第二章 局域網(wǎng)1

1、課程教案講課題目第二章局域網(wǎng)學(xué)時(shí)4累積學(xué)時(shí)6授課日期2010年9月16教學(xué)地點(diǎn)實(shí)訓(xùn)樓302目的要求1、了解局域網(wǎng)的基本知識(shí)；2、了解局域網(wǎng)的組成；重占八、難占八、重點(diǎn)：1、局域網(wǎng)的組成；難點(diǎn)：1、局域網(wǎng)的組成方法步驟問題回顧理論講授單獨(dú)提問教學(xué)場所準(zhǔn)備1、多媒體計(jì)算機(jī)；2、準(zhǔn)備黑板、投影儀等教學(xué)設(shè)備；3、教學(xué)課件；課前檢查順序題目學(xué)員姓名成績12345備注教學(xué)內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)內(nèi)容1、局域網(wǎng)的特點(diǎn)；2、局域網(wǎng)的分類；3、局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)；4、局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；5、局域網(wǎng)的參考模型與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)6、局域網(wǎng)的組成；二、導(dǎo)語設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在飛速發(fā)展，其中一種網(wǎng)絡(luò)形態(tài)在以其簡單、快速的特點(diǎn)在應(yīng)用中占有了

2、非常重要的地位，這就是局域網(wǎng)。三、提問設(shè)計(jì)1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照地域可分為哪幾類？（單獨(dú)提問）2、學(xué)校聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)與家里的相比，網(wǎng)絡(luò)功能有何不同？（集體討論）教學(xué)內(nèi)容備注第二章局域網(wǎng)在我們的機(jī)房里，大家可以體會(huì)到高速共享的便利，這就因?yàn)闄C(jī)房的計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)互相連接起來了。本章在介紹局域網(wǎng)基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講述了常見局域網(wǎng)的組建方法，最后介紹了一些新型局域網(wǎng)。根據(jù)提問引導(dǎo)學(xué)員發(fā)現(xiàn)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的區(qū)別。第一節(jié)局域網(wǎng)概述自20世紀(jì)70年代末，計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)LAN（LocalAreaNetwork）技術(shù)得到了飛速發(fā)展。局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，簡稱LAN）是處于同一建筑、同一大學(xué)或方圓

3、幾公里遠(yuǎn)地域內(nèi)的專用網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)常被用于連接一個(gè)單位辦公室或工廠里的個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站，以便共享資源（如打印機(jī)）和交換信息。局域網(wǎng)的應(yīng)用范圍很廣，主要用于辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、教學(xué)輔助系統(tǒng)、醫(yī)療管理服務(wù)系統(tǒng)、金融管理系統(tǒng)、軍事指揮控制系統(tǒng)等場合。一、局域網(wǎng)的主要特點(diǎn)要求學(xué)員掌握。區(qū)別于一般的廣域網(wǎng)（WAN），局域網(wǎng)（LAN）具有以下特點(diǎn):（一）地理分布范圍較小。一般為數(shù)百米至數(shù)公里?？筛采w一幢大樓、一所校園或一個(gè)企業(yè)。（二）數(shù)據(jù)傳輸速率高。一般為0.1100Mbps,目前已出現(xiàn)速率高達(dá)1000Mbps的局域網(wǎng)，可交換各類數(shù)字和非數(shù)字（如語音、圖像、視頻等）信息。（

4、三）誤碼率低。一般在10-n10-8以下。這是因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)通常采用短距離基帶傳輸，可以使用高質(zhì)量的傳輸媒體，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。(四) 以PC機(jī)為主體，包括終端及各種外設(shè)，局域網(wǎng)中一般不設(shè)中央主機(jī)系統(tǒng)。(五) 一般包含OSI參考模型中的低三層功能，即涉及通信子網(wǎng)的內(nèi)容。(六) 協(xié)議簡單、結(jié)構(gòu)靈活、建網(wǎng)成本低、周期短、便于管理和擴(kuò)充。二、局域網(wǎng)的分類了解即可。局域網(wǎng)可分成三大類：一類是平時(shí)常說的局域網(wǎng)LAN;另一類是采用電路交換技術(shù)的局域網(wǎng)，稱計(jì)算機(jī)交換機(jī)CBX(ComputerBranchExchange)或PBX(PrivateBranchExchange)；還有一類是新發(fā)展的高速局域網(wǎng)H

