[工学]局域网组建 1

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1、,第 3 章,计算机局域网,本章内容,局域网的基本概念 局域网组网技术与方法 交换式局域网 典型局域网组网案例,原有特点： 一种数据通信网络。 数据通信设备包括计算机、终端与各种外部设备。 地理范围。,3.1 局域网的基本概念,3.1.1 局域网的特点,变化： 覆盖范围。 传输速率（10-1000Mbps）。 传输质量及环境。 决定局域网特性的主要技术要素： 网络拓扑结构、传输介质、介质访问控制方法。 从介质访问控制方法角度分为：共享式局域网，交换式局域网。,3.1 局域网的基本概念,3.1.1 局域网的特点,3.1.2局域网的关键技术,1.拓扑结构 总线型、环形与星型。 总线网可靠性高、扩充

2、性能好、通信电缆长度短、成本低，是用来实现局域网的最通用的拓扑结构，著名的以太网的CSMA/CD;另一种是总线拓扑网与令牌环相结合的变形，其在物理连接上是总线拓扑结构，而在逻辑结构上则采用令牌环，兼有了总线结构和令牌环的优点。总线网的缺点是若主干电缆某处发生故障，整个网络将瘫痪；另外，当网上站点较多时，会因数据冲突增多而使效率降低。,3.1.2局域网的关键技术,1.拓扑结构 总线型、环形与星型。 环形网控制简单、信道利用率高、通信电缆长度短、不存在数据冲突问题,在局域网中应用较广泛，典型实例有IBM令牌环(Token Ring)网和剑桥环(Cambrige Ring)网。另外还有一种FDDI结

3、构,它是采用光纤作为传输媒体的高速通用令牌环网，常用于高速局域网HSLN和城域网MAN中。环形网的缺点是对节点接口和传输线的要求较高，一旦接口发生故障可能导致整个网络不能正常工作。,3.1.2局域网的关键技术,1.拓扑结构 总线型、环形与星型。 星形网结构简单、实现容易、信息延迟确定。其缺点是通信电缆总长度长、传输媒体不能共享、中央节点负担较重，形成瓶颈。,3.1.2局域网的关键技术,2.局域网的介质访问控制方式 CSMA/CD Token Bus Token Ring,3.1.2局域网的关键技术,2.局域网的介质访问控制方式 具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD(Carrier Se

4、nse Multiple Access/Collision Detection) CSMA/CD是一种常用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。在总线网络中，每个站点都能独立地决定帧的发送，若两个或多个站同时发送帧，就会产生冲突，导致所发送的帧都出错。因此，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。,3.1.2局域网的关键技术,2.局域网的介质访问控制方式 令牌总线媒体访问控制 （Token Bus） CSMA/CD媒体访问控制采用总线争用方式，具有结构简

5、单、在轻负载下延迟小等优点，但随着负载的增加，冲突概率增加，性能将明显下降。采用令牌环媒体访问控制具有重负载下利用率高、网络性能对距离不敏感以及具有公平访问等优越性能,但环形网结构复杂，存在检错和可靠性等问题。令牌总线媒体访问控制是在综合了以上两种媒体访问控制优点的基础上形成的一种媒体访问控制方法，IEEE802.4提出的就是令牌总线媒体访问控制方法的标准。,图3-2 Token Bus工作过程,3.1.2局域网的关键技术,2.局域网的介质访问控制方式 令牌环媒体访问控制 （Token Ring） 令牌环在物理上是一个由一系列环接口和这些接口间的点点链路构成的闭合环路，各站点通过环接口连到网上

6、。对媒体具有访问权的某个发送站点，通过环接口出径链路将数据帧串行到环上；其余各站点边从各自的环接口入径链路逐位接收数据帧，同时通过环接口出径链路再生、转发出去，使数据帧在环上从一个站点至下一个站地环行，所寻址的目的站点在数据帧经过时读取其中的信息；最后，数据帧绕环一周返回发送站点，并由其从上撤除所发的数据帧。,图3-3 令牌环工作过程,3.1.2局域网的关键技术,3. IEEE 802标准 IEEE在1980年2月成立了局域网标准化委员会（简称IEEE 802 委员会），专门从事局域网的协议制订，形成了一组的标准，称为IEEE 802标准。 IEEE 802.1是局域网的体系结构、网络管理和网

7、际互连协议。 IEEE 802.2集中了数据链路层中与媒体无亲的LLC协议。涉及与媒体访问有关的协议，则根据具体网络的媒体访问控制访问分别处理，其中主要的MAC协议有：IEEE 802.3载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD访问方法和物理层协议、IEEE 802.4令牌总线（Token Bus)访问方法和物理层的协议、IEEE 802.5令牌环（Token Ring)访问方法和物理层协议，IEEE 802.6关于城域网的分布式他列总线DQDB（Distributed Queue Dual Bus)的标准等,软件（NOS，通信协议） 硬件（资源硬件，通信硬件） 网络操作系统 UNIX、Net

8、ware、Windows NT Server、 Windows2000/2003/2008 Server、Linux等。 通信协议 TCP/IP NetBEUI：MicroSoft IPX/SPX：Novell,3.1.3 LAN的组成,图3-4 小型局域网,使用CSMA/CD介质访问控制方式，物理层拓扑分为：总线型、星型及树型。 分为共享式以太网及交换式以太网。 组建局域网、校园网、企业网等的首选。,3.2 以太网技术,3.2.1 以太网特点,3.2.2典型以太网,按照传输速率可以把以太网分为10M、l00M、1000M以太网。,表3-1 10M以太网各种类型的比较,3.2.2典型以太网,1

