第3章计算机局域网.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 计算机局域网,Local Area Network,，,LAN,3.1,局域网的概述,3.2,局域网模型和,IEEE802,标准,3.3,局域网访问控制方式,3.4 IEEE802.3,和以太网,3.5,高速以太网,3.6,无线局域网,3.7,虚拟局域网,1,本章要点,了解局域网的发展历史和定义,理解局域网的拓扑结构,理解局域网的传输介质的概述,掌握局域网模型和,IEEE802,标准,掌握局域网访问控制方式,掌握,IEEE802.3,和以太网,理解高速以太网,了解无线局域网,了解虚拟局域网,2,3.1,局域网的概述,3.1.1,计算机网络的分类,计算机网络的种类很多，通常是按照规模大小和延伸范围来分类的，可分为：,局域网：是指在,较小的地理范围,内（一般小于,10km,）由计算机、通信线路（一般为双绞线）和网络连接设备（一般为集线器和交换机）组成的网络。,城域网：是指在,一个城市范围,内（一般小于,100km,）由计算机、通信线路（包括有线介质和无线介质）和网络连接设备（一般为集线器、交换机和路由器等）组成的网络。,广域网：比城域网范围大，,由多个局域网或城域网组成的网络,。目前，已不能明确区分广域网和城域网，或者也可以说城域网的概念越来越模糊了，因为在实际应用中，已经很少有封闭在一个城市内的独立网络。因特网（,Internet,）是世界上最大的广域网。,3,3.1.2,局域网的发展历史,早期的,LAN,，用户对硬盘驱动器的共享访问是经过连到共享驱动器的计算机实现的。,在目前,LAN,中，磁盘服务器已经由文件服务器取代。,LAN,是通过将一组,PC,连接到指定为服务器的机器上来实现的,连接媒体可有多种,如同轴电缆等,4,3.1.3,局域网的定义及其特点,功能性定义,一组,台式计算机和其它设备,在物理地址上彼此相隔,不远,，以允许用户,相互通信和共享,诸如打印机和存储设备之类的计算资源的方式互连在一起的系统。,技术性定义,由特定类型的传输媒体,(,如电缆、光缆和无线媒体,),和网络适配器,(,亦称为网卡,),互连在一起的计算机,并受网络操作系统监控的网络系统。,5,局域网的特点,局域网是将,小范围,的通信设备连在一起的通信网。一般说来，局域网有以下特点：,1,）为一个单位所拥有，且,地理范围和站点数目均有限,；,2,）,较高的通信速率,。局域网的传输速率在每秒,10Mbps,的数量级以上，可达,Gbps,；,3,）,较低的时延和误码率,，一般为,10,-8,10,-11,；,4,）各站点为,平等关系,而不是主从关系；,5,）能支持简单的,点对点或多点通信,；,6,）支持,多种传输介质,。,6,一个工作在多用户系统下的小型计算机，也基本上可以完成局域网所能做的工作。二者相比，局域网具有如下的一些主要优点：,1,）,能方便共享,昂贵的外设、主机以及软件、数据，从一个站点访问全网；,2,）,便于系统的扩展和逐渐地演变,；,3,）提高了系统的,可靠性和可用性,；,4,）响应,速度较快,；,5,）各设备的,位置可灵活地调整和改变,，有利于数据 的处理和办公自动化。,7,3.1.4,局域网的拓扑结构,1.,星型拓扑结构,图,(a),为电话网的星型结构,图,(b),为目前使用,最普遍,的以太网,(Ethernet),星型结构,。,(a),电话网的星行结构,(b),以,Hub,为中心的结构,8,2.,环型拓扑结构,9,3.,总线型拓扑结构,图（,a,）是总线拓扑，如图（,b,）所示是带有中继器的总线拓扑。,（,b,）带有中继器的总线拓扑,（,a,）典型的总线拓扑结构,10,4.,拓扑结构的选择,（,1,）经济性,网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的费用。,（,2,）灵活性,灵活性以及可扩充性,也是选择网络拓扑结构时应充分重视的问题。,（,3,）可靠性,网络的可靠性是任何一个网络的生命。,11,3.1.5,局域网的基本组成,1.,服务器,2.,工作站,3.,网卡,4.,传输介质,5.,网络连接设备,12,3.1.6,传输介质的概述,双绞线,双绞线,TP,（,Twisted Pair,）是目前使用最广，价格相对便宜的一种传输介质。