第5课 局域网技术

1、 本章主要内容 理解局域网的定义和特性理解局域网的定义和特性 掌握局域网的体系结构掌握局域网的体系结构 掌握局域网的组成掌握局域网的组成 熟悉网络互连设备熟悉网络互连设备 熟悉以太网的产品标准熟悉以太网的产品标准 理解高速局域网技术理解高速局域网技术 局域网的定义局域网的定义: : 在较小的地理范围内，利用通信线路将许多 数据设备连接起来，实现彼此之间的数据传输和 资源共享的系统称为局域网。 局域网概述局域网概述 局域网概述局域网概述 发展过程：发展过程： （1）60年代末至70年代初是萌芽阶段 。 （2）70年代中期是局域网发展的一个重要阶段。 （3）80年代初期是局域网走向大发展的时期。

2、利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干环 网，是目前许多局域网系统采用的一种结构形式。 局域网概述局域网概述 局域网具有以下优点：局域网具有以下优点： （1）能够方便地共享网内资源 包括主机、外部设备、软件、数据； （2）便于系统扩展； （3）提高了系统的可靠性、可用性、可维护性 （4）各设备位置可以灵活地调整和改变； （5）有较快的响应速度（数据传输率较高）。 局域网的应用局域网的应用 1. 办公自动化 2. 工业生产自动化 3. 应用于教育领域 4. 计算机协同工作技术 局域网的体系结构 局域网各层功能 一、物理层 是处理机械、电气、功能和规程等方面的特性，确保 在通信信道上二进制位信号的

3、正确传输 主要内容： 局域网支持的传输介质及相应的传输距离。 传输速率。 物理接口的机械特性、电气特性、性能和规程特性 传输信号的编码方案。 错误校验码及同步信号的产生与删除。 拓扑结构。 物理信令（PLS），物理层向介质访问控制子层提 供的服务原语，包括请求、证实、指示原语。 局域网各层功能 二、MAC子层 解决与媒体有关的问题。 包括将数据组装成帧，管理和控制对于局域网 传输媒体的访问 三、LLC子层 建立和释放数据链路层的逻辑连接 提供与高层的接口 给帧加上序号，流量控制，差错控制等功能 典型局域网类型 根据MAC子层对媒体访问控制的方 法不同，将局域网分为三种： 802.3(CSMA/

4、CD) 802.4(令牌总线) 802.5(令牌环网) 典型局域网标准 1、CSMA/CD CSMA/CD包含两个方面的内容： 载波侦听多路访问（CSMA） 冲突检测（CD） 问题： 往往同时会有多个节点侦听到信道空闲并发送数 据，这就可能发生冲突。怎么办？ CSMA/CD机制特点小结：先听后发、边听边发、 冲突停止、随机延迟后重发。 典型局域网标准 图解图解CSMA/CD机制机制 站点要求发送 有载波？ 发送一帧信息 有冲突？发出阻塞信号冲突 16？ 延时处理 放弃发送 另作处理 一次发送结束 图4.3 CSMA/CD发送过程流程图 Y N Y N N Y CSMA/CDCSMA/CD发送过

5、程发送过程 典型局域网类型 令牌环网令牌环网 1、令牌环网的组成：它是由高速数字通信信道和环接口组成， 节点主机通过环接口连接到网内 令牌数据 典型局域网类型 2、令牌环网中数据帧格式 （1）令牌帧 令牌(Token)可以理解为一种“通行证”，哪 一个节点获取了它，就有权向环路发送数据 。（图1） （2）数据帧（图2） 字 节 111 2或62或6无限制 411 SDACFC 目的 地址 源地 址 LLC DATA FCS ED FS SD AC ED （图1） 典型局域网类型 令牌环操作过程 网络中只有一个令牌在环路上绕行 当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌， 将令牌的标志标志为

6、1，随后开始发送数据 环路中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目 的地址，若为本站地址，便读取其中的数据 数据帧绕行一周返回时，发送站将其从环路上撤销 数据发送完毕后，重新产生一个令牌环 典型局域网类型 令牌环特点 效率低，因为等待令牌需要时间 有广播特性，即允许多个站点接收同一数据 数据通信量可以调节 典型局域网类型 4、对令牌帧和数据帧的维护 （1）帧的丢失：集中式检测法（采用超时机制） 分布式检测法 （2）无法消除帧（如死循环令牌）： 在环中设立“监控站”检测“监视位M” 典型局域网类型 令牌总线：令牌总线： 物理上为总线结构 逻辑上为环网：所有的站点组成一个环，每个站点按 序分配一

