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1、第4章 局域网技术, 主要内容,局域网的特点 局域网的传输媒体 局域网的拓扑结构 局域网的参考模型 局域网的协议数据单元封装形式 局域网的LLC子层及MAC子层 局域网的标准 介质访问技术 常见的以太网技术 令牌环技术 FDDI技术 办公室局域网组网实例,4.1 局域网概述,4.1.1 局域网的特点： 局域网的定义为：“局域网中的通信被限制在中等规模的地理范围内，例如一栋办公楼、一座工厂或一所学校；能够使用具有中等或较高数据速率的物理信道，且具有较低的误码率，局域网是专用的，由单一组织机构所使用”。 简单来说，局域网就是指分布地理范围在几公里以内的计算机网络。,4.1 局域网概述,4.1.1
2、局域网的特点： 决定局域网特性主要有三个方面：传输介质；拓扑结构；介质访问控制方法。 一般来说，局域网有如下特点： 1地理分布范围小，计算机数量有限，为某个单位、公司、家庭所拥有。 2数据传输率高（一般为11000Mb/s），误码率低（一般在10-810-11以下）。 3常用的介质访问控制方式是CSMA/CD，采用共享总线方式的广播型通信。 4局域网中各台计算机在网络中的地位平等。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 1同轴电缆 同轴电缆仍广泛应用于计算机网络中，但是在新的网络中却很少使用，近年来，它已经逐渐被双绞线和光纤所代替。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒
3、体： 1同轴电缆 （1）物理性能 同轴电缆由两部分导体组成。内导体由实心导线组成；外部导体用做屏蔽层，通常接地。在这两部分导体之间是一个塑料绝缘层。电缆外面是一层塑料外壳。单根的直径为1.02cm2.54cm，可在较宽的频率范围内工作。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 1同轴电缆 （2）传输方式 同轴电缆通常分成两类：基带传输同轴电缆（阻抗为50欧姆，分为粗缆和细缆）和宽带同轴电缆（阻抗为75欧姆）。在基带电缆中，信号不用进行调制，数字信号占据了电缆的整个带宽，任一时刻基带电缆上都只有一个工作信道；在宽带电缆中，单根电缆上可以同时有多个工作信道。因此，基带电缆仅用于数字传输
4、（直接传输数字信号），宽带电缆既可以用于数字传输，又可以用于模拟信号的传输（频分多路复用）。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 1同轴电缆 （3）传输距离 传输距离取决于传输的形式和传输的速率，典型基带电缆的最大距离限制在几km，在同样的数据速率下，粗缆的传输距离较细缆长。宽带电缆传输距离可以达到几十km。 （4）连通性 同轴电缆适用于点到点连接和多点连接。基带50欧姆电缆每段可支持几百台设备，在大型系统中还可以使用中继器把各段连接起来。宽带75欧姆电缆可以支持数千台设备。 （5）抗干扰性 同轴电缆的抗干扰性能比双绞线强。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体：
5、1同轴电缆 （6）价格 安装同轴电缆的费用比双绞线贵，但比光纤便宜。 （7）安装因素和安全性 安装同轴电缆比双绞线困难得多。因此，现在同轴电缆在计算机网络中用得越来越少。从同轴电缆系统中截取和窃听来自远端的信号是很困难的，任何对同轴电缆总线进行窃听的行为都会破坏或干扰网络数据流。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 2双绞线 所谓双绞线，就是由两根绝缘的导线绞合在一起形成的电缆。由于线对绞合在一起，可以减少整个电缆长度内的噪声和邻近干扰。含有网状或金属箔静电防护层的双绞线（屏蔽双绞线），更进一步增强介质的抗噪声性能。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 2双绞线
