第4章局域网基本工作原理

1、江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程1罗少彬罗少彬 编著编著江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程2罗少彬罗少彬 编著编著江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程3罗少彬罗少彬 编著编著本章学习要求本章学习要求：了解：局域网的技术特点了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域

2、网的工作原理掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理了解：无线局域网的工作原理 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程4罗少彬罗少彬 编著编著4.1 局域网的技术特点局域网的技术特点 局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园等有限范围内的计算机连网的需求；校园等有限范围内的计算机连网的需求； 局域网提供高数据传输速率（局域网提供高数据传输速率（10100Mbps）、低误）、低误码率的数据传输环境，数据传输速率高达码率的数据传输环境，数据传输速率高达

3、1Gbps的高的高速局域网正在发展中；速局域网正在发展中； 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法；质与介质访问控制方法；从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分为共享从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。介质式局域网与交换式局域网两类。 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程5罗少彬罗少彬 编著编著4.2 局域网拓扑结构类型与特点局域网拓扑结构类型与特点 4.2.1 总线型拓扑结构总线型拓扑结构总线型局域网的介质访问控制方法采用的是总线型局域网的介质访问控制

4、方法采用的是“共享介共享介质质”方式；方式；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；所有结点可以通过总线以所有结点可以通过总线以“广播广播”方式发送或接收数方式发送或接收数据，因此出现据，因此出现“冲突冲突”不可避免；不可避免；“冲突冲突”会造成传输失败；会造成传输失败；必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC， Medium Access Control）问题。）问题。江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络

5、技术教程6罗少彬罗少彬 编著编著总线型局域网总线型局域网的拓扑结构的拓扑结构 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程7罗少彬罗少彬 编著编著介质访问控制方法要解决以下几个问题介质访问控制方法要解决以下几个问题：该哪个结点发送数据？该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？总线型拓扑的优点总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易；结构简单，实现容易；易于扩展，可靠性较好。易于扩展，可靠性较好。江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程8罗少彬罗少彬 编著编著4.2.2 环型拓扑结构环型拓扑结构 结点使用点结

6、点使用点- -点线路连接，构成闭合的物理环型结构；点线路连接，构成闭合的物理环型结构；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；多个结点共享一条环通路；多个结点共享一条环通路；环建立、维护、结点的插入与撤出。环建立、维护、结点的插入与撤出。江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程9罗少彬罗少彬 编著编著4.2.3 星型拓扑结构星型拓扑结构 逻辑结构与物理结构的关系逻辑结构与物理结构的关系交换局域网交换局域网(Switched LAN)的物理结构的物理结构 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程10罗少彬罗少彬 编著编著4.3

7、IEEE 802模型与协议模型与协议4.3.1 传输介质类型与介质访问控制方法传输介质类型与介质访问控制方法局域网的传输介质类型：局域网的传输介质类型： 同轴电缆同轴电缆双绞线双绞线光纤光纤无线通信信道无线通信信道江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程11罗少彬罗少彬 编著编著介质访问控制方法介质访问控制方法:带有冲突检测的载波侦听多路访问（带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）令牌总线（令牌总线（Token Bus）令牌环（令牌环（ Token Ring）江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程12罗少彬罗少彬 编著编著4.3.2 IEEE

8、 802参考模型参考模型 IEEE 802 参考模型与参考模型与OSI参考模型的关系参考模型的关系 应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层OSI参考模型OSI参考模型逻辑链路控制子层IEEE 802参考模型IEEE 802参考模型介质访问控制子层物 理 层江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程13罗少彬罗少彬 编著编著IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为称为IEEE 802标准；标准；IEEE 802IEEE 802标准之间的关系标准之间的关系 802.10 可互操作的局域网安全8

9、02.2 逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5TokenRing802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网 802.1 体系结构与网络互联江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程14罗少彬罗少彬 编著编著4.4 共享介质局域网的工作原理共享介质局域网的工作原理 4.4.1 以太网的工作原理以太网的工作原理CSMA/CD的发送流程可以概括为的发送流程可以概括为： 先听后发先听后发 边听边发边听边发 冲突停止冲突停止 延迟重发延迟重发江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程15罗少彬罗少彬

