計算機網(wǎng)絡技術第四章復習課件

局域網(wǎng)簡稱LAN,是一種地理范圍有限的各種計算機設備互聯(lián)在一起的計算機通信系統(tǒng)。局域網(wǎng)常被用于連接公司辦公室或工廠里的個人計算機和工作站，以便共享資源和交換信息。局域網(wǎng)通常包括服務器、工作站、交換機或集線器、通信傳輸介質和網(wǎng)卡等硬件設備，還包括網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、應用軟件等網(wǎng)絡軟件。1.2局域網(wǎng)的分類1、按拓撲結構分：局域網(wǎng)可分成總線型、樹型、環(huán)型和星型。2、按傳輸媒體分：可分為有線網(wǎng)和無線網(wǎng)兩類。有線網(wǎng)中包括雙絞線、同軸電纜和光纖網(wǎng)，而無線網(wǎng)指用紅外、微波作為傳輸介質的局域網(wǎng)。3、按媒體訪問控制分：主要可分為以太網(wǎng)（Ethernet）、令牌環(huán)網(wǎng)(TokenRing)、FDDI光纖環(huán)網(wǎng)、異步傳輸模式（ATM網(wǎng)）等。決定局域網(wǎng)性能的因素決定局域網(wǎng)特征的主要技術：拓撲結構傳輸介質介質訪問控制方法三種技術決定了傳輸數(shù)據(jù)的類型、網(wǎng)絡的響應時間、吞吐量、利用率以及網(wǎng)絡應用等各種網(wǎng)絡特征?？偩€型局域網(wǎng)中的“沖突”

在“共享介質”的總線型拓撲結構的局域網(wǎng)中，必須解決多個節(jié)點訪問總線的介質訪問控制問題。三、環(huán)型拓撲結構

所有節(jié)點使用相應的網(wǎng)絡適配器連接到共享的傳輸介質上，通過點到點的連接構成封閉的環(huán)路。環(huán)路中的數(shù)據(jù)沿著一個方向繞環(huán)逐節(jié)點輪流發(fā)送數(shù)據(jù)。在環(huán)型拓撲中，雖然也是多個節(jié)點共享一條環(huán)通路，但不會出現(xiàn)沖突。對于環(huán)型拓撲的局域網(wǎng)，網(wǎng)絡的管理較為復雜，與總線型局域網(wǎng)相比，可擴展性較差。四、星型拓撲結構

在星型拓撲中存在一個中心節(jié)點，每個節(jié)點通過點到點線路與中心節(jié)點連接。在局域網(wǎng)中，由于使用中央設備的不同，局域網(wǎng)的物理拓撲結構和邏輯拓撲結構不同。使用集線器連接所有計算機時，是一種具有星型物理連接的總線型拓撲結構；使用交換機時，是真正的星型拓撲結構。一、帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）CSMA協(xié)議（載波偵聽多路訪問）總線有兩個狀態(tài)：“空閑”和“忙”每個站點在使用總線發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前首先監(jiān)聽總線，查看總線是否處于“空閑”狀態(tài)，如果總線“忙”就繼續(xù)等待，繼續(xù)監(jiān)聽，一直到總線“空閑”要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點在監(jiān)聽到總線“空閑”時，開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀CD技術（帶有沖突檢測）在使用CSMA協(xié)議時，有可能會出現(xiàn)兩個或兩個以上的站點同時監(jiān)聽到總線“空閑”的情況，此時這些站點將同時開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀，出現(xiàn)這種情況時，總線會發(fā)生沖突，導致所有站點的發(fā)送全部失敗每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)后必須檢測是否發(fā)生了沖突在發(fā)生沖突的情況下，站點使用二進制指數(shù)退避算法重發(fā)數(shù)據(jù)幀CSMA/CD協(xié)議的工作過程通常可以概括為：先聽后發(fā)、邊聽邊發(fā)、沖突停發(fā)、延遲重發(fā)。二、令牌環(huán)（TokenRing）