,（,b,）和屏蔽双绞线,（,a,）无屏蔽双绞线,13,同轴电缆,同轴电缆是局域网中最早使用的一种传输介质,同轴电缆构造图,14,光缆,光缆又称光纤，是由导光性极好的玻璃纤维或塑料制成,光缆构造图,单模与多模光纤,15,无线介质,无线传输技术是利用大气和外层空间作为传播的通路，但由于信号波谱和传输技术的不同，主要包括微波、卫星微波和红外等。各种传输介质对应的电磁波谱范围如下图所示。,16,17,3.2,局域网模型和,IEEE802,标准,3.2.1,局域网参考模型,局域网体系结构，,IEEE 802,标准诞生于,19,80,年,2,月，故称为,802,标准。,LAN,多采用,共享,信道的技术，所以常常不设立,单独的网络层,。局域网的体系结构一般仅包含,OSI,参考模型的,最低两层,：物理层和数据链路层，如图所示。,18,ISO,参考模型和局域网参考模型,19,2.,数据链路层,IEEE 802,标准把数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制（,Logical Link Control,，,LLC,）子层和介质访问控制（,Media Access Control,，,MAC,）子层,MAC,子层,MAC,子层为不同的物理介质定义了介质访问控制标准。,MAC,子层的另一个主要的功能是在发送数据时，将从上一层接收的数据,组装成带,MAC,地址和差错检测字段的数据帧,；在接收数据时,拆帧，并完成地址识别和差错检测,。,LLC,子层,LLC,子层的功能主要是,建立、维持和释放数据链路，,为,网络层,提供面向连接的或无连接的服务。另外，,LLC,子层还提供,差错控制、流量控制和发送顺序控制,等功能。,20,下面举一个,LLC,子层支持多路复用的例子：,21,3.2.2 IEEE802,标准,IEEE 802,委员会于,1980,年开始研究局域网标准，,IEEE,802,系列,标准之间的关系如图所示。,22,3.3,局域网访问控制方式,3.3.1,信道分配问题,1.,静态分配方法,所谓静态分配方法，也是传统的分配方法，它采用,频分多路复用或时分多路复用,的办法将单个信道划分后静态地分配给多个用户。,2.,动态分配方法,所谓动态分配方法就是动态地为每个用户站点,分配信道使用权,。动态分配方法通常有,3,种：,轮转、预约和争用。,23,3.3.2,介质访问控制方法,1.,带冲突检测的载波监听多路访问,CSMA/CD,CSMA/CD,（,Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,）是采用,争用,技术的一种介质访问控制方法。,CSMA/CD,通常用于,总线形拓扑结构和星形拓扑结构的局域网中。,24,CSMA/CD,工作原理,CSMA/CD,的可概括成四句话，即,先听后发，边发边听，冲突停止，随机延迟后重发,。,它的每个站点都能独立决定发送帧，若两个或多个站同时发送，即产生冲突。每个站都能判断是否有冲突发生，如冲突发生，则等待随机时间间隔后重发，以避免再次发生冲突。,25,2.,令牌环（,Token Ring,）访问控制,Token Ring,是令牌传输环（,Token Passing Ring,）的简写。令牌环介质访问控制方法，是通过在,环形网,上传输令牌的方式来实现对介质的访问控制。只有当令牌传输至环中某站点时，它才能利用环路发送或接收信息。,26,3.,令牌总线（,Token Bus,）访问控制,令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个,逻辑环,，令牌在逻辑环路中依次传递，其操作原理与令牌环相同。,27,3.4 IEEE802.3,和以太网,3.4.1,以太网简介,开放标准，获得众多厂商的支持。,易于移植和升级，可最大限度保护用户投资,价格全面，管理低成本。,结构简单，组网方便。,28,3.4.2 IEEE802.3,标准,1.EEE802.3 MAC,帧格式,MAC,帧是在,MAC,子层实体间交换的协议,数据单元,，下图给出了,IEEE 802.3,帧结构，各字段的功能如下。,29,2.IEEE 802.3 MAC,子层的功能,IEEE802.3,标准,提供了,MAC,子层的功能说明,，内容主要有,:,数据封装、编址和差错检测等；,媒体分配和竞争处理。,30,3.4.3,传统以太网标准,10Mbps,传统以太网,4,个标准依次是：,10Base5,：工作速率为,10Mbps,，采用基带信号，每个网段最长为,500m,。