局域网及广域网技术基础

AUI接口 RJ-45接口
集线器
AUI接口 RJ-45接口
集线器
10Base-T
10Base-T
可堆叠式集线器(Stackable HUB)
• 堆叠式集线器带有一个堆叠端口，每台堆叠式集线器通过堆 叠端口，使用一条高速链路实现集线器之间的高速数据传输。
• 这条高速链路是用一根特殊的电缆将两台集线器的内部总线 相连接，因此，这种连接在速度上要远远超过集线器的级联 连接，
➢ 1980年，DEC公司、Intel公司、Xerox公司共同制定10Mbit/s 以太网标准，即Ethernet1.0；
➢ 1981年，IEEE成立局域网标准化工作委员会； ➢ 1985年，提出光纤分布式数据接口标准和令牌环网标准； ➢ 1995年，通过100Base-T快速以太网标准； ➢ 交换局域网、ATM、千兆以太网相继出现。
计算机网络基础
—— 局域网技术
主讲人：徐光达
一 计算机局域网概述
1. 局域网的产生和发展 [局域网]： （Local Area Network，LAN ）
将较小地理区域内的各种数据通信设备连接在一起的通信 网络。具有3个基本属性：
➢ 仅提供通信功能。按OSI模型的协议层角度看，它仅包含 低两层（物理层和数据链路层）的功能；
10Mbps交换机
100Mbps集线器
10Mbps或100Mbps的节点（计算机）
1000Mbps链路
100Mbps链路
10Mbps链路
交换机的技术分类与应用
• 千兆位交换机
100Mbps 工作组交换机
千兆位骨干交换机
100Mbps 工作组交换机
100Mbps 工作组交换机
带有 1000Mbps网 卡的服务器
Ring
FDDI
3. 局域网的特点
➢ 为一个单位所拥有； ➢ 所有站共享较高的总带宽； ➢ 较低的时延和较低的误码率； ➢ 各站为平等关系，而不是主从关系； ➢ 能进行广播； ➢ 能方便地共享外设主机软件数据库； ➢ 便于系统扩展； ➢ 提高系统的可靠性和可用性； ➢ 响应速度快； ➢ 各设备的位置可灵活调整和改变。
• 在“共享介质”的总线型拓扑结构的局 域网中，必须解决多个节点访问总线的 介质访问控制问题。
拓扑结构 ——总线型拓扑结构
•优点
– 结构简单，所需要的传输介质最少。 – 无中心节点，任何节点的故障都不会造成全网的瘫痪，有较高的可靠性。 – 易于扩充，但增加节点时需中断网络。
•缺点
– 信号随传输距离的增加而衰减，因此总线的长度有限。 – 故障诊断和隔离较困难。一个链路故障，将会破坏网络上所有节点的通信。
缺点：
可靠性差。因为环上的数据传输要通过接在环上得每一个节点，所以任 何节点的故障都会导致环路不能正常工作，甚至瘫痪。
故障检测困难。与总线拓扑类似，因为不是集中控制，故障检测需要 网上各个节点参与进行，因此实现困难。
传输效率低。由于信号串行通过各个节点，因此节点过多时，网络响 应时间将相应变长。
拓扑结构 ——树型拓扑结构
每个端口的工 作状态指示灯
7x 8x 9x 10x 11x 12x
1x 2x 3x B 4x 5x 6x
RJ-45接口
独立式集线器
集线器的级联
• 使用双绞线通过集线器的RJ-45端口实现级联；
集线器
RJ-45接口
集线器
集线器
10Base-T
集线器进行级联
• 使用同轴电缆或光纤，通过集线器提供的向上连接端口实现级联 ；
缺点:
各个节点对根节点的依赖性太大。如果根发生故障，则全网不能正 常工作。
2. 局域网的特性
涉及拓扑结构、传输介质和介质访问控制方法 3项技术， 它们在很大程度上决定了传输信息的形式、通信速率和效率、 信道容量以及网络所支持的应用服务类型。
[介质访问控制方法]： （Medium Access Control，MAC ）
服务器
集线器的分类与应用
• 独立式集线器(Standalone HUB) – 独立式集线器是最简单的一种集线器，带有多个（8个、 12个、16个或24个）RJ-45端口；
Ethernet
C 7 8 9101112
7x 8x 9x 10x 11x 12x
A 12 34 56
1x 2x 3x A 4x 5x 6x
方便服务、扩展性好。由于各节点是独立的，所以中心节点可以方便 地对各个节点提供服务，增加或减少节点也不需要中断网络。
缺点
