[互联网]三级网络第3章 局域网基础

1、p1目录目录contents互联网的神话0计算机基础知识1计算机网络基础知识2局域网基础3网络操作系统4p2目录目录contents因特网基础5因特网基本服务6网络安全技术7网络应用技术8总结9p33.1 局域网的基本概念局域网的基本概念v3.1.1 局域网的特点局域网的特点（1）覆盖有限的地理范围，从一个办公室、一幢大楼，）覆盖有限的地理范围，从一个办公室、一幢大楼，到几千米的地理范围；到几千米的地理范围；（2）具有高传输速率、低误码率、高质量数据传输；）具有高传输速率、低误码率、高质量数据传输；（3）易于建立、维护和扩展；）易于建立、维护和扩展；（4）网络拓扑结构、传输介质和介质访问控制方

2、法是决）网络拓扑结构、传输介质和介质访问控制方法是决定局域网的主要技术要素。定局域网的主要技术要素。（5）从介质访问控制方法的角度，可以将局域网分为共）从介质访问控制方法的角度，可以将局域网分为共享介质局域网与交换式局域网。享介质局域网与交换式局域网。p43.1 局域网的基本概念局域网的基本概念v介质访问控制介质访问控制v 介质访问控制是指控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数介质访问控制是指控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法。目前普遍采用的介质控制方法主要有以下几种：据的方法。目前普遍采用的介质控制方法主要有以下几种：v 带冲突检测的载波侦听多路访问带冲突检测的载波侦听多路访

3、问(csma/cd) 方法；方法；v 令牌总线令牌总线(token bus)方法；方法；v 令牌环令牌环(token ring)方法。方法。p53.1 局域网的基本概念局域网的基本概念v3.1.2 局域网的网络拓扑结构局域网的网络拓扑结构（1）星型结构）星型结构星型拓扑的优点是结构简单，容易实现，容易维护，可星型拓扑的优点是结构简单，容易实现，容易维护，可以任意拆走故障节点，但是中心结点是系统可靠性的瓶以任意拆走故障节点，但是中心结点是系统可靠性的瓶颈。颈。 节点a节点b节点c节点d中心节点p63.1 局域网的基本概念局域网的基本概念v（2）环型结构）环型结构在环型拓扑构型中，结点通过相应的网

4、卡，使用在环型拓扑构型中，结点通过相应的网卡，使用点点点连接线点连接线路路，构成闭合的环型。环中数据按一个方向绕环逐站传输，环，构成闭合的环型。环中数据按一个方向绕环逐站传输，环形拓扑一般采用形拓扑一般采用某种分布式控制方法某种分布式控制方法。优点：优点：结构简单，实现容易，传输延迟确定，适用于传输负荷结构简单，实现容易，传输延迟确定，适用于传输负荷重、实时性要求较高的应用环境。重、实时性要求较高的应用环境。缺点：缺点：每个结点与每段通信线路都是网络可靠性的瓶颈，加入每个结点与每段通信线路都是网络可靠性的瓶颈，加入撤出结点比较麻烦。撤出结点比较麻烦。p73.1 局域网的基本概念局域网的基本概念

5、v（3）总线型结构）总线型结构总线型拓扑是局域网最主要的拓扑构型之一，采用总线型拓扑是局域网最主要的拓扑构型之一，采用“共享介质共享介质”的介质访问的介质访问控制方法。控制方法。主要特点是：所有的结点都通过相应的网卡直接连接到一条作为公共传输介主要特点是：所有的结点都通过相应的网卡直接连接到一条作为公共传输介质的总线上；质的总线上；总线通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质总线通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质。所有结点都可。所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但同时只允许一个结点占用总线发送以通过总线传输介质发送或接收数据，但同时只允许一个结点占用总线发送数据，当一个结点利用总线数

