莆田学院：《网络技术基础》第三章计算机局域网.doc_大学文库

《网络技术基础》课程讲义第三章计算机局域网第 1 页共 31页莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月第三章计算机局域网【计划课时】16 课时（要求预习教材第二、三章，）【实物教具】网卡、BNC 接头、T 形头、双绞线、同轴电缆、50Ω终端电阻、中继器、HUB 3.1 LAN 的特点 P102 ·跨越一个物理上有限的距离（一般在 10km 以内） ·为一个单位或组织拥有 ·共享传输信道 ·传输速率高（1～100Mbps） ·误码率低（10-8～10-11 间） ·多采用分布式控制和广播式通信各站平等，可进行广播（一站发，其他所有站收）或组播（一站发，多站收）与广域网相比，广域网主要问题是如何充分利用信道和通信设备，局域网主要问题是多源、多目的数据链路管理。【链路】（link）中间没有任何交换结点的点到点间的物理线路段。从通信角度看，由于存在各种干扰，物理链路不可能绝对可靠。要传输数据，还须具有控制数据传输的规程（协议）。【数据链路】（data link） =物理链路+实现可靠传输控制协议所需的硬件和软件一条物理链路可以复用多条数据链路 3.2 LAN 的体系结构 3.3.1 OSI 参考模型与 LAN 局域网的体系结构遵循但并不完全符合 OSI 参考模型。由于局域网只是一个通信网，所以只有 OSI 参考模型的低 3 层，而且网络层并非必要（共享传输介质时，由于任意两节点间只有一条链路，无需进行路由选择和流量控制）。一、物理层【作用】在一条物理传输媒体上，实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流。 1．OSI 的物理层 P37 主要解决接口设备的四个特性： P38 机械特性——连接器形状、引脚数等电气特性——信号的电气参数等（如电压量值）功能特性——接口引脚的分配等（某一引脚处出现某一电平的电压表示的意义）

《网络技术基础》课程讲义三章计算机局域网第2页共31页规程特性—一传输数据顺序、通信方式(双工/半双工)等 2.LAN的物理层 LAN采用多种传输媒体,所以物理层要求更复杂,一般分为两个子层( sublayer),一个与传输媒体有关,一个与传输媒体无关如以太网物理层分为以下两层: ·PLS(物理信令, physical signaling)子层(负责比特流的曼彻斯特编码、解码、载波监听)数据编码改变了计算机使用的0、1简单数字信号模式,能更好地适应物理介质的特性,有助于位与帧的同步 PMA(物理媒体连接件, physical medium attachment)子层(负责冲突检测、超长控制、发送和接收串行比特流) 数据链路层P44 【作用】在不太可靠的物理链路上通过数据链路层协议(链路控制规程实现可靠的数据传输。 1.OSI的数据链路层(功能较简单)P73 主要功能链路管理——通过交换信息建立、维持和释放数据链路帧同步一一发方打包成帧,收方能正确识别帧的起止流量控制一一发方速率控制差错控制一一检错重发(重传8~16次仍失败,将作为不可恢复的故障报告上层用户) 信息分离一一区分同一信道或同一帧中数据和和控制信息透明传输一一使收方不致于将与控制信息相同的数据当成控制信息接收寻址一一多点连接时,帧能正确送达,且收方知道发方站址。数据链路层协议(数据链路控制规程)有面向字符和面向比特两类。后者传输效率高,广泛用于计算机网络。面向字符——在字符(8个二进制位一组)基础上生成报文和接收报文该规程规定了若干控制字符,以识别报文的开始和结束,如用字符STX(ASCI值2)指示报文开始,用字符EⅨX(ACS值3)指示报文结束,二者之间为报文正文(8个二进制位一组 00000010 字符1 字符2 字符3001 STX) (ETX 面向比特——在二进制位基础上生成报文和接收报文(传输效率高,广泛用于计算机网络。该规程中报文称为“帧”。每帧均以二进制位组(o11开始和结束。该帧标志间是正莆田学院计算机教研室2002年4月

