4.2局域网

局域网局域网(LAN)是在小范围内将许多数据设备互相连接进行数据通信的计算机网络或信息系统。数据设备包括各类计算机、终端或外围设备。IEEE802局域网标准委员会对局域网作了如下定义：“局域网是一个数据通信系统，其传输范围在中等地理区域，使用中等或高的数据传输速率，可连接大量独立设备在物理通信信道上相互通信”。1、局域网LAN一般由三部分组成：计算机系统和终端设备（包括各类大中小型机、PC机、I/O设备等），通信传输设备（包括传输介质、通信设备及通信控制设备等）和网络软件（包括通信协议、网络操作系统和网络数据库等）。在LAN中，决定网络传输特性的主要有三个技术：（1）网络拓朴结构；（2）传输介质；（3）介质访问控制协议。局域网的特点局域网是一个通信网络，它仅提供通信功能。从OSI/RM看，它仅包含了低两层(物理层和数据链路层)的功能，所以连到局域网的数据通信设备必须加上高层协议和网络软件才能组成计算机网络。网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网的特点局域网传输距离有限，网络覆盖的范围小。数据传输速率高,传输延时小。出错率低。局域网的分类按拓扑结构分类按传输的信号分类按网络使用的传输介质分类按介质访问控制方式分类媒体共享技术静态划分信道频分复用时分复用波分复用码分复用动态媒体接入控制（多点接入）随机接入受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。2、网络的传输介质信道是指以传输介质为基础的信号通路，它是传输数据的物理基础。局域网LAN的传输介质是指LAN中发送设备和接收设备之间的物理通道。通常使用的传输介质分为两类：a)有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和光纤。b)无线传输介质：包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。双绞线每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，每根铜线的直径大约1mm。可减少电磁干扰，提高传输质量。双绞线可以用于模拟传输或数字传输。计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。屏蔽双绞线(STP，ShieldedTwistedPair)：抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里。但成本也较高，所以一直没有广泛使用。非屏蔽双绞线(UTP，UnshieldedTwistedPair)：非屏蔽双绞线的传输距离一般为100米。由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。非屏蔽双绞线有1、2、3、4、5五类，常用的是5类线，5类线可支持100Mbps的快速以太网连接，是连接桌面设备的首选传输介质。双绞线最便宜的传输媒介易受环境中电信号的干扰通常用于较短距离的连接双绞线同轴电缆同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根圆柱形的套管，一般是细金属线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。另外，同轴电缆的两端需要有终结器(用50欧姆或75欧姆的电阻连接内外导体)，中间连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。绝缘层绝缘层内导体(铜芯)外导体(编织状)外保护层(塑料)外保护层(塑料)外导体(编织状)同轴电缆同轴电缆比较便宜绝缘层保护外层绝缘层外导体同轴电缆同轴电缆支持点到点连接，也支持多点连接。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆一般用于二进制数据信号的传输，多用于计算机局域网；宽带同轴电缆主要用于高带宽数据通信，支持多路复用。宽带系统常常是指采用了频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。光缆1、光纤通信的原理入射角∠１∠２∠３逐渐增大，∠1’∠2’是折射角，光纤通信的原理，是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射的特性。当入射角达到∠3时，发生全反射，即光波能量几乎全部反射，这样才可以达到长距离高速传输的目的。光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编码的信号光。其发射端使用两种不同型的光源：发光二极管LED和注入型激光二极管ILD。接收端用来把光转换为电能的检波器（一个光电二极管）。入射光11'22'折射光折射光反射光3光密介质光疏介质光纤•昂贵的传输媒介（发展最为迅速）•不受电信号的干扰•使用于长距离、高速率的信号传输无线通信无线电波广泛地用于通信，属于一种全方向传播，不需计算机间的直接的物理连接。微波通信是指用频率在100MHz到10GHz的微波信号进行通信。它在数据通信中占有重要的地位。其特点是：沿直线传播，只能进行可视范围内的通信。长距离传输需要隔段加中继站。微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信。无线通信红外线进行数据通信。红外线链路只需一对发送接收器（收发器）。收发器处于视线范围内，一般局限于一个很小的区域即短距离范围内的通信，并且要求发送器直接指向接收器（很强的方向性）。激光也能用于传输数据。站点要拥有发送和接收装置。红外线和激光对环境干扰较敏感如雨和雾使它的使用受到限制。卫星通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。商用的通信卫星一般被发射在赤道上方3.6万公里的同步轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信，其特点是：适合与很长距离的传输，如国际之间、洲际之间；传输延时较大，一般为500ms左右；费用较高。3、网络互连设备●中继器●网桥●路由器●网关中继器工作于网络的物理层，用于互连两个相同类型的网段（例如：两个以太网段），它在物理层内实现二进制比特复制，补偿信号衰减。