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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,*,局域网系统,局域网是广大用户最为熟悉的一种网络形式，用户对广域网资源的访问很多也是通过局域网接入互联网实现的。,内容：局域网的基本构成、典型局域网的协议结构及工作原理。,局域网系统,局域网,LAN,的两种定义：,功能性定义：,LAN,是一组台式计算机和其它设备,在物理地址上彼此相隔不远，以允许用户相互通信和共享诸如打印机和存储设备之类的计算资源的方式互连在一起的系统。这种定义适用于办公环境下的,LAN、,工厂和研究机构中使用的,LAN。,技术性定义：,LAN,是由特定类型的传输媒体(如电缆、光缆和无线媒体)和网络适配器(亦称为网卡)互连在一起的计算机,并受网络操作系统监控的网络系统。,功能性定义强调的是外界行为和服务；技术性定义强调的则是构成,LAN,所需的物质基础和构成的方法。,局域网系统,LAN,的基本构成,要构成,LAN,必须有其基本部件。它们是个人计算机、传输媒体、网卡和将计算机与传输媒体相连的各种连接设备。媒体可以是同轴电缆、双绞线、光缆或辐射性媒体；网卡,也称为网络适配器； 连接设备如,DB-15,插头座、,RJ-45,插头座等。具备了上述四种网络构件,便可搭成一个基本的,LAN,硬件平台,有了,LAN,硬件环境,还需要控制和管理,LAN,正常运行的软件,即网络操作系统,NOS。,它是在每个,PC,机原有操作系统上增加网络所需的功能。组成,LAN,需要下述6种基本结构:, 计算机(,PC,机和服务器计算机);, 传输媒体;, 网络适配器;, 网络连接设备;, 网络操作系统。, 网络拓扑结构,局域网系统,LAN,的协议结构,LAN,的协议结构主要有三种类型：以太网（,Ethernet）、,令牌环（,Token Ring）、,令牌总线(,Token Bus),以及作为这三种网的骨干网光纤分布数据接口（,FDDI）。,它们所遵循的标准都以802开头,目前共有11个与局域网有关的标准,它们分别是：,IEEE 802.1,通用网络概念及网桥等,IEEE 802.2,逻辑链路控制等,IEEE 802.3CSMA/CD,访问方法及物理层规定,IEEE 802.4,ARCnet,总线结构及访问方法,物理层规定,IEEE 802.5Token Ring,访问方法及物理层规定等,IEEE 802.6,城域网的访问方法及物理层规定,IEEE 802.7,宽带局域网,IEEE 802.8,光纤局域网(,FDDI),IEEE 802.9 ISDN,局域网,IEEE 802.10,网络的安全,IEEE 802.11,无线局域网,局域网系统以太网,Ethernet,的网络体系结构,Ethernet,是,Xerox、Digital Equipment,和,Intel,三家公司开发的局域网组网规范 ，经多次修订后，成为国际标准,ISO 802.3。,媒体访问控制,MAC,IEEE802.3,或,Ethernet,所用的媒体访问法为带有碰撞检测的载波侦听多路访问(,CSMA/CD)。,按照这种方法，一个工作站在发送前，首先侦听媒体上是否有活动，所谓活动是指媒体上有无传输，也就是载波是否存在。如果侦听到有载波存在，工作站便推迟自己的传输。在侦听的结果为媒体空闲时，则立即开始进行传输。在侦听到媒体忙而等待传输情况下，当传输中的帧最后一个数据位通过后，应继续等待至少9.6,us,以提供适当的帧间间隔，随后便可进行传输。如果两个工作站同时试图进行传输，将会造成废帧，这种现象称为碰撞，检测到碰撞之后，涉及该次碰撞的站要丢弃各自开始的传输，转而继续发送一种特殊的干扰信号，使碰撞更加严重以便警告,LAN,上的所有工作站，碰撞出现了！在此之后,两个碰撞的站都采退避策略，即都设置一个随机间隔时间，另有当此时间间隔满期后才能启动发送。,局域网系统以太,网,局域网系统以太网,如果这两个工作站所选的退避随机间隔时间相同，碰撞将会继续产生。为避免这种情况的出现，退避时间应为一个服从均匀分布的随机量。同时，由于碰撞产生的重传加大了网络的通信流量，所以当出现多次碰撞后，它应退避一个较长的时间。,截断二进制指数退避(,Truncated Binary Exponential,Backoff,),就是基于这种思想提出的。其基本算法是：.退避时延是间隔时间的整数倍；.