计算机网络课件局域网和城域网.ppt

第二章,局域网和城域网,主 要 内 容,局域网概述局域网参考模型局域网的几种类型局域网的基本组成网络发展模式 城域网简介,2.1 局域网概述,一、什么是局域网?是一个通信系统，在一定的地理区域（同一建筑、同一大学或社区）内，允许多台彼此独立的计算机在同一共享的介质上以一定的速率进行通信。,2.1 局域网的特点和拓扑结构,二、局域网的基本特征：覆盖的地理范围小（最多到几KM）传输延迟小传输速率高 一般可达10Mbps-1000Mbps可靠性好传输控制比较简单采用多种介质访问控制技术各站点之间形成平等关系而不是主从关系。能进行广播或多播(又称为组播)。为某个组织所拥有和使用,三、历史性网络技术与产品DECnetOracle SQLGroup 3 传真标准贺氏Smartmodem3Com 的EtherLink网卡Irma仿真卡Streettalk for Vinus令牌环网Cisco的AGS多协议路由器和Proteon多协议网关,四、局域网的拓扑结构,局域网一般不采用网状拓扑结构、而是使用总线型、环型等共享信道的拓扑结构以及星型结构。这样使网络的管理和控制比较简单。,用多个集线器组成的总线网,2.2 局域网的参考模型,局域网中，任意两个结点之间只有唯一的一条通路，不需要路径选择和流量控制，所以没有网络层，局域网的底层协议 只对应OSI参考模型的最底2层。物理层负责物理连接和在传输介质上传送比特流。数据链路层分为介质访问控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）,LLC层的主要作用：建立和释放与介质无关的数据链路的连接向高层提供服务。把高层来的数据分为若干数据单元（帧）接受和发送帧，并进行差错控制。MAC层主要作用管理链路上的通信，介质的访问控制在这一层完成。根据拓扑结构与传输介质的不同，有多种访问控制方式。在局域网中，每个结点的物理地址称为MAC地址，MAC层把源和目标的MAC地址放在帧中，再加上头部和尾部，形成MAC帧，交给物理层。,网卡的MAC地址 在每块网卡上都有一个全球唯一的MAC地址，该地址被存放在网卡上的站地址寄存器（PROM）中。MAC地址是一个48位地址，它用12个16进制数表示如0080.c84b.eb0a；MAC地址分为两部分，前24位表示网卡制造厂家的标识号（Vendor Code），由IEEE统一分配。后24位是网卡的系列号，由网卡的生产厂家分配，如图 厂家标识码 系列号（Serial Number）（Vendor Code）,有关MAC地址,每一块网络接口卡出厂时，硬件制造商分配给它一个物理地址，这个地址被烧入ROM中。在网络中，如果一个设备向另一个设备发送数据时，数据包带有目的主机的MAC地址，当数据通过网络介质时，网络中每个设备的NIC检查它的MAC地址是否与数据包中的目的地址相符，如果不相符，网络接口卡就忽略数据包。数据包沿网络到达下一个位置。如果匹配，网络接口卡拷贝数据包，把拷贝的数据包放到数据链路层。,那么？源主机又是如何知道目的主机的MAC地址呢？,ARPRARP,局域网不存在路由问题，因此不需要网络层。,2.3 局域网的几种类型,一、以太网 以太网是基于总线型的广播式网络，在已有的局域网标准中，最成功、应用最广泛。岂今为止，在10M以太网技术的基础上又开发出：100M快速以太网、1000M高速以太网和高带宽、全交换的以太网技术。只有遵循IEEE802.3协议的网络才称为以太网，与使用的介质类型无关。,载波监听多路访问/冲突检测,CSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下：（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。（2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。（3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。（4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。CSMA/CD发送过程可描述如下。,CSMA重发策略,媒体忙时，站点的等待策略：0坚持策略随机等待一段时间,再发送.1坚持策略继续监听，等媒体空闲立即重发.P坚持策略：媒体空闲时,以概率P发送,1-P延迟一个时槽.