数据通信与网络技术 课件 第4章 计算机局域网

第4章局域网技术本章介绍的具体内容局域网的定义和特点局域网的组成局域网协议及模型典型的局域网协议标准常用的局域网技术IPv4地址与子网划分IPv64.1局域网概述局域网发展于20世纪70年代，个人计算机的增多推动了局域网的发展。1975年美国施乐(Xerox)推出的以太网成为了局域网标准。1982年修订推出了DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约IEEE的802.3标准。DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网4.1.1局域网概述定义：局域网是将较小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。局域网的三个属性：（1）局域网是一个通信网络（2）通信设备：计算机、终端等（3）较小区域：可以是一个建筑物内问题：一个校园网是吗？4.1.2局域网的特点1、局域网的典型特性：（1）高数据速率（10Mbps~10000Mbps）（2）范围小（0.1km~25km）（3）低误码率（10-8~10-11）4.1.2局域网的特点2、局域网的优点：(1)组网方便(2)使用灵活(3)信号传输速度快(4)网络建设费用低(5)适合于中小单位的计算机联网1按组网方式分类对等网络客户端/服务器4.1.3局域网的分类2按介质访问控制方式分类4.1.3局域网的分类（1）以太网采用载波监听多路访问/冲突检测介质访问控制方法，通过“监听”和“重传”来解决数据发送和接收中的冲突问题。

（2）令牌网采用“令牌”来让各个结点获得数据发送权，避免数据传输的冲突。3按网络传输技术分类4.1.3局域网的分类（1）基带局域网采用数字信号基带传输技术的局域网，基带信号占据了传输线路的整个频率范围，并且信号具有双向传输的特征。（2）宽带局域网采用模拟信号频带信号传输技术的局域网，通过频分多路复用技术，使得一条信道可同时传输多路模拟信号。由于宽带传输是单向的，因此在宽带局域网中的信号只能沿某个方向进行传输。4.2局域网介质访问控制方法1、局域网参考模型为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层。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局域网介质访问控制方法局域网对LLC子层

是透明的局域网网络层物理层站点1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点2LLC子层看不见下面的局域网IEEE802局域网参考模型各层功能物理层功能：物理连接以及媒体上的传输数据。MAC的主要功能：

1、将上层交下来的数据封装成帧进行发送

（接收时进行相反的过程，将帧拆卸）

2、处理介质争用问题

3、差错检测

4、实现帧的寻址

IEEE802局域网参考模型各层功能LLC的主要功能：

1、建立和释放数据链路层的逻辑连接

2、提供与高层的接口

3、差错控制

4、给帧加上序号

提供面向连接和面向无连接的服务2.局域网IEEE802协议标准系列IEEE802.1---网间互联定义；IEEE802.2---逻辑链路控制协议（LLC）；IEEE802.3---载波侦听多路访问/冲突检测IEEE802.4---令牌总线（Token-Bus）IEEE802.5---令牌环（Token-Ring）IEEE802.6---城域网访问方法和物理层规范……介质访问控制是解决当局域网中公用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。局域网中主要有两种介质访问控制方法：1）随机型介质访问控制协议，如CSMA/CD2）由于的访问控制协议，如令牌方式4.2局域网介质访问控制方法以太网（Ethernet）的工作原理载波侦听多路访问(CSMA)1）站点发送首先监听2）若介质空闲则发送3）若介质忙，则等待一定时间间隔后重试4.2局域网介质访问控制方法IEEE802.3标准三种推迟算法：

1-坚持型：始终监听，空闲发送数据

非坚持型：随机监听，空闲发送数据

P-坚持型：随机监听，p概率发送数据是不是有CSMA机制就能避免冲突了呢？CSMA/CD:载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD的发送流程可以概括为：