为防止不成功发送无限进行，规定了最大尝试次数,n；.,碰撞后选择的退避时延为间隔时间的,r,倍；.,r,是大于0小于2,k,范围间的随机整数；,k,是,min(n,10)，,即为尝试次数与10中最小的一个。由此可简单写成：,k=Min(,尝试次数,10),r=,随机数(0,2,k ),退避时延,r *,间隙时间,CSMA/CD,媒体访问方法可归纳为下述4步：,第一步：如果媒体信道空闲，则可进行发送。,第二步：如果媒体信道有载波(忙)，则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，便立即发送。,第三步：如果在发送过程中检测到碰撞，则停止自己的正常发送，转而发送一短暂的干扰信号，强化碰撞信号，使,LAN,上所有站都能知道出现了碰撞。,第四步：发送了干扰信号后，退避一随机时间，重新尝试发送。,局域网系统以太网,CSMA/CD,传输过程,第一步：传输前侦听,第二步：如果电缆忙则等待,第三步：传输且检测冲突,第四步：重传前等待,第五步：重传或夭折,局域网系统以太网,CSMA/CD,接收过程,第一步：浏览收到的包并校验包是否成为碎片:通过检查数据包是否有合适的长度，而来判断它是不是由冲突引起的碎片，最小完整包的长度不得小于64字节,第二步：校验目标地址:看是否是本地工作站地址，或是“广播地址”，或是被认可的多站地址,第三步：校验包的完整性:看是否包成了碎片，是否包太长，是否包含,CRC,校验错，是否有合适的帧定位界，如果帧全都成功地通过了这些校验， 则现在将进行最后的长度校验。,第四步：处理数据包:如果已通过了所有的校验，则认为帧是有效的，其格式正确、长度合法。如果工作站仍然有通信问题，则必须进一步通过查看包来寻找问题。,局域网系统以太网,以太网交换技术,（1） 静态以太网交换 ：静态以太网交换是为网络管理者通过软件来完成网络配置的增加、移动及改变而设计的。静态以太网交换工作于传统的共享式网络环境。,（2） 动态以太网交换 ：动态以太网交换在一个系统内同时按需存在许多点-点会话.动态以太网交换工作过程如下:交换机检查来自,PC,的数据包; 交换机识别该数据包的源地址和目的地址;交换机动态打开一专用的10,Mbps,链路,将包由源地址端口传送至目的地址端口.,（3） 以太网交换技术分类 ：动态端口交换和动态段交换；静态端口交换和静态模块交换。,局域网系统令牌环网,令牌环网,令牌环网的物理结构,令牌环的基本结构如图所示，工作站以串行方式顺序相连，形成一个封闭的环路结构。数据顺序通过每一工作站，直至到达数据的原发者才停止。工作站也可不直接与物理环相连，而是连接到一种多站访问单元（,MAU），,称为,IBM8228。MAU,可连接8个工作站。构成令牌环物理结构的传输媒体有屏蔽双绞线（,STP）,和无屏蔽双绞线,UTP）。,局域网系统令牌环,网,2,令牌环网的组成部件,从令牌环物理结构可以看出，组成令牌环网需要的主要部件包括：网卡、多站访问单元（,MAU）、,传输媒体和连接附件。,网卡是计算机连入网络的必备硬件，制造令牌环网卡的厂商很多，选购时首先要弄清所适应的总线以及要安装在具有何种总线的计算机上。,MAU,在令牌环网络中类似于集线器或集中器。最常用的,MAU,为,IBM8228，,可连接8工作站，,MAU,的两个末端端口分别称为,RI（,入环）和,RO（,出环）端口，不能用来连接工作站，而是用于,MAU,的互连，如图5-50所示。在使用屏蔽双绞线条件下的一个网络上可连接260个工作站。,局域网系统令牌环网,令牌环网的操作原理令牌环网的操作原理,如下：,当环上的一个工作站希望,发,送帧时，必须首先等待令牌。所谓令牌是一组特殊的比特，专门用来仲裁由哪个工作站访问网环。一旦收到令牌，工作站便可启动发送帧。帧中包括接收站的地址，以标识哪一站应接收此帧。帧在环上传送时，不管帧是否是针对自己工作站的，所有工作站都进行转发，直到,传,回到帧的始发站，并由该始发站撤消该帧。帧的接收者除转发帧外，应,复制该,帧一个副本,作为接收帧,，并通过在,转发,帧的尾部设置“响应比特”来指示已收到,该帧,副本。工作站在发送完一帧后，应该释放令牌，以便出让给它站使用。出让令牌有两种方式，并与所用的传输速率相关。一种是低速操作（4,Mb/s）,时只有收到响应比特才释放，称之为常规释放。第二种是工作站发出帧的最后一比特后释放，称之为早期释放。,局域网系统,FDDI,光纤分布数据接口网络,光纤分布数据接口（,FDDI）,是目前成熟的,LAN,技术中传输速率最高的一种。由光纤构成的,FDDI，,其基本结构为逆向双环，如图5-61所示。