数据通信技术 课件 任务2.1 认识局域网络

数据通信技术任务2.1认识局域网络一、局域网的模型、标准20世纪80年代初，IEEE802委员会制定了局域网标准局域网标准涉及了OSI的物理层和数据链路层，并将数据链路层又分成了链路控制与介质访问控制两个子层IEEE802OSI/RM应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层物理层MAC层LLC层高层一、局域网的模型、标准IEEE802局域网参考模型中的物理层的功能与OSI参考模型中的物理层的功能相同：实现比特流的传输与接收以及数据的同步控制等局域网物理层一、局域网的模型、标准IEEE802还规定了局域网物理层所使用的信号与编码、传输介质、拓扑结构和传输速率等规范局域网物理层一、局域网的模型、标准局域网数据链路层LAN的数据链路层逻辑链路控制子层（LLC）介质访问控制子层（MAC）LLC和MAC共同完成类似OSI数据链路层的功能一、局域网的模型、标准局域网数据链路层MAC子层LLC子层负责介质访问控制机制的实现即处理局域网中各站点对共享通信介质的争用问题不同类型的局域网通常使用不同的介质访问控制协议同时MAC子层还负责局域网中的物理寻址负责屏蔽掉MAC子层的不同实现机制将其变成统一的LLC界面向网络层提供一致的服务一、局域网的模型、标准IEEE802体系802.10可互操作的局域网的安全机制802.2逻辑链路控制…802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.8FDDI802.11WLAN802.1体系结构、网络互联数据链路层物理层二、局域网的介质访问控制传统的局域网是“共享”式局域网在共享介质的局域网网络环境中，如果共享介质环境中的多个节点同时发送数据时就会产生冲突（collision），冲突会导致数据传输失效，因而需要提供解决冲突的介质访问控制机制二、局域网的介质访问控制

传统局域网是将许多计算机都连接到一根总上，当初认为这样的连接方法既简单又可靠，能够利用广播的方式实现点对点通信。如下图站点B如果想要跟D发送数据，那么这个总线上的所有人都会听到B的数据，但是只有D会接收该数据，应为这个帧的目标地址是D自己。B向

D发送数据CD

AE不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据这是因为这个帧的目的地址是D的二、局域网的介质访问控制在这个信道中B和E差不多“同时”发送数据帧，又如何？二、局域网的介质访问控制B向

D发送数据CDAEBE向A

发送数据碰撞当两个帧同时进入到共享信道中会发生碰撞，如下图所示。导致两个帧互相干扰，帧被破坏，若两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。局域网中目前广泛采用的两种介质访问控制方法是：二、局域网的介质访问控制（1）争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问控制协议，如CSMA/CD方式。（2）确定型介质访问控制协议，又称有序的访问控制协议，如Token（令牌）方式。二、局域网的介质访问控制站点装配帧并准备发送总线忙启动发送帧冲突吗？否发送完成？发送成功是发送冲突加强信号冲突次数累加1冲突次数＞16？是是发送失败等待随机延迟时间后再发送计算后退延迟时间是否否否CSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问机制CSMA/CD的工作流程：二、局域网的介质访问控制工作流程可以概括为：01先听后发02边听边发03冲突停发04延迟重发二、局域网的介质访问控制先听后发第一步：每台站点的网卡先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。否则转到第2步。第二步：如果媒体信道忙（有载波），则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，就进行发送。边听边发第三步：在发送过程中，继续侦听信道。二、局域网的介质访问控制冲突停发第四步：发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串干扰信号，通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。延迟重发第五步：已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。二、局域网的介质访问控制令牌访问控制，通过在环路上传递权限令牌，决定谁有权限发送信息。ABCD(a)令牌在环中传输ABCD(b)A删除令牌，发送帧给c(c)发送帧回到A，A清除该帧ABCDABCD(d)A发送完成，释放令牌（1）首先进行环的初始化（建立一逻辑环），然后产生一空令牌，在环上流动。（2）希望发送帧的站必须等待，直到它检测到空令牌的到来。（3）想发送的站拿到空令牌后，首先将其置为忙状态，该站紧接着向令牌的后面发送一个数据帧。二、局域网的介质访问控制令牌访问控制工作流程二、局域网的介质访问控制令牌访问控制工作流程（5）数据沿途经过的每个站环接口都将该帧的目地地址和本站的地址相比较，如果地址符合，则将帧放入接收缓冲区，再送入本站，同时帧将在环上继续流动；若地址不符合，环接口只将数据帧转发。（4）当令牌忙时，由于网上无空令牌，所有想发送数据帧的站必须等待。二、局域网的介质访问控制令牌访问控制工作流程（6）发送的帧沿环循环一周后再回到发送站，由发送站将该帧从环上移去，同时释放令牌（将其状态改为“闲”）发到下一站。三、以太网技术以太网(Ethernet)是指由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，它规定了包括物理层的连接、信号处理方法和介质访问控制方式等内容。以太网的概述三、以太网技术以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准如令牌环和FDDI。以太网的概述三、以太网技术1.1972年Xerox公司帕克研究所研究员鲍勃梅特卡夫开发出基于ALOHA思想的实验性局域网络，传输速率达到2.94Mbps，并于次年命名为Ethernet。以太网的诞生和发展三、以太网技术2.1980年，Xerox、DEC与Intel联合发布EthernetV1.0规范。次年发布EthernetV2.0规范。以太网的诞生和发展三、以太网技术3.1982年以太网被IEEE接纳，在EthernetV2.0规范基础上发布了IEEE802.3标准。以太网的诞生和发展三、以太网技术以太网的诞生和发展4.1990年以太网的10BASE-T标准发布，双绞线成为以太网的新介质，同年以太网交换机问世。三、以太网技术

