【教学课件】第四章局域网技术.ppt
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1、局域网技术,第四篇,第四章局域网技术,本章主要内容,局域网的定义和特性局域网的体系结构局域网的组成网络互连设备以太网的产品标准高速局域网技术,第一节 局域网的定义和特性,4.1 局域网的定义和特性,局域网的定义,局域网是一种小范围地域内的微机组网,一般由微型计算机、外部设备、网络接口卡和通信线路等硬件连接而成,并配有相应的网络控制软件。局域网中的微机一般采用分散控制方式,每台微机都可独立工作。,l局域网地域范围小,通常是一个办公室,一座在楼或楼群计算机和设备的组网l局域网上的数据传输速度快。l 局域网中数据传输质量高,误码率低。l成本低,易于安装,使用灵活。lLAN是通过物理信道通信的,常用介
2、质有同轴电缆、双绞线和光纤等。,第二节 局域网的体系结构,4.2.1 局域网的体系结构,4.2.2 局域网各层功能,一、物理层 与OSI模型的物理层定义的相当二、MAC子层 解决与媒体有关的问题。包括将数据组装成帧;管理和控制对于局域网传输媒体的访问三、LLC子层 建立和释放数据链路层的逻辑连接 提供与高层的接口 给帧加上序号,流量控制,差错控制等功能,4.2.3典型局域网标准,根据MAC子层对媒体访问控制的方法不同,将局域网分为三种:802.3(CSMA/CD),802.4(令牌总线),802.5(令牌环网)一、以太网标准1以太网的定义:通常指采用CSMA/CD媒体访问机制的局域网2、以太网
3、的基本拓扑结构:总线型,星型3、普通以太网传输信号的编码:曼彻斯特、差分曼彻斯特编码,4.2.3典型局域网标准,4、CSMA/CD机制特点CSMA/CD方法的出现是因为CSMA方法有一个最主要的缺点,那就是如果两台计算机都检测出传输介质空闲的状态,就会几乎同时都开始传送数据,于是碰(collision)就发生了。网络数据发生碰撞时,网络的电压会升高,此时网络的电压值大于不同时传送数据时计算机上的电压值,因此可得知发生了碰撞。CSMA/CD包含两个方面的内容,即载波侦听多路访问(CSMA)和冲突检测(CD)。总线型局域网中,当某一个节点要发送数据时,它首先要先去检测网络上的介质是否有数据正在传送
4、,然后决定是否将数据送上网络。如果没有任何数据在传送(即处于空闲状态),则立即抢占信道发送数据;如果信道正忙(即处于忙碌状态),则需要等待直至信道空闲再发数据 往往同时会有多个节点侦听到信道空闲并发送数据,这就可能发生冲突。冲突怎么办?CSMA/CD采取一种巧妙的解决方法,就是在发送数据的同时,进行冲突检测,一旦发现冲突,立刻停止发送,并等待冲突平息以后,再进行CSMA/CD,直至将数据成功地发送出去为止。,4.2.3典型局域网标准,CSMA/CD机制特点小结:先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发。5、CSMA/CD对以太网中数据帧的最小帧长的要求最小帧长=2X(两站点间最大的距离/传
5、播速度)X传输速率6、随机延迟的算法:“二进制退避算法”7、图解CSMA/CD机制,CSMA/CD发送过程,4.2.3典型局域网标准,二、令牌环网1、令牌环网的组成:它是由高速数字通信信道和环接口组成,节点主机通过环接口连接到网内,4.2.3典型局域网标准,2、令牌环网中数据帧格式(1)令牌帧令牌(Token)可以理解为一种“通行证”,哪一个节点获取了它,就有权向环路发送数据。(图1)(2)数据帧(图2),(图2),4.2.3典型局域网标准,3、令牌环工作原理例如:当节点A想要发送数据时的步骤如下:A节点要等待令牌的到来,并检测该令牌是否为空闲状态。若是空闲状态进行步骤2,否则继续等待。将得到
6、的令牌的空闲改为忙碌(busy)状态,例如二进制代码表示为“00000000”。构成一个信息帧,即将数据(data)与忙碌的Token附在一起发送出去。当忙碌的token沿着环型网经过每一个节点时,每个节点首先会先检查数据单元中的目的地址。如果目的地址与本节点地址相符,则由本节点将数据接收下来,进行拷贝操作,并以应答报文的形式作出回答,然后再传送给下一个节点。当忙碌的Token与数据单元回到原来发送节点时,该节点将会除去数据单元,并将忙碌的Token改为空闲状态。接着检查目的节点送来的应答信息,如果为ACK(确认),则表示目的节点接收正确,至此,完成了一次数据传送。反之,需要等待再得到令牌时进