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的切换可继续维持,FDDI,的正常工作。,FDDI,的构件:从图5-61可初步看到，构成,FDDI,的构件至少应具有下述部分：光纤电缆、,FDDI,适配器、,FDDI,适配器与光纤相连的连接器。,光纤媒体连接器:,FDDI,网络节点与光纤相连需要连接器，连接器有两种：,MIC,媒体接口连接器和,ST,型连接器。,局域网系统,FDDI,FDDI,端口类型,为防止构成错误的拓扑结构，在,FDDI,标准中，规定了四种端口类型：端口类型,A、,端口类型,B、,端口类型,M,和端口类型,S。,同时具备这四种端口类型的,FDDI,设备是集中器。端口,A,用于连接,FDDI,的主环入和备环出； 端口,B,用于连接,FDDI,双环中和主环出和备环入；端口用于连接单连接站（,SAS),双连接站（,DAS）,或另外的集中器；端口,S,用于连接到集中器上。,FDDI,标准规定了两类站，即上述的单连接站（,SAS）,和双连接站（,DAS）。,所谓,DAS,是具有两个,FDDI,端口，因而能直接与双环相连的工作站；单连接站（,SAS）,只有一个,FDDI,端口,要与,FDDI,环相连必须经过集中器。,局域网系统,FDDI,FDDI,网络体系结构,FDDI,将,OSI,模型的物理层和数据链路层分别分成了两个子层。物理层分割成的两个子层是：物理层协议层（,PHY）,和物理媒体相关层（,PMD）。PHY,子层规定了传输编码和译码、时钟要求及符号集合；,PMD,规定了光纤媒体应具备的条件以及连接器等。,数据链路层分割成的两个子层为媒体访问控制（,MAC）,和逻辑链路控制（,LLC）。 MAC,子层规定了,FDDI,定时令牌协议所需要的帧格式、寻址和令牌处理。,LLC,子层为,LLC,用户提供了交换数据的手段。,FDDI,的站管理（,SMT）,标准定义如何对物理媒体相关层、物理层协议层和媒体访问控制部分进行控制和管理。,局域网系统,FDDI,FDDI,的操作原理,FDDI,建立在小令牌帧的基础上，当所有站都空闲时，小令牌帧沿环运行。当某一站有数据要发送这时，必须等待有令牌通过时才可能。一旦识别出有用的令牌，该站便将其吸收，随后便可发送一帧或多帧。这时环上没有令牌，便在环上插入一新的令牌，不必像802.5令牌环那样，只有收到自己发送的帧后才能释放令牌。因此,任一时刻环上可能会有来自多个站的帧运行。,局域网系统,FDDI,FDDI,的网络拓扑结构,按照,FDDI,的标准，可使用多种拓扑结构，其中下述四种极为重要：独立集中器型、逆向双环、集中器树和树型双环。,网络互连设备,上一个,章首,网络互连,网络互连功能可分为基本功能和扩展功能两类。基本功能是网络互连必须具备的功能，它包括不同网络之间传输信息时的寻址和路由选择等；扩展功能是当各种互连网络提供不同的服务级别时所需的功能，包括协议的转换、分组的分段、组合、重定序以及差错检测等。 网络互连并不单纯指不同的通信子网在网络层上互连，实际上，两个网络之间要互连时，它们之间的差异可以表现在,OSI,七层模型中的任一层上，因为非,OSI,系统要与,OSI,系统互连，非,OSI,系统之间也要互连。用于网络之间互连的中继设备称网间连接器，按它们进行协议和功能转换对象的不同，可以分为以下几类：（1）中继器（,Repeater）：,在物理层中实现透明的二进制比特复制，以补偿信号衰减。（2）桥接器（,Bridge）：,也叫网桥。在不同或相同的局域网（,LAN）,之间存储和转发帧，提供链路层上的协议转换。（3）路由器（,Router）：,在不同的网络之间存储和转发分组，提供网络层上的协议转换。（4）协议转换器（,Gateway）：,也叫网关。专门用于高层协议转换的网间连接器。用于传输层及传输层以上。,网络互连设备,中继器（,Repeater）,中继器有时也叫转发器(,Converter)。,中继器执行的功能如下：放大输入的信号，调整信号时间，在所有电缆敷设路线上重新产生信号。中继器端口可用于连接下列线缆间的连接，连接不同介质线缆时还具有信号转换作用：,1） 粗电缆网到粗电缆网。,2） 细电缆网到细电缆网。,3） 粗电缆网到细电缆网。,4） 粗电缆网到光纤电缆。,5） 细电缆网到光纤电缆。,6） 双绞线到光纤电缆。,7） 粗电缆网到双绞线。,8） 细电缆网到双绞线。,9） 光纤电缆到光纤电缆,网络互连设备,集线器(,HUB),集线器是一种改变网络的拓扑结构形状的装置。集线器是以星形拓扑结构连接网络节点如工作站、服务器等的一种中枢网络设备。