10、编著编著 CSMA/CD的工作原理的工作原理 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程16罗少彬罗少彬 编著编著4.4.2 令牌总线的工作原理令牌总线的工作原理 结点D结点E结点A结点B结点CToken BusToken BusToken BusToken Bus结点A结点B结点D结点C结点E令牌江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程17罗少彬罗少彬 编著编著Token Bus的环维护工作的环维护工作：环初始化环初始化 新结点加入环新结点加入环 结点从环中撤出结点从环中撤出 环恢复环恢复 优先级优先级 Token Bus的主要特点的主要特点：介质访问延

11、迟时间有确定值；介质访问延迟时间有确定值； 通过令牌协调各结点之间的通信关系，各结点之间通过令牌协调各结点之间的通信关系，各结点之间不发生冲突，重负载下信道利用率高；不发生冲突，重负载下信道利用率高； 支持优先级服务。支持优先级服务。 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程18罗少彬罗少彬 编著编著4.4.3 令牌环的工作原理令牌环的工作原理 Token RingToken Ring结点A结点B结点E结点D结点C令牌结点A结点B结点C结点D结点EToken RingToken Ring江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程19罗少彬罗少彬 编著编著T

12、oken Ring方式的优点方式的优点：环中结点访问延迟确定环中结点访问延迟确定适用于重负载环境适用于重负载环境支持优先级服务支持优先级服务Token Ring方式的缺点方式的缺点：环维护工作复杂环维护工作复杂实现比较困难实现比较困难 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程20罗少彬罗少彬 编著编著4.5 高速局域网的工作原理高速局域网的工作原理 4.5.1 高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法 推动局域网技术发展的因素推动局域网技术发展的因素：个人计算机的广泛应用。在过去二十年中，计算机的个人计算机的广泛应用。在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据

13、传输速率只提高处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；了上千倍；基于基于Web的的Internet/Intranet应用要求更高的带宽；应用要求更高的带宽；在数据仓库、桌面电视会议、在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程21罗少彬罗少彬 编著编著传统共享式局域网的缺点传统共享式局域网的缺点传统局域网技术建立在传统局域网技术建立在“共享介质共享介质”基础上，典型的介基础上，典型的介质访问控制方法是质访问控制方法是C

14、SMS/CD、Token Ring、Token Bus；介质访问控制方法用来保证每个结点都能够介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平公平”地地使用公共传输介质；使用公共传输介质；每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；急剧减少；网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。量将会下降。 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程22罗少彬罗少彬 编著

15、编著高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法第一种方案：提高第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：的数据传输速率：10Mbps100Mbps10Gbps ；第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥 或路由器互连的子网，导致局域网互连技术的发展；或路由器互连的子网，导致局域网互连技术的发展；第三种方案：将第三种方案：将“共享介质方式共享介质方式”改为改为“交换方式交换方式”， 导致导致“交换式局域网交换式局域网”技术的发展。技术的发展。 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程23罗少彬罗少彬 编著编著共享介质与交换局

16、域网工作原理的区别共享介质与交换局域网工作原理的区别 局域网交换机（b ） 交换式局域网（b ） 交换式局域网（a ） 共享介质局域网（a ） 共享介质局域网结点总线结点江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程24罗少彬罗少彬 编著编著局域网产品类型与相互之间的关系局域网产品类型与相互之间的关系 局域网共享介质局域网交换式局域网以太网令牌总线令牌环FDDI快速以太网千兆以太网FDDIFFOL交换式以太网ATM局域网仿真IP over ATMMPOA虚拟局域网江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程25罗少彬罗少彬 编著编著4.5.2 光纤分布式数据接口光

17、纤分布式数据接口 FDDI主干环网FDDI主干环网服务器Token Ring路由器以太网路由器江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程26罗少彬罗少彬 编著编著FDDI主要技术特点主要技术特点 使用使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议；的单令牌环网介质访问控制协议； 使用使用 802.2协议，与符合协议，与符合 802标准局域网兼容；标准局域网兼容； 数据传输速率为数据传输速率为100Mbps，连网的结点数最大为，连网的结点数最大为1000，环路长度为环路长度为100km ；可以使用双环结构，具有容错能力；可以使用双环结构，具有容错能力； 可以使用多模或单模光纤；可

18、以使用多模或单模光纤； 具有动态分配带宽的能力，能够支持同步和异步数据具有动态分配带宽的能力，能够支持同步和异步数据传输。传输。 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程27罗少彬罗少彬 编著编著FDDI主要应用环境主要应用环境 计算机机房网计算机机房网 办公室或建筑物群的主干网办公室或建筑物群的主干网 校园网的主干网校园网的主干网多校园的主干网多校园的主干网 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程28罗少彬罗少彬 编著编著4.5.3 快速以太网快速以太网 快速以太网又称为快速以太网又称为Fast Ethernet，它的传输速率比普，它的传输速率比普通

