《ch局域网》PPT课件.ppt

1,4.1局域网的标准,局域网的参考模型,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（网络操作系统）来实现,2,局域网参考模型,3,4.2LAN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、令牌环)。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。,4,CSMA/CD工作算法：,5,CSMA/CD工作状态包括三个周期：传输周期、竞争周期和空闲周期,如图：,6,4.5 令牌环和令牌总线介质访问控制方法,令牌环介质访问控制方法 令牌总线介质访问控制方法,7,4.5.1令牌环 (802.5标准),以太网（CSMA/CD）使用的访问机制是不确定的，站点可能需要重试若干次之后才能成功地将数据发送到链路上。在网络负载很重时可能造成无法预测的时延。 既无法预测冲突的出现;也无法预测多个站点由于同时竞争链路使用权所造成的时延。 令牌环通过要求站点轮流发送数据解决了这种不确定性。每个站点只有在轮到自己的时候才能发送数据，同时每次轮到时只能发送一帧。这种机制称为令牌传递。 令牌是一个特殊的帧，绕着环从一个站点传送到另一个站点。环上的站点只有拥有令牌的时候才能发送数据。,8,令牌环网,令牌环网是由连在一个环中的结点集组成的（见图3.7) 。数据总以一个特定方向在环上流动，每个结点从它的上游邻接点接收帧，然后将它们发送到它的下游邻接点。,9,4.5.2 令牌总线访问控制和IEEE802.4标准,令牌总线结构 实现办法是将总线上各站点组成逻辑环: 在物理结构上它是一个总线结构局域网，但是在逻辑结构上，又成了一种环形结构的局域网。和令牌环一样，站点只有取得令牌，才能发送帧，而令牌在逻辑环上依次循环传递。 在令牌总线网中，令牌的传递次序与环型不同；在环网上是沿物理上靠近的站点传，在令牌总线上传递的次序与总线上物理位置无关，而是沿逻辑环上的顺序传送的。如下页图示:,10,令牌总线访问控制和IEEE802.4标准,令牌总线结构图,11,令牌总线访问控制和IEEE802.4标准,令牌总线的特点 （1）不可能产生冲突。 （2）站点有公平的访问权。 （3）每个站点传输之前必须等待的时间总量总是“确定”的。 令牌总线的操作 （1）环初始化 （2）令牌传递算法 （3）站插入环算法 （4）站退出环算法,12,令牌总线访问控制和IEEE802.4标准,令牌总线介质访问方法的优缺点: （1）优点: 无冲突、信道利用率高；它可以传递很短的帧，传递速率快；各站点有公平访问权；各站点取得令牌时间固定，适用于实时过程控制；比令牌环延迟时间短，因为令牌环传送报文必须按环路进行，而逻辑环有直接通路。 （2）缺点:算法复杂。,13,三种局域网的比较,1. 802.3协议： 使用最为广泛；电缆是无源的，站点的接入与安装很方便；在低负载时网络基本上没有时延。 缺点：发送时延的不确定性，对某些实时应用非常不利。在使用转发器的情况下，电缆的最大长度只有2.8km。电磁波在电缆线上的往返时间决定了争用期的长度，它和数据的发送速率无关，但这一点限制了数据的发送速率。当网络的负载很重时，由于冲突增多，网络的效率下降很多。,14,2. 802.4协议 使用高可靠的电视电缆。发送时延一般是确定的。802.4协议没有对数据帧的长度设置下限；可以设定优先级，有利于传送数字化的分组话音信号。令牌总线局域网在重载时的性能非常好，采用的是宽带电缆，可以支持多个信道，除了数据外，还可以传送话音和电视。 但是802.4协议使用了许多的模拟部件，包括调制解调器和宽带放大器。该协议非常复杂，在负载很轻时也要等待令牌的到来，产生了不必要的发送时延。和总线局域网相似，令牌总线局域网也很难用光纤来实现。,15,3. 802.5协议 既可用双绞线连接，也较易用光纤来实现；可自动检测和排除电缆的故障；可设置优先级；允许发送很短的帧。重载时，效率和吞吐率都是很高的。 主要缺点是令牌的管理采用了集中管理方式。当管理令牌的站出现故障时，虽然按照协议可以再产生一个新的管理令牌的站，但还是会造成一些麻烦。