《局域网组建与维护》-何曙辉-电子教案 第1章 局域网基础知识

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1、局域网组建与维护,主编：何曙辉 中国水利水电出版社,第1章 局域网基础知识,1.1 计算机网络的概念 1.1.1 计算机网络的定义和功能 计算机网络：将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件（包括网络操作系统、通信协议和规程等）,以实现计算机资源共享的系统，称作计算机网络。,第1章 局域网基础知识,计算机网络应当具有三个主要的组成部分： 1)若干具有独立工作能力的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求； 2)这些计算机之间必须有某种通信手段将其连接起来； 3)制定相互可确认的通信协议或规程，使得功能独立的计算机之间能相互

2、通信。 从结构上，可以将计算机网络分成两部分： 资源子网：负责数据处理、向用户提供各种网络资源和服务； 通信子网：负责数据的传输。,第1章 局域网基础知识,计算机网络的组成如图1-1所示。,第1章 局域网基础知识,计算机网络能实现的主要功能如下： 资源共享。 实现各种形式的数据信息的快速传输。 进行数据信息的集中和综合处理。 提高系统的可靠性和可用性。 能进行分布式处理。,第1章 局域网基础知识,1.1.2 计算机网络的分类 按拓扑结构划分。 网络拓扑结构(topology)指的是计算机网络的物理连接方式，按照网络的拓扑结构，计算机网络可分为：总线型(Bus)、星型(Star)、环型(Ring

3、)、树型(Tree)、网状(Mesh),拓扑结构示意如图1-2所示。,第1章 局域网基础知识,第1章 局域网基础知识,二、依据网络的作用范围，计算机网络可分为：局域网(LAN，local area network)、广域网(WAN,wide area network)、城域网(MAN,metropolitan area network)。 三、网络的交换方式分类 按交换方式来分类,计算机网络可以分为电路交换网、报文交换网和分组交换网三种 。 除了以上三种分类方法外,还可按所采用的传输媒体分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网;按信道的带宽分为窄带网和宽带网;按不同用途分为科研网、教育网、商业

4、网、企业网等。,第1章 局域网基础知识,1.1.3 计算机网络体系结构 协议(protocol)是一套通信双方共同遵守的规则集或约定，这些约定或规则使参与通信各方在通信内容、通信方式及何时通信等方面相互配合，所以，协议是计算机网络的重要的、必不可少的组成部分。网络协议主要由语法、语义和同步三个要素组成。,第1章 局域网基础知识,1）语法：数据与控制信息的结构或格式； 2）语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答； 3）同步：事件实现顺序的详细说明。,第1章 局域网基础知识,计算机网络体系结构（Architecture）是指计算机网络各部件的功能及各部件之间的通信协议的集合。为了更

5、好描述计算机网络体系结构，目前常用层次结构划分技术,通过分层可以把复杂的网络问题分解为较简单的问题，使得每层的功能可以相对独立，从而使复杂的网络问题变得较容易处理。层次结构的特点是： 各层之间相对独立，便于抽象。 易于实现和维护。 便于标准化。 层次接口清晰，便于功能模块的划分和实现。,第1章 局域网基础知识,1ISO/OSI参考模型。 OSI模型的每层的名字分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层,如图1-3所示 OSI参考模型。,第1章 局域网基础知识,2TCP/IP模型 TCP/IP模型有以下的四层：网络访问层（Network Access Layer）、网际互

6、连层(internet Layer)、传输层(Transport Layer)和应用层(Application Layer), 如图1-4所示TCP/IP模型。,第1章 局域网基础知识,3. OSI参考模型和 TCP/IP模型的对比。 OSI参考模型和TCP/IP模型是目前两个最重要的网络模型，OSI参考模型主要处理网络不兼容的问题，TCP/IP模型主要在任何条件下可以通过任何通信介质传输分组信息； 两个模型都是分层模型，但两者分层的方法并不相同，各成体系，OSI参考模型分七层，TCP/IP模型分四层； TCP/IP的应用层相当于OSI模型的会话层、表示层和应用层，TCP/IP的传输层相当于O

