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1、2022-5-251第三章 局域网与城域网技术 局域网（Local Area Network，即LAN）是指范围在几百范围在几百米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络计算机网络。计算机局域网被广泛应用于连接校园、工厂以及机关的个人计算机或工作站，以利于个人计算机或工作站之间共享资源（如打印机）和数据通信。局域网区别于其他网络主要体现在下面3个方面：网络所覆盖的物理范围；网络所使用的传输技术；网络的拓扑结构。 局域网中经常使用共享信道，即所有的机器都接在同一条局域网中经常使用共享信道，即所有的机器都接在同一条电缆上。
2、传统局域网具有高数据传输率（电缆上。传统局域网具有高数据传输率（10 Mbps10 Mbps或或100 Mbps100 Mbps）、）、低延迟和低误码率的特点。新型局域网的数据传输率可达每低延迟和低误码率的特点。新型局域网的数据传输率可达每秒千兆位甚至更高。秒千兆位甚至更高。3.1 局域网概述2022-5-252LAN的发展史 局域网产生于70年代，由于微型机的发明和迅速流行，计算机应用的迅速普及与提高和计算机网络应用的不断深入和扩大，以及人们对信息交流、资源共享和高带宽的迫切需求，都直接推动着局域网的发展。90年代以来，局域网技术的发展更是突飞猛进，日新月异的新技术、新产品令人目不暇接。特别
3、是交换技术特别是交换技术的出现，更是使局域网的发展进入了一个崭新的阶段。的出现，更是使局域网的发展进入了一个崭新的阶段。 LAN的发展史：1972年，Bell公司提出了两种环型局域网技术。1973年，Bob Metcalfe 和David Boggs又发明了以太网。1979年，Bob Metcalfe开始了以太网标准化的研究工作。1980年，DEC、Intel 和Xerox(DIX)共同制定了10M以太网的物理层和链路层标准规范，即Ethernet V1.0以太网规范。第三章 局域网与城域网技术2022-5-253LAN的发展史 1983年，IEEE802.3委员会以Ethernet 2.0为
4、基础，正式制定并颁布了IEEE802.3以太网标准，这个标准被称为标准以太网（10BASE-5）。 1983年，美国国家标准化委员会ANSI X3T9.5委员会提出了光纤高速网标准FDDI(光纤分布式数据接口)，使局域网的传输速率提高到100Mbps。 1985年在IBM公司推出的著名的令牌环网的基础上，IEEE802委员会又制定了令牌环标准IEEE802.5。 1990年，为提高以太网的传输速率，在10M以太网技术的基础上，进而开发了快速以太网技术。 1995年6月通过了100Base-T快速以太网标准IEEE802.3u，其带宽比以太网提高了10倍。这一阶段的网络技术是共享传输通道、共享带
5、宽的共享式局域网技术。第三章 局域网与城域网技术2022-5-254局域网的技术特点 局域网是一个通信网络，它仅提供通信功能局域网是一个通信网络，它仅提供通信功能。从ISO/RM看，它仅包含了低两层(物理层和数据链路层)的功能，所以连连到局域网的数据通信设备必须加上高层协议和网络软件才能到局域网的数据通信设备必须加上高层协议和网络软件才能组成计算机网络组成计算机网络。局域网连接的是数据通信设备，包括：微型计算机、高档工作站、服务器等大、中小型计算机、终端设备和各种计算机外围设备。网络传输距离有限，网络覆盖的范围小。主要特点：局域网覆盖的地理范围比较小。数据传输速率高。传输延时小。出错率低。局域
6、网属单一组织拥有。第三章 局域网与城域网技术2022-5-255 在20世纪80年代，IEEE(美国电气电子工程师学会)802委员会首先制定出局域网的体系结构:IEEE802参考模型。目前，很多IEEE802标准已成为ISO国际标准。局域网体系结构和广域网体系结构有很大的区别。由于局域网的网络拓扑结构相对简单，故此局域网不存在路径选择的问题，故局域网故局域网没有网络层，而只有物理层和数据链路层。没有网络层，而只有物理层和数据链路层。由于局域网采用的传输介质多种多样， 所采用的介质访问控制方法各又不同，为避免局域网的数据链路层过于复杂，将链路层分为两个的子层：介质访问控制子层MAC（Media
7、Access Control）和逻辑链路控制子层LLC（Logical Link Control）。3.2 局域网的IEEE802标准第三章 局域网与城域网技术2022-5-256 介质访问控制子层MAC：依赖具体的传输介质和网络拓扑结构，提供介质访问控制功能,提供MAC( (多个结点多个结点访问总线的介质访问控制问题访问总线的介质访问控制问题) )寻址（网络的物理地址）、差错控制和流量控制等功能； 逻辑链路控制子层LLC：与传输介质无关，主要提供SAP(网络的服务访问点)寻址。IEEE802标准中数据链路层分为两个层次第三章 局域网与城域网技术2022-5-257OSI/RMIEEE802标
