1、第第9章章 局域网局域网 9.1局域网的基本构件局域网的基本构件9.2局域网标准局域网标准 9.3无线局域网无线局域网9.4 高速局域网高速局域网 9.5 局域网配置实例局域网配置实例 习题习题9.1 局域网的基本构件局域网的基本构件组成局域网最基本的构件首先是计算机，特别是个人计算机(PC)，几乎没有一种网络只由大型机或小型机构成。局域网中的计算机根据其功能不同可分为服务器和网络工作站，服务器向网络工作站提供服务。第二个基本构件是传输媒体，如同轴电缆、双绞线、光缆等，计算机通过传输媒体连接在一起。第三个构件是任何一台独立计算机通常都不配备的网卡，或称为网络适配器，在构成局域网时它却是必不可少
2、的部件。第四个构件是将计算机与传输媒体相连的各种连接设备，如DB15插头座、RJ45插头座等。上述四种网络构件构成一个基本的LAN硬件平台，如图9-1所示。图9-1 局域网的基本构件媒体工作站服务器工作站工作站9.1.1 网络操作系统图9-2是网络操作系统结构的示意图，主要由三个部分构成：服务器操作系统、工作站连接软件和网络应用程序。存储管理调度文件系统网络硬件连接服务器网络服务文件和打印数据库通信、消息通信软件重定向软件通信软件工作站操作系统工作站图9-2 网络操作系统结构示意图 目前微机局域网常见的网络操作系统主要有以下几种：1)Novell公司的Netware2)微软公司的Windows
3、 NT系列产品3)Unix与Linux网络操作系统9.1.2 网络服务器服务器(Server)是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理整个网络。根据服务器担负网络功能的不同又可分文件服务器、打印服务器、通信服务器、应用服务器等类型。早期的微机局域网一般只有文件服务器和打印服务器。通信服务器用于将几个小的局域网互连在一起组成一个较复杂的网络系统，常见的网间连接设备网桥、路由器等就是一种专用的网络通信服务器。9.1.3 网络工作站 网络工作站(Workstation)是指连接到网络上的计算机。它不同于服务器，服务器可以为整个网络提供服务并管理整个网络，而工作站只是一个接入网络的设备，它的接
4、入和离开对网络系统不会产生影响。工作站通常只使用服务器提供的网络服务，有时也被称为“客户机”。网络工作站分为无盘工作站和有盘工作站。无盘工作站自身没有磁盘驱动器，不能独立工作，必须在网络接口卡上加插一片专用的启动芯片，以从服务器引导本地系统。有盘工作站本身带有磁盘驱动器，可以脱离网络服务器独立启动运行。9.1.4 网络接口卡为了将服务器、工作站连到网络中去，需要在它们与网络电缆之间用网络接口设备进行物理连接，局域网中通常采用网络接口卡完成这一功能。网络接口卡又称网络适配器，或简称为网卡。按照网卡支持的数据传输速率分类，目前常见的有10M、100M以及10/100M自适应网卡等。9.2 局域网标
5、准局域网标准 9.2.1 IEEE 802.2局域网体系结构IEEE于1980年2月成立了局域网标准委员会(简称IEEE802委员会)，专门从事局域网的标准化工作。IEEE802委员会制定的局域网参考标准及局域网按参考模型对计算机局域网的发展起到了极其重要的作用。IEEE802标准定义了局域网所必需的标准，对应OSI参考模型中的最低两层。由于局域网的种类繁多，其介质接入控制的方法也各不相同，为了不使局域网中的数据链路层过于复杂，IEEE802标准将局域网的数据链路层划分为两个子层，分别称为介质访问控制(Medium Access Control)子层和逻辑链路控制(Logical Link C
6、ontrol)子层，简称为MAC和LLC。IEEE 802标准制定了一系列的标准，图9-3是几个主要标准之间的关系示意图。802.1体系结构 网络互连802.2逻辑链路控制LLC802.3CSMA/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.5令牌环网MAC物理层图9-3 IEEE802体系结构 802.3、802.4和802.5分别定义了CSMA/CD总线网、令牌总线联网和令牌环局域网的MAC子层和物理层的规范。其它主要的标准还有：(1)802.6定义了城域网(MAN)的MAC子层和物理层的规范；(2)802.7宽带技术；(3)802.8光纤技术；(4)802.9综合数据声音网；(
