计算机网络技术基础(微课版)(第6版)-PPT课件第 4 章 局域网
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理 整个网络。根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不 同，服务器可分为文件服务器、打印服务器和通信服务器。通常 我们要求服务器具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、较 大的内存和较大容量的磁盘等。
工作站
工作站是网络各用户的工作场所，用户通过它可以与网络交换 信息，共享网络资源。工作站通过网卡、传输介质以及通信设备 连接到网络服务器，且仅对操作该工作站的用户提供服务。
3. 总线型（Bus）
所有的结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，也可以是光纤。如图4-7所 示：
图4-7 总线型网络结构示意图
总线型网络采用广播通信方式，即任何一个结点发送的信号都可以 沿着介质传播，而且能被网络上其他所有结点所接收，但在同一时间 内，只允许一个结点发送数据。
返回本节首页 返回本章首页
4.4 局域网体系结构与IEEE 802标准
4.4.1 局域网参考模型
IEEE 802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，主要解决最低两层 （即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务。 IEEE802参考模型中不再设立网络层，它与ISO/OSI参考模型的对应 关系如图4-8所示：
4.3.3 介质访问控制方法
1. 什么是介质访问控制
介质访问控制，是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据， 并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问 题的一整套管理方法。介质访问控制技术的优劣将对局域网的总体 性能产生决定性的影响。
2. 常用的媒体访问控制方法 CSMA/CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问） Token Ring（令牌环） Token Bus（令牌总线）
2. 局域网的发展历程
60年代末至70年代初是局域网发展的萌芽阶段。
70年代中期是局域网发展的一个重要阶段，美国Xerox公司推出 的实验性以太网（Ethernet）和英国剑桥大学研制的剑桥环网 （Cambridge Ring）成为最初局域网的典型代表。
80年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化组织开始 致力于局域网的有关协议和标准的制定。到了后期，局域网的产 品进入专业化生产和商品化的成熟阶段，获得了大范围的推广和 普及。 90年代以后，局域网步入了更高速的发展阶段，使用已相当普 遍。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干网，是目前许多 局域网系统普遍采用的一种结构形式。
IEEE 802.7 宽带技术； IEEE 802.8 光纤技术（光纤分布数据接口FDDI） ； IEEE 802.9 综合业务数字网（ISDN）技术 ； IEEE 802.10 局域网安全技术 ； IEEE 802.11 无线局域网媒体访问控制方法和物理层技术规范
2. IEEE 802各标准间的关系
星型网络中，信息一般采用广播式传送方式，任何一个结点发送的 信息，整个网络中的其它结点都可以收到。
2. 环型（Ring）
环型网络是用一条传输链路（同轴电缆）将一系列结点连成一个封 闭的环路，如图4-6所示。网络中的信息流只能单方向进行传输，每 个收到信息包的结点都向它的下游结点转发该信息包。
图4-6 环型网络结构示意图
图4-2 集线器 HUB
传输介质
局域网中常用的传输介质主要有同轴电缆（如图4-3所示）、双绞 线和光纤（如图4-4所示）。
图4-3 同轴电缆
图4-4 光纤
外设
外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备，包括打印机、 绘图仪、扫描器、MODEM等。
2. 局域网的软件组成
网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们所 起作用的不同，可以将其分为以下五类：
第四章 局域网
本章学习要点：
➢ 局域网概述
➢ 局域网组网技术
➢ 局域网的特点及其基本组成 ➢ 局域网的主要技术
➢ 快速网络技术 ➢ 虚拟局域网
➢ 局域网体系结构与IEEE 802标准 ➢ 无线局域网
4.1 局域网概述
1. 什么是局域网
局域网（LAN）是计算机网络的一种，它是在一个较小的范围 （一个办公室、一幢楼、一个学校等），利用通信线路将众多的 计算机及外设连接起来，以达到资源共享、信息传递和远程数据 通信的系统。
协议软件
