局域网技术

计算机网络技术基础与实训局域网技术必备知识一、局域网概念局域网（localareanetwork，LAN），即计算机局部区域网，它是在一个局部的地理范围内，将各种计算机、外围设备、数据库等互相连接起来组成的计算机通信网。由此可以看出，它包括三方面的含义。（1）局域网所覆盖的地理范围小，通常是一个办公室、一幢大楼、一个机关、厂矿、必备知识公司、学校等，一般不超过几千米。（2）局域网中所连接的数据通信设备的含义是广义的，它包含了在传输介质上进行通信的各种设备，如计算机和各种外部设备等。（3）局域网是为数据传输而构建的一种通信网络。必备知识二、局域网的传输方式局域网的传输方式有：单工、半双工、全双工必备知识单工即单向通信，它是指在一条线路上只能存在单方向的通信，反向无法进行通信。单工通信多用于无线广播、电视广播等，在局域网中并不采用。1）单工3.1必备知识1.单工传输方式必备知识半双工即双向交替通信，是指在同一时间内，通信双方只能有一方发送信息，另一方只能接收，过一段时间再反过来，如对讲机。局域网中最早使用的传输方式就是这种。2）半双工必备知识2、半双工通信必备知识全双工即双向同时通信，是指在同一时间内，通信双方既可以发送信息，也可以接收信息。全双工传输方式在局域网中的应用，提高了网络的通信能力，现在的计算机网络大部分采用的是全双工方式。3）全双工必备知识全双工传输方式必备知识三、局域网的传输介质双绞线（twistedpair，TP）是最常用的一种传输介质，它由两条具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞合在一起，可降低信号干扰的程度。为了便于区分，每根铜线的颜色都不一样。双绞线通常有屏蔽式和非屏蔽式两种。1）双绞线必备知识三、局域网的传输介质双绞线的类型必备知识三、局域网的传输介质同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层及保护塑料外层组成，这种结构中的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号，因而具有很好的抗干扰特性，被广泛用于较高速率的数据传输。2）同轴电缆必备知识三、局域网的传输介质同轴电缆必备知识三、局域网的传输介质光导纤维（opticalfiber），简称光纤，是目前发展最为迅速、应用最为广泛的传输介质。它是一种能够传输光束的、细而柔软的通信媒体。光纤通常是由石英玻璃拉成细丝形成的，其结构一般是双层的同心圆柱体，中心部分为纤芯。3）光纤必备知识光纤必备知识三、局域网的传输介质地面微波通信常用于电缆（或光缆）铺设不便的特殊地理环境或作为地面传输系统的备份和补充。地面微波通信在数据通信中占有重要位置。地面微波通信主要使用的是2～40GHz的频率范围。地面微波一般沿直线传输。由于地球表面为曲面，4）地面微波通信必备知识三、局域网的传输介质所以微波在地面的传输距离有限，一般为40～60km，但这个传输距离与微波的发射天线的高度有关，天线越高传输距离就越远。为了实现远距离传输，就需要在微波信道的两个端点之间建立若干中继站，4）地面微波通信必备知识三、局域网的与介质中继站把前一个站点送来的信号经过放大后再传输到下一站。经过这样的多个中继站点的“接力”，信息就被从发送端传输到接收端，如图3-8所示。4）地面微波通信3.1必备知识地面微波必备知识三、局域网的传输介质卫星通信实际上是使用人造地球卫星作为中继器来转发信号的，它使用的波段也是微波。卫星通信通常被定位在几万千米的高空，因此，卫星作为中继器可使信息的传输距离扩大至几千至上万千米。例如，每个同步卫星可覆盖地球的1/3的表面。卫星通信已被广泛应用于远程计算机网络中。5）卫星通信必备知识局域网的传输介质如国内很多证券公司显示的证券行情都是通过VSAT接收的卫星通信广播信息，而证券的交易信息则是通过延迟小的数字数据网（DDN）专线或分组交换网进行转发的。卫星通信具有通信容量极大、传输距离远、可靠性高、一次性投资大、传输距离与成本无关等特点。5）卫星通信必备知识局域网的传输介质应用于计算机网络的无线通信除地面微波及卫星通信外，还有红外线和激光通信等。