第2章_数据通信系统---23局域网

第2章数据通信系统《现代通信系统》课程2019/12/201第2章数据通信系统2.1数据通信概述2.2计算机网络体系结构2.3局域网2.4TCP/IP2.5Internet和广域网2019/12/2023.1计算机局域网概述•局域网(LAN，LocalAreaNetwork)，顾名思义就是局部区域的计算机网络。•在局域网中，连接在一起的计算机其分布范围一般在10 m以上和几千米之内，因此局域网的本质特征是分布距离短。•另外，构成局域网的微机可以是不同厂家生产的，如IBM兼容机与Apple公司的Macintosh系统就可以连接在一起。2.3局域网2019/12/2032.3局域网计算机网络按其覆盖范围大小分为：局域网（LAN）：一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连，但地理上则局限在较小的范围（如1Km左右）；城域网（MAN）：作用范围一般为一个城市，作用距离约为5~50Km；是一种公用设施，用来将多个局域网互联；广域网（WAN）：作用范围通常为几十到几千公里，作为因特网的核心部分，其任务是通过长距离（例如，跨越不同的国家）运送主机所发送的数据。2019/12/204①局域网覆盖地理范围有限，网络结构简单；②通信速率高，通常为1～1000Mbit/s，现在正在向10Gbit/s速率发展。③可采用多种传输媒质，包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线信道等，可根据不同要求选用；④t通信质量好，传输，误码率低于10-8～10-11，误比特率为10-7～10-12；⑤多采用分布式控制和广播式通信。⑥成本低，安装、扩充及维护方便⑦局域网一般属于一个单位所拥有，易于建立、维护、管理与扩展。⑧局域网侧重于共享信息的处理，而不是传输问题。2.3.1局域网的特点2019/12/205工作站网卡收发器电缆匹配电阻≤500m总线型局域网的组成由图可见，它由传输媒质、网络适配器（网卡）、收发器、网络工作站、网络服务器、文件服务器和操作系统等构成。2.3.2局域网的组成2019/12/2061.网络适配器网络适配器又称网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），简称网卡，是计算机连入局域网的接口电路板。2.3.2局域网的组成•网卡的重要功能：–进行串行/并行转换。–对数据进行缓存。–在计算机的操作系统安装设备驱动程序。–实现以太网协议。2019/12/207•网卡有AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）和RJ-45接口（双绞线接口）三种接口类型。82.3.2局域网的组成2019/12/20CPU高速缓存存储器I/O总线计算机至局域网网络接口卡（网卡）串行通信并行通信9计算机通过网卡和局域网进行通信2.3.2局域网的组成2019/12/202.收发器将网卡的输出信号变成适宜于电缆传输的信号。收发器具有以下功能:2.3.2局域网的组成①从计算机经收发器电缆得到数据向总线发送，或从总线接收数据经收发器电缆送给计算机；②检测在总线上发生的数据帧的冲突；③在总线和总线接口的电子设备之间进行电气隔离；④当收发器所连接的网卡或工作站出故障时，保护总线不受影响。2019/12/20103.网络工作站工作站是用户与网络之间的接口，是连接到LAN上的可编址设备。一方面它可以当作普通计算机使用；另一方面，它可以通过网络彼此通信，使用服务器管理的各种共享资源，如共享打印机、数据库和各种应用软件。2.3.2局域网的组成2019/12/20114.网络服务器局域网中专门的节点，该节点为网上用户周知，具有固定的地址，且装入网络操作系统核心软件，可以为网上用户提供服务，比如，管理网路、共享资源、通信管理和为用户提供网络服务等功能。5.文件服务器文件服务器支持文件的生成、删除、打开、读和写等。2.3.2局域网的组成2019/12/20126.操作系统网络操作系统是使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和有关规程的集合。操作系统的处理模式有三种：2.3.2局域网的组成2019/12/2013①集中模式（又称工作站/文件服务器模式）：通常由一台（或多台）服务器和若干台与主机相连的工作站组成。其中工作站可以访问网络中的共享资源，但本机的资源，如硬盘、打印机只能为本机的用户使用；服务器专为网络提供共享资源，管理网络通信。信息处理和系统控制都是集中式的；数据的共享大多以文件形式，通过对文件的加锁、解锁来实施控制；2.3.2局域网的组成2019/12/2014②客户/服务器（client/server）模式：这种模式是基于网络的一种分布处理体系结构。操作系统有一个很小的内核，提供所有的操作系统都共同的那些操作。操作系统的其他部分分成若干相对独立的进程，每个进程实现一组服务，称为服务器。客户负责向服务器提出服务请求，内核将请求传给服务器。服务器负责管理数据资源并进行处理，它响应并处理客户发来的请求，其结果又通过内核返还给客户。这就是客户/服务器运行模式。2.3.2局域网的组成2019/12/2015③对等模式：网络上各工作站（或主机）处于同等地位，彼此之间没有从属关系。系统不设服务器，网上任一台PC机既可以使用别人的资源，也可以为别人提供自己的资源。这种方式的优点是对小规模网络而言，它的系统投资低，易于安装维护。但当用户数太多时，难以进行管理，限制了网络规模的扩大。2.3.2局域网的组成2019/12/2016随着局域网应用的日益普及，美国IEEE（电气和电子工程师协会）于1980年2月成立了局域网标准委员会（简称IEEE802委员会），IEEE802系列标准也采用了OSI体系结构，并被ISO采纳，作为LAN的国际标准系列，称为ISO802系列标准。