协议软件主要用以实现网络协议功能，其种类较多，不同体系结构 的网络系统都有自身的协议软件，不同层次上的协议软件也不尽相同。
通信软件
通信软件就是使用户能方便地对自己的应用程序进行控制，同时 又能与多个工作站进行网络通信，并对通信数据进行加工和管理。
管理软件
管理软件的作用是帮助网络管理者便捷地解决网络中一些棘手的技 术难题，保证整个网络系统的正常运转。
返回本节首页 返回本章首页
4.3 局域网的主要技术
局域网所涉及的技术很多，但决定局域网性能的主要技术有传输 介质、拓扑结构和介质访问控制方法。
4.3.1 局域网的传输介质
局域网常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆和无线电波。早 期的传统以太网（10Base-5，10Base-2等）使用最多的是同轴电缆。
图4-8 IEEE802与ISO/OSI参考模型的对应关系
IEEE 802局域网参考模型中的物理层的功能是：在物理介质上实 现比特流的传输和接收、同步前序的产生与删除，规定了所使用的 信号、编码、传输介质以及有关的拓扑结构和传输速率等。
数据链路层又分为逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC） 两个功能子层。这种功能划分主要是为了将数据链路功能中与硬件 相关和无关的部分分开。
1983 1988 1990 1988 1992
同轴电缆（粗） 同轴电缆（细） 100Ω2对线3类
75Ω同轴电缆 光纤电缆
10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s
500m 185m 100m 1800m 2000m
总线型 总线型
星型 总线型
星型
100BASE-T
网卡
网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图4-1所示，计算机 通过网卡接入局域网络。网卡一方面要和主机交换数据；另一方面还 要保证数据交换以网络物理数据的路径和格式来传送或接收。另外， 为防止数据的丢失，网卡上还需要缓存，以实现不同设备间的数据缓 冲。网卡上的ROM芯片固化有控制通信软件，用来实现上述功能。
随着技术的发展和价格的不断降低，双绞线和光纤的应用日益普及。 双绞线依靠其低成本和高可靠性，在快速局域网中赢得了广泛地使用。
光纤主要应用在远距离、高速传输数据的网络环境中。光纤的可靠 性很高，具有许多双绞线和同轴电缆无法比拟的优点，随着光纤成本 的不断降低，今后还将越来越广泛地应用于局域网。
4.3.2 局域网的拓扑结构
MAC子层的主要功能是控制对传输媒体的访问。IEEE 802标准制 定了多种介质访问控制方法，同一个LLC子层能与其中任一种访问方 法（如CSMA/CD，Token Ring，Token Bus）接口。
LLC子层的主要功能是向高层提供一个或多个逻辑接口，具有帧的 发送和接收功能。另外，它还有差错控制和流量控制等功能，同时还 具备网络层的某些功能。
各标准间的关系如下图4-9所示：
图4-9 IEEE 802各标准之间的关系
注意：在IEEE 802标准中，IEEE 802.3以太网（Ethernet）协议和 IEEE 802.5令牌环（Token—Ring）协议应用最为广泛。
返回本节首页 返回本章首页
4.5 局域网组网技术
从目前的发展情况来看，局域网可以分为共享式局域网（Shared LAN）和交换式局域网（Switched LAN）两大类，其产品分类及 其相互间的关系如图4-10所示。
图4-10 局域网产品类型与相互之间的关系
4.5.1 传统以太网
1. 、传输速率高、系统功能强、安 装维护方便，它是当今国际最流行、最畅销的局域网。
二十多年来，以太网标准的发展情况如下表所示：
以太网标准 批准时间
传输媒体
传输速率 网段长度 拓扑结构
10BASE-5 10BASE-2 10BASE-T 10BROAD-36 10BASE-F
星型网络中结点的扩展和移动都很方便，当加入新的结点时只需要 从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而一个结点出现故 障不会影响其它结点的连接，可直接将故障结点拆走，维护起来很 容易。 星型网络对中央结点的可靠性要求很高，若中央结点发生故障，全 网则趋于瘫痪。所以，通常都采用双机热备份，以提高系统的可靠性。
网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它对整个 网络的设计、功能、可靠性和成本等方面有着重要的影响。目前局域 网使用的拓扑结构主要有以下3种：
1. 星型（Star）
星型拓扑结构中存在一个中央结点（如集线器或交换机） ，其余 每个工作站结点通过点到点线路与中央节点相连。如图4-5所示：
图4-5 星型网络结构示意图
环网的传输速度较快，例如在令牌环网中允许有16Mbit/s的传输速 度，这比传统的10Mbit/s以太网要快。
环网中各结点间是直接串联，这样任何一个结点出了故障都会造成 整个网络的中断、瘫痪，而且故障查找起来也非常困难。另外，如果 要添加或移动结点，就必须中断整个网络，在环的两端作好连接器后 才能连接，比较麻烦。
