《局域网的基本知识》PPT课件.ppt

2019/12/5,1,第二章局域网,2.1局域网概述局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是指范围在几百米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。计算机局域网被广泛应用于连接校园、工厂以及机关的个人计算机或工作站，以利于个人计算机或工作站之间共享资源（如打印机）和数据通信。局域网区别于其他网络主要体现在下面3个方面：网络所覆盖的物理范围；网络所使用的传输技术；网络的拓扑结构。局域网中经常使用共享信道，即所有的机器都接在同一条电缆上。传统局域网具有高数据传输率（10Mbps或100Mbps）、低延迟和低误码率的特点。新型局域网的数据传输率可达每秒千兆位甚至更高。,2019/12/5,2,2.1局域网概述,局域网产生于70年代，由于微型机的发明和迅速流行，计算机应用的迅速普及与提高和计算机网络应用的不断深入和扩大，以及人们对信息交流、资源共享和高带宽的迫切需求，都直接推动着局域网的发展。90年代以来，局域网技术的发展更是突飞猛进，日新月异的新技术、新产品令人目不暇接。特别是交换技术的出现，更是使局域网的发展进入了一个崭新的阶段。LAN的发展史：1972年，Bell（布尔）公司提出了两种环型局域网技术。1973年，BobMetcalfe和DavidBoggs又发明了以太网。1979年，BobMetcalfe开始了以太网标准化的研究工作。1980年，DEC、Intel和Xerox(DIX)共同制定了10M以太网的物理层和链路层标准规范，即EthernetV1.0以太网规范。,2019/12/5,3,局域网概述（LAN的发展史）,1983/4年，IEEE802.3委员会以Ethernet2.0为基础，正式制定并颁布了IEEE802.3以太网标准，这个标准被称为标准以太网（10BASE-5）。1983年，美国国家标准化委员会ANSIX3T9.5委员会提出了光纤高速网标准FDDI(光纤分布式数据接口)，使局域网的传输速率提高到100Mbps。1985年在IBM公司推出的著名的令牌环网的基础上，IEEE802委员会又制定了令牌环标准IEEE802.5。1990年，为提高以太网的传输速率，在10M以太网技术的基础上，进而开发了快速以太网技术1995年6月通过了100Base-T快速以太网标准IEEE802.3u，其带宽比以太网提高了10倍。这一阶段的网络技术是共享传输通道、共享带宽的共享式局域网技术。,2019/12/5,4,局域网概述（局域网的特点）,局域网是一个通信网络，它仅提供通信功能。从ISO/RM看，它仅包含了低两层(物理层和数据链路层)的功能，所以连到局域网的数据通信设备必须加上高层协议和网络软件才能组成计算机网络。局域网连接的是数据通信设备，包括：微型计算机、高档工作站、服务器等大、中小型计算机、终端设备和各种计算机外围设备。网传输距离有限，网络覆盖的范围小。主要特点：局域网覆盖的地理范围比较小。数据传输速率高。传输延时小。出错率低。局域网属单一组织拥有。,2019/12/5,5,局域网(拓扑结构),局域和广域之间的差别是覆盖的地理区域以及协议。局域网通常是联接一栋建筑物或一群建筑物内的PC机、打印机以及文件服务器。相反，广域网是联接跨度为一个城市、省份、国家甚至是全世界的设备。在一个总线拓扑中，一个单通信线路，典型的是双绞线、同轴电缆或者光纤，代表了基本媒质，称之为网段(Segment)。每个站点想要发送到别的站点均要在网段上发送。然而在任一时刻只能有一个站点可以发送。在一个环拓扑中，所有的站点是排列成一个环，每个站点只与其两个邻居直接相联。若一个站点想要给另一个发送信息，该报文必须经过它们之间的所有站点(顺时针或逆时针)。,2019/12/5,6,局域网(拓扑结构),在一个星型拓扑中，一个站点(通常是一个大型机或文件服务器)对于别的站点来说是逻辑的通信中心。任何两个站点间的通信必定要经过它。在一个全联接的拓扑是将所有两个站点对直接相联。全联接的拓扑代表一种极端的情况。