第04章-局域网原理.ppt

1、计算机网络基础及应用,计算机网络基础及应用教学课件（2011年使用）,计算机网络基础及应用,第4章 局域网基本工作原理,计算机网络基础及应用,本章学习要求： 了解：局域网的技术特点 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念 掌握：共享介质局域网的工作原理 掌握：高速局域网的工作原理 掌握：交换式局域网的工作原理 了解：虚拟局域网的工作原理 了解：无线局域网的工作原理,计算机网络基础及应用,4.1 局域网的技术特点,局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园等有限范围内的计算机连网的需求； 局域网提供高数据传输速率（10100Mbps）、低误码率的

2、数据传输环境，数据传输速率高达1Gbps的高速局域网正在发展中； 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法； 从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。,计算机网络基础及应用,4.2 局域网拓扑结构类型与特点,4.2.1 总线型拓扑结构 总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式； 所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上； 总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线； 所有结点可以通过总线以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突”不可避免； “冲突”会造成传输失败； 多个结点访问总线的介质访问控制问题的解决。 （MA

3、C， Medium Access Control）,计算机网络基础及应用,总线型局域网的拓扑结构,计算机网络基础及应用,总线型拓扑的优点： 结构简单，实现容易； 易于扩展，可靠性较好。,计算机网络基础及应用,4.2.2 环型拓扑结构,结点使用点-点线路连接，构成闭合的物理环型结构； 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； 多个结点共享一条环通路； 环建立、维护、结点的插入与撤出。,计算机网络基础及应用,4.2.3 星型拓扑结构,逻辑结构与物理结构的关系 交换局域网(Switched LAN)的物理结构,计算机网络基础及应用,4.3 IEEE 802模型与协议 ( IEEE:电气与电子工程师协会）,

4、4.3.1 传输介质类型与介质访问控制方法 局域网的传输介质类型： 同轴电缆 双绞线 光纤 无线通信信道,计算机网络基础及应用,介质访问控制方法: 带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD） 令牌总线（Token Bus） 令牌环（ Token Ring） 介质访问控制方法要解决以下几个问题： 该哪个结点发送数据？ 发送时会不会出现冲突？ 出现冲突怎么办？,计算机网络基础及应用,4.3.2 IEEE 802参考模型,IEEE 802 参考模型与OSI参考模型的关系,计算机网络基础及应用,IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为IEEE 802标准； IEEE 802标准

5、之间的关系,计算机网络基础及应用,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.1 以太网的工作原理 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,计算机网络基础及应用,CSMA/CD流程图,计算机网络基础及应用,CSMA/CD的工作原理,计算机网络基础及应用,4.4.2 令牌总线的工作原理,计算机网络基础及应用,Token Bus的环维护工作： 环初始化 新结点加入环 结点从环中撤出 环恢复 优先级 Token Bus的主要特点： 介质访问延迟时间有确定值； 通过令牌协调各结点之间的通信关系，各结点之间不发生冲突，重负载下信道利用率高； 支持优先级服务。,计算机网

6、络基础及应用,4.4.3 令牌环的工作原理,计算机网络基础及应用,Token Ring方式的优点： 环中结点访问延迟确定 适用于重负载环境 支持优先级服务 Token Ring方式的缺点： 环维护工作复杂 实现比较困难,计算机网络基础及应用,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.1 高速局域网的研究方法 推动局域网技术发展的因素： 个人计算机的广泛应用。在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍； 基于Web的Internet/Intranet应用要求更高的带宽； 在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。,计算

7、机网络基础及应用,传统共享式局域网的缺点,传统局域网技术建立在“共享介质”基础上，典型的介质访问控制方法是CSMA/CD、Token Ring、Token Bus； 介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质； 每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少； 网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。,计算机网络基础及应用,高速局域网的研究方法,第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：10Mbps100Mbps10Gbps ； 第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥 或路由器互连的

