網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(第三章局域網(wǎng)基本概念)

1、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第3章 局域網(wǎng)基本概念考點1局域網(wǎng)基本概念 局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為總線型、環(huán)型與星型；網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)主要采用雙絞線、同軸電纜與光纖。 1總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線型局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法采用共享介質(zhì)方式。總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，易于擴(kuò)展，可靠性較好。 其主要特點有以下5點： 所有結(jié)點都通過網(wǎng)卡連接到作為公共傳輸介質(zhì)的總線上。 總線通常采用雙絞線或同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。 所有結(jié)點都可以通過總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但是一段時間內(nèi)只允許一個結(jié)點通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個結(jié)點通過總線以“廣播”方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，其他結(jié)點只能以“收聽”方式接收數(shù)據(jù)。 由于總線作為公共傳輸介質(zhì)為多個結(jié)點

2、所共享，就可能出現(xiàn)同一時刻有兩個或兩個以上結(jié)點通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)，因此會出現(xiàn)沖突，造成傳輸失敗。 在總線型局域網(wǎng)的實現(xiàn)技術(shù)中，必須解決多個結(jié)點訪問總線的介質(zhì)訪問控制(MAC)問題。 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。 2環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，結(jié)點之間通過網(wǎng)卡利用點對點線路連接構(gòu)成閉合的環(huán)型。環(huán)中數(shù)據(jù)沿著一個方向繞環(huán)逐站傳輸。在環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多個結(jié)點共享同一環(huán)通路，同樣需要進(jìn)行介質(zhì)訪問控制。與總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一樣，環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用某種分布式控制方法，環(huán)中每個結(jié)點都要執(zhí)行發(fā)送與接收的控制邏輯。 3傳輸介質(zhì)類型與介質(zhì)訪問控制方法 (1)局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)

3、類型 局域網(wǎng)常用的傳輸介質(zhì)包括：同軸電纜、雙絞線、光纜與無線信道。其中早期應(yīng)用最多的是同軸電纜，目前雙絞線和光線應(yīng)用最為廣泛(尤其是雙絞線)。在局部范圍的中、高速局域網(wǎng)使用雙絞線，在遠(yuǎn)距離傳輸中使用光纜，在有移動結(jié)點的局域網(wǎng)中采用無線技術(shù)。 (2)局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法 傳統(tǒng)的局域網(wǎng)采用了共享介質(zhì)的工作方法(如總線型和環(huán)型局域網(wǎng))，為了實現(xiàn)對多個結(jié)點使用共享介質(zhì)來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，人們提出了很多介質(zhì)訪問控制方法。IEEE 8022標(biāo)準(zhǔn)定義的共享介質(zhì)局域網(wǎng)有以下3類： 帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMACD)方法的總線型局域網(wǎng)。 令牌總線(Token Bus)方法的總線型局域網(wǎng)。 令牌環(huán)(T

4、oken Ring)方法的環(huán)型局域網(wǎng)?？键c2 IEEE 802參考模型 1IEEE 802參考模型 1980年2月，IEEE成立局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(簡稱IEEE 802委員會)，專門從事局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，并制定了IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)。 早期，局域網(wǎng)領(lǐng)域有3類典型技術(shù)：以太網(wǎng)、令牌總線和令牌環(huán)。同時，市場上有很多不同廠家的局域網(wǎng)產(chǎn)品，它們的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層協(xié)議都不同。因此要為多種局域網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品制定一個統(tǒng)一的共用的協(xié)議模型。設(shè)計者提出將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層：數(shù)據(jù)鏈路控制(LLC)子層和介質(zhì)訪問控制(MAC)子層。 2IEEE 802標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)就是局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上還發(fā)展多