它可以将逻辑上的总线结构网，环形结构网连接成星型拓扑结构。集线器也可以叫集中器，具有同时活动的多个输入和输出端口。,集线器通过提供一个中央单元，连接多个网络节点。允许大量的计算机可以连接在一个或多个,LAN,上。通过集中式网络设计来降低网络阻塞，加强网络主干，实现高速通信，便于集中式网络管理。通常集线器可以为几种不同类型的介质(如同轴电缆、双绞线和光纤)提供连接，有些还能提供多协议服务，如,Ethernet-to-FDDI,连接。概括而言，集线器具有集线、中继、故障节点自动隔离，底层协议转换等功能。,网络互连设备,网桥(,Bridge),网桥是将一个较大的,LAN,分割为多个网段，或将两个以上的,LAN,互连为一个逻辑,LAN,的设备。网桥执行三种重要的功能：学习、过滤和转发。网桥工作在物理层之上的数据链路层，即数据链路层和媒体访问控制子层(,MAC)。,互连设备操作层次越高，功能就越多。网桥可以截取所有的网络信息流并读取每一帧上的目标地址，以确定帧是否可以转发给下一个网络。当网桥工作时，它要检查流经它的帧的,MAC,地址来建立一个地址表。如果网桥得知帧的目标地址与帧的源在同一个段上，那么就根本不必转发，所以它将删除这个帧。如果网桥得知目标是在另一个段上，那么就仅将帧传送到那个段上。如果网桥不知道目标段在哪里，那么网桥将会把帧传输到除源地址之外的所有段上，这个过程称为扩散法。桥接的最主要的优点在于，它可以限制一定网络段上的信息流量。,网桥中有一个地址表，用于转发数据帧。,使用网桥对网络分段时，必须考虑两个相互矛盾的目的：一是减少每个,LAN,段上的通信量；二是确保网段间的通信量小于每个网段内部的通信量。,网络互连设备,交换机(,Switch),交换机采用交换技术来增加数据的输入输出总和和安装介质的带宽。一般交换机转发延迟很小，能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。,交换机由四个基本元素组成：端口、缓冲区、信息帧的转发机构和背板体系结构。,交换机可以同时接收多个端口信息，并可以同时将这些信息发向多个目标地址对应的端口。交换机还可以将从一个端口接收的信息发向多个端口。由于每个端口都有其专用的转发通道，从而避免了共享式集线器中因共享传输通道所造成冲突。,交换机有网桥的功能，它必须知道要转发的信息帧的类型。信息帧的转发方法可以是存储转发式、切入式或改进的切入式。存储转发式（,store and,forword,）：,将发来的帧在发送到一个端口之前先全部存储在内部存储器中；切入式（,cut_through）：,只查看信息帧的目的地址（位于帧头部分），然后立即进行信息帧的转发，从而使得帧的延迟大为降低；改进型切入式(,Modified cut_through )：,这种方式综合了以上两种方式的优点。其方法是先保存帧头的64个字节，如果帧不正确，则立即丢弃，因为通过帧的头64个字节就可以判断出包的好坏，所以这种方式是以上两种方式的折衷。,网络互连设备,路由器(,Router),路由器的有些功能与网桥类似，如学习、过滤和转发等。路由器主要用来：有效地指导包从一个网络传输到另一个网络，减少过度的流量； 连接相临或远距离的网络； 连接截然不同的网络； 通过隔离网络的一部分来防止网络的拥塞和保护网络免受入侵。,路由器从节点中接收规则的通信，确认其地址和表识。路由器在设计时，从网络资源的角度来看，是沿着流量最小成本最低的路径传输信息的。按最低成本路由是由距离和路径长度、下一跳的负载、可用的带宽和路由可靠性等因素决定的。在路由器中，可将这些因素之一或其中几个因素综合到一个整体中，这个整体就称为度量(,metric)。,路由器还可以将网络隔离，以防止繁忙的流量到达更主要的网络系统中。这种特性可以避免网络运行停止和网络广播风暴。,路由器了解整个网络，维持互连网络的拓扑，了解网络的状态，因而可使用最有效的路径发送包。,网络互连设备,网关 （,Gateway）,网关是实现互连、互通和应用互操作的设施。工作在,OSI,传输层之上。网关不一定是一台设备，有可能在一台主机中实现网关功能。当然也不排除使用一台计算机来专门实现网关具有的协议转换功能。,网关是一种概念，或一种功能的抽象。网关的范围很宽，在,TCP/IP,网络中，网关有时所指的就是路由器，而在,MHS,系统中，为实现,CCITTX.400,和,SMTP,简单邮件运输协议间的互操作，也有网关的概念。,
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