计算机网络与通信 第4章计算机局域网.ppt

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1、4.1局域网技术特征4.2局域网参考模型和标准4.3以太网4.4虚拟局域网4.5无线局域网4.6局域网互连第4章 计算机局域网 【本章内容简介】局域网是计算机网络的基础和重要组成部分。本章主要介绍了局域网的技术特征及其体系结构标准，以太网与交换式以太网的基本工作原理，虚拟局域网和无线局域网的基本概念，局域网互连及互连设备。【本章重点难点】重点掌握IEEE802.3、IEEE802.4和IEEE802.5的具体内涵，以太网工作原理及组网方法，交换式以太网、虚拟局域网、无线局域网的功能和实现技术。第4章 计算机局域网 4.1局域网技术特征 局域网(LAN)的典型代表是以太网(Ethernet)4.

2、1.1局域网的基本特征 1网络的覆盖范围很有限(0.110Km)2拓朴结构的形式简单而多样化 3高传输率和低误码率 4局域网侧重共享信息的处理和存储 5决定局域网特性的主要技术要素是网络拓扑结构、传输形式与介质访问控制方法。1拓朴结构(可靠性、经济性、功能、可扩充性等）2传输形式 局域网采用的传输介质主要有4种：双绞线、同轴电缆（基带同轴电缆、宽带同轴电缆）、光纤和微波无线电。3介质访问控制方法(MAC)控制各站点使用介质的方式。介质访问控制方法主要有五类：固定分配、需要分配、适应分配、探询分配和随机访问。评价介质访问控制方法有三个基本要素：协议简单、有效的通道利用率和网上站点的用户公平合理地

3、使用网络。4.1.2局域网的基本技术4.2.1 IEEE802（局域网标准）参考模型 4.2局域网参考模型和标准图4-1 OSI/RM与LAN体系结构的比较介质访问控制子层（MAC)实现帧的寻址和识别,完成帧校验序列的产生和检验。逻辑链路控制子层（LLC)：不同局域网的LLC具有统一性LAN通信子网只包括物理层和数据链路层4.2.2 IEEE802标准图4-2 IEEE802标准4.2.3 介质访问控制方法 1带有冲突检测的载波侦听多点访问方法（CSMA/CD）CSMACD 是采用争用技术的一种介质访问控制方法，争用方式一般用于总线型和树形拓扑结构，它的每个站点都能独立决定发送帧，若两个或多个

4、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，则等待一个随机时间间隔后重发，以避免再次发生冲突。可将CSMACD 形象地概括为用先听后发、边听边发的方法来共享传输介质。CSMACD的发送流程可简单的概括为4点：先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发。CSMACD的优缺点。2令牌环访问控制方法（Token Ring）802.5规定了采用令牌环传递方法的环形拓扑结构的局域网。4.2.3 介质访问控制方法图 4-3 令牌环操作原理 3令牌总线访问控制方法（Token Bus）这种方式主要用于总线型或树型网络结构中，采用总线式的令牌传递方式。4.2.3 介质访问控制方法图4-

5、4 令牌总线结构示意图4.3以太网 4.3.1以太网介质访问控制协议 1以太网MAC帧结构局域网中一般采用以数据块为单位的同步方式，待发送的数据加上一定的控制类信息构成帧。图4-5 以太网帧结构 4.3.1以太网介质访问控制协议2帧的发送流程图4-6 以太网帧的发送流程 4.3.1以太网介质访问控制协议 图4-7 以太网帧的接收流程 3帧的接收过程4.3.2 以太网组网技术1细同轴电缆以太网图4-8 细同轴电缆以太网2粗同轴电缆以太网4.3.2 以太网组网技术图4-9 粗同轴电缆以太网3双绞线以太网4.3.2 以太网组网技术图4-10 双绞线以太网图4-11三种连接器示意图1以太网交换原理所谓

6、以太交换技术方案，就是采用拥有一个共享内存交换矩阵和多个端口的以太网交换机，将LAN分为多个独立的网段，允许同时建立多对收、发信道进行信息传输，如图4-12所示。4.3.3交换式以太网图4-12 交换式以太网4.3.3交换式以太网图4-13 共享交换式以太网 2交换式以太网技术的优点 （1）保护原有的以太网基础设施可继续使用，节省用户网络升级的费用。（2）可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同。（3）实现网络分段，均衡负荷，同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更多的带宽。（4）提供全双工模式操作，提高了处理效率，时间响应快。4.3.3交换式以太网 3交换模式 以太交换机端口接收到一

