局域网理论与技术.

网络系统维护与管理西安财经学院信息学院计算机系李薇[e-mail]网络系统维护与管理2020/1/22本门课程教学内容局域网理论与技术局域网工程设计方法局域网的故障与排除局域网组网技术1234交换机与路由器的配置与管理5网络系统维护与管理2020/1/234.1高速局域网简介局域网是计算机通信的一种形式，由一组相互连接的具有通信能力的个人计算机组成。它一般用于有限距离内计算机之间数据和信息的传递，有限距离通常是指在10公里范围内的大楼或紧邻的大楼之间的通信。网络系统维护与管理2020/1/244.1高速局域网简介一个典型的计算机局域网通常由以下几部分组成：1）服务器和工作站，在LAN上至少有一台计算机作为服务器，其任务是存储数据和资源共享，服务器通常是LAN中功能最强的计算机。2）打印机，在一个LAN中，许多用户可一起共享一台打印机。3）通信设备，它与打印机一样在网上是可供多个用户共享的资源。4）其它配件，其它配件如通信电缆、接头、终接器等在LAN中也是很重要的。网络系统维护与管理2020/1/254.1.1IEEE802模型与协议传统的局域网采用了“共享介质”的工作方式。为了实现对多节点使用共享介质发送和接收数据的控制，经过多年的研究，人们提出了很多种介质访问控制方法。但是，目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法有：带冲突检测的载波侦听多路访问控制方法、令牌总线方法和令牌环方法。网络系统维护与管理2020/1/264.1.1IEEE802模型与协议IEEE802委员会成立于80年初，专门从事局域网标准工作，该委员会分成三个分会：传输介质分会、信号访问控制分会和高层接口分会，分别从事不同层次的标准化工作，并制定出了IEEE802标准。IEEE802标准之间的关系802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.11无线局域网802.2逻辑链路控制子层802.1体系结构与网络互连网络系统维护与管理2020/1/274.1.1IEEE802模型与协议1．以太网技术Ethernet（802.3）Ethernet的核心技术是它的随机争用型介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD方法。CSMA/CD方法用来解决多节点如何共享公用总线传输介质的问题。在Ethernet中，任何连网节点都没有可预约的发送时间，它们的发送都是随机的，并且网中不存在集中控制的节点，网中节点都必须平等地争用发送时间，这种介质访问控制属于随机争用型方法。IEEE802.3标准就是在Ethernet规范的基础上制定的。网络系统维护与管理2020/1/284.1.1IEEE802模型与协议在Ethernet网中，如果一个节点要发送数据，它将以“广播”方式把数据送到公共传输介质的总线上去，连在总线上的所有节点都能“收听”到发送节点发送的数据信号。由于网中所有节点都可以利用总线传输介质发送数据，并且网中没有控制中心，因此冲突的发生将是不可避免的。为了有效地实现分布式多节点访问公共传输介质的控制策略，CSMA/CD的发送流程可以简单地概括为四点：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。网络系统维护与管理2020/1/294.1.1IEEE802模型与协议2．令牌总线网TokenBus（802.4）IEEE802.4标准定义了总线拓扑的令牌总线介质访问控制方法与相应的物理层规范。TokenBus是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制节点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。在采用TokenBus方法的局域网中，任何一个节点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。令牌是一种特殊结构的控制帧，用来控制节点对总线的访问权。网络系统维护与管理2020/1/2104.1.1IEEE802模型与协议NodeANodeDNodeCNodeENodeBTokenBus结构示意图网络系统维护与管理2020/1/211NodeENodeANodeBNodeCNodeDTokenBus的基本工作原理网络系统维护与管理2020/1/2124.1.1IEEE802模型与协议在发生以下情况时，令牌持有节点必须交出令牌：1）该节点没有数据帧等待发送；2）该节点已发送完所有待发送的数据帧；3）令牌持有最大时间到。与CSMA/CD方法相比，TokenBus方法比较复杂，需要完成大量的环路维护工作，而且必须有一个或多个节点完成环路初始化、节点加入或撤出以及环恢复的操作。网络系统维护与管理2020/1/2134.1.1IEEE802模型与协议令牌环网技术TokenRing(802.5)令牌环介质访问控制技术最早开始于1969年贝尔研究室的Newhall环网，最有影响的令牌环网是IBMTokenRing。IEEE802.5标准就是在IBMTokenRing协议基础上发展形成的。在令牌环中，节点通过环接口连接成物理环型。令牌是一种特殊的MAC帧，令牌帧中有一位标志令牌忙/闲的标志位。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，传送顺序与节点在环中的顺序相同。网络系统维护与管理2020/1/214NodeANodeDNodeCNodeENodeBTokenRing结构示意图网络系统维护与管理2020/1/215TokenRing的基本工作原理NodeENodeANodeBNodeCNodeD网络系统维护与管理2020/1/2164.1.1IEEE802模型与协议令牌环控制方式具有与令牌总线方式相同的特点，如环中节点访问延时确定，适用于重负载环境，支持优先级服务。令牌环控制方式的缺点主要表现在：环维护复杂，实现比较困难。网络系统维护与管理2020/1/2174.1.1IEEE802模型与协议从市场情况看，以太网拥有最大的市场，而令牌总线应用非常少。