计算机局域网络.ppt

第4章 计算机局域网络 本章重点 局域网的特点及关键技术 信道共享技术 以太网技术 高速局域网 虚拟局域网VLAN Date1第六章 计算机局域网 68- 4.1 局域网(LAN)概述 1. LAN的特点 覆盖范围小 房间、建筑物、园区范围 距离25km 高传输速率 10Mbps1000Mbps 低误码率 10-8 10-10 采用总线、星形、环形拓扑 双绞线、同轴电缆、光纤 为一个单位所拥有，自行建 设，不对外提供服务 hubhub hubhub hubhub SwitchSwitch ServerServer farmfarm stationstation stationsstations stationsstations Date2第六章 计算机局域网 68- 2. 局域网的关键技术 l拓扑结构（逻辑、物理） 总线型、星型、环型、树型 l介质访问方法 按协议实现信道共享: CSMA/CD和Token-passing l信号传输形式 基带、宽带 Date3第六章 计算机局域网 68- LAN典型拓扑结构 n总线型: 所有结点都直接连接到共享信道 n星型 : 所有结点都连接到中央结点 n环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接 Bus Star Ring ABC CA D C B ABC A T Date4第六章 计算机局域网 68- 3. LAN参考模型 IEEE802标准 网络层 数据链路层 物理层 逻辑链路控制 LLC 介质访问控制 MAC 高层 OSI IEEE 802 物理层PHY 由NOS来实现 Date5第六章 计算机局域网 68- IEEE802标准的主要成员 802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CDCSMA/CD（以太网）以太网） 802.4 - Token Bus Token Bus （令牌总线）令牌总线） 802.5 - Token RingToken Ring（令牌环）令牌环） 802.6 - 分布队列双总线分布队列双总线DQDB - MANDQDB - MAN标准标准 802.8 FDDIFDDI（光纤分布数据接口）光纤分布数据接口） 802.11 无线LAN Date6第六章 计算机局域网 68- 802.3 CSMA/CD 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 DQDB 802.8 FDDI 802.2 LLC 数据链路层 物理层 LLC MAC 802.1D Bridge 802.1A 体系结构 IEEE802体系结构示意图 PHY Date7第六章 计算机局域网 68- （1）LAN的物理层 l规定了传输所使用的信号编码和介质，规定 了网络拓扑结构和传输速度。 l确定了两个接口： l介质相关接口MDI l连接单元接口AUI Date8第六章 计算机局域网 68- （2） LAN的数据链路层 按功能划分为两个子层：LLC和MAC 功能分解的目的： 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部 分分开，降低实现的复杂度。 局网特点：共享信道(如总线)。需要解决介质 访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于 介质和MAC方法。 LLC： 与介质、拓扑无关； MAC：与介质、拓扑相关。 Date9第六章 计算机局域网 68- LAN的链路层与传统的数据链路层的区别： LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播； 支持MAC介质访问控制功能； 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复 用、流量控制、差错控制. MAC子层功能：成帧/拆帧， 实现、维护MAC协议，位差错检 测，寻址。 LLC子层功能：向高层提供统一的链路访问形式，建立/释放 逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能 。 LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标 准(对不同的LAN标准，区别在MAC子层) Date10第六章 计算机局域网 68- LLC的帧结构 DSAPSSAP 控制数据 111/2 可变长度 单位：字节 高层PDU LLC数据 LLC首部 MAC首部MAC尾部 MAC数据 LLC帧和 MAC帧的 关系 Date11第六章 计算机局域网 68- MAC子层的地址 IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址 ，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置 无关。MAC地址（物理地址） MAC地址为6Byte（48位）。 MAC地址的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给 厂商，低24位由厂商分配给每一块网卡。 网卡的MAC地址可以认为就是该网卡所在站点的 MAC地址。 