红外线和激光通信的收发设备必须处于视线范围内，具有很强的方向性，因此，防窃取能力强。但由于它们的频率太高，波长太短，不能穿透固体物质，且对环境因素（如天气）较为敏感，因而只能在室内和近距离使用。6）红外线和激光通信必备知识网络设备介绍（1）按照支持的计算机种类分类，网卡主要分为两类：标准以太网卡和PCMCIA网卡。（2）按照支持的传输速率分类，网卡主要分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡和1000Mbps网卡4类。1）网卡的分类必备知识四、网络设备介绍（3）按照所支持的传输介质类型分类，网卡主要分为双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡和光纤网卡4类。（4）按照所支持的总线类型分类，网卡主要可以分为ISA、EISA和PCI共3类。ISA总线的网卡又可分为8位和16位两种。1）网卡的分类必备知识四、网络设备介绍在网卡的存储器中保存了一个全球唯一的网络结点地址，这个地址被称为介质访问控制（MAC）地址，又叫做硬件地址或网卡物理地址。MAC地址用12个十六进制数来表示，它的地址长度是48位，2）网卡的物理地址必备知识四、网络设备介绍前6个十六进制数（也就是24比特）代表网卡生产厂商的标识符信息，后6个十六进制数代表生产厂商分配的网卡序号。MAC地址格式如图3-10所示。2）网卡的物理地址必备知识网卡必备知识四、网络设备介绍2.集线器集线器是局域网中计算机和服务器的连接设备，是局域网的星型连接点，每个工作站是用双绞线连接到集线器上，由集线器对工作站进行集中管理。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以增加网络的传输距离，同时把所有结点集中在以它为中心的结点上。必备知识四、网络设备介绍2.集线器集线器工作于OSI参考模型的第一层，即物理层。集线器的分类方法有按端口数量划分、按带宽划分、按配置的形式划分以及按是否可进行网络管理来划分等。3.1必备知识四、网络设备介绍2.集线器集线器工作于OSI参考模型的第一层，即物理层。集线器的分类方法有按端口数量划分、按带宽划分、按配置的形式划分以及按是否可进行网络管理来划分等。必备知识四、网络设备介绍2.集线器必备知识四、网络设备介绍3.交换机交换机（switch）是集线器的升级换代产品，所以交换机和集线器在功能上一样，也是一种网络集中设备，它是用来集中连接其他网络的，其“交换”概念的提出是相对于集线器的共享工作模式的改进。交换机可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。必备知识四、网络设备介绍4.路由所谓路由选择就是通过路由选择算法确定到达目的地址（目的端的网络地址）的最佳路径。路由选择实现的方法是：路由器通过路由选择算法，建立并维护一个路由表。在路由表中包含着目的地址和下一跳路由器地址等多种路由信息。1）路由选择必备知识四、网络设备介绍4.路由器路由表中的路由信息告诉每一台路由器应该把数据包转发给谁，它的下一跳路由器地址是什么。路由器根据路由表提供的下一跳路由器地址，将数据包转发给下一跳路由器。通过一级一级地把包转发到下一跳路由器的方式，最终把数据包传送到目的地址。1）路由选择必备知识四、网络设备介绍4.路由器数据转发通常也称数据交换。路由器接收到来自源端主机发送的、带有目的主机网络地址的分组后，检查数据包的目的地址，再根据路由表来确定它是否知道怎样转发这个数据包，2）数据转发必备知识三、网络设备介绍4.路由器如果它不知道下一跳路由器的地址，则将包丢弃。如果它知道怎么转发这个包，路由器将改变目的地址为下一跳路由器的地址，并且将包传给下一跳路由器。2）数据转发必备知识四、网络设备介绍4.路由器扩展知识一、局域网体系结构二、局域网的发展趋势3.2扩展知识一、局域网体系结构IEEE802标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的对应关系如图3-16所示。