7、SI模型的传输层，TCP/IP的网络访问层相当于OSI模型的物理层和数据链路层。,第1章 局域网基础知识,第1章 局域网基础知识,1.2 局域网概述 按传输特性划分，计算机网络可粗略地分成两大类：点到点(Point-to-Point)网络和广播(Broadcast)网络。广播网络有一个被网络上所有机器共享的传输通道，在这个传输通道传送的信息，都会被所有在网络上的机器所接收，局域网就是广播网络的一个实例，点到点网络常用于广域网。,第1章 局域网基础知识,1.2 局域网概述 1.2.1 局域网的特点 由一个单位拥有和维护，且覆盖范围和站点数量有限。 建造成本较低，技术较成熟。 数据传输率较高：10

8、1000 Mbps。 延迟时间较短和误码率(10-1110-8) 较低,因此，可靠性较高。 各站点平等共享网络资源。 局域网的主要技术要素是：网络拓扑结构、传输介质和介质访问控制方法,第1章 局域网基础知识,1.2.2 局域网的拓扑结构 1线型拓扑结构。 总线型网络采用单根传输线路作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质上，这传输介质被称作总线，所有的站点设备通过总线连接在一起，任何一个站点发送的信号都可以沿着总线传播，而且能被其他所有站点接收。 2环型拓扑结构。 每一站点与它左右相邻的站点连接，首尾相接形成封闭环路，在这种结构网络中，数据沿着同一个传输方向，绕着环路，依

9、次在各个站点间传输，数据从一个站点传送到另一个站点。 3星型拓扑结构。 星型网络通过点到点链路接到中央结点的各站点组成的，通过中心设备实现许多点到点连接，在局域网中，这种设备通常是集线器(Hub)或交换机(Switch)。在星型网络中，可以非常容易地增加和减少设备，而不影响系统其他设备工作，任何一个连接只涉及到中心结点和一个站点；同时，单个站点的故障只影响一个站点，不会影响整个网络，因此，星型网络容易检测和隔离故障，重新配置网络也十分方便。,第1章 局域网基础知识,1.2.3 局域网技术 局域网的介质访问控制方法。 在局域网中，常用的介质访问控制方法有：带冲突检测的载波监听多路访问(Carri

10、er sense multiple access with collision detection ,CSMA/CD)、令牌总线(Token Bus)和令牌环(Token Ring)。以太网(Ethernet)采用带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD方法。,第1章 局域网基础知识,以太网、CSMA/CD和IEEE802.3 CSMA/CD的发送过程的工作原理如下： 1）由于以太网中的各个站点都能独立地决定数据帧的发送与接收，为了避免冲突，每个站在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，判断介质空闲时，才允许发送数据帧。 2）如果介质已被其它站点占用，则继续监听，直到介质空闲，则立即发送数据帧

11、。 3）如果两个以上的站点同时监听到介质空闲并发送数据帧，就会产生冲突现象，这样使得发送的数据帧都成为无效帧。为了避免冲突的发生，每个站点在发送过程中，必须检测冲突是否发生，如果检测到发生了冲突，则应立即停止发送数据帧，并发送一个简短的阻塞信号，使以太网上的各个站点都知道已发生了冲突，然后随机等待一段时间后，再重新争用介质，重新发送数据帧。 因此，CSMA/CD的发送过程可以概括为：先听后发，边听边发， 突停止，延时重发。以太网的介质访问控制方法-CSMA/CD IEEE802委员会确定为IEEE802.3标准。,第1章 局域网基础知识,3. 令牌环和IEEE802.5 令牌环(Token R