,10Base2,：工作速率为,10Mbps,，采用基带信号，每一个网段最长约为,200m,。,10Base-T,：传输速率为,10 Mbps,，采用基带信号，使用双绞线电缆作为传输介质，编码也采用曼彻斯特编码方式。,10Base-F,：工作速率为,10Mbps,，采用基带信号，,F,表示的是传输媒体光纤（,Fiber,）,31,3.4.5,共享式以太网和交换式以太网,共享式以太网,(,CSMA/CD),交换式以太网,32,3.5,高速以太网,3.5.1,快速以太网技术,标准为,1995,年颁布的,IEEE 802.3u,，可支持,100Mbps,的数据传输速率，并且与,10Base-T,一样可支持,共享式,与,交换式,两种使用环境。,33,100Base-T,的三种不同的物理层协议,34,3.5.2,千兆位以太网技术,千兆位以太网标准实际上包括支持,光纤,传输的,IEEE 802.3z,和支持,铜缆,传输的,IEEE 802.3ab,两大部分。,35,1.1000 Base-SX,标准,1000 Base-SX,采用芯径为,62.5 m,和,50 m,的多模光纤。,2.1000 Base-LX,标准,（,1,）多模光纤,1000 Base-LX,可采用芯径为,50 m,和,62.5 m,的多模光纤。,（,2,）单模光纤,1000 Base-LX,可采用芯径为,9 m,的单模光纤。,3.1000 Base-CX,标准,1000 Base-CX,标准采用,150,平衡屏蔽双绞线（,STP),。,4.1000 Base-T,标准,1000 Base-T,采用,4,对,5,类,UTP,双绞线，传输距离为,100 m,，传输速率为,1 Gbps,36,最下面一层由,10 Mbps,以太网交换机加上,100 Mbps,上行链路组成；,第,2,层由,100 Mbps,以太网交换机加,1000 Mbps,上行链路组成；,最高层由千兆位以太网交换机组成。,37,3.5.3,万兆位以太网,1999,年底成立了,IEEE 802.3ae,工作组进行万兆位以太网技术（,10,Gbps,）的研究，并于,2002,年正式发布,IEEE 802.3ae 10GE,标准。只能使用,光纤,的技术。,38,3.6,无线局域网,Wireless Local Area Network,3.6.1,无线局域网标准,目前支持无线局域网的技术标准主要有,蓝牙技术、,Home RF,技术以及,IEEE 802.11,系列。,802.11,的,MAC,层采用的是,CSMA/CA,(collision avoidance,CA),的冲突避免方法,;,39,CSMA/CA,基本工作原理,802.11,的,MAC,层采用的是,CSMA/CA,(collision avoidance,CA),的冲突避免方法,;,冲突避免要求每一个发送结点在发送帧之前需要先侦听信道。如果信道空闲，结点可以发送帧,;,发送站在发送完一帧之后，必须再,等待,一个短的时间间隔，检查接收站是否发回帧的,确认,ACK,。如果接收到确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功,;,如果在,规定的时间,内没有接收到确认，表明出现冲突，发送失败，重发该帧。直到在规定的最大重发次数之内，发送成功。,40,3.6.2,无线局域网设备,组建无线局域网的无线网络设备主要包括：,无线网卡、无线访问接入点、无线网桥，无线路由器和天线,，几乎所有的无线网络产品中都自含无线发射接收功能。,接入点提供,2.4GHz802.11b/g,或,5.3GHz802.11a,频段,41,42,3.6.3,无线局域网的组网模式,1.,自组网络（,Ad-Hoc,）模式,自组网络又称对等网络，是最简单,的无线局域网结构，是一种,无中心的拓扑结构,，网络连接的计算机具有,平等,的通信关系，仅适用于,较少数,的计算机无线互连（通常是在,5,台主机以内），如图所示。,43,2.,基础结构网络（,Infrastucture,）模式,在具有一定数量用户或是需要建立一个稳定的无线网络平台时，一般会采用以,AP,为中心的模式,44,通过无线接入访问点、无线网桥等无线中继设备还可以把,无线局域网与有线网,连接起来。,45,3.,无线,Internet,接入,目前，许多公司开始利用,WLAN,的方式提供移动,Internet,接入，在宾馆、机场候车大厅等地区架设,WLAN,。