计算机网络课件：第4章 局域网基础

2022/9/61第第4章章 局域网基础局域网基础 4-1 局域网概述局域网概述4-2 共享介共享介质局域网局域网4-3 交交换式局域网式局域网4-4 以太网以太网4-5 局域网局域网连网网设备4-6 虚虚拟局域网局域网应用层应用层传输层传输层网际层网际层网络接口层网络接口层通通 信信 子子 网网TCP/IP2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 24-1 局域网概述局域网概述4-1-1 局域网的技局域网的技术特点特点4-1-2 IEEE802参考模型参考模型4-1-3 IEEE802协议2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 34-1 局域网概述局域网概述4-1-1 局域网的技局域网的技术特点特点1.覆盖的覆盖的地理范地理范围有限有限，便于，便于组建、建、维护和和发展；展；2.传输速率高、速率高、误码率低，具有率低，具有较高高质量的数据量的数据传输环境；境；3.决定局域网性能的主要技决定局域网性能的主要技术为网网络拓扑拓扑结构构、传输介介质和和介介质访问控制方法控制方法；4.网网络拓扑拓扑结构主要采用构主要采用总线型、型、环型和星型拓扑型和星型拓扑结构构以及以及扩展的星型展的星型结构；构；5.传输介介质采用双采用双绞线、同、同轴电缆、光、光纤和和电磁波；磁波；6.分分为共享介共享介质式局域网和交式局域网和交换式局域网两式局域网两类。2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 44-1-2 IEEE802参考模型参考模型4-1 局域网概述局域网概述Medium Access Control Sub-layer：成：成帧，帧寻址、址、识别和校和校验等等Logical Link Control Sub-layer：提：提供无供无连接和面向接和面向连接服接服务IEEE802.2IEEE802.3xIEEE8022022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 54-1-3 IEEE802协议4-1 局域网概述局域网概述lIEEE802.1 体系体系结构、构、寻址、网址、网络互互联、网、网络管理与性能管理与性能测试lIEEE802.2 逻辑链路控制（路控制（LLC）lIEEE802.3 CSMA/CD介介质访问控制和物理控制和物理层规范范lIEEE802.4 令牌令牌总线介介质访问控制和物理控制和物理层规范范lIEEE802.5 令牌令牌环介介质访问控制和物理控制和物理层规范范lIEEE802.11 无无线局域网局域网访问控制和物理控制和物理层规范范 lIEEE802.22 无无线地域网地域网访问控制和物理控制和物理层规范范2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 64-2 共享介质局域网共享介质局域网l关关键问题：分配信道的使用：分配信道的使用权4-2-1 争用争用协议4-2-2 令牌令牌环介介质访问控制技控制技术4-2-3 令牌令牌总线访问控制技控制技术2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 71.ALOHA 任何用任何用户站有数据站有数据帧就可以就可以发送，如果送，如果发现冲突，冲突，则冲冲突的站都分突的站都分别重重发。2.分槽分槽ALOHA 将通道上的将通道上的时间分割成分割成长度度与一个数据与一个数据帧传输所需所需时间相等的相等的时间片（分槽），各片（分槽），各个站要个站要发送数据送数据帧必必须在在时间片的起始片的起始时间，即分槽，即分槽处开始。开始。4-2-1 争用协议争用协议2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 84-2-1 争用协议争用协议3.CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）1972年由年由Robert Metcalfe提出，以太网因此诞生。提出，以太网因此诞生。Robert Metcalfe以太网之父，以太网之父，3Com公司公司创始人始人梅特卡夫定律：梅特卡夫定律：网网络的价的价值随着用随着用户数量的数量的平方数增加而增加平方数增加而增加2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 94-2-1 争用协议争用协议3.CSMA/CD（1）CSMA 每个站在发送数据前监听，每个站在发送数据前监听，如果信道空闲则发送数据；如果信道空闲则发送数据；如果信道忙就先不发送，如果信道忙就先不发送，等待一段时间后再监听。等待一段时间后再监听。IEEE802.32022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 104-2-1 争用协议争用协议3.CSMA/CD（2）CD 发送数据帧的站点边发送数据边监听信道，监发送数据帧的站点边发送数据边监听信道，监听到发生冲突，立即停止发送。听到发生冲突，立即停止发送。2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 114-2-1 争用协议争用协议3.CSMA/CD（3）CSMA/CD二二进制指数退避算法制指数退避算法2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 124-2-1 争用协议争用协议3.CSMA/CD（3）CSMA/CD 二二进制指数退避算法制指数退避算法第第1次冲突，等待次冲突，等待021-1个个时间片。片。第第2次冲突，等待次冲突，等待022-1个个时间片。片。第第n次冲突，次冲突，n10，等待，等待02n 1个个时间片；片；n10，等待，等待0210个个时间片。片。冲突的次数达到第冲突的次数达到第16次，放弃次，放弃该数据数据帧的的发送。送。2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 134-2-1 争用协议争用协议（4）CSMA/CD小小结 只能减少冲突，不能避免冲突只能减少冲突，不能避免冲突2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 141.令牌令牌环（Token Ring）的）的组成成（1）采用同）采用同轴电缆：使用：使用T型型连接器、接器、BNC头等等连 接件将同接件将同轴电缆与网与网络接口卡相接口卡相连。