第4章 局域网技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章局域网技术,4.1,局域网拓扑结构,4.2,局域网体系结构,4.3,以太网工作原理,4.4,无线局域网,4.5,局域网操作系统,4.6,网络适配器,4.7,实训：网卡的安装与设置,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.1,局域网拓扑结构,4.1.1,局域网拓扑结构的分类,1,总线型结构,总线型局域网的主要特点是：, 总线通常采用同轴电缆作为传输介质；, 在总线型局域网中所有节点共享传输介质，因此是一种共享型局域网；, 所有节点都可以通过总线来发送和接收数据，但在一定时间内只允许一个节点利用总线发送数据；, 节点在发送数据时采用广播方式，即其他节点都可以接收到数据；, 由于总线作为公共传输介质为多个节点共享，就有可能出现同一时刻有多个节点利用总线发送数据的情况，因此会出现冲突，造成传输失败。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,2,环型结构,在环型结构中各计算机地位相等，网络中通信设备和线路比较节省。网络中的信息流是定向的，网络传输延迟也是确定的。由于无信道选择问题，所以网络管理软件比较简单。这种结构主要用于令牌环网,(Token Ring),，在这种网中，令牌在环中依次传递，和这个环相连的所有工作站、服务器和外设，拿到令牌就可以发送消息。令牌网的主要好处就是传输速度较快，同时它的运行性能、效率也远比以太网要优越很多。,在环型拓扑结构中所有节点也是共享传输介质，因此也是一种共享型局域网。,环型拓扑结构也有其缺点：可靠性较差，难以维护，节点的增加和减小较困难。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,3,星型,/,总线结构,根据星型拓扑的定义，星型拓扑中存在着中心节点，每个节点通过点到点线路与中心节点连接，按照这种定义，共享式局域网中不存在星型拓扑。,网中的所有计算机都通过双绞线直接和集线器相连，从外部结构看其物理结构是星型的，实质上它的逻辑结构依然是总线型的。这里的逻辑结构是指局域网节点之间的相互关系及介质访问控制方法，而物理结构是指局域网的外部连接形式。因此这种网络拓扑结构应该看作是星型与总线型的混合结构。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4,星型,只有交换式局域网的网络结构，才是真正的物理结构与逻辑结构统一的星型拓扑结构。交换式局域网的中心节点是一种局域网交换机。在交换式局域网中可以通过点到点线路与局域网交换机连接，交换机可以在多对通信节点之间建立并发的逻辑连接。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.1.2,局域网的网络结构,1,对等式结构,在对等式网络中，相连的机器都处于同等地位。它们共享资源，每台机器都能以同样方式作用于对方。基本来说，所有计算机都可以既作为服务器，同时又是客户机。,对等式网络结构是小型企业网络常用的结构。它不需要一个专用的服务器，每台工作站都有绝对的自主权。当然，对等式网络也有其缺点：资源分布分散，难以管理，安全性低。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,2,客户机,/,服务器结构,客户机,/,服务器,(Client/Server),网络是一种基于服务器的网络。与对等式网络相比，基于服务器的网络提供了更好的运行性能并且可靠性也有所提高。在基于服务器的网络中，不必将工作站的硬盘与他人共享。共享数据全部都集中存放在服务器上。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,3,浏览器,/,服务器结构,浏览器,/,服务器（,Browser/Server,）结构又称为三层结构（,BWS,结构。浏览器,/,服务器模式结构其客户端不需要安装专门的,软件,，只需要,浏览器,即可，减轻了客户端的负担，避免了不断要求提高客户端的性能，同时也使软件维护人员的维护变得容易。浏览器,/,服务器结构是随着,Internet,技术兴起而产生的，对客户机,/,服务器的改进，但该结构下服务器端的工作较重，对服务器的性能要求更高。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4,综合使用,虽然客户机,/,服务器网络比对等式网络有更多的优点，但把两者结合起来使用则好处更多。例如，一个由多个,Windows,客户机,/,服务器操作系统形成的网络就可以为一些,Windows XP,工作站提供集中存储的解决方法，这样可以动态地形成一些对等模式的工作组，在这些工作组中可以自由地共享文件、打印机等服务，但不会干扰那些由,Windows Server 2003,服务器提供的、安排的服务。