第二章：局域網(wǎng)的基本知識

1、第二章：局域網(wǎng)的基本知識局域網(wǎng)的定義和主要特點(diǎn)。局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。局域網(wǎng)的參考模型局域網(wǎng)的基本組成局域網(wǎng)的定義n局域網(wǎng)是在彼此獨(dú)立的計算機(jī)在一定的區(qū)域內(nèi)，以較快的傳輸速率直接進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。n一般來說，局域網(wǎng)是處于同一建筑物、同一單位或部門或數(shù)平方公里地域內(nèi)的專用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)的主要特點(diǎn)：n通信速率較高。（5 100 M） n通信質(zhì)量好，誤碼率低。 n支持多種通信傳輸介質(zhì)。（同軸電纜、雙絞線、光纖、無線傳輸） n成本低，安裝、擴(kuò)充及維護(hù)方便，使用靈活。 n一般屬于某一部門、單位或企業(yè)所有。 n采用寬帶局域網(wǎng)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、圖象等多媒體綜合信息的傳輸。（ISDN） 局域網(wǎng)的發(fā)展

2、歷程（P79）n圖41決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)要素n網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)n傳輸介質(zhì)n介質(zhì)訪問及其控制方法網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 決定了局域網(wǎng)的工作原理和數(shù)據(jù)傳輸方法。拓?fù)涞亩x： 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的地理分布和互連關(guān)系而形成的幾何構(gòu)形稱為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分類：總線形、星形、環(huán)形、樹形和網(wǎng)形?？偩€型拓?fù)洌≒79 圖42） 構(gòu)成方式：采用單一的信道作為傳輸介質(zhì)，所有的站點(diǎn)通過專門的連接器連到這個公共的信道（總線）上。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單靈活，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度塊；電纜長度短，容易布線；可靠性強(qiáng)； 易于擴(kuò)充。 缺點(diǎn)：故障診斷困難； 中繼器配置繁瑣。 環(huán)形拓?fù)洌≒80 圖43） 環(huán)形拓?fù)洌簶?gòu)成方式：站點(diǎn)和連接站

3、點(diǎn)的點(diǎn)點(diǎn)鏈路組成的一 個閉合環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：消息單向傳輸，不需要路徑的選擇；傳輸速度固定，適合數(shù)據(jù)實時性要求較高的場合；電纜長度短。 可用多種傳輸介質(zhì)。缺點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)故障會引起全網(wǎng)的癱瘓；診斷故障困難；環(huán)路的固定使得擴(kuò)充不夠方便。 重新配置網(wǎng)絡(luò)不易。 星型拓?fù)?（P81圖44）構(gòu)成方式：由中央節(jié)點(diǎn)和通過點(diǎn)點(diǎn)鏈路接到中央節(jié)點(diǎn)的各個站點(diǎn)組成（中央節(jié)點(diǎn)通常是集線器或交換機(jī)）。優(yōu)點(diǎn)：方便服務(wù)；安全可靠，易于維護(hù)；簡單的訪問協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于管理、集中控制；組網(wǎng)容易，擴(kuò)展性好；網(wǎng)絡(luò)延遲時間短，誤碼率低；（ 任何一個連接只涉及到中央節(jié)點(diǎn)和一個站點(diǎn)）缺點(diǎn)：依賴于中央節(jié)點(diǎn)； 耗費(fèi)電纜，安裝費(fèi)用高。 節(jié)點(diǎn)越多，中央

4、節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)越重，網(wǎng)絡(luò)通信的效率越低。局域網(wǎng)的參考模型（P81 圖45）按照IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)，局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)由物層、介質(zhì)訪問控制層和邏輯鏈路控制層三層構(gòu)成。由于在局域網(wǎng)中，傳送數(shù)據(jù)采用帶地址的“幀”格式，不存在中間交換，所以不要求路由。IEEE 802委員會制定了系列802標(biāo)準(zhǔn)，全面涵蓋了局域網(wǎng)在各種傳輸介質(zhì)下的各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成。（圖 46）局域網(wǎng)的基本組成n硬件系統(tǒng)n軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)1.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器2.工作站3.網(wǎng)卡4.傳輸介質(zhì)1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的作用n運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)n存儲和管理網(wǎng)絡(luò)中的共享資源n在C/S體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器不但充當(dāng)文件服務(wù)器，還為各工作站提供應(yīng)用程序服務(wù)的功能。網(wǎng)絡(luò)

