计算机网络技术第4章-局域网组建技术课件

1、Computer Network Technology计算机网络技术第2版第4章 局域网组建技术第4章 局域网组建技术学习目标: 掌握常见的局域网拓扑结构和特点 理解IEEE 802标准，理解两类介质访问控制的原理 掌握局域网组网的主要设备功能与选择 了解局域网可采用的技术 掌握无线局域网（WLAN）技术 掌握虚拟局域网（VLAN）技术 4.1 局域网概述 局域网（LAN）是最常见的计算机网络。校园网、企业网，甚至网吧、机房里使用的网络都是局域网。20世纪70年代，加州大学NEWHALL环网、剑桥大学环网、美国Xerox公司以太网（Ethernet）、日本京都大学光纤网等。 20世纪80年代，

2、美国DEC、Intel和Xerox三家公司联合推出3COM Ethernet系列产品、IBM公司令牌环、NOVELL公司Novell Netware系列局域网。 20世纪90年代后，千兆（1000Mbit/s）以太网、IEEE颁布万兆以太网标准。 4.1.1 局域网特点 网络所覆盖的地理范围比较小。协议较简单，网络拓扑结构灵活，容易扩展和管理。较高的数据传播速率。较低的延迟和误码率，较高的可靠性。局域网络经营权和管理权属于某个单位所有。 便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。 4.1.2 局域网的拓扑结构 拓扑结构： 指在计算机网络中计算机等网络设备进行连接的结构形式，拓扑结构描述网络设备

3、是如何连接在一起的。网络拓扑主要采用：总线型环状星状结构 4.1.2 局域网的拓扑结构 1总线型拓扑结构 所有的站点都直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但一段时间内只允许一个结点利用总线发送数据。 4.1.2 局域网的拓扑结构 总线型拓扑结构优点：结构简单，价格低廉，实现容易；易于安装和维护；用户站点入网灵活，易于扩充，增加或减少用户比较方便；某个结点的故障不影响网络的工作。总线型拓扑缺点：总线的传输距离有限，通信范围受到限制；故障诊断和隔离较困难，传输介质故障难以排除。4.1.2 局域网的拓扑结构 1环型拓扑结构 所有的结点通过通信线路连接

4、成一个闭合的环。在环中，数据沿着一个方向绕环逐站传输。 4.1.2 局域网的拓扑结构 环型拓扑结构优点：能够较有效地避免冲突；增加或减少工作站时，仅需简单的连接操作；可使用光纤。环形拓扑结构缺点：节点的故障会引起全网故障，故障检测困难；增加和减少结点较复杂，单环传输不可靠；结构中的网卡等通信部件比较昂贵且管理较复杂。4.1.2 局域网的拓扑结构 1星型拓扑结构 由中央节点和一系列通过点到点链路接到中央节点的节点组成的。 4.1.2 局域网的拓扑结构 星型拓扑结构优点：控制简单，管理方便，利用中央结点可方便地提供网络连接和重新配置；容易诊断故障和隔离故障，且单个连接点的故障只影响一个设备，不会影

5、响全网； 可扩充性强，组网容易，便于维护。4.1.2 局域网的拓扑结构 星型拓扑结构缺点：电缆长度和安装工作量可观；中央节点的负担较重，形成瓶颈；中心结点故障会直接造成网络瘫痪。在实践中常采用“星型 +总线型”混合型拓扑结构。4.2 局域网协议和体系结构 4.2.1 IEEE 802标准概述 IEEE802委员会公布的局域网IEEE 802标准，规定了局域网各自的拓扑结构、媒体访问控制方法、帧的格式和操作等内容。IEEE 802局域网系列国际标准有：（1）IEEE 802.1概述了局域网体系结构以及寻址、网络管理和网络互连。 （2）IEEE 802.2定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能与服

6、务。 （3）IEEE 802.3描述总线以太网（Ethernet）式介质访问控制协议（CSMA/CD）及相应物理层规范。 4.2.1 IEEE 802标准概述 （4）IEEE 802.4描述令牌总线（token bus）式介质访问控制协议及相应物理层规范。（5）IEEE 802.5描述令牌环（token ring）式介质访问控制协议及相应物理层规范。 （6）IEEE 802.6描述城域网（MAN）的介质访问控制协议及相应物理层规范。 （7）IEEE 802.7描述宽带网介质访问控制方法及物理层技术规范。 （8）IEEE 802.8描述光纤网介质访问控制方法及物理层技术规范。 （9）IEEE 8