5、個具體的局域網(wǎng)子標(biāo)準(zhǔn)，這些協(xié)議可以分為3類： 定義局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連、網(wǎng)絡(luò)管理與性能測試的IEEE 8021標(biāo)準(zhǔn)。 定義邏輯鏈路控制(LLC)子層功能與服務(wù)的IEEE 8022標(biāo)準(zhǔn)。 定義不同介質(zhì)訪問控制技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這一類標(biāo)準(zhǔn)曾經(jīng)多達(dá)16個，目前應(yīng)用最多和正在發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)主要有4個，其他3個是無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 (1)IEEE 8023標(biāo)準(zhǔn)：定義CSMACD總線介質(zhì)訪問控制子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)。 (2)IEEE 80211標(biāo)準(zhǔn)：定義無線局域網(wǎng)訪問控制子層物理層的標(biāo)準(zhǔn)。 (3)IEEE 80215標(biāo)準(zhǔn)：定義近距離無線個人局域網(wǎng)訪問控制子層與物理層的標(biāo)準(zhǔn)。 (4)IEEE 80216標(biāo)準(zhǔn)：定義寬

6、帶無線局域網(wǎng)訪問控制子層與物理層的標(biāo)準(zhǔn)?？键c3以太網(wǎng) 早期，局域網(wǎng)領(lǐng)域3類典型技術(shù)以太網(wǎng)(Ethemet)、令牌總線和令牌環(huán)互相競爭。當(dāng)今，以太網(wǎng)是使用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)。 以太網(wǎng)的核心技術(shù)是隨機(jī)爭用型介質(zhì)訪問控制方法，即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMACD)方法，它的核心技術(shù)起源于無線分組交換網(wǎng)(AlOHA網(wǎng))。 1以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)與工作流程 (1)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送流程 CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為以下4點： 先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停止，隨機(jī)延遲重發(fā)。具體的工作流程如下： 載波偵聽過程 發(fā)數(shù)據(jù)時，先偵聽總線是否空閑。以太網(wǎng)的物理層規(guī)定發(fā)送的數(shù)據(jù)采用曼徹斯特編碼方式。 沖突檢測方法

7、從電子學(xué)的具體實現(xiàn)角度看，進(jìn)行沖突檢測可以有兩種方法：比較法和編碼違例判決法。發(fā)現(xiàn)沖突、停止發(fā)送 如果有沖突，發(fā)送點進(jìn)入停止發(fā)送數(shù)據(jù)、隨機(jī)延遲后重發(fā)的流程。隨機(jī)延遲重發(fā)的第一步是發(fā)送“沖突加強(qiáng)信號”。 隨機(jī)延遲重發(fā) 以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)定一個幀的最大重發(fā)次數(shù)為16。如果重發(fā)的次數(shù)超過了16，則認(rèn)為線路故障，進(jìn)入“沖突過多”結(jié)束狀態(tài)。如果重發(fā)次數(shù)n16則允許結(jié)點隨機(jī)延遲再重發(fā)。 (2)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu) Ethemet V20規(guī)定的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)由以下6個部分組成： 前導(dǎo)碼。 幀前定界符字段和前導(dǎo)碼主要用于接收同步階段。 目的地址和源地址字段，分別表示幀的接收結(jié)點地址和發(fā)送結(jié)點的硬件地址。 類型字段，類型字段表

8、示的是網(wǎng)絡(luò)層使用的協(xié)議類型。 數(shù)據(jù)字段，數(shù)據(jù)字段是高層待發(fā)送的數(shù)據(jù)部分。數(shù)據(jù)字段最大長度為1500B。以太網(wǎng)幀的最小長度為64B，最大長度為1518B。 幀校驗字段。幀校驗字段(FCS)采用32位的循環(huán)冗余校驗(CRC)。其校驗的范圍是：目的地址、源地址、長度、LLC數(shù)據(jù)等字段。 2以太網(wǎng)的物理地址 以太網(wǎng)的物理地址是一個重要的概念。按照48位的連續(xù)的以太網(wǎng)物理地址編碼方法，允許分配的以太網(wǎng)的物理地址應(yīng)該有247個。 注意：網(wǎng)卡地址的格式。 如00-A6-38-01-05-A0 網(wǎng)卡地址由6組兩位的十六進(jìn)制數(shù)組成。 每組數(shù)之間用一個連字符隔開。 前3組是公司標(biāo)識，同一廠商的網(wǎng)卡地址前3組應(yīng)該相

