第6章 局域网技术.ppt

1、第6章,局域网技术,6.1 局域网的组成与分类,局域网（Local AreaNetwork，简称LAN）是将小区域内的各种通讯设备互连在一起的通信网络。 局域网从20世纪60年代末70年代初开始起步，经过30多年的发展，已越来越趋于成熟，其主要特点：是形成了开放系统互连网络，网络走向了产品化、标准化；许多新型传输介质投入实际使用，以数据传输速率达100Mbit/s以光缆为基础的FDDI技术和双绞线为基础的100BASE-T等技术已日趋成熟，投入商用；局域网的互连性越来越强，各种不同介质、不同协议、不同接口的互连产品已纷纷投入市场；微计算机的处理能力增强很快，局域网不仅能传输文本数据，而且可以传

2、输和处理话音、图形、图象、视象等媒体数据。,局域网络的三个属性,从局域网的定义可引出局域网络的三个属性： （1）局域网是一个通信网络，从协议层次的观点看，它包含着下三层的功能。将链接到局域网的数据通信设备加上高层协议和网络软件组成为计算机网络，我们称为计算机局域网。 （2）这里指的数据通信设备是广义的，包括计算机、终端、各种外围设备等。 （3）这里指的小区域可以是一个建筑物内，一个校园或者大至几十公里直径范围的一个区域。,局域网分类,一个局域网属于什么类型要看采用什么样的分类方法。由于存在着多种分类方法，因此一个局域网可能属于多种类型。对局域网进行分类经常采用以下方法：按拓扑结构分类、按传输介

3、质分类、按访问介质分类和按网络操作系统分类等。 1按拓扑结构分类：局域网经常采用总线型、环型、星型和混和型拓扑结构，因此可以把局域网分为总线型局域网、环型局域网、星型局域和混和型局域网等类型。这种分类方法反映的是网络采用的哪种拓扑结构，是最常用的分类方法。 2按传输介质分类：局域网上常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆等，因此可以将局域网分为同轴电缆局域网、双绞线局域和光纤局域网。若采用无线电波，微波，则可以称为无线局域网。,3按访问传输介质的方法分类： 传输介质提供了二台或多台计算机互连并进行信息传输的通道。在局域网上，经常是在一条传输介质上连有多台计算机，如总线型和环型局域网，大家共享使

4、用一条传输介质，而一条传输介质在某一时间内只能被一台计算机所使用，那么在某一时刻到底谁能使用或访问传输介质呢？这就需要有一个共同遵守的方法或原则来控制、协调各计算机对传输介质的同时访问，这种方法就是协议或称为介质访问控制方法。目前，在局域网中常用的传输介质访问方法有：以太（Ethernet）方法、令牌（Token Ring）、FDDE方法、异步传输模式（ATM）方法等，因此可以把局域网分为以太网（Ethernet）、令牌网（Token Ring）、FDDE网、ATM网等。,4按网络操作系统分类：局域网的工作是局域网操作系统控制之下进行的。正如微机上的DOS、UNIX、Windows、OS/2、

5、等不同操作系统一样，局域网上也有多种网络操作系统。网络操作系统决定网络的功能、服务性能等，因此可以将局域网按其所使用的网络操作系统进行分类，如Novell公司的Netware网，3COM公司的3+OPEN网，Microsoft公司的Windows NT网，IBM公司的LAN Manager网，BANYAN公司的VINES网等。,5按数据的传输速度分类：可分为10Mbit/s局域网、100Mbit/s局域网、155Mbit/s局域网等。 6按信息的交换方式分类：可分为交换式局域网和共享式局域网等。,6.2 局域网的硬件与软件,网络技术是一项非常复杂的技术，看起来很简单，用起来很方便，但设计、运行

