《局域网体系结构》PPT课件.ppt

Page12022/10/27第三章第三章 局域网局域网 本章重点本章重点局域网的特点局域网的特点局域网的参考模型局域网的参考模型局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构Page22022/10/273.1.1 3.1.1 局域网的定义和组成局域网的定义和组成局域网的定义和组成局域网的定义和组成 lLAN不是纯计算机网络，从广义上讲，计算机化的电话交换机也属于LAN。lLAN支持多对多的通信，即连在LAN中任何一个设备都能与网上的任何其他设备直接进行通信。l LAN中的“设备”是广义的，它包括在传输介质上的任何设备。lLAN地域范围是适中的，通常在10km之内。lLAN是通过物理信道通信的，常用介质有同轴电缆、双绞线和光纤等。l LAN的信道以适中的数据速率传输信息。返回本节返回本节3.1 局域网局域网(LAN)概述概述Page32022/10/273.1.2 LAN的特点的特点覆盖范围小覆盖范围小房间、建筑物、园区范围房间、建筑物、园区范围 距离距离 20km高传输速率高传输速率10Mbps1000Mbps低误码率低误码率10-7 10-8采用总线、星形、树形、环采用总线、星形、树形、环形拓扑形拓扑双绞线、同轴电缆、光纤双绞线、同轴电缆、光纤为一个单位所拥有，自行建为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务设，不对外提供服务hubhubhubhubhubhubSwitchSwitchServerServerfarmfarmstationstationstationsstationsstationsstationsPage42022/10/273.1.3 局域网的分类局域网的分类 l按拓扑结构分，局域网可分成总线型、树型、环型和星型。按使用介质分，可分为有线网和无线网两类。l有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网，而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。有线局域网中，又可分成基带网和宽带网，基带网一般采用同轴电缆（50）或双绞线作为传输介质；宽带采用93。Page52022/10/273.2 局域网层次结构及标准化模型局域网层次结构及标准化模型IEEE802标准标准(LAN参考模型参考模型)网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC媒体访问控制媒体访问控制 MAC 高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层PHY由由NOS来实现来实现Page62022/10/27CSMA/CDToken BusToken RingDQDB802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1B Bridge802.1A 体体系系结结构构IEEE802体系结构示意图体系结构示意图PHYLLC:(Logical Link Control)MAC:(Media Access Control)l802.1(A)概述、体系结构。l802.1(B)寻址、网络管理、网间互连及高层接口。l802.2逻辑链路控制(LLC)。这是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。l802.3CSMA/CD。定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。l802.4令牌总线网(TokenBus)。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范。l802.5令牌环形网(TokenRing)。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范。l802.6城域网MAN。定义城域网的MAC子层和物理层的规范。l802.7宽带技术。l802.8光纤技术。l802.9综合话音数据局域网接口(LAN-ISDN)。l802.10可互操作的局域网安全规范(SILS)l802.11无线局域网(WirelessLAN)。l802.12优先级高速局域网(100VGANYLAN)。l802.14电缆电视(Cable-TV)。