計算機網(wǎng)絡(luò)CN03課件

13.1局域網(wǎng)概述

——LAN的發(fā)展歷史20世紀(jì)70’s1974年英國劍橋大學(xué)劍橋環(huán)網(wǎng)1975年美國Xerox(施樂)公司實驗性以太網(wǎng)20世紀(jì)80’s局域網(wǎng)高速發(fā)展IEEE802委員會20世紀(jì)90’s至今10BASE-TFDDI100BASE-T千兆以太網(wǎng)ATM23.1局域網(wǎng)概述

——LAN的功能硬件資源共享軟件資源共享信息發(fā)布電子郵件辦公自動化33.1局域網(wǎng)概述

——LAN的分類令牌環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)廉價的網(wǎng)絡(luò)接口卡易于安裝使用廣泛高速度53.2相關(guān)概念局域網(wǎng)的幾個概念

帶寬：給定范圍內(nèi)的最高頻率和最低頻率之差，代表網(wǎng)絡(luò)的通信能力。帶寬越大，數(shù)據(jù)傳輸越快

共享和交換

雙工：雙向同時通信

半雙工：雙方交替通信63.3局域網(wǎng)組成

——硬件系統(tǒng)7LAN的數(shù)據(jù)鏈路層按功能劃分為兩個子層：LLC和MAC功能分解的目的：將功能中與硬件相關(guān)的部分和與硬件無關(guān)的部分分開，降低實現(xiàn)的復(fù)雜度。局網(wǎng)特點：共享信道(如總線)。需要解決介質(zhì)訪問控制(MAC)問題。分層可以使幀的傳輸獨立于介質(zhì)和MAC方法。LLC：與介質(zhì)、拓?fù)錈o關(guān)；MAC：與介質(zhì)、拓?fù)湎嚓P(guān)。9MAC子層的地址IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為每個DTE規(guī)定了一個48位的全局地址，它是站點的全球唯一的標(biāo)識符，與其物理位置無關(guān)?！狹AC地址（物理地址）MAC地址為6Byte（48位）。MAC地址的前3個字節(jié)（高24位）由IEEE統(tǒng)一分配給廠商，低24位由廠商分配給每一塊網(wǎng)卡。網(wǎng)卡的MAC地址可以認(rèn)為就是該網(wǎng)卡所在站點的MAC地址。10LAN的網(wǎng)絡(luò)層和高層網(wǎng)絡(luò)層由于IEEE802局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，一般不需中間轉(zhuǎn)接，所以網(wǎng)絡(luò)層的很多功能(如路由選擇等)是沒有必要的，而流量控制、尋址、排序、差錯控制等功能可在數(shù)據(jù)鏈路層完成，故IEEE802標(biāo)準(zhǔn)沒有單獨設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層。高層局域網(wǎng)的高層尚未定義，一般由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）來實現(xiàn)，如Unix、WindowsNT、Netware等。11IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的主要成員802.2-邏輯鏈路控制LLC802.3-CSMA/CD（以太網(wǎng)）802.4-TokenBus（令牌總線）802.5-TokenRing（令牌環(huán)）802.6-分布隊列雙總線DQDB--MAN標(biāo)準(zhǔn)802.8–FDDI（光纖分布數(shù)據(jù)接口）802.11–無線LAN133.3.2介質(zhì)訪問控制(MAC)載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect令牌傳遞(TokenPassing) TokenRing TokenBus FDDI(雙環(huán))143.3.2介質(zhì)訪問控制

——CSMA：載波監(jiān)聽多點訪問工作原理發(fā)送前監(jiān)聽。每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)之前要監(jiān)聽信道上是否有數(shù)據(jù)在傳送。若有，則此站不能發(fā)送，需等待一段時間后重試。載波監(jiān)聽策略：非堅持CSMA：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個隨機時間后再次監(jiān)聽。堅持CSMA：監(jiān)聽到信道忙時，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑。

1-堅持CSMA：一聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)

p-堅持CSMA：聽到信道空閑時，以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)（以概率1-p延遲一段時間后再發(fā)送）153.3.2介質(zhì)訪問控制

——令牌環(huán)（IEEE802.5）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點到點鏈路連接，構(gòu)成閉合環(huán)操作流程1）誰可以發(fā)送幀，是由一個沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)的稱為“令牌”（TOKEN）的特殊幀來控制的。只有拿到令牌的站可以發(fā)送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待。

