1、第三章 局域网,3.1 局域网概述3.1.1 局域网的定义和特性 IEEE的定义，“局域网络中的通信被限制在中等规模的地理范围内，例如一幢办公楼，一座工厂或一所学枚，能够使用具有中等或较高数据速率的物理信道，且具有较低的误码率，局域网络是专用的、由单一组织机构所利用。”,其主要特征是： （1）网络范围较小，最大不超过25km；（2）传输速率较高，一般为10100Mbit/s，甚至到10Gbit/s；（3）误码率低，一般为10-810-11，最好可达10-12；（4）结构简单，容易实现；（5）一般采用方便的分布式传输控制方式。,3.1.2 局域网的分类和结构,1. 局域网的分类（1）按网络拓扑结
2、构分类:总线型局域网、星型、局域网、环型局域网（2）按局域网的配置划分:对等局域网、客户服务器局域网（3）按局域网传输媒体类型划分:有线局域网、无线局域网（4）按局域网基本工作原理划分:共享媒体局域网、交换局域网、虚拟局域网三种。,(1)对等局域网 对等网络是把联网的计算机组成工作组，并且连入网内的各计算机的地位是平等的，没有服务器，也没有提供像以服务器为中心的网络那样的安全恃性，用户只能简单地通过网络在独立的同级系统间共享资源。,对等局域网的基本结构,(2)客户/服务器局域网 在网络中设置一台或多台服务器，用于控制和管理网络，或建立特殊的应用，可根据用户规模建立单服务器网络、多服务器网络、多
3、服务器的高速干线网络。,单服务器网络基本结构,多服务器网络基本结构,多服务器高速干线网络基本结构,IEEE802委员会现有16个分委员会，共同构成了802体系结构，其制订的标准有：（1） 802.1（A）概述、体系结构。（2） 802.1（B）寻址、网络管理、网间互联及高层接口。（3） 802.2逻辑链路控制，高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。,（4） 802.3CSMA/CD。定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。（5） 802.4令牌总线网。定义令牌总线网的MAC子层和物理层的规范。,（6） 802.5令牌环形网。定义令牌环形网的MAC子层和物理层的规范。（7） 80
4、2.6城域网MAN。定义城域网的MAC子层和物理层的规范。（8） 802.7宽带技术。（9） 802.8光纤技术。（10） 802.9综合语音数据局域网接口（LAN-ISDN）。（11） 802.10可互操作的局域网安全规范（SILS）。,（12） 802.11无线局域网。（13） 802.12优先级高速局域网（100VG ANY LAN）。（14） 802.14电缆电视（Cable-TV）（15）802.15无线私人网（WPAN）。（16）802.16宽带无线访问标准。,2. 局域网的拓扑结构 常见的局域网拓扑结构主要分为总线形、环形与星形结构三种。,总线形局域网的拓扑结构,环形局域网的拓扑
5、结构,星形局域网的拓扑结构,3.2 以太网,以太网(Ethernet)最初是美国施乐公司与斯坦福大学合作,于1975年设计并实现的一种小型机局域网络。因为在历史上曾认为电磁波是通过“以太”来传播的,因此,该系统就以“以太”来命名。 现在的以太网数据传输速率已经达到每秒吉比特甚至10吉比特。,3.2.1 以太网的层次结构,20世纪80年代初期，美国电气与电子工程师学会IEEE802委员会首先制订了以太网的体系结构，即著名的802参考模型。许多802标准现已成为ISO国际标准。,3.2.1 以太网的层次结构,局域网802参考模型与OSI/RM的对比,物理层的主要功能：（1）信号的编码与译码；（2）
6、为进行同步用的前同步码的产生和去除；（3）比特的传输与接收。,有关接入各种传输介质的问题都属于MAC子层，其主要功能是：（1） 负责物理层上的无差错的通信；（2） 将上层传递下来的数据封装成帧进行发送，接收时进行拆封；（3） 实现和维护MAC协议；（4） 比特差错检测；（5） 寻址。,与介质无关的部分都集中在逻辑链路控制子层，其主要功能是：（1） 建立和释放数据链路层的逻辑链接；（2） 提供与高层的接口；（3） 差错控制；（4） 给帧加上序号。,3.2.2 以太网的帧格式,总线网使用的帧结构有两种标准，一个是802.3标准，另一个是DIX Ethernet V2以太网标准。,IEEE802.3
7、和以太网的帧结构,两种标准的区别就在第5个字段(2字节)。在802.3标准中，这个字段是长度字段它指出后面的数据字段的字节长度，数据字段就是LLC子层交下来的PDU。在以太网的v2标推中，这个字段是类型字段，它指出LLC的上层使用的是什么协议。,（1） 前导码：包含了7个字节的二进制“1”和“0”间隔的代码 （2） 帧首定界符（SFD）:它是一字节的10101011二进制序列 （3） 目的地址（DA）：它指明帧发往目的地的地址，共6字节。 （4） 源地址（SA）:指明发送该帧的站地址，与DA一样占6字节。,（5） 类型/长度：占2个字节。为了使两种帧能够兼容，解决办法是：若该数值小于MAC帧的
