第5章 局域网技术
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局域网基本上采用共享介质环 境，共享网络环境是指网络上 的所有设备通过一条公用的信 道来传输数据,又称广播网络。 当共享介质环境中的多个节点 试图在同一时刻发送数据时， 就会发生冲突(collision)。 通常将可能发生冲突的所有设 备和与之相关的共享介质称为 一个冲突域(collision domain) 。 冲突会使其所涉及的各节点的 数据传输发生失败局域网的 数据链路层必须解决介质访问 控制问题。
数据的传输速率高：
最高可达10Gbit/s。
通信质量高：
误码率在10-8~10-11
支持多种传输介质：
同轴电缆、双绞线、光纤、无线介质
成本低、安装、扩充及维护方便 通常属于某个部门、企业或单位所有
局域网的功能与应用
功能：
资源共享（硬件、软件 资源） 相互通信（数据传送与 电子邮件） 提高计算机系统的可靠 性 分布式计算和高性能计 算环境
星型
结构：网络由一系列末端节点以中央节点为中心相 连接，各末端节点与中央节点以点对点方式连接。 传输介质可采用电缆或光缆
星型拓扑的性能特点
任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点 ，中央节点集中执行通信控制策略，如完成节 点间通信时物理连接的建立、维护和拆除； 中央节点通常为集线器或交换机 优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组 网容易 缺点：中央结点单点故障
站 点 A和 D同 时 往 共享信道上发送数据
冲突 冲突
划分LLC与MAC子层的优越性
解决了OSI模型数据链路层不具备局域网所 需的介质访问控制功能的问题。 保证了层服务的透明性，尽管介质访问控制 机制与物理介质、物理设备和物理拓扑等涉 及硬件实现的部分直接有关，但划分为两个 子层使局域网技术的任何发展与变革都不会 影响到网络层 局域网体系结构的良好可扩展性，可不断接 受新的介质与介质访问控制方法。 在形式上保持了与OSI模型的一致性。
IEEE802 标准
逻辑链路控 制 （LLC） 介质访问控 制 （MAC） 物理信号 （PS）
ISO/OSI的
对应层
数据链路 层
连接单元接口 （AUI） 物理介质连接设备 （PMA） 介质访问单元 （MAU） 物理介质
物理层
局 域 网 模 型
局域网模型的有关说明
物理层：
与OSI的物理层类似，主要规定比特流的传输与接 收，描述所使用的信号电平的编码及解码，规定网络 的拓朴结构，传输介质及介质的传输速率等。
Chapter 5
局域网技术
本章教学提要
教学目标：
理解局域网的特点和功能、IEEE802标准、介质访问控 制的原理 掌握主要的局域网组网设备的功能与选择、常见的局域 网拓扑结构、以太网技术； 理解无线局域网工作原理和基本组网方式，理解VLAN 的概念与实现。
教学难点：
介质访问控制，以太网技术系列，无线局域网
局域网中的计算机角色
服务器(server)：
当网络中的其他计算机提出资源服务的 请求时，做出相应的响应，以为其它计算机提 供服务。
客户机(client）
在网络中，向其他计算机提出服务请求， 并使用服务器所提供服务的机器。。
局域网组网的两种模式
对等模式(P2P模式)：
对等网络环境下的所有计算机地位平等，不存在 对网络资源进行集中控制与管理的主机。 每台机器都能以同样方式作用于对方，即都可以 充当服务器角色为其他主机提供共享资源，也可以充 当客户机的角色使用其他主机共享出来的资源。
CSMA/CD
为“带冲突检测的载波侦听多点访问(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)” 的英文缩 写： 载波侦听CS：网络中的各个站点都具备一种对总线上 所传输的信号或载波进行监测的功能。 多点访问MA：总线上的一个站点占用总线发送信号时 ，所有连到同一总线上的其他站点都可以通过各自的 接收器收听，只不过目标节点会对所接收的信号进行 进一步的处理，非目标节点则忽略所收到的信号。 冲突检测CD：一种检测或识别冲突的机制，是实现冲 突退避的前提。
客户机
客户机：
在C/S模式下提出服务请求并接受服
务的计算机，通常由PC机或专用工作站 担任。 对等机器(Peer)： 对等网络环境下的所有计算机，它们 地位平等，能相互提供资源服务。
主机与OSI模型
网络中的计算机统称为主机。 主机不属于OSI的某一特定层，而是被视为是 一种涵盖了OSI所有七层的设备.