7、个逻辑地址。每个站点都知道在它前面和 后面的站地址，最后一个站点后面相邻的站点是第 一个站点。 总线 402030405060 逻辑环（站点20、40不在环中） 5.2.3典型局域网类型 令牌总线工作过程：令牌总线工作过程： 环初始化：当网络开始运行时，或者在逻辑 环损坏后，它必须重新初始化。需要某种协 同的、分布式算法来找出谁是第一个站、谁 是第二个站等等以构成一个逻辑环。 插入环:定期给尚未加入环的站点以机会， 将它们插入到逻辑环中的适当位置。 退出环:站点能把自己从环中删除。 环恢复:由于传输错误或站点故障而将令牌 丢失时，需要一些恢复的办法。 典型局域网类型 局域网局域网 IEEE为局

8、域网制订了多种标准，这些标准统称为 IEEE802标准，主要包括以下内容： 1)IEEE802.11)IEEE802.1标准：标准：对IEEE802系列标准做了介绍，并且 它对接口原语进行了规定。在这个标准中还包括局域网体系 结构，网络互联及网络管理与性能测试等内容。 2)IEEE802.22)IEEE802.2标准：标准：定义了LLC(逻辑链路控制)协议，是 数据链路层的上半部分。 3)IEEE802.33)IEEE802.3标准：标准：定义了CSMA/CD总线媒体访问控制子 层与物理层的规范。 4)IEEE802.44)IEEE802.4标准：标准：定义了令牌总线(Token Bus)媒体

9、访 问控制子层与物理层的规范。 局域网标准局域网标准IEEE 802 5)IEEE802.5标准：定义了令牌环(Token Ring)媒体访问 控制子层与物理层的规范。 6)IEEE802.6标准：定义了城域网(MAN)媒体访问控制 子层与物理层的规范。 7)IEEE802.7标准：定义了宽带技术。 8)IEEE802.8标准：定义了光纤技术。 9)IEEE802.9标准：定义了语音与数据综合局域网技术。 10)IEEE802.10标准：定义了局域网安全性规范。 11)IEEE802.11标准：定义了无线局域网技术。 局域网的基本组成元素局域网的基本组成元素 网络服务 器 工作站 网络适配 器

10、 常见的局域网组成 客户机 A BC 传输 介质 资 源 （ 打 印机） 网卡 客 户 机 客 户 机 服 务 器 C 其他元素:传输介质;网络互连设备等。 5.3 传输介质 有线传输介质 无线传输介质无线传输介质 n 短波短波 n 无线电微波无线电微波 n卫星卫星 n 双绞线双绞线 n 同轴电缆同轴电缆 n 光纤光纤 5.3 传输介质 5.3.1 双绞线 双绞线的定义 两根绝缘的铜导线按照一定的密度绞合在一起。两根绝缘的铜导线按照一定的密度绞合在一起。 双绞线的分类 u 屏蔽双绞线 u 非屏蔽双绞线 5.3 传输介质 非屏蔽双绞线屏蔽双绞线 双绞线的选购 l包装好：包装纸箱质地、印刷都很精好

11、，许多厂家有防伪标志。 l有标识：五类线包皮上一般有“AWGCAT5” 以及生产厂商的名 称。AWG表示铜线采用AWG标准，铜线直径采用0.5mm。 l绞合密度： l颜色清： l韧性好： l不燃烧：判断线缆是否阻燃。 l使用测试仪进行测试：如福禄克电缆测试仪和电缆分析仪进行测 度。 l品牌：安普（AMP）、朗讯（Lucent）、丽特（NORDX/CDT）、西 蒙（Siemon）、奥创利（Ortrpmocs）等。 RJ-45接头 l选购 标识： 透明： 可塑性： 弹性： 镀金： 均匀： 总结：一个好的RJ-45头应该是包装盒有标识， RJ-45头有标注，晶莹透亮，具有良好的可塑性， 接头的弹片弹

