(第四章)局域網(wǎng)

1、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 計算機局域網(wǎng) 主講：邊琦主講：邊琦 20064 第4章 計算機局域網(wǎng)絡(luò) n4.1局域網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) n4.2介質(zhì)訪問控制方法 n4.3傳統(tǒng)以太網(wǎng)介紹 n4.4局域網(wǎng)的擴展 n4.5高速局域網(wǎng)技術(shù) n4.6無線局域網(wǎng) n4.7結(jié)構(gòu)化綜合布線 n4.8簡單局域網(wǎng)的構(gòu)建 本章教學(xué)目標(biāo) n1、了解局域網(wǎng)的特點，掌握局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、 傳輸形式，理解介質(zhì)訪問控制方法 n2、了解傳統(tǒng)以太網(wǎng)的多種模式 n3、了解基于通信子網(wǎng)的局域網(wǎng)的擴展 n4、掌握高速以太網(wǎng)的基本特點 n5、了解無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用 n6、了解綜合布線基本知識，簡單應(yīng)用簡單局域 網(wǎng)的構(gòu)建 4.1局域網(wǎng)概述 n定義 q局域性跨距在

2、數(shù)十Km以內(nèi) q既包括計算機也包括連接計算機的信道 n特點 q小范圍 q高質(zhì)量的信道 q統(tǒng)一歸屬與管理 q拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單 n與廣域網(wǎng)比較，局域網(wǎng)更側(cè)重共享信息的處理 局域網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分，局域網(wǎng)可分成總線型、樹型、 環(huán)型和星型。按使用介質(zhì)分，可分為有線網(wǎng)和 無線網(wǎng)兩類。 n有線網(wǎng)中包括雙絞線、同軸電纜和光纖網(wǎng)，而 無線網(wǎng)指用紅外、微波作為傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)。 在有線局域網(wǎng)中，又可分成基帶網(wǎng)和寬帶網(wǎng)， 基帶網(wǎng)一般采用同軸電纜（50）或雙絞線作 為傳輸介質(zhì)。 局域網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) n傳輸形式：基帶傳輸與頻帶傳輸 n基帶傳輸所使用的典型傳輸介質(zhì)有雙絞線、 基帶同軸電纜和光纖； n寬帶傳輸所使用的典型傳

3、輸介質(zhì)有寬帶同 軸電纜和無線電波。 n局域網(wǎng)主要是基帶傳輸；無線網(wǎng)用頻帶。 局域網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) n介質(zhì)訪問控制方法即信道訪問控制方法。 指網(wǎng)絡(luò)中的多個站點如何共離通信媒體。 n局域網(wǎng)主要采用的介質(zhì)訪問控制方法有： nCSMA/CD nCSMA/CA nToken Passing 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) nIEEE美國電子與電氣工程師協(xié)會 nIEEE802標(biāo)準(zhǔn)特點： n規(guī)定在數(shù)據(jù)鏈路層劃分一個MAC與LLC n由于局域網(wǎng)拓?fù)浜唵?，在LLC上設(shè)網(wǎng)際層 n其它高層包含于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中 n最底層為物理層 IEEE802標(biāo)準(zhǔn) nIEEE802為局域網(wǎng)LAN內(nèi)的數(shù)字設(shè)備提供了一套連接 的標(biāo)準(zhǔn)，后來又?jǐn)U大到城域網(wǎng)MAN

4、。這些標(biāo)準(zhǔn)分別是： vIEEE802.1A vIEEE802.1B vIEEE802.2 vIEEE802.3 vIEEE802.4 vIEEE802.5 IEEE802.6 IEEE802.7 IEEE802.8 IEEE802.9 IEEE802.10 IEEE802.11 IEEE802.12 局域網(wǎng)參考模型 n結(jié) 合 局 域 網(wǎng) 自 身 特 點 ， 參 考 O S I / R M ， IEEE802提出了局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的參考模型 （LAN/RM），它與OSI/RM的對應(yīng)關(guān)系如圖。 局域網(wǎng)的IEEE 802標(biāo)準(zhǔn) nISO 和 IEEE 802 中協(xié)議的層次結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 物理

5、層物理層 LLC子層子層 MAC子層子層 物理層物理層 ISO IEEE 802 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 nLAN/RM中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的 功能如下： n（1）物理層 n（2）數(shù)據(jù)鏈路層 n介質(zhì)訪問控制層MAC n邏輯鏈路控制層LLC LLC子層和MAC子層 nLLC幀 nMAC幀 DSAP SSAP C DATA M幀 幀頭頭 LLC幀 幀 M幀 幀尾尾 LLC子層和MAC子層(2) nIEEE 802 的協(xié)議結(jié)構(gòu) n IEEE 802.2 (LLC) n 802.1 .3 .4 .5 .6 .9 .11 .12 MAC子層子層 物理層物理層 4.2介質(zhì)訪問控制方法 nIEEE802