媒体忙，则继续监听直到信道空闲,实际的以太网布线工程中遵循的5-4-3原则:5指任意两个站点间最多有5个以太网网段，4指任意两个站点间最多有4个转发器，3表示任意两个站点间最多有3个网段有站点相连，也就是说如果两个站点间有5个以太网网段，并不是所有的网段都可以连接站点，有些网段只是用来扩展网络的距离。,10BASET计算机间的数据传输速率也为10Mbps，但具有更高的效率，但其费用比10BASE2高。它需要一台集线器（HUB）或交换机（SWITCH），SWITCH的效率比HUB高（因为使用HUB时该HUB上的所有计算机共享10M的传输带宽，而连接在SWTICH的每台计算机都独享10M带宽），SWTICH要比HUB昂贵，但对于小型的局域网使用HUB和SWITCH的差别并不是很大，因此对于小型局域网使用HUB就足够了。10Base具有物理结构是星型,每台计算机的网卡都要和HUB（或SWITCH）间通过双绞线连接。,目前可供使用的双绞线多为芯（4对）。Hub与计算机网卡用双绞线相连时所用的连接器称为RJ45，RJ45的接线标准有两个，T568A和T568B如图：,制作工程如下：（1）抽出一小段线，然後先把外皮剥除一段（2）双绞线反向缠绕开（3）据标准排线：注意这里是非常重要（4）铰齐线头（5）插入插头（6）用打线钳夹紧（7）使用测试仪测试,集线器(hub),二、令牌环网,环网的拓扑结构是所有结点串行连接而形成的一个封闭环路。,环路上的某个站点要发送信息（以下简称发送站），它仅需要把信息往它的下游站点发送即可。下游站点收到信息以后，要进行地址识别，以判断该信息是否是发送给本地主机的，如果不是发送给本地主机，则该站点把信息继续转发给它的后继站点；如果是发送给本地主机，则该站点会将此信息复制送给本地主机，另外，该站接收了信息以后，对已接收信息是继续转发还是终止该信包的传送是由环控制策略决定的。由环网的工作原理可以看出，当某一站点发送信包以后，在环路上的每个站点都可以接收到这个信包，而只有与该信包目的地址相同的工作站才会接收该信包，其它站点是不会接收该信包的。另外还可以看出，整个环形信道是由传输介质和中继器构成的，只要将信包送至环路，信包就会在中继转发器之间和传输介质上循环传送，直至到达目的地站点为止，并按照一定的策略将其取下。,4.5.3令牌环网的操作原理 a、当环上的一个工作站希望好送帧时，必须首先等待令牌。b、所谓令牌是一组特殊的比特，专门用来仲裁由哪个工作站访问网环。令牌由3个字节组成：开始分隔符字节表示令牌的开始;访问控制字节为令牌指定优先级和保留值;末端分隔符字节表示令牌的结束c、一旦收到令牌，工作站便可启动发送帧。帧中包括接收站的地址，以标识哪一站应接收此帧。帧在环上传送时，不管帧是否是针对自己工作站的，所有工作站都进行转发，直到待回到帧的始发站，并由该始发站撤消该帧。帧的意图接收者除转发帧外，应针对自身站的帧维持一个副本，并通过在帧的尾部设置“响应比特”来指示已收到此副本。d、工作站在发送完一帧后，应该释放令牌，以便出让给它站使用。,工作站A等待令牌从上游邻站到达本站，以便有发送机会。,工作站A将帧发送到环上，工作站C对发往它的帧进行拷贝，并继续将该帧转发到环上。,工作站A等待接收它所发的帧，并将帧从环上撤离，不再向环上转发。,令牌环主要优点是它提供对传输介质访问的灵活控制。而且在负载很重的情况下，这种令牌环的控制策略是高效和公平的。它的主要缺点一个是在轻负载的情况下，由于传输信包前必须要等待一个空令牌的到来，这样造成了一些低效率，另一个是需要对令牌进行维护，一旦令牌丢失，环网便不能再运行，所以在环路上要设置一个站点作为环上的监控站点，来保证环上有且仅有一个令牌。,2.4 局域网的基本组成一、网络硬件 当要把两台以上的计算机连成局域网时，不仅需要为每台连网计算机安装网络接口卡，还需要一条通信电缆和介质连接器等附属部件，将计算机与电缆连接在一起。根据不同的联网技术，有时还需要使用集线器、交换机、路由器等网络设备，以实现局域网的物理连接。例如：用10Base-T以太网技术建立一个局域网如图2-1。,以下分别介绍网络硬件：(1)网络服务器(2)网络工作站(3)网络接口卡(4)网络设备(5)传输介质,1、网络服务器 网络服务器是连在局域网上的一台计算机，即一个网络结点。该结点的特殊功能是为网络用户提供各种网络服务和共享资源。