1、第四讲第四讲 局域网与城域网技术局域网与城域网技术 4.1 局域网概述局域网概述 4.2 几种常见的局域网几种常见的局域网 4.3 高速局域网技术高速局域网技术 4.4 交换式局域网交换式局域网 4.5 虚拟局域网虚拟局域网 4.6 主要的城域网技术主要的城域网技术4.1 局域网概述局域网概述 4.1.1 局域网的特点 4.1.2 局域网的拓扑结构 4.1.3 局域网的主要协议 4.1.4 局域网操作系统 1、定义：局域网是在一个较小的范围内，将有限的通信设备互连起来的计算机网络。2、特点：l地理范围有限。一般在10M-10KM之间l传输速率高。1-100Mbpsl误码率低。在10-8-10-
2、11之间l协议简单。与局域网范围小、拓扑结构比较规则有关4.1.1 局域网的特点4.1.1 局域网的特点l一般为一个部门所有，不提供公共服务l安全保密性好l可用传输介质多。即可以利用现有的通信线路，也可以架设专线。或使用无线通信。l有共享信道局域网和交换式局域网l决定局域网特性的主要技术要素有网络拓扑、传输介质和介质访问控制方法一、总线形拓扑结构1、结构 将网上的设备均连接在一条总线上，任何两台计算机之间不再单独连接。如图4.1.2 局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构4.1.2 局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构环形网络环形网络1、结构：将网上计算机连接成一个封闭的环。如图4.1.2 局域网的拓扑
3、结构局域网的拓扑结构星形网络星形网络将多台计算机连在一个中心节点（集线器）上，各计算机之间通信必须通过中心节点。如图4.1.3 常用局域网协议常用局域网协议802.1 网际互连协议，主要解决802标准与其他网络的互连问题。802.2 逻辑链路控制协议802.3 定义了采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线局域网标准802.4 定义了令牌总线（Token BUS）局域网标准802.5 定义了令牌环（Token Ring）局域网标准802.6 定义了城域网标准802.7 定义了宽带网标准802.8 定义了光纤网标准4.1.3常用局域网协议各协议之间的关系入下：4.2 几种常见的局域网几种常见的局
4、域网 4.2.1 以太网 4.2.2 令牌环网 4.2.3 令牌总线网4.2.1 以太网 一、以太网的结构 IEEE802.3定义了CSMA/CD（载波侦听、多路访问、冲突检测）介质访问控制方法和物理层技术规范。采用IEEE802.3的典型网络是以太网。以太网最初采用总线拓扑结构，现在也采用星状拓扑 以太网于1975年在美国研制成功，该网络技术不断发展，现在，新型以太网速率可以达到1000Mbps。以太网连接如图4.2.1 以太网4.2.1 以太网 二、二、CSMA/CD的工作原理 网上所有设备共享一 条 信 道，采 用CSMA/CD介质访问控制方法，任意时刻只能有一台设备发送数据，其他设备处
5、于接收状态。数据在总线上广播式的传播，任何站点均可以收到，如果数据帧的地址是自己的，就接收下来，否则就丢弃掉。可以实现单点、多点和广播通信方式4.2.1 以太网 三、以太网的介质访问控制方法 1、载波侦听多路访问（CSMA）控制方法。又称为“先听后讲，边听边讲”在发送数据前，先侦听共享介质上有无数据在传送，如果空闲就发送，否则，退避一段时间再发送。但由于共享介质有一段长度，一站发送另一站需要一定时间才能检测到，所以，检测到的空闲是不可靠的。仍然会产生冲突，一旦产生冲突，数据帧也要发送完，因此会造成较长时间的网络延迟，影响信道效率。4.2.1 以太网 2、载波侦听、多路访问/冲突检测CSMA/C
6、D（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）控制方法 又叫先听后讲，边听边讲。基本思想是：在CSMA方法的基础上，一边发送数据，一边从总线上接收信息，将发送的信息与接收的信息相比较，若两者一致，说明无冲突，继续发送，若不一致，说明产生了冲突，立即停止发送，同时发出一串阻塞信号，经随机等待后再重新尝试。这种方法可以及早的发现冲突，释放介质，从而提高了信道的利用率。3.4.1 以太网工作原理以太网工作原理 四、常用以太网（四、常用以太网（Ethernet）物理层标准）物理层标准 以太网采用以太网采用CSMA/CD算法，采用算法，采用1坚持型算法
