【正文】 第 5章 局域網(wǎng) 1 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 本章學(xué)習(xí)要求： 了解：局域網(wǎng)的主要技術(shù)特點 了解：局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的類型與特點 理解： IEEE 802參考模型與協(xié)議的基本概念 掌握： Ether局域網(wǎng)的基本工作原理 掌握：高速局域網(wǎng)、交換局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)的 基本工作原理 理解：無線局域網(wǎng)的基本工作原理 掌握：網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù) 2 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 本章知識點： 局域網(wǎng)的基本概念 IEEE802參考模型 典型局域網(wǎng)基本工作原理 Ether 高速局域網(wǎng)技術(shù) Fast Ether Gigabit Ether 10Gbps Ether 交換式城域網(wǎng) 虛擬局域網(wǎng) 局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù) 無線局域網(wǎng)技術(shù) 局域網(wǎng)互聯(lián)技術(shù) 3 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 局域網(wǎng)基本概念 ?局域網(wǎng)基本上是從 20世紀(jì) 70年代中期開始，應(yīng)短距離高速度的通信要求 而發(fā)展起來的。 ?最有代表性的是英國的劍橋環(huán)和美國 Xerox公司 (施樂 )的以太網(wǎng)，此后各種局域網(wǎng)技術(shù)不斷涌現(xiàn)。如 N, PC, Omni和 3plus 等，隨之各種網(wǎng)絡(luò)組件、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品也得到迅速發(fā)展，構(gòu)成了計算機局域網(wǎng)的基礎(chǔ)。 ?對局域網(wǎng)的研究主要涉及到如下幾個問題： ?局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化問題 ?解決網(wǎng)絡(luò)間的互連問題 ?提高網(wǎng)絡(luò)的性能及擴展問題 4 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 IEEE 802參考模型 IEEE 802規(guī)范定義了網(wǎng)卡如何訪問傳輸介質(zhì)，以及如何在傳輸介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)的方法，還定義了傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間連接建立、維護(hù)和拆除的控制過程。 IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)所描述的局域網(wǎng)參考模型與 OSI參考模型的關(guān)系 ： 5 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 IEEE 802參考模型 ?IEEE 802委員會為局域網(wǎng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，它們統(tǒng)稱為 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)； ?這些 標(biāo)準(zhǔn) 有 3類： ?IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 定義局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連、以及管理與性能測試； ?IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 定義 邏輯鏈路控制 (LLC)子層功能與服務(wù)； ?定義了不同介質(zhì)訪問控制技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 6 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 IEEE 802參考模型 ?IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系： IEEE802協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)基本結(jié)構(gòu)圖 8 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 綜述和體系結(jié)構(gòu)（說明與 OSI對應(yīng)關(guān)系） 邏輯鏈路控制及為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù) LLC C S M A / C D 令 牌 總 線 令 牌 環(huán) 語 音 數(shù) 據(jù) 局 域 網(wǎng) 光 纖 技 術(shù) 寬 帶 局 域 網(wǎng) 城 域 網(wǎng) 絡(luò) 規(guī) 范 安 全 數(shù) 據(jù) 交 換 1 無 線 局 域 網(wǎng) 優(yōu) 先 級 高 速 局 域 網(wǎng) 無 線 個 人 網(wǎng) 絡(luò) 電纜 電 視 交 互 技 術(shù) IEEE802標(biāo)準(zhǔn)擴展 2022年 12月 6日 IEEE IEEE IEEE IEEE IEEE IEEE IEEE IEEE IEEE IEEE TAG FDDI IEEE IEEE IEEE (未使用 ) IEEE IEEE IEEE IEEE IEEE （廣 域無線網(wǎng)） 9 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 1. 