第三章 局域网技术基础

常用标准： • IEEE 802.3 定义了CSMA/CD总线媒体访 问和物理层规范 • IEEE 802.4定义了令牌总线（Token Bus） 媒体访问和物理层规范 • IEEE 802.5 定义了令牌环（Token Ring） 媒体访问和物理层规范
3.4 IEEE 802.3 标准与以太网
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
网际层 逻辑链路控制层（LLC) 介质访问控制层(MAC) 物理层
数据链路层
物理层
• 以太网体系结构与OSI参考模
3.6.2 带有碰撞检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD) 以太网采用带有碰撞检测的载波侦听 多路访问(CSMA/CD)技术进行媒体访问 具体思想是： 它的基本思想是有一个工作站希望发 送报文时，首先侦听电缆，如果此时电 缆忙就等待，直到空闲再发送；如果在 一根电缆上有两个或多个站同时开始发 送，便会产生碰撞，则碰撞站应结束发 送，等待时机，然后重复上述过程。
交换机从以下两个方面改变了局域网 的性能： • 增加了总带宽 • 减少每段带宽的设备数 但交换机不能隔离广播，如果局域 网内工作站数量过多，则可能产生过大 的广播流量，这将严重地影响局域网的 性能。
3.2 媒体访问技术
不同的拓扑结构网络系统，其设备 连接方式是不同的。在星形结构网中， 当两个站点建立信道时，交换机必须确 保两个端点在呼叫期间有专用通道；在 总线或环形结构中，所有设备通过一条 物理传输通道连接起来，因此不同的拓 扑结构有不同的媒体控制访问方法，为 了
确保传输媒体的访问和使用，必须 遵守一定的媒体访问控制规则。 （1）载波侦听多路访问（CSMA/CD) CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)技术包括载波侦 听多路访问（CSMA)和碰撞检测（CD) 两个方面的内容。
它的基本思想是： • 如果一个结点要发送数据，就以广播的方式 把数据通过公共传输介质的总线发送出去， 所有结点都能收到这个信号。 • 当有一个工作站希望发送报文时，首先侦听 电缆，如果此时电缆忙就等待，直到空闲再 发送；如果在一根电缆上有两个或多个站同 时开始发送，便会产生碰撞，则碰撞站应结 束发送，等待时机，然后重复上述过程
3.1.3局域网软件的基本组成 • 网卡驱动程序 • 网络操作系统 • 网络协议
3.1.4 局域网的拓扑结构 局域网的拓扑结构可以从物理的观 点和逻辑的观点来说明。物理的拓扑结 构描述构成局域网组件的地理布局。拓 扑结构不是网络图，而是采用图形描述 局域网的形状和结构理论结构。
（1）总线型拓扑结构 • 总线型拓扑结构使用开路电缆直接连接所有 节点，这些节点构成菊花链，在这总线上只 能支持一个通道，这个通道称为总线。 • 总线的两端必须使用阻抗负载端接，称为端 接电阻，用以防止信号反弹。当一个工作站 发送信号时，信号自动向电缆两端传播，如 果没有电阻信号到达总线一端时，就返回， 反复振荡，影响数据传播。
（2）结构 令牌总线网在物理上是总线的，逻 辑上是环形网，所以连接简单。 （3）令牌总线网传输延时确定，并可设 优先值。 （4）信息载荷 （5）协议 网络协议复杂
IEEE802.5 标准与令牌(Token Ring) IEEE802.5标准描述了令牌环局域网， 称之为令牌环网，它解决了环网中的一 个关键问题，诊断和找出有故障的站或 有问题的环的某一段，然后把有故障的 站去掉，有问题的段旁路掉，使整个环 继续正常运行。 传输介质为屏蔽或非屏蔽双绞线，传 输速率为4Mbps或16Mbps拓扑结构为环 形，
交换式局域网 （4）交换机与拓扑结构 交换机是一个多端口的数据链路层（OSI 参考模型第二层）设备，交换机学习介质访问 控制地址，并把它们放入一个内部表中，在帧 的源发者和目的者之间建立一个临时交换路径， 并沿这个临时路径转发数据帧。交换式局域网 具有星形拓扑结构的特点，每个端口以及连接 到自己的设备都有自己的带宽，目前已经有了 第三层地址如IP分组的交换机。
