《数据通信与计算机网络技术（第二版）-电子教案-季福坤 第5章 局域网体系结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据通信与计算机网络技术（第二版）-电子教案-季福坤 第5章 局域网体系结构（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 局域网体系结构,5.1 局域网概述 5.2 局域网的组成 5.3 传统以太网 5.4 交换式局域网 5.5 快速以太网与千兆以太网技术 5.6 无线局域网,5.1 局域网概述,5.1.1局域网的定义与发展过程 5.1.2 局域网的特点,5.1.1局域网的定义与发展过程,局域网（Local Area Network），简称LAN，是指在某一区域范围内，将各种计算机、通信设备、外部设备和数据库等互相连接起来的计算机通信网。 “某一区域”指的是同一办公室、同一建筑物、同一公司和同一学校等，一般是方圆几千米以内。,5.1.2 局域网的特点,地理范围有限 通信速率高 可采用多种通信介质 可靠性较
2、高,5.2 局域网的组成,局域网硬件 服务器 工作站 网络适配器 数据转发设备 局域网软件 网络操作系统 通信协议 网络应用软件,5.3 传统以太网,5.3.1 以太网概述 5.3.2 MAC地址 5.3.3 帧结构 5.3.4 CSMA/CD介质访问控制协议,5.3.1 以太网概述,1IEEE802参考模型 IEEE802参考模型将数据链路层分为：媒体访问（接入）控制MAC（Medium Access Control)子层和逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）子层。网络的服务访问点SAP在LLC层与高层的交界处。LAN参考模型与OSI参考模型的比较示意图如图5-1所
3、示,5.3.1 以太网概述,1IEEE802参考模型,图5-1 IEEE802参考模型与ISO/OSI参考模型比较,5.3.1 以太网概述,2. 以太网概述 1980年，DEC、Inter和Xerox三家公司联合研发了10M以太网1.0规范，即DIX Ethernet 1.0规范。1982年，DIX发布了以太网2.0规范，即DIX Ethernet 2.0规范。 IEEE 802.3则主要是对物理层和逻辑链路层的介质访问部分进行了规定，没有定义任何逻辑链路控制协议。与DIX标准相比，两者定义的帧格式有一些不同，如图5-2所示,5.3.1 以太网概述,2. 以太网概述,5-2 帧格式 (a) D
4、IX以太网 (b) IEEE802.3,5.3.1 以太网概述,3. 组网规格 传统以太网的传输速率是10Mbps，主要有4种组网规格 （1）10Base5网络 （2）10Base2网络 （3）10Base-T网络 （4）10Base-F网络,5.3.2 MAC地址,在以太网上，为了实现站点间通信，每个站点都分配了一个唯一的标识符，该标识符称为介质存取控制（Media Access Control，MAC）地址，又称硬件地址或物理地址。 IEEE802标准规定MAC地址采用48位二进制（6字节）来表示，其中，前3个字节（即高24位）被称为组织唯一标识符（Organizationally Uni
5、que Identifier，OUI），用于代表不同的网卡生产厂家。 MAC地址的后3个字节（即低24位）由厂家自行指派，称为扩展标识符（Extended Identifier）。每个厂家生产时都会保证使用同一OUI的网卡扩展标识符不重复使用。,5.3.2 MAC地址,MAC地址的例子：,5.3.3 帧结构,目前最常用的MAC帧是以太网V2标准，下面是一个数据包实例：,5.3.4 CSMA/CD介质访问控制协议,1载波侦听多路访问协议CSMA 载波侦听多路访问（CSMA，Carrier Sense and Multiple Access）又称为“先听后说”，是减少冲突的主要技术。具体方法是，网
6、中各站在发送信息帧之前，先监听信道，看信道是忙还是闲，如信道闲（即没有别的站往信道上发送信息帧）就发送信息帧；否则，就推迟自己的发送行动。 （1）非坚持型CSMA （2）1-坚持CSMA （3）P-坚持CSMA,5.3.4 CSMA/CD介质访问控制协议,2载波侦听多路访问/冲突检测协议CSMA/CD,图5-10 CSMA/CD工作原理,5.4 交换式局域网,5.4.1 交换式局域网概述 5.4.2 局域网交换机工作原理 5.4.3局域网交换机的帧转发方式,5.4.1 交换式局域网概述,典型的交换式局域网是交换式以太网（Switched Ethernet），它的核心部件是以太网交换机（Ethe
7、rnet Switch）。 以太网交换机可以有多个端口，如果每个端口到主机的带宽还是10Mbit/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他用户共享传输媒体的带宽，因此拥有N个端口的交换机的总容量为N*10Mbit/s。交换式以太网的结构如图5-11所示。,5.4.1 交换式局域网概述,图5-11 交换式以太网结构,5.4.2 局域网交换机工作原理,在交换机中维护一个“MAC地址端口”对应表。交换机根据数据帧的源MAC地址建立对应关系表，通过读取数据帧的目的MAC地址，确定将数据帧转发至哪个端口。交换机具体工作流程如下： （1）当交换机初次加电时，其MAC地址表是空的。 （2）当交换机从某个