7、02.9描述语音和数据综合局域网技术。（10）IEEE 802.10描述局域网安全与解密问题。 4.2.1 IEEE 802标准概述 （11）IEEE 802.11描述无线局域网技术。 （12）IEEE 802.12描述用于高速局域网的介质访问方法及相应的物理层规范。 IEEE802协议的结构图4.2.2局域网的体系结构局域网的体系结构与0SI模型有相当大的区别，局域网只涉及OSI的物理层和数据链路层,是一种通信网，涉及有关的通信功能。 IEEE 802局域网参考模型与OSI参考模型的对应关系4.2.2局域网的体系结构局域网物理层和OSI七层模型的物理层功能相当,涉及局域网物理链路上原始比特流

8、的传送；数据链路层中MAC子层适应多种类的传输介质数据链路层中LLC子层封装和标识上层数据。4.2.3IEEE 802.3协议IEEE 802.3协议定义了总线以太网标准，是一个使用CSMA/CD媒体访问控制方法的协议标准;即载波监听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）技术。总线型局域网传输方式4.2.3IEEE 802.3协议CSMA/CD的工作原理可概括成四句话：即先听后发，边发边听，冲突停止，随机延时重发。CSMA/CD的工作过程4.2.3IEEE 802.3协议CSMA/CD的

9、工作原理：（1）当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即侦听信道是否空闲。（2）如果信道忙，则等待，直到信道空闲则发送信息。（3）如果信道闲，站点就传输数据。（4）在发送数据的同时，站点继续侦听总线，确定是否有其他站点在同时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲，从而造成几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。4.2.3IEEE 802.3协议CSMA/CD的工作原理：（5）当一个传输节点识别出一个冲突，随即就发送一个拥塞信号，这个信号使得冲突的时间足够长，让其他的节点都能发现。（6）当其他节点收到拥塞信号后，都停

10、止传输，等待一个随机产生的时间间隙（回退时间，Back off Time）后，重新进入侦听发送阶段。 CSMA/CD采用的是一种“有空就发”的竞争型访问策略。4.2.4IEEE 802.5协议早期局域网存在一种环状结构，而环状网中采用令牌技术来进行访问控制。IEEE 802.5的令牌环（Token Ring）技术采用令牌（特殊帧）来控制各个节点介质访问权限，保证在共享环上数据传送的有效性4.2.4IEEE 802.5协议令牌环中主要有下面的三种操作： 截获令牌并且发送数据帧。 接收与转发数据。 取消数据帧并且重发令牌。4.3架设局域网的硬件设备组建局域网硬件设备包括网卡、集线器、交换机、网线等

11、。 4.3.1网卡网卡（Network Interface Card，NIC），又名网络适配器；计算机和网络线缆之间的物理接口，是一个独立的附加接口电路；网卡上面装有处理器和存储器（包括RAM和ROM）； 4.3.1网卡可分为普通计算机网卡、服务器专用网卡、笔记本专用网卡（PCMCIA）和无线网卡。 普通计算机网卡自适应双速服务器网卡PCMCIA网卡 USB无线网卡4.3.1网卡1. 网卡的功能 并行数据和串行信号之间的转换、数据包的装配与拆装、网络访问控制和数据缓冲等。 将计算机要发送的数据整理分解为数据包，转换成串行的光信号或电信号送至网线上传输；同样也把网线上传过来的信号整理转换成并行的

12、数字信号，提供给计算机。4.3.1网卡2. 网卡的分类 按照不同的标准，可以进行不同的分类。最常见的是按传输速率、总线接口和连接器接口来分类。 10Mbit/s、100Mbit/s、10/100Mbit/s自适应以及1Gbit/s网卡；AUI粗缆接口和BNC细缆接口、RJ45接口和光纤接口；ISA总行网卡和PCI总线网卡、USB网卡。4.3.1网卡3. 网卡的MAC地址 MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址也称为物理地址（Physical Address），用12个十六进制数表示，前6个代表制造商编号，后6个代表网卡序列号，每个网络设备都具有唯一的MAC地址。

13、网卡MAC地址的作用： 网络通信基础；保障网络安全。4.3.2局域网的传输介质局域网的介质主要有3类：双绞线、同轴电缆和光纤。 1双绞线 双绞线电缆可以分为两类：屏蔽型双绞线（STP）和非屏蔽型双绞线（UTP）。 屏蔽型双绞线（STP）非屏蔽型双绞线（UTP）4.3.2局域网的传输介质 2同轴电缆 同轴电缆分为：基带同轴电缆和宽带同轴电缆粗缆和细览4.3.2局域网的传输介质 3.光导纤维 光导纤维分为：多模光纤和单模光纤多模光纤：纤芯内有多条不同角度的光线在传输单模光纤：光纤的直径非常小，接近沿着直线向前传输4.3.3集线器 集线器（Hub）主要作用是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络

