第三章局域网基础 3-1局域网的基本概念 局域网:是在较小的地理范围内利用通信线路将各种计算机和数据设 备互连起来,实现数据通信和资源共享的计算机网络 中心千兆交换机 桌面交换机 Server 桌面交换机 部门服务器 马 打印服务器 中型局域网模型 大学宿舍网络接口 INTERNET 网卡
第三章 局域网基础 3-1 局域网的基本概念 局域网：是在较小的地理范围内利用通信线路将各种计算机和数据设 备互连起来，实现数据通信和资源共享的计算机网络
3-1-1局域网的主要技术特点 (1)覆盖有限的地理范围。可以小到一个房间,一栋大楼,一个机 关、学校。 (2)具有较高的传输速率(10Mbps10Gbps),低误码率、高质量 的数据传输环境 (3)属于一个单位所有,易于建立、维护和扩展 (4)决定局域网特性的主要技术要素:网络拓朴、传输介质、介质 访问控制方法 (5)局域网从介质访问控制方法的角度可分为共享介质局域网与交 换式局域网。 3-1-2局域网拓扑构型 局域网的拓扑类型主要包括总线型、环型、星型。网络传输介质包括 双绞线、同轴电缆与光纤 总线型拓扑结构(见图3-1) 结点 结点 总线 总线 总线型局域网的介质访问控制方法为“共享介质”方式
3-1-1 局域网的主要技术特点 （1）覆盖有限的地理范围。可以小到一个房间，一栋大楼，一个机 关、学校。 （2）具有较高的传输速率（10Mbps-10Gbps），低误码率、高质量 的数据传输环境 （3）属于一个单位所有，易于建立、维护和扩展 （4）决定局域网特性的主要技术要素：网络拓朴、传输介质、介质 访问控制方法 （5）局域网从介质访问控制方法的角度可分为共享介质局域网与交 换式局域网。 3-1-2 局域网拓扑构型 局域网的拓扑类型主要包括总线型、环型、星型。网络传输介质包括 双绞线、同轴电缆与光纤 1、 总线型拓扑结构（见图 3-1） 总线型局域网的介质访问控制方法为“共享介质”方式
特点: (1)所有结点都通过网卡直接连到一条作为公共传输介质的总线上 (2)总线通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质 (3)所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据,但一段时 间内只允许一个结点使用总线发送数据,当一个结点利用总线 传输介质以“广播”方式发送数据时,其他结点可以用“收听” 方式接收数据。 结点1 结点3 结点2 结点4 (4)由于总线作为公共传输介质为多个结点共享,就有可能出现同 时刻有两个或两个以上结点使用总线发送数据的情况,因此 会出现“冲突”,造成传输失败。 结点 冲突 总线 (5)在“共享介质”方式的总线型局域网中必须解决多结点访问总 线的介质访问控制(MAO)问题。所谓介质访问控制方法是指控 制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法
特点： （1）所有结点都通过网卡直接连到一条作为公共传输介质的总线上 （2）总线通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质 （3）所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但一段时 间内只允许一个结点使用总线发送数据，当一个结点利用总线 传输介质以“广播”方式发送数据时，其他结点可以用“收听” 方式接收数据。 （4）由于总线作为公共传输介质为多个结点共享，就有可能出现同 一时刻有两个或两个以上结点使用总线发送数据的情况，因此 会出现“冲突”，造成传输失败。 （5）在“共享介质”方式的总线型局域网中必须解决多结点访问总 线的介质访问控制(MAC)问题。所谓介质访问控制方法是指控 制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法。 结点 1 结点 2 结点 3 结点 4
总线型的优点:结构简单、实现容易、易于扩展、可靠性较好 2、环型拓扑构型(见图3-3) 结点 结点 环型拓扑也是共享介质局域网最基本的拓扑构型之一。在环型拓扑 中,结点通过相应的网卡,使用点对点连接线路,构成闭合的环型 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输。由于多个结点共享一个环通 路,所以环型拓朴也要解决介质访问控制方法问题 环形拓朴的优点是结构简单,实现容易,传输延迟确定,适应传输负 荷较重,实时性要求较高的应用环境。但是环中每个结点与连接结点 之间的通信线路都是网络可靠性的瓶颈。环中任何一个结点或线路的 故障都会造成网络瘫痪。环结点的加入,撒除和维护也比较复杂
