工学第讲局域网组网技术.pptx
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1、第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术局域网的发展局域网的发展计算机局域网(LANLocal Area Network)出现在70年代末期80年代标准化并获得了飞速发展和大范围的普及90年代步入更高速的发展阶段,目前LAN的使用已相当普遍以太网站相当大比例第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术局域网的定义所谓的局域网,或称LAN(LocalAreaNetwork),一般由单位或部门组建,仅供该单位内部使用,地理范围仅在数千米内的计算机网络。局域网一般应用于下列场合:范围为一个工作区(房间内)的计算机网络,其覆盖距离为10m数量级;范围为一个建筑物(楼宇内)的计算机网络,其覆盖距离为100m数量
2、级;范围为一个园区(校园内、厂区内)的计算机网络,这种情况也被称为校园网,其覆盖距离为1km数量级。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术局域网的特点地理分布范围较小,一般为数百米至数公里。可覆盖一幢大楼、一所校园或一个企业,为一个单位所拥有,自行建设,不对外提供服务数据传输速率高,一般为10-100Mbps,目前已达Gbps/10Gbps的局域网。误码率低,一般在10-1110-8以下。因为局域网通常采用短距离基带传输,可以使用高质量的传输媒体,从而提高了数据传输质量网络设备一般包含OSI参考模型中的低三层功能,即涉及通信子网的内容协议简单、结构灵活建网成本低、周期短便于管理和扩充局域网一般
3、侧重于信息的高速共享;广域网侧重于信息传输的准确性和安全性。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术局域网分类以太网令牌环网和FDDI令牌总线网ATM局域网无线局域网第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术总线拓扑结构总线型:所有结点都直接连接到共享信道优点:结构简单灵活,可靠性高,价格低廉缺点:维修不便,可扩展性差总线网的缺点是若主干电缆某处发生故障,整个网络将瘫痪当网上站点较多时,会因网络冲突增多而使效率降低适用范围:负荷和输出的实时性要求不高的环境典型标准:Ethernet网络范例:10Base510Base2第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术环型拓扑结构环型:结点通过点到点链路与相邻结
4、点连接优点:路径单一,实时性高,负载性好,适合光纤缺点:灵活性差,价格高适用范围:负荷大和实时性要求高的环境典型标准:TokenRing/FDDI网络范例:IBMTokenRing光纤主干网第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术星型拓扑结构星型:所有结点都连接到中央结点优点:网络结构简单,维护和管理容易,可扩展性好缺点:中央节点负荷高,hub故障可导致网络瘫痪适用范围:广泛应用于个各种网络典型标准:EthernetTokenRing网络范例:10BaseT注意:一般物理结构为星形逻辑结构为总线或环形Star-to-BusStar-to-Ring第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术组合拓扑结构
5、实际组网时,组合使用各种拓扑结构可把网络划分为几个相互连接的环形、星形或总线拓扑组合的局域网第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术局域网拓扑结构的选择拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及具体的媒体控制方法密切相关,应该考虑的主要因素有下列几点:可靠性费用灵活性响应时间和吞吐量第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术局域网的标准早期的局域网网络技术都是各不同厂家所专有,互不兼容。1980年2月,美国电气和电子工程师学会(IEEE)成立802课题组,研究并制定了局域网标准IEEE802IEEE(美国电子电气工程师协会)推动了局域网技术的标准化,由此产生了IEEE802系列标准,这使得在建设局域网时可
6、以选用不同厂家的设备,并能保证其兼容性。局域网标准定义了传输媒介、编码和介质访问等底层功能。这一系列标准覆盖了双绞线、同轴电缆、光纤和无线等多种传输媒介和组网方式,并包括网络测试和管理的内容。要使数据通过复杂的网络结构传输到达目的地,还需要具有寻址、路由和流量控制等功能的网络协议的支持。TCP/IP(传输控制协议/互联网络协议)是最普遍使用的局域网网络协议。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术IEEE802标准IEEE802标准与ISO/OSI参考模型的最低两层对应。IEEE802标准系列IEEE802.1A概述和系统结构IEEE802.1B网络管理和网际互联IEEE802.2逻辑链路控制I
7、EEE802.3CSMA/CD总线访问控制方法及物理层技术规范IEEE802.4令牌总线访问控制方法及物理层技术规范IEEE802.5令牌环网访问控制方法及物理层规范IEEE802.6城域网访问控制方法及物理层技术规范IEEE802.7宽带技术IEEE802.8光纤技术IEEE802.9综合业务数字网(IntegratedServicesDigitalNetwork,ISDN)技术IEEE802.10局域网安全技术IEEE802.11无线局域网802.12用于高速局域网的介质访问方法及相应的物理层规范第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术局域网的访问控制方式:媒体访问控制总线或环型拓扑中,由于