6、据，当一个结点利用总线“广播广播”数据时，其它结点可以用数据时，其它结点可以用“收听收听”方式方式接收数据。当同一时刻有两个或两个以上结点利用总线发送数据时会出现接收数据。当同一时刻有两个或两个以上结点利用总线发送数据时会出现“冲突冲突”现象；在共享介质方式的总线型局域网实现技术中，必须解决多结现象；在共享介质方式的总线型局域网实现技术中，必须解决多结点访问总线的介质访问控制问题。点访问总线的介质访问控制问题。总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易，易于扩展，可靠性较好。总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易，易于扩展，可靠性较好。a节点b节点c节点d节点e节点p83.1 局域网的基本概念局域网的

7、基本概念v3.1.3 局域网传输介质局域网传输介质v（1）双绞线）双绞线p93.1 局域网的基本概念局域网的基本概念双绞线tp屏蔽双绞线stp非屏蔽双绞线utp3类5类16mbit/s100mbit/s3类4类5类超5类6类16mbit/s20mbit/s100mbit/s155mbit/s200mbit/s双绞线有两根具有绝缘保护层的铜线组成。按电气性能分为：3类、4类、5类、超5类、6类；从性能上分为：屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线p103.1 局域网的基本概念局域网的基本概念v（2）光纤）光纤p113.1 局域网的基本概念局域网的基本概念v 3.1.4 ieee 802模型协议模型协议应 用

8、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ieee802标准所描述的局域网参考模型对应标准所描述的局域网参考模型对应osi参考模型的数据链路层与参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路控制物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路控制llc子层与介质访问控制子层与介质访问控制mac子层。子层。p123.1 局域网的基本概念局域网的基本概念v ieee802委员会为局域网制定了一系列标准统称为委员会为局域网制定了一系列标准统称为ieee802标准。

9、标准。v 标标 准准 定定 义义 的的 内内 容容v ieee802.1 局域网体系结构、网际互联与网络管理与性能测试局域网体系结构、网际互联与网络管理与性能测试v ieee802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制llc子层功能与服务子层功能与服务v ieee802.3 csma/cd总线介质访问控制子层与物理层规范总线介质访问控制子层与物理层规范v ieee802.4令牌总线（令牌总线（token bus）介质访问控制子层与物理层规范）介质访问控制子层与物理层规范v ieee802.5 令牌环（令牌环（token ring）介质访问控制子层与物理层规范）介质访问控制子层与物理层规范v ieee8

10、02.6 城域网城域网man介质访问控制子层与物理层规范介质访问控制子层与物理层规范v ieee802.7 宽带网络规范宽带网络规范v ieee802.8 光纤传输规范光纤传输规范v ieee802.9 综合语音与数据局域网规范综合语音与数据局域网规范v ieee802.10 可互操作的局域网安全性规范可互操作的局域网安全性规范v ieee802.11 无线局域网技术规范无线局域网技术规范v ieee802.12 100vg anylan规范规范v ieee802.13 电缆调制解调器标准电缆调制解调器标准v ieee802.15 近距离个人无线网络规范近距离个人无线网络规范v ieee802

11、.16 宽带无线局域网标准宽带无线局域网标准p133.2 以太网以太网v 在以太网中，如果一个结点要发送数据，它以在以太网中，如果一个结点要发送数据，它以“广播广播”方式通过方式通过总线发送一个数据帧，连在总线上的所有结点都能总线发送一个数据帧，连在总线上的所有结点都能“收听收听”到这到这个数据帧。由于网中的所有结点都可以利用总线发送数据，并且个数据帧。由于网中的所有结点都可以利用总线发送数据，并且网络中没有控制中心，因此冲突的发生将不可避免。网络中没有控制中心，因此冲突的发生将不可避免。v csma/cd（载波侦听（载波侦听/多路访问）的发送流程可以简单概括为多路访问）的发送流程可以简单概括

