《网络工程)课件 第2章 计算机局域网

• 目前我们国家用的比较多的是交换式以太网。
2.2 共享介质局域网
• 传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基
础上,网中所有结点共享一条公共通信传输介质 。
共享介质局域网有以下三种: • 采用CSMA/CD介质访问控制方式的总线型局域网。 • 采用Token Bus介质访问控制方式的总线型局域 网。 • 采用Token Ring介质访问控制方式的环型局域网。
2.1
3、ATM网络
局域网技术基础
• ATM技术采用基于信元的异步传输模式和虚电
路结构，根本上解决了多媒体的实时性及带宽问
题。
• 实现面向虚链路的点到点传输，它通常提供 155Mbps的带宽。
2.1
4、令牌环网
局域网技术基础
• 令牌环网是IBM公司于80年代初开发成功的一种
网络技术。
• 这种网络的物理结构具有环的形状。
2.2.1
其简单原理是：
介质访问控制方法
• 在网络中，任何一个工作站在发送信息前，要侦
听一下网络中有无其它工作站在发送信号，如无
则立即发送，如有，即信道被占用，此工作站要
等一段时间再争取发送权。
• CSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为“先听 后发、边听边发、冲突停发、随机重发”。
2.2.1
以太网
最初的以太网是将许多计算机都连接到一根 总线上。数据传输采用广播式式传输，介质访问
控制方法为载波监听多点接入/碰撞检测
CSMA/CD 。 • 传统以太网根据不同的媒体可分为： 10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T 及 10BASE-FL。
2.2.2
2.交换以太网
以太网
（1）100BASE-T双绞线快速以太网 • 100Base-TX快速以太网使用两对UTP（5类或5类 以上）或两对150欧姆STP作为传输介质，其中一 对用来发送数据，另一对用来接收数据，因而
2.2.1
介质访问控制方法
• 载波监听多点接入/碰撞检测 （ Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD）主要涉及以下三个概念： • （1） “多点接入”表示许多计算机以多点接入 的方式连接在一根总线上。 • （2） “载波监听”是指每一个站在发送数据之 前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送 数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生 碰撞。
2.1
局域网技术基础
2.1.1构成局域网的基本构件
组成LAN需要下述5种 基本结构:
• ① 计算机(服务器);
• ② 传输媒体;
• ③ 网络适配器;
• ④ 网络连接设备; • ⑤ 网络操作系统。
2.1
局域网技术基础
2.1.2 常见局域网的类型
• 包括：以太网（Ethernet）、光纤分布式数据接 口（FDDI）、异步传输模式（ATM）、令牌环 网（Token Ring）、交换网Switching等，它们在 拓朴结构、传输介质、传输速率、数据格式等多 方面都有许多不同。 • 其中应用最广泛的当属以太网。
100Base-TX是全双工的系统。
• 其最大网段长度为100米。
2.2.2
以太网
（2）100Base-FX光纤快速以太网
• 100光纤快速以太网使用多模（直径为 62.5um/125um）光纤或单模光纤作为传输介质。
• 使用ST或SC连接器连接网卡、集线器、交换机。 但在以太网中多使用价格较为低廉的SC连接器。 • 由于光纤、光/电转换器和接头都比相应的铜介质 部件要贵，且安装更加困难，所以光纤一般只是 在需要的时候才会用到。
2.3.2
交换机基本工作原理
3. 局域网交换机工作原理
• 交换机的工作原理是通过一种自学习的方法，自 动地建立和维护一个记录着目的MAC地址与设备 端口映射关系的地址查询表，即交换表。 • 当交换机启动并开始工作后，在转发每一个数据 帧时，都会根据数据帧中的目的MAC地址，通过 查询交换表来决定把数据帧转发到交换机的哪一 个端口，或者直接将数据帧丢弃。
介质访问控制方法
CSMA/CD 的发送流程
CSMA/CD 的接收流程
2.2.1
介质访问控制方法
2 令牌环（Token Ring） • 令牌环只适用于环形拓扑结构的局域网。 • 其主要原理是：使用一个称之为“令牌”的控制 标 志(是一个二进制数的字节，它由“空闲”与 “忙”两种编码标志来实现，既无目的地 址 ，也 无源地址)。 • 当无信息在环上传送时，令牌处于“空闲”状态， 它沿环从一个工作站到 另 一个工作站不停地进行 传递。
• 令牌环所遵循的标准是IEEE802.5，它规定了三 种操作速率：1Mb/s、 4Mb/s和16Mb/s。
2.1
局域网技术基础
5、交换网 • 交换网是随着多媒体通信以及客户／服务器 (Client/Server)体系结构的发展而产生的。 • 交换技术为终端用户提供专用点对点连接，它可 以同时支持多对通信设备的连接，即每个与网络 连接的设备均可独立与交换机连接。
