网络基础课件第四讲局域网与网络设备

1、计算机网络基础教学课件北京师范大学培训考试中心陈辉计算机网络基础教学课件北京师范大学培训考试中心第四讲 局域网与网络设备局域网(LAN)概述。局域网的关键技术。局域网的介质访问控制方法。以太网技术。第四讲 局域网与网络设备局域网(LAN)概述。、局域网(LAN)概述LAN的特点：覆盖范围小：房间、建筑物、园区范围 距离25km。高传输速率：10Mbps1000Mbps。低误码率：10-8 10-10 。总线、星形、环形拓扑。双绞线、光纤、无线电。为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务。交换机交换机交换机交换机Serverfarmstationsstationsstations、局域网(LA

2、N)概述LAN的特点：覆盖范围小：交换机交换（）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 : 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。BusStarRingABCCADCBABCAT（）LAN典型拓扑结构总线型: 所有结点都直接连接到共享信（） 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（） LAN参考模型IEEE802标准网络层数据链路层物理IEEE:国际电子与电器工程师学会.802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CS

3、MA/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LANIEEE802标准的主要成员IEEE:国际电子与电器工程师学会.IEEE802标准的主要802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB802.8FDDI802.2 LLC数据链路层 物理层LLCMAC802.1D Bridge802.1A 体系结构PHYIEEE802体系结构示意图802.3802.4802.5

4、802.6802.8802（3）局域网的物理层 载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 令牌传递(Token Passing)Token RingToken Bus局域网的介质访问控制方法有两种：（3）局域网的物理层 载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/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。CSMA/CD可归结为四句话： 发前先侦

5、听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时退避。CSMA/CD带冲突检测的载波监听多点访问：CSMA/CD的流程图媒体忙？发送帧碰撞？发送完？发送N16?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+CSMA/CD的流程图媒体忙？发送帧碰撞？发送完？发送N1（4） LAN的数据链路层按功能划分为两个子层：LLC和MAC功能分解的目的： 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。 局网特点：共享信道(如总线)。需要解决介质访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法。 LLC： 与介质、拓扑无关； MAC：与介质、拓扑

6、相关。（4） LAN的数据链路层按功能划分为两个子层：LLC和MA（5）LAN的网络层和高层网络层由于IEEE 802局域网拓扑结构简单，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。（5）LAN的网络层和高层网络层5、 以太网 70年代中期提出，称为Ethernet（以太网）。 1985年定名为IEEE 802.3，即使用CAMA/CD协议的LAN标准，数据率从10M到1000M，支持多种传输媒体。EthernetIEEE 802.3 规范传统以太网 (10M)快速以太网FE(100

7、M) 802.3u 双绞线，光纤。千兆以太网GE(1000M) IEEE802.3z 屏蔽短双绞线、光纤。 IEEE802.3ab 双绞线。5、 以太网 70年代中期提出，称为Ethernet（以太（）802.3布线介质标准10Base5 粗同轴10Base2 细同轴10BaseT 双绞线 10BaseF MMF100BaseT 双绞线100BaseF MMF/SMF1000BaseX 屏蔽短双绞线或/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 5（）802.3布线介质标准10Base5 （）

8、IEEE 802.3的体系结构与功能实现 物理层电缆网卡站接口数据封装/解封（MAC 帧）链路管理（CSMA/CD协议）曼彻斯特编码/译码发送/接收MACLLC（）IEEE 802.3的体系结构与功能实现电缆网卡站接口（）快速以太网交换式以太网：以网络交换机为主干的以太网。拓扑仍为星形结构（总线/HUBLAN_SWITCH）。使用交换机后，可建立多个并发的通信（即独占带宽）。 100Mbps 网络交换机（）快速以太网交换式以太网：100Mbps 网络交换机 在访问服务器的流量非常大的网络中，主干交换机可用高速交换机，把服务器与该高速交换机相连，便可大大提高服务器访问的速度。交换机的用法独享10

9、0M独享1000M独享100M独享1000M网络交换机Switch1000MSwitchSwitch共享1000M 在访问服务器的流量非常大的网络中，主干交换机可用高速两种标准：802.3z和802.3ab。802.3z:1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF。802.3ab: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：3km。1000BaseT: 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IEEE802.