以太网v2的帧格式由14字节帧头、网络层数据包和4字节做校验的帧尾组成，帧头6字节的源MAC地址和目标MAC地址用于标识局域网中发送站点和接收站点的“名字”，type字段用于指明上层数据的协议类型。以太网帧格式三、以太网技术数据链路层网络层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500MAC帧数据链路层常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIXEthernetV2标准IEEE的802.3标准网络层数据包现在使用的MAC帧是以太网V2的格式。以太网帧格式三、以太网技术10Mbps以太网又称为标准以太网，由IEEE802.3定义。在总线型拓扑结构中，所有用户共享10Mbps的带宽。在交换式LAN中，每个交换机端口都可以看成是一个以太网总线，这种连接方式可以提供全双工的连接，此时，带宽可以达到20Mbps。标准以太网三、以太网技术常见标准以太网标准10BASE-510BASE-210BASE-T10BASE-F数据速率（Mbps）10101010网段的最大长度500m185m100m2000m网络介质粗同轴电缆粗同轴电缆UTP光缆拓扑结构总线型总线型星型点对点三、以太网技术快速以太网技术100BASE-T由10BASE-T标准以太网发展而来，主要解决网络带宽在局域网络应用中的瓶颈问题。其协议标准为IEEE802.3u，可支持100Mbps的数据传输速率，并且与10BASE-T一样可支持共享式与交换式两种使用环境，在交换式以太网环境中可以实现全双工通信。LLC子层MAC子层LLC802.2100BASE-TCSMA/CDMII100BASE-TX100BASE-T4100BASE-FX数据链路层物理层快速以太网体系结构快速以太网三、以太网技术物理层协议名称线缆类型及连接器线缆对数最大分段长度编码方式主要优点100BASE-T43/4/5类UTP4对（3对用于数据传输，1对用于冲突检测）100m8B/6T用于在3类非屏蔽双绞线上实现100Mbps的数据传输速率100BASE-TX5类UTP/RJ-45接头1类STP/DB-9接头2对（1、2针用于发送数据，3、6针用于接收数据）5、9针发送数据1、6针接收数据100m4B/5B支持全双工通信100BASE-FX62.5μm/125μm多模光纤8μm/125μm单模光纤ST、SC等光纤连接器2芯半双工方式下2km，全双工方式下40km4B/5B支持全双工、长距离通信快速以太网的3种物理层标准三、以太网技术千兆以太网随着多媒体技术、高性能分布计算和视频应用等的不断发展，用户对局域网的带宽提出了越来越高的要求，在这种需求的驱动下，IEEE于1998年6月正式公布了关于千兆以太网的标准三、以太网技术千兆以太网IEEE802．3z标准定义了千兆以太网，IEEE802．3ab标准专门定义了双绞线上的千兆以太网规范三、以太网技术千兆以太网千兆以太网有自动协商的功能，可以进行半双工或全双工流量控制以及速率的协商千兆以太网保留了传统以太网的大部分简单特征，以1000Mbps／2000Mbps的带宽提供半双工／全双工通信三、以太网技术千兆以太网定义了一系列物理层接口标准：1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-T、1000BASE-CX等。千兆以太网体系结构LLC子层MAC子层LLC802.2802.3x全双工/流量控制协议CSMA/CD半双工方式GMII1000BASE-X8B/10B编码解码器数据链路层物理层1000BASE-TPAM5编码解码器1000BASE-LX1000BASE-SX1000BASE-CX1000BASE-T三、以太网技术千兆以太网主要作为校园局域网的主干网和企业局域网的主干网，也用于电信服务商、广电服务商的城域网。千兆以太网应用千兆以太网用于校园的主干网三、以太网技术图中，千兆以太网交换机1是网络的核心交换机，设在网络的根部。网络中访问服务器的数据、通过路由器进出网关的数据、汇聚层交换机之间的数据交换都通过核心层交换机完成交换。千兆以太网交换机1、服务器、路由器、硬件防火墙安放在核心层机房，服务器、路由器通过电接口1GBASE-CX、STP双绞线与千兆以太网交换机1连接。千兆以太网应用①核心层网络三、以太网技术千兆以太网交换机2-1、千兆以太网交换机2-n是汇聚层交换机，通常设在各栋楼内，内部连接各个楼层的交换机，外部连接核心层交换机。其功能是汇聚楼内的数据，或散发到达本栋楼的数据流量。千兆以太网交换机1、千兆以太网交换机2-1、千兆以太网交换机2-n，通过1GBASE-LX物理层光接口、单模光纤互连，组成校园的传输主干网。千兆以太网应用②汇聚层网络三、以太网技术