7、，基带坚持型算法，基带传输，采用曼彻斯特编码传输，采用曼彻斯特编码。一、10BASE-24.2.1 以太网10-速率 BASE-基带 2-网段长度（100的倍数，实际185米）速率：10Mbps物理拓扑：为总线结构通信介质：用50欧姆细同轴电缆网段最大长度：最长185米连接器：采用BNC、T形头连接。每个网段可连接点数：30通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可以连计算机。网络最大长度：925米站点之间最小距离：0.5米4.2.1 以太网二、10BASE-5 速率：10Mbps 物理拓扑：为总线结构 通信介质：用50欧姆粗同轴电缆 网段最大长度：最长500米 连接器：采用AUI/D
8、IX接口4.2.1 以太网 每个网段可连接点数：100 通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可以连计算机。收发器之间最小距离：2.5米 收发电缆最大长度：50 米 网络最大长度：2500米4.2.1 以太网 三、10BASE-T 速率：10Mbps 物理拓扑：为星型结构 通信介质：双绞线 网段最大长度：最长100米 连接器：RJ-454.2.1 以太网 每个网段可连接点数：512 通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可以连计算机。系列最大集线器数：44.2.2 令牌环网令牌环网 一、令牌环网的工作原理 IEEE802.5定义了令牌环网的规范，令牌环网最早由IBM于198
9、5年推出，该网物理结构为环形，而现在多为星型在环路上采用令牌传送访问方法，一般采用IBM专用电缆，可以连接260个结点，也可采用无屏蔽双绞线，可以连接72个结点。传输速率为4Mbps或16Mbps，整个环路的长度不能超过366米4.2.2 令牌环网令牌环网 令牌环网用传输介质串联多个工作站组成，每个工作站通过收发器与环连接。1、开始：当令牌初始化后，若每个站点都不发送数据帧，则只有空令牌在环上流动 2、发送：某个站点要发送数据帧，先将数据组装成帧，等待空令牌的到来，获得空令牌后，将空令牌置成忙令牌，并将数据插在忙令牌后发送到环上4.2.2 令牌环网令牌环网 3、接收：数据帧经过其他站点的收发器
10、时，收发器将帧内的目的地址与本站地址相比较，如果一致就将帧的数据内容复制到本站，并作出标记，再转发到下一站。否则，直接转发到下一站。4、释放令牌：当帧沿环返回到发送站时，发送站将数据撤消，同时将令牌置成“闲”状态。交给下一站。4.2.3 令牌总线网 IEEE802.4规定了令牌总线网的标准 令牌总线网的物理拓扑为总线，但用令牌控制对介质的访问，形成逻辑环结构。4.2.3 令牌总线网 网上每一个工作站、都有唯一的标识号，每个工作站除了要记住自己的标识号外，还要记住前站（P）、后站（N）的标识号。令牌按标识号的顺序传递，形成逻辑环，数据直接在两站点之间传送。持有令牌的站发送完数据后，把令牌传送给下
11、一站，各站有平等的发送帧的机会，令牌传递顺序与站点的物理顺序无关。4.3 高速局域网高速局域网 4.3.1 提高网速的途径 4.3.2 快速以太网 4.3.3 千兆以太网 4.3.4 交换式局域网 4.3.5 虚拟局域网4.3.1 提高网速的途径 1、提高网络速度的必要性 在过去的20年中计算机的速度提高了百万倍，价格不断下降，这促进了计算机的广泛应用 计算机的广泛应用使连网成为必然，计算机网络规模越来越大，网络内部的通信量越来越大。传统的共享介质网络，随网络规模的增大，效率急剧下降4.3.1 提高网速的途径 2、解决网络规模和网络性能矛盾的方法 改进局域网技术，提高局域网的速率 将一个大型网
12、络用网桥或路由器划分成多个较小的网段（子网），减少每个网段内部的结点数 将共享方式的网络改成交换式的网络4.3.2 快速以太网 1、快速以太网的发展 快速以太网单指速率为100MB的以太网，快速以太网体系结构、工作原理、介质访问控制方法与传统以太网相同，只是改变了物理层标准，使每个比特的发送时间有100ns降低到10ns.4.3.2 快速以太网 快速以太网标准 速率：100Mbps 物理拓扑：为星型结构 通信介质：100BASE-TX 5类UTP或STP 网段最大长度 100米 100BASE-T4 3、4、5类UTP 网段最大长度 100米 100BASE-FX 2.5m多模光纤 网段最大长
13、度 150/412/200/1000米 其余同10BASE-T4.3.3 千兆以太网 现在，许多用户通过10BASE-T或100BASE-T与局域网连接，这将产生与传统局域网类似的瓶颈现象。随着网络上越来越复杂的应用，快速以太网在数据仓库、桌面视频会议、高清晰度图象的应用中会显得力不从心 千兆以太网体系结构、工作原理、介质访问控制方法与传统以太网相同，只是改变了物理层标准，使每个比特的发送时间由10ns降低到1ns.4.3.3 千兆以太网 千兆以太网的标准 1000BASET：使用5类非屏蔽双绞线，网段长度可达100米 1000BASECX：使用屏蔽双绞线，网段长度可达25米 1000BASE