在低负载时，发送数据的站由于要等待令牌，会产生附加的时延。,16,三种局域网的标准不兼容，差别很大。在很重的负载下，802.3局域网彻底不能用，而采用令牌的局域网则可达到接近于100的效率；若负载范围是从轻到中等，则三种局域网都能胜任。,17,4.6 局域网协议标准,IEEE802 协议标准 IEEE802.3 以太网标准,18,4.6.1 IEEE802 协议标准,IEEE802为局域网制定了一系列标准，主要有如 下12种。 (1)IEEE802.1: 概述，局域网体系结构以及网络互连； (2)IEEE802.2: 定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能与服务； (3)IEEE802.3： 描述CSMA/CD总线式介质访问控制协议及相应物理 层规范；,19,IEEE802 标准 Continue,(4) IEEE802.4： 描述令牌总线（token bus）式介质访问控制协议 及相应物理层规范； (5) IEEE802.5: 描述令牌环（token ring）式介质访问控制协议及 相应物理层规范； (6) IEEE802.6: 描述市域网（MAN）的介质访问控制协议及相应 物理层规范； (7) IEEE802.7: 描述宽带技术进展；,20,IEEE802标准 Continue,(8)IEEE802.8: 描述光纤技术进展； (9)IEEE802.9: 描述语音和数据综合局域网技术； (10)IEEE802.10: 描述局域网的安全与解密问题； (11)IEEE802.11: 描述了无线局域网技术； (12)IEEE802.12: 描述用于高速局域网的介质访问方法及相应的 物理层规范。,21,IEEE802 标准 Continue,(13)IEEE 802.13：保留； (14)IEEE 802.14: 描述了交互式电视网（包括Cable Modem） 以及相应的技术参数规范； (15)IEEE 802.15: 描述了无线个人区域网络； (16)IEEE 802.16: 描述令牌环（token ring）式介质访问控制协议 及相应物理层规范；,IEEE802 内部结构关系,物理层,MAC层,LLC层,23,4.6.2 传统以太网技术,以太网是由Xerox公司于70年代开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆（粗缆）作为网络媒体，采用CSMA/CD机制，数据传输速率达到10Mbps。但是如今以太网一词被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网。而IEEE802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定的。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司联合开发DIX V2，与IEEE802.3规范相互兼容。,24,1、10M以太网802.3标准,粗缆以太网布线方案 最初的以太网布线方案10BASE-5，被非正式地称为粗缆以太网（thick wire Ethernet），因为其通信介质是一根大的同轴电缆，每隔2.5m一个标志，标明分接头插入处。连接处通常采用插入式分接头（vampire tap），将其触针小心地插入到同轴电缆的内芯。 10BASE-5表示的意思是：工作速率为10Mb/s，采用基带信号，最大支持的网段长为500m。,传统以太网技术 粗缆以太网,粗缆以太网布线方案示意图,26,传统以太网技术 细缆以太网,很多硬件允许以太网使用比最初的粗缆更细、更柔软的同轴电缆。这种正式名称为10BASE-2，并且非正式名称为细缆以太网（ thin wire Ethernet）。10BASE-2表示的意思是：工作速率为10Mb/s,采用基带信号，最大支持的网段长为185m。 细缆以太网布线方案与粗网布线方案相比的三个主要不同点 （1）细缆通常在安装与运行方面比粗网要便宜。 （2）因为完成收发器功能的硬件被固化在网卡内，所以不需要外部收发器。 （3）细缆不使用A U I（连接单元接口）电缆来连接网卡与通信介质，而是使用一个BNC连接器（BNC connector）（同轴电缆接插件）直接连接到每台计算机的后部。在细网的安装过程中，同轴电缆在每对机器之间延伸。电缆不需要拉成直线，它可以松散地铺设在计算机之间的桌子上、地板下面或者管道里。,27,传统以太网技术 细缆以太网,细缆以太网示意图,28,传统以太网技术 双绞线以太网,第三种类型与粗缆及细缆以太网区别很大，这种方案的正式名称是10BASE-T，但它通常被称为双绞线以太网（ twisted pair Ethernet ），或简称T P以太网（ TP Ethernet）。事实上， 10BASE-T以太网并没有像其他布线方案那样的共享物理介质，相反地，10BASE-T扩展了连接多路复用的思想：以一个电子设备作为网络的中心。这个电子设备叫做以太网集线器（ Ethernet Hub）。像其他布线方案一样，10BASE-T要求每台计算机都有一块网络接口卡和一条从网卡到集线器的直接连接。这一连接使用双绞线和RJ-45连接器。连接器的一端插入计算机的网卡中，另一端插入集线器。这样，每台计算机到集线器都有一条专用连接，并且不用同轴电缆。,29,传统以太网技术 双绞线以太网,双绞线以太网布线方案图示,30,传统以太网技术 四种布线方案的比较,四种布线方案比较,31,传统以太网技术 三种布线方案的比较,三种布线方案比较图示,32,2、快速局域网技术IEEE802.3U,快速以太网是一个新的IEEE局域网标准，于1995年由原来制定以太网标准的IEEE802.3工作组完成。它为现有广大以太网用户提供了一个平滑升级的方案。快速以太网标准的正式名为100Base-T（由3COM、INTEL所组成的快速以太网联盟所制定），由IEEE802.3u规范。另外由HP、AT&T和IBM所组成的100VG-AnyLAN论坛支持的100VG-AnyLAN采用请求优先的介质访问方法，由IEEE802.12规范。 为了支持各种类型的介质，快速以太网提供了三种类型的发送接收器，两种用于双绞线（即100Base-T4：使用四对三类或四类或五类UTP（三对用于传输数据，一对用于冲突检测）；100Base-TX：使用两对五类UTP或两对阻抗为150欧姆的STP），一种用于光纤（即100Base-FX）。,33,快速局域网技术 100Mb/s以太网,100BASE-T技术 100BASE-T又称为快速以太网（Fast Ethernet），它是使用10BASE-T的CSMA/CD媒体访问控制方法在双绞线上传送100Mbps基带信号的星形拓扑以太网。 100BASE-T的网卡有很强的自适应性，能够自动识别10Mbps和100Mbps,所有在100BASE-T上的应用软件和网络软件都可以保持不变。 IEEE于1995年正式通过了100BASE-T快速以太网的国际标准，即802.3u标准。 100BASE-T与10BASE-T的主要区别在于物理层标准和网络设计方面，100BASE-T规定了以下三种不同的物理层标准，如下页表所示。,34,高速局域网技术 100Mb/s以太网,2、 100BASE-T三种不同的物理层标准,（1） 100BASE-TX 使用2对5类非屏蔽双绞线UTP或1类屏蔽双绞线STP。 （2） 100BASE-FX 使用2对光纤，其中一对用于发送,另一对用于接收。 （3） 100BASE-T4 使用4对非屏蔽的3类、4类或5类双绞线。,35,3、高速局域网技术 1000Mb/s以太网,1、吉比特以太网标准802.3z考虑的几个要点： （1）允许在1Gbit/s下全双工和半双工两种方式工作。 （2）使用802.3协议规定的帧格式。 （3）在半双工方式下使用CSMA/CD协议（全双工方式不需要使用CSMA/CD协议）。 （4）在10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。 2、吉比特以太网物理层包括的两个标准： 1.1000BASE-X（802.3z标准） 2.1000BASE-T（802.3ab标准）,36,高速局域网技术 1000Mb/s以太网,1000BASE-X（802.3z标准）使用的媒体 1000BASE-X标准是基于光纤通道的物理层。