应用：
办公自动化 生产自动化 管理信息化 军事指挥控制 商务管理 社区服务 ……
本节驱动问题：
Q： 与局域网特性有关的主要技术要 素有哪些？ A： 网络拓扑结构、传输介质、介质 访问控制方法
局域网拓朴结构
网络拓扑结构决定网络性能； 局域网设计的目标是覆盖 “有限的地理范围” 基本通信机制上选择了“共享介质”方式和“ 交换”方式。 相应的，在传输介质的物理连接、介质访问取 控制方法上形成了自己的特点； 在网络拓扑上的基本结构
Chapter 5-3
局域网介质访问控制
介质访问控制 CSMA/CD Token
局域网介质访问控制
介质访问控制：
解决共享或广播网络中，当信道的使用产生 竞争时，如何分配信道的使用权。
在局域网中，特从数据链路层中分出介质 访问控制子层，用以完成信道分配或介质 访问控制功能。 让局域网具有更高的工作效率、可靠性和 可扩展性。
数据链路层： 被分为LLC子层与MAC子层：
MAC子层--处理局域网中各站点对通信介质的争用问题 ，不同类型的局域网使用不同的介质访问控制协议； LLC子层--屏蔽MAC子层的具体实现，将其变成统一的 LLC界面，从而向网络层提供一致的服务。
划分LLC与MAC子层的原因： 共享网络环境与冲突
环型
各节点通过环路接口使用点对 点线路连接在一条闭合的环型 通信线路中 传输介质可采用电缆或光缆 数据以基带信号串行传输，但 从发送节点出来后，在环中沿 一个固定方向绕环逐站传输 多个结点共享一条环通路的共 享介质结构，也要提供旨在解 决冲突问题介质访问控制。
增加环形拓扑可靠性，还引入了双环拓扑。 在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用环，从 而当主环发生故障时，由备用环继续工作。
介质访问控制的类型
集中式：
有一个单独的集中控制器或一个具有控制整个网络 能力的节点来管理网络的通信。
分布式：
无集中控制节点，各节点均处于平等地位。节点间 的通信由各节点自身控制，进一步分为：
1)争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问
控制协议，如CSMA/CD。 2)确定型介质访问控制协议，又称有序的访问控制 协议，如令牌法。
Section 2
IEEE802标准
IEEE802标准的说明
IEEE802标准是一个标准体系，包含一 系列不同的标准或规范。 随着局域网技术的发展，该体系中在不 断地增加新的标准和协议。 目前主要有IEEE 802.1－IEEE 802.16 等多个标准。
IEEE802.10 可操作的局域网安全机制
网卡的作用
数据链路层的网络组件，是局域网中连接计算机和传 输介质的接口： 物理连接和电信号匹配 数据的发送与接收：数据缓冲区越大越好 编码与解码：(差分)曼彻斯特或其他数字编码 帧的封装与拆卸：以太网帧、FDDI帧 介质访问控制：CSMA/CD、令牌环 其性能和质量直接影响网络运行性能,正确选用、连接 和设置网卡，是局域网组网时的基本前提和必要条件
中继器/集线器
物理层网络互连设备，集线器又称多端口中继 器 物理上对网络进行扩展： 当网络段传输超出网络传输介质决定的最 大传输距离时，起中继、放大及整形作用，使 得物理信号的传送距离得到延长 。 由于不具备数据隔离或过滤功能，其对网络的 扩展是以冲突域的增加和冲突检测有效性的下 降为代价。
802.11 无 线 网
Physica l Layer
…
Physica l Layer Physical Layer Physi cal Layer Physic al Layer Physic al Layer Physic al Layer
IEEE局域网标准的关注点
