计算机网络技术第四章复习课件

局域网简称LAN,是一种地理范围有限的各种计算机设备互联在一起的计算机通信系统。局域网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人计算机和工作站，以便共享资源和交换信息。局域网通常包括服务器、工作站、交换机或集线器、通信传输介质和网卡等硬件设备，还包括网络操作系统、应用软件等网络软件。1.2局域网的分类1、按拓扑结构分：局域网可分成总线型、树型、环型和星型。2、按传输媒体分：可分为有线网和无线网两类。有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网，而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。3、按媒体访问控制分：主要可分为以太网（Ethernet）、令牌环网(TokenRing)、FDDI光纤环网、异步传输模式（ATM网）等。决定局域网性能的因素决定局域网特征的主要技术：拓扑结构传输介质介质访问控制方法三种技术决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络特征。总线型局域网中的“冲突”

在“共享介质”的总线型拓扑结构的局域网中，必须解决多个节点访问总线的介质访问控制问题。三、环型拓扑结构

所有节点使用相应的网络适配器连接到共享的传输介质上，通过点到点的连接构成封闭的环路。环路中的数据沿着一个方向绕环逐节点轮流发送数据。在环型拓扑中，虽然也是多个节点共享一条环通路，但不会出现冲突。对于环型拓扑的局域网，网络的管理较为复杂，与总线型局域网相比，可扩展性较差。四、星型拓扑结构

在星型拓扑中存在一个中心节点，每个节点通过点到点线路与中心节点连接。在局域网中，由于使用中央设备的不同，局域网的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构不同。使用集线器连接所有计算机时，是一种具有星型物理连接的总线型拓扑结构；使用交换机时，是真正的星型拓扑结构。一、带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）CSMA协议（载波侦听多路访问）总线有两个状态：“空闲”和“忙”每个站点在使用总线发送数据帧之前首先监听总线，查看总线是否处于“空闲”状态，如果总线“忙”就继续等待，继续监听，一直到总线“空闲”要发送数据帧的站点在监听到总线“空闲”时，开始发送数据帧CD技术（带有冲突检测）在使用CSMA协议时，有可能会出现两个或两个以上的站点同时监听到总线“空闲”的情况，此时这些站点将同时开始发送数据帧，出现这种情况时，总线会发生冲突，导致所有站点的发送全部失败每个站点在发送数据后必须检测是否发生了冲突在发生冲突的情况下，站点使用二进制指数退避算法重发数据帧CSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为：先听后发、边听边发、冲突停发、延迟重发。二、令牌环（TokenRing）

在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环的令牌。网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的LAN中不会产生冲突。TokenRing的特点由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲突，因此称它是一种确定型的介质访问控制方法，而且每个节点发送数据的延迟时间可以确定。在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低。在重负载时，对各节点公平，且效率高。采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的优先级，具有高优先级的节点可以先发送数据，比如某个节点需要传输实时性的数据，就可以申请高优先级。三、令牌总线（TokenBus）

令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环。从物理连接上看，它是总线结构的局域网，但逻辑上，它是环型拓扑结构。连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数据后，就要将令牌传送给下一个节点。逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层：完成通常意义下的数据链路层功能媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层：负责解决共享信道问题；与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的4.2局域网体系结构与标准一、物理层 IEEE802参考模型的物理层对应于OSI的物理层，实现功能包括：确保二进制位正确传输二、MAC子层 主要功能是管理和控制对局域网传输介质的访问，进行合理的信道分配，解决信道竞争问题。 MAC的实例如令牌环网（802.5）、以太网（802.3）等IEEE委员会为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE802标准。1、IEEE802.1—局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联

