讲局域网与城域网技术

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1、第四讲第四讲 局域网与城域网技术局域网与城域网技术 4.1 局域网概述局域网概述 4.2 几种常见的局域网几种常见的局域网 4.3 高速局域网技术高速局域网技术 交换式局域网交换式局域网 4.5 虚拟局域网虚拟局域网 主要的城域网技术主要的城域网技术4.1 局域网概述局域网概述 4.1.1 局域网的特点 4.1.2 局域网的拓扑结构 4.1.3 局域网的主要协议 4.1.4 局域网操作系统 1、定义：局域网是在一个较小的范围内，将有限的通信设备互连起来的计算机网络。2、特点：l地理范围有限。一般在10M-10KM之间l传输速率高。1-100Mbpsl误码率低。在10-8-10-11之间l协议简

2、单。与局域网范围小、拓扑结构比较规则有关4.1.1 局域网的特点4.1.1 局域网的特点l一般为一个部门所有，不提供公共服务l安全保密性好l可用传输介质多。即可以利用现有的通信线路，也可以架设专线。或使用无线通信。l有共享信道局域网和交换式局域网l决定局域网特性的主要技术要素有网络拓扑、传输介质和介质访问控制方法一、总线形拓扑结构1、结构 将网上的设备均连接在一条总线上，任何两台计算机之间不再单独连接。如图4.1.2 局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构4.1.2 局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构环形网络环形网络1、结构：将网上计算机连接成一个封闭的环。如图4.1.2 局域网的拓扑结构局域网的拓扑

3、结构星形网络星形网络将多台计算机连在一个中心节点（集线器）上，各计算机之间通信必须通过中心节点。如图4.1.3 常用局域网协议常用局域网协议802.1 网际互连协议，主要解决802标准与其他网络的互连问题。802.2 逻辑链路控制协议802.3 定义了采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线局域网标准802.4 定义了令牌总线（Token BUS）局域网标准802.5 定义了令牌环（Token Ring）局域网标准802.6 定义了城域网标准802.7 定义了宽带网标准802.8 定义了光纤网标准各协议之间的关系入下：4.2 几种常见的局域网几种常见的局域网 4.2.1 以太网 4.2.2 令

4、牌环网 4.2.3 令牌总线网4.2.1 以太网 一、以太网的结构 定义了CSMA/CD（载波侦听、多路访问、冲突检测）介质访问控制方法和物理层技术规范。采用的典型网络是以太网。以太网最初采用总线拓扑结构，现在也采用星状拓扑 以太网于1975年在美国研制成功，该网络技术不断发展，现在，新型以太网速率可以达到1000Mbps。以太网连接如图4.2.1 以太网4.2.1 以太网 二、二、CSMA/CD的工作原理 网上所有设备共享一条信 道，采 用CSMA/CD介质访问控制方法，任意时刻只能有一台设备发送数据，其他设备处于接收状态。数据在总线上广播式的传播，任何站点均可以收到，如果数据帧的地址是自己

5、的，就接收下来，否则就丢弃掉。可以实现单点、多点和广播通信方式4.2.1 以太网 三、以太网的介质访问控制方法 1、载波侦听多路访问（CSMA）控制方法。又称为“先听后讲，边听边讲”在发送数据前，先侦听共享介质上有无数据在传送，如果空闲就发送，否则，退避一段时间再发送。但由于共享介质有一段长度，一站发送另一站需要一定时间才能检测到，所以，检测到的空闲是不可靠的。仍然会产生冲突，一旦产生冲突，数据帧也要发送完，因此会造成较长时间的网络延迟，影响信道效率。4.2.1 以太网 2、载波侦听、多路访问/冲突检测CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collisio

6、n Detect）控制方法 又叫先听后讲，边听边讲。基本思想是：在CSMA方法的基础上，一边发送数据，一边从总线上接收信息，将发送的信息与接收的信息相比较，若两者一致，说明无冲突，继续发送，若不一致，说明产生了冲突，立即停止发送，同时发出一串阻塞信号，经随机等待后再重新尝试。这种方法可以及早的发现冲突，释放介质，从而提高了信道的利用率。3.4.1 以太网工作原理以太网工作原理 四、常用以太网（四、常用以太网（Ethernet）物理层标准）物理层标准 以太网采用以太网采用CSMA/CD算法，采用算法，采用1坚持型算法，基带坚持型算法，基带传输，采用曼彻斯特编码传输，采用曼彻斯特编码。一、10BA

