《网络技术基础实训教程 教学课件 ppt 作者 唐志根 谢淑明 单元3局域网技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络技术基础实训教程 教学课件 ppt 作者 唐志根 谢淑明 单元3局域网技术（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单元3 局域网技术,学习要点 局域网体系结构与IEEE 802标准 局域网媒体访问控制技术 典型的局域网技术 局域网传输介质 局域网连接设备 局域网通信协议 网络体系结构与网络协议,1、 局域网的产生和发展,在20世纪70年代，随着微型计算机的发展和应用，在计算机之间实现短距离高速通信以实现资源共享的需求日益迫切 ，许多面向小区域范围的计算机网络应运而生 ，其中英国剑桥大学于 1974 年研制的剑桥环网和美国Xerox（施乐）公司于1975 年推出的实验性以太网就是两个典型代表。 到了20世纪 80 年代，局域网获得了高速发展。多种局域网技术不断涌现，局域网应用不断深入 。为了规范局域网的技术
2、与应用，IEEE 成立了 802委员会，负责制定和促进局域网技术标准 ，并推出一系列局域网规范。而首次将以太网标准化的是Xerox、DEC 和 Intel公司共同制定的以太网规范，随后又推出了第二代以太网产品。Zilog公司推出 N-net，3COM 公司推出了3+以太网等。 进入20世纪90年代，局域网获得了高速发展，使用普通双绞线并达到10Mb/s传输速率的10Base-T以太网问世，使太网技术上了一个新台阶，从而更有力地促进了局域网技术的发展和应用。1995 年，应用F DDI 技术使光纤局域网传输速率达到1 00Mb/s。以铜质5 类双绞线作为传输介质并达到100Mb/s速率的快速以太
3、网100Base-T也产生了，从而进入了快速以太网时代。进入21世纪，以 100Mb/s 传输速率全速运行的交换式以太网和千兆位乃至万兆位以太网已经得到普及。,2局域网的特点,从局域网的应用角度来看，局域网主要有以下几个特点。 1）局域网所覆盖的地理范围相对较小 ，通常在几 千米以内 。如一家公司、一个企业、一所校园、一个小区等所有计算机和网络设备联网，都属于局域网。 2）局域网是高速 、低出错率的数据网络 ，网络速度从几十兆位、几百兆位、几千兆位乃至上万兆位，远远高于广域网的数据传输速度。 3）局域网采用一系列技术措施 ，以保证较低的误码率和高质量的数据传输。 决定局域网特性的主要技术有三个
4、方面 ， 分别是用于传输数据的通信介质、进行设备互联的拓扑结构，以及所采用的介质访问控制方法。,3.2 局域网体系结构与IEEE标准,1局域网参考模型 在局域网的发展过程中，局域网标准化委员会（IEEE 802委员会）起着举足轻重的作用。在局域网发展初期，由于没有统一的局域网体系结构 ，各公司的网络产品无法直接通信，实现资源共享。针对这一情况，IEEE制定了一系列局域标准，称为IEEE 802标准，并被标准化组织所采纳， 为局域网发展奠定了基础。IEEE 802 委员会制定的局域网参考模型如图3-1所示,3.2 局域网体系结构与IEEE标准,1局域网参考模型 在局域网的发展过程中，局域网标准化
5、委员会（IEEE 802委员会）起着举足轻重的作用。在局域网发展初期，由于没有统一的局域网体系结构 ，各公司的网络产品无法直接通信，实现资源共享。针对这一情况，IEEE制定了一系列局域标准，称为IEEE 802标准，并被标准化组织所采纳， 为局域网发展奠定了基础。IEEE 802 委员会制定的局域网参考模型如图3-1所示,图3-1 IEEE 802参考模型与OSI参考模型的对应关系,1局域网参考模型,局域网的体系结构与前面介绍的OSI 七层模型之间存在很大差异。局域网的参考模型只相当于OS I模型的物理层和数据链路层两层，并且将数据链路层划分为两个不同的子层，分别为逻辑链路控制子层LLC（Lo
