第4章-局域网技术基础课件.ppt

1、中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络公共基础教研组计算机网络公共基础教研组中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用2主要内容主要内容n4.1 局域网概述局域网概述n4.2 局域网体系结构与标准局域网体系结构与标准n4.3 以太网以太网n4.4 FDDI网络网络n4.5 交换式网络交换式网络n4.6 虚拟局域网虚拟局域网n4.7 无线局域网无线局域网n4.8 ATM与局域网仿真与局域网仿真n4.9 城域网城域网中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用34.1 局域网概述局域网概述n局域网主要特点：局域网

2、主要特点：n覆盖有限的地理范围覆盖有限的地理范围n传输速率高（通常在传输速率高（通常在10Mb/s1000Mb/s之间）之间）n误码率低（通常低于误码率低（通常低于10-8）n单位自己建设和拥有，易于维护和管理单位自己建设和拥有，易于维护和管理n4.1.1 决定局域网性能的因素决定局域网性能的因素n1.传输介质传输介质nUTP、STP、粗缆、细缆、光缆粗缆、细缆、光缆n2.拓扑结构拓扑结构n星型、总线型、环型星型、总线型、环型n3.媒体媒体(介质介质)访问控制方法访问控制方法中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用4媒体访问控制方法媒体访问控制方法n媒体

3、访问控制方法要解决以下几个问题媒体访问控制方法要解决以下几个问题n该哪个结点发送数据？该哪个结点发送数据？n发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？n出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？n常用的媒体访问控制方法常用的媒体访问控制方法n载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测冲突检测n（CSMA/CD）n令牌环（令牌环（Token Ring）n令牌总线（令牌总线（Token Bus）中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用5CSMA/CDn发送流程可概括为：发送流程可概括为：n 先听后发先听后发 n 边听边发边听边发n 冲突停止冲突停止n 延迟重发延迟重

4、发用于总线结构用于总线结构随机争用技术随机争用技术以太网冲突与重发演示中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用6令牌环基本工作原理令牌环基本工作原理n网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行n发送站点发送站点n必须等待，直到捕获到令牌必须等待，直到捕获到令牌n发送数据帧发送数据帧n释放令牌释放令牌n吸收数据帧（绕环一周后）吸收数据帧（绕环一周后）n中间站点（数据帧的目的地址与自己不同）中间站点（数据帧的目的地址与自己不同）n转发环上的数据帧转发环上的数据帧n接收站点（数据帧的目的地址与自己相同）接收站点（数据帧的目的地

5、址与自己相同）n拷贝环上的数据帧拷贝环上的数据帧n转发环上的数据帧转发环上的数据帧令牌环的数据流动演示中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用74.1.2 局域网的分类局域网的分类n目前使用最多的是以太网目前使用最多的是以太网局域网共享介质局域网交换式局域网以太网令牌总线令牌环FDDI快速以太网千兆以太网FDDIFFOL交换式以太网ATM局域网仿真IP over ATMMPOA虚拟局域网中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用84.2 局域网体系结构与标准局域网体系结构与标准nIEEE802委员会专门负责局域网标准

6、的制订委员会专门负责局域网标准的制订n4.2.1 局域网体系结构局域网体系结构应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层O OS SI I参参考考模模型型逻辑链路控制子层I IE EE EE E 8 80 02 2参参考考模模型型介质访问控制子层物 理 层局域网参考模型只对应于局域网参考模型只对应于OSIOSI参考模型的下两层，它将数据参考模型的下两层，它将数据链路层划分为两个子层链路层划分为两个子层中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用9局域网体系结构局域网体系结构n物理层物理层n确保二进制位信号的正确传输确保二进制位信号

7、的正确传输nMAC子层（媒体访问控制子层）子层（媒体访问控制子层）n是与传输介质相关的子层是与传输介质相关的子层n主要功能是进行合理的信道分配，解决信道竞争主要功能是进行合理的信道分配，解决信道竞争nMAC子层为不同的物理介质定义了访问控制标准子层为不同的物理介质定义了访问控制标准nLLC子层子层n与传输介质无关，独立于媒体访问控制方法，隐藏了与传输介质无关，独立于媒体访问控制方法，隐藏了各种各种802网络之间的差别，向网络层提供一个统一的网络之间的差别，向网络层提供一个统一的格式和接口格式和接口n主要功能是建立可靠的信道，确保数据帧的正确传输主要功能是建立可靠的信道，确保数据帧的正确传输中国

8、地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用104.2.2 IEEE802局域网标准局域网标准nIEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为们统称为IEEE 802标准标准nIEEE 802标准之间的关系标准之间的关系802.10 可互操作的局域网安全802.2 逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网 802.1 体系结构与网络互联中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用1