17令牌環(huán)（IEEE802.5）的操作1）誰可以發(fā)送幀，是由一個沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)的稱為“令牌”（TOKEN）的特殊幀來控制的。只有拿到令牌的站可以發(fā)送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待。

2）拿到令牌的站將令牌轉(zhuǎn)變成訪問控制頭，后面加掛上自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。18令牌環(huán)（IEEE802.5）的操作(續(xù)1)3）數(shù)據(jù)幀通過任何一個站點(除源站點外)時，該站點都要把幀的目的地址和本站地址相比較：a)如果地址相符合，則將幀拷貝到接收緩沖器，供高層軟件處理，同時將幀送回環(huán)中；b)如果地址不符合，則直接將幀送回環(huán)中。

19TokenRing/802.5的操作舉例AT=0TAT=0TAT=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）幀循環(huán)一圈后A將數(shù)據(jù)幀回收并放出空令牌A有數(shù)據(jù)要發(fā)送，它抓住空令牌A將令牌修改為數(shù)據(jù)幀，并加掛數(shù)據(jù)213.3.2介質(zhì)訪問控制

——令牌總線(IEEE802.4)特點：物理上是總線網(wǎng)，邏輯上是令牌網(wǎng)傳輸機制為以太網(wǎng)和令牌環(huán)的結(jié)合：

物理傳輸采用廣播方式；介質(zhì)訪問控制采用令牌方式。22令牌環(huán)（IEEE802.5）的操作1）誰可以發(fā)送幀，是由一個沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)的稱為“令牌”（TOKEN）的特殊幀來控制的。只有拿到令牌的站可以發(fā)送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待。

2）拿到令牌的站將令牌轉(zhuǎn)變成訪問控制頭，后面加掛上自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。233.3.4網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS)NOS的基本功能⑴支持網(wǎng)絡(luò)通信⑵支持多用戶使用⑶提供統(tǒng)一、友好的網(wǎng)絡(luò)操作環(huán)境25網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

——UnixBellLab.開發(fā)的多任務(wù)通用操作系統(tǒng)Unix的特點⑴技術(shù)成熟，穩(wěn)定性和可靠性高⑵極強的伸縮性⑶網(wǎng)絡(luò)功能強⑷強大的數(shù)據(jù)庫支持能力⑸開放性好、開發(fā)功能強26網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

——WindowsNT/Windows2000WindowsNT/2000的特點⑴內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)功能⑵友好的界面⑶實現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式⑷配套產(chǎn)品豐富27網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

——Linux免費且提供源代碼的操作系統(tǒng)Linux的特點⑴遵守GPL的自由軟件⑵與Unix相似⑶支持多種硬件平臺293.4局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)專用服務(wù)器主叢式結(jié)構(gòu)303.5常用局域網(wǎng)10Base5粗同軸10Base2細(xì)同軸10BaseT雙絞線10BaseFMMF100BaseT雙絞線100BaseFMMF/SMF1000BaseX屏蔽短雙絞線/MMF/SMF1000BaseT雙絞線數(shù)據(jù)率（Mbps）基帶或?qū)拵ase，Broad段最大長度（百米）或介質(zhì)類型（T，F(xiàn)，X）10

Base

531傳輸媒體(介質(zhì))磁介質(zhì)

高帶寬、低費用、高延時（小時）例：7GB/8mm，1000盤/50*50*50cm，24h可送到任何地方?？?cè)萘?7*1000*8Gbits，總時間=24*60*60=86400s傳送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無線介質(zhì)：無線電、短波、微波、衛(wèi)星、光波32●雙絞線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外套--螺旋絞合的雙導(dǎo)線，≈1mm--每根4對、25對、1800對--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優(yōu)缺點：成本低密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短33屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音3類、5類、6類（16M、155M、1200M）雙絞線外沒有任何附加屏蔽34●同軸電纜基帶同軸電纜

一條電纜只用于一個信道，50，用于數(shù)字傳輸寬帶同軸電纜

一條電纜同時傳輸不同頻率的多路模擬信號，75，用于模擬傳輸，300—450MHz，100km，需要放大器

銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套35細(xì)同軸

--50，D=1.02cm，10Mbps

--185m、4中繼、5段（925m）

--優(yōu)缺點：價格低 安裝方便（T型連接器、BNC接頭、Terminator） 抗干擾能力強 距離短 可靠性差粗同軸--75，D=2.54cm，10Mbps--500m、4中繼、5段（2500m）