6、gical Control）和介质访问控制子层MAC（Media Access Control）。 MAC子层的主要功能是帧的封装与拆装、物理介质传输的差错测试、寻址并实现介质访问控制协议。LLC子层的主要功能是连接管理（建立或释放连接）、与高层的接口、帧的可靠性检测及流量控制。,2IEEE 802标准,IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，这些标准统称为IEEE 802标准，各标准的具体内容如下。 802.1：定义了局域网体系结构、网络管理和网络互联。 802.2：定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能和服务。 802.3：定义了带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法和
7、物理层规范（以太纲）。 802.4：定义了令牌总线介质访问方法和物理层规范（TOKEN BUS）。 802.5：定义了令牌介质访问方法和物理层规范（TOKEN RING）。 802.6：定义了城域网介质访问方法和物理规范（DQDB）。 802.7：定义了宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。,2IEEE 802标准,02.8：定义了光纤传输技术。 802.9：定义了综合语音与数据综合局域网技术。 802.10：定义了互操作LAN安全标准（SILS）。 802.11：定义了无线局域网（Wireless LAN）技术。 802.12：定义了100VG-ANYLAN网。 802.14：定义了交互式电视
8、网（包括cable modem）标准。 802.15：定义了简单、低耗能无线连接的标准（蓝牙技术）。 802.16：定义了无线城域网（MAN）标准。 以上各标准之间的关系如图3-2所示。,图3-2 IEEE802各分委员会结构关系与局域网标准图,3.3 局域网介质访问控制方法,在局域网中使用的通信方式是广播式传输，即通信信道是各节点共享的，为了避免信道上的信息冲突 ，必须根据不同的网络结构采用相应的介质访问控制技术 。所谓介质访问控制方法就是控制网络中节点如何使用局域网共享通信信道发送数据的方法，又称为信道访问控制方法。 IEEE 802规定了局域网中最常用的介质访问方法：IEEE 802.3
9、载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）、IEEE 802.5 令牌环（Token Ring）和IEEE 802.4令牌总线（Token Bus）。,3.3.1 CSMA/CD介质访问控制方法,CSMA/CD是具有冲突检测（CD）功能的载波监听多路访问（CSMA）介质访问控制方法，它解决了多节点共享总线的问题，是一种随机争用型介质访问控制方法 ，广泛应用于以太网中，并已成为以太网的核心技术。IEEE 802 委员会制定的IEEE 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。,1CSMA载波监听多路访问,使用载波多路监听访问协议时，每节点在使用信道发送信息之前 ，都
10、会对信道的使用情况进行检测，即检查是否在信道中存在载波。如果存在，说明此信道正在被某个节点所使用，处于忙状态，就暂不能发送数据，否则就发送数据。这种检测方式可以大大减少信道中发生冲突的可能性。,2CD冲突检测,当超过一个节点检测到信道处于空闲状态时，就会同时发送出各自的数据信息，因而在信道中会发生碰撞，产生冲突。另外，当一个节点的数据信息还未到达目的地时，另一个要发送数据的节点可能因为时间延迟的原因监听到信道处于空闲状态，并开始发送数据，这种情况也会导致数据信息发生碰撞冲突。在节点检测到冲突发生之后，产生信息碎片，数据无法继续正常传送。为了确保数据的正确传输，每个网络上的节点在发送数据时边发送
11、边检测冲突，在检测到冲突发生时立即取消传输，停止数据发送。 冲突检测的实现方法有多种，一种是使用硬件对因信号叠加引起的接收信号电平摆动变化情况进行判断：一种是在发送的同时进行信号的接收，比较发送与接收的信号波形是否一致，如果不一致则说明信道中存在两个或两个以上发送信号，证明发生冲突。,3CSMA/CD介质访问控制方法,在采用CSMA/CD 介质访问控制的局域网中，每个节点在利用公用传输信道进行数据发送前，首先要监听当前的传输信道是否处于空闲状态。如果一个节点已经准备好发送的数据信息，并且此时信道恰好处于空闲状态，节点即可发送信息。为了避免同时有其他节点发送信息 ，节点在发送信息的同时进行冲突检