即中继器接收从一个网段传来的所有信号，进行放大后发送到下一个网段。中继器中继器具有如下特性：（1）中继器仅作用于物理层。（2）只具有简单的放大、再生物理信号的功能。（3）由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是物理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。（4）中继器可以连接相同或不同传输介质的同类局域网。（5）中继器将多个独立的物理网连接起来，组成一个大的物理网络。（6）由于中继器在物理层实现互连，所以它对物理层以上各层协议完全透明，也就是说，中继器支持数据链路及其以上各层的所有协议。网桥网桥是用于连接两个或两个以上具有相同通信协议、寻址结构的局域网间的互连设备，能实现网段间或LAN与LAN之间互连，互连后成为一个逻辑网络。网桥的工作过程如果LAN2中地址为201的计算机与同一局域网的202计算机通信，网桥就可以接收到发送帧，在进行地址过滤时，网桥会不转发并丢弃帧；如果要与不同局域网的计算机，例如同LAN1中的105通信，网桥检查帧的源地址和目标地址，目的地址和源地址不在同一个网络段上，就把帧转发到另一个网段上，这样计算机105就能接到信息。网桥的功能（1）帧转发和过滤功能（2）源地址跟踪（3）存储转发功能网桥带来的问题（1）广播风暴（2）增加网络时延（3）帧丢失路由器路由器工作在网络层，用于连接多个逻辑上分开的网络。为了给用户提供最佳的通信路径，路由器利用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单，路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径，如果某一网络路径发生故障或堵塞，路由器可选择另一条路径，以保证信息的正常传输。路由器可进行数据格式的转换，成为不同协议之间网络互连的必要设备。路由器的功能（1）路由选择（2）协议转换（3）实现网络层的一些功能（4）网络管理与安全网关网关用于类型不同且差别较大的网络系统间的互连。主要用于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接。在互连设备中，它最为复杂，一般只能进行一对一的转换，或是少数几种特定应用协议的转换。工作过程如果一个NetWare结点要与TCP/IP的主机通信，因为NetWare和TCP/IP协议是不同的，所以局域网中的NetWare结点不能直接访问。它们之间的通信必须由网关来完成。网关的作用是为NetWare产生的报文加上必要的控制信息，将它转换成TCP/IP主机支持的报文格式。当需要反方向通信时，网关同样要完成TCP/IP报文格式到NetWare报文格式的转换网关的主要变换项目（1）格式变换（2）地址变换（3）协议变换互连设备互连层次适用场合功能优点缺点中继器物理层互连相同LAN的多个网段信号放大延长信号传输距离互连简单费用低基本无延迟互连规模有限不能隔离不必要的流量无法控制信息的传输网桥数据链路层各种LAN互连连接LAN改善LAN性能互连简单协议透明隔离不必要的信号交换效率高可能产生数据风暴不能完全隔离不必要的流量管理控制能力有限有延迟路由器网络层LAN与LAN互连LAN与WAN互连WAN与WAN互连路由选择过滤信息网络管理适用于大规模复杂网络互连管理控制能力强充分隔离不必要的流量安全性好网络设置复杂费用较高延迟大网关传输层应用层互连高层协议不同的网络在高层转换协议互连差异很大的网络安全性好通用性差不易实现4、传统以太网以太网的工作原理(1).两个标准DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。IEEE的802.3标准。DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网数据链路层的两个子层为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的局域网对LLC子层是透明的局域网网络层物理层站点1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点2LLC子层看不见下面的局域网以后一般不考虑LLC子层由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIXEthernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2标准）的作用已经不大了。很多厂商生产的网卡上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。(2)网卡的作用网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“网卡”。网卡的重要功能：进行串行/并行转换。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。实现以太网协议。计算机通过网卡和局域网进行通信CPU高速缓存存储器I/O总线计算机至局域网网络接口卡（网卡）串行通信并行通信(3)局域网介质访问控制方式载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect令牌传递(TokenPassing)TokenRingTokenBus最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。CSMA/CD协议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发送的数据以太网的广播方式发送总线上的每一个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号。由于只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有D才接收这个数据帧。其他所有的计算机（A,C和E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。以太网提供的服务以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不