先听后发边听边发冲突停止延迟重发结点B结点A结点C结点D结点EEthernet4.2.2载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD的特点（1）共享媒体，任何时刻只有一个结点在发信息（2）竞争，各结点抢占对共享媒体的访问权（3）轻负载时，效率较高（4）重负载时，冲突概率加大，效率低（5）难以测定等待时间，不适合实时传输4.2.3令牌环的工作原理令牌环网工作原理具有特定格式的令牌帧绕环行使；希望发送信息的结点将数据组成MAC帧，并仅在获得令牌之后，才可进行发送动作；每个结点均执行环内数据的转发；只有接收结点进行数据帧的复制和接收；发送数据的结点在收到绕环一周的帧后，撤出该帧并释放令牌。4.2.4令牌总线的工作原理工作原理在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令牌来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成闭合逻辑环路。abcded,c,ac,e,ba,b,ce,a,db,d,e4.3以太网组网技术数据率（Mbps）基带信号(采用曼彻斯特编码基带传输)段最大长度（百米）10Base-54.3.1传统以太网(Ethernet)1.10Base5

粗缆vampiretapBNC端子收发器AUI电缆NIC最大段长度500米每段最多站点数100网络最大跨度2.5公里

10Mbps以太网的中继规则在10Mbps的以太网中，使用5-4-3的规则：总共允许有5个网段；在信道上只允许连接4个转发器；可以有3个网段连接客户机；2.10Base2细缆BNC接头NIC段最大长度185m每段最多站点数30单网段最大长度为185米，最多节点30个两节点之间最小距离0.5米2个网段的距离为370米3.10BaseT集线器的作用相当于一个多端口的中继器（转发器），数据从集线器的一个端口进入后，集线器会将这些数据从其他所有端口广播出去。NIC最大长度100m4.3.2高速局域网背景工作站的处理能力增强各种应用的功能越来越强服务器的集中化文件的大小日益增加网络用户和工作站数目的日益增加1高速以太网100BASE-T高速以太网。100BASE-T的标准为802.3u，作为802.3的补充100BASE-T要求星型布线结构100Base-T的四种标准：100Base-TX：支持2对五类（UTP）100Base-T4：支持4对UTP100Base-T2:支持2对UTP100Base-FX：多模或单模光纤高速以太网的应用使用非屏蔽5类双绞线以星型连接的方式连接以太网节点（工作站和服务器）交换机交换机100Base-TX集线器100Base-TX集线器100Mbps的链路采用5类UTP的100Mbps链路10Base-T集线器10Mbps的链路2千兆以太网千兆以太网产生的背景千兆以太网保留传统的1000Base-T的所有特征GigabitEthernet标准的工作是从1995年开始1000M交换机交换机100M交换机1000M1000M100M100M10M交换机10M服务器2千兆以太网4.3.3虚拟局域网（VLAN）4.3.4无线局域网4.4IP地址与子网划分4.4.1IP地址(IPv4)1、什么是IP地址？Internet采用一种全局通用的地址格式，为每一个网络和每一台主机分配一个IP地址，以此屏蔽物理网络地址的差异。通过IP协议，把主机原来的物理地址隐藏起来，在网络层中使用统一的IP地址。2.IP地址的编址规则IP地址由32比特组成，包括两个部分：网络号（包括地址类别）和主机号；3.IP地址的表示方法IP地址以32个二进制形式表示。为便于用户阅读和理解IP地址，采用“点分十进制”表示方法。将IP地址分为4个字节（每个字节8个比特），且每个字节用十进制表示，并用点号“．”隔开。4.IP地址的类型Internet的IP地址分为五种类型：A类、B类、C类、D类和E类网络号主机号网络号主机号网络号主机号多播地址预留01011011101111字节1字节2字节3字节4A类B类C类D类E类编址准则分配A、B、C类地址网络ID中的第一个数不能为127主机ID不能全为“1”（广播地址）主机ID不能全为“0”（网络地址）主机ID对于本地网络ID必须是惟一的（1）A类地址网络数：27－2＝126每个网络包含的主机数：224－2＝1677214（2）B类地址网络数：214-1＝16383每个网络包含的主机数：216－2＝65534（3）C类地址网络数：221-1＝2097151每个网络包含的主机数：28－2＝254常用的三种类别的IP地址IP地址的使用范围