2、IEEE802.2—逻辑链路控制LLC

3、IEEE802.3—CSMA/CD访问方法和物理层规范，主要包括如下几个标准：

IEEE802.3u—100Mbps快速以太网标准，现已合并到802.3中；

IEEE802.3z—光纤介质千兆以太网标准规范；

IEEE802.3ab—传输距离为100米的5类无屏蔽双绞线介质千兆以太网标准规范；

4、IEEE802.4—TokenBUS（令牌总线）。

5、IEEE802.5—TokenRing（令牌环）。

6、IEEE802.6—城域网访问方法和物理层规范。

7、IEEE802.7—宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。

8、IEEE802.8—光纤技术咨询和物理层课题。

9、IEEE802.9—综合声音／数据服务的访问方法和物理层规范。

10、IEEE802.10—安全与加密访问方法和物理层规范。

11、IEEE802.11—无线局域网访问方法和物理层规范，包括：

IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c和IEEE802.11g标准。

12、IEEE802.12—100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物理层规范。13、IEEE802.13:基于有限电视的广域通信网。以太网的分类和发展一、标准以太网开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是CSMA／CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。采用广播机制采用CSMA/CD媒体访问机制无集中式的管理措施10Mbps以太网家族主要包括：10Base-510Base-210Base-T10Base-F10Base-T集线器的工作原理：集线器并不处理或检查其上的通信量，仅通过将一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质。如果一个节点发出一个信息，集线器会将这个信息传播给所有同它相连的节点。

集线器的工作特点：

集线器多用于小规模的以太网，由于集线器一般使用外接电源（有源），对其接收的信号有放大处理。在某些场合，集线器也被称为“多端口中继器”。

10Base-F参数网络10Base-210Base-510Base-T10Base-F网段最大长度185m500m100m2000m网络最大长度925m2500m4个集线器2个光集线器网站间最小距离0.5m2.5m网段的最多结点数30100拓扑结构总线型总线型星型星型传输介质细同轴电缆粗同轴电缆3类UTP多模光纤连接器BNC-TAUIRJ-45ST或SC最多网段数5553二、快速以太网随着网络的发展，用户对局域网带宽提出了更高的要求。快速以太网的传输速率是普通以太网的十倍，保留传统以太网的所有特征，只是将每个比特的发送时间由100ns减少到10ns。4.3.2快速以太网100BASE-T1)FastEthernet的数据传输速率达到了100Mb/s；2)FastEthernet与以太网的帧格式、介质访问控制方法与组网方法相同，在物理层做必要调整，定义了物理层标准100BASE-T。100BASE-T定义了介质专用接口MII，他将MAC子层与物理层分隔开。3)每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns；4)1995年9月FastEthernet标准IEEE802.3u。以太网的技术特性1、以太网是基带网，它采用基带传输技术。2、以太网的标准IEEE802.3，它使用CSMA/CD访问方法。3、以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体和带宽。当利用率到达40%时，网络的响应速度明显降低。4、以太网是广播式网络，因此，它具有广播式网络的全部特点。5、以太网的数字信号采用曼切斯特编码方案，快速以太网采用4B/5B编码方案。6、以太网支持传输介质类型有50欧基带同轴电缆/无屏蔽双绞线和光纤。7、以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星型。8、以太网标准传输速率为10Mbps、100Mbps、1000Mbps。9、以太网是可变长帧，长度为64—1514B。10、以太网技术先进、简单。11、以太网技术成熟，价格低廉、易扩展、易维护、易管理。FDDI网络

光纤分布数据接口FDDI是计算机网络技术向高速发展阶段的第一项高速网络技术，是成熟的LAN技术中传输速率最高的一种，设计用于实现高速计算机和外部设备间的高速互连，包括LAN和其他网络的互连。是一个使用光纤介质传输数据的高性能环形局域网。由于FDDI站点管理过于复杂，实际应用主要是主干网。光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：

1、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM，最大站间距离为200KM。

2、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mb/s。

3、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。

4、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。

1、FDDI的基本结构由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环。一个环为主环，另一个环为备用环。一个顺时针传送信息，另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生故障时，通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。

