计算机网络基础教程-第4章-计算机局域网ppt课件

1第4章 计算机局域网问题问题原由原由局域网技术是当前网络技术领域中一重要分支局域网技术是当前网络技术领域中一重要分支。人人们对信息交流、资源共享和宽带网的需求，推动着们对信息交流、资源共享和宽带网的需求，推动着局域网的高速发展。其中局域网的高速发展。其中,以太网是最典型的代表以太网是最典型的代表,它的发展最为迅速，应用最为广泛它的发展最为迅速，应用最为广泛,是学习的重点是学习的重点。本章重点讨论局域网的参考模型与标准、局域网介本章重点讨论局域网的参考模型与标准、局域网介质访问控制方法、局域网的连接设备质访问控制方法、局域网的连接设备与与工作原理、工作原理、局域网局域网的的组网方法、高速局域网、无线局域网等。组网方法、高速局域网、无线局域网等。教学教学重点重点能力能力要求要求了解：了解：最新局域网技术的发展最新局域网技术的发展和新技术基本应用和新技术基本应用。熟悉：熟悉：目前常用的局域网技术及其关键技术。目前常用的局域网技术及其关键技术。掌握：掌握：局域网的组网技术，具备设计和组建局域网局域网的组网技术，具备设计和组建局域网 的能力。的能力。第4章 计算机局域网问题局域网技术是当前网络技术领域中一重要2本章内容 4.1 局域网概述局域网概述 4.5 无线局域网无线局域网 4.4 高速局域网高速局域网 4.3 局域网组网方法局域网组网方法 4.2 LANLAN连接设备及工作原理连接设备及工作原理本章内容 4.1 局域网概述 4.5 无线局域网 3知识结构局域网组网方法局域网组网方法计计算算机机局局域域网网局域网概述局域网概述无线局域网无线局域网集线器集线器网络接口卡网络接口卡交换机交换机高速局域网高速局域网局域网的连接设备及其工作原理局域网的连接设备及其工作原理WLAN的组建方式的组建方式WLAN的网络类型的网络类型WLAN的协议标准的协议标准WLAN的特点与应用的特点与应用局域网的基本类型局域网的基本类型局域网的性能特点局域网的性能特点局域网的参考模型与标准局域网的参考模型与标准局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法局域网的产生与发展局域网的产生与发展局域网的扩展局域网的扩展传统以太网传统以太网万兆以太网万兆以太网(10 Gigabit Ethernet)千兆以太网千兆以太网(Gigabit Ethernet)快速以太网快速以太网(Fast Ehernet)光纤颁数据接口光纤颁数据接口(FDDI)主干网主干网虚拟局域网虚拟局域网交换以太网交换以太网(Switching Ethernet)知识结构局域网组网方法计算机局域网局域网概述无线局域网集线器44.1 局域网概述4.1.1 4.1.1 4.1.1 4.1.1 局域网的产生与发展局域网的产生与发展局域网的产生与发展局域网的产生与发展 1 1、局域网的产生局域网的产生局域网的产生局域网的产生 局域网技术是在远程分组交换通信网络基础上发展起局域网技术是在远程分组交换通信网络基础上发展起来的。来的。从从19691969年第一个计算机网络年第一个计算机网络远程通信交换网远程通信交换网ARPAnetARPAnet诞生到诞生到2020世纪世纪7070年代后期年代后期,分组交换通信网络得到很大发展分组交换通信网络得到很大发展,并积累了很多经验。并积累了很多经验。1972 1972年年BellBell公司提出了两种环型局域网技术，公司提出了两种环型局域网技术，19731973年以年以太网（太网（EthernetEthernet）问世。）问世。1973 1973年，年，MetcalfeMetcalfe和和David BoggsDavid Boggs将将“AltoAloha”AltoAloha”改名改名为为“以太网以太网”，由此，由此，EthernetEthernet网络便诞生了。网络便诞生了。4.1 局域网概述4.1.1 局域网的产生与发展 54.1.1局域网的产生与发展 2 2、局域网的发展、局域网的发展、局域网的发展、局域网的发展 19791979年，年，Bob MetcalfeBob Metcalfe开始了以太网标准化的研制工作。开始了以太网标准化的研制工作。19811981年年6 6月，月，IEEE 802IEEE 802工程决定组成工程决定组成802.3802.3分委员会分委员会,以办以办公室环境为主要目标产生基于公室环境为主要目标产生基于DIXDIX工作成果的国际公认标准。工作成果的国际公认标准。19901990年年,为了提高以太网的传输速率为了提高以太网的传输速率,在在10M10M以太网的基础以太网的基础上上,开发了快速以太网技术开发了快速以太网技术,并在并在19951995年年6 6月通过了月通过了100 Base-T100 Base-T快速以太网标准快速以太网标准IEEE802.3uIEEE802.3u。从从19931993年开始年开始,在开发快速以太网的同时在开发快速以太网的同时,开始研究交换式开始研究交换式网络技术，并先后推出了交换以太网、交换令牌环和交换网络技术，并先后推出了交换以太网、交换令牌环和交换FDDIFDDI技术。随着交换式网络技术的研究与发展，又相继推出了异步技术。随着交换式网络技术的研究与发展，又相继推出了异步传输模式（传输模式（ATMATM）、千兆位以太网和万兆位以太网。目前局域）、千兆位以太网和万兆位以太网。目前局域网的带宽已达到网的带宽已达到10Gbit/s10Gbit/s。4.1.1局域网的产生与发展 2、局域网的发展64.1.2局域网的性能特点 1 1、局域网的性能、局域网的性能、局域网的性能、局域网的性能 决定局域网特性的主要技术有决定局域网特性的主要技术有3个方面：连接各种设备个方面：连接各种设备的拓扑结构、数据传输介质和介质访问控制方法。的拓扑结构、数据传输介质和介质访问控制方法。拓扑结构拓扑结构:局域网及城域网的典型拓扑结构为星型、局域网及城域网的典型拓扑结构为星型、环型、总线型和树型结构等。环型、总线型和树型结构等。