第4章 局域網(wǎng)組建技術(shù)

ComputerNetworkTechnology計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第3版第4章局域網(wǎng)組建技術(shù)第4章局域網(wǎng)組建技術(shù)知識目標認識局域網(wǎng)概念并領(lǐng)會IEEE802標準及其主要協(xié)議掌握局域網(wǎng)組網(wǎng)的主要設(shè)備及可采用的技術(shù)掌握無線局域網(wǎng)技術(shù)理解虛擬局域網(wǎng)技術(shù)技能目標能夠組建局域網(wǎng)能夠配置無線局域網(wǎng)學(xué)會劃分和配置虛擬局域網(wǎng)素質(zhì)目標培養(yǎng)嚴謹治學(xué)的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識培養(yǎng)學(xué)以致用的實踐能力養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和團隊協(xié)作精神

4.1局域網(wǎng)概述

概述

局域網(wǎng)（LAN）是最常見的計算機網(wǎng)絡(luò)。校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、網(wǎng)吧、機房等使用的網(wǎng)絡(luò)都是局域網(wǎng)。20世紀70年代，加州大學(xué)NEWHALL環(huán)網(wǎng)1974年，劍橋大學(xué)環(huán)網(wǎng)1975年，美國Xerox公司以太網(wǎng)（Ethernet）1977年，日本京都大學(xué)光纖網(wǎng)20世紀80年代，美國DEC、Intel和Xerox推出3COMEthernet；IBM公司令牌環(huán)；NOVELL公司NovellNetware。20世紀90年代后，千兆（1000Mbit/s）以太網(wǎng)、IEEE頒布萬兆以太網(wǎng)標準。

4.1.1

局域網(wǎng)特點網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍比較小。協(xié)議較簡單，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)靈活，容易擴展和管理。較高的數(shù)據(jù)傳播速率。較低的延遲和誤碼率，較高的可靠性。局域網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營權(quán)和管理權(quán)屬于某個單位所有。便于安裝、維護和擴充，建網(wǎng)成本低、周期短。

4.1.2

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)

拓撲結(jié)構(gòu)：

指在計算機網(wǎng)絡(luò)中計算機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行連接的結(jié)構(gòu)形式，拓撲結(jié)構(gòu)描述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是如何連接在一起的。網(wǎng)絡(luò)拓撲類型：總線型環(huán)形星形

4.1.2

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)1．總線型拓撲結(jié)構(gòu)

所有站點都直接連接到一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上，可以通過總線傳輸介質(zhì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但一段時間內(nèi)只允許一個結(jié)點利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

4.1.2

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)總線型拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，實現(xiàn)容易；易于安裝和維護；用戶站點入網(wǎng)靈活，易于擴充，增加或減少用戶比較方便；某個結(jié)點的故障不影響網(wǎng)絡(luò)的工作?？偩€型拓撲結(jié)構(gòu)缺點：總線的傳輸距離有限，通信范圍受到限制；故障診斷和隔離較困難，傳輸介質(zhì)故障難以排除。4.1.2

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)2．環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)

所有的結(jié)點通過通信線路連接成一個閉合的環(huán)。在環(huán)中，數(shù)據(jù)沿著一個方向繞環(huán)逐站傳輸。

環(huán)形局域網(wǎng)的連接

環(huán)形局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)4.1.2

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)點：能夠較有效地避免沖突。電纜長度短，只需要將各節(jié)點逐次相連?？墒褂霉饫w。環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)缺點：節(jié)點的故障會引起全網(wǎng)故障，故障檢測困難；增加和減少結(jié)點較復(fù)雜，單環(huán)傳輸不可靠；結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)卡等通信部件比較昂貴且管理較復(fù)雜。4.1.2

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)3．星形拓撲結(jié)構(gòu)

由中央節(jié)點和一系列通過點到點鏈路接到中央節(jié)點的節(jié)點組成的。

4.1.2

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)星形拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)點：控制簡單，管理方便，利用中央結(jié)點可方便地提供網(wǎng)絡(luò)連接和重新配置。容易診斷故障和隔離故障，單個連接點故障只影響一個設(shè)備，不會影響全網(wǎng)?？蓴U充性強，組網(wǎng)容易，便于維護。星形拓撲結(jié)構(gòu)缺點：電纜長度和安裝工作量可觀。中央節(jié)點的負擔(dān)較重，形成瓶頸。中心結(jié)點故障會直接造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。實踐中常采用“星形+總線型”混合型拓撲結(jié)構(gòu)。4.2局域網(wǎng)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)