12、为4点：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。点：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。节点a节点b节点c节点节点e总线p143.2 以太网以太网vethernet物理地址的基本概念物理地址的基本概念（1）网络中地址的基本类型）网络中地址的基本类型大多数局域网通过为网卡分配了一个硬件地址来标识一个联网设备。硬大多数局域网通过为网卡分配了一个硬件地址来标识一个联网设备。硬件地址固化在网卡件地址固化在网卡eprom中，全网惟一。中，全网惟一。局域网的局域网的mac层地址是由硬层地址是由硬件来处理的，因此通常将它叫做硬件地址或物理地址。件来处理的，因此通常将它叫做硬件地址或物理地址。（2）eth

13、ernet物理地址的特点物理地址的特点典型的典型的ethernet物理地址长度为物理地址长度为48位（位（6个字节），个字节），允许分配的允许分配的ethernet物理地址应该有物理地址应该有247个，这个物理地址的数量可以保证全球所有可能的个，这个物理地址的数量可以保证全球所有可能的ethernet物理地址的需求。物理地址的需求。ieee注册管理委员会（注册管理委员会（rac）通过为网卡厂）通过为网卡厂商分配前三个字节保证每一个块商分配前三个字节保证每一个块ethernet网卡地址全球惟一。网卡地址全球惟一。p153.3 高速局域网技术高速局域网技术v 3.3.1 典型的高速局域网典型的高速

14、局域网v （1）fddiv 光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（fddi，fiber distributed data interface）是一种以光纤作为传输介质的高速的主干网，它可以用）是一种以光纤作为传输介质的高速的主干网，它可以用来互联局域网与计算机。来互联局域网与计算机。fddi的几个技术特点：的几个技术特点：v （1）使用基于）使用基于ieee802.5令牌环网介质访问控制协议；令牌环网介质访问控制协议；v （2）使用）使用ieee802.2协议，与符合协议，与符合ieee802标准的局域网兼容；标准的局域网兼容；v （3）数据传输速率为）数据传输速率为100mbps，连网的结

15、点数小于等于，连网的结点数小于等于1 000，环路长度为环路长度为100km；v （4）可以使用多模与单模光纤；）可以使用多模与单模光纤；v （5）具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。）具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。v fddi标准采用了标准采用了ieee 802的体系结构和逻辑链路控制的体系结构和逻辑链路控制llc协议，协议，研究了研究了fddi的的mac协议，在物理层提出了物理层介质相关协议，在物理层提出了物理层介质相关pmd（physical layer medium dependent）子层与物理层协议）子层与物理层协议phy（physical lay

16、er protocol）子层。）子层。p163.3 高速局域网技术高速局域网技术fddi主干环网fddi主干环网服务器token ring路由器以太网路由器p173.3 高速局域网技术高速局域网技术v（2）快速以太网）快速以太网v 快速以太网快速以太网fast ethernet的数据传输速率为的数据传输速率为100mbps，它保留了，它保留了传统的传统的10mbps的特征：的特征：相同的帧格式、介质访问控制方法相同的帧格式、介质访问控制方法csma/cd、接口与组网方法，只是把以太网发送每个比特的时间由、接口与组网方法，只是把以太网发送每个比特的时间由100ns降低到降低到10ns。v iee

17、e802委员会批准了快速以太网的标准委员会批准了快速以太网的标准ieee802.3u，ieee802.3u标准在标准在llc子层适用子层适用ieee802.3标准，在标准，在mac子层使子层使用用csma/cd方法，在物理层定义了新的标准方法，在物理层定义了新的标准100base-t。100base-t标准采用介质独立接口标准采用介质独立接口mii，将，将mac子层与物理层分隔开。子层与物理层分隔开。p183.3 高速局域网技术高速局域网技术v fast ethernet就是就是“快速以太网快速以太网”。100 base-t是是fast ethernet在物理层定义的新标准。在物理层定义的新标

