数据通信与网络技术PPT课件(共10章)第4章-计算机局域网

第第4章章局域网技术局域网技术2本章介绍的具体内容本章介绍的具体内容局域网的局域网的定义和特点定义和特点局域网的局域网的组成组成局域网局域网协议及模型协议及模型典型的典型的局域网协议标准局域网协议标准常用的常用的局域网技术局域网技术IPv4地址与子网划分地址与子网划分IPv634.1 局域网概述局域网概述局域网发展于局域网发展于20世纪世纪70年代，个人计算机的增多推动年代，个人计算机的增多推动了局域网的发展。了局域网的发展。1975年美国施乐年美国施乐(Xerox)推出的以太网成为了局域网标推出的以太网成为了局域网标准。准。1982年修订推出了年修订推出了DIXEthernetV2是世界上第是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约一个局域网产品（以太网）的规约IEEE的的802.3标准。标准。DIXEthernetV2标准与标准与IEEE的的802.3标准只有很小标准只有很小的差别，因此可以将的差别，因此可以将802.3局域网简称为局域网简称为“以太网以太网”。严格说来，严格说来，“以太网以太网”应当是指符合应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网标准的局域网44.1.1 局域网概述局域网概述定义定义：局域网是将：局域网是将较小区域较小区域内的各种通信设备互内的各种通信设备互连在一起的通信网络。连在一起的通信网络。局域网的局域网的三个属性三个属性：（1）局域网是一个通信网络局域网是一个通信网络（2）通信设备通信设备：计算机、终端等：计算机、终端等（3）较小区域较小区域：可以是一个建筑物内：可以是一个建筑物内问题：一个校园网是吗？问题：一个校园网是吗？54.1.2 局域网的特点局域网的特点1、局域网的典型特性：、局域网的典型特性：（1）高数据速率高数据速率（10Mbps10000Mbps）（2）范围小范围小（0.1km25km）（3）低误码率低误码率（10-810-11）64.1.2 局域网的特点局域网的特点2、局域网的优点：、局域网的优点：(1)组网方便组网方便(2)使用灵活使用灵活(3)信号传输信号传输速度快速度快(4)网络建设费用低网络建设费用低(5)适合于中小单位的计算机适合于中小单位的计算机联网联网71 按组网方式分类按组网方式分类对等网络对等网络客户端客户端/服务器服务器4.1.3 局域网的分类局域网的分类82 按介质访问控制方式分类按介质访问控制方式分类4.1.3 局域网的分类局域网的分类（1）以太网 采用载波监听多路访问/冲突检测介质访问控制方法，通过“监听”和“重传”来解决数据发送和接收中的冲突问题。（2）令牌网 采用“令牌”来让各个结点获得数据发送权，避免数据传输的冲突。93 按网络传输技术分类按网络传输技术分类4.1.3 局域网的分类局域网的分类（1）基带局域网 采用数字信号基带传输技术的局域网，基带信号占据了传输线路的整个频率范围，并且信号具有双向传输的特征。（2）宽带局域网 采用模拟信号频带信号传输技术的局域网，通过频分多路复用技术，使得一条信道可同时传输多路模拟信号。由于宽带传输是单向的，因此在宽带局域网中的信号只能沿某个方向进行传输。104.2 局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法1、局域网参考模型、局域网参考模型11为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：两个子层：逻辑链路控制逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层子层媒体接入控制媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层。子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，子层，而而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对协议的局域网对LLC子层来说都是透明的子层来说都是透明的4.2 局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法12局域网对局域网对 LLC 子层子层是透明的是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2LLC LLC 子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网13IEEE802局域网参考模型各层功能局域网参考模型各层功能 物理层功能：物理连接以及媒体上的物理层功能：物理连接以及媒体上的传输数据传输数据。MAC的主要功能：的主要功能：1、将上层交下来的、将上层交下来的数据封装成帧数据封装成帧进行发送进行发送（接收时进行相反的过程，将帧拆卸）（接收时进行相反的过程，将帧拆卸）2、处理、处理介质争用介质争用问题问题3、差错检测差错检测4、实现帧的、实现帧的寻址寻址14IEEE802局域网参考模型各层功能局域网参考模型各层功能 LLC的主要功能：的主要功能：1、建立和释放数据链路层的、建立和释放数据链路层的逻辑连接逻辑连接2、提供与高层的、提供与高层的接口接口3、差错控制差错控制4、给帧加上、给帧加上序号序号提供提供面向连接面向连接和和面向无连接面向无连接的服务的服务152.局域网局域网IEEE802协议标准系列协议标准系列 IEEE802.1-网间互联定义；网间互联定义；IEEE802.2-逻辑链路控制协议（逻辑链路控制协议（LLC）；）；IEEE802.3-载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检冲突检测测IEEE802.4-令牌总线令牌总线（Token-Bus）IEEE802.5-令牌环令牌环（Token-Ring）IEEE802.6-城域网访问方法和物理层规范城域网访问方法和物理层规范16介质访问控制是解决当局域网中公用信道的使介质访问控制是解决当局域网中公用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。局域用产生竞争时，如何分配信道的使用权。