第1章局域网基础知识课件

个人计算机的普及、办公自动化的基本要求都使得局域网存在于各种场合，为了一个目的：资源共享。计算机专业的背景必须掌握尽可能多的局域网组网技术，以备不时之需。1.1 局域网概述1.2 局域网类型1.3 常见网络拓扑结构1.4 网络协议简介组建局域网的基础知识组建局域网的基础知识21.1 局域网概述（LAN）局域网所具有的特点：地理范围：几百米-十几千米工作站数量：两台-几百台特 点：连接范围窄、用户数少、配置容易、连 接速率高。最早开发的LAN技术最早的商业计算机局域网1980年 IEEE制定统一的LAN规范 ARCnet Ethernet Token Ring3IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN网：以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）、光纤分布式数据接口网络（FDDI）、异步传输模式网（ATM）、无线局域网（WLAN）。4802.1：描述各协议间的关系、参考模型及与较高层协议的关系。802.2：通用的逻辑链路控制层。802.3：CSMA/CD 媒体访问控制协议及相应的物理层规范。IEEE 802.3u标准，百兆快速以太网。IEEE 802.3z标准，光纤千兆以太网。IEEE 802.3ab标准，5类无屏蔽双绞线千兆以太网。IEEE 802.3ae标准，万兆以太网。802.7：为802.3，4，5采用宽带传输方式。802.8：为802.3，4，5采用光纤传输方式。802.10：可互操作的局域网安全性规范（SILS）。51.2 局域网类型 对等网络 客户/服务器网络 混合型网络6对等网络点对点网络(Peer To Peer)、工作组网络 在对等网络中，每一结点既作为客户端，又充当他人的服务器，从某种意义上，每一结点都处在同等地位。对等网络是对分布式概念的成功拓展，它将传统方式下的服务器负担分配到网络中的每一结点上，每一结点都将承担有限的存储与计算任务，加入到网络中的结点越多，结点贡献的资源也就越多，其服务质量也就越高。任一台计算机均可同时兼作服务器和工作站，也可只作其中之一。7特点：（1）网络用户较少，一般在20台计算机以内，适 合人员少，应用网络较多的中小企业；（2）网络用户都处于同一区域中；（3）对于网络来说，网络安全不是最重要的问题。优点：网络成本低、网络配置和维护简单。因为每台计算机既是客户机又是服务器，因此不需要强大的中央服务器或另外用于高性能网络的部件，所以对等网络的价格比基于服务器的网络更便宜。8缺点：网络性能较低、数据保密性差、文件管理分散、计算机资源占用大。网络规模扩大时，会给管理带来不便，所以一般只能用于规模较小的网络。由于网络资源不能集中管理，因此网络的安全管理要由资源提供者自己承担，而有些网络成员根本就不知道对自己的共享资源设置安全措施，所以网络安全性很差。对等网络提供的资源十分有限，主要是文件共享、打印机共享，或是满足小规模用户间的通信需要。一些功能强大的服务受到安全等方面因素的限制，很少在对等网络中实现。9客户/服务器网络服务器专门提供服务的高性能计算机或专用设备客户机用户计算机这是客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式，多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。这是最常用、最重要的一种网络类型。不仅适合于同类计算机联网，也适合于不同类型的计算机联网，如PC机、Mac机的混合联网。L10优点：便于集中管理和控制；安全性良好；可有效实现备份；有利于降低客户端设备的要求，从而降低 成本。缺点：一切都依赖于服务器。客户/服务器网络11混合型网络实际应用中，有时在客户端机器上也会实现资源共享。这使得一般情况下作为客户的计算机也提供一定的服务，如提供共享的软硬件资源（硬盘、光盘、打印机）。这样的网络称为混合型网络，实际上即是以上两种方式的混合。优点：处理灵活、使用方便。缺点：结构性不强，可能会破坏网络的安全策略。121.3 常见网络拓扑结构网络拓扑网络物理布局，在设计网络必须要进 行的一个步骤。