《局域网技术》PPT课件.ppt
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1、第第5 章章 局域网技术局域网技术本章基本要求:本章基本要求:l掌握常见的局域网拓扑结构,掌握常见的局域网拓扑结构,l掌握以太网技术;掌握以太网技术;l理解局域网的特点和功能,理解局域网的特点和功能,l理解理解IEEE802IEEE802标准,标准,l理解两类介质访问控制的原理,理解两类介质访问控制的原理,l理解无线局域网的工作原理和基本的组网方式;理解无线局域网的工作原理和基本的组网方式;l了解令牌环网、了解令牌环网、FDDIFDDI技术,技术,l了解了解VLANVLAN的概念与实现方式。的概念与实现方式。l了解常用的网络操作系统。了解常用的网络操作系统。1/11/2023计算机网络技术实用
2、教程(第3版)第第5 章章 局域网技术局域网技术5.1 5.1 局域网概述局域网概述5.2 IEEE8025.2 IEEE802标准标准 5.3 5.3 介质访问控制介质访问控制 5.4 5.4 共享式以太网和交换式以太网共享式以太网和交换式以太网 5.5 5.5 高速以太网高速以太网5.6 5.6 其他种类的高速局域网其他种类的高速局域网 5.7 5.7 无线局域网无线局域网 5.8 5.8 虚拟局域网虚拟局域网 5.9 5.9 网络操作系统网络操作系统 1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述5.1.1 局域网的特点局域网技术是当前计算机网络研究与应用
3、的一个热点问题,也是目前局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题,也是目前技术发展最快的领域之一。局域网具有如下特点:技术发展最快的领域之一。局域网具有如下特点:(1)网络所覆盖的地理范围比较小。网络所覆盖的地理范围比较小。(2)数据的传输速率比较高,近年来已达到数据的传输速率比较高,近年来已达到1000Mbps、10000Mbps。(3)具有较低的延迟和误码率。具有较低的延迟和误码率。(4)局域网络的经营权和管理权属于某个单位所有,与广域网通常由服局域网络的经营权和管理权属于某个单位所有,与广域网通常由服务提供商提供形成鲜明对照。务提供商提供形成鲜明对照。(5)便于安装、维护和扩充
4、,建网成本低、周期短。便于安装、维护和扩充,建网成本低、周期短。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述5.1.2 常见的局域网拓扑结构常见的局域网拓扑结构在计算机网络中,把计算机、终端、通信处理机等设备在计算机网络中,把计算机、终端、通信处理机等设备抽象成点,把连接这些设备的通信线路抽象成线,并将由抽象成点,把连接这些设备的通信线路抽象成线,并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。网络拓扑结这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。网络拓扑结构反映出网络的结构关系,它对于网络的性能、可靠性以构反映出网络的结构关系,它对于网络的性能、可靠性以及建设管理
5、成本等都有着重要的影响,因此网络拓扑结构及建设管理成本等都有着重要的影响,因此网络拓扑结构的设计在整个网络设计中占有十分重要的地位,在网络构的设计在整个网络设计中占有十分重要的地位,在网络构建时,网络拓扑结构往往是首先要考虑的因素之一。建时,网络拓扑结构往往是首先要考虑的因素之一。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述1星形拓扑(Star-Topology)星形拓扑是由中央结点和通过点对点链路接到中央结点的各站点(网络工作站等)组成,如图5.1所示。星形拓扑以中央结点为中心,执行集中式通信控制策略,因此,中央结点相当复杂,而各个站的通信处理负担都很小,又
6、称集中式网络。中央控制器是一个具有信号分离功能的“隔离”装置,它能放大和改善网络信号,外部有一定数量的端口,每个端口连接一个站点,如Hub集线器、交换机等。采用星形拓扑的交换方式有线路交换和报文交换,尤以线路交换更为普遍,现有的数据处理和声音通信的信息网大多采用这种拓扑。一旦建立了通信的连接,可以没有延迟地在两个连通的站点之间传输数据。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述配线架图5.1 星形拓扑结构 图5.2 带有配线架的星形拓扑 星形拓扑的优点是结构简单,管理方便,可扩充性强,组星形拓扑的优点是结构简单,管理方便,可扩充性强,组网容易。利用中央结点可
