项目3局域网及其技术

项目3局域网及其技术知识点、技能点2019/9/10局域网的基本概念局域网的体系结构常见的局域网拓扑结构双绞线的制作对等网络的基础知识学习要求掌握和了解局域网的基本概念和体系结构掌握和了解双绞线的制作了解对等网络的基础知识了解常见的局域网拓扑结构3.1.1局域网的基本概念局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是计算机网络的重要组成部分，是当今计算机网络技术应用与发展非常活跃的一个领域。公司、企业、政府部门及住宅小区内的计算机都通过LAN连接起来，以达到资源共享、信息传递和数据通信的目的。而信息化进程的加快，更是刺激了通过LAN进行网络互联需求的剧增。因此，理解和掌握局域网技术就显得很重要。2019/9/103.1.1局域网的基本概念1．局域网的特点①网络所覆盖的地理范围比较小。通常不超过几十千米，甚至只在一个园区、一幢建筑或一个房间内。②数据的传输速率比较高，从最初的1Mbps到后来的10Mbps、100Mbps，近年来已达到1000Mbps、10000Mbps。③具有较低的延迟和误码率，其误码率一般为10E−8~10E−11。④局域网络的经营权和管理权属于某个单位所有，与广域网通常由服务提供商提供形成鲜明对照。⑤便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。2019/9/103.1.1局域网的基本概念2．局域网的优点①能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据，从一个站点即可访问全网。②便于系统的扩展和演变，各设备的位置可灵活调整和改变。③提高了系统的可靠性、可用性。2019/9/103.1.2IEEE802标准1980年2月，美国电气和电子工程师学会（IEEE）成立了局域网标准化委员会（简称IEEE802委员会），研究并制定了关于IEEE802局域网标准。1985年IEEE公布了IEEE802标准的五项标准文本，同年被美国国家标准局（ANSI）采纳作为美国国家标准。后来，国际标准化组织（ISO）经过讨论，建议将802标准定为局域网国际标准。2019/9/103.1.2IEEE802标准IEEE802标准内部关系图2019/9/103.1.3局域网的体系结构局域网的体系结构与OSI参考模型对比图2019/9/103.1.3局域网的体系结构1．物理层局域网的物理层和OSI参考模型的物理层功能相似，主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传输，定义局域网物理层的机械、电气、规程和功能特性。如信号的传输与接收、同步序列的产生和删除等，物理连接的建立、维护、撤销等。物理层还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。2019/9/103.1.3局域网的体系结构2．数据链路层局域网的数据链路层分为逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）两个功能子层。局域网的LLC子层和MAC子层共同完成类似于OSI参考模型中的数据链路层功能，只是考虑到局域网的共享介质环境，在数据链路层的实现上增加了介质访问控制机制。2019/9/103.1.4局域网中的通信介质及设备1．通信电缆2019/9/10有屏蔽双绞线无屏蔽双绞线（1）双绞线3.1.4局域网中的通信介质及设备1．通信电缆2019/9/10（2）同轴电缆同轴电缆（CoaxiaICable）是网络中最常用的传输介质，共有四层，最内层是中心导体，从里往外，依次分为绝缘层、导体网和保护套。按带宽和用途来划分，同轴电缆可以分为基带（Baseband）同轴电缆和宽带（Broadband）同轴电缆。3.1.4局域网中的通信介质及设备1．通信电缆2019/9/10（3）光导纤维电缆光导纤维电缆简称光纤电缆或光缆。随着对数据传输速度的要求不断提高，光缆的使用日益普遍。对于计算机网络来说，光缆具有不可比拟的优势。光缆由纤芯、包层和护套层组成。其中纤芯由玻璃或塑料制成，包层由玻璃制成，护套由塑料制成。3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（1）集线器集线器的英文名称为Hub。Hub是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI参考模型第一层，即物理层。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）访问方式。3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（1）集线器广播发送数据方式有三方面不足：（1）用户数据包向所有节点发送，很可能带来数据通信的不安全因素，一些别有用心的人很容易就能非法截获他人的数据包。（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送，加上其共享带宽方式就更加可能造成网络塞车现象，更加降低了网络执行效率。（3）非双工传输，网络通信效率低。集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信，而不能像交换机那样进行双向双工传输，网络执行效率低，不能满足较大型网络通信需求。3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（2）路由器路由器（Router）是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径、按前后顺序发送信号的设备。路由器是用于连接多个分开的逻辑网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（2）路由器小型局域网连接示意图3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（2）路由器根据路径表是由系统管理员固定设置，还是由系统动态修改，可将路径表分为静态路径表和动态路径表。