4.2.1IEEE802標準概述

1980年2月，IEEE成立局域網(wǎng)標準化委員會，簡稱IEEE802委員會。1985年，IEEE公布IEEE802標準5項標準文本。

規(guī)定拓撲結(jié)構(gòu)、媒體訪問控制方法、幀格式和操作等內(nèi)容。

IEEE802局域網(wǎng)系列國際標準有：（1）IEEE802.1概述了局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以及尋址、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)互連。（2）IEEE802.2定義了邏輯鏈路控制（LLC）子層的功能與服務(wù)。（3）IEEE802.3描述總線以太網(wǎng)（Ethernet）式介質(zhì)訪問控制協(xié)議（CSMA/CD）及相應(yīng)物理層規(guī)范。

4.2.1IEEE802標準概述

（4）IEEE802.4描述令牌總線（tokenbus）式介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。（5）IEEE802.5描述令牌環(huán)（tokenring）式介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。（6）IEEE802.6描述城域網(wǎng)（MAN）的介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。（7）IEEE802.7描述寬帶網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。（8）IEEE802.8描述光纖網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。（9）IEEE802.9描述語音和數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)技術(shù)。（10）IEEE802.10描述局域網(wǎng)安全與解密問題。（11）IEEE802.11描述無線局域網(wǎng)技術(shù)。（12）IEEE802.12描述用于高速局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問方法及相應(yīng)的物理層規(guī)范。4.2.1IEEE802標準概述

。

IEEE802協(xié)議的結(jié)構(gòu)圖4.2.2局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)0SI參考模型與局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)比較：局域網(wǎng)只涉及OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,是一種通信網(wǎng)，涉及有關(guān)的通信功能。局域網(wǎng)物理層和OSI模型物理層相當(dāng),涉及局域網(wǎng)物理鏈路上原始比特流的傳送。數(shù)據(jù)鏈路層中MAC子層適應(yīng)多種類的傳輸介質(zhì)。數(shù)據(jù)鏈路層中LLC子層封裝和標識上層數(shù)據(jù)。OSI參考模型與IEEE802局域網(wǎng)參考模型的對應(yīng)關(guān)系4.2.3IEEE802.3協(xié)議IEEE802.3協(xié)議：總線以太網(wǎng)標準，用CSMA/CD媒體訪問控制方法協(xié)議標準。載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測。英文：CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection（CSMA/CD）?？偩€型局域網(wǎng)傳輸方式4.2.3IEEE802.3協(xié)議CSMA/CD工作原理：（1）當(dāng)一個站點想要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，它檢測網(wǎng)絡(luò)查看是否有其他站點正在傳輸，即偵聽信道是否空閑。（2）如果信道忙，則等待，直到信道空閑則發(fā)送信息。（3）如果信道閑，站點就傳輸數(shù)據(jù)。（4）在發(fā)送數(shù)據(jù)同時，站點繼續(xù)偵聽總線，確定是否有其他站點在同時傳輸數(shù)據(jù)。因為有可能兩個或多個站點都同時檢測到網(wǎng)絡(luò)空閑，從而造成幾乎在同一時刻開始傳輸數(shù)據(jù)。如果兩個或多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，就會產(chǎn)生沖突。（5）當(dāng)一個傳輸節(jié)點識別出一個沖突，隨即就發(fā)送一個擁塞信號，這個信號使得沖突的時間足夠長，讓其他的節(jié)點都能發(fā)現(xiàn)。（6）當(dāng)其他節(jié)點收到擁塞信號后，都停止傳輸，等待一個隨機產(chǎn)生的時間間隙（回退時間，BackoffTime）后，重新進入偵聽發(fā)送階段。

