第6章节局域网课件

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1、第6章 局域网,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,局域网（Local Area Networks，LAN）是连接范围最小的网络，也是目前应用最为广泛及技术发展最快的数据通信系统。从定义上讲，局域网是一种通信网络，像使用电话交换机（CBX）的小型电话交换网也属于局域网。而本章所讲的局域网，主要是指在一个有限范围内将多个独立的计算机系统连接起来，并在相关软件的支持下，实现系统资源共享的计算机网络系统，即计算机局域网。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.1 局域网概述,6.1.1 局域网的拓扑结构和传输介质 6.1.2 局域网的工作模式,2019年6月30日星期日,计算机

2、网络局域网,6.1.1 局域网的拓扑结构和传输介质,局域网是共享介质的广播式分组交换网。在局域网中，所有的计算机都连接到共享的传输介质上，任何计算机发出的数据包都会被其他计算机接收到。由于局域网是共享介质的通信系统，所以共享介质的信道分配技术是局域网的核心技术，而这一技术又与网络的拓扑结构和传输介质相关。拓扑结构和传输介质决定了各种局域网的数据类型、数据传输速率、通信效率等特点，也决定了局域网的应用。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,局域网常见的拓扑结构如图6-1所示：,图6-1 局域网的拓扑,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.1.2 局域网的工作模式,1对等式

3、对等式（Peer-to-Peer）网络就是在一个网络中不需要专用的服务器，每一台接入网络的计算机既是服务器也是工作站台，拥有绝对的自主权。同时，不同的计算机之间可以实现互访，进行文件的交换和资源共享。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,对等网具有以下的优点： 组建和维护容易； 不需要专用的服务器； 可实现低价格组网； 使用简单。 对等网具有以下的缺点： 数据的保密性差； 文件的存放分散。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,2专用服务器结构 专用服务器（Server-Based）结构的特点是网络中必须有一台专用文件服务器，而且所有的工作站都必须以服务器为中心，工作站与工作

4、站之间无法直接进行通信。当工作站之间进行通信时，需要通过服务器作为中介，工作站端进行文件读取和数据传输时都需要服务器的参与。NetWare网络操作系统是工作于专用服务器结构的代表。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,专用服务器结构具有以下的优点： 数据的保密性很强； 可以严格地对每一个工作站用户设置访问权限； 可靠性强。 专用服务器结构存在以下的缺点： 网络工作效率较低； 工作站上软硬件资源无法实现共享； 网络的安装和维护较困难。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,3主从式结构 主从式（Client/Server）结构是继专用服务器结构之后产生和发展起来的。主从式结构解

5、决了专用服务器结构中存在的不足，客户端既可以与服务器端进行通信，同时客户端之间也可进行直接对话，而不需要服务器的中介和参与。Windows NT Server、Windows 2000 Server、Windows Server 2003网络操作系统是工作于主从式结构网络中的典型代表。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,主从式结构具有以下的优点： 可以有效地利用各工作站端的资源； 可以减少服务器上的工作量； 网络的工作效率较高。 主从式结构具有以下的缺点： 对工作站的管理较为困难； 数据的安全性低于专用服务器结构。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.2 局域网体系结

6、构,6.2.1 IEEE 802参考模型 6.2.2 IEEE 802标准的内容 6.2.3 逻辑链路控制（LLC）子层 6.2.4 介质访问控制（MAC）子层,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.2.1 IEEE 802参考模型,在OSI参考模型中，局域网的相关标准和规范由最低两层（物理层和数据链路层）来定义。同时，IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会）于1980年2月专门成立了IEEE 802委员会，专门制定局域网的国际标准，即著名的IEEE 802参考模型。目前，许多IEEE 80

7、2标准已成为ISO的国际标准。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,由于局域网是一个采用广播方式的分组网络，所以在局域网中不需要网络层的路由功能。所以，在IEEE 802标准中网络层简化成了上层协议的服务访问点（Service Access Point，SAP）。 另外，由于局域网使用多种传输介质，而每一种介质访问协议又与传输介质和拓扑结构相关。为了简化局域网中数据链路层的功能划分，所以IEEE 802标准把数据链路层划分为介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层和逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层，同时SAP则位于LLC

8、子层与高层的交界面上，如图6-2所示。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,图6-2 OSI参考模型与IEEE 802参考模型之间的对应关系,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,LLC帧与MAC帧之间的关系如图6-3所示。,图6-3 LLC帧与MAC帧之间的关系,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.2.2 IEEE 802标准的内容, IEEE 802.2 定义了LLC子层协议； IEEE 802.3 定义了总线型网络的介质访问控制协议CSMA/CD及物理层技术规范； IEEE 802.4 定义了令牌总线（Token Bus）网络MAC子层协议及物理层技术规范

9、； IEEE 802.5 定义了令牌环（Token Ring）网络MAC子层协议及物理层技术规范； IEEE 802.6 定义了城域网（MAN）的MAC子层协议及物理层技术规范；,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网, IEEE 802.7 定义了宽带网络技术，为其他分委员会提供宽带网络技术建议； IEEE 802.8 定义了光纤网络技术，为其他分委员会提供光纤网络技术建议； IEEE 802.9 定义了语音及数据综合局域网（IVD LAN）的MAC子层协议及物理层技术规范； IEEE 802.10 定义了局域网安全技术规范； IEEE 802.11 定义了无线局域网技术的MAC子层协

