第3章局域网基础Word格式.docx
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近距离:
双绞线;
远距离:
光纤;
移动结点:
无线通信信道
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。
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。
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(TokenRing)
令牌总线(TokenBus)。
3.2.1IEEE802模型与协议标准
IEEE802.1:
局域网体系结构、网络互联,以及网络管理与性能测试;
IEEE802.2:
逻辑链路控制LLC子层功能与服务;
IEEE802.3:
CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范;
IEEE802.4:
令牌总线(TokenBus)介质访问控制子层与物理层规
范;
IEEE802.5:
令牌环(TokenRing)介质访问控制子层与物理层规范;
IEEE802.6:
城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范;
IEEE802.7:
宽带技术;
IEEE802.8:
光纤技术;
IEEE802.9:
综合语音与数据局域网IVDLAN技术;
IEEE802.10:
可互操作的局域网安全性规范SILS;
IEEE802.11:
无线局域网技术;
IEEE802.12:
100VGAnyLAN标准
3.2.2IEEE802.3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
CSMA/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IEEE802.3的核心协议
CSMA/CD是一种典型的随机访问的争用型技术
1.CSMA/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”
2.10Mbps以太网体系结构
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,0~1500
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:
<
数据传输率(Mbps)>
信号方式>
最大段长度(百米)或介质类型>
例如:
10BASE-5、10BASE-2、100BASE-T等。
最前面:
数字指传输速率,如10为10Mbps,100为100Mbps。
中间:
BASE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。
10Mbps以太网
10Base-5:
粗缆以太网
目前很少被采用
10Base-2:
细缆以太网
50Ω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:
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
3.2.3IEEE802.5标准与TokenRing
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
主要优点
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。
综合了CSMA/CD和TokenRing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
3.2.4IEEE802.4标准与TokenBus
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
3.2.5CSMA/CD与TokeBus、TokenRing的比较
从网络拓扑结构看:
总线拓扑:
CSMA/CD与TokenBus
环型拓扑:
TokenRing
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:
TokenBus、TokenRing
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
TokenBus、TokenRing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
3.2.6Ethernet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-6D
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
3.3.2光纤分布式数据接口FDDI
1.FDDI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
2.FDDI的技术特点
使用基于IEEE802.5标准的单令牌的环网介质访问控制MAC协议;
使用IEEE802.2协议,与符合IEEE802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。
3.3.3100MbpsFastEthernet
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:
IEEE802.3μ
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。
1.快速以太网的体系结构
2.快速以太网传输介质标准
100BASETX:
支持2对5类UTP或2对1类STP。
距离可达100m
100BASET4
支持4对3类UTP,3对用于数据传输,1对用于冲突检测
100BASEFX
支持2芯的单模或多模光纤,距离可达2km
3.3.41GbpsGigabitEthernet
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
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62.5μm和50μm两种多模光纤。
对于62.5μm多模光纤,全双工模式下最大传输距离为275m,对于50μm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;
对于单模光纤,在全双工模式下,最长的传输距离可达3km。
1000Base-CX
短距离屏蔽铜缆
最长距离达25m
1000BASE-T
第二个铜线标准IEEE802.3ab
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
3.3.510GbpsEthernet
1.10GbpsEthernet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
2.10GbpsEthernet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
3.3.6交换式局域网(结合教材)
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
2.局域网交换机的工作原理(结合教材)
3.“端口号/MAC地址映射表”的建立与维护
需要解决两个问题:
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。
4.交换机的帧转发方式
直接交换方式(cutthrough):
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。
转发速度快
可靠性差
存储转发方式(storeandforward):
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。
可靠性强
转发速度慢
改进的直接交换方式
转发速度和可靠性兼顾