7、方便地提供网络连接和重新配置;且网容易。利用中央结点可方便地提供网络连接和重新配置;且单个连接点的故障只影响一个设备,不会影响全网,容易检测单个连接点的故障只影响一个设备,不会影响全网,容易检测和隔离故障,便于维护。和隔离故障,便于维护。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述星形拓扑的缺点是:每个站点直接与中央结点相连,需星形拓扑的缺点是:每个站点直接与中央结点相连,需要大量电缆,因此费用较高;要大量电缆,因此费用较高;如果中央结点产生故障,则全网不能工作,所以对中央如果中央结点产生故障,则全网不能工作,所以对中央结点的可靠性和冗余度要求很高。结点的可靠
8、性和冗余度要求很高。2总线拓扑(总线拓扑(Bus Topology)总线拓扑采用单根传输线作为传输介质,所有的站点都总线拓扑采用单根传输线作为传输介质,所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上。任何通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上。任何一个站点发送的信息都可以沿着介质传播,而且能被所有一个站点发送的信息都可以沿着介质传播,而且能被所有其他的站点接收。图其他的站点接收。图5.3是总线拓扑,如图是总线拓扑,如图5.4所示是带有所示是带有中继器的总线拓扑。中继器的总线拓扑。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述中继器图5.3 典型的
9、总线拓扑结构图5.4 带有中继器的总线拓扑1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述总线拓扑的优点是:结构简单,实现容易;易于安装和总线拓扑的优点是:结构简单,实现容易;易于安装和维护;价格低廉,用户站点入网灵活。维护;价格低廉,用户站点入网灵活。总线拓朴结构的缺点是:传输介质故障难以排除,并且总线拓朴结构的缺点是:传输介质故障难以排除,并且由于所有结点都直接连接在总线上,因此任何一处故障都由于所有结点都直接连接在总线上,因此任何一处故障都会导致整个网络的瘫痪。会导致整个网络的瘫痪。不过,对于站点不多(不过,对于站点不多(10个站点以下)的网络或各个站个站点
10、以下)的网络或各个站点相距不是很远的网络,采用总线拓扑还是比较适合的。点相距不是很远的网络,采用总线拓扑还是比较适合的。但随着在局域网上传输多媒体信息的增多,目前这种网络但随着在局域网上传输多媒体信息的增多,目前这种网络正在被淘汰。正在被淘汰。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述3环形拓扑(环形拓扑(Ring Topology)环形拓扑由一些中继器和连接中环形拓扑由一些中继器和连接中继器的点到点链路首尾相连形成一个继器的点到点链路首尾相连形成一个闭合的环。如图闭合的环。如图5.5所示,每个中继所示,每个中继器都与两条链路相连,它接收一条链器都与两条链路
11、相连,它接收一条链路上的数据,并以同样的速度串行地路上的数据,并以同样的速度串行地把该数据送到另一条链路上,而不在把该数据送到另一条链路上,而不在中继器中缓冲。这种链路是单向的,中继器中缓冲。这种链路是单向的,也就是说,只能在一个方向上传输数也就是说,只能在一个方向上传输数据,而且所有的链路都按同一方向传据,而且所有的链路都按同一方向传输,数据就在一个方向上围绕着环进输,数据就在一个方向上围绕着环进行循环。行循环。图图5.5 环环形拓扑形拓扑结结构构1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述4树形结构(树形结构(Tree Topology)树形拓扑是从总线拓
12、树形拓扑是从总线拓扑演变而来的,它把星扑演变而来的,它把星形和总线形结合起来,形和总线形结合起来,形状像一棵倒置的树,形状像一棵倒置的树,顶端有一个带分支的根,顶端有一个带分支的根,每个分支还可以延伸出每个分支还可以延伸出子分支,如图子分支,如图5.6所示。所示。图5.6 树形网络拓扑结构1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述5星形环拓扑星形环拓扑星形环拓扑是将星形拓扑和环形拓扑混合起来的一种拓星形环拓扑是将星形拓扑和环形拓扑混合起来的一种拓扑,试图取这两种拓扑的优点于一个系统中,克服了典型扑,试图取这两种拓扑的优点于一个系统中,克服了典型的星形和典型的
13、环形两个拓扑的不足和缺陷。这种拓扑的的星形和典型的环形两个拓扑的不足和缺陷。这种拓扑的配置是由一批接在环上的连接集中器(实际上是指安装在配置是由一批接在环上的连接集中器(实际上是指安装在楼内各层的配线架)组成,从每个集中器按星形结构接至楼内各层的配线架)组成,从每个集中器按星形结构接至每个用户站上。如图每个用户站上。如图5.7所示。所示。星形环拓扑的优点是故障诊断和隔离,易于扩展,安装星形环拓扑的优点是故障诊断和隔离,易于扩展,安装电缆方便。电缆方便。星形环拓扑的缺点是需要智能的集中器,电缆安装电缆星形环拓扑的缺点是需要智能的集中器,电缆安装电缆长,安装不方便等。长,安装不方便等。1/11/2