8、只有一条物理传输线路连接所有设备,因此,连接到网络上的设备必须遵守一定的规则,才能避免冲突,确保传输媒体的正常访问和使用媒体访问控制:控制网上各工作站在什么情况下才可以发送数据,以及在发送数据过程中,如何发现问题及出现问题后如何处理等管理方法。局域网的访问控制方式的分类(1)争用型在采取争用型访问控制方式的网络中,各站点按照先进先服务的原则争用带宽。如果两个站点同时争用带宽资源,则出现碰撞现象,然后采取延时重发的方法以试图避免冲突。以太网采用的CSMA/CD访问控制方式是基于争用型的存取方法。(2)定时型在采取定时型访问控制方式的网络中,分配给每一个站点一个可采用的带宽片。通过网络中连续循环的
9、令牌(Token)控制时间,各站点轮流循环使用带宽资源。令牌环访问控制和令牌总线访问控制是基于定时型的存取方法。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术CSMA/CD访问控制CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection带有冲突检测的载波侦听多路访问载波侦听(CarrierSense):是指网络上各个工作站在发送数据前,先要侦测总线上有没有数据传输。若有数据传输(称总线为忙),则不发送数据;若无数据传输(称总线为空),立即发送准备好的数据。多路访问(MultipleAccess):是指网络上所有工作站收发数据共同使用同一条总线,且发送数据是广播式的。冲
10、突(Collision):为了避免冲突,工作站在发送数据过程中还要不停地检测总线信号,如果工作站侦测到冲突,则停止发送数据,并随机延迟一段时间后,重新尝试发送数据。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术CSMA/CD/802.5工作原理载波侦听多路访问冲突检测随机延迟后重发第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术令牌环访问控制TokenPassingRing令牌环访问控制的工作原理如下:(1)网络空闲时,只有一个令牌在环路上绕行。令牌数据帧包含一位“令牌/数据帧”标志位,标志位为“0”表示该令牌为可用的空令牌,标志位为“1”表示有站点正占用令牌在发送数据帧。(2)当一个站点要发送数据时,必须等待
11、并获得一个令牌,将令牌的标志位置为“1”,随后便可发送数据。(3)环路中的每个站点边转发数据,边检查数据帧中的目的地址,若为本站点的地址,便读取其中所携带的数据。(4)数据帧绕环一周返回时,发送站将其从环路上撤消。同时根据返回的有关信息确定所传数据有无出错。若有错则重发存于缓冲区中的待确认帧,否则释放缓冲区中的待确认帧。(5)发送站点完成数据发送后,重新产生一个令牌传至下一个站点,以使其它站点获得发送数据帧的许可权。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术TokenRing/802.5工作原理:Step1:等待令牌,若为“闲”,gotostep2,否则继续等待Step2:置令牌为“忙”状态Ste
12、p3:源机器把信息与“忙”状态的令牌一起发送出去Step4:目标机生成回答信息与“忙”状态的令牌一起发送给源机器Step5:源机器置令牌为“闲”状态,传给下一个主机第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术标准以太网早期的以太网只有10Mbps的吞吐量,一般称之为标准以太网。标准以太网遵循IEEE802.3标准,常见的标准以太网络标准如下:10Base-5使用粗同轴电缆,最大网段长度为500m;10Base-2使用细同轴电缆,最大网段长度为185m;10Base-T使用双绞线电缆,最大网段长度为100m;10Base-F使用光纤传输介质,传输速率为10Mbps。在这些标准中前面的数字表示传输速度,
13、单位是“Mbps”;中间的Base表示“基带”;最后的一个数字表示单段网线长度(基准单位是100m)。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术快速以太网(FastEthernet)随着网络的发展,传统标准以太网技术已无法满足日益增长的网络数据流量需求,于是形成了各种快速以太网技术。快速以太网遵循IEEE802.3u标准,常见的100Mbps快速以太网标准包括100BASE-TX、100BASE-FX和100BASE-T4。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术100BASE-TX100BASE-TX是一种使用5类双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线,一对用于发送,一对用于接收数据。100BA
14、SE-TX使用同10BASE-T相同的RJ-45连接器,最大网段长度为100米,支持全双工的数据传输。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术100BASE-FX100BASE-FX是一种使用光缆的快速以太网技术,可使用单模和多模光纤(62.5和125um),单模光纤的传输距离一般比多模光纤要长。100BASE-FX使用MICFDDI连接器、ST连接器或SC连接器根据使用的光纤类型和工作模式,其最大网段长度可达150m、412m、2000m或更长至10公里,它支持全双工的数据传输。100BASEFX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技