18、准。100 base-t标准有标准有3个子标准：个子标准：100 base-tx、100 base-t4和和100 base-fx。v 100 base-t是一个全双工系统具有两大特点：是一个全双工系统具有两大特点： 采用了介质独立采用了介质独立接口接口mii。 它将它将mac子层与物理层分隔开，使得物理层在实现子层与物理层分隔开，使得物理层在实现100mbps速率时使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响速率时使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响mac子层。子层。p193.3 高速局域网技术高速局域网技术ieee 802.2 llcieee 802.3 macmii（功能与a u i

19、 相同 ）100 base-tx两对5 类线 或s t p100 base-fx光纤100 base-t4四对3 , 4,5类 ut p100 base-t集线器p203.3 高速局域网技术高速局域网技术v（3）吉比特以太网）吉比特以太网v gigabit ethernet的数据传输速率为的数据传输速率为1000mbps，它保留了，它保留了传统的传统的10mbps以太网的所有特征：相同的帧格式、介质访问控以太网的所有特征：相同的帧格式、介质访问控制方法制方法csma/cd、接口与组网方法，只是把以太网发送每个比、接口与组网方法，只是把以太网发送每个比特的时间由特的时间由100ns降低到降低到1

20、ns。v gigabit ethernet采用采用ieee802.3z标准，它在标准，它在llc子层使用子层使用ieee802.2标准，在标准，在mac子层使用子层使用csma/cd方法，在物理层方法，在物理层定义了千兆介质专用接口定义了千兆介质专用接口gmii。 p21v 1gbps gigabit ethernet就是就是“千兆以太网千兆以太网”。1000 base-t是是1gbps gigabit ethernet 在物理层定义的新标准。它的传输速率比快在物理层定义的新标准。它的传输速率比快速以太网快速以太网快10倍，数据传输速率高达倍，数据传输速率高达1000mbp。1000 base

21、-t标准定标准定义了千兆介质专用接口义了千兆介质专用接口gmi，gmi的目的是分隔的目的是分隔mac子层与物理层子层与物理层。v 1000 base-t支持多种传输介质，目前有以下支持多种传输介质，目前有以下4种有关传输介质的标准：种有关传输介质的标准：v 1000 base-t使用五类非屏蔽双绞线，最长可达使用五类非屏蔽双绞线，最长可达100m。v 1000 base-cx标准使用屏蔽双绞线，双绞线长可达标准使用屏蔽双绞线，双绞线长可达25m。v 1000 base-lx标准使用波长标准使用波长1300nm的单模光纤，光纤长度可以的单模光纤，光纤长度可以达到达到3000m。v 1000 ba

22、se-sx标准使用波长标准使用波长850nm的单模光纤，光纤长度可以达的单模光纤，光纤长度可以达到到300m550m。p223.3 高速局域网技术高速局域网技术ieee 802.2 llcieee 802.3 macgmii（功能与a u i 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p233.3 高速局域网技术高速局域网技术v（4）10gbit/s以太网以太网v帧格式与之前的帧格式与之前的ethernet的完全相同；的完全相

23、同；v 保留了保留了802.3标准对以太网最小帧长度和最大帧长度的规定；标准对以太网最小帧长度和最大帧长度的规定；v 传输介质只使用光纤；传输介质只使用光纤；v 只工作在全双工方式，不存在争用问题，传输距离不再受冲突只工作在全双工方式，不存在争用问题，传输距离不再受冲突检测的限制。检测的限制。p243.3 高速局域网技术高速局域网技术v 3.3.2 交换式局域网交换式局域网v （1）交换式局域网的基本结构）交换式局域网的基本结构v 交换式局域网的核心是它的局域网交换机。交换式局域网的核心是它的局域网交换机。交换式局域网从根本上改变了交换式局域网从根本上改变了“共享共享介质介质”的工作方式，可以