局域网中主要有两种介质访问控制方法：网中主要有两种介质访问控制方法：1）随机型介质访问控制协议，如）随机型介质访问控制协议，如CSMA/CD2）由于的访问控制协议，如）由于的访问控制协议，如令牌方式令牌方式4.2 局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法17以太网（以太网（Ethernet）的工作原理）的工作原理载波侦听多路访问载波侦听多路访问(CSMA)1）站点发送首先监听）站点发送首先监听2）若介质空闲则发送）若介质空闲则发送3）若介质忙，则等待一定时间间隔后重试）若介质忙，则等待一定时间间隔后重试4.2 局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法18IEEE802.3标准标准三种推迟算法：三种推迟算法：1-坚持型坚持型：始终监听，空闲发送数据：始终监听，空闲发送数据非坚持型非坚持型：随机监听，空闲发送数据：随机监听，空闲发送数据P-坚持型坚持型：随机监听，：随机监听，p概率发送数据概率发送数据是不是有是不是有CSMA机制就能避免冲突了呢？机制就能避免冲突了呢？19CSMA/CD:载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测冲突检测CSMA/CD的发送流程可以概括为：的发送流程可以概括为：先听后发先听后发边听边发边听边发冲突停止冲突停止延迟重发延迟重发结点结点B B结点结点A A结点结点C C结点结点D D结点结点E EEthernetEthernet4.2.2 载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测20CSMA/CD的特点的特点（1）共享媒体共享媒体，任何时刻只有一个结点在发信息，任何时刻只有一个结点在发信息（2）竞争竞争，各结点抢占对共享媒体的访问权，各结点抢占对共享媒体的访问权（3）轻负载时，）轻负载时，效率效率较高较高（4）重）重负载负载时，冲突概率加大，效率低时，冲突概率加大，效率低（5）难以测定等待时间难以测定等待时间，不适合实时传输，不适合实时传输214.2.3 令牌环的工作原理令牌环的工作原理 22令牌环网工作原理令牌环网工作原理具有特定格式的具有特定格式的令牌帧令牌帧绕环行使；绕环行使；希望发送信息的结点将数据组成希望发送信息的结点将数据组成MAC帧，并帧，并仅在获得仅在获得令牌令牌之后，才可进行发送动作；之后，才可进行发送动作；每个结点均执行环内数据的转发；每个结点均执行环内数据的转发；只有只有接收结接收结点进行数据帧的点进行数据帧的复制和接收复制和接收；发送数据的结点在收到发送数据的结点在收到绕环一周绕环一周的帧后，撤出的帧后，撤出该帧并释放令牌。该帧并释放令牌。234.2.4 令牌总线的工作原理令牌总线的工作原理 24工作原理工作原理在总线的基础上，通过在网络结点之间在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地有序地传递令牌来分配各结点对共享型总线的访问权传递令牌来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成利，形成闭合逻辑环路闭合逻辑环路。abcded,c,ac,e,ba,b,ce,a,db,d,e254.3 以太网组网技术以太网组网技术 数据率（数据率（Mbps）基带信号基带信号(采用采用曼彻斯特编码曼彻斯特编码基带传输基带传输)段最大长度（百米）段最大长度（百米）10Base-5264.3.1 传统以太网传统以太网(Ethernet)1.10Base5 粗缆粗缆vampire tapBNC端子端子收发器收发器AUI 电缆电缆NIC最大段长度 500米每段最多站点数 100网络最大跨度网络最大跨度 2.5公里公里 2710Mbps以太网的中继规则以太网的中继规则 在在10Mbps的以太网中，使用的以太网中，使用5-4-3的规则：的规则：总共允许有总共允许有5个网段个网段；在信道上只允许连接在信道上只允许连接4个转发器个转发器；可以有可以有3个网段个网段连接客户机；连接客户机；282.10Base2细缆细缆BNC 接头接头NIC段最大长度 185m每段最多站点数 30单单网网段段最最大大长长度度为为185米米，最最多多节节点点30个个两两节节点点之之间间最最小小距距离离0.5米米2个个网网段段的的距距离离为为370米米293.10BaseT集线器的作用相当于一个多端口的中继器（转集线器的作用相当于一个多端口的中继器（转发器），数据从发器），数据从集线器集线器的一个端口进入后，集的一个端口进入后，集线器会将这些数据从其他所有端口线器会将这些数据从其他所有端口广播广播出去。出去。NIC最大长度 100m304.3.2 高速局域网高速局域网背景背景工作站的工作站的处理能力处理能力增强增强各种各种应用的功能应用的功能越来越强越来越强服务器的服务器的集中化集中化文件文件的大小日益增加的大小日益增加网络用户和工作站网络用户和工作站数目数目的日益增加的日益增加311 高速以太网高速以太网100BASE-T高速以太网高速以太网。100BASE-T的标准为的标准为802.3u，作为作为802.3的补充的补充100BASE-T要求要求星型星型布线结构布线结构100Base-T的四种标准：的四种标准：100Base-TX：支持：支持2对五类（对五类（UTP）100Base-T4：支持：支持4对对UTP100Base-T2:支持支持2对对UTP100Base-FX：多模或单模：多模或单模光纤光纤32高速以太网的应用高速以太网的应用 使用使用非屏蔽非屏蔽5类双绞线类双绞线以星型连接的方式连接以以星型连接的方式连接以太网节点（工作站和服务器）太网节点（工作站和服务器）交换机交换机100Base-TX集线器100Base-TX集线器100Mbps的链路采用5类UTP的100Mbps链路10Base-T集线器10Mbps的链路332 千兆以太网千兆以太网千兆以太网产生的背景千兆以太网产生的背景千兆以太网保留传统的千兆以太网保留传统的1000Base-T的所有特征的所有特征GigabitEthernet标准的工作是从标准的工作是从1995年开始年开始341000M交换机交换机交换机100M交换机交换机1000M1000M100M100M10M交换机交换机10M服务器服务器2 千兆以太网千兆以太网354.3.3 虚拟局域网虚拟局域网（V