网络课件PPT局域网基础.ppt
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1、三级网络技术,第3章 局域网基础,3.1 局域网基本概念,3.1.1 局域网的主要技术特点,IEEE的局域网定义:局部地区网络在下列方面与其它类型的数据网络不同:通信一般被限在中等规模的地理区域内,例如,一座办公楼,一个仓库或一所学校;能够依靠具有从中等到较高数据率的物理通信信道,而且这种信道具有始终一致的低误码率;局部地区网是专用的,由单一组织机构所使用。,3,3.1.1 局域网的主要技术特点,局域网的主要特点是一个通信网络仅包含了物理层和数据链路层的功能连接的是数据通信设备覆盖的地理范围有限数据传输率,误码率低归单一组织所拥有和使用决定局域网特性的主要技术要素网络拓扑、传输介质、介质访问控
2、制方法从介质访问控制方法的角度来,可以分为:共享介质局域网交换式局域网,4,3.1.2 局域网拓扑构型,网络拓扑总线型环型星型传输介质双绞线同轴电缆光纤,5,1总线型拓扑构型,6,1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,7,2环型拓扑构型,8,2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
3、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,9,3星型拓扑构型,10,3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,11,3.1.3 局域网传输介质类型与特点,常用的传输介质:同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道等早期:同轴电缆目前:近距离:双绞线远距离:光纤移动结点:无线通信信道,12,1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
4、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。,13,2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。,14,3.2 局域网介质访问控制方法,3.2 局域网介质访问控制方法,主要解决介质使用权或机构问题,对网络
5、传输信道的合理分配对局域网体系结构、工作过程和网络性能产生决定性的影响有三种:带有冲突碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)令牌环(Token Ring)令牌总线(Token Bus)。,16,3.2.1 IEEE 802模型与协议标准,17,3.2.1 IEEE 802模型与协议标准(续),18,3.2.1 IEEE 802模型与协议标准(续),IEEE 802.1:局域网体系结构、网络互联,以及网络管理与性能测试;IEEE 802.2:逻辑链路控制LLC子层功能与服务;IEEE 802.3:CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范;IEEE 802.4:令牌总线(Token B
6、us)介质访问控制子层与物理层规范;IEEE 802.5:令牌环(Token Ring)介质访问控制子层与物理层规范;IEEE 802.6:城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范;IEEE 802.7:宽带技术;IEEE 802.8:光纤技术;IEEE 802.9:综合语音与数据局域网IVD LAN技术;IEEE 802.10:可互操作的局域网安全性规范SILS;IEEE 802.11:无线局域网技术;IEEE 802.12:100VG AnyLAN标准,19,3.2.2 IEEE 802.3标准与Ethernet,CSMA/CD带有冲突检测的载波侦听多路访问,Ethernet的核心技术 C
7、SMA/CD适用于总线结构的分布式介质访问控制方法CSMA/CD用来解决多结点如何共享公用总线传输介质的问题CSMA/CD是IEEE 802.3的核心协议CSMA/CD是一种典型的随机访问的争用型技术,20,1CSMA/CD的工作原理,广播发送,冲突不可避免“先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发”,21,1CSMA/CD的工作原理,广播发送,冲突不可避免“先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发”,22,210Mbps以太网体系结构,23,MAC帧结构,各字段含义:前导字段:7个字节,同步时钟,内容都是10101010帧起始符:1个字节,表示帧开始,内容为10101011源地址:2
8、或6个字节,发送方网卡MAC地址目的地址:2或6个字节,接送方网卡MAC地址目的地址可以是单个的物理地址,也可以是一组地址(多点广播),当地址的最高位为0时,是普通地址,为1时,是组地址。长度:2字节,数据字段长度,单位字节数据字段:LLC数据帧,01500填充字段:帧的数据部分少于46字节,使之达到要求的最短长度检验和:4个字节,帧CRC检验,用于检测错误,24,Ethernet(以太网)的表示方法,以太网每一种实现方案都有名称代号,由三部分组成:例如:10BASE-5、10BASE-2、100BASE-T等。最前面:数字指传输速率,如10为10 Mbps,100为100 Mbps。中间:B
