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1第2章局域网技术2.1局域网概述2.2局域网的拓扑结构2.3介质访问控制方法2.4以太网简介2.5高速局域网2.6虚拟局域网2.7无线局域网(了解)22.1局域网的技术特点一、局域网概述局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园等有限范围内的计算机连网的需求；局域网提供高数据传输速率（10～100Mbps）、低误码率的数据传输环境；决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法；3局域网分类1、按网络的拓扑结构拓扑学把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间关系；在计算机网络中，将主机和终端抽象为点，将通信介质抽象为线，形成点和线组成的图形，使人们对网络整体有明确的全貌印象；计算机网络的拓扑结构就是网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式。按网络的拓扑结构分为：总线型、环型、星型、树型、网状。4计算机网络的拓扑结构星形拓扑树型拓扑总线型拓扑环型拓扑网状型拓扑52、按服务提供的提供方式对等网：网络中的主机既是网络服务的提供者，也是网络服务的使用者。客户端/服务器网络：网络中至少有一台专用的服务器来管理和控制网络的运行，所有工作站均可以访问服务器上的资源。城域网络(公用网)路由器路由器路由器路由器计算机计算机计算机计算机以太网笔记本IBM兼容机服务器苹果计算机打印机63、按介质访问协议以太网：CSMA/CD令牌环：TokenRing令牌总线：TokenBus令牌TokenRing结点A结点B结点E结点D结点C令牌结点A结点B结点C结点D结点ETokenRing以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测技术)技术。74、按介质访问控制方法共享介质式局域网交换式局域网8二、IEEE802参考模型1.IEEE802参考模型与OSI参考模型的关系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92.局域网的层次结构IEEE802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，解决最低两层（即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务、网际互连有关的高层功能。IEEE802LAN参考模型与ISO/OSI参考模型的对应关系：其他高层网络层逻辑链路控制子层(LLC)媒体访问控制子层(MAC)物理层数据链路层物理层OSI参考模型IEEE802LAN参考模型10IEEE802LAN的物理层IEEE802局域网参考模型中的物理层：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的传输与接收，数据的同步控制等。IEEE802规定了局域网物理层所使用的信号与编码、传输介质、拓扑结构和传输速率等规范。采用基带信号传输；数据的编码采用曼彻斯特编码；传输介质可以是双绞线、同轴电缆和光缆等；拓扑结构可以是总线型、树型、星型和环型；传输速率有10Mbps、16Mbps、100Mbps、1000Mbps。11IEEE802LAN的数据链路层MAC子层的功能MAC构成数据链路层的下半部，直接与物理层相邻，主要制定管理和分配信道的协议规范。MAC子层与传输介质有关，主要功能是进行合理信道分配，解决信道竞争问题，支持LLC子层完成介质访问控制功能，为不同的物理介质定义了介质访问控制标准。LLC子层的功能LLC在MAC子层的支持下向网络层提供服务，与传输介质无关，独立于介质访问控制方法，隐藏了各种802网络之间的差异，向网络层提供一个统一的格式和接口。将数据组成帧，并对数据帧进行顺序控制、差错控制和流量控制，使不可靠的物理链路变为可靠的链路。123.IEEE802标准系列802.1A：网络管理和性能测量；B：概述、体系结构、网络互连；802.2LLC的功能；802.3CSMA/CD总线网的MAC和物理层的规范；802.4TokenBus令牌总线网的MAC和物理层的规范；802.5TokenRing令牌环网的MAC和物理层的规范；13802.6分布队列双总线DQDB–MAN城域网标准；802.7宽带技术；802.8光纤技术（光纤分布数据接口FDDI）；802.9综合业务数字网ISDN；802.10局域网安全技术；802.11无线局域网；IEEE802标准系列14IEEE802标准之间的关系802.3CSMA/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.5令牌环MAC物理层802.6MANMAC物理层802.9语音数据综合ISDN802.11无线局域网802.8光纤技术802.7宽带技术802.2逻辑链路控制LLC802.1B综述及体系结构802.1A管理802.10局域网安全物理层数据链路层网络层ISO/OSIIEEE802152.2局域网的拓扑结构决定局域网特征的主要技术：拓扑结构传输介质介质访问控制方法三种技术决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络特征。16一、总线型网络拓扑结构所有的节点都通过网络适配器直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，总线可以是同轴电缆、双绞线、或者是使用光纤；总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线传输，而其他节点都能接收到该信息，但在同一时间内，只允许一个节点发送数据；由于总线作为公共传输介质为多个节点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况，因此会出现“冲突”；17总线型局域网中的“冲突”ABCABCDEDE碰撞在“共享介质”的总线型拓扑结构的局域网中，必须解决多个节点访问总线的介质访问控制问题。18二、环型拓扑结构所有节点使用相应的网络适配器连接到共享的传输介质上，通过点到点的连接构成封闭的环路。