局域网的特点

第4章局域网第四章局域网●局域网的特点●IEEE802.3ETHERNET●IEEE802.5TOKENRING●IEEE802.4TOKENBUS●网桥第4章局域网局域网(LAN)概述局域网的定义在小区域范围内使多种数据通信设备连在一起进行资源共享的通信网络。(IEEE802)1.计算机通信网;2.通信设备含计算机、终端、传真机等;3.覆盖地理范围小，不超过几十km。第4章局域网覆盖范围小房间、建筑物、园区范围高传输速率10Mbps～1000Mbps低误码率10-8～10-10采用总线、星形、环形拓扑双绞线、同轴电缆、光纤为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务各站为平等关系而不是主从关系能进行广播或多播hubhubhubSwitchServerfarmstationstationsstations第4章局域网局域网的关键技术拓扑结构（逻辑、物理）–总线型、星型、环型、树型介质访问方法–按协议实现信道共享–CSMA/CD和Token-passing信号传输形式–基带、宽带第4章局域网LAN典型拓扑结构–总线型/树型:所有结点都直接连接到共享信道–星型:所有结点都连接到中央结点–环型:结点通过点到点链路与相邻结点连接BusStarRingABCCADCBABCAT第4章局域网LAN参考模型IEEE802委员会制定1、物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构及数据率2、数据链路层：流量控制、寻址、排序、差错控制等功能3、IEEE802标准没有单独设立网络层。4、高层：局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（NOS）来实现，如Unix、WindowsNT、Netware等。第4章局域网LAN参考模型网络层数据链路层物理层逻辑链路控制LLC媒体访问控制MAC高层OSIIEEE802物理层（）（）（）服务访问点SAP由NOS来实现第4章局域网LAN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，降低实现的复杂度。–局网特点：共享信道(如总线)。需要解决介质访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法。LLC：与介质、拓扑无关；MAC：与介质、拓扑相关。第4章局域网主要的LAN标准802.1概述、体系结构、网络互连802.2LLC（逻辑链路控制）802.3CSMA/CD（以太网）802.4TokenBus（令牌总线）802.5TokenRing（令牌环）802.6分布队列双总线DQDB--MAN标准802.7宽带技术802.8FDDI（光纤分布数据接口）802.9综合话音数据局域网802.10可互操作的局域网的安全802.11无线LAN第4章局域网信道共享技术接入方法集中式控制：轮询，主机按顺序逐个询问各站是否有数据要发送分散式控制：令牌环网，传递令牌，获得令牌才有权发送数据随机接入：站点可随时发送数据，争用信道，易冲突受控接入1、通过集中器或复用器连接特点：附加设备，集中控制接入方法：顺序扫描查询，或使用中断技术2、通过多点接入技术特点：一条公用信道连接所有主机，按协议分配信道第4章局域网通过复用器或集中器连接主机前端机MUXMMMMMUXTCTTTTT第4章局域网用户使用多点接入共享一个公共信道主机对公用信道的共享进行集中控制信道的共享采用分散式控制第4章局域网随机接入技术:CSMA和CSMA/CDCSMA：载波监听多点访问工作原理：发送前监听。附加硬件装置，每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站暂停发送，等待一段时间后重试载波监听策略：非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲第4章局域网1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据（以概率1发送）p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据，即以概率1-p延迟一段时间后再发送性能：轻载时，1坚持CSMA吞吐量最大；重载时，非坚持CSMA吞吐量最大。缺点：由于传播时延的存在，冲突不可避免坚持CSMA：站A站BB监听到信道空闲，发送A监听到信道空闲发送为A、B之间的传播时延第4章局域网CSMA/CD：带冲突检测的载波监听多点访问退避算法：以截断二进制指数类型，来决定重发时延从0,1,2,...,2k-1中随机取一个数r，重发时延=r基本重发时延其中k=min[重发次数，10]动态退避算法工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则冲突双方都立即停止发送。信道很快空闲，从而提高效率。1-坚持的：监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他站点第4章局域网冲突检测（CD）原因：有两个以上站点同时发送帧站点在发送帧的同时，检测信道是否冲突检测方法：1.比较接收到的信号电压的大小2.检测曼彻斯特编码的过零点3.比较接收到的信号与刚发出的信号第4章局域网Ethernet和IEEE802.31、70年代中期由XeroxPaloAltoResearchCenter(BobMetcalfe)提出，数据率为2.94M，称为Ethernet（以太网）。2、经DEC,IntelandXerox公司改进为10M标准(DIX标准)。3、1985年定名为IEEE802.3，即使用1坚持的CAMA/CD协议的LAN标准，数据率从1M到10M(现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。4、Ethernet是指基带总线LAN。5、Ethernet和IEEE802.3的帧格式不同。