邏輯鏈路控制子層 (LLC) ?LLC協(xié)議用來處理兩個站點之間的 數(shù)據(jù)幀的傳輸 ，一般不存在中間交換節(jié)點，在局域網(wǎng)中 LLC屬于邏輯鏈路控制子層，與 OSI中所定義的一般鏈路層有所不同，其主要差別如下： ?LLC子層屏蔽了不同 介質(zhì)訪問控制 (MAC)子層的各種實現(xiàn)，所以這一層中不必考慮介質(zhì)訪問的具體細(xì)節(jié)； ?LLC子層所處理的鏈路可被網(wǎng)上所有站點共享； ?LLC子層還應(yīng)能提供一些 OSI參考模型中網(wǎng)絡(luò)層的功能。 ?由于網(wǎng)絡(luò)層 IP協(xié)議可直接將分組封裝 到 Ether的 MAC幀中，整個協(xié)議處理也變得簡單，人們也很少討論 LLC協(xié)議了。 10 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2. 介質(zhì)訪問控制子層 (MAC)的標(biāo)識系統(tǒng) ?在計算機網(wǎng)絡(luò)中，標(biāo)識系統(tǒng) (identification system)是一個相當(dāng)重要的問題，而其中最重要的就是局域網(wǎng)的 地址標(biāo)識 。 ?為了惟一地識別出網(wǎng)絡(luò)中的每一個站，就得使網(wǎng)絡(luò)中的所有計算機都必須有不同的地址標(biāo)識，這樣在訪問中才不致出錯，就像我們每家每戶都有一個與別人不同的門牌號碼，投遞員就不會投錯信件一樣。 ?局域網(wǎng)的 地址標(biāo)準(zhǔn) 是使用 6個字節(jié) (也可采用兩字節(jié) )，這樣做主要是可以在網(wǎng)間互連時各網(wǎng)站都能具有不同的物理地址。用戶可以把買到的網(wǎng)卡裝到機器上并連到網(wǎng)上立即就可以工作，而不需網(wǎng)絡(luò)管理員來分配地址。 11 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 由 IEEE分配 地址塊號或廠商代碼 由廠商分配 塊內(nèi)地址 12 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 局域網(wǎng)地址的管理和分配 ?6個字節(jié)中的前 3個字節(jié) (高 24 bit)由 IEEE分配，所有生產(chǎn)局域網(wǎng)網(wǎng)卡的廠商必須向這個組織購買由這 3個字節(jié)構(gòu)成的一個號，所以它又稱 地址塊號 或 廠商代碼 。一個塊號可以產(chǎn)生224個不同的地址。這 6個字節(jié)的 MAC地址可被固化在網(wǎng)卡中。 ?這個地址就是物理地址或 MAC地址，作用就是用來惟一標(biāo)識我們要通信的計算機。網(wǎng)卡從網(wǎng)上每收到一個 MAC幀就首先檢查其硬件地址。如果是發(fā)往本站的幀則收下，否則就將其丟棄。一般要接收的幀有三種： (1)單播幀 (unicast),即收到幀的 MAC地址與本站的硬件地址相同。 (2)廣播幀 (broadcast),即全 1地址，此幀發(fā)送給所有的站點。 (3)多播幀 (multicast),即發(fā)送給一部分站點的幀 ，如 010000000000。 13 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 14 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型與特點 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： ?總線型結(jié)構(gòu) ?環(huán)型結(jié)構(gòu) ?星型結(jié)構(gòu) 15 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 總線型拓?fù)錁?gòu)型 特點： ?總線型局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法采用的是 “共享介質(zhì) ”方式； ?所有結(jié)點都連接到一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上； ?總線傳輸介質(zhì)通常采用同軸電纜或雙絞線； ?所有結(jié)點都可以通過總線傳輸介質(zhì)以 “廣播 ”方式發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，因此出現(xiàn) “沖突（ collision） ”是不可避免的； ?“沖突 ”會造成傳輸失??； ?必須解決多個結(jié)點訪問總線的介質(zhì)訪問控制（ MAC， medium access control）問題。 16 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 總線結(jié)構(gòu)與沖突 總線型拓?fù)涞膬?yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易； 易于擴展，可靠性較好。 17 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ?介質(zhì)訪問控制方法 是指控制多個結(jié)點利用公共傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的方法。 ?介質(zhì)訪問控制方法要解決以下幾個問題： ?該哪個結(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)？ (集中管理、分布競爭 ) ?發(fā)送時會不會出現(xiàn)沖突？ （分布競爭的必然） ?出現(xiàn)沖突怎么辦？ （檢測、延時重發(fā)） 18 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 環(huán)型拓?fù)錁?gòu)型 ?