《网络技术基础》课程讲义第三章计算机局域网第 2 页共 31页莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月规程特性——传输数据顺序、通信方式（双工/半双工）等 2．LAN 的物理层 LAN 采用多种传输媒体，所以物理层要求更复杂，一般分为两个子层(sublayer)，一个与传输媒体有关，一个与传输媒体无关。如以太网物理层分为以下两层： ·PLS（物理信令，physical signaling）子层（负责比特流的曼彻斯特编码、解码、载波监听）数据编码改变了计算机使用的 0、1 简单数字信号模式，能更好地适应物理介质的特性，有助于位与帧的同步。 ·PMA（物理媒体连接件，physical medium attachment）子层（负责冲突检测、超长控制、发送和接收串行比特流）二、数据链路层 P44 【作用】在不太可靠的物理链路上,通过数据链路层协议(链路控制规程)实现可靠的数据传输。 1．OSI 的数据链路层（功能较简单） P73 主要功能：链路管理——通过交换信息建立、维持和释放数据链路帧同步——发方打包成帧，收方能正确识别帧的起止流量控制——发方速率控制差错控制——检错重发（重传 8～16 次仍失败，将作为不可恢复的故障报告上层用户）信息分离——区分同一信道或同一帧中数据和和控制信息透明传输——使收方不致于将与控制信息相同的数据当成控制信息接收寻址——多点连接时，帧能正确送达，且收方知道发方站址。数据链路层协议（数据链路控制规程）有面向字符和面向比特两类。后者传输效率高，广泛用于计算机网络。 ·面向字符——在字符（8 个二进制位一组）基础上生成报文和接收报文该规程规定了若干控制字符，以识别报文的开始和结束，如用字符 STX（ASCII 值 2）指示报文开始，用字符 ETX（ACSII 值 3）指示报文结束，二者之间为报文正文（8 个二进制位一组）。 00000010 （STX）字符 1 字符 2 字符 3 00000011 （ETX） ·面向比特——在二进制位基础上生成报文和接收报文（传输效率高，广泛用于计算机网络。该规程中报文称为“帧”。每帧均以二进制位组（01111110）开始和结束。该帧标志间是正

《网络技术基础》课程讲义第三章计算机局域网第 3 页共 31页莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月文（任意长二进制位，不必是 8 的倍数）。 01111110（帧标志） 0010100010…… 01111110（帧标志） OSI 根据 IBM 公司协议扩充而成的高级数据链路控制协议（HDLC,high level data link control）即为面向比特型数据链路层协议。其帧格式见 P54 图 2.20 01111110 F（标志）地址字段 A 控制字段 C 信息字段 (要传送的数据,任意长度) 帧校验字段 FCS 01111110 F（标志） FCS—Frame Check Sequence 附加各字段的目的是解决链路管理、帧同步、流量控制、寻址、差错控制、信息分离、透明传输和寻址等问题： P54 帧同步——由标志(flag)字段（8 位）标识帧的起止透明传输——0 比特填充技术（发送前先扫描整个帧，若标志字段间连续 5 个 1，则在其后插一个 0，接收时同样扫描整个帧，若标志字段间连续 5 个 1，则将其后的一个 0 删去）。寻址——由地址字段（8 位，可扩展到 16 位）标识（全 1 为广播地址，全 0 为无效地址）差错控制——由 FCS（16 位）字段控制流量控制等——由控制字段（8 位）确定的帧类型控制和滑动窗口控制方法控制。信息帧（I 帧）：要传送的数据和捎带的流量控制、差错控制等信号监视帧（S 帧）：均为次站对主站的响应帧，不带信息字段 P56 表 1.2 RR（receive ready）帧：接收准备好，希望主站继续发送 RNR（receive not ready）帧：次站正忙（缓冲区满等），希望主站停止发送 REJ（reject）帧: 要求重发 N（R）顺序号起各帧（被拒收） SERJ（selective reject）帧：要求重发顺序号为 N（R）的那一帧无编号帧（U 帧）：用于链路管理（包括数据链路的建立、释放、恢复的命令和响应）控制字段 0 信息帧（数据传送） 10 00 RR 帧监控帧（次站对主站的响应帧） 10 10 RNR 帧 10 01 REJ 帧