以太网卡的类型 按总线类型分：PCI、ISA、EISA等等 按通信介质接口: BNC,RJ45,AUI等等
3.6.5 网卡与通信介质的连接
• • • • 粗缆收发器 细缆连接器 网卡与双绞线连接 网卡与光缆连接
3.6.6 以太网 10Base – 5 以太网 10Base – 5是IEEE802.3标准 以太网，有如下特性： • 拓扑结构：总线性拓扑结构 • 站点数量：每个网段最多100个，如果 连接中继器最多可达492个
第三章局域网技术基础
3.1 局域网概述
局域网技术是当前计算机网络技术 领域最重要的一个分支，也是发展最快， 研究最为活跃的一个领域。局域网作为 一种重要的基础网络在企业、机关、学 校等各种单位和部门得到广泛的应用， 同时还是因特网的基础网络。
3.1.1 局域网特点
• LAN是一个数据通信系统，在一个适中的地 理范围内，把若干独立的设备连接起来，通 过物理通信信道，以很高的数据传输速率实 现各独立设备之间的直接通信。 • LAN是一个通信网，不仅仅是一个计算机网 络，广义上将电话交换机(CBX)也是属于局域 网技术， • LAN支持多对多的通信，即连在LAN内的每 一设备都能与其他设备相连。
如下： • 建立逻辑环，然后产生一个控制令牌 • 令牌沿着逻辑环从一个站点传到另一站 点 • 当等待发送报文的站点收到令牌后，站 点将报文利用物理媒体发送出去 • 站点发送报文完后，将控制令牌发送给 下一个站点。
3.3 局域网的标准IEEE 802
IEEE为美国电气电子工程师协会 Institute of Electrical and Electronic Engineers的简称。IEEE为局域网制定了 多种局域网的标准，统称为IEEE 802标 准。IEEE 802已被美国标准协会ANSI、 美国国家标准局 NBS、国际化标准组织 ISO采用，已经成为国际标准。
Workstation
Workstation
Workstation
Ethernet
Workstation
Workstation
• 典型的总线拓扑结构使用一根电缆，以 菊花链的形式连接所有网络节点。所有 连接在上的设备侦听总线上的传输，并 接收发送给自己的数据包。 • 总线型拓扑结构的一般是以以太网早期 两种标准出现10Base 2和10Base 5。
的工作方式，所以传输速率实际可达200Mbps， 快速以太网可以使原来的10BASE-T标准的以 太网在不改变网络布线、网络管理、检测技 术等情况下，顺利向100Mbps快速以太网升级。 特点： （1）媒体访问方式 采用竞争型媒体访问控制方法，各工作站 平等、无优先权。
（2）结构 结构简单，价格便宜 （3）通信方式 所有数据通过总线传输，且传输的数据能 被所有的节点接收，是广播式通信。 （4）信息载荷 如果信息负载小，则系统有较高的数据吞 吐率，延时也小；反之信息负载大，冲突增 加，数据
为了保证这种操作机制能正常运行，还 需具备检测有无碰撞的机制，这便是碰 撞检测(CD)，工作站在发送过程中仍需 不断检测是否出现碰撞，如果发送过程 中有碰撞发生，工作站便发送一条短的 干扰信号，保证所有站点都知道出现了 碰撞，发完干扰信息后，再延时一段时 间再重新发送。
3.6.3 MAC帧 以太网发送数据是按一定格式进行的， 以太网的帧由8个字段组成，每一段符 合这个格式的数据段称为帧
吞吐率明显下降，网络延时也增加。 （5）实时性 由于是竞争使用总线，存在冲突， 发送响应具有随机性，所以实时性差。
3.5 IEEE802.4 标准与令牌总线网
(1)媒体访问方式 令牌总线采用无冲突媒体访问，令 牌总线网中设有令牌，令牌控制信息的 发送权，在传输过程中，系统建立一个 逻辑环，实现的是广播式传输，由于网 络之中采用令牌控制信息的发送权，所 以总线令牌网不存在冲突。