10、3。允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。（5）千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE)两种标准：802.3z和802.3ab。（5）千兆以太网(G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FDDI (Fiber Distributed Data Interface)网络由双环构成，可靠性高。集中器集中器令牌服务器FDDI (重点网络接口卡及其使用集线器及其使用交换机及其使用路由器、网络设备重点、网络设备（1）网络接口卡NIC组成：

11、发送/接收部件：负责信号的发送、接收。载波检测：检测介质上有否信号。网卡地址：物理地址或称为MAC地址。配置参数（软件设置 / PnP）： 全双工 / 半双工。 传输速率（仅10/100Mbps双速网卡可选）。 BOOTROM:远程启动引导芯片。（1）网络接口卡NIC组成：网络接口卡的种类网络接口卡的种类多端口的中继器，属于物理层设备。功能：在网段之间拷贝比特流，信号整形和放大。集中连接设备,共享带宽.可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接。端口数：常见的有8，12，16，24口。（2）网络集线器HUB多端口的中继器，属于物理层设备。（2）网络集线器HUBNICHUBUTPPC机服务器以1台

12、服务器，3台PC机为例： 一台HUB 4块UTP接口的网卡 4台PC机 8个RJ45接头（水晶头） 若干米UTP双绞线 用集线器搭建简单的网络NICHUBUTPPC机服务器以1台服务器，3台PC机为例：(3) 网桥hub10Base2 - 细缆Ethernet10BaseT-双绞线hub网桥网段310BaseT 粗缆Ethernet网段1网段2网桥：在数据链路层上实现互联。网桥工作原理归纳为：学习源地址，丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧。注：网络交换机工作原理与网桥类似可看成是一个多端口的高速网桥（工作在链路层上）(3) 网桥hub10Base2 - 细缆Ethernet1（4）网络交换

13、机Switch实现网段分割的设备网络交换机 相当于多端口的高速网桥,工作在数据链路层上,根据目标MAC地址转发帧。端口独占带宽，用于组建快速网络。工作原理： 构造：端口-地址表、端口缓冲器学习源地址（构造端口-地址表）过滤本网段帧（隔离冲突域）转发异网段帧（交换）广播未知帧（寻找目的站点）（4）网络交换机Switch实现网段分割的设备网络交换机独立式：固定端口配置，扩充时用级连的方法。堆叠式： 固定配置，用堆叠方法进行扩充堆叠连接在一起的交换机在逻辑相当于一台单独的交换机，可统一管理。模块化： 又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不

14、同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）。三种结构独立式：三种结构千兆主干交换机服务器校园网10Mbps UTP100Mbps UTP （连接校园网）1000Mbps Fiber100Mbps UTP二级交换机HUB网络结构图千兆主干交换机服务器校园网10Mbps UTP100Mbps工作在第三层（网络层）上。在网络之间转发网络分组。能够提供按最佳路由转发网络分组。实现子网隔离，限制广播风暴。路由器是根据网络号来转发IP数据包的，所以路由表中存放的是目的网络号，而不是目的主机号。（5）路由器Router工作在第三层（网络层）上。路由器是根据网络号来转发IP数据包控制部件（CPU、RA

15、M、OS）路由表协议软件网络接口（LAN、WAN、CONSOLE）路由器的结构控制部件（CPU、RAM、OS）路由器的结构 Switch Switch路由器冲突域2冲突域1路由器可以分隔冲突域和广播域用路由器进行网络互联 Switch Switch路由器冲突域2冲、网络互联概述？网络互联的动力：更大范围的资源共享网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN、网络互联概述？网络互联的动力：更大范围的资源共享从OSI/RM层次观点考察网络互联物理层：在电缆段之间复制比特信号（无地址）网络层数据链路层物理层传输层表示层会话层应用层网络层数据链路层物理层传输层表示层会话层应用层物理层中继器、集线器物理层互联从OSI/RM层次观点考察网络互联网络层数据链路层物理层传输网络层数据链路层物理层传输层表示层会话层应用层网络层数据链路层物理层传输层表示层会话层应用层物理层网桥、交换机数据链路层在网段之间转发数据帧（根据物理地址）数据链路