8、子网，导致局域网互连技术的发展； 第三种方案：将“共享介质方式”改为“交换方式”， 导致“交换式局域网”技术的发展。,计算机网络基础及应用,共享介质与交换局域网工作原理的区别,计算机网络基础及应用,局域网产品类型与相互之间的关系,计算机网络基础及应用,4.5.2 光纤分布式数据接口,计算机网络基础及应用,FDDI主要技术特点,使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议； 使用 802.2协议，与符合 802标准局域网兼容； 数据传输速率为100Mbps，连网的结点数最大为1000，环路长度为100km ； 可以使用双环结构，具有容错能力； 可以使用多模或单模光纤； 具有动态分配带宽的能力，能

9、够支持同步和异步数据传输。,计算机网络基础及应用,FDDI主要应用环境,计算机机房网 办公室或建筑物群的主干网 校园网的主干网 多校园的主干网,计算机网络基础及应用,4.5.3 快速以太网,快速以太网又称为Fast Ethernet，它的传输速率比普通Ethernet快10倍，数据传输速率达到了100Mbps； Fast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法； 每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns； 1995年9月，IEEE 802委员会正式批准了Fast Ethernet标准IEEE 802.3u。,计算机网络基础及应用,Fast Ethernet的协议结

10、构,计算机网络基础及应用,4.5.4 千兆以太网,用Ethernet组建企业网的全面解决方案： 桌面系统采用传输速率为10Mbps的Ethernet； 部门级网络系统采用传输速率为100Mbps的Fast Ethernet； 企业级网络系统采用传输速率为1000Mbps的Gigabit Ethernet。,计算机网络基础及应用,Gigabit Ethernet的协议结构,计算机网络基础及应用,4.6 交换式局域网的工作原理,4.6.1 交换式局域网的基本结构,计算机,计算机网络基础及应用,4.6.2 局域网交换机的工作原理,计算机网络基础及应用,4.6.3 局域网交换机的技术特点,低交换延迟

11、支持不同的传输速率和工作模式 支持虚拟局域网服务,计算机网络基础及应用,4.7 虚拟局域网的工作原理,4.7.1 虚拟网络的概念 虚拟网络建立在局域网交换机之上; 以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理; 逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制; 一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。,计算机网络基础及应用,4.7.2 虚拟局域网的实现技术,计算机网络基础及应用,虚拟局域网的组网方法,用交换机端口号定义虚拟局域网 用 MAC地址定义虚拟局域网 用网络层地址定义虚拟局域网 IP广播组虚拟局域网,计算机网络基础及应用,用交换机端口号定义虚拟局域

12、网成员,计算机网络基础及应用,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.1 无线局域网的应用 作为传统局域网的扩充 建筑物之间的互连 漫游访问 特殊网络,计算机网络基础及应用,典型的无线局域网结构,计算机网络基础及应用,4.8.2 无线局域网的主要类型,红外线局域网 定向光束红外传输技术 全方位红外传输技术 漫反射红外传输技术 扩频局域网 跳频通信 直接序列扩频 窄带微波局域网 申请执照的窄带RF 免申请执照的窄带RF,计算机网络基础及应用,4.8.3 无线局域网标准,IEEE 802.11基本结构模型,计算机网络基础及应用,例题：有一台10M共享集线器和一台10M交换机分别接了10台计算机（10

13、Mbps），分别求： 1）集线器每端口瞬时带宽、平均带宽、设备的总带宽2）交换机每端口瞬时带宽、平均带宽、设备的总带宽,解： 1）集线器每端口瞬时带宽=10Mbps 平均带宽=总带宽/端口数=10Mbps/10=1Mbps 总带宽=10Mbps 2) 交换机每端口瞬时带宽=10Mbps 平均带宽=10Mbps 总带宽=10Mbps*10=100Mbps,计算机网络基础及应用,4.9 小结,局域网的设计目标是覆盖有限的地理范围，在基本通信机制上选择与广域网不同的方式，从存储转发方式改变为共享介质与交换方式； 局域网在拓扑结构上主要分为总线型、环型与星型结构三种；在网络传输介质上主要采用双绞线、同轴电缆与光纤，但目前无线局域网的发展很快； 从介质访问控制方法的角度，局域网可以分为共享介质式局域网与交换式局域网两类； 目前应用最广泛的局域网是以太网Ethernet，它的核心技术是随机争用共享介质的访问控制方法，即CSMA/CD方法；,计算机网络基础及应用,随着各种应用对局域网带宽有更高要求，传输速率为100Mbps与1Gbp