即用传输介质连接各种设备的布局，它以概括的形式描述一个网络，即不指定设备、连接方法、网络地址。在设计一个网络之前，必须理解网络的拓扑结构，因为它们影响所使用的逻辑拓扑结构、建筑物里如何敷设线缆、使用何种网络介质等问题。另外，要解决网络中出现的问题或者是改变网络的基本结构，就必须理解网络的拓扑结构。总线星型环型131.3.1 总线网络14数据传输过程：每台计算机称为一个结点，当一个结点向另一个结点发送数据时，其接口电路先检测总线是否空闲，如果是，就向整个网络广播一条警报信息，通知所有的结点，它将发送数据，目标结点将接受发送给它的数据，在发送方和接收方之间的其他结点将忽略这条信息。每个结点通过相应的接口侦听总线，检查数据传输。如果接口判断出数据是送往它所服务的设备的，它就从总线上读取数据并传送给其相应的结点。15因此，当有两个结点同时进行数据传送时，必须进行仲裁，仲裁机制分为集中式与分布式。集中式仲裁：是指总线仲裁部件的功能由一个独立于各个模块的附加部件集中完成；分布式仲裁：总线仲裁功能由不断改变的总线当前控制者和需要各个模块共同完成。如IEEE802.3，即以太网，就是基于共享总线采用分布控制机制的局域网。当发生冲突时，发送数据的站点机器立即停止发送数据并等待一段的时间后继续尝试数据发送。L16特点：（1）组网费用低（2）各结点共用总线带宽（3）网络用户扩展较灵活（4）维护较容易（5）缺点：一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权，需要某种访问控制。17总线结构局域网典型代表：总线结构局域网典型代表：以太网（Ethernet）、快速以太网（Fast Ethernet）以及当前1000Mb/s总线速率的吉比特以太网（Gigabit Ethernet）。18数据传输过程：数据传输过程：各结点将数据发送到中心结点，中心结点执行集中式通信控制策略，由中心结点将数据转发到目的结点。1.3.2 星型网络19特点：特点：（1）配置方便（2）结点的独立性（3）控制简单（4）易于扩展（5）缺点：成本较高：每个结点与中心结点相连，需要大量的传输介质，费用较高；设备依赖性强：中心结点出现故障，则全网不能工作，所以对中央结点的可靠性和冗余度要求较高，中心系统通常采用双机热备份。星型结构局域网典型代表：星型结构局域网典型代表：利用集线器或交换机连接工作站的典型网络。20环型网络以闭合环建立局域网。1.3.3 环型网络21数据传输过程：数据传输过程：通过令牌传输。一个3字节的称为令牌的数据包绕着环从一个结点发送到另一个结点。如果环上的一台计算机需要发送信息，它将截取令牌数据包，加入控制和数据信息以及目标结点的地址，将令牌转变成一个数据帧。然后该计算机将令牌传递到下一个结点。被转变的令牌就以帧的形式绕着网络循环直到它到达预期的目标结点。目标结点接收该令牌并向发送结点返回一个确认消息。在发送结点接收到应答后，它将释放出一个新的空闲令牌并沿着环发送。22特点：特点：（1）数据传输效率较高（2）缺点：单个发生故障的结点也会导致整个网络的瘫痪；参与令牌传递的结点越多，网络的响应时间就越长。环型结构局域网典型代表：环型结构局域网典型代表：令牌环网（Token Ring）和FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口网）。23树型网、网状网等其他类型拓扑结构的网络都是以上述三种拓扑结构为基础的。在实际使用中，通常结合以上三种拓扑结构。一个单位有几栋在地理位置上分布较远（同一小区），如果单纯用星型网来组整个公司的局域网，因受到星型网传输介质双绞线的单段传输距离（100m）的限制很难成功；如果单纯采用总线结构来布线则很难承受公司的计算机网络规模的需求。结合这两种拓扑结构，在同一栋楼层采用双绞线的星型结构，而不同楼层采用同轴电缆的总线型结构，而在楼与楼之间也采用总线型，传输介质要视楼与楼之间的距离，如果距离较近（500m以内）可以采用粗同轴电缆来作传输介质，如果在180m之内还可以采用细同轴电缆来作传输介质。但是如果超过500m只有采用光缆或者粗缆加中继器来满足。