1第4章局域网和城域网24.1局域网概述局域网特点:P67私有服务、网络所覆盖的地理范围较小、结构简单数据的传输速率比较高布线容易、成本低局域网有较低的时延和较低的误码率媒体适应性强局域网络的经营权和管理权属于某个单位所有结构简单,易于实现,便于安装、维护和扩充,局域网一般采用广播技术而非交换技术。3局域网具有如下的一些主要优点:具有广播功能,从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。便于系统的扩展和逐渐地演变,各设备的位置可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。4.2局域网局域网的共享媒体技术局域网的组成局域网的分类局域网的关键技术以太网的标准局域网拓扑结构传输介质通信协议局域网的组成4.2局域网1、局域网的组成局域网组成也包括硬件和软件。资源硬件主要是指服务器、工作站及各种共享的外围设备如打印机、传真机等,通信硬件主要是指通信线路和网卡、集线器、交换机、路由器、无线AP等通信设备。局域网的软件主要包括网络操作系统和通信协议,较常使用的协议有TCP/IP、NetBEUI和IPX/SPX三种。局域网的典型组成双绞线、同轴电缆、光纤或者无线电波网络服务器计算机网络接口卡传输介质计算机计算机网络打印机计算机、服务器、打印机等设备都可以通过局域网互相连接起来网络上的每台计算机都装有网络接口卡(NIC,简称网卡),网卡通过传输介质把节点相互连接起来组成LAN的5种基本结构:计算机(特别是PC机)传输介质网络适配器网络连接设备网络操作系统2、局域网的分类按照网络的管理模式,局域网可以划分为对等网和客户-服务器(C/S)网络。对等网配置简单,但配置与管理困难、安全性差、成本高、性能差。C/S模式网络的主要优点是:管理和配置容易、安全性高和性能好。但对于小型企业网络来说,成本有些高。2、局域网的分类从应用角度划分,局域网可以划分为家庭网和企业网。从介质访问控制方法的角度,局域网可分为共享式局域网和交换式局域网。按照技术规范划分,局域网可划分的种类较多,其中占主导地位的有4种类型,分别是以太网(Ethernet)、令牌环网(TokenRing)、令牌总线(TokenBus)和光纤分布式数据接口FDDI(FiberDistributedDataInterface)。其中,以太网、令牌环网和令牌总线是IEEE(国际电气和电子工程师协会)的标准,FDDI是ANSI(美国国家标准协会)的标准。10协议名称内容描述IEEE802.1局域网概述,体系结构、网络管理和性能测量等。IEEE802.2逻辑链路控制协议LLC。IEEE802.3总线网介质访问控制协议CSMA/CD及物理层技术规范。IEEE802.4令牌总线网介质访问控制协议及其物理层技术规范。IEEE802.5令牌环网介质访问控制协议及其物理层技术规范。IEEE802.7宽带技术咨询组,为其他分委员会提供宽带网络技术的建议。IEEE802.8光纤技术咨询组,为其他分委员会提供光纤网络技术的建议。IEEE802.9综合话音/数据局域网(IVD)的介质访问控制协议及其物理层技术规范;IEEE802.10局域网安全技术标准。IEEE802.11无线局域网的介质访问控制协议及其物理层技术规范。IEEE802.12100Mb/s高速以太网按需优先的介质访问控制协议100VG-ANY。LANIEEE802.14电缆电视(cable-TV)访问方法和物理层技术规范IEEE802.15无线个人网(WPAN)介质访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.16固定带宽无线接入系统的空中接口规范有关IEEE的802标准P693、局域网的关键技术决定局域网特性的主要技术要素:网络拓扑结构传输介质通信协议(1)网络拓扑结构局域网在网络拓扑结构上主要采用总线型、星型、环型和树型等结构。总线型ABCC星型ABCA环型ADCBT树形局域网星型拓扑结构多级星型拓扑结构星型拓扑结构的主要优点:节点扩展、移动方便;网络传输数据快;维护容易星型拓扑结构的主要缺点:核心交换机工作负荷重;网络布线较复杂;广播传输影响网络性能。环形拓扑结构环形网络中的每一站点是通过环中继转发器与它左右相邻的站点串行连接,在传输介质环的两端各加上一个阻抗匹配器(也称“终端匹配器”)就形成了一个封闭的环路。多个结点共享一条环通路。环中数据沿着一个方向绕环逐站传输;采用同轴电缆作为传输介质的令牌网。环形拓扑结构网络的主要优点:网络路径选择和网络组建简单投资成本低传输速度慢连接用户数非常少传输效率低扩展性能差维护困难。总线型拓扑结构总线型拓扑结构(BusTopology)与环形拓扑结构从外形上看有些类似,都是共享一条同轴电缆作为传输介质,通过RPU(中继转发器,或称“连接器”)连接多台计算机。17总线型拓扑结构总线型局域网采用的是“共享介质”方式;所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上;总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线;所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送或接收数据,因此出现“冲突collision)”是不可避免的;“冲突”会造成传输失败;总线两端的匹配电阻吸收电磁波信号的能量,避免在总线上产生有害的电磁波反射。总线网可使用两种协议:传统以太网的CSMA/CD—-演进为星形令牌传递总线网,物理上总线而逻辑上令牌环--早已退出市场。总线拓扑的主要优点:•网络结构简单,易于布线•扩展较容易•维护容易。总线型结构的主要缺点:•传输速率低•故障诊断困难•难以实现大规模扩展。树形拓扑结构树形拓扑结构自上而下(从核心交换机(或骨干层)到汇聚层,再到边缘层)是自上而下是依次分层扩展的,就像一颗倒放的“树”。网状拓扑结构网状拓扑结构又有“全网状结构”和“半网状结构”两种。所谓“全网状结构”就是指网络中任何两个节点间都是相互连接的。而所谓的“半网状结构”是指网络中并不是每个节点都与网络的其他所有节点有连接,可能只是一部分节点间有互连。