使用的媒体有三种： （1）1000BASE-SX，SX是表示短波长（使用850nm激光器）。使用纤芯直径为62.5 um和50um的多模光纤时，传输距离分别为275m和550m，适用于建筑物内同一层的短距离的主干网。 （2）1000BASE-LX。LX表示长波长（使用1300nm激光器）。使用纤芯直径为62.5um和50um的多模光纤的多模光纤时，传输距离550m。使用纤芯直径为10um的单模光纤时，传输距离5000米，适用于校园主干网。 （3）1000BASE-CX。CX表示铜线。使用两对短距离的屏蔽双绞线电缆，传输距离为25米，适用于一个交换机房的设备互连。,37,高速局域网技术 1000Mb/s以太网,1000BASE-T（802.3ab标准） 1000BASE-T是使用4对5类双绞线UTP，传送距离为100m。 全双工和半双工。 吉比特以太网工作在半双工方式时，就必须进行碰撞检测。为了能够进行冲突检测，吉比特以太网采用“载波扩展”（carrier extension）和分组突发的办法，即最短帧长64字节仍不变，但将争用时间变为512字节，也就是64字节的帧所占用的时间等于长度为512字节的帧所用的时间。 当吉比特以太网工作在全双工方式时，不使用载波延伸和分组突发。 吉比以太网可用作快速以太网的主干网，也可在高带宽的应用（如医疗图像或CAD的图形等）用来连接工作站和服务器。吉比特以太网交换机可以直接与多个图形工作站相连，也可以与几个100Mbps以太网集线器相连，然后再和大型服务器连在一起。它可以很容易将FDDI主干网进行升级。,38,4、高速局域网技术 10吉比特以太网,就在吉比以太网标准802.3z通过后不久，在1999年3月，IEEE成立了高速研究组HSSG（High speed Study Group），其任务是致力于10 吉比以太网的研究。10吉比以太网的标准由IEEE802.3ae委员会进行制定，10吉比以太网的正式标准在2002年完成。10吉比以太网又叫万兆以太网。 2、10吉比以太网的主要特点： 10吉比以太网的帧格式于10Mbit/s、100Mbit/s和1Gbit/s以太网的帧格式完全相同。10吉比以太网还保留了802.3标准规定的最小和最大帧长。 由于数据速率很高，10吉比以太网不再使用铜线而只是使用光纤作为传输媒体。它使用长距离（超过40km）的光收发器与单模光纤接口，以便能够在广域网和城域网的范围工作。10吉比以太网也可使用较便宜得多模光纤，但传输距离为65300m。 10吉比以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议。 吉比以太网的物理层是使用已有的光纤通道技术，而10吉比以太网的物理层则是新开发的。,39,高速局域网技术 10吉比特以太网,3、 10吉比以太网由下述两种不同的物理层。 （1）局域网物理层LAN PHY 局域网物理层的数据率是10.000Gbit/s（这表示是精确的10Gbit/s）。因此，一个10吉比以太网交换机可以支持正好10个吉比以太网端口。 （2）可选的广域网物理层WAN PHY 4、10吉比以太网实现了端到端的以太网传输。这种工作方式的好处： （1）以太网是一种经过证明是成熟的技术，无论是因特网服务提供者ISP还是端用户都很愿意使用以太网。 （2）以太网的互操作性也很好，不同厂商生产的以太网都能可靠地进行互操作。 （3）在广域网中使用以太网时，其价格大约只有SONET的五分之一和ATM的十分之一。 （4）以太网还能够适用多种传输媒体，如铜线、双绞线以及各种光缆。 （5）端到端的以太网连接使帧的格式全都是以太网的格式，而不需要再进行帧的格式转换，这就简化了操作和管理。但是，以太网和现有的其他网络（如帧中继或ATM）进行互连仍然需要有相应的接口。,40,4.7 交换式局域网,由于传统共享媒体局域网的共享特性（在一时间段，只有一台机器有权发送信息），网络系统的效率随着网络节点数目的增加和应用的深入而大大降低。在传统的网络应用环境中，共享式局域网确实提供足够的带宽。而随着网络多媒体技术的发展，共享式局域网就无法提供网络应用所需的带宽。