《局域网技术新》PPT课件.ppt

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1、网络工程概论第4章 局域网技术1第第4 4章章 局域网技术局域网技术4.1 局域网概述局域网概述4.2 以太网以太网4.3 局域网的局域网的MAC子层子层4.4 局域网的扩展局域网的扩展4.5 虚拟局域网虚拟局域网4.6 高速以太网高速以太网2本章学习要求：了解：局域网的形成过程和特点。掌握：局域网和以太网的关系。掌握：CSMA/CD协议。掌握：MAC帧结构。了解：集线器、网桥和交换机在局域网中的应用。掌握：虚拟局域网的概念和应用。了解：高速以太网的发展和应用。3局域网与广域网相比，具有以下特点：局域网与广域网相比，具有以下特点：4.1 局域网概述局域网局域网广域网广域网较小的地域范围，仅用于

2、办公室、机关、工厂、学校等内部联网分布是一个地区，一个国家乃至全球范围传输速率一般为1M100Mbit/s，1Gbit/s局域网也已开始推出。而其误码率一般在10-810-11之间传输速度在100kbit/s1Mbit/s，误码率较高一般为一个单位所建，在单位或部门内部控制管理和使用，一般是采用同轴电缆、双绞线面向一个行业或全社会服务，较多租用公用线路或专用线路，如公用电话线、光纤、卫星等侧重共享信息的处理一般侧重共享位置准确无误及传输的安全性44.1 局域网概述局域网按网络拓扑进行分类，可分为星型、环型、星型、环型、总线型总线型和树型树型几种。54.1 局域网概述64.1 局域网概述局域网可

3、使用多种局域网可使用多种传输传输媒体媒体：介质种类特点双双绞线绞线便宜，现在10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s的局域网也可使用双绞线同同轴电缆轴电缆50同轴电缆可用到10Mbit/s，而75同轴电缆可用到几百Mbit/s光光纤纤具有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带，主要用在环型网中，其数据率可达100Mbit/s甚至达到10Gbit/s。也可用于点对点线路74.1 局域网概述问题：如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体资源？静静态态划分信道划分信道 可以使用频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等，但这种划分信道的方法代价较高，不适合于局域网和某些广播信道的网络使用。84

4、.1 局域网概述 动态动态介介质访问质访问控制控制 动态介质访问控制又称为多点接入(Multiple Access)，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。又可分为以下两类：v 随机接入随机接入v 受控接入受控接入94.2 以太网l4.2.1 4.2.1 以太网和以太网和IEEE 802IEEE 802标准标准 l4.2.2 4.2.2 CSMACSMACDCD协议和协议和l4.2.3 4.2.3 以太网的连接方法以太网的连接方法 104.2.1 以太网和以太网和IEEE 802IEEE 802标准标准 以太网的两个以太网的两个标标准准：DIX Ethernet V2DIX Ethern

5、et V21982年由DEC、Intel、Xerox公司联合提出IEEE 802IEEE 802美国电气电子工程师协会中专门制定局域网和城域网的机构114.2.1 以太网和以太网和IEEE 802IEEE 802标准标准逻辑链逻辑链路控制路控制LLCLLC(Logical Link Control)子子层层LLC子层是与传输媒体无关的，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的介介质访问质访问控制控制MACMAC(Medium Access Control)子子层层MAC子层是与接入到传输媒体有关的124.2.1 以太网和以太网和IEEE 802标准标准lIEEE 802 IEEE 8

6、02 标标准系列准系列 134.2.2 CSMA/CDCSMA/CD协议和协议和 lCSMA/CD工作原理144.2.2 CSMA/CDCSMA/CD协议和协议和lALOHAALOHA协议协议 l纯纯ALOHAALOHA：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏。如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧。纯ALOHA协议的信道利用率最大不超过18%，即1/(2e)。l时隙时隙ALOHAALOHA：用时钟来统一用户的数据发送。办法是将时间分为离散的时间片，用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，冲突的危险区平

7、均减少为纯ALOHA的一半。分槽ALOHA的信道利用率可以达到36%（1/e）。154.2.2 CSMA/CDCSMA/CD协议和协议和时隙时隙ALOHA协议与纯协议与纯ALOHA的吞吐量曲线（的吞吐量曲线（G-S图）图）164.2.2 CSMA/CDCSMA/CD协议和协议和lCSMACSMA协议 l1-1-坚持坚持CSMACSMA（1-persistent CSMA1-persistent CSMA）l非坚持非坚持CSMACSMA（NonpersistentNonpersistent CSMA CSMA）lP-P-坚坚持持CSMACSMA（P-persistent CSMAP-persis