第4章局域网IEEE802.3规范传统以太网10M–802.3——同轴电缆Ethernet–802.3a——细缆Ethernet–802.3i——双绞线–802.3j——光纤快速以太网FE100M–802.3u——双绞线，光纤千兆以太网GE1000M–IEEE802.3z——屏蔽短双绞线、光纤–IEEE802.3ab——双绞线第4章局域网802.3布线介质标准10Base5粗同轴10Base2细同轴10BaseT双绞线10BaseFMMF100BaseT双绞线100BaseFMMF/SMF1000BaseX屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT双绞线数据率（Mbps）基带或宽带Base，Broad段最大长度（百米）或介质类型（T，F，X）10Base5第4章局域网10BASE5p104图4-9•粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强•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•总线型拓扑，用于网络骨干连接粗缆vampiretapBNC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•转发器/中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。是物理层设备第4章局域网10BASE2•细同轴电缆，可靠性稍差•BNCT型接头连接•无需插入电缆•用于办公室LAN•总线型拓扑细缆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网络最大跨度925m第4章局域网10BASET双绞线介质（UTP）以Hub（集线器）为中心节点。Hub－多端口转发器。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。转发器/中继器/HUB——物理层设备(工作在物理层)。用于小型LAN。NIChub段最大长度100m第4章局域网10BASEF使用光纤进行长距离连接，最适于建筑物间的连接。星形拓扑结构10Broad36使用75电缆连接，拓扑结构为树形用于宽带LAN第4章局域网多个网段互连hub10Base2-细缆Ethernet10Base5粗缆Ethernet10BaseT-双绞线路由器服务器hub网桥第4章局域网收发器的特点从计算机经收发器电缆得到数据向同轴电缆发送，或反过来，从同轴电缆接收数据经收发器电缆送给计算机；检测在同轴电缆上发生的数据帧的冲突；在同轴电缆和电缆接口的电子设备之间进行电气隔离；当收发器或所连接的计算机出故障时，保护同轴电缆不受其影响。第4章局域网集线器的特点●使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站仍然共享逻辑上的总线，而使用的还是CSMA/CD协议。●一个集线器有许多端口，每个端口通过RJ-45插座用两对双绞线与一个工作站上的网卡相连。因此，一个集线器很像一个多端口的转发器。●集线器的每个端口都具有发送和接收数据的功能。●当某个端口收到信号时，立即向其他端口转发。若多个端口同时有信号输入，则所有端口都收不到正确信号。第4章局域网网卡的功能数据的封装与解封·封装:发送时，将LLCPDU加上MAC子层的首部，称为MAC帧。·解封:接收时，剥去MAC帧首部和尾部，送交LLC子层链路管理:CSMA/CD协议。编码与译码:曼彻斯特编码与译码。第4章局域网交换式以太网以网络交换机为主干的以太网拓扑仍为星形结构（总线/HUB→LAN_SWITCH）为何要使用网络交换机？以太网——共享介质网络共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性能降低，相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段(减少站点数)→网络交换◆总线网络或基于集线器的网络：网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽10/nMbps；◆基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的限制，网络总带宽=（n/2～n）*10Mbps，每个连接的带宽为10Mbps；第4章局域网交换机的两种用法(以10Mbps网络交换机为例)(1)端口下接站点：站点独占10Mbps带宽(2)端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽共享10M独享10M共享10M独享10M网络交换机SwitchHUBHUB第4章局域网虚拟LAN（VLAN）：逻辑工作组HUBHUBHUBHUBA1A2A3A4B1B2B3C1C2C3VLAN1VLAN2VLAN3VLAN中某站发出的广播只有同一虚拟网内的站点才能收到第4章局域网IEEE802.5标准：令牌环令牌环的组成拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps；最多站点数：250，信号采用曼彻斯特编码ABDC站点单向环第4章局域网TokenRing/802.5的操作1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中；b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。第4章局域网TokenRing/802.5的操作举例AT=0TAT=0TAT=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）帧循环一圈后A将数据帧回收并放出空令牌A有数据要发送，它抓住空令牌A将令牌修改为数据帧，并加挂数据第4章局域网IEEE802.4：令牌总线特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网传输机制为以太网和令牌环的结合：–物理传输采用广播方式；–介质访问控制采用令牌方式。第4章局域网局域网的扩展：网桥LAN互连的必要性：地域限制、负载问题、可靠性问题、互通问题、安全问题、性能/价格比高于WANLAN互连的困难：帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同LAN互连的实现：中继器/HUB－在物理层上实现互联网桥－工作在数据链路层的一种网络互联设备，在互联的LAN之间实