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μs,网桥为几百μs,路由器为几千μs。
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
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
利用软件实现对子网或逻辑工作组的划分
VLAN只能交换环境的局域网中实现
2.虚拟局域网实现技术
(定义虚拟局域网的四种方法)
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
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(两种方式)
跳频通信
直接序列扩频
窄带微波无线局域网
3.无线局域网标准IEEE802.11
1.IEEE802.11标准
数据传输速率:
.1Mbps、2Mbps
介质访问控制MAC层:
(分为两层)
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
IEEE802.11b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。
IEEE802.11a标准
5GHzU-NII频段
数据传输速率可达54Mbps
IEEE802.11g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
IEEE802.11j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。
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备
无线网卡
无线接入点(AP)
计算机和有关设备
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。
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
1000Mbps网卡
按照网卡所支持的传输介质类型分类,可分为:
双绞线网卡粗缆网卡
细缆网卡光纤网卡
网卡的接口类型:
粗缆——AUI;
细缆——BNC;
双绞线——RJ-45;
光纤——F/O
3.4.2局域网集线器
1.集线器的结构
构成物理上的星型拓扑结构
当集线器接收到某个结点发送的广播信息便会将接收到的数据转发到每个端口。
提供两类端口:
RJ-45端口,主要接工作站
AUI端口:
连接粗缆的,也可以是光纤连接端口,这类端口称为向上连接端口。
传输距离:
从结点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度为100m,
2.集线器的分类方法
按照传输速率可分为:
10Mbps集线器、100Mbps集线器、10/100Mbps自适应集线器
按否能够堆叠可分为:
普通集线器、可堆叠集线器
按照是否支持网管功能可分为:
简单集线器、带网管功能的智能集线器。
3.5局域网组网方法
3.5.1双绞线组网方法
1.基本的硬件设备
带有RJ-45接口的以太网卡
集线器
3类或5类非屏蔽双绞线
RJ-45连接头。
实现了物理上“星”型与逻辑上“总线”型的结构。
2.组网方法
单一集线器结构。
结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接,构成物理上的星型拓扑
从结点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度为10m
多集线器级联结构。
两种方法:
使用双绞线,通过集线器的RJ-45端口实现级联;
使用同轴电缆或光纤,通过集线器提供的向上连接端口实现级联。
3.5.2快速以太网组网方法
100BASE-T集线器/交换机
10/100BASE-T网卡
双绞线或光缆。
作为局域网的主干部分;
快速以太网交换机可以代替100BASE-T集线器。
3.5.3千兆以太网组网方法
10Mbps集线器/交换机
1000Mbps以太网交换机
10/100Mbps以太网卡
双绞线与光缆
根据网络的规模与布局,来选择合适的两级或三级网络结构。
组网基本思路:
在网络主干部分使用高性能的千兆以太网主干交换机;
在网络枝干部分使用性能一般的千兆以太网枝干交换机;
在楼层或部门一级,根据实际需要选择100Mbps以太网交换机;
使用10Mbps或100Mbps以太网卡,将工作站连接到100Mbps以太网交换机上。
3.6局域网结构化布线技术
3.6.2结构化布线系统的应用环境
非屏蔽双绞线广泛的应用于10BASET网络中,对促进网络结构化布线技术的发展起到了关键的作用。
结构化布线系统的应用环境:
建筑物布线子系统
智能大楼布线子系统
工业布线子系统三类。
智能大楼的概念
包括办公自动化系统(OA)、通信自动化系统(CA)、楼宇自动化系统(BA)和计算机网络系统。
3.6.3智能大楼布线系统
建筑物综合布线系统的传输介质主要采用非屏蔽双绞线与光缆混合结构
智能大楼布线系统采用开放式、模块化结构,包括双绞线、光缆、匹配器、接线箱、电子装置、保安设备、安装维护工具、管理软件等。
工业布线系统用来解决工业厂房中信息传输的特殊要求,可以满足工业环境中数据传输的需要。
主要采用光纤作为传输介质。
3.7网络互连技术
3.7.1网络互连的基本概念
网络互连:
将不同的网络连接起来,以构成更大规模的网络系统,实现网络间的数据通信和资源共享。
为什么要进行网络互连呢?
ISO/OSI虽然问世多年,在实际运行中依然存在大量非OSI的网络,而且各种现有的特定网络并不一定都采用OSI七层模型;
OSI所采用的通信子网和现有的多种网络产品,它本身就决定了各种类型的通信子网一直共存下去;
网络互连可以改善网络性能,可以提高系统的可靠性、改进系统的性能、增加系统保密性、增加地理覆盖范围和建网方便。
3.7.2网络互连的类型
局域网-局域网互连。
常用设备:
中继器和网桥
分为:
同种LAN互连、异种LAN互连
局域网-广域网互连。
目的:
将局域网连接到广域网中去
连接的设备:
路由器或网关
局域网-广域网-局域网互连
将两个分布在不同地理位置的LAN通过WAN实现互连
连接设备:
路由器和网关
3.7.3网络互连的层次
数据链路层互连
互连设备:
网桥
网桥功能:
数据接收、地址过滤与数据转发的作用,用来实现多个网络系统之间的数据交换。
网络层的互连
路由器。
主要是解决路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等问题。
高层的互连
传输层及以上各层协议不同的网络之间互连属于高层互连。
网关
3.7.4网络互连的要求
1.网络互连的要求
在互连的网络间提供链路,至少是物理线路和数据线路;
在不同的网络结点进程之间提供适当的路由来交换数据;
提供网络记账服务,记录网络资源使用情况;
提供各种互连服务,应尽可能不改变互连网的结构。
2.网络互连要解决的几个基本问题
不同的编址方案
不同的最大段长度
不同的网络访问机制
不同的超时
差错恢复
状态报告。
用户访问控制。
连接和无连接服务
3.7.5网络互连设备
1.中继器
工作于网络的物理层,用于互连两个相同类型的网段,它在物理层内实现透明的二进制比特复制,补偿信号衰减。
2.网桥
连接两个局域网的存储转发设备,用它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统地连结。
网桥工作在OSI模型的数据链路层,
网桥可分为:
透明网桥是由网桥自己决定路由选择,而局域网上的各站不负责路由选择
源路由网桥:
由各发送帧的源结点负责路由选择
2.路由器与第三层交换技术
路由器的工作原理
网络层上实现多个网络互连的设备路由器的主要服务功能,主要包括:
建立并维护路由表
提供网络间分组转发功能。
第三层交换的概念
工作在网络层
根据网络层地址实现了第三层分组的转发
第三层交换机本质上是用硬件实现的一种高速路由器。
3.网关
(1)网关的概念
工作在OSI参考模型的第三层以上的网间互连设备作用是连接两个或多个不同的网络,使之能相互通信。
(2)网关的基本类型
网关实现协议转换的
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