2.3.3局域网协议——IEEE802标准2019/12/2017IEEE802参考模型（LAN/RM）•局域网参考模型和OSI参考模型的对应关系网络层数据链路层物理层物理层介质访问控制子层MAC逻辑链路控制子层LLC网际层OSIIEEE802182.3.3局域网协议——IEEE802标准2019/12/20由于局域网的拓扑结构非常简单，且多个站点共享传输信道，所以局域网中没有必要单独设置网络层，而是将网络层的一些功能，如分组寻址、排序、流量控制、差错控制等交给数据链路层去完成。所以，IEEE802的工作集中在物理层、数据链路层和网络层的接口上，如右图所示。物理层媒体访问控制（MAC）逻辑链路控制（LLC）服务访问点（SAP）IEEE802参考模型的范围局域网参考模型2.3.3局域网协议——IEEE802标准2019/12/2019为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。2.3.3局域网协议——IEEE802标准2019/12/2020局域网对LLC子层是透明的局域网网络层物理层站点1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点2LLC子层看不见下面的局域网212.3.3局域网协议——IEEE802标准2019/12/202019/12/2022IEEE802协议标准基本结构图2.3.3局域网协议——IEEE802标准2019/12/2023IEEE802标准扩展IEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEE802.1局域网协议高层802.2逻辑链路控制802.3以太网802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.7宽带TAG802.8FDDI802.9同步局域网802.10局域网网络安全IEEE802.11无线局域网IEEE802.12需求优先级IEEE802.13(未使用)IEEE802.14电缆调制解调器IEEE802.15无线个人网IEEE802.16宽带无线城域网IEEE802.17可靠个人接入技术IEEE802.20移动宽带无线访问（广域无线网）2.3.3局域网协议——IEEE802标准目前IEEE802委员会下属的活跃工作组只有八个：802.1——桥接/体系结构802.3——CSMA/CD802.11——无线局域网802.15——无线个人区域网802.16——宽带无线接入（Wimax）802.17——弹性分组环802.20——移动宽带无线接入（MBWA）802.21——媒体无关切换2.3.3局域网协议——IEEE802标准2019/12/20242019/12/20252.3.4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有线传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤等无线传输介质：卫星、无线、微波等以太网的组网方式：粗缆以太网、细缆以太网、双绞线以太网、光纤以太网，也可混合组网。讨论：双绞线已能用于数据传输速率为100Mbps、1Gbps的高速局域网中；在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线技术的趋势已经明朗。2019/12/2026(1)粗缆以太网粗缆以太网通常也称作10BASE-5以太网，这是早期使用的组网形式之一。使用的电缆直径为10mm，特性阻抗为50欧姆，拓扑结构为总线型，网中传输的信息采用曼彻斯特编码。组网时，首先把网卡插入到微机的扩展槽中，然后把一个收发器通过一条不超过15m长的收发器电缆(AUI电缆)连接到网卡上的15芯插座上，而收发器则直接与粗缆连接。为了防止信号传播到终端时产生波形反射引起信号传输错误，在粗缆的两端要安装50Ω的终端匹配电阻。粗缆以太网规定，电缆网段的最大长度为500m,如使用中继器(Repeater)网络最长可达2.5km。粗缆一般使用GR-11标准电缆。2.3.4传输介质类型与介质访问控制方法2019/12/2027粗缆以太网的基本结构2.3.4传输介质类型与介质访问控制方法2019/12/2028粗缆以太网标准粗缆以太网规定单段信号传输电缆的最大长度为500米，但利用中继器连接4段电缆后，以太网中信号传输电缆最长可达2500米。2.3.4传输介质类型与介质访问控制方法2019/12/2029(2)细缆以太网细缆以太网通常也称作10BASE-2以太网，是一种安装更容易、价格更便宜的以太网。使用的电缆直径为5mm，特性阻抗也为50Ω，拓扑结构、网中传输的信息编码、使用匹配电阻、网卡等都与粗缆的一样。但细缆以太网不使用收发器，而是使用T型接头连到网卡的BNC接口上。由于电缆较细，信号的衰减较大，所以其传输距离比粗缆要短，一般一个网段为185m，使用中继器(Repeater)网络最长可达925m。可靠性也比较差，只要一台工作站断线，整个网络就不能工作。细缆一般使用RG-58/U标准电缆，分单芯和多芯两种。2.3.4传输介质类型与介质访问控制方法2019/12/2030(3)双绞线以太网双绞线以太网通常也称作10BASE-T以太网，与同轴电缆组网不一样，它的物理拓扑结构是一种星型网络。网络的通信中枢是集线器，通常也称作HUB，上面装有RJ-45接口，数量一般为4、8、12、16、24个，一般还设有同轴电缆接口作为扩展用。信号传输介质一般使用非屏蔽双绞线，通过RJ-45接口把工作站和集线器连接起来。双绞线的最大连接长度为100m。双绞线网络不仅价格便宜，而且组网更灵活，扩展更方便，其中5类双绞线的传输速率可达100Mbps，所以现在局域网络大多使用双绞线。2.3.4传输介质类型与介质访问控制方法2019/12/2031计算机通过网卡和局域网进行通信2.3.4传输介质类型与介质访问控制方法2019/12/2032网卡上的硬件地址路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。WINXP/2003用户都可以使用ipc