56644计算机网络基础 第5章 局域网组网技术.pptx

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1、计算机网络技术基础名校名师精品系列教材FoundationsofComputerNetworkTechnology局域网组网技术第五章名校名师精品系列教材CONTENTSCONTENTS01局域网概述02局域网的组成03局域网体系结构04局域网介质访问控制方式05以太网技术4 第5章 局域网组网技术一、局域网概述 LAN的发展和技术局域网是20世纪70年代后迅速发展起来的计算机网络，其标准繁多，经过30多年的大浪淘沙，以太网逐渐占据了上风。虽然局域网（LocalAreaNetwork，LAN）的发展只有40多年的历史，但其发展速度很快，应用范围非常广泛，已经涵盖共享访问技术、交换技术、高速网络

2、技术等多种技术。5 第5章 局域网组网技术一、局域网概述 LAN的特点（1）地理范围一般不超过几公里，通常网络分布在一座办公大楼或集中的建筑群内，为单个组织所有；（2）通信速率高，传输速率一般为10100Mbps，甚至1000Mbps，能支持计算机间高速通信；（3）多采用分布式控制和广播式通信，可靠性高，误码率通常在11-711-12范围内；（4）可采用多种通信介质，如同轴电缆、双绞电缆和光缆等；（5）易于安装、组建与维护，节点的增删容易，具有较好的灵活性。6 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成在LAN的实际应用中，最重要的仍然是资源共享，包括高速的或贵重的外围设备的共享、信息共享、访问文

3、件系统和数据库。局域网的组成包括网络服务器、工作站、网络设备和通信介质，网络操作系统（NetworkOperatingSystem，NOS）和网络协议（NetworkProtocol）也是组成局域网不可缺少的部分。网络操作系统对整个网络的资源运行进行管理。7 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成从使用角度来看，网络服务器可分为文件服务器、应用服务器、打印服务器等。1.文件服务器文件服务器能将大容量磁盘空间提供给网上用户使用，接收客户机提出的数据处理和文件存取请求，向客户机提供各种服务2.应用服务器根据服务器在网络中用途的不同，应用服务器由可分为数据库服务器、通信服务器、WWW服务器、电子邮件

4、服务器等。3.打印服务器LAN提供了共享打印机的功能。网络服务器8 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成工作站是指连接到计算机网络中并运行应用程序来实现网络应用的计算机，它是数据处理的主要场所。用户通过工作站与网络交换信息，共享网络资源。工作站根据有无外部存储器，可分为无盘工作站和有盘工作站；根据应用环境的不同，可分为事务处理工作站和图形工作站；根据操作系统的不同，可分为DOS工作Windows工作站、UNIX工作站、Linux工作站等。工作站9 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成网络设备是指用于网络通信的设备，包括网络卡、中继器（Repeater）、集线器（HUB）、网桥（Bridge

5、）、交换机（Switch）、路由器（Router）、网关（Gateway）等多种用于网络互连的设备。1.网卡网卡是组成LAN的主要器件，用于网络服务器或工作站与通信介质的连接。2.中继器中继器又叫转发器，是两个网络在物理层上的连接，用于连接具有相同物理层协议的局域网，是局域网互连的最简单的设备。网络服务器10 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成3.集线器（HUB）集线器（HUB）是一种特殊的中继器，它作为多个网络电缆段的中间转换设备将各个网段连接起来。4.网桥当局域网上的用户日益增多，工作站数量日益增加时，局域网上的信息量也将随着增加，可能会引起局域网性能的下降。5.交换机交换机是一种可用

6、于电（光）信号转发的网络设备。网络服务器11 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成6.路由器随着网络规模的扩大，特别是形成大规模广域网环境时，网桥在路径选择、拥塞控制及网络管理方面远远不能满足要求，路由器则加强了这些方面的功能。7.网关若要使两个完全不同的网络连接在一起，一般要使用网关。用路由器连接的网络需要相同的协议，而网关允许某层上有不同的协议。网关为互联网络双方高层的每一端提供一种协议转换服务，能在高层协议不同的情况下提供协议转换能力。网络服务器12 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成通信介质是网络中信息传输的载体，是网络通信的物质基础之一。在局域网中，常用的通信介质有同轴电缆、双

7、绞电缆和光缆，有的场合还采用无线介质（WirelessMedium）如微波、激光、红外线和无线电等。1.同轴电缆同轴电缆由中心导体、绝缘层、导体网和保护套组成。同轴电缆按带宽分为两类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。2.双绞电缆双绞电缆由若干对双绞线（2对或4对）外包缠护套组成。两根绝缘的金属导线扭在一起形成双绞线，线对扭在一起可减少相互间的电磁干扰。通信介质13 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成3.光缆光缆具有很大的带宽。光缆由许多细如发丝的玻璃纤维加绝缘护套组成，光束在玻璃纤维内传输，具有防电磁干扰、传输稳定可靠、传输带宽大的特点，适用于高速网络和骨干网络的连接。利用光缆连接网络时，端口