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.2,局域网体系结构,4.2.1 IEEE802,标准系列,IEEE(,电气和电子工程师协会,),于,1980,年,2,月成立了局域网标准委员会,(,简称,IEEE802,委员会,),，专门从事局域网标准化工作，并制定了,IEEE802,标准系列,(,见表,4.1),。它主要包含了,CSMA/CD(,以太网，见表,4.2),、令牌总线、令牌环三种网络的标准，,ISO,组织已将其采纳为,OSI,标准的一部分。目前常用的局域网都遵守这个协议标准，例如,Ethernet,、,Token ring,等局域网都使用,IEEE802,标准。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.2.2,局域网参考模型,IEEE802,协议标准只描述了局域网对应,OSI,参考模型的低两层,(,数据链路层和物理层,),，它将数据链路层划分为逻辑链路控制,LLC(Logical,Link Control),子层与介质访问控制,MAC(Media,Access Control),子层。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,1,物理层,物理层的主要作用是确保二进制信号的正确传输，包括位流的正确传送与正确接收。,2,MAC,子层（介质访问控制层）,MAC,子层是数据链路层的一个功能子层，是数据链路层的下半部分，它直接与物理层相邻。,MAC,子层位不同的物理介质定义了介质访问控制标准。,3,LLC,子层（逻辑链路控制层）,LLC,子层在数据链路层的上半部分，在,MAC,层的支持下向网络层提供服务。可运行与所有,802,局域网和城域网协议之上。,LLC,子层的与传输介质无关。它独立与介质访问控制方法。隐蔽了各种,802,网络之间的差别，并向网络层提供一个统一的格式和接口。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.3,以太网工作原理,4.3.1,以太网和,OSI,模型,以太网（,Ethernet,）是一种采用总线型拓扑结构的网络技术，是目前应用最广泛的局域网组网技术，可以认为以太网和,IEEE802.3,是同义词，都是使用,CSMA/CD,协议的局域网标准。现在使用的大多数通信协议都是按照,OSI,参考模型来定义的。在以太网中只使用了,OSI,参考模型的低三层：物理层、数据链路层、网络层。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.3.2,以太网的,CSMA/CD,的工作机制,由于以太网使用总线型拓扑结构，它要求多台计算机共享单一的介质。发送计算机传输调制过的载波，载波从发送计算机向电缆的两端传输。需要注意的是局域网技术中的共享并不意味着多个数据帧可以同时传输，在传输过程中发送计算机会独占使用整个电缆，而其他计算机必须等待。在此计算机完成数据帧传输后，共享电缆才能被其他计算机使用。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,在以太网中，如果一个节点要发送数据，它将以“广播”方式把数据通过作为公共传输介质的总线发送出去，连在总线上的所有节点都能“收听”到发送节点发送的数据信号。由于网中所有节点都可以利用总线传输介质发送数据，并且网中没有控制中心，因此冲突的发生将是不可避免的。为了有效地实现分布式多节点访问公共传输介质的控制策略，,CSMA/CD,具有自身的管理机制。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,CSMA/CD,与人际间通话非常相似，可以用以下,7,步来说明：, 载波监听,想发送信息包的节点要确保现在没有其他节点在使用共享介质，所以该节点首先要监听信道上的动静,(,即先听后说,),。, 如果信道在一定时段内寂静无声,(,称为帧间缝隙,IFG),，则该节点就开始传输,(,无声则讲,),。, 如果信道一直很忙碌，就一直监视信道，直到出现最小的,IFG,时段时，该节点才开始发送它的数据,(,有空就说,),。, 冲突检测,如果两个节点或更多的节点都在监听和等待发送，然后在信道空时同时决定立即,(,几乎同时,),开始发送数据，此时就发生碰撞。这一事件会导致冲突，并使双方信息包都受到损坏。以太网在传输过程中不断地监听信道，以检测碰撞冲突,(,边听边说,),。