2425 这种网络拓扑结构解决了星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。特点：（1）应用相当广泛（2）扩展相当灵活（3）网络速率会随着用户的增多而下降的弱点（4）较难维护。如果总线断，则整个网络也就瘫痪了，但是如果是分支网段出了故障，则仍不影响整个网络的正常运作。（5）速度较快261.4 以太网标准1.4.1 101.4.1 10Mb/sMb/s以太网以太网10Mb/s以太网根据传输介质的不同大致有4个标准，各个标准的MAC子层媒体访问控制方法、帧结构以及物理层的编码译码方法（曼彻斯特编码）均是相同的，不同的是传输媒体和物理层的收发器及媒体连接方式，依照技术出现的时间顺序，这4个标准分别为：10Base5、10Base2、10BaseT、10BaseF。27主机箱收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15连接器主机箱BNC T 型接头BNC 连接器插口主机箱双绞线集线器1010Base5Base51010Base2Base21010Base-TBase-TL28 10表示信号的传输速率为10Mb/s，Base表示传输的是基带信号，5表示每段电缆的最大长度为500m。传输介质采用50的粗同轴电缆，拓扑结构为总线型，电缆段上工作站之间的距离为2.5m的整数倍，每个电缆段内最多只能使用100台终端。网络设计遵循“5-4-3”法则。1.粗缆以太网10Base529“5”：网络中任意两个结点间最多只能有5个网段，每网段最大长度500米。“4”：网络中任意两个结点间最多只能有4个中继器或集线器。“3”：5个网段中最多只能有3个网段上可以增加结点。“2”：另外2个网段上，除做中继器链路外，不能接任何结点。“1”：上述将组建1个大型的冲突域，以太网最大站点数1024，虽然这里不可能达到。网络直径达2500米。30500 m500 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m网段 1中继器网段 2网段 3中继器中继器中继器3150细同轴电缆，总线型拓扑结构，网卡通过T形接头连接到细同轴电缆上，末端连接50端接器；电缆段上工作站之间的距离为0.5m的整数倍，每个电缆段内最多只能有30个站点。10Base2代表的具体意思是：工作速率为10Mb/s，采用基带信号，每一个网段最长约为200m。2.细缆以太网10Base23210BaseT在网络拓扑结构上采用了以10Mb/s集线器或10Mb/s交换机为中心的星型拓扑结构。所有的工作站都通过传输介质连接到集线器上，工作站与集线器之间的双绞线最大距离为100m，整个网络的最大跨距为500m。10BaseT代表的具体意思是：工作速率为10Mb/s，采用基带信号，T表示的是传输媒体双绞线（Twisted Pair）。3.双绞线以太网10BaseT 3310BaseF使用双工光缆，一条光缆用于发送数据，另一条用于接收；使用ST连接器；10BaseF以太网传输媒体多采用多模光纤，拓扑结构为星型，所有站点均连接到一个支持光纤接口的中心集线器上，每个电缆段不能超过2000m，但由于受CSMA/CD碰撞域的影响，整个网络的最大跨距为4000m。10BaseF代表的具体意思是：工作速率为10Mb/s，采用基带信号，F表示的是传输媒体光纤（Fiber）。10BaseF常见的有3种标准：10BaseFL、10BaseFB和10BaseFP，其中10BaseFL占统治地位。4.光纤以太网10BaseF 34协议标准为1995年颁布的IEEE 802.3u，可支持100Mb/s的数据传输速率，并且支持共享式与交换式两种使用环境，在交换式以太网环境中可以实现全双工通信。IEEE 802.3u在MAC子层仍采用CSMA/CD作为介质访问控制协议，并保留了IEEE 802.3的帧格式。从技术角度上讲，IEEE 802.3u并不是一种新的标准，只是对现存IEEE 802.3标准的升级。1.4.2 1.4.2 百兆以太网百兆以太网35100BaseT4是为了利用大量的3类音频级布线而设计的。