网络操作系统
网络操作系统(NOS)是用户和网络之间的接口，它具有处理机管理、 存储管理、设备管理、文件管理以及网络管理等功能。目前较流行的 局域网操作系统Windows 2000 Server、Windows Server 2003，Novell
公司的Netware等。 网络应用软件
网络应用软件是专门为某一个应用领域而开发的软件，能为用户 提供一些实际的网络应用服务。它既可以用于管理和维护网络本身， 也可用于一个业务领域。
总线作为公共传输介质为多个结点共享，因而就有可能出现两个或 两个以上的结点在同一时刻利用总线发送数据的“冲突”。总线型网 络必须要解决多个结点访问总线的介质访问控制问题。
由于网络各结点共享总线带宽，因此，数据传输速率会随着接入网 络用户数的增多而下降。另外在总线型网络中，虽然单个结点的故障 不影响整个网络的正常通信，但如果总线一旦发生故障，则整个网络 就断了。
返回本节首页 返回本章首页
4.2 局域网的特点及其基本组成
4.2.1 局域网的特点
概括地讲，局域网主要具有以下一些特点：
覆盖的地理范围较小
局域网主要用于单位内部联网，范围在一座办公大楼或集中的建 筑群内，一般在几千米范围内。
传输速率高、时延小且误码率低
局域网的传输速率一般为10～100Mbit/s，时延在几毫秒～几十毫 秒之间。并且局域网两个站点间具有专用通信线路传输数据，因此 误码率很低，仅为10-12～10-8。
4.4.2 IEEE 802局域网标准
1. IEEE 802标准的内容 IEEE 802.1 局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联； IEEE 802.2 逻辑链路控制 LLC； IEEE 802.3 CSMA/CD介质访问控制标准和物理层技术规范； IEEE 802.4 令牌总线介质访问控制标准和物理层技术规范； IEEE 802.5 令牌环网介质访问控制方法和物理层技术规范； IEEE 802.6 城域网介质访问控制方法和物理层技术规范；
图4-1 Realtek 10/100M自适应网卡
集线器
集线器（HUB）是一种特殊的中继器，如图4-2所示，其主要作用 是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。集线器负 责对多个网络电缆进行中间转接，以便对网络进行集中管理。另外， 集线器还有利于故障的检测和提高网络的可靠性，能自动指示有故障 的工作站，并切除其与网络的通信。
便于安装、维护和扩充
局域网一般为一个单位或部门内部控制、管理、使用和维护，因 此，无论从硬件系统还是软件系统来讲，网络的安装成本都较低， 周期短，维护和扩充都十分方便。
侧重于共享信息的处理，通常没有中央主机系统
4.2.2 局域网的基本组成
1. 局域网的硬件组成
局域网硬件包括以下一些主要设备：
服务器
工作站
工作站是网络各用户的工作场所，用户通过它可以与网络交换 信息，共享网络资源。工作站通过网卡、传输介质以及通信设备 连接到网络服务器，且仅对操作该工作站的用户提供服务。
3. 总线型（Bus）
所有的结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，也可以是光纤。如图4-7所 示：
图4-7 总线型网络结构示意图
总线型网络采用广播通信方式，即任何一个结点发送的信号都可以 沿着介质传播，而且能被网络上其他所有结点所接收，但在同一时间 内，只允许一个结点发送数据。
返回本节首页 返回本章首页
4.4 局域网体系结构与IEEE 802标准
4.4.1 局域网参考模型
IEEE 802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，主要解决最低两层 （即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务。 IEEE802参考模型中不再设立网络层，它与ISO/OSI参考模型的对应 关系如图4-8所示：
4.3.3 介质访问控制方法
1. 什么是介质访问控制
介质访问控制，是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据， 并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问 题的一整套管理方法。介质访问控制技术的优劣将对局域网的总体 性能产生决定性的影响。
2. 常用的媒体访问控制方法 CSMA/CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问） Token Ring（令牌环） Token Bus（令牌总线）
2. 局域网的发展历程
60年代末至70年代初是局域网发展的萌芽阶段。
70年代中期是局域网发展的一个重要阶段，美国Xerox公司推出 的实验性以太网（Ethernet）和英国剑桥大学研制的剑桥环网 （Cambridge Ring）成为最初局域网的典型代表。