6、 （1）物理特性 双绞线通常由48根导线组成。基于布线的需要，通常将25对双绞线合并在一起，从而组成多对双绞线电缆。双绞线分为UTP（非屏蔽双绞线）和STP（屏蔽双绞线）两种。UTP是局域网组网中最常用的通信介质 在目前的局域网中，主要使用3类、4类、5类和超5类UTP双绞线。3类线常用于10Mbps网络，而5类和超5类线常用于100Mbps的网络。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 2双绞线 （2）传输方式 双绞线即可用于传输模拟信号，也可用于传输数字信号。但是，通常都作为传输数字信号的介质。 双绞线在局域网内的标准主要有10Base-T、100Base-T和千兆网络。可以
7、提供从10Mb/s、100Mb/s到1000Mb/s的数据传输率。 （3）传输距离 在不用中继器的情况下，双绞线的安装通常限制在每段100m以内。使用中继器来补偿信号衰减，则可以延长线路、扩大局域网的范围。然而，网段长度的增加会使数据传输率下降。数据传输率越高，传输距离越短。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 2双绞线 （4）双绞线的连通性 双绞线通常用于点到点的环境中，但也可以用于多点连接。作为一种多点媒体，双绞线比同轴电缆的价格低，但性能差，而且只能支持很少的几个节点，因此普遍用于点到点的连接。 （5）抗干扰性 在低频的情况下，双绞线的抗噪声性能最差。它既产生噪声又吸收噪
8、声，并且对电磁干扰和射频干扰都很敏感。在超过10KHz100KHz时，同轴电缆比双绞线优越。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 2双绞线 （6）价格 双绞线比同轴电缆和光纤都要便宜得多。 （7）安装因素和安全性 双绞线安装很方便，大多数情况下将双绞线从桌面系统连接到中心配线室。双绞线电缆两端通常采用RJ-45连接器，这使得它很容易和网络设备连接在一起。在常见的局域网介质中，双绞线的安全性最差。这是由于它不具有屏蔽特性，而且它很容易插入正在进行信号广播的UTP集线器。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 3光纤 光纤是光导纤维的简称，是一种可以传输调制的光信号的
9、网络介质。光纤内的信号传输是通过在玻璃纤维或塑料纤维内传送已进行信号编码的光束来实现的。每一根光纤都有高折射的玻璃或塑料纤芯，纤芯外围是折射率较低的镀层材料，这个镀层的外面是加强的保护层。当光沿着纤芯传至纤芯和镀层交界处时，折射率的改变令光完全折回纤芯。这种现象称为光的全反射。每根光纤的光学镀层将光信号限制在各自的纤芯内，因此避免了串扰。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 3光纤 光纤的种类很多，最常用的有两种： 单模光纤：其纤芯直径极细，用激光来传送代表二进制信息的光信号。光子通过波导纤维时候仅有一条路径。 多模光纤：其纤芯直径较大，传送发光二极管（LED）产生的光信号。多
10、模光纤允许光沿着不同路径传输多路信号。其中每条路径都可以看作是一个传输的模。光子虽然具有相同的工作波长，但是根据首次出现反射的位置，光子可以经不同的路径通过波导纤维。 多条光纤组成光缆，光缆在玻璃纤维之间有钢或复合耐压材料，以便在光缆悬挂时提供支承力；还有些光缆含有耐拉材料，在拖拉光缆时光纤不会因为受力而断裂。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 3光纤 （1）物理特性 按波长范围来说，光纤主要分为三种：0.85um波长区(0.8-0.9um)、1.3um波长区(1.25-1.35um)和1.55um波长区(1.53-1.58um)。不同的波长范围光纤损失特性也不同，0.85u
11、m波长区为多模光纤通信使用，1.55um波长区为单模光纤通信使用，1.3um波长区中有单模光纤和多模光纤两种通信方式。 （2）传输方式 激光和发光二极管（LED）都可用做光源。LED主要用于多模光纤的数据传输；激光则是单模光纤的理想光源。在通常情况下，光纤的传输时是单向的，实现双向传输必须要有两根光纤。光纤的传输速率可以达到Gb/s级，而且，传输距离可以达到几十公里。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 3光纤 （3）传输距离 影响光纤的传输距离的因素有带宽、中继器的设置、单模光纤还是多模光纤。在不使用中继器的情况下，多模光纤可以传输510公里，保持100mb/s速率。单模光纤