8、准参考模型与OSI参考模型的对应关系应用层应用层表示层表示层会话层会话层运输层运输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层LLC介质访问控制子层介质访问控制子层MACIEEE802标准第三章 局域网与城域网技术2022-5-258局域网标准结构图第三章 局域网与城域网技术2022-5-259IEEE802标准 802.1802标准的概述。 802.2逻辑链接控制的标准和其他网络连接标准。 802.3带有检测冲突的载波侦听多路存取方法(CSMA/CD)的标准。 802.4传递总线存取的令牌标准。 802.5令牌环存取以及L A N与M A N间通信的标准。
9、802.6包括高速无连接网络互连在内的L A N和M A N网络标准。 802.7宽带电缆技术标准。 802.8光纤电缆技术标准。 802.9集成网络互连服务(如语音和数据集成)的标准。 802.10L A N和M A N能共同使用的安全性标准。 802.11无线连接标准。 802.12要求优先级存取方法标准。 802.14有线电视宽带通信标准。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2510局域网的分类情况第三章 局域网与城域网技术2022-5-2511从采用的介质访问控制方法角度来看，局域网可以分为：共享介质局域网交换式局域网第三章 局域网与城域网技术2022-5-25123.3 共享介质
10、局域网（以太网）技术CSMA/CD：载波侦听、多路访问/冲突检测MA：多路访问，点到多点CS：载波侦听a：持续监听；听到信道空闲，马上发送b：p-持续监听：听到信道空闲，以某一概率发送c：非持续监听：听到信道空闲，马上发送；如信道忙，延迟一时段再听CD：冲突检测 在通信过程中，同时进行冲突检测：若信道空闲，进行数据发送，然后进行512bit（64 byte ）时间片的冲突检测，即将自己发送的包收回来，若正确，认为已占领信道，进行连续发送；若冲突，则立即停止发送，并发送阻塞信号（32byte），使冲突强化，各冲突方进行随机延时，然后再进行载波侦听，随机延时采用“截断的二进制指数后退算法”：L 第
11、三章 局域网与城域网技术2022-5-2513CSMA/CD介质访问控制方法的规则1.如果通信信道空闲，则可进行发送，否则转到第二步；2.如果通信信道忙（有载波信号），则继续对信道进行侦听，一旦发现空闲，就进行发送；3.如果在发送过程检测到碰撞，则停止自己的正常发送，转而发送一个短的干扰串信号，通知网上所有的工作站出现了碰撞。4.发送干扰串信号后，推迟一随机时间，重新尝试发送，转到第一步。第三章 局域网与城域网技术冲冲突突2022-5-2514CSMA/CD的工作过程第三章 局域网与城域网技术2022-5-2515 发送 随机延迟总线空闲？发送信息有冲突？ 发阻塞发送完成？ 冲突16次？收到应
12、答？ 放弃发送 结束YNYNNYYNYN接收有载波？收信息冲突碎片地址匹配CRC？ 发应答 结束取消接收NYNYYYNNCSMA/CD发送端与接收端控制流程图第三章 局域网与城域网技术2022-5-2516 令牌总线的工作原理 2022-5-2517令牌环的工作原理第三章 局域网与城域网技术2022-5-2518第三章 局域网与城域网技术2022-5-2519100BASE-T快速以太网 1995年6月，802.u标准基于10BASE-T-100BASE-T不需对工作站上的网卡和协议做任何修改就可使10BASE-T和100BASE-T站点间进行通信，不需要做任何协议的转换，对于采用5类双绞线连
13、接的网络，只需要更换网卡和集线器，就可以顺利得由10BASE-T升级到100BASE-T。但100BASE-T不支持同轴电缆。传输介质：UTP3、UTP5、光纤第三章 局域网与城域网技术2022-5-2520GB以太网 第三章 局域网与城域网技术2022-5-2521第三章 局域网与城域网技术2022-5-2522GB以太网的设计第三章 局域网与城域网技术2022-5-25233.4 交换式局域网（交换式以太网）技术 传统的以太网都是许多站点共享一个公共传输介质，10Mbps共享式以太网就是许多站点共享10Mbps的带宽，当用户增加时，分给每个用户的带宽相应减少。一般来说，一个共享网络的站点超
14、过50个时，系统性能将急剧下降。交换技术就是为终端用户提供专用的点对点连接，交换技术就是为终端用户提供专用的点对点连接，为每个用户提供一条交换通道，把它们连接到一个高速为每个用户提供一条交换通道，把它们连接到一个高速总线上，如一个总线上，如一个10M10M交换局域网，所有的连接设备均可获交换局域网，所有的连接设备均可获得得10Mbps10Mbps，各设备都能以端口速度互相访问，每个与网，各设备都能以端口速度互相访问，每个与网络连接的设备均可独立与交换机连接。络连接的设备均可独立与交换机连接。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2524 交换式局域网的基本结构第三章 局域网与城域网技术局域网