7、5)802.10网络互操作的标准安全模型；(6)802.11无线局域网；(7)802.12新型高速局域网。随着局域网技术的发展IEEE 802标准也在不断地发展。9.2.2 IEEE802.3标准：CSMA/CDIEEE802.3局域网是一种基带总线局域网，最初由美国施乐公司于1975年研制成功，并以曾经在历史上用来表示传播电磁波的“以太”来命名。CSMA的含义是载波侦听多路访问。CSMA载波监听策略有非坚持CSMA和坚持CSMA两种形式。当一个结点准备发送某一帧时，该结点立即开始监听信道。坚持CSMA的特点是在监听到信道忙时，仍然坚持听下去，一直坚持到听到信道空闲为止。此时有两种不同的策略，
8、一种是一听到信道空闲就立即发送数据，这种策略称为1坚持，它有一个显著的缺点就是如果网络上同时有两个结点监听信道时，则必然会发生冲突。这时可以采用第二种折衷策略，即当听到信道空闲时，以概率p发送出数据，以概率1p延迟一段时间重新监听信道，这里是一个预先给定的概率，这种策略称为p坚持。1坚持策略实际就是概率p等于1的情况。由于信号在信道上以有限速度传输，因此载波监听并不能完全取消冲突。假设网络上A、B两个结点，若A开始发送数据，在数据到达B结点之前，若B结点有数据需要发送，此时B结点监听信道发现信道为空闲。若此时B结点开始发送数据，则发生冲突。由此可见，仅仅使用载波侦听并不能保证数据正确的发送和接
9、收，因此在IEEE802.3网络协议中增加了冲突检测的功能(CD)。采取边发送边监听的方法，即在发送数据的同时从信道上接收数据，然后比较发送的数据与接收到的数据是否一致，如不一致则认为发生冲突。只要监听到发生冲突，则冲突双方立即停止发送数据。信道很快进入空闲期，可以提高信道的利用率。在IEEE802.3标准中采用1坚持CSMA/CD，在网络负载不是特别高的情况下可以充分利用传输信道。CSMA/CD原理比较简单，技术上容易实现，网络中的各个结点处于同等地位，不需要集中控制，不提供优先级控制，因此不能提供急需信息的优先处理。另外当网络负载加大时，发送信息的等待时间较长。它不适合于一些对稳定性及响应
10、时间要求较高的应用系统。目前IEEE802.3网络使用的传输介质除了同轴电缆外还有双绞线等其它几种形式。网络结构也有些不同，但它们本质上都是类似的，即共享介质，竞争使用，采用CSMA/CD协议。9.2.3 IEEE 802.5标准：令牌环局域网IEEE802.5标准是令牌环网络标准。令牌环(Token Ring)网络是IBM公司于1985年推出的局域网产品，它使用环形拓扑结构，其基本思想我们在介绍网络拓扑结构时已经简单介绍过了，本节我们简述一下其主要技术指标和工作过程。其主要技术指标为：网络拓扑为环形网络，数据传输速率为4Mb/s或16Mb/s，采用单个令牌或(双令牌)的令牌传递方法。RI 1
11、2345678 RORI 12345678 RO图9-4 MAU连接示意图 令牌环网中的令牌(Token)具有特殊的格式和标记，是一个1位或几位的二进制数组成的码。令牌有“忙”和“空闲”两种状态，该令牌延环网依次向每个结点传递，当一个结点准备发送报文信息时，首先要等待空闲令牌的到来，当检测到经过它的令牌为空闲状态时，即可以“帧”为单位发送信息，同时将令牌置为“忙”附在信息尾部向下一站发送。下一站按位转发的方式转发经过本站但又不属于本站接收的信息。由于环中已经没有空闲的令牌，因此其它希望发送的结点必须等待。接收过程为：每一结点检查经过本结点的信息帧，当发现该帧的目的地址与本结点地址相符时，则一面
12、复制全部有关信息，一面继续转发该帧。环上的帧信息延环绕行一周，由发送站点予以收回。此时发送权一直在该结点的控制之下，该结点发送完信息后，将令牌置为“空闲”状态，其它结点才有发送信息的可能。令牌方式在网络负载较小时，由于发送信息之前必须等待令牌，再加上信息必须环绕一周，大约有一半的环路在传送无用的信息，因此效率较低。但是当网络负载很高时，它的性能稳定，效率较高。令牌环的主要优点在于它提供的访问方式的可调整性，它可以提供优先权服务，具有较强的实时性。其主要缺点是需要维护令牌，如防止令牌丢失或令牌重复，控制电路较复杂。9.2.4 IEEE 802.4标准：令牌总线局域网IEEE802.3总线网的总线
