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1、第五章 局域网,5.1 局域网概述,局域网最主要特点：为一个单位拥有，且地理范围和站点数目有限。 相对于小型机多用户系统，优点在于：,1.能方便地共享昂贵的外部设备 主机以及软件 数据。 2.便于系统的扩展和逐渐地演变，设备位置可灵活调整。 3.提高了系统的可靠性 可用性 残存性。,局域网可按网络拓扑进行分类,星形网 环形网 总线网 树形网,LAN典型拓扑结构,总线形/树形 : 所有结点都直接连接到共享信道 星形 : 所有结点都连接到中央结点 环形 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接,bus,star,ring,A,B,C,C,A,D,C,B,A,B,C,A,C,局域网常用的传输介质有： 局
2、域网传输介质：* 双绞线* 同轴电缆* 光纤* 无线信道同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道；双绞线已能用于数据传输速率为100Mbps、1Gbps 的高速局域网；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;,局域网的体系结构,IEEE802 参考模型,IEEE于1980年2月成立了局域网标准委员会(简称IEEE 802委员会)，专门从事局域网标准化工作，并制定了IEEE 802标准;IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系:数据链路层划分为:LLC(Logical Link Cont
3、rol) 子层MAC( Media Access Control)子层,局域网物理层的主要功能,信号的编码与译码 前同步码的产生与去除 比特的传输与接收,局域网数据链路层按功能划分为两个子层：LLC和MAC 功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分进行区分，降低研究和实现的复杂度。 MAC子层功能：在物理层基础上进行无差错通信,具体讲就是 成帧/拆帧， 实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。LLC子层功能：向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理。 LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准（LAN标准的区别在MAC子层）,IEEE 802标
4、准 IEEE 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； IEEE 802.2标准:LLC子层功能与服务； IEEE 802.3标准:CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范； IEEE 802.4标准:令牌总线(Token Bus)介质访问控制子层与物理层规范； IEEE 802.5标准:令牌环(Token Ring)介质访问控制子层与物理层规范； IEEE 802.6标准: 城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范； IEEE 802.7标准: 宽带技术； IEEE 802.8标准: 光纤技术； IEEE 802.9标准: 综合语音与数据局域网IVD LAN技
5、术； IEEE 802.10标准：可互操作的局域网安全性规范SILS； IEEE 802.11标准：无线局域网技术;,局域网的数据链路层有两种不同的数据单元,LLC PDU MAC 帧,LLC PDU 与MAC 帧的关系见图所示：,高层PDU,LLC数据,LLC首部,MAC首部,MAC尾部,MAC数据,LLC帧和MAC帧的关系,逻辑链路控制LLC子层, 链路多路复用：多个SAP可以复用一条数据链路,（2）,（1）,（1）,（3）,站点A,站点B,站点C,LAN,进程,x y,a b c,m,SAP,LLC,LLC,LLC,MAC,MAC,MAC,物理层,物理层,物理层, 两种地址： MAC地址
6、，DTE在网络中的物理地址（站地址），在MAC帧中传送 SAP地址，进程在DTE中的逻辑地址，在LLC帧中传送,（1）,（2）, LAN中的寻址分成两步： 根据MAC地址找到目的站点 根据SAP地址找到该DTE中的相应进程 LLC提供的服务：4种操作类型LLC1：不确认的无连接服务，适用于广播、组播通信，周期性数据采集LLC2：面向连接服务，适用于长文件传输LLC3：带确认的无连接服务，适用于传送可靠性和实时性都要求的信息，如告警信息LLC4：高速传送服务，适用于MAN,LLC的帧结构,DSAP,SSAP,控制,数据,1,1,1/2,长度无限制 单位：字节,I/G,C/R,I/G：0 - 单个
7、SAP地址 C/R：0 - 命令帧1 - 组地址（全1为广播地址） 1 - 响应帧 控制字段：信息帧和监督帧与HDLC的扩展字段相同（2B）无编号帧与HDLC的相同（1B）,高层PDU,LLC数据,LLC首部,MAC首部,MAC尾部,MAC数据,LLC帧和MAC帧的关系,1,1,8,8,MAC子层的地址问题, IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，相当于站点的唯一标识符，与其物理位置无关 MAC地址字段可以采用两种形式之一： 6B 全球范围， 2B 单位范围 地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配 地址类型标识：地址字段的第一字
