局域网组建、管理与维护 教学课件 ppt 作者 马立新 杨云 第3章 局域网技术

1、,1. 局域网概述,2. 局域网的组成,3. 局域网拓扑结构,4. 局域网体系结构,7. 无线局域网,5. 局域网介质访问控制方式,6. 以太网技术,第3章 局域网组网技术,局域网概述,局域网的发展和技术 局域网的特点,3.1 局域网概述,局域网的发展和技术,局域网（Local Area Network，LAN）是20世纪70年代后迅速发展起来的计算机网络，局域网技术已经涵盖共享访问技术、交换技术、高速网络技术等多种技术。,3.1 局域网概述,交换技术 高速共享网络技术,局域网的发展和技术,3.1 局域网概述,局域网的特点,局域网的特点: (1) 地理范围一般不超过几公里 (2) 通信速率高 (3) 多采用分布式控制和广播式通信，可靠性高 (4) 可采用多种通信介质 (5) 易于安装、组建与维护。,3.1 局域网概述,局域网的组成,网络服务器 工作站 网络设备 通信介质,3.2 局域网的组成,网络服务器（一）,网上可以配置不同数量的服务器，有些服务器提供相同的服务，有些提供不同的服务。对于专用的服务器，其技术性能的优势主要体现在通信处理能力、内存容量、磁盘空间、系统容错能力、并发处理能

2、力及高速缓存能力等方面。,3.2 局域网的组成,(1)文件服务器 (2)应用服务器 (3)打印服务器,网络服务器（二）,3.2 局域网的组成,工作站,网络工作站是指连接到计算机网络上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。根据工作站有无外部存储器，可将其分为无盘工作站和有盘工作站；根据应用环境的不同，可将其分为事务处理工作站和图形工作站；根据操作系统的不同，又可分为DOS工作站、Windows工作站、UNIX工作站和Linux工作站等多种工作站。,3.2 局域网的组成,网络设备,网络设备是指用于网络通信的设备，包括网 络接口卡、中继器（Repeater）、集线器（HUB）、网桥（Bridge）、交换机（Switch）、路由器（Router）、网关（Gateway）等多种设备。,3.2 局域网的组成,网络接口卡（NIC）,网络接口卡，又称网络适配器（Adapter），简称网卡。它是组成局域网的主要器件，用于网络服务器或工作站与通信介质的连接。网卡的种类很多，根据其支持的网络标准可分为以太网卡、ATM网卡、FDDI网卡、快速

3、以太网卡和千兆位以太网卡；根据网卡适用的主机总线类型可分为ISA网卡、PCI网卡和PCMCIA网卡；根据网卡提供的电缆接口类型可分为RJ-45接口网卡、BNC接口网卡、AUI接口网卡和光纤接口网卡等。,3.2 局域网的组成,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。 连接局域网的传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤。,3.2 局域网的组成,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。 集线器可以分为无源集线器、有源集线器和智能集线器三种。,3.2 局域网的组成,网桥是在数据链路层上连接两个网络，即网络的数据链路层不同而网络层相同时要用网桥连接。,网桥,3.2 局域网的组成,路由器,路由器是网络层上的连接，即不同网络与网络之间的连接。 路由器和网桥的区别 路由器的主要工作是接收来自一端的报文分组，根据目的地址和当时的网络情况，找出正确的路径，发往另一个通信子网。,3.2 局域网的组成,路由器,3.2 局域网的组成,协议转换器（网关）,若要使两个完全不同的网络连接在一起，一

4、般要使用网关。 电子邮件网关 IBM主机网关 Internet网关 局域网网关,协议转换器（网关）,3.2 局域网的组成,通信介质,在局域网中，常用的通信介质有同轴电缆、双绞电缆和光缆，有的场合还采用无线介质（Wireless Medium）如微波、激光、红外线和无线电等。 (1) 同轴电缆 (2) 双绞电缆 (3) 光缆 (4) 无线介质,3.2 局域网的组成,局域网拓扑结构,构成局域网的拓扑结构有很多，主要有 总线拓扑 星型拓扑 环型拓扑 树型拓扑等。,3.3 局域网拓扑结构,a）总线型,b）星型,d）树型,c）环型,3.3 局域网拓扑结构,总线型,总线拓扑,3.3 局域网拓扑结构,总线拓扑,1.总线拓扑的优点 a.结构简单、易于扩充 b.电缆长度短、布线容易 2. 总线拓扑的缺点 故障诊断困难：由于不是集中控制，故障检测需在网上各个站点上进行。,3.3 局域网拓扑结构,星型,星型拓扑,3.3 局域网拓扑结构,1. 星型拓扑的优点 方便服务 集中控制和故障诊断 简单的访问协议 2. 星型拓扑的缺点 依赖于中央节点 电缆长度长,星型拓扑,3.3 局域网拓扑结构,环型,环型拓扑,3.3