Date12第六章 计算机局域网 68- （3） LAN的网络层和高层 由于IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需 中间转接，所以网络层的很多功能(如路由选择等 )是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、差错 控制等功能可在数据链路层完成，故IEEE 802标准 没有单独设立网络层。需要时，由网络操作系统 （NOS）内含的TCP/IP、IPX/SPX等来实现。 Date13第六章 计算机局域网 68- 4.2 局域网中的介质访问控制方法（网 络通信方式） l网络的通信方式是指在两台以上的计算机中传送数据 时的通信规则。这就像在公路上为了避免各种车辆发 生碰撞，而需要制订一套交通规则一样；也如同飞机 在空中飞行时也需要一套国际通用的空中管理规则一 样。 l在计算机网络上，我们将传送数据的规则称为通讯协 议(protocol)，同时也称之为网络上的介质存取控制 协议(MAC，Medium Access Control)。使用这些协 议是为了使数据在彼此传送时无障碍，而且不会遗失 。 l 例如CSMA/CD协议制定出如何使用总线的规则； TokenRing协议制定出如何使用令牌(Token)的规则 。 Date14第六章 计算机局域网 68- 局域网按使用通信线路的访问方式分类 l争用型 l以太网是争用型访问方式的典型示例。它使用的CSMA/CD访 问方式是基于争用的存取方法。这就意味着，局域网上的所 有站点按照先进先服务的原则争用可使用的带宽。如果两个 以上的站点同时访问局域网，则会山现碰撞现象，于是打算 访问的站点只好退回，间隔一定时间后再试行访问 l定时型 l 令牌环(Token Ring)是定时访问方式的示例。这种访问方 法是分配给每个站点一个可采用的带宽片，并确保当时间到 来时对局域网进行存取。由连续循环的权标又称令牌(Token) 控制传输时间。当机会到来时抓住权标，并用数据包代替权 标进行传输。当到达目的地释放数据包后，再将权标插入局 域网内，以便下一个需要传输数据的站点使用。此过程以循 环的形式不断进行下去。 Date15第六章 计算机局域网 68- l 局域网一般都是广播型网络，网上各个节点共享信 道，一个节点发出的数据，其他节点都能收到。在广 播型网络中，所有节点都可以平等地通过信道发送信 息，但是任何一个信道，在一段时间内只能为一个节 点提供服务，这便出现信道的竞争。如何对信道的使 用进行合理的分配，这是网络用户十分关心的问题。 也就是说，既要保证各节点能充分利用信道的空闲时 间传送信息，又不至于使各节点所发送的信息在信道 中发生冲突。人们长时间以来，致力于研究传输介质 访问控制方式，就是为了合理地解决信道的分配问题 。当然，信道访问控制方式与局域网拓扑结构、工作 过程以及网络性能等均有密切关系。下面介绍几种常 见的介质访问控制方式。 Date16第六章 计算机局域网 68- 局域网中的介质访问控制方法 载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD) Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 令牌传递(Token Passing) Token Ring Token Bus FDDI(双环) 常见的有两种： Date17第六章 计算机局域网 68- 1.CSMA/CD 带冲突检测CD的载波监听多路访问CSMA l载波：这里所提到的“载波”并非传统意义上的高频正 弦信号，而是一种术语上的借用，其含义为，判断线 路上有无数据信号正在传输。 l载波监听：我们把查看信道上有无数字信号传输称为 “载波监听”。 l多路访问：而把同时有多个节点在侦听信道是否空闲 和发送数据，称为“多路访问”。 l冲突检测：就是在发送数据的同时进行冲突检测，一 旦发现冲突，立刻停止发送，并等待冲突平息以后， 再进行CSMA/CD，直至将数据成功地发送出去为止 。 Date18第六章 计算机局域网 68- l工作原理： l发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送 时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待 一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。 l归结为四句话： l发前先侦听，空闲即发送， l边发边检测，冲突时退避。 l 请大家注意： l第一，CSMA/CD方法只是检测碰撞的发生，检测到碰撞之后就 发送信号通知大家不要再传送数据了。它并没有能力将已经发 生碰撞的数据更正成原始的正确数据。 l第二，用户只要购买了Internet网卡，就具备此种功能了，因为 这些功能已经在网卡上了，因此不必专门设置和选择这种 CSMA/CD方式。 Date19第六章 计算机局域网 68- CSMA/CD的流程图 媒体忙？ 发送帧 碰撞？发送完？ 发送Jam N16? Yes No No Yes 发送成功 Yes 发送失败 No 延迟随机时间 No Yes 发送帧 碰撞次数N+ Date20第六章 计算机局域网 68- 2. 令牌环（Token Ring） l令牌环网是将各节点连接成一个环型拓扑结 构，也就是将所有连网的计算机、终端和其 他外围设备等都通过环接口连接到环路上去 ，如图4.8所示。