第5章-局域网技术

计算机网络与通信第5章局域网技术《计算机网络与通信》课件第5章局域网2020年9月14日高等教育出版社刘化君等编著《计算机网络与通信》教材配套课件计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日第5章局域网主要内容:5.1局域网体系结构5.2以太网工作原理5.3以太网技术5.4无线局域网本章小结本章目标:在掌握局域网概念的基础上，从局域网体系结构、协议标准及拓扑结构入手,理解CSMA/CD总线局域网、令牌环网等介质访问控制方法，并了解目前比较先进的局域网技术，以及无线局域网技术基础知识。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日5.1局域网体系结构5.1.1局域网的基本概念5.1.2IEEE802局域网标准系列5.1.3IEEE802局域网体系结构计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日5.1.1局域网的基本概念•局域网是一个数据通信系统，它允许在有限地理范围内的许多独立设备相互之间直接进行通信。•目前，局域网已经成为计算机网络最流行的形式，是一种在有限地理范围内将大量微型计算机及各种设备互连在一起，实现数据通信和资源共享的计算机通信网络。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日1.局域网的特点1）局域网是一个计算机通信网络，以实现数据通信为目的，所连接的设备具备数据通信功能，能方便地共享外部设备、主机、以及软件数据。局域网一般以PC机为主体，包括终端及各种外设，网络中一般不设中央主机系统。2）连网范围较小,通常限于一幢建筑物、一所校园或一个企业内部。局域网地理覆盖范围大约在0.5m～25km以内。3）数据传输速率高、误码率低。数据传输速率一般为10Mbit/s～1000Mbit/s，目前可高达10Gbit/s。误码率一般在10-11～10-8以下。4）局域网协议中所用到的数据链路控制部分基于HDLC协议。5）易于安装，配置和维护简单，造价低廉。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日2.局域网的拓扑结构星状拓扑:所有结点都连接到中央结点环状拓扑:结点通过点到点链路与相邻结点连接总线拓扑:所有结点都直接连接到共享信道BusStarRingABCADCBABCAT计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日影响局域网特性的关键技术:–拓扑结构（逻辑、物理）•总线、星状、环状、树状–介质访问方法•CSMA/CD、Token-passing–信号传输形式•基带、宽带以上三种技术决定了局域网的特征计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日3．局域网的组成局域网是一个集中在一个地理区域的计算机网络，例如在一个建筑物中或一个大学校园内。当用户从一个大学或者公司的园区接入Internet时，几乎总是以局域网的方式接入。比较典型的接入方式是从主机到局域网，再经路由器到Internet，图5-2所示就是一个局域网访问Internet的组成示例。图5-2局域网组成示例计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日5.1.2IEEE802局域网标准系列1980年2月IEEE成立了一个802委员会，专门从事局域网标准的制定工作。IEEE802委员会使用ISO/OSI-RM作为框架，发布了一系列局域网标准，并不断增加新的标准，现有的IEEE802局域网标准及其内部结构关系如图5-3所示。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日IEEE802体系结构示意图•数据链路层在不同的子标准中定义–分别对应于LLC子层和MAC子层……802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6DQDB802.8FDDI802.2LLC数据链路层物理层LLCMAC802.1DBridge802体系结构PHY网际互联计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日IEEE802标准系列中的主要标准•802.2-逻辑链路控制•802.3-CSMA/CD（以太网）•802.4-TokenBus（令牌总线）•802.5-TokenRing（令牌环）•802.6-分布队列双总线DQDB--MAN标准•802.8–FDDI（光纤分布数据接口）•802.11–WLAN（无线局域网）计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日5.1.3IEEE802局域网体系结构•局域网的标准：IEEE802（ISO8802）–IEEE802是一个标准系列：IEEE802,IEEE802.1～IEEE802.14•其体系结构只包含了两个层次：数据链路层，物理层–数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层网络层数据链路层物理层逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC高层OSIIEEE802物理层PHY由TCP/IP和NOS实现IEEE802描述了最低两层的功能以及它们为网络层提供的服务和接口计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日1．局域网的物理层•功能：–位流的传输；–同步前序的产生与识别；–信号编码和译码。•IEEE802定义了多种物理层，以适应不同的网络介质和不同的介质访问控制方法。•两个接口：–连接单元接口（AUI）－可选，仅用于粗同轴电缆–介质相关接口（MDI）•屏蔽不同介质的特性，使之不影响MAC子层的操作计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日2．局域网的数据链路层•按功能划分为两个子层：LLC和MAC•功能分解的目的：–将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，以适应不同的传输介质。–解决共享信道(如总线)的介质访问控制问题，使帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。•LLC：与介质、拓扑无关；•MAC：与介质、拓扑相关。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日图5-4IEEE802局域网参考模型计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日•局域网的数据链路层的特点：–局域网链路支持多路访问，支持成组地址和广播；–支持介质访问控制功能；–提供某些网络层的功能，如网络服务访问点(SAP)、多路复用、流量控制、差错控制、...