5、SLN(HighSpeedLocalNetwork)o在LAN和WAN之間的是城市區(qū)域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)簡稱城域網(wǎng)。MAN是一個(gè)覆蓋整個(gè)城市的網(wǎng)絡(luò)，它使用LAN和WAN的技術(shù)。三、局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方之間的物理通路，常用的傳輸介質(zhì)分為有線和無線兩大類。傳輸介質(zhì)的特性對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量有很大影響，這些特征是：物理特性：說明傳輸媒體的特性。傳輸特性：包括是使用模擬信號(hào)發(fā)送還是使用數(shù)字信號(hào)發(fā)送、調(diào)制技術(shù)、傳輸容量及傳輸頻率范圍。連通性：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接還是多點(diǎn)連接。地理范圍：在不用中間設(shè)備并將失真限制在允許范圍內(nèi)的情況下，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)

6、所允許的最大距離?？垢蓴_性：防止噪音、電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。相對(duì)價(jià)格：包括元件、安裝和維護(hù)等價(jià)格。（一）有線傳輸介質(zhì)此處重點(diǎn)掌握。1. 雙絞線（TP）由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的兩根、四根或八根絕緣導(dǎo)線組成，如圖2-1所示。雙絞線一般分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）。物理特性：銅質(zhì)線芯，傳導(dǎo)性能良好。傳輸特性：可用于傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，對(duì)于模擬信號(hào)，約56公里需要一個(gè)放大器；對(duì)于數(shù)字信號(hào)，約23公里需要一個(gè)中繼器。雙絞線的帶寬達(dá)268kHz。對(duì)于模擬信號(hào)，可用頻分多路復(fù)用技術(shù)把它分成24路來傳輸音頻模擬信號(hào)，根據(jù)目前的Modem技術(shù)，若使用移相鍵控法PSK，每路可達(dá)960

7、0bps以上，這樣，在一條24路的雙絞線上，總傳輸率可達(dá)230kbps。對(duì)于數(shù)字信號(hào)，使用T1線路總傳輸率可達(dá)1.544Mbps。達(dá)到更高傳輸率也是可能的，但與距離有關(guān)。在局域網(wǎng)中常用的雙絞線根據(jù)傳輸特性可以分為五類：了解內(nèi)容。 1類線：銅線沒有纏繞，只能傳輸聲音，不能傳輸數(shù)據(jù)； 2類線：無纏繞，可以傳送數(shù)據(jù)，最大傳輸率為4Mbps; 3類線：早期市場最常用，最大傳輸率為10Mbps; 4類線：是一種過渡型材料，市場不多見，最大傳輸率為16Mbps;此處掌握。 5類線：是一種高速率發(fā)展的開始，最大傳輸率為100Mbps。超5類線：由5類線發(fā)展而來，最大傳輸率為1000Mbps。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最常

8、用的是第三類和第五類非屏蔽雙絞線。雙絞線的性質(zhì)：連通性：雙絞線可用于點(diǎn)到點(diǎn)連接或多點(diǎn)連接。地理范圍：對(duì)于局域網(wǎng)，速率100Kbps，可傳輸1公里;速率10Mbps-100Mbps，可傳輸100米?？垢蓴_性：低頻(10kHz以下)抗干擾性能強(qiáng)于同軸電纜，高頻(10-100kHz)抗干擾性能弱于同軸電纜。價(jià)格：比同軸電纜和光纖便宜得多。2. 同軸電纜同軸電纜由銅芯、絕緣層、網(wǎng)狀導(dǎo)體及外部保護(hù)層組成，為保持同軸電纜的正確電氣特性，電纜必須接地，同時(shí)兩頭要有端接器來削弱信號(hào)反射作用。物理特性：單根同軸電纜直徑約為1.022.54cm，可在較寬頻范圍工作。傳輸特性：基帶同軸電纜僅用于數(shù)字傳輸，阻抗為50

9、0，并使用曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10Mbps;寬帶同軸電纜可用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳輸，阻抗為750。一方面,可以使用頻分多路復(fù)用方法，將一條寬帶同軸電纜的頻帶劃分成多條通信信道，使用各種調(diào)制方式，支持多路傳輸。另一方面，也可以只用于一條通信信道的高速數(shù)字通信，此時(shí)稱之為單信道寬帶。根據(jù)外形，同軸電纜又可分為：細(xì)同軸電纜：編號(hào)是RG58線寬：0.26厘米最大傳輸距離：185米阻抗：50歐姆特點(diǎn)：線纜較細(xì)、彈性好、容易安裝、成本低，適合于室內(nèi)小型局域網(wǎng)。粗同軸電纜：編號(hào)是RG11線寬：1.27厘米最大傳輸距離：500米阻抗：50歐姆特點(diǎn)：線纜較粗、彈性差、安裝比較麻煩，現(xiàn)在逐漸被光纖

