计算机网络技术PPT

计算机网络技术项目二：局域网基础与组网技术第三章组建小型局域网络项目二:局域网基础与组网技术[教学内容](1)常见的网络设备和传输介质(2)IP地址概念及结构(3)局域网的特点和分类(4)局域网的体系结构与协议标准(5)介质访问控制方法(6)双机互联的基本方法(7)以太网概念和技术(8)共享式局域网组网方法(9)交换式以太网组网方法(10)VLAN技术、VLAN的划分(11)工作组网络和小型企业网(12)无线局域网概念及组成[实践内容](1)熟悉机房网络结构、网线制作及测试；（2）工作组网络的组建；（3）VLAN的基本配置；（4）交换机的基本配置；（5）交换式以太网的组建。项目二:局域网基础与组网技术[教学要求](1)掌握IP地址概念、结构及其配置方法；（2）掌握以太网概念和技术；（3）理解局域网的特点和功能；（4）理解IEEE802标准，理解常用介质访问控制技术；（5）理解无线局域网的工作原理和基本的组网方式；（6）熟悉常见的网络设备和传输介质；（7）了解令牌环网、双机互联方法；（8）了解VLAN的概念与实现方式。本模块的说明模块信息说明本模块名称局域网基础与组网技术所属能力核心应用能力模块地位核心模块课程必修本模块的专业方向网络管理员、网络工程师、网络规划设计师选修本模块的专业方向网络支持工程师、网络产品营销人员本次课说明课题名称§3.1认识局域网所属模块局域网基础与组网技术课时2课时地位核心知识单元本次课的教学目标知识目标技能目标拓展能力目标1、了解局域网的特点和分类；2、理解局域网的概念和体系结构标准；3、熟悉局域网的各种介质访问控制方法。1、熟悉IEEE802标准系列，能熟练指出常见标准的相关技术；2、掌握并描述CSMA/CD的工作过程。1、能够积极主动地和老师达成互动；2、讨论时能和其他同学合适的沟通；3、对共享介质访问机制可以大胆创新。本次课内容介绍•主要内容：―局域网的特点和分类―局域网的参考模型与协议标准―介质访问控制方法•重点内容：―局域网的参考模型与协议标准―介质访问控制方法问题的提出•青职公司因业务扩展的需要，要增设一个由8名工作人员组成的商务部。计算机中心的技术人员小张要负责将这个新部门的8台计算机搭建成一个办公室的小型局域网，并连入到公司的网络中。他首先根据网络建设规模画出了拓扑结构图（如图3-1所示），然后规划好每个网络设备的放置位置，再按计划采购了网络设备并安装好，最后根据公司原有的网络规划对新办公室的计算机进行了网络设置，就顺利的完成了任务。公司的网络3.1任务1：认识局域网•能反映局域网特征的关键技术有3个方面：–网络拓扑结构–数据传输介质–介质访问控制方法–这些技术基本上可确定网络性能（网络的响应时间、吞吐量和利用率）、数据传输类型和网络应用等。其中介质访问控制方法对网络特性有着重要的影响。3.1.1局域网的特点和分类•网络所覆盖的地理范围比较小；•数据的传输速率比较高；•具有较低的延迟和误码率；•局域网的经营权和管理权属于某个单位；•局域网体系结构只涉及通信子网的内容，最多包含OSI参考模型中的低三层功能；•协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。1、局域网的特点3.1.1局域网的特点和分类（1）按网络的拓扑结构划分，可分为星型网络、总线型网络、环型网络等。（2）按线路中传输的信号划分，可分为基带网络和宽带网络。基带网络传输数字信号，信号占用整个频带，传输距离较短；宽带网络可以传输模拟信号，传输距离较远，达几公里以上。2、局域网的分类3.1.1局域网的特点和分类（3）按网络的传输介质划分，可分为双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络和无线局域网等。（4）按网络的介质访问控制方式划分，可分为以太网（Ethernet）、令牌环（TokenRing）网和令牌总线（TokenBus）网等。•此外，按信息的交换方式分类，可分为交换式局域网、共享式局域网等。2、局域网的分类3.1.2局域网的体系结构与标准局域网的IEEE802参考模型与OSI/RM的对比1局域网的体系结构3.1.2局域网的体系结构与标准（1）物理层•对于局域网来说，物理层是必需的，它负责定义机械、电气、规程和功能方面的特性，以建立、维持和拆除物理链路，在两个节点间透明地传送比特流。•物理层具体规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、拓扑结构和传输速率。1局域网的体系结构3.1.2局域网的体系结构与标准（2）数据链路层•数据链路层也是必需的，它负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道，采用差错控制和帧确认技术传送带有校验的数据帧。•为了使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和介质访问控制方法，IEEE802标准把数据链路层分为介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）两个子层，将硬件和软件的实现有效地分离。1局域网的体系结构3.1.2局域网的体系结构与标准①LLC子层•LLC子层与介质无关，实现数据链路层与硬件无关的功能，包括：数据帧的组装与拆卸、帧的收发、差错控制、流量控制和发送顺序控制等功能，并为网络层提供面向连接和无连接两种类型的服务。•LLC负责屏蔽掉MAC子层的不同实现，从而向网络层提供统一的格式和逻辑接口（服务访问点）。•由MAC子层提供LLC和物理层的接口。不同类型的局域网MAC层不同，而LLC层相同。1局域网的体系结构3.1.2局域网的体系结构与标准②MAC子层•局域网中的多个设备一般共享公共传输媒体。传输数据时，首先要解决由哪些设备占用媒体的问题。所以必须设置介质访问控制功能。•MAC子层主要功能是进行合理的信道分配，解决共享信道的竞争问题，还要负责把物理层的0、1比特流组建成帧，并实现帧的寻址和识别，以及产生帧检验序列和完成帧检验等功能。•目前，IEEE802已规定的介质访问控制标准有著名的带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）、令牌环（Token-Ring）和令牌总线(Token-Bus)等。1局域网的体系结构3.1.2局域网的体系结构与标准2．IEEE802标准系列3.1.2局域网的体系结构与标准2．