5、服務(wù)器的分類按網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的應(yīng)用分n文件服務(wù)器n應(yīng)用程序服務(wù)器n打印服務(wù)器n郵件服務(wù)器nWeb服務(wù)器nBBS服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的分類n按網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的設(shè)計用途專用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器n按網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)單處理器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器多處理器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的基本性能要求n高速度n大容量n安全可靠性2 工作站(Work Station)n工作站是網(wǎng)絡(luò)與客戶交流的界面，用戶通過工作站訪問網(wǎng)絡(luò)的共享資源。n工作站實際是一臺計算機(jī)，可能是PC機(jī)，也可能是其他類型的機(jī)器，如圖形工作站。n工作站分為有盤工作站和無盤工作站3 網(wǎng)卡（Network Interface Card）n指插入與網(wǎng)絡(luò)連接的pc機(jī)或工作站內(nèi)

6、的硬件設(shè)備。n基本功能n選擇網(wǎng)卡要考慮的因素：局域網(wǎng)支持，總線支持、媒體類型、操作系統(tǒng)等。（表41）MAC地址的介紹：nMac地址：通常被稱為介質(zhì)訪問控制地址（media access control address),或者說網(wǎng)卡的物理地址，它具有唯一性。nMac地址的作用：局域網(wǎng)中表示自己和他人的的身份。nMac地址的組成：地址長度為48bit。通常的形式為（5254ab31acc6），在全球有專門的一個組織負(fù)責(zé)為網(wǎng)卡的生產(chǎn)廠家分配Mac地址。應(yīng)用技巧：如何獲得本機(jī)網(wǎng)卡Mac地址nWin9x: 開始運(yùn)行 輸入命令winipcfgnWin2K以上版本： 開始運(yùn)行輸入cmd 進(jìn)入命令提示符界面后

7、，輸入命令 ipconfig /all4 傳輸介質(zhì)n選擇傳輸介質(zhì)的考慮因素： 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、連接方式、通信容量、系統(tǒng)傳輸時的可靠性要求、所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和環(huán)境因素。如網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍、節(jié)點(diǎn)間距等。軟件系統(tǒng)n協(xié)議軟件n通信軟件n管理軟件n網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)軟件n網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件傳輸介質(zhì)(傳輸媒體)n在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，不同的網(wǎng)絡(luò)類型要根據(jù)實際情況選取適當(dāng)?shù)膫鬏斀橘|(zhì)。因此，首先要了解每種媒體的特性。n傳輸媒體分類：線纜媒體和無線媒體線纜媒體n雙絞線n同軸電纜n光纖序號12345678顏色 橙白橙綠白藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕正面正面?zhèn)让鎮(zhèn)让骖悇e 最大傳輸速度應(yīng) 用1類2Mbit/s模擬和數(shù)字語音(電話)通信以及低速的數(shù)據(jù)傳輸

8、。2類4Mbit/s語音、ISDN和不超過的4Mbit/s的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。3類16Mbit/s不超過16Mbit/s的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。4類20Mbit/s不超過20Mbit/s的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。5類100Mbit/s100Mbit/s距離100米的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。E5類1000Mbit/s1000Mbit/s的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸6類2.4Gbit/s1000Mbit/s以上的的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。類型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)纜粗纜直徑0.25英寸0.5英寸傳輸距離185m500m接頭螺旋形BNC頭(端接)T形頭(分接)AUI阻抗50 50 應(yīng)用的局域網(wǎng)類型10Base2(細(xì)纜以太網(wǎng))10Base5(粗纜以太網(wǎng))光