15、术千兆以太网千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术,给用户带来了提高核心网络的有效解决方案。千兆以太网技术有两个标准:IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和同轴电缆连接方案的标准;IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术1000Base-SX1000Base-SX只支持多模光纤,可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长为770-860nm,传输距离为220-550m。它主要应用在建筑物内的网络骨干连接。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术1000Base-LX1000Base
16、-LX可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为550m。1000Base-LX可以支持直径为9um或10um的单模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为5km左右。它主要应用在园区网络的骨干连接。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术1000Base-CX1000Base-CX采用平衡的屏蔽同轴电缆,传输距离为25m。它主要应用在高速存储设备之间的低成本高速互连,不过目前采用这一技术的产品比较少见。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术1000Base-T1000Base-T是100Base-T自然扩展,与10Base-T
17、、100Base-T完全兼容,基于UTP的半双工链路的千兆以太网标准,使用5类非屏蔽双绞线(UTP),传输距离为100m,传输速度为1000Mbps。它主要应用于高速服务器和工作站的网络接入,也可作为建筑物内千兆骨干连接的低成本选择。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术现代局域网技术第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术光纤分布式数据接口FDDI光纤分布数据接口(FiberDistributedDataInterface,FDDI)使用双环令牌传递网络拓扑结构,使用光纤作为传输媒体,是目前成熟的LAN技术中传输速率较高的一种。FDDI通常用作骨干网,通常用于连接局域网段,或用于各种需要图形传
18、输、语音和视频会议等应用而要求大容量带宽的大型网络。FDDI具有许多优点:较长的传输距离;较大的带宽;抗干扰能力;安全传输;以及容错能力。由于光波在光纤中传输损耗和时延非常小,所以可以支持较长站间距离,最大站间距离可达200公里;FDDI的设计带宽为100Mb/s;在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响,也不影响其设备;光纤可防止传输过程中被分接偷听,也杜绝了辐射波的窃听,因而是最安全的传输媒体。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术FDDI工作原理/双环故障恢复功能由光纤构成的FDDI,其基本结构为逆向双环,一个环为主环,另一个环为备用环。当主环上的设备失效或光缆发生故障时,通过从主环向备用环
19、的切换可继续维持FDDI的正常工作。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术FDDI组网:简单的FDDI组网FDDI网络构件包括:光纤电缆;FDDI适配器;FDDI适配器与光纤相连的连接器。各站点使用FDDI适配器,通过连接器和光纤相连。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术FDDI组网:基于FDDI校园网主干网组网基于FDDI的网络作为校园网的主干网,用于连接分布在校园中各个建筑物中的多个局域网。由于网络服务器需要传输大量的数据,所以服务器也直接与FDDI的网络相连,从而提高服务质量。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术交换式以太网技术传统的以太网采用媒体访问方法CSMA/CD,即局域网中所
20、有站点通过竞争的方式共享一个公共传输媒体。现代以太网一般采用交换式以太网技术,为终端用户提供专用点对点连接,使局域网交换机的每个端口可平行、安全、同时地互相传输信息,而且使局域网可以高度扩充。比如,一个16端口的以太网交换机允许16个站点在8条链路间通信。交换式以太网技术的与传统的以太网技术完全兼容第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术交换式以太网组网(1)利用1000M交换机和100M集线器组网工作站通过100M集线器相连,集线器通过交换机相连。由于网络服务器需要传输大量的数据,所以服务器直接与交换机相连,从而提高服务质量。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术交换式以太网组网(2)利用多个
21、交换机组网时,工作站和低性能的交换机相连,低性能的交换机和高性能计算机的核心交换机相连。由于网络服务器需要传输大量的数据,所以服务器也直接与高性能计算机的核心交换相连,从而提高服务质量。第第3讲局域网组网技术讲局域网组网技术无线局域网无线局域网(WirelessLocalAreaNetworks,WLAN)是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。通常计算机组网的传输媒介主要依赖双绞线、同轴电缆或光缆,构成有线局域网。有线网络受布线的限制:布线、改线工程量大;线路容易损坏;网中的各节点不可移动。无线局域网利用电磁波在空气中发送和接受数据,而无需线缆介质。无线联网方式是对有线联网方式的一种补充和扩
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