传输介质：传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤、电磁波等。同轴电缆、双绞线、光纤、电磁波等。对于不便使用有线介质的场合，可以采用微波、卫星、红外对于不便使用有线介质的场合，可以采用微波、卫星、红外线等作为局域网的传输介质，已获得广泛应用的无线局域网线等作为局域网的传输介质，已获得广泛应用的无线局域网就是其典型例子。就是其典型例子。介质访问控制方法：介质访问控制方法：也称为网络的访问控制方式也称为网络的访问控制方式,是是指网络中各结点之间的信息通过介质传输时如何控制、如何指网络中各结点之间的信息通过介质传输时如何控制、如何合理完成对传输信道的分配、如何避免冲突合理完成对传输信道的分配、如何避免冲突,同时同时,又使网络又使网络有最高的工作效率及高可靠性等。有最高的工作效率及高可靠性等。4.1.2局域网的性能特点 1、局域网的性能74.1.2局域网的性能特点 2 2、局域网的特点、局域网的特点、局域网的特点、局域网的特点 地域范围小：地域范围小：局域网用于办公室、机关、工厂、学局域网用于办公室、机关、工厂、学校等内部联网校等内部联网,其范围没有严格的定义，但一般认为距离为其范围没有严格的定义，但一般认为距离为0.10.125km25km。误码率低：误码率低：局域网具有较高的数据传输速率，传输局域网具有较高的数据传输速率，传输速率一般为速率一般为100M100M1000Mbit/s1000Mbit/s，误码率在，误码率在1010-8-81010-11-11之间。之间。传输延时小：传输延时小：局域网中的传输延时很小，一般在几局域网中的传输延时很小，一般在几毫秒几十毫秒之间。毫秒几十毫秒之间。传输速率高：传输速率高：目前目前,局域网的传输速率在局域网的传输速率在100Mbit/s100Mbit/s以上以上,如如155Mbit/s155Mbit/s、655Mbit/s655Mbit/s、Gbit/sGbit/s、10Gbit/s10Gbit/s等。等。支持多种传输介质：支持多种传输介质：可根据不同的性能需要选用价可根据不同的性能需要选用价格低廉的双绞线、同轴电缆或价格较贵的光纤格低廉的双绞线、同轴电缆或价格较贵的光纤,以及无线传以及无线传输介质。输介质。4.1.2局域网的性能特点 2、局域网的特点84.1.3局域网的基本类型 局域网有多种类型局域网有多种类型,如果按照网络转接方式不同如果按照网络转接方式不同,可分为共可分为共享式局域网和交换式局域网两种，如图享式局域网和交换式局域网两种，如图4-4-1 1所示。所示。图图 4-4-1 1 局域网分类局域网分类传统以太网传统以太网高速以太网高速以太网FDDI 以太网以太网令牌总线令牌总线令牌环令牌环FDDI局域网局域网虚拟局域网虚拟局域网交换以太网交换以太网ATM局域网局域网交换式局域网交换式局域网共享介质局域网共享介质局域网无线局域网无线局域网4.1.3局域网的基本类型 局域网有多种类型,如果按94.1.3局域网的基本类型 1 1、共享介质局域网、共享介质局域网、共享介质局域网、共享介质局域网 共享式局域网是指所有结点共享一条公共通信传输介质的共享式局域网是指所有结点共享一条公共通信传输介质的局域网技术。共享介质局域网可分为以太网、令牌总线、令牌局域网技术。共享介质局域网可分为以太网、令牌总线、令牌环、环、FDDIFDDI以及在此基础上发展起来的高速以太网和以及在此基础上发展起来的高速以太网和FDDIFDDI等。等。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，同有无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，同有线局域网一样，可采用共享方式。线局域网一样，可采用共享方式。2 2、交换式局域网、交换式局域网、交换式局域网、交换式局域网 交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元为交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元为数据交换单位，以以太网交换机（数据交换单位，以以太网交换机（Ethernet SwitchEthernet Switch）为核心的为核心的交换式局域网技术。交换式局域网可分为交换以太网、交换式局域网技术。交换式局域网可分为交换以太网、ATMATM网以网以及在此基础上发展起来的虚拟局域网，但近年来已很少用及在此基础上发展起来的虚拟局域网，但近年来已很少用ATMATM技技术组建局域网。术组建局域网。4.1.3局域网的基本类型 1、共享介质局域网104.1.4局域网的参考模型与标准图图 4-2 OSI与与IEEE 802的对应关系的对应关系物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层物理层物理层MACMAC子层子层LLCLLC子层子层高层协议高层协议OSIOSI参考模型参考模型物理层物理层MACMAC子层子层LLCLLC子层子层高层协议高层协议高层协议高层协议传输媒体传输媒体传输媒体传输媒体 1 1、局域网参考模型局域网参考模型局域网参考模型局域网参考模型 局域网的体系结构只包含了局域网的体系结构只包含了数据链路层和物理层数据链路层和物理层,其中，其中，数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层。数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层。4.1.4局域网的参考模型与标准图 4-2 OSI与IE114.1.4局域网的参考模型与标准802.1 体系结构与网络互联体系结构与网络互联802.4令牌总线令牌总线802.6局域网局域网802.11无线局域网无线局域网802.5令牌环网令牌环网802.3CSMA/CD802.10 可互操作的局域网安全可互操作的局域网安全802.2 逻辑链路控制子层（逻辑链路控制子层（LLC）高层高层LLCMAC物理层物理层图图 4-4-3 IEEE 8023 IEEE 802标准系列内部关系标准系列内部关系 2 2、局域网的标准、局域网的标准、局域网的标准、局域网的标准 19801980年年2 2月，电器和电子工程师协会月，电器和电子工程师协会(IEEE)IEEE)成立了局域网成立了局域网标准委员会标准委员会,专门从事局域网标准化工作专门从事局域网标准化工作,并制订了并制订了IEEE 802IEEE 802标准。