所有的程序、文件、数据和 命令等均是通过环接口送上环路或由环接口 取走的。因为只有一条环形通道，数据只能 沿着环路单方向流动，不存在路径选择问题 。 Date21第六章 计算机局域网 68- A B D C 站点 干线耦合器 单向环 IEEE802.5 IEEE802.5 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环 发送缓冲区接收缓冲区 接收 发送 线路 驱动 线路 接收 控制器 DTE 环路 输入 环路 输出 干线耦合器的结构 传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps； TCU 高层软件 Date22第六章 计算机局域网 68- 干线耦合器（Trunk Couple Unit） 工作状态： 收听/转发方式 发送方式（站点发送数据时） 收听方式下，TCU与DTE断开 TCU对位流再生并转发，同时监视帧中是否出现 本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关K闭 合，TCU与DTE接通，位流复制到DTE，同时继续转 发；若出现令牌且有数据要发送，则截获令牌， 转为发送方式，发送数据帧。 发送方式下，数据以帧为单位从TCU的输 出端发送到下一个TCU的输入端。 DTE TCU 收听方式 KK DTE TCU 发送方式 KK Date23第六章 计算机局域网 68- Token Ring/802.5的操作 1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“ 令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿 到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只 能等待。 2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后 面加挂上自己的数据进行发送。 Date24第六章 计算机局域网 68- 3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该 站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较： a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器， 供高层软件处理，同时将帧送回环中； b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。 4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在 环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从 环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的 站点能获得发送帧的许可权。 Date25第六章 计算机局域网 68- Token Ring/802.5的操作举例 A T = 0T = 0 T AT = 0 T = 0 T A T = 1T = 1 TDataC TDataC TDataCTDataC Data （a） （b） （c） 帧循环一圈后 A将数据帧回收 并放出空令牌 A有数据要发 送，它抓住空 令牌 A将令牌修改 为数据帧，并 加挂数据 Date26第六章 计算机局域网 68- IEEE802.5的帧结构 访问控制字段包括： 起始访问控制 结束 1B1B1B 令牌帧 非令牌帧（信息帧/控制帧） 起始 访问控制 帧控制目的地址 源地址数据 FCS 结束 帧状态 1112/62/6 04 1 1B P P P T M R R R 优先级位 令牌位 监督位 预约位 优先级与预约及优先级限制位。 令牌位：帧类型标识。0 - 令牌；1 - 信息/控制帧 监督位：防止无效帧在环路中无限循环。 Date27第六章 计算机局域网 68- 实际结构星型环路 A B C DE 集线器 Date28第六章 计算机局域网 68- 3. 令牌总线（Token Bus） 工作原理 l在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令 牌（一组特定的比特模式）来分配各结点对共享型总 线的访问权利，形成闭合的逻辑环路。 l完全采用半双工的操作方式，只有获得令牌的结点才 能发送信息，其它结点只能接收信息，或者被动地发 送信息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息）。 l为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地维 护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前继 、后继和本结点的地址，每个结点根据后继地址确定 下一占有令牌的结点。 