局域网技术基础课件.ppt

1、局域网(LAN)技术与组网工程上海大学网络中心唐黎平本书主要内容 局域网体系结构和标准(第一章) 网络系统类型以太网(第二章、第三章)环网(第五章)ATM(第九章) 网络连接设备交换器(交换机)(第四章)路由器(第六章) 网络技术第三层交换(第七章)虚拟局域网(第八章) 组网工程与综合布线系统(第十章)第一章 局域网技术基础局域网的体系结构与标准当前的局域网的拓扑结构和传输媒体局域网的互联1.1 概述 微机的广泛使用 为什么要实现互联交换数据设备共享 局域网的定义在一个小区域范围内，将分散的微机系统互联起来实现资源的共享和通讯数据通信设备范围数据传输1.2 局域网体系结构和标准 1.2.1 局

2、域网参考模型 1.2.2 局域网媒体访问控制 1.2.3 局域网数据链路控制 1.2.4 寻址 1.2.5 局域网标准1.2.1 局域网参考模型 局域网的特性它用带地址的帧来传送数据不存在中间交换，所以不需要路由选择 局域网所用到的OSI层次物理层数据链路层物理层 信号的编码/译码 前导码的生成/除去 比特的发送/接收数据链路层 媒体访问控制子层（MAC）发送时将数据组装成带有地址和差错检测字段的帧接收时拆卸帧，完成地址识别和差错检测管理链路上的通讯 逻辑链路控制子层（LLC）提供一个或多个服务访问点（SAP：Service Access Point）1.2.2 局域网媒体访问控制 所有局域网

3、均由共享该网络传输能力的多个设备组成，需要有某些方法来控制对传输媒体的访问，以便两个特定的设备在需要是可以交换数据地点（where）方法（how）受到拓扑结构限制和诸多竞争因素影响集中方式或分布方式在技术上分为同步（每个连接均被分配一个专用规定的传输容量）或异步（动态分配传输量，多少响应于连接的需要）集中式方案和分布式方案的比较 集中式方案优点可提供诸如优先权、保证带宽这样一些做法，具有较大的控制访问能力允许每个站有尽可能简单的逻辑避免了协调问题缺点会出现影响全网的单点的故障会发生瓶颈作用，使效率降低 分布式方案的优缺点与集中式方案相反异步方法之一：循环 以“给每人轮流一次”的原理为基础，依次

4、给每个站分送机会 在此机会里，该站可以谢绝发送，或发送一定限度的信息，这一限度通常以发送的最大数据量或最大时间来表示 适用于平稳流的业务，不适合突发式的业务流 可以是集中式或分布式的异步方法之二：预约 将媒体上的时间分成许多时隙，要发送时，一个站需要预约某个扩充或未加限定的周期内的时隙 适用于平稳流式的业务 可以是集中式或分布式的异步方法之三：竞争 不是用控制来决定轮到哪个站发送，而是用比较粗糙和杂乱的方法来争夺时间 适用于突发式的业务 优点是实现简单，在轻负荷至中等负荷下效率较高。 在重负荷下性能会明显下降 必定是分布式的1.2.3 局域网数据链路控制 LLC与没有中间交换节点的两个站之间的

5、数据帧的传输有关 同传统链路层一样应该执行的功能端到端的差错控制和确认端到端的流量控制 在三个方面不同于传统的链路层支持链路的多路访问特性可以利用MAC子层来实现链路访问中的某些功能提供某些属于层3的功能局域网数据链路控制 包含层3的三个基本功能无连接的服务面向连接的服务复用 组播与广播1.2.4 寻址 通信的三个要素进程主机网络 两级寻址MAC地址：标识局域网上的一个站与网络上的物理连接点有关LLC地址：标识一个LLC用户与一个站内的特定用户有关局域网协议数据单元组地址 组地址广播标识某个范围内的全部实体的地址多址标识某个范围内的某一实体子集的地址 两级地址可能的组合一个特定的用户可以被寻址

6、；在特定站上的一组用户或全部用户可以被寻址在某些站上的全部用户或全部站上的全部用户也都可以被寻址 局域网寻址MAC地址LLC用户地址(服务访问点)单个单个单个多址单个广播多址广播广播广播多址单个多址多址广播单个广播多址1.2.5 局域网标准 局域网标准适用于一个适中规模的地理区域，如校园网、城域网等建立在具有中、高数据速率、低时延及低差错率的通信信道基础上和广域网不同和底板总线等网不同 IEEE 802 标准系列 FDDI 标准IEEE 802 标准系列 IEEE网络规范，不仅应用于帧类型，还用于连接、网络介质、错误校验算法、加密、融合技术等等。所有这些规范都是在IEEE“项目802”小组领导