在令牌環(huán)介質訪問控制方法中，使用了一個沿著環(huán)路循環(huán)的令牌。網(wǎng)絡中的節(jié)點只有截獲令牌時才能發(fā)送數(shù)據(jù)，沒有獲取令牌的節(jié)點不能發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，使用令牌環(huán)的LAN中不會產生沖突。TokenRing的特點由于每個節(jié)點不是隨機的爭用信道，不會出現(xiàn)沖突，因此稱它是一種確定型的介質訪問控制方法，而且每個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的延遲時間可以確定。在輕負載時，由于存在等待令牌的時間，效率較低。在重負載時，對各節(jié)點公平，且效率高。采用令牌環(huán)的局域網(wǎng)還可以對各節(jié)點設置不同的優(yōu)先級，具有高優(yōu)先級的節(jié)點可以先發(fā)送數(shù)據(jù)，比如某個節(jié)點需要傳輸實時性的數(shù)據(jù)，就可以申請高優(yōu)先級。三、令牌總線（TokenBus）

令牌總線訪問控制是在物理總線上建立一個邏輯環(huán)。從物理連接上看，它是總線結構的局域網(wǎng)，但邏輯上，它是環(huán)型拓撲結構。連接到總線上的所有節(jié)點組成了一個邏輯環(huán)，每個節(jié)點被賦予一個順序的邏輯位置。和令牌環(huán)一樣，節(jié)點只有取得令牌才能發(fā)送幀，令牌在邏輯環(huán)上依次傳遞。在正常運行時，當某個節(jié)點發(fā)送完數(shù)據(jù)后，就要將令牌傳送給下一個節(jié)點。邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層：完成通常意義下的數(shù)據(jù)鏈路層功能媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層：負責解決共享信道問題；與接入到傳輸媒體有關的內容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的4.2局域網(wǎng)體系結構與標準一、物理層 IEEE802參考模型的物理層對應于OSI的物理層，實現(xiàn)功能包括：確保二進制位正確傳輸二、MAC子層 主要功能是管理和控制對局域網(wǎng)傳輸介質的訪問，進行合理的信道分配，解決信道競爭問題。 MAC的實例如令牌環(huán)網(wǎng)（802.5）、以太網(wǎng)（802.3）等IEEE委員會為局域網(wǎng)制定了一系列標準，統(tǒng)稱為IEEE802標準。1、IEEE802.1—局域網(wǎng)概述、體系結構、網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡互聯(lián)

