局域网工作基本原理和组网技术应用

1、局域网工作基本原理和组网技术应用4.1 4.1.1 功能性定义：一组计算机和其他设备，在地理范围上彼此相隔不远，以允许用户相互通信和共享诸如打印机和存储设备之类的计算资源的方式互连在一起的系统。技术性定义：由特定类型的传输媒体和网卡互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。9/22/202224.1 局域网(LAN)概述4.1.2 LAN的主要特点和功能覆盖范围小房间、建筑物、机关、工厂、学校内部联网高传输速率10Mbps1000Mbps低误码率10-8 10-10 为一个单位所拥有，自行建设，在单位内部控制管理和使用hubhubhubSwitchServerstationstati

2、onsstations9/22/20223局域网工作基本原理和组网技术应用4.1.2 LAN的主要特点和功能1、资源共享软件资源共享、硬件资源共享（设备共享）、数据资源共享2、通信交往数据、文件的传输；电子邮件；视频会议9/22/20224局域网工作基本原理和组网技术应用4.2 决定局域网特征的主要技术拓扑结构（逻辑、物理）总线型、星型、环型、树型传输介质与传输形 有线介质、无线介质基带、宽带介质访问方法按协议实现信道共享:CSMA/CD和Token-passing9/22/20225局域网工作基本原理和组网技术应用4.2.1 LAN典型拓扑结构总线型: 所有结点都直接连接到共享信道星型 :

3、所有结点都连接到中央结点环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接BusStarRingABCCADCBABCAT9/22/20226局域网工作基本原理和组网技术应用4.2.2 传输介质与传输形式屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP)以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音EIA/TIA 为非屏蔽双绞线制定了布线标准双绞线外没有任何附加屏蔽9/22/20227局域网工作基本原理和组网技术应用如何制作双绞线双绞线两端头通过RJ-45水晶头连接网卡和集线器，需在双绞线两端压制水晶头，压制水晶头需使用专用卡线钳制作。下图是已经制作好的双绞线： 9/22/20228局域网工作基本原理和组网技术应用如何制

4、作双绞线首先，我们要了解一下制作双绞线的材料和工具：双绞线、RJ-45水晶头、压线钳、测线仪（如下图）RJ-45水晶头 双绞线9/22/20229局域网工作基本原理和组网技术应用压线钳9/22/202210局域网工作基本原理和组网技术应用测线仪9/22/202211局域网工作基本原理和组网技术应用另外，我们还需要了解一下双绞线制作标准： （1）EIA/TIA 568A 标准：白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕（从左起）（2）EIA/TIA 568B 标准：白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕（从左起）连接方法有两种： （1） 直通线：双绞线两边都按照EIAT/TIA 568B 标准连接。 （2） 交叉线：双绞线一边

5、是按照EIAT/TIA 568A 标准连接，另一边按照EIT/TIA 568B 标准连接。9/22/202212局域网工作基本原理和组网技术应用接下来以EIAT/TIA 568B 标准来制作步骤： （1) 利用斜口错剪下所需要的双绞线长度，然后再利用双绞线剥线切口将双绞线的外皮除去23厘米。 有一些双绞线电缆上含有一条柔软的尼龙绳，如果您在剥除双绞线的外皮时，觉得裸露出的部分太短，而不利于制作RJ45接头时，可以紧握双绞线外皮，再捏住尼龙线往外皮的下方剥开，就可以得到较长的裸露线。（如下图） 9/22/202213局域网工作基本原理和组网技术应用9/22/202214局域网工作基本原理和组网技

6、术应用9/22/202215局域网工作基本原理和组网技术应用（2) 接下来就要进行拨线的操作。将裸露的双绞线中的橙色对线拨向自己的左方，棕色对线拨向右方向，绿色对线拨向前方，蓝色对线拨向后方，如下图所示。 左：橙 前：绿 后：蓝 右：棕 9/22/202216局域网工作基本原理和组网技术应用 （3）小心的剥开每一对线，因为我们是遵循EIATIA 568B的标准(白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕）排列好（如下图所示）。 9/22/202217局域网工作基本原理和组网技术应用（4）将裸露出的双绞线用剪刀或斜口钳剪齐。最后再将双绞线的每一根线依序放入RJ45接头的引脚内，第一只引脚内应该放白橙色的线，其余类