局域网的拓扑结构如下：,2019/12/5,7,13计算机网络的组成和拓扑结构,131计算机网络的组成计算机网络主要由宿主计算机（HOST）、终端（Terminal）、通信处理机和通信设备等网络单元经通信线路连接组成。该网络分为两层：通信子网和资源子网。通信子网由结点计算机和高速通信线路组成独立的，承担全网的数据传输、交换、加工等通信处理工作。资源子网包括宿主计算机、终端、通信子网接口设备和软件等，它负责全网的数据处理和为网络用户提供网络资源和网络服务。,2019/12/5,8,132计算机网络的拓扑结构,网络拓朴结构是计算机网络结点和通信链路所组成的几何形状。通常有总线结构、星形、树形、环形、全部互联和不规则形。总线型结构：总线型结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的结点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输；总线型网络使用广播式传输技术，总线上的所有结点都可以发送数据到总线上，数据沿总线传播。但是，由于所有结点共享同一条公共通道，所以在任何时候只允许一个站点发送数据。当一个结点发送数据，并在总线上传播时，数据可以被总线上的其他所有结点接收。各站点在接收数据后，分析目的物理地址再决定是否接收该数据。粗、细同轴电缆以太网就是这种结构的典型代表。,2019/12/5,9,总线型拓扑结构有如下一些特点：（1）结构简单灵活，易于扩展。（2）共享能力强，便于广播式传输。（3）网络响应速度快，但负荷重时则性能迅速下降。（4）局部站点故障不影响整体，可靠性较高。但是，总线出现故障，则影响整个网络。（5）易于安装、费用低。（6）网络效率和带宽利用率低。（7）采用分布控制方式，各结点通过总线直接通信。（8）各工作站点平等，都有权争用总线，不受某站点仲裁。,网络拓扑结构（总线型）,2019/12/5,10,网络拓扑结构（环型）,环型结构：环型结构是各个网络结点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中。环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。令牌环（TokenRing）是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。环型拓扑结构的特点如下：（1）在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单。（2）信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好。（3）两个结点之间仅有唯一的路径，简化了路经选择。（4）可靠性差，任何线路或结点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。（5）可扩充性差。,2019/12/5,11,网络拓扑结构（星型）,星型结构：星型结构的每个结点都由一条点到点链路与中心结点（公用中心交换设备，如：交换机、HUB等）相连。信息的传输是通过中心结点的存储转发技术实现的，并且只能通过中心站点与其它站点通信.星型结构的主要特点是：(1）星型拓扑结构简单，便于管理和维护。(2）易实现结构化布线。(3）星型结构易扩充，易升级。(4）通信线路专用，电缆成本高。(5）星型结构的网络由中心结点控制与管理，中心结点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性。(6）中心结点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且一旦故障，全网瘫痪。,2019/12/5,12,网络拓扑结构（树型）,树型结构：树型结构是从总线型和星型结构演变来的，它有两种类型，一种是由总线型拓扑结构派生出来的，它由多条总线连接而成。另一种是星型结构的变种，各结点按一定的层次连接起来，形状像一棵倒置的树，故得名树型结构。在树型结构的顶端有一个根结点，它带有分支，每个分支还可以再带子分支。树型结构的主要特点是：（1）这种结构是天然的分级结构。（2）易于扩展。（3）易故障隔离，可靠性高。（4）电缆成本高。