标准。IEEE 802IEEE 802系列标准之间的内部关系如图系列标准之间的内部关系如图4-34-3所示。所示。4.1.4局域网的参考模型与标准802.1 体系结构与网124.1.4局域网的参考模型与标准 802.3802.3：定义了局域网：定义了局域网CSMA/CDCSMA/CD总线介质访问控制子层及物理层规范总线介质访问控制子层及物理层规范 802.1802.1：A A定义了局域网体系结构定义了局域网体系结构;B B定义了网络互连定义了网络互连、网络管理与性能测试网络管理与性能测试 802.7802.7：定义了局域网宽带技术（咨询和物理层课题与建议实施）：定义了局域网宽带技术（咨询和物理层课题与建议实施）1234567891011802.2802.2：定义了局域网逻辑链路控制：定义了局域网逻辑链路控制LLCLLC子层的功能与服务子层的功能与服务802.4802.4：定义了局域网令牌总线介质访问控制子层及物理层规范：定义了局域网令牌总线介质访问控制子层及物理层规范802.5802.5：定义了局域网令牌环介质访问控制子层及物理层规范：定义了局域网令牌环介质访问控制子层及物理层规范802.6802.6：定义了局域网：定义了局域网MANMAN介质访问控制子层及物理层规范介质访问控制子层及物理层规范802.8802.8：定义了局域网光纤传输技术（咨询和物理层课题）：定义了局域网光纤传输技术（咨询和物理层课题）802.9802.9：定义了局域网综合语音：定义了局域网综合语音/数据服务的访问方法和物理规范数据服务的访问方法和物理规范 802.10802.10：定义了局域网安全与加密访问方法和物理层规范：定义了局域网安全与加密访问方法和物理层规范 802.11802.11：定义了无线局域网访问方法和物理层规范：定义了无线局域网访问方法和物理层规范 IEEE 802IEEE 802标准系列中的主要标准标准系列中的主要标准4.1.4局域网的参考模型与标准 802.3：定义了局域网134.1.5局域网介质访问控制方法 1 1、介质访问控制方法概念、介质访问控制方法概念、介质访问控制方法概念、介质访问控制方法概念 将传输介质的频带有效地分配给网络上各结点的方法称将传输介质的频带有效地分配给网络上各结点的方法称为介质访问控制方法。介质访问控制方法是分配介质使用权为介质访问控制方法。介质访问控制方法是分配介质使用权限的机理、策略和算法，也是一项关键技术，它对局域网的限的机理、策略和算法，也是一项关键技术，它对局域网的体系结构、工作过程和网络性能产生决定性的影响。体系结构、工作过程和网络性能产生决定性的影响。目前，在总线型和环型局域网中大都采用分布式控制方目前，在总线型和环型局域网中大都采用分布式控制方法。基于分布式的介质访问控制方法有法。基于分布式的介质访问控制方法有3 3种：种：适合总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问适合总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CDCSMA/CD）方法。）方法。适合环型结构的令牌总线（适合环型结构的令牌总线（Token BusToken Bus）方法。）方法。适合环型结构的令牌环（适合环型结构的令牌环（Token RingToken Ring）方法。）方法。评价一个介质访问控制方法的好坏有评价一个介质访问控制方法的好坏有3 3个基本要素：个基本要素：协议协议是否简单；信道利用率是否高效；网络上各结点是否公平。是否简单；信道利用率是否高效；网络上各结点是否公平。4.1.5局域网介质访问控制方法 1、介质访问144.1.5局域网介质访问控制方法 2 2、带冲突检测的载波监听多路访问、带冲突检测的载波监听多路访问、带冲突检测的载波监听多路访问、带冲突检测的载波监听多路访问 带冲突检测的载波监听多路访问是一种随机争用的介质带冲突检测的载波监听多路访问是一种随机争用的介质访问控制方法，如图访问控制方法，如图4-44-4所示。它的控制过程包括所示。它的控制过程包括4 4个步骤个步骤:载波侦听：载波侦听：是指用电子技术检测总线上有没有其它计是指用电子技术检测总线上有没有其它计算机发送的数据信号，以免发生碰撞。算机发送的数据信号，以免发生碰撞。冲突检测：冲突检测：在每个站发送帧期间在每个站发送帧期间,同时具有检测首先同时具有检测首先冲突的能力。一旦遇到冲突，则立即停止发送，并向总线上冲突的能力。一旦遇到冲突，则立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通报总线上各站点已发生冲突。发一串阻塞信号，通报总线上各站点已发生冲突。多路访问：多路访问：当检测到冲突并在发完阻塞信号后当检测到冲突并在发完阻塞信号后,需要需要等待一个随机时间，然后再用等待一个随机时间，然后再用CSMACSMA的算法重新发送。的算法重新发送。争用方式：争用方式：在总线上的每个结点都能随时发送信息，在总线上的每个结点都能随时发送信息，但在同一时刻只允许一对结点可以通信，否则，就会导致信但在同一时刻只允许一对结点可以通信，否则，就会导致信号相互叠加，造成数据错误，这就是线路争用带来的问题。号相互叠加，造成数据错误，这就是线路争用带来的问题。4.1.5局域网介质访问控制方法 2、带冲突检测的载154.1.5局域网介质访问控制方法发送帧发送帧媒体忙？媒体忙？延迟随机时间延迟随机时间YesNo发送发送碰撞？碰撞？Yes发送发送JamJam碰撞次数碰撞次数N+1N+1N=16N=16？NoYes发送失败发送失败发送完？发送完？