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节, 如果一个节点在传输期间检测出碰撞冲突，则立即停止该次传输，并向信道发出一个“拥挤”信号，以确保其它所有节点也发现该冲突，从而摒弃可能一直在接收的受损的信息包,(,冲突停止，即一次只能一人讲,),。, 多路存取,在等待一段时间,(,称为后退,),后，想发送的节点试图进行新的发送。采用一种叫二进制指数退避策略,(Binary Exponential Back off Policy),的算法来决定不同的节点在试图再次发送数据前要等待一段时间,(,随机延迟,),。, 返回到第一步。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.3.3,收发器,在以太网物理结构中，另一重要的功能模块称“收发器”。收发器主要完成如下功能：, 发送信号：将帧由收发器发送到信道上。在帧正常发送过程中，收发器发出信号通知,MAC,子层以说明帧发送正常。, 接收信号：把信道上接收来的帧转发到译码功能模块上，通过译码后，传至,MAC,子层。, 识别信道是否存在信号：收发器能识别信道上忙还是空闲，并把识别信号传至,MAC,子层。, 识别碰撞：收发器能在帧持续发送过程中而不停地检测信道上是否发生碰撞。若检测到碰撞，则发生碰撞的信号会转告,MAC,子层。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.3.4,冲突域,以太网中，如果一个,CSMA/CD,网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个,CSMA/CD,网络就是一个冲突域。连接在一条总线上的计算机构成的以太网属于同一个冲突域，如果以太网中的各个网段以中继器或者集线器连接，因为中继器或者集线器不具有选路功能，只是将接受到的数据以广播的形式发出，所以仍然是一个冲突域。,同时冲突域也是一个确保严格遵守,CSMA/CD,机制而不能超越的时间概念，在,CSMA/CD,的机制中要求节点边发送数据边监听信道，所以要求发送端必须在数据发送完毕之前收到冲突信号。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,组建以太网的一个关键就是网内任何两节点间所有设备的延时总和应小于冲突域，以太网中规定最小的数据帧为,64,个字节，若传输速度为,10Mb/s,，则以太网的冲突域的大小为,25.6s,，即网络中最远的两个点的传输延迟时间小于,25.6s,；若传输速度为,100Mb/s,，则以太网的冲突域的大小为,2.56s,，即网络中最远的两个点的传输延迟时间小于,2.56s,。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.4,无线局域网,4.4.1 WLAN,的技术标准,1,IEEE 802.11,1997,年,6,月，,IEEE,推出了第一代无线局域网标准,IEEE802.11,。该标准定义了物理层和介质访问控制子层,(MAC),的协议规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立操作网络设备。速度大约有,1,2Mbps,。任何,LAN,应用、网络操作系统或协议（包括,TCP/IP,、,Novell NetWare,）在遵守,IEEE 802.11,标准的无线,LAN,上运行时，就像它们运行在以太网上一样容易。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,为了支持更高的数据传输速率，,IEEE,于,1999,年,9,月批准了,IEEE 802.11b,标准。,IEEE 802.11b,标准对,IEEE 802.11,标准进行了修改和补充，其中最重要的改进就是在,IEEE 802.11,的基础上增加了两种更高的通信速率,5.5Mbps,和,11Mbps,。由于现行的以太网技术可以实现,10Mbps,、,100Mbps,乃至,1000Mbps,等不同速率以太网络之间的兼容，因此有了,802.11b,标准之后，移动用户将可以得到以太网级的网络性能、速率和可用性，管理者也可以无缝地将多种,LAN,技术集成起来，最大限度地满足用户需求。,IEEE802.11g,是一种混合标准，兼容,802.11b,，已取代,802.11b,成为市场主流，其载波的频率为,2.4GHz,（跟,802.11b,相同），原始传送速度为,54Mbit/s,，净传输速度约为,24.7Mbit/s(,跟,802.11a,相同,),，能满足用户大文件的传输和高清晰视频点播等要求。表,4.3,列出了常见的,802.11,标准。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,2,HomeRF,HomeRF,是专门为家庭用户设计的一种,WLAN,技术标准。