--優(yōu)缺點：價格稍高 安裝方便（收發(fā)器、收發(fā)器電纜、Terminator） 抗干擾能力強 距離中等 可靠性好

36●光纖依靠光波承載信息速率高，通信容量大

僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便37光纖傳輸原理——利用了光的反射

光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。

光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低

亮度調(diào)制，有脈沖-1，無脈沖-0

光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測器 光源:850nm/1300nm/1500nm發(fā)光二極管/激光二極管 介質(zhì):光纖 光檢測器:光電二極管PIN/雪崩二極管APD

單向傳輸，雙向需兩根光纖38●光纖傳送模式：MMF、SMF多模MMF

輸入電信號輸出電信號單模SMF

波長:1300,1550nm波長:850,1300nmh2h1芯/封套特性h1h2光纖的直徑減小到一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播單束光線沿直線傳播39●典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯——50um緩變型MMF 62.5um緩變/增強型MMF 8.3um突變型SMF 玻璃包層——125um40●高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束41●無線介質(zhì)使用電磁波或光波攜帶信息無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾42無線電固定終端點（基站）和終端之間是無線鏈路BS基站用戶計算機和終端BS基站覆蓋的無線電區(qū)域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率43地面微波接力兩個地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路微波傳送塔44地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用3個衛(wèi)星覆蓋全球傳輸延遲時間長22,300公里地球45常用傳輸媒體的比較46常用局域網(wǎng)

——10Base2細(xì)同軸電纜，可靠性稍差

BNCT型接頭連接

總線型拓?fù)溆糜谵k公室LAN細(xì)纜BNC接頭NIC每段最大長度185m每段最多站點數(shù)30兩站點間最短距離0.5m網(wǎng)絡(luò)最大跨度925m網(wǎng)絡(luò)最多5個段4710BaseT雙絞線介質(zhì)（UTP）以Hub（集線器）為中心節(jié)點。Hub－多端口轉(zhuǎn)發(fā)器。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形，邏輯上仍然是總線形。

轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼器的作用：將信號放大并整形后再轉(zhuǎn)發(fā)，消除信號傳輸?shù)氖д婧退p。轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼器/HUB——物理層設(shè)備(工作在物理層)。用于小型LAN。NICHUB段最大長度100m4810BaseF使用光纖進(jìn)行長距離連接，例如建筑物間連接。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最常見的布線標(biāo)準(zhǔn)：

10BaseFL-異步點到點鏈路，鏈路最長2km49常用局域網(wǎng)——交換式以太網(wǎng)以網(wǎng)絡(luò)交換機為主干的以太網(wǎng)拓?fù)淙詾樾切谓Y(jié)構(gòu)（總線/HUB→LAN_SWITCH）為何要使用網(wǎng)絡(luò)交換機？以太網(wǎng)——共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中站點數(shù)的增加將導(dǎo)致LAN的性能降低，相當(dāng)于多個子信道分享通信線路。解決：網(wǎng)絡(luò)分段(減少站點數(shù))→網(wǎng)絡(luò)交換◆基于網(wǎng)絡(luò)交換機的網(wǎng)絡(luò)：允許多個信道同時傳輸信息，不受CSMA/CD的限制，網(wǎng)絡(luò)總帶寬=（n/2～n）*10Mbps，每個連接的帶寬為10Mbps；50常用局域網(wǎng)——交換式以太網(wǎng)使用交換機后，可建立多個并發(fā)的通信。例如：8個端口可建立4個并發(fā)通信，總帶寬=(8/2)*10Mbps=40Mbps在訪問服務(wù)器的流量非常大的網(wǎng)絡(luò)中，可在交換機上設(shè)置1-2個高速端口(100Mbps/1Gbps)，把服務(wù)器與該高速端口相連，便可大大提高服務(wù)器訪問的速度。這種連接服務(wù)器的方法又稱為Big-Pipe。10Mbps網(wǎng)絡(luò)交換機51常用局域網(wǎng)

——交換式以太網(wǎng)交換機的兩種用法(以10Mbps網(wǎng)絡(luò)交換機為例)：(1)

端口下接站點：站點獨占10Mbps帶寬(2)

端口下接網(wǎng)段：網(wǎng)段中所有站點共享10Mbps帶寬共享10M獨享10M共享10M獨享10M網(wǎng)絡(luò)交換機SwitchHUBHUB52常用局域網(wǎng)

