(5)--5-局域网技术计算机网络.pdf
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1、Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University局域网技术第五章Computer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityComputer NetworkVersion 2008Wenzhou University教学目标:掌握局域网的特点和功能;理解IEEE802标准;掌握介质访问控制的原理;掌握以太网、交换以太网和高速以太网技术;了解令牌环网和FDDI;理解VLAN的概念与实现理解无线局域网的工作原理和基本组网方式掌握局域网主要组网设备的功能与选择教学难点/重点:介质访问控制/以太网技术系列、VLAN 教学时数:
2、理论6-7学时Computer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityChap5 Chap5 局域网技局域网技术术Computer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityComputer NetworkVersion 2008Wenzhou University局域网的定义:局域网(local area network,LAN)是一种小范围内,以实现资源共享、数据传递和彼此通信为基本目的,由网络结点(计算机或网络连接)设备和通信线路等硬件按照某种网络结构连接而成的,配有相应软件的高速计算机网络。Computer Netwo
3、rkVersion 2008Wenzhou University Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University局域网的三大实现技术 一个实用的局域网涉及以下三项基本网络技术:网络拓扑结构 传输介质 介质的访问控制方式Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University特点:各节点地位平等,无中心节点控制。结构简单,实现容易 所有结点都通过总线发送或接收数据,但一段时间内只可能允许一个结点利用总线发送数据“共享”。广播式网络“共享”产生“冲突”(collision),冲突造成数据传输的失效,需要提供一种控制机
4、制解决多个结点访问总线产生的冲突问题。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University各节点通过环路接口使用点对点线路连接在一条闭合的环型通信线路中增加环形拓扑可靠性,还引入了双环拓扑。在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用环,从而当主环发生故障时,由备用环继续工作。传输介质可采用电缆或光缆 数据以基带信号串行传输,但从发送节点出来后,在环中沿一个固定方向绕环逐站传输多个结点共享一条环通路的共享介质结构,也要提供旨在解决冲突问题介质访问控制。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University结构:由一系列末
5、端节点以中央节点为中心相连接,各末端节点与中央节点以点对点方式连接。传输介质可采用电缆或光缆任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点,中央节点集中执行通信控制策略,如完成节点间通信时物理连接的建立、维护和拆除;中央节点通常为集线器或交换机优点:结构简单,管理方便,可扩充性强,组网容易 缺点:中央结点单点故障 Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University星型拓扑结构的一种扩充,又叫树型拓扑结构;结构特点:一个星型拓扑的末端节点又是其他星型拓扑的中央节点。HUB1HUB2HUB3HUB4HUB5PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8Comp
6、uter NetworkVersion 2008Wenzhou University可选的介质类型 同轴电缆 双绞线 光纤 无线信道选择要点:在局部范围或室内的中、高速局域网中使用双绞线 在远距离或室外传输中使用光纤 在有移动结点的局域网中采用无线技术。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University共享网络环境是指网络上的所有设备通过一条公用的信道来传输数据,又称广播网络。当共享介质环境中的多个节点试图在同一时 刻 发 送 数 据 时,就 会 发 生 冲 突(collision)。站点A和D同时往共享信道上发送数据冲突冲突通常将可能发生冲突的所有设
7、备和与之相关的共享介质称为一个冲突域(collision domain)。冲突会使其所涉及的各节点的数据传输发生失败局域网必须解决介质访问控制问题。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University为了促进局域网产品的标准化以增加产品的互操作性,1980年2月,美国电气和电子工程师学会(IEEE)成立了局域网标准化委员会,简称IEEE802委员会,研究并制定了关于局域网的IEEE 802标准。IEEE802标准是一个标准体系,包含一系列不同的标准或规范。随着局域网技术的发展,该体系中在不断地增加新的标准和协议。目前主要有IEEE 802.1IEEE 8