15、交换机交换局域网共享介质局域网2022-5-2525 交换机工作原理 从功能上讲，局域网交换机类似于网桥，即实现OSI参考模型的下两层协议，但局域网交换机比网桥和路由器的性能和吞吐能力高得多，因为交换机只要识别信息帧的源地址和目的地址即可，并不对帧进行拆开、检查协议等，时延比路由器小得多。而且向上连接高速端口，为整个建筑物的网络、园区网或广域网干线提供高速交换式连接。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2526虚拟局域网第三章 局域网与城域网技术1. 虚拟局域网实际是与位置无关与位置无关的局域网,是一种服务一种服务。从原理上讲，虚拟局域网与传统的由集成器和路由器所构成的局域网并没有本质的差
16、异。对于虚拟局域网，由一个站点发送的广播信息帧只能发送到具有相同虚拟网号的其它站点，而其它虚拟局域网的站点则接收不到该广播信息帧（避免广播风暴）。因此在同一个VLAN内，用户能方便高效地进行通信。2. 虚拟局域网与普通局域网的差异主要体现在以下几个方面：l 虚拟局域网的覆盖范围不受不受距离限制。l 虚拟局域网建立在交换网络交换网络的基础之上，交换设备包括以太网交换机、ATM交换 机、宽带路由器等。l 虚拟局域网属于OSI参考模型中的第第2层层(数据链路层)技术，能充分发挥网络的优势，体现交换网络高速、灵活、易管理等特性，VLAN是交换网络的灵魂。l虚拟局域网较普通局域网有更好的网络安全性网络安
17、全性。 2022-5-2527ATM网络(a)ABABAB(b)VLAN AVLAN BABABAB虚拟局域网的物理结构与逻辑结构第三章 局域网与城域网技术2022-5-25281. 用交换机端口号定义虚拟局域网2. 用MAC地址定义虚拟局域网3. 用网络层地址定义虚拟局域网4. IP广播组虚拟局域网第三章 局域网与城域网技术虚拟局域网的组网方式2022-5-2529虚拟局域网实例第三章 局域网与城域网技术2022-5-25303.5 无线局域网2022-5-2531无线局域网的发展原来较慢，其原因是：价格贵、数据率低、安全性较差以及使用登记手续复杂。1998年IEEE制定出无线局域网的协议标
18、准802.11。80211标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2532两种类型的设备:(1)无线站:PC机+无线网络接口卡；(2)无线接入点(Access Point, AP)，提供无线和有线网络之间的桥接。两种模式：infrastructure模式和ad hoc模式 infrastructure模式中:无线网络至少有一个和有线网络连接的AP，一系列无线的终端站。这种配置成为一个BSS(Basic Service Set 基本服务集合)。一个扩展服务集合(ESS Extended Service Set)是由两个或者多个BSS构成的一个单一子
19、网。由于很多无线的使用者需要访问有线网络上的设备或服务(文件服务器、打印机、互联网链接)，他们都会采用这种Infrastructure模式。Ad hoc模式(点对点模式 pear to pear模式或IBSS Independent Basic Service Set)是一种802.11中的简单的系统构成方式，以这种方式连接的设备之间互相之间都直接通讯而不用经过一个无线接入点来和有线网络进行连接。这种方式对于不需要访问有线网络中的资源，而只需要实现无线设备之间互相通讯的环境中特别有用，例如宾馆、会议中心或者机场。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2533 infrastructure模式
20、 Ad hoc模式第三章 局域网与城域网技术2022-5-2534 A向B发送数据。由于站C收不到A发送的信号，就误认为网络上无人发送数据，因而向B发送数据。结果B同时收到A和C发来的数据，发生了冲突。 可见在无线局域网中，在发送数据前未检测到媒体上有信号还不能保证发送能够成功。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问隐蔽站问题题。 站B向A发送数据。而C又想和D通信。但C检测到媒 体上有信号，于是就不向D发送数据。其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据。这就是暴暴露站问题露站问题。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2535 现在无线应用协议WAP(Wireless Appl
21、ication Protocol)已为75的手机商所接受，成为了无线接入的事实上的标准。我国也逐渐开通了移动电话上网业务。移动用户使用移动接入的目的是查询短的实时信息(股市、气象等)和进行简短的电子邮件通信，而并非使用很小的手机屏幕来浏览网上的漂亮图片。数据第三章 局域网与城域网技术2022-5-25363.6 主要的城域网技术 城域网是介于广域网和局域网之间的一种高速网络。设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。因此在城域网设计中要解决以下问题：城域网的覆盖范围与服务质量城域网的服务类型余用