4.2.3IEEE802.3協(xié)議CSMA/CD工作原理概括四句話：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停止，延時重發(fā)。CSMA/CD采用“有空就發(fā)”競爭型訪問策略。CSMA/CD的工作過程4.2.4IEEE802.5協(xié)議IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)英文：TokenRing環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)采用令牌技術(shù)進行訪問控制。即用令牌（特殊幀）控制各個節(jié)點介質(zhì)訪問權(quán)限，保證在共享環(huán)上數(shù)據(jù)傳送有效性。令牌環(huán)網(wǎng)中的三種操作：截獲令牌并且發(fā)送數(shù)據(jù)幀。接收與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。取消數(shù)據(jù)幀并且重發(fā)令牌。4.3架設(shè)局域網(wǎng)的硬件設(shè)備組建局域網(wǎng)硬件設(shè)備包括：網(wǎng)卡、集線器、交換機、網(wǎng)線等。

4.3.1網(wǎng)卡網(wǎng)卡（NetworkInterfaceCard，NIC），又名網(wǎng)絡(luò)適配器。計算機和網(wǎng)絡(luò)線纜間的物理接口，是個獨立的附加接口電路。構(gòu)成：處理器和存儲器（包括RAM和ROM）。

包括：普通計算機網(wǎng)卡、服務(wù)器專用網(wǎng)卡、筆記本專用網(wǎng)卡（PCMCIA）和無線網(wǎng)卡。普通計算機網(wǎng)卡自適應(yīng)雙速服務(wù)器網(wǎng)卡PCMCIA網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡4.3.1

網(wǎng)卡1.網(wǎng)卡的功能

并行數(shù)據(jù)和串行信號之間的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)包的裝配與拆裝、網(wǎng)絡(luò)訪問控制和數(shù)據(jù)緩沖等。

將計算機要發(fā)送的數(shù)據(jù)整理分解為數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)換成串行的光信號或電信號送至網(wǎng)線上傳輸；同樣也把網(wǎng)線上傳過來的信號整理轉(zhuǎn)換成并行的數(shù)字信號，提供給計算機。4.3.1

網(wǎng)卡2.網(wǎng)卡的分類按照不同的標準有不同的分類。傳輸速率：10Mbit/s、100Mbit/s、10/100Mbit/s自適應(yīng)以及1Gbit/s網(wǎng)卡?？偩€接口：AUI粗纜接口和BNC細纜接口、RJ45接口和光纖接口。連接器接口：ISA總線網(wǎng)卡、PCI總線網(wǎng)卡和USB網(wǎng)卡。3.網(wǎng)卡的MAC地址英文：MediaAccessControl（介質(zhì)訪問控制），即物理地址（PhysicalAddress）構(gòu)成：12個十六進制數(shù)表示（前6個代表制造商編號，后6個代表網(wǎng)卡序列號）每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有唯一的MAC地址。作用：網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)安全。4.3.2

局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)主要有3類：雙絞線、同軸電纜和光纖。1．雙絞線雙絞線電纜可以分為兩類：屏蔽型雙絞線和非屏蔽型雙絞線。屏蔽型雙絞線（ShieldedTwistedPair，STP），抗電磁干擾力強，成本高。非屏蔽型雙絞線（UnshieldedTwistedPair，UTP），抗干擾能力不強，成本低。

屏蔽雙絞線

非屏蔽雙絞線4.3.2

局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)

2．同軸電纜同軸電纜由內(nèi)、外兩個導(dǎo)體組成，且這兩個導(dǎo)體是同軸線的，兩者之間有填充物，外導(dǎo)體能夠屏蔽外界電磁場對內(nèi)導(dǎo)體信號的干擾。按照傳輸信號分類：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。按照同軸電纜直徑分類：粗纜和細覽。4.3.2

局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)

3.光導(dǎo)纖維

光纖結(jié)構(gòu)：纖芯、包層及護套組成。光信號傳輸：光波由發(fā)光二極管或激光二極管產(chǎn)生，接收端使用光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號。4.3.2

局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)

3.光導(dǎo)纖維

光導(dǎo)纖維分為：多模光纖和單模光纖多模光纖：纖芯內(nèi)有多條不同角度的光線在傳輸。單模光纖：光纖的直徑非常小，接近沿著直線向前傳輸4.3.3

集線器英文：Hub作用：對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離。網(wǎng)絡(luò)體系：物理層，在物理上擴展網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。4.3.3