12、性好，用手拨动弹片，有“铮铮” 的声音，做好水晶头后，能够听到一声清脆的 “咔”的弹片声音。 双绞线的制作 剪剪 断断剥剥 皮皮拨拨 线线排排 序序剪剪 齐齐插插 入入压压 测测测测 试试 标准标准1 12 23 34 45 56 67 78 8 T568 A 白绿白绿绿绿白橙白橙蓝蓝白蓝白蓝橙橙白棕白棕棕棕 T568 B 白橙白橙橙橙白绿白绿蓝蓝白蓝白蓝绿绿白棕白棕棕棕 绕对绕对同一绕对同一绕对 与与6同同 一绕对一绕对 同一绕对同一绕对 与与3同同 一绕对一绕对 同一绕对同一绕对 传输介质 同轴电缆 外导体屏蔽层 绝缘层 绝缘保护套层 内导体 同轴电缆的定义同轴电缆的定义 由绝缘材料隔离的

13、由绝缘材料隔离的 铜线导体组成铜线导体组成 是一种高带宽，低 误码率，性能价格比较高 的传输介质 传输介质 同轴电缆的分类 基带同轴电缆基带同轴电缆 用来传输数字信号的，阻抗为用来传输数字信号的，阻抗为50欧姆。欧姆。 传输距离不超过传输距离不超过1公里公里 宽带同轴电缆宽带同轴电缆 既可传输数字信号，也可以传输模拟信号，既可传输数字信号，也可以传输模拟信号， 阻抗为阻抗为75欧姆。欧姆。 传输距离可达几十公里传输距离可达几十公里 传输介质 光纤光纤: 用玻璃纤维作为传输介质 折射角 入射角 包层 （低折射率的媒体） 包层 （低折射率的媒体） 包层 纤 芯 传输介质 高折射率 (纤芯) 低折射

14、率 (包层) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射 单模光纤和多模光纤 输入脉冲 输出脉冲 输入脉冲 输出脉冲单模光纤 多模光纤 分 类 分 类 图片主要特点主要用途连接距离 光 纤 单 模 光 纤 传输频带宽， 通信容量大， 短距离时达 几千兆的传 输率；线路 损耗低、传 输距离远； 抗干扰能力 强，安全可 靠；抗化学 腐蚀能力强； 用于高速度、长距 离连接；成本高； 需要激光源；耗散 极小，高效。 可达到几 千米至几 十千米 多 模 光 纤 用于低速度、短距 离布线；成本低； 耗散大，低效 一般在 2000米左 右 传输介质 u 光纤的优点 n 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济

15、传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济 n 抗雷电和电磁干扰性能好抗雷电和电磁干扰性能好 n 保密性好保密性好 n 体积小，重量轻体积小，重量轻 u 光纤的缺点 要将两根光纤精确地连接需要专用设备要将两根光纤精确地连接需要专用设备 光纤连接器（尾纤、光纤连接器（尾纤、SC、ST头跳线头跳线 光纤（芯）光纤（芯） 玻璃覆层玻璃覆层 保护外壳保护外壳 传输介质 无线传输介质 u 短波通信主要是靠电离层的反射，短波信道的通信质量短波通信主要是靠电离层的反射，短波信道的通信质量 较差。较差。 u 微波在空间主要是直线传播微波在空间主要是直线传播 n 地面微波接力通信地面微波接力通信 n 卫星通信

16、卫星通信 传输介质 地面微波接力通信示意图地面微波接力通信示意图 传输介质 u 微波接力通信的优点 n 通信信道的容量很大通信信道的容量很大 n 微波传输质量高微波传输质量高 n 微波接力通信建设投资少，见效快微波接力通信建设投资少，见效快 传输介质 u 微波接力通信的缺点 n 相邻站之间必须相邻站之间必须直视直视，不能有不能有障碍物障碍物 n 微波通信传播有时也会微波通信传播有时也会恶劣气候恶劣气候的影响的影响 n 微波通信的微波通信的隐蔽性和保密性隐蔽性和保密性较差较差 n 对大量的中继站的使用和维护需要耗费较多的对大量的中继站的使用和维护需要耗费较多的人力和人力和 物力物力 传输介质 卫