传输介质需求较大。因为每个节点都要与中心节点直接相连，需要耗 费大量的传输介质，安装、维护的工作量大增。此外，通信线路的利用 率也较低。
中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障可能造成全网瘫痪。 各节点的分布处理能力较差。
拓扑结构 传输媒体 媒体访问控制
技术特点 星状，总线，环状，树状 双绞线，同轴电缆，光纤，卫星等 CSMA/CD，Token Ring等
拓扑结构 ——星型拓扑结构
优点
结构简单、控制简单。因为任何一个节点只与中心节点相连接，所以 媒体访问控制方法很简单，访问协议也简单，因此组网容易、便于管理。
故障诊断和隔离容易。中心节点对连接线路可以逐一地隔离开来进行 故障检测和定位，单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。
• 在环型拓扑中，虽然也是多个节点共享一条环通路，但不会出现冲突。 • 对于环型拓扑的局域网，网络的管理较为复杂，与总线型局域网相比，可扩展
性较差。
拓扑结构 ——环型拓扑结构
优点：
没有路径选择问题（两个节点之间只有唯一点通路）， 控制协议简单。 结构简单，增加或减少节点时，仅需简单的连接操作。 所需的传输介质少于星形拓扑网络。 传输时间固定，适用于数据传输实时性要求较高的场合。 适合使用光纤。光纤的传输速率很高，十分适合于环形拓扑的单向传 输。
➢ 网路连接的是广义上的数据通信设备，即工作站、服务器、 大、中、小型计算机、终端设备及各种外围设备；
➢ 传输距离有限，从一个办公室、一幢大楼，到几公里的地理 范围，网络覆盖范围小。
20世纪80年代，局域网发展的十年； 20世纪90年代，局域网技术变革的十年。 ➢ 1972年，Bell公司提出了两种环形局域网技术； ➢ 1973年，Bob Metcalfe和DavidBoggs发明了以太网； 由Xerox公司首先实现与应用，传输速度仅2.94Mbit/s；
探测电缆故障时，需要涉及整个网络。 – 分布式协议（争用技术）使访问控制复杂，并不能保证信息的及时传送
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总线型局域网中的“冲突”
A
B
C
A
B
C
碰撞
D
E
D
E
拓扑结构 ——环型拓扑结构
• 所有节点使用相应的网络适配器连接到共享的传输介质上，通过点到点的连接 构成封闭的环路。
• 环路中的数据沿着一个方向绕环逐节点传输。环路的维护和控制一般采用某种 分布式控制方法，环中每个节点都具有相应的控制功能。
三 局域网的传输设备与组网技术
1. 局域网的基本组成
网络服务器
网络工作站
网络 硬件
网络接口卡（网卡、粗缆/光纤收发器等） 网络设备（集线器、交换机、路由器等）
集线器堆叠在一起
后视图
通过背板连接电缆实现高速数据传输
SD
SD
SD
SD
模块化集线器(Module HUB)
• 模块化集线器，又称为机架式集线器， 它配有一个机架或卡箱，带多个插槽， 每个插槽可插入一块通信卡(模块)，每 个通信卡的作用就相当于一个独立型集 线器。当通信卡插入机架内的卡槽中时， 它们就被连接到机架的背板总线上，这 样两个通信卡上的端口之间就可以通过 背板的高速总线进行通信
• ISA、EISA、PCI；
中继器
• 中继器（Repeater），又被称为转发器，它是局域网连接 中最简单的设备，它的作用是将因传输而衰减的信号进行 放大、整形和转发，从而扩展了局域网的距离。
10Base-5
AUI接口
中继器
BNC接口
10Base-2
集线器
• 集线器（HUB）是带有多个端口的中继器（转发 器），也是一个工作在OSI模型中的物理层设备。
以太网交换机
LED指示灯
高速端口
管理端口
端口密度
• 端口密度是指交换机提供的端口数，通常为8～24个端口，端口速率 为为10Mbps或100Mbps。
• LED指示灯通常用来指示以太网交换机的信息或交换状态。
• 高速端口用来连到服务器或主干网络上，可以是100Mbps或 1000Mbps端口，可以连接100Mbps的FDDI、快速以太网络 （100Base-TX）、或上连到千兆位交换网络。
10Mbps 集线器
10/100Mbps 交换机