24、通过的工作方式，可以通过ethernet switch实现交换机端口结点之间的多实现交换机端口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。v （2）交换式局域网的工作原理）交换式局域网的工作原理v ethernet交换机利用交换机利用“端口端口/mac地址映射表地址映射表”进行数据交换。交换机是利用进行数据交换。交换机是利用“地址学习地址学习”方法来动态建立和维护端口方法来动态建立和维护端口/mac地址映射表的。地址映射表的。“地址学习地址学习”是是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口号进行的。通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口

25、号进行的。v （3）交换机转发帧的方式）交换机转发帧的方式v 直接交换方式：直接交换方式：交换机只要接受并检测到目的地址字段，就立即将该帧转发出去，交换机只要接受并检测到目的地址字段，就立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错。帧出错检测任务由节点主机完成。而不管这一帧数据是否出错。帧出错检测任务由节点主机完成。v 存储转发交换方式：存储转发交换方式：交换机首先完整地接收发送帧，并先进行差错检测。如果帧交换机首先完整地接收发送帧，并先进行差错检测。如果帧接收正确，则根据帧目的地址确定输出端口号，然后转发出去。接收正确，则根据帧目的地址确定输出端口号，然后转发出去。v 改进的直接交换方式：改

26、进的直接交换方式：接收到帧的前接收到帧的前64个字节后，判断以太网帧的帧头字段是个字节后，判断以太网帧的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。否正确，如果正确则转发出去。p253.3 高速局域网技术高速局域网技术局域网交换机（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p263.3 高速局域网技术高速局域网技术p273.3 高速局域网技术高速局域网技术p283.3 高速局域网技术高速局域网技术v 3.3.3 虚拟局域网虚拟局域网v 虚拟网络建立在局域网交换机或虚拟网络建立在局域网交换机或atm交换机的基础上。交换机的基础上。以软以软件方

27、式来实现逻辑工作组的划分与管理，同一逻辑工作组的件方式来实现逻辑工作组的划分与管理，同一逻辑工作组的成员不必限制在同一物理网段上。分为以下四种实现技术：成员不必限制在同一物理网段上。分为以下四种实现技术：v （1）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：最通用的方法，缺点：最通用的方法，缺点是用户变动端口后，网络管理员必须重新配置虚拟局域网。是用户变动端口后，网络管理员必须重新配置虚拟局域网。v （2）用用mac地址定义虚拟局域网地址定义虚拟局域网：允许结点移动到网络其：允许结点移动到网络其他物理网段，缺点是要求用户最初必须配置到至少一个虚拟他物理网段，缺点是要求用户最初必须

28、配置到至少一个虚拟网络中。网络中。v （3）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：允许按照协议类型来组：允许按照协议类型来组网，可以随意移动工作站，缺点是性能较差，速度较慢。网，可以随意移动工作站，缺点是性能较差，速度较慢。v （4）ip广播组虚拟局域网广播组虚拟局域网：动态建立，通过虚拟局域网代：动态建立，通过虚拟局域网代理管理成员，很高的灵活性，可以跨越路由器形成与广域网理管理成员，很高的灵活性，可以跨越路由器形成与广域网的互联。的互联。p293.3 高速局域网技术高速局域网技术（a ）（a ）（b ）（b ）vlan1vlan2vlan2vlan1vlan1vlan2vl

29、an2vlan1vlan2vlan1p303.3 高速局域网技术高速局域网技术端口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2vlan1vlan2vlan1vlan2p313.3 高速局域网技术高速局域网技术v3.3.4 无线局域网无线局域网v ieee 802.11协议是专门为无线局域网制定的标准，其介质访问控制协议是专门为无线局域网制定的标准，其介质访问控制mac层又分为两个子层：分布式协调功能层又分为两个子层：分布式协调功能(dcf)子层与点协调功能子层与点协调功能