•MAC子层功能：实现、维护MAC协议，差错检测，寻址。•LLC子层功能：向高层提供统一的链路访问形式，组帧/拆帧、建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。–对不同的LAN标准，它们的LLC子层都是一样的，区别仅在MAC子层（和物理层）。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日（1）介质访问控制子层及MAC地址•MAC层提供数据帧的无连接传输。MAC实体接收来自LLC子层或直接来自网络层的数据帧。该实体构造一个包含源和目的MAC地址以及帧校验序列FCS的PDU，FCS是一个简单的CRC校验和。MAC地址指定了工作站到局域网的物理连接。MAC实体的主要任务是执行MAC协议，该协议控制何时应将帧发送到共享传输介质上。•在局域网中，每个网卡都有一个唯一的物理地址，称为MAC地址，有时也称为LAN地址或链路地址。由于这种地址用在MAC帧中，所以MAC地址是比较流行的一个术语。MAC地址是在介质访问控制子层上使用的地址，是网络结点在全球唯一的标识符，与其物理位置无关。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日MAC地址•由于网卡插在计算机中，因此网卡上的MAC地址可用来标识插有该网卡的计算机；同样当路由器用网卡连接到局域网时，网卡上的MAC地址可用来标识插有该网卡的路由器的某个端口，如图5-5所示。图5-5与LAN相连的每个网卡都有唯一的MAC地址计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日MAC地址•又称为物理地址，它是网络站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。–注意：MAC地址是在数据链路层进行处理，而不是在物理层。•网络站点的每一个网络接口都有一个MAC地址。–MAC地址大多固化在网络站点的硬件中。•一个站点允许有多个MAC地址，个数取决于该站点网络接口的个数。例如：–安装有多块网卡的计算机；–有多个以太网接口的路由器。•网络接口的MAC地址可以认为就是宿主设备的网络地址。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日•IEEE802.3标准规定：–MAC地址的长度为6个字节，共48位；•可表示246≈70万亿个地址（有2位用于特殊用途）–高24位称为机构惟一标识符OUI，由IEEE统一分配给设备生产厂商；•如3COM公司的OUI=02608C–低24位称为扩展标识符EI，由厂商自行分配给每一块网卡或设备的网络硬件接口。也可以是2个字节，但这种格式的地址很少使用。I/GOUI（22位）G/LEI（24位）0=全局管理地址1=本地管理地址（一般不用）0=单播地址1=组播地址计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日•MAC地址的三种类型：–单播地址：（I/G＝0）•拥有单播地址的帧将发送给网络中惟一一个由单播地址指定的站点。——点对点传输–多播地址：（I/G＝1）•拥有多播地址的帧将发送给网络中由组播地址指定的一组站点。——点对多点传输–广播地址：（全1地址，FF-FF-FF-FF-FF-FF）•拥有广播地址的帧将发送给网络中所有的站点。——广播传输•注意，以上分类只适用于目的地址。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日（2）逻辑链路控制子层•LLC层构建于MAC数据报服务之上，向上提供4种服务类型。1）类型1即LLC1，不确认的无连接服务。2）类型2即LLC2，面向连接服务。3）类型3即LLC3，带确认的无连接服务，也就是带有确认的单个帧的无连接传输。4）类型4即LLC4，所有上述类型的高速传送服务，是专为城域网用的。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日LLCPDU结构•LLC层中的数据单元称为协议数据单元（PDU）。LLCPDU与HDLC类似，包含目标服务访问点（DSAP）地址字段、源服务访问点（SSAP）地址字段、控制字段以及信息字段四个字段，如图5-7所示。图5-7LLCPDU结构计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日PALLC的帧结构DSAPSSAP控制域数据111/2长度可变单位：字节高层PDULLC首部LLC数据IEEE802LAN的封装过程：LLC帧MAC帧MAC数据分组介质上传输的帧MAC首部MAC尾部MAC尾部MAC数据MAC首部计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日3.局域网的网络层和高层•IEEE802标准没有定义网络层和更高层：–没有路由选择功能局域网拓扑结构比较简单，一般不需中间转接–流量控制、寻址、排序、差错控制等功能由数据链路层完成•网络层和更高层通常由协议软件（如TCP/IP协议、IPX/SPX协议）和网络操作系统来实现。计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日5.2以太网工作原理5.2.1介质访问控制方法5.2.2载波侦听多址访问协议5.2.3以太网帧格式及数据封装计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日5.2.1介质访问控制方法•局域网使用广播信道（多点访问，随机访问），多个站点共享同一信道。问题：–各站点如何访问共享信道？–如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？•解决以上问题的方法称为介质访问控制方法。•两类介质共享技术：–静态分配（FDM、WDM、TDM、CDM）•不适用于局域网–动态分配（随机接入、受控接入）•CSMA/CD、Token-Passing计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日信道共享技术分类信道共享技术TDMFDMSTDMATDM随机访问受控访问CSMACSMA/CD集中控制分散控制轮询令牌静态分配动态分配以太网令牌环网WDMCDM计算机网络与通信第5章局域网技术2020年9月14日局域网中的介质访问控制方法•常见的有两种：–载波检测多路访问/冲突检测（CSMA/CD）•CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect•采用随机访问技术的竞争型介质访问控制方法–令牌传递（TokenPassing）–Toke