9、14.3 以太网以太网n以太网以太网(Ethernet)，是基于总线型的广播式网络，使，是基于总线型的广播式网络，使用用CSMA/CD媒体访问控制方法，是应用最广泛的媒体访问控制方法，是应用最广泛的一种局域网一种局域网n以太网的发展以太网的发展n随机争用技术起源于夏威夷大学校园网随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHAn1972年，年，Xerox公司开始公司开始Ethernet实验网的研究实验网的研究n1979年，年，Xerox公司宣布了公司宣布了Ethernet产品产品n1982年，年，DEC、Intel 与与Xerox联合宣布联合宣布DIX2以太网标准以太网标准n1985年，年，IEE

10、E802委员会提出委员会提出IEEE802.3 CSMA/CD标准标准 n90年代，年代，10Base-T标准使得以太网性能价格比大大提高标准使得以太网性能价格比大大提高n目前，交换式目前，交换式Ethernet与最高速率为与最高速率为10Gb/s的高速的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位的出现，更确立了它在局域网中的主流地位中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用124.3.1 传统以太网传统以太网n传输速率为传输速率为10M的以太网称为传统以太网的以太网称为传统以太网n按照所使用的传输介质的不同进行分类：按照所使用的传输介质的

11、不同进行分类：n10Base-5：粗同轴电缆以太网粗同轴电缆以太网n10Base-2：细同轴电缆以太网细同轴电缆以太网n10Base-T：双绞线以太网双绞线以太网n10Base-F：光纤以太网光纤以太网n说明：说明：n“10”表示网络速率为表示网络速率为10Mbpsn“Base”指电缆用于基带（指电缆用于基带（baseband）系统系统n“5”表示粗缆，一个网段的最大长度为表示粗缆，一个网段的最大长度为5100mn“2”表示细缆，一个网段的最大长度表示细缆，一个网段的最大长度2100m(实际实际185m)n“T”表示双绞线，一个网段在表示双绞线，一个网段在100m以内以内n“F”表示光缆表示光

12、缆中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用131.10Base5总线型粗缆以太网总线型粗缆以太网n 10Base5网络所使用的硬件：网络所使用的硬件：n带有带有AUI插座的以太网卡插座的以太网卡n50粗同轴电缆粗同轴电缆n外部收发器外部收发器n收发器电缆收发器电缆n50终端电阻终端电阻n用于主干网段用于主干网段中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用14最大段长度最大段长度 500 500米，米，5 5段段每段最多站点数每段最多站点数 100 100两站点间最小距离两站点间最小距离 2.5 2.5米米网络最大跨度网

13、络最大跨度 2.5 2.5公里公里 外部收发器外部收发器终端匹配器终端匹配器收发器电缆收发器电缆1010BaseBase5 5总线型粗缆以太网总线型粗缆以太网中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用152.10Base2总线型细缆以太网总线型细缆以太网n 10Base2网络所使用的硬件：网络所使用的硬件：n带有带有BNC插座的以太网卡插座的以太网卡n50细同轴电缆细同轴电缆nBNC T型接头型接头n50终端匹配器终端匹配器 n采用总线型拓扑采用总线型拓扑n用于办公室用于办公室LANBNCBNC连接头连接头带带BNCBNC接口的网卡接口的网卡 BNC TB

14、NC T型接头型接头 中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用16BNC接头NIC每段最大长度每段最大长度 185 185m m每段最多站点数每段最多站点数 30 30两站点间最短距离两站点间最短距离0.50.5m m网络最大跨度网络最大跨度 925 925 m m 网络最多网络最多5 5个段个段 中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用173.10BaseT星型以太网星型以太网n10BaseT网络使用的硬件：网络使用的硬件：n带有带有RJ45插座的网卡插座的网卡n3类以上的双绞线介质（类以上的双绞线介质（UTP）

15、nRJ45连接器连接器n10BASET集线器集线器n拓扑结构为星型，逻辑上仍然是总线型拓扑结构为星型，逻辑上仍然是总线型n转发器转发器/中继器中继器/HUB：n物理层设备物理层设备(工作在物理层工作在物理层)n作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减失真和衰减n用于小型用于小型LAN中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用18NICNICHUBHUB段最大长度段最大长度 100 100m m1010BaseBaseT T星型以太网星型以太网中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础

16、与应用计算机网络基础与应用194.10BaseF星型光纤以太网星型光纤以太网n10Mbps光纤以太网光纤以太网n使用多模光纤的传输介质使用多模光纤的传输介质n适于长距离传输，例如用于建筑物间的连接适于长距离传输，例如用于建筑物间的连接n传输的是光信号，安全可靠、避免电击传输的是光信号，安全可靠、避免电击n星形拓扑结构星形拓扑结构中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用201010Base5Base51010Base2Base21010BaseTBaseT1010BaseFBaseF传输媒体传输媒体同轴粗缆同轴粗缆同轴细缆同轴细缆双绞线双绞线光纤光纤最大网