发送成功发送成功YesNoNo图图 4-4 CSMA/CD4-4 CSMA/CD的工作流程图的工作流程图4.1.5局域网介质访问控制方法发送帧媒体忙？延迟随机时间164.1.5局域网介质访问控制方法 3 3、令牌环访问控制、令牌环访问控制、令牌环访问控制、令牌环访问控制 令牌环（令牌环（Token RingToken Ring）网的拓扑结构是环型，网络中的）网的拓扑结构是环型，网络中的计算机通过传输线路连成一个闭环计算机通过传输线路连成一个闭环,所有结点共享一条环路所有结点共享一条环路,属于共享介质的局域网。属于共享介质的局域网。令牌环网是通过在环型网上传递令牌的方式来实现对介令牌环网是通过在环型网上传递令牌的方式来实现对介质访问控制的。在令牌环网中，在某一时刻也只允许一个结质访问控制的。在令牌环网中，在某一时刻也只允许一个结点发送数据。为了不产生冲突，在环中有一个特殊格式的帧点发送数据。为了不产生冲突，在环中有一个特殊格式的帧沿固定方向不停地流动，这个帧称为令牌，是用来控制各个沿固定方向不停地流动，这个帧称为令牌，是用来控制各个结点介质访问权限的控制帧。如果某个结点需要发送数据，结点介质访问权限的控制帧。如果某个结点需要发送数据，需先截获令牌，然后方可发送一个数据帧。数据帧中含有目需先截获令牌，然后方可发送一个数据帧。数据帧中含有目的地址和源地址，数据帧沿与令牌相同的方向传送，只有地的地址和源地址，数据帧沿与令牌相同的方向传送，只有地址与帧中的目的地址相同的结点才接收这个数据帧，其它结址与帧中的目的地址相同的结点才接收这个数据帧，其它结点则转发这个数据帧。当数据帧发送完毕，令牌继续流动。点则转发这个数据帧。当数据帧发送完毕，令牌继续流动。4.1.5局域网介质访问控制方法 3、令牌环访问控制174.1.5局域网介质访问控制方法令牌环网的工作流程如图令牌环网的工作流程如图4-54-5所示。所示。CDAB站点站点干线耦合器干线耦合器单向环单向环点到点链路点到点链路图图 4-5 4-5 令牌环工作原理示意图令牌环工作原理示意图4.1.5局域网介质访问控制方法令牌环网的工作流程如图4-184.1.5局域网介质访问控制方法令牌环网的具体工作流程可概括为令牌环网的具体工作流程可概括为3 3个步骤：个步骤：截获令牌并且发送数据帧：截获令牌并且发送数据帧：网络空闲时各结点都没网络空闲时各结点都没有帧发送有帧发送,只有令牌在环路上绕行只有令牌在环路上绕行,此时令牌标记此时令牌标记0000000000000000，称为空标记。当空闲令牌传到这个结点时，将空标记换为称为空标记。当空闲令牌传到这个结点时，将空标记换为1111111111111111，称为忙标记，然后去掉令牌的尾部，加上数据，称为忙标记，然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据帧，发送到下一个结点。成为数据帧，发送到下一个结点。接收与转发数据：接收与转发数据：数据帧每经过一个结点时比较数数据帧每经过一个结点时比较数据帧中的目的地址，如果不属于本结点则转发出去；否则据帧中的目的地址，如果不属于本结点则转发出去；否则,在帧中设置已经复制的标志，然后向下一结点转发。在帧中设置已经复制的标志，然后向下一结点转发。取消数据帧并且重发令牌：取消数据帧并且重发令牌：当数据帧通过闭环重新当数据帧通过闭环重新传到发送结点时传到发送结点时,发送结点不再转发，而是检查发送是否成发送结点不再转发，而是检查发送是否成功。如果数据帧传输失败则重发；如果传输成功功。如果数据帧传输失败则重发；如果传输成功,则清除该则清除该数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。4.1.5局域网介质访问控制方法令牌环网的具体工作流程可概194.1.5局域网介质访问控制方法令牌环网的实际结构令牌环网的实际结构星型环路星型环路ABCDE集线器集线器4.1.5局域网介质访问控制方法令牌环网的实际结构星型204.1.5局域网介质访问控制方法 4 4、令牌总线访问控制、令牌总线访问控制、令牌总线访问控制、令牌总线访问控制 令牌总线（令牌总线（Token BusToken Bus）访问控制也属于共享介质的局）访问控制也属于共享介质的局域网，所有计算机都连接在总线上，在物理总线上建立一个域网，所有计算机都连接在总线上，在物理总线上建立一个逻辑环，令牌在逻辑环路中依次传递，其工作原理与令牌环逻辑环，令牌在逻辑环路中依次传递，其工作原理与令牌环相同。它同时具有上述两种方法的优点，既具有总线网的接相同。它同时具有上述两种方法的优点，既具有总线网的接入方便和可靠性较高的优点，也具有令牌环网的无冲突和发入方便和可靠性较高的优点，也具有令牌环网的无冲突和发送时延有确定的上限值的优点。送时延有确定的上限值的优点。令牌总线是一种简单令牌总线是一种简单、公平公平、性能良好的介质访问控制性能良好的介质访问控制方法方法,令牌总线的工作流程如图令牌总线的工作流程如图4-64-6示。其中，图示。其中，图4-4-6 6（a a）是）是各结点的物理连接，图各结点的物理连接，图4-4-6 6（b b）是各结点形成的逻辑环，在）是各结点形成的逻辑环，在图中结点图中结点G G没有加入到逻辑环中。没有加入到逻辑环中。4.1.5局域网介质访问控制方法 4、令牌总线访问控214.1.5局域网介质访问控制方法图图 4-4-6 6 令牌总线的工作原理令牌总线的工作原理(b)(b)逻辑环逻辑环传送方向传送方向令牌BFCDEA(a)(a)令牌总线令牌总线ABCDEFG 令牌总线的物理结构是总线结构，总线上的各个结点按令牌总线的物理结构是总线结构，总线上的各个结点按一定顺序形成一个逻辑环，逻辑环中结点的顺序与结点在总一定顺序形成一个逻辑环，逻辑环中结点的顺序与结点在总线上连接的位置无关，每个结点上都要保存它的上一个结点线上连接的位置无关，每个结点上都要保存它的上一个结点和下一个结点的逻辑地址或序号，并且可以动态地设置。和下一个结点的逻辑地址或序号，并且可以动态地设置。