l：无线个人局域网WirelessPersonalAreaNetwork(蓝牙bluetooth)l：宽带无线接入BroadbandWirelessAccessl：弹性分组环ResilientPacketRingl：无线管制RadioRegulatoryTAGl：共存CoexistenceTAGl：移动宽带无线接入 Mobile Broadband WirelessAccess(MBWA)l：媒质无关切换MediaIndependentHandoffl：无线区域网络WirelessRegionalAreaNetworksl：应急无线电通信EmergencyServicesPage102022/10/27l拓扑结构（逻辑、物理）拓扑结构（逻辑、物理）总线型总线型、星型星型、环型、树型、环型、树型l介质访问方法介质访问方法按协议实现信道共享按协议实现信道共享:CSMA/CD和和Token-passingl传输介质与信号传输形式传输介质与信号传输形式双绞线、双绞线、同轴电缆、光纤、电磁波、同轴电缆、光纤、电磁波、基带基带、宽带、宽带3.3 决定局域网的主要技术决定局域网的主要技术Page112022/10/273.3.1 LAN典型拓扑结构典型拓扑结构n总线型总线型:所有结点都直接连接到共享信道所有结点都直接连接到共享信道n星型星型:所有结点都连接到中央结点所有结点都连接到中央结点n环型环型:结点通过点到点链路与相邻结点连接结点通过点到点链路与相邻结点连接BusStarRingABCCADCBABCATPage122022/10/273.3.2 局域网的传输介质与传输形式局域网的传输介质与传输形式传输介质：传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、电磁波双绞线、同轴电缆、光纤、电磁波常用介质：常用介质：非屏蔽非屏蔽5类双绞线类双绞线 廉价、廉价、100Mbit/s 非屏蔽非屏蔽6类双绞线类双绞线 廉价、传输速率可达廉价、传输速率可达 1000Mbit/s 光纤光纤 带宽宽、传输速率带宽宽、传输速率1000Mbit/s传输形式：传输形式：基带、宽带基带、宽带Page132022/10/273 34 4 局域网的数据链路层协议分析局域网的数据链路层协议分析局域网的数据链路层协议分析局域网的数据链路层协议分析341IEEE802逻辑链路控制子层两个子层构成;没有第三层;1、LAN的数据链路层的特点l支持链路多重访问;lMAC承担某些链路访问的细节;l必须提供第三层的功能。2、逻辑链路层的功能l端端差错控制和确认;l流量控制;l数据报、虚电路和多路复用（通过SAP实现）；l多路访问（多址和广播）。3、LLC服务l无确认无连接服务l有确认无连接服务l面向连接的服务Page142022/10/273 34 41 IEEE8021 IEEE802逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层4、LLC协议与HDLC和LAPB类似；没F和FCS，封装在MAC里1）LLC的帧结构：2）LC协议：地址、控制和信息 XID（1111.101);UI(1100.000);TEST(1100.111)Page152022/10/273 34 41 IEEE8021 IEEE802逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层2)Page162022/10/273.4.2 IEEE802IEEE802媒体访问控制子层媒体访问控制子层媒体访问控制子层媒体访问控制子层1、MAC地址：单地址：惟一站点组地址：多终点站；多站（逻辑）；广播16位（局域）和48位（全域）：第二位来区分01MAC地址是IEEE管理，一个制造商从IEEE获得唯一的地址块，这个获得的地址块又被称为一个组织的OUI（OrganizationallyUniqueIdentifier）,获得这个地址可以为16777216个设备分配地址。MAC地址后48bit,通常被表示为12bit的点分十六进制数。前六位代表某个制造商，后六位由制造商自己决定。如：思科某个设备为00-60-2F-1A-2E-3D，那么00-60-2F是思科OUI。后面六位则是思科内部给设备分的地址。MAC地址分类：（1）物理MAC地址：固化在硬件里（如网卡）中，网络上绝对唯一的标识一个终端。（2）广播MAC地址：其48bit全部位1，如ffffffffffff，代表网络上的所有终端设备。（3）组播MAC地址：一个逻辑MAC地址，代表网络上的一组终端Page172022/10/27（1）半双工模式下采用的是CSMA/CD的访问方式（2）全双工模式下则可直接收发，不管线路的忙闲状态。半双工和全双工是物理层的概念，而针对物理层的双工模式提供不同的访问方式则是数据链路层的概念.因此：数据链路层和物理层是相关的。