《宽带IP网络 教学课件 PPT 作者 毛京丽 21672第3章 局域网技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宽带IP网络 教学课件 PPT 作者 毛京丽 21672第3章 局域网技术（140页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 局域网技术,本章介绍局域网的相关内容，主要包括： 局域网概述 传统以太网 扩展的以太网,高速以太网 交换式局域网 虚拟局域网（VLAN） 无线局域网,3.1 局域网概述,3.1.1 局域网的定义及特征 1、局域网的定义 局域网又称局部区域网，一般我们把通过通信线路将较小地理区域范围内的各种数据通信设备连接在一起的通信网络称为局域网。,2、局城网的特征 (1)网络范围较小。 (2)传输速率较高，传输时延小。 (3)误码率低。 (4)结构简单容易实现。 (5)通常属于一个部门所有。,3.1.2 局域网的组成 局域网的组成包括硬件和软件两部分。,1、硬件 （1）传输介质。局域网常用的传输介质
2、是双绞线（包括屏蔽双绞线STP和非屏蔽双绞线UTP）、同轴电缆和光纤；另外，也可使用无线电波或红外线传输数据，此类局域网称为无线局域网。,(2)工作站和服务器。工作站指的是计算机或设备(DTE)；服务器是局域网的核心，它可向各站提供用户通信和资源共享服务。 (3)工作站和服务器与局域网相连的接口(通信接口)。,2、软件 为了使网络正常工作，除了网络硬件外，还必须有相应的网络协议和各种网络应用软件，构成完整的网络系统。,3.1.3 局域网的分类 局域网可以从不同的角度分类。,1、按传输媒介分类 有线局域网是使用双绞线、同轴电缆和光纤等有线传输媒介传输数据的局域网。 无线局域网是利用无线电波或红外
3、线等传输数据的局域网。,2、按用途、速率分类 常规局域网LAN它的传输速率相对较低，一般为120Mbit/s。 高速局域网HSLN其传输速率大于等于100Mbit/s。,3、按是否共享带宽分类 共享式局域网各站点共享传输媒介的带宽。 交换式局域网各站点独享传输媒介的带宽。,4、按拓扑结构分类 如果按拓扑结构的不同进行分类，局域网有：星形网、总线形网、环形网、树形网等，其中用得比较多的是星形、总线形和环形。,3.1.4 局域网标准 1、局域网参考模型 局域网参考模型如图3-4所示，为了比较对照，将OSI参考模型画在旁边。,图3-4 局域网参考模型,（1）物理层 主要功能： 负责比特流的曼彻斯特编
4、码与译码(局域网一般采用曼彻斯特码传输)； 为进行同步用的前同步码的产生与去除； 比特流的传输与接收。,（2）数据链路层 局域网的数据链路层划分为两个子层，即：介质访问控制或媒体接入控制MAC子层和逻辑链路控制LLC子层。,媒体接入控制(MAC)子层 数据链路层中与媒体接入有关的部分都集中在MAC子层，MAC子层主要负责介质访问控制，其具体功能为：将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相反的过程，即帧拆卸)、比特差错检测和寻址等。,逻辑链路控制(LLC)子层 数据链路层中与媒体接入无关的部分都集中在LLC子层，LLC子层的主要功能有：建立和释放逻辑链路层的逻辑连接、提供与高层的接口、差
5、错控制及给帧加上序号等。 不同类型的局域网，其LLC子层协议都是相同的。,（3）服务访问点SAP 在LLC子层的顶部有多个服务访问点LSAP； MAC子层的顶部只有一个服务访问点MSAP； 物理层的顶部分别只有一个服务访问点PSAP。 （4）协议数据单元PDU,图3-6 LLC PDU和MAC PDU的关系,2、IEEE 802标准 8021有关局域网体系结构、网络互连、网络管理和性能测量等标准。 8022LLC子层协议。 8023总线形局域网MAC子层和物理层技术规范。,8024令牌总线局域网MAC子层和物理层技术规范。 8025令牌环局域网MAC子层和物理层技术规范。 8026城域网(MA
