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1、局域网技术与组网工程,第一章 局域网概述,2023年3月30日,主要内容,1.1 局域网概述1.2 局域网的组成1.3 局域网分类1.4 IEEE802参考模型及网络协议1.5 本章小结1.6 习题与实践,2023年3月30日,本章学习目标,了解局域网的概念、功能、组成及分类熟悉局域网的参考模型、介质访问控制方式和常用局域网协议,2023年3月30日,1.1 局域网概述,1.1.1 局域网的定义IEEE的定义“局域网络中的通信被限制在中等规模的地理范围内，例如一幢办公楼，一座工厂或一所学校，能够使用具有中等或较高数据速率的物理信道，且具有较低的误码率，局域网络是专用的、由单一组织机构所利用。”
2、,2023年3月30日,1.1 局域网概述,1.1.1 局域网的定义局域网的主要特征局域网是限定区域的网络 限定区域的数值没有太大意义；一个功能上相对独立、组织上相对封闭的空间（企业大楼、学校园区）；局域网具有较高的数据传输速率误码率低 局域网的线路是专用的,2023年3月30日,1.1 局域网概述,1.1.2 局域网的功能资源共享硬件资源共享软件资源共享数据库共享数据传送和电子邮件提高计算机系统的可靠性易于分布处理,2023年3月30日,局域网的技术优势,硬件成本下降，处理能力提高扩充性强，应用软件丰富可靠性、容错性增强可以解决复杂的问题,1.1 局域网概述,2023年3月30日,1.2 局
3、域网的组成,某高校网络拓扑图,南区、北区和西区局域网，通过光缆、租用裸光纤，将三个分校区连接成校园网,2023年3月30日,1.2 局域网的组成,局域网的组成网络服务器提供各种网络服务，如文件服务、Web服务、FTP服务、E-mail服务、数据库服务、打印服务和流媒体播放服务等 文件服务器、应用程序服务器、通信服务器 工作站通信设备网卡、传输介质和网络互连设备等网络软件系统协议软件、通信软件、管理软件、网络操作系统和网络应用软件,2023年3月30日,分类的原因,组网问题管理模式操作系统协议拓扑结构分类目的解决问题，需要从不同的角度给出方案,1.3 局域网的分类,2023年3月30日,1.3
4、局域网的分类,1.3.1 按局域网的规模分类小型局域网中型局域网大型局域网,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.1 按局域网的规模分类小型局域网,联网计算机数量在 20台50台之间 技术复杂程度低，构造比较简单，如不必进行子网划分、不必实施三层交换等对技术人员要求比较低,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.1 按局域网的规模分类中型局域网,计算机在数百台左右技术复杂程度居于中等，连网结构较复杂对技术人员技术水平要求较高,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.1 按局域网的规模分类大型局域网,数量数百台甚至上千台技术复杂程度高，构造复杂，技术问题多，
5、如高性能网络主干、冗余连接、多层交换等需要技术水平很高的专业技术人员来设计和实施,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.2 按传输介质分类有线网络无线网络,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.2 按传输介质分类有线网络,同轴电缆、双绞线、光纤同轴电缆：75欧姆、90欧姆双绞线：价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆短光纤：传输距离长，传输率高，抗干扰性强,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.2 按传输介质分类无线网络,微波、红外线、无线电等目前无线通信系统主要有：低功率的无绳电话系统、模拟蜂窝系统、数字蜂窝系统、移动卫星系统
6、、无线LAN和无线WAN等。,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.2 按传输介质分类无线网络,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类总线型拓扑结构星型拓扑结构环型拓扑结构混合型拓扑结构,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类总线型拓扑结构,各节点均连接在一条总线上各个节点地位平等，无中心节点控制公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散广播式、仲裁机制基本被淘汰,2023年3月30日,总线型拓扑结构（2）,优点结构简单，可扩充性好；使用的电缆少，且容易安装使用的设备相对简单，
7、可靠性高使用设备成本低缺点维护难，分支节点故障查找难如果总线型拓扑结构中某一点断开，则会使用整个网络断开。在网络上的所有计算机都不能通信维护成本可能较高,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类星型拓扑结构,星型拓扑：网络节点由一个中心向周围发散的连接方式网络有中央节点，其他节点都与中央节点直接相连，具有隔离故障的特性集中式每个节点都有独立线路，传输数据能力强，具备同时传送数据和接收数据的能力广泛采用,2023年3月30日,星型拓扑结构（2）,2023年3月30日,星型拓扑结构（3）,优点结构简单，便于管理控制简单，便于建网网络时延较小，传输误差较低便于查错部分节