19、通Ethernet快快10倍，数据传输速率达到了倍，数据传输速率达到了100Mbps；Fast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问控制方保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法；法与组网方法；每个比特的发送时间由每个比特的发送时间由100ns降低到了降低到了10ns；1995年年9月，月，IEEE 802委员会正式批准了委员会正式批准了Fast Ethernet标准标准IEEE 802.3u。 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程29罗少彬罗少彬 编著编著Fast Ethernet的协议结构的协议结构 IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 M

20、ACMII（功能与A U I 相同 ）100 BASE-TX2对5 类 线或S T P100 BASE-FX光纤100 BASE-T44对3 ,4,5类 U T P100 BASE-T集线器江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程30罗少彬罗少彬 编著编著4.5.4 千兆以太网千兆以太网用用Ethernet组建企业网的全面解决方案组建企业网的全面解决方案：桌面系统采用传输速率为桌面系统采用传输速率为10Mbps的的Ethernet；部门级网络系统采用传输速率为部门级网络系统采用传输速率为100Mbps的的Fast Ethernet；企业级网络系统采用传输速率为企业级网络系统

21、采用传输速率为1000Mbps的的Gigabit Ethernet。 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程31罗少彬罗少彬 编著编著Gigabit Ethernet的协议结构的协议结构 IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MACGMII（功能与AUI相同）1000 BASE-CX屏蔽双绞线1000 BASE-SX多模光纤1000 BASE-T集线器1000 BASE-T非屏蔽双绞线1000 BASE-LX单模光纤8B/10B编码解码方式PAM5编码解码方式江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程32罗少彬罗少彬 编著编著4.6 交换式局

22、域网的工作原理交换式局域网的工作原理 4.6.1 交换式局域网的基本结构交换式局域网的基本结构 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程33罗少彬罗少彬 编著编著4.6.2 局域网交换机的工作原理局域网交换机的工作原理 地址表地址表165432DAMAC帧DA=结点CDAMAC帧DA=结点B转发机构缓冲器端口地址表地址表端口地址1结点A2345结点B结点C6结点D结点A结点B结点C结点D江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程34罗少彬罗少彬 编著编著4.6.3 局域网交换机的技术特点局域网交换机的技术特点 低交换延迟低交换延迟支持不同的传输速率和工作模

23、式支持不同的传输速率和工作模式支持虚拟局域网服务支持虚拟局域网服务 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程35罗少彬罗少彬 编著编著4.7 虚拟局域网的工作原理虚拟局域网的工作原理 4.7.1 虚拟网络的概念虚拟网络的概念虚拟网络建立在局域网交换机之上虚拟网络建立在局域网交换机之上; ;以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理; ;逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制; ;一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物

24、理网段上一样。但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程36罗少彬罗少彬 编著编著4.7.2 虚拟局域网的实现技术虚拟局域网的实现技术江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程37罗少彬罗少彬 编著编著虚拟局域网的组网方法虚拟局域网的组网方法 用交换机端口号定义虚拟局域网用交换机端口号定义虚拟局域网用用 MAC地址定义虚拟局域网地址定义虚拟局域网用网络层地址定义虚拟局域网用网络层地址定义虚拟局域网 IP广播组虚拟局域网广播组虚拟局域网 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程38罗少彬罗少彬

25、编著编著用交换机端口号定用交换机端口号定义虚拟局域网成员义虚拟局域网成员 端口12345678局域网交换机局域网交换机（a ）（a ）端口12345678端口12345678（b ）（b ）局域网交换机1局域网交换机1局域网交换机2局域网交换机2VLAN1VLAN2VLAN1VLAN2江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程39罗少彬罗少彬 编著编著4.8 无线局域网的工作原理无线局域网的工作原理 4.8.1 无线局域网的应用无线局域网的应用 作为传统局域网的扩充作为传统局域网的扩充建筑物之间的互连建筑物之间的互连漫游访问漫游访问特殊网络特殊网络 江西蓝天学院江西蓝天学院计算机网络技术教程计算机网络技术教程40罗少彬罗少彬 编著编著典型的无线局域网结构典型的无线局域网结