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三级网络技术第3章局域网基础3.1局域网基本概念Page33.1.1决定局域网的三要素决定局域网性能的三要素为：网络拓扑传输介质介质访问控制方法Page43.1.2局域网拓扑结构的类型与特点网络拓扑总线型环型星型传输介质双绞线同轴电缆光纤Page51．总线型拓扑构型总线结点结点总线(b)(a)Page61．总线型拓扑构型(续)主要特点：所有的结点直接连接到一条作为公共传输介质的总线上总线通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质。以“广播”方式发送数据会出现“冲突”（collision），造成传输失败必须解决多结点访问总线的介质访问控制（MAC）问题优点：结构简单、实现容易、易于扩展，可靠性较好缺点：不易管理，故障诊断和隔离比较困难Page72．环型拓扑构型结点(a)(b)结点Page82．环型拓扑构型(续)主要优点：初始安装比较容易，传输线路较短故障诊断定位比较准确适于光纤连接，例如，FDDI主要缺点：可靠性较差重新配置较为困难Page93．星型拓扑构型结点(a)(b)中心结点从结点中心结点Page103．星型拓扑构型(续)主要优点：维护管理容易重新配置灵活故障隔离和检测容易主要缺点：安装工作量大依赖于中心结点，中心的集线器出现故障，则全网瘫痪Page113.1.3局域网传输介质类型与介质访问控制方法1．局域网的传输介质类型局域网常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道。2．局域网的介质控制访问方法IEEE802.2标准定义的共享介质局域网有3类：带冲突检测的载波侦听多路访问方法的总线型局域网令牌总线方法的总线型局域网令牌环方法的环形局域网Page12双绞线分为两类：屏蔽双绞线STP：由外部保护层、屏蔽层、与多对双绞线组成；非屏蔽双绞线UTP：由外部保护层与多对双绞线组成；屏蔽双绞线的抗干扰能力优于非屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线：三类线：适用于语音及10Mbps以下的数据传输；四类线：适用于16Mbps以下的数据传输；五类线：适用于100Mbps的高速数据传输；超五类、六类线和七类：用于高速率的数据传输环境中。Page13光纤光导纤维，简称光纤，通过光信号传输数据传输带宽远大于目前其他各种传输媒体的带宽光纤通信的特点:传输距离远、数据速率高、抗干扰和保密性强光纤分为两类：多模光纤:价格便宜，传输距离小；单模光纤:纤芯细、速度高、距离远、成本高，最大传输距离可达40km；总体上看，单模光纤优于多模光纤。Page143.1.4IEEE802模型与协议标准应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型逻辑链路控制子层IEEE802参考模型介质访问控制子层物理层Page153.1.4IEEE802模型与协议标准(续)802.10可互操作的局域网安全802.2逻辑链路控制子层LLC802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网802.1局域网概述、体系结构、网络互联和网络管理802.12100VGAnyLAN物理层物理层物理层物理层802.7宽带技术802.8光纤技术物理层MAC子层LLC子层Page163.1.4IEEE802模型与协议标准(续)IEEE802.1：局域网体系结构、网络互联，以及网络管理与性能测试；IEEE802.2：逻辑链路控制LLC子层功能与服务；IEEE802.3：CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范；IEEE802.4：令牌总线（TokenBus）介质访问控制子层与物理层规范；IEEE802.5：令牌环（TokenRing）介质访问控制子层与物理层规范；IEEE802.6：城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范；IEEE802.7：宽带技术；IEEE802.8：光纤技术；IEEE802.9：综合语音与数据局域网IVDLAN技术；IEEE802.10：可互操作的局域网安全性规范SILS；IEEE802.11：无线局域网技术；IEEE802.12：100VGAnyLAN标准3.2以太网Page183.2.1以太网的发展以太网的核心技术是带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法，它起源于无线分组交换网——ALOHA网。ALOHA网出现在20世纪60年代末20世纪70年代初,提出冲突检测、载波侦听与随即后退延迟算法,开发出第一个实验性局域网1980年，公布了以太网的物理层、数据链路层规范1981年，Ethernet2.0规范公布。1982年支持IEEE802.3标准的以太网控制器面试1990年，IEEE802.3标准中的物理层标准10BASE-T推出1995年，传输速率为100Mbps的快速以太网标准推出1998年千兆以太网标准推出。1999年万兆以太网产品问世Page193.2.2以太网帧结构与工作流程分析1.以太网数据发送流程“先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发”媒体忙？发送帧碰撞？延迟随机时间碰撞次数N=N+1发送Jam否NY待发帧N=16?发送完？发送成功发送失败NYYNYN置碰撞次数计数器N=0Page202.以太网帧结构前导码帧前定界符目的地址源地址类型数据检验和7166246～15004字节数各字段含义：前导码：由56位（7B）的101010…101010序列组成，用于保证接收电路在帧的目的地址字段到来之前达到正常接收状态帧前定界符：可视为前导码的延续，为1个字节的10101011。