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1、本章要点： 局域网的技术特点 局域网的技术标准 局域网拓扑结构和组网模式 虚拟局域网技术 无线局域网技术,第4章 局域网组网技术,4.1 局域网简介,要构建局域网，首先要有其基本组成部件。LAN既然是一种计算机网络，自然少不了计算机，包括大型机、小型机或个人计算机(PC)。要将计算机互联在一起，当然也不可能没有传输介质，这种介质可以是同轴电缆、双绞线、光缆或辐射性媒体等。还有一个部件是任何一立计算机通常都不配备的网卡，也称为网络适配器，但在构建LAN时，则是不可少的部件。 最后一个部件是将计算机与传输媒体相连的各种连接设备，例如：DB-15插头座、RJ-45插头座等。,4.1.1 局域网的基本
2、组成,4.1 局域网简介,4.1.1 局域网的基本组成,具备了上述4种网络构件后，即可构建一个基本的LAN硬件平台，如下图所示：,组成局域网必不可少的5个组成要素如下：,4.1 局域网简介,4.1.1 局域网的基本组成,计算机(特别是PC机)传输媒体网络适配器网络连接设备网络操作系统,范围有限，用户个数有限，仅用于作为办公室、工厂、学校等的内部网络；通信距离通常为0.1km25km。 高传输速率，一般为1Mbps100Mbps，光纤高速网的传输速率可高达1000Mbps10Gbps。 传输质量好，误码率低，一般可达10-810-11。 传输介质较多，既可使用通信线路(如电话线)，又可使用专门的
3、线路(例如同轴电缆、光纤、双绞线等)。 局域网侧重于共享信息的处理，而广域网侧重于共享位置准确无误及传输的安全性。 易于安装和维护。,4.1.2 局域网的技术特点,4.1 局域网简介,局域网是短距离工作的网络，其主要特点包括如下几个方面：,局域网的出现，使计算机网络的优势获得更充分地发挥，在很短的时间内计算机网络就深入到各个领域。因此，局域网技术是目前非常活跃的技术领域，各种局域网层出不穷，并得到广泛地应用，极大地推进了信息化社会的发展。尽管局域网是最简单的网络，但这并不意味着它们必定是小型的或简单的，局域网可以变得相当庞大或复杂，具有成百上千个用户的局域网也是很常见的。,4.1 局域网简介,
4、4.1.2 局域网的技术特点,4.2 局域网的拓扑结构,总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上。任何一个站点发送的信号都可以沿着传输介质进行传播，而且能被其他所有站点接收 。总线型拓扑结构的优点是：电缆长度短，易于布线和维护；结构简单，传输介质又是无源元件，从硬件的角度看，十分可靠。总线型拓扑结构的缺点是：由于所有节点都在同一线路上进行通信，因此任何一处故障都会导致所有的节点无法完成数据的发送和接收；这种结构的网络不是集中控制的，所以需要在网上的各个站点上进行故障检测；另一个缺点是，网络信息流通量使得总线异常拥挤，因此需要添加网桥和其
5、他设备来控制信息流量。总线拓扑图如下图所示：,4.2.1 总线拓扑结构,环型拓扑结构是由连接成封闭回路的网络节点组成的，每一个节点与它左右相邻的节点相连接。环型网络通常使用令牌环来决定哪个节点可以访问通信系统。在环型网络中信息流向为单向，每个收到信息包的站点都要向它的下游站点转发该信息包。信息包在环网中“旅行”一圈，最后由发送站进行回收。当信息包经过目标站时，目标站根据信息包中的目标地址判断出自己是接收站后，把该信息包复制到自己的接收缓冲区中。为了决定环网上的哪个站可以发送信息，通常在环上流通着一个叫做令牌的特殊信息包，只有得到令牌的站才可以发送信息，当一个站发送完信息后就把令牌向下传送，以便
6、下游的站点可以得到发送信息的机会。,4.2.2 环型拓扑结构,4.2 局域网的拓扑结构,环型拓扑结构的优点在于它能高速运行，而且用于避免冲突的结构相当简单。因为用于创建环型拓扑结构的设备能轻易地定位出故障的节点或电缆问题，所以环型拓扑结构管理起来比总线拓扑结构容易。这种结构非常适用于在LAN中长距离传输信号，在处理高容量的网络信息流通量时要优于总线拓扑结构。然而，环型拓扑结构在实施时的费用比总线拓扑结构要昂贵。一般情况下，它在实施时需要的电缆和网络设备就比较多，而且环型结构中的网卡等通信部件比较昂贵且管理复杂得多。环型拓扑结构在小型办公环境中并不常见，这与总线拓扑结构不同。环型结构在以下两种环