8、02.16 等多个标准。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University(四)局域网的模型与工作原理1.IEEE 802参考模型 IEEE 802委员制定了IEEE802局域网参考模型。该模型只制定了对应于OSI参考模型的下两层规范,即物理层和数据链路层的规范。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University物理层:与OSI的物理层类似,主要规定比特流的传输与接收,描述所使用的信号电平的编码及解码,规定网络的拓朴结构,传输介质及介质的传输速率等。数据链路层被分为两个子层(sublayer)MAC子层-处理局
9、域网中各站点对通信介质的争用问题,不同类型的局域网使用不同的介质访问控制协议;LLC子层-屏蔽MAC子层的具体实现,将其变成统一的LLC界面,从而向网络层提供一致的服务。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityIEEE802.1A 综述与体系结构综述与体系结构(说明与说明与OSI/ISO的对应关系的对应关系)IEEE802.2逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)规范与协议规范与协议802.3CSMA/CDPhysicalLayer802.4Token BusPhysicalLayer802.5Token RingPhysicalLayer802
10、.6MANPhysicalLayer802.7FDDIPhysicalLayer802.8宽带网宽带网PhysicalLayer802.11无线局无线局域网域网PhysicalLayerIEEE802.1B寻址、网络互连和寻址、网络互连和网络管理网络管理IEEE802.10 可操作的局域网安全机制可操作的局域网安全机制802.15近距离近距离无线个无线个人局域人局域网网PhysicalLayer802.16宽带无宽带无线网络线网络PhysicalLayerComputer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityComputer NetworkVersion
11、2008Wenzhou University 有一个单独的集中控制器或一个具有控制整个网络能力的节点来管理网络的通信。无集中控制节点,各节点均处于平等地位。节点间的通信由各节点自身控制,进一步分为:1)争用型介质访问控制协议,又称随机型的介质访问控制协议,如CSMA/CD。2)确定型介质访问控制协议,又称有序的访问控制协议,如令牌法。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University1、只要一个站点想要传输信息帧,立即发送信息帧。接收站点通过检查帧检验序列字段来决定帧是否完好无损。如果是合法帧,站点通过另外一个信道发出一个确认2、站点在帧发送后监听一段
12、时间,如果在信息来回传播的最大延迟时间(两倍于相距最远的两个站点之间传递信息的时间)再加上一小段固定的时间内:如果收到了确认,则传输成功否则,发送站点等待一段随机的时间后重发信息帧。3、如果重传多次仍得不到确认,放弃传输帧Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University在ALOHA协议中,每个站点在发送时不考虑其他站点的情况,容易造成冲突。如果一个站点在发送数据之前,能够先探测是否有其他站点正在发送数据,这就能降低冲突发生的概率 载波侦听CS:网络中的各个站点都具备一种对总线上所传输的信号或载波进行监测的功能。多点访问MA:一个站点占用总线发送信号时
13、,所有连到同一总线上的其他站点都可以通过各自的接收器收听,目标节点对所接收的信号进行进一步的处理,非目标节点则忽略所收到的信号。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University载波监听多路访问(CSMA)想要传输的站点首先监听媒体上是否有其他站点在传输(载波监听。如果媒体空闲,则可立即传输。如果媒体忙,它必须等待 发送站点在发送完后要等待一段时间以等待确认,如果没有收到确认,发送站点认为发生了冲突,就重发该帧。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University以太网是目前最为广泛使用的局域网技术。IEEE 8
14、02.3委员会以以太网为基础,制定了IEEE 802.3局域网规范,两个版本的整体技术是一致的。以太网采用载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD多路访问即多个站点通过一个共享媒体来发送和接收帧 载波监听意味着站点能够监测到链路是忙还是空闲冲突检测是指站点在传输帧的同时监听链路,从而能够监测到站点所传输的帧与别的站点传输的帧之间发生冲突的情形Computer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityCSMA协议中不进行冲突检测一旦有两个帧发生冲突,在这两个坏帧传输的这段时间内,其他站点都不能传输。CSMA/CD对于CSMA作了改进,在传输的同时进行冲突检测,又
15、叫做边说边听(LWT)。假设很多人在一个大的房间内讨论,任何人都可以发言:载波监听:如果别人在讲话,则先听别人讲;多路访问:我听到的,别人也可以听到;冲突检测:自己发言的同时发现另外一个也在讲,则停止讲话。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityCSMA/CD的工作流程1.若媒体空闲,传输;否则,转第2步。2.若媒体忙,一直监听直到信道空闲然后立即传输。3.若在传输中监听到冲突,发出一个短小的人为干扰(jamming)信号(32比特)让所有的站点都知道发生了冲突并停止传输。a)32比特的jam的目的是使那些接收到该帧的站点会发现帧的CRC校验