7、个帧时的处理方式和效率与LAN交换模式有关，有三种以太交换模式：存储转发、直通和不分段方式。4以太网交换机4.3.3交换式以太网图4-14 CiscoCatalyst1900系列以太网交换机4.3.4快速以太网图4-15 百兆/千兆位以太网应用架构 1百兆位以太网 百兆位以太网有两种，一种叫100Base-T，另一种是100VG-AnyLAN。100VG-AnyLAN与100Base-T之间技术上最大的区别在于介质访问控制方法的不同。100Base-T采用了用于10Mbps以太网的CSMA/CD方式，而100VG-AnyLAN采用一种新的介质访问方式请求优先（demand priority）。

8、4.3.4快速以太网 2吉比特以太网4.3.4快速以太网图4-16吉比特以太网分层结构模型4.3.4快速以太网310吉比特以太网 2002年IEEE公布了10吉比特以太网的正式标准802.3ae.主要技术特点：（1）保留了802.3的帧格式；（2）只使用全双工工作方式；（3）只使用光纤做传输介质；（4）星型拓扑结构；（5）速率高，不直接与端用户相连；（6）光物理媒体相关（PMD）子层。4.4.1虚拟局域网概述4.4虚拟局域网(a)传统LAN的分段（广播域）(b)虚拟LAN分段（广播域）图4-17 传统LAN与虚拟LAN的分段示意图4.4.1虚拟局域网概述通过合理地划分VLAN来管理网络具有以下

9、优点：（1）分段灵活；（2）安全性好；（3）性能提高；（4）管理简单。4.4.2虚拟局域网组网方法 1按端口划分图4-18 按端口划分的VLAN 2按MAC地址划分3按网络协议划分 4按IP广播组划分4.4.2虚拟局域网组网方法4.5无线局域网4.5.1无线局域网概述 1无线局域网的优点（1）使用灵活（2）经济节约（3）易于扩展（4）兼容性好（5）安全性高（6）安装便捷4.5.1无线局域网概述 2无线局域网相关标准 （1）IEEE 802.11系列标准 （2）HomeRF （3）蓝牙技术(Bluetooth)（4）红外线数据标准协会IrDA 1组成及结构 （1）对等式 （2）接入式4.5.2无

10、线局域网技术图4-19对等式的网络结构 图4-20接入式的网络结构 1组成及结构 （3）中继式4.5.2无线局域网技术图4-21中继式的网络结构 2关键技术 实现无线局域网的关键技术主要集中在复杂的物理层，即涉及传输介质的选择、接入和数据信号的传输技术方面。在MAC子层，则是采用带有冲突避免的CSMA/CA介质接入协议。（1）传输介质与传输技术 （2）无线局域网设备 （3）CSMA/CA 4.5.2无线局域网技术 4.6.1局域网连接硬件设备 1网卡 2局域网的互连设备 （1）网络物理层互连设备 中继器集线器4.6局域网互连图4-22 不同类型的局域网中继器 （2）数据链路层互连设备 网桥交换

11、机4.6.1局域网连接硬件设备（a）本地网桥 （b）远程网络图4-23 网桥的原理 （3）网络层互连设备4.6.1局域网连接硬件设备图4-24 互连以太网和令牌环网的路由器图4-25路由器网络 （4）高层互连设备 网关是最复杂的网络互连设备，用于两个高层协议不同的网络互连。3网络数据存储和处理设备 （1）服务器 （2）客户机 （3）其他数据存储设备 （4）接插件4.6.1局域网连接硬件设备 （4）高层互连设备 网关工作在OSI的高三层，即会话层、表示层和应用层。3网络数据存储和处理设备（1）服务器（2）客户机（3）其他数据存储设备（4）接插件4.6.1局域网连接硬件设备 1局域网互连背景 （1）提高可靠性 当任何一个局域网发生故障时不会影响到全网；（2）分散了负荷 这是由于分散处理使得局域网的负载轻、工作站少，以及内部通信速度得以提高；（3）提高了安全性 由于将各个性质不同的部门（局域网）自然的分隔开来，可以增强安全保密性。4.6.2局域网互连 2局域网互连类型 （1）相同类型的局域网互连4.6.2局域网互连图4-26 两种局域网互连方案（2）不同类型的局域网互连（3）通过主干网将局域网互连（4）通过广域网(WAN)将局域网互连4.6.2局域网互连图4-27 局域网通过广域网相连实例