,46,3.7,虚拟局域网,VLAN,3.7.1,虚拟局域网概述,虚拟局域网是以局域网,交换机,为基础，通过交换机,软件实现,根据功能、部门、应用等因素将设备或用户组成,虚拟工作组,或,逻辑网段,的技术,其最大的特点是在,组成逻辑网时无须考虑用户或设备在网络中的,物理位置,。,47,VLAN,可以在一个交换机或者跨交换机实现。,虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务,，而并不是一种新型局域网。,48,虚拟局域网,VLAN,的示例,49,3.7.2,虚拟局域网使用的以太网帧格式,1988,年，,IEEE,批准了,802.3ac,标准，,在传统的以太网的帧格式中插入一个,4,字节的标识符,，称为,VLAN,标记,，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网，如图所示。,50,3.7.3,虚拟局域网的优点,提供了一种控制网络广播的方法,提高了网络的安全性,简化了网络管理,提供了基于第,2,层的通信优先级服务,51,3.7.4,虚拟局域网的工作方式,1.,基于交换端口的,VLAN,2.,基于,MAC,地址的,VLAN,3.,基于路由的,VLAN,4.,基于策略的,VLAN,目前常用的策略有：,按,MAC,地址划分；,按,IP,地址划分；,按以太网协议类型划分；,按网络的应用划分。,52,3.7.5,虚拟局域网的实现,1.,静态,VLAN,在静态,VLAN,中，由网络管理员根据,交换机端口,进行静态的,VALN,分配。,基于端口的,VLAN,配置简单，网络的可监控性强,。但,缺乏足够的灵活性。,53,2.,动态,VLAN,动态,VLAN,是指交换机上以连网用户的,MAC,地址、逻辑地址（如,IP,地址）或数据报协议等信息为基础,将,交换机端口,动态分配给,VLAN,的方式。,54,3.7.6 VLAN,间的互连方法,1.,传统路由器方法,所谓传统路由器方法，就是使用路由器将位于不同,VLAN,的交换端口连接起来。,2.,采用路由交换机,如果交换机本身带有路由功能，则,VLAN,之间的互连就可在交换机内部实现，即采用第,3,层交换技术。第,3,层交换技术也叫,路由交换技术,，是各网络厂家最新推出的一种局域网技术。,55,本章重点,掌握局域网模型和,IEEE802,标准,掌握局域网访问控制方式,掌握,IEEE802.3,和以太网,课后思考题,:1、2、6、10,56,课后思考题,3-1,局域网的主要特点是什么？,答：局域网有以下特点：,1,）为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限；,2,）较高的通信速率。局域网的传输速率在每秒,10Mbps,的数量级以上，可达,Gbps,；,3,）较低的时延和误码率，一般为,10,-8,10,-11,；,4,）各站点为平等关系而不是主从关系；,5,）能支持简单的点对点或多点通信；,6,）支持多种传输介质。,57,2,、局域网一般采用哪些拓扑结构？如何选择拓扑结构？,答：目前大多数,LAN,使用的拓扑结构有,3,种,:,星行拓扑结构，环行拓扑结构，总线型拓扑结构。拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑时，应该考虑的主要因素有以下几点。（,1,）经济性（,2,）灵活性（,3,）可靠性。,58,6,、试分析,CSMA/CD,的工作原理？,答：,CSMA/CD,（,Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,）是采用争用技术的一种介质访问控制方法。,CSMA/CD,通常用于总线形拓扑结构和星形拓扑结构的局域网中。它的每个站点都能独立决定发送帧，若两个或多个站同时发送，即产生冲突。每个站都能判断是否有冲突发生，如冲突发生，则等待随机时间间隔后重发，以避免再次发生冲突。,CSMA/CD,的工作原理可概括成四句话，即先听后发，边发边听，冲突停止，随机延迟后重发,59,3-10,什么是交换式以太网？,答,:,交换机以太网利用以太网交换机组网，既可以将计算机直连到交换机的端口上，也可以将它们连入一个网段，然后将这个网段连到交换机的端口。如果将计算机直接连到交换机的端口，那么它将独享该端口提供的带宽；如果计算机通过以太网连入交换机，那么该以太网上的所有计算机共享交换机端口提供的带宽。,60,