8、必须连接光/电转换器，且需要其他辅助设备。光纤分为单模光纤和多模光纤两种(所谓“模”就是指以一定的角度进入光纤的一束光线)。通信介质14 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成多模光纤中，芯的直径一般是50或62.5m，使用发光二极管作为光源，允许多束光线同时穿过光纤，定向性差，最大传输距离为2km，一般用于距离相对较近的区域内的网络连接；单模光纤中，芯的直径一般为9或10m，使用激光作为光源，并只允许一束光线穿过光纤，定向性强，传递数据质量高，传输距离远，可达100km，通常用于长途干线传输及城域网建设等。通信介质15 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成多模光纤中，芯的直径一般是50或6

9、2.5m，使用发光二极管作为光源，允许多束光线同时穿过光纤，定向性差，最大传输距离为2km，一般用于距离相对较近的区域内的网络连接；单模光纤中，芯的直径一般为9或10m，使用激光作为光源，并只允许一束光线穿过光纤，定向性强，传递数据质量高，传输距离远，可达100km，通常用于长途干线传输及城域网建设等。4.无线介质无线介质由激光、红外线和无线电波（这些都属于电磁波）等，它们无需架设或埋铺通信介质。通信介质16 第5章 局域网组网技术二、局域网的组成选择通信介质时要考虑的因素很多，但首先应当确定主要因素。选择时可考虑的主要因素有：网络拓扑结构（NetworkTopology）与连接方式；网络覆盖

10、的地理范围与节点间距；支持的数据类型与通信容量；环境因素与可靠性。通信介质17 第5章 局域网组网技术三、局域网体系结构局域网的参考模型18 第5章 局域网组网技术三、局域网体系结构LAN的数据链路层分为两个功能子层：逻辑链路控制子层（LLC）介质访问控制子层（MAC）LLC子层和MAC子层的功能将数据组成帧，并对数据帧进行顺序控制、差错控制和流量控制，使不可靠的物理链路变为可靠的链路。LAN可以支持多重访问，即实现数据帧的单播、广播和多播；划分LLC和MAC子层的目的19 第5章 局域网组网技术三、局域网体系结构IEEE802标准已被美国国家标准协会ANSI接受为美国国家标准，随后又被国际标

11、准化组织ISO采纳为国际标准，称为ISO802标准。IEEE 802标准20 第5章 局域网组网技术四、局域网介质访问控制方式局域网使用的是广播信道，即众多用户共享通信媒体，为了保证每个用户不发生冲突，能正常通信，关键问题是如何解决对信道争用。解决信道争用的协议称为介质访问控制协议（MediumAccessControl，MAC），是数据链路层协议的一部分。局域网常用的介质访问控制协议有载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）、令牌环（TokenRing）访问控制和令牌总线访问控制。采用CSMA/CD的以太网已是局域网的主流。21 第5章 局域网组网技术四、局域网介质访问控制方式载波侦听多

12、路访问/冲突检测法载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD，CarrierSenseMultipleAccessWithCollisionDetection）是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法。最初的以太网是基于总线拓扑结构的，使用的是粗同轴电缆，所有站点共享总线，每个站点根据数据帧的目的地址决定是丢弃还是处理该帧。总线上只能有一台计算机发送数据，否则数据信号在信道中会叠加，相互干扰，产生数据冲突，使发出数据无效。由于站点都是随机发送数据的，如果没有一个协议来规范，所有站点都来争用同一个站点，必然会发生冲突。载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）正是解决这种

13、冲突的协议。该协议实际上可分为“载波侦听”和“冲突检测”。22 第5章 局域网组网技术四、局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问/冲突检测法1.工作过程CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下：（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。（2）如果信道忙，则继续侦听，直到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，并向总线发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。23 第5章 局域网组网技术四、局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问/冲突检测法（4）已发出信息的站点收到阻塞信号后，等

14、待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。CSMA/CD发送过程可描述如图：24 第5章 局域网组网技术四、局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问/冲突检测法2.二进制指数后退算法实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与距离该站点最远站点信息传输时延的2倍。假设A站点与距离A站最远B站点的传输时延为T（图5-6所示），那么2T就作为一个时间单位。若该站点在信息发送后2T时间内无冲突，则该站点取得使用信道的权利。可见，要检测是否冲突，每个站点发送的最小信息长度必须大于2T。25 第5章 局域网组网技术四、局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问/冲突检测法为了