6、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的介質(zhì)訪問控制方法： nCSMA/CD（IEEE802.3） n帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問 nToken Bus（IEEE802.4） n令牌總線 nToken Ring（IEEE802.5） n令牌環(huán) 載波偵聽多路訪問/沖突檢測法 n載波偵聽多路訪問（CSMA，Carrier Sense Multiple Access）是一種適合于總線結(jié)構(gòu)的具有 信道檢測功能的分布式介質(zhì)訪問控制方法，其控 制手段稱之為“載波偵聽”。 n實際上，當(dāng)一個站開始發(fā)送信息時，檢測到本 次發(fā)送有無沖突的時間很短，它不超過該站點與 距離該站點最遠(yuǎn)站點信息傳輸時延的2倍。假設(shè) A站點與距離A站最遠(yuǎn)B站點的傳輸

7、時延為T，那 么2T就作為一個時間單位。 nCSMA/CD又被稱之為“先聽后講，邊聽邊講”，其 具體工作過程概括如下： n（1）先偵聽信道，如果信道空閑則發(fā)送信息。 n（2）如果信道忙，則繼續(xù)偵聽，直到信道空閑時立 即發(fā)送。 n（3）發(fā)送信息后進(jìn)行沖突檢測，如發(fā)生沖突，立即 停止發(fā)送，并向總線上發(fā)出一串阻塞信號（連續(xù)幾個 字節(jié)全1），通知總線上各站點沖突已發(fā)生，使各站點 重新開始偵聽與競爭。 n（4）已發(fā)出信息的各站點收到阻塞信號后，等待一 段隨機時間，重新進(jìn)入偵聽發(fā)送階段。 nCSMA/CD發(fā)送過程可描述如圖4-2所示。 站點要求發(fā)送 有載波？ 發(fā)送一幀信息 有沖突？發(fā)出阻塞信號沖突 16？

8、 延時處理 放棄發(fā)送 另作處理 一次發(fā)送結(jié)束 圖4.3 CSMA/CD發(fā)送過程流程圖 Y N Y N N Y CSMA算法的不同存在以下三種方 式： n（1）非-堅持CSMA n（2）P-堅持CSMA n（3）1-堅持CSMA 令牌環(huán)網(wǎng) n概述： q單個點到點的連接組合在一起形成了一個圓環(huán) nIEEE802.5標(biāo)準(zhǔn) n是一種受控訪問控制方法。 令牌環(huán)訪問控制方式 n令牌環(huán)是一種適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的分布式介 質(zhì)訪問控制方式，已由IEEE802委員會建議成為 局域網(wǎng)控制協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之一，即IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)。 n在令牌環(huán)網(wǎng)中，令牌也叫通行證，它具有 特殊的格式和標(biāo)記。令牌有“忙（Busy）”和 “空閑

9、（Free）”兩種狀態(tài)。 n具有廣播特性的令牌環(huán)訪問控制方式，還 能使多個站點接收同一個信息幀，同時具有對發(fā) 送站點自動應(yīng)答的功能。其訪問控制過程如圖所 示。 The Ring Network Topology B AC D （a） B AC D （b） B AC D （c） Free Token 站點 Busy Token Free Token 令牌總線網(wǎng) n概述： q從邏輯上構(gòu)成一個環(huán)，每個終端都可找到它的前個 結(jié)點、后繼結(jié)點 1020304050 令牌總線訪問控制方式 n令牌總線訪問控制方式（Token-Bus）是在綜 合了CSMA/CD訪問控制方式和令牌環(huán)訪問控制 方式的優(yōu)點基礎(chǔ)上形成

10、的一種介質(zhì)訪問控制方式。 n令牌總線控制方式主要用于總線型或樹型網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)中。該方式是在物理總線上建立一個邏輯環(huán)。 如圖4-4所示，一個總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，如果指定每 一個站點在邏輯上相互連接的前后地址，就可構(gòu) 成一個邏輯環(huán)。如圖中ABDEA（C站點 沒有連入令牌總線中）。 4.3傳統(tǒng)以太網(wǎng) n傳統(tǒng)以太網(wǎng)指運行在10Mb/s速率的以太網(wǎng)。 以太網(wǎng)是最早基于標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。 n以太網(wǎng)（Ethernet）是由美國Xerox公司和 Stanford大學(xué)聯(lián)合開發(fā)并于1975年提出的，目 的是為了把辦公室工作站與昂貴的計算機資源 連接起來，以便能從工作站上分享計算機資源 和其他硬件設(shè)備。 n1983年IEE

