(网络工程师培训)主题05：局域网(2006-03-31)

主题五国家信息化工程师认证考试管理中心局域网与城域网5.1主要知识点1局域网体系结构2IEEE802项目体系结构3802.3/以太网4802.4/令牌总线5802.5/令牌环网6802.6/DQDB7FDDI8802.119802.1210无线个人网11无线城域网12网桥13802.114VLAN15局域网之间的比较16局域网与广域网的比较17典型试题分析5.2局域网体系结构物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层逻辑链路控制子层媒体访问控制子层服务访问点局域网体系结构•逻辑链路控制子层LAN的参考模型–逻辑链路控制子层LLC（LogicalLinkControl）引入LLC子层的原因：–MAC子层只提供尽力而为的数据报服务，不提供确认机制和流量控制（滑动窗口），有些情况下，这种服务足够，如支持IP协议；当需要确认和流控的时候，这种服务就不能满足，需要LLC。LLC子层提供确认机制和流量控制；LLC隐藏了不同802MAC子层的差异，为网络层提供单一的格式和接口；LLC提供三种服务选项：–不可靠的数据报–有确认的数据报–可靠的面向连接的服务LLC帧头基于HDLC协议•逻辑链路控制子层LLC帧格式(LLCPDU)DSAP：7位实际地址，1位类型标志(指明DSAP为单个地址或组地址)SSAP：7位实际地址，1位为命令/响应标志位(标识LLCPDU是命令或响应)DSAPSSAP控制信息C数据信息I111,2N•媒体访问控制子层MAC（mediumaccesscontrol）基于各种介质的链路上的通信，且在发送数据时负责把数据组装成带有地址和差错校验段的帧，在接收时负责把帧拆封，执行地址识别和差错校验。分成两个子层的原因管理多点访问信道的逻辑不同于传统的数据链路控制；对于同一个LLC，可以提供多个MAC选择•媒体访问控制子层•IEEE802协议–IEEE是InstituteforElectricalandElectronicEngineers(美国电气电子工程师协会)。–IEEE802标准系列是对OSI参考模型的物理层和数据链路层的扩展。–它将数据链路层分成了逻辑链路控制子层LLC和媒体访问控制子层MAC。•LLC子层负责错误处理和流量控制•MAC子层负责存取控制–802协议族包括很多协议，协议编号从802.1一直到802.20，并且在不断扩展之中。有关资料可访问项目体系结构5.3IEEE802项目体系结构IEEE802协议族部分协议：·IEEE802.1A概述和系统结构。·IEEE802.1B网络管理和网际互联。·IEEE802.2逻辑链路控制。·IEEE802.3CSMA/CD总线访问控制方法物理层技术规范。·IEEE802.4令牌总线访问控制方法及物理层技术规范。·IEEE802.5令牌环网访问控制方法及物理层规范。·IEEE802.6城域网访问控制方法及物理层技术规范。·IEEE802.7宽带技术。·IEEE802.8光纤技术。·IEEE802.9综合业务数字网（ISDN）技术。·IEEE802.10局域网安全技术。·IEEE802.11无线局域网。·IEEE802.15无线个人网（WirelessPersonalAreaNetworks）…………5.3IEEE802项目体系结构5.4802.3/以太网5.4.1以太网基础知识5.4.2快速以太网5.4.3交换以太网5.4.4千兆以太网5.4.5全双工以太网•以太网的起源•以太网名字的由来•以太网的标准•以太网的帧结构•时槽的概念和作用•以太网的媒体访问控制方法•二进制指数后退法5.4.1以太网基础知识以太网的起源•20世纪70年代初，Xerox公司的PaloAlto研究中心(PaloAltoResearchCenter,PARC)开发了以太网。它是在Aloha网络的基础上发展而来。•Aloha网络是60年代末期Hawaii大学为了在夏威夷各个岛屿之间进行通信而开发的一个无线通信网络。因此也有人称以太网起源于Hawaii大学。但Aloha网络与以太网的工作机制还是有很大差别的。•Aloha：夏威夷人的问候语，欢迎，再见以太网名字的由来(1)•“以太网”这个名字是由BobMetcalfe提出的(BobMetcalfe于1979年创建了3Com公司)。1972年末，为了将XeroxAlto(Alto是一种具有图形用户界面的个人工作站)互连起来，BobMetcalfe和他的同事DavidBoggs对Aloha系统进行改进，开发出第一个实验性以太网系统。以太网名字的由来(2)•1973年，BobMetcalfe将该系统命名为“以太网――Ethernet”。“以太网――Ethernet”中的“ether”源于物理学名词，“以太”最初被认为是电磁波的传输介质，宇宙中充满了“以太”，因此电磁波将被传输到宇宙的每一个角落。•BobMetcalfe借用“以太”这个来描述以太网系统的特征――物理介质(包括有线和无线)将信号传播到网络的每一个角落。根据以太网系统的这一特征，人们将以太网形象地称做“广播型”网络。以太网的标准(1)DIX以太网标准•1980年DEC、Inter与Xerox三家公司宣布了第一个10Mbps以太网，该标准的名称由这三家公司的英文首写字母组合起来，即DIX以太网标准，它成为了世界上第一个开放式的、多销售商参加的局域网标准。•DIX以太网标准有两个版本：1980年9月发布的1.0版本和1982年11月发布的2.0版本。IEEE802.3标准1980年，IEEE在DIX以太网标准的基础上制定了IEEE802.3标准，术语“CSMA/CD――带有冲突检测的载波侦听多路访问”简要地描述了IEEE802.3标准的工作机制。