局域网工作原理第一讲

5.4.3 令牌环的工作原理 与802.5标准
结点A
结点E
结点B
结点A
结点E
Token Ring
令牌 Token Ring
结点B
结点D 结点D 结点C
结点C
5.5 高速局域网的工作原理
5.5.1 高速局域网的研究方法 推动局域网技术发展的因素： • 个人计算机的广泛应用。在过去二十年 中，计算机的处理速度提高了百万倍， 而网络数据传输速率只提高了上千倍； • 基于Web的Internet/Intranet应用要 求更高的带宽； • 在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与 高清晰度图像这类应用中，人们需要有 更高带宽的局域网。
介质访问控制子层
物 理 层
• IEEE 802委员会为局域网制定了一系列 标准，它们统称为IEEE 802标准；
802.10
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802.1
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802.2
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高速局域网的研究方法
• 第一种方案：提高Ethernet的数据传输 速率：10Mbps→100Mbps→1Gbps ； • 第二种方案：将一个大型局域网划分成 多个用网桥或路由器互连的子网，导致 局域网互连技术的发展； • 第三种方案：将“共享介质方式”改为 “交换方式”，导致“交换式局域网” 技术的发展。
令牌 Token Bus
结点B
Token Bus的环维护工作： • 环初始化 • 新结点加入环 • 结点从环中撤出 • 环恢复 • 优先级 Token Bus的主要特点： • 介质访问延迟时间有确定值； • 通过令牌协调各结点之间的通信关系， 各结点之间不发生冲突，重负载下信道 利用率高； • 支持优先级服务。
100M快速以太网分类
100BASE-TX 100BASE-TX是一种使用5类数据级无 屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技 术。它使用两对双绞线，一对用于发送， 一对用于接收数据。在传输中使用4B/5B 编码方式，信号频率为125MHz。使用同 10BASE-T相同的RJ-45连接器。它的最 大网段长度为100米。它支持全双工的数 据传输。
复习
• 主要的命令 • 各命令主要的参数有哪些。 • 不能上网时，怎么办。
第5章 局域网基本工作原理
本章学习要求： • 了解：局域网的技术特点 • 了解：局域网拓扑结构的类型与特点 • 了解：IEEE 802参考模型与协议的基本 概念 • 掌握：共享介质局域网的工作原理 • 掌握：高速局域网的工作原理 • 掌握：交换式局域网的工作原理
• 从介质访问控制方法的角度来看，局域网可分 为共享介质式局域网与交换式局域网两类。
5.2.1 总线型拓扑结构
5.2 局域网拓扑结构 类型与特点
• 总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介 质”方式； • 所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上； • 总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线； • 所有结点可以通过总线以“广播”方式发送或接收数 据，因此出现“冲突”不可避免； • “冲突”会造成传输失败； • 必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC， Medium Access Control）问题。
介质访问控制方法: • 带有冲突检测的载波侦听多路访问 （CSMA/CD） • 令牌总线（Token Bus） • 令牌环（ Token Ring）
5.3.2 IEEE 802参考模型
• IEEE 802 参考模型与OSI参考模型的 关系
OSI参考模型
应 用 层 表 示 层 会 话 层 IEEE 802参考模型 传 输 层 网 络 层 数据链路层 物 理 层 逻辑链路控制子层
结点 结点
(a)
(b)
5.2.3 星型拓扑结构
• 逻辑结构与物理结构的关系 • 交换局域网(Switched LAN)的物理结构
结点
结点
中央结点 中央结点
(a)
(b)
5.3 IEEE 802模型与协议
5.3.1 传输介质类型与介质访问控制方法 局域网的传输介质类型： • 同轴电缆 • 双绞线 • 光纤 • 无线通信信道
传统共享式局域网的缺点
• 传统局域网技术建立在“共享介质”基础 上，典型的介质访问控制方法是 CSMS/CD、Token Ring、Token Bus； • 介质访问控制方法用来保证每个结点都能 够“公平”地使用公共传输介质； • 每个结点平均能分配到的带宽随着结点数 的不断增加而急剧减少； • 网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将 大量发生，网络效率将会下降，网络传输 延迟将会增长，网络服务质量将会下降。
1000 BASE-T集线器
基于不同传输介质的连接距离
1000BASE-CX
一种基于屏蔽双绞线的标准，最大传输距离为25米。
1000BASE-LX
基于1300nm的源自文库模光缆标准，最大传输距离为3000 米。
1000BASE-SX
基于850nm的 多模光纤，最大传输距离为300米 到550米。
1000BASE-T
• 部门级网络系统采用传输速率为 100Mbps的Fast Ethernet；
• 企业级网络系统采用传输速率为 1000Mbps的Gigabit Ethernet。
