第4章-网络互联技术要点课件.ppt

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1、第4章 局域网技术,4.3介质访问控制方法,主要内容,4.1局部网技术概述,4.2局域网的模型与标准,4.4以太网技术,1,2,3,4,4.5虚拟局域网,5,4.6其他局域网技术简介,6,4.1 局域网概述,4.1.1 局域网的特点（1）规划、建设、管理与维护的自主性强（2）覆盖的地理范围小（3）综合成本低（4）传输速率高（5）误码率低，可靠性高（6）通常是由微机和中小型服务器构成,4.1.2 局域网的关键技术 1、局域网的网络拓扑结构：总线型、环型和星型。2、局域网的传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道。3、局域网的介质访问控制方法 IEEE802标准主要定义了3种类型的介质访问控

2、制方法：（1）带有冲突检测的载波侦听多路访问方法（2）令牌总线方法（3）令牌环方法,4.1.3 局域网体系结构 IEEE802委员会制定了具体的局域网模型和标准。,局域网各层功能：（1）物理层 物理层负责物理连接管理和在介质上传输比特流。其主要任务是描述介质接口的一些特性，如接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性等，与OSI的物理层相同。（2）数据链路层 数据链路层的主要作用是通过一些数据链路层协议，负责帧的传输管理和控制，在不太可靠的传输信道上实现可靠地数据传输。,LAN的数据链路层按照是否与介质有关划分为逻辑链路控制（LLC)子层和介质访问控制（MAC）子层。LLC子层 集中了与介质

3、无关的部分。具有帧传输、接收功能，帧的顺序控制和流量控制功能，并通过SAP向网络层提供服务。MAC子层 集中了与介质有关的部分。负责在物理层的基础上进行通信，维护数据链路功能，并向LLC子层提供服务。,4.1.4 局域网拓扑结构 局域网在网络拓扑结构上主要分为总线型、环型和星型3种基本结构。常见的总线型局域网有由同轴电缆做总线的10Base-5和10Base-2等。常见的环型局域网有FDDI网。常见的星型局域网有基于集线器的共享式以太网和基于各种交换机的交换式以太网。,4.2 局域网的模型与标准,4.2.1 IEEE802参考模型 1980年2月，美国电气与电子工程师协会IEEE成立了局域网标

4、准化委员会,专门从事局域网标准化工作。该委员会制定了IEEE802标准。4.2.2 IEEE802标准,802.2-逻辑链路控制LLC 802.3-CSMA/CD（以太网）802.4-Token Bus（令牌总线）802.5-Token Ring（令牌环）802.6-分布队列双总线DQDB-MAN标准802.8 FDDI（光纤分布数据接口）802.11 无线LAN,IEEE802标准的主要成员：,4.3 介质访问控制方法,4.3.1 CSMA/CD介质访问控制 IEEE802.3标准规定了CSMA/CD访问方法和物理层技术规范，采用IEEE802.3标准协议的典型局域网是以太网。CSMA/CD

5、是以太网的核心技术。1、CSMA/CD的发送工作过程 CSMA/CD的工作过程可以概括为4点：发前先听，边发边听，冲突停止，延迟重发。CSMA/CD发送过程流程图如下页所示。,2、CSMA/CD的接收工作过程,4.3.2 令牌环 IEEE802.5标准协议规定了令牌环访问方法和物理层技术规范，采用IEEE802.5标准协议的网络称作令牌环网。令牌环网的主要介质访问控制方法是令牌环访问控制方法。令牌环工作原理：（1）网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行。（2）发送站点必须等待，直到捕获到空令牌，才能发送数据帧。数据帧在环上绕行一周回到出发点，由发送节点校验无错后吸收数据帧，并释放令牌。（3）接

6、收节点复制数据帧，其它节点转发环上的数据帧。,4.3.3 令牌总线 IEEE802.4标准协议规定了令牌总线访问方法和物理层技术规范，采用IEEE802.4标准协议的网络称作令牌总线网。令牌总线网在物理结构上是总线结构，在逻辑结构上是环型。令牌总线介质访问控制方法的原理与令牌环介质访问控制方法相同。,4.4 以太网技术,4.4.1 以太网的产生与发展 1975年，由美国DEC、Intel和Xerox三家公司联合研制成功并公布了以太网的物理层与数据链路层规范。传统以太网速率只有10M,目前，不仅千兆以太网和万兆以太网已经进入主流应用，在实验室中，已经在开发40Gbit/s的以太网产品。,以太网标

7、准及IEEE802.3规范：,传统以太网 主要是10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T标准快速以太网 IEEE802.3u 双绞线，光纤千兆以太网 IEEE802.3z 屏蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab 双绞线万兆以太网 IEEE802.3ae 光纤,4.4.2 传统以太网技术 传统以太网的典型速率是10Mbit/s，在其物理层，定义了多种传输介质和拓扑结构，形成了一个10Mbit/s以太网标准系列，主要包括10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T等标准。例：,1、10BASE-2 10BASE-2网络采用总线型结构，主要使用的网络硬件有以下几种：（1）BN