环路中的数据沿着一个方向绕环逐节点采用令牌传递方式控制节点轮流发送数据。在环型拓扑中，虽然也是多个节点共享一条环通路，但不会出现冲突。对于环型拓扑的局域网，网络的管理较为复杂，与总线型局域网相比，可扩展性较差。19三.星型拓扑结构在星型拓扑中存在一个中心节点，每个节点通过点到点线路与中心节点连接。在局域网中，由于使用中央设备的不同，局域网的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构不同。使用集线器连接所有计算机时，是一种具有星型物理连接的总线型拓扑结构；使用交换机时，是真正的星型拓扑结构。中央设备计算机202.3介质访问控制方法介质访问控制方法控制网络节点何时能够发送数据。IEEE802规定了局域网中最常用的介质访问控制方法：IEEE802.3载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）；IEEE802.5令牌环（TokenRing）；IEEE802.4令牌总线（TokenBus）；21一、CSMA/CD介质访问控制总线型LAN中，所有的节点对信道的访问是以多路访问方式进行的。任一节点都可以将数据帧发送到总线上，所有连接在信道上的节点都能检测到该帧。当目的节点检测到该数据帧的目的地址（MAC地址）为本节点地址时，就继续接收该帧中包含的数据，同时给源节点返回一个响应。当有两个或更多的节点在同一时间都发送了数据，在信道上就造成了帧的重叠，导致冲突出现。为了克服这种冲突，在总线LAN中常采用CSMA/CD协议，即带有冲突检测的载波侦听多路访问协议，它是一种随机争用型的介质访问控制方法。22CSMA/CD协议的工作过程CSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为：先听后发、边听边发、冲突停发、延迟重发。初始化载波帧听发送数据是否出现冲突?强化冲突放弃发送数据延迟一个随机时间准备重新发送数据是否发送完毕?结束冲突检测YNYN23CSMA/CD协议的特点在采用CSMA/CD协议的总线LAN中，各节点通过竞争的方法强占对媒体的访问权利，出现冲突后，必须延迟重发。因此，节点从准备发送数据到成功发送数据的时间是不能确定的，它不适合传输对时延要求较高的实时性数据。结构简单、网络维护方便、增删节点容易，网络在轻负载（节点数较少）的情况下效率较高。但是随着网络中节点数量的增加，传递信息量增大，即在重负载时，冲突概率增加，总线LAN的性能就会明显下降。24二、令牌环（TokenRing）在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环的令牌。网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的LAN中不会产生冲突。令牌ABCDABCDABCDABCD节点A截获令牌,并准备发送数据节点A将数据发送到节点C数据循环一周后,节点A将其收回产生新的令牌,发送到环路中25TokenRing的特点由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲突，因此称它是一种确定型的介质访问控制方法，而且每个节点发送数据的延迟时间可以确定。在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低。在重负载时，对各节点公平，且效率高。采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的优先级，具有高优先级的节点可以先发送数据，比如某个节点需要传输实时性的数据，就可以申请高优先级。26三、令牌总线（TokenBus）令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环。从物理连接上看，它是总线结构的局域网，但逻辑上，它是环型拓扑结构。连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数据后，就要将令牌传送给下一个节点。令牌27TokenBus的特点令牌总线适用于重负载的网络中，数据发送的延迟时间确定，适合实时性的数据传输等。网络管理较为复杂，网络必须有初始化的功能，以生成一个顺序访问的次序。令牌总线访问控制的复杂性高：网络中的令牌丢失，出现多个令牌、将新节点加入到环中，从环中删除不工作的节点等。282.4以太网简介Xerox创建第一个实验性的以太网(1972-1977)DEC、Intel和Xerox将以太网标准化(1979-1983)IEEE802.3标准（1982年）,10BASE-5出现；10BASE-T结构化布线的历史(1986-1990)交换式和全双工制以太网的出现(1990-1994)快速以太网的出现(1992-1995)千兆网的出现(1996至今)一、以太网的产生和发展29二、IEEE802.3的四种规范CSMA/CD10Base-510Base-210Base-TIEEE802.310Base-FMAC子层物理层数据率（Mbps）基带信号段最大长度（百米）10Base-53010Mbps以太网的中继规则大多数网络中都有对连接网段的转发器（集线器）数目的限制。在10Mbps的以太网中，使用5-4-3-2-1的规则：总共允许有5个网段（每个网段500米）；在信道上只允许连接4个转发器；可以有3个网段连接客户机；额外2个不能连接客户机的网段用于将网络延伸到其他位置；以上组成1个大型的冲突域，最大站数1024个，全网直径2500米；再增加网段或转发器会导致定时问题，影响以太网的冲突检测；311.10Base5分插头:插入电缆收发器:发送/接收,冲突检测,电气隔离，超长控制;AUI:连接件单元接口；终接器；粗缆BNC端子收发器AUI电缆NIC最大段长度500米每段最多站点数100两站点间最小距离2.5米网络最大跨度2.8公里32单网段500米单网段500米单网段500米单网段500米单网段500米10Base-5最大网络距离为2500米仅用于扩展距离,不能连接节点仅用于扩展距离,不能连接节点中继器中继器中继器中继器332.10Base2细缆BNC接头NIC段最大长度185m每段最多站点数30两站点间最短距离0.5m单网段最大长度为185米，最多节点30个两节点之间最小距离0