双连接站（DAS）：连接到主环和次环两个环路上，当一个环路出现故障时，DAS能转换到无故障的环上。3、FDDI操作原理

FDDI在MAC子层采用与IEEE802.5类似的令牌传送方式作为介质访问制方法，FDDI采用令牌传递的方法，实现对介质的访问控制。这一点与令牌环类似。不同的是，在令牌环中，数据帧在环路上绕行一周回到发送结点后，发送结点才释放令牌，在此期间，环路上的其他结点无法获得令牌，不能发送数据。所以，在令牌环网中，环路上只有一个数据帧在流动。在

FDDI中，在令牌释放上采用了早期令牌释放ETR技术，发送数据的结点在截获令牌后，可以发送一个或多个数据帧，当数据发送完毕，或规定时间用完，则立即释放令牌，而不管发出的数据帧是否绕行一周回到发送结点。这样，在数据帧还没有回到发送它的结点且被清除之前，其他结点有可能截获令牌，并且发送数据帧。所以，在FDDI的环路中可能同时有多个结点发出的数据帧在流动。这样提高了信道的利用率，增加了网络系统的吞吐量。共享式以太网存在的弊端：由于所有的节点都接在同一冲突域中，不管一个帧从哪里来或到哪里去，所有的节点都能接受到这个帧。随着节点的增加每个节点能分到的带宽减少，而且大量的冲突将导致网络性能急剧下降。共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户都可能同进“争用”一个信道，而一个通道在某一时刻只充许一个用户占用，所以大量的经常处于监测等待状态，致使信号在传送时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。交换式以太网中，交换机供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图将信息同时发往同一目的端口，否则各个源端口与各自的目的端口之间可同时进行通信而不发生冲突。交换机只是在工作方式上与集线器不同，其它的连接方式、速度选择等则与集线器基本相同。

交换机是一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以"学习"MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

交换机的主要功能：

·学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

·转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。消除回路△交换式以太网

核心设备是局域网交换机，可以在多个端口之间进行并发连接。交换式结构：

在交换式以太网中，交换机根据收到的数据帧中的MAC地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽，因此节点就不担心自己发送的帧在通过交换机时是否会与其他节点发送的帧产生冲突。

为什么要用交换式网络替代共享式网络：

·减少冲突：交换机将冲突隔绝在每一个端口，避免了冲突的扩散。

·提升带宽：接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽，而不是各个节点共享带宽。△交换机的分类：

依照交换机处理帧的不同的操作模式，主要可分为两类。存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行检错，如无错误再将这一帧发向目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧，而无需等待帧全部的被接收，也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。注意：直通式的转发速度大大快于存储转发模式，但可靠性要差一些，因为可能转发冲突帧或带CRC错误的帧。4.6.1虚拟局域网结构虚拟局域网（逻辑网）是以交换式网络为基础，把网络上的用户（终端设备）分为若干个逻辑工作组，每个逻辑工作组就是一个虚拟网络（VirtualNetwork，VLAN）。VLAN并不是一种新型的局域网技术，而是交换网络为用户提供的一种服务。VLAN使用的技术标准：IEEE802.1QSoftEther4.6虚拟局域网4.6.2虚拟局域网组网方法1.基于交换机端口划分的VLAN

这种划分是把一个或多个交换机上的几个端口划分一个逻辑组，这是最简单、最有效的划分方法。

2. 基于MAC地址划分的VLAN

优点：方便网络用户的物理位置的移动。

缺点：在大型网络中，初始工作量非常大。

基于网络层地址划分VLAN

根据网络设备的网络层地址来确定的VLAN成员。用交换机的VLAN来取代路由器的子网。不用更改配置，方便网络节点的随意移动。

1.无线局域网的接入设备①无线网卡：是无线终端（结点）接入网络的主要部件。②无线接入点：AP，是一切可接入设备的综合称谓，如无线AP、无线网桥、无线路由器、无线网关等各类无线设备。4.7无线局域网无线局域网的工作模式

无线局域网的拓扑结构分为无中心和有中心。

（1）

无中心模式无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点均可直接通信，一般使用公用广播信道