目的地址字段,表示帧的接收结点地址，一般为MAC地址。源地址字段：表示帧的发送结点地址。类型字段：表示网络层使用的协议类型。数据字段：为高层待发送的数据部分，最小长度为46B，最大长度为1500B。帧校验字段：采用32位的循环冗余校验（CRC）。Page213.以太网数据接收流程当一个结点成功利用总线发送数据，则其他节点都应处于接受状态。当一个结点接收到一个数据帧后，首先通过接受的数据帧的长度来判断是否发生冲突；如果没有发生冲突，则检查该帧的木的地址，若目的地址是本结点地址，则接收该帧；然后进行CRC校验，若无错误，则报告“成功接收”，并进入结束状态。Page223.2.3以太网的实现方法从实现的角度来看，构成以太网网络连接的设备包括网卡、收发器和收发器电缆从功能的角度来看，包括发送与接收信号的收发器、曼彻斯特编码器与解码器、以太网数据链路控制、帧装配及与主机的接口从层次的角度来看，这些功能覆盖了IEEE802.3标准的MAC子层与物理层。Page233.2.4以太网的物理地址固化在网卡EPROM中，全网惟一组成：位数：48bit(6个字节)由两部分组成：3个字节厂商地址+3个字节厂商自行分配号码表示：12个十六进制数，每2个16进制数之间用连字符（也可用冒号）隔开如：08-00-20-0A-8C-6D3.3高速局域网的工作原理Page253.3.1高速局域网的研究方法问题：局域网的规模不断的扩大，网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率急剧下降，网络传输延迟增长，网络服务质量下降解决方法：提高数据传输速率用网桥与路由器隔离子网之间的交通量将“共享介质方式”改为“交换方式”交换式局域网的核心设备是局域网交换机，多个端口之间建立多个并发连接Page263.3.2快速以太网快速以太网的传输速率比普通以太网快10倍，保留了传统以太网的所有特性，包括相同的数据帧格式、介质访问控制方式和组网方法。标准：IEEE802.3μ与以太网的区别：每个比特的发送时间从100ns降低到10ns。不再使用同轴电缆作为传输介质，而主要使用双绞线和光纤。在MAC子层和物理层之间增加了MII（介质独立性接口），使物理层在实现100Mbps速率时所使用的传输介质和编码方式的变化不会影响到MAC子层。Page273.3.2快速以太网（续）1．快速以太网的体系结构100BASE-T集线器IEEE802.2LLCIEEE802.3MACMII(介质独立接口，功能与AUI相同)100BASE-TX2对5类UTP或STP100BASE-T44对3、4、5类UTP100BASE-FX单、多模光纤Page283.3.2快速以太网（续）2.快速以太网传输介质标准100BASETX：支持2对5类UTP或2对1类STP。距离可达100m100BASET4支持4对3类UTP，3对用于数据传输，1对用于冲突检测100BASEFX支持2芯的单模或多模光纤，距离可达2kmPage293.3.3千兆位以太网帧格式、介质访问控制方式和组网方法与以太网相同定义了千兆介质专用接口GMII，将MAC子层和物理层分开1000BASE-T集线器IEEE802.2LLCIEEE802.3MACGMII(千兆介质专用接口)8B/10B编码解码方式PAM5编码解码方式1000BASE-CX屏蔽双绞线1000BASE-SX多模光纤1000BASE-T非屏蔽双绞线1000BASE-LX单模光纤Page303.3.3千兆位以太网（续）2．千兆以太网的组网方式1000Base-SX使用短波激光作为信号源的媒体技术不支持单模光纤，仅支持62.5μm和50μm两种多模光纤。对于62.5μm多模光纤，全双工模式下最大传输距离为275m，对于50μm多模光纤，全双工模式下最大传输距离为550m。1000Base-LX使用长波激光作为信号源的媒体技术它可以驱动多模光纤和单模光纤对于多模光纤，在全双工模式下，最长的传输距离为550m；对于单模光纤，在全双工模式下，最长的传输距离可达3km。Page313.3.3千兆位以太网（续）2．千兆以太网的组网方式1000Base-CX传输介质：短距离屏蔽铜缆最长距离达25m1000BASE-T第二个铜线标准IEEE802.3ab使用5类无屏蔽双绞线的千兆以太网标准最长传输距离为100m，网络直径可达200mPage323.3.4万兆位以太网1．万兆位以太网的特点帧格式与10Mbps、100Mbps、1Gbps的帧格式完全相同；仍然保留802.3对以太网最小帧长度和最大帧长度的规定；不能使用双绞线，只支持多模和单模光纤不支持共享型，只支持全双工，传输距离不会受到传统以太网CSMA/CD机理制约Page333.3.4万兆位以太网（续）2．万兆位以太网的物理层协议：局域网物理层标准数据传输速率是10Gbps可选的广域网物理层标准使用光纤通道技术符合光线通道技术速率体系SONET/SDH的OC-192/STM-64的标准OC-192/STM-64的标准速率是9.95328Gbps，而不是精确的10Gbps3.4交换式局域网与虚拟局域网Page353.4.1交换式局域网的基本结构1．交换机的基本概念“共享端口”→“专用端口”端口之间可有多个并发连接Page363.4.1交换式局域网的基本结构（续）２．交换机的技术特点低交换传输延迟从传输延迟时间的量级来看，局域网交换机延迟为几十μs，网桥为几百μs，路由器为几千μs。高传输带宽对于10Mbps的端口，半双工端口带宽为10Mbps，而全双工端口带宽为20Mbps；对于100Mbps的端口，半双工端口带宽为100Mbps，而全双工端口带宽为200Mbps。允许不同速率的端口共存采用了自动侦测（Autosense）技术时，交换机端口可以同时支持10Mbps/100Mbps、全双工/半双工两种工作方式支持虚拟局域网服务Page373.4.2局域网交换机的工作原理交换机的工作原理Page383.4.2局域网交换机的工作原理（续）2．“端口号/MAC地址映射表”的建立与维护需要解决两个问题：交换机如何知道哪个结点连接到哪个端口；当结点从交换机的一个端口转移