6、却很困难。随着个人计算机（PC）的大量应用，基于PC的局域网成为一种重要的联网方式。很多城域网、广域网也是通过局域的互连而成的。 简单地说，局域网的组成包括网络硬件和网络软件二大部分。网络硬件主要包括网络服务器、工作站、外设、网络接口卡、传输介质，根据传输介质和拓扑结构的不同，还需要集线器（HUB）、集中器（concentrator）等，如果要进行网络互连，还需要网桥、路由器、网关、以及网间互连线路等。,1服务器：在局域网中，服务器可以将其CPU、内存、磁盘、打印机、数据等资源提供给网络用户使用，并负责对这些资源的管理，协调网络用户对这些资源的使用。因此要求服务器具有较高的性能，包括较快的处理

7、速度、较大的内存、较大容量和较快访问速度的磁盘等。 2工作站：网络工作站的选择比较简单，任何微机都可以作为网络工作站，目前使用量多的网络工作站可能就是基于Intel CPU的微机了，这是因为这类微机的数量最多，用户最多，而且网络产品也最多。在考虑网络工作站的配置时，主要考虑以下几个方面,3外设：外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备，通常，网络上的共享外设包括打印机、绘图仪、扫描器、Modem等。 4网络接口卡：网络接口卡（简称网卡）提供数据传输功能，用于把计算机同电缆线（即传输介质）连接起来，进而把计算机联入网络，所以每一台联网的计算机都需要有一块网卡。 5传输介质：网络接口卡的类型决

8、定了网络所采用的传输介质的类型、物理和电气特征性、信号种类、以及网络中各计算机访问介质的方法等。局域网中常用的电缆主要有：同轴电缆、双绞线和光纤。,6.3 局域网协议标准,美国IEEE于1980年2月专门成立了局域网课题研究组，对局域网制定了美国国家标准，并把它提交国际标准化组织作为国际标准的草案，1984年3月已得到ISO的采纳。到目前为目，IEEE802为局域网制定的标准有： EEE802.1A体系结构 IEEE802.1B寻址、网际互连和网间管理 IEEE802.2 逻辑链路控制 IEEE802.3 CSMA/CD总线访问方法和物理层技术规范 IEEE802.4 令牌总线访问控制方法和物

9、理层技术规范 IEEE802.5 令牌环访问控制方法和物理层技术规范 IEEE802.6 城域网访问方法和物理层技术规范分段可以解决这些问题，但同时必须提供一种机制使不同网段的计算机可以互相通信，这通常涉及到在一些ISO网络协议层选择性地在网段间传送数据，下面来看一下网络协议层和路由器的位置（如图1-1所示）,最近几年，又制定了几个标准：IEEE802.7、802.8标准，主要作为光缆传输技术的局域网和时间片分割环网制定的；IEEE802.9主要是对传输突发性强、对时间又很敏感的等时以太网设计标准；IEEE802.11是为无线局域网制定的标准；IEEE802.12是为100Mbit/s传输速率

10、制定的100VG-Any LAN标准。 IEEE主要对第一、二两层制定了规程，所以局域网的IEEE802模型是在OSI的物理层和数据链路层实现基本通信功能的，高层的标准没有制定。 IEEE802局域网参考模型对应于OSI参考模型物理层的功能，主要是：信号的编码、译码、前导码的生成和清除、比特的发送和接收。,6.3.1 逻辑链路控制（LLC）子层,它向高层提供一个或多个访问点LSAP，用于同网络层通信的逻辑接口。LLC子层主要执行OSI基本数据链路协议的大部分功能和网络层的部分功能，如具有帧的收发功能，在发送时，帧由发送的数据加上地址和CRC校验等构成，接收时，将帧拆开，执行地址识别、CRC校验