17、星通信示意图卫星通信示意图 传输介质 u 卫星通信的特点 n通信距离远且通信费用和通信距离无关通信距离远且通信费用和通信距离无关。 n具有较小的传播时延具有较小的传播时延。 局域网的组成元素局域网的组成元素 网络适配器 网络适配器NIC（Network Interface Card） 也就是俗称的网卡。 网卡是构成计算机局域网络系统中最基 本的、最重要的和必不可少的连接设备，计算机 主要通过网卡接入局域网络。 局域网的组成元素局域网的组成元素 网络适配器 1、网卡的主要作用 （1）它是主机与介质的桥梁设备 （2）实现主机与介质之间的电信号匹配 （3）提供数据缓冲能力 （4）控制数据传送的功能（

18、网卡一方面负责接收 网络上传过来的数据包，解包后，将数据通过主板 上的总线传输给本地计算机；另一方面它将本地计 算机上的数据打包后送入网络。） 局域网的组成元素局域网的组成元素 网络适配器 2、网卡的分类： 按接口类型分： RJ-45、BNC、AUI、SC等 按传输速率分： 10Mbps、100Mbps、1000Mbps、自适应网卡 按总线标准分： ISA网卡、PCI网卡、USB网络适配器等 网络互连设备 互连网络中间设备 物理层，中继器（转发器） Repeater 数链层，交换机 （Switch） 网络层，路由器（Router） 在网络层以上的网关（gate way） 1中继器中继器 局域网

19、互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 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。 特性:(1)它工作在物理层,在物理层扩展网络; (2)对信号进行整形和放大 (3)使用时遵循“中继规则” 规则 传输数据到所有星型拓扑结构传输数据到所有星型拓扑结构 网络中的计算机中网络中的计算机中 Hub 2、集线器（、集线器（HUB） 局域网互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 按外形尺寸分： 机架式（19in)、桌面式 按带宽分： 10Mbit/s、100Mbit/s、10/100Mbit/s 按管理方式分

20、类： 哑集线器、智能集线器 按延扩方式分类： 可堆叠式、不可堆叠式 用双绞线连接网卡与HUB一般端口时，采用直通线； 用双绞线连接HUB的UPLINK(外网出口)口和另一HUB的一般端口 时采用的直通线； 用双绞线连接两个HUB的一般端口时，采用交叉线。 Hub 以太网以太网Ethernet 10 集线器所有节点共享集线器所有节点共享10M带宽带宽 中继器同一时间只能有一个设备发送信息中继器同一时间只能有一个设备发送信息 3、交换机、交换机 Switch 交换机的特点 1、交换机独享带宽 2、交换机能进行全双工工作 局域网互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 1、转发技术：有直

21、通转发技术和存储转发技术； 2、延时：是指从交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔。 3、管理功能：是指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如 何。通常交换机都提供管理软件或满足第三方管理软件远程管理交换机。 4、单/多MAC地址类型：单MAC交换机的每一个端口只有一个MAC硬件地址，它主要 用于连接网络最终用户、网络共享资源等，不能连接集线器或含有多个网络设备的 网段。多MAC交换机在每一个端口上有足够的存储体记忆多个硬件地址。 5、外接监视仪支持：它可允许外接网络分析仪直接连接到交换机上监视网络状况。 6、全双工：是否支持同时收发数据等 交换机的主要

22、技术参数交换机的主要技术参数 交换机和集线器的区别 1、集线器工作在物理层，交换机工作在数据链路层 2、集线器以广播方式工作，交换机以交换方式工作 3、集线器所有端口共享带宽，交换机每个端口独享自己 的固定带宽 4、在同一时刻，集线器只能有一个端口输入帧，交换机 可以有多个端口输入帧，所以交换机的吞吐量大 4路由器路由器 （1）特性：）特性： 工作在网络层 互联的网络是多个不同的逻辑子网 既可以连接同类网络，也可连接异构网络 路由器可以隔离广播分组，使用时可以成环 多协议路由器能支持多种不同的网络层协议（IP及IPX）路由器能 容易地实现LAN-LAN、WAN-WAN和LAN-WAN-LAN的

