计算机网络-局域网

1、2、局域网局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。 局域网具有如下的一些主要优点： 能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。集线器总线(bus)网星形(star)网树形(tree)网 环形(ring)网星型结构是以一个节点为中心的处理系统，各种类型的入网机器与中心结点有物理链路直接相联。其他节点通信时需要通过中心节点转发。由于每个设备都用一根线路和中心结点相连，如果这根线路损坏，或与之相连的工作站出现故障时，不会对整个网络造成大的影响，

2、而仅会影响该工作站网络的扩展容易控制和诊断方便过分依赖中心结点，主结点负载过重，可靠性低、通信线路利用率低。 安装困难，成本高。线路连接都需要直接物理连接，使用电缆多。 总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的站点（包括工作站和文件服务器）均通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上，各工作站地位平等，无中心结点控制。l信道利用率高，结构简单、价格相对便宜。l易于扩充，增加新的站点容易。如要增加新站点，仅需在总线的相应接入点将工作站接入即可l使用电缆较少，且安装容易l 使用的设备相对简单，可靠性高1.故障隔离困难。在星型拓扑结构中，一旦检查出哪个站点出故障，只需简单地把连接拆除即可

3、。而在总线型拓扑结构中，如果某个站点发生故障，一方面不容易找到，另外如传输介质故障，则整个这段总线要切断和变换2.一旦总线电缆受损，整个网上的通信受阻环型结构将各台联网的计算机用通信线路联结成一个闭合的环信息按固定方向流动，或顺时针或逆时针l路由选择控制简单。因为信息流是沿着固定的一个方向流动的，两个站点仅有一条通路l电缆长度短。环型拓扑所需电缆长度和总线拓扑结构相似，但比星型拓扑要短l适用于光纤。光纤传输速度高，而环型拓扑是单方向传输，十分适用于光纤这种传输介质l结点故障引起整个网络瘫痪，可靠性差l诊断故障困难。因为某一结点故障会使整个网络都不能工作，但具体确定是哪一个结点出现故障非常困难，

4、需要对每个结点进行检测l难以扩展 树型拓扑是从总线拓扑演变过来的，顶端有一个带有分支的根，每个分支还可延伸出子分支。树型拓扑是一种分层的结构，适用于分级管理和控制系统。l易于扩展。从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子分支，因此新的节点和新的分支易于加入网内。l故障隔离容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将这分支和整个系统隔离开来 对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性与星型结构相似集 线 器集 线 器令 牌 环 局域网经过近三十年的发展，尤其是快速以太网(100Mb/s)和吉比特以太网(1Gb/s)、10吉比特以太网进入市场后，以太网已经在局域

5、网市场占据绝对优势。现在，以太网几乎成为了局域网的同义词。因此本章主要以以太网技术为主。2.2.1 以太网的工作原理2.2.2 传统以太网的连接方法1. 两个标准 DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。 IEEE 的 802.3 标准。 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网 etherether 乙醚; 以太; 醚; 太空, 苍穹（医、化） 19世纪60年代英国物理学家J.C.麦克斯

6、韦证明光是电磁波，以太被假设为一种无所不在的传导光和电的介质（电磁场）。直至20世纪初，A.爱因斯坦建立起相对论理论，才最后否定了以太的假说。 EthernetEthernet【计】 以太网, 以太网报文分组计算机是如何连接到局域网上的？计算机与局域网是通过网卡连接的“网卡”，又称为网络接口板、通信适配器(adapter)或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)l进行串行/并行转换l对数据进行缓存l在计算机的操作系统安装网卡设备驱动，驱动告诉网卡，应当从存储器的什么位置将多大数据块发送到局域网，或者反之l实现以太网协议 CPU高速缓存存储器I/O 总线计算机至局域

7、网网络接口卡（网卡）串行通信串行通信并行通信并行通信最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠人们常把局域网上的计算机称为“主机”、“工作站”、“站点”、“站”B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。 由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。 其他所有的计算机（A, C 和 E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。具有广播特性的总线上实

8、现了一对一的通信。 采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据 以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。 如何协调总线上各计算机的工作？以太网采用的协调方法是使用了一种特殊的协议CSMA/CDCSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple A

9、ccess with Collision Detection。“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。 “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓

10、“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。以上可见，在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收。因此，使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆这样，以太网就有四种不同的物理层。 10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BA

11、SE-F光缆以太网媒体接入控制 MAC双绞线 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 50 同轴电缆 75 同轴电缆光缆 绞合可减少相邻导线的电磁干扰。使用双绞线最多的使用场所即电话系统。几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。通常将一定数量的这种双绞线捆成电缆，在其外面包上硬的护套模拟传输和数字传输都可以使用双绞线为提高双绞线的抗电磁干扰能力，可在双绞线外面包一个金属丝编织的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）。相应即为无屏蔽双绞线(UT

12、P，Unshielded Twisted Pair)美国电子工业协会EIA所制定的双绞线布线标准，此标准规定了五个种类的UTP标准（从一类线到五类线，按绞合次数）。最常用的UTP是5类线特点：线间干扰较小、价格便宜、易于安装可传输模拟信号，也可传输数字信号通常传输距离为100m误码率为10-5铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP50同轴电缆 50 同轴电缆用于数字信号传输，目前基本已被双绞线所替代75同轴电缆 75 同轴电缆用于模拟信号传输，目前主要用于电视信号的传输 因为75同轴电缆的带宽极宽，所以，也常被用于城域网外导体屏蔽层绝缘层绝缘

