计算机三级网络技术ppt教程第5章

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1、第第5 5章章 局域网技术局域网技术 IEEE802标准 介质访问控制 局域网组网设备 以太网系列 令牌环网与FDDI 无线局域网 虚拟局域网内容提要l 本章基本要求n n掌握主要的局域网组网设备的功能与选择掌握主要的局域网组网设备的功能与选择n n掌握常见的局域网拓扑结构掌握常见的局域网拓扑结构n n掌握以太网技术掌握以太网技术n n理解局域网的特点理解局域网的特点n n理解理解IEEE802IEEE802标准标准n n理解两类介质访问控制的原理理解两类介质访问控制的原理n n理解无线局域网的工作原理和基本的组网方式理解无线局域网的工作原理和基本的组网方式n n了解令牌环网、了解令牌环网、F

2、DDIFDDI技术技术; ;了解了解VLANVLAN的概念与实现方式的概念与实现方式5. 1 局域网概述 1. 局域网具有如下特点： (1) 网络所覆盖的地理范围比较小。 (2) 数据的传输速率比较高，常见的如10Mbps、 100Mbps 、1000Mbps等。 (3) 具有较低的延迟和误码率。 (4) 属于某个单位使用和管理，与广域网通常由服务提 供商提供形成鲜明对照。 (5) 便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。2.常见的局域网拓扑结构 决定局域网特性的主要技术要素是网络拓扑结构、 传输介质与介质访问控制方法。 （1） 总线型拓扑结构 （2） 环型拓扑结构 （3） 星型拓扑结构 （

3、1） 总线型拓扑结构总线拓扑的优点：结构简单，实现容易；易于安装和维护；价格低廉，用户站点入网灵活。总线型结构的缺点：传输介质故障难以排除；任何一处故障都会导致整个网络的瘫痪。 总线型介质访问控制方法要解决以下几个问题： 应该由哪个结点发送数据？ 发送时会不会出现冲突？ 出现冲突时怎么办？（2） 环型拓扑结构 结点使用点-点线路连接，构成闭合的物理环型结构； 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； 多个结点共享一条环通路； 环的建立、维护、结点的插入与撤出。环型拓扑结构的优点：能够较有效地避免冲突；缺点：网卡等通信部件比较昂贵且管理复杂得多。 （3） 星型拓扑结构 管理方便，可扩充性强，组网容易。

4、利用中央节点可方便地提供网 络连接和重新配置；单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响 全网，容易检测和隔离故障，便于维护。 如果中央节点产生故障，则全网不能工作。 树型拓扑结构是星型拓扑结构的一种扩充。如下图所示:5.2 IEEE802标准 5.2.1 IEEE 802为局域网制定了一系列标准 (1) IEEE802.1 LAN体系结构、寻址、网络管理和网络互连(2) IEEE802.2 逻辑链路控制（LLC）子层的功能与服务(3)IEEE802.3 CSMA/CD访问方法及物理层技术规范(4)IEEE802.4 令牌总路线（token bus）访问方法及物理层技术规范(5)IEEE802.

5、5 令牌环（token ring）访问方法及物理层技术规范(6)IEEE802.6 城域网（MAN）介质访问控制方法与物理层规范(7)IEEE802.7 宽带时隙环介质访问控制方法及物理层规范(8)IEEE802.8 光纤网介质访问控制方法及物理层技术规范(9)IEEE802.9 综合语音与数字局域网技术；(10)IEEE802.10 可互操作的局域网安全性规范(11)IEEE802.11 无线局网技术与物理层技术规(12)IEEE 802.12 高速局域网(13)IEEE802.15 近距离个人无线网标准(14)IEEE 802.16 宽带无线局域网标准LLC子层屏蔽了下面各 种802局域网

