局域网基本知识

4.1局域网的基本知识教学目标通过本章的学习，掌握局域网的拓扑结构，理解介质访问控制方式，了解传输介质的特性，局域网的特点。教学内容1、局域网的主要特点；2、总线型、环形、星形网的数据传输方式；3、局域网使用的主要传输介质及其特性；4、以太网和FDDI网的基本工作原理。教学的重点和难点1、局域网的拓扑结构。2、以太网的基本工作原理。4.1.1局域网的主要特点（1）局域网覆盖的地理范围比较小通常不超过几十公里，甚至只在一幢建筑或一个房间内；（2）信息的传输速率高（通常在10Mb/s～1000Mb/s之间）、误码率低（通常低于10e-8）因此，利用局域网进行的数据传输快速可靠。（3）网络的经营权和管理权属于某个单位，易于维护和管理。（4）决定局域网的的性质的关键技术要素是拓扑结构、传输媒体和媒体的访问控制技术。CSMA/CD、TokenRing、TokenBus、FDDI4.1.2局域网的拓扑结构局域网的网络拓扑结构主要有3种。总线型结构环型结构星型结构1、总线型拓扑结构优点价格低廉，用户站点入网灵活没有单点故障缺点由于共用一条传输信道，任一时刻只能有一个站点发送数据，而且介质访问控制也比较复杂。2、环型拓扑结构缺点：断开环中的一个节点，意味着整个网络的通信终止。3、星型拓扑结构优点维护和调试，对电缆的安装和检验也相对容易。缺点中心节点一旦失效将会导致全网无法工作。4.1.3局域网传输介质（1）有线介质电缆、双绞线、光纤等（2）无线介质微波卫星通信（3）局域网常用的传输介质有同轴电缆非屏蔽双绞线（UP,unshieldedtwistedpaired）屏蔽双绞线（STP,shieldedtwistedpair）光缆1、同轴电缆1.优点传输距离较远，覆盖的地域范围较大技术非常成熟2.缺点电缆硬，折曲困难，重量重3.局域网常用同轴电缆粗同轴电缆：特征阻抗50Ω，直径1cm细同轴电缆：特征阻抗50Ω，直径0.5cm4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线2、非屏蔽双绞线1.优点尺寸小、重量轻、容易弯曲价格便宜容易安装和维护RJ-45连接器牢固、可靠2.缺点抗干扰能力较弱传输距离比较短UTP分为：3类线、4类线、5类线和超5类线UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线3屏蔽双绞线1.优点传输质量较高电缆尺寸和重量与UTP相当2.缺点安装不合适有可能引入外界干扰4、光缆中心的内核由纯度非常高的玻璃构成，其折射率很高。内核外的包层由折射率很低的玻璃或塑料组成这样在光纤中传输的光将在内核与包层的交界处形成全反射。1.光缆的特点(1)优点传输速率高传输距离远传输损耗低抗干扰能力强(2)缺点价格相对较高安装比较困难2.光纤的分类多模光纤单模光纤（传输质量比多模光纤好）3.光缆适合于楼宇内部的结构化布线4.1.4介质访问控制方式共享式局域网如何共享传输介质常用的介质存取方法带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法令牌总线（TokenBus）方法令牌环（TokenRing）方法1以太网与CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)载波侦听发送结点在发送信息帧之前，必须侦听媒体是否处于空闲状态。多路访问既表示多个结点可以同时访问媒体也表示一个结点发送的信息帧可以被多个结点所接收。冲突检测发送结点在发出信息帧的同时，还必须监听媒体，判断是否发生冲突（同一时刻，有无其他结点也在发送信息帧）。1、以太网的发送先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发2、以太网的接收3、MAC地址作用：局域网上的计算机利用MAC地址表示自己和他人的身份MAC地址通常存储在网络接口卡NIC中MAC地址位于OSI参考模型的数据链路层以太网的MAC地址长度为48b。例如：52-54-ab-31-ac-c6为了保证MAC地址的惟一性，世界上有一个专门的组织负责为网卡的生产厂家分配MAC地址。以太网总结采用分布式介质访问控制方法没有集中控制中心采用竞争机制网中的所有节点具有相同的优先级发送等待延迟不固定比较适宜于低负载和中负载应用环境实现容易，组网方便最常使用的一种局域网2FDDI：光纤分布式数据接口fiberdistributeddatainterface传输介质：光纤传输速率：100Mb/s拓扑结构：环形(双环)介质访问控制方法：令牌环令牌环基本工作原理1.网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行2.发送站点必须等待，直到捕获到令牌发送数据帧释放令牌吸收数据帧（绕环一周后）3.中间站点（数据帧的目的地址与自己不同）转发环上的数据帧4.接收站点（数据帧的目的地址与自己相同）拷贝环上的数据帧转发环上的数据帧4.2以太网组网技术教学内容1、以太网的组网类型和传输速度；2、组网所需的器件、设备和传输介质；3、单一集线器组网配置规则；4、多集线器组网配置规则。教学的重点和难点1、集线器、网卡等设备的特点、分类、应用。2、双绞线的通信规则。3、以太网的组网规则。4.2.1以太网的相关标准以太网最早是由Xerox（施乐）公司创建的，在1980年由DEC、Intel和Xerox三家公司联合开发为一个标准。以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。传输介质：同轴电缆、双绞线、光缆等网络速度：10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s介质访问控制方法：CSMA/CD1、10BASE5粗缆以太网（粗同轴电缆）电缆的两端有50欧姆的终端电阻每网段允许连接100个节点长度是500米最多有4个中继器5段500米的网线最大网络直径是2500米。