9、纖的結(jié)構(gòu)光纖的尺寸光纖的類型光纖通信系統(tǒng)n描述光纖尺寸的參數(shù)有兩個：n內(nèi)芯直徑和反射層直徑，其度量單位都為n微米(m, 1m=110-6m)。最細(xì)的光纖其內(nèi)芯直徑通常只有510m，粗一些的光纖其內(nèi)芯直徑為50100m。局域網(wǎng)中最常用的光纖是62.5m/125m的光纖，其中62.5m是內(nèi)芯直徑，而125m是反射層的直徑。 光信號不止一種波長，典型的多模光纖尺寸為62.5m/125m 光信息只有一種波長，典型的單模光纖尺寸為8m/125m無線媒體紅外線無線電波紅外線(Infrared, IR)技術(shù)廣泛的應(yīng)用在電視機(jī)和立體聲系統(tǒng)的遙控器中，也可以做為網(wǎng)絡(luò)通信的介質(zhì)。它通過使用位于紅外頻率波譜中的錐形

10、或者線型光束來傳輸數(shù)據(jù)信號。紅外網(wǎng)絡(luò)需要通信的雙方設(shè)備都擁有一個收發(fā)器，最好還有同步軟件。傳輸速度4Mbit/s16Mbit/s。紅外線是一種視線技術(shù)，不能通過不透明的物理(如墻壁)，并且易受外界光線干擾。以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)的共享傳輸方式如圖所示，信號從發(fā)送計算機(jī)向共享電纜的兩端傳播。局域網(wǎng)技術(shù)中的共享并不意味著多個幀可以同時傳輸。在幀的傳輸過程中發(fā)送計算機(jī)獨(dú)占使用整個電纜其他計算機(jī)必須等待。在此計算機(jī)完成幀傳輸后，共享電纜才能為其他計算機(jī)使用。以太網(wǎng)的工作方式可以總結(jié)為：以太網(wǎng)是總線網(wǎng)絡(luò)，多臺計算機(jī)共享單一的傳輸介質(zhì)。當(dāng)一臺計算機(jī)向另一臺計算機(jī)傳輸幀時，所有其他計算機(jī)必須等待。（半雙工的

11、傳輸方式）以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法(CSMA/CD)Collision DetectionCarrier Sense Multiple AccessDetects signalTransmits signalCollision detected引起的問題：沖突：利用共享介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，可能出現(xiàn)兩個或多個節(jié)點(diǎn)同時發(fā)送、相互干擾的情況，這時，接收節(jié)點(diǎn)收到的信息就有可能出現(xiàn)錯誤。這就是所謂的“沖突”問題。解決問題的可行方法：采取一定的控制方式，在發(fā)送過程中盡量避免與其他的節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突。通過一定的的控制機(jī)制來解決沖突發(fā)生時產(chǎn)生的問題。以太網(wǎng)使用的解決辦法：n以太網(wǎng)（Ethernet）使用帶有沖突監(jiān)

12、測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法。nFDDI網(wǎng)使用令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制方法。CSMA/CD解決方案 由于任何節(jié)點(diǎn)都沒有可預(yù)約的發(fā)送時間，他們發(fā)送是隨機(jī)隨機(jī)的，并且，以太網(wǎng)中不存在集中控制的節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)都平等地爭用發(fā)送時間。以太網(wǎng)的發(fā)送：文 本文 本發(fā)發(fā) 送送 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)組組 織織 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)總總 線線 忙忙 ？啟啟 動動 發(fā)發(fā) 送送沖沖 突突 嗎嗎 ？沖沖 突突 加加 強(qiáng)強(qiáng)沖沖 突突 次次 數(shù)數(shù)n n = = n n + + 1 1沖沖 突突 次次 數(shù)數(shù) 1 1 6 6文文 本本Y Y發(fā)發(fā) 送送 失失 敗敗退退 后后 延延 時時N發(fā)發(fā) 送送 完完成成 ？肯 定文文 本本文文