30、(pcf)子层。子层。v ieee 802.11定义了使用红外、跳频扩频与直接序列扩频技术，数据定义了使用红外、跳频扩频与直接序列扩频技术，数据传输速率为传输速率为1mbps或或2mbps的无线局域网标准。的无线局域网标准。v ieee 802.11协议有以下两个扩展版本：协议有以下两个扩展版本：v ieee 802.11a将传输速率提高到将传输速率提高到54mbps。v ieee 802.11b定义了使用跳频扩频，数据传输速率为定义了使用跳频扩频，数据传输速率为1、2、5.5与与11mbps的无线局域网标准。的无线局域网标准。p323.3 高速局域网技术高速局域网技术移动结点高速主干局域网高

31、速主干局域网单元移动结点无线发射与无线发射与接收的天线接收的天线p333.3 高速局域网技术高速局域网技术 无线局域网的主要类型无线局域网的主要类型 无线局域网使用的是无线传输介质，按照所采用的传输技术可以分无线局域网使用的是无线传输介质，按照所采用的传输技术可以分为三类：为三类：v 红外线局域网红外线局域网v 扩频无线局域网扩频无线局域网v 窄带微波无线局域网窄带微波无线局域网p343.3 高速局域网技术高速局域网技术v红外无线局域网的特点红外无线局域网的特点v 红外线是按视距方式传播的，它有以下特点：红外线是按视距方式传播的，它有以下特点：v 不易被入侵，提高了安全性；不易被入侵，提高了安

32、全性；v 可以互不干扰；可以互不干扰；v 设备相对简单和便宜。设备相对简单和便宜。v 红外无线局域网的传输技术有定向光束红外传输、全方位红外传输、漫反红外无线局域网的传输技术有定向光束红外传输、全方位红外传输、漫反射红外传输射红外传输3种。种。p353.5 局域网互联与网桥的工作原理局域网互联与网桥的工作原理v3.5.1 局域网互联局域网互联v （1）局域网）局域网-局域网互联：这是最常见的一种，一般使用网桥局域网互联：这是最常见的一种，一般使用网桥（bridge）将分散在不同地理位置的多个局域网互联起来。进一步又）将分散在不同地理位置的多个局域网互联起来。进一步又可以分为：可以分为： v 同

33、种局域网的互联：符合相同协议的局域网互联。同种局域网的互联：符合相同协议的局域网互联。v 异种局域网的互联：两种不同协议的共享介质局域网的互联，以及异种局域网的互联：两种不同协议的共享介质局域网的互联，以及atm局域网与传统共享介质局域网的互联。局域网与传统共享介质局域网的互联。v （2）局域网）局域网-广域网互联：路由器广域网互联：路由器router或网关或网关gateway是它所实是它所实现的主要设备。现的主要设备。v （3）局域网）局域网-广域网广域网-局域网互联：两个分布在不同地理位置的局域网局域网互联：两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网实现互联。局域网主要是通过路由器或网关连到

34、广域网上。通过广域网实现互联。局域网主要是通过路由器或网关连到广域网上。局域网局域网广域网广域网局域网的结构正在改变传统的主机通过广域网中的通局域网的结构正在改变传统的主机通过广域网中的通信控制处理机信控制处理机ccp的传统接入模式，大量的主机通过局域网接入广域网的传统接入模式，大量的主机通过局域网接入广域网是今后主机接入广域网的一种重要方法。是今后主机接入广域网的一种重要方法。v （4）广域网）广域网-广域网互联：通过路由器或者网关互联起来。广域网互联：通过路由器或者网关互联起来。p363.5 局域网互联与网桥的工作原理局域网互联与网桥的工作原理v 3.5.2 网络互联的层次网络互联的层次v 网络协议是分层的，根据网络层次的结构模型，网络互联的网络协议是分层的，根据网络层次的结构模型，网络互联的层次分为：层次分为：v （1）数据链路层互联：互联设备是网桥。网桥起到数据接）数据链路层互联：互联设备是网桥。网桥起到数据接收、地址过滤与数