7、境中比较常见：一是在工厂环境中，因为环网的抗干扰能力比较强；二是在有许多大型机的环境中，采用环型结构易于将局域网用于大型机网络中。,4.2 局域网的拓扑结构,4.2.2 环型拓扑结构,星型拓扑结构是由通过点到点线路连接到中央节点的各站点的集合。在星型网络中有一个惟一的转发节点(中央节点)，每一台计算机都通过单独的通信线路连接到中央节点。星型拓扑结构是应用时间最长的一种通信设计方法，但在先进的网络技术的推动下，星型拓扑结构仍是现代网络的比较好的选择。星型拓扑结构的物理布局由与中央集线器相连的多个节点组成。集线器是一种将各个单独的电缆段或单独的LAN连接成一个网络的中央设备，有些集线器也被称为集中
8、器或存取装置。单一的通信电缆段像星星一样从集线器处向外辐射。,4.2.3 星型拓扑结构,4.2 局域网的拓扑结构,星形拓扑结构的优点是：利用中央节点可方便地提供服务和重新配置网络；单个连接点的故障只影响到一个设备，可以通过网络设备轻易地将出故障的站点进行隔离，不会影响到全网，因此容易检测和隔离故障，便于维护；任何一个连接只涉及到中央节点和一个站点，因此，控制介质访问的方法很简单，访问协议也十分简单。星型拓扑结构的缺点是：每个站点直接与中央节点相连，需要大量的电缆，因此费用较高； 如果中央节点产生故障，则全网都不能工作，所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高 。在星型拓扑结构中，网络中的各节点都
9、连接到一个中心设备上，由该中心设备向目的节点传送信息。星型拓扑结构方便了对大型网络的维护和调试，对电缆的安装检验也比较容易。由于所有的工作站都与中心节点相连，所以，在星型拓扑结构中移动某个工作站十分简单。,4.2 局域网的拓扑结构,4.2.3 星型拓扑结构,在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，通常情况下，每台设备通过单独的缆线连接到其他设备，提供了通过网络的冗余途径。如果某一条链路出现故障时，数据可以通过另外一条链路继续通信，大大地提高了网络的可靠性，如图4-5所示的是一种典型的网状拓扑结构。 网状结构的主要优点在于：各个节点之间互相直接建立连接，即使网络中的局部出现故障
10、，也不会影响到全网的操作，具有很高的可靠性；网络中的路径选择使用最短路径算法，因此网上延迟时间少、传输速率高、信息流程短。其主要不足在于：网络链路复杂、费用高，管理维护也很复杂。因此网状拓扑通常不适用于一般的局域网，而主要用于骨干网络。,4.2.4 网状拓扑结构,4.2 局域网的拓扑结构,现代网络综合了总线拓扑结构的逻辑通信和星型拓扑结构的物理布局。在这种网络设计中，从星的中央辐射的分支就像是单独的逻辑总线的段，但是只连接一台或两台计算机。段仍然在两端终止，其优点是在这里没有暴露终结器。在每一段上，一端在集线器内终止，另一端在网络设备上终止。总线星形网络设计的 另一个优点是，只要遵循IEEE有
11、关通信电缆距离、集线器数目和被连接设备的数目等网络规范，用户可以通过连接多个集线器向许多方向扩展网络。集线器之间的连接是一个主干，主干通常允许二者间的高速通信。有些集线器是具有内建智能的，可以协助检测故障。同时，集线器还为实施高速网络互联提供了许多扩展的机会。由于这是一种非常流行的网络设计，所以有大量的设备可供使用。,4.2.5 星型物理布局中的总线网络,4.2 局域网的拓扑结构,4.3局域网的标准,IEEE 802为局域网制定了一系列的标准，主要有如下几种标准：(1)IEEE 802.1概述，局域网体系结构以及网络互联。(2)IEEE 802.3描述CSMA/CD总线式介质访问控制协议及相应