总线型的优点：结构简单、实现容易、易于扩展、可靠性较好 2、 环型拓扑构型（见图 3-3） 环型拓扑也是共享介质局域网最基本的拓扑构型之一。在环型拓扑 中，结点通过相应的网卡，使用点对点连接线路，构成闭合的环型。 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输。由于多个结点共享一个环通 路，所以环型拓朴也要解决介质访问控制方法问题。 环形拓朴的优点是结构简单，实现容易，传输延迟确定，适应传输负 荷较重，实时性要求较高的应用环境。但是环中每个结点与连接结点 之间的通信线路都是网络可靠性的瓶颈。环中任何一个结点或线路的 故障都会造成网络瘫痪。环结点的加入，撤除和维护也比较复杂
3、星形拓扑构型 结点 结点 中央结点O 中央结点 (b) 星型拓朴存在中心结点。每个结点通过点对点线路与中心结点连接, 任何两结点之间的通信都要通过中心结点转接 星型拓朴的优点是结构简单,但中心结点对系统的可靠性影响较大。 3-1-3局域网传输介质类型与特点 局域网常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道 早期应用较多的是同轴电缆。但随着技术发展,双绞线与光纤的应用 发展十分迅速。通常在中、高速局域网中使用双绞线,在远距离传输 中使用光纤,在有移动结点的局域网中采用无线通信信道
3、 星形拓扑构型 星型拓朴存在中心结点。每个结点通过点对点线路与中心结点连接， 任何两结点之间的通信都要通过中心结点转接。 星型拓朴的优点是结构简单，但中心结点对系统的可靠性影响较大。 3-1-3 局域网传输介质类型与特点 局域网常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道。 早期应用较多的是同轴电缆。但随着技术发展，双绞线与光纤的应用 发展十分迅速。通常在中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输 中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线通信信道
1、双绞线 铜双绞线 外层塑料外套 双绞线可分为两类:非屏蔽双绞线( UTP---Unshielded twisted Pair)外皮为塑料,不具有屏蔽能力。屏蔽双绞线(STP):外皮为 金属,具有屏蔽能力,故抗干扰能力强,但价格昂贵 铜线绝缘层外屏蔽层外部保护层 〔a〕屏蔽淑絞线 绝缘层 外部保护层 〔b)非屏蔽双线线 常用的UTP根据其通信质量一般分为五类。局域网中一般采用第三 类、第四类和第五类UTP。三类线适用于语音及10Mbps以下的数 据传输;四类线适用于16Mbps以下的数据传输;五类线适用于100M bps的高速数据传输
1、 双绞线 双绞线可分为两类：非屏蔽双绞线（UTP——Unshielded Twisted Pair）外皮为塑料，不具有屏蔽能力。屏蔽双绞线（STP）：外皮为 金属，具有屏蔽能力，故抗干扰能力强，但价格昂贵。 常用的 UTP 根据其通信质量一般分为五类。局域网中一般采用第三 类、第四类和第五类 UTP。三类线适用于语音及 10M bps 以下的数 据传输；四类线适用于16 M bps 以下的数据传输；五类线适用于100M bps 的高速数据传输
光纤 反射层 模(光线) 内芯 光纤的全称为光导纤维( ptical Fiber),由非常透明的石英玻璃 拉成细丝,多根光纤组合在一起形成光缆。光纤通常用于长距离、高 速率、抗干扰和保密性要求高的应用领域中。比如10Gbps的以太网。 光纤可分为多模光纤与单模光纤。单模优于多模 3-2局域网介质访问控制方法 传统的局域网采用共享介质的工作方式,需要提供合适的介质访问控 制方法,目前普遍采用的介质访问控制方法有: ●带有冲突检测的载波侦听多路访问( CSMA/CD)方法 令牌总线( Token bus)方法 令牌环( TOken ring)方法 3-2-1IEEE802模型与协议 局域网参考模型IEE802只对应OSI参考模型的数据链路层与物理