,HomeRF,利用跳频扩频方式，既可以通过时分复用支持语音通信，又能通过载波监听多重访问,/,冲突避免（,CSMA/CA,）协议提供数据通信服务。最大传输速率为,bps,，传输范围超过,100,米。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,3,蓝牙技术,蓝牙（,IEEE 802.15,）是一项最新标准，对于,802.11,来说，它的出现不是为了竞争而是相互补充。“蓝牙”是一种极其先进的大容量近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现最高数据传输速度,1Mbps,（有效传输速率为,721Kbps,）、最大传输距离为,10,厘米,10,米，通过增加发射功率可达到,100,米。它的程序是写在一个,9 x 9 mm,的微芯片中的，同时配备了这样芯片的两个通讯设备之间可以实现方便的无线连接。可以同时连接多个设备，最多可达,7,个，这就可以把用户身边的设备都连接起来，形成一个“个人领域的网络”（,Personal Area Network,）。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4,IrDA,（,Infrared Data Association,，红外线数据标准协会）,IrDA,成立于,1993,年，是非营利性组织，致力于建立无线传播连接的国际标准。简单地讲，,IrDA,是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它的主要优点是：体积小、功率低，适合设备移动的需要传输速率高，可达,16Mbps,、成本低、应用普遍。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.4.2 WLAN,的组网,无线网卡主要包括,NIC,（网卡）单元、扩频通信机和天线三个功能模块。,NIC,单元属于数据链路层，由它负责建立主机与物理层之间的连接；扩频通信机与物理层建立了对应关系，它通过天线实现无线电信号的接收与发射。,无线接入站既是无线工作站之间相互通信的桥梁和纽带，同时又是无线工作站进入有线以太网的访问点。它负责管理其覆盖区域（无线单元）内的信息流量。覆盖彼此交叠区域的一组无线接入站，能够支持无线工作站在大范围内的连续漫游功能，同时又能始终保持网络连接，这与蜂窝式移动通信的方式非常相似。另外，在同一地点放置多个无线接入站，可以实现更高的总体吞吐量。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,1,星型结构,由无线接入站、无线工作站构成，所有的无线通讯都经过无线接入站完成。无线接入站通常能覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米，可以连接有线网络，实现无线网络和有线网络的互联。,2,网状结构,由无线工作站组成，无需无线接入站，用于多台无线工作站的直接通讯，该网络无法接入到有线网络中，只能独立使用。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.4.3 WLAN,技术发展的特点,WLAN,与传统的有线网络相比较有许多优点：,可移动性，用户可在移动过程中对网络进行不间断的访问，并可以实现漫游，安装快速且简单，省去了安装电缆的要求，减少了费用支出。,既然,WLAN,有这么多的优点，为什么至今不能象有线网络那样普及呢？这主要是因为以下几个技术方面的问题：, 标准不统一，产品不兼容；, 安全性低，易被窃听，保密性差；, 可靠性较差，易受外界干扰。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.5,局域网操作系统,4.5.1,网络操作系统的功能,1,共享资源,网络操作系统采用统一的、有效的方法管理网络中的共享资源，协调用户对共享资源的使用。,2,网络通信,网络通信的主要任务是为工作站和服务器之间，提供无差错的、透明的数据传输服务。,3,提供网络服务,在上述两项功能的基础上，直接向用户提供电子邮件、文件传输等服务。,4,网络管理,这是通过“存取控制” 确保存取数据的安全性，通过容错技术来保证系统故障时数据的安全性。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.5.2,典型的局域网操作系统,1.,Windows Server 2003,Windows Server 2003,操作系统利用,Windows 2000 Server,技术中的精华，并与,.NET,紧密集成，使其更加易于部署、管理和使用。其结果是：实现了一个非常高效的基础架构，使网络成为企业的战略资产。