计算机局域网组网技术zl

1、第第4章计算机局域网组网技术章计算机局域网组网技术本章主要内容o 局域网的特点、拓扑结构、传输介质和分类o 典型局域网的介质访问控制方式CSMA/CD、令牌环、令牌总线o 传统以太网、高速以太网、交换式局域网和虚拟局域网技术o 无线局域网技术4.1 局域网概述局域网概述4.1.1 局域网的主要特点o 覆盖范围小 o 数据传输速率高o 误码率低 o 网中一般不设中央主机系统 o 建网成本低、周期短 o 协议简单、结构灵活、便于管理和扩充 4.1 局域网概述局域网概述4.1.2 局域网的拓扑结构 星形星形 总线形总线形环形环形4.1 局域网概述局域网概述4.1.3 局域网的传输介质o 有线介质 n

2、 双绞线：UTP、STP n 同轴电缆：基带、宽带n 光纤：单模、多模 o 无线介质n 微波n 红外线 4.1 局域网概述局域网概述4.1.4 局域网的分类o 按拓扑结构分：星形、总线形、环形o 按传输介质分：双绞线、同轴电缆、光纤、无线局域网o 按介质访问控制方式分：以太网、令牌环网、令牌总线网o 按传输信号来分：基带、宽带 4.2 局域网介质访问控制局域网介质访问控制常用的介质访问方法包括：o 带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法o 令牌总线（token bus）方法o 令牌环（token ring）方法4.2 局域网介质访问控制局域网介质访问控制4.2.1 CSMACD1

3、. 什么是CSMA/CDo载波侦听：发送结点在发送信息帧之前，必须侦听介质是否处于空闲状态。o多路访问：具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问介质，也表示一个结点发送的信息帧可以被多个结点所接收。o冲突检测：发送结点在发出信息帧的同时，还必须监听介质，判断是否发生冲突（同一时刻，有无其他结点也在发送信息帧）。4.2 局域网介质访问控制局域网介质访问控制2. CSMA/CD的发送过程o 先听后发o 边听边发o 冲突停止o 延迟重发 图4.1CSMA/CD的发送工作流程4.2 局域网介质访问控制局域网介质访问控制3. CSMA/CD的接收过程图4.2CSMA/CD的接收工作流程4.2 局域网介质

4、访问控制局域网介质访问控制4. CSMA/CD的优缺点o优点：n实现算法简单；n网络维护方便，增删结点容易；n负载较少时，要发送信息的结点可以“立即获得介质的访问权，执行发送操作，效率较高。o缺点：n不具有某些场合要求的优先权；n负载重时，容易发生冲突，使传输效果和有效带宽大为降低，不确定的等待时间和延迟可能在过程控制应用中产生严重问题。 4.2 局域网介质访问控制局域网介质访问控制4.2.2 令牌环与FDDIo 令牌环图4.3令牌环的基本过程4.2 局域网介质访问控制局域网介质访问控制o FDDI图4.4FDDI4.2 局域网介质访问控制局域网介质访问控制o 令牌总线 图4.5令牌总线网的物

5、理和逻辑结构4.3 以太网技术以太网技术o 以太网包括传统以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000 Mbps）和10G以太网。o 以太网采用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆等，网络速度从10Mbps、100Mbps到1000Mbps，介质访问控制方法是CSMA/CD。 4.3 以太网技术以太网技术4.3.1 以太网的产生与发展 o 1975年， Xerox 以太网 o 1980年9月，Xerox、DEC和Intel ，以太网规范。o 1982年12月，IEEE802.3标准o 1990年，以太网交换机o 1993年，全双工以太网o 1995年3月，IEEE8

6、02.3u规范，100Mbps以太网o 1998年6月，IEEE802.3z规范，1000Mbps以太网4.3 以太网技术以太网技术4.3.2 传统以太网技术1. 10 Mbps以太网体系结构图4. 610 Mbps以太网体系结构4.3 以太网技术以太网技术o MAC子层的核心协议是CSMA/CD，它的帧结构如图4.7所示。图4.7IEEE 802.3帧结构4.3 以太网技术以太网技术2. MAC地址 o 计算机的物理地址存储在网络接口卡(NIC)中，通常被称为介质访问控制地址(media access control address),简称为MAC地址。o 以太网的MAC地址长度为48b。通