14、LX：使用波长为1300nm的单膜光纤，网段长度可达3000米 1000BASESX：使用波长为850nm的多膜光纤，网段长度可达300-550米4.3.3 千兆以太网 千兆以太网现在主要用于企业（校园）网络的主干网。企业级1000兆部门级100兆用户级10兆4.4 交换式局域网 1、交换式网络的提出 传统的共享介质的网络当网络结点增加时性能变差，为克服网络规模和网络性能之间的矛盾，人们提出了交换式的网络。交换式的网络的核心式网络交换机，它可以在多个端口之间建立多条并发的连接。4.4 交换式局域网 共享介质类的网络 多个工作站共享一个通信介质，任意时刻只能有一个工作站占用介质。传统的以太网（E
15、thernet）、令牌环网（Token Ring）均属于这类网络。100MB共享式集线器带宽被各结点均分4.4 交换式局域网 交换式网络 通过交换机使网上任意两个工作站通信时独占通信介质，可以同时建立多条并行连接。100MB交换机，内有多条背板总线，每条总线速率均为100MB通信时每两个个结点间都可以达到100MB的速率4.4 交换式局域网 2、交换式局域网的工作原理 交换式局域网主要根据“端口号/MAC地址映射表”工作，当交换机工作时，会自动建立这种映射 设一个6端口的交换机，端口1、4、5、6分别连接了计算机，则生成如图所示的“映射表”。当计算机A和计算机C通信时，发送前，在A结点先填好数
16、据帧的目的地址C，然后送交换机，交换机查“端口号/MAC地址映射表”，在1号和5号端口间建立连接 这种连接可以根据需要同时建立多条，由背板总线的数目而定。4.4 交换式局域网地址表端口 地址1A234B5C6D地址表缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区 缓冲区1234564.5 虚拟局域网 一、什么是虚拟局域网 在交换式网络基础上，通过一定的技术手段，根据实际工作的需要，将网络上的结点划分成若干逻辑工作组，每个工作组就是一个虚拟网络。虚拟网络以软件的方式实现逻辑工作组的划分，工作组中结点不受其物理位置的限制，可以分布在不同的网段上4.5 虚拟局域网 二、虚拟局域网的实现 1、用端口号定义虚拟局域网
17、根据交换机的端口号划分虚拟网，这些端口号可以来自不同的交换机。一个端口或一个网段 只能属于一个虚拟网 不足之处是：当用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理员必须对虚拟网的成员重新配置4.5 虚拟局域网1 2 3 4 5 6 7 8 9 10VLAN1VLAN2VLAN24.5 虚拟局域网1 2 3 4 5 6 7 8 9 10VLAN1VLAN21 2 3 4 5 6 7 8 9 10VLAN14.5 虚拟局域网 2、用MAC地址定义虚拟局域网 MAC地址既网卡地址，由于网卡安装在计算机中，所以即使将结点从一个网段移动到另一个网段，其虚拟局域网成员的地位不会改变。不足是：当虚拟网的规模较大
18、时逐个配置比较麻烦4.5 虚拟局域网 3、用网络层地址定义虚拟局域网 网络层地址是逻辑地址，如IP地址，只要IP地址是固定的，用户可以随意移动结点而无须重新配置网络 不足是：性能较差，速度会慢4.6 光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDI）FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是使用光纤为传输介质、拓扑结构为双环形的高速网络，技术比较成熟，主要用于城域网中的主干网。4.6 光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDI）FDDI由两个光纤环组成，一个顺时针传输，一个逆时针传输。如果一个环断了，另一个环作为后备投入使用。两个环再同一点段了，则两环可接成一
19、个环继续工作。4.6 光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDI）在FDDI中使用4B/5B编码。即将4位2进制数，用5位表示。FDDI的介质访问控制方式基本接近IEEE802.5，一个主要的区别是：由于FDDI可以拥有1000个站点和100KM的规模，等待令牌传回发送站再释放令牌，效率太低，故允许其在发送完一个数据帧后，立即发出一个新令牌，因此，在一个环上可能同时有多个数据帧或令牌在传输。4.6 光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDI）二、FDDI的技术特点 网络介质：光纤，可以是单模光纤或多模光纤 拓扑结构：双环结构，一个为主环，一个为备用环。编码：4B/5B 介质访问控制方法：多令牌 传输速率：100Mbps 跨越距离：200KM 最多连接站点：1000个 误码率：2.5*10-10 三、FDDI的应用 城域网、校园网、企业网中的骨干网