14、的传输距离，在物理上扩展网络的功能，属于物理层设备。4.3.3集线器 集线器主要功能和特性：（1）可以是星状以太网的中央节点，工作在物理层。（2）对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大此信号网络的传输距离。（3）普遍采用RJ-45标准接口。（4）以广播的方式传送数据。（5）无过滤功能，无路径检测功能。（6）不同速率的集线器不能级联。（7）所连接的客户端都在一个冲突域中。4.3.4交换机 交换机（Switch）又称为网桥。交换机属于数据链路层设备， 具有智能和学习的能力。它采用CSMA/CD机制来检测及避免冲突，其各个端口立地进行冲突检测，发送和接收数据，互不干扰。所以交换机中的各个端口属于不同

15、的冲突域。4.3.4交换机 交换机功能和特性：（1）可以是星状以太网的中央节点，工作在数据链路层。（2）可以过滤接收到的信号，并把有效传输信息按照相关路径送至目的端口。（3）一般采用RJ-45标准接口。（4）参照每个计算机的接入位置，有目的地传送数据。（5）有过滤功能和路径检测功能。（6）不同类型的交换机和集线器可以相互级联。（7）所连接的客户端都在一个独自的冲突域中。4.3.4交换机 1交换机的分类100Mbit/s以下人以太网交换机100Mbit/s快速以太网交换机千兆以太网交换机ATM交换机4.3.4交换机 2交换机的MAC地址学习交换机需要维护MAC地址表，MAC地址表中包含了与本交换

16、机相连的终端的MAC地址、本交换机连接主机的端口等信息交换机完成MAC地址学习，生成MAC地址-端口映射表。4.3.4交换机 3交换机的数据帧的转发已知单播数据帧，即目的MAC地址在交换机MAC地址表中有相应表项，则从MAC地址表中的MAC地址相对应的端口转发出去。4.3.4交换机 3交换机的数据帧的转发未知单播帧、组播帧和广播帧，即目的MAC地址在交换机MAC地址表中无相应表项，则从除源端口外的其他端口转发出去。常见的局域网技术：以太网（Ethernet）令牌环（Token Ring）FDDI（Fiber Distributed Data Interf，光纤分布式数据接口）等目前以太网成为局

17、域网中占统治地位的技术，无线局域网技术的发展非常迅速4.4局域网主要技术4.4局域网主要技术4.4.1 以太网系列 1.标准以太网 (1) 按 IEEE802.3规范生产以10Mbit/s的速率传输数据的以太网产品,称为标准以太网 (2) 标准以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、光纤等多种传输介质 10BASE-5称为粗缆以太网 10Base-2 又称为细缆以太网 10BASE-T 4.4.1以太网系列2.快速以太网 按IEEE 802.3u标准生产，其传输速率达到100Mbit/s的以太网产品,称为快速以太网 。 快速以太网标准可分为：100BASE-TX

18、100BASE-FX 100BASE-T44.4.1以太网系列3.千兆以太网 按IEEE802.3z 标准生产，网速为1Gbit/s的以太网称为千兆以太网。要点如下：（1）允许在全双工和半双工两种方式下工作。 （2）使用802.3协议规定的帧格式。 （3）在半双工下使用CSMA/CD协议。 （4）与10Base-T和100Base-T兼容。 4.4.1以太网系列3.千兆以太网 千兆以太网在物理层共有两个标准： (1) 1000Base-X(802.3z标准)是基于光纤通道的物理层。 (2) 1000Base-T(802.3ab标准)是使用4对5类UTP，传送距离为100m。4.4.1以太网系列

19、4万兆以太网 按IEEE802.3ae标准网速为10Gbit/s的以太网称为万兆以太网，其特点如下: （1）与10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s以太网的帧格式完全相同。 （2）只使用光纤作为传输媒体。 （3）只在全双工方式下工作。4.4.2令牌环网 令牌环网：按IEEE 802.5标准定义，IBM于1985年首先推出的环状基带网络。令牌环网在物理层提供4Mbit/s和16Mbit/s两种传输速率支持STP/UTP双绞线和光纤作为传输介质 使用STP最大距离为100m，使用UTP时最大距离为45m4.5无线局域网无线局域网概述 无线局域网（Wireless Local Area

20、 Network，WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，使计算机与计算机、计算机与网络之间可以在一个特定范围内进行快速的无线通信。 WLAN发展迅速，在不适合网络布线的场合得到广泛应用。4.5.1无线局域网络的构成 通过射频（Radio Frequency，RF）技术来实现数据传输。WLAN设备通过诸如展频（Spread Spectrum）或正交频分复用（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM）这样的技术将数据信号在特定频率的电磁波中进行传送。在WLAN网络中包含以下组件：工作站无线AP（无线接入点）4.5.2无线局域网络的特点1. 灵活性和移动性2. 安装便捷3. 易于进行网络规划和调整 4. 故障定