13、争用策略使得它不适用于一些实时控制系统，因为当网络中数据流量增大时，可能造成某些站点数据发送的等待时间过大，超出系统允许的响应时间。而IEEE802.4令牌总线网络(Token Bus)综合了令牌传递方式和总线网络的优点，在物理总线结构中实现令牌传递控制方法，网络中的所有结点构成一个逻辑环。美国Date Point公司研制的ARCnet就是典型的令牌总线网络。令牌总线与令牌环另外一个不同点是它必须管理逻辑环，除了上面提到的环的初始化之外，新结点的加入或者环上一个结点的退出都必须要对逻辑环进行重构，每一个结点都必须要清楚地知道本结点的下一个结点是谁。令牌总线的最大优点是性能稳定，当网络负载很大时
14、，网络的吞吐量可以维持在一个稳定的水平，而不会像CSMA/CD网络由于负载过大，使网络性能下降；各工作站不需要检测冲突，故信号电压允许有较大的动态范围，联网距离较远，实时性较好。令牌总线的主要缺点在于其复杂性和时间开销较大，结点必须等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。令牌总线网络实际的物理拓扑结构有星型和总线型两种方式。9.3 无线局域网无线局域网 9.3.1 无线局域网的起源无线网络的初步应用可以追溯到50年前的第二次世界大战期间，当时美国陆军为了采用无线电信号传输资料研发了一套无线电传输技术，并且采用相当高强度的加密技术。1971年，夏威夷大学(University of Hawaii)
15、的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通信网络，被称作ALOHNET的网络。从这时开始，无线网络可以说是正式诞生了。虽然目前局域网络中占主导地位的仍然是有线网络，不过近年来无线网络的应用却日渐增加，相关的技术也在不断地发展。9.3.2 无线局域网的结构 星型拓扑结构是目前无线局域网中最常见的一种结构，包含一个通信用中央结点，可以是一台计算机或是存取点(AP，Access Point)。数据封包由源结点发出后，由中央结点接收转发到正确的目标结点。中央结点可以作为与有线局域网的通信桥梁，通过它存取其它有线客户端、互连网或是其它网络设备等等。图9-5是这种结构的示意图。图9-5 星型无线局域网结
16、构示意图 无线局域网另一种常见的拓扑结构是网状拓扑，它和星型拓扑有些不同，即它没有中央结点，每个结点都可与同一网段的其它计算机自由沟通。图9-6是网状无线局域网的示意图。图9-6 网状无线局域网示意图 9.3.3 无线局域网的主要技术标准FHSS技术将可用的频带区域分割成几个通道，使用窄频载波借着2到4阶的高斯频移键控(GFSK，Gaussian Frequency Shift Keying)不断地改变，如图9-7所示。换句话说，传输时的频率会在收发双方结点都知道的范围内，利用伪随机技术(pseudorandom)做任意变动。黑客们基本上无法知道接下来要切换到哪一组频率来接收整个信号，这使PH
17、Y层加入了一些安全性。FHSS的另一个优点，就是可以让许多网络共存在一个物理区域中。1234567时间020406080采样频率图9-7 FHSS示意图DSSS采用的方法与FHSS的不太一样，它将数据流与一组较高频率的数字代码结合。如图9-8所示。每一位都被映射成一组只有收发两方才知道的位样式，称作碎片代码(chipping code)，它是一串有高有低的信号，代表原本的位。接着将碎片代码反转，以代表数据流中相对的位。如果传输同步正确，那么这种方式可以提供独立的错误校正功能，并且对干扰的容错率也比较高。“1”数据位“0”数据位每个“1”数据位被分成10个碎片代码字每个“0”数据位被分成10个反