（5）根结点的依赖性大，一旦根结点出现故障，将导致全网不能工作。,2019/12/5,13,网络拓扑结构（网状结构）,网状结构：网状结构是指将各网络结点与通信线路互连成不规则的形状，每个结点至少与其它两个结点相连，或者说每个结点至少有两条链路与其他结点相连。大型互联网一般都采用这种结构，如：我国的教育科研示范网CERNET、国际互联网Internet的主干网都采用网状结构。网状结构的主要特点是：（1）每个结点都有冗余链路，可靠性高。（2）因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能，但路经选择比较复杂。（3）结构复杂，不易管理和维护。（4）适用于大型广域网。（5）线路成本高。,2019/12/5,14,网络拓扑结构（混合型）,混合型结构：混合型拓扑结构是由以上几种拓扑结构混合而成的，如：环星型结构，它是令牌环网和FDDI网常用的结构。再如：总线型和星型的混合结构等。网络拓扑结构总结如下,2019/12/5,15,局域网,局域网有不同的拓扑结构。这里对两种不同网络拓扑结构进行简介。在总线网络中，任何时刻只允许一台机器发送数据，而所有其他机器都处于接收状态。当有两台或多台机器想同时发送数据时必须进行仲裁，仲裁机制可以是集中式也可以是分布式的。例如IEEE802.3，即以太网，它是基于共享总线采用分布控制机制、数据传输率为10Mbps的局域网。以太网中的站点机器可以在任意时刻发送数据，当发生冲突时，每个站点机器立即停止发送数据并等待一个随机长的时间继续尝试数据发送。,2019/12/5,16,局域网,局域网的第二种类型是环型网。在环型网中，数据沿着环不停地旋转。同样的道理，在环型网中必须有一种机制用于仲裁不同机器站点对环的同时访问。IEEE802.5（即IBM令牌环）就是一种常用的数据传输率为4Mbps或16Mbps的环型局域网。,2019/12/5,17,局域网（拓扑结构的优缺点）,总线拓扑的一个优点是它的简单性。网段可以经过一个或多个建筑物，而支线可以通到具体的办公室或教室联到PC机上。环形拓扑允许多个站点使用一个或多个在环上循环的令牌来发送。一个令牌是一个特殊帧，获得该令牌的站点就可以发送信息。最常用的环网络使用一个令牌，但是有些协议可以提供多个令牌。,2019/12/5,18,局域网（拓扑结构的优缺点）,随着通信需求量的增加，总线和环形拓扑结构会变得效率低下。更大的需求量通常要求超过这些拓扑结构所能提供的可塑性。随着帧的数目的增加，局域网会饱和，其性能会降级，避免这一瓶颈问题的一个方法是使用更多的局域网，这样就可以减少每个局域网中的站点数目。,2019/12/5,19,局域网的拓扑结构,使用多种拓扑的原因：每种拓扑都有其优缺点星型：一根电缆断了不会影响整个网络。环状：计算机容易协调；容易检测网络运行状况；一根电缆断了，整个环状网络都失效。总线：所需的布线比星型少，总线断了网络就要失效。,2019/12/5,20,局域网的组成,1、服务器(Server)服务器是局域网的核心。根据它在网络中所担任的任务和作用，又可分为文件服务器、打印服务器和通信服务器三类。文件服务器能将大容量磁盘空间提供给网上用户（客户机）使用，接收客户机提出的出具处理和文件存取请求，向客户机提供各种服务。文件服务器控制网络整个工作的运行。打印服务器接收来自客户机的打印任务，按要求完成打印。通信服务器负责网络之间的通信和连接功能，提供与多种网络设备的连接接口。,2019/12/5,21,局域网的组成,2、客户机（Client）客户机又称为工作站，是用户与网络的接口设备，用户可通过它与网络交换信息，共享网络资源。工作站通过网络接口卡、通信介质、通信设备连接到网络服务器上。客户机可选用一般的PC机承担，服务器则选择高性能的微机和专用服务器。对于某些具有较大内存和磁盘空间的计算机，一方面由于它具有一定的资源，可供其它计算机共享，做服务器使用；另一方面，它又可作为客户机使用，享用其他设备的资源。,2019/12/5,22,局域网的组成,3、网络设备指网络硬件设备，主要有网络接口卡、收发器、中继器、网桥、路由器等。其中的某些硬件，如网络接口卡、网桥、路由器上均有固化的软件，对其工作进行控制。