abcde d,c,a c,e,ba,b,c e,a,d b,d,e Date29第六章 计算机局域网 68- 令牌总线（Token Bus） IEEE 802.4 特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网 物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆，数据速 率为1Mb/s、5Mb/s或10Mb/s； 传输机制为以太网和令牌环的结合： 物理传输采用广播方式； 介质访问控制采用令牌方式。 Date30第六章 计算机局域网 68- 4.3传统以太网 l l 1.1.以太网的产生和发展以太网的产生和发展 l l 7070年代中期由施乐公司年代中期由施乐公司 (Bob Metcalfe) (Bob Metcalfe) 提出，数提出，数 据率为据率为2.94M2.94M，称为，称为EthernetEthernet（以太网）。（以太网）。 l l 经经DEC, Intel and XeroxDEC, Intel and Xerox公司改进为公司改进为10M10M标准标准(DIX (DIX 标准标准) ) 。 l l 19851985年被采纳为年被采纳为IEEE 802.3，即使用1坚持的 CAMA/CD协议的LAN标准，数据率从1M到10M ( 现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。 l l EthernetEthernet是指基带总线是指基带总线LANLAN。 l l EthernetEthernet和和IEEE 802.3IEEE 802.3的帧格式略有不同。的帧格式略有不同。 Date31第六章 计算机局域网 68- 2.2.以太网的拓扑结构以太网的拓扑结构 如前所述，以太网的拓扑结构是总线型，这是根据它的逻辑结构而如前所述，以太网的拓扑结构是总线型，这是根据它的逻辑结构而 定义的，其使用的介质访问控制算法为定义的，其使用的介质访问控制算法为“ “争用型争用型” ”。我们还应该注意。我们还应该注意 以太网中的逻辑结构和物理结构的关系问题。这里再次指出，逻辑以太网中的逻辑结构和物理结构的关系问题。这里再次指出，逻辑 结构指的是局域网内的节点关系与介质访问控制算法，而物理结构结构指的是局域网内的节点关系与介质访问控制算法，而物理结构 指的是局域网的外部连接形式。因此，逻辑结构和物理结构的拓扑指的是局域网的外部连接形式。因此，逻辑结构和物理结构的拓扑 结构有可能不同。如结构有可能不同。如10/100BASET10/100BASET是属于总线型的局域网，但是它的物是属于总线型的局域网，但是它的物 理结构为星型。理结构为星型。 3. 3. 以太网的访问控制方式以太网的访问控制方式: : 采用采用CSMA/CDCSMA/CD方式。方式。 4. 4.以太网的产品标准以太网的产品标准 网络产品符合网络产品符合IEEE 802.3IEEE 802.3标准，传输速率为标准，传输速率为10M10M。由于采用不同的传输。由于采用不同的传输 介质，当前常用的标准有介质，当前常用的标准有10BASE5(10BASE5(标准以太网标准以太网) )、10BASE2(10BASE2(便宜以太网便宜以太网) ) 和和10BASET(10BASET(双绞线以太网双绞线以太网) )，它们的主要参数见表，它们的主要参数见表4.34.3。 Date32第六章 计算机局域网 68- IEEE 802.3 IEEE 802.3 以太网标准以太网标准 传统以太网传统以太网 802.3 802.3 同同轴电缆轴电缆EthernetEthernet 802.3a 802.3a 细缆细缆EthernetEthernet 802.3i 802.3i 双绞线双绞线 802.3j 802.3j 光纤光纤 快速以太网快速以太网FEFE 802.3u 802.3u 双绞线双绞线，光纤光纤 千兆以太网千兆以太网GEGE IEEE802.3z IEEE802.3z 屏屏蔽短双绞线、光纤蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab IEEE802.3ab 双绞线双绞线 Date33第六章 计算机局域网 68- 802.3的介质与网络拓扑规范 10Base5 粗同轴 10Base2 细同轴 10BaseT 双绞线 10BaseF MMF 100BaseT 双绞线 100BaseF MMF/SMF 1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF 1000BaseT 双绞线 数据率（数据率（MbpsMbps）基带或宽带基带或宽带 BaseBase，BroadBroad 段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或 介质类型（介质类型（T T，F F，X X） 10 Base 5 Date34第六章 计算机局域网 68- 以太网体系结构 l将物理层细分为两个子层： 物理信令层（PLS）和物理 媒体连接件（PMA）子层 。 l其中PLS向MAC层提供服 务，主要完成对比特流进行 曼彻斯特编码以及完成载波 监听的功能；物理媒体连接 件（PMA）子层向PLS子层 提供服务的，它负责往媒体 上发送比特信号和从媒体上 接受比特信号，并完成冲突 检测功能。 Date35第六章 计算机局域网 68- MAC子层的地址问题 l IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，相当于站点 的唯一标识符，与其物理位置无关。 