結(jié)點使用點 —點線路連接，構(gòu)成閉合的物理的環(huán)型結(jié)構(gòu)； ?環(huán)中數(shù)據(jù)沿著 一個方向 繞環(huán)逐站傳輸； ?多個結(jié)點共享一條環(huán)通路；為了確定環(huán)中的結(jié)點在什么時候可以傳送數(shù)據(jù)幀，同樣要進(jìn)行介質(zhì)訪問控制。 ?環(huán)建立、維護(hù)、結(jié)點的插入與撤出。（復(fù)雜） 19 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 星型拓?fù)錁?gòu)型 ?每個結(jié)點都由一個單獨的通信線路與中心結(jié)點連接。中心結(jié)點控制全網(wǎng)的通信。 ?星型拓?fù)浜唵?，易于實現(xiàn)，便于管理。 ?中心結(jié)點是全網(wǎng)可靠性的瓶頸。 20 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)的關(guān)系 ?邏輯結(jié)構(gòu)是指局域網(wǎng)的結(jié)點間相互關(guān)系與介質(zhì)訪問控制方法，而物理結(jié)構(gòu)是指局域網(wǎng)外部連接的形式。 ?邏輯 結(jié)構(gòu)屬于 總線 型與 環(huán)狀 的局域網(wǎng)，在 物理結(jié)構(gòu)上也可被看成 星狀 的。 ?在出現(xiàn)交換局域網(wǎng) (switched LAN)后，才真正出現(xiàn)了物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的星狀拓?fù)?。交換局域網(wǎng)的中心結(jié)點是一種局域網(wǎng)交換機。 21 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 傳輸介質(zhì)類型與介質(zhì)訪問控制方法 局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)類型 有線傳輸介質(zhì)： 同軸電纜、雙絞線、光纖等 無線傳輸介質(zhì)： 衛(wèi)星、無線、微波等 以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式： 粗纜以太網(wǎng)、細(xì)纜以太網(wǎng)、雙絞線以太網(wǎng)、光纖以太網(wǎng)，也可混合組網(wǎng)。 討論： ?雙絞線已能用于數(shù)據(jù)傳輸速率為 100Mbps、 1Gbps 的高速局域網(wǎng)中； ?在局部范圍內(nèi)的中、高速局域網(wǎng)中使用雙絞線，在遠(yuǎn)距離傳輸中使用光纖，在有移動結(jié)點的局域網(wǎng)中采用無線技術(shù)的趨勢已經(jīng)明朗。 22 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 (1)粗纜以太網(wǎng) ?粗纜以太網(wǎng)通常也稱作 10BASE5以太網(wǎng)，這是早期使用的組網(wǎng)形式之一。 ?使用的電纜直徑為 10 mm，特性阻抗為 50歐姆，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，網(wǎng)中傳輸?shù)男畔⒉捎寐鼜厮固鼐幋a。 ?組網(wǎng)時，首先把網(wǎng)卡插入到微機的擴展槽中，然后把一個收發(fā)器通過一條不超過 15 m長的收發(fā)器電纜 (AUI電纜 )連接到網(wǎng)卡上的 15芯插座上，而收發(fā)器則直接與粗纜連接。 ?為了防止信號傳播到終端時產(chǎn)生波形反射引起信號傳輸錯誤，在粗纜的兩端要安裝 50Ω 的終端匹配電阻。粗纜以太網(wǎng)規(guī)定，電纜網(wǎng)段的最大長度為 500 m,如使用中繼器 (Repeater)網(wǎng)絡(luò)最長可達(dá) km。粗纜一般使用 GR11標(biāo)準(zhǔn)電纜。 23 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 粗纜以太網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 24 粗纜以太網(wǎng) ?標(biāo)準(zhǔn)粗纜以太網(wǎng)規(guī)定單段信號傳輸電纜的最大長度為 500米，但利用中繼器連接 4段電纜后，以太網(wǎng)中信號傳輸電纜最長可達(dá) 2500米。 (2)細(xì)纜以太網(wǎng) ?細(xì)纜以太網(wǎng)通常也稱作 10BASE2以太網(wǎng)，是一種安裝更容易、價格更便宜的以太網(wǎng)。 ?使用的電纜直徑為 5 mm，特性阻抗也為 50 Ω，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)中傳輸?shù)男畔⒕幋a、使用匹配電阻、網(wǎng)卡等都與粗纜的一樣。 ?但細(xì)纜以太網(wǎng)不使用收發(fā)器，而是使用 T型接頭連到網(wǎng)卡的BNC接口上。由于電纜較細(xì)，信號的衰減較大，所以其傳輸距離比粗纜要短，一般一個網(wǎng)段為 185 m，使用中繼器 (Repeater)網(wǎng)絡(luò)最長可達(dá) 925m?？煽啃砸脖容^差，只要一臺工作站斷線，整個網(wǎng)絡(luò)就不能工作。細(xì)纜一般使用 RG58/U標(biāo)準(zhǔn)電纜，分單芯和多芯兩種。 26 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 (3)雙絞線以太網(wǎng) ?雙絞線以太網(wǎng)通常也稱作 10BASET以太網(wǎng) ，與同軸電纜組網(wǎng)不一樣，它的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種星型網(wǎng)絡(luò)。 ?網(wǎng)絡(luò)的通信中樞是集線器，通常也稱作 HUB，上面裝有RJ45接口，數(shù)量一般為 1 1 24個，一般還設(shè)有同軸電纜接口作為擴展用。 ?信號傳輸介質(zhì)一般使用非屏蔽雙絞線，通過 RJ45接口把工作站和集線