11、E802委員會公布的802.3局域網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議（CSMA/CD），基本上和Ethernet技術(shù)規(guī) 范一致，于是，Ethernet技術(shù)規(guī)范成為世界上第 一個局域網(wǎng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 傳統(tǒng)以太網(wǎng)物理層特性 1. 10 BASE 5 （粗電纜）（粗電纜） 2. 10 BASE 2 （細(xì)電纜）（細(xì)電纜） 3. 10 BASE T （雙絞線）（雙絞線） 4. 10 BASE FL （光纜）（光纜） 數(shù)據(jù)速率信號方式數(shù)據(jù)速率信號方式 網(wǎng)段最大長度網(wǎng)段最大長度/介質(zhì)類型介質(zhì)類型 介質(zhì)訪問控制子層介質(zhì)訪問控制子層MAC 10BASE510BASE210BASE-T 10BASE-F MAC地址 nMAC地址也稱網(wǎng)絡(luò)設(shè)

12、備物理地址（也稱為 物理地址），是網(wǎng)絡(luò)用于唯一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的標(biāo) 識。 nIEEE802.3規(guī)定MAC地址用6B（48位二進(jìn) 制表示） n前三個字節(jié)：表示生產(chǎn)廠商 n后三個字節(jié)：表示產(chǎn)品的擴展標(biāo)識符 10 BASE 5 （粗電纜）（粗電纜） n數(shù)據(jù)速率：10Mbit/s n采用曼徹斯特編碼 n網(wǎng)段長500M n利用收以發(fā)器、轉(zhuǎn)發(fā)器 n可用四個轉(zhuǎn)發(fā)器 n長度可達(dá)到：2.5Km 10 BASE -2 （細(xì)電纜）（細(xì)電纜） n數(shù)據(jù)速率：10Mbit/s n采用曼徹斯特編碼 n網(wǎng)段長200M（185M） n利用T型插座、轉(zhuǎn)發(fā)器 n每個段內(nèi)可有30個站點 n可用四個轉(zhuǎn)發(fā)器 BNC接頭 T型接頭 BNC接口

13、 工作站 同軸細(xì)纜 網(wǎng)卡 BNC終接器 10 BASE T （雙絞線）（雙絞線） n數(shù)據(jù)速率：10Mbit/s n采用曼徹斯特編碼 n采用星型結(jié)構(gòu) n網(wǎng)段長100M n利用集線器、級連 n可用四級級連 n以太網(wǎng)集線器 Collision Domain: Extended by a Hubs 圖4.8 10BASE-T以太網(wǎng)連接 HUBHUB RJ-45 接口 雙絞線 UTP 單集線器連接 同軸細(xì)纜 終接器 HUBHUBHUBHUBHUBHUB 多集線器連接 網(wǎng)卡及工作站 RJ45的接線 表表 4 4 .1 EIA 568B .1 EIA 568B 規(guī)定的規(guī)定的 RJ45RJ45插頭接線方案插頭

14、接線方案 線色線色 底色底色 1 1 橙橙 白白 2 2 白白 橙橙 3 3 綠綠 白白 4 4 白白 藍(lán)藍(lán) 5 5 藍(lán)藍(lán) 白白 6 6 白白 綠綠 7 7 棕棕 白白 8 8 白白 棕棕 表表 4 4.2.2 EIA 568A EIA 568A 規(guī)定的交換電路表規(guī)定的交換電路表 線色線色 底色底色 1 1 綠綠 白白 2 2 白白 綠綠 3 3 橙橙 白白 4 4 白白 藍(lán)藍(lán) 5 5 藍(lán)藍(lán) 白白 6 6 白白 橙橙 7 7 棕棕 白白 8 8 白白 棕棕 1 RJ45插頭 插頭 站點處網(wǎng)卡上站點處網(wǎng)卡上1 1、2 2 是發(fā)送用的一是發(fā)送用的一 對線，對線，3 3、6 6 是接收用的一對線。是

15、接收用的一對線。 而集線器各插座的而集線器各插座的1 1、2 2 腳腳為接收為接收 端，端，3 3、6 6 腳為發(fā)送端。腳為發(fā)送端。 水晶頭接法 n關(guān)于雙絞線的色標(biāo)和排列方法是有統(tǒng)一的 國際標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定的，現(xiàn)在常用的是 TIA/EIA568B。 n1-橙白 2-橙 3-綠白 4-藍(lán) n5-藍(lán)白 6-綠 7-棕白 8-棕 n而且，使用電纜兩頭一對一的連接方式， 會使一組信號（負(fù)電壓信號）通過不絞合在 一起的兩根芯線傳輸，造成極大的近端串?dāng)_。 使用兩 RJ45 插頭 n適用于 q兩計算機直接通信 q兩集線器(或交換機)用普通端口互連 n實現(xiàn)方法是交叉接線 q對 10BASE T n一端按 EIA

