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1、三级网络技术第3章 局域网基础3.1 局域网基本概念3.1.1 局域网的主要技术特点nIEEE的局域网定义：n局部地区网络在下列方面与其它类型的数据网 络不同：通信一般被限在中等规模的地理区域 内，例如，一座办公楼，一个仓库或一所学校 ；能够依靠具有从中等到较高数据率的物理通 信信道，而且这种信道具有始终一致的低误码 率；局部地区网是专用的，由单一组织机构所 使用。33.1.1 局域网的主要技术特点n局域网的主要特点n是一个通信网络仅包含了物理层和数据链路层的功能 连接的是数据通信设备n覆盖的地理范围有限n数据传输率，误码率低n归单一组织所拥有和使用n决定局域网特性的主要技术要素n网络拓扑、传
2、输介质、介质访问控制方法n从介质访问控制方法的角度来，可以分为：n共享介质局域网n交换式局域网43.1.2 局域网拓扑构型n网络拓扑n总线型n环型n星型n传输介质n双绞线n同轴电缆n光纤 51总线型拓扑构型61总线型拓扑构型(续)n主要特点：n所有的结点直接连接到一条作为公共传输介质的总线 上n总线通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质。n以“广播”方式发送数据n会出现“冲突”（collision），造成传输失败n必须解决多结点访问总线的介质访问控制（MAC）问 题n优点：n结构简单、实现容易、易于扩展，可靠性较好n缺点：n不易管理，故障诊断和隔离比较困难72环型拓扑构型82环型拓扑构型(续)n
3、主要优点：n初始安装比较容易，传输线路较短n故障诊断定位比较准确n适于光纤连接，例如，FDDIn主要缺点：n可靠性较差n重新配置较为困难93星型拓扑构型103星型拓扑构型(续)n主要优点：n维护管理容易n重新配置灵活n故障隔离和检测容易n主要缺点：n安装工作量大n依赖于中心结点，中心的集线器出现故障，则 全网瘫痪113.1.3 局域网传输介质类型与特点n常用的传输介质:n同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道等n早期：n同轴电缆n目前:n近距离：双绞线n远距离：光纤n移动结点：无线通信信道121双绞线n分为两类：n屏蔽双绞线STP：由外部保护层、屏蔽层、与多对双绞 线组成；n非屏蔽双绞线UTP：
4、由外部保护层与多对双绞线组成 ；n屏蔽双绞线的抗干扰能力优于非屏蔽双绞线。n非屏蔽双绞线：n三类线：适用于语音及10Mbps以下的数据传输；n四类线：适用于16Mbps以下的数据传输；n五类线：适用于100Mbps的高速数据传输；n超五类、六类线和七类：用于高速率的数据传输环境 中。132光纤n光导纤维，简称光纤，通过光信号传输数据n传输带宽远大于目前其他各种传输媒体的带宽n光纤通信的特点:n传输距离远、数据速率高、抗干扰和保密性强n光纤分为两类：n多模光纤:价格便宜，传输距离小；n单模光纤:纤芯细、速度高、距离远、成本高，最大传 输距离可达40km ；n总体上看，单模光纤优于多模光纤。143
5、.2 局域网介质访问控制方法3.2 局域网介质访问控制方法n主要解决介质使用权或机构问题，对网络 传输信道的合理分配n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n有三种：n带有冲突碰撞检测的载波侦听多路访问（ CSMA/CD）n令牌环（Token Ring）n令牌总线（Token Bus）。163.2.1 IEEE 802模型与协议标准173.2.1 IEEE 802模型与协议标准(续)183.2.1 IEEE 802模型与协议标准(续)nIEEE 802.1：局域网体系结构、网络互联，以及网络管理与性能测试 ；nIEEE 802.2：逻辑链路控制LLC子层功能与服务；nIEEE
6、802.3：CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范；nIEEE 802.4：令牌总线（Token Bus）介质访问控制子层与物理层规 范；nIEEE 802.5：令牌环（Token Ring）介质访问控制子层与物理层规范 ；nIEEE 802.6：城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范；nIEEE 802.7：宽带技术；nIEEE 802.8：光纤技术；nIEEE 802.9：综合语音与数据局域网IVD LAN技术；nIEEE 802.10：可互操作的局域网安全性规范SILS；nIEEE 802.11：无线局域网技术；nIEEE 802.12：100VG AnyLAN标准193.2.