提供网络通信功能，为网络用户提供、管理、分配各种软硬件资源 提供文件管理功能，如：文件和目录的存取与安全保护、共享数据库的管理与访问、数据的存储与共享、对共享软件的管理和磁盘管理等 提供各种Internet信息服务，如：文件服务、打印服务、存储服务、电子邮件服务、域名服务、Web服务、文件传输服务 提供各种网络应用服务，如：信息管理系统、远程教学、电子图书馆、IP Phone、电子商务和远程医疗、视频点播、电视会议等多媒体应用 提供网络管理功能，监控网络运行情况，对网络进行性能管理、失效管理、配置管理、设备管理等,2、网络工作站 网络工作站是指用户能够在网络环境中工作，访问网络共享资源的计算机系统，通常又被称为客户机（Client）。它的主要作用是为网络用户提供一个访问网络服务器、共享网络资源、与网上的其他结点交流信息的操作台和前端窗口，使用户能够在网上工作。在网络工作站上，必须安装一块网络接口卡，并通过通信电缆及介质连接设备和网络设备把它连接到网络上，成为局域网网上的一个站点。网络工作站不仅能够访问本机的本地资源，同时也能访问网络上所有的远程资源（只要权限允许）。当网络工作站不在网上操作时，仍可以作为一台独立的计算机使用。,3、网络接口卡 网络接口卡（NIC-Network Interface Card）又称网络适配器(NIA-Network Interface Adapter)，简称网卡。用于实现联网计算机和网络电缆之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。在局域网中，每一台联网计算机都需要安装一块或多块网卡，通过介质连接器将计算机接入网络电缆系统。网卡完成物理层和数据链路层的大部分功能，包括网卡与网络电缆的物理连接、介质访问控制（如：CSMA/CD）、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误校验、数据信号的编/解码（如：曼彻斯特代码的转换）、数据的串、并行转换等功能 图4-2 网卡逻辑总框图,Parallel data stream converted to a serial data stream,Serial data,16-bitparallel data,中继器（RP repeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。,4、集线器,HUB是用双绞线组建以太网的重要连接设备。集线器（Hub）的功能是把从一个端口上接收到的信息在其他端口商广播发送，所以，逻辑上，用集线器组成的局域网属于总线型网络。,5、交换机主要作用把局域网分成网段，减少流量，避免冲突，增加带宽，以提高局域网的性能。（有时也把局域网交换机称为交换式集线器）,5、传输介质 无屏蔽双绞线 屏蔽双绞线 同轴电缆 光缆,二、网络软件 协议和软件在网络通信中扮演了极为重要的角色。网络软件可大致分为网络系统软件和网络应用软件。网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络通信和网络资源分配与共享功能的网络软件，它为用户提供了访问网络和操作网络的友好界面。网络系统软件主要包括网络操作系统(NOS)、网络协议软件和网络通信软件等，著名的网络操作系统Netware和广泛应用的协议软件TCP/IP软件包以及各种类型的网卡驱动程序都是重要的网络系统软件。网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件，它为用户提供一些实际的应用。网络应用软件既可用于管理和维护网络本身，也可用于某一个业务领域，如：网络管理监控程序、网络安全软件、分布式数据库、MIS）、数字图书馆、Internet信息服务、远程教学、远程医疗、视频点播等。网络应用的领域极为广泛，应用软件也极为丰富。,2.5 网络发展模式 一、基于服务器的网络,随着网络规模和流量的增加，网络上需要多于一台的服务器，用来快速处理来自网络客户的请求，并保证文件和目录的安全。服务器的类型：文件和打印服务器应用服务器邮件服务器传真服务器通信服务器,优点：在为用户保持性能和安全的同时，服务器向用户提供对多个文件和打印机的访问。便于集中管理和控制。,二、对 等 网（Peer to Peer）,在对等网络中，没有专用的服务器或计算机之间的分工。所有的计算机是平等的，每台计算机即是客户机又是服务器。没有一个负责整个网络的管理员。每台计算机的用户自己决定把他们计算机上什么样的数据共享到网络上。对等网络也称为工作组网络，典型情况下有10台以下的计算机。成本很低。什么地方适合建立对等网络,10个或更少的用户用户都位于同一个地方安全不和重要机构和网络在可见的将来不会有很大的增长。所有用户可以以任何方式来共享他们的任何资源，包括数据、打印机、传真机、扫描仪。安全：对资源设置口令。