粗缆BNC端子收发器AUI电缆2、10BASE2细缆以太网每段只能连接30个节点每段的最大长度是185米最大的网络直径是925米。BNCT型接头3、10BASE-T3类以上双绞线以太网水晶头（RJ-45头）4个中继器连接5个100米的网线最大网络直径是500米。NIChub段最大长度100m4、100BASE-TX5类以上双绞线以太网2个中继器连接2个100米的网线两个中继器之间的距离不超过5米最大网络直径是205米。5、100BASE-FX—使用光纤的快速以太网4.2.2组网所需的器件和设备10BASE-T和100BASE-TX的组网设备：（1）带有RJ-45连接头的UTP电缆（2）带有RJ-45接口的以太网卡（3）10Mbps/100Mbps集线器（4）网桥1集线器的主要功能和特性集线器功能：（1）作为以太网的集中连接点；（2）放大接收到的信号；（3）通过网络传播信号；（4）无过滤和路径检测或交接功能；（5）不同速率的集线器不能级联。注意：集线器是对网络进行集中管理的最小单元从逻辑上看，通过集线器组成以太网都是由一条电缆连接起来的同一个广播域，同一个冲突域具有三个端口的集线器集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线2网卡网卡的主要功能包括：（1）实现计算机与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，接收和执行计算机送来的各种控制命令，完成物理层功能；（2）按照使用的介质访问控制方法，实现共享网络的介质访问控制、信息帧的发送与接收、差错校验等数据链路层的基本功能；（3）提供数据缓存能力，实现无盘工作站的复位和引导。图表示用网卡上的硬件地址来标识局域网上的计算机和路由器。3非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP由8根铜缆组成10Mbps/100Mbps以太网使用的线对发送：1（橙白）、2（橙）接收：3（绿白）、6（绿）RJ-45接头和接口基本连接规则自己的发线要与对方的的收线相连自己的收线要与对方的的发线相连直连线交叉线全反线4.2.3双绞线以太网组网1单集线器结构2多集线器级联结构1单集线器结构1、适用环境网络规模不大计算机比较集中2、10Mb/s以太网10Mb/s网卡（或10Mbps/100Mbps自适应网卡）3类以上UTP电缆10BASE-T集线器每段UTP电缆最大长度100m3、100Mb/s以太网100Mb/s网卡（或10Mbps/100Mbps自适应网卡）5类以上UTP电缆100BASE-T集线器每段UTP电缆最大长度100m2多集线器级联结构1、适用环境计算机的数量超过单一集线器所能提供的端口数计算机位置比较分散2、集线器级联方式利用集线器的级联端口与另一台集线器的普通端口级联（需要直通UTP电缆）利用两个集线器上的普通端口级联（需要交叉UTP电缆）3、10Mb/s集线器和100Mb/s集线器不能相互级联2多集线器级联结构4、多集线器进行级联时，一般可以采用平行式级联和树型级联两种方式。（1）平行式级联（2）树形级联6、多集线器10Mb/s以太网配置规则•10Mb/s网卡（或10Mbps/100Mbps自适应网卡）•3类以上UTP电缆•10BASE-T集线器•每段UTP电缆的最大长度100m•任意两个节点之间最多可以有5个网段，经过4个集线器•整个网络的最大覆盖范围为500m•网络中不能出现环路7、多集线器100Mb/s以太网配置规则100Mb/s网卡（或10bps/100Mbps自适应网卡）5类以上UTP电缆100BASE-T集线器每段UTP电缆的最大长度100m任意两个节点之间最多可以经过2个集线器集线器之间的电缆长度不能超过5m整个网络的最大覆盖范围为205m网络中不能出现环路4.3交换与虚拟局域网4.3.0DIXEthernetV2标准4.3.1交换式以太网的提出4.3.2以太网交换机的工作原理4.3.3虚拟局域网VLAN4.3.4组装简单的以太局域网主要内容1.交换式以太网的特点2.交换机的工作过程和数据传输方式3.交换机的通信过滤、地址学习和生成树协议4.VLAN的组网方法和特点5.实践内容利用交换机组装简单的交换式以太网配置以太网交换机在交换式以太网上划分VLANMAC帧物理层MAC层1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报4.3.1DIXEthernetV2标准MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式目的地址字段6字节MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式源地址字段6字节MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式类型字段2字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式数据字段46~1500字节数据字段的正式名称是MAC客户数据字段最小长度64字节18字节的首部和尾部=数据字段的最小长度MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式FCS字段4字节当传输媒体的误码率为1108时，MAC子层可使未检测到的差错小于11014。当数据字段的长度小于46字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节。MAC帧物理层M