2、 光纤 光纤的全称为光导纤维（Optical Fiber），由非常透明的石英玻璃 拉成细丝，多根光纤组合在一起形成光缆。光纤通常用于长距离、高 速率、抗干扰和保密性要求高的应用领域中。比如 10G bps 的以太网。 光纤可分为多模光纤与单模光纤。单模优于多模。 3-2 局域网介质访问控制方法 传统的局域网采用共享介质的工作方式，需要提供合适的介质访问控 制方法，目前普遍采用的介质访问控制方法有： ⚫ 带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法 ⚫ 令牌总线（Token Bus）方法 ⚫ 令牌环（Token Ring）方法 3-2-1 IEEE802 模型与协议 局域网参考模型 IEEE802 只对应 OSI 参考模型的数据链路层与物理
层。将OSI模型的数据链路层划分为逻辑链路控制LLC子层与介质 访问控制MAC子层 0sI参考模型 应用层 表示层 会话层 传输层 IEEE802参考模型 网络层 逻辑链路控制子层 数据链路层 介质访问控制子层 物理层 理 IEEE802委员会制定了一系列标准,如图所示: (1)IEEE802.1标准,定义了局域网体系结构、网络互连、以及网络管理和性能测试 (2)IEEE8022标准,定义了逻辑链路控制LLC子层功能与服务。 (3)IEEE8023标准,定义了 CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范 (4)IEEE8024标准,定义了令牌总线( Token bus)介质访问控制子层与物理层规范。 (5)IEEE8025标准,定义了令牌环( Token ring)介质访问控制子层与物理层规范。 (6)IEEE8026标准,定义了城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范。 (7)IEEE8027标准,定义了宽带网络技术 (8)IEEE8028标准,定义了光纤传输技术 (9)IEEE8029标准,定义了综合语音与数据局域网( IVD LAN)技术 (10)IEEE802.10标准,定义了可互操作的局域网安全性规范(SILS)。 (1)IEEE80211标准,定义了无线局域网技术。 (12)IEEE802.12标准,定义了优先度要求的访问控制方法。 (13)IEEE80213标准,未使用 (14)IEEE802.4标准,定义了交互式电视网。 (15)IEEE80215标准,定义了无线个人局域网(WPAN)的MAC子层和物理层规范。 (16)IEEE802.16标准,定义了宽带无线访问网络 3-22IEEE8023标准与 Ethernet l、 Ethernet的主要技术特点
层。将 OSI 模型的数据链路层划分为逻辑链路控制 LLC 子层与介质 访问控制 MAC 子层。 IEEE802 委员会制定了一系列标准，如图所示： （1）IEEE 802.1 标准，定义了局域网体系结构、网络互连、以及网络管理和性能测试。 （2）IEEE 802.2 标准，定义了逻辑链路控制 LLC 子层功能与服务。 （3）IEEE 802.3 标准，定义了 CSMA/CD 总线介质访问控制子层与物理层规范。 （4）IEEE 802.4 标准，定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制子层与物理层规范。 （5）IEEE 802.5 标准，定义了令牌环（Token Ring）介质访问控制子层与物理层规范。 （6）IEEE 802.6 标准，定义了城域网 MAN 介质访问控制子层与物理层规范。 （7）IEEE 802.7 标准，定义了宽带网络技术。 （8）IEEE 802.8 标准，定义了光纤传输技术。 （9）IEEE 802.9 标准，定义了综合语音与数据局域网（IVD LAN）技术。 （10）IEEE 802.10 标准，定义了可互操作的局域网安全性规范（SILS）。 （11）IEEE 802.11 标准，定义了无线局域网技术。 （12）IEEE 802.12 标准，定义了优先度要求的访问控制方法。 （13）IEEE 802.13 标准，未使用。 （14）IEEE 802.14 标准，定义了交互式电视网。 （15）IEEE 802.15 标准，定义了无线个人局域网（WPAN）的 MAC 子层和物理层规范。 （16）IEEE 802.16 标准，定义了宽带无线访问网络。 3-2-2 IEEE802.3 标准与 Ethernet 1、Ethernet 的主要技术特点