5、 局域网拓扑结构,1.环型拓扑的优点 结构简单、容易实现、无路径选择。 信息传输的延迟时间相对稳定。 所需电缆长度和总线拓扑相似，但比星型拓扑要短得多。 2. 环型拓扑的缺点 可靠性较差 故障诊断困难,环型拓扑,3.3 局域网拓扑结构,树型拓扑,树型拓扑可以从星型拓扑或总线拓扑演变而来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。,3.3 局域网拓扑结构,树型拓扑,1. 树型拓扑的优点 a.易于扩展 从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子分支，新的节点和新的分支很容易加入网内。 b.故障容易隔离 如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将该分支和整个系统隔离开来。 2. 树型拓扑的缺点 树型拓扑的缺点是对根的依赖性大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性和星型结构相似。,3.3 局域网拓扑结构,局域网体系结构,局域网的参考模型 IEEE 802标准,3.4 局域网体系结构,局域网的参考模型,电气电子工程师协会（IEEE）下设的IEEE 802委员会在局域网的标准制定方面做了卓有成效的工作，该委员会根据局域网介质访问控制方法适用的传输介质、网

6、络拓扑结构、性能及实现难易等考虑因素，为局域网制定了一系列的标准，称为IEEE 802标准。它已被ISO采纳作为局域网的国际标准系列，称为ISO8802标准。,3.4 局域网体系结构,局域网的参考模型,在将OSI模型应用于局域网时，就将数据链路层划分为两个子层： 逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层 介质访问控制（Medium Access Control，MAC）子层。,3.4 局域网体系结构,下面简单介绍局域网各层的功能,图4-2 IEEE 802模型与OSI模型的对应关系,3.4 局域网体系结构,MAC子层（介质访问控制层 ),MAC子层是数据链路层的一个功能子层，是数据链路层的下半部分，它直接与物理层相邻。MAC子层为不同的物理介质定义了介质访问控制标准。主要功能如下： a.传送数据时，将传送的数据组装成MAC帧，帧中包括地址和差错检测字段。 b.接收数据时，将接收的数据分解成MAC帧，并进行地址识别和差错检测字段。 c.管理和控制对局域网传输介质的访问。,3.4 局域网体系结构,LLC子层（逻辑链路控制子层）,LLC子层（逻辑链路控制子层） 该

7、层在数据链路层的上半部分，在MAC层的支持下向网络层提供服务。可运行于所有802局域网和城域网协议之上。LLC子层与传输介质无关。它独立于介质访问控制方法。隐蔽了各种802网络之间的差别，并向网络层提供一个统一的格式和接口。 LLC子层的功能包括差错控制、流量控制和顺序控制，并为网络层提供面向连接和无连接的两类服务。,3.4 局域网体系结构,IEEE 802标准,IEEE 802委员会认为，由于局域网只是一个计算机通信网，而且不存在路由选择问题，因此它不需要网络层，有最低的两个层次就可以；但与此同时，由于局域网的种类繁多，其介质访问控制方法也各不相同，因此有必要将局域网分解为更小而且更容易管理的子层。同时，因为用户需求各异，不可能使用一种单一的技术就能满足所有的需求，因此局域网技术中存在多种传输介质和多种网络拓扑，相应地介质访问控制方法就有多种，IEEE 802委员会决定把几个建议都制订为标准，而不是仅形成一个标准。,3.4 局域网体系结构,IEEE 802标准系列间的关系如图4-3所示。根据网络发展的需要，新的协议还在不断补充进IEEE 802标准。IEEE 802局域网标准包括：,

8、图4-3 IEEE 802标准系列,3.4 局域网体系结构,IEEE 802标准,（1）IEEE 802.1 综述和体系结构。 （2）IEEE 802.2 逻辑链路控制。 （3）IEEE 802.3 带冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）控制方法和物理层规范。 （4）IEEE 802.4 令牌总线（Token Bus）访问控制方法和物理层规范。 （5）IEEE 802.4 令牌环（Token Ring）访问控制方法和物理层规范。 （6）IEEE 802.6 城市区域网（Metropolitan Area Network，MAN）访问控制方法和物理层规范。 （7）IEEE 802.7 时隙环（Slotted Ring）访问控制方法和物理层规范。,3.4 局域网体系结构,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（Medium Access Control，MA

9、C），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（Token Ring）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，本书重点介绍。,3.5 局域网介质访问控制方式,载波侦听多路访问/冲突检测法 令牌环访问控制方式,3.5 局域网介质访问控制方式,载波侦听多路访问/冲突检测法,(CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection）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，一个站点发送数据帧给某个特定站点时，总线上的所有站点都会收到此数据帧，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。,3.5 局域网介质访问控制方式,载波侦听多路访问/冲突检测法,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）正是解决这种冲突的协议。该协议实际上可分为“载波侦听”和“冲突检测”。,3.5 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。 （4）已发出信息的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。 CSMA/CD发送过程可描述如图4-4所示。,3.5 局域网介质访问控制方式,载波侦听多路访问/冲突检测法,CSMA/CD流程图,3.5 局域网介质访问控制方式,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

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