23、多种网络连 接形式。最典型的应用在INTERNET上。 局域网互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 4路由器路由器 （2）工作原理： 它工作依赖设备的逻辑地址（如：IP地址）， 对到来的数据包进行过滤和转发（以寻找一条最佳 传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点）。 为了完成该任务，在路由器中存在着各种传输路径 的相关数据-路由表。路由表可以是系统管理员 固定设置好的，也可以由系统动态修改的（即动态 路由） 局域网互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 4路由器路由器 （3）路由器的基本组成 A、处理器：、处理器： 是路由器处理包、维护路由、作为路由决定速度的关

24、键部件 B、内存：、内存： ROM：放有路由器的引导软件，负责让它进入正常的工作状态 闪存：放有IOS软件，维护它的正常工作。 RAM：IOS通过RAM满足其所有的常规存储需要 非易失性RAM（NVRAM）：保存IOS在路由器启动时的配置数据 局域网互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 4路由器路由器 C、接口：、接口： 以太网接口、快速以太网接口、令牌环网接口、FDDI网、低速串行 接口、快速串行接口、ISDN接口等； D、配置文件：、配置文件： 运行配置（也称活动配置）驻留在启动RAM中 启动配置（驻留在NVRAM中） E、进程：、进程： 是指一个在路由器上运行的特殊软件任

25、务，用于实现某种功能 局域网互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 4路由器路由器 局域网互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 6.网关网关 一、网关的定义与特性 1、网关可以概括为能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品。 从原理上讲，网关实际上是通过重新封装信息以使它们能被另一个系 统处理。 2、网关可以设在服务器、微型计算机或大型计算机上。 3、网关工作在OSI七层协议的传输层或更高层。 4、网关主要是用于连接不同体系结构的网络或LAN与主机的连接。 局域网互联局域网互联 网络互联的硬件设备网络互联的硬件设备 网关应用的一个例 子 局域网互联局域网互联 网络互

26、联的硬件设备网络互联的硬件设备 以太网的三种标准 1、10BASE5 2、10BASE2 3、10BASET 以太网的三种标准以太网的三种标准 10BASE-510BASE-5 1. 10BASE-5（粗缆以太网，又称标准以太网）（粗缆以太网，又称标准以太网） 10表示信号在电缆上的传输速率为10Mbps；BASE表示电缆上的 信号是基带信号；5表示每一段电缆的最大长度是500m。 采用RG-11 50同轴电缆为传输介质，规定每个网上工作站均通过网络接口 板（AUI细同轴电缆接口）、收发器电缆（AUI cable）和收发器（Transceiver） 与总线相联，如图所示。 工作站工作站工作站

27、服务器 10BASE 5网络结构 终端 电阻 收发器 收发器 电线 终端电阻 收发器 收发器收发器 （1） 最大网段长度是500m （2）工作站到收发器的最大距离是50m （3）节点间最小距离是2.5m （4）最大网络节点300个 （5）每段最大节点数目是100个 （6）最大网段数是5个，最多使用4个中继器，其中3个网 段可以连接节点 （7）最大网络长度是2500m （8）干线段的每一端均需有一个50欧的终端电阻，其中 之一必须接地。 粗缆以太网的规格参数和限制描述如下： 以太网的三种标准以太网的三种标准 10BASE-510BASE-5 采用细同轴电缆作为传输介质的以太网，也被称为便宜的以太

28、网。10BASE2是作为 10BASE5的一种替代方案制定的。10BASE2使用了RG-58型细缆和BNC-T型连接器，以线性总线 进行布线。收发器的功能被移植到网卡上，因此，网络更加简单，更便于使用，性能价格比也 较高。然而，却制限制了信号能够传送的最大距离。 细缆Ethernet的每个节点通过BNC-T型连接器和带有BNC接口的网卡联入网内。一个 10BASE2的组网实例如图所示。 工作站 工作站 终端 电阻 终端 电阻 工作站服务器 细缆BNC-T型联接器 10BASE2网络结构 2.10BASE-22.10BASE-2 以太网的三种标准以太网的三种标准 10BASE-210BASE-2 （1） 最大网络节点数为90个 （2）每个