7、常使用16进制数书写（例如：00-50-56-C0-00-98）。为了保证MAC地址的惟一性，世界上有一个专门的组织负责为网卡的生产厂家分配MAC地址。 4.3 以太网技术以太网技术3. 10 Mbps以太网组网方式 o 10 Mbps以太网组网方式 有10Base-2、10Base-5、10Base-T和10Base-F 10 Base -2(5/T/F)数据传输率数据传输率10Mbps信号方式信号方式基带传输基带传输最大段最大段长度长度200m(185)最大段最大段长度长度500m介质类介质类型为型为双绞线双绞线介质类介质类型为型为光纤光纤4.3 以太网技术以太网技术1) 10Base-5

8、网络o 10Base-5通常称为粗缆以太网，采用基带传输，传输速率为10Mbps，每个网段的电缆长度最大为500m 。o 10Base-5网络组成：n0.4英寸/50粗同轴电缆n带AUI插座的以太网网卡n收发器n收发器电缆n50BNC终端匹配器图4. 810Mbps网络连接图 10Base5接线图接线图o 网卡o 收发器线缆o 粗同轴电缆o 终接器：吸收总线上传播过来的电磁波能量，避免电磁波到达总线的端点后产生反射o 10Base-5n 每段电缆最大100台计算机4.3 以太网技术以太网技术2) 10Base-2网络o 10Base-2通常称为细缆以太网，采用基带传输，传输速率为10Mbps，

9、每个网段的电缆长度最大为185m 。o 10Base-2网络组成：n0.2英寸/50细同轴电缆n带有BNC插座的网卡nBNC T型连接器nBNC 连接器nBNC圆形连接器n50BNC终端匹配器o 210Base2图图4-14 10Base2的接线图的接线图o BNC网卡n 收发器集成在网卡之中收发器集成在网卡之中o BNC T型接头连接网卡来连接网卡来的同轴电缆的同轴电缆总线从这里总线从这里穿过穿过o BNC终接器连接总线的一端连接总线的一端接地接地4.3 以太网技术以太网技术3) 10Base-T网络o 10Base-T采用基带传输，传输速率为10Mbps，T表示使用双绞线作为传输介质。 o

10、 10Base-T网络组成：n10Base-T集线器n 带有RJ-45插座的网卡n 3类及3类以上UTPnRJ-45连接器o 310BaseT 图图4-15单集器的单集器的10BaseT接线接线o 网卡n 带带RJ-45RJ-45接口接口o 非屏蔽双绞线n 四对线使用了两对四对线使用了两对n 发送发送n 接收接收n 工作站到集线器最大工作站到集线器最大o 距离为距离为100m100m网卡网卡集线器集线器 o 10base-Tn 采用双绞线，成本低，安装容易采用双绞线，成本低，安装容易n 网络建立灵活、方便网络建立灵活、方便n 扩展和减少计算机不影响整个网络扩展和减少计算机不影响整个网络n 当计

11、算机出现故障时，管理人员能够很方便的定位当计算机出现故障时，管理人员能够很方便的定位4.3 以太网技术以太网技术4) 10Base-F网络o 10Base-F网络是指采用光纤介质和基带传输，传输速率为10Mbps的以太网。o 10Base-F使用至少一对光纤（一发一收），一般采用多模光纤，使用ST或SC连接器。o 10Base-F网络由以下几部分组成：n 10Base-F光纤集线器n光网卡或光电转换器加带有RJ-45以太网卡n62.5/125m的多模光纤nSC或ST光纤连接器 4.3 以太网技术以太网技术4.3.3快速以太网技术1. 快速以太网体系结构 4.3 以太网技术以太网技术2、快速以太