为了得到更高的网络效率，人们只有增加更多的路由器，划分更多的子网段，使网络的投资和管理成本都急剧上升。将交换技术引入局域网，可以使局域网的各个节点并行地、安全地、同时地相互传送信息，且交换以太网的带宽可以随着网络用户的增加而扩充，较好地解决局域网的带宽问题。,41,交换式以太网,交换式以太网图示,42,交换式以太网,交换机的工作原理 采用地址学习的方法,43,交换式以太网,交换机的交换方式： 直通交换： 存储转发交换： 碎片隔离式：有一些交换机可以同时使用上述两种技术，当网络误码率比较低时采用直通技术，当网络误码率比较高时采用存储转发技术。这种交换机被称为自适应交换机。 交换局域网的特点：,44,4.8 VLAN,扩展LAN的规模的一种方法：采用VLAN。 VLAN允许一个扩展LAN被分成几个看似独立的LAN。 给每个VLAN指定一个标识符，分组只在具有相同VLAN标识符的网段间传输。这就限制了在扩展LAN上接收广播分组的网段.一个VLAN组成一个逻辑子网，也就是一个逻辑广播域。 是一种服务或者技术。 VLAN的作用： （）抑制广播风暴 （）增强安全性 （）方便数据共享 （）网络配置方便 （）简化网络管理,45,VLAN 链接可以分为访问链接和会聚链接。 访问链接只能在本VLAN内进行通信，分为静态和动态链接。 会聚链接可以实现跨VLAN 通信，通过路由器或者三层交换机来实现VLAN 之间的链接。,2、VLAN 链接,46,Port-Centric VLANs,47,Dynamic VLANs,48,会聚链接,通过路由器实现VLAN 链接。 通过三层交换机实现VLAN 链接。,49,4.9 VLAN 的标准,802.1Q协议 802.1P协议,50,FDDI网络组成,FDDI 网络由两个数据传输方向相反的环组成。正常情况下，只有一个方向的环在工作，该环称为主环。另一个环称为次环。 站类型 双连接站（DAS）： 连接到主环和次环两个环路上，当一个环路出现 故障时，DAS能转换到无故障的环上。 单连接站（SAS）： 只能连接到一个环路上，而且须通过集中器。 双连接集中器（DAC）：SAS和DAS可经集中器连接到环上。DAC能连接 到主干环（双环）上。 单连接集中器（SAC）：与DAC的区别在于SAC不能直接连接到主干环 上，它只能连接到另一个集中器。,51,光纤分布式数据接口（FDDI）,是一种使用多模光纤作为传输介质的令牌环形网。 使用双环拓扑结构，以确保网络具有容错能力。 使用基于IEEE 802.5令牌环标准的MAC协议，上层仍采用与其它局域网相同的逻辑链路控制LLC协议，分组最大长度为4500字节。 对IEEE 802.5的令牌传递方式进行改进，形成了新的定时令牌协议，实现了网上同时传达输多个数据帧的功能。 FDDI数据速率为 100Mbps，光信号码元的传输速率为125 Mbaud。 可安装1000个物理连接或500个双连接站，最大站间距离2km(多模光纤)，环路长度 100km(及光纤总长度200 km)。 FDDI主要是用作校园环境的主干网，也常被划分在城域网MAN的范围。,52,FDDI 环路重构,容错当站出现故障或链路断开时具有自恢复能力，使网络继续工作。,53,FDDI体系结构,物理层介质相关子层（PMD）： 定义了连接在媒体上的所有硬件和设备的规范。 物理层协议子层（PHY）：定义了与介质无关的物理层部分，包括编码和解码、时钟同步等。 介质访问控制（MAC）子层： 定义了媒体访问、编址、帧格式和令牌管理等规范。 站管理（SMT）： 提供FDDI网络管理功能，包括连接管理、环管理及SMT帧服务三个主要部分。,54,FDDI使用的编码,FDDI在 物理层使用 4B/5B 编码方案。 四位一组的比特数据五位代码 如： 1000 10010 数据经4B/5B编码后还要进一步使用NRZ-I来编码。 NRZ-I：NRZ(不归零法)的一种变形，在位单元开始处有跳变表示“1”，无跳变表示“0”。,55,FDDI MAC帧格式,56,FDDI 媒体访问控制方式,与IEEE 802.5相似之处：当某站获得令牌后方可发送数据。 与IEEE 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