（2）采用双）采用双绞线：使用令牌：使用令牌环集集线器、器、RJ-45等等连 接件与网接件与网络接口卡相接口卡相连，构成物理上的，构成物理上的环型网。型网。4-2-2 令牌环介质访问控制技术令牌环介质访问控制技术IEEE802.52022/9/6154-2-2 令牌环介质访问控制技术令牌环介质访问控制技术1.令牌环的组成令牌环的组成 令牌令牌环网（同网（同轴电缆）令牌令牌环网（双网（双绞线）令 牌 环 集 线 器162.令牌令牌帧和数据和数据帧的格式的格式（1）令牌）令牌帧格式格式（2）数据数据帧格式格式 1 1 1 2或或6 2或或6 05000 4 1 1 字字节4-2-2 令牌环介质访问控制技术令牌环介质访问控制技术JK0JK000 PPPTMRRR 帧控制控制 JK1JK1IE 帧状状态 T=0，Token Frame T=1，Data Frame2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 173.令牌环介质访问控制的操作过程令牌环介质访问控制的操作过程4-2-2 令牌环介质访问控制技术令牌环介质访问控制技术例：例：AC将空令牌置忙，并将数将空令牌置忙，并将数据帧发送到环上据帧发送到环上2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 184-2-2 令牌环介质访问控制技术令牌环介质访问控制技术4.令牌令牌环的的维护 由由监监控站完成控站完成2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 191.令牌令牌总线（Token Bus）局域网的）局域网的组成成 物理拓扑：物理拓扑：总线型型 逻辑拓扑：拓扑：环型型4-2-3 令牌总线访问控制技术令牌总线访问控制技术IEEE802.46号站点请回答255号站点请回答1号站点请回答1号站点是我的后继我是1号站点5号站点是我的前驱2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 202.令牌令牌总线局域网的局域网的帧格式格式4-2-3 令牌总线访问控制技术令牌总线访问控制技术无无单独令牌独令牌帧同步同步4-3 交换式局域网交换式局域网l交换式局域网的核心设备交换式局域网的核心设备是是局域网交换机局域网交换机。1.交换机的交换机的工作过程工作过程（1）无通信时，）无通信时，所有端口都不所有端口都不连通；连通；（2）当站点需要通信时，交换当站点需要通信时，交换机才连通机才连通相应相应端口端口。使每一对使每一对相互通信的站点都能像独占通相互通信的站点都能像独占通信信道那样，进行无冲突地传信信道那样，进行无冲突地传输数据，即每个站点都能独享输数据，即每个站点都能独享信道速率；信道速率；（3）通信完成后通信完成后即即断开连接断开连接。交换式网络技术交换式网络技术可以可以提高提高网络效率、减少拥塞网络效率、减少拥塞4-3 交换式局域网交换式局域网l目前目前交交换式式局域网主要是局域网主要是交交换式以太网式以太网。2.交交换式以太网的式以太网的优点点（1）保留）保留现有以太网的基有以太网的基础设施，只需将共享式施，只需将共享式Hub改改为交交换机机；（2）在）在维持持现有有设备不不变的情况下，以太网交的情况下，以太网交换机有着广机有着广泛的泛的应用；用；（3）可在高速与低速网可在高速与低速网络间转换，实现不同网不同网络的的协同；同；（4）可工作在全双工模式下，可工作在全双工模式下，实现无冲突的通信；无冲突的通信；（5）提供多个通道，比共享式集提供多个通道，比共享式集线器提供更多的器提供更多的带宽；（6）独占通道，无冲突的数据独占通道，无冲突的数据传输，网，网络性能不会因性能不会因为通通信量和用信量和用户数的增加而降低。数的增加而降低。2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 234-4 以太网以太网4-4-1 IEEE802.3帧格式格式4-4-2 IEEE802.3物理物理层标准准4-4-3 IEEE802三种三种协议的比的比较4-4-4 高速以太网高速以太网2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 244-4-1 IEEE802.3帧格式帧格式1IEEE802.3的帧格式的帧格式（1）前）前导：7字字节，“10101010”，曼，曼彻斯特斯特编码方波，同步；方波，同步；（2）开始）开始标志：志：1字字节，“10101011”，帧开始；开始；（3）长度：度：2字字节，数据字段的字，数据字段的字节数；数；（4）填充字段：）填充字段：IEEE802.3规定定最小最小帧长为64字字节，如不足由，如不足由 填充字段填充字段补充；充；（5）校）校验和：和：4字字节。2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 254-4-1 IEEE802.3帧格式帧格式2无效的无效的帧 IEEE802.3标准准规定，凡出定，凡出现下列情况之一的下列情况之一的帧都属于无效的都属于无效的帧，并将其，并将其丢弃。弃。（1）帧的的长度与度与长度字度字节给出的出的值不一致；不一致；（2）帧的的长度小于度小于规定的最短定的最短长度；度；（3）帧的的长度不是整数字度不是整数字节；（4）接收到的接收到的帧的校的校验和出和出错。2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 264-4-2 IEEE802.3物理层标准物理层标准5-4-3规则4-4-3 IEEE802三种协议的比较三种协议的比较1.优缺点比较优缺点比较Token RingToken BusCSMA/CD2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 284-4-3 IEEE802三种协议的比较三种协议的比较23种种协议帧格式比格式比较2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 294-4-4 高速以太网高速以太网1.100BASE-T以太网以太网（1）协议：IEEE802.3物理物理层：IEEE802.3-TMAC子子层：CSMA/CD（2）类型型100BASE-TX100BASE-T4100BASE-FX支持多种支持多种传输介介质减少网减少网络距离距离2022/9/6第第4章章 局域网基础局域网基础 304-4-4 高速以太网高速以太网2.千兆位以太网千兆位以太网（1）协议1000BA