12、网特点l支持CSMA/CD和半双工；l支持自动协商；l用相同的5类/超5类线缆；l有相同的线缆长度的限制（100m）；l有相同的帧格式；lRJ-45连接器的线序不同；l在相同条件下可以关闭CSMA/CD，用全双工取代（802.3x）4.3 以太网技术以太网技术3. 快速以太网的组网方式名称传输介质最大网段长度 100Base-TX 5类UTP或1类STP100m 100Base-FX多模或单模光缆根据连接方式不同而变化412M,510KM 100Base-T43、4或5类UTP100m 100Base-T23、4或5类UTP 100m 4.3 以太网技术以太网技术4. 自动协商模式在在100B

13、ase-T问世以后，在以太网问世以后，在以太网RJ-45连接器上可能连接器上可能出现的信号可能是出现的信号可能是5种以上不同的以太网信号（种以上不同的以太网信号（10Base-T、10Base-T全双工、全双工、100Base-TX、100Base-TX全双工或全双工或100Base-T4）中的任一种。为了简化管理，）中的任一种。为了简化管理，IEEE已推出了已推出了IEEE自动协商模式，它能使集线器和网卡自动协商模式，它能使集线器和网卡知道线路另一端能有的速度，把速度自动调节到线路两端知道线路另一端能有的速度，把速度自动调节到线路两端能达到的最高速度。能达到的最高速度。4.3 以太网技术以太

14、网技术4.3.4千兆以太网技术1. 千兆以太网体系结构4.3 以太网技术以太网技术2.千兆以太网组网方式名称线缆最大的段距离1000Base-SX多模光纤(50,62.5m)550m1000Base-LX单模光纤(10m)或多模光纤(50,62.5m)5000m1000Base-CX2对STP屏蔽双绞线25m1000Base-T4对UTP非屏蔽双绞线100m4.3 以太网技术以太网技术3.千兆以太网的主要特点p 简易性 o 扩展性 o 可靠性o 经济性o 可管理维护性o 广泛应用性4.3 以太网技术以太网技术4.3.5万兆以太网技术1. 万兆以太网体系结构 4.3 以太网技术以太网技术2. 万

15、兆以太网分类o 10GBASE-X o 10GBASE-R o 10GBASE-W 4.3 以太网技术以太网技术3. 万兆以太网的主要特点o MAC子层和物理层实现10Gbps传输速率 o MAC子层的帧格式不变 o 不支持共享型，只支持全双工o 支持星型局域网拓扑结构o 物理层上定义了局域网和广域网两种系列o 不能使用双绞线，只支持多模和单模光纤4.3 以太网技术以太网技术4. 万兆以太网在局域网中的应用4.3 以太网技术以太网技术4.3.5交换式以太网技术 o 局域网的分段o 把一个网络分割成子网的设备称为网桥（Bridge），也称桥接器。o 网桥的主要用途：n 用于同构型LAN间的连接n

16、 扩展工作站的平均占有频带n 扩展LAN的地址范围1. 将局域网分段成几个子网4.3 以太网技术以太网技术4.3 以太网技术以太网技术2. 交换式以太网结构o 交换式以太网通过交换机在多端口之间实现多个并发连接，实现多个结点间的并发通信，以增加带宽，改善网络性能和服务质量 2021年12月计算机网络基础与应用52虚拟局域网虚拟局域网VLAN技术技术o 什么是虚拟局域网（VLAN）n 通过路由和交换设备，在网络的物理拓朴结通过路由和交换设备，在网络的物理拓朴结构基础上建立一个逻辑网络，以使得网络中构基础上建立一个逻辑网络，以使得网络中任意几个局域网网段或（和）节点能够组合任意几个局域网网段或（和

17、）节点能够组合成一个逻辑上的局域网。成一个逻辑上的局域网。 o 建立在局域网交换机上，以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理，逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限制；o 同一逻辑分组的成员可以分布在相同的物理网段上，也可以分布在不同的网络上；2021年12月计算机网络基础与应用532021年12月计算机网络基础与应用54组建组建VLAN的原则的原则 （一）（一）o 在网络中尽量使用同一厂家的交换机，而且在能用交换机的地方尽量使用交换机；o 使用交换机组建一个范围尽可能大的交换链路，并且让尽可能多的计算机直接连接到交换机上；o 层次化地将交换机与交换机相连，要避免使用传统的路由器，以保持整个网络的