12、ing)介质访问控制方法是一种查询式的机制，通过在环型网上传递令牌的方式来实现对介质的访问控制，这种介质访问控制方法规定了在环型网上的站点要获得令牌才能发送数据帧，如果没有获得令牌，则必须等待。所谓令牌是一组特殊的比特，标记为0111111，称为空标记，当一个站点要发送数据帧，需要等待令牌的到来，并截获令牌，把空标记换成忙标记(0111110),发给环型网上的其他站点，然后获得令牌的站点便可发送数据帧。数据帧中包括接收站点的地址，以标识哪一站点应接收此数据帧。数据帧在环上传送时，不管帧是否是针对自己站点的，所有站点都进行转发，直到待回到数据帧的始发站点，并由该始发站点回收该数据帧，发送站点在发

13、送完一数据帧后，应该释放令牌，以便其他站点可以使用介质。 令牌环介质访问控制方法被IEEE802委员会确定为IEEE802.5标准。,第1章 局域网基础知识,4. 典型以太网技术 以太网可以用不同的介质，如同轴电缆、双绞线或光纤等连接组网，也可以运行在不同的传输速度，如：10Mbps、100Mbps或1000Mbps（1Gbps）等。 （1）10 Mbps以太网10Mbps以太网的技术标准有：10BASE5、10BASE2、10BASE-T,10BASE5采用粗同轴电缆，10BASE2采用细同轴电缆，10BASE-T采用3类、4类、5类或超5类的非屏蔽双绞线(Unshielded Twiste

14、d Pair,UTP)。 （2）100 Mbps以太网100Mbps以太网的技术标准有：100BASE-TX、100BASE-FX,100BASE-TX采用5类或超5类的非屏蔽双绞线,100BASE-FX采用多模光纤作为传输介质，100Mbps以太网也被称作快速以太网(Fast Ethernet)。 （3）1000 Mbps以太网 1000Mbps以太网的技术标准有：1000BASE-X和1000BASE-T, 1000BASE-X采用多模光纤，工作在全双工方式下，1000BASE-T采用超5类的非屏蔽双绞线。,第1章 局域网基础知识,4. 典型以太网技术,第1章 局域网基础知识,1.2.4

15、无线局域网介绍 无线局域网(Wireless LAN,WLAN)是指利用射频（Radio Frequency,RF）技术、以无线信道作传输介质的计算机局域网。与有线局域网相比，无线局域网有以下的优点： 安装便捷，实施容易。 使用灵活、方便。 易于扩展。 因此，无线局域网可以作为有线局域网的延伸和补充，应用在以下的情 形： 难以架设有线局域网的情况，如：大型的露天广场。 临时性局域网，如：展览会场。 频繁更换地点，如：学校图书馆阅览室、教室等。 小公司办公或家庭办公(small office home office,SOHO)用户或移动办公。,第1章 局域网基础知识,1无线局域网概念 2无线局域

16、网组网方式 WLAN的应用主要有以下两类情况： （1）独立的WLAN 在这种方式下，整个网络所有的站点都使用无线通信。在这种方式下可以使用AP(图1-6b)，也可以不使用AP。在不使用AP时，各个用户之间通过无线直接互连。但缺点是各用户之间的通信距离较近，且当用户数量较多时，性能较差。(图1-6a) （2）非独立的WLAN在这种方式下，多个AP通过线缆连接在有线网络上，无线站点也能够访问有线网络的资源。这种的无线局域网组网方式是最普遍采用的。,第1章 局域网基础知识,3 . 无线局域网技术标准 为了协调和规范无线局域网的发展，无线局域网委员会制定并通过了一系列无线局域网的标准IEEE802.11,主要的标准如下： （1）IEEE802.11b: 最高的数据传输率为11Mbps,使用2.4Ghz的频段。 （2）IEEE 802.11a：最高的数据传输率为54Mbps, 使用5Ghz的频段。 （3）IEEE 802.11g: 最高的数据传输率为54Mbps, 使用2.4Ghz的频段。,实验1 认识局域网拓扑结构,1实验目的 1）了解局域网的组成及拓扑结构。