2、IEEE802.2—邏輯鏈路控制LLC

3、IEEE802.3—CSMA/CD訪問方法和物理層規(guī)范，主要包括如下幾個標準：

IEEE802.3u—100Mbps快速以太網(wǎng)標準，現(xiàn)已合并到802.3中；

IEEE802.3z—光纖介質千兆以太網(wǎng)標準規(guī)范；

IEEE802.3ab—傳輸距離為100米的5類無屏蔽雙絞線介質千兆以太網(wǎng)標準規(guī)范；

4、IEEE802.4—TokenBUS（令牌總線）。

5、IEEE802.5—TokenRing（令牌環(huán)）。

6、IEEE802.6—城域網(wǎng)訪問方法和物理層規(guī)范。

7、IEEE802.7—寬帶技術咨詢和物理層課題與建議實施。

8、IEEE802.8—光纖技術咨詢和物理層課題。

9、IEEE802.9—綜合聲音／數(shù)據(jù)服務的訪問方法和物理層規(guī)范。

10、IEEE802.10—安全與加密訪問方法和物理層規(guī)范。

11、IEEE802.11—無線局域網(wǎng)訪問方法和物理層規(guī)范，包括：

IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c和IEEE802.11g標準。

12、IEEE802.12—100VG-AnyLAN快速局域網(wǎng)訪問方法和物理層規(guī)范。13、IEEE802.13:基于有限電視的廣域通信網(wǎng)。以太網(wǎng)的分類和發(fā)展一、標準以太網(wǎng)開始以太網(wǎng)只有10Mbps的吞吐量，使用的是CSMA／CD（帶有碰撞檢測的載波偵聽多路訪問）的訪問控制方法，這種早期的10Mbps以太網(wǎng)稱之為標準以太網(wǎng)。采用廣播機制采用CSMA/CD媒體訪問機制無集中式的管理措施10Mbps以太網(wǎng)家族主要包括：10Base-510Base-210Base-T10Base-F10Base-T集線器的工作原理：集線器并不處理或檢查其上的通信量，僅通過將一個端口接收的信號重復分發(fā)給其他端口來擴展物理介質。所有連接到集線器的設備共享同一介質。如果一個節(jié)點發(fā)出一個信息，集線器會將這個信息傳播給所有同它相連的節(jié)點。

集線器的工作特點：

集線器多用于小規(guī)模的以太網(wǎng)，由于集線器一般使用外接電源（有源），對其接收的信號有放大處理。在某些場合，集線器也被稱為“多端口中繼器”。

10Base-F參數(shù)網(wǎng)絡10Base-210Base-510Base-T10Base-F網(wǎng)段最大長度185m500m100m2000m網(wǎng)絡最大長度925m2500m4個集線器2個光集線器網(wǎng)站間最小距離0.5m2.5m網(wǎng)段的最多結點數(shù)30100拓撲結構總線型總線型星型星型傳輸介質細同軸電纜粗同軸電纜3類UTP多模光纖連接器BNC-TAUIRJ-45ST或SC最多網(wǎng)段數(shù)5553二、快速以太網(wǎng)隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，用戶對局域網(wǎng)帶寬提出了更高的要求?？焖僖蕴W(wǎng)的傳輸速率是普通以太網(wǎng)的十倍，保留傳統(tǒng)以太網(wǎng)的所有特征，只是將每個比特的發(fā)送時間由100ns減少到10ns。4.3.2快速以太網(wǎng)100BASE-T1)FastEthernet的數(shù)據(jù)傳輸速率達到了100Mb/s；2)FastEthernet與以太網(wǎng)的幀格式、介質訪問控制方法與組網(wǎng)方法相同，在物理層做必要調整，定義了物理層標準100BASE-T。100BASE-T定義了介質專用接口MII，他將MAC子層與物理層分隔開。3)每個比特的發(fā)送時間由100ns降低到了10ns；4)1995年9月FastEthernet標準IEEE802.3u。以太網(wǎng)的技術特性1、以太網(wǎng)是基帶網(wǎng)，它采用基帶傳輸技術。2、以太網(wǎng)的標準IEEE802.3，它使用CSMA/CD訪問方法。3、以太網(wǎng)是一種共享型網(wǎng)絡，網(wǎng)絡上的所有站點共享傳輸媒體和帶寬。當利用率到達40%時，網(wǎng)絡的響應速度明顯降低。4、以太網(wǎng)是廣播式網(wǎng)絡，因此，它具有廣播式網(wǎng)絡的全部特點。5、以太網(wǎng)的數(shù)字信號采用曼切斯特編碼方案，快速以太網(wǎng)采用4B/5B編碼方案。6、以太網(wǎng)支持傳輸介質類型有50歐基帶同軸電纜/無屏蔽雙絞線和光纖。7、以太網(wǎng)所構成的拓撲結構主要是總線型和星型。8、以太網(wǎng)標準傳輸速率為10Mbps、100Mbps、1000Mbps。9、以太網(wǎng)是可變長幀，長度為64—1514B。10、以太網(wǎng)技術先進、簡單。11、以太網(wǎng)技術成熟，價格低廉、易擴展、易維護、易管理。FDDI網(wǎng)絡

光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI是計算機網(wǎng)絡技術向高速發(fā)展階段的第一項高速網(wǎng)絡技術，是成熟的LAN技術中傳輸速率最高的一種，設計用于實現(xiàn)高速計算機和外部設備間的高速互連，包括LAN和其他網(wǎng)絡的互連。是一個使用光纖介質傳輸數(shù)據(jù)的高性能環(huán)形局域網(wǎng)。由于FDDI站點管理過于復雜，實際應用主要是主干網(wǎng)。光纖分布數(shù)據(jù)接口(FDDI)是目前成熟的LAN技術中傳輸速率最高的一種。這種傳輸速率高達100Mb/s的網(wǎng)絡技術。該網(wǎng)絡具有定時令牌協(xié)議的特性，支持多種拓撲結構，傳輸媒體為光纖。使用光纖作為傳輸媒體具有多種優(yōu)點：