《网络技术基础》课程讲义第三章计算机局域网第 6 页共 31页莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月【瘦客户机】与特定服务器配套使用的无盘计算机。（如果使用 Sun 公司的瘦客户机，就必须购买一台 Sun 公司的服务器。不同厂商之间的系统无法相互替代） ③传输媒介（教材 P40 2.2.2 节） a.双绞线（Twisted-Pair Cable）见 P40 “双绞”的作用是减少相邻导线的电磁干扰。可分为: ·STP（屏蔽，shielded）——可减少外部电磁干扰 ·UTP（无屏蔽,unshielded）——价廉（常用）特点：模拟传输（宽带信号）/数字通信（基带信号）均可使用单位价格最低，但每根电缆只能直接连接一个站点，使线路总费用增加抗高频干扰能力较差使用双绞线需在传输速率和传输距离之间作出选择普通电话线就是一种传输模拟信号用的双绞线，但不宜直接用于计算机网络的信号（数字信号）传输（需经 MODEM 处理）。 b.同轴电缆（Coaxial Cable）可分为：·基带传输（数据通信）型见 P40 图 2.9 50Ω——RG-11 A/U 型（粗缆，φ10mm） RG-58 A/U 型（细缆，φ5mm） 93Ω——RG62 型 ·宽带传输（模拟传输）型见 P41 75Ω——公用天线电视系统（CATV）用（还有一种 300Ω扁平电缆） c.光导纤维（光纤，Optical Fiber） P42 图 2.11 图 2.12 主要用于：主干网（高速）/防雷击/保密（防窃听）光是一种电磁波，它在真空中传输速度最快（30 万千米/秒），且传输速度随传输介质密度增大而降低。相对于其他传输媒介，低损耗、高带宽和高抗干扰性是光纤最主要的优点。目前光纤的数据传输率已达 2.4G 甚至更高速率（20G 以上）。光纤无中继传输距离可达 20～30km 以上。其传输距离仅受波长影响，衰减率极低。光纤表层有用于保护芯线和将光反射回玻璃导体内的镀层，然后封装坚韧的芳纶（制造防弹衣的材料）外皮，最后再用 PVC 等材料制作的护套封装。光纤按其传输模式可分为

《网络技术基础》课程讲义三章计算机局域网第8页共31页光纤对准要求不太严格,弯曲时损耗不太灵敏,被推荐应用于所有的建筑物综合布线系统。支持100Mbps传输率和1.5~2km范围的LAN(波长085μm ·单模光纤( single- mode fiber) 折射率为突变型,光线沿其中心直线传输,故传输距离大大高于多模光纤。常用规格为8.3μm(纤芯直径)/125μm(包层直径),衰减小,适合远程传送,但需用昂贵的注入式激光二极管作光源〖说明〗按工作波长光纤还可划分为短波光纤(SW):0.85μm(0.8~0.9μm,第一窗口)均为多模长波光纤(LW):1.30μm(1.25~1.35μm,第二窗口)单模或多模 1.55μm(1.53~1.58μm,第三窗口)均为单模【使用光纤注意事项】光缆不易分支,所以一般适用于点到点的连接。光纤在任何时间都只能单向传输,因此,要实行双向通信,必须成对使用,一个用于输入,一个用于输出。每一条光纤电缆的连接都需要小心地磨光光端头,通过电烧烤或化学工艺与光学接口连在一起。整个安装过程,必须确保光通道没有被阻塞,也不能将光纤拉得太紧或形成直角。光缆弯曲时容许最小曲率半径应不小于光缆外径的15~20倍【光纤软跳线】光纤的传输是单方向的,所以两机间如果连接光纤的话,必须至少是两根光纤, 一根发送数据,一根接收数据。一般的光纤又分为2芯、4芯、6芯、8芯光纤等,可以连接到多个计算机。一般来说,多芯光纤并不直接连接到计算机的网卡上,而是连接到一种叫做光端器的设备上。还有一种光纤,即所谓“光纤软跳线”,它并非一般常识中的那种 JUMPER,也是光纤,一根光纤软跳线中只含有一根光纤,只能进行单向的数据传输,其作用就是连接光端器和计算机上的网卡。一般连接一台计算机需要两根光纤软跳线,一根发送数据,一根接收数据。【光纤连接方式】光纤有三种连接方式。首先,可以将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗10%到20%的光,但是它便于系统重新配置。第二是机械接合,即将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中,然后钳起来。其操作需要专业人员进行,光的损耗约为10%。第三种是融合连接,形成的光纤和单根光纤差不多是相同的,损耗最小 d.无线传输(微波/红外/激光)P43 只能直线传输。红外线和激光对环境(如雨、雾、雷电)干扰特别敏感。微波对环境干扰不敏感,但方向性不强,存在着窃听、插入数据等一系列不安全问题。主要用于移动通信和不便于铺设有线电缆(光缆)的场合 ④网卡(NIC, LAN Card)—又称“网络接口卡”“网络适配器” 是网络设备(电脑等)与传输媒介(如电缆)间的信号转换接口电路和协议支持部件 ⑤其余共享的硬件资源(硬盘、打印机、 Modem等) 莆田学院计算机教研室2002年4月