6、实现的细节5.2.2 局域网的体系结构 IEEE802局域网模型与OSI模型的对应关系LLCLAN中由LLC子层和MAC子层共同完成类似于OSI参考模型中的 数据链路层功能。LLC子层集中了与介质无关的部分。它隐藏了各种802网络 之间的差别，为网络层提供一致的服务。 MAC子层主要解决共享信道的信道分配问题，即如何控制 对共享信道的访问。不同类型的局域网通常使用不同的访问控制协议，这都将在 MAC子层实现。另外，MAC子层还涉及局域网中的物理寻址；LLC MAC网络层物理层分组分组LLC分组LLCMACMAC数据链路层传输单元5.3 介质访问控制 既然是共享信道，就会有竞争信道的问题，竞争信

7、道就会产生冲突。不同的访问控制方法（或协议）构成了不同局域网标准的核心。如争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问控制协 议，如CSMA/CD方式。 确定型介质访问控制协议，又称有序的访问控制协议，如 Token（令牌）方式。IEEE802标准中常用的共享介质（有线的）局域网有三类 ：采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线型；采用Token Bus介质访问控制方法的令牌总线型；采用Token Ring介质访问控制方法的令牌环型。5.3.1 CSMA/CD 下图是一个总线型的拓扑结构，信道是共享的（是 一种广播信道），产生了的冲突的情形:（1） CSMACD（Carrier Sense M

8、ultiple Access with Collision Detection）带冲突检测的载波侦听多路访问。冲突检测（collision detection）：发送站点在发送的同时，将其发送信号波形与从总线上接收到的信号波形 进行比较。如果不一致, 就表示总线上有多个站点在同时发送数据，冲突已经产生。（注：总线上同时出现两个或两个以上的发送信号时， 它们叠加后的信号波形将不等于任何结点发送的信号波 形）。一个要发送数据的站点在CSMA/CD方式下发送的工作步骤：（a） 如果网络上信道空闲，就发送信息，否则，等待；（b）在发送的开始T长度 时间内监听总线，判断是否有冲突；（c）如果在T长度时间

9、内没有检测到冲突，就获得对信道的使用 权，继续发送信息，同时继续监听信道；（d）如果检测到冲突，就停止发送，并发出一个阻塞信号。经 过一个随机时间段后，重新开始步骤（a）。 CSMA/CD的发送工作过程可以概括为四点：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟重发。CSMA/CD接收工作过程网上每个节点都在监听总线，（a）如果信道上有信息传输，则接收信息，得到MAC帧；（b）分析和判断帧中的目的地址（MAC地址）。如果目的地址为本节点的地址，或者该帧是组地址和广播地址的帧，则 复制该帧（收下该帧）；否则丢弃该帧。 CSMA/CD方法的优点：每个节点都处于平等地位去竞争信道，实现算法简单；网络维护方

10、便，增删节点容易；负载较少时，要发送信息的节点可以“立即”获得发送权。缺点：不具有优先权，不能满足某些应用场合；负载重时，容易发生冲突，降低效率。（2） IEEE802.3 标准与以太网（Ethernet）以太网(Ethernet)是典型的采用IEEE802.3标准的局域网。以太网最初采用总线型结构，如10Base-2细缆以太网和 10Base-5粗缆以太网。 现在常采用以HUB为中心的星形结构，如，10Base-T网络：通过一个集线器HUB与10Base-T物理介质 相连接，从物理结构上形似星形结构 。用集线器组成的树型5.3.2 令牌访问控制 令牌访问控制方法又可分为两类:令牌环访问控制（

11、Token Ring）;令牌总线访问控制(Token Bus) 。由于目前已较少采用Token Bus，因此这里只是介绍 Token Ring 的工作原理。 环接口1比特延迟至站点自站点自站点至站点(a)环网 (b)侦听模式 (c)发送模式 环接口令牌环的主要工作步骤：（1）获取令牌并发送数据帧。首先，将“空闲”令牌帧的状态置为“忙”。其次，去掉令牌尾部，加上数据成为数据帧， 输出到环上 。令牌帧、数据/命令帧 格式步骤2：接收和转发数据帧。节点比较数据帧中的目的地 址。如果目的地址是本节点的地址，就将该数据帧拷贝 到本节点的接收缓冲器中，同时将数据帧转发给下一节 点，使之继续沿着环路传输；如