7、推，如下图： 9/22/202218局域网工作基本原理和组网技术应用（5)确定双绞线的每根线是否按正确顺序放置，并查看每根线是否进入到水晶头的底部位置，如下图所示： 9/22/202219局域网工作基本原理和组网技术应用(6)用RJ45压线钳压接RJ45接头，把水晶头里的八块小铜片压下去后，使每一块铜片的尖角都触到一根铜线。如下图所示9/22/202220局域网工作基本原理和组网技术应用 （6)重复步骤1到步骤6,再制作另一端的RJ45接头。因为工作站与集线器之间是直接对接，所以另一端RJ45接头的引脚接法完全一样。 （7）最后用测线仪测试网线和水晶头是否连接正常，如果两组1、2、3、4、5、

8、6、7、8指标灯对应的灯同时亮，刚表示制作双绞线制作成功。（如下图所示）9/22/202221局域网工作基本原理和组网技术应用2. 同轴电缆基带同轴电缆用于数字信号发送宽带同轴电缆用于模拟信号发送铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套9/22/202222局域网工作基本原理和组网技术应用3.光纤通信有两种不同类型的光纤，分别是单模光纤和多模光纤。（所谓“模”就是指以一定的角度进入光纤的一束光线）。 多模光纤使用发光二极管（LED）作为发光设备，而单模光纤使用的则是激光二极管（LD）多模光纤允许多束光线穿过光纤。单模光纤只允许一束光线穿过光纤。 9/22/202223局域网工作基本原理和组网技术应用3.单

9、模光纤和多模光纤的特点因为不同光线进入光纤的角度不同，所以到达光纤末端的时间也不同。这就是我们通常所说的模色散。色散从一定程度上限制了多模光纤所能实现的带宽和传输距离。正是基于这种原因，多模光纤一般被用于同一办公楼或距离相对较近的区域内的网络连接。单模光纤只允许一束光线穿过光纤。因为只有一种模态，所以不会发生色散。使用单模光纤传递数据的质量更高，传输距离更长。单模光纤通常被用来连接办公楼之间或地理分散更广的网络。 9/22/202224局域网工作基本原理和组网技术应用3.光纤通信传输损耗小，适合长距离传输。无论采用何种传输介质其传输距离都是有限的。超过这些距离，就需要利用中继器来扩展距离。粗同

10、轴电缆每一网段的最大距离为500米，细同轴电缆为180米，双绞线为100米），光纤支持的最大连接距离达两公里以上，是组建较大规模网络的必然选择。9/22/202225局域网工作基本原理和组网技术应用3.光纤通信抗干扰性能极好，保密性好。光纤不会向外界辐射电子信号，所以使用光纤介质的网络无论是在安全性，可靠性还是网络性能方面都有了很大的提高。 依靠光波承载信息速率高，通信容量大。一般都能达到千兆以上。加光电转换设备（光端机）电光信号的转换。9/22/202226局域网工作基本原理和组网技术应用4、无线传输微波红外线激光红外线和激光对环境干扰敏感，微波方向性不强，存在着窃听，插入和干扰等一系列不安

11、全问题。9/22/202227局域网工作基本原理和组网技术应用介质访问控制方式带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)令牌环访问控制令牌总线访问控制9/22/202228局域网工作基本原理和组网技术应用总线网的数据传播每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据为决定哪个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧ABCABCABCABCAA(1)C 发现总线空闲(2)C发送帧，目的地址为A(3)B 忽略该帧(4)A复制该帧A信号由终端电阻吸收终端电阻9/22/202229局域网工作基本原理和组网技术应用：载波监听多点访问CSMA/CD是采用争用技术的一种介质

12、访问控制方法。争用方式一般用于总线网，它的每个站点都能独立决定发送帧，若两个站点同时发送，即产生冲突工作原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能发送，需等待一段时间后重试。CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。9/22/202230局域网工作基本原理和组网技术应用2.CSMA/CD 带冲突检测的载波监听多点访问工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。CCSMA/CD可归结为四句话： 发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时