目前应用最为广泛的一类局域网是总线局域网以太网( Ethernet 以太网的核心技术是它的随机争用型访问控制方法。即带有冲突检测 的载波侦听多路访问 CSMA/CD方法。 CSMA/CD方法用来解决多结点如何共享公用总线传输介质的问题。 在 Ethernet中,任何连网结点都没有可预约的发送时间,它们的发 送都是随机的,并且网中不存在集中控制的结点,网中结点都必须平 等地争用发送时间,因此这种介质访问控制属于随机争用型方法 结点 冲突 总线 2、以太网的工作原理 如果一个结点要发送数据,它将以“广播”方式把数据通过作为公共 传输介质的总线发送出去,连在总线上的所有结点都能收听到发送结 点发送的数据信号,由于网中所有结点都可以利用总线发送数据,并 且网中没有控制中心,因此冲突的发生是不可避免的。为了解决问题, CSMA/CD的发送流程可以简单地概括四点:先听后发、边听边发 冲突停止,随机延迟后重发 3-2-3IEEE8024标准与 Token bus 令牌总线是一种在总线拓朴中利用“令牌”作为控制结点访问公共传
目前应用最为广泛的一类局域网是总线局域网-----以太网(Ethernet)。 以太网的核心技术是它的随机争用型访问控制方法。即带有冲突检测 的载波侦听多路访问 CSMA/CD 方法。 CSMA/CD 方法用来解决多结点如何共享公用总线传输介质的问题。 在 Ethernet 中，任何连网结点都没有可预约的发送时间，它们的发 送都是随机的，并且网中不存在集中控制的结点，网中结点都必须平 等地争用发送时间，因此这种介质访问控制属于随机争用型方法。 2、以太网的工作原理 如果一个结点要发送数据，它将以“广播”方式把数据通过作为公共 传输介质的总线发送出去，连在总线上的所有结点都能收听到发送结 点发送的数据信号，由于网中所有结点都可以利用总线发送数据，并 且网中没有控制中心，因此冲突的发生是不可避免的。为了解决问题， CSMA/CD 的发送流程可以简单地概括四点：先听后发、边听边发， 冲突停止，随机延迟后重发 3-2-3 IEEE802.4 标准与 Token Bus 令牌总线是一种在总线拓朴中利用“令牌”作为控制结点访问公共传
输介质的确定型介质访问控制方法。任何一个结点只有在取得令牌后 才能使用共享总线而发送数据。令牌是一种特殊结构的控制帧,用来 控制结点对总线的访问权 点A 结点B 结点C 结点A 结点B 结点D 令牌总线 令牌总线 结点C 结点E 结点D 结点E 网中每个结点有本站地址、上一结点地址、下一结点地址。令牌传 递规定由高地址向低地址,最后由最低地址向最高地址依次循环传 递,从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌传递顺序与结 点在总线上的物理位置无关。因此,令牌总线网在物理上是总线网, 而在逻辑上是环网。 在发生以下情况时,令牌持有结点必须交出令牌: 1)该结点没有数据帧等待发送 2)该结点已发送完所有待发送的数据帧 3)令牌持有最大时间到 令牌总线网比较复杂,需要完成大量的环维护工作: (1)环初始化:将环中结点排序,动态形成逻辑环 (2)新结点加入环:周期性的为新结点加入环提供机会 (3)结点从环中撤出:撤出结点时,要保持环的完整性 (4)环恢复:网中出现令牌丢失或多个令牌时,能完成环恢复工作
输介质的确定型介质访问控制方法。任何一个结点只有在取得令牌后 才能使用共享总线而发送数据。令牌是一种特殊结构的控制帧，用来 控制结点对总线的访问权。 网中每个结点有本站地址、上一结点地址、下一结点地址。令牌传 递规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传 递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌传递顺序与结 点在总线上的物理位置无关。因此，令牌总线网在物理上是总线网 ．．．．．．．， 而在逻辑上是环网 ．．．．．．。 在发生以下情况时，令牌持有结点必须交出令牌： 1) 该结点没有数据帧等待发送 2) 该结点已发送完所有待发送的数据帧 3) 令牌持有最大时间到 令牌总线网比较复杂，需要完成大量的环维护工作： （1）环初始化：将环中结点排序，动态形成逻辑环 （2）新结点加入环：周期性的为新结点加入环提供机会 （3）结点从环中撤出：撤出结点时，要保持环的完整性 （4）环恢复：网中出现令牌丢失或多个令牌时，能完成环恢复工作