——100Mbps快速以太網(wǎng)又稱快速以太網(wǎng)(FastEthernet，F(xiàn)E)，包括100Base-TX和100Base-FX。與10Mbps網(wǎng)絡(luò)的比較：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和媒體布線方法幾乎完全一樣；傳輸率快10倍；幀結(jié)構(gòu)和介質(zhì)訪問控制方式沿用IEEE802.3。

3種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)：MAC子層100BaseFT100BaseTX2對5類UTP光纖4對3類UTP100BaseT453快速以太網(wǎng)組成實例網(wǎng)卡(外置或內(nèi)置收發(fā)器)、收發(fā)器(外置)與收發(fā)器電纜集線器（雙絞線或光纖接口）雙絞線及光纜外置光纖收發(fā)器光纖100BaseFX集線器100BaseTX集線器100BaseTX集線器光纖插有光纖接口網(wǎng)卡UTP5UTP5UTP5UTP5光纖UTP554常用局域網(wǎng)

——FDDI(FiberDistributedDataInterface)網(wǎng)絡(luò)由雙環(huán)構(gòu)成，可靠性高。傳輸速率為100Mbps。介質(zhì)訪問控制方法采用TokenPassing，類似于令牌環(huán)。傳輸介質(zhì)主要為光纖，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較大(幾十km)。集中器集中器令牌服務(wù)器55高速局域網(wǎng)

——千兆以太網(wǎng)(GE:GigabitEthernet)兩種標(biāo)準(zhǔn)：802.3z和802.3ab802.3z1000BaseX屏蔽短雙絞線/MMF/SMF802.3ab1000BaseT無屏蔽雙絞線(5類，6類)連接距離較短：1000BaseX:雙絞線-25米；MMF-550米；SMF-3km1000BaseT:5類雙絞線－100米

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和媒體布線方法同10/100BaseT相同；傳輸速率比100BaseT快10倍；

幀結(jié)構(gòu)和介質(zhì)訪問控制方式仍沿用IEEE802.3。允許網(wǎng)絡(luò)平滑升級到千兆主干，具有較好的兼容性。56無線局域網(wǎng)傳輸方式無線電波紅外線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o中心拓?fù)溆兄行耐負(fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)接口物理層數(shù)據(jù)鏈路層57LAN的擴展（LAN互連）—網(wǎng)橋LAN互連的必要性：地域限制、負(fù)載問題、互通問題、安全問題LAN互連的困難：幀格式不同、傳輸速率不同、最大幀長不同LAN互連的實現(xiàn)：中繼器/HUB－在物理層上實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)橋－在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)互聯(lián)路由器－在網(wǎng)絡(luò)層上實現(xiàn)互聯(lián)58●用網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)多個網(wǎng)段互連hub10Base2-細(xì)纜Ethernet10Base5粗纜Ethernet10BaseT-雙絞線routerserverhub網(wǎng)橋網(wǎng)段3網(wǎng)段410Base5粗纜Ethernet網(wǎng)段1網(wǎng)段259●用網(wǎng)橋進(jìn)行LAN擴展的缺點：

時延增加

沒有流量控制功能，重載時會丟失幀

不能防止廣播風(fēng)暴（廣播消息仍會泛濫到網(wǎng)橋所連接的各個網(wǎng)段）●兩種類型的網(wǎng)橋：透明網(wǎng)橋（TransparencyBridge）源選徑網(wǎng)橋（SourceRoutingBridge）601.IEEE802.1透明網(wǎng)橋特點：由網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)路由選擇，網(wǎng)橋和路由對站點透明網(wǎng)橋采用存儲、轉(zhuǎn)發(fā)方式，需要有足夠緩存網(wǎng)橋有尋址和路由選擇能力，路由選擇采用查表法：網(wǎng)橋內(nèi)的端口-地址表描述了到達(dá)每個站點的路由。端口號MAC地址123111221313233321LANxLANyLANz連接三個網(wǎng)段的網(wǎng)橋端口-地址表的結(jié)構(gòu)61選路方法：（參考上圖）假定網(wǎng)橋開機后從端口1收到來自LANx的幀，它就查端口-地址表：.若目的MAC地址在本端口的表項中，則丟棄此幀.若目的MAC地址在其他端口的表項中，則把幀