13、退避。9/22/202231局域网工作基本原理和组网技术应用CSMA/CD的流程图媒体忙？发送帧碰撞？发送完？发送JamN16?YesNoNoYes发送成功Yes发送失败No延迟随机时间NoYes发送帧碰撞次数N+9/22/202232局域网工作基本原理和组网技术应用2.令牌环（）ABDC站点干线耦合器单向环 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环发送缓冲区接收缓冲区 接收发送线路驱动线路接收控制器DTE环路输入环路输出干线耦合器的结构 传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps； 最多站点数：250， 信号采用曼彻斯特编码TCU高层软件9/22/202233局域网工作基本原理和组网技术应用的

14、操作1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“ 令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。9/22/202234局域网工作基本原理和组网技术应用3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较： a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中； b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。 4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上

15、，使其余的站点能获得发送帧的许可权。9/22/202235局域网工作基本原理和组网技术应用的操作举例AT = 0TAT = 0TAT = 1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）帧循环一圈后A将数据帧回收并放出空令牌A有数据要发送，它抓住空令牌A将令牌修改为数据帧，并加挂数据9/22/202236局域网工作基本原理和组网技术应用4.3.1 LAN参考模型80年代初期: 美国电气和电子工程师学会IEEE 802委员会制定出局域网体系结构, 即IEEE 802参考模型. IEEE802标准诞生于1980年2月，故称为802标准。比如OSI模型的数据链路层在局域网

16、中就被分为介质访问控制（MAC）子层与逻辑链路控制子层。MAC子层负责解决设备使用共享信道的问题，而LLC子层完成通常意义下的数据链路层功能。IEEE 802参考模型相当于OSI模型的最低两层，如下图所示9/22/202237局域网工作基本原理和组网技术应用4.3.1 LAN参考模型IEEE802标准网络层数据链路层物理层逻辑链路控制 LLC媒体访问控制 MAC 高层 OSI IEEE 802物理层PHY由NOS来实现9/22/202238局域网工作基本原理和组网技术应用的体系结构与功能实现 物理层电缆连接器收发器AUI电缆网卡站接口数据封装/解封（MAC 帧）链路管理（CSMA/CD协议）曼

17、彻斯特编码/译码发送/接收MACLLC9/22/202239局域网工作基本原理和组网技术应用LAN中物理层的功能实现位(比特流)的传输与接收规定了如下标准:所使用的信号与编码:曼彻斯特编码所使用的介质:双绞线、同轴电缆、光纤等。拓扑结构：总线型、树型、环型。传输速率：10Mbps、100Mbps等。9/22/202240局域网工作基本原理和组网技术应用 LAN的数据链路层 由于局域网的种类繁多，其介质访问的方法也各不相同，为了使局域网中数据链路层不致过于复杂，将LAN的数据链路层其划分为两个子层，即介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。 与访问各种传输介质有关的问题都放在MA

18、C子层，当介质存取方法改变时，不致于影响其他较高层协议。 数据链路层中与介质访问无关的部分都集中在LLC子层。LLC： 与介质、拓扑无关； MAC：与介质、拓扑相关。9/22/202241局域网工作基本原理和组网技术应用LAN中数据链路层的功能 数据链路层的功能分别由其LLC子层和MAC子层承担。 LLC子层向高层提供一个或多个逻辑接口（具有发送帧和接收帧的功能）。还具有帧顺序控制及流量控制等功能。 MAC子层支持数据链路功能，并为LLC子层提供服务。支持CSMA/CD，令牌环、令牌总线等介质访问控制方式。它判断哪一个设备具有享用介质的权力以及介质操作所需要的寻址。LAN对LLC子层透明，仅在

19、MAC子层才可见LAN的标准(对不同的LAN标准，区别在MAC子层) 9/22/202242局域网工作基本原理和组网技术应用LAN的网络层和高层网络层由于IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接，所以网络层的很多功能(如路由选择等)是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、差错控制等功能可在数据链路层完成，故IEEE 802标准没有单独设立网络层。高层局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（NOS）来实现，如Unix、Windows NT、Netware等。9/22/202243局域网工作基本原理和组网技术应用4.3.2 IEEE802标准802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.