12、物理层规范。(3)IEEE 802.4描述令牌总线(token bus)式介质访问控制协议及相应物理层的规范。(4)IEEE 802.5描述令牌环(token ring)式介质访问控制协议及相应物理层的规范。其中，IEEE 802.3系列以太网标准以其技术先进、性能稳定、实时性强、成本较低等优势，成为目前应用最广泛的局域网技术，本节将重点介绍以太网的技术标准，其他标准只作简要介绍。,IEEE 802.3规范中定义了CSMA/CD总线式介质访问控制协议及相应的物理层规范。CSMA/CD是一种以争用的方法来决定对媒体访问权的协议，这种争用协议只适用于逻辑上属于总线拓扑结构的网络。在总线拓扑结构的网
13、络中，每个站点都能独立地决定帧的发送，若两个或多个站点同时发送帧，就会产生冲突，导致所发送的帧都出错。一个用户发送信息成功与否，在很大程度上取决于监测总线是否空闲的算法，以及当两个不同节点同时发送的分组发生冲突后所使用的中断传输的方法。总线争用技术可分为载波监听多路访问CSMA和具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD两大类。近几年来，以太网技术不断得到改进，新的标准也不断涌现，从IEEE 802.3标准以太网，进一步发展为IEEE 802.3u快速以太网(100Mbps)、IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab定义的千兆以太网(Gbps)，最新的快速以太网可以10Gbps的速度
14、传输数据，IEEE也有一个专门的工作组在制定万兆以太网标准。,4.3.1 以太网：IEEE 802.3标准,4.3局域网的标准,以太网的媒体访问控制方法是带有冲突检测的载波侦听多路存取(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD)。CSMA/CD是对格式化了的数据帧进行传输和解码的算法(计算机逻辑)。CSMA/CD总线的实现模型如图4-6所示，它对应于OSI/RM的最低两层。从逻辑上可以将它划分为两大部分：一部分由LLC子层和MAC子层组成，实现OSI/RM的数据链路层功能，另一部分实现物理层功能。把依赖于媒体的
15、特性从物理层中分离出来的目的，是使得LLC子层和MAC子层能适应于各类不同的媒体。,1. 以太网简介,4.3局域网的标准,4.3.1 以太网：IEEE 802.3标准,在物理层内定义了两个兼容接口：依赖于媒体的媒体相关接口MDI和访问单元接口AUI。MDI是一个同轴电缆接口，所有的站点都必须遵循IEEE 802.3定义的物理媒体信号的技术规范，与这个物理媒体接口完全兼容。由于大多数站点都设在离电缆连接处有一段距离的地方，在与电缆靠近的MAC中只有少量电路，而大部分硬件和全部的软件都在站点中，AUI的存在为MAC和站点的配合使用带来了极大的灵活性。MAC子层和LLC子层之间为接口提供每个操作的状
16、态信息，以供高一层差错恢复规程使用。MAC子层和物理层之间的接口，提供包括成帧、载波监听、启动传输和解决争用、在两层间传送串行比特流的设施及用于定时等待等功能。,4.3局域网的标准,4.3.1 以太网：IEEE 802.3标准,在以太网中，发送节点使用CSMA/CD将帧进行封装以备传输。网络上需要传输帧的所有节点都与另外的节点竞争资源，没有哪个节点的优先级比其他节点高。节点在电缆上监听所有包的传输，如果检测到一个包，非发送节点就进入“延迟”状态。以太网协议要求每次只能有一个节点进行传输。通过发送一个载波信号来完成传输。为了检测传输中是否有载着数据的信号，需要检测通信电缆中特定的电压级别，这个过程就是载波侦听(carrier sense)。当节点在给定时间内没有从通信介质中检测到信号流量时，所有的节点便都具备了传输的资格。在少数情况下，会出现多个节点同时传输的现象，这就会引起冲突(collision)。传输节点是通过测量信号长度来检测冲突的：如果信号至少有正常长度的两倍长，就说明发生了冲突。,4.3局域网的标准,4.3.1 以太网：IEEE 802.3标准,