8、数据字段的最大值1500（字节），则该字段表示MAC帧的数据字段长度；若该数值大于 0600H，该字段表示类型，按以太网帧结构处理。,（6）数据（DATA）：数据区长度可变，从46字节到1500字节之间。 对于46字节的最小数据是一个特殊帧，目的是能使局域网上的所有的站都能检测到这个最小帧（14B帧头+46B数据 +4BCRC=64B）。小于46字节用0填充。 （7） 帧校验序列（FCS）:共4个字节，它是32bit冗余校验码（CRC）,3.2.3 以太网的工作原理,以太网的核心技术是随机争用型介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD，Carrier Sense Mu
9、ltiple Access with Collision Detection)方法。CSMACD的发送流程可以简单地概括为四点：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。,3.2.3 以太网的工作原理,CSMA/CD的工作原理,CSMACD可以选用三种坚持算法: (1)非坚持方式 (2)1坚持方式 (3)P坚持方式 作为 IEEE 802标准的是 1坚持方式 ,为了确保退避保持稳定，IEEE802 标准和以太网采用了一种叫二进制指数退避的技术。,二进制指数退避算法：当冲突发生后，时间被分成离散的时隙。时隙长度等于在传输媒体上来回传输的时间，根据8O2.3标准中规定的最大长度，时隙长度为51
10、2比特时间即51.2s，一般而言，i次冲突后，等待的时隙数从02i-1中随机选出。但是，如果冲突次数达到 10次后，随机等待的最大时隙数固定为 1023。在 16次冲突后，站点放弃传输，并报告一个错误。,3.2.4 以太网的物理层,网卡的功能主要有三个方面：数据的封装与解封，链路管理、编码和译码。,在802.3标准中对传输系统的要求做了详细的规定。例如，在任意两个站之间最多可以有三个同轴电缆段。802.3标准还规定，接到转发器的点到点链路的总长度不能超过1000M。,在星形以太网中，常使用一种可靠性非常高的设备，集线器（hub）。集线器的特点有：（1）在逻辑上仍是一个总线网，各工作站仍然共享逻
11、辑上的总线，而使用的还是CSMA/CD协议。 （2） 有多端口（3） 每个端口都具有发送和接收数据的功能。 （4） 采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。,3.3 交换式以太网,3.3.1 交换式以太网产生的背景交换式以太网具有以下优点：(1)技术是基于以太网的，而以太网技术成熟，应用广泛。(2)交换式以太网不需要改变网络其他硬件（包括电缆和用户的网卡），仅需要用交换机替代共享式HUB，节省用户网络升级的费用。,3.3 交换式以太网,3.3.1 交换式以太网产生的背景(3)在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同。(4)同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供了更多的带宽 (5)在时间
12、响应方面具有明显优点，使得局域网交换机备受青睐,3.3.2 以太网交换机的工作原理,以太网交换机工作原理,3.3.3 以太网交换机的交换方式,存储转发方式:它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC检查，对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找双向表连接到输出端口，最后送出包。,3.3.3 以太网交换机的交换方式,直通方式: 它在输人端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态双向表查找到相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。,3.3.4 局域网的第三层交换技术,第三层交换技术就是将第二层的交换机与第三层的路由器合二为一，使路由器根据第二层的地址转发数据包以达到快速通讯的目的。由此产生的第三层交换机可以称之为路由器，因为它可操作在网络协议的第三层，是一种路由理解设备并起到决定路由的作用；也可称之为交换机，因为它的速度极快，几乎达到第二层交换的速度。,