2.1
局域网技术基础
1、以太网（Ethernet） • 以太网（Ethernet）是Xerox、Digital Equipment和Intel三家公司开发的局域网组网规 范，并于80年代初首次出版，称为DIX1.0。1982 年修改后的版本为DIX2.0。
• 交换式快速以太网、千兆以太网以及万兆以太网 是近几年发展起来的先进的网络技术，使以太网 络成为当今局域网应用较为广泛的主流技术之一。
2.2.1
介质访问控制方法
（3） “碰撞检测” 是指计算机边发送数据边检测 信道上的信号电压大小。 • 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信 号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 • 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门 限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送 数据，表明产生了碰撞。 • 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测” 也称为“冲突检测”。
交换式局域网
• 交换以太网是指以数据链路层的帧为数据交换单 位,以以太网交换机为基础构成的网络。其特点如 下: • 允许多对站点同时通信,每个站点可以独占传输通 道和带宽。
• 灵活的接口速率。 • 具有高度的网络可扩充性和延展性。 • 易于管理,便于调整网络负载的分布。
2.3.2
交换机基本工作原理
2.2.4
令牌总线网
• 随着以太网技术快速发展，IEEE已正式批准基于 光纤和铜缆的 802.3z标准和基于双绞线 802.3ab标 准，千兆以太网技术的成熟以及千兆以太网设备 价格的下降，使千兆以太网已成为目前组网的主 流。 • 与令牌环网相似,令牌总线网在计算机局域网也已 退出历史舞台.
2.3
2.2.3
令牌环网
2.2.3 令牌环网 • 令牌环网是IBM公司于70年代发展的，现在这种 网络比较少见。 • 新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。 • 令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结 构，但逻辑上仍是环形拓扑结构。其通信传输介 质可以是双绞线、光纤等。
2.2.4
令牌总线网
• 令牌总线网络通过总线拓扑结构，使用75欧姆 CATV同轴电缆构造。传输率可达10Mbps。 • 令牌按照站点地址的序列号，从一个站点传送到 另外一个站点。这个令牌实际上是按照逻辑环而 不是物理环进行传递。在数字序列的最后一个站 点将令牌返回到第一个站点。
高等学校计算机专业教材精选
第2章 计算机局域网
李联宁 陆丽娜
第2章 计算机局域网
• 局域网（Local Area Network），简称LAN，是 指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。 一般是几千米范围以内。 • 局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印 机共享等功能。
• 局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算 机组成，也可以由一个公司内的上千台不同的计 算机组成。
2.2.1
介质访问控制方法
当某一工作站准备发送信息时，就必须等待，
直到检测并捕获 到经过该站的令牌为止，然后， 将令牌的控制标志从“空闲”状态改变为“忙”
状态，并发送出一帧信息。
2.2.1
介质访问控制方法
3 令牌总线（（Token Bus） • 令牌总线主要用于总线形或树 形网络结构中。 • 它的访问控制方式类似于令牌 环，但它是把总 线形或树形网 络中的各个工作站按一定顺序 如按接口地址大小排列形成一 个逻辑环。 • 只有令牌持有者才能控制总线， 才有发送信息的权力。
2.2.2
1. 简单以太网
以太网
• 简单以太网（Ethernet）又称为传统以太网，其 主要技术指标为： •
•网络传输速率为10Mbps， •网络拓扑方式：无根树， •访问方式：CSMA/CD， •传输类型：包交换， 网络距离：10KM， 工作站个数≤1024个， 连接方式：有线连接。
2.2.2
2.1
2、FDDI网络
来自百度文库
局域网技术基础
• 光纤分布式数据接口FDDI是一种使用光纤作为传 输介质的、高速的、通用的环形网络。
• 它能以100Mbps的速率跨越长达100km的距离， 连接多达500个设备，可用于城域网络也可用于小 范围局域网。
• FDDI采用令牌传递的方式，采用双环结构的 FDDI还具有链路连接的冗余能力。
（2）站点 A 要发送数据帧给站点C，由于交换机 的地址表是空的,因此要将来自于E0端口的帧向所 有其他端口进和转发，交换机的E0端口接收来自 于站点A的数据帧后,学习到E0端口与站点A的 MAC地址的对应关系.