7、行重发。,4.2.3典型局域网标准,4、对令牌帧和数据帧的维护(1)帧的丢失:采用超时机制(2)无法消除帧:在环中设立“监控站”检测“监视位M”,4.2.3典型局域网标准,三令牌总线:物理上为总线结构,利用802.3广播电缆的可靠性逻辑上为环网:所有的站点组成一个环,每个站点按序分配一个逻辑地址。每个站点都知道在它前面和后面的站地址,最后一个站点后面相邻的站点是第一个站点。逻辑环初始化后,站号(站地址)最大的站点可以发送第一帧。此后,该站点通过发送称为令牌的特殊控制帧给紧接其后的邻站,把发送权传给它。令牌绕逻辑环传送,只有令牌持有者才能够发送帧。因为任一时刻只有一个站点拥有令牌,所以不会产生冲
8、突,从而具有环网能确知最坏情况的特性。,逻辑环(站点20、40不在环中),令牌总线配置(图中总线上站点按物理地址排序,标准中并未如此规定),4.2.3典型局域网标准,令牌总线:MAC协议:,访问控制环初始化:当网络开始运行时,或者在逻辑环损坏后,它必须重新初始化。需要某种协同的、分布式算法来找出谁是第一个站、谁是第二个站等等以构成一个逻辑环。插入环:定期给尚未加入环的站点以机会,将它们插入到逻辑环中的适当位置。退出环:站点能把自己从环中删除。环恢复:由于传输错误或站点故障而将令牌丢失时,需要一些恢复的办法。,4.2.3典型局域网标准,第三节 局域网的组成,4.3.1 局域网的基本组成元素,网络
9、服务器工作站网络适配器,其他元素:传输介质;网络互连设备等。,4.3.2局域网的组成元素网络服务器,服务器是整个网络系统的核心,它为网络用户提供服务并管理整个网络,在其上运行的操作系统是网络操作系统。随着局域网络功能的不断增强,根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不同把服务器分为:文件服务器、打印服务器和通信服务器。其中文件服务器能将大量的磁盘存贮区划分给网络上的合法用户使用,接收客户机提出的数据处理和文件存取请求;打印服务器接收客户机提出的打印要求,及时完成相应的打印服务;通信服务器负责局域网与局域网之间的通信连接功能。一般在局域网中最常用的是文件服务器。在整个网络中,服务器的工作量
10、通常是普通工作站的几倍甚至几十倍。,4.3.3局域网的组成元素工作站,工作站又称客户机。客户机是指当一台计算机连接到局域网上时,这台计算机就成为局域网的一个客户机。客户机与服务器不同,服务器是为网络上许多网络用户提供服务以共享它的资源,而客户机仅对操作该客户机的用户提供服务。客户机是用户和网络的接口设备,用户通过它可以与网络交换信息,共享网络资源。客户机通过网卡、通信介质以及通信设备连接到网络服务器。例如有些被称为无盘工作站的计算机没有它自已的磁盘驱动器,这样的客户机必须完全依赖于局域网来获得文件。客户机只是一个接入网络的设备,它的接入和离开对网络不会产生多大的影响,它不象服务器那样一旦失效,
11、可能会造成网络的部分功能无法使用,那么正在使用这一功能的网络都会受到影响。现在的客户机都用具有一定处理能力的PC(个人计算机)机来承担。,4.3.4局域网的组成元素网络适配器,网络适配器NIC(Network Interface Card)也就是俗称的网卡。网卡是构成计算机局域网络系统中最基本的、最重要的和必不可少的连接设备,计算机主要通过网卡接入局域网络。1、网卡的主要作用(1)它是主机与介质的桥梁设备(2)实现主机与介质之间的电信号匹配(3)提供数据缓冲能力(4)控制数据传送的功能(网卡一方面负责接收网络上传过来的数据包,解包后,将数据通过主板上的总线传输给本地计算机;另一方面它将本地计算
12、机上的数据打包后送入网络。)(5)有串并转换功能,4.3.4局域网的组成元素网络适配器,2、网卡的接口类型RJ45、BNC、AUI、SC、ST等3、网卡的传输速率10MBPS、100MBPS、1000MBPS、10M/100MBPS自适应网卡4、按总线标准分类ISA网卡、PCI网卡、PCMCIA网卡、USB网络适配器等,第四节 网络互连设备,网络互连设备,互连网络中间设备 物理层,中继器(转发器)Repeater 数链层,网桥(桥接口)bridge 网络层,路由器(Router)在网络层以上的网关(gate way),1中继器,中继器又叫转发器,是两个网络在物理层上的连接,用于连接具有相同物理
