局域网基本知识

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1、4.1 局域网的基本知识,教学目标 通过本章的学习，掌握局域网的拓扑结构，理解介质访问控制方式，了解传输介质的特性，局域网的特点。 教学内容 1、局域网的主要特点； 2、总线型、环形、星形网的数据传输方式； 3、局域网使用的主要传输介质及其特性； 4、以太网和FDDI网的基本工作原理。,教学的重点和难点 1、局域网的拓扑结构。 2、以太网的基本工作原理。,4.1.1 局域网的主要特点,（ 1 ）局域网覆盖的地理范围比较小 通常不超过几十公里，甚至只在一幢建筑或一个房间内； （ 2 ）信息的传输速率高（通常在 10Mb/s 1000Mb/s 之间）、误码率低（通常低于 10e-8 ） 因此，利用

2、局域网进行的数据传输快速可靠。 （ 3 ）网络的经营权和管理权属于某个单位，易于维护和管理。 （ 4 ）决定局域网的的性质的关键技术要素是 拓扑结构、传输媒体和媒体的访问控制技术。 CSMA/CD 、 Token Ring 、 Token Bus、FDDI,4.1.2 局域网的拓扑结构,局域网的网络拓扑结构主要有3 种。 总线型结构 环型结构 星型结构,1、总线型拓扑结构,优点 价格低廉，用户站点入网灵活 没有单点故障 缺点 由于共用一条传输信道，任一时刻只能有一个站点发送数据，而且介质访问控制也比较复杂。,2、环型拓扑结构,缺点： 断开环中的一个节点，意味着整个网络的通信终止。,3、星型拓扑

3、结构,优点 维护和调试，对电缆的安装和检验也相对容易。 缺点 中心节点一旦失效将会导致全网无法工作。,4.1.3 局域网传输介质,（1）有线介质 电缆、双绞线、光纤等 （2）无线介质 微波 卫星通信 （3）局域网常用的传输介质有 同轴电缆 非屏蔽双绞线（ UP,unshielded twisted paired ） 屏蔽双绞线（ STP,shielded twisted pair ） 光缆,1、同轴电缆,1.优点 传输距离较远，覆盖的地域范围较大 技术非常成熟 2.缺点 电缆硬，折曲困难，重量重 3.局域网常用同轴电缆 粗同轴电缆：特征阻抗50 ，直径1cm 细同轴电缆：特征阻抗50，直径0.

4、5cm 4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线,2、非屏蔽双绞线,1.优点 尺寸小、重量轻、容易弯曲 价格便宜 容易安装和维护 RJ-45连接器牢固、可靠 2.缺点 抗干扰能力较弱 传输距离比较短 UTP分为：3类线、4类线、5类线和超5类线 UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线,3 屏蔽双绞线,1.优点 传输质量较高 电缆尺寸和重量与UTP相当 2.缺点 安装不合适有可能引入外界干扰,4、光缆,中心的内核由纯度非常高的玻璃构成，其折射率很高。 内核外的包层由折射率很低的玻璃或塑料组成 这样在光纤中传输的光将在内核与包层的交界处形成全反射。,1.光缆的特点 (1)优点 传输速率高 传输距离远

5、 传输损耗低 抗干扰能力强 (2)缺点 价格相对较高 安装比较困难 2.光纤的分类 多模光纤 单模光纤（传输质量比多模光纤好） 3.光缆适合于楼宇内部的结构化布线,4.1.4 介质访问控制方式,共享式局域网如何共享传输介质,常用的介质存取方法,带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法 令牌总线（Token Bus）方法 令牌环（Token Ring）方法,1 以太网与 CSMA/CD,载波侦听多路访问 / 冲突检测 (CSMA/CD),载波侦听 发送结点在发送信息帧之前，必须侦听媒体是否处于空闲状态。 多路访问 既表示多个结点可以同时访问媒体 也表示一个结点发送的信息帧可以被多个结