• 千兆位以太网（Gigabit Ethernet） 仍保留10BASE-T的帧格式，局域相 同的媒体访问控制方法CSMA/CD和 组网方法。 • 把每个比特的发送时间由100ns降低 到1ns。 • 采用光纤或短距离双绞线为传输媒体。 • 定义了千兆位媒体专用接口GMII。 • 符合IEEE802.3z标准
基于5类无屏蔽双绞线传输介质，传输距离为 100米。
5.6 交换式局域网的工作原理
5.6.1 交换式局域网的基本结构
以太网交换机
共享10Mbps端口
专用10Mbps端口
集线器
计算机
计算机
计算机
计算机
5.6.2 局域网交换机的工作原理
转发机构 地址表 缓冲器 地址表 端口 1 端口 2 3 4 5 1 DA 2 3 4 5 6 DA 6 结点B 结点C 结点D 地址 结点A
5.1 局域网的技术特点
• 局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、 机关、校园等有限范围内的计算机连网的需求； • 局域网提供高数据传输速率（10～ 100Mbps）、低误码率的数据传输环境，数 据传输速率高达1Gbps的高速局域网正在发展 中；
• 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑、 传输介质与介质访问控制方法；
100BASE-T4
100BASE-T4一种可使用3、4、5类无屏蔽双 绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使 用4对双绞线，3对用于传送数据，1对用于检 测冲突信号。信号频率为25MHz。使用同 10BASE-T相同的RJ-45连接器。它的最大网
段长度为100米。
5.5.3 千兆以太网
用Ethernet组建企业网的全面解决方案： • 桌面系统采用传输速率为10Mbps的 Ethernet；
100BASE-T交换式快速以太网 • 交换式的快速局域网是在 10/100BASE-T以太网基本上 发展起来的一种高速局域网 络，其关键设备是交换式集 线器，即交换机。
快速以太网(Fast Ethernet)的协议结构
IEEE 802.2 LLC
IEEE
MII (Media Independent Interface) 802.3 MAC 介质专用接口
802.3 CSMA/CD
802.4 Token Bus
802.5 Token Ring
802.6 Ç ò ø ³ Ó Í
802.9 ï ô ë Ó Ò Ó ý Ý Û Ï Ê ¾ ׺ Ö ò ø ¾ Ó Í
802.11 Þ ß Î Ï Ö ò ø ¾ Ó Í
• IEEE802.1 体系结构与网络互连
共享介质与交换局域网 工作原理的区别
结点 结点
局域网交换机 总线
（a）共享介质局域网
（b）交换式局域网
5.5.2 快速以太网
• 快速以太网又称为Fast Ethernet，它的 传输速率比普通Ethernet快10倍，数据 传输速率达到了100Mbps； • Fast Ethernet保留着传统的帧格式、介 质访问控制方法与组网方法； • 每个比特的发送时间由100ns降低到了 10ns； • 1995年9月，IEEE 802委员会正式批准 了Fast Ethernet标准IEEE 802.3u。
Gigabit Ethernet的协议结构
IEEE 802.2 LLC IEEE 802.3 MAC
GMII（功能与AUI相同）
8B/10B编码解码方式
PAM5编码解码方式
1000 BASE-CX 屏蔽双绞线
1000 BASE-SX 多模光纤
1000 BASE-T 非屏蔽双绞线
1000 BASE-LX 单模光纤
MII(功能与AUI相同）
100BASE-TX 两对5类UTP或STP 4B/5B编码 100BASE-T4 四对3，4，5类UTP 8B／6T编码，半双工 100BASE-FX 光纤 4B/5B编码
100 BASE-T 集线器
介质专用接口（MII）
为了适应各种传输介质， 100Base-T定义了介 质专用接口MII。MII 协议屏蔽了不同传输介质的细 节，从而为MAC子层协议提供了一个公共透明的 接口。
• IEEE802.10 可互操作的局域网安全 • IEEE802.11 无线局域网技术
5.4 共享介质局域网 的工作原理
5.4.1 以太网的工作原理
CSMA/CD的发送流程可以概括为： • 先听后发 • 边听边发 • 冲突停止 • 延迟重发
冲突检测
• 就是发送结点在发送数据的同时，将它 发送的信号波形与从总线上接收到的信 号波形进行比较。
100BASE-FX
100BASE-FX是一种使用光缆的快速以太网 技术，可使用单模和多模光纤(62.5和125um)。 在传输中使用4B/5B编码方式，信号频率为
125MHz。它支持全双工的数据传输。
100BASE-FX特别适合于有电气干扰的环境、较
大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。
从结点到器的距离可达2000米。
几种常见的以太网 1、10Base5 ：粗缆以太网 以太网的5-4-3规则： 5个电缆段、4个中继器、3个内部网络段
2、10Base2 ：细缆以太网
3、10Base-T :双绞线以太网
5.4.2 令牌总线的工作原理
结点A 结点B 结点C 结点A 结点D Token Bus 结点C 结点D 结点E 结点E
总线型局域网的拓扑结构
结点 结点
总线
总线
(a)
(b)
结点
冲突 总线
总线型拓扑的优点： • 结构简单，实现容易； • 易于扩展。 介质访问控制方法要解决以下几个问题： • 该哪个结点发送数据？ • 发送时会不会出现冲突？ • 出现冲突怎么办？
5.2.2 环型拓扑结构
• 结点使用点-点线路连接，构成闭合的物 理环型结构； • 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输； • 多个结点共享一条环通路； • 环建立、维护、结点的插入与撤出。
MAC帧 DA=结点C
MAC帧 DA=结点B
结点A
结点B
结点C
结点D