为了针对物理层的不同工作模式进行访问，后来提出了逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层(MAC)。这样：不同的物理层对应不同的MAC子层，LLC子层则完全独立。3、MAC与与LLC 关系：关系：Page182022/10/272、MAC子层的功能子层的功能（1）提供物理链路的访问：即是连接下层，访问物理层可以通过MAC子层。（2）链路级的站点标识，即是在该层次保留了MAC地址标识一个唯一的站点。（3）链路级的数据传输：即是连接LLC子层，从LLC子层接受数据，附加上MAC地址和控制信息后再校验一下放到物理层去。总结：MAC子层就是承上启下，加MAC地址。Page192022/10/273 34 42 2媒体访问控制子层媒体访问控制子层媒体访问控制子层媒体访问控制子层3、MAC子层的协议常见的有两种四类：常见的有两种四类：载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测(CSMA/CD)(CSMA/CD)Carrier Sense Multiple Access/Collision Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect Detect 载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突避免冲突避免(CSMA/CA)(CSMA/CA)Carrier Sense Multiple Access/Collision Carrier Sense Multiple Access/Collision AvoidanceAvoidance令牌令牌环环Token Ring-FDDI(Token Ring-FDDI(双环双环)令牌总线令牌总线Token BusToken Bus Page202022/10/274 4、标准标准标准标准l1）、CSMA的方法-其算法的不同有三种方式：其算法的不同有三种方式：l（1）非）非-坚持坚持CSMA l（2）P-坚持坚持CSMA l（3）1-坚持坚持CSMA图 4.11 CSMA方法与冲突的发生Page212022/10/27lPure ALOHA、Slot-ALOHA的结点在发送报文分组之前对通信信道的忙闲情况不进行监听；lCSMA的主要改进是结点在发送报文分组之前对通信信道的忙闲情况进行监听 Carrier Sense；lCarrier Sense 如果通信信道的忙怎么处理？1-坚持（1-persistent）:发前侦听，媒体闲发送，一旦监听到通信信道忙，仍然坚持监听，直到通信信道空闲为止立即发送非坚持（nonpersistent）:发前侦听，媒体闲发送，一旦监听到通信信道的忙，等待一个随机延迟时间后，再重新监听一旦空闲就发送；P-坚持（P-persistent）:发前侦听，媒体闲：结点以概率p发送分组；以（1-p）概率延迟一个t时间再重新监听通信信道；出现冲突，延迟一个时间后重复上步。Page222022/10/272）、）、CSMA/CD（）（）带冲突检测的载波监听多点访问带冲突检测的载波监听多点访问工作原理：工作原理：-适合于总线结构适合于总线结构（目前也用于星形）（目前也用于星形）（1）先侦听信道，如果信道空闲）先侦听信道，如果信道空闲,则发送信息。则发送信息。（2）如果信道忙，则继续侦听，等信道空闲时立即发送）如果信道忙，则继续侦听，等信道空闲时立即发送（3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。侦听与竞争。（4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。机时间，重新进入侦听发送阶段。CSMA/CD可归结为四句话：可归结为四句话：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发。先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发。Page232022/10/273）CSMA/CD的流程图的流程图载波帧听载波帧听初始化初始化碰撞？碰撞？YesYesNoNoNoNoYesYes发送成功发送成功延迟随机时间延迟随机时间NoNo发送帧发送帧强化冲突强化冲突发送完？发送完？