6、点所接收。 冲突检测 发送结点在发出信息帧的同时，还必须监听媒体，判断是否发生冲突（同一时刻，有无其他结点也在发送信息帧）。,1、 以太网的发送,先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发,2、以太网的接收,3、 MAC 地址,作用：局域网上的计算机利用MAC地址表示自己和他人的身份 MAC地址通常存储在网络接口卡NIC中 MAC地址位于OSI参考模型的数据链路层,以太网的 MAC 地址长度为 48b 。 例如： 52-54-ab-31-ac-c6 为了保证 MAC 地址的惟一性，世界上有一个专门的组织负责为网卡的生产厂家分配 MAC 地址。,以太网总结,采用分布式介质访问控制方法 没有集中控制中

7、心 采用竞争机制 网中的所有节点具有相同的优先级 发送等待延迟不固定 比较适宜于低负载和中负载应用环境 实现容易，组网方便 最常使用的一种局域网,2 FDDI ：光纤分布式数据接口 fiber distributed data interface,传输介质：光纤 传输速率：100Mb/s 拓扑结构：环形(双环) 介质访问控制方法：令牌环,令牌环基本工作原理,1.网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行 2.发送站点 必须等待，直到捕获到令牌 发送数据帧 释放令牌 吸收数据帧（绕环一周后） 3.中间站点（数据帧的目的地址与自己不同） 转发环上的数据帧 4.接收站点（数据帧的目的地址与自己相同） 拷

8、贝环上的数据帧 转发环上的数据帧,4.2 以太网组网技术,教学内容,1、以太网的组网类型和传输速度； 2、组网所需的器件、设备和传输介质； 3、单一集线器组网配置规则； 4、多集线器组网配置规则。,教学的重点和难点,1、集线器、网卡等设备的特点、分类、应用。 2、双绞线的通信规则。 3、以太网的组网规则。,4.2.1 以太网的相关标准,以太网最早是由 Xerox （施乐）公司创建的，在 1980 年由 DEC 、 Intel 和 Xerox 三家公司联合开发为一个标准。 以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（ 10Mbps ）、快速以太网（ 100Mbps ）、千兆以太网（ 1000

9、Mbps ）和 10G 以太网，它们都符合 IEEE802.3 系列标准规范。 传输介质： 同轴电缆、双绞线、光缆等 网络速度： 10Mb/s 、 100Mb/s 、 1000Mb/s 介质访问控制方法： CSMA/CD,1、 10BASE5,粗缆以太网（粗同轴电缆） 电缆的两端有 50 欧姆的终端电阻 每网段允许连接 100 个节点 长度是 500 米 最多有 4 个中继器 5 段 500 米的网线 最大网络直径是 2500 米。,粗缆,BNC端子,收发器,AUI 电缆,2、 10BASE2,细缆以太网 每段只能连接 30 个节点 每段的最大长度是 185 米 最大的网络直径是 925 米。

10、,BNC T型接头,3、 10BASE-T,3 类以上双绞线以太网 水晶头（ RJ-45 头） 4 个中继器连接 5 个 100 米的网线 最大网络直径是 500 米。,NIC,hub,段最大长度 100m,4、 100BASE-TX,5 类以上双绞线以太网 2 个中继器连接 2 个 100 米的网线 两个中继器之间的距离不超过 5 米 最大网络直径是 205 米。,5、 100BASE-FX 使用光纤的快速以太网,4.2.2 组网所需的器件和设备,10BASE-T 和 100BASE-TX 的组网设备： （1）带有 RJ-45 连接头的 UTP 电缆 （2）带有 RJ-45 接口的以太网卡