4、通信介质双绞线、同轴电缆和光纤5、网络操作系统和网络通讯协议，网络操作系统对整个网络的资源进行管理。局域通信网协议则实现局域网内通信实体之间和局域网络之间的相互理解的通信。,2019/12/5,23,161同轴电缆,同轴电缆有粗、细两种形式。在早期的网络中经常使用粗同轴电缆作为连接不同网络的主干。20世纪80年代早期以太网标准建立时，第1个定义的介质类型就是粗同轴电缆。1.粗同轴电缆粗同轴电缆又称为粗线或粗电缆网，其中心为铜导体或敷铜箔膜的铝导体。,直径0.4英寸，导体被一层绝缘材料包围，在外面还包着一个铝套。聚氯乙烯(PVC)或特氟纶(Teflon)壳覆盖着铝套。这种类型的电缆也称为RG-8电缆(RG即RadioGrade的缩写)。,2019/12/5,24,同轴电缆实物,2019/12/5,25,同轴电缆（粗同轴电缆）,在许多地方，如在房屋中，流动的空气会到达其他地方。由于PVC在燃烧时会释放有毒气体，在这种环境下使用包着特氟纶材料的电缆，在燃烧时不释放有毒气体。电缆套每2.5m进行标注，指示可以在何处连接网络连接设备。如果连接的设备间的距离低于2.5m，那么信号就会受损，从而产生网络错误。连接设备是介质存取单元(MediaAccessUnit，MAU)收发机，由电缆中的较低的电流(0.5A)驱动，其中装有15针的连接单元接口(AttachmentUnitInterface，AUI)插座。网络结点有其自身的与网络接口连接的AUI连接，连接设备中的AUI就通过电缆与该网络结点连接。AUI是插座和接口电路的标准接口，对于使用同轴、双绞和光纤主干电缆连接的物理网络，各有其电子特性。粗同轴电缆可长达50m，细或办公室级的AUI电缆可以有12.5m长。电缆的阻抗为50W，电缆段由连有50W电阻器的N插座来划分。,2019/12/5,26,同轴电缆（粗同轴电缆）,粗同轴电缆难以弯曲，必须要注意并遵循其最小弯曲直径。在直径加大的一侧，因为导体直径较大并有铝的保护，因此与细同轴电缆相比，电缆线能够很好地免除EMI和RFI(物理层干扰)。粗同轴电缆用在通常传输速度为10Mbps的总线网络上。根据IEEE标准，最大长度或延伸为500m。这一标准可以写为10Base5。10表示电缆传输速率为10Mbps，Base意为使用的是基带而非宽带。在基带传输中，介质的整个通道容量由一个数据信号使用，因此一次只能传输一个结点。粗同轴电缆可以用在基带或宽带传输中，但在数据网络中，通常用于基带传输。,2019/12/5,27,宽带传输在单一的通信介质中使用多个传输通道，允许同时传输多个结点。带宽是通道传输数据的容量，以给定速度来表示的，如10Mbps或100Mbps。粗同轴电缆非常耐用可靠，具有很强的抵抗信号干扰的能力。但价格和安装成本都比较昂贵，直径大而且控制、终止起来比较困难，所以粗同轴电缆的应用并不很广泛。以太网应用中粗同轴电缆(10Base5)的属性,2019/12/5,28,同轴电缆（细同轴电缆）,2.细同轴电缆细同轴电缆与电视的电缆很相似，然而又有所不同，网络电缆的电子特性非常精确且必须符合IEEE标准。与粗同轴电缆一样，以太网规范上要求细同轴电缆的阻抗为50W。细同轴电缆贴有注着“RG-58A/U”的标签，说明这是50W的电缆。一般称之为10Base2，因为其最大的理论上的网络速度为10Mbps，布线可达185m，使用基带类型的数据传输。但是，由于转发器等网络设备的实施，可以为长距离的传输将信号放大并重新调整其时间，所以这二者间的差别越来越模糊了。,2019/12/5,29,同轴电缆（细同轴电缆）,细缆的中心，有一个铜的或敷铜箔膜的铝导线，并在中轴上包围着一层绝缘泡沫材料。有一种高质量的电缆是编的铜网，由铝箔的套管包围，缠绕着绝缘泡沫材料，而且电缆由外部的PVC或特氟纶套覆盖以绝缘。这与粗缆很相似，但是直径要小。细缆连在电缆的接插件(BayonetNutConnector，简写为BNC)上，然后再由BNC与T型接头连接。T型接头的中部与计算机或网络设备的NIC连接在一起。如果计算机或设备是电缆中的最后一个结点，那么终结器就要连接在T型接头的一端，如图所示。同轴电缆接插件(BNC)是一种用于同轴电缆的连接器，有一个像接合销钉一样的外壳。