16、568A接線 n另一端按 EIA 568B接線 n 橙/白/橙 線一端接1、2，另一端接3、6 n 綠/白/綠 線一端接3、6 ，另一端接1、2 B A 雙絞線連接 n計算機與集線器 n 水晶頭兩端色線排列相同（注意1、2、3、6 的連通） n計算機與計算機 n 兩臺計算機可不用集線器直連 n 保證下下列連通： n 13、26、31、62 在局域網(wǎng)，雙絞線主要是用來連接計算機網(wǎng)卡到集線 器或通過集線器之間級聯(lián)口的級聯(lián)，有時也可直接用 于兩個網(wǎng)卡之間的連接或不通過集線器級聯(lián)口之間的 級聯(lián)，但它們的接線方式各有不同。 常規(guī)雙絞線接法錯線雙絞線接法 光纖以太網(wǎng) 4.4局域網(wǎng)擴展 n網(wǎng)絡(luò)的擴展為更多資

17、源提供共享的機會。 局域的互聯(lián)主要在四個層面上： n物理層 n數(shù)據(jù)鏈路層 n網(wǎng)絡(luò)層 n高層 在物理層上的局域網(wǎng)擴展 n基于物理層的網(wǎng)絡(luò)擴展主要使用中繼器或 集線器。主要功能是將一段干線的信號放大、整 形，送到另一段干線上。 n見圖4.17 n4.19 n4.23 在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)擴展 n在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)擴展主要使用網(wǎng)橋或 網(wǎng)絡(luò)交換機。 HUB HUBHUBHUB HUBHUB Bridge 網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)擴展 n在網(wǎng)絡(luò)層上擴展局域網(wǎng)要使用路由器。路 由器不僅能查看鏈路層幀的內(nèi)容，還能查看網(wǎng)絡(luò) 層分組的內(nèi)容，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址判斷轉(zhuǎn)發(fā)路徑。 n n見圖4.27 4.5高速局域網(wǎng)技術(shù) 802.3

18、CSMA/CD 10base-t 10base-5 10base-2 10broad-36 802.3 以太網(wǎng) 802.3u 快速 802.3z 千兆 802.3x 全雙工 100base-tx 100base-fx 100base-t4 1000base-sx 1000base-lx 1000base-cs 100Mb/s快速以太網(wǎng) n與傳統(tǒng)10M比較： n 提供10M/100M雙速自適應(yīng)功能 n 定義兩種中繼規(guī)范 n 正式定義全雙工 n 不在支持同軸電纜和總線拓?fù)?n物理層技術(shù)規(guī)范（了解）見表4.5 IEEE802.3與100Mb/s n100BASET快速以太網(wǎng) n提高每比特的發(fā)送時間：

19、100ns-10ns n100BASETX5類非屏蔽雙絞線，媒體長度 n 100m，網(wǎng)絡(luò)跨度200m n100BASEFX2條光纖媒體100m跨度400m n100BASET2 3類非屏蔽雙絞線，媒體長度 n 100m，網(wǎng)絡(luò)跨度100m 千兆以太網(wǎng) n1000BaseSX支持波長為850nm的多模光纖 n光纖長度300500m n1000BaseLX支持波長為1300nm的單模光 纖 n光纖長度3000m n1000BaseCX支持屏蔽雙絞線 n長度25m n1000BaseT支持5類非屏蔽雙絞線 n光纖長度100m 千兆位以太網(wǎng)的應(yīng)用 服務(wù)器 服務(wù)器 工作站 千兆位以太網(wǎng)交換機 路由器 10

20、/100Mbps交換機 100Mbps交換機 1000Mbps交換機 10/100Mbps交換機 1000Mbps 1000Mbps 1000Mbps 1000Mbps 千兆位以太網(wǎng) 主干線 10Mbps 100Mbps 1000Mbps 10/100Mbps 1000Mbps WAN 1000Mbps 1000Mbps 萬兆以太網(wǎng) n運行速度達(dá)到10Gb/s n見圖4.43 n4.44 n4.45 4.6無線局域網(wǎng) n一種以無線信道作傳輸介質(zhì)的計算機局域 網(wǎng)（Wireless local Area NetworkWLAN） n現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.11a n IEEE802.11b n IEEE802.11g n見圖4.53、4.54 4.7 結(jié)構(gòu)化綜