12、果不匹配，只是转发数 据帧。步骤3：撤消数据帧并释放令牌。删除数据帧，将令牌置 为“空闲”，并放到环上。令牌环缺点：维护比较复杂，实现困难，其格价是同类以太网产 品价格的5至10倍，因此，尽管令牌环网技术要比以太网技术先进，但是它还是没有以太网产品流行。5.4 局域网组网设备 5.4.1 服务器和工作站在局域网中，根据功能和作用的不同，将计算机分为两大类：服务器（server），主要是网络环境下为其它计算机提供服务的计 算机，是一种共享设备，是网络的服务中心。工作站（workstation）或 客户机(client) ，是以个人计算环境和分布式网络环境为前提的高性能计算机，使用服务器所提供的服

13、务。服务器通常由高档计算机承担，并应满足以下性能和配置要求：响应多用户的请求；处理速度快；存储容量大； 安全性好；可靠性好。在局域网中可能只用一台服务器来提供少量的几种服务，也可能要求配置多个服务器，不同服务器提供不同的网络服务，以保证服务的质量。根据提供服务类型的不同，可以把网络服务器分为以下几种：用户管理或身份验证服务器 文件服务器数据库服务器 打印服务器另外，当在局域网环境中提供TCP/IP应用时，还可能会有E-mail服务器、DNS服务器、WEB服务器等。注意：这些所谓的服务器可能是一个程序，它们可能集中安装在同一台服务器计算机系统之中。5.4.2 网卡网卡（NIC，Network I

14、nterface Card），一种工作在数据链路层的网络组件。物理连接和电信号匹配；帧的发送与接收；帧的封装与拆封；介质访问控制；数据的编码与解码；数据缓存。 不同局域网类型的网卡：以太网卡、令牌环网卡、FDDI网卡和无线局域网网卡等。不同传速率的网卡：10Mbps，10/100Mbps（自适应），1000Mbps甚至10Gbps等多种 ，在选购时应该结合物理传输介质所有提供的最大传输速率。不同总线类型的网卡：总线插槽类型有ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA等。网卡支持的介质接口：常见网卡的接口类型有RJ-45、BNC和AUI等。网卡的价格与品牌。 中继器(repeater)和集

15、线器(hub)都是物理层的网络互连设备 。 组建网络时，中继器和集线器遵循5-4-3-2-1规则:“5”表示最多5个网段;“4”表示最多4个中继器或集线器;“3”表示只有3个网段为主机段;“2”表示只有2个网段为连接段;“1”表示都位于一个冲突域（collision domain）。 中继器和集线器在物理上扩展网络的同时,也扩展了冲突域 。 物理距离增大，会影响局域网冲突检测的有效性。5.4.3 中继器(repeater)和集线器(hub) 集线器的分类与选择（1）集线器的分类依据总线带宽：10M，100M和10/100M自适应等；根据管理方式：智能型和非智能型；根据配置形式：独立式、模块化式

16、和堆叠式。 独立式集线器是指结构独立的集线器，通常按端口数量分成4 口、8口、16口和24口等，主要用于低端应用； 模块化式集线器一般都配有机架，有多个卡槽，每个卡槽可放 一块通信卡，每个卡的作用相当于一个独立式集线器，多块卡 通过机架上的通信底板共享带宽，网段之间采用交换技术，从 而减少冲突。 堆叠式集线器就是将多个集成器连接在一起，其作用就像模块 化集线器一样，可以当作一个单元设备来进行管理。可方便实 现网络扩充。 （2）集线器选择时应考虑的因素端口类型：集线器上有多个RJ-45接口，可能还会有用于级连（ uplink）的AUI、BNC和RJ-45接口，还可能有光纤接口；端口速率；端口数量；是否可堆叠，便于扩充；等。它们都是数据链路层互连设备（第二层