8、C接口的网卡：使计算机作为节点连入网络。（2）50细同轴电缆：这是10BASE-2网络定义的传输介质。（3）T型连接器：用于细缆与网卡的连接。（4）50终端器：电缆两端各接一个，用于阻止信号反射。,10BASE-2网络,2、10BASE-5 10BASE-5网络也采用总线型结构，主要使用的网络硬件有以下几种：（1）AUI接口的网卡：使计算机作为节点连入网络。（2）50粗同轴电缆：这是10BASE-5网络定义的传输介质。（3）外部收发器：两端连粗缆，中间经AUI接口的由收发器连网卡。（4）收发器电缆：两头带有AUI接头，用于外部收发器和网卡之间的连接。（5）50终端器：电缆两端各接一个，用于阻止

9、信号反射。,10BASE-5网络,在实际应用中，由于粗缆可以传输更长的距离，而细缆比较经济，可以将粗缆和细缆结合起来使用。可以通过粗细转接器实现粗缆和细缆段的连接，混连时网络干线段长度介于185m和500m之间，也可以通过中继器将粗缆网段和细缆网段相连接。,3、10BASE-T 10BASE-T网络采用星型拓扑结构，典型的中心设备是集线器或交换机，主要使用的网络硬件有以下几种：（1）RJ-45接口的网卡：使计算机作为节点连入网络。（2）3类以上的UTP电缆：这是10BASE-T网络定义的传输介质。（3）RJ-45接头：电缆两端各压接一个RJ-45接头，用于网卡和集线器的连接。（4）10BASE

10、-T集线器：作10BASE-T网络的中心转发设备。,10BASE-T网络,4.4.3 快速以太网技术 1995年9月，IEEE802委员会正式公布了快速以太网标准IEEE802.3u。快速以太网保留了传统以太网的基本特征，即相同的帧格式、介质访问控制方法与组网方法，只是传输速率快了10倍。快速以太网定义了3种物理层标准：100BASE-TX,100BASE-T4和100BASE-FX。,4.4.4 吉比特与十吉比特以太网 吉比特以太网标准分为两类：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。（1）IEEE802.3z IEEE802.3z定义了基于光纤和屏蔽短双绞线的标准。1000BASE-

11、SX：只支持多模光纤，最大传输距离为220550m。1000BASE-LX：多模光纤最远距离550m，单模最远距离5km。1000BASE-CX：采用150屏蔽双绞线，传输距离为25m。,（2）IEEE802.3ab IEEE802.3ab定义的传输介质为5类UTP电缆，传输距离为100m，与10BASE-T和100BASE-T完全兼容。吉比特以太网的帧结构和介质访问控制方法仍采用IEEE802.3标准，所以，非常便于传统以太网和快速以太网向千兆以太网升级。,3）十吉比特以太网 2002年初，正式发布了10Gbit/s以太网的IEEE802.3ae规范。IEEE正在为10Gbit/s以太网制定

12、两个分离的物理层标准，一个是为LAN，另一个是为MAN制定。10Gbit/s以太网主要有以下特点：（1）帧格式不变（2）能使用多种光纤传输介质（3）只工作在全双工方式，不存在争用问题（4）保留了IEEE802.3标准，可以和低速以太网通信,4.4.4 交换式以太网技术 1、交换式以太网概述 传统的共享式以太网有很多局限性：（1）多节点共享传输介质，随着节点增多，冲突加大，网络性能会急剧下降。（2）网络总带宽不能满足日益增长的通信需求。（3）无法很好的支持多媒体信息服务。,典型的交换式局域网是交换式以太网，它的核心部件是以太网交换机。以太网交换机支持交换机端口之间的多个并发连接，实现多个节点之间

13、数据的并发传输，与共享介质工作方式有着本质的不同。因此，交换式以太网可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量。,交换式以太网,2、交换机的转发方式（1）存储转发：完整地接收整个数据，对数据进行差错检测。其优点是可靠性高，可支持不同速率端口之间的数据交换，缺点是交换延迟时间相对较长。（2）直接交换：读到目的地址字段，立即转发。其优点是转发速率快，缺点是无差错检测能力，不支持不同速率端口之间的数据交换。（3）改进的直接交换：读取并检测帧的长度，满足最小帧长要求则转发。是一种折中的方案。,3、交换式以太网的特点（1）以太网交换机的各个端口独占带宽。（2）具有较高的系统带宽。（3）交换机的每个端口

14、是一个冲突域，有逻辑分段与一定的安全功能。,4.5 虚拟局域网,4.5.1 虚拟局域网技术的产生 VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。IEEE于1999年公布了用于标准化VLAN实现方案的802.1Q协议标准草案。VLAN最突出的应用就是划分广播域。,一般来说，构造虚拟局域网有3个基本条件：（1）具有实现VLAN划分功能的交换机。（2）不同交换机上相同VLAN间的通信。（3）不同VLAN之间的路由。,4.5.4 VLAN的特征和优点 1、VLAN的特征 同一个VL