8、tent CSMA）174.2.2 CSMA/CDCSMA/CD协议和协议和lCSMA/CDCSMA/CD协议协议 -带冲突检测的载波侦听多点接入访问协议带冲突检测的载波侦听多点接入访问协议184.2.2 CSMA/CDCSMA/CD协议和协议和l每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇冲突的可能性。这一小段时间是不确定的，它取决于另一个发送数据的站到本站的距离。l如果发生了冲突，发送数据的站就必须推迟一段时间重新发送。l以太网的端到端往返时延2称为争用期，又称为冲突窗口。194.2.2 CSMA/CDCSMA/CD协议和协议和算法过程：算法过程：1)确定基本退避时间，一般是取为争

9、用期2,记为T。2)定义参数k，k=Minn，10，n为冲突次数，初值为0。因此，k不超过10。3)随机地取出一个整数r，0r2k-1。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间，t=rT。4)当重传达16次仍不能成功时（这表明同时打算发送数据的站太多，以致连续发生冲突），则丢弃该帧，并向高层报告。l以太网使用截短二进制指数退避算法来解决争用问题。204.2.3 以太网的连接方法l以太网有4种不同的物理层，即10BASE5(粗缆)、10BASE2(细缆)、10BASE-T(双绞线)和10BASE-F(光缆)。214.3 局域网的MAC子层 l4.3.1 4.3.1 MACMAC子层的硬件地址子层的硬

10、件地址 l4 4.3.2 .3.2 两种不同的两种不同的MACMAC帧格式帧格式 224.3.1 MAC子层的硬件地址 l 硬件地址又称为物理地址或MAC地址。l 802标准规定MAC地址字段可采用6B或2B这两种中的一种。现在的局域网实际上使用的都是6B MAC地址。由IEEE的注册管理委员会RAC负责分配地址字段的6B中的前3B。234.3.2 两种不同的MAC帧格式 244.4 局域网的扩展l4.4.1 4.4.1 使用集线器扩展局域网使用集线器扩展局域网 l4 4.4.2 .4.2 使用网桥扩展局域网使用网桥扩展局域网 l4.4.3 4.4.3 多端口网桥多端口网桥-以太网交换机以太网

11、交换机 254.4.1 使用集线器扩展局域网使用集线器扩展局域网 l 用几个集线器连接成更大范围的多级星型结构的局域网。优点缺点扩大了局域网覆盖的地理范围1、组成了一个更大的冲突域，局域网内最大吞吐量下降。2、不能把不同类型的以太网连接起来。264.4.2 使用网桥扩展局域网使用网桥扩展局域网 l 网桥的内部结构 274.4.2 使用网桥扩展局域网使用网桥扩展局域网使用网桥有以下的优缺点：使用网桥有以下的优缺点：优点缺点过滤通信量要查找转发，增加了时延扩大了物理范围并没有流量控制，可能产生帧丢失提高了可靠性不同MAC的网段，需修改帧后再转发可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网用户

12、过多时，会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞284.4.2 使用网桥扩展局域网使用网桥扩展局域网l透明网透明网桥桥 包含4个LAN和两个网桥的配置 l当一当一帧帧到达的到达的时时候，网候，网桥桥必必须须决定将决定将该帧丢该帧丢弃弃还还是是转发转发，如，如果是果是转发转发的的话话，还还必必须须决决定定一条一条输输出出线线路路(LAN)LAN)。l使用使用一种一种扩扩散算法散算法-逆向学逆向学习习法法(Backward Learning)Backward Learning)294.4.2 使用网桥扩展局域网使用网桥扩展局域网l透明透明的循环问题的循环问题 l解决方法解决方法生成树算法生成树算法 3

13、04.4.3 多端口网多端口网桥桥-以太网交以太网交换换机机 l交换机交换机解决共享式网络问题解决共享式网络问题l直通式交换直通式交换l存储转发式交换存储转发式交换314.5 虚拟局域网l4.5.1 4.5.1 虚拟局域网的概念虚拟局域网的概念 l4 4.5.2 .5.2 虚拟局域网的分类虚拟局域网的分类 l4.5.3 4.5.3 虚拟局域网的应用虚拟局域网的应用 324.5.1 虚拟局域网的概念l虚虚拟拟局域网局域网VLANVLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的的逻辑组逻辑组，而，而这这些网段具有某些共同的需求。些网段具有某些共同的需求。334