以太网的标准(1)以太网的标准(2)Ethernet(DIX)IEEE802.2IEEE802.3100BaseTTokenRing/IEEE802.5FDDIDataLinkLayerLLCSublayerMACSublayerPhysicalLayer共享式以太网同一个冲突域共享同一带宽交换式以太网减少冲突提升带宽以太网的总线拓朴结构•总线型简单、便宜、线缆少管理成本高采用共享机制，易造成网络拥塞以太网的星型拓朴结构管理方便、容易扩展。需要更多的网线。对核心设备的可靠性要求高。星型以太网传输介质•802.3电缆名称电缆最大区间长度节点数/段优点10Base5粗同轴电缆500m100用于主干很好10Base2细同轴电缆200m30最便宜的系统10Base-T双绞线100m1024易于维护10Base-F光纤2000m1024最适于在楼间使用以太网的帧结构缺乏长度字段•Etherentll866246-150040000.0Cxx.xxxxIEEE分配厂家分配MAC地址前导码目的地址源地址类型数据校验码以太网的帧结构（续）没有类型域•802.3866246-150040000.0Cxx.xxxxIEEE分配厂家分配MAC地址前导码目的地址源地址长度数据校验码以太网的帧结构（续）802.2＝LLC802.2(SNAP)目的SAPAA源SAPAA控制03ID类型校验码111or23238-1492802.2(SAP)前导码目的地址源地址长度数据校验码•111or243-1497目的SAP源SAP控制数据802.3以太网接线方式3种802.3接线(a)10Base5(b)10Base2(c)10Base-T•以太网的媒体访问控制方法CSMA/CD：CS(载波监听)MA(多路访问)CD(冲突检测)是否否是等待数据传输等待直到空闲传输完成传输帧并侦听冲突立刻停止,传输拥塞信号,等待一个任意的时间间隔有冲突吗?信道忙吗?•CSMA/CDIEEE802.3标准CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect)带冲突检测的载波侦听多路访问法。发数据前，计算机先监听网络信息，（1）如没有检测到载波，说明无设备占用，可以发数据包；（2）如占用，则要等待一定时间，再监听。每节点检测通过的数据帧，如帧中目的地址不是该节点，则不接受，否则接受；在接受前应检查帧的完整性；缺点：网络信息负荷太大时无法保持正常运行（信息量大，会使冲突的概率急剧升高，导致重发过多，最终导致网络性能下降）•CSMA/CDCSMA/CD基本思想站点一边将信息送到共享介质上，一边从共享介质上接收信息，然后将发送出去的信息和接收的信息进行按位比较，二者一致，则无冲突，反之有冲突。“边说边听”优点：提高信道利用率。•CSMA/CDCSMA：载波侦听多路访问，“先听后说”先监听，如正忙，则退避一段时间再尝试（退避算法）；3种类型1-坚持型CSMA：空闲发送，忙则等待再试；非坚持型CSMA：空闲则发，忙则侦听，一有空则发，有冲突则等待随机时间再侦听；P坚持型CSMA：空闲则以概率P发，忙则等待侦听。•二进制指数后退算法二进制指数后退算法（binaryexponentialbackoff）将冲突发生后的时间划分为长度为51.2微秒的时槽发生第一次冲突后，各个站点等待0或1个时槽再开始重传；发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0,1,2或3个时槽再开始重传；第i次冲突后，在0至2i-1间随机地选择一个等待的时槽数，再开始重传；10次冲突后，选择等待的时槽数固定在0至210-1间；16次冲突后，发送失败，报告上层。常见以太网标准传统以太网（10Mb/s）快速以太网（100Mb/s）千兆以太网（1000Mb/s）传统以太网技术规范速率Mbit/s通信类型拓扑结构通信介质最大线缆长度(米)10Base210基带总线细缆200（185）10Base510基带总线粗缆50010BaseT10基带星形UTP10010Base2•10Base2网络–总线结构、RG58A/U同轴电缆；–速率为10Mbps，传输距离为100m的2倍(实为185m)–物理限制如表：限制项目限制值网站间最小距离0.5m网段最大长度185m网络中最大长度925m网段及中继器5个网段、4个中继器每网段上节点数30个可连接计算机的网段数3个10Base5•10Base5网络–总线、基带，速率为10Mbps，网段长度为100m的5倍（标准以太网）。–物理限制见表：限制项目限制值收发器间最小距离2.5m收发器电缆最大长度50m网段的最大长度500m网络的最大长度2500m网段及中继器5个网段、4个中继器每网段上节点数100个可连接计算机的网段数3个10Base-T•10Base–T网络–星状拓扑、基带；–速率10Mbps、双绞线(T)–物理限制见表：限制项目限制值工作站至集线器的最大距离100m每个网段上的最大节点数512个序列中最大集线器数4个最大网段数5个网段/4个中继器5.4.2快速以太网•快速以太网的分类与结构•快速以太网的媒体访问控制方法快速以太网•快速以太网（FastEthernet）•标准–1995年，IEEE通过802.3u标准，实际上是802.3的一个补充。原有的帧格式、接口、规程不变，只是将比特时间从100ns缩短为10ns。•对10Mbps802.3LAN的改进–一种方法是改进10Base-5或10Base-2，采用CSMA/CD，最大电缆长度减为1/10，未被采纳；–另一种方法是改进10Base-T，使用HUB，被采纳。•快速以太网的分类与结构PMAPCSMIIMACMDILLC媒体访问控制与媒体无关接口物理编码子层物理媒体连接与媒体有关接口媒体快速以太网体系结构PHY层MAC子层•快速以太网的分类与结构编码/译码4B/5B编码MAC子层4种不同的快速以太网物理层8B/6T编码100BASET2100BASET4100BASETFx100BASETxUTP5类STP(2对)MMFSMFUTP3类(4对)UTP3类(2对)•快速以太网的媒体访问控制方法100BASE-T技术：在MAC子层采用CSMA/CD协议，在物理