11、（3）10Mbps/100Mbps 集线器 （4）网桥,1 集线器的主要功能和特性,集线器功能 ： （1）作为以太网的集中连接点； （2）放大接收到的信号； （3）通过网络传播信号； （4）无过滤和路径检测或交接功能； （5）不同速率的集线器不能级联。,注意：,集线器是对网络进行集中管理的最小单元 从逻辑上看，通过集线器组成以太网都是由一条电缆连接起来的 同一个广播域，同一个冲突域,具有三个端口的集线器,集 线 器,网卡,工作站,网卡,工作站,网卡,工作站,双绞线,2 网卡,网卡的主要功能包括： （1）实现计算机与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，接收和执行计算机送来的各种控制命令，完

12、成物理层功能； （2）按照使用的介质访问控制方法，实现共享网络的介质访问控制、信息帧的发送与接收、差错校验等数据链路层的基本功能； （3）提供数据缓存能力，实现无盘工作站的复位和引导。,图表示用网卡上的硬件地址来标识局域网上的计算机和路由器。,3 非屏蔽双绞线,非屏蔽双绞线UTP由8根铜缆组成 10Mbps/100Mbps 以太网使用的线对 发送： 1 （橙白） 、 2 （橙） 接收： 3 （绿白） 、 6 （绿）,RJ-45接头和接口 基本连接规则 自己的发线要与对方的的收线相连 自己的收线要与对方的的发线相连 直连线,交叉线 全反线,4.2.3 双绞线以太网组网,1 单集线器结构 2 多集

13、线器级联结构,1 单集线器结构,1、适用环境 网络规模不大 计算机比较集中 2、 10Mb/s 以太网 10Mb/s 网卡（或 10Mbps/100Mbps 自适应网卡） 3 类以上 UTP 电缆 10BASE-T 集线器 每段 UTP 电缆最大长度 100m 3、 100Mb/s 以太网 100Mb/s 网卡（或 10Mbps/100Mbps 自适应网卡） 5 类以上 UTP 电缆 100BASE-T 集线器 每段 UTP 电缆最大长度 100m,2 多集线器级联结构,1、适用环境 计算机的数量超过单一集线器所能提供的端口数 计算机位置比较分散 2、集线器级联方式 利用集线器的级联端口与另一

14、台集线器的普通端口级联（需要直通 UTP 电缆） 利用两个集线器上的普通端口级联（需要交叉 UTP 电缆） 3、 10Mb/s 集线器和 100Mb/s 集线器不能相互级联,2 多集线器级联结构,4、多集线器进行级联时，一般可以采用平行式级联和树型级联两种方式。 （1）平行式级联,（2） 树形级联,6、 多集线器 10Mb/s 以太网配置规则 10Mb/s 网卡（或 10Mbps/100Mbps 自适应网卡） 3 类以上 UTP 电缆 10BASE-T 集线器 每段 UTP 电缆的最大长度 100m 任意两个节点之间最多可以有 5 个网段，经过 4 个集线器 整个网络的最大覆盖范围为 500m

15、 网络中不能出现环路,7、 多集线器 100Mb/s 以太网配置规则 100Mb/s 网卡（或 10bps/100Mbps 自适应网卡） 5 类以上 UTP 电缆 100BASE-T 集线器 每段 UTP 电缆的最大长度 100m 任意两个节点之间最多可以经过 2 个集线器 集线器之间的电缆长度不能超过 5m 整个网络的最大覆盖范围为 205m 网络中不能出现环路,4.3 交换与虚拟局域网,4.3.0 DIX Ethernet V2标准 4.3.1 交换式以太网的提出 4.3.2 以太网交换机的工作原理 4.3.3 虚拟局域网VLAN 4.3.4 组装简单的以太局域网,主要内容,1.交换式以太

16、网的特点 2.交换机的工作过程和数据传输方式 3.交换机的通信过滤、地址学习和生成树协议 4.VLAN的组网方法和特点 5.实践内容 利用交换机组装简单的交换式以太网 配置以太网交换机 在交换式以太网上划分VLAN,MAC 帧,物理层,MAC 层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,IP 层,4.3.1 DIX Ethernet V2标准,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,目的地址字段 6 字节,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,源地址字段 6 字节,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,类型字段 2 字节,类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的