它使用4对双绞线：3对用于同时传送数据，第4对线用于冲突检测时的接收信道，信号频率为25MHz，因而可以使用数据级3、4或5类非屏蔽双绞线，也可以使用音频级3类线缆。最大网段长度为100m。由于没有专用的发送或接收线路，所以100BaseT4不能进行全双工操作，100BaseT4采用比曼彻斯特编码法高级得多的8B/6T编码法。1.1001.100BaseT4BaseT436使用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，1对用于发送数据，另1对用于接收数据，最大网段长度为100m。采用多电平传输3（MLT-3）编码法。100BaseTX是100BaseT中使用最广的物理层规范。2.1002.100BaseTXBaseTX（*）37使用多模（62.5或125m）或单模光缆，最大网段长度根据连接方式不同而变化，如对于多模光纤的交换机-交换机连接或交换机-网卡连接最大允许长度为412m。如果是全双工链路，则可达到2000m，对于单模光纤可以达到40km。采用4B/5B编码法。100BaseFX的提出主要用于高速主干网，或远距离连接，或有强电气干扰的环境，或要求较高安全保密链接的环境。3.1003.100BaseFXBaseFX（*）38 千兆位以太网标准是对以太网技术的再次扩展，其数据传输率为1000Mb/s即1Gb/s，因此也称吉比特以太网。千兆位以太网基本保留了原有以太网的帧结构，所以向下和以太网与快速以太网完全兼容，从而原有的10Mb/s以太网或快速以太网可以方便地升级到千兆位以太网。千兆位以太网标准实际上包括支持光纤传输的IEEE 802.3z和支持铜缆传输的IEEE 802.3ab两大部分。1.4.3 1.4.3 千兆以太网千兆以太网391000BaseLX使用长波激光作为信号源，在收发器上配置波长为1270nm1355nm（一般为1300nm）的激光传输器，既可以驱动多模光纤，又可以驱动单模光纤。多模光纤。1000BaseLX可采用芯径为50m和62.5m的多模光纤，工作波长为850nm，全双工下最长传输距离为550m，数据编码方法为8B/10B，适用于作为大楼网络系统的主干通路。单模光纤。1000BaseLX可采用芯径为10m的单模光纤，工作波长为1300nm或1550nm，全双工下最长传输距离为5000m，数据编码方法采用8B/10B，适用于校园或城域主干网。1.10001.1000BaseLXBaseLX（*）401000BaseSX使用短波激光作为信号源，收发器上所配置的波长为770nm860nm（一般为850nm）的激光传输器不支持单模光线，只能驱动多模光纤。1000BaseSX采用芯径为50m和62.5m的多模光纤。使用50m多模光纤全双工模式下最长有效距离为550m；使用62.5m多模光纤全双工模式下最长有效距离为275m。1000BaseSX所采用的数据编码方法为8B/10B，适用于作为大楼网络系统的主干通路。2.10002.1000BaseSXBaseSX（*）41高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆作为网络介质，最长传输距离为25m，传输速率为1.25Gb/s，使用9芯D型连接器连接电缆，系统数据编码方法采用8B/10B。1000BaseCX适用于交换机之间的短距离连接，尤其适用于千兆主干交换机和主服务器之间的短距离连接，适用于集群网络设备的互连，例如机房内连接网络服务器。3.10003.1000BaseCXBaseCX42 1000BaseT采用4对5类UTP双绞线，传输距离为100m，传输速率为1Gb/s，主要用于结构化布线中同一层建筑的通信，从而可以利用以太网或快速以太网已铺设的UTP电缆，也可被用作大楼内的网络主干。4.10004.1000BaseTBaseT（*）43 1999年底成立了IEEE802.3ae工作组，进行万兆位以太网技术（10Gbps）的研究，并于2002年正式发布IEEE 802.3ae 10GE标准。万兆位以太网不仅再度扩展了以太网的带宽和传输距离，更重要的是使得以太网从局域网领域向城域网领域渗透。