14、.5.1 虚拟局域网的概念VLANVLAN具有以下特点：具有以下特点：l灵活的、灵活的、软软定定义义的、的、边边界独立于物理媒界独立于物理媒质质的的设备设备群。群。l广播流量被限制在广播流量被限制在软软定定义义的的边边界内、提高了网界内、提高了网络络的安全性。的安全性。l在同一个虚在同一个虚拟拟局域网成局域网成员员之之间间提供低延提供低延迟迟、线线速的通信。速的通信。l能能够够在网在网络络内划分网段或者微网段，提高网内划分网段或者微网段，提高网络络分分组组的灵活性。的灵活性。344.5.2 虚拟局域网的分类l基于端口基于端口 特特点点是是将将交交换换机机按按照照端端口口进进行行分分组组，每每一

15、一组组定定义义为为一一个个虚虚拟拟局域网。局域网。l基于硬件基于硬件MACMAC地址层地址层 交交换换机机对对终终端端的的MACMAC地地址址和和交交换换机机端端口口进进行行跟跟踪踪，在在新新终终端端入入网网时时根根据据已已经经定定义义的的虚虚拟拟局局域域网网MACMAC对对应应表表将将其其划划归归至至某某一一个虚拟局域网个虚拟局域网。l基于网络层基于网络层 使用协议或网络层地址来确定网络成员。使用协议或网络层地址来确定网络成员。354.6 高速以太网l4.6.1 1004.6.1 100BASE-TBASE-T以太网以太网 l4 4.6.2 .6.2 1 1GbitGbit/s/s以太网以太

16、网 l4 4.6.6.3 3 10 10GbitGbit/s/s以太网以太网 l4.6.4 4.6.4 其他种其他种类类的高速局域网的高速局域网 364.6.1 100BASE-T以太网 速率速率所采用的方法所采用的方法标准标准100Mbit/s仍使用IEEE 802.3的CSMA/CD协议。保持最短帧长不变，帧间时间间隔从原来的9.6s改为0.96s100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T41Gbit/s仍使用IEEE 802.3的CSMA/CD协议。采用“载波延伸”和“帧突发”技术。1000BASE-X、1000BASE-T10Gbit/s不使用CSMA/CD协议，全

17、双工。不再使用铜线而只使用光纤。802.3ae374.6.2 1Gbit/s以太网 l“载载波延伸波延伸”-帧扩帧扩展技展技术术：使最短使最短帧长帧长仍仍为为6464B(B(这样这样可以保可以保持兼容性持兼容性)，同，同时时将争用将争用时间时间增大增大为为512512B B。384.6.2 1Gbit/s以太网l“帧帧突突发发”的技的技术术：多帧发送时，：多帧发送时，第一第一帧帧采用采用载载波延伸的方法波延伸的方法进进行填充。但随后的行填充。但随后的帧则帧则可一个接一个地可一个接一个地发发送，它送，它们们之之间间只只需留有必要的需留有必要的帧间帧间最小最小间间隔即可。隔即可。394.6.4 其

18、他种类的高速局域网 100VG-AnyLAN100VG-AnyLAN局域网局域网：l100100VG-VG-AnyLANAnyLAN也是一种使用集也是一种使用集线线器的器的100100MbitMbit/s/s高速局域网高速局域网。l100100VGVG是一种无冲突局域网，能更好地支持多媒体是一种无冲突局域网，能更好地支持多媒体传输传输。在网。在网络络上可上可获获得高达得高达9595的吞吐量。的吞吐量。l但但100100VGVG是市场竞争的失败者是市场竞争的失败者404.6.4 其他种类的高速局域网光光纤纤分布式数据接口分布式数据接口FDDIFDDI：lFDDIFDDI是一个使用光是一个使用光纤

19、纤作作为传输为传输媒体的令牌媒体的令牌环环型网。型网。l使用基于使用基于令牌令牌环标环标准的准的MACMAC协议协议，分，分组长组长度最大度最大为为45004500B B。l采用双环结构采用双环结构 414.6.4 其他种类的高速局域网高性能并行接口高性能并行接口HIPPIHIPPI：l主要用于超主要用于超级计级计算机与一些外算机与一些外围设备围设备(如海量存如海量存储储器、器、图图形工形工作站等作站等)的高速接口。的高速接口。光光纤纤通道通道：l处处理数据通道和网理数据通道和网络络的的连连接。它可用来接。它可用来传传送数据通道，包括送数据通道，包括HIPPIHIPPI、SCSISCSI以及以及IBMIBM主机所用的复用器通道，也可用来主机所用的复用器通道，也可用来传传送送网网络络的分的分组组，如，如IEEE 802IEEE 802、IPIP以及以及ATMATM的分的分组组。42