13、本本發(fā)發(fā) 送送 成成 功功YNN N先聽后發(fā)邊聽邊發(fā)沖突停止延遲重發(fā)以太網(wǎng)地接收：文本文本接收幀啟動接收接收完成？是給自己的嗎？處理接收數(shù)據(jù)文本文本發(fā)送成功沖突發(fā)生？廢棄接收數(shù)據(jù)NYNNYY令牌環(huán)(Token Ring)網(wǎng)絡(luò)是在20世紀(jì)70年代由IBM首先開發(fā)出來的。至今IBM仍是支持這種LAN技術(shù)的主要廠商。IEEE在IBM令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上制定了802.5規(guī)范，兩者是兼容的。通常所說的令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)是指IBM令牌環(huán)或IEEE 802.5規(guī)范。 IBM令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)IEEE 802.5數(shù)據(jù)傳輸速率4或16Mbit/s4或16Mbit/s傳輸距離260(STP)/72(UTP)250物理拓?fù)湫切臀粗付?/p>

14、連接介質(zhì)雙絞線未指定信號傳輸方式基帶基帶介質(zhì)訪問方法令牌傳遞令牌傳遞物理拓?fù)湮锢硗負(fù)淞钆骗h(huán)介質(zhì)訪問控制方法的基本原理n令牌環(huán)的技術(shù)基礎(chǔ)令牌環(huán)的技術(shù)基礎(chǔ)：令牌的輸出比特模型。1)網(wǎng)上所有站點(diǎn)都空閑時，令牌令牌沿著環(huán)繞行。2)發(fā)送站點(diǎn)發(fā)送站點(diǎn)：某站點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)，必須等到它捕獲令牌。發(fā)送站標(biāo)識令牌為已使用，開始把自己要發(fā)送的數(shù)據(jù)投放到網(wǎng)絡(luò)中。待數(shù)據(jù)發(fā)送完，或者允許發(fā)送的時間期限到了，生成一個新令牌，放回環(huán)形網(wǎng)中。3)其他站點(diǎn)其他站點(diǎn)：檢測并且轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，比較該數(shù)據(jù)幀上的目的地址是否和自身相同，如果相同，則拷貝該數(shù)據(jù)幀。4)數(shù)據(jù)幀最終的歸宿是回到發(fā)送站點(diǎn)，由發(fā)送站點(diǎn)將其刪除。5)令牌環(huán)令牌環(huán)依然在環(huán)

15、形網(wǎng)中繞行，重復(fù)以上步驟。FDDI與令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制nFDDI：光纖分布式數(shù)據(jù)接口，采用光纖作為其傳輸介質(zhì),傳輸速率可達(dá)100M/s.FDDI采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用令牌環(huán)作為共享介質(zhì)的訪問控制方法。令牌環(huán)雙環(huán)結(jié)構(gòu)：引進(jìn)原因：解決環(huán)形網(wǎng)拓?fù)涞淖畲箅[患環(huán)中某個節(jié)點(diǎn)或線路故障將導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。設(shè)計雙環(huán)結(jié)構(gòu)的目的：FDDI使用冗余來克服錯誤。一個FDDI網(wǎng)絡(luò)包含兩個完整的環(huán)當(dāng)所有的器件都正常工作時使用一個環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)，只有當(dāng)?shù)谝粋€環(huán)失效時才會用到另一個環(huán)。FDDI雙環(huán)的運(yùn)行機(jī)理1）站點(diǎn)故障2)線路故障（圖略）總結(jié)：FDDI網(wǎng)絡(luò)被稱為自恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，因為硬件能檢測出一個異常錯誤并自動恢復(fù)。為了做到這一點(diǎn)， FDDI使用一對反旋轉(zhuǎn)環(huán)。傳輸數(shù)據(jù)時只使用一個環(huán)。當(dāng)錯