80年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化组织开始 致力于局域网的有关协议和标准的制定。到了后期，局域网的产 品进入专业化生产和商品化的成熟阶段，获得了大范围的推广和 普及。 90年代以后，局域网步入了更高速的发展阶段，使用已相当普 遍。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干网，是目前许多 局域网系统普遍采用的一种结构形式。
IEEE 802.7 宽带技术； IEEE 802.8 光纤技术（光纤分布数据接口FDDI） ； IEEE 802.9 综合业务数字网（ISDN）技术 ； IEEE 802.10 局域网安全技术 ； IEEE 802.11 无线局域网媒体访问控制方法和物理层技术规范
2. IEEE 802各标准间的关系
星型网络中，信息一般采用广播式传送方式，任何一个结点发送的 信息，整个网络中的其它结点都可以收到。
2. 环型（Ring）
环型网络是用一条传输链路（同轴电缆）将一系列结点连成一个封 闭的环路，如图4-6所示。网络中的信息流只能单方向进行传输，每 个收到信息包的结点都向它的下游结点转发该信息包。
图4-6 环型网络结构示意图
图4-2 集线器 HUB
传输介质
局域网中常用的传输介质主要有同轴电缆（如图4-3所示）、双绞 线和光纤（如图4-4所示）。
图4-3 同轴电缆
图4-4 光纤
外设
外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备，包括打印机、 绘图仪、扫描器、MODEM等。
2. 局域网的软件组成
网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们所 起作用的不同，可以将其分为以下五类：
第四章 局域网
本章学习要点：
➢ 局域网概述
➢ 局域网组网技术
➢ 局域网的特点及其基本组成 ➢ 局域网的主要技术
➢ 快速网络技术 ➢ 虚拟局域网
➢ 局域网体系结构与IEEE 802标准 ➢ 无线局域网
4.1 局域网概述
1. 什么是局域网
局域网（LAN）是计算机网络的一种，它是在一个较小的范围 （一个办公室、一幢楼、一个学校等），利用通信线路将众多的 计算机及外设连接起来，以达到资源共享、信息传递和远程数据 通信的系统。
协议软件
协议软件主要用以实现网络协议功能，其种类较多，不同体系结构 的网络系统都有自身的协议软件，不同层次上的协议软件也不尽相同。
通信软件
通信软件就是使用户能方便地对自己的应用程序进行控制，同时 又能与多个工作站进行网络通信，并对通信数据进行加工和管理。
管理软件
管理软件的作用是帮助网络管理者便捷地解决网络中一些棘手的技 术难题，保证整个网络系统的正常运转。
返回本节首页 返回本章首页
4.3 局域网的主要技术
局域网所涉及的技术很多，但决定局域网性能的主要技术有传输 介质、拓扑结构和介质访问控制方法。
4.3.1 局域网的传输介质
局域网常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆和无线电波。早 期的传统以太网（10Base-5，10Base-2等）使用最多的是同轴电缆。
图4-8 IEEE802与ISO/OSI参考模型的对应关系
IEEE 802局域网参考模型中的物理层的功能是：在物理介质上实 现比特流的传输和接收、同步前序的产生与删除，规定了所使用的 信号、编码、传输介质以及有关的拓扑结构和传输速率等。
数据链路层又分为逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC） 两个功能子层。这种功能划分主要是为了将数据链路功能中与硬件 相关和无关的部分分开。
1983 1988 1990 1988 1992
同轴电缆（粗） 同轴电缆（细） 100Ω2对线3类
75Ω同轴电缆 光纤电缆
10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s
500m 185m 100m 1800m 2000m
总线型 总线型
星型 总线型
星型
100BASE-T
网卡
网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图4-1所示，计算机 通过网卡接入局域网络。网卡一方面要和主机交换数据；另一方面还 要保证数据交换以网络物理数据的路径和格式来传送或接收。另外， 为防止数据的丢失，网卡上还需要缓存，以实现不同设备间的数据缓 冲。网卡上的ROM芯片固化有控制通信软件，用来实现上述功能。
随着技术的发展和价格的不断降低，双绞线和光纤的应用日益普及。 双绞线依靠其低成本和高可靠性，在快速局域网中赢得了广泛地使用。
光纤主要应用在远距离、高速传输数据的网络环境中。光纤的可靠 性很高，具有许多双绞线和同轴电缆无法比拟的优点，随着光纤成本 的不断降低，今后还将越来越广泛地应用于局域网。
4.3.2 局域网的拓扑结构
MAC子层的主要功能是控制对传输媒体的访问。IEEE 802标准制 定了多种介质访问控制方法，同一个LLC子层能与其中任一种访问方 法（如CSMA/CD，Token Ring，Token Bus）接口。