13、层协议的局域网,是局域网互连的最简单的设备。,4.4.2局域网互联网络互联的硬件设备,特性:(1)它工作在物理层,在物理层扩展网络;(2)对信号进行整形和放大(3)使用时遵循“中继规则”,2集线器,(1)集线器又称集中器,也就是俗称的HUB。集线器是一种特殊的中继器,而中继的主要作用是对接收到的信号进行再生放大,以扩大网络的传输距离。集线器是把来自不同的计算机网络设备的电缆集中配置于一体,它是多个网络电缆的中间转接设备,象树的主干一样,集线器是各分枝的汇集点,是对网络进行集中管理的主要设备。在传统的总线型网络中如果使用了HUB,那么这个网络就变成了混合型网络。集线器有利于故障的检测和提高网络的
14、可靠性。另外,集线器能自动指示有故障的工作站,并切除其与网络的通信。,4.4.3局域网互联网络互联的硬件设备,(2)集线器的分类独立式HUB 这类集线器主要是为了克服总线结构的网络布线困难和易出故障的问题而引入,它是最早使用于局域网络的集线器。它具有低价格、容易查找故障等特点,这类集线器适于小型网络,一般支持824个工作站,可以利用串接方式连接多个可扩充端口。叠加式HUB 它比独立式集线器进了一步,多个集线器通过一条高速链路可以叠加起来。由48个集线器一个一个叠加起来,它仅支持一种局域网标准,即要么支持以太网络,要么支持令牌环,不能同时支持多种局域网,它适合于工作组网络。这类集线器一般都有少量
15、的容错能力和网络管理功能,而且可以非常方便地实现网络的扩充。智能模块化集线器智能模块化集线器采用模块化结构,由机柜、电源、主干面板、插卡和管理模块等组成。它利用高速主干线连起来,可插入Ethernet、Token ring、FDDI或ATM模块,另外还有网管模块、路由模块等。,4.4.3局域网互联网络互联的硬件设备,4.4.3局域网互联网络互联的硬件设备,(3)集线器的堆叠与级联A、对于可以堆叠的集线器,可用特殊的电缆并通过特殊的端口进行连接。如:DOWNUP端口B、对于普通集线器,可用普通电缆,并通过特殊端口或普通端口相连。如:普通端口(UPLINK)普通端口;普通端口普通端口,3.网桥,定
16、义:网桥一般是指用以联接两个在数据链路层以上具有相同协议的网络的软件和硬件。,特性:(1)不受介质访问子层中冲突域的限制而扩展网长,对于网站众多的共享LAN 可以隔离LAN 段,为每一个LAN段提供相同的带宽,提高了网络效率。(2)具有存储、转发、过滤功能,使应当发送到另一LAN的信息正确转发,均衡网络负载,隔离网段的作用。(图例1,图例2)(3)还具备一些高级功能,如定制过滤器、强化安全选择和桥服务分级等。这些都因桥模型而异。(4)工作依赖于设备的物理地址(MAC地址)(5)不能隔离广播分组,对广播风暴无能为力。使用时不能成环,4.4.4局域网互联网络互联的硬件设备,请点击,网桥的分类,4.
17、4.4局域网互联网络互联的硬件设备,网桥的安装,1.内部网桥:是指在一台文件服务器中装有多块网卡,每个网卡连接不同的子网。安装简单,无需复杂的配置。2.外部网桥的工作主要包括生成网桥软件、配置网桥软件和硬件安装三个部分,其中硬件安装指的是调制解调器、电缆线及电话线等的连接和安装,较为简单;主要工作在于生成网桥软件和正确配置网桥软件。,4.4.4局域网互联网络互联的硬件设备,4路由器,(1)特性:它工作在网络层,不仅在转发数据的方法与网桥不同,而且在互联的网络本质也不同(网桥互联的网络是一个单一的逻辑网络,而用路由器互联的网络是多个不同的逻辑子网。它既可以连接同类网络,也可连接异构网络。多协议路
18、由器能支持多种不同的网络层协议(IP及IPX)。路由器能容易地实现LAN-LAN、WAN-WAN和LAN-WAN-LAN的多种网络连接形式。它的最典型的应用在INTERNET上。路由器可以隔离广播分组,使用时可以成环。,4.4.5局域网互联网络互联的硬件设备,4路由器,(2)工作原理:它工作依赖设备的逻辑地址(如:IP地址),对到来的数据包进行过滤和转发(以寻找一条最佳传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点)。为了完成该任务,在路由器中存在着各种传输路径的相关数据-路由表。路由表可以是系统管理员固定设置好的,也可以由系统动态修改的(即动态路由)动态路由:是由守护进程自动更新路由表。通常路由选
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