9、00Mbps 以太网 100Base-T4（3类UTP） 100Base-TX （5类UTP） 100Base-FX（多模） 千兆位以太网 万兆位以太网,3.3 局域网组网技术,3.3.1 局域网组网所需的设备,1.网卡的选型 数据传输速度：10/100/1000Mbps 传输介质类型：双绞线、粗缆、细缆、光纤 总线类型：ISA、PCI 2.集线器的选型 普通/堆叠、智能/非智能、是否支持网管、端口数量及接口类型 3.交换机的选型 简单、自适应、大型、VLAN的支持,几种2层以太网接入交换机,一种高性能第3层交换机的外形,一些路由器的外形,一些设备的外形,用户拨号接入,IEEE 802.11

10、无线局域网,局域网互连,网络互连设备,1.同轴电缆组网方法 粗缆方式 AUI网卡 粗缆的外部收发器 收发器电缆（2个收发器之间最小距离2.5m，最大长度50m） 粗同轴电缆（不能超过500m，可使用最多4个中继器） 细缆方式 BNC网卡 BNC T型连接器 细同轴电缆（不能超过185m） 混合方式 室外用粗缆，室内用细缆,3.3.2 局域网的组网方法,2.双绞线组网方法 RJ-45以太网卡 交换机 5类或超5类非屏蔽双绞线（最长100m） RJ-45连接头,3.3.2 局域网的组网方法,图3-5 单一交换机以太网结构,图3-6 两个交换机级联结构,3.快速以太网组网方法 100/1000Mbp

11、s以太网卡 交换机 双绞线或光缆 100Base-TX双绞线100m 100Base-FX多模光纤450m,3.3.2 局域网的组网方法,4.千兆位以太网组网方法 100/1000Mbps以太网卡 1000Mbps交换机 双绞线或光缆 1000Base-T双绞线100m 1000Base-SX多模550m 1000Base-LX单模5000m,3.3.2 局域网的组网方法,光纤通信系统的基本构成,光源是光波产生的根源。 光纤是传输光波的导体。 光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤。 光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处

12、理。,光纤,光纤中心是光传播的玻璃芯 芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内 再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套,光柱,保护层,核心线缆,保护层,光线结构示意图,光缆,光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下几个优点： 频带较宽 电磁绝缘性能好 衰减较小 中继器的间隔较大,常见光纤接头,FCPC型光尾纤接头外形图,SCPC型光尾纤接头外形图,ST-PC型光尾纤接头外形图,FC/PCSC/PC型光尾纤外形图,常见光接口连接器,SC/PC型光连接器,ST型光连接器,FC/PC型光连接器,BNC型光连接器,MTRJ型光连接器,1.交换式局域网基本结构 核心设备：交换机

13、 Hub和Switch的区别,3.4 交换式局域网与虚拟局域网,3.4.1 交换式局域网,共享介质方式到交换方式的转变,图3-10 共享式网络,图3-11 交换式网络,2.局域网交换机的工作原理,3.4.1 交换式局域网,局域网交换技术,Hub,冲突域,Switch,冲突域1,冲突域 2,LAN Switch 逻辑模型,三层及三层以上,LLC,MAC,物理层,桥协议实体,转发逻辑,输入输出,输入输出,LAN Switch 转发逻辑,MAC 地址表,Mac 地址,端口号,学习逻辑,学习逻辑,过虑/转发逻辑,接口,接口,LAN Switch 输入输出接口,上行接口,Lan Switch,Lan S

14、witch,10 Base-T 链路,100Base-Fx 全双工链路,接入接口,现代局域网模型,外部网络,三层交换机,交换机,交换机,交换机,交换机,交换机,交换机,3.交换机的帧转发方式 直接交换方式（Cut Though） 存储转发方式（Store and Forward） 改进直接交换方式 4.交换式局域网的技术特点 交换传输延迟小 传输带宽宽 允许10Mbps与100Mbps共存（Auto Sense） 支持虚拟局域网,3.4.1 交换式局域网,3.4.2 虚拟局域网,在采用共享介质的以太网中，所有节点位于同一冲突域中，同时也位于同一广播域中，即一个节点向网络中某些节点的广播会被网络

15、中所有的节点所接收，造成很大的带宽资源和主机处理能力的浪费。 交换机虽然能解决冲突域问题，却不能克服广播域问题。,1.虚拟局域网概述 VLAN（Virtual LAN）建立在交换式局域网基础上，将一个物理网络划分为多个小的逻辑网络，各逻辑网络形成自己的广播域。 2.虚拟局域网优点 提供了一种控制网络广播的方法 提高了网络的安全 简化了网络管理 提供了基于第二层的通信优先级服务,3.4.2 虚拟局域网,2.虚拟局域网划分方法 基于端口的VLAN 基于MAC的VLAN 基于IP子网地址的VLAN 基于协议的VLAN 不管何种机制的VLAN，分配给同一个VLAN 的所有主机共享一个广播域，而分配给不

16、同VLAN 的主机将不会共享广播域。,3.4.2 虚拟局域网,图3-13基于端口的VLAN,图3-14基于IP地址的VLAN,3.虚拟局域网优点 减少网络管理 控制广播风暴 提供较好的网络安全性,3.4.2 虚拟局域网,只有位于同一VLAN 中的主机才能直接相互通信，而位于不同VLAN 中的主机之间是不能直接相互通信的。 如果不同VLAN 中的主机要相互通信是否可能呢？ 不同VLAN 之间的通信是完全可能的，但必须要通过第三层的网络互连设备如路由器或路由模块来实现。,3.4.2 虚拟局域网,1.对等网络结构的选择（peer to peer） 两台计算机的对等网 三台计算机的对等网 三台以上计算机的对等网 2.对等网的组建 安装硬件设备 安装网络协议 标识计算机及工作组 配置IP地址 网络连通测试,3.5 典型局域网组网案例,3.5.1 对等网组网案例,