4.4.万兆以太网万兆以太网 正如1000BaseX和1000BaseT都属于以太网一样，从速度和连接距离上来说，万兆位以太网是以太网技术自然发展中的一个阶段；但是，它是一种只适用于全双工模式，并且只能使用光纤的技术。万兆位以太网目前标准有：10GbaseS（850nm短波）、10GbaseL（1310nm长波）和10GbaseE（1550nm长波）3种规格，最大传输距离分别为300m、10km、40km。44 以太网采用CSMA/CD媒体访问控制方式使得整个系统处于一个碰撞域（冲突域）中，系统中每个站点均要争用媒体，每个站平均占用的带宽就是系统带宽/n，n为站点数。即共同分割带宽。在交换型以太网出现以前都是这种工作方式的共享型以太网。交换型以太网的集线设备可以在不同端口间形成多个数据通道，而不是公用一条数据通道，即系统可以同时存在多个碰撞域，每个碰撞域的每对端口都独占带宽，一个享有发送带宽，一个享有接收带宽。就整个系统而言，带宽可以达到系统带宽n，n为站点数。因此交换型以太网相对于共享型以太网的最大优点就是扩展了整个系统的带宽。1.4.5 1.4.5 交换型以太网交换型以太网45 当交换型以太网出现并发展后，人们不仅要求整个系统的带宽得到扩展，还希望扩展网络的跨距。1997年通过的IEEE 802.3x标准采用的全双工技术解决了CSMA/CD半双工技术所造成的网络覆盖范围的问题。交换型以太网系统工作时在不同逻辑数据通道间不再受CSMA/CD约束。但是，每条逻辑数据通道的两端口间，仍然还受CSMA/CD约束。全双工以太网技术要求每个端口和交换机背板之间都存在两条逻辑通道。每个端口可以同时发送和接收帧，不会发生帧的碰撞。这样，端口之间介质的长度仅仅受到衰减的影响，不会再有碰撞域的问题存在。1.4.6 1.4.6 全双工以太网全双工以太网46471.5 网络协议简介 目前常见的通信协议主要有：NetBEUI、IPX/SPX、NWLink、TCP/IP。48 NetBIOS Extend User Interface，即用户扩展接口，由IBM公司于1985年开发。主要适用于早期的微软操作系统如：DOS、LAN Manager、Windows3.x和Windows for Workgroup，因为出现比较早，局限性明显：专门为几台到几百台机所组成的单段网络而设计的，它不具有跨网段工作的能力，也就是说它不具有“路由”功能，如果在服务器或工作站上安装了多个网卡作网桥（每一块网卡连接一个网段）时，或要采用路由器等设备进行两个局域网的互联，将不能使用NetBEUI作为通信协议。1.NetBEUI协议49 Internetwork Packet Exchange/Sequences Packet Exchange，网际包交换/顺序包交换。IPX/SPX提供了传输层和网络层的服务。它是Novell公司为了适应网络的发展而开发的通信协议。体积较大，但在复杂环境下有很强的适应性，同时具有“路由”功能，能实现多网段间的跨段通信。当用户接入的是NetWare服务器时，IPX/SPX及其兼容协议应是最好的选择。但在Windows环境中一般不用它。2.IPX/SPX协议50 在Windows NT中提供了两个IPX/SPX的兼容协议：NWLink IPX/SPX、NWLink NetBIOS，两者统称为NWLink通信协议。它继承IPX/SPX协议的优点，适应了微软的操作系统和网络环境，当需要利用Windows系统进入NetWare服务器时，NWLink通信协议是最好的选择。51 Transmission Control Protocol/Internet Protocol，即传输控制协议/网际协议。它是微软公司为了适应不断发展的网络，实现自己主流操作系统与其它系统间不同网络的互连而收购开发的。它是目前最常用的一种协议，也可算是网络通信协议的一种通信标准协议，是Internet的基础协议。TCP协议工作在传输层，负责和远程主机的连接；IP协议工作在网际层，负责寻址，将报文送到目的地。3.TCP/IP协议52p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日