1、較長的傳輸距離，相鄰站間的最大長度可達2KM，最大站間距離為200KM。

2、具有較大的帶寬，F(xiàn)DDI的設計帶寬為100Mb/s。

3、具有對電磁和射頻干擾抑制能力，在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響，也不影響其設備。

4、光纖可防止傳輸過程中被分接偷聽，也杜絕了輻射波的竊聽，因而是最安全的傳輸媒體。

1、FDDI的基本結構由光纖構成的FDDI，其基本結構為逆向雙環(huán)。一個環(huán)為主環(huán)，另一個環(huán)為備用環(huán)。一個順時針傳送信息，另一個逆時針。當主環(huán)上的設備失效或光纜發(fā)生故障時，通過從主環(huán)向備用環(huán)的切換可繼續(xù)維持FDDI的正常工作。這種故障容錯能力是其它網(wǎng)絡所沒有的。

雙連接站（DAS）：連接到主環(huán)和次環(huán)兩個環(huán)路上，當一個環(huán)路出現(xiàn)故障時，DAS能轉換到無故障的環(huán)上。3、FDDI操作原理

FDDI在MAC子層采用與IEEE802.5類似的令牌傳送方式作為介質訪問制方法，F(xiàn)DDI采用令牌傳遞的方法，實現(xiàn)對介質的訪問控制。這一點與令牌環(huán)類似。不同的是，在令牌環(huán)中，數(shù)據(jù)幀在環(huán)路上繞行一周回到發(fā)送結點后，發(fā)送結點才釋放令牌，在此期間，環(huán)路上的其他結點無法獲得令牌，不能發(fā)送數(shù)據(jù)。所以，在令牌環(huán)網(wǎng)中，環(huán)路上只有一個數(shù)據(jù)幀在流動。在

FDDI中，在令牌釋放上采用了早期令牌釋放ETR技術，發(fā)送數(shù)據(jù)的結點在截獲令牌后，可以發(fā)送一個或多個數(shù)據(jù)幀，當數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，或規(guī)定時間用完，則立即釋放令牌，而不管發(fā)出的數(shù)據(jù)幀是否繞行一周回到發(fā)送結點。這樣，在數(shù)據(jù)幀還沒有回到發(fā)送它的結點且被清除之前，其他結點有可能截獲令牌，并且發(fā)送數(shù)據(jù)幀。所以，在FDDI的環(huán)路中可能同時有多個結點發(fā)出的數(shù)據(jù)幀在流動。這樣提高了信道的利用率，增加了網(wǎng)絡系統(tǒng)的吞吐量。共享式以太網(wǎng)存在的弊端：由于所有的節(jié)點都接在同一沖突域中，不管一個幀從哪里來或到哪里去，所有的節(jié)點都能接受到這個幀。隨著節(jié)點的增加每個節(jié)點能分到的帶寬減少，而且大量的沖突將導致網(wǎng)絡性能急劇下降。共享式以太網(wǎng)存在的主要問題是所有用戶共享帶寬，每個用戶的實際可用帶寬隨網(wǎng)絡用戶數(shù)的增加而遞減。這是因為當信息繁忙時，多個用戶都可能同進“爭用”一個信道，而一個通道在某一時刻只充許一個用戶占用，所以大量的經(jīng)常處于監(jiān)測等待狀態(tài)，致使信號在傳送時產生抖動、停滯或失真，嚴重影響了網(wǎng)絡的性能。交換式以太網(wǎng)中，交換機供給每個用戶專用的信息通道，除非兩個源端口企圖將信息同時發(fā)往同一目的端口，否則各個源端口與各自的目的端口之間可同時進行通信而不發(fā)生沖突。交換機只是在工作方式上與集線器不同，其它的連接方式、速度選擇等則與集線器基本相同。