10、议及物理层技术规范； IEEE 802.12 定义了100VG-Any LAN局域网的MAC子层协议。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,在以上标准中，目前得到广泛应用的标准如图6-4所示。,图6-4 已得到应用的IEEE 802标准,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.2.3 逻辑链路控制（LLC）子层,1 SAP的功能 在计算机网络的一个主机上，可能同时存在多个进程与另一个或多个主机的不同进程进行通信。为解决不同进程之间的通信问题，在LLC子层上边界处设置了多个服务访问点（SAP）。如图6-5所示。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,图6-5 局域网通

11、信中的MAC地址与SAP地址,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,2 LLC子层提供的服务 由于LLC子层对MAC子层是透明的，所以它主要是向上提供服务。LLC子层向上主要提供三种操作类型的服务： 操作类型1（即LLC1）：不确认无连接服务。 操作类型2（即LLC2）：连接服务。 操作类型3（即LLC3）：确认无连接服务。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,3 LLC子层的帧结构 IEEE 802.2标准中确定了LLC子层的规范。这个标准与HDLC是兼容的，但是由于HDLC的标志和填充技术不适合于局域网，所以LLC子层没有标志字段和帧检验序列字段。在局域网中，帧校验序列由

12、MAC子层实现，与LLC子层无关。这样，LLC子层的帧格式由4个字段组成，分别目的服务访问点DSAP字段、源服务访问点SSAP字段、控制字段和数据字段，其中前三个字段的结构如图6-6所示。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,图6-6 LLC帧结构,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.2.4 介质访问控制（MAC）子层,IEEE 802局域网标准中，曾建议使用可以由网络管理员进行自由分配的16位的MAC地址，这样共有6万多个地址，这在一般的局网中已经足够用了。但是，随着局域网的迅速发展，要求实现不同局域网之间的数据共享和信息交换，而且要求每个设备的MAC地址已被固化在其

13、中，不需要网络管理员来分配，这就是48位的MAC地址。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,目前对全球的局域网地址进行统一管理的法定机构是IEEE，它负责向设备制造商分配前3个字节的地址，后面3个字节的地址由设备制造商自行进行分配，其中前3个字节称为地址块。另外，IEEE还规定6个字节中第1个字节的最低位为I/G位，当该位为0时表示单个地址，当该位为1时表示组地址。这样一来，IEEE实际只分配了前3个字节的23位，使每个地址块分别可以产生224个单个地址和组地址。同时，IEEE还考虑到某些设备制造商可能不会购买地址块，所以将地址块中第1字节I/G位后面的一位定为G/L位，当该位为1时

14、表示是全局管理地址，即由设备制造商购买后所得到的地址，而当该位为0时表示局部管理地址，这时用户可以任意分配网络上的地址。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.3 IEEE 802.3标准系列和以太网,6.3.1 IEEE 802.3标准与10Mbit/s以太网 6.3.2 IEEE 802.3u和IEEE 802.12标准与100Mbit/s以太网 6.3.3 IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab标准与1000Mbit/s以太网 6.3.4 IEEE 802.3ae标准与10Gbit/s以太网,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,6.3.1 IEEE 802

15、.3标准与10Mbit/s以太网,以太网（Ethernet）是在20世纪70年代中期由Xerox（施乐）公司Palo Alto 研究中心推出的。由于相关介质技术的发展，Xerox可以将许多机器相互连接。这就是以太网的原型。后来，Xerox公司推出了带宽为2 Mbit/s的以太网，又与Intel和DEC公司合作推出了带宽为10Mbit/s的以太网，这就是通常所称的以太网或以太网DIX（Digital，Intel和Xerox），有时也写成DIX Ethernet V2。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,IEEE（国际电器和电子工程师协会）成立后，制定了以太网介质的标准。其中，IEEE

16、802.3与Intel、Digital和Xerox推出的DIX Ethernet V2非常相似，两者都使用CSMA/CD协议，但两者之间略有不同。目前，DIX Ethernet V2标准在美国还有应用，但在全球应用最为广泛的还是IEEE 802.3标准。由于IEEE 802.3标准应用较为广播，所以经常也将IEEE 802.3标准与以太网等同起来。当然这种等同是不严谨的。,2019年6月30日星期日,计算机网络局域网,1 IEEE 802.3帧结构 IEEE 802.3的帧结构如图6-7所示，其中各字段的功能分别如下：,图6-7 IEEE 802.3帧结构,IEEE 802.3以太网中，有效的MAC帧的大小在651518之间。当帧的大小不在此范围内，或帧的大小不是整数个字节时，接收端便认为该帧是错误帧和无效帧。MAC子层不会将错误帧或无效帧上交给LLC子层进行处理，但会通知上层的网络管理软件。,2019年6月30日星期日,