7、下制定的，该小组致力于标准化网络的物理部件。 在OSI模型由ISO标准化之前，IEEE即已开发了这些标准。但IEEE 802标准仍被应用于OSI模型的各层。 为允许多个网络节点共享接入（与简单的点对点通信相对），IEEE将OSI模型的数据链路层分割为两个子层： LLC（逻辑链路控制子层）和MAC（介质访问控制）子层,使数据链路功能中与硬件有关的部分和硬件无关的部分分开，降低研制互联不同类型物理传输接口数据设备的费用。 位于数据链路层上部的子层LLC提供了一个通用接口，并支持可靠性和流控制服务。下部子层MAC通常将目标计算机的物理地址添加到数据帧上。IEEE关于Ethernet 和Token R

8、ing技术的规范应用于数据链路层的MAC子层。 802.1(A) 概述和体系结构 802.1(B) 网间互连 包括路由、网桥、网间互连通信 802.2 逻辑链路控制 关于数据帧的错误控制及流控制 802.3 Ethernet局域网 包括Ethernet介质和接口所有形式 802.4 Token Bus局域网 包括Token Bus介质和接口所有形式 802.5 Token Ring局域网 包括Token Ring介质和接口所有形式 802.6 MAN(城域网) 包括MAN技术、编址和服务 802.7 宽带技术咨询组织 包括宽带网络介质、接口和其他设备 802.8 光纤技术咨询组织 包括光纤介质

9、使用以及不同网络类型技术的使用 802.9 声音/数据集成网络 包括声音和数据通过单一的网络介质传输的集成 802.10 网络安全性 包括网络访问控制、加密、验证或其他安全主题 802.11 无线网络 对于多种广播频率及技术的无线网络标准 802.12 高速网络 包括100BASE VG-Any LAN在内的各种100 Mbps技术 802.14 交互式电视网IEEE802系列标准之间的关系FDDI （Fiber Distributed Data Interface） 光纤分布数据接口（FDDI）是80年代中期成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据

10、的标准是ANSI X3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。 由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环，一个环为主环，另一个环为备用环。当主环上的设备失效或光缆发生故障时,通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。 集中器集中器集中器集中器令牌令牌服务器服务器1.3 拓扑结构 网络节点实现互联的方式星形环形总线结构和树形 星形星形有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接中心节点可以是智能设备，也可以是非智能设备 树形树形一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成可看成是多个总线形(？星形)的组合 总线总线所

11、有节点挂接到一条总线上广播发送需要有介质访问控制规程以防止冲突 环形环形所有节点连接成一个闭合的环结点之间为点到点连接 总线型网络的主要特征就是“用一根共用的网线来连接所有的计算机”。总线型网络在早期非常盛行，因为它具有成本低廉和布线简单的优点。只要买足了网线、接头和网卡，不需要其它额外的网络设备，就可以建立了。 不过简单的网络结构难免会存在一些缺点，首先是只要其中任何一段线路发生故障，整个网络就瘫痪了，而且在追查该故障线路时比较麻烦；其次是要加入或减少一台计算机时，也会使网络暂时中断。在日益重视网络管理和拓展的今天，这两项主要的缺点使得总线型网络逐渐从网络舞台上消失。 星型网络是继总线型网络

12、之后兴起的网络结构，此种网络不再是“小朋友们手牵手，一个接一个”，而是所有的计算机都接到一个特殊装置集线器（Hub），通过集线器在各计算机之间传递信号。 星型网络弥补了总线型网络的不足，首先是局部线路故障只会影响局部区域，不会导致整个网络瘫痪。除非整个网络只有一个集线器，而且问题碰巧出在集线器；其次追查故障点相当方便，通常从集线器的指示灯便能很快得知，而且在增加或减少计算机时也不会影响整个网络的运作。 如果要说星型网络的缺点，那只有必须增加一笔购买集线器的费用。但由于目前集线器的价格不断下滑（一般便宜的只要200元左右），使得这个唯一的缺点也不明显。因此星型网络已成为当前局域网的趋势。 环型网

13、络就是将计算机连成一个环，每台计算机按照位置的不同而分配一个编号，信号会按该编号以“接力”的方式传递，只有当“接力棒” （专业的网络术语叫“令牌”）传到某台计算机时，该台计算机才能发送信息。 环型网络最大的优点就是能够有效的避免信号冲突（Collision）。总线和星型网络在多台计算机同时发送信息时，有可能发生信号冲突而导致整个网络暂时不能工作。但环型网络就不会有这个问题，原因很简单在环型网络中，只有得到令牌的计算机才有资格传送数据。 环型网络比较复杂，其相关设备也比较昂贵，而且目前市场上只有IBM公司的“令牌环（Token Ring）”采用此网络结构，所以普及性相当低。 1.4 传输媒体 收