只关注OSI的物理层和数据链路层 首先，LAN是一种通信网，只涉及到有关 的通信功能，至多与OSI七层模型中的下三层 有关。 其次，LAN基本上采用共享信道的技术， 可以不设立单独的网络层。 不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链 路层； 当不同技术的LAN需要在网络层实现互连时，可 以借助其他已有的通用网络层协议如第7章中要 介绍的IP协议。
主从模式(C/S模式）
在主从网络中，至少有一台服务器作为网络中的 核心控制部件，对网络资源进行集中的控制与管理。 除了网络管理功能外，还可提供多种网络服务。 又被称为客户机/服务器(client/server)模式， 简称C/S模式。
服务器的种类
用户管理服务器：提供用户管理或身份验证服 务 文件服务器：为网络用户提供文件操作和管理 服务 数据库服务器：提供网络数据库服务和数据库 管理 (DBM)功能 打印服务器：提供网络共享打印及其管理服务 应用服务器：提供各类网络应用服务，如Email服务器、DNS服务器、FTP服务器和WEB服务 器等。
站点装配帧并准备发 送
工作原理归结：
先听后发、边听 边发、冲突停止、随 机延迟后重发。
Y
侦听信道忙 否？
N
启动发送并检测冲 突
冲突否？
Y N N
发送完成 ？
发送冲突加强信 号
等待 回退时间后再次启动 发送
冲突次数增1
计算随机延迟时间
Y
发送成功
冲突次数>16 ？
N
Y
发送失败
Chapter 5-4
局域网组网设备
IEEE802.1A 综述与体系结构(说明与OSI/ISO的对应关系) IEEE802.1B寻址、网络互连和 网络管理
IEEE802.2逻辑链路控制(LLC)规范与协议
802.3 CSMA/ CD
802.4 Token Bus
802.5 Token Ring
802.6 MAN
802.7 FDDI
802.8 宽 带 网
总线型 环型（包括双环型） 星型（包括扩展星型）
总线型拓扑
结构：各工作节点（包括服务器与工作站） 均连在一条总线上，传输介质通常采用同轴 电缆。在需要分支的地方，电缆线上配有特 制的分支插口，与之相连的各工作站、服务 器节点内也有相应的分支插头。
总线型拓扑的性能特点
各节点地位平等，无中心节点控制。所有结点 都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但 一段时间内只允许一个结点利用总线发送数据 “共享” 。 总线上的信息通常以基带形式串行传输，并从 发送节点向两端扩散，当一个结点利用总线传 输介质以“广播”方式发送信号时时，其他结 点都可以用“收听”到所发送的信号，故又称 广播式网络 “共享”产生“冲突”（collision），冲突造 成数据传输的失效，需要提供一种机制用于解 决冲突问题。
服务器的配置
功能：一台服务器可提供一种或多种服务 数量：视网络环境和应用规模。 性能： 能够响应多用户的请求； 处理机能力强，可采用多CPU来提高处理能力 存储容量大，可采用硬盘阵列增加硬盘容量； 安全性好，必要的硬件和软件手段确保访问的 合法性，资源的完整性和一致性 可靠性高，要求提供一定的冗余措施和容错性 通常由性能较高的小型机/专用服务器承担
SectionLeabharlann BaiduOne 局域网概述
局域网发展史
始于上个世纪70年代，以PC的普及为背景 ； 上个世纪80年代后期，进入专业化生产和商 品化的成熟阶段； 上个世纪90年代，在速度、带宽、服务质量 等指标方面有了更大进展 ； 网络研究与应用的一个活跃领域
局域网的特点
地理覆盖范围小：
通常不超过几十公里，甚至只在一幢建筑或一个房 间内。
服务器/客户机(工作站) 集线器、交换机 网卡
本节驱动问题
组建一个局域网需要哪些设备？ 设备造型时需要考虑哪些技术因素？
局域网组件
硬件：计算机及各种组网设施 计算机：服务器、客户机/工作站 互连设备：中继器(Reapter) 和集线器（Hub) ；网桥(Bridge)和交换机(Switch) 传输介质：有线或无线 连接部件：网卡、物理层连接组件 软件： 以网络操作系统为核心的软件系统
数据的传输速率高：