10、所代替。連通性：可用于點(diǎn)到點(diǎn)連接或多點(diǎn)連接。地理范圍：基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公里；寬帶電纜的最大距離可以達(dá)到幾十公里?？垢蓴_性：能力比雙絞線強(qiáng)。相對(duì)價(jià)格：比同軸電纜貴，比光纖便宜。3. 光纜由能傳導(dǎo)光波的石英玻璃纖維外加保護(hù)層構(gòu)成，是網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用前途最廣泛的一種。光纖具有寬帶、數(shù)據(jù)傳輸率高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。按使用的波長區(qū)的不同分為單模和多模光纖通信方式。物理特性：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖（一來一去）組成傳輸系統(tǒng)。按波長范圍可分為三種：0.85um波長（0.80.9um）、1.3um波長（1.251.35um）和1.55um波長區(qū)（1.531.58um

11、）。不同的波長范圍光纖損耗特性也不同。其中0.85um波長區(qū)為多模光纖通信方式，1.55um波長區(qū)為單模光纖通信方式，1.3um波長區(qū)有多模和單模兩種方式。傳輸特性：光纖通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號(hào)，內(nèi)部的全反射可以在任何折射指數(shù)高于包層媒體折射指數(shù)的透明媒體中進(jìn)行。實(shí)際上光纖作為頻率范圍從10141015Hz的波導(dǎo)管，這一范圍覆蓋了可見光譜和部分紅外光譜。光纖的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)Gbps級(jí)，傳輸距離達(dá)數(shù)十公里。目前，一條光纖線路上只能傳輸一個(gè)載波，隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)實(shí)用的多路復(fù)用光纖。連通性：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接或多點(diǎn)連接。地理范圍：可以在68公里的距離內(nèi)不用中繼器傳輸，因此光纖

12、適合于在幾個(gè)建筑物之間通過點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)。抗干擾性：不受噪聲或電磁影響，適宜在長距離內(nèi)保持高數(shù)據(jù)傳輸率，而且能夠提供良好的安全性。相對(duì)價(jià)格：目前價(jià)格比同軸電纜和雙絞線都貴。（二）無線傳輸介質(zhì)上述三種有線傳輸介質(zhì)并不是任何時(shí)候都能實(shí)現(xiàn)的。比如，通信線路要通過一座高山或島嶼，有時(shí)就很難施工。即使是挖開山洞或海底光纜也不是一件容易的事。當(dāng)通信距離很遠(yuǎn)時(shí)，鋪設(shè)電纜或光纜既昂貴又費(fèi)時(shí)。這就不可避免地要用到無線傳輸介質(zhì)。無線傳輸介質(zhì)是指信號(hào)通過空氣傳輸，信號(hào)不能被約束在一個(gè)物理導(dǎo)體內(nèi)。無線介質(zhì)實(shí)際上就是無線傳輸系統(tǒng)，主要包括無線電、微波和衛(wèi)星通信等。1. 微波通信：載波頻率為2GHZ至40GHZ。

13、頻率高，可同時(shí)傳送大量信息；由于微波是沿直線傳播的，故在地面的傳播距離有限。2. 衛(wèi)星通信：是利用地球同步衛(wèi)星作為中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)的一種特殊微波通信形式。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制，三個(gè)同步衛(wèi)星可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域。3. 紅外通信和激光通信：和微波通信一樣，有很強(qiáng)的方向性，都是沿直線傳播的。信號(hào)發(fā)送端和接收端之間不能有障礙物，需要一條無阻隔的通路是紅外和激光通信一個(gè)缺點(diǎn)。四、局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)此處重點(diǎn)講解。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能具有很大的影響。選擇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，首先要考慮采用何種媒體訪問控制方法，因?yàn)樘囟ǖ拿襟w訪問控制方法一般僅適用于特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；其次要考慮性能、可靠

14、性、成本、擴(kuò)充靈活性、實(shí)現(xiàn)的難易程度及傳輸媒體的長度等因素。局域網(wǎng)常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、環(huán)型、星型三種。(一) 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可視情況介紹CSMA/CD?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是局域網(wǎng)中最常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一。一般采用分布式媒體訪問控制方法。總線網(wǎng)可靠性高、擴(kuò)充性能好、通信電纜長度短、成本低，如著名的以太網(wǎng)的CSMA/CD;另一種是總線拓?fù)渚W(wǎng)與令牌環(huán)相結(jié)合的變形，其在物理連接上是總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而在邏輯結(jié)構(gòu)上則采用令牌環(huán)，兼有了總線結(jié)構(gòu)和令牌環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。總線網(wǎng)的缺點(diǎn)是若主干電纜某處發(fā)生故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將癱瘓；另外，當(dāng)網(wǎng)上站點(diǎn)較多時(shí)，會(huì)因數(shù)據(jù)沖突增多而使效率降低?？偩€型局域網(wǎng)適用于企業(yè)中的自動(dòng)化辦公網(wǎng)絡(luò)、實(shí)驗(yàn)