20、3 - CSMA/CD（以太网）802.4 - Token Bus （令牌总线）802.5 - Token Ring（令牌环）802.6 - 分布队列双总线DQDB - MAN标准802.8 FDDI（光纤分布数据接口）802.11 无线LAN9/22/202244局域网工作基本原理和组网技术应用CSMA/CDToken BusToken RingDQDBFDDI802.2 LLC数据链路层 物理层LLCMAC802.1D Bridge802.1A 体系结构IEEE802体系结构示意图PHY9/22/202245局域网工作基本原理和组网技术应用4.4 传统以太网 70年代中期由Xerox Pa

21、lo Alto Research Center (Bob Metcalfe) 提出，将他们建立的局域网称为Ethernet（以太网）。 1980年,经DEC, Intel 和 Xerox公司改进为DIX 版以太网规范 。 分委员会促进了以太网标准，最初以IEEE 10Base-5出现，接着出现10Base-2。10Base-T的出现大大促进了以太网的发展。 Ethernet是指基带总线LAN。今天的以太网和可以认为是同义词。 4.4.1 以太网的产生和发展9/22/202246局域网工作基本原理和组网技术应用4.4.1 IEEE 802.3 规范传统以太网 802.3 同轴电缆Ethernet

22、 802.3a 细缆Ethernet 802.3i 双绞线 802.3j 光纤快速以太网FE 802.3u 双绞线，光纤千兆以太网GE IEEE802.3z 屏蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab 双绞线9/22/202247局域网工作基本原理和组网技术应用布线介质标准10Base5 粗同轴10Base2 细同轴10BaseT 双绞线 100BaseT 双绞线100BaseF MMF/SMF1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT 双绞线数据率（Mbps）基带或宽带Base，Broad段最大长度（百米）或介质类型（T，F，X）10 Base 59/22/20224

23、8局域网工作基本原理和组网技术应用4.4.2 10Base5粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器 : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离AUI : 连接件单元接口总线型拓扑用于网络骨干连接最大段长度 500米每段最多站点数 100两站点间最小距离 米 粗缆Vampire tapBNC端子收发器AUI 电缆NIC网络最大跨度 公里 9/22/202249局域网工作基本原理和组网技术应用4.4.3 10Base2细同轴电缆，可靠性稍差 BNC T型接头连接 总线型拓扑用于办公室LAN细缆BNC 接头NIC每段最大长度 185m每段最多站点数 30两站点间最短距离 0.5 m网络最大跨度 92

24、5 m 网络最多5个段 9/22/202250局域网工作基本原理和组网技术应用4.4.4 10BaseT双绞线介质（UTP） 以Hub （集线器）为中心节点。Hub多端口转发器。 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。 转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。转发器/中继器/HUB物理层设备(工作在物理层)。 用于小型LAN。 NICHUB段最大长度 100m9/22/202251局域网工作基本原理和组网技术应用4.5 高速局域网4.5.1 100Mbps 快速以太网又称快速以太网(Fast Ethernet，FE)，包括100Base-TX和100Base-F

25、X。与10Mbps网络的比较：拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；传输率快10倍；帧结构和介质访问控制方式沿用。 3种不同的物理层标准：MAC子层100BaseFX100BaseTX2对5类 UTP光纤4对3、4、5类 UTP100BaseT49/22/202252局域网工作基本原理和组网技术应用4.5.1 快速以太网网卡(外置或内置收发器)、收发器(外置)与收发器电缆集线器（双绞线或光纤接口）双绞线及光缆外置光纤收发器光纤100Base FX集线器100Base TX集线器100Base TX集线器光纤插有光纤接口网卡UTP5UTP5UTP5UTP5光纤UTP59/22/202253局域网工

26、作基本原理和组网技术应用4.5.2 千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE)两种标准：和802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线(5类，6类)连接距离较短：1000BaseX:双绞线 - 25米；MMF - 550米；SMF - 3km1000BaseT: 5类双绞线 100米 拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT相同； 传输速率比100BaseT快10倍； 帧结构和介质访问控制方式仍沿用。 允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。9/22/202254局域网工作基本原理和组网技术应用以网络交换机

27、为主干的以太网拓扑仍为星形结构为何要使用网络交换机？ 以太网共享介质网络 共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性能降低，相当于多个子信道分享通信线路。总线网络或基于集线器的网络：网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽10/n Mbps；基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的限制， 网络总带宽=（n/2n）*10Mbps，每个连接的带宽为10Mbps ；4.5.3 交换式以太网9/22/202255局域网工作基本原理和组网技术应用使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如：8个端口可建立4个并发通信，总带宽 = (8/2)*10Mbps = 40