l MAC地址字段定义6B 全球范围 l地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商， 低24位由厂商分配 l地址类型标识：地址字段的第一字节的最低位I/G 0 - 单个站地址 l 1 - 组地址 l地址范围标识：地址字段的第一字节的最低第二位U/L 0 - 局部管理 l 1 - 全 局管理 I/G U/L 46位地址 I/G 15位地址 1 1 46 1 15 Date36第六章 计算机局域网 68- Ethernet/802.3操作 l每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据 l为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点 l目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧 ABCABC ABCABC A A (1)C 发现总线空闲 (2)C发送帧，目的地址为A (3)B 忽略该帧 (4)A复制该帧 A 信号由终端电阻吸收 终端电阻 Date37第六章 计算机局域网 68- IEEE802.3/Ethernet帧格式 PAPA： 前同步码前同步码 - 10101010- 10101010序列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步 SFDSFD： 帧首定界帧首定界 - 10101011- 10101011 DADA： 目的目的MACMAC地址；地址； SASA： 源源MACMAC地址地址 LENLEN：数据长度（数据部分的字节数）（数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B0-1500B） TypeType： 类型。高层协议标识类型。高层协议标识 LLC PDU+pad - LLC PDU+pad - 最少最少4646字节字节, , 最多最多15001500字节字节 PadPad：填充字段，保证帧长不少于填充字段，保证帧长不少于6464字节字节( (若若DataData域域4646字节，则无字节，则无Pad)Pad) FCSFCS： 帧校验序列（帧校验序列（CRC-32CRC-32） 8 6 6 2 46-1500 48 6 6 2 46-1500 4字节字节 FCSSATypePADADataPadEthernetEthernet IEEE 802.3 IEEE 802.3 7 1 2/6 7 1 2/6 2/62/6 2 46-1500 4 2 46-1500 4 字节字节 FCSPA SALENSFDDALLC PDUPad 校验区间校验区间 64-1518 64-1518 字节字节 Date38第六章 计算机局域网 68- 帧间隔 l l 在相继发送的两帧之间强制插入在相继发送的两帧之间强制插入9.69.6m ms s的间隔的间隔 目的：确保其他站点也能占用信道目的：确保其他站点也能占用信道 FCSSATypePADADataPadPA 帧间隔帧间隔 9.6 9.6 m ms s 帧n帧n+1 Date39第六章 计算机局域网 68- 10Base5粗缆以太网 1. 1. 硬件组成：硬件组成： 粗缆粗缆 AUIAUI网卡网卡 收发器收发器 AUIAUI电缆电缆 端接器端接器 中继器中继器 连接器连接器 最大段长度最大段长度 500500米米 每段最多站点数每段最多站点数 100100 两站点间最小距离两站点间最小距离 2.52.5米米 粗缆粗缆 Vampire tapVampire tap BNCBNC端子端子 收发器收发器 AUI AUI 电缆电缆 NICNIC 网络最大跨度网络最大跨度 2.52.5公里公里 Date40第六章 计算机局域网 68- 10Base5粗缆以太网 l2. 主要技术参数 l最大的干线段长度是500M，最大网络干线长度为2500米 l收发器连接至干线 l工作站到收发器的最大距离是50M l到下一个收发器的最小距离是2.5M l最多使用4个转发器连接5个干线段，工作站允许连接在3个干线段上 ，其余被用作加长距离。 l一个干线上最多支持100个工作站，转发器相当于一个工作站。 l干线段的每一端均需有一个50的端接器，其中之一必须接地。 l3. 特点 l使用粗缆的以太网的优点是可靠性高，抗干扰能力强，作用 距离长，并且适用于恶劣环境。由于粗缆线较贵，而且要求 每个工作站都配置一个外部收发器和收发器电缆，因而成本 较高、网络投资较大，这是粗缆以太网的主要缺点。 Date41第六章 计算机局域网 68- 10Base2细缆 1. 1. 硬件组成硬件组成 细缆细缆 BNCBNC网卡网卡 中继器中继器 BNCBNC电缆连接器电缆连接器 T T型连接器型连接器 BNCBNC端接器端接器 细缆细缆 BNC BNC 接头接头 NICNIC 每段最大长度每段最大长度 185m185m 每段最多站点数每段最多站点数 3030 两站点间最短距离两站点间最短距离 0.5 m0.5 m 网络最大跨度网络最大跨度 925 m 925 m 网络最多网络最多 5 5 个段个段 Date42第六章 计算机局域网 68- 10Base2细缆 l2. 