随着,Windows Server 2003 R2,的标准版、企业版和数据中心版在,2005,年,12,月发布，为客户带来了活动目录、存储和分支机构方面的增强功能。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,2.,Linux, 开放的源代码。,Linux,许多组成部分的源代码是开放的，任何人都可通过因特网或其他途径得到它，并可以继续开发并重新发布。, 可以运行在多种硬件平台上。,Linux,不仅可以运行在,Intel,系统个人计算机上，还可以运行在,Apple,系统或其他平台上。, 支持大量的外部设备。, 支持,TCP/IP,、,SLIP(,串行线路接口协议,),和,PPP(,点到点协议,),。, 支持的文件系统多达,32,种。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,3,UNIX,UNIX,出现于,20,世纪,60,年代与,70,年代初之间，除主要作为网络操作系统外，还可作为单机操作系统使用。由于,UNIX,的核心部分是,TCP/IP,，使得,UNIX,与,TCP/IP,共同得到了普及与发展。,UNIX,主要具有以下特点：, 安全可靠, 链接方便, 存在的不足,由于,UNIX,只能运行在较少数几家厂商制造的硬件平台上，所以在硬件的兼容性方面不够好。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.5.3,选择网络操作系统的依据,1,安全性和可靠性,2,可使用性,3,可集成性与可扩展性,4,应用和开发支持,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.6,网络适配器,网络适配器又称网络接口卡,(Network Interface Card,，,NIC),，简称为网卡，它是计算机网络中最基本和最重要的连接设备之一，计算机主要通过网卡接入局域网。网卡在网络中的工作是双重的：一方面负责接收网络上传过来的数据包，解包后，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机；另一方面它将本地计算机上的数据经过打包后送入网络。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.6.1,网卡的分类及其特点,1,按工作对象分类, 服务器专用网卡,服务器专用网卡是为了适应网络服务器的工作特点而专门设计的，它的主要特征是在网卡上采用了专用的控制芯片，大量的工作由这些芯片直接完成，从而减轻了服务器,CPU,的工作负荷。但这类网卡价格较贵，一般只安装在一些专用的服务器上，普通用户很少使用。,PC,机网卡, 笔记本电脑专用网卡, 无线局域网网卡,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,2,PC,机网卡的分类, 按速度分类,根据网卡工作速度不同可分为,10M,网卡、,100M,网卡、,10/100M,自适应网卡、,1000M,网卡等。, 总线类型分类,总线类型指网卡与计算机主板的连接方式，总线类型不同网卡与计算机主板间的数据传输速度不同，目前,PC,机中使用的独立网卡都采用,PCI,总线类型。,PCI,网卡的理论带宽为,133MHz,。从传输流量分，,PCI,网卡又可以细分为,10M PCI,网卡、,10/100M PCI,自适应网卡和,1000MPCI,网卡。, 按接口类型分类,网卡如果按接口类型划分，可以分为,RJ-45,双绞线接口、,BNC,细缆接口、,AUI,粗缆接口以及光纤接口网卡等。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.6.2,如何选择网卡, 注意技术发展方向, 注意总线接口方式, 注意产品附加值, 无线网卡的选购,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,4.7,实训：网卡的安装与设置,【,实训目的,】,（,1,）掌握网卡的安装过程并熟悉网卡的设置。,（,2,）理解,MAC,地址的概念和作用。,（,3,）学会查看网卡的,MAC,地址。,（,4,）学会使用,ipconfig,命令,【,实训条件,】,（,1,）网卡及相应驱动程序。,（,2,）,PC,计算机一台及相关工具。,（,3,）,Windows XP,操作系统安装光盘。,（,4,）网络管理员分配的能够使,PC,计算机正确连入网络的,IP,地址、子网掩码、默认网关和,DNS,服务器,IP,。,上一页,下一页,目 录,结 束,本 节,任务,1,：安装网卡,任务,2,：,TCP/IP,协议安装与设置,任务,3,：查看网卡,MAC,地址,任务,4,：使用,ipconfig,命令查看网卡配置信息和,MAC,地址,