集線器集線器主要功能和特性：（1）可以是星形以太網(wǎng)的中央節(jié)點，工作在物理層。（2）對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大此信號網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離。（3）普遍采用RJ-45標準接口。（4）以廣播的方式傳送數(shù)據(jù)。（5）無過濾功能，無路徑檢測功能。（6）不同速率的集線器不能級聯(lián)。（7）所連接的客戶端都在一個沖突域中。集線器組成的星形共享式局域網(wǎng)4.3.4

交換機英文：Switch，

亦稱網(wǎng)橋。網(wǎng)絡(luò)體系：數(shù)據(jù)鏈路層，具有智能和學(xué)習(xí)的能力設(shè)備。原理：采用CSMA/CD機制來檢測及避免沖突，其各個端口獨立進行沖突檢測，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，互不干擾，屬于不同的沖突域。4.3.4

交換機

交換機功能和特性：（1）可以是星狀以太網(wǎng)的中央節(jié)點，工作在數(shù)據(jù)鏈路層。（2）可以過濾接收到的信號，并把有效傳輸信息按照相關(guān)路徑送至目的端口。（3）一般采用RJ-45標準接口。（4）參照每個計算機的接入位置，有目的地傳送數(shù)據(jù)。（5）有過濾功能和路徑檢測功能。（6）不同類型的交換機和集線器可以相互級聯(lián)。（7）所連接的客戶端都在一個獨自的沖突域中。4.3.4

交換機

1．交換機的分類100Mbit/s以下人以太網(wǎng)交換機100Mbit/s快速以太網(wǎng)交換機千兆以太網(wǎng)交換機ATM交換機4.3.4

交換機

2．交換機的MAC地址學(xué)習(xí)交換機需要維護MAC地址表，MAC地址表中包含了與本交換機相連的終端的MAC地址、本交換機連接主機的端口等信息。交換機完成MAC地址學(xué)習(xí)，生成MAC地址-端口映射表。4.3.4

交換機

3．交換機的數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)已知單播數(shù)據(jù)幀，從MAC地址表中的MAC地址相對應(yīng)的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。未知單播幀、組播幀和廣播幀，即目的MAC地址在交換機MAC地址表中無相應(yīng)表項，則從除源端口外的其他端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。常見局域網(wǎng)技術(shù)：以太網(wǎng)（Ethernet）令牌環(huán)（TokenRing）光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FiberDistributedDataInterf，F(xiàn)DDI）以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中占統(tǒng)治地位，無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展迅速。4.4

局域網(wǎng)主要技術(shù)4.4

局域網(wǎng)主要技術(shù)4.4.1以太網(wǎng)系列

按IEEE802.3規(guī)范生產(chǎn)以太網(wǎng)產(chǎn)品簡稱為標準以太網(wǎng)。1.標準以太網(wǎng)（1）以10Mbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)產(chǎn)品,稱為標準以太網(wǎng)。（2）標準以太網(wǎng)在物理層可使用粗同軸電纜、細同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、光纖等多種傳輸介質(zhì)。

10BASE-5稱為粗纜以太網(wǎng)10Base-2又稱為細纜以太網(wǎng)10BASE-T4.4.1

以太網(wǎng)系列2.快速以太網(wǎng)

按IEEE802.3u標準生產(chǎn)，其傳輸速率達到100Mbit/s的以太網(wǎng)產(chǎn)品,稱為快速以太網(wǎng)。

快速以太網(wǎng)標準可分為：100BASE-TX100BASE-FX100BASE-T44.4.1

以太網(wǎng)系列3.千兆以太網(wǎng)按IEEE802.3z標準生產(chǎn)，帶寬為1Gbit/s的以太網(wǎng)。其要點如下：（1）允許在全雙工和半雙工兩種方式下工作。（2）使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。（3）在半雙工下使用CSMA/CD協(xié)議。（4）與10BASE-T和100BASE-T兼容。其物理層有兩個標準：(1)1000BASE-X（IEEE802.3z），基于光纖通道的物理層。(2)1000BASE-T（IEEE802.3ab），使用4對5類UTP，傳送距離為100m。4.4.1

以太網(wǎng)系列4．萬兆以太網(wǎng)

按IEEE802.3ae標準網(wǎng)速為10Gbit/s的以太網(wǎng)，其特點如下:

（1）與10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s以太網(wǎng)的幀格式完全相同。（2）只使用光纖作為傳輸介質(zhì)。（3）只在全雙工方式下工作。4.4.2

