项目一局域网的基础知识.ppt

局域网组建与管理主编范建华西北工业大学出版社 项目一局域网的基础知识 任务1了解局域网的基本概念 计算机网络的迅猛发展 使世界范围内的信息及通信变得更加方便 快捷 任何人都无法忽视其存在 其友好的图形界面更让所有想要接触它的人只需操纵鼠标就可以轻松地浏览世界各地的信息 计算机网络正以其强大的魅力席卷全球 走进人们的日常生活 成为许多人生活的一部分 一 计算机网络分类计算机网络的分类标准很多 例如 按计算机网络的拓扑结构分类 按网络的交换方式分类 按网络协议分类 按数据的传输方式分类等 但是 各种分类标准只能从某一方面反映网络的特征 按网络覆盖的地理范围 距离 进行分类是最普遍的分类方法 它能较好地反映网络的本质特征 依照这种方法 可把计算机网络分为三类 局域网 广域网和城域网 一 局域网 局域网 LAN LocalAreaNetwork 是一种在小区域内使用的网络 其传送距离一般在几千米之内 最大距离不超过10km 二 广域网 广域网 WAN WideAreaNetwork 也叫远程网络 覆盖地理范围比局域网要大得多 可从几十千米到几千千米 三 城域网 城域网 MAN MetropolitanAreaNetwork 是一种介于局域网和广域网之间的高速网络 覆盖地理范围介于局域网和广域网之间 一般为几千米到几十千米 传输速率一般在50Mb s左右 其用户多为需要在市内进行高速通信的较大单位或公司等 二 局域网的特点及技术要素 一 局域网的特点 1 共享传输信道 采用多种介质访问控制技术 2 为一个单位所拥有 且地理范围和站点数目均在有限地理范围内 用户个数有限 3 传输速率高 时延较低 误码率低 4 多采用分布式控制和广播式通信 5 低层协议简单 不单独设立网络层 二 决定局域网特性的主要技术要素 1 基本通信方式 共享介质方式或交换方式 2 介质访问控制方法 CSMA CD TokenRing TokenBus 3 传输介质 采用了双绞线 同轴电缆与光纤 4 拓扑结构 总线型 环型 星型和树型结构 三 局域网的拓扑结构一种特定的网络技术能使用多种布线方案 这种技术决定了逻辑拓扑 而布线方案决定了物理拓扑 物理拓扑与逻辑拓扑可能不同 如表1 1所示 表1 1物理拓扑与逻辑拓扑的对照表 这是两个截然不同的概念 两者之间不存在对应关系 即在同样的网络布线中信号可以有不同的流动方式 而采用同样信号传递方式的网络却可以有不同的物理拓扑结构 一 物理拓扑结构1 总线型拓扑 总线型拓扑结构的主要特点 1 所有节点都通过相应的网络接口卡直接连接到一条作为公共传输介质的总线上 2 所有节点都可以通过总线传输介质发送或接受数据 3 同一时刻只允许一个节点向总线上发送数据 这要使用介质访问控制方法来保证 可以有一个或多个节点从总线上接收数据 4 通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质 优点是结构简单 实现容易 易于扩展 可靠性较好 2 星型拓扑 星型拓扑结构的主要特点 1 网络存在一个中心节点 2 任何两个节点间的通信都要通过中心节点转发 3 只有在交换局域网 SwitchedLAN 出现之后 才真正有了物理拓扑与逻辑拓扑统一的星型拓扑结构 优点是结构简单 易于实现 便于管理 但网络的中心节点是全网可靠性的瓶颈 3 环型拓扑环形拓扑结构的主要特点 1 节点通过相应的网络接口卡 使用点到点连接 构成闭合的环型 2 环中数据沿着一个方向绕环逐站传送 3 它与总线型局域网的主要差别是解决信道竞争的方法不同 4 环型拓扑结构简单 传输延时确定 5 环中每两个相邻节点间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈 6 为保证环的正常工作 需要进行较复杂的环维护处理 环节点的加入和撤出过程比较复杂 4 树型拓扑树形拓扑结构的主要特点 1 可以看成是星型拓扑的扩展 它将原来用单独链路直接连接的节点 通过多级处理主机分级连接 2 节点按层次进行连接 3 信息交换主要在上下节点之间进行 相邻及同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量小 4 树型结构与星型结构相比降低了通信线路的成本 