12、在超过100公里的情况下能以200mb/s的速率传输。 （4）光纤的连通性 光纤普遍用于点到点的链路，总线拓扑的多点系统也在使用。目前，光纤主要作为网络信道的主干道来使用。 （5）抗干扰性 光纤不受电磁干扰或噪声影响，适宜在长距离内保持高速速率。,4.1 局域网概述,4.1.2 局域网的传输媒体： 3光纤 （6）价格 就每米的价格和所需要的发送器、接收器和连接部件来说，光纤比双绞线和同轴电缆都要贵，但是，随着光缆制造工艺的进一步成熟，相对于它的高传输率来说，它在价格上越来越有优势。 （7）安装因素和安全性 光纤在安装上具有很多优良的特性：重量轻；不存在导体间电短路的危险；光纤可以完全浸入水中而
13、不受影响。另外一方面，光纤很难正确地安装和端接，因为安装光纤需要专业化的安装以及安装后的大量测试。 一般来说，光纤很难被窃听，因此，可以防止大多数的入侵。,4.1 局域网概述,4.1.3 局域网的拓朴结构： 所谓拓扑，就是用一些简单的几何图形来表示复杂的形式结构。 拓扑学首先把实体的线路抽象成线，继而研究点、线、面之间的关系。 在计算机网络中引用拓扑结构的目的是利用它来表示网络传输介质的连接形式，即线路构成的几何形状。 在局域网中，通过网络中节点与节点或节点与通信线路之间的几何关系表达网络结构，可以反映局域网中各实体的结构关系。,4.1 局域网概述,4.1.3 局域网的拓朴结构： 所谓拓扑，就
14、是用一些简单的几何图形来表示复杂的形式结构。 拓扑学首先把实体的线路抽象成线，继而研究点、线、面之间的关系。 在计算机网络中引用拓扑结构的目的是利用它来表示网络传输介质的连接形式，即线路构成的几何形状。 在局域网中，通过网络中节点与节点或节点与通信线路之间的几何关系表达网络结构，可以反映局域网中各实体的结构关系。,4.1 局域网概述,4.1.3 局域网的拓朴结构： 局域网中常见的拓扑结构主要有星形、总线型、环形、树形、混合型及网状型拓扑。 1总线型拓扑结构,4.1 局域网概述,4.1.3 局域网的拓朴结构： 2环型拓扑结构,4.1 局域网概述,4.1.3 局域网的拓朴结构： 3星型拓扑结构,4
15、.1 局域网概述,4.1.3 局域网的拓朴结构： 4树型拓扑结构,4.1 局域网概述,4.1.3 局域网的拓朴结构： 5网状型拓扑结构,4.1 局域网概述,4.1.3 局域网的拓朴结构： 6混合型拓扑结构,4.2 局域网的体系结构,4.2.1 局域网的参考模型 在IEEE802的局域网系列标准中，定义了局域网的物理层和数据链路层两层内容。其中，数据链路层又分为逻辑链路控制子层LLC(Logical Link Control)和介质访问控制子层MAC(Medium Access Control)。,4.2 局域网的体系结构,4.2.1 局域网的参考模型 1物理层 对应于OSI参考模型的物理层，主
16、要处理在物理链路上发送、传递和接收非结构化的比特流，包括对带宽的频道分配、对基带信号的信号调制、物理链路的建立、维持和撤销，处理机械的、电气的、规程的和功能的特性。,4.2 局域网的体系结构,4.2.1 局域网的参考模型 2介质访问控制子层MAC MAC子层的主要功能是控制对传输介质的访问，MAC子层的内容与网络的具体拓扑方式以及物理层的传输介质类型有关，主要是介质的访问控制和对信道资源的分配。MAC子层还实现数据帧的寻址和识别，完成帧检测序列的产生和检验等等功能。,4.2 局域网的体系结构,4.2.1 局域网的参考模型 3逻辑链路控制子层LLC LLC子层可提供两种控制类型：面向连接的服务和非连接的服务。其中，面向连接服务能够提供可靠的信道。LLC子层提供的主要功能是数据帧的封装和拆除，为高层提供网络服务的逻辑接口，能够实现差错控制和流量控制。,4.2 局域网的体系结构,4.2.2 局域网的协议数据单元封装形式,4.2 局域网的体系结构,4.2.3 逻辑链路控制子层LLC 数据链路层中与媒体接入无关的部分都集中在
