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1、第二讲 局域网技术基础,2.1 基本概念,一、特点： 1局域网覆盖有限的地理范围； 2有较高的传输效率，误码率低； 3一般一个单位所有，比较便于建立、维护和扩展。,决定局域网的主要技术要素是：,网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法,共享式局域网与交换式局域网,局域网从介质访问控制方法分为：,二、局域网拓扑构型 1在通信机制上局域网选择了与广域网不同的方式，从“存储转发”方式改变为“共享介质方式和“交换方式”。 2局域网在网络拓扑上主要采用了总线型、环型、星型。在网络传输介质上主要采用双绞线、同轴电缆和光纤。,3总线型拓扑结构的特点： 所有的节点都连接到一条公共传输介质上的总线上。 用同轴电缆和
2、双绞线为传输介质。 所有结点都可以发送数据，在同一个时期内只允许一个节点发送信息。 当有两个节点同时发送信息时冲突。 必须解决的介质访问控制（MAC）,总线型局域网中的“冲突”,优点：结构简单 实现容易 易于扩展 可靠性较好总线型局域网的介质访问控制方式采用的是“共享介质”方式。介质访问控制方法是控制多个节点利用公共传输介质发送和接受数据的方法。,4环型拓扑结构：结点之间通过网卡利用点到点线路连接构成闭合的环形。环中的数据沿着一个方向逐站传输。也要有MAC 优点：结构简单 实现容易 传输延迟确定 适应传输负荷较严重、时性要求较高的应用环境,5星型拓扑结构 星型拓扑中存在中心结点，每个结点通过点
3、与点之间的线路与中心结点连接，任何两结点之间的通信都要通过中心结点转接。 普通的共享介质方式的局域网中不存在星型拓扑。但是以交换分机CBX为中心的局域网系统可以归为星型局域网拓扑结构。,使用集线器连接所有计算机时，是一种具有星型物理连接的总线型拓扑结构； 使用交换机时，是真正的星型拓扑结构。,三、局域网的传输介质类型与特点 1同轴电缆：早期应用，已基本被淘汰。同轴电缆的轴心是铜线，由金属屏蔽层包围，具有较好防电磁干扰能力，也可以防止铜线中电信号的能量辐射。,同轴电缆,基带同轴电缆一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输 宽带同轴电缆 一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，75 ，用于模拟传
4、输，300450MHz，100km，需要放大器,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,保护套,2双绞线：3类线带宽为16MHz，适合于10MHz以下的数据；4类20MHz，语音；5类100MHz，甚至可以支持155MHz。,双绞线,-螺旋绞合的双导线，1mm -每根4对、25对、1800对 -典型连接距离100m（LAN） -RJ45插座、插头 -优缺点：成本低密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）抗干扰性一般连接距离较短,屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP),以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音,3类、5类、6类 （16M、155M、1200M） 双绞线外没有任何附加屏蔽,3光
5、纤：分单模和多模两种，一般较铜缆有更好的防干扰能力，传输距离、传输速率和传输质量都有较大提高，主要应用于千兆位主干网络。,典型的光缆,常见规格：玻璃内芯50um缓变型MMF62.5um缓变/增强型MMF8.3um突变型SMF 玻璃包层125um,4无线通信信道：这是一个概括的说法，准确地讲，传输介质应该是无线电波、微波、红外线或激光等。方便是这种介质的主要优点。,无线电短波传输： 无线电短波是指波长在10100米的电磁波，其频率为330兆赫兹。在这个频段，电波可以通过高层大气的电离层进行折射或反射而回到地面达到远距离通信，当电波被地面再次反射而由天空二次返回时，传送距离更远，多次反射的电波可以
6、实现全球通信。 短波通信可以传送电报、电话、传真、低速数据和语音广播等多种信息。在卫星通信出现以前，短波在国际通信、防汛救灾、海难求援以及军事通信等方面发挥了独特的重要作用。,微波传输：无线电数字微波通信系统在长途大容量的数据通信中占有及其重要的地位，其频率范围为300MHz300GHz。微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。 微波在空间主要是直线传播，由于地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制且与天线的高度有关，一般只有50km左右，长途通信时必须建立多个中继站，如果中继站采用100m高的天线塔，则接力距离可增大到100 km。 卫星通信就是利用位于3万6千公里高空的人造地球
7、同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫星通信最大特点就是通信距离远，频带比微波接力通信更宽，通信容量更大，误码率也较小。卫星通信的缺点是传播时延较长。,地面微波接力,两个地面站之间传送 距离：50 -100 km,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,地球同步卫星,与地面站相对固定位置 使用3个卫星覆盖全球 传输延迟时间长,红外线传输： 红外线传输是一种利用红外线进行点对点通信的技术，它把要传输的信号转换成红外光信号直接在自由空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，因此其保密性很强。但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感，
8、易受气候的影响。 红外线传输速率已达到16Mb/s标准，对于要求传输速率高、使用次数少、移动范围小、价格比较低的设备，如打印机、扫描仪、数码像机等，红外线传输技术得到了非常广泛的应用。,蓝牙技术： 蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，工作频段为全球统一开放的2.4GHz频段。由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。 蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。 蓝牙采用了跳频方式来扩