6、N)MAC子层和物理层技术规范。,8027宽带局域网访问控制方法与物理层规范。 8028光纤局域网访问控制方法与物理层规范。,8029话音数据综合局域网标准。 80210局域网的安全与保密规范。 80211无线局域网标准。 8021Q虚拟局域网(VLAN)标准。,3.2 传统以太网,3.2.1 以太网的概念 传统以太网具有以下典型的特征： 采用灵活的无连接的工作方式；,对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方确认提供的服务是不可靠的交付（即尽最大努力的交付）。 采用曼彻斯特编码作为线路传输码型。,传统以太网属于共享式局域网，即传输介质作为各站点共享的资源。 共享式局域网要进行介质访问控制，以太网
7、的介质访问控制方式为载波监听和冲突检测(CSMACD)技术。,3.2.2 CSMACD技术 1、CSMACD控制方法 CSMA代表载波监听多路访问。 它是“先听后发”，也就是各站在发送前先检测总线是否空闲，当测得总线空闲后，再考虑发送本站信号。,CD表示冲突检测，即“边发边听”，各站点在发送信息帧的同时，继续监听总线，当监听到有冲突发生时（即有其他站也监听到总线空闲，也在发送数据），便立即停止发送信息。,归纳起来CSMACD的控制方法为： 一个站要发送信息，首先对总线进行监听，看介质上是否有其他站发送的信息存在。 如果介质是空闲的，则可以发送信息。,在发送信息帧的同时，继续监听总线，即“边发边
8、听”。 当检测到有冲突发生时，便立即停止发送，并发出报警信号，告知其他各工作站已发生冲突，防止它们再发送新的信息介入冲突。 若发送完成后，尚未检测到冲突，则发送成功。,检测到冲突的站发出报警信号后，退让一段随机时间，然后再试。,2、争用期 以太网的端到端往返时延2称为争用期，或碰撞窗口（设总线上单程端到端传播时延为）。 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间2就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。,3、数据帧的最短帧长 某个站正在发送时产生冲突而中断发送的帧称为冲突的帧，它们都是很短的帧。 冲突的帧是无效帧，在接收端应该
9、被丢弃。,为了能辨认哪些是发生冲突而应丢弃的短帧和哪些是真正有用的短帧，且尽量简化处理，所以规定了合法数据帧的最短帧长。 因为发送数据的站最长经过争用期这段时间即可检测到碰撞，所以合法数据帧的最短帧长则应是争用期时间2内所发送的比特（或字节）数。,4、CSMA/CD总线网的特点 (1)竞争总线 (2)冲突显著减少 (3)轻负荷有效 (4)广播式通信 (5)发送的不确定性 (6)总线结构和MAC规程简单,3.2.3 以太网的MAC子层协议 1、以太网的MAC子层功能 以太网的MAC子层有两个主要功能： （1）数据封装和解封 （2）介质访问管理,2、MAC地址（硬件地址） IEEE 802标准为局
10、域网规定了一种48bit的全球地址，即MAC地址（MAC帧的地址），它是指局域网上的每一台计算机所插入的网卡上固化在ROM中的地址，所以也叫硬件地址或物理地址。,MAC地址的前3个字节由IEEE的注册管理委员会RAC负责分配，凡是生产局域网网卡的厂家都必须向IEEE的RAC购买由这三个字节构成的一个号（即地址块）；地址字段的后3个字节由厂家自行指派，称为扩展标识符。 一个地址块可生成224个不同的地址。,3、MAC帧格式 以太网的两个标准 IEEE802.3标准 DIX EthernetV2没有LLC子层（TCP/IP体系经常使用）,以太网MAC帧格式有两种标准：IEEE的802.3标准和DI
11、X Ethernet V2标准。 （1）IEEE 8023标准规定的MAC子层帧结构,图3-11 IEEE 8023标准规定的MAC子层帧结构,地址字段 地址字段包括目的MAC地址字段和源MAC地址字段，都是6个字节。 数据长度字段 数据长度字段是2字节。它以字节为单位指出后面的数据字段长度。,数据字段与填充字段(PAD) 数据字段就是LLC子层交下来的LLC帧，其长度是可变的，但最短为46字节，最长为1500字节。,帧检验(FCS)字段 IEE8023标准中规定MAC帧的FCS为4个字节，采用循环冗余校验(CRC)。 FCS负责校验的字段包括：目的地址、源地址、数据长度、数据字段、填充字段及