《网络技术基础》课程讲义第三章计算机局域网第 8 页共 31页莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月光纤对准要求不太严格，弯曲时损耗不太灵敏，被推荐应用于所有的建筑物综合布线系统。支持 100Mbps 传输率和 1.5～2km 范围的 LAN（波长 0.85μm）。 ·单模光纤（single-mode fiber）折射率为突变型，光线沿其中心直线传输，故传输距离大大高于多模光纤。常用规格为 8.3μm（纤芯直径）/125μm（包层直径），衰减小，适合远程传送，但需用昂贵的注入式激光二极管作光源。〖说明〗按工作波长光纤还可划分为：短波光纤(SW）：0.85μm（0.8～0.9μm，第一窗口）均为多模长波光纤(LW)：1.30μm（1.25～1.35μm，第二窗口）单模或多模 1.55μm（1.53～1.58μm，第三窗口）均为单模【使用光纤注意事项】光缆不易分支，所以一般适用于点到点的连接。光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，必须成对使用，一个用于输入，一个用于输出。每一条光纤电缆的连接都需要小心地磨光光端头，通过电烧烤或化学工艺与光学接口连在一起。整个安装过程，必须确保光通道没有被阻塞，也不能将光纤拉得太紧或形成直角。光缆弯曲时容许的最小曲率半径应不小于光缆外径的 15～20 倍。【光纤软跳线】光纤的传输是单方向的，所以两机间如果连接光纤的话，必须至少是两根光纤，一根发送数据，一根接收数据。一般的光纤又分为 2 芯、4 芯、6 芯、8 芯光纤等，可以连接到多个计算机。一般来说，多芯光纤并不直接连接到计算机的网卡上，而是连接到一种叫做光端器的设备上。还有一种光纤，即所谓“光纤软跳线”，它并非一般常识中的那种 JUMPER，也是光纤，一根光纤软跳线中只含有一根光纤，只能进行单向的数据传输，其作用就是连接光端器和计算机上的网卡。一般连接一台计算机需要两根光纤软跳线，一根发送数据，一根接收数据。【光纤连接方式】光纤有三种连接方式。首先，可以将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗 10%到 20%的光，但是它便于系统重新配置。第二是机械接合，即将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中，然后钳起来。其操作需要专业人员进行，光的损耗约为 10%。第三种是融合连接，形成的光纤和单根光纤差不多是相同的，损耗最小。 d.无线传输（微波/红外/激光） P43 只能直线传输。红外线和激光对环境（如雨、雾、雷电）干扰特别敏感。微波对环境干扰不敏感，但方向性不强，存在着窃听、插入数据等一系列不安全问题。主要用于移动通信和不便于铺设有线电缆（光缆）的场合。 ④网卡（NIC，LAN Card）——又称“网络接口卡”、“网络适配器” 是网络设备（电脑等）与传输媒介（如电缆）间的信号转换接口电路和协议支持部件。 ⑤其余共享的硬件资源（硬盘、打印机、Modem 等）

莆田学院：《网络技术基础》第三章 计算机局域网

莆田学院：《网络技术基础》第三章计算机局域网