7、2 IEEE 802.3标准与EthernetnCSMA/CD带有冲突检测的载波侦听多路 访问，Ethernet的核心技术 n CSMA/CD适用于总线结构的分布式介质访问控制 方法nCSMA/CD用来解决多结点如何共享公用总线传输介 质的问题nCSMA/CD是IEEE 802.3的核心协议nCSMA/CD是一种典型的随机访问的争用型技术201CSMA/CD的工作原理广播发送，冲突不可避免 “先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发”211CSMA/CD的工作原理广播发送，冲突不可避免 “先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发”22210Mbps以太网体系结构 23MAC帧结构各字段
8、含义： 前导字段：7个字节，同步时钟，内容都是10101010 帧起始符：1个字节，表示帧开始，内容为10101011 源地址：2或6个字节，发送方网卡MAC地址 目的地址： 2或6个字节，接送方网卡MAC地址 目的地址可以是单个的物理地址，也可以是一组地址（多点广播） ，当地址的最高位为0时，是普通地址，为1时，是组地址。长度：2 字节，数据字段长度，单位字节 数据字段：LLC数据帧，01500 填充字段：帧的数据部分少于46字节，使之达到要求的最短长度 检验和：4个字节，帧CRC检验，用于检测错误24Ethernet(以太网)的表示方法 n以太网每一种实现方案都有名称代号，由三部分组成：n
9、例如：10BASE-5、10BASE-2、100BASE-T等。n最前面：n数字指传输速率，如10为10 Mbps，100为100 Mbps。n中间：nBASE指基带传输，BROAD指宽带传输。n最后：n若是数字的话：表示最大传输距离，如5是指最大传输距离500米 ，2指最大传输距离200米。n若是字母：n第一个表示介质类型，如T表示采用双绞线，F 表示采用光纤介质n第二个字母表示工作方式，如X表示全双工方式工作。2510 Mbps以太网n10Base-5：粗缆以太网n目前很少被采用n10Base-2：细缆以太网n50细同轴电缆，建网费用比10Base-5低n目前已很少被使用n10Base-T
10、：双绞线来连接的以太网n使用2对3类以上无屏蔽双绞线，一对用于发送信号，另一对用于 接收信号n技术简单、价格低廉、可靠性高、易实现综合布线和易于管理、 维护、升级n10Base-F：光纤以太网n传输距离长、安全可靠、可避免电击n常用于建筑物之间的连接，构建园区主干网263.2.3 IEEE 802.5标准与Token Ring适用于环形网络 技术基础是令牌 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 一种典型的无争用型介质访问控制方式 273.2.3 IEEE 802.5标准与Token Ringn主要优点n访问方式具有可调整性和确定性，且每个结点 具有同等
11、的介质访问权，同时提供优先权服务 ，比较适合于重负载环境。它的n主要缺点：n环维护复杂，实现较困难283.2.4 IEEE 802.4标准与Token Bus n综合了CSMA/CD和Token Ring的优点n适用于总线形或树形网络n在一个物理总线上形成一个逻辑环 n环中令牌传递顺序与结点在总线上的物理位置无关 293.2.4 IEEE 802.4标准与Token Bus n主要环维护工作：n环初始化n新结点加入环n结点从环中撤出n环恢复n优先级303.2.5 CSMA/CD与Toke Bus、Token Ring的比较n从网络拓扑结构看：n总线拓扑：CSMA/CD与Token Busn环型