4.1.5局域网介质访问控制方法图 4-6 令牌总线的工作224.1.5局域网介质访问控制方法 为了保证总线上不会出现多个结点同时试图发送信息而为了保证总线上不会出现多个结点同时试图发送信息而产生冲突产生冲突,令牌总线访问控制的工作流程可概括为令牌总线访问控制的工作流程可概括为3 3个步骤：个步骤：截获令牌。截获令牌。当逻辑环中的一个结点要发送数据时，当逻辑环中的一个结点要发送数据时，必须等待令牌的到来。必须等待令牌的到来。地址转载。地址转载。当环中的上一个结点（例如当环中的上一个结点（例如D D）在传出令）在传出令牌时，把下一个结点牌时，把下一个结点A A的地址加到令牌中。令牌在总线上广的地址加到令牌中。令牌在总线上广播，只有地址相符的结点播，只有地址相符的结点A A才接受令牌才接受令牌,其它结点不予理睬。其它结点不予理睬。令牌转发。令牌转发。如果如果A A结点没有数据需要发送，就发出一结点没有数据需要发送，就发出一个含有下一结点个含有下一结点F F地址的令牌；如果地址的令牌；如果A A结点有数据要发送，这结点有数据要发送，这时就可使用总线发送一个或多个数据帧，数据发送完毕或到时就可使用总线发送一个或多个数据帧，数据发送完毕或到达规定的时间，就发出含有下一结点地址的令牌。达规定的时间，就发出含有下一结点地址的令牌。4.1.5局域网介质访问控制方法 为了保证总线上不会234.1.6局域网的网络模式 网络模式（网络模式（Network ModelNetwork Model）也称计算模式或应用模式）也称计算模式或应用模式,它是计算机网络处理信息的方式。不同的网络模式具有不同它是计算机网络处理信息的方式。不同的网络模式具有不同的工作特点和服务方式。目前，局域网最常用的计算模式有的工作特点和服务方式。目前，局域网最常用的计算模式有客户机客户机/服务器模式服务器模式、浏览器浏览器/服务器模式和对等服务器模式服务器模式和对等服务器模式。1 1、客户机、客户机、客户机、客户机/服务器模式（服务器模式（服务器模式（服务器模式（Client/ServerClient/Server，C/SC/S）是一种开放式结构、集中式管理、协作式处理的主从式是一种开放式结构、集中式管理、协作式处理的主从式网络应用模式。网络应用模式。C/S C/S模式把计算任务分成服务器部分和客户机部分模式把计算任务分成服务器部分和客户机部分,分别分别由服务器和客户机完成，数据库在服务器上。客户机接收用由服务器和客户机完成，数据库在服务器上。客户机接收用户请求，进行适当处理后，把请求发送给服务器，服务器完户请求，进行适当处理后，把请求发送给服务器，服务器完成相应的数据处理功能后，把结果返回给客户机，客户机以成相应的数据处理功能后，把结果返回给客户机，客户机以方便用户的方式把结果提供给用户。方便用户的方式把结果提供给用户。C/SC/S模式如图模式如图4-74-7所示。所示。4.1.6局域网的网络模式 网络模式（Network244.1.6局域网的网络模式图图 4-7 C/S4-7 C/S模式逻辑结构示意图模式逻辑结构示意图用户界面用户界面客户应用客户应用操作系统操作系统网络接口网络接口服务驱动服务驱动服务器服务器应用核心应用核心操作系统操作系统网络接口网络接口局域网局域网查询查询/命令命令结果结果/响应响应ServerServerClientClientLANLAN4.1.6局域网的网络模式图 4-7 C/S模式逻辑结构254.1.6局域网的网络模式图图 4-8 Browser/Server4-8 Browser/Server模式逻辑结构示意图模式逻辑结构示意图WebWeb请求请求HTTPHTTPWebWeb答应答应数据操作请求数据操作请求ADO/ASPADO/ASP数据操作答应数据操作答应Browser WebBrowser Web服务器服务器 数据库数据库 表示层表示层 功能层功能层 数据层数据层(显示逻辑显示逻辑)()(事务处理逻辑事务处理逻辑)()(数据处理逻辑数据处理逻辑)2 2、浏览器浏览器浏览器浏览器/服务器模式服务器模式服务器模式服务器模式 随着随着InternetInternet的广泛应用，基于局域网的企业网开始采的广泛应用，基于局域网的企业网开始采用用WebWeb技术构筑和改建自己的企业网（技术构筑和改建自己的企业网（IntranetIntranet）。于是，）。于是，浏览器浏览器/服务器（服务器（B/SB/S）新型结构模式应运而生。）新型结构模式应运而生。B/SB/S三层模三层模式的体系结构如图式的体系结构如图4-84-8所示。所示。4.1.6局域网的网络模式图 4-8 Browser/S264.1.6局域网的网络模式 3 3、对等服务器网络模式对等服务器网络模式对等服务器网络模式对等服务器网络模式 对等服务器网络模式中没有专用服务器对等服务器网络模式中没有专用服务器,每一台计算机每一台计算机的地位平等，在网上的每一台计算机既可以充当服务器的地位平等，在网上的每一台计算机既可以充当服务器,又又可以充当客户机可以充当客户机,彼此之间进行互相访问彼此之间进行互相访问,平等地进行通信。平等地进行通信。典型对等局域网结构如图典型对等局域网结构如图4-9所示。所示。图图 4-9 4-9 对等结构局域网对等结构局域网4.1.6局域网的网络模式 3、对等服务器网络模式274.2 局域网的连接设备及其工作原理 1 1、网卡的主要功能、网卡的主要功能、网卡的主要功能、网卡的主要功能 网卡的功能是与网络操作系统配合工作，负责将要发送的网卡的功能是与网络操作系统配合工作，负责将要发送的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，如图数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，如图4-10所示。所示。4.2.14.2.14.2.14.2.1网络接口卡网络接口卡网络接口卡网络接口卡图图 4-10 4-10 网卡的基本功能示意图网卡的基本功能示意图PCPC总线总线数数据据转转换换拆拆装装数数据据帧帧数数据据缓缓冲冲访访问问控控制制编编码码与与译译码码收收发发器器连连接接器器网网络络电电缆缆 在局域网中的连接设备有网络接口卡在局域网中的连接设备有网络接口卡、集线器集线器、交换机等交换机等。