17、段长度最大网段长度500500米米185185米米100100米米20002000米米拓扑结构拓扑结构总线型总线型总线型总线型星型星型星型星型连接器连接器AUIAUIBNCBNCRJ-45RJ-45STST最大网段数量最大网段数量5 55 55 53 3每网段最多站点数每网段最多站点数10010030301024102410241024站点间最长距离站点间最长距离25002500米米925925米米500500米米40004000米米传统以太网的指标和参数传统以太网的指标和参数中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用21局域网的局域网的543规则规则n最

18、多可以有最多可以有五五个网个网段，由段，由四四个中继器个中继器连接而成，其中只连接而成，其中只有有三三个网段可以接个网段可以接入计算机，另外入计算机，另外两两个网段用于连接中个网段用于连接中继器，整个网络处继器，整个网络处在在一一个很大的冲突个很大的冲突域中域中 中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用224.3.2 快速以太网快速以太网nFast Ethernet的传输速率比普通的传输速率比普通Ethernet快快10倍，数据传输速率达到了倍，数据传输速率达到了100Mb/snFast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问保留着传统的帧格式、介

19、质访问控制方法与组网方法，控制方法与组网方法，n每个比特的发送时间由每个比特的发送时间由100ns降低到了降低到了10ns n803.3u标准标准n100BaseT标准：标准：n100BASE-TX：使用使用2对对5类的类的UTP或者或者2对对1类的类的STPn100BASE-T4：使用使用4对对3类的类的UTPn100BASE-FX：使用使用2芯的多模或单模光纤芯的多模或单模光纤中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用234.3.3 吉位以太网吉位以太网n数据传输率为数据传输率为1000Mbps即即1Gbps,又称又称千兆以千兆以太网太网n继承了继承了

20、802.3以太网的帧格式和最大以太网的帧格式和最大/最小帧长最小帧长度，与现有以太网完全兼容，支持全双工度，与现有以太网完全兼容，支持全双工n802.3z标准标准n千兆以太网标准千兆以太网标准n1000BASE-SX：短波长激光光纤以太网，使用波长短波长激光光纤以太网，使用波长为为850nm的多模光纤，长度达的多模光纤，长度达300550mn1000BASE-LX：长波长激光光纤以太网，使用波长长波长激光光纤以太网，使用波长为为1300nm的单模光纤，长度达的单模光纤，长度达3000mn1000BASE-CX：使用使用STP，长度达长度达25mn1000BASE-T：使用使用5类类UTP，长度

21、达长度达100m中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用24用用Ethernet组建企业网的全面解决方案：组建企业网的全面解决方案：n桌面系统桌面系统:10:10Mb/sMb/s的以太网的以太网n部门级网络部门级网络:100:100Mb/sMb/s的快的快速以太网速以太网n企业级网络企业级网络:1000:1000Mb/sMb/s的千的千兆以太网兆以太网中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用254.3.4 万兆位以太网万兆位以太网n数据传输率为数据传输率为10Gbps，采用以光纤为传输介采用以光纤为传输介质，以交换

22、机为中心的星型结构质，以交换机为中心的星型结构n物理层提供了两种标准：物理层提供了两种标准：n局域网：局域网：10GBASE-X、10GBASE-Rn广域网：广域网：10GBASE-Wn已不再采用已不再采用CSMA/CD机制，机制，只支持全双工方只支持全双工方式式，但继续继承，但继续继承802.3以太网帧，充分兼容以以太网帧，充分兼容以太网技术太网技术中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用264.4 FDDI网络网络nFDDI(光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口)是一个使用光纤是一个使用光纤的高性能令牌环的高性能令牌环网，传输速率为网，传输速率为10

23、0Mbps，覆盖距离可达覆盖距离可达200km，最多连接最多连接1000个站点个站点nFDDI主要应用环境主要应用环境n计算机机房网计算机机房网n办公室或建筑物群的主干网办公室或建筑物群的主干网 n校园网的主干网校园网的主干网n多校园的主干网多校园的主干网中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用27nFDDI的双环结构解决可靠性问题的双环结构解决可靠性问题n双环是逆向旋转的，通常一个是主环双环是逆向旋转的，通常一个是主环(用于传用于传输数据输数据)，另一个为副环，另一个为副环(用于备份用于备份)n正常时使用一个环传送数据，一个环失效时，正常时使用一个环传