,三、客户机/服务器模式,A simple client/server network,Clients,Server,C/S模式中C（客户机）和S（服务器）完全按照其在网络中所担任的角色而定，可简单定义为客户机：提出服务请求的一方；服务器：提供服务的一方，即在网络中响应需求方请求并“提供服务”的一方。C/S模式的应用程序运作原理如图所示。在此原理图中，网络操作系统为Netware，服务器运行多用户SQL数据库，工作站通过SQL的客户程序向数据库发出查询请求，SQL服务器执行这一查询并将结果返回客户。,C/S模式网络操作系统具有如下特点：每个局域网上至少具备一台服务器，专为网络提供共享资源和服务，因此对服务器要求较高。客户机可以访问网络服务器上的全部共享资源，但本机资源只供本机用户使用。具有良好的网络性能并适合于较大规模网络。,案例一,一家小型、独立的商业/家庭/生命保险公司包括一个老板、一个经理、一个管理员和5个代理，公司决定实施一个网络，公司占据了办公区的一个小型建筑物的半座楼。公司业务在过去的四年中一直保持稳定。但最近业务有了增长，为了处理业务的增长，将雇佣新的代理。问：若你被邀请为这家公司设计网络，那么1.你将建议这家公司采用什么类型的网络：对等网络基于服务器网络2.这种情况下，什么样的网络拓扑结构合适？总线环型星型星型总线星型环,4.6.2 双机互连PC双机互连方法：1、并行口：DOS 下运行Intersvr、Interlnk命令。25针并行口电缆。2、串行口：DOS下：Lcopy3、Window 95/98下直接电缆连接：9针串口25针并行口、串口4、PC AnyWhare连接解制解调器局域网USB口电缆,思考与练习题1.什么是局域网？局域网的主要特点有那些？2.局域网的硬件系统一般由哪些部分组成，各部分的主要功能是什么？3.什么是网卡？它的主要功能是什么？试画出网卡的逻辑框图？4.何谓MAC地址？MAC地址是物理地址吗？5.在局域网中服务器的作用是什么？通常有那几类服务器？6.局域网的通常使用的传输介质是什么？8.目前局域网常用的介质访问控制方法有哪几种？它们的特点？都用于什么网络？9.简要叙述CSMA/CD的工作原理。10.局域网的基本组成部分有哪些？11.局域网将数据链路层分为哪两个子层，请说明各子层的主要功能。14.以太网技术成功的原因何在？为什么它的应用最广泛？15.何为交换式局域网？它与共享式局域网的根本区别是什么？16.交换式局域网的特点是什么？目前有哪两类交换技术？17.请叙述局域网交换机的工作原理，它与ATM交换的区别。18.什么是VLAN?它有什么优越性？划分VLAN的方法有几种？19.说明FDDI的含义及其特点？20.什么是千兆以太网？它还是以太网吗？从技术角度看它与以太网有什么异 同之处？21.目前已公布的千兆以太网标准有哪些？请叙述标准的主要内容。,2.6 城域网简介,城域网的目标是在一个城市的范围内，实现多种媒体信息的高速传输。实现城域网的标准和技术有：FDDI、ATM、分布式队列总线等。,一、FDDI光纤环网,FDDI，即光纤分布式数据接口，是以光纤传输介质的局域网标准，由美国国家标准协会ANSI X3T9.5委员会制定。FDDI采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输，副环为冗余的备用环。1FDDI网的网络拓扑结构 2FDDI介质访问控制方式 3FDDI的组网,1FDDI网的网络拓扑结构,FDDI的网络拓扑结构属于星形、环形结构，如图所示。,图4-16 FDDI的网络拓扑结构,2FDDI介质访问控制方式,FDDI所采用的介质访问控制方式与IEEE802.5标准中的对应部分相似。所不同的是802.5中采用的是单数据帧访问方式；而在FDDI中则采用多数据帧访问方式，即允许在环路中同时存在着多个数据帧，可提高信道利用率。,3FDDI的组网,一个FDDI一般包括光纤、工作站、集线器和网卡等部分。在FDDI上所连接的工作站有双附接站（DAS）和单附接站（SAS）两类。凡是要直接连接到FDDI网上的设备，都应配置FDDI网卡。FDDI网卡分为双附接网卡和单附接网卡两种。,返回本节,二、ATM局域网,1ATM基本概念及参考模型 2ATM网络互连技术 3ATM局域网络工程,1ATM基本概念及参考模型,图4-17 ATM适配层（ALL）,表4-2 AAL业务分类,2ATM网络互连技术,图4-18 ATM星型与HUB连接技术实例,图4-19 典型ATM传输网（由ATM层和物理层组成）,图4-20 ATM局域网仿真LAN示意图,3ATM局域网络工程,图4-21 ATM局域网络工程演示图,返回本节,