网络接口卡网络接口卡 简称为网卡简称为网卡,插在计算机总线插槽内或外部接口上。插在计算机总线插槽内或外部接口上。4.2 局域网的连接设备及其工作原理 1、284.2.1网络接口卡 2 2、网卡的工作原理、网卡的工作原理、网卡的工作原理、网卡的工作原理 网卡工作在数据链路层，主要完成物理层和数据链路层网卡工作在数据链路层，主要完成物理层和数据链路层的大部分功能。主机与网卡通过控制总线来传输控制命令与的大部分功能。主机与网卡通过控制总线来传输控制命令与响应，通过数据总线来发送与接收数据。主机通过地址总线响应，通过数据总线来发送与接收数据。主机通过地址总线和控制总线和控制总线,根据地址与中断号根据地址与中断号INTINT识别网卡和其中的寄存器识别网卡和其中的寄存器写入或读出命令或响应。写入或读出命令或响应。3 3、网卡的基本类型、网卡的基本类型、网卡的基本类型、网卡的基本类型 如果按以太网网卡所支持的总线类型如果按以太网网卡所支持的总线类型,可分为可分为3 3种类型：种类型：1616位。位。适用于符合工业总线标准适用于符合工业总线标准ISAISA的网卡。的网卡。3232位。位。适用于符合扩展的工业总线标准适用于符合扩展的工业总线标准EISAEISA、MACMAC、VL-BUSVL-BUS、PCIPCI的网卡。的网卡。特殊总线。特殊总线。适用于符合适用于符合MCIAMCIA、并行口、并行口、USBUSB的网卡。的网卡。4.2.1网络接口卡 2、网卡的工作原理 3、29system4 system5 system6system4 system5 system6 4.2.2集线器 集线器集线器(Hub)(Hub)是局域网中重要的部件之一，其实质是一个是局域网中重要的部件之一，其实质是一个多端口的中继器。中继器通常带有两个端口多端口的中继器。中继器通常带有两个端口,用于连接一对同用于连接一对同轴电缆，而随着双绞线以太网的出现轴电缆，而随着双绞线以太网的出现,中继器被做成具有多个中继器被做成具有多个端口的装置，用在星型布线系统中端口的装置，用在星型布线系统中,并称其为集线器。集线器并称其为集线器。集线器在网络中的连接如在网络中的连接如4-114-11图所示。图所示。HUB1HUB1Server system1 system2 system3Server system1 system2 system3 HUB2HUB2图图 4-11 4-11 集线器在网络中的连接集线器在网络中的连接system4 system5 system6 4.2.2304.2.2集线器1放大和整形功能放大和整形功能2检测冲突功能检测冲突功能3端口扩展功能端口扩展功能4数据转发功能数据转发功能5 5介质互连功能介质互连功能 1 1、集线器的主要功能、集线器的主要功能、集线器的主要功能、集线器的主要功能 在使用在使用10Base-T10Base-T的以太网协议组网时，集线器的作用的以太网协议组网时，集线器的作用就显得十分重要，它主要有以下就显得十分重要，它主要有以下5 5个方面的功能。个方面的功能。4.2.2集线器1放大和整形功能2检测冲突功能3端口扩展功314.2.2集线器图图 4-12 4-12 集线器的基本结构集线器的基本结构 端口端口1 端口端口2 端口端口3 端口端口4 端口端口5 端口端口6 端口端口7 端口端口8主机主机B B主机主机A A集线器集线器 2 2、线器的工作原理、线器的工作原理、线器的工作原理、线器的工作原理 集线器作为以太网的中心连接设备时，所有结点通过非集线器作为以太网的中心连接设备时，所有结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接。在物理结构是星型结构，在逻辑屏蔽双绞线与集线器连接。在物理结构是星型结构，在逻辑上仍然是总线型结构，并且在上仍然是总线型结构，并且在MACMAC层仍然使用层仍然使用CSMA/CDCSMA/CD介质访介质访问控制方法。集线器的基本结构如图问控制方法。集线器的基本结构如图4-124-12所示。所示。4.2.2集线器图 4-12 集线器的基本结构 端324.2.2集线器 3 3、集线器的基本类型、集线器的基本类型、集线器的基本类型、集线器的基本类型 集线器有多种不同的类型，并有多种不同的分类方法。集线器有多种不同的类型，并有多种不同的分类方法。按网络类型分类，按网络类型分类，可分为：可分为：以太网以太网HubHub、令牌环网、令牌环网HubHub、FDDI HubFDDI Hub等。等。按集线器端口连接介质不同分类，按集线器端口连接介质不同分类，可分为：可分为：同轴电缆、双绞线和光纤三种类型。同轴电缆、双绞线和光纤三种类型。按集线器支持的传输速率不同分类，按集线器支持的传输速率不同分类，可分为：可分为：10Mbit/s 10Mbit/s、100Mbit/s100Mbit/s和和10/100Mbit/s10/100Mbit/s。按集线器结构不同分类，按集线器结构不同分类，可分为：可分为：独立式集线器、堆叠式集线器和模块式集线器三种。独立式集线器、堆叠式集线器和模块式集线器三种。4.2.2集线器 3、集线器的基本类型334.2.3交换机 交换机交换机(Switch)(Switch)也称为交换器活交换式集线器，是专门也称为交换器活交换式集线器，是专门为计算机之间能够相互通信且独享带宽而设计的一种包交换为计算机之间能够相互通信且独享带宽而设计的一种包交换设备。目前交换机已取代传统集线器在网络连接中的霸主地设备。目前交换机已取代传统集线器在网络连接中的霸主地位，成为组建和升级以太局域网的首选设备。位，成为组建和升级以太局域网的首选设备。1 1 1 1、交换机的主要功能、交换机的主要功能、交换机的主要功能、交换机的主要功能 交换机大多工作数据链路层交换机大多工作数据链路层,其功能是对封装数据进行转其功能是对封装数据进行转发，在端口之间建立并行的连接，以缩小冲突域，并隔离广发，在端口之间建立并行的连接，以缩小冲突域，并隔离广播风暴。