局域网参考模型只对应于OSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制（logicallinkcontrol，LLC）子层与介质访问控制（mediaaccesscontrol，MAC）子层。3.2扩展知识一、局域网体系结构3.2扩展知识一、局域网体系结构1）物理层3）LLC子层2）MAC子层3.2扩展知识一、局域网体系结构2.IEEE802局域网标准1980年2月IEEE成立了专门负责制定局域网标准的IEEE802委员会。该委员会开发了一系列局域网和城域网标准，最广泛使用的标准是以太网家族、令牌环、无线局域网和虚拟网等。IEEE802委员会于1984年公布了5项标准IEEE802.1～IEEE802.5，随着局域网技术的迅速发展，新的局域网标准不断被推出，最新的吉比特以太网技术目前也已标准化。下面是IEEE802委员会颁布的标准。3.2扩展知识一、局域网体系结构2.IEEE802局域网标准IEEE802.1——局域网概述、体系结构、网络管理和网络互连。IEEE802.2——逻辑链路控制。IEEE802.3——CSMA/CD访问方法和物理层规范。IEEE802.4——令牌总线。IEEE802.5——令牌环访问方法和物理层规范。IEEE802.6——城域网访问方法和物理层规范。3.2扩展知识3.2.1局域网体系结构2.IEEE802局域网标准IEEE802.7——宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。IEEE802.8——光纤技术咨询和物理层课题。IEEE802.9——综合语音/数据服务的访问方法和物理层规范。IEEE802.10——安全与加密访问方法和物理层规范。3.2扩展知识二、局域网的发展趋势1.网络的协议发展IPv4是目前因特网所使用的网络层协议。自20世纪80年代初以来，IPv4一直在因特网上良好稳定地运行着。但是，IPv4设计之初没有考虑到因特网及其所提供的服务突飞猛进的发展，现在已经暴露出一些不足之处，未来必将被IPv6所取代。3.2扩展知识二、局域网的发展趋势1.网络的协议发展IPv6最大的特点是拥有几乎无限的地址空间，表示地址的位数由原来的32位增长到128位，所以IPv6的地址空间大得惊人。另外，IPv6也解决了IPv4的很多固有的安全性问题。3.2扩展知识3.2.2局域网的发展趋势2.局域网速度的发展及传输介质的变化局域网的传输介质由最初的双绞线、同轴电缆，发展到现在越来越普及的光纤；相应地，局域网的传输速度由原来的10Mbps发展到现在的百兆比特每秒、千兆比特每秒、万兆比特每秒，甚至某些厂家已经推出十万兆级核心设备，而且这个速度还会增长。无论是因为铜资源的稀缺还是为了承载更多的业务数据，未来的局域网中必然大量用到光纤作为传输介质，逐步取代双绞线等传统介质。3.2扩展知识二、局域网的发展趋势3.从有线网络到混合网络随着无线通信技术的广泛应用，传统有线局域网络在复杂环境和高灵活性要求的环境下已经越来越不能满足人们的需求，于是无线局域网（wirelesslocalareanetwork，WLAN）应运而生，且发展迅速。与有线局域网速度的不断提升相对应，无线局域网经历了802.11b、802.11g、802.11n等一系列进化，速度也越来越快。3.2扩展知识二、局域网的发展趋势3.从有线网络到混合网络虽然总体还是远远落后于有线网络，但已经能够满足大多数的接入需求。它还具备有线网络无法比拟的灵活性，被广泛应用于广场、校园等人员流动较大或布线不便的场合。3.2扩展知识二、局域网的发展趋势3.从有线网络到混合网络另外，无线局域网的弱势也很明显。容易受到天气、障碍物等客观环境影响，故障点查找不便，接入控制管理不便等注定它不能作为稳定的局域网骨干存在。所以作为有线网络的延伸和补充，能最大限度地发挥出WLAN的优势。未来，有线和无线充分混合的网络才能构建方便、安全和快捷的局域网。3.2扩展知识二、局域网的发展趋势4.更加安全和稳定的网络凭借承载数据的特性和强大的数据处理能力，新一代网络安全设备可以