18、连通性。2021年12月计算机网络基础与应用55组建组建VLAN的原则（二）的原则（二） o 根据应用的需要，使用软件划分出若干个VLAN。每个VLAN上的所有计算机不论其所在的物理位置如何，都处在一个逻辑网中。o VLAN之间可以互通，也可以不相通。若要实现其中的某些VLAN能够互通，则使用一台中央路由器（或者路由交换机），将这些VLAN互连起来，从而形成一个完整的VLAN。2021年12月计算机网络基础与应用56VLAN网络管理软件网络管理软件 o VLAN网络管理软件是构成VLAN的基础，通过运行在交换式局域网上的网络管理程序，来建立、配置、修改或删除整个VLAN。VLAN管理软件应具备

19、以下的主要功能： n 地址过滤能力地址过滤能力 n 虚拟连网能力虚拟连网能力 n 广播功能广播功能 n 封装封装 2021年12月计算机网络基础与应用57VLAN的划分方法的划分方法 o基于交换机端口的虚拟局域网o基于交换机端口的虚拟局域网无法自动解决节点的移动、增加和变更问题。如果一个节点从一个端口移动到另一个端口时，网络管理者必须对虚拟局域网成员进行重新配置。 4.3 以太网技术以太网技术4.3.7虚拟局域网VLAN技术 VLAN是建立在交换技术的基础上，通过管理软件建立起来的可跨越不同物理网段、不同网络类型的站点的逻辑工作组1. VLAN的特点的特点p控制广播风暴控制广播风暴p简化网络管

20、理简化网络管理p简化网络结构简化网络结构 p提高网络安全性提高网络安全性2021年12月计算机网络基础与应用59VLAN中使用集线器中使用集线器o当交换机端口连接的是一个集线器时，由于集线器所支持的是一个共享介质的多用户网络，因此，按交换机端口号的划分方案只能将连接到集线器的所有用户划分到同一个VLAN中；2021年12月计算机网络基础与应用60基于基于MAC地址的虚拟局域网地址的虚拟局域网 o优点：n 允许节点移动到网络其它物理网段；允许节点移动到网络其它物理网段；n 可以解决基于端口的可以解决基于端口的VLANVLAN所不能解决的问题，将一所不能解决的问题，将一个集线器连接区域内的节点划分

21、到不同的个集线器连接区域内的节点划分到不同的VLANVLAN中。中。o缺点：n 需要对大量的毫无规律的需要对大量的毫无规律的MACMAC地址进行操作；地址进行操作；2021年12月计算机网络基础与应用612021年12月计算机网络基础与应用62基于网络层地址的虚拟局域网基于网络层地址的虚拟局域网 o 使用节点的网络层地址来配置虚拟局域网，要求交换机能够处理网络层的数据；o 有利于组成基于服务或应用的虚拟局域网；o 用户可以随意移动节点而无需重新配置网络地址；o 一个虚拟局域网可以扩展到多个交换机的端口上，甚至一个端口能对应于多个虚拟局域网。o 由于检查网络层地址比检查MAC地址的延迟要大，因此

22、，这种方法影响了交换机的交换时间以及整个网络的性能；2021年12月计算机网络基础与应用63VLAN的其他划分方法的其他划分方法 o 基于IP组播的虚拟局域网n 使用使用IPIP广播组动态的建立广播组动态的建立VLANVLAN；o 基于策略的虚拟局域网n 可以同时使用不同划分可以同时使用不同划分VLANVLAN的方法来建立一个的方法来建立一个虚拟局域网；虚拟局域网；2021年12月计算机网络基础与应用64VLAN的优点的优点 o 控制网络的广播风暴；o 确保网络的安全性；o 简化网络管理；4.3 以太网技术以太网技术2. VLAN的划分方法o 基于端口划分o 基于MAC地址划分图4. 15基于端口划分VLANo 基于IP地址划分o 根据IP组播划分4.4 无线局域网无线局域网4.4.1 无线局域网的提出 IEEE802委员会制订的IEEE802.11标准成为现行的无线局域网标准，也就是俗称的WiFi。该标准中介绍了两种工作模式：有基站模式和无基站模式。 4.4 无线局域网无线局域网4.4.2 无线局域网实现技术o 红外线技术o 扩