE 802.15标准，定义了无线个人局域网（ WPAN）的MAC子层和物理层规范。 （16）IEEE 802.16标准，定义了宽带无线访问网络。 3. 共享介质局域网和交换局域网 局域网从介质访问控制方式的角度可以分为 共享介质局域网（Shared LAN）与交换局域网（ Switched LAN）。共享介质局域网又可以分为 Ethernet、Token Bus、Token Ring与FDDI，以 及在此基础上发展起来的Fast Ethernet、FDDI 等。交换局域网可以分为Switch