13、保护套层内导体（铜质芯线）同轴电缆具有较好的抗干扰力，现被广泛用于传输较高速率的数据多模光缆：通过光的反射在光纤中无损传输。距离2KM单模光缆：直线传输，距离10KM光纤折射角入射角 包层（低折射率的媒体） 包层（低折射率的媒体） 纤芯（高折射率的媒体） 包层纤芯n利用光导纤维传递光脉冲来进行通信。有光脉冲相当于1，无光脉冲相当于0。光线通常由非常透明的石英玻璃拉成丝，主要由纤芯和包层构成。n传输速率可达到几十个Gb/s。光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射 根据波长分成不同的波段，依次为无线电、微波、红外、可见光、紫外等无线电传输微波传输红外线和

14、毫米波光波传输主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNC T 型接头收发器电缆(AUI电缆）网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15连接器BNC 连接器插口RJ-45插头粗缆以太网10Base5细缆以太网10Base2双绞线以太网10BaseT最初使用的是粗缆以太网，布线昂贵，安装不便。随后的细缆以太网作了改进，但它们都采用总线方式，故障确定和排除困难，维护不便。1990年IEEE制定出星形网10Base-T标准，10Base-T双绞线以太网出现。 不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做

15、集线器(hub)。 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。 10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。 10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。 集线器很像一个多端口的

16、转发器，工作在物理层。某个端口接收到工作站发来的比特时，就简单地将比特向其他端口转发，但转发之前会作一些信号的再生整形工作。集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线网卡与双绞线连接双绞线有两种接法，EIA/TIA 568B标准和EIA/TIA 568A标准，我们常用的是EIA/TIA 568B，其线序为：褐，白褐、绿、白蓝、蓝、白绿、橙、白橙2.3.1 MAC 层的硬件地址2.3.2 MAC 帧以太网的数据链路层称为媒体接入控制（Medium Access Control,MAC）层。MAC层负责相邻结点间无差错地传送帧，结点的标识采用MAC地址，又称为硬件地址或物理地址。 MAC地址采用6

17、个字节表示（802标准），固化于网卡的只读存储器中。IEEE注册委员会RAC负责分配前3个字节。所有网卡厂商必须向IEEE购买地址块。后三个字节有厂商自行分配，以使全世界所有网卡的MAC地址都不会重复。MAC地址实际上就是网卡地址或网卡标识符EUI-48第 1最高位最先发送最低位最高位最低位最后发送00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001最低位最先发送最高位最低位最高位最后发送机构惟一标志符 OUI扩展标志符高位在前低位在前十六进制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80二进制表示的 EUI-48 地址：

18、第 1 字节第 6 字节I/G 比特I/G 比特字节顺序第 2第 3第 4第 5第 6第 1字节顺序第 2第 3第 4第 5第 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4802.5802.6路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址. 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处

19、理。 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。“发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播(unicast)帧（一对一） 广播(broadcast)帧（一对全体） 多播(multicast)帧（一对多）以太网的数据链路层发送的数据是按一定格式进行的，符合这种格式的数据分段称为帧。帧（frame）是数据链路层的数据传输单元。最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报目的地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS66

20、24字节46 1500IP 数据报源地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报类型字段 2 字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。 MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报数据字段 46 1500 字节数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度 MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太

21、网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报“帧检验序列” 字段 4 字节当传输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。 MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的 8 字

22、节中的第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。 为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节2.4.1 在物理层扩展局域网2.4.2 在数据链路层扩展局域网集线器集线器一系二系集线器三系三个独立的碰撞域用多个集线器可连成更大的局域网 一系二系三系集线器集线器集线器集线器主干集线器一个更大的碰撞域Netcore 2208NH(磊科 2208NH)参考价格：78 78 元元 商家报价：7575 至 80 80 元元 集线器类型：10兆以太网集线器端口数：8个传输速率：10 Mbps

23、重量：0.35kg网络标准：IEEE802.3网络协议：CSMA/CD尺寸：15910028mm优点 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信 扩大了局域网覆盖的地理范围缺点 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来 在数据链路层扩展局域网是使用网桥网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口 站表端口管理 软件网桥协议 实体端口 1端口 2缓存网段 B

24、网段 A111222站地址 端口网桥网桥产品名称: 串口网桥串口网桥产品型号: T-200M规格： 接口：10Base-T, TTL 协议：TCP/UDP/IP/ICMP, Ethernet, ARP 串口：300bps 同时支持RS232/485/422/TTL通讯接口 TCP协议同时支持服务器和客户模式 通过以太网在线配置即插即用 全透明数据传输、断线检测 可靠性高，价格低廉 跨越网关，支持广域网应用 支持串口端设置参数过滤通信量（隔离了碰撞域） 扩大了物理范围提高了可靠性(网络故障一般只影响个别网段)可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s

25、以太网）的局域网 存储转发增加了时延 在MAC 子层并没有流量控制功能具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法 若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避 在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡 由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址 目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge) “透明”是指局域网上的站点并不知道

26、所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1D1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层“交换机交换机”并无准确的定义和明确的概念，而现在的很多交并无准确的定义和明确的概念，而现在的很多交换机已混杂了网桥和路由器的功能，它属于一个市场名词。换机已混杂了网桥和路由器的功能，它属于一个市场名词

27、。集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机路由器在结构化布线系统中，已广泛使用了以太网交换机在结构化布线系统中，已广泛使用了以太网交换机10 Mb/s10 Mb/su2.5.1 100BASE-T 以太网u2.5.2 吉比特以太网u2.5.3 10 吉比特以太网在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星型拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 协议。100BASE-T 以太网又称为快速以太网(Fast Ethernet)快速以太网的标准得到了所有主流网络厂商的支持 可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，可不使用 CSMA/CD 协议MAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 m帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的 0.96 s 100BASE-TX 使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP 100BASE-FX 使用 2 对光纤100BASE-T4 使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线允许在