局域网技术

17.1.0局域网概述概念局部区域内的计算机网络，可以理解为一组物理位置上相隔不远的计算机和相关设备的互连集合，该集合允许用户互相通信和共享软/硬件资源。2基本组成硬件：服务器、工作站、网卡、传输介质、互连设备软件：网络操作系统、网络协议、网络应用软件、网络管理软件37.1.1局域网概述LAN(LocalAreaNetwork)的特点：覆盖范围小；传输速率高；误码率低，可靠性高；面向的用户比较集中介质适应性强决定局域网特性的主要技术要素是：网络拓扑结构、传输介质与介质访问控制方法。•局域网(LocalAreaNetwork，LAN)：服务区域是小型化的•城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)：连接着多个LAN，范围扩大到大约1～13英里(1英里=1.6093km)，构成MAN的每一个LAN可以属于同一组织，也可以属于多个不同的组织。•广域网(WideAreaNetwork，WAN)：由两个以上的LAN构成，连接可以穿越30英里以上的距离。。最广为人知的WAN就是Internet，它由全球成千上万的LAN和WAN组成。一、计算机网络分类•由四种网络特性——传输介质、协议、拓扑以及私有网和公共网间的边界点来确定网络的类型。•传输介质：指用来连接计算机和网络的电缆、光缆、无线电波或微波。通常LAN结束在传输介质改变的地方。•协议：在一个LAN中可以使用一个协议，也可以使用多个协议，但是协议的改变通常指示着LAN的边界。•设计布局（拓扑结构）：拓扑结构的改变，例如由星型拓扑变为环型拓扑，就说明一个LAN终止了，而另一种网络类型从此开始了。•私有网和公共网间的边界点：确定它们的起始和终止点。LAN、MAN和WAN间的边界划定LAN、MAN采用广播网络技术，WAN采用点到点的交换技术。6二、局域网特征的主要技术•决定局域网特征的主要技术：–拓扑结构–传输介质–介质访问控制方法•三种技术决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络特征。7LAN的拓扑结构常见局域网拓扑结构：•总线型：结构简单、所需介质长度短、故障隔离和诊断困难。•环型：结构简单、所需介质长度短、扩展性差、故障诊断困难。•星型（树型结构）：容错性较高、扩展性好、成本较高、依赖中心设备。BusStarRingABCCADCBABCALAN的传输介质•常用局域网传输介质为：–双绞线、同轴电缆、光纤等。屏蔽双绞线在以太网中，最远传输距离为100m，数据传输速率可达到10Mbps、100Mbps和1000Mbps在以太网中，最远传输距离为500/200m，数据传输速率可达到10Mbps。同轴电缆9光纤优点：通信容量大、传输速率高抗电磁干扰能力强、保密性强；低衰减，传输距离远；缺点：价格较贵；安装、连接和分离较困难；10•多个用户共用一个信道时要进行访问控制。•按照用户访问公共介质的方式的不同：随机访问技术和受控访问技术•受控访问技术（控制方式）：集中受控访问技术和分散受控访问技术。介质访问控制技术11(1)随机访问技术：•随机访问技术是各用户发送数据不受任何限制，可随机发送，多用户争用公共信道的一种访问控制技术(也叫争用方式、竞争方式)。争用成功的用户可获得发送信息的权利，占用整个信道；其他用户就不可再发送信息。•典型的随机访问技术是带有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)技术。(2)受控访问技术：•不允许各用户随机访问信道，而是在一定控制下有序地访问公共信道，以避免出现数据冲突的现象。介质访问控制技术12ABCABCDEDE碰撞介质访问控制技术13①集中受控访问技术：•访问控制是由作为控制中心的主机实现的。典型的是轮询方式。②分散受控访问技术：•该技术不设控制中心，信道上各站点的地位相等，进行分散控制。典型的是令牌访问控制技术。受控访问技术14三、LAN的结构•以太网•令牌环•光纤分布数据接口网•ATM网•无线局域网15传统以太网1.以太网的概念：•以太网是由美国Xerox等公司联合开发于1976年推出的局域网，于1980年公布了Ethernet的物理层和数据链路层技术规范，是世界上第一个局域网工业标准，即后来的IEEE802.3标准。以太网采用随机访问控制技术CSMA/CD。16•以太网自70年代后期出现以来，发展非常迅速。其传输速率从最初的10Mbps，发展到100Mbps、1000Mbps，现在已有了10Gbps的以太网。以太网是目前应用最广泛的一类局域网。•传统以太网通常是指传输速率为10Mbps的以太网。以太网的发展172.传统以太网•传统以太网使用CSMA/CD介质访问方式，其标准是IEEE802.3。后来在物理层又定义了多种传输介质(粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线和光纤)和拓扑结构(总线型、星型、树型和混合型)，形成了一个10Mbps以太网的标准系列：IEEE802.3的10Base-5、10Base-2、10Base-T和10Base-F标准。10M以太网粗缆的10Base5细缆的10Base2双绞线10BaseT快速以太网：三类线传输的100BaseT4快速以太网：五类线传输的100BaseTX快速以太网：光纤传输的100BaseFX千兆以太网短波长光传输1000Base-SX长波长光传输1000Base-LX五类线传输1000BaseT802.3ae：10Gbps以太网标准以太网发展过程19光纤分布式数据接口•FDDI特点：–使用基于IEEE802.5的单令牌的环型网介质访问协议；–数据传输速率为100Mbps，可支持1000个物理连接，环路的长度为100KM；–采用双环拓扑结构，可增加网络容错能力，提高了可靠性；–可以使用多模或单模光纤采用单模光纤时，两节点之间距离可超过2/20km，全网光纤总长可以达到200/数千公里。•CDDI是FDDI的一种扩展，使用的是5类双绞线，100M带宽。FDDI环路由器路由器环网总线网20•ATM是以小信元为传输单位，面向连接的分组交换技术，可用于传输语音、图像、数据和多媒体宽带信息。•信元结构ATM信元固定为53字节，其中5个字节为信元头，48字节为信元体（净荷）。