15、AN的成员属于同一个广播域，不同VLAN的成员属于不同的广播域；不同VLAN的成员通信需路由支持，相同VLAN的成员可直接通信，不需路由支持。,2、VLAN的优点（1）增强网络管理（2）控制广播风暴（3）提高网络的安全性,4.5.3 VLAN的划分方法（1）按交换机端口划分 这是最简单、最有效的VLAN划分方法，可以对单交换机或多交换机进行端口划分。缺点是当一个用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理员必须对VLAN成员重新进行配置。,（2）按MAC地址划分 这种方法使用节点的MAC地址来定义虚拟局域网。由于节点的MAC地址是与硬件相关的地址，所以，当节点移动到其他网段时，不需改变VLAN的

16、配置。其缺点是：VLAN的初始配置需手工完成，在较大规模网络中，工作量太大。,（3）按网络层地址划分 这种方法使用节点的网络层地址来定义虚拟局域网。例如，用IP地址来定义VLAN。但这种方法需检查网络层地址，速度比较慢，性能比较差。,(4）按网络协议划分 VLAN按网络层协议来划分，可分为IP、IPX、DECnet、Apple-Talk等VLAN网络。这种方法可能使广播域跨越多个交换机，容易造成某些VLAN站点数目较多，产生大量广播包，降低VLAN交换机的效率。,(5）按策略划分 基于策略组成的VLAN能实现多种分配方法，包括VLAN交换机端口、MAC地址、IP地址、网络层协议等。网络管理人员

17、可以根据自己的管理模式和本单位的需求来决定选择那种类型的VLAN。,4.5.4 VLAN的干道传输 所谓的VLAN干道传输是用来在不同的交换机之间进行连接，以保证在跨越多个交换机上建立的，同一个VLAN的成员能够相互通信，其中，交换机之间级连用的端口就称为主干道（Trunk）端口。,VLAN的干道传输,有两种VLAN中继协议可以选择：ISL和IEEE802.1Q。1、交换机间链路（ISL）：是一种CISCO专用的协议，用于连接多个交换机。2、IEEE802.1Q：IEEE802.1Q定义了一种新的帧格式，它在标准以太网帧的源地址后加了4B的帧标记，用来提供VLAN的信息。（1）TPID字段：表

18、明这是一个加了IEEE802.1Q标签的帧，其取值为固定的0 x8100。（2）TCI字段：包含的是帧的控制信息，包括优先级、VLAN的ID号等。,两种帧格式的比较,3、干道的作用 Trunk链路不属于任何一个VLAN，它在交换机之间起着VLAN管道的作用，可以传输不同的VLAN的数据。可以用帧过滤和帧标记法识别不同的VLAN信息，现在常用的是帧标记法。数据帧在干道上传输时，交换机在帧头信息中加入相应的VLAN ID，通过干道后，再去掉VLAN标记同时把帧送往相应的VLAN端口。,4.6 其他局域网技术简介,4.6.1 FDDI网络 FDDI是在网络与传输介质之间的一个接口标准。FDDI采用光

19、纤介质和双环型结构，数据传输速率为100Mbit/s。FDDI的介质访问控制方法和IEEE802.5标准相似，但FDDI中，源节点把数据帧发送出去后立即释放令牌，其他站点可以继续捕获令牌发送数据，即允许在环路中同时存在多个数据帧传输，以提高信道利用率。,FDDI基本结构是由2根光纤同时将网络上的所有节点串接成2个封闭的环路，其中一个称为主环，一个称为辅环。,FDDI既可以完成校园区局域网的互连，也可以做智能大厦的主干网络，既可以做企业网、校园网的互连主干，也可以在城域网中发挥作用，它是最早推出的高速令牌环型网，因此，一些早期的校园网，园区网都采用了FDDI方案。,4.6.2 ATM,ATM是一

20、种高速分组交换技术，采用了以信元为单位的存储转发方式，故又称为信元交换。ATM将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块，并在各数据块前装配地址、优先级等控制信息构成信元。信元由信元头部和有效载荷构成：,ATM采用统计复用的方式，可以有效的利用带宽，实时性好，在多媒体信息的传输上具有较大优势。其特点主要表现在：（1）采用了分组交换中的统计复用，动态按需分配带宽的技术。（2）采用固定长度信元，可用硬件逻辑完成对信元的接收、识别分类和交换，保证高速通信。（3）省去了差错控制、流量控制等协议，提高了网络效率。（4）可承载多种类型的业务。（5）是一种面向连接的技术。（6）具有QOS（服务质量）特性

21、。（7）ATM在专网、公网和LAN上都可以使用。,4.6.3 WLAN 无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输介质，提供传统有线局域网LAN的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。,WLAN标准主要是针对物理层和介质访问控制层，涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准，其中主要包括以下几种：（1）IEEE 802.11（2）IEEE 802.11b（3）IEEE 802.11a（4）IEEE 802.11g,Thank You!,