24、送数据，一个环失效时，另一个环开始工作，两环同时在一点断路则连另一个环开始工作，两环同时在一点断路则连成一个单环成一个单环中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用284.5 交换式局域网交换式局域网n共享式以太网存在的主要问题共享式以太网存在的主要问题n覆盖的地理范围有限覆盖的地理范围有限n以太网覆盖的地理范围随网络速度的增加而以太网覆盖的地理范围随网络速度的增加而减小减小n网络总带宽容量固定网络总带宽容量固定n以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同拥有拥有n节点增加，冲突概率增大，带宽浪费也越严节点增加，冲突概率增

25、大，带宽浪费也越严重重n不能支持多种速率不能支持多种速率n以太网的传输介质是共享的以太网的传输介质是共享的中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用29n局域网发展解决方案：局域网发展解决方案：n第一种：提高以太网的传输速率，从第一种：提高以太网的传输速率，从10Mbps到到100Mbps，甚至甚至1Gbps，这就推动了高速局这就推动了高速局域网的研究与产品的开发。它的媒体控制仍采域网的研究与产品的开发。它的媒体控制仍采用用CSMA/CD的方法的方法n第二种：将一个大型局域网划分成多个用网桥第二种：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，这就推

26、动了局域网互连或路由器互连的子网，这就推动了局域网互连技术的发展。减少每个子网内部节点数，但是技术的发展。减少每个子网内部节点数，但是每个子网仍然采用每个子网仍然采用CSMA/CD的方法的方法n第三种：将第三种：将“共享介质方式共享介质方式”改为改为“交换方交换方式式”，这就推动了交换式局域网技术的发展，这就推动了交换式局域网技术的发展中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用304.5.1 交换式局域网基本结构与特点交换式局域网基本结构与特点n交换式局域网的核心交换式局域网的核心设备是局域网交换机设备是局域网交换机n端口可以连接一个节端口可以连接一个节点

27、，也可以连接一个点，也可以连接一个以太网以太网交换机为每个端口提供专用的带宽，每个站点交换机为每个端口提供专用的带宽，每个站点可以独享带宽可以独享带宽中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用31n特点：特点：n独占通道，独占带宽，允许多对站点同时通信独占通道，独占带宽，允许多对站点同时通信n灵活的接口速度，用户可以按需配置端口速率灵活的接口速度，用户可以按需配置端口速率n高度的可扩充性和网络延展性高度的可扩充性和网络延展性n易于管理、便于调整网络负载的分布，有效利易于管理、便于调整网络负载的分布，有效利用带宽用带宽n与现有网络兼容与现有网络兼容n互连不同

28、标准的局域网互连不同标准的局域网中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用32交换式局域网交换式局域网基于硬件交换技术基于硬件交换技术n多个端口之间建立多个并发连接多个端口之间建立多个并发连接nS=N10Mb/sn共享式局域网与交换式局域网的比较共享式局域网与交换式局域网的比较中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用334.6 虚拟局域网虚拟局域网n虚拟局域网虚拟局域网(VLAN)以交换式网络为基以交换式网络为基础，以软件方式实础，以软件方式实现对逻辑工作组的现对逻辑工作组的划分与管理划分与管理n逻辑工作组的结点逻辑

29、工作组的结点组成不受物理位置组成不受物理位置的限制的限制n一个逻辑工作组的一个逻辑工作组的结点可以分布在不结点可以分布在不同的物理网段上，同的物理网段上，但它们之间的通信但它们之间的通信就像在同一个物理就像在同一个物理网段上一样网段上一样中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用344.7 无线局域网无线局域网n1.无线局域网的应用无线局域网的应用 n作为传统局域网的扩充作为传统局域网的扩充 n漫游访问漫游访问 n特殊网络特殊网络n2.无线局域网的主要类型无线局域网的主要类型n红外线局域网红外线局域网n扩频无线局域网扩频无线局域网n窄带微波无线局域网窄带微

30、波无线局域网中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）计算机网络基础与应用计算机网络基础与应用354.8 ATMnATM(Asynchronous Transfer Mode)是指是指异步传输异步传输模式模式nATM是局域网主干网的主流技术之一是局域网主干网的主流技术之一n是一种能高速传递是一种能高速传递综合业务信息综合业务信息、效率高、控制、效率高、控制灵活、新颖的信息传递模式，已被灵活、新颖的信息传递模式，已被 ITU-T（国际国际电信联盟电信标准化部门）确定为电信联盟电信标准化部门）确定为传送和交换语传送和交换语音音的标准的标准nATM系统是使用系统是使用异步时分复用技术异步时分复用技术的的快速分组交快速分组交换方式换方式，它将信息流分割成，它将信息流分割成固定长度的固定长度的ATM信元信元，能比较容易地实现各种信息流混合在一起的多媒能比较容易地实现各种信息流混合在一起的多媒体通信体通信