9、ASE指基带传输,BROAD指宽带传输。最后:若是数字的话:表示最大传输距离,如5是指最大传输距离500米,2指最大传输距离200米。若是字母:第一个表示介质类型,如T表示采用双绞线,F 表示采用光纤介质第二个字母表示工作方式,如X表示全双工方式工作。,25,10 Mbps以太网,10Base-5:粗缆以太网目前很少被采用10Base-2:细缆以太网50细同轴电缆,建网费用比10Base-5低目前已很少被使用10Base-T:双绞线来连接的以太网使用2对3类以上无屏蔽双绞线,一对用于发送信号,另一对用于接收信号技术简单、价格低廉、可靠性高、易实现综合布线和易于管理、维护、升级10Base-F:
10、光纤以太网传输距离长、安全可靠、可避免电击常用于建筑物之间的连接,构建园区主干网,26,3.2.3 IEEE 802.5标准与Token Ring,适用于环形网络技术基础是令牌令牌是一种特殊的帧,用于控制网络结点的发送权,只有持有令牌的结点才能发送数据一种典型的无争用型介质访问控制方式,27,3.2.3 IEEE 802.5标准与Token Ring,主要优点访问方式具有可调整性和确定性,且每个结点具有同等的介质访问权,同时提供优先权服务,比较适合于重负载环境。它的主要缺点:环维护复杂,实现较困难,28,3.2.4 IEEE 802.4标准与Token Bus,综合了CSMA/CD和Token
11、 Ring的优点适用于总线形或树形网络在一个物理总线上形成一个逻辑环 环中令牌传递顺序与结点在总线上的物理位置无关,29,3.2.4 IEEE 802.4标准与Token Bus,主要环维护工作:环初始化新结点加入环结点从环中撤出环恢复优先级,30,3.2.5 CSMA/CD与Toke Bus、Token Ring的比较,从网络拓扑结构看:总线拓扑:CSMA/CD与Token Bus环型拓扑:Token Ring从介质访问控制方法的角度看:随机介质访问控制方法:CSMA/CD确定型介质访问控制方法:Token Bus、Token Ring,31,3.2.5 CSMA/CD与Toke Bus、T
12、oken Ring的比较,CSMA/CD特点:介质访问控制方法算法简单,易于实现适用于对数据传输实时性要求不严格的应用环境,如办公自动化等适用于通信负荷较轻的应用环境中Token Bus、Token Ring特点:适用于对数据传输实时性要求较高的环境,如生产过程控制领域适用于通信负荷较重的环境环维护功能,实现较困难,32,3.2.6 Ethernet物理地址的基本概念,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-6
13、D,33,3.3 高速局域网技术,3.3.1 高速局域网研究基本方法,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,35,3.3.2 光纤分布式数据接口FDDI,1FDDI的拓扑结构一种以光纤作为传输介质的高速主干网,是一种传统的城域网技术双环结构的令牌传递系统主环、从环,36,3.3.2 光纤分布式数据接口FDDI,2FDDI的技术特点使用基于IEEE
14、 802.5标准的单令牌的环网介质访问控制MAC协议;使用IEEE 802.2协议,与符合IEEE 802标准的局域网兼容;数据传输速率为100Mbps,连网的结点数小于1000,环路长度为100km;可以使用双环结构,具有容错能力;可以使用多模或单模光纤;具有动态分配带宽的能力,能支持同步和异步数据传输。,37,3.3.3 100 Mbps Fast Ethernet,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:IEEE802.3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
15、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。,38,3.3.3 100 Mbps Fast Ethernet,1快速以太网的体系结构,39,3.3.3 100 Mbps Fast Ethernet,2.快速以太网传输介质标准100 BASE TX:支持2对5类UTP或2对1类STP。距离可达100m100 BASE T4支持4对3类UTP,3对用于数据传输,1对用于冲突检测100 BASE FX支持2芯的单模或多模光纤,距离可达2km,40,3.3.4 1 Gb
16、ps Gigabit Ethernet,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,41,3.3.4 1 Gbps Gigabit Ethernet,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62.5m和50m两种多模光纤。对于62.5m多模光纤,全双工模式下最大传输距离为275m,对于50m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