E0: 0260.8c01.1111
A
0260.8c01.1111
B E0 E2 E3 D
1.局域网交换机的基本概念
• 局域网交换机（Switch）是一种工作在数据链路
层的网络设备。
• 交换机根据进入端口数据帧中的MAC地址，过滤、
转发数据帧。它是基于MAC地址识别，完成转发
数据帧的一种网络连接设备。
2.3.2
交换机基本工作原理
• 交换机作为汇聚中心，可将多台数据终端设备连
接在一起，构成星形结构的网络。 • 使用交换机组建出的是一个交换机局域网。 • 交换机局域网具有独占传输通道、独享信道带宽， 同时允许多对站点进行通信、系统带宽等于所有 带宽之和等特征。
2.3.2
交换机基本工作原理
交换机的地址学习过程如下： • （1）初始化时交换机内存中MAC地址表是空的。
MAC 地址表
A
0260.8c01.111 1
B E0 E1
0260.8c01.333 3
E2 C
0260.8c01.222 2
E3 D
0260.8c01.444 4
2.3.2
交换机基本工作原理
0260.8c01.4444
E1
0260.8c01.3333
C
0260.8c01.2222
2.3.2
交换机基本工作原理
（3）站点A再一次发送帧给站点C，由于在MAC 地址表中目标地址与端口的对应关系已经存在,因 此直接由交换机的E2端口转发,不再需在转发到其 他端口.
MAC Address Table E0: 0260.8c01.1111 E1: 0260.8c01.3333
A
0260.8c01.1111
E2: E3:
0260.8c01.2222 0260.8c01.4444
B
0260.8c01.3333
E0
E1
E2 C
0260.8c01.2222
E3 D
0260.8c01.4444
2.3.2
交换机基本工作原理
4. 以太网交换机的帧转发方式 （1）直通交换方式
• 采用直通交换方式的以太网交换机可以理解为在 各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。 • 它在输入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，启动内部的动态查找 表转换成相应的输出端口，在输入与输出交接处 接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功 能。
2.3.2
交换机基本工作原理
2.局域网交换机的功能
局域网交换机有三个基本功能： • (1) 建立和维护一个标示MAC地址与交换机端口 对应关系的交换表； • (2) 在发送节点和接收节点之间建立一条虚连接， 更确切地说，是在发送节点所在的交换机端口 （源端口）和接收节点所在的交换机端口（目的 端口）之间建立虚连接； • (3) 完成数据帧的转发或过滤。
2.2.1
介质访问控制方法
1. 载波监听多点接入/碰撞检测 （CSMA/CD）
• 最早的CSMA方法起源于美国夏威夷大学的 ALOHA广播分组网络，1980年美国DEC、Intel 和Xerox公司联合宣布Ethernet网采用CSMA技术， 并增加了检测碰撞功能，称之为CSMA/CD。
• 这种方式适用于总线型和树形拓扑结构，主要解 决如何共享一条公用广播传输介质。