但增加了网络的复杂性 5 除最底层节点及其连线外 任意一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作 二 逻辑拓扑结构1 逻辑总线信号在网上按广播方式传播 一台设备向网上发出信号后 信号像洪水一样 漫延 到网上各处 网上的设备都会收到这个信号 若不考虑信号的传输延迟的话 可以认为所有设备都同时收到该信号 2 逻辑环只把信号发送给指定为下一站的设备 当一台设备向网上发出信号时是发送给指定的一台设备的 然后 信号按照一定的顺序一站一站地传下去 最后回到发送站 形成一个封闭环 显然 网上每台设备都只接收指定发给它的信号 它也只把信号发送给指定为下一站的设备 任务2熟悉常用类型的局域网 一 对等网与C S网 一 对等网1 对等网的特点 不存在具有特殊功能的计算机 每台计算机都处于平等地位 既向网络中的其他用户提供服务 又享受其他用户所提供的服务 既可以采用总线型拓扑 也可以采用星型拓扑 如果只有两台计算机互联 那么 则还可以使用直接电缆连接 双绞线交叉互连 安装在每个网络节点的局域网操作系统软件是相同的 主要使用Windows98 2000Professional XP 网络通信协议建议使用TCP IP 每台联网计算机都是以前后台方式工作 前台为本地用户提供服务 后台为其他节点的网络用户提供服务 网络中任意两个节点之间都可以直接实现通信 对等结构的网络操作系统可以提供共享硬盘 打印机 光驱 电子邮件 共享屏幕与共享CPU服务 联网的计算机一般在10台以下 规模较小 2 组建对等网必须遵循的原则总线型对等网使用BCN接头的细线 网络终端必须安装50 终端电阻器 星型对等网使用两端带RJ 45水晶头的3类以上的UTP 最常见的是5类或超5类 从管理的角度看 每台计算机都须要独立地设置 在复杂的环境下安全性和效率性均很差 因此对对等网中数据的安全性要求不能太高 总线型对等网的细线最长不能超过200m 星型对等网中计算机终端到中心节点的最大距离为100m 如果使用集线器 交换机 组网 那么联网的计算机数不能超过集线器 交换机 的接口数 3 对等网的优缺点优点是结构简单 而缺点是节点除了要完成本地用户的信息处理任务 还要承担较重的网络通信管理和共享资源管理任务 这将加重联网计算机的负荷 因而信息处理能力明显降低 因此 对等结构局域网操作系统支持的信息系统一般规模都比较小 二 C S网针对对等结构的缺点 人们提出了非对等结构局域网操作系统的设计思想 将联网节点分为两类 即网络服务器 Server 与网络工作站 Workstation 因此联网的计算机有明确的分工 网络服务器采用高配置 高性能计算机 以集中方式管理局域网的共享资源 为网络工作站提供服务 是局域网的逻辑中心 网络工作站记为WS 一般可以采用配置较低的微型机 它主要为本地用户访问本地资源与网络资源提供服务 这种非对等结构局域网操作系统软件分为并列的两部分 一部分运行在服务器上 另一部分运行在工作站上 安装与运行在网络服务器上的局域网操作系统的功能与性能 直接决定着网络服务功能的强弱 客户机可以与服务器通信 也可以与其他客户机通信 而无须服务器参与 因此在C S局域网中 服务器与客户机之间以主从模式工作 而客户机之间则为对等网的工作模式 客户机程序 Client 和服务器程序 Server 可以运行在同一台计算机上 也可以运行在网络环境下的两台或多台计算机上 在网络环境下 Client程序向Server程序提出服务请求 Server程序接收并处理Client程序的请求 然后将处理结果回送至客户机 因此 这种计算模式的实质是将应用资源与任务在Client与Server之间进行恰到好处的分配 不同厂商提供的多种服务器和计算机可以共存于同一网络中 三 混合型网络混合型网络是基于服务器的网络与对等网在特定环境下的组合 在工作站登录服务器后 工作站既可以共享服务器中的资源 也可以共享同一工作组中其他计算机上的资源 当工作站未登录服务器 如服务器未打开 时 工作站将自动组建成对等网 同一工作组中的用户将可以共享资源 当服务器上运行的操作系统是WindowsNTServer4 0 Windows2000Server AdvancedServer时 就会形成混合型网络 如果服务器上运行的是NetWare操作系统 