最高可达10Gbit/s。
通信质量高：
误码率在10-8~10-11
支持多种传输介质：
同轴电缆、双绞线、光纤、无线介质
成本低、安装、扩充及维护方便 通常属于某个部门、企业或单位所有
局域网的功能与应用
功能：
资源共享（硬件、软件 资源） 相互通信（数据传送与 电子邮件） 提高计算机系统的可靠 性 分布式计算和高性能计 算环境
星型
结构：网络由一系列末端节点以中央节点为中心相 连接，各末端节点与中央节点以点对点方式连接。 传输介质可采用电缆或光缆
星型拓扑的性能特点
任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点 ，中央节点集中执行通信控制策略，如完成节 点间通信时物理连接的建立、维护和拆除； 中央节点通常为集线器或交换机 优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组 网容易 缺点：中央结点单点故障
站 点 A和 D同 时 往 共享信道上发送数据
冲突 冲突
划分LLC与MAC子层的优越性
解决了OSI模型数据链路层不具备局域网所 需的介质访问控制功能的问题。 保证了层服务的透明性，尽管介质访问控制 机制与物理介质、物理设备和物理拓扑等涉 及硬件实现的部分直接有关，但划分为两个 子层使局域网技术的任何发展与变革都不会 影响到网络层 局域网体系结构的良好可扩展性，可不断接 受新的介质与介质访问控制方法。 在形式上保持了与OSI模型的一致性。
IEEE802 标准
逻辑链路控 制 （LLC） 介质访问控 制 （MAC） 物理信号 （PS）
ISO/OSI的
对应层
数据链路 层
连接单元接口 （AUI） 物理介质连接设备 （PMA） 介质访问单元 （MAU） 物理介质
物理层
局 域 网 模 型
局域网模型的有关说明
物理层：
与OSI的物理层类似，主要规定比特流的传输与接 收，描述所使用的信号电平的编码及解码，规定网络 的拓朴结构，传输介质及介质的传输速率等。
Chapter 5
局域网技术
本章教学提要
教学目标：
理解局域网的特点和功能、IEEE802标准、介质访问控 制的原理 掌握主要的局域网组网设备的功能与选择、常见的局域 网拓扑结构、以太网技术； 理解无线局域网工作原理和基本组网方式，理解VLAN 的概念与实现。
教学难点：
介质访问控制，以太网技术系列，无线局域网
局域网中的计算机角色
服务器(server)：
当网络中的其他计算机提出资源服务的 请求时，做出相应的响应，以为其它计算机提 供服务。
客户机(client）
在网络中，向其他计算机提出服务请求， 并使用服务器所提供服务的机器。。
局域网组网的两种模式
对等模式(P2P模式)：
对等网络环境下的所有计算机地位平等，不存在 对网络资源进行集中控制与管理的主机。 每台机器都能以同样方式作用于对方，即都可以 充当服务器角色为其他主机提供共享资源，也可以充 当客户机的角色使用其他主机共享出来的资源。
CSMA/CD
为“带冲突检测的载波侦听多点访问(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)” 的英文缩 写： 载波侦听CS：网络中的各个站点都具备一种对总线上 所传输的信号或载波进行监测的功能。 多点访问MA：总线上的一个站点占用总线发送信号时 ，所有连到同一总线上的其他站点都可以通过各自的 接收器收听，只不过目标节点会对所接收的信号进行 进一步的处理，非目标节点则忽略所收到的信号。 冲突检测CD：一种检测或识别冲突的机制，是实现冲 突退避的前提。
客户机
客户机：
在C/S模式下提出服务请求并接受服
务的计算机，通常由PC机或专用工作站 担任。 对等机器(Peer)： 对等网络环境下的所有计算机，它们 地位平等，能相互提供资源服务。
主机与OSI模型
网络中的计算机统称为主机。 主机不属于OSI的某一特定层，而是被视为是 一种涵盖了OSI所有七层的设备.
