局域网基本工作原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,江西蓝天学院,计算机网络技术教程,*,罗少彬 编著,计算机网络技术教程,第4章 局域网基本工作原理,本章学习要求,：,了解：局域网的技术特点,了解：局域网拓扑结构的类型与特点,了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念,掌握：共享介质局域网的工作原理,掌握：高速局域网的工作原理,掌握：交换式局域网的工作原理,了解：虚拟局域网的工作原理,了解：无线局域网的工作原理,4.1 局域网的技术特点,局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园等有限范围内的计算机连网的需求；,局域网提供高数据传输速率（10100Mbps）、低误码率的数据传输环境，数据传输速率高达1Gbps的高速局域网正在发展中；,决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法；,从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分为共享介质式局域网与交换式局域网两类。,4.2 局域网拓扑结构类型与特点,4.2.1 总线型拓扑结构,总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；,所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；,总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；,所有结点可以通过总线以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突”不可避免；,“冲突”会造成传输失败；,必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC，Medium Access Control）问题。,总线型局域网的拓扑结构,介质访问控制方法要解决以下几个问题,：,该哪个结点发送数据？,发送时会不会出现冲突？,出现冲突怎么办？,总线型拓扑的优点,：,结构简单，实现容易；,易于扩展，可靠性较好。,4.2.2 环型拓扑结构,结点使用点-点线路连接，构成闭合的物理环型结构；,环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；,多个结点共享一条环通路；,环建立、维护、结点的插入与撤出。,4.2.3 星型拓扑结构,逻辑结构与物理结构的关系,交换局域网(Switched LAN)的物理结构,4.3 IEEE 802模型与协议,4.3.1 传输介质类型与介质访问控制方法,局域网的传输介质类型：,同轴电缆,双绞线,光纤,无线通信信道,介质访问控制方法,:,带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）,令牌总线（Token Bus）,令牌环（Token Ring）,4.3.2 IEEE 802参考模型,IEEE 802 参考模型与OSI参考模型的关系,IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为IEEE 802标准；,IEEE 802标准之间的关系,4.4 共享介质局域网的工作原理,4.4.1 以太网的工作原理,CSMA/CD的发送流程可以概括为,：,先听后发,边听边发,冲突停止,延迟重发,CSMA/CD的工作原理,4.4.2 令牌总线的工作原理,Token Bus的环维护工作,：,环初始化,新结点加入环,结点从环中撤出,环恢复,优先级,Token Bus的主要特点,：,介质访问延迟时间有确定值；,通过令牌协调各结点之间的通信关系，各结点之间不发生冲突，重负载下信道利用率高；,支持优先级服务。,4.4.3 令牌环的工作原理,Token Ring方式的优点,：,环中结点访问延迟确定,适用于重负载环境,支持优先级服务,Token Ring方式的缺点,：,环维护工作复杂,实现比较困难,4.5 高速局域网的工作原理,4.5.1 高速局域网的研究方法,推动局域网技术发展的因素,：,个人计算机的广泛应用。在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；,基于Web的Internet/Intranet应用要求更高的带宽；,在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。,传统共享式局域网的缺点,传统局域网技术建立在“共享介质”基础上，典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus；,介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质；,每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；,网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。,高速局域网的研究方法,第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：10Mbps100Mbps10Gbps；,第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥 或路由器互连的子网，导致局域网互连技术的发展；,第三种方案：将“共享介质方式”改为“交换方式”，导致“交换式局域网”技术的发展。,共享介质与交换局域网工作原理的区别,局域网产品类型与相互之间的关系,4.5.2 光纤分布式数据接口,FDDI主要技术特点,使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议；,使用 802.2协议，与符合 802标准局域网兼容；,数据传输速率为100Mbps，连网的结点数最大为1000，环路长度为100km；,可以使用双环结构，具有容错能力；,可以使用多模或单模光纤；,具有动态分配带宽的能力，能够支持同步和异步数据传输。,FDDI主要应用环境,计算机机房网,办公室或建筑物群的主干网,校园网的主干网,多校园的主干网,4.5.3 快速以太网,快速以太网又称为Fast Ethernet，它的传输速率比普通Ethernet快10倍，数据传输速率达到了100Mbps；,Fast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法；,每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns；,1995年9月，IEEE 802委员会正式批准了Fast Ethernet标准IEEE 802.3u。,Fast Ethernet,的协议结构,4.5.4 千兆以太网,用Ethernet组建企业网的全面解决方案,：,桌面系统采用传输速率为10Mbps的Ethernet；,部门级网络系统采用传输速率为100Mbps的Fast Ethernet；,企业级网络系统采用传输速率为1000Mbps的Gigabit Ethernet。,Gigabit Ethernet的协议结构,4.6 交换式局域网的工作原理,4.6.1 交换式局域网的基本结构,4.6.2 局域网交换机的工作原理,4.6.3 局域网交换机的技术特点,低交换延迟,支持不同的传输速率和工作模式,支持虚拟局域网服务,4.7 虚拟局域网的工作原理,4.7.1 虚拟网络的概念,虚拟网络建立在局域网交换机之上;,以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理;,逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制;,一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。,4.7.2 虚拟局域网的实现技术,虚拟局域网的组网方法,用交换机端口号定义虚拟局域网,用 MAC地址定义虚拟局域网,用网络层地址定义虚拟局域网,IP广播组虚拟局域网,用交换机端口号定义虚拟局域网成员,4.8 无线局域网的工作原理,4.8.1 无线局域网的应用,作为传统局域网的扩充,建筑物之间的互连,漫游访问,特殊网络,典型的无线局域网结构,4.8.2 无线局域网的主要类型,红外线局域网,定向光束红外传输技术,全方位红外传输技术,漫反射红外传输技术,扩频局域网,跳频通信,直接序列扩频,窄带微波局域网,申请执照的窄带RF,免申请执照的窄带RF,4.8.3 无线局域网标准,IEEE,802.11基本结构模型,4.9,小结,局域网的设计目标是覆盖有限的地理范围，在基本通信机制上选择与广域网不同的方式，从存储转发方式改变为共享介质与交换方式；,局域网在拓扑结构上主要分为总线型、环型与星型结构三种；在网络传输介质上主要采用双绞线、同轴电缆与光纤，但目前无线局域网的发展很快；,从介质访问控制方法的角度，局域网可以分为共享介质式局域网与交换式局域网两类；,目前应用最广泛的局域网是以太网Ethernet，它的核心技术是随机争用共享介质的访问控制方法，即CSMA/CD方法；,随着各种应用对局域网带宽有更高要求，传输速率为100Mbps与1Gbps的快速以太网与千兆以太网出现，并成为高速局域网方案中的首选技术；,交换式局域网改变了共享介质的工作方式，可以通过局域网交换机实现多结点之间数据的并发传输；,交换技术发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础；,无线局域网作为传统局域网的补充，已成为局域网应用的一个热点问题。无线局域网使用的是无线传输介质，按采用的传输技术可分为红外线局域网、扩频局域网和窄带微波局域网3类。目前较成熟的无线局域网标准是IEEE 802.11。,