16、码错误,从而会丢弃该帧。b)许多以太网网卡在设计时发送32个1。4.发完人为干扰信号,等待一段随机的时间,再次试图传输(从第1步开始重复)。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University站点装配帧并准站点装配帧并准备发送备发送侦听信道侦听信道忙否?忙否?启动发送并检测启动发送并检测冲突冲突冲突否冲突否?发送完发送完成?成?发送冲突加强发送冲突加强信号信号冲突次数增冲突次数增1冲突次数冲突次数16?计算随机延迟时计算随机延迟时间间等待等待 回退时间回退时间后再次后再次启动发送启动发送发送成功发送成功发送失败发送失败YNYNNYYN工作原理归结:工作原
17、理归结:先听后发、边听先听后发、边听边发、冲突停止、延边发、冲突停止、延迟重发。迟重发。Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University如何判断信道忙或空闲?如何判断信道忙或空闲?以差分以差分Machester编码为例,若编码为例,若信道存在电平跳变,则判断为忙,信道存在电平跳变,则判断为忙,否则判为空闲否则判为空闲如何检测冲突?1)比较法-将侦听信号与原始的发送信号进行比较以判断是否发生冲突。2)编码违例判决法-分析侦听到的信号是否符合原始的编码规律,如差分Manchester编码规律。Computer NetworkVersion 2008Wen
18、zhou UniversityChap5 局域网技术Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University(传统或传统或1010M)M)以太网以太网1010BASE-5 BASE-5 10BASE-2 10BASE-2 10BASE-T10BASE-T 快速以太网快速以太网千兆以太网千兆以太网万兆以太网万兆以太网美国美国Xerox 公司于公司于2020世纪世纪70年年代初期开始研究,代初期开始研究,1975年推年推出。出。1980年年Xerox,DEC与与Intel三家公司联合提出了以三家公司联合提出了以太网规范。后来的以太网国太网规范。后来的以太网国际标
19、准际标准IEEE802.3参照此标准参照此标准建立。建立。共享以太网共享以太网交换以太网交换以太网Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University遵循IEEE802.3 标准;在物理层支持粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、光纤等多种传输介质;主要的物理层标准包括:10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T和10BASE-F;使用中继器或集线器进行网络扩展时,必须遵循 “5-4-3-2-1”规则;MAC子层都采用CSMA/CD作为介质访问控制机制,使用统一的IEEE802.3帧格式;所有的10M以太网相互兼容。物理层数据链路层
20、Computer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityComputer NetworkVersion 2008Wenzhou University先导字段:7字节,用于接收方与发送方的时钟同步(注:Manchester解码时采用锁相电路实现同步,需要10 20us)。帧开始标识:“10101011”标志着帧本身的开始。目的地址:表示接收节点的MAC地址。目的地址为全1时,表示将传送至网上的所有站点。源地址:表示发送节点的MAC地址(物理地址)。7Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University长度:指明数据字段中
21、的字节数,其值为461500。当数据长度小于46字节时,使用填充字段达到所要求的最短帧长度(64字节),以太网的最长帧为1518字节。(Link)数据(IEEE802.3):来自上层的协议数据,包括LLC子层与网络层的数据,长度为461500字节。校验字段:采用32位的CRC校验7Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University采用了廉价的双绞线作为传输介质,突破了双绞线不能进行10M以上速度传输的传统技术限制;引入了结构简单、性能可靠的星型拓扑结构;引入了交换机取代集线器作为星型拓扑的核心,使以太网从共享式以太网进入了交换式以太网阶段。Comput
22、er NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityChap5 Chap5 局域网技局域网技术术Computer NetworkVersion 2008Wenzhou University由10BASE-T以太网发展而来,主要解决网络带宽在局域网络应用中的瓶颈问题。100BASE-X的协议标准为IEEE802.3U(1995年颁布)物理层改用4B/5B编码,可支持100M的数据传输速率可支持共享式与交换式两种使用环境支持三种物理层标准,但取消了对同轴电缆的支持 Computer NetworkVersion 2008Wenzhou UniversityLLC802.
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