100Mbps 集线器
10Mbps或100Mbps节点（计算机）
1000Mbps链路
100Mbps链路
10Mbps链路
• 3、局域网的技术特点
– 局域网设计中主要考虑的因素是：
• 能够在较小的地理范围内更好的运行、资源得到更好的利用、 传输的信息更加安全以及网络的操作和维护更加简便等。
树形拓扑可以看作是总线拓扑的扩展，形状象一棵倒置的树。 树根接收各节点发送的数据，然后再广播发送到全网。
拓扑结构 ——树型拓扑结构
优点:
易于扩充。树形结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新节点和 新分支都能容易地加入网内。
故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将 故障分支与整个系统隔离开来。
• 管理端口用来连接终端或调制解调器以实现网络管理，使用的接口通 常为RS-232C。
交换机的技术分类与应用
• 10Mbps交换机
– 10Mbps交换机每个端口的速率为10Mbps，它。价格相对便宜，用于连 接专用的10Mbps以太网节点计算机或10Mbps共享式集线器
10Mbps 共享式集线器
10Mbps交换机 10Mbps专用连接
10Mbps专用连接
服务器
交换机的技术分类与应用
• 10/100Mbps自适应交换机
– 可以自动检测端口连接设备的传输速率 与工作方式，并自动作出调整，保证 10Mbps和100Mbps的节点可以互相通信。
– 将使用100Mbps网卡的服务器上接到 100Mbps端口上，则可以有效地消除采 用10Mbps端口连接服务器所造成的瓶颈
拓扑结构 ——总线型拓扑结构
• 所有的节点都通过网络适配器直接连接 到一条作为公共传输介质的总线上，总 线可以是同轴电缆、双绞线、或者是使 用光纤；
• 总线上任何一个节点发出的信息都沿着 总线传输，而其他节点都能接收到该信 息，但在同一时间内，只允许一个节点 发送数据；
• 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两个或 两个以上节点利用总线发送数据的情况， 因此会出现“冲突”；
局域网连接设备与应用
• 网络适配器（网卡）的分类
– 按照支持的计算机的种类分
• 标准网卡； • PCMCIA网卡；
– 按照网卡的速率
• 10Mbps网卡； • 10/100Mbps； • 1000Mbps；
– 按照网卡支持的传输介质
• 粗缆网卡； • 细缆网卡； • 双绞线网卡； • 光纤网卡；
– 按照网卡支持的总线类型：
在局域网中对数据传输介质进行访问管理的方法。共享介质 方式中最常用的为载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD） 和令牌环传递（Token Ring）方法。
局域网主要特性
按拓扑结构 星形 总线型 按传输介质 双绞线 同轴电缆 按介质访问控制 CSMA Token
环形
树形
光缆 无线电 激光 红外线 卫星
• 按集线器端口连接介质的不同，集线器可连接同 轴电缆、双绞线和光纤。许多集线器上除了带有 RJ-45接口外，还带有一个AUI粗缆接口和(或)一 个BNC细缆接口，以实现不同介质网络的连接。
集线器 粗缆/细缆
10Base2 - 细缆Ethernet
集线器 细缆/UTP
10BaseT-双绞线
10Base5 粗缆Ethernet
10/100Mbps交换机(堆叠)
连接一个工作组 10Mbps交换机
100Mbps专用连接 10Mbps专用连接 10Mbps集线器
服务器
交换机的技术分类与应用
• 100Mbps交换机
服务器区
100Mbps主干交换机 千兆位的连接
千兆位的连接
100Mbps主干交换机
10/100Mbps交换机 10/100Mbps交换机
▪ 2、局域网的组成和分类
➢组成：局域网由网络硬件和网络软件两 部分组成。
网络硬件主要有：服务器、工作站、 传输介质和网络连接部件等。
网络软件包括网络操作系统、控制信 息传输的网络协议及相应的协议软件、 大量的网络应用软件等。
➢分类：局域网一般通过拓扑结构、传输 介质、访问传输介质的方法和网络操作 系统来进行分类