12、拓扑：Token Ringn从介质访问控制方法的角度看：n随机介质访问控制方法：CSMA/CDn确定型介质访问控制方法：Token Bus、 Token Ring313.2.5 CSMA/CD与Toke Bus、Token Ring的比较nCSMA/CD特点：n介质访问控制方法算法简单，易于实现n适用于对数据传输实时性要求不严格的应用环 境，如办公自动化等n适用于通信负荷较轻的应用环境中nToken Bus、Token Ring特点：n适用于对数据传输实时性要求较高的环境，如 生产过程控制领域n适用于通信负荷较重的环境n环维护功能，实现较困难323.2.6 Ethernet物理地址的基本概念n
13、固化在网卡EPROM中，全网惟一n组成：n位数：48bit(6个字节)n由两部分组成：3个字节厂商地址+3个字节厂 商自行分配号码n表示：n12个十六进制数，每2个16进制数之间用连字 符（也可用冒号）隔开n如：08-00-20-0A-8C-6D333.3 高速局域网技术3.3.1 高速局域网研究基本方法n问题：n局域网的规模不断的扩大，网络通信负荷加重时，冲 突和重发现象将大量发生，网络效率急剧下降，网络 传输延迟增长，网络服务质量下降n解决方法：n提高数据传输速率n用网桥与路由器隔离子网之间的交通量n将“共享介质方式”改为“交换方式” n交换式局域网的核心设备是局域网交换机，多个端口之间建
14、立 多个并发连接353.3.2 光纤分布式数据接口FDDIn1FDDI的拓扑结构n一种以光纤作为传输介质的高速主干网，是一种传统的城域网技 术n双环结构的令牌传递系统n主环、从环363.3.2 光纤分布式数据接口FDDIn2FDDI的技术特点n使用基于IEEE 802.5标准的单令牌的环网介质访问控 制MAC协议；n使用IEEE 802.2协议，与符合IEEE 802标准的局域 网兼容；n数据传输速率为100Mbps，连网的结点数小于1000 ，环路长度为100km；n可以使用双环结构，具有容错能力；n可以使用多模或单模光纤；n具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传 输。373.3.3
15、 100 Mbps Fast Ethernetn快速以太网的传输速率比普通以太网快10倍，保 留了传统以太网的所有特性，包括相同的数据帧 格式、介质访问控制方式和组网方法。n标准：IEEE802.3n与以太网的区别：n每个比特的发送时间从100ns降低到10ns。n不再使用同轴电缆作为传输介质，而主要使用双绞线 和光纤。n在MAC子层和物理层之间增加了MII（介质独立性接 口），使物理层在实现100Mbps速率时所使用的传输 介质和编码方式的变化不会影响到MAC子层。383.3.3 100 Mbps Fast Ethernetn1快速以太网的体系结构393.3.3 100 Mbps Fast
16、Ethernetn2.快速以太网传输介质标准n100 BASE TX：n支持2对5类UTP或2对1类STP。距离可达100mn100 BASE T4n支持4对3类UTP，3对用于数据传输，1对用于冲突 检测n100 BASE FXn支持2芯的单模或多模光纤，距离可达2km403.3.4 1 Gbps Gigabit Ethernetn帧格式、介质访问控制方式和组网方法与以太网相同n定义了千兆介质专用接口GMII，将MAC子层和物理层分开 413.3.4 1 Gbps Gigabit Ethernetn2千兆以太网的组网方式 n1000Base-SXn使用短波激光作为信号源的媒体技术n不支持单模光纤，仅支持62.5m和50m两种多模光纤。n对于62.5m多模光纤，全双工模式下最大传输距离为275m ，对于50m多模光纤，全双工模式下最大传输距离为550m 。n1000Base-LXn使用长波激光作为信号源的媒体技术n它可以驱动多模光纤和单模光纤n对于多模光纤，在全双工模式下，最长的传输距离为550m； 对于单模光纤，在全双工模式下