交换机的最大特点是可以将一个局域网划分成多个播风暴。交换机的最大特点是可以将一个局域网划分成多个端口端口,每个端口可以构成一个网段，扮演着一个网桥的角色每个端口可以构成一个网段，扮演着一个网桥的角色,而且每一个连接到交换机上的设备都可以享用自己的专用带而且每一个连接到交换机上的设备都可以享用自己的专用带宽。交换机与各网段的连接如图宽。交换机与各网段的连接如图4-134-13所示。所示。4.2.3交换机 交换机(Switch)也称为交换器344.2.3交换机 交换机的最大特点是可以将一个局域网划分成多个端口交换机的最大特点是可以将一个局域网划分成多个端口,每个端口可以构成一个网段每个端口可以构成一个网段,扮演着一个网桥的角色扮演着一个网桥的角色,而且每而且每一个连接到交换机上的设备都可以享用自己的专用带宽。一个连接到交换机上的设备都可以享用自己的专用带宽。图图 4-4-13 13 用交换机连接各网段示意图用交换机连接各网段示意图网段网段2 hub2 hub网段网段4 hub4 hub交换机交换机网段网段3 hub3 hub网段网段1 hub1 hub4.2.3交换机 交换机的最大特点是可以将一个局域网354.2.3交换机 2 2 2 2、交换机的工作原理、交换机的工作原理、交换机的工作原理、交换机的工作原理 交换机之所以比集线器的性能优越，其关键是交换机中交换机之所以比集线器的性能优越，其关键是交换机中的的MACMAC地址表，并有先进的转发方式。地址表，并有先进的转发方式。(1)(1)MACMAC地址表：地址表：集线器虽然也能组网集线器虽然也能组网,但仅起到物理层但仅起到物理层的电信号放大作用，需要通过网络上层的帮助才能完成将数的电信号放大作用，需要通过网络上层的帮助才能完成将数据帧转发到目的计算机，这样会降低数据传输的效率。交换据帧转发到目的计算机，这样会降低数据传输的效率。交换机通过专用集成电路机通过专用集成电路(ASIC)(ASIC)能够完成一定智能的功能，通过能够完成一定智能的功能，通过查看每个端口接收的帧的源地址查看每个端口接收的帧的源地址,迅速建立一个端口和迅速建立一个端口和MACMAC地地址的映射关系址的映射关系,并存储在内容关联存储器并存储在内容关联存储器(CAM)(CAM)里形成一个端里形成一个端口和口和MACMAC地址的对应表，即地址的对应表，即MACMAC地址表，然后根据这个表转发地址表，然后根据这个表转发数据帧。数据帧。下面以实例说明交换机下面以实例说明交换机MACMAC地址表的建立过程。地址表的建立过程。4.2.3交换机 2、交换机的工作原理364.2.3交换机 假设有一台交换机的假设有一台交换机的4个端口分别连到个端口分别连到4台用户终端，台用户终端，它们有不同的它们有不同的MAC地址，开始交换机的地址，开始交换机的MAC地址表是空的，地址表是空的，如图如图4-14-14 4所示。所示。图图 4-14 4-14 交换机的交换机的MACMAC地址表为空表地址表为空表MACMAC地址表地址表（开机时，（开机时，MACMAC地址表是空的）地址表是空的）E3E3E2E2E0E0E1E10260.8c01.11110260.8c01.11110260.8c01.44440260.8c01.44440260.8c01.22220260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.3333ACBD4.2.3交换机 假设有一台交换机的4个端374.2.3交换机 当终端当终端A第一次向终端第一次向终端C发送数据帧时，由于首次发发送数据帧时，由于首次发送时不知道终端送时不知道终端C在何处，所以向其它各端口复制转发这个在何处，所以向其它各端口复制转发这个数据帧，这个过程称为泛洪，如图数据帧，这个过程称为泛洪，如图4-14-15 5所示。所示。图图 4-15 A4-15 A的的MACMAC地址写入地址表中地址写入地址表中MACMAC地址表地址表E0:0260.8c01.1111E0:0260.8c01.1111E3E3E2E2E0E0E1E10260.8c01.11110260.8c01.11110260.8c01.44440260.8c01.44440260.8c01.22220260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.3333ACBD4.2.3交换机 当终端A第一次向终端C发384.2.3交换机 当终端当终端D第一次向终端第一次向终端C发送数据帧时，交换机将发送数据帧时，交换机将E3端端口和帧的源地址写入表中。交换机获得到了所有终端的口和帧的源地址写入表中。交换机获得到了所有终端的MAC地址，并建立了对应关系表，如图地址，并建立了对应关系表，如图4-14-16 6所示。所示。图图 4-16 B4-16 B的的MACMAC地址写入地址表中地址写入地址表中MACMAC地址表地址表E0:0260.8c01.1111E0:0260.8c01.1111E3:0260.8c01.4444E3:0260.8c01.4444E3E3E2E2E0E0E1E10260.8c01.11110260.8c01.11110260.8c01.44440260.8c01.44440260.8c01.22220260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.3333ACBD4.2.3交换机 当终端D第一次向终端C发送394.2.3交换机 当下一次终端当下一次终端A向终端向终端C发送数据帧时，交换机查看帧发送数据帧时，交换机查看帧的目的地址，并查找的目的地址，并查找MAC地址表，找到对应地址表，找到对应E2端口，直接将端口，直接将这个数据帧转发到这个数据帧转发到E2端口，如图端口，如图4-14-17 7所示。所示。