,2019/12/5,30,同轴电缆（细同轴电缆）,细缆安装起来要比粗缆容易而且便宜，但是双绞线柔性很好，所以更加利于安装和使用。这也是为什么同轴电缆仅使用在比较有限的范围的原因。而细同轴电缆优于双绞线之处在于它可以抵抗EMI和RFI。表3-2以太网应用的细同轴电缆(10Base2)属性,2019/12/5,31,162双绞线,双绞线与电话线很相似，IEEE于1990年批准其可用于网络互连，目前已经成为一种非常流行的通信介质。双绞线是一种柔性的通信电缆，包含着成双的绝缘铜线，它们交织在一起以减少EMI和RFI，并在外面还套着一层绝缘套。双绞线的柔性比同轴电缆要好，因此非常适合于在穿墙、围墙角时采用。如果与合适的网络设备相连，这种电缆可以适应100Mbps或者更快的网络通信。在大多数应用下，双绞线的最大布线长度为100m。虽然双绞线可以扩展到100m，但是按通常的经验，考虑到网络设备中和布线室里要额外布线，所以双绞线最好限制在90m以内。,2019/12/5,32,双绞线(屏蔽双绞线),双绞线有两种类型：屏蔽的和非屏蔽的。1.屏蔽双绞线屏蔽双绞线(ShieldedTwisted-Pair，STP)由成对的绝缘实心电缆组成，在实心电缆上包围着一层编织的或起皱的屏蔽。编织的屏蔽用于室内布线，起皱的屏蔽用于室外或地下布线。屏蔽减少了由RFI和EMI引起的对通信信号的干扰。将一对电线缠绕在一起也有助于减少RFI和EMI，但是在一定程度上不如屏蔽的效果好。要更有效地减少RFI和EMI，每一对上的交织的距离必须是不同的。而且，为了获得最好的效果，插头和插座必须要屏蔽。如果套中某点的主要屏蔽损伤了，信号的变形就会很严重。STP中的另一个重要因素是要正确接地，以获得可靠的传输信号控制点。,2019/12/5,33,双绞线实物,2019/12/5,34,双绞线(屏蔽双绞线),双绞线用RJ-45头连接在网络设备上，这种RJ-45头与电话中使用的RJ-11头非常相似(见图)。这些接头要比T型接头便宜，而且在移动时不易损害。双绞线易于连接，与同轴电缆相比，允许更多的柔性电缆配置。在周围有重型电力设备和强干扰源的位置，我们推荐使用屏蔽双绞线。目前在高速网络中使用新型的STP布线。,2019/12/5,35,双绞线(非屏蔽双绞线),2.非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UnshieldedTwisted-Pair，UTP)是最常用到的网络电缆。UTP由位于绝缘的外部遮蔽套内的成对的电缆线组成，在一对对的缠绕在一起的绝缘电线和电缆外部的套之间并没有屏蔽。与STP相仿，内部的每一根线都与另外一根相缠绕以帮助减少对载有数据的信号的干扰。UTP又称为10Base-T电缆，意思是其最大传输速率为10Mbps(对于某些数据传输而真正的速率可达16Mbps)，使用的是基带通信，为双绞线类型。这种UTP也称为Category3电缆，Category4UTP的最大传输速率可达20Mbps，Category5则为100Mbps。,2019/12/5,36,双绞线(非屏蔽双绞线),下面列出了经电子工业联盟/远程通信工业协会(EIA/TIA)指定以太网应用的最常使用的双绞线类型。与STP相比，人们更喜欢用UTP，因为没有了屏蔽层，插头和墙上的插座也不需要屏蔽，所以失效点也就大大减少了。需要注意的是，正确的接地对于UTP来说是非常重要的。,Category5双绞线是新的电缆安装的非常好的选择，因为其高速网络互连能力可达100Mbps。,2019/12/5,37,双绞线,10Base-T非屏蔽双绞线的以太网规范,100Base-T屏蔽双绞线的以太网规范,2019/12/5,38,163光纤电缆,光纤电缆由包在玻璃管子中的一根或者多根玻璃或者塑料光纤芯线构成，外面的玻璃管子叫做包层。光纤芯线和包层被装在一个PVC外套中(见下图)。沿里面光纤的信号传输通常都是由红外线来完成的。常用的光纤电缆有三种尺寸。描述光纤尺寸的参数有两个，即芯线直径和包层直径，其度量单位都为微米。例如，50/125(um)光纤电缆是指该光纤电缆的芯线直径为50(um)而包层直径为125(um)。另外两种常用的光纤电缆尺寸为62.5/125(um)和100/140(um)。