（2）环形拓扑结构 环形拓扑结构一开始作为简单对等 局域网拓扑结构出现，每个工作站有两 个连接，每个连接到最近的物理邻居， 这个互联必须形成一个物理环，数据沿 着这个环单项传输，每个工作站作为一 个中继器接收和应答发送给他的数据包， 并把其他数据包转发给下一个工作站。
• 原始的局域网环形拓扑结构采用工作站 之间的对等连接，这些连接必须是闭合 的，即必须形成一个环，他的优点是响 应时间可以预测，环上设备越多，网络 延时越长。缺点显而易见，环上设备一 个出现故障，整个网络瘫痪。 • IBM令牌环采用类似的原理，后来称为 IEEE802.5标准规范。
IEEE802.3标准是一种载波侦听多路访问 局域网标准，它的基本思想是有一个工作站 希望发送报文时，首先侦听电缆，如果此时 电缆忙就等待，直到空闲再发送；如果在一 根电缆上有两个或多个站同时开始发送，便 会产生碰撞，则碰撞站应结束发送，等待时 机，然后重复上述过程。
符合IEEE802.3标准的以太网，其拓扑结 构是总线型访问控制方式是CSMS/CD方式， 传输速率为10 Mbps。符合以太网标准的有： 10BASE5、10BASE2、10BASE-T标准。除此 之外100BASE-T符合IEEE802.3u标准，它与 10BASE-T标准在媒体访问方法、协议和数据 帧结构基本相同，不同的是在速度上升级， 同时拓扑结构采用星形拓扑结构，支持全双 工
它具有实现简单、控制效率高等特点。
基本工作原理： 在令牌环中，结点通过环接口连接形 成物理环。令牌是一种特殊的控制帧， 具有忙闲两种状态，正常工作时，令牌 沿着物理环单项逐点传递。
3.6 以太网络
3.6.1 以太网体系结构
在以太网中数据链路层被分割为两个 子层，因为传统数据链路控制中缺少包 含多个源地址和目的地址的逻辑控制， 另外也使局域网体系结构能适应多种通 信介质 物理层分为两个接口，媒体相关接口 (MDI)，另一个是连接单元接口(AUI)。 MDI与媒体相关接口随媒体而改变但不 影响LLC和MAC的工作，AUI是粗缆收 发器连接口。
前 导 码
7字 节
帧首界 定符
1字节
目的 地址
6字节
源地址
长度指 示器
2字节
LLC数 据
46－1500 字节
填充 帧检 测序 列
不定 4字节
6字节
地址字段 地址字段包括源地址和目的地址， 源地址第一位恒为0，目的地址第一位1 时表示发给一组工作站；为0时表示发 给一个工作站；全部为1时，表示对全 网广播。
（3）星型拓扑结构
• 星形拓扑结构局域网实际上使用一个总线， 联网设备呈辐射状地连到一个公共节点，这 个公共节点就是集线器，每个联网设备可以 独立访问介质，同时共享集线器可用带宽， 它应用的典型实例是10BASET的以太网。 • 星形拓扑结构局域网固有的风险是集线器， 如果集线器出现故障，则连在该集线器上的 设备都失去与局域网的连接。 • 星形拓扑结构已经成为现代局域网主流拓扑 结构，它灵活、可扩展和廉价，并形成局域 网拓扑结构的基础。
• 局域网概念中的设备是广义的，它包括 在传输媒体上的任何设备。 • 局域网在一个合适的地理范围内，一般 在10公里左右。 • 局域网通过物理信道相连，通常使用同 轴电缆、光缆双绞线等等。 • 局域网内的数据以很高的速率进行传播。
3.1.2 局域网ห้องสมุดไป่ตู้件的基本组成
• • • • • 网络服务器 工作站 网卡 传输介质（媒体） 网络互联设备
(2)控制令牌 控制令牌可用于环形和总线型拓扑结构， 这种方式在环形和总线网中建立起来的都是 环，是一种逻辑环。 控制令牌表示一种权力，网络中所有站点 按照他们共同认同的规则，从一个站点到另 一个站点传递控制令牌，对任意一站点来说 只有当它有令牌时才能发送报文，当报文发 送完毕后，令牌传递给下一个站点，控制令 牌访问操作过程
3.6.4 以太网卡
以太网卡是计算机与通信介质进行数据交 换的中间处理部分，每个网卡都有自己的控 制器，用以确定何时发送和接收数据，并执 行IEEE802.3的规定的规程。 当计算机有数据要发送时，便向网卡处理 器发出中断请求，微处理器将数据存在RAM 中，并进行格式转换，随后将数据发送到网 上。同时检测发送过程，确定发送是否成功。 接收数据过程类似上述过程。