22、户类型的多样性城域网的可管理性和可计费性城域网的可靠性与用户数的可扩展性。主要的城域网技术包括:1.FDDI技术;2.ATM技术;3.密集波分多路复用技术等第三章 局域网与城域网技术2022-5-2537FDDI 光纤分布式数据接口 光纤分布式数据接口(Fiber Distributed Data Interface，FDDI)标准于80年代中期发展起来，它提供的高速数据通信能力要高于以太网(10Mbps)和令牌环网(4或16Mbps)的能力。FDDI标准由ANSIX3T9.5标准委员会制订，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。FDDI使用的传输介质是光纤，随着快速以太网的兴起，F
23、DDI已经使用的也来越少了。最常见的应用就是对服务器的快速访问。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2538 FDDI采用双环结构，FDDI的访问控制方法与令牌环网类似，采用令牌传递，但它与标准的令牌传递又有不同。主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动。如果某结点不需要传输数据，FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输，那么在指定的称为目标令牌循环时间(Target Token Rotation Time，TTRT)的时间内，它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法，所以在给定
24、时间中，来自多个结点的多个帧可能都在网络上，为用户提供高容量的通信。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2539 使用基于IEEE802.5令牌环标准的令牌传递MAC协议； 使用基于IEEE802.5令牌环标准的令牌传递MAC协议； 使用802.2 LLC协议，因而与IEEE 802局域网兼容； 利用多模光纤进行传输，并使用有容错能力的双环拓扑； 数据率为100Mbs，光信号码元传输速率为125M baud； 1000个物理连接(若都是双连接站，则为500个站)； 最大站间距离为2km(使用多模光纤)，环路长度为100km，即光纤总长度为200km； 具有动态分配带宽的能力，故能同时提供同
25、步和异步数据服务； 分组长度最大为4500字节。 FDDI的主要特性第三章 局域网与城域网技术2022-5-2540FDDI光纤分布式数据接口第三章 局域网与城域网技术2022-5-2541第三章 局域网与城域网技术2022-5-2542FDDI应用实例第三章 局域网与城域网技术2022-5-25433.7 接入网技术的发展接入网的概念 对Internet来说，任何一个家用的微型机、机关、企业的用户计算机都必须首先连接到本地区的主干网中，才能通过地区主干网、国家级主干网与Internet连接。解决最终用户接入地区性网络的技术就是接入网技术。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2544接入网
26、技术的发展 可作为用户接入网的主要有三类： 邮电通信网 计算机网络 广播电视网 因为数据技术可以将各种信息都变成数字信号来获取、处理、存储与传输。虽然这三种网络所使用的传输介质和传输机制都不相同，但各自按自己的体制经历了数字化的进程。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2545主要的接入方式 从技术角度来看，接入网的接入技术主要分为5类：地面有线通信系统（铜缆用户网、光缆用户网）无线通信、移动通信网卫星通信网（同步卫星与低轨道卫星）有线电视网地面广播电视网。第三章 局域网与城域网技术2022-5-2546总结1.局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题。2.局域网与广域网的一个重
27、要区别是它们覆盖的地理范围，由于局域网设计的主要目标是覆盖“有限的地理范围”，因此它在基本通信机制上选择了与广域网完全不同的方式，从“存储转发”方式改为“共享介质”方式与“交换方式”。3.从介质访问方法的角度，局域网可分为共享介质局域网与交换局域网两类。4.目前由于最广泛的一类局域网是以太网，它的核心技术是随机争用共享介质的访问方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问方法，即（CSMA/CD）5.交换式局域网从根本上改变了“共享介质”的工作方式，它可以通过以太网交换机支持交换机接口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输，因此，交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量。6.FDDI是以光纤作为传输介质的高速主干网，它是一种比较成熟的城域网技术。7.接入网技术是指解决最终用户接入地区性网络的技术，也就是常说的信息高速公路的“最后一公里”问题。 第三章 局域网与城域网技术