17、单模光纤,在全双工模式下,最长的传输距离可达3km。,42,3.3.4 1 Gbps Gigabit Ethernet,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IEEE 802.3ab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200m,43,3.3.5 10 Gbps Ethernet,110Gbps Ethernet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
18、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,44,3.3.5 10 Gbps Ethernet,210Gbps Ethernet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10Gbps,45,3.3.6 交换式局域网,1交换局域网的基本结构“共享端口”“专用端口”端口之间可有多个并发连接,46,2局域网交换机的工作原理,47,3“端口号/MAC地址映射表”的建立与维护,需
19、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到另一个端口时,交换机如何维护地址映射表。交换机是利用“地址学习”方法来动态维护端口/MAC地址映射表。,48,4交换机的帧转发方式,直接交换方式(cut through):只要接收并检测到目的地址字段,立即将该帧转发出去,而不管这一帧是否出错,帧出错检测任务由主机完成。优点:转发速度快缺点:可靠性差存储转发方式(store and forward):完整的接收发送帧,先进行差错检测,如果没错,则根据帧目的地址确定输出端口号,然后再转发出去。优点:可靠性强缺点:转发速度慢改进的直接交换方式转发速度和可靠性兼顾,4
20、9,5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s,网桥为几百s,路由器为几千s。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,50,3.3.7 虚拟局域网,1虚拟网络的基本概念划分VLAN的目的:使子网或逻辑工作组的划分不受物理位置的限制利用软件实现对子
21、网或逻辑工作组的划分VLAN只能交换环境的局域网中实现,51,3.3.7 虚拟局域网,1虚拟网络的基本概念,52,2虚拟局域网实现技术,53,2虚拟局域网实现技术,用交换机端口号定义虚拟局域网最通用的方法一个端口只能属于一个VLAN当用户从一个端口移动到另一个端口时,网络管理员必须对虚拟局域网成员进行重新配置。用MAC地址定义虚拟局域网用网络层地址定义虚拟局域网用IP广播组定义虚拟局域网,54,3.3.8 无线局域网,1无线局域网应用作为传统局域网的扩充建筑物之间的互连漫游访问特殊网络2无线局域网的主要类型红外线局域网三种基本技术:定向光束红外线、全方位红外传输技术和漫反射红外扩频无线局域网跳
22、频通信直接序列扩频窄带微波无线局域网,55,3无线局域网标准IEEE 802.11,56,3无线局域网标准IEEE 802.11,1.IEEE 802.11 标准数据传输速率:1Mbps、2Mbps介质访问控制MAC层:分布式协调功能(DCF)子层与点协调功能(PDF)子层分布式协调功能子层使用CSMA/CA协议物理层:红外跳频扩频直接序列扩频,57,3无线局域网标准IEEE 802.11,IEEE 802.11b标准扩频技术:跳频扩频技术,工作频段:2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段最大数据传输速率为11Mbps,并可将数据传输速率降低为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps。I
23、EEE 802.11a标准工作频段:5GHz U-NII频段数据传输速率可达54MbpsIEEE 802.11g标准一种混合标准既能适应传统的802.11b标准,在2.4GHz频率下提供每秒11Mbps数据传输率也符合802.11a标准在5GHz频率下提供54Mbps数据传输率IEEE 802.11j标准对多种频段无线传输技术的物理层、MAC层、无线网桥、以及Qos管理、安全与身份认证做出了一系列的规定。,58,4组建无线局域网,两种无线网络的拓扑结构基础设施网络:通过无线接入点(AP)将无线站点连接到现有网络中自组网络:点对点连接,不需要AP,但不连接到接入点和有线网络。组建无线局域网主要设
24、备无线网卡无线接入点(AP)计算机和有关设备,59,3.4 局域网组网设备,3.4.1 网卡,1网卡功能插在主板的扩展槽内,一方面与计算机连接,另一方面与传输介质连接。其主要功能是:实现与主机总线的通信连接,解释并执行主机的控制命令;实现数据链路层的功能,如形成数据帧、差错校验、发送接收等;实现物理层的功能,如对发送信号的传输驱动、对进来信号的侦听与接收、对数据的缓存以及串行并行转换等。,61,3.4.1 网卡,2网卡的分类方法按照网卡支持的计算机种类分类标准以太网卡和PCMCIA网卡按照网卡支持的传输速率分类普通的10Mbps网卡高速的100Mbps网卡10/100Mbps自适应网卡1000
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