IEEE802标准系列IEEE802.3标准最为常用，它定义了四种不同介质10Mbps以太网规范：10Base-2使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法；10Base-5使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法；10Base-T使用双绞线电缆，最大网段长度为100m；10Base-F使用光纤，传输率为10Mbps。其中10Base-Ｔ应用最为广泛，10表示传输速度，单位为Mbps；Ｔ表示传输介质为双绞线；Base表示基带；如果是BROAD，则表示宽带。3.1.3介质访问控制方法•局域网一般采用共享介质的方式，以节约成本，有效地提高设备利用率。•但要防止多个站点同时访问造成的冲突或信道被某一站点长期占用。•介质访问控制方法主要是解决介质使用权的算法或机构问题，主要内容：一是要确定每个结点能够将信息发送到介质上去的特定时刻；二是要解决如何对共享介质访问和利用加以控制。•目前，IEEE802已规定的介质访问控制标准有著名的带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）、令牌环（Token-Ring）和令牌总线(Token-Bus)等。1、带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）a.信道分配方法：“争用”。b.网络拓扑结构：总线型。c.标准协议：IEEE802.3。要点先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。B向D发送数据CDAE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据1、带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）1kmABt碰撞t=B检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2A检测到发生碰撞t=B发送数据B检测到发生碰撞t=ABABABt=0A检测到信道空闲发送数据ABt=0t=B检测到发生碰撞停止发送STOPt=2A检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为冲突的产生•冲突现象可以用单一车道上同时有两个方向的车行驶来说明：单一车道上要让两个方向的车通过，就必须是不同时刻经过。、•总线结构的以太网只能以单工方式工作，否则就会发生冲突。在一个以太网中所有相互之间可能发生冲突的集合称为一个冲突域。CSMA/CD的工作原理–发送流程图3-5CSMA/CD的发送流程发送帧装配帧冲突吗？发送完成？冲突加强Y总线忙？启动发送计算后退延迟时间结束，发送成功等待后退延迟时间YYNNNCSMA/CD的工作原理–接收流程•一个结点发送时，其他结点都处于接收状态。•当一个结点接收完数据后，首先要判断帧的长度。凡小于规定帧的最小长度必然是冲突后的废弃帧，则丢弃。•如果帧长正常，则检查帧目的地址，与本结点地址相匹配，则接收该帧，否则丢弃。•下一步进行CRC校验。正确则MAC子层将帧中LLC数据送LLC子层，完成数据帧的接收。CSMA/CD方式的主要特点•控制简单，易于实现；•网络负载轻时，有较好的性能：–30％－40％以内–延迟时间短、速度快•网络负载重时，性能急遽下降：–70％－80％以上–冲突数量的增长使网络速度大幅度下降•为此要限制网段规模，通常的做法是用交换机或路由器把一个大的网络分割成若干较小的网段（子网）。2、令牌环（TokenRing）要点用令牌来控制对介质的访问，只有得到令牌才能发送或接收信息。a.信道分配方法：“轮转”。b.网络拓扑结构：环状。c.标准协议：IEEE802.5。基本原理2、令牌环（TokenRing）•拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环ABDC站点干线耦合器单向环点到点链路2、令牌环的操作过程•哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有持有令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待；•拿到令牌的站将令牌转换成数据帧头，后面加挂上自己的数据进行发送；•目的站点从环上复制该帧，帧则沿环继续往下循环；•数据帧循环一周后由源站点回收，并送出一个空令牌，使其余的站点能获得帧的发送权。TokenRing/802.5的操作举例AT=0T（c）帧循环一圈后,A将数据帧回收并放出空令牌AT=0TData（a）A有数据要发送,它抓住空令牌（b）AT=1A将令牌修改为数据帧头,并加挂数据发送TDataCData目的站点从环上拷贝数据TDataCTDataCTDataC3令牌总线（TokenBus）在物理总线上建立一个逻辑环，令牌在逻辑环路中依次传递，数据帧的传送在总线上进行。要点a.标准协议：IEEE802.４。b.网络拓扑结构：总线型。令牌总线物理结构令牌总线逻辑结构3、令牌总线（TokenBus）特点：在物理上是一个总线网，在逻辑是一个令牌环网。CSMA/CD介质访问控制方法算法简单，易于实现。CSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的随机竞争总线的方法，适用于办公自动化等对数据传输实时性要求不严格的应用环境。CSMA/CD在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟特性。5.3.5CSMA/CD与TokenBus、TokenRing的比较与确定型介质访问控制方法比较，CSMA/CD方法有以下几个特点：TokenBus、TokenRing网中结点两次获得令牌之间的最大时间间隔是确定的，因而适用于对数据传输实时性要求较高的环境，如生产过程控制领域。TokenBus、TokenRing在网络通信负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因而适用于通信负荷较重的环境。TokenBus、TokenRing的不足之处在于它们有需要复杂的环维护功能，实现较困难。5.3.5CSMA/CD与TokenBus、TokenRing的比较与随机型介质访问控制方法比较，确定型介质访问控制方法TokenBus、TokenRing有以下几个特点：本次课内容小结•局域网的体系结构（局域网涉及的三层：物理层、MAC子层和LLC子层）•决定局域网性能的三要素：传输介质、网络拓扑结构和介质访问控制机制•CSMA/CD