信元头承载信元的控制信息信元体(净荷)承载用户要分发的信息•ATM交换是面向连接的，也是在端到端的物理传输通道上建立多条逻辑连接(虚连接)。ATM技术21•ATM的特点：①面向连接的快速(信元)交换，长度固定；②最低层是面向连接的方式传送；能在一个网络上综合多种业务服务；支持不同速率的数据传输；③可用光纤传输，也可用5类双绞线作为传输介质；④通过局域网仿真，可以和现有以太网、令牌环网共存。ATM技术22•1998年，IEEE制定出无线局域网协议标准802.11•射频传输标准采用跳频扩频（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）•国内自由频率2.4GHz-2.4835GHz•MAC层使用CSMA/CA(冲突避免)•解决为公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，速率2Mbit/s•802.11扩充标准802.11b,802.11a,802.11g无线局域网23•IEEE802.11b是工作在2.4GHz频段上，支持11Mbps的速率。•802.11a是工作在5GHz频段上，支持54Mbps的速率。•802.11g是工作在2.4GHz频段上，支持54Mbps的速率。•蓝牙技术是短距离无线通信技术，使用标准为IEEE802.15。无线局域网24无线局域网的应用领域•接入Internet•办公室环境•商业环境•工业现场25无线局域网的特点•传输方式–无线电波与红外线；•无线局域网的拓扑结构–无中心拓扑和有中心拓扑；•网络接口•支持移动计算网络无中心拓扑结构有中心拓扑结构26无线局域网的组建•无线网络器件–无线网络网卡；–无线网络HUB；–无线网络网桥。•无线局域网的组建形式–全无线网；–无线节点接入有线网；–两个有线网通过无线方式相连。27无线局域网BSS基本服务集接入点AP(基站)扩展的服务器ESS分配系统DSBSS基本服务集移动站接入点AP(基站)移动站基本服务集接入点AccessPoint主干分配系统287.1.2以太网原理简介10BASE5信息传送方式电缆终端子T接线器或TAP节点10BASE5（粗以太网）：以太网的先驱，50为粗同轴电缆为共享介质，速率：10M，电缆最长：500m①原理：帧是通信的最小单位，结点将要传送的数据分成几段，分别封装在帧的数据部分，MAC控制器将帧发送到收发器上，收发器对帧进行编码变成比特流，最后发送到同轴电缆上；接收的时候也要通过收发器译码，将比特流转换成帧发送到MAC控制器上。②MAC地址：结点的惟一标识，由IEEE分配，全球惟一，被写在网卡芯片中，也叫物理地址或网络接口地址。③CSMA/CD：载波侦听多路访问/冲突检测协议，这种以太网是半双工的。297.1.3以太网数据编码方式•数据编码方式有：①NRZ编码（不归0制）：高电平表示“1”，低电平表示“0”，用于计算机内部。缺点：不容易区别连续发送的“1”或“0”②曼彻斯特编码：低电平跳变到高电平表示“1”，高电平跳变到低电平表示“0”。优点：1）容易区别连续发送的“1”或“0”2）容易提取同步信号。3）容易检测冲突，因为没有冲突的帧平均电压为0，否则平均电压会改变。•收发器负责计算机内的NRZ编码和网络上的曼彻斯特编码的转换。MAC控制器收发器信道NRZ编码曼彻斯特编码30111010001字节时钟NRZ-L曼彻斯特编码图4.2数据编码方式311.LAN层次结构•美国电气与电子工程师协会IEEE于1980年2月成立的局域网络标准化委员会制订了一系列局域网络标准。这类IEEE802标准遵循OSI参考模型原则，并规范了物理层、数据链路层及部分网络层功能。7.1.4局域网层次结构及标准化模型32其他高层网络层逻辑链路控制子层(LLC)媒体访问控制子层(MAC)物理层数据链路层物理层OSI参考模型IEEE802LAN参考模型局域网层次结构及标准化模型33IEEE802.3的体系结构与功能实现物理层电缆连接器收发器AUI电缆网卡站接口数据封装/解封（MAC帧）链路管理（CSMA/CD）曼彻斯特编码/译码发送/接收MACLLC34•物理层：物理层负责物理连接管理和在介质上传输比特流。传输介质接口具有机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。–采用基带信号传输–数据的编码采用曼彻斯特编码–传输介质可以是双绞线、同轴电缆和光缆–拓扑结构可以是总线型、树型、星型和环型–传输速率有10Mbit/s、16Mbit/s、100Mbit/s和1000Mbit/s局域网层次结构及标准化模型35•数据链路层：数据链路层主要作用是通过一些数据链路层协议，在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，负责帧的传输管理和控制(帧顺序、差错和流量控制)。•LAN的数据链路层划分为：LLC子层和MAC子层。•功能分解的目的：•将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。•局域网特点：共享信道(如总线)。需要解决介质访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法。–LLC：与介质、拓扑无关；–MAC：与介质、拓扑相关。局域网层次结构及标准化模型36•MAC子层功能：成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。•LLC子层功能：向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。•LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准(对不同的LAN标准，区别在MAC子层)局域网层次结构及标准化模型37LLC的帧结构DSAPSSAP控制数据111/2长度无限制单位：字节高层PDULLC数据LLC首部MAC首部MAC尾部MAC数据LLC帧和MAC帧的关系MAC控制目的MAC地址源MAC地址38MAC子层的地址IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。——MAC地址（物理地