交換機是一種基于MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）識別，能完成封裝轉發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡設備。交換機可以"學習"MAC地址，并把其存放在內部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。

交換機的主要功能：

·學習：以太網(wǎng)交換機了解每一端口相連設備的MAC地址，并將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。

·轉發(fā)/過濾：當一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發(fā)到連接目的節(jié)點的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉發(fā)至所有端口）。消除回路△交換式以太網(wǎng)

核心設備是局域網(wǎng)交換機，可以在多個端口之間進行并發(fā)連接。交換式結構：

在交換式以太網(wǎng)中，交換機根據(jù)收到的數(shù)據(jù)幀中的MAC地址決定數(shù)據(jù)幀應發(fā)向交換機的哪個端口。因為端口間的幀傳輸彼此屏蔽，因此節(jié)點就不擔心自己發(fā)送的幀在通過交換機時是否會與其他節(jié)點發(fā)送的幀產生沖突。

為什么要用交換式網(wǎng)絡替代共享式網(wǎng)絡：

·減少沖突：交換機將沖突隔絕在每一個端口，避免了沖突的擴散。

·提升帶寬：接入交換機的每個節(jié)點都可以使用全部的帶寬，而不是各個節(jié)點共享帶寬?！鹘粨Q機的分類：

依照交換機處理幀的不同的操作模式，主要可分為兩類。存儲轉發(fā)：交換機在轉發(fā)之前必須接收整個幀，并進行檢錯，如無錯誤再將這一幀發(fā)向目的地址。幀通過交換機的轉發(fā)時延隨幀長度的不同而變化。直通式：交換機只要檢查到幀頭中所包含的目的地址就立即轉發(fā)該幀，而無需等待幀全部的被接收，也不進行錯誤校驗。由于以太網(wǎng)幀頭的長度總是固定的，因此幀通過交換機的轉發(fā)時延也保持不變。注意：直通式的轉發(fā)速度大大快于存儲轉發(fā)模式，但可靠性要差一些，因為可能轉發(fā)沖突幀或帶CRC錯誤的幀。4.6.1虛擬局域網(wǎng)結構虛擬局域網(wǎng)（邏輯網(wǎng)）是以交換式網(wǎng)絡為基礎，把網(wǎng)絡上的用戶（終端設備）分為若干個邏輯工作組，每個邏輯工作組就是一個虛擬網(wǎng)絡（VirtualNetwork，VLAN）。VLAN并不是一種新型的局域網(wǎng)技術，而是交換網(wǎng)絡為用戶提供的一種服務。VLAN使用的技術標準：IEEE802.1QSoftEther4.6虛擬局域網(wǎng)4.6.2虛擬局域網(wǎng)組網(wǎng)方法1.基于交換機端口劃分的VLAN

這種劃分是把一個或多個交換機上的幾個端口劃分一個邏輯組，這是最簡單、最有效的劃分方法。

2. 基于MAC地址劃分的VLAN

優(yōu)點：方便網(wǎng)絡用戶的物理位置的移動。

缺點：在大型網(wǎng)絡中，初始工作量非常大。

基于網(wǎng)絡層地址劃分VLAN

根據(jù)網(wǎng)絡設備的網(wǎng)絡層地址來確定的VLAN成員。用交換機的VLAN來取代路由器的子網(wǎng)。不用更改配置，方便網(wǎng)絡節(jié)點的隨意移動。

1.無線局域網(wǎng)的接入設備①無線網(wǎng)卡：是無線終端（結點）接入網(wǎng)絡的主要部件。②無線接入點：AP，是一切可接入設備的綜合稱謂，如無線AP、無線網(wǎng)橋、無線路由器、無線網(wǎng)關等各類無線設備。4.7無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)的工作模式

無線局域網(wǎng)的拓撲結構分為無中心和有中心。

（1）

無中心模式無中心拓撲的網(wǎng)絡要求網(wǎng)中任意兩個站點均可直接通信，一般使用公用廣播信道