技术参数： l最大的干线段长度是185M，最大网络干线长度是925M。 lT型连接器用来将网卡与电缆相连 l最多使用4个转发器连接5个干线段，工作站仅允许连接在3个 干线段上，其余被用作加长距离。 l相邻T型连接器的最小距离是0.5M l一个干线上最多支持30个工作站，转发器相当于一个工作站 l干线段的每一端均需有一个50的端接器，其中之一必须接地 l3. 特点 l与粗缆连接方式比较起来，细缆系统造价低廉，安装容易。 但由于缆段中连入多个BNC-T型连接器，存在着多个BNC型 连接头和BNC-T型连接器的连接点，因而同轴电缆连接的故 障率较高，且故障不便查找和维护。某个站点的接头故障将 可能导致整个网络瘫痪，系统可靠性受到影响。细缆以太网 多用于小规模网络。 Date43第六章 计算机局域网 68- 10BaseT 双绞线网 双绞线介质（双绞线介质（UTPUTP） 以以Hub Hub （集线器）为中心节点。集线器）为中心节点。HubHub多端口转发器。多端口转发器。 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。 转发器转发器/ /中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除 信号传输的失真和衰减。信号传输的失真和衰减。 转发器转发器/ /中继器中继器/HUB/HUB物理层设备物理层设备( (工作在物理层工作在物理层) )。 用于小型用于小型LANLAN。 NICNIC HUBHUB 段最大长度段最大长度 100m100m Date44第六章 计算机局域网 68- 10BaseT 双绞线网 l1. 硬件组成 l双绞线 lRJ45网卡、RJ45水晶头 l集线器（Hub） l2. 技术参数： l收发器到集线器的距离不能超过100M l使用RJ45连接器，针1和2用于传输，针3和6用于接收。 l集线器级连时不能超过5个网段，网络中最多可连接1023台工作站 。 l集线器能够与同轴电缆或光纤相连，以成为较大以太网的一部分。 l特点： l最大优点是检测故障容易 ，安装、管理和使用简单；成本低；扩展 方便；网络组建方便灵活。 l缺点：这种结构的最大缺点是中央节点的负荷过重。当hub出现故障 时，将导致整段或全部网络瘫痪；双绞线的抗干扰能力弱；通信线 路利用率低。 Date45第六章 计算机局域网 68- lHUB原理 l1. HUB从某一端口A将收到的帧发送到所有端口 Date46第六章 计算机局域网 68- l2.非广播帧时，地址与帧目的MAC地址相同的站响 应用户A Date47第六章 计算机局域网 68- l3.广播帧时，所有用户都响应用户A Date48第六章 计算机局域网 68- lHUB有4端口、8端口、12端口和24端口，一 个用作网络连接，其余接计算机； l当接入的计算机比较多时，可以用几个集线 器进行级联。 l所有使用HUB级联的计算机共享一个接入带 宽和所谓的“碰撞域” Date49第六章 计算机局域网 68- 以太网 lRJ45接头 Date50第六章 计算机局域网 68- lRJ45接头 在以太网的标准中，10Mbps与100Mbps双绞线系统采用 相同的线序：一到八号线中，一、二两根线为一对，三 、六根线为另一对，如下表所示。 线色 Pin# Signal 白橙 1 TD+ 橙 2 TD- 白绿 3 RD+ 蓝 4 不用 白蓝 5 不用 绿 6 RD- 白棕 7 不用 棕 8 不用 Date51第六章 计算机局域网 68- l当两个HUB连接时，注意要进行交叉连接。 l(两台微机直接使用RJ45连接，可参考此接法 ) Date52第六章 计算机局域网 68- 光纤以太网 光纤成对出现，一根发送，一根接收。光纤成对出现，一根发送，一根接收。 标准：标准： FOIRLFOIRL 10BASE-F 10BASE-F 的的 3个标准 10BaseFP - 无源星形拓扑, 链路最长1 km 10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长2 km 10BaseFB - 同步点到点链路，链路最长2 km，有15个层叠的转发器 特点：特点： 使用光纤长距。离连接，最适于建筑物间的使用光纤长距。离连接，最适于建筑物间的 连接。连接。 星形拓扑结构星形拓扑结构 链路最长链路最长2 km2 km Date53第六章 计算机局域网 68- 全双工交换式局域网 在广域网上的连接通常是全双工的，但以 前局域网一直工作在半双工方式下。 原因：在总线方式下采用原因：在总线方式下采用CSMA/CDCSMA/CD协议协议 ，如果两台工作站同时发送就会产生碰撞，所，如果两台工作站同时发送就会产生碰撞，所 以只能是半双工方式。以只能是半双工方式。 Date54第六章 计算机局域网 68- 所谓全双工FDX（Full-Duplex）是 在一个连接上同时进行数据的接收和发 送。 在10Base-T的局域网中，虽然使用 两对双绞线与集线器相连，一对用于发 送，另一对用于接收，但根据10Base-T 规定，在发送时必须在接收电缆上“监听 ”碰撞信号，而不能接收数据，所以也作 为半双工方式工作。 Date55第六章 计算机局域网 68- n n （a a） 交换机全双工工作方式交换机全双工工作方式 （b b） 共享共享HUBHUB半双工工作方式半双工工作方式 ， n n 只有采用交换器连接网络时才能使用全双工通信只有采用交换器连接网络时才能使用全双工通信 ，交换器的每个端口只连接一个站点，不会产生碰，交换器的每个端口只连接一个站点，不会产生碰 撞，也就不用在发送时用接收电缆监听碰撞信号。