（1）静态路径表由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（Static）路径表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。（2）动态路径表动态（Dynamic）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议（RoutingProtocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（3）交换机交换机是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机，其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。交换是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。根据工作位置的不同，交换机可以分为广域网交换机和局域网交换机。广域网的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（3）交换机交换机的分类：从广义上来看，交换机分为广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（3）交换机交换机与路由器的区别：①回路②负载集中③广播控制④子网划分⑤保密问题3.1.4局域网中的通信介质及设备2．通信设备2019/9/10（3）网关网关又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层上以实现网络互联，是最复杂的网络互联设备，仅用于两个高层协议不同的网络互联。网关既可以用于广域网互联，也可以用于局域网互联。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的地址系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。大多数网关运行在OSI参考模型的顶层——应用层。3.1.5常见的局域网拓扑结构在计算机网络中，把计算机、终端、通信处理机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的结构称为网络拓扑结构。网络拓扑结构反映出网络的结构关系，它对于网络的性能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响，因此网络拓扑结构的设计在整个网络设计中占有十分重要的地位，在网络构建时，网络拓扑结构往往是首先要考虑的因素之一。局域网在传输介质的物理连接方式、介质访问控制方法上形成了自己的特点，主要有以下几种网络拓扑结构。2019/9/103.1.5常见的局域网拓扑结构1．星形拓扑2019/9/10星形拓扑是由中央节点和通过点对点链路连接到中央节点的各站点（网络工作站等）组成，如图所示。3.1.5常见的局域网拓扑结构1．星形拓扑2019/9/10星形拓扑的优点是：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。利用中央节点可方便地提供网络连接和重新配置，且单个连接点的故障只会影响一个设备，不会影响全网，容易检测和隔离故障，便于维护。星形拓扑的缺点是：每个站点直接与中央节点相连，需要大量电缆，因此费用较高；如果中央节点产生故障，则全网不能工作，所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高。3.1.5常见的局域网拓扑结构2．总线拓扑2019/9/10总线拓扑采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质即总线上。任何一个站点发送的信息都可以沿着介质传播，而且能被所有其他的站点接收。下图所示是总线拓扑。3.1.5常见的局域网拓扑结构2．总线拓扑2019/9/10总线拓扑的优点是：结构简单，实现容易；易于安装和维护；价格低廉，用户站点入网灵活。总线拓扑的缺点是：传输介质故障难以排除，并且由于所有节点都直接连接在总线上，因此任何一处故障都会导致整个网络的瘫痪。3.1.5常见的局域网拓扑结构3．环形拓扑2019/9/10环形拓扑由一些中继器和连接中继器的点到点链路首尾相连形成一个闭合的环。如图所示。3.1.5常见的局域网拓扑结构3．环形拓扑2019/9/10由于多个设备共享一个环，因此需要对此进行控制，以便决定每个站在什么时候可以把分组放在环上。这种功能是用分布控制的形式完成的，每个站都有控制发送和接收的访问逻辑。由于信息包在封闭环中必须沿每个结点单向传输，因此，环中任何一段的故障都会使各站之间的通信受阻。环形拓扑的优点是能够较有效地避免冲突；缺点是环形拓扑中的网卡等通信部件比较昂贵且管理复杂。3.1.5常见的局域网拓扑结构4．树形拓扑2019/9/10树形拓扑是从总线拓扑演变而来的，它把星形拓扑和总线拓扑结合起来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根节点，每个分支还可以延伸出子分支，如图所示。3.1.5常见的局域网拓扑结构4．树形拓扑2019/9/10这种拓扑和带有几个段的总线拓扑的主要区别在于根节点的存在。当节点发送时，首先由根节点接收该信号，然后再重新广播发送到全网。树形拓扑的优点是易于扩展和故障隔离；缺点是对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，对根的可靠性要求很高。3.1.5常见的局域网拓扑结构5．星形环拓扑2019/9/10星形环拓扑是将星形拓扑和环形拓扑混合起来的一种拓扑。这种拓扑的配置是由一批接在环上的连接集中器组成，从每个集中器按星形结构接至每个用户站上，如图所示。3.1.5常见的局域网拓扑结构5．星形环拓扑2019/9/10星形环拓扑的优点是故障诊断和隔离，易于扩展，安装电缆方便；缺点是需要智能的集中器，安装电缆长、不方便等。3.1.5常见的局域网拓扑结构6．拓扑的选择2019/9/10拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑时，应该考虑的主要因