三种光纤具有多模传输的能力。所谓多模传输是指多种波长的光波可以同时在电缆中进行传输。对于多模传输应用来说，最为常用的光纤电缆尺寸为62.5/125(um)。,2019/12/5,39,光纤电缆(工作原理等）,当光波脉冲由激光或者普通发光二极管(LED)设备发出后，便可以在光纤芯线中向前传输。玻璃包层的作用是将光线反射回芯线中。光纤电缆具有进行高速网络传输的能力，它所支持的传输速度可以从100Mbps到1Gbps，甚至超过1Gbps。光纤电缆一般用作电缆传输主干，例如楼层之间或者建筑物之间，或者其他方面。在同一栋建筑内的楼层之间使用的光纤主干有时也称为“粗管道”(fatpipe)，因为与基带或者宽带高速传输相比，其带宽更为突出。在校园网环境中，光纤电缆最为常见的用途是用于不同建筑物之间的互连，这样做也是为了符合IEEE的布线标准。光纤电缆也可以用于在WAN和电信系统中连接地理范围跨度很大的LAN。光纤电缆的优点在于它的带宽大、损耗小，可以持续传输很长的距离。,2019/12/5,40,光纤电缆(优点等）,由于数据是通过光脉冲(有和无)进行传输的，所以不存在EMI和RFI方面的问题，并且数据传输是纯数字的，不含有任何的模拟成分。另外他人很难在电缆中放入未经授权的接头，因为这种电缆十分脆弱，并且造价较高，其安装往往需要经过特殊训练的人才能完成。,2019/12/5,41,光纤,昂贵的传输媒介不受电信号的干扰使用于长距离、高速率的信号传输,2019/12/5,42,光纤电缆(传输原理等）,光波在进行信号传输时，其行为和光的波长有关。有些波长的光在光纤中进行传输时比其他波长的光更有效率。光的波长所使用的计量单位为纳米(nm)。光的波长范围在400700nm，这种波长的光在光纤中传输时，其数据传输的效率不高。使用波长范围为7001600nm的红外光进行数据传输的效率比较高。光波通信的理想波长范围或者说窗口有三个，它们分别是850nm、1300nm、1550nm。高速的数据传输使用的波长窗口为1300nm。使用光进行数据传输，当光信号到达接收方时必须具有足够的强度，这样接收方才能够准确地检测到它。衰减或者能量损失是指当信号从源结点(传送结点)向目标结点进行传输时，信号在通信介质中的损失。在光纤中的衰减是用分贝(dB)进行度量的。光信号的能量损失直接和光纤的长度以及光纤弯曲的程度、弯曲的数量有关。在光波经过接合点或者结合部时也会有能量损失。,2019/12/5,43,光纤电缆(传输原理等）,为了能够准确地传输到接收方，当光波离开传输设备时，必须具有一定的能量级别。这个最小的能量级别称之为功率分配。对于光纤电缆通信而言，功率分配就是按分贝度量传送能量和接收方最终得到的信号强度或者敏感度之差所得到的值。它是发送信号能够完好无损地到达接收方所必须具有的最小发送能量和接收方敏感度。对于高速通信，该功率分配必须为11分贝。光纤电缆有两种类型：即单模光纤和多模光纤。单模光纤：主要用于长距离通信，其芯直径为810um，而包层直径为125um。芯的直径比多模光纤小。在给定的时间中，只能有一束光在光纤中传输。单模光纤使用的通信信号是激光。激光光源包含在发送方发送接口中，由于带宽相当大，所以能够以很高的速度进行长距离传输。,2019/12/5,44,多模和单模光纤,2019/12/5,45,光纤电缆(光纤电缆分类等）,多模光纤：同时支持多种光波进行数据传输，可进行宽带通信。在传输距离上没有单模光纤那么长，因为其可用的带宽较小，光源也较弱。对于多模光纤，在传输时使用的光源为LED，该设备位于发送结点的网络接口中。单模光纤电缆的规范,2019/12/5,46,光纤电缆（光纤电缆的规范）,多模光纤电缆的规范,上述两表对单模光纤和多模光纤的性能进行了总结。,2019/12/5,47,164光纤/同轴混合电缆,在现有的电信和宽带服务中已经接受了光纤/同轴混合电缆。在使用混合电缆时，必须要考虑几项因素，如网络不同位置上信号级别的要求、噪音容错要求、变形容错要求和电源设计。由电缆网络和混合网络提供的网络解决方案已经开始对计算机产业产生影响。基于混合电缆主干的电缆结构为用户在下游方向提供了高的带宽，并在上游方向提供了相对较高的带宽。(通常上游带宽低于下游带宽)。