9、展频谱，具有很好的抗干扰性。,常用传输媒体的比较,2.2 局域网介质访问控制方法,一、种类： 带有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD方法。 Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect,CSMA：载波监听多路访问,工作原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能发送，需等待一段时间后重试。 载波监听策略： 非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。 坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲。1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据 p-坚持CSMA
10、：听到信道空闲时，以概率p发送数据（以概率1-p延迟一段时间后再发送）CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。,CSMA/CD 带冲突检测的载波监听多点访问,工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。,(2)令牌环方法（TOKEN RING IEEE802.5 ）,A,B,D,C,站点,干线耦合器,单向环, 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环,发送缓冲区,接收缓冲区,接收,发送,线路驱动,线路接收,控制器,DTE,环路输入,环路输出,干线耦合器的结构, 传输媒体：STP、光
11、纤，速率4/16Mbps； 最多站点数：250， 信号采用曼彻斯特编码,TCU,高层软件,Token Ring/802.5的操作,1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“ 令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。,3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中；b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一
12、周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。,Token Ring/802.5的操作举例,A,T = 0,T,A,T = 0,T,A,T = 1,T,Data,C,T,Data,C,T,Data,C,T,Data,C,Data,（a）,（b）,（c）,帧循环一圈后 A将数据帧回收 并放出空令牌,A有数据要发送，它抓住空令牌,A将令牌修改为数据帧，并加挂数据,(3)令牌总线(Token bus IEEE 802.4), 特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网 物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆，数据速率为1Mb/s、5Mb/s或10Mb/
13、s； 传输机制为以太网和令牌环的结合：物理传输采用广播方式；介质访问控制采用令牌方式。,连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数据后，就要将令牌传送给下一个节点。,二、IEEE802模型与协议标准,IEEE 802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，解决最低两层（即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务、网际互连有关的高层功能。 IEEE 802 LAN参考模型与ISO/OSI参考模型的对应关系如下图：,1.IEEE 802 LAN参考模型,802.1
14、标准：包含了局域网体系结构、网络互连、以及网络管理与性能测试。 802.2标准：定义了逻辑链路控制（LLC）子层功能及其服务。 802.3标准：定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层和物理层规范。 802.4标准：定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制子层与物理层的规范。 802.5标准：定义了令牌环（Token Ring）介质访问控制子层与物理层的规范。 802.6标准：城域网，定义了城域网的介质访问控制子层和物理层的规范。 802.7标准：宽带技术。 802.8标准：光纤技术。 802.9标准：定义语音与数字综合局域网IVDLAN。 802.10标准：可互操作的局域网的安全机制
15、SILS。 802.11标准：无线局域网。 802.11b标准：无线局域网。 802.15标准：定义近距离无线个人局域网访问控制子层与物理层标准。 802.16标准：定义宽带无线局域网访问控制子层与物理层标准。,2IEEE802.3标准与ETHERNET（以太网）,以太网的核心技术是它的随机争用型介质访问控制方法即CSMA/CD介质访问控制方法。起源于无线分组网 最早使用随机争用技术的是夏威夷大学的校园网。 CSMA/CD的发送流程可概括为：先听后发边听边发冲突停止随机延迟后重发。 特点：可以有效控制多结点对共享总线的访问，简单易实现。 冲突检测是发送结点在发送的同时，将其发送信号波形与接受到
16、的波形相比较。冲突检测的两种方法：比较法和编码违例判决法。,3IEEE802.4标准与TOKEN BUS,TOKEN BUS（令牌总线方法）是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。结点只有取得令牌后才能发送数据。令牌是一种特殊结构的控制帧，用来控制结点对总线的访问权。其特点主要有：介质访问延迟时间有确定值；通过令牌协调各结点的通信关系，各结点之间无冲突，重负载下信道利用率高；支持优先级服务。 所谓正常稳态操作是网络已经完成初始化，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入与撤除，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。令牌传递规定由高地址向低地址，最后由低地址向高地址传递。令牌总线网在物理上是总线网，而在逻辑上是环网。 交出令牌的条件：该结点没有数据帧等待发送。该结点已经发完 令牌持有最大时间到 环维护工作：环初始化 新接点加入环 接点从环中撤出 环恢复 优先级,