8、接口收到一个数据帧，它先读取帧首部中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的计算机连接在哪个端口上。然后交换机将读取的源MAC地址和其对应的端口关系添加到MAC地址表中。,5.4.2 局域网交换机工作原理,（3）交换机再去读取的帧首部的目的MAC地址字段，并在地址表中查找对应的端口。 （4）如果表中有与目的MAC地址对应的端口，则数据包直接转发到该端口上。 （5）如果表中找不到与其对应的端口，则把数据包广播到除进入端口外的所有端口上。当目的计算机对源计算机回应时，交换机就可以学习到该目的MAC地址与哪个端口对应。,5.5 快速以太网与千兆以太网技术,5.5.1 快速以太网 5.5.2 千兆位
9、以太网 5.5.3 万兆以太网,5.5.1 快速以太网,如表5-2所示是关于快速以太网组网规格总结。,表5-2 快速以太网组网规格总结,5.5.2 千兆位以太网,IEEE802.3委员会制定了支持多种传输介质的千兆以太网标准，具体情况见表5-3。,表5-3 千兆以太网组网规格总结,5.5.3 万兆以太网,万兆以太网的特点： 万兆以太网的帧格式与10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s的帧格式完全相同。 万兆以太网仍然保留了802.3标准对以太网最小帧和最大帧长度的规定。 只使用光纤。 万兆以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题。 标准中采用了局域网和广域网两种物理层模型，从而使以太
10、网技术能方便地引入广域网中，进而使LAN、MAN和WAN网络可采用同一种以太网网络核心技术。,5.6 无线局域网,5.6.1 无线局域网概述 5.6.2 无线局域网的工作原理 5.6.3 无线局域网的协议标准,5.6.1 无线局域网概述,1概述 无线局域网WLAN(Wireless LAN) 起源于20世纪80年代， 是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的网络接入。1997年6月，第一个WLAN标准IEEE802.11正式颁布实施，为WLAN的物理层和M
11、AC层提供了统一的标准。,5.6.1 无线局域网概述,2无线局域网特点 （1）可移动性 （2）降低成本,5.6.1 无线局域网概述,3管理机构和标准 （1） ITU-R（国际电信联盟无线电通信部门管理） （2）IEEE（电气及电子工程师学会） （3）Wi-Fi联盟,5.6.2 无线局域网的工作原理,1相关术语 无线AP（Access Point）：即无线接入点，是无线网络的核心。无线AP是移动计算机用户进入有线网络的接入点，其工作原理类似于以太网集线器。 蜂窝：无线AP所覆盖的有限区域。 无线信道：即无线的“频段”，是以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。,5.6.2 无线局域网的工作原理
12、,2IEEE802.11协议栈,5.6.2 无线局域网的工作原理,3IEEE802.11数据帧格式,5.6.2 无线局域网的工作原理,4IEEE802.11MAC子层协议 在IEEE802.11中采用了新的协议CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)。CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的地址。 CSMA/CA协议的工作流程如图5-18所示。,5.6.2 无线局域网的工作原理,4IEEE802.11MAC子层协议,图5
13、-18 CSMA/CA协议工作流程,5.6.2 无线局域网的工作原理,5无线局域网组网模式 基本服务集BSS（Basic Service Set）模式 扩展服务集ESS(Extended Service Set)模式。,基本服务集BSS （Basic Service Set）模式,在BSS中，移动客户端使用单个访问点AP（Access Point）实现与其他设备或有线网络资源的连通。独立（ad hoc）模式和基础设施模式是两种BSS模式。如图5-19所示,图5-19 BSS模式独立和基础设施,扩展服务集ESS (Extended Service Set)模式,ESS是由分布式系统连接的两个或以上BSS的集合。ESS模式分为两种，分别是无线漫游和无线中继，如图5-20,5-21所示,图5-20 无线漫游,图5-21 无线中继,5.6.3 无线局域网的协议标准,1IEEE802.11标准系列 （1）IEEE802.11 （2）IEEE802.11b （3）IEEE802.11a （4）IEEE802.11g （5）IEEE802.11n,第5章结束,