图图 4-17 4-17 通过通过MACMAC地址表转发数据地址表转发数据MACMAC地址表地址表E0:0260.8c01.1111E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.4444E3:0260.8c01.4444E3E3E2E2E0E0E1E10260.8c01.11110260.8c01.11110260.8c01.44440260.8c01.44440260.8c01.22220260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.3333ACBD4.2.3交换机 当下一次终端A向终端C发送404.2.3交换机 交换机的帧转发方式：早期的交换机采用静态交换交换机的帧转发方式：早期的交换机采用静态交换方式，即端口连接通道是不变的方式，即端口连接通道是不变的,它由人工预先进行配置。它由人工预先进行配置。现在各厂家的以太网交换机产品几乎全部采用动态交换方现在各厂家的以太网交换机产品几乎全部采用动态交换方式，目前常用的动态交换方式可分为式，目前常用的动态交换方式可分为3 3类：直接交换方式、类：直接交换方式、存储转发方式、改进的直接交换方式。按应用领域划分：存储转发方式、改进的直接交换方式。按应用领域划分：1直接交换方式直接交换方式2存储转发方式存储转发方式改进的直接交换方式改进的直接交换方式34.2.3交换机 交换机的帧转发方式：早期的交换机414.2.3交换机 3 3、交换机的基本类型、交换机的基本类型、交换机的基本类型、交换机的基本类型 自自19931993年年局局域域网网交交换换机机出出现现后后,随随着着交交换换机机技技术术的的发发展展，其产品的类型也越来越多，通常分类方法有，其产品的类型也越来越多，通常分类方法有3 3种。种。按按应应用用领领域域划划分分:可可分分为为广广域域网网和和局局域域网网交交换换机机。广广域域网网交交换换机机主主要要应应用用于于电电信信领领域域,提提供供通通信信基基础础平平台台；局局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备。域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备。按按传传输输速速率率划划分分：可可分分为为以以太太网网交交换换机机、100100M M交交换换机机和和10001000M M交交换换机机、FDDIFDDI交交换换机机、ATMATM交交换换机机和和令令牌牌环环交交换换机。机。按按结结构构形形式式划划分分：可可分分为为独独立立式式交交换换机机、堆堆叠叠式式交交换机和模块式交换机。换机和模块式交换机。4.2.3交换机 3、交换机的基本类型424.2.3交换机 4 4、交换机与集线器的比较、交换机与集线器的比较、交换机与集线器的比较、交换机与集线器的比较 交换机与集线器的外形和连接方式是相似的，它们之间的交换机与集线器的外形和连接方式是相似的，它们之间的区别主要体现在以下区别主要体现在以下3 3个方面。个方面。OSIOSI体系结构体系结构工作方式工作方式工作带宽工作带宽 集线器属于集线器属于OSIOSI的第的第1 1层物理层设备，而层物理层设备，而 交换机属于交换机属于OSIOSI的第的第2 2层数据链路层设备层数据链路层设备。集线器是广播模式；交换机工作的时侯集线器是广播模式；交换机工作的时侯,只有发出请求的端口和目的端口之间相只有发出请求的端口和目的端口之间相 互响应。互响应。集线器只能工作在半双工模式下集线器只能工作在半双工模式下,交换机交换机 可以工作在全双工模式下。可以工作在全双工模式下。4.2.3交换机 4、交换机与集线器的比较OS434.3 局域网组网方法 4.3.14.3.14.3.14.3.1 传统以太网传统以太网传统以太网传统以太网 以太网以太网(Ethernet)Ethernet)是基于总线型的广播式网络，在现有的是基于总线型的广播式网络，在现有的局域网标准中，它是最早标准化的局域网，也是目前最成熟、局域网标准中，它是最早标准化的局域网，也是目前最成熟、最成功、应用最广泛的一种局域网技术。对于最成功、应用最广泛的一种局域网技术。对于10Mbit/s10Mbit/s传统以传统以太网，太网，IEEE 802.3IEEE 802.3定义了定义了4 4种规范种规范,如图如图4-4-1818所示。所示。介质访问控制子层介质访问控制子层802.3 MAC802.3 MAC10Base-510Base-5粗同轴电缆粗同轴电缆10Base-210Base-2细同轴电缆细同轴电缆10Base-T10Base-T双绞线电缆双绞线电缆10Base-F10Base-F光纤光纤MACMAC子层子层物理层物理层图图 4-4-18 18 传统以太网的四种物理层选项传统以太网的四种物理层选项4.3 局域网组网方法 4.3.1 传统以太网 444.3.1 传统以太网 1 1、粗缆以太网（、粗缆以太网（、粗缆以太网（、粗缆以太网（10Base-510Base-5 ）用粗同轴电缆组建的网络称为粗缆以太网，又可表示用粗同轴电缆组建的网络称为粗缆以太网，又可表示为为10Base-510Base-5，它是最早出现的以太网。，它是最早出现的以太网。粗缆粗缆收发器收发器AUIAUI电缆电缆NICNIC最大段长度最大段长度 500m每段最多站点数每段最多站点数 1002.5m网络最大跨度网络最大跨度 2.5km 网络最多网络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器Vampire tapVampire tap图图 4-4-19 19 粗缆以太网的结构组成粗缆以太网的结构组成 粗缆以太网粗同轴电缆、收发器、收粗缆以太网粗同轴电缆、收发器、收发器电缆、网络适配卡、终接器等发器电缆、网络适配卡、终接器等5 5部分部分组成，其结构如图组成，其结构如图4-194-19所示。所示。4.3.1 传统以太网 1、粗缆以太网（10454.3.1 传统以太网 2 2、细缆以太网（、细缆以太网（、细缆以太网（、细缆以太网（10Base-210Base-2）10Base-2 10Base-2