14、023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述子分支主干环图图5.7 星形星形环环拓扑拓扑1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述6拓扑的选择拓扑的选择拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑时,应该考虑的主要因素有以下几点。确定紧密相关。选择拓扑时,应该考虑的主要因素有以下几点。(1)经济性)经济性:网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的费用。费用。(2)灵活性)灵活性:灵活性以及可扩充性也是选择网络拓扑结构
15、时灵活性以及可扩充性也是选择网络拓扑结构时应充分重视的问题。网络的可调整性与灵活性以及可扩充性都应充分重视的问题。网络的可调整性与灵活性以及可扩充性都与网络拓扑直接相关。与网络拓扑直接相关。(3)可靠性)可靠性:网络的可靠性是任何一个网络的生命。网络拓网络的可靠性是任何一个网络的生命。网络拓扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性。扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性。总之,选择局域网拓扑时,需要考虑的因素很多,这些因素总之,选择局域网拓扑时,需要考虑的因素很多,这些因素同时影响网络的运行速度和网络软硬件接口的复杂程度等。同时影响网络的运行速度和网络软硬件接口的复杂程度等。1/11/2023计
16、算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准5.2.1 IEEE 802标准概述标准概述1985年年IEEE公布了公布了IEEE 802标准的五项标准文本,同年为标准的五项标准文本,同年为美国国家标准局(美国国家标准局(ANSI)采纳作为美国国家标准。后来,国际标)采纳作为美国国家标准。后来,国际标准化组织(准化组织(ISO)经过讨论,建议将)经过讨论,建议将802标准定为局域网国际标准。标准定为局域网国际标准。IEEE 802为局域网制定了一系列标准,主要有如下几种。为局域网制定了一系列标准,主要有如下几种。IEEE 802.1:描述局域网体系结构以及寻址、网络管理和:描述局域
17、网体系结构以及寻址、网络管理和网络互连(网络互连(1997)。)。IEEE 802.1G:远程:远程MAC桥接(桥接(1998)。规定本地)。规定本地MAC网桥操作远程网桥的方法。网桥操作远程网桥的方法。IEEE 802.1H:在局域网中以太网:在局域网中以太网2.0版版MAC桥接桥接(1997)。)。IEEE 802.1Q:虚拟局域网(:虚拟局域网(1998)。)。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准 IEEE 802.2:定义了逻辑链路控制(:定义了逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务)子层的功能与服务(1998)。)。IEEE 802.3:描述
18、带冲突检测的载波监听多路访问(:描述带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)的访问方法和物理层规范(的访问方法和物理层规范(1998)。)。IEEE 802.3ab:描述:描述1000Base-T访问控制方法和物理层技术规访问控制方法和物理层技术规范(范(1999)。)。IEEE 802.3ac:描述:描述VLAN的帧扩展(的帧扩展(1998)。)。IEEE 802.3ad:描述多重链接分段的聚合协议(:描述多重链接分段的聚合协议(Aggregation of Multiple Link Segments)()(2000)。)。IEEE 802.3i:描述:描述10Base-T访问控制方
19、法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.3u:描述:描述100Base-T访问控制方法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.3z:描述:描述1000Base-X访问控制方法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.3ae:描述:描述10GBase-X访问控制方法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准 IEEE 802.4:描述:描述Token-Bus访问控制方法和物理层技术访问控制方法和物理层技术规范。规范。IEEE 802.5