LLC子层的主要功能是向高层提供一个或多个逻辑接口，具有帧的 发送和接收功能。另外，它还有差错控制和流量控制等功能，同时还 具备网络层的某些功能。
各标准间的关系如下图4-9所示：
图4-9 IEEE 802各标准之间的关系
注意：在IEEE 802标准中，IEEE 802.3以太网（Ethernet）协议和 IEEE 802.5令牌环（Token—Ring）协议应用最为广泛。
返回本节首页 返回本章首页
4.5 局域网组网技术
从目前的发展情况来看，局域网可以分为共享式局域网（Shared LAN）和交换式局域网（Switched LAN）两大类，其产品分类及 其相互间的关系如图4-10所示。
图4-10 局域网产品类型与相互之间的关系
4.5.1 传统以太网
1. 、传输速率高、系统功能强、安 装维护方便，它是当今国际最流行、最畅销的局域网。
二十多年来，以太网标准的发展情况如下表所示：
以太网标准 批准时间
传输媒体
传输速率 网段长度 拓扑结构
10BASE-5 10BASE-2 10BASE-T 10BROAD-36 10BASE-F
星型网络中结点的扩展和移动都很方便，当加入新的结点时只需要 从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而一个结点出现故 障不会影响其它结点的连接，可直接将故障结点拆走，维护起来很 容易。 星型网络对中央结点的可靠性要求很高，若中央结点发生故障，全 网则趋于瘫痪。所以，通常都采用双机热备份，以提高系统的可靠性。
网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它对整个 网络的设计、功能、可靠性和成本等方面有着重要的影响。目前局域 网使用的拓扑结构主要有以下3种：
1. 星型（Star）
星型拓扑结构中存在一个中央结点（如集线器或交换机） ，其余 每个工作站结点通过点到点线路与中央节点相连。如图4-5所示：
图4-5 星型网络结构示意图
环网的传输速度较快，例如在令牌环网中允许有16Mbit/s的传输速 度，这比传统的10Mbit/s以太网要快。
环网中各结点间是直接串联，这样任何一个结点出了故障都会造成 整个网络的中断、瘫痪，而且故障查找起来也非常困难。另外，如果 要添加或移动结点，就必须中断整个网络，在环的两端作好连接器后 才能连接，比较麻烦。
网络操作系统
网络操作系统(NOS)是用户和网络之间的接口，它具有处理机管理、 存储管理、设备管理、文件管理以及网络管理等功能。目前较流行的 局域网操作系统Windows 2000 Server、Windows Server 2003，Novell
公司的Netware等。 网络应用软件
网络应用软件是专门为某一个应用领域而开发的软件，能为用户 提供一些实际的网络应用服务。它既可以用于管理和维护网络本身， 也可用于一个业务领域。
总线作为公共传输介质为多个结点共享，因而就有可能出现两个或 两个以上的结点在同一时刻利用总线发送数据的“冲突”。总线型网 络必须要解决多个结点访问总线的介质访问控制问题。
由于网络各结点共享总线带宽，因此，数据传输速率会随着接入网 络用户数的增多而下降。另外在总线型网络中，虽然单个结点的故障 不影响整个网络的正常通信，但如果总线一旦发生故障，则整个网络 就断了。
返回本节首页 返回本章首页
4.2 局域网的特点及其基本组成
4.2.1 局域网的特点
概括地讲，局域网主要具有以下一些特点：
覆盖的地理范围较小
局域网主要用于单位内部联网，范围在一座办公大楼或集中的建 筑群内，一般在几千米范围内。
传输速率高、时延小且误码率低
局域网的传输速率一般为10～100Mbit/s，时延在几毫秒～几十毫 秒之间。并且局域网两个站点间具有专用通信线路传输数据，因此 误码率很低，仅为10-12～10-8。
4.4.2 IEEE 802局域网标准
1. IEEE 802标准的内容 IEEE 802.1 局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联； IEEE 802.2 逻辑链路控制 LLC； IEEE 802.3 CSMA/CD介质访问控制标准和物理层技术规范； IEEE 802.4 令牌总线介质访问控制标准和物理层技术规范； IEEE 802.5 令牌环网介质访问控制方法和物理层技术规范； IEEE 802.6 城域网介质访问控制方法和物理层技术规范；
图4-1 Realtek 10/100M自适应网卡
集线器
集线器（HUB）是一种特殊的中继器，如图4-2所示，其主要作用 是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。集线器负 责对多个网络电缆进行中间转接，以便对网络进行集中管理。另外， 集线器还有利于故障的检测和提高网络的可靠性，能自动指示有故障 的工作站，并切除其与网络的通信。
便于安装、维护和扩充
局域网一般为一个单位或部门内部控制、管理、使用和维护，因 此，无论从硬件系统还是软件系统来讲，网络的安装成本都较低， 周期短，维护和扩充都十分方便。
侧重于共享信息的处理，通常没有中央主机系统
4.2.2 局域网的基本组成
1. 局域网的硬件组成
局域网硬件包括以下一些主要设备：
服务器