12、FCS本身。,前导码与帧起始定界符 在传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节，即前导码与帧起始定界符。,它们的作用是这样的： 当一个站在刚开始接收MAC帧时，可能尚未与到达的比特流达成同步，由此导致MAC帧的最前面的若干比特无法接收，而使得整个MAC帧成为无用的帧。 为了解决这个问题，MAC帧向下传到物理层时还要在帧的前面插入8个字节，它包括两个字段。,第一个字段是前导码(PA)，共有7个字节，编码为1010，即1和0交替出现，其作用是使接收端实现比特同步前接收本字段，避免破坏完整的MAC帧。 第二个字段是帧起始定界符(SFD)字段，它为1个字节，编码是10101011，表示一个帧的开始
13、。,（2）DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式 TCP/IP体系经常使用DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式，此时局域网参考模型中的链路层不再划分LLC子层，即链路层只有MAC子层。,图3-12 DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式,DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式由5个字段组成，它与IEEE 802.3标准的MAC帧格式除了类型字段以外，其他各字段的作用相同。 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MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。,另外，当采用DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式时，其数据部分装入的不再是LL
14、C帧，而是网络层的分组或IP数据报。,3.2.4 几种传统以太网 1、10 BASE 5(粗缆以太网) 10 BASE 5的名字的含义为：信号传输速率10Mbits(10)，基带传输(BASE)，一个网段上的最大长度为500m(5)。,图3-13 粗缆以太网示意图,（1）粗同轴电缆 单段同轴电缆的最大长度被限制为500m。,（2）工作站 在粗缆以太网中允许每个同轴电缆段最多只能安装100个站。,（3）服务器 服务器是LAN的核心，它是为各工作站用户提供网络共享功能及通信功能的。,（4）收发器 收发器的功能： 从工作站经收发器电缆得到数据向同轴电缆发送，或反过来，从同轴电缆接收数据经收发器电缆送
15、给工作站。 检测在同轴电缆上发生的数据帧的冲突。,在同轴电缆和电缆接口的电子设备之间进行电气隔离。 当收发器或工作站出故障时，保护同轴电缆不受其影响，此项功能即为超长控制。,（5）网卡 网卡的主要功能： 数据的封装与解封 链路管理主要是CSMACD协议的实现。 编码与译码即曼彻斯特编码与译码。,（6）中继器 中继器又称为转发器，它可以消除信号由于经过一长段电缆而造成的失真和衰减。 10 BASE 5任意两个站之间最多可以有5个同轴电缆段，即可以最多有4个中继器。 可见10 BASE 5允许的最大网络直径为 。,2、10 BASE 2(细缆以太网) 10 BASE 2与10 BASE 5的区别：
16、 （1）10 BASE 2使用细同轴电缆。 （2）不用外接的收发器，网卡本身有收发器功能。 （3）10 BASE 2只允许每个网段30个站。,（4）10 BASE 2单网段的最大长度降到185m(约200m)。 （5）10 BASE 2仍保持10 BASE 5的4中继器/5网段的设计能力，但允许的最大网络直径降为 。如果不使用中继器，则单个网段的最大长度可扩展到300m。,3、10 BASE-T(双绞线以太网) 10BASE-T的标准IEEE 802.3i。 （1）10 BASE-T以太网的拓扑结构,图3-15 10BASE-T拓扑结构示意图,几个要点： 集线器 一般集线器（所连局域网 为共享式局域网） 交换集线器（具有交换功能，所连局域网为交换式局域网）,图中的集线器为一般集线器