11、，并具有帧顺序控制、差错控制、流量控制等功能。此外，它还执行数据报、虚电路、多路复用等部分网络层的功能。,LLC子层目前提供三种服务方式,LLC子层目前提供三种服务方式： （1）不确认无连接服务。此种服务类似数据报，支持点点、多点和广播服务，但不保证帧的可靠有序的传送。 （2）连接方式服务。类似虚电路服务，为两个LLC用户之间建立一条逻辑连接，提供对数据单元的确认、流量控制、顺序控制和差错恢复等功能。 （3）确认的无连接服务。也是一种数据报服务，但提供确认。它也支持点点、多点和广播方式服务。,6.3.2 介质访问控制（MAC）子层,本子层主要提供如CSMA/CD、Token Ring等多种访问

12、控制方式的有关协议。它还具有管理多个源、多个目的链路的功能。它向LLC子层提供单个MSAP服务访问点，由于有不同的访问控制方法，所以它与LLC子层有各种访问控制方法的接口，它与物理层则有PSAP访问点。,6.4 以太网,以太网（Ethernet）最初是美国Xerox公司和STANFORD大学合作于1975年推出的一种局域网。以后由于微机的快速发展，DEC、Intel、Xerox三公司合作于1980年9月第一次公布Ethernet物理层和数据链路层的规范，以太网 Ethernet：IEEE 802.3 局域网协议 （Ethernet LAN protocols as defined in IEE

13、E 802.3 suite） 。,以太网,以太网协议是由一组 IEEE 802.3 标准定义的局域网协议集。在以太网标准中，有两种操作模式：半双工和全双工。半双工模式中，数据是通过在共享介质上采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议实现传输的。它的主要缺点在于有效性和距离限制，链路距离受最小 MAC 帧大小的限制。该限制极大的降低了其高速传输的有效性。因此，引入了载波扩展技术来确保千兆位以太网中 MAC 帧的最小长度为 512 字节，从而达到了合理的链路距离要求,6.4.1 以太网介绍,以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型

14、和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10100Mbit/s的速率传送信息包。双绞线电缆10Base-T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbit/s的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbit/s、54 Mbit/s和108 Mbit/s。许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。 当前定义在光纤和双绞线上的传输速率有四种：,10 Mbit/s 10Base-T 以太网 100 Mbit/s 快速以太网 1000 Mbit/s 千兆位以太网（802.3z） 10 千兆位以太网 IEEE 802.3ae 以太网系统由三个基本单元组成： 物理

15、介质，用于传输计算机之间的以太网信号； 介质访问控制规则，嵌入在每个以太网接口处，从而使得计算机可以公平的使用共享以太网信道； 以太帧，由一组标准比特位构成，用于传输数据 .,图6-1 交换式以太网,以太网交换机,以太网交换机一般具有多种速率端口，例如：10Mbit/s，100Mbit/s，1Gbit/s等端口的各种组合。这就大大地方便了各种不同情况的用户。图6-1所示，以太网交换机由三个10 Mbit/s端口分别和三个系的10BASE-T局域网相连，还有三个100 Mbit/s的端口分别和E_mail Server，WWW Server，以及一个连接Internet 的Router相连。 交

16、换以太网采用存储转发技术或直通(Cut-Through)技术来实现信息帧的转发。存储转发技术是将需发送的信息帧完全接收到并存放到输入缓存后再发送至目的端口，而直通技术是在接收到信息帧时和交换式集线器中的目的地址表相比较，查找到目的地址后就直接将信息帧发送到目的端口。,6.4.2高速局域网技术,快速以太网是一个新的IEEE局域网标准，于1995年由原来制定以太网标准的IEEE802.3工作组完成。它为现有广大以太网用户提供了一个平滑升级的方案。快速以太网标准的正式名为100Base-T（由3COM、INTEL所组成的快速以太网联盟所制定），由IEEE802.3u规范。另外由HP、AT&T和IBM