放弃发送帧放弃发送帧冲突检测Page242022/10/274）CSMA/CD的方法注意问题：l帧的长度足够长l间隔时间往返传播时间与干扰序列之和最小MAC帧长5）、CSMA/CD的MAC的帧结构l前导码l帧起始定界符l目的地址l源地址l信息字段的长度值l信息字段l填充字段l信息和帧检验序列Page252022/10/27 5、令牌传递、令牌传递-令牌环令牌环（）（）ABDC站点站点干线耦合器干线耦合器单向环单向环 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环发送缓冲区发送缓冲区接收缓冲区接收缓冲区 接收接收发送发送线路线路驱动驱动线路线路接收接收控制器控制器DTE环路环路输入输入环路环路输出输出干线耦合器的结构干线耦合器的结构 传输媒体：传输媒体：STP、光纤，速率、光纤，速率4/16Mbps；最多站点数：最多站点数：250个，个，信号采用曼彻斯特编码信号采用曼彻斯特编码高层软件高层软件Page262022/10/27的操作的操作1）谁谁可可以以发发送送帧帧，是是由由一一个个沿沿着着环环旋旋转转的的称称为为“令令牌牌”（TOKEN）的的特特殊殊帧帧来来控控制制的的。只只有有拿拿到到令令牌牌的的站站可可以以发发送送帧帧，而而没没有有拿拿到到令令牌牌的的站站只能等待。只能等待。2）拿拿到到令令牌牌的的站站将将令令牌牌转转变变成成访访问问控控制制头头，后后面加挂上自己的数据进行发送。面加挂上自己的数据进行发送。Page272022/10/273）数数据据帧帧通通过过任任何何一一个个站站点点(除除源源站站点点外外)时时，该该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a)如如果果地地址址相相符符合合，则则将将帧帧拷拷贝贝到到接接收收缓缓冲冲器器，供高层软件处理，同时将帧送回环中；供高层软件处理，同时将帧送回环中；b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。如果地址不符合，则直接将帧送回环中。4）数数据据循循环环一一周周后后由由发发送送站站回回收收。即即发发送送的的帧帧在在环环上上循循环环一一周周后后再再回回到到发发送送站站时时，发发送送站站将将该该帧帧从从环环上上移移去去，同同时时再再放放一一个个空空令令牌牌到到环环上上，使使其其余余的的站点能获得发送帧的许可权。站点能获得发送帧的许可权。Page282022/10/27的操作举例的操作举例AT=0T=0TAT=0T=0TAT=1T=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）帧循环一圈后帧循环一圈后A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌A有数据要发有数据要发送，它抓住空送，它抓住空令牌令牌A将令牌修改将令牌修改为数据帧，并为数据帧，并加挂数据加挂数据Page292022/10/276、令牌传递、令牌传递-令牌总线令牌总线(IEEE 802.4)特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网物理层：传输媒体为物理层：传输媒体为75 宽带同轴电缆，数据宽带同轴电缆，数据速率为速率为1Mb/s、5Mb/s或或10Mb/s；传输机制为以太网和令牌环的结合：传输机制为以太网和令牌环的结合：物理传输采用广播方式；物理传输采用广播方式；介质访问控制采用令牌方式。介质访问控制采用令牌方式。Page302022/10/277 7、4 45 5标准比较标准比较标准比较标准比较l三种帧结构的比较：Page312022/10/278、与优缺点比较、与优缺点比较：站点接入方便，发送时延不确定，站点接入方便，发送时延不确定，站点接入方便，发送时延不确定，站点接入方便，发送时延不确定，不使用光缆实现。不使用光缆实现。不使用光缆实现。不使用光缆实现。：站点接入方便，发送时延确定，不会站点接入方便，发送时延确定，不会站点接入方便，发送时延确定，不会站点接入方便，发送时延确定，不会 产生冲突，不使用光缆，管理复杂。产生冲突，不使用光缆，管理复杂。产生冲突，不使用光缆，管理复杂。产生冲突，不使用光缆，管理复杂。：站点接入不方便，发送时延确定，不站点接入不方便，发送时延确定，不站点接入不方便，发送时延确定，不站点接入不方便，发送时延确定，不 会产生冲突。易于用光缆实现。会产生冲突。易于用光缆实现。会产生冲突。易于用光缆实现。会产生冲突。易于用光缆实现。Page322022/10/278 8、标准、标准、标准、标准1).无线介质的局域网的标准2).LAN的标准及其制定IEEE802.11IEEE802.11bIEEE802.11b+IEEE802.11aIEEE802.11g频率.4GHZ.4GHZ.4GHZ5GHZ.4GHZ带宽2/1M11/5.5/2/1M22/11/5.5/2/1M可达54M可达54M距离100米100300米100300米510千米510千米业务数据数据/图像数据/图像语音/数据/图像语音/数据/图像