第3章局域网-高殿武

本章学习要求：掌握：局域网的技术特点、组成和分类掌握：IEEE802参考模型、标准系列、令牌媒体访问控制掌握：以太网的物理层和以太网MAC层协议掌握：交换式以太网和VLAN基本概念与技术原理了解：结构化布线和网络操作系统实践:以太网组网实例、VLAN配置第3章局域网3.1局域网概述

局域网具有的几个特征以资源共享为主要目的局域网络的主要功能：（1）信息交换功能

（2）实现资源共享（3）数据信息的快速传输、集中和综合处理（4）提高系统的可靠性（冗余线路与备份设备）

（5）有利于均衡负荷

第3章局域网局域网的技术特点：拓扑结构传输媒体和媒体（介质）访问控制方法3.1.1局域网的技术特点局域网常见的拓扑结构有：星形、总线、环形和树形1．拓扑结构局域网典型的传输媒体有：双绞线、基带同轴电缆、宽带同轴电缆和光纤、电磁波等2．传输媒体媒体访问控制方法是指将传输介质的频带有效地分配给网上各站点的方法就是控制网上各工作站在什么情况下才可以发送数据在发送数据过程中，如何发现问题出现问题后如何处理等目前比较常用的媒体访问控制方法有：CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问）TokenBus（令牌总线）TokenRing（令牌环）等3．媒体访问控制1．局域网的组成局域网由网络硬件和网络软件两部分组成网络硬件主要有：服务器、工作站、传输介质和网络连接部件等。3.1.2局域网的组成和分类网络连接部件主要包括：网卡、中继器、集线器和交换机等交换机采用交换方式进行工作能够将多条线路的端点集中连接在一起，并支持端口工作站之间的多个并发连接，实现多个工作站之间数据的并发传输，可以增加局域网带宽，改善局域网的性能和服务质量接到同一交换机的所有工作站都独享其端口速率

网络软件包括：网络操作系统控制信息传输的网络协议及相应的协议软件大量的网络应用软件等（1）拓扑结构：总线型局域网、环型局域网、星型局域网和混合型局域网等（2）传输介质：有线局域网和无线局域网（3）访问传输介质的方法：以太网、令牌环网、令牌总线

（4）网络操作系统：例如：Windows2000网

（5）按数据的传输速度：10Mbps局域网、100Mbps局域网、千兆局域网等（6）按信息的交换方式：交换式局域网、共享式局域网2．局域网的分类IEEE802标准1985年，IEEE公布了IEEE802标准的5项标准文本同年为美国国家标准局（ANSI）采纳为美国国家标准后来，国际标准化组织（ISO）经过讨论，建议将802标准定为局域网国际标准局域网的拓扑结构简单不需要路由选择协议第三层以上的高层不再涉及实质上是个通信子网3.2局域网体系结构在IEEE802局域网参考模型中主要涉及OSI参考模型的下两层：物理层规定了所使用的信号、编码和传输介质数据链路层IEEE802模型中将数据链路层分解为两个子层：LLC子层：数据链路层的功能与硬件无关的部分MAC子层：与硬件有关的部分局域网的高层功能：由具体的局域网操作系统来实现

3.2.1IEEE802参考模型LLC协议负责局域网数据链路控制数据帧的封装与解封装寻址可靠性：差错控制和流量控制三种服务由高级数据链路控制HDLC派生出来，只是没有标志字段F和帧检验序列FCS

MAC子层负责物理寻址和介质访问控制同一个LLC子层能与其中任何一种访问方式接口

3.2.2IEEE802标准系列OSIIEEE802高层协议IEEE802.10客户在LAN中的安全与保密技术IEEE802.1系统结构与网络互连数据链路层IEEE802.2逻辑链路控制子层LLC介质访问控制子层802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5

TokenRing物理层CSMA/CD介质TokenBus介质TokenRing介质IEEE802.1：LAN体系结构、网络管理和网络互连；IEEE802.2：逻辑链路控制子层的功能；IEEE802.3：CSMA/CD总线介质访问控制方法及物理层技术规范；IEEE802.4：令牌总线访问控制方法及物理层技术规范；IEEE802.5：令牌环网访问控制方法及物理层技术规范；IEEE802.6：城域网访问控制方法及物理层技术规范；IEEE802.7：宽带技术；IEEE802.8：光纤技术；IEEE802.9：综合业务数字子网ISDN技术；IEEE802.10：局域网安全技术；IEEE802.11：无线局域网；IEEE802.15：无线个域网1．令牌环介质访问控制令牌环网采用环型物理拓扑结构IEEE802.5令牌协议

工作方式

单令牌协议优先级位（设定令牌的优先级，最多8级）监控站（环中设置中央监控站可通过令牌监控位执行环维护功能）预约指示器（控制每个结点利用空闲令牌发送不同优先级的数据帧所占用的时间）优点和缺点

FDDI（FiberDistributedDataInterface）3.2.3MAC子层的令牌媒体访问控制2．令牌总线媒体访问控制IEEE802.4定义了令牌总线媒体访问控制方法令牌总线是在物理总线上建立一个逻辑环工作方式优缺点

令牌环网和令牌总线网目前在局域网市场存量很少，但令牌媒体访问控制方式在计算机网络中应用很多

3.3.1载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）1．CSMA方法CSMA的基本思想是：网络上任一站要发送，先监听总线，若总线空闲，则立即发送；若总线正被占有，则等待某一时间间隔后（固定时间或随机时间）再发送这种等待某一时间的做法就叫二进制退避算法