7、SE-24.2.1 以太网10-速率 BASE-基带 2-网段长度（100的倍数，实际185米）速率：10Mbps物理拓扑：为总线结构通信介质：用50欧姆细同轴电缆网段最大长度：最长185米连接器：采用BNC、T形头连接。每个网段可连接点数：30通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可以连计算机。网络最大长度：925米4.2.1 以太网二、10BASE-5 速率：10Mbps 物理拓扑：为总线结构 通信介质：用50欧姆粗同轴电缆 网段最大长度：最长500米 连接器：采用AUI/DIX接口4.2.1 以太网 每个网段可连接点数：100 通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可

8、以连计算机。收发电缆最大长度：50 米 网络最大长度：2500米4.2.1 以太网 三、10BASE-T 速率：10Mbps 物理拓扑：为星型结构 通信介质：双绞线 网段最大长度：最长100米 连接器：RJ-454.2.1 以太网 每个网段可连接点数：512 通过中继器可连接：5个网段，四个中继器，3个网段可以连计算机。系列最大集线器数：44.2.2 令牌环网令牌环网 一、令牌环网的工作原理 定义了令牌环网的规范，令牌环网最早由IBM于1985年推出，该网物理结构为环形，而现在多为星型在环路上采用令牌传送访问方法，一般采用IBM专用电缆，可以连接260个结点，也可采用无屏蔽双绞线，可以连接72

9、个结点。传输速率为4Mbps或16Mbps，整个环路的长度不能超过366米4.2.2 令牌环网令牌环网 令牌环网用传输介质串联多个工作站组成，每个工作站通过收发器与环连接。1、开始：当令牌初始化后，若每个站点都不发送数据帧，则只有空令牌在环上流动 2、发送：某个站点要发送数据帧，先将数据组装成帧，等待空令牌的到来，获得空令牌后，将空令牌置成忙令牌，并将数据插在忙令牌后发送到环上4.2.2 令牌环网令牌环网 3、接收：数据帧经过其他站点的收发器时，收发器将帧内的目的地址与本站地址相比较，如果一致就将帧的数据内容复制到本站，并作出标记，再转发到下一站。否则，直接转发到下一站。4、释放令牌：当帧沿环

10、返回到发送站时，发送站将数据撤消，同时将令牌置成“闲”状态。交给下一站。令牌总线网 规定了令牌总线网的标准 令牌总线网的物理拓扑为总线，但用令牌控制对介质的访问，形成逻辑环结构。4.2.3 令牌总线网 网上每一个工作站、都有唯一的标识号，每个工作站除了要记住自己的标识号外，还要记住前站（P）、后站（N）的标识号。令牌按标识号的顺序传递，形成逻辑环，数据直接在两站点之间传送。持有令牌的站发送完数据后，把令牌传送给下一站，各站有平等的发送帧的机会，令牌传递顺序与站点的物理顺序无关。4.3 高速局域网高速局域网 4.3.1 提高网速的途径 4.3.2 快速以太网 4.3.3 千兆以太网 4.3.4

11、交换式局域网 4.3.5 虚拟局域网4.3.1 提高网速的途径 1、提高网络速度的必要性 在过去的20年中计算机的速度提高了百万倍，价格不断下降，这促进了计算机的广泛应用 计算机的广泛应用使连网成为必然，计算机网络规模越来越大，网络内部的通信量越来越大。传统的共享介质网络，随网络规模的增大，效率急剧下降4.3.1 提高网速的途径 2、解决网络规模和网络性能矛盾的方法 改进局域网技术，提高局域网的速率 将一个大型网络用网桥或路由器划分成多个较小的网段（子网），减少每个网段内部的结点数 将共享方式的网络改成交换式的网络4.3.2 快速以太网 1、快速以太网的发展 快速以太网单指速率为100MB的以

12、太网，快速以太网体系结构、工作原理、介质访问控制方法与传统以太网相同，只是改变了物理层标准，使每个比特的发送时间有100ns降低到10ns.4.3.2 快速以太网 快速以太网标准 速率：100Mbps 物理拓扑：为星型结构 通信介质：100BASE-TX 5类UTP或STP 网段最大长度 100米 100BASE-T4 3、4、5类UTP 网段最大长度 100米 1 0 0 m 多 模 光 纤 网 段 最 大 长 度 150/412/200/1000米 其余同10BASE-T4.3.3 千兆以太网 现在，许多用户通过10BASE-T或100BASE-T与局域网连接，这将产生与传统局域网类似的瓶

