计算机网络基础—局域网技术

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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
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
第四章 局域网技术
• 三、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。
(MAC)子层。
OSI参考模型
IEEE 802 LAN参考模型
其他高层
网络层 数据链路层
物理层
逻辑链路控制子层(LLC) 媒体访问控制子层(MAC)
物理层
第四章 局域网技术
IEEE 802 LAN的物理层
• IEEE 802局域网参考模型中的物理层:
– 实现比特流的传输与接收,数据的同步控制等 。
第四章 局域网技术
• 第一节 局域网概述
– 教学目标
• 了解局域网的特点、分类集基本组成 • 了解决定局域网特性的主要技术
– 重点/难点
• 局域网的基本组成和技术特点
大家谈一谈
• 你认识的局域网是什么样子?有何特点? • 能不能举一些常见局域网的实例?
第四章 局域网技术
• 一、局域网的概念
– 定义:局域网是由一组计算机及相关设备通过共用的通信线路或 无线连接的方式组合在一起的系统,它们在一个有限的地理范围 进行资源共享和信息交换。
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”;
的通信。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
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。
• 一、局域网的拓扑结构
– 局域网的拓扑结构是指:将局域网中的节点抽象成点 ,将通信线路抽象成线,通过点和线之间的几何关系 来表示网络结构,反映出网络中各实体间的结构关系 。
– 逻辑拓扑结构:是指计算机网络中信息流动的逻辑关 系。
– 物理拓扑结构:是指计算机网络各个组成部分之间的 物理连接关系。
– 局域网中主要的拓扑结构有:星形、总线形、环形和 树形。
输。 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。
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。
第四章 局域网技术
• 第三节 局域网的体系结构
– 教学目标 • 了解局域网的参考模型 • 了解IEEE802局域网标准
– 重点/难点
• 局域网的参考模型
第四章 局域网技术
• 一、局域网的参考模型
– 局域网参考模型只对应于OSI参考模型的数据链路层和物理层 – 数据链路层划分为:逻辑链路控制(LLC)子层和介质访问控制
• 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交换机
10Mbps 共享式集线器
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
第四章 局域网技术
• 第二节 局域网的拓扑结构
– 教学目标
• 了解局域网的拓扑结构 • 掌握常用拓扑结构的特点
– 重点/难点
• 星形、总线形和环形
第四章 局域网技术
– 特点
• 地理分布范围较小 • 数据传输速率高 • 误码率低 • 协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充 • 一般为一单位所有
第四章 局域网技术
• 二、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。
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。
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
拓扑结构 ——星型拓扑结构
• 在星型拓扑中存在一个中心 节点,每个节点通过点到点 线路与中心节点连接。
• 在局域网中,由于使用中央 设备的不同,局域网的物理 拓扑结构和逻辑拓扑结构不 同。
– 使用集线器连接所有计 算机时,是一种具有星 型物理连接的总线型拓 扑结构;
– 使用交换机时,是真正 的星型拓扑结构。
• 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
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 ;
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
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,
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
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 。
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
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。
• 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
– 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
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: • ISA、EISA、PCI;
拓扑结构 ——树型拓扑结构
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 。
• 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
中央 设备
计算机
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。
10Mbps交换机
100Mbps集线器
wk.baidu.com
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
千兆位骨干交换机
100Mbps 工作组交换机
100Mbps 工作组交换机
100Mbps 工作组交换机
带有 1000Mbps网 卡的服务器
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