14、发双方之间进行通信的物理信号通路 媒体类型双绞线同轴电缆光纤1.4.1 双绞线 物理描述有规则的、螺旋状排列的两根绝缘导线组成，可以减少线对之间的电磁干扰一对线对起单条通信链路的作用一条电缆可以包含一对、两对、四对或数百对线对 传输信号可以传输模拟信号和数字信号 连接性和成本便宜易用普遍用于点到点的网络中 地域范围一般用于一个建筑物内 抗干扰性易与电磁场耦合，对干扰和噪声十分敏感相邻线对上的信号可能彼此干扰抗干扰的措施用金属编制物和护套来屏蔽导线将导线绞起来，邻近线对采用不同绞距双绞线内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘箔屏蔽箔屏蔽铜屏蔽铜屏蔽外套外套-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线， 1mm-每根

15、每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点： 成本低成本低 密度高、节省空间密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率）平衡传输（高速率） 抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离较短连接距离较短屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP)以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音3类、5类、6类（16M、155M、1200M）双绞线外没有任何附加屏蔽1.4.2 同轴电缆l基带同轴电缆基带同轴电缆 一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输l宽带同轴电缆宽带同轴电缆 一条电缆同时传输

16、不同频率的多路模拟信号，75 ，用于模拟传输，300450MHz，100km，需要放大器铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套1.4.3光纤 依靠光波承载信息依靠光波承载信息 速率高，通信容量大速率高，通信容量大 仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（10Mb/s） 传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能极好，保密性好抗干扰性能极好，保密性好 轻便轻便光纤传输原理光纤传输原理利用了光的反射利用了光的反射 光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角折射量取决于两种

17、介质的折射率。当入射角临界临界值时产生全反射，不会泄漏。值时产生全反射，不会泄漏。 光纤：纤芯光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层折射率高、玻璃包层-折射率低折射率低 亮度调制，有脉冲亮度调制，有脉冲-1，无脉冲，无脉冲-0 光传输系统：光源、介质、光检测器光传输系统：光源、介质、光检测器光源光源: 850nm/1300nm/1500nm 发光二极管发光二极管 / 激光二极管激光二极管介质介质: 光纤光纤光检测器光检测器: 光电二极管光电二极管PIN/雪崩二极管雪崩二极管APD 单向传输，双向需两根光纤单向传输，双向需两根光纤光纤传送模式：MMF、SMF光纤的直径减小到一个光波波长多束光线以不同的反

18、射角传播多束光线以不同的反射角传播单束光线沿直线传播单束光线沿直线传播典型的光缆玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳常见规格：玻璃内芯常见规格：玻璃内芯50um缓变型缓变型MMF 62.5um缓变缓变/增强型增强型MMF 8.3um突变型突变型SMF 玻璃包层玻璃包层125um1.4.4 无线传输媒体 使用电磁波或光波携带信息 无需物理连接 适用于长距离或不便布线的场合 易受干扰 常用的无线包括射频(RF)和红外线(IR)常用传输媒体的比较1.5 局域网互联 LAN之间、LAN和WAN之间、LAN和大型主机之间设备彼此连接起来

19、，以实现用户对所互联的网络的资源共享和通信 网络互联时要通过中间设备相连中继器网桥路由器网关1.5.1 中继器（Repeater、重发器） 数字信号的再生放大器 工作在OSI的物理层上 在逻辑上和物理上都是同一个网络整体 使用中继器的注意事项不能形成环路不能无限制的连接中继器 按其接口来分双口中继器多口中继器，又称集线器(Hub) 按连接的传输媒体电缆中继器光缆中继器1.5.2 集线器(Hub、集中器) 通常用作中心节点，连接多条传输媒体，优点是某条传输媒体发生故障，不影响到其他节点 无源集线器对信号不作任何处理只允许扩展到最大有效距离的一半 有源集线器对信号有整形、放大、转发作用扩展传输媒体

20、长度的功能 智能交换器具备有源集线器的功能可管理交换集线器：网络分段、线路交换，增加带宽1.5.3 网桥 用于连接两个或两个以上具有相同或不同通信协议、传输媒体及寻址结构的互联设备 工作在OSI的数据链路层和物理层 需要足够大的RAM，用于扩展网络和数据转发 具有寻址和路径选择功能 对广播信息不能识别，也不能过滤 按连接来分本地网桥远程网桥 按功能可分为：透明桥、源路由网桥、翻译桥和打包桥等（具体参见互联网及其应用）1.5.4 路由器 主要用于路由地址映射、数据转换、路由选择、协议转换和管理 工作在OSI的网络层、数据链路层和物理层 主要功能为选择最佳的数据转发路径，建立灵活连接，均衡网络负载控制数据传输、有效解决拥挤问题对转发的数据进行管理和控制，避免广播风暴，提高安全保密性能将大的网络划分为若干子网 按连接网络的网络层协议可分为单协议路由器和多协议路由器 按网络互联距离可分为远程路由器（边界路由器）和本地路由器等1.5.5 网关 高层协议转发器，工作在OSI的下四层，也可包含OSI整个七层 一般用于不同类型且差别较大的网络之间的互联，又可用于同一个物理网而在逻辑上不同的网络之间的互联 网络和大型主机系统的互联 不同数据库、不同的电子邮件系统间的互联