撞，也就不用在发送时用接收电缆监听碰撞信号。 Date56第六章 计算机局域网 68- 以太网组网实例 Date57第六章 计算机局域网 68- 1. 100Mbps 快速以太网 又称快速以太网(Fast Ethernet，FE)，包括100Base-TX和 100Base-FX。 与10Mbps网络的比较： 拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样； 传输率快10倍； 帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3。 3种不同的物理层标准 ： MAC子层 100BaseFX100BaseTX 2对5类 UTP光纤4对3类 UTP 100BaseT4 高速局域网高速局域网 Date58第六章 计算机局域网 68- 快速以太网组成实例 网卡(外置或内置收发器)、收发器(外置)与收发器电缆 集线器（双绞线或光纤接口） 双绞线及光缆 外置光纤收发器 光纤 100Base FX集线器 100BaseTX集线器100Base TX集线器 光纤 插有光纤接口网卡 UTP5UTP5UTP5 UTP5 光纤 UTP5 Date59第六章 计算机局域网 68- 2.千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE) 两种标准：802.3z和802.3ab 802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF 802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线(5类，6类) 连接距离较短： 1000BaseX:双绞线 - 25米；MMF - 550米；SMF - 3km 1000BaseT: 5类双绞线 100米 拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT相同； 传输速率比100BaseT快10倍； 帧结构和介质访问控制方式仍沿用IEEE802.3。 允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。 Date60第六章 计算机局域网 68- 千兆以太网传输介质与距离的关系 Date61第六章 计算机局域网 68- 3.FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 网络由双环构成，可靠性高。 传输速率为100Mbps。 介质访问控制方法采用Token Passing，类似于令牌环。 传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大(几十km)。 集中器 集中器 令牌 服务器 Date62第六章 计算机局域网 68- 局域网扩展（LAN互连） LAN互连的必要性： 地域限制、负载问题、互通问题、安全问题 LAN互连的困难： 帧格式、传输速率、最大帧长的差异 LAN互连的实现途径： 中继器/HUB 在物理层上实现互联 网桥/交换机 在数据链路层上实现互联 路由器 在网络层上实现互联 Date63第六章 计算机局域网 68- 以网络交换机为主干的以太网 拓扑仍为星形结构（总线/HUBLAN_SWITCH） 为何要使用网络交换机？ 以太网共享介质网络 ， 共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性能降低，相 当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段(减少站点 数)网络交换 总线网络或基于集线器的网络： 网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽10/n Mbps； 基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的 限制， 网络总带宽=（n/2n）*10Mbps，每个连接的带宽为10Mbps ； 交换式以太网 Date64第六章 计算机局域网 68- 交换式以太网 l几路信号同时通过交换机 Date65第六章 计算机局域网 68- Bridges Spanning Tree for increased reliability, desirable to have redundant, alternate paths from source to dest with multiple simultaneous paths, cycles result - bridges may multiply and forward frame forever solution: organize bridges in a spanning tree by disabling subset of interfaces Disabled Date66第六章 计算机局域网 68- 使用交换机后，可建立多个并发 的通信。例如： 8个端口可建立4个并发通信， 总带宽 = (8/2)*10