则不会形成混合型网络 二 无线局域网无线局域网是使用无线电信号做传输介质的局域网 它补充和扩展了传统的有限局域网的功能 无线局域网的主流技术有以下三种 蓝牙 红外线 扩展频谱 红外线与扩展频谱技术被国际电工无线电委员会IEEE选为无线局域网的标准 编号为802 11 蓝牙技术主要用来提供个人通信设备或计算机与周边设备的短距离连接 如移动电话 笔记本 电脑 打印机等的连接 组成个人局域网 一 无线局域网的用途扩充有线局域网 连接建筑物之间的局域网 实现漫游访问 构建临时网 二 红外线局域网技术红外线局域网技术的主要特点有 红外线的频谱接近可见光 不能透射不透明物 这使得分布在不同房间里的红外线网络可互不干扰 红外线可以被漫反射 可以通过漫反射来实现整个房间的覆盖 红外线数据传输的调制方式通常采用强度调制 与需调频或调相的微波比较 实现起来较为简单 故红外线设备相对简单 便宜 红外线频谱的使用无须许可 红外线技术的主要缺点是传输距离不够远 并会受到强光的干扰 一般将红外线网节点的距离限制在20m之内 三 扩展频谱局域网技术扩展频谱局域网技术是当前无线局域网技术的主流 其基本点在于把信号分布到更宽的频带上 从而使得发生拥塞或发生干扰的机会更小 展频有两种基本形式 跳频展频和直接序列展频 跳频展频 发送端信号以固定的时间间隔 按伪随机的无线电频谱广播 从一个频谱跳到另一个频谱 而接收端的跳动方式与发送端同步 因此能够调解出原信号 直接序列展频 把数据源的每一位用传输信号的若干位来表示 由此数据源的频带就会被展宽若干倍 直接展频的安全性也较高 三 单一网与互联网遵守相同协议的网络是同一个物理网络 因此 分组在同一网络中传送时就不存在协议转换问题 而如果分组需要在某一个网络互联设备上进行协议转换才能进入下一网络 那么 这两个网络就一定不是同一物理网络 由于遵守同一协议的网络采用的是单一的网络技术 因此我们称其为单一网络 一 网络互联使用网络互联设备将两个或更多网络连接起来 这就叫网络互联 这些互联的网络 它们各自都是单一的物理网络 然而 它们各自采用的协议既可以是完全相同的 也可以是完全不同的 还可以是部分低层协议不同 其余高层部分协议必须相同 这三种情况分别要求使用四种不同的网络互联设备 即中继器 网桥 路由器和网关 使用四种不同的网络互联设备 即中继器 网桥 路由器和网关 中继器工作于物理层 只能对被传送的信号进行再生 而不能对协议进行转换 因此 使用中继器连接的所有网络都必须运行完全相同的协议 这些被连接起来的网络整体无疑采用的是单一网络技术的网络 中继器一般用来延长局域网的信息传输范围 但延长的距离是很有限的 使用网桥连接的各网络 它们既可以是采用完全相同网络技术的网络 也可以是链路层和物理层不同 而链路层以上各层是完全相同的网络 网桥一般也是用来连接局域网的 因为局域网中只运行物理层 链路层协议 使用路由器连接的各网络 一般都是网络层及其以下各层协议不同 而网络层以上各层协议是完全相同的网络 路由器一般用来连接局域网和广域网 或连接广域网和广域网 使用网关连接的网络 一般是各层协议均不相同的网络 网关通常用来连接广域网和广域网 由此可见 网络互联是一件十分普遍的现象 然而除了使用中继器互联成单一的网络外 使用其他互联设备连接不同网络时 都可能存在协议转换问题 二 互联网网络互联十分普遍 但并不是所有互联的网络都叫做互联网 这里就有个概念界定标准的问题 事实上 这个标准从一开始就不明确 随着网络技术的发展变得越来越模糊 通常的概念是 只要被连接的网络在网络层和网络层以下不同 并且连接起来的网络整体覆盖的范围广泛 那么这个网络整体就称为互联网 显然 在这里连接网络的设备要么是路由器 要么就是网关 然而即使我们使用路由器或网关将若干局域网网段连接起来 连接起来的网络整体也依然还是局域网 这是因为它受到每个局域网网段带宽的限制 使连接起来的局域网网段不能服务于任意地点 任意数量的计算机 在现实中 即使是局域网 已经很少有单一网络 绝大多数都是互联的 四 高速局域网推动局域网发展的直接因素是个人计算机的广泛应用 在过去20年里 计算机的处理速度提高了100万倍 而网络数据传输速率只提高了上千倍 从理论上讲 一台微通道或EISA总线的微型机能够产生大约250Mb s的流量 