15、检测冲突，在每个站点的网络接口单元（NIU）中设置有相应电路，当有冲突发生时，该站点延迟一个随机时间（2T*随机数），再重新侦听。与延迟相应的随机数一般取（0,M）之间，M=2min（10,N）。其中N为已检测到的冲突次数：冲突大于16，则放弃发送，另作处理。这种延迟算法称为二进制指数后退算法。该算法有下面三种不同的存在方式：（1）非-坚持CSMA若信道空闲，则立即发送。若信道忙，则继续侦听，直至检测到信道是空闲的，立即发送。如果有冲突，则等待一随机量的时间，重复前面的步骤。26 第5章 局域网组网技术四、局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问/冲突检测法（2）1-坚持CSMA若信道忙，则不侦

16、听，隔一段时间间隔后再侦听。若信道空闲，则立即发送。由于在信道忙时放弃侦听，就减少了再次冲突的机会，但会使网络的平均延迟时间增加。（3）P-坚持CSMA若信道空闲，则以P的概率发送，而以（1-P）的概率延迟一个时间单位再侦听。一个时间单位通常等于最大传播时延的2倍。若信道忙，则续续侦听直至信道空闲并重复前面步骤。P-坚持CSMA算法是一种既能像非坚持CSMA算法那样减少冲突，又能像坚持CSMA算法那样减少信道空闲时间的折中方案，最重要的是选择好概率P。27 第5章 局域网组网技术四、局域网介质访问控制方式令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域网

17、控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种状态。令牌环访问控制方式28 第5章 局域网组网技术五、以太网技术总线局域网的MAC子层的帧结构有两种标准：一种是IEEE802.3标准；另一种是DIXEthernetV2标准。如图所示，帧结构都由5个字段组成，但个别字段的意义存在差别。以太网的MAC帧格式29 第5章 局域网组网技术五、以太网技术1.细缆以太网（10BASE-2）10BASE-2以太网采用0.2英寸50的同轴电缆作为传输介质，传输速率为10Mbps。10BASE-2使用网卡自带的

18、内部收发器（MAU）和BNC接口，采用T形接头就可将两端的工作站通过细缆连接起来，组网开销低，连接方便。如图所示。以太网的组网技术30 第5章 局域网组网技术五、以太网技术2.双绞线以太网（10BASE-T）10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为10mbps的以太网。如图所示。以太网的组网技术31 第5章 局域网组网技术五、以太网技术1快速以太网（100BASE-T）简介快速以太网是在传统以太网基础上发展的，因此它不仅保持相同的以太帧格式，而且还保留了用于以太网的CSMA/CD介质访问控制方式。由于快速以太网的速率比普通以太网提高了10倍，所以快速以太网中的桥接器、路由

19、器和交换机都与普通以太网不同，它们具有更快的速度和更小的延时。快速以太网32 第5章 局域网组网技术五、以太网技术2.快速以太网分类快速以太网标准分为：100BASE-TX、100BASE-FX和100BASE-T4三个子类。如表所示。快速以太网名称线缆最大距离优点100BASE-T4双绞线100m可以使用3类双绞线100BASE-TX双绞线100m全双工、5类双绞线100BASE-FX光纤200m全双工、长距离33 第5章 局域网组网技术五、以太网技术3.快速以太网接线规则快速以太网对MAC层的接口有所拓展，它的接线规则有相应变化，如图所示。快速以太网34 第5章 局域网组网技术五、以太网技

20、术吉比特以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。吉比特以太网35 第5章 局域网组网技术五、以太网技术2002年6月正式发布了IEEE802.3ae10Gbps标准，将802.3协议扩展到10Gbps的工作速度，并扩展以太网的应用空间，使之能够包括WAN链接。1.10吉比特以太网标准的目标保留IEEE802.3帧格式不变保留IEEE802.3最小/最大帧长不变只支持全双工运行模式不需要进行冲突检测，不再使用CSMA/CD协议。仅使用光缆作为传输介质

21、可提供10Gb/s的城域网或局域网数据传输速率，也可以支持10.59Gb/s的广域网数据传输速率（支持SONET/SDH）。10吉比特以太网36 第5章 局域网组网技术五、以太网技术10吉比特以太网2.IEEE802.3ae标准的分类a)10GBase-SRSerial：850mm短距离模块（其在现有多模光缆上的最长距离为85m，在新型2000MHz/km多模光纤上的最长传输距离300m）。b)10GBase-LRSerial：1310nm长距离模块（其在单模光缆上的最长距离为10km）。c)10GBase-ERSeria：1550nm超长距离模块（其在单模光缆上的最长传输距离为40km）。感谢您的观看名校名师精品系列教材FoundationsofComputerNetworkTechnology