8、节的最低位I/G 0 - 单个站地址1 - 组地址 地址范围标识：地址字段的第一字节的最低第二位U/L 0 - 局部管理1 - 全局管理,I/G U/L 46位地址,1 1 46,I/G 15位地址,1 15,IEEE 802.3标准,Ethernet和IEEE 802.3,70年代中期由Xerox Palo Alto Research Center (Bob Metcalfe) 提出，数据率为2.94M，称为Ethernet 后来由DEC, Intel and Xerox (DIX 标准)改进为10M标准1985年定名为IEEE 802.3，即使用1坚持的CAMA/CD协议的 LAN标准，数
9、据率从1M到10M，支持多种传输媒体Ethernet是指基带总线LANEthernet和IEEE 802.3的帧格式不同,IEEE 802.3 规范,不同标准 10Base5 - 粗缆Ethernet10Base2 - 细缆Ethernet10BaseT - 双绞线10BaseF - 光缆10Broad36 - 宽带 快速EthernetIEEE802.3u ：100BaseTX, 100BaseT4, 100BaseF及100 VG-AnyLAN,数据率（Mbps）,基带或宽带,段最大长度（百米）,10 Base 5,10Base5,分插头 : 插入电缆收发器 : 发送/接收, 冲突检测,
10、电气隔离，超长控制AUI : 连接件单元接口用于骨干网,最大段长度 500米 每段最多站点数 100,两站点间最小距离 2.5米,网络最大跨度 2.8公里,10 BASE-5是IEEE 802.3物理层标准中最基本的一种。它采用的传输介质是阻抗为50欧姆的基带粗同轴电缆。粗缆的最大长度为500m，数据传输速率为10 Mbps。网卡与收发器采用标准的15针AUI连接器，收发器与网卡之间用收发器电缆(或称AUI电缆)连接。,10Base2,细缆,BNC 接头,NIC,BNC T型接头 无需插入电缆用于办公室LAN,段最大长度 185m 每段最多站点数 30,两站点间最短距离 0.5 m,网络最大跨
11、度 925 m,10 BASE-2是IEEE 802.3补充的第一个物理层标准。它采用的传输介质是阻抗为50欧姆的基带细同轴电缆。细缆的最大长度为185m，数据传输速率为10 Mbps。网卡上提供BNC 连接插头，细同轴电缆通过BNC-T型连接器与网卡连接。,在10BASE2网络中，在使用细缆布成网络时，它总共可以包括五个网段，这五个网段由四个中继器连接，不要以为这五个网段都是可以使用的，要不然规则上的3不就没有用了，3指的是只有三个网段能够使用。请注意下图：,5-4-3规则,10BaseT,NIC,Hub（集线器）相当于多端口转发器用于办公室LAN拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。转发器/
12、中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。物理层设备。,hub,段最大长度 100m,10 BASE-T是1990年补充的另一个物理层标准。10 BASE-T采用以集线器(HUB) 为中心的物理星型拓扑构型， 使用标准的RJ-45接插件与3类或5类非屏蔽双绞线UTP连接网卡与HUB；网卡与HUB之间的双绞线长度最大为100米；,10BaseF,使用光纤进行长距离连接，最适于建筑物间的连接。3个标准10BaseFP - 无源星形拓扑, 链路最长1 km10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长2 km10BaseFB - 同步点到点链路，链路最长2
13、km，有15个层叠的转发器, 10Broad36,使用75电缆连接，拓扑结构为树形用于宽带LAN,10 BASE-FP、10 BASE-FL与10 BASE-FB是IEEE 802.3物理层标准中新补充的三种光纤传输介质标准，传输速率为10M bps。10 BASE- FP 标准定义了利用无源集线器(Passive HUB)连接光纤的Ethernet，其基本结构与10 BASE-T类似，采用物理星型拓扑构型，网卡与无源集线器之间用光纤连接起来，最大距离为500米。10 BASE-FB标准将网卡与有源集线器(Active HUB)之间用光纤连接起来，最大距离可达2000m。10 BASE-FL标
14、准将Ethernet中继器的数目由最多4个扩展到6个，以便增加Ethernet主干缆长度。,了解,100BASE-TX支持5类非屏蔽双绞线UTP 与1 类屏蔽双绞线STP； 100BASE-T4支持3类非屏蔽双绞线UTP； 100BASE-FX支持2芯的多模或单模光纤；,100M以太网的传输介质,100Base-T4,3对线携带信息呈27种组合形式，至少传送4 bit信息 信道的传输速率：4bit*25MHZ = 100Mbps 半双工数据传输方式 星型结构，用集线器连接站点 改变曼彻斯特编码,站 点,集 线 器,信号状态（0，1，2）,信号的变化频率25MHZ,当前数据 传输方向,4对线,每
15、5个时钟周期发送4 bit信息 信道的传输速率：（4bit/5）*125MHZ = 100Mbps 全双工数据传输方式,站 点,集 线 器,信号的变化频率125MHZ,2对线,100Base-TX,IEEE 802.3的体系结构与功能实现,物理层,50同轴电缆,BNC 连接器,收发器,AUI电缆,网卡,站接口,数据封装/解封（MAC帧）,链路管理（CSMA/CD协议）,曼彻斯特编码/译码,发送/接收,MAC,LLC,Ethenet/802.3操作,每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据 需要寻址机制来标识目的站点 只有一个站点将收到的帧复制下来，其他站点都将丢弃帧,A,B,C,A,B,C,A,B,C,A,B,C,C 发现总线空闲,C发送帧，目的地址为A,B 忽略该帧,A复制该帧,信号由终端电阻吸收,终端电阻,发往本站的帧种类,单播帧：收到的MAC地址与本站硬件地址相同广播帧：发送给所有站点的帧（全一地址）多播帧：发送给一部分站点的帧所有网卡可以识别单播和广播地址，有的网卡可以用编程 的办法识别多播地址。,