混合型拓扑结构网络合型网络拓扑结构是指多种结构(如星型拓扑结构、环形拓扑结构、总线型结构、网状结构)单元组成的结构,但常见的是由星型拓扑结构和总线型结构络结合在一起组成的。21混合型拓扑结构更能满足较大网络的灵活拓展,解决星型网络在传输距离上的局限(因为双绞线的单段最大长度要远小于同轴电缆和光纤),同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。22混合型拓扑结构主要特点:应用广泛、扩展灵活、维护较为困难。(2)传输介质在网络传输介质上主要采用双绞线与光缆。(3)介质访问控制方法传统的局域网采用“共享介质”的工作方式,其传输介质是共享的,各结点都可以利用总线发送数据,且网中没有控制中心,若两个或多个结点同时发送数据,将不可避免地产生“冲突”。--总线型拓扑常用的介质访问控制方法为了尽量避免“冲突”的发生,解决“冲突”发生时产生的问题,实现对多结点使用共享介质发送和接收数据的控制,人们提出了多种介质访问控制方法。目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有三种:以太网技术中带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法、令牌总线(TokenBus)方法和令牌环(TokenRing)方法。264、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:特点是所有的用户可随机地发送信息,容易发生冲突,必须有解决冲突的网络协议。如:以太网中的CSMA/CD协议受控接入:特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。如多点线路探询(polling),或轮询,令牌环LAN。不讨论。27以太网介绍(补充)以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准,组建于七十年代早期。Ethernet(以太网)是一种传输速率为10Mbps的常用局域网(LAN)标准。在以太网中,所有计算机被连接一条同轴电缆上,采用具有冲突检测的载波感应多处访问(CSMA/CD)方法,采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上,以太网由共享传输媒体,如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。采用星型或总线型结构。28以太网具有的一般特征共享媒体:所有网络设备依次使用同一通信媒体。广播域:需要传输的帧被发送到所有节点,但只有寻址到的节点才会接收到帧。以太网使用CSMA/CD介质访问控制方式,符合IEEE802.3标准,在数据链路层传输的是帧,拓扑结构可以为总线型、星型和树型结构,但在逻辑上都是总线型结构。MAC地址:媒体访问控制层的所有Ethernet网络接口卡(NIC)都采用48位网络地址。这种地址全球唯一。以太网结构简单,易于实现,技术相对成熟,网络连接设备成本低,不同类型的以太网可以相互兼容,很容易集成在一个局域网中,所以,组建局域网、校园网和企业网的单位都将以太网作为首选。29以太网协议IEEE802.3标准中提供了以太网帧的结构。当前以太网支持光纤和双绞线媒体支持下的四种传输速率:10Mbps–10Base-TEthernet(802.3)100Mbps–FastEthernet(802.3u)1000Mbps–GigabitEthernet(802.3z))10GigabitEthernet–IEEE802.3ae典型以太网按照传输速率将以太网分为10Mbps以太网、100Mbps以太网、千兆位以太网和万兆位以太网。10Mbps以太网P77类型10BASE-210BASE-510BASE-T10BASE-F数据传输速率10Mbps10Mbps10Mbps10Mbps传输介质基带细同轴电缆基带粗同轴电缆非屏蔽双绞线光纤拓扑结构总线型总线型星型星型网络接口BNCAUIRJ-45F/O最大段长185m500m100m1000m以上其中第一个数字表示数据传输速率(Mbps),Base表示基带传输,Borde表示宽带传输,最后一个数字表示传输介质和最大传输距离(100M)31Ethernet的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法;1972年,美国施乐Xerox公司开始Ethernet实验网的研究;1979年,Xerox公司宣布了Ethernet产品;1980年,美国施乐公司Xerox、DEC公司与Intel公司联合提出了10Mb/sEthernet规约的第一版本DIXV1,1982年又修改为第二版规约,即DIXEthernetV2.0,是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约;90年代,10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高;目前,交换式Ethernet与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现,更确立了它在局域网中的主流地位。Ethernet标准的发展P735、以太网的两个标准32以太网的两个标准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。33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:P71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。34局域网对LLC子层是透明的数据链路层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站点2LLC子层看不见下面的局域网35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