应用：
办公自动化 生产自动化 管理信息化 军事指挥控制 商务管理 社区服务 ……
本节驱动问题：
Q： 与局域网特性有关的主要技术要 素有哪些？ A： 网络拓扑结构、传输介质、介质 访问控制方法
局域网拓朴结构
网络拓扑结构决定网络性能； 局域网设计的目标是覆盖 “有限的地理范围” 基本通信机制上选择了“共享介质”方式和“ 交换”方式。 相应的，在传输介质的物理连接、介质访问取 控制方法上形成了自己的特点； 在网络拓扑上的基本结构
Chapter 5-3
局域网介质访问控制
介质访问控制 CSMA/CD Token
局域网介质访问控制
介质访问控制：
解决共享或广播网络中，当信道的使用产生 竞争时，如何分配信道的使用权。
在局域网中，特从数据链路层中分出介质 访问控制子层，用以完成信道分配或介质 访问控制功能。 让局域网具有更高的工作效率、可靠性和 可扩展性。
数据链路层： 被分为LLC子层与MAC子层：
MAC子层--处理局域网中各站点对通信介质的争用问题 ，不同类型的局域网使用不同的介质访问控制协议； LLC子层--屏蔽MAC子层的具体实现，将其变成统一的 LLC界面，从而向网络层提供一致的服务。
划分LLC与MAC子层的原因： 共享网络环境与冲突
环型
各节点通过环路接口使用点对 点线路连接在一条闭合的环型 通信线路中 传输介质可采用电缆或光缆 数据以基带信号串行传输，但 从发送节点出来后，在环中沿 一个固定方向绕环逐站传输 多个结点共享一条环通路的共 享介质结构，也要提供旨在解 决冲突问题介质访问控制。
增加环形拓扑可靠性，还引入了双环拓扑。 在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用环，从 而当主环发生故障时，由备用环继续工作。
介质访问控制的类型
集中式：
有一个单独的集中控制器或一个具有控制整个网络 能力的节点来管理网络的通信。
分布式：
无集中控制节点，各节点均处于平等地位。节点间 的通信由各节点自身控制，进一步分为：
1)争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问
控制协议，如CSMA/CD。 2)确定型介质访问控制协议，又称有序的访问控制 协议，如令牌法。
Section 2
IEEE802标准
IEEE802标准的说明
IEEE802标准是一个标准体系，包含一 系列不同的标准或规范。 随着局域网技术的发展，该体系中在不 断地增加新的标准和协议。 目前主要有IEEE 802.1－IEEE 802.16 等多个标准。
IEEE802.10 可操作的局域网安全机制
网卡的作用
数据链路层的网络组件，是局域网中连接计算机和传 输介质的接口： 物理连接和电信号匹配 数据的发送与接收：数据缓冲区越大越好 编码与解码：(差分)曼彻斯特或其他数字编码 帧的封装与拆卸：以太网帧、FDDI帧 介质访问控制：CSMA/CD、令牌环 其性能和质量直接影响网络运行性能,正确选用、连接 和设置网卡，是局域网组网时的基本前提和必要条件
中继器/集线器
物理层网络互连设备，集线器又称多端口中继 器 物理上对网络进行扩展： 当网络段传输超出网络传输介质决定的最 大传输距离时，起中继、放大及整形作用，使 得物理信号的传送距离得到延长 。 由于不具备数据隔离或过滤功能，其对网络的 扩展是以冲突域的增加和冲突检测有效性的下 降为代价。
802.11 无 线 网
Physica l Layer
…
Physica l Layer Physical Layer Physi cal Layer Physic al Layer Physic al Layer Physic al Layer
IEEE局域网标准的关注点