9、同。后3組是廠商自己分配的?？键c4高速局域網(wǎng) 1快速以太網(wǎng) 快速以太網(wǎng)的傳輸速率是普通以太網(wǎng)的10倍，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到l00Mbps，發(fā)送時間從 lOOns降低l0ns。但是它保留了傳統(tǒng)10Mbps以太網(wǎng)的基本特征，采用相同的幀結(jié)構(gòu)、介質(zhì)訪問控制方法與組網(wǎng)方法。 100BASET標(biāo)準(zhǔn)定義了介質(zhì)獨立接口(MII)。 100BASET有關(guān)傳輸介質(zhì)標(biāo)識主要有3種： 100BASETX：支持2對5類非屏蔽雙絞線或2對1類屏蔽雙絞線。100BASETX是一個全雙工系統(tǒng)，每個結(jié)點都可以同時以100Mbps的速率工作。 100BASET4：支持4對3類非屏蔽雙絞線UTP，其中3對用于數(shù)據(jù)傳輸，l對用于沖突檢

10、測。 100BASEFX：支持2芯的多?；騿文９饫w，主要用于高速主干網(wǎng)，從結(jié)點到集線器的距離可達(dá)2km。100BASEFx是一種全雙工系統(tǒng)。 3千兆以太網(wǎng) 千兆以太網(wǎng)的傳輸速率比快速以太網(wǎng)快10倍，傳輸速率達(dá)到lGbps。千兆以太網(wǎng)保留著傳統(tǒng)10Mbps以太網(wǎng)的基本特征，它們具有相同的幀格式與類似的組網(wǎng)方法，只是將每位的發(fā)送時間降低到Ins。 1000BASET標(biāo)準(zhǔn)定義了千兆介質(zhì)獨立接口(GMII)。1000BASET標(biāo)準(zhǔn)可支持多種傳輸介質(zhì)。 1000BASET有關(guān)傳輸介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有4種： 1000BASET：使用5類非屏蔽雙絞線，雙絞線長度可達(dá)到l00m。 1000BASECX：使用屏蔽雙絞線，

11、雙絞線長度可達(dá)到25m。 1000BASELX：使用波長為l300nm的單模光纖，光纖長度可達(dá)到3000m。 1000BAsESx：使用波長為850nm的多模光纖，光纖長度可達(dá)到300550m。 3萬兆以太網(wǎng) (1)萬兆以太網(wǎng)的主要特點 萬兆以太網(wǎng)的幀格式與普通以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)的幀格式完全相同。 萬兆以太網(wǎng)保留了8023標(biāo)準(zhǔn)對以太網(wǎng)最小幀長度和最大幀長度的規(guī)定。 不再使用銅質(zhì)雙絞線，而使用光纖。使用長距離(超過40 km)的光收發(fā)器與單模光纖，也可使用多模光纖，但距離限制于65300m。 萬兆以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，不存在爭用問題，傳輸距離不再受沖突檢測的限制。 (2)萬兆以太

12、網(wǎng)的物理層協(xié)議 萬兆以太網(wǎng)的物理層使用的是光纖通道技術(shù)。萬兆以太網(wǎng)有兩種不同的物理層：局域網(wǎng)物理層(LAN PHY)標(biāo)準(zhǔn)和廣域網(wǎng)物理層(WAN PHY)標(biāo)準(zhǔn)。 萬兆以太網(wǎng)物的傳輸速率為l0Gbps，廣域網(wǎng)的傳輸速率為958464Gpbs。這兩種傳輸速率的物理層共用MAC層，而MAC層的工作效率是按10Gbps設(shè)計的，因此，萬兆以太網(wǎng)必須采取一種調(diào)整策略，通過萬兆介質(zhì)獨立接口(10GM)，將MAC層的工作速率由原來的l0Gpbs減到958464Gpbs，以便與物理層的數(shù)據(jù)傳輸速率匹配。考點5交換式局域網(wǎng) 1交換式局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) (1)交換機(jī)的基本概念 交換式局域網(wǎng)的核心部件是局域網(wǎng)交換機(jī)。典型