15、室等負(fù)荷低且實(shí)時(shí)性要求不高的環(huán)境。典型的總線型局域網(wǎng)有10BASE-2，10BASE-5等。(二) 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)了解內(nèi)容環(huán)型網(wǎng)也采用分布式媒體訪問控制方法。環(huán)型網(wǎng)控制簡單、信道利用率高、通信電纜長度短、不存在數(shù)據(jù)沖突問題，在局域網(wǎng)中應(yīng)用較廣泛，典型實(shí)例有IBM令牌環(huán)(TokenRing)網(wǎng)和劍橋環(huán)(CambridgeRing)網(wǎng)。另外還有一種FDDI結(jié)構(gòu)，它是采用光纖作為傳輸媒體的高速通用令牌環(huán)網(wǎng)，常用于高速局域網(wǎng)HSLN和城域網(wǎng)MAN中。環(huán)形網(wǎng)的缺點(diǎn)是對(duì)節(jié)點(diǎn)接口和傳輸線的要求較高，一旦接口發(fā)生故障可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要用于局域網(wǎng)的主干網(wǎng)，通常使用光纖作為傳輸介質(zhì)，適用

16、的場合主要有負(fù)荷較重的大型網(wǎng)絡(luò)以及其他對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場合。（三）星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型網(wǎng)往往采用集中式媒體訪問控制方法。在實(shí)際中，通常以集線器或以太網(wǎng)交換機(jī)為中央節(jié)點(diǎn)，主機(jī)和其他外設(shè)通過雙絞線連接到中央節(jié)點(diǎn)上。星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)容易、信息延遲確定。其缺點(diǎn)是通信電纜總長度長、傳輸媒體不能共享；對(duì)中央節(jié)點(diǎn)的可靠性要求很高，否則出現(xiàn)故障就會(huì)危及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。星型局域網(wǎng)適用的場合比較多，包括辦公室、實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)吧等。典型的星型局域網(wǎng)是用交換機(jī)或集線器連接起來的10/100/1000BASE-T。*五、局域網(wǎng)的媒體訪問控制方法（一）具有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD（二）控制令牌（三）時(shí)槽環(huán)六、局域

17、網(wǎng)的參考模型與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)理論性較強(qiáng)，可簡單介紹。（一）IEEE802模型局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，能使不同生產(chǎn)廠家的局域網(wǎng)產(chǎn)品之間有更好的兼容性，以適應(yīng)各種不同型號(hào)計(jì)算機(jī)的組網(wǎng)需求，并有利于產(chǎn)品成本的降低oIEEE（InstituteofElectricalandElectronicEngineers，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）于1980年2月成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（簡稱IEEE802委員會(huì)），專門從事局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，并制定了IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。目前，許多IEEE802標(biāo)準(zhǔn)已成為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。由于局域網(wǎng)只是一個(gè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，而且局域網(wǎng)不存在路由選擇問題，因此只有最低的兩個(gè)層次。然而局域網(wǎng)的種類繁多，其

18、媒體接入控制方法也各不相同，所以為了使局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層不致過于復(fù)雜，因此將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層劃分成了兩個(gè)子層：媒體訪問控制MAC(MediumAccessControl)子層和邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層。局域網(wǎng)的參考模型只相當(dāng)于0SI參考模型的最低的兩層。但應(yīng)當(dāng)注意，IEEE802參考模型中還包括了對(duì)傳輸媒體和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的規(guī)格說明，而這部分內(nèi)容按照0SI的觀點(diǎn)，已經(jīng)不在0SI環(huán)境之內(nèi)(比OSI的最低層還要低)。然而對(duì)于局域網(wǎng)來說，傳輸媒體和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又特別重要，因此在IEEE802參考模型中包括了這部分內(nèi)容。物理層的主要功能是：信號(hào)的編碼與譯碼；為進(jìn)行同步用的前同步碼的產(chǎn)生與去除；比特的傳輸與接收。與接入各種傳輸媒體有關(guān)的問題都放在MAC子層。MAC子層還負(fù)責(zé)在物理層的基礎(chǔ)上進(jìn)行無差錯(cuò)的通信。MAC子層的主要功能是：將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送(接收時(shí)進(jìn)行相反的過程，將幀拆卸)；實(shí)現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議；比特差錯(cuò)檢測(cè)；尋址。數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體接入無關(guān)的部分都集中在邏輯鏈路控制子層LLC。其主要功能