17、所组成的100VG-AnyLAN论坛支持的100VG-AnyLAN采用请求优先的介质访问方法，由IEEE802.12规范。 为了支持各种类型的介质，快速以太网提供了三种类型的发送接收器，两种用于双绞线（即100Base-T4：使用四对三类或四类或五类UTP；100Base-TX：使用两对五类UTP或两对阻抗为150欧姆的STP），一种用于光纤（即100Base-FX）。,1.100BASE-T技术,100BASE-T又称为快速以太网（Fast Ethernet），它是使用10BASE-T的CSMA/CD媒体访问控制方法在双绞线上传送100Mbps基带信号的星形拓扑以太网。 100BASE-T的

18、网卡有很强的自适应性，能够自动识别10Mbps和100Mbps,所有在100BASE-T上的应用软件和网络软件都可以保持不变。 IEEE于1995年正式通过了100BASE-T快速以太网的国际标准，即802.3u标准。,3 1000Mbit/s以太网,IEEE在1997年通过了关于吉比以太网的标准802.3z，并在1998年将其定为正式标准。 吉比特以太网仍使用原有以太网的帧结构、帧长及CSMA/CD协议，仅在底层将数据速率提高到了1Gbps，因此与标准以太网及快速以太网兼容。 吉比特以太网的标准802.3z考虑以下几个要点： （1）允许在1Gbit/s下全双工和半双工两种方式工作。 （2）使

19、用802.3协议规定的帧格式。 （3）在半双工方式下使用CSMA/CD协议（全双工方式不需要使用CSMA/CD协议）。 （4）在10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。 吉比特以太网的物理层使用两种成熟的技术：一种来自现有的以太网，另一种则是ANSI制定的光纤通道。采用成熟技术就能大大缩短吉比特以太网标准的开发时间。 吉比特以太网的物理层包括两个标准,10吉比特以太网,就在吉比以太网标准802.3z通过后不久，在1999年3月，IEEE成立了高速研究组HSSG（High speed Study Group），其任务是致力于10 吉比以太网的研究。10吉比以太网的标准由IEEE802.

20、3ae委员会进行制定，10吉比以太网的正式标准在2002年完成。10吉比以太网又叫万兆以太网。 10吉比以太网并非将吉比以太网的速率简单地提高到10倍，这里有许多技术上的问题要解决。以下是10吉比以太网的主要特点。 10吉比以太网的帧格式于10Mbit/s、100Mbit/s和1Gbit/s以太网的帧格式完全相同。10吉比以太网还保留了802.3标准规定的最小和最大帧长。这就使用户在将其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。,6.5 虚拟局域网,计算机网络技术发展迅速。从传统的以太网（10Mbit/s）发展到快速以太网（100Mbit/s）和千兆以太网（1000Mbit/

21、s）也不过几年的时间，其迅猛的势头实在令人吃惊。而现在中大型规模网络建设中，以千兆三层交换机（万兆交换机现已面市）为核心的所谓“主干跑千兆、百兆到桌面”的主流网络模型已不胜枚举。现在，网络业界对“三层交换”和VLAN这两词已经不感到陌生了。,6.5.1三层交换,以太网的工作原理是利用二进制位形成的一个个字节组合成一帧帧的数据（其实是一些电脉冲）在导线中进行传播。首先，以太网网段上需要进行数据传送的节点对导线进行监听，这个过程称为CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection带有冲突监测的载波侦听多址访问）的载波侦听。如果，这时有另外的节点正在传送数据，监听节点将不得不等待，直到传送节点的传送任务结束。如果某时恰好有两个工作站同时准备传送数据，以太网网段将发出“冲突”信号。这时，节点上所有的工作站都将检测到冲突信号，因为这时导线上的电压超出了标准电压。这时以太网网段上的任何节点都要等冲突结束后才能够传送数据。也就是说在CSMA/CD方式下，在一个时间段，只有一个节点能够在导线上传送数据。而转发以太网数据帧的联网设备是集线器，它是一层设备，传输效率比较低。,6.5.2 VLAN,VLAN（Virtual Local Area Network）就是虚拟局域网的意思。VLAN可以不考虑用户的物理位