13、的交換式局域網(wǎng)是交換式以太網(wǎng)(Switched Ethernet)，它的核心部件是以太網(wǎng)交換機(jī)(Ethemet Switch)。 以太網(wǎng)交換機(jī)可以有多個端口，每個端口可以與一個結(jié)點連接，也可以與一個共享介質(zhì)的集線器(Hub)連接。如果一個端口只連接一個結(jié)點，則這個結(jié)點可以獨占lOMbps的帶寬，這類端口稱作“獨立lOMps的端口”；如果一個端口連接一個10Mbps以太網(wǎng)，則這個端口被以太網(wǎng)多個結(jié)點共享，被稱為“共享10Mbps的端口”。 (2)局域網(wǎng)交換機(jī)的技術(shù)特點 局域網(wǎng)交換機(jī)主要有以下幾個技術(shù)特點： 低交換延遲。 支持不同的傳輸速率和工作模式。端口可以支持兩種工作模式：半雙工和全雙工模式。

14、例如，對于l00Mbps的端口，半雙工端口帶寬為100Mbps，全雙工端口帶寬為200Mps。 支持虛擬局域網(wǎng)服務(wù)。 2局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理 (1)交換機(jī)工作原理 交換機(jī)使用“端口MAC地址映射表”來記錄端口號與結(jié)點MAC地址的對應(yīng)關(guān)系。如果多個結(jié)點需要同時發(fā)送數(shù)據(jù)，它們在各自的以太網(wǎng)幀目的地址字段(DA)中填寫該幀的目的地址。 (2)端口號MAC地址映射表 以太網(wǎng)交換機(jī)利用“端口MAC地址映射表”進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。交換機(jī)是利用“地址學(xué)習(xí)”方法來動態(tài)建立和維護(hù)端口MAC地址映射表的。 (3)交換機(jī)的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式 以太網(wǎng)交換機(jī)的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式分為3類： 直通交換方式；存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式；改進(jìn)的直接交換方式

15、?？键c6虛擬局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng) 1虛擬局域網(wǎng) 虛擬網(wǎng)絡(luò)(Virtual NetWork)建立在交換技術(shù)的基礎(chǔ)上。如果將網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點按工作性質(zhì)與需要劃分成若干個“邏輯工作組”，那么一個邏輯工作組就是一個虛擬網(wǎng)絡(luò)。 2無線局域網(wǎng) 無線局域網(wǎng)(wireless LAN，WLAN)以微波、激光與紅外線等無線電波作為傳輸介質(zhì)，部分或全部代替?zhèn)鹘y(tǒng)局域網(wǎng)中的同軸電纜、雙絞線和光纖，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中移動結(jié)點的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層功能。 無線自主網(wǎng)(Ad hoe)采用一種不需要基站的對等結(jié)構(gòu)的移動通信模式。 1997年，第一個無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE80211形成，它定義了使用紅外、調(diào)頻擴(kuò)頻和直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，傳輸速率為

16、1Mbps或2Mbps的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 3紅外無線局域網(wǎng) 紅外無線(Infrared Radio，IR)信號是按視距方式傳播。 紅外局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸有3種基本技術(shù)：定向光束傳輸、全方位紅外傳輸與漫反射紅外傳輸技術(shù)。 4擴(kuò)頻無線局域網(wǎng) 擴(kuò)頻通信是軍事電子對抗中經(jīng)常使用的一種方法。無線局域網(wǎng)使用的擴(kuò)頻技術(shù)主要有兩種：跳頻擴(kuò)頻通信與直接序列擴(kuò)頻通信?？键c7局域網(wǎng)互聯(lián)與網(wǎng)橋的工作原理 1網(wǎng)橋的工作原理 網(wǎng)橋(Bridge)是數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)的設(shè)備。用來實現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，起到數(shù)據(jù)接收、地址過濾與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的作用。 2網(wǎng)橋的路由選擇策略 按路由表的建立方法，網(wǎng)橋分為兩類：透明網(wǎng)橋和源路選網(wǎng)橋。 目前使用最多的是透明網(wǎng)橋。透明網(wǎng)橋的路由表記錄3個信息：站地址、端口與時間。源路選網(wǎng)橋由發(fā)送幀的源結(jié)點負(fù)責(zé)路由選擇。 3網(wǎng)橋與廣播風(fēng)暴 (1)集線器與沖突域 為了解決沖突域問題與提供共享介質(zhì)的利用率，人們提出了利用網(wǎng)橋來分隔開網(wǎng)段中的流量，根據(jù)幀地址過濾和轉(zhuǎn)發(fā)幀建立多個分離的沖突