若Ethernet仍保持数据传输速率为10Mb s 就显得很不适应了 一方面 大量用于办公自动化与信息处理的个人计算机都必须联网 造成了局域网规模的不断扩大 网络通信量的持续增加 另一方面 各种新的应用不断产生 用户对局域网的带宽与性能都有了更高的要求 再者 新的基于Web的Internet Intranet应用也要求更高的通信带宽 所有这些因素促使人们研究高速局域网技术 一 发展高速局域网的思路为了克服网络规模与网络性能之间的矛盾 人们提出了以下三种解决方案 1 提高Ethernet数据传输速率 从10Mb s提高到100Mb s 甚至1Gb s 2 用网桥或路由器将若干个小型局域网连接成一个大型局域网 网桥和路由器使得通信量在子网之间与子网内部合理分配 这样 对每个子网来说 节点减少了 每个子网仍然采用CSMA CD介质访问控制方法 沿此思路 推动了局域网互联技术的发展 3 将 共享介质 方式改为 交换 方式 这就促进了 交换局域网 技术的发展 二 光纤分布式数据接口FDDI光纤分布式数据接口FDDI FiberDistributedDataInterface 是一种以光纤 多模或单模 作为传输介质的高速主干网 它可以用于互联局域网和计算机 FDDI采用的介质控制方式类似于802 5令牌环 站点在发送数据前必须先得到令牌 FDDI的帧长度介于17B 4500B之间 站点接收由上一站传来的帧 在检查其目的地址后传向环中的下一站 如果某一站发现该帧的地址与自己的地址相匹配 就将数据拷入其内存 再生成一个确认帧以通知发送节点 三 快速以太网虽然传统的共享介质局域网主要有Ethernet TokenBus与TokenRing三类 然而目前应用最广泛的仍然是Ethernet 快速以太网FastEthernet的数据传输速率为100Mb s 它与传统Ethernet的关键区别在于采用何种线缆 传输介质 它保留了传统的10Mb s的Ethernet的所有特征 即相同的帧格式 相同的介质访问控制方法CSMA CD 相同的组网方法 而只是把Ethernet每个比特发送时间由100ns降低到10ns 四 千兆位以太网千兆位以太网 GigabitEthernet 与FastEthernet的共同之处是 它们都保留着传统的10Mb sEthernet的所有特征 即相同的帧格式 相同的介质访问控制方法CSMA CD 相同的组网方法 而差别是GigabitEthernet把每一位的发送时间降低到1ns 这样 人们设想了一套使用Ethernet组建企业网的全面解决方案 桌面系统采用速率为10Mb s的Ethernet 部门级系统采用速率为100Mb s的FastEthernet 而企业级系统则采用速率为 1000Mb s 的GigabitEthernet 由于10Mb sEthernet FastEthernet与GigabitEthernet有许多相似之处 并且不少企业已经大量使用了10Mb sEthernet 因此局域网系统从 10Mb s Ethernet升级到100Mb s的FastEthernet或1000Mb s的GigabitEthernet时 不需要重新培训网络技术人员 五 交换局域网交换局域网从根本上改变了共享介质的工作方式 连接在局域网交换机的若干端口上的若干节点之间可以进行多个并发连接 从而实现多节点之间数据的并发传输 因此可以增加局域网带宽 改善局域网的性能与服务质量 一 交换局域网的基本结构局域网交换机是交换局域网的核心部件 为了保护用户已有的投资 局域网交换机一般是针对某一类局域网 如802 3标准的Ethernet或802 5标准的TokenRing 而设计的 典型的交换局域网为交换式以太网 SwitchedEthernet 它的核心部件是以太网交换机 EthernetSwitch EthernetSwitch可以有多个端口 每个端口可以单独与一个节点连接 也可以与一个共享式Ethernet的集线器HUB连接 如果一个端口只连接一个节点 那么这个节点就可以独占10Mb s的带宽 这类端口通常被称为 专用10Mb s的端口 如果一个端口连接一个10Mb s的Ethernet 那么这个端口将被一个Ethernet网的多个节点所共享 这类端口被称为 共享10Mb s的端口 二 