为适应网络和其他新的服务，如今大型的电缆网络都安装光纤/同轴混合电缆。光纤可增加上游带宽并降低噪音，从而可提高数据通信的质量。安装这种新电缆的成本是昂贵的。,2019/12/5,48,光纤/同轴混合电缆,光纤/同轴混合电缆(HybridFiber/Coax，HFC)采用的是现在已广泛存在的有线电视结构，所以未来一片光明。使用HFC，电缆经营者可以为PC提供电话服务、交互电视的多信道和高速的数据服务。一个完整的HFC系统可以提供：简易老式电话服务。多达37个模拟电视信道。多达188个数字电视信道。多达464个数字点信道(客户请求服务)。针对PC的高速双向数字数据链接。,2019/12/5,49,光纤/同轴混合电缆（特征概括）,混合电缆由电缆外壳和铜电缆组成，其中电缆外壳中包含着光纤。电缆外壳和铜电缆根据不同的实施情况可有不同的组合，范围可涉及从主干电缆到单方电缆安装。下表总结了本章中介绍的不同电缆介质的一般特征。,2019/12/5,50,165无线通信,当传输网络包时，有许多无线介质可以替换电缆：无线电波、红外线信号以及微波等。通过空气或大气来传输信号的。因此，在使用电缆非常困难或者说根本不可能时，无线通信可以出色地代替电缆。但是使用无线通信时有一个非常重要的限制：同一介质的其他信号、太阳黑子的运动、电离层变化和其他大气干扰都会对通信信号形成干扰，从而会产生许多问题。1.无线电技术网络信号可通过无线进行传输，与电台广播的手段非常相似，但是网络应用时信号频率要远高于电台发射频率。例如，AM电台发送频率为1290kHz，因为AM播送范围就在535-1605kHz之间；FM的范围为88-108MHz。在美国，网络信号的传输频率可高达902-928MHz、2.4GHz或5.72-5.85GHz。,2019/12/5,51,各种媒体传输频率分布,2019/12/5,52,无线通信,在无线电网络传输中，根据信号采用的天线的类型，可以沿一个方向或多个方向传输。在这里，波长比较短，而且强度也较低，这就意味着无线电传输最适用于短程的视线(line-of-sight)传输。在视线传输中，信号是从一点向另一点传输的，而不是在国家间或各洲间弹跳的。视线传输的限制在于信号会被高的物体如山峰中断。低功率的单频信号传输数据的能力在110Mbps之间。大多数网络设备采用扩展频谱(spreadspectrum)技术进行包的传输。这种技术中使用了一个或多个邻接的频率跨越更大的带宽来传输信号。扩展频谱的频率范围非常高，为902928MHz或更高。扩展频谱传输通常以26Mbps的速度传输数据。,2019/12/5,53,无线通信(优缺点等）,当铺设电缆成本很高且很困难时，使用无线电通信可以大大节省费用。与其他无线通信的手段相比，无线电通信比较便宜而且易于安装。但是无线电通信也有其显而易见的缺陷。其中之一：许多网络安装要实施高速(100Mbps)的通信来处理拥挤的数据流量。基于无线电的网络的速度不能满足这类需求。另一个缺点是，使用的频率难以控制。许多无线电爱好者、美国军方和蜂窝电话公司使用的频率与无线电通信的频率在相似范围之内，从而就会干扰信号。自然的障碍物，如山峰，也会减弱或干扰信号的传输。,2019/12/5,54,短波,2019/12/5,55,微波,2019/12/5,56,蓝牙,2019/12/5,57,基站方式,2019/12/5,58,卫星通信,2019/12/5,59,激光通信,2019/12/5,60,无线通信（红外线技术）,2.红外线技术红外光也可以用作网络通信的介质。红外线可以沿单方向也可以沿所有的方向传播，用LED来传输，用光电二极管来接收。传输频率为光的频率100GHz-1000THz。与无线电波相同，红外线技术是一个成本不高的解决方案，优点在于信号难以在别人不知道时介入。当然这种通信介质也有其显著的缺点，其一是在有方向的通信中数据传输速率仅达16Mbps，在各个方向上传输时速度也不过1Mbps。另一个缺点是红外线不能穿越墙壁，如果把立体声系统拿到另一个房间再试图进行通信时就会发现这一点。而且，强光源也会对红外线通信造成干扰。,2019/12/5,61,无线通信（微波技术）,3.微波技术微波系统的工作方式有两种。