20、:描述:描述Token-Ring访问控制方法和物理层技术访问控制方法和物理层技术规范(规范(1997)。)。IEEE 802.5t:描述:描述100 Mbps高速标记环访问方法高速标记环访问方法(2000)。)。IEEE 802.6:描述城域网(:描述城域网(MAN)访问控制方法和物理层技)访问控制方法和物理层技术规范(术规范(1994)。)。1995年又附加了年又附加了MAN的的DQDB子网上面向连接子网上面向连接的服务协议。的服务协议。IEEE 802.7:描述宽带网访问控制方法和物理层技术规范。:描述宽带网访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.8:描述:描述FDDI访问控制方法
21、和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.9:描述综合语音、数据局域网技术(:描述综合语音、数据局域网技术(1996)。)。IEEE 802.10:描述局域网网络安全标准(:描述局域网网络安全标准(1998)。)。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准 IEEE 802.11:描述无线局域网访问控制方法和物理:描述无线局域网访问控制方法和物理层技术规范(层技术规范(1999)。)。IEEE 802.12:描述:描述100VG-AnyLAN访问控制方访问控制方法和物理层技术规范。法和物理层技术规范。IEEE 802.14:描述利用:
22、描述利用CATV宽带通信的标准宽带通信的标准(1998)。)。IEEE 802.15:描述无线私人网(:描述无线私人网(Wireless Personal Area Network,WPAN)。)。IEEE 802.16:描述宽带无线访问标准:描述宽带无线访问标准(Broadband Wireless Access Standards),由),由两部分组成。两部分组成。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准5.2.2 局域网的体系结构局域网的体系结构局域网的体系结构与局域网的体系结构与OSI模型有相当大的区别,如图模型有相当大的区别,如图5.9所示,局域
23、网只涉及所示,局域网只涉及OSI的物理层和数据链路层。为的物理层和数据链路层。为什么没有网络层及网络层以上的各层呢?首先局域网是一什么没有网络层及网络层以上的各层呢?首先局域网是一种通信网,只涉及到有关的通信功能,所以至多与种通信网,只涉及到有关的通信功能,所以至多与OSI参参考模型中的下考模型中的下3层有关。其次,由于局域网基本上采用共层有关。其次,由于局域网基本上采用共享信道的技术,所以也可以不设立单独的网络层。也就是享信道的技术,所以也可以不设立单独的网络层。也就是说,不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链路层,说,不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链路层,当这些不同的局域网需要在
24、网络层实现互连时,可以借助当这些不同的局域网需要在网络层实现互连时,可以借助其他已有的通用网络层协议(如其他已有的通用网络层协议(如IP协议)实现。协议)实现。1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准IEEE 802标准逻辑链路子层(LLC)介质访问控制子层(MAC)物理信号(PS)物理介质连接设备(PMA)物理介质连接单元接口(AUI)介质访问控制(MAU)ISO/OSI高层物理层数据链路层图5.9 IEEE 802局域网实现模型1/11/2023计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准1物理层物理层局域网的物理层是和局域网的物理层是
25、和OSI参考模型的物理层功能相当的,参考模型的物理层功能相当的,主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传输,定义局域主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传输,定义局域网物理层的机械、电气、规程和功能特性。如信号的传输网物理层的机械、电气、规程和功能特性。如信号的传输与接收、同步序列的产生和删除等,物理连接的建立、维与接收、同步序列的产生和删除等,物理连接的建立、维护、撤销等。护、撤销等。物理层还规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、物理层还规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、拓扑结构和传输速率。例如,信号编码可以采用曼彻斯特拓扑结构和传输速率。例如,信号编码可以采用曼彻斯特编码,传输介
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