局域网交换机的工作原理典型的局域网交换机结构与工作过程如图1 9所示 图中的交换机有六个端口 其中1 4 5 6端口分别连接了节点NodeA NodeB NodeC与NodeD 那么交换机端口号 MAC地址映射表就可以根据以上端口号与节点MAC地址的对应关系建立起来 如果NodeA与NodeD要同时发送数据 那么它们可以分别在Ethernet帧的目的地址字段DA中填上该帧的目的地址 图1 9典型的局域网交换机结构与工作过程 三 局域网交换机的主要技术特点目前的局域网交换机主要是针对Ethernet设计的 因为Ethernet的物理层协议目前主要有10BASE T和100BASE T两种 所以EthernetSwitch的类型相应地可以分为三类 只支持10Mb s端口的EthernetSwitch 专用 共享 半双工 全双工 只支持100Mb s端口的EthernetSwitch 专用 共享 半双工 全双工 和同时支持10Mb s与100Mb s 10 100Mb s 端口的自适应EthernetSwitch 10 100Mb s自适应端口 任务3了解ATM局域网仿真与虚拟局域网 一 ATM局域网仿真一个ATM网络既能执行一个LAN的任务 连接一台一台的主机 又能起到网桥的作用 连接多个LAN 无论ATM是执行LAN的任务 还是执行网桥的任务 用户所见到的网络是以ATM结构为基本框架 以ATM交换机作为局域网的交换中心 通过ATM设备将多台计算机连接到ATM交换机上的一类新型高速局域网 直接连接到ATM交换机上的ATM主机和ATM局域网桥都是ATM的端设备 ATM主机与ATM交换机统称为ATM设备 一 ATM技术ATM AsynchronousTransferMode 即异步传输模式 是未来宽带综合服务数字网 B ISDN 的底层技术 B ISDN则是为统一电信网络 电话 电视 数据 而设计的网络传输技术 ATM网络的基本思想是把数据分割成固定长度的信元 Cell 来传送 每个信元有5B的信头和48B的净荷 Payload 由于信元的长度固定 信头又非常简单 这就使得在ATM网络中可以使用硬件来实现信元的切割和快速转发 每一个ATM端系统通过专用的线路连接到ATM交换机 ATM交换机之间用高速的通信线路 一般为光纤 连接起来 信元从端系统发出后 通过多个ATM交换机的转发 最终到达目的地 二 ATM局域网仿真概念ATM论坛定义了一种ATM业务 称为局域网仿真 LANE LANEmulation 利用这项技术 能在ATM网络上模拟传统的局域网的一些特性 通过ATM网络将传统的局域网与ATM主机互联起来 从而在ATM网络上构造出新的局域网 让ATM网络上的设备和传统局域网上的设备能够透明通信 或者说使局域网节点之间的通信过程与传统的局域网通信过程相同 使用局域网仿真技术进行通信的网络组成仿真局域网 ELAN EmulationLAN 三 ATM局域网与传统的共享介质局域网的区别ATM局域网是以ATM结构为基本框架 以ATM交换机作为局域网的交换中心 通过ATM设备将多台计算机连到ATM交换机上的一类新型高速局域网 传统局域网与ATM局域网差别很大 现列举其主要差异点如下 1 传统局域网采用帧格式 而ATM网采用信元格式 2 传统局域网一般采用无连接服务 而ATM网提供面向连接的服务 3 传统局域网采用共享介质的方式工作 而ATM网提供了点到点的连接服务 4 传统局域网使用MAC地址 与网络拓扑无关 而ATM使用ATM地址 由网络分配确定 四 局域网仿真的协议模型在使用局域网仿真技术时 一个大的ATM网络被划分为多个逻辑子网 每个子网为一个ELAN ELAN实际上是定义了一个逻辑组 广播消息只在这个逻辑组内部进行 ATM网络上的设备到底属于哪个ELAN 由管理员配置 与其物理位置无关 一个ATM设备也可以同时属于多个ELAN 五 客户 服务器模式局域网仿真采用客户 服务器模式 ATM的端设备 主机和网桥 是客户端 称为LEC 每个ELAN上的服务器从逻辑上可以划分为三类 广播与未知地址服务器BUS 局域网仿真服务器LES 局域网仿真配置服务器LECS 六 局域网仿真过程下面分析和解释在局域网仿真中LEC从启动到正常运行的过程以及各种服务器的功能 1 初始化过程初始化过程按以下步骤进行 只有当所有初始化步