其一为地面微波，是在两个盘状的定向天线间传输信号。这种传输的频率为46GHz和2123GHz。卫星微波是在三个定向天线间传输信号，3个天线之一是空间的一颗卫星(图所示)。对采用这种技术来说，发射卫星或者租用提供这种技术的服务是非常重要的。这类传输的频率范围为1114GHz。微波介质传输速度可达110Mbps，当需要更高的网络速度时，就体现出了局限性。当然微波技术还有其他的限制，比如，安装和维护的成本很高。微波传输还极易受到大气环境、恶劣天气的妨碍。,2019/12/5,62,无线通信（微波技术）,与其他无线介质相同，当布线耗费巨大或者根本不可能布线时就会采用微波通信解决方案。采用地面微波在城市中两个大建筑物之间进行通信是很优秀的解决办法。卫星通信用于跨国或在两个洲之间连接网络。无线通信的优缺点建下表：,2019/12/5,63,166传输介质的选择,LAN和WAN的物理传输选项可以分为3类：介质类型、接口类型和载波类型。介质类型包括了大量的布线选项以及与布线相结合的无限选项。目前，双绞线布线是LAN中最流行的布线方式，已将网络带到了桌面上。光纤电缆用于连接LAN上的网络，以及将LAN连接到WAN上。光纤电缆已经得到了巨大的发展，在要求高速连接时，可以代替LAN水平配线。在从物理和经济角度来看采用通信电缆连接网络都不合适时，无线技术为用户提供了选择。无线电波和红外线用于短距离通信，而微波和卫星方法则用于长距离的WAN网络互连。,2019/12/5,64,在20世纪80年代，IEEE802委员会首先制定出局域网的体系结构，IEEE802参考模型。目前，很多IEEE802标准已成为ISO国际标准。局域网体系结构和广域网体系结构有很大的区别。由于局域网的网络拓扑结构相对简单，故此局域网不存在路径选择的问题，故局域网没有网络层，而只有物理层和数据链路层。由于局域网采用的传输介质多种多样，所采用的介质访问控制方法各又不同，为避免局域网的数据链路层过于复杂，将链路层分为两个的子层：介质访问控制子层MAC（MediaAccessControl）和逻辑链路控制子层LLC（LogicalLinkControl）。,2.2局域网与IEEE802标准,2019/12/5,65,局域网与IEEE802标准,介质访问控制子层MAC：依赖具体的传输介质和网络拓扑结构，提供介质访问控制功能；逻辑链路控制子层LLC：与传输介质无关，主要提供寻址（网络的物理地址）、差错控制和流量控制等功能。,2019/12/5,66,OSI/RM,2.2局域网与IEEE802标准,IEEE802标准,2019/12/5,67,2.2局域网与IEEE802标准,局域网标准结构图,2019/12/5,68,IEEE802标准,802.1802标准的概述。802.2逻辑链接控制的标准和其他网络连接标准。802.3带有检测冲突的载波侦听多路存取方法(CSMA/CD)的标准。802.4传递总线存取的令牌标准。802.5令牌环存取以及LAN与MAN间通信的标准。802.6包括高速无连接网络互连在内的LAN和MAN网络标准。802.7宽带电缆技术标准。802.8光纤电缆技术标准。802.9集成网络互连服务(如语音和数据集成)的标准。802.10LAN和MAN能共同使用的安全性标准。802.11无线连接标准。802.12要求优先级存取方法标准。802.14有线电视宽带通信标准。,2019/12/5,69,2.3Ethernet-以太网,Ethernet中译名为以太网，于1970年由XEROX公司研制成功。当时主要的设计目标是应用于办公自动化，要适合于突发的数据传输。这种以太网采用同轴电缆和随机争用总线方式。在20世纪70年代由Xerox、DigitalEquipment和Intel三家公司联合制定以太网组网规范，并于80年代初首次公布出版，1982年又进行了修改，不久这三家公司公布了与IEEE802.3一致的以太网规范。现在以太网这一术语用来指所有与以太网规范一致的带碰撞检测的载波侦听多路访问的（CSMA/CD）的局域网。下页表中给出了IEEE802.3标准。,2019/12/5,70,2.3.1IEEE802.3标准,2019/12/5,71,！特别提示：,在IEEE802.3标准中，最小结点距离是必须注意