12、测。如果节点没有检测到冲突信号，节点将在发送结束后进入正常结束状态；如果在发送数据信息的过程中检测到了冲突的发生，发生冲突的各个节点会立即停止数据的发送 。在停止数据发送后，各个节点要继续发送一串固定格式的阻塞信号，以便使冲突强化，保证所有的节点都能知道信道中已经发生了冲突。在发出阻塞信号后，节点按照Backoff策略计算等待时间，在等待一个时间后再将数据信息重新发送一次 。如果在发送过程中再次产生了冲突，则重复监听、等待、重传的操作步骤，在以太网中规定重传的次数不允许超过16次。CSMA/CD的工作原理如图3-3所示。,图3-3 CSMA/CD的工作原理,3.3.2 令牌环介质访问控制方法,
13、令牌环介质访问控制技术是环状拓扑结构中广泛使用的介质访问方法，最早是在1969年由IBM公司提出的。 1985年，IEEE 802委员会制定的IEEE 802.5标准，定义了令牌环介质访问控制子层和物理层规范。 令牌环介质访问控制方法是一种非挣用型的介质访问控制方法，其特点是在访问控制中使用了一个沿着环路循环的令牌。令牌是一种特殊的数据帧，用于控制网络节点的数据发送权 ，网络中的节点只有在获得令牌时才能发送数据，没有获取令牌的 节点不能发送数据。由于发送节点在得到发送权后就将手中的令牌删除掉，在整个环路中不会再有令牌出现，其他节点也不可能再得到令牌，保证在拓扑环中只有一个节点在发送数据，因此在
14、使用令牌环的局域网中不会产后冲突。令牌环的基本工作原理如图3-4所示。,图3-4 令牌环的基本工作原理,令牌环介质访问控制方法的主要不是要对令牌进行维护，当网络 发生丢牌或是多令牌时都会使网络无法正常工作。因此，必须在环中 设置监控站以确保环中只有一个令牌。,3.3.3 令牌总线介质访问控制方法,CSMA/CD 介质访问控制方法是一种随机争用型方法，在网络轻负载下延迟较小 ，但在重负载时冲突发生的可能性变大，性能下降；与之对应的是 ，令牌环介质访问控制方法是一种确定型方法，在网络重负载时，对各节点公平，效率更高。令牌总线介质访问控制方法就是在综合两种介质访问控制方法的优点的基础上形成的一种介质
15、访问控制方法，即将令牌访问用于总线局域网中。,令牌总线介质访问控制方法，从物理连接上看，它是总线结构的局域网；但从逻辑上看，连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，它又是环型拓扑结构，如图3-5所示。,图3-5 令牌总线的工作过程,3.4 典型的局域网技术以太网,3.4.1 以太网简介 在计算机网络发展过程中 ，产生过许多局域网技术，其中大部分技术在发展过程中逐渐被淘汰，保留下来的几种网络技术成为目前最为广泛的局域网技术，以太网就是其中之一。 以太网（Ethernet）是最早的局域网，也是目前应用最为广泛的局域网，其核心技术是CSMA/CD ，采用冲突检测功能的载波监听多路访问介质访问控制方法
16、。,3.4.2 以太网的技术特性,概括起来，以太网主要有以下技术特性。 1）以太网使用的局域标准是IEEE 802委员会制定的802.3，它定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范。 2）以太网分为共享式以太网和交换式以太网。其中共享式以太网中的各个节点共享传输通道，共享带宽。一个节点发送的数据帧可以被网络中的其他任何节点接收，整个网络的带宽是固定的，每个节点平均分配带宽 。即网络的节点数目越多，每个节点所能获得的平均带宽就越少。而交换式以太网中的每个节点独享一条传输信道，每个节点并不平均分配带宽。 3） 当前以太网使用的拓扑结构有总线型和星状结构两种，以星状拓扑结构为主 ，使用的网络设备主要是集线器与交换机。 4）传输速率较高，从最初的10Mb/s，发现到现在的万兆位以太网。 5）以太网所使用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤。,3.4.3 100Mb/s以太网,1995 年6 月，IEEE802 委员会正式批准了快速以太网 IEEE 802.3u 快速以太网的数据传输速率可达到 100Mb/s 。它保