根据监听后的退避策略，CSMA有3种不同的类型：1－坚持

非（N－）坚持

P－坚持

CSMA广泛应用于共享介质的计算机网络中3.3IEEE802.32．CSMA/CD媒体访问控制方法CSMA/CD媒体访问方法用于IEEE802.3的总线型以太网中冲突问题CSMA/CD协议的工作过程为：先听后发边听边发冲突停发（发的过程中检测冲突）随机重发该工作过程是由网卡实现的3．CSMA/CD要注意的问题一是帧的长度要足够以便其在发完之前就能检测到碰撞，否则就失去了意义二是需要一个间隔时间（即冲突检测时间），其大小为往返传播时间与为了强化碰撞而有意发送的干扰序列时间之和最坏情况下，对于基带CSMA/CD来说，检测出一个冲突的时间等于任意两站之间最大传播时延的两倍3.3.2MAC地址与IEEE802.3的MAC帧结构1．MAC地址（1）机构唯一标识符（OUI）（2）I/G表示Individual/Group（3）G/L表示Global/Local，以太网不使用例如:00e0.fc01.2345

（1）前导码与帧前定界符SFD字段

（2）目的地址DA和源地址SA字段（3）长度字段

（4）LLC数据字段（5）帧校验字段

2．IEEE802.3的MAC帧结构串行/并行转换

网卡还要实现以太网的CSMA/CD协议（1）发送数据时（2）在发送数据期间。（3）接收时

小于64字节大于1518字节CRC校验

接收方式

3．以太网卡1．传统以太网

10Base-510Base-210Base-T10Base-F

3.3.3以太网的物理层2．快速以太网（FastEthernet）

100Base-TX（双绞线）100Base-T4（双绞线）

100Base-FX（光纤）IEEE802.3u

3.3.3以太网的物理层3．千兆位以太网（GigabitEthernet）基于光纤信道和短铜线介质系统的千兆位以太网标准IEEE802.3z在1998年获得通过1999年，使用5类双绞线运行千兆以太网的IEEE802.3ab标准，即长铜线介质系统标准1000Base-T也获得了成功1000Base-SX（多模光纤）1000Base-LX（单模光纤）1000Base-CX（屏蔽双绞线）1000Base-T（非屏蔽双绞线）

3.3.3以太网的物理层使用以太网交换机作为中央连接设备的以太网称为交换式以太网。交换式以太网采用星型和多级星型（树型）的物理拓扑结构3.4交换式以太网

3.4.1交换式以太网的基本结构3.4.1交换式以太网的基本结构交换工作方式多个端口交换矩阵并发连接实现多结点间数据的并发传输，因此增加了LAN带宽，改善了LAN的性能与服务质量目前的局域网，往往采用以交换机为关键设备的三级星型结构来建设，集线器通常只用于用户工作站的接入部分

核心层汇聚层（分布层）接入层1．基本原理端口—MAC地址的映射表表中每条记录有两项关键内容：端口和MAC地址基本工作原理

第二层交换机

3.4.2以太网交换机工作原理（1）直接交换方式

（2）存储转发方式（3）改进的直接交换方式交换机包括如下3种帧转发方式2．以太网交换机的基本配置实例

Console口配置

2．以太网交换机的基本配置实例

命令视图：用户、系统、端口

3.5.1虚拟局域网VLAN的概念1．冲突域与广播域

广播风暴

2．VLAN的基本概念VLAN（virturalLAN）就是将局域网的用户或结点划分成若干个“逻辑工作组”。逻辑组的划分不用考虑局域网上用户或结点所处的物理位置，只需考虑用户或结点功能、部门、应用等因素。3.5虚拟局域网VLAN划分VLAN后的交换机收到需要广播的帧，只向它所属的VLAN广播进行VLAN划分时，需要把握如下两点基本原则：（1）当网络中的不同VLAN间进行相互通信时，需要路由的支持。可以采用路由器，也可采用三层交换机来完成（2）利用以太网交换机就可以划分和配置VLAN。1．静态VLAN将以太网交换机上的一些端口划分给一个VLAN。实现：交换机配置3.5.2利用交换机的VLAN划分所谓的动态VLAN是指交换机上的VLAN端口是动态分配的。MAC地址逻辑地址（例如IP地址）数据包的协议类型（例如IP）2．动态VLANIEEE802.1Q虚拟局域网协议允许以太网的帧格式中源MAC地址后面插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记（tag）VLAN标记中最后的12位是该虚拟局域网的VLANID（VLAN号）Access端口和Trunk端口

交换机的端口分为两类的根本原因在于网卡一般无法识别VLAN标识的数据帧。3.5.3VLAN技术特性与配置实例

1．减少网络管理开销部门重组和人员流动2．控制广播流量

3．提供较好的网络安全性

3.5.4虚拟局域网VLAN的优点结构化布线系统（PDS）是指按标准的、统一的和简单的结构化方式编制和布置各种建筑物（或建筑群）内各系统的通信线路

6个子系统

3.6结构化布线系统

对等网安装网卡及驱动程序网络组件的安装

更改计算机名及工作组

设置IP地址

双机互接、集线器星型连接、交换机星型连接Ping、ipconfig域（C/S）参考局域网Windows操作系统相关书籍3.7以太网组网实例

1．Windows类WindowsNT4.0ServeWindows2000Server/AdvanceServerWindows2003Server/AdvanceServer工作站系统可以采用任一Windows或非Windows操作系统，包括个人操作系统，如Windows9x/ME/XP等（1）Windows2000Professional

（2）Windows2000Server

（3）Windows2000AdvancedServer（4）Windows2000DatacenterServer

3.8网络操作系统2．Unix3．Linux

3.8网络操作系统1、局域网的主要特点是什么？并简述其主要功能。2、你对MAC地址是如何理解的？3、简述局域网的基本组成和分类。4、IEEE802局域网体系结构与OSI参考模型有何异同？5、局域网为什么设置介质访问控制子层？6、