18、相碎片代码字图9-8 DSSS数据位映射示意图9.4 高速局域网高速局域网 9.4.1 交换式以太网传统的以太网中所有的站点共享总线，数据以广播的形式进行传输。当带宽需求增加时，可用带宽在所有的用户中划分使用，结点越多，每个结点得到的带宽就越少。利用交换技术可以使每个结点得到的带宽增加。传统的以太网集线器从一个端口接收到数据后直接转发到其它所有的端口，实质上与总线形式相同。以太网交换设备在传送源与目的端口的数据包时，采用的两种基本技术为直通方式和存储转发。如果要保持网络数据传输的稳定性和可靠性，存储转发方式是一种比较好的交换方式，它有着完整的错误检查机制，可以对数据包进行检查纠错。交换技术是一
19、种已经被证实能够解决网络瓶颈和提高以太局域网综合带宽的技术，一个设计优良、布局合理的交换机可以显著地提高整个网络的性能。9.4.2 吉比特(千兆位)以太网吉比特以太网使用光纤、无屏蔽双绞线(5类)或同轴线缆为传输介质。同100M位以太网一样，吉比特以太网使用与10M位以太网相同的帧格式和帧大小，以及相同的CSMA/CD协议。以太网用户可以对现有以太网进行平滑的、无需中断的升级。同时，吉比特以太网还继承了以太网的其它优点，如可靠性较高，易于管理等。吉比特以太网可作为校园或建筑物内的主干网，采用的标准为IEEE802.3z。由于吉比特以太网在提供吉比特速率的同时最大限度地保持了同现有以太网的兼容性
20、,我们可以预测吉比特以太网将如100M位快速以太网一样取得成功，为广大的以太网用户提供经济的1000M位升级途径。9.5 局域网配置实例局域网配置实例 图9-9是一个小型局域网络的结构图，网络上的每个结点配置一块10/100M以太网接口卡，通过双绞线连接到集线器。集线器的数目由网络中的结点数目确定。集线器双绞线图9-9 一个小型局域网的结构1.安装网卡驱动程序如果Windows XP没有正确识别网络接口卡，可按下面的方法安装：(1)单击控制面板中“添加硬件”图标启动添加硬件向导，如图9-10所示。添加硬件 图9-10 添加硬件(2)在图9-11所示的对话框中单击“下一步”。图9-11 添加硬件
21、向导之一(3)在图9-12所示的对话框中选择“是，硬件已连接好”。图9-12 添加硬件向导之二(4)在图9-13所示的对话框中选择“添加新的硬件设备”。图9-13 添加硬件向导之三(5)在图9-14所示的对话框中选择“安装我手动从列表选择的硬件(高级)”。图9-14 添加硬件向导之四(6)选择硬件类型，如图9-15所示。图9-15 添加硬件向导之五(7)在图9-16所示的对话框中选择硬件厂商和网卡类型，如果网卡厂商提供驱动程序盘请单击“从磁盘安装”，指定驱动程序路径。图9-16 添加硬件向导之六(8)在图9-17所示的对话框中单击“下一步”，Windows开始复制并安装驱动程序。图9-17 添
22、加硬件向导之七2安装设置网络协议与服务Windows操作系统在安装网卡驱动程序时，会自动安装常用的协议和服务。如果需要增加、删除协议和服务可进行设置，即在控制面板中单击“网络连接”图标，然后在网络连接窗口中选中需设置的连接，从快捷菜单中选择“属性”，出现图9-18所示的对话框。图9-18 网络连接的属性在图9-18所示的对话框的“此连接使用下列项目”列表中选择“Internet协议(TCP/IP)”，然后单击属性，在图9-19所示的对话框中输入IP地址与子网掩码。对于小型局域网该对话框中其它属性一般无需设置。图9-19 TCP/IP协议设置 3.设置共享资源安装和设置好网络协议与服务后，就可以
23、设置共享资源了。在Windows资源管理器中选择需要共享的文件夹，在快捷菜单中选择“共享和安全”。在图9-20所示的对话框中选中“在网络上共享这个文件夹”，单击“确定”，即可将该文件设置为共享，局域网的其他用户就可以通过“网上邻居”访问该文件夹了。图9-20 设置共享文件夹习题习题1局域网是由哪些构件组成的？2什么是网络操作系统，其主要作用是什么？3目前，局域网中常见的网络操作系统是哪些？4简述网络服务器、工作站的功能，以及它们之间的区别。5简述CSMA/CD是如何处理冲突的。6简述令牌环局域网的工作原理。7比较令牌环和令牌总线，说明它们的区别。8列出无线局域网的主要技术标准。9简述以太网的发展过程及发展过程中每个阶段的技术特点。10.简述局域网的配置过程。