令牌環(huán)網(wǎng)按IEEE802.5標準定義，1985年IBM于公司首次推出的環(huán)形基帶網(wǎng)絡(luò)。其要點如下：令牌環(huán)網(wǎng)在物理層提供4Mbit/s和16Mbit/s兩種傳輸速率。支持STP/UTP雙絞線和光纖作為傳輸介質(zhì)。

使用STP最大距離為100m，使用UTP時最大距離為45m。4.5

無線局域網(wǎng)4.5.1無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，使計算機與計算機、計算機與網(wǎng)絡(luò)之間可在一定覆蓋范圍內(nèi)進行無線通信的計算機網(wǎng)絡(luò)。英文：WirelessLocalAreaNetwork（WLAN）技術(shù)：射頻（RadioFrequency，RF）傳輸介質(zhì)：電磁波4.5

無線局域網(wǎng)4.5.1無線局域網(wǎng)概述

1971年，夏威夷大學(xué)開發(fā)的首個無線局域網(wǎng)產(chǎn)品ALOHAnet。1979年，瑞士IBMRuesehlikon實驗室蓋勒（Gfelle）首提無線局域網(wǎng)概念。1980年，加利福尼亞惠普實驗室（HPPaloAltoLabs）費勒（Ferrer）開始進行無線局域網(wǎng)項目研究。1992年，頻段2.4GHz、5GHz上的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品問世。1997年，頒布無線網(wǎng)絡(luò)標準IEEE802.11。4.5

無線局域網(wǎng)4.5.1無線局域網(wǎng)概述

4.5.2無線局域網(wǎng)接入設(shè)備WLAN中，工作站無線網(wǎng)卡，通過電磁波連接到接入點形成類似于星形的拓撲結(jié)構(gòu)。通過電磁波實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。WLAN中包含組件：無線網(wǎng)卡無線接入點

4.5.2無線局域網(wǎng)接入設(shè)備1.無線網(wǎng)卡WLAN接口，實現(xiàn)計算機與無線局域網(wǎng)的連接。類型：PCMCIA無線網(wǎng)卡、PCI無線網(wǎng)卡和USB網(wǎng)卡。2.無線接入點無線局域網(wǎng)收發(fā)器，即接入點/熱點/網(wǎng)絡(luò)橋接器（AccessPoint，AP）無線AP作用：將WLAN入以太網(wǎng)，同

時將各WLAN客戶端連接到一起，相當(dāng)于以太網(wǎng)的交換機。USB無線網(wǎng)卡無線接入點4.5.3無線局域網(wǎng)絡(luò)特點1.優(yōu)點（1）靈活性和移動性（2）安裝便捷（3）易于進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和調(diào)整（4）故障定位容易（5）易于擴展2．缺點

與有線傳輸介質(zhì)局域網(wǎng)相比WLAN有以下幾個方面缺陷：（1）性能（2）速率（3）安全性4.5.4

無線局域網(wǎng)絡(luò)的標準WLAN部分標準IEEE802.11技術(shù)標準時間使用頻段最大速率IEEE802.11b19992.4GHz11MbpsIEEE802.11a19995GHz54MbpsIEEE802.11g20032.4GHz54MbpsIEEE802.11n20042.4GHz/5GHz300Mbps4.5.4

無線局域網(wǎng)絡(luò)的標準1.IEEE802.11b1999年9月，公布標準IEEE802.11b，工作頻段2.4GHz，帶寬最高11Mb/s；IEEE802.11b的WLAN與IEEE802.3以太網(wǎng)的工作原理類似，采用載波偵聽的方式來控制網(wǎng)絡(luò)中信息的傳送。2.IEEE802.11a1999年9月，制定完成標準IEEE802.11a，工作頻段在5.15～5.825GHz，帶寬達54Mbit/s，傳輸距離可達到100m。3.IEEE802.11g2003年7月，推出標準IEEE802.11g，與802.11a標準和802.11b標準兼容，頻率為2.4GHz（與802.11b相同），帶寬為54Mbit/s，傳輸距離可達300m。

4.5.4

無線局域網(wǎng)絡(luò)的標準4.IEEE802.11n

2004年1月，IEEE研究小組宣布開發(fā)IE