28、Mbps在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置1-2个高速端口(100Mbps/1Gbps)，把服务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为Big-Pipe。10Mbps 网络交换机9/22/202256局域网工作基本原理和组网技术应用交换机的两种用法(以10Mbps网络交换机为例)： (1)端口下接站点：站点独占10Mbps带宽 (2)端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽共享10M独享10M共享10M独享10M网络交换机SwitchHUBHUB9/22/202257局域网工作基本原理和组网技术应用3.FDDI (Fiber Dist

29、ributed Data Interface)网络由双环构成，可靠性高。传输速率为100Mbps。介质访问控制方法采用Token Passing，类似于令牌环。传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大(几十km)。集中器集中器令牌服务器9/22/202258局域网工作基本原理和组网技术应用4.5.5 万兆位以太网随着网络应用的快速发展，高分辨率图象、视频和其他大数据量的数据类型都需要在网上传输，促使对带宽的要求日益增长，并对计算机、服务器、集线器、交换机造成越来越大的压力。10G以太网由此诞生，10G以太网标准定名为。有以下三类网络：局域网中的10G以太网、 城域网中的10G以太网、广域网中的10

30、G以太网。9/22/202259局域网工作基本原理和组网技术应用4.6 虚拟局域网VLAN什么是VLAN？ VLAN是一个广播域，是由一些局域网网段构成的 与物理位置无关的逻辑组为什么要使用VLAN？ 便于进行网络的管理 增强了网络安全性 抑制广播数据的泛滥 减少了处理用户站点移动所带来的开销一个VLAN就好像是一个孤立的网段，VLAN间不能 直接通信，实现VLAN间互联必须借助于路由器。VLAN建立在网络交换机基础上9/22/202260局域网工作基本原理和组网技术应用两个分离的广播域HUBHUBHUBHUBSwitch财务室开发部财务室开发部合并广播域既有好处，但也带来了问题。不必要的广播

31、流量会泛滥到整个广播域，同时也带来了安全性问题。开发部和财务室的计算机互相不能访问，流量完全隔离开发部和财务室的计算机互相可以访问，降低了安全性，广播流量会泛滥到整个广播域经交换机连接后变成一个广播域9/22/202261局域网工作基本原理和组网技术应用HUBHUBSwitch划分VLAN后分割成两个广播域财务室开发部划分VLAN9/22/202262局域网工作基本原理和组网技术应用SwitchSwitchSwitchSwitch当一个部门位于多个地点时，分隔的广播域设计会给布线带来很大困难。但用VLAN可很方便地解决这个问题。1楼3楼6楼VLAN 1VLAN 2VLAN 3财务办公开发9/2

32、2/202263局域网工作基本原理和组网技术应用VLAN操作VLAN的标准在中定义VLAN帧中增加了一个VLAN标记，它插入在原始以太网帧的源地址域和类型/长度与之间(4个字节)。带有VLAN标记的帧称为标记帧。当帧从一个逻辑组输出时，支持VLAN的交换机就会在帧中插入VLAN标记，其中携带了该VLAN的编号。当支持VLAN交换机收到一个标记帧时，就根据其中的VLAN的编号把它映射到相应VLAN网段，然后再按通常的方法进行交换。(标记同时被删除)SAVLAN标记协议标识符，=8100H VLAN标识符长度/类型12位16位4位9/22/202264局域网工作基本原理和组网技术应用VLAN划分的方法按交换机端口号(最常用)。例如1，2，3，6号端口划分为VLAN1，则凡是连接到这几个端口的计算机都属于VLAN1。按MAC地址按IP地址(或协议)VLAN的优点抑制广播流量，使其不会溢出到另外的VLAN中可以建立自己的私有安全网络在网络中添加、移动设备时，或设备的配置发生变化时，能够减轻网络管理人员的负担实现虚拟工作组，使不同地点的用户就好像是在一个单独的LAN上那样通信9/22/202265局域网工作基本原理和组网技术应用4.5 LAN的扩展（LAN互连） 网桥LAN互连的必