只关注OSI的物理层和数据链路层 首先，LAN是一种通信网，只涉及到有关 的通信功能，至多与OSI七层模型中的下三层 有关。 其次，LAN基本上采用共享信道的技术， 可以不设立单独的网络层。 不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链 路层； 当不同技术的LAN需要在网络层实现互连时，可 以借助其他已有的通用网络层协议如第7章中要 介绍的IP协议。
主从模式(C/S模式）
在主从网络中，至少有一台服务器作为网络中的 核心控制部件，对网络资源进行集中的控制与管理。 除了网络管理功能外，还可提供多种网络服务。 又被称为客户机/服务器(client/server)模式， 简称C/S模式。
服务器的种类
用户管理服务器：提供用户管理或身份验证服 务 文件服务器：为网络用户提供文件操作和管理 服务 数据库服务器：提供网络数据库服务和数据库 管理 (DBM)功能 打印服务器：提供网络共享打印及其管理服务 应用服务器：提供各类网络应用服务，如Email服务器、DNS服务器、FTP服务器和WEB服务 器等。
站点装配帧并准备发 送
工作原理归结：
先听后发、边听 边发、冲突停止、随 机延迟后重发。
Y
侦听信道忙 否？
N
启动发送并检测冲 突
冲突否？
Y N N
发送完成 ？
发送冲突加强信 号
等待 回退时间后再次启动 发送
冲突次数增1
计算随机延迟时间
Y
发送成功
冲突次数>16 ？
N
Y
发送失败
Chapter 5-4
局域网组网设备
IEEE802.1A 综述与体系结构(说明与OSI/ISO的对应关系) IEEE802.1B寻址、网络互连和 网络管理
IEEE802.2逻辑链路控制(LLC)规范与协议
802.3 CSMA/ CD
802.4 Token Bus
802.5 Token Ring
802.6 MAN
802.7 FDDI
802.8 宽 带 网
总线型 环型（包括双环型） 星型（包括扩展星型）
总线型拓扑
结构：各工作节点（包括服务器与工作站） 均连在一条总线上，传输介质通常采用同轴 电缆。在需要分支的地方，电缆线上配有特 制的分支插口，与之相连的各工作站、服务 器节点内也有相应的分支插头。
总线型拓扑的性能特点
各节点地位平等，无中心节点控制。所有结点 都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但 一段时间内只允许一个结点利用总线发送数据 “共享” 。 总线上的信息通常以基带形式串行传输，并从 发送节点向两端扩散，当一个结点利用总线传 输介质以“广播”方式发送信号时时，其他结 点都可以用“收听”到所发送的信号，故又称 广播式网络 “共享”产生“冲突”（collision），冲突造 成数据传输的失效，需要提供一种机制用于解 决冲突问题。
服务器的配置
功能：一台服务器可提供一种或多种服务 数量：视网络环境和应用规模。 性能： 能够响应多用户的请求； 处理机能力强，可采用多CPU来提高处理能力 存储容量大，可采用硬盘阵列增加硬盘容量； 安全性好，必要的硬件和软件手段确保访问的 合法性，资源的完整性和一致性 可靠性高，要求提供一定的冗余措施和容错性 通常由性能较高的小型机/专用服务器承担
SectionLeabharlann BaiduOne 局域网概述
局域网发展史
始于上个世纪70年代，以PC的普及为背景 ； 上个世纪80年代后期，进入专业化生产和商 品化的成熟阶段； 上个世纪90年代，在速度、带宽、服务质量 等指标方面有了更大进展 ； 网络研究与应用的一个活跃领域
局域网的特点
地理覆盖范围小：
通常不超过几十公里，甚至只在一幢建筑或一个房 间内。
服务器/客户机(工作站) 集线器、交换机 网卡
本节驱动问题
组建一个局域网需要哪些设备？ 设备造型时需要考虑哪些技术因素？
局域网组件
硬件：计算机及各种组网设施 计算机：服务器、客户机/工作站 互连设备：中继器(Reapter) 和集线器（Hub) ；网桥(Bridge)和交换机(Switch) 传输介质：有线或无线 连接部件：网卡、物理层连接组件 软件： 以网络操作系统为核心的软件系统