网络系统维护与管理2020/1/2184.1.2高速局域网高速局域网研究基本方法第一种方案是提高Ethernet数据传输速率，从10Mbps提高到l00Mbps，甚至到1Gbps，这就导致了快速以太网(FastEthernet)的研究与产品开发。第二种方案是将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的于网。第三种方案是将“共享介质方式”改为“交换方式”，这就促进了“交换局域网”技术的发展。网络系统维护与管理2020/1/2194.1.2高速局域网共享介质局域网与交换局域网工作原理比较共享介质局域网局域网交换机交换局域网网络系统维护与管理2020/1/2204.1.2高速局域网从目前发展情况来看，局域网产品可以分为两类：EthernetTokenBusTokenRing10Base-T100Base-T1000Base-TFDDIFDDIIISwitchedEthernetIPoverATMSwitchedLANSharedLANVLANLAN网络系统维护与管理2020/1/2214.1.2高速局域网光纤分布式数据接口（FDDI802.8）光纤分布式数据接口是一种以光纤作为传输介质的高速主干网，它可以用来互连局域网与计算机。FDDI主要有以下几个技术特点：1.使用基于IEEE802.5的单令牌的环网介质访问控制MAC协议；2.使用IEEE802.2协议，与符合IEEE802标准的局域网兼容；3.数据传输速率为100Mbps，连网的节点数小于或等于1000，环路长度为100Km；4.可以使用双环结构，提高容错能力；5.可以使用多模或单模光纤；网络系统维护与管理2020/1/222FDDI作为互连多个局域网的主干网结构TokenRingFDDIRouterRouter服务器网络系统维护与管理2020/1/2234.1.2高速局域网FDDI通常用作骨干网，用得最多的是用作LAN或校园环境大楼之间的主干网（连接桥接器）。这种环境的特点是站点分布在多个建筑物中。连接具有许多局域网段和大图形传输、语音和视频会议以及其他带宽要求大的应用产生的繁重流量的大型网络。网络系统维护与管理2020/1/2244.1.2高速局域网技术优点1.较长的传输距离，相邻站间的最大站间距离为200公里。2.具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mbit/s。3.具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。4.光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。技术缺点FDDI硬件价格昂贵，联网费用大。因此目前多采用千兆快速以太网技术实现高速网络互连，成本与实际应用都较FDDI更加成熟和具有优势。网络系统维护与管理2020/1/2254.2.1以太网技术发展1973年，2.98Mbps，Xerox1980年，10Mbps，Xerox、Digital和Intel1985年，以太网技术（802.3）、令牌总线（802.4）、令牌环（802.5）共同成为局域网领域的三大标准1995年，802.3u快速以太网标准1998年，802.3z千兆以太网标准2002年，IEEE通过了802.3ae万兆以太网标准4.2以太网发展与原理网络系统维护与管理2020/1/2264.2.1以太网技术发展表4.1IEEE802.3规范和布线介质标分类802.3规范通信介质介质标准传统以太网802.3同轴粗电缆10Base5802.3a同轴细电缆10Base2802.3i三类双绞线10BaseT802.3jMMF光缆10BaseF快速以太网FE802.3u五类双绞线100BaseTMMF/SMF光纤100BaseF千兆以太网GE802.3ab超五类双绞线1000BaseT802.3z850nm短波光缆1000BaseSX1310nm长波光缆1000BaseLX/LH万兆以太网TE802.3ae850nm短波光缆10GBaseS1310nm长波光缆10GBaseL1550nm长波光缆10GBaseE网络系统维护与管理2020/1/227以太网的发展的主要原因：开放标准，获得众多服务提供商的支持结构简单，管理方便，价格低廉持续技术改进，满足用户不断增长的需求网络可平滑升级，保护用户投资4.2.1以太网技术发展网络系统维护与管理2020/1/228CSMA：载波监听多点访问工作原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能发送，需等待一段时间后重试。载波监听策略：非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲。1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据（以概率1-p延迟一段时间后再发送）CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。4.2.2以太网通信原理网络系统维护与管理2020/1/229CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多点访问•工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。•CSMA/CD可归结为四句话：发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避。网络系统维护与管理2020/1/230CSMA/CD的流程图媒体忙？发送帧碰撞？发送完？发送JamN≥16?YesNoNoYes发送成功Yes发送失败No延迟随机时间NoYes发送帧碰撞次数N++网络系统维护与管理2020/1/231Ethernet/802.3操作每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧ABCABCABCABCAA(1)C发现总线空闲(2)C发送帧，目的地址为A(3)B忽略该帧(4)A复制该帧A信号由终端电阻吸收终端电阻网络系统维护与管理2020/1/2324.3高速以太网技术100Mbps以太网技术1Gbps以太网技术10Gbps以太网技术