练习：IP地址识别地址类别网络主机10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64256.241.201.10A10.0.0.00.2.1.1B128.63.0.00.0.2.100C201.222.5.00.0.0.64不存在（4）D类地址和E类地址D类地址用于多播：同时把数据发送给一组主机。D类地址的范围是224.0.0.0～239.255.255.255。E类地址为将来预留的，同时也可以用于实验目的，它们不能被分配给主机。几种特殊的IP地址广播地址：主机地址各位均为“1”的IP地址。如：192.168.1.255有限广播地址：255.255.255.255“0”地址：0.0.0.0，表示整个网络。回送地址：用于网络软件测试以及本地机进程间通信的地址，是网络地址为127开头的地址。如：127.0.0.16、内部网可选的地址IETF已经分配了具体的A类、B类和C类的留用地址供单位内部网使用，又称私有地址（Privateaddress）属于非注册地址，这些地址为：A类：10.0.0.0～10.255.255.255B类：172.16.0.0～172.31.255.255C类：192.168.0.0～192.168.255.2554.4.2子网掩码和子网划分1、子网掩码子网掩玛是一个“点分十进制”表示的32位二进制数通过子网掩码，可以指出一个IP地址中的网络地址和主机地址。子网掩码的取值：对应于IP地址中网络地址的位：“1”对应于IP地址中主机地址的位：“0”地址类型点分十进制表示(默认)子网掩码的二进制位(默认)A255.0.0.011111111000000000000000000000000B255.255.0.011111111111111110000000000000000C255.255.255.0111111111111111111111111000000002、子网掩码的两大功能

(1）确定IP地址的网络地址和主机号

（2）划分子网4.4.2子网掩码和子网划分3子网划分能够使单个网络地址横跨几个物理网络，这些物理网络统称为子网。172.17.15.20172.17.15.156172.17.20.53······Internet172.17.20.54172.17.20.82172.17.20.131172.17.32.32172.17.32.125172.17.32.126····172.17.15.0172.17.20.0172.17.32.0站点172.17.0.0子网子网子网路由器(IP地址)AND(子网掩码)=网络地址网络号net-id主机号host-id两级IP地址网络号三级IP地址主机号net-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码子网的网络地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-id0逐位进行AND运算【例】已知IP地址是192.9.200.13，子网掩码是255.255.255.0。试求网络地址与主机地址。141.14.01000000

1111111111111111

11000000【例】已知IP地址是141.14.72.24，子网掩码是255.255.192.0。试求网络地址。

(a)点分十进制表示的IP地址(c)子网掩码是255.255.192.000000000141.14.

72.24141.14.64.0.001001000141.14..24(b)IP地址的第3字节是二进制(d)IP地址与子网掩码逐位相与(e)网络地址（点分十进制表示）如何划分子网确定子网掩码的步骤：第一步：确定物理网段的数量，并将其转换为二进制数，并确定位数n。如：你需要6个子网，6的二进制值为110，共3位,即n=3；第二步：按照你ip地址的类型写出其缺省子网掩码。如C类，则缺省子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000；第三步：将子网掩码中与主机号的前n位对应的位置置1，其余位置置0。若n=3则为如何划分子网C类地址：则得到子网掩码为11111111.11111111.11111111.11100000化为十进制得到255.255.255.224B类地址：则得到子网掩码为11111111.11111111.11100000.00000000化为十进制得到255.255.224.0A类地址：则得到子网掩码为11111111.11100000.00000000.00000000化为十进制得到255.224.0.0另：由于网络被划分为6个子网，占用了主机号的前3位，若是C类地址，则主机号只能用5位来表示主机号，因此每个子网内的主机数量＝（2的5次方）－2＝30子网划分练习题1、已知B类地址189.226.0.0/16按要求划分为6个子网。写出应该采用什么子网掩码？划分好的每个子网的网络地址是什么？每个子网可用的IP地址范围是什么？子网划分练习题子网划分练习题练习题：.我校有6大系，机械系最大，有电脑55台，数控旅游系最小，只有18台电脑，其它各系