13、颈现象。随着网络上越来越复杂的应用，快速以太网在数据仓库、桌面视频会议、高清晰度图象的应用中会显得力不从心 千兆以太网体系结构、工作原理、介质访问控制方法与传统以太网相同，只是改变了物理层标准，使每个比特的发送时间由10ns降低到1ns.4.3.3 千兆以太网 千兆以太网的标准 1000BASET：使用5类非屏蔽双绞线，网段长度可达100米 1000BASECX：使用屏蔽双绞线，网段长度可达25米 1000BASELX：使用波长为1300nm的单膜光纤，网段长度可达3000米 1000BASESX：使用波长为850nm的多膜光纤，网段长度可达300-550米4.3.3 千兆以太网 千兆以太网现

14、在主要用于企业（校园）网络的主干网。企业级1000兆部门级100兆用户级10兆4.4 交换式局域网 1、交换式网络的提出 传统的共享介质的网络当网络结点增加时性能变差，为克服网络规模和网络性能之间的矛盾，人们提出了交换式的网络。交换式的网络的核心式网络交换机，它可以在多个端口之间建立多条并发的连接。4.4 交换式局域网 共享介质类的网络 多个工作站共享一个通信介质，任意时刻只能有一个工作站占用介质。传统的以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）均属于这类网络。100MB共享式集线器带宽被各结点均分4.4 交换式局域网 交换式网络 通过交换机使网上任意两个工作站通信时独占通信

15、介质，可以同时建立多条并行连接。100MB交换机，内有多条背板总线，每条总线速率均为100MB通信时每两个个结点间都可以达到100MB的速率4.4 交换式局域网 2、交换式局域网的工作原理 交换式局域网主要根据“端口号/MAC地址映射表”工作，当交换机工作时，会自动建立这种映射 设一个6端口的交换机，端口1、4、5、6分别连接了计算机，则生成如图所示的“映射表”。当计算机A和计算机C通信时，发送前，在A结点先填好数据帧的目的地址C，然后送交换机，交换机查“端口号/MAC地址映射表”，在1号和5号端口间建立连接 这种连接可以根据需要同时建立多条，由背板总线的数目而定。4.4 交换式局域网地址表端

16、口 地址1A234B5C6D地址表缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区 缓冲区1234564.5 虚拟局域网 一、什么是虚拟局域网 在交换式网络基础上，通过一定的技术手段，根据实际工作的需要，将网络上的结点划分成若干逻辑工作组，每个工作组就是一个虚拟网络。虚拟网络以软件的方式实现逻辑工作组的划分，工作组中结点不受其物理位置的限制，可以分布在不同的网段上4.5 虚拟局域网 二、虚拟局域网的实现 1、用端口号定义虚拟局域网 根据交换机的端口号划分虚拟网，这些端口号可以来自不同的交换机。一个端口或一个网段 只能属于一个虚拟网 不足之处是：当用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理员必须对虚拟网的成员重新

17、配置4.5 虚拟局域网1 2 3 4 5 6 7 8 9 10VLAN1VLAN2VLAN24.5 虚拟局域网1 2 3 4 5 6 7 8 9 10VLAN1VLAN21 2 3 4 5 6 7 8 9 10VLAN14.5 虚拟局域网 2、用MAC地址定义虚拟局域网 MAC地址既网卡地址，由于网卡安装在计算机中，所以即使将结点从一个网段移动到另一个网段，其虚拟局域网成员的地位不会改变。不足是：当虚拟网的规模较大时逐个配置比较麻烦4.5 虚拟局域网 3、用网络层地址定义虚拟局域网 网络层地址是逻辑地址，如IP地址，只要IP地址是固定的，用户可以随意移动结点而无须重新配置网络 不足是：性能较差

18、，速度会慢4.6 光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDI）FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是使用光纤为传输介质、拓扑结构为双环形的高速网络，技术比较成熟，主要用于城域网中的主干网。4.6 光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDI）FDDI由两个光纤环组成，一个顺时针传输，一个逆时针传输。如果一个环断了，另一个环作为后备投入使用。两个环再同一点段了，则两环可接成一个环继续工作。4.6 光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDI）在FDDI中使用4B/5B编码。即将4位2进制数，用5位表示。FDDI的介质访问控制方式基本接近IEEE802.5，一个主要的区别是：由于FDDI可以拥有1000个站点和100KM的规模，等待令牌传回发送站再释放令牌，效率太低，故允许其在发送完一个数据帧后，立即发出一个新令牌，因此，在一个环上可能同时有多个数据帧或令牌在传输。4.6 光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDI）二、FDDI的技术特点 网络介质：光纤，可以是单模光纤或多模光纤 拓扑结构：双环结构，一个为主环，一个为备用环。编码：4B/5B 介质访问控制方法：多令牌 传输速率：100Mbps 跨越距离：200KM 最多连接站点：1000个 误码率：2.5*10-10 三、FDDI的应用 城域网、校园网、企业网中的骨干网