8、点出现故障，其余部分功能正常维护成本低缺点设备成本高中心节点出现问题，整个网络瘫痪,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类环型拓扑结构,环型结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环数据在环路中沿着一个方向在各个节点传输，信息从一个节点传到另一个节点计算机就像一个中继器，增强信号一般是双环结构，主环和备环，如电信的DDN,2023年3月30日,环型拓扑结构（2）,优点简化了路径选择的控制实现简单，投资少传输速度较快 缺点：环中节点过多时，影响信息传输速率，网络响应时间延长环路是封闭的，不便于扩充 可靠性低维护难,2023年3月30日,1.3 局
9、域网的分类,1.3.3 按拓扑结构分类混合型拓扑结构,通常是指星型网络与总线型网络这两种网络结构在一个网络中的混合使用 主要用于较大型的局域网,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.4 按管理模式分类对等局域网（Peer to Peer LAN）客户/服务器局域网（Client/Server LAN）,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.4 按管理模式分类对等局域网,网络中没有专用的服务器，每一台计算机既充当服务器又充当客户机的网络网络中所有计算机地位平等，没有从属关系一般的工作室，或较小的公司在对等网中，用户自行决定自己计算机的资源是否共享给网络内的其他用户对等
10、网与网络拓扑无关,2023年3月30日,对等网（2）,优点成本低，对系统要求简单，容易实现操作简便，不需要专门聘用网管缺点数据保密性差计算机资源占用大,2023年3月30日,1.3 局域网的分类,1.3.4 按管理模式分类客户/服务器局域网,服务器在网络中起核心作用的组网模式。服务器类型：文件服务器、打印服务器、通信服务器、电子邮件服务器、应用程序服务器网络规模增长迅速、对网络安全要求高的网络环境下使用基于服务器的组网模式,2023年3月30日,客户/服务器局域网（2）,安全性好共享资源的集中管理数据备份扩展性好冗余数据,工作原理,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议
11、,1.4.1 IEEE802参考模型与OSI参考模型IEEE802是一个标准系列：IEEE802,IEEE802.1IEEE802.14其体系结构只包含了两个层次：数据链路层，物理层数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.2 IEEE802标准,802.1-综述和体系结构（IEEE802.1（A）802.2-逻辑链路控制802.3-CSMA/CD（以太网）IEEE 802.3工作组还开发了一系列标准：802.3u标准，百兆快速以太网标准，现已合并到IEEE 802.3中。802.3z标准，光纤介质千兆以太网标准
12、规范。802.3ab标准，传输距离为100m的5类无屏蔽双绞线千兆以太网标准规范。802.3ae标准，万兆以太网标准规范。,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.2 IEEE802标准,802.4-Token Bus（令牌总线）802.5-Token Ring（令牌环）802.6-分布队列双总线DQDB-MAN标准802.7：宽带时隙环媒体访问控制方法及物理层技术规范。802.8：FDDI（光纤分布数据接口）802.9：LAN-ISDN接口802.10：互操作LAN安全标准（SILS）,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.2
13、 IEEE802标准,802.11 WLAN（无线局域网）802.11定义了无线局域网介质访问控制方法和物理层规范，主要包括以下几项：802.11a，工作在5GHz频段，传输速率54Mb/s的无线局域网标准。802.11b，工作在2.4GHz频段，传输速率11Mb/s无线局域网标准。802.11g，工作在2.4GHz频段，传输速率54Mb/s无线局域网标准。,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.2 IEEE802标准,802.12：100VG-ANYLAN的MAC标准及物理规范。802.14：交互式电视网，包括cable modem的技术规范。802.15标
14、准，定义了无线个人局域网（WPAN）技术。802.16标准，定义了宽带无线局域网技术。802.17标准，正在制定的弹性分组环（RPR）标准。802.18标准，正在制定的宽带无线局域网标准规范。,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.3 局域网介质访问控制方式,介质访问控制方式是指控制网络中各个节点之间信息的合理传输，对信道进行合理分配的方法 目前在局域网中常用的介质访问控制方式 CSMA/CDCSMA/CA令牌环令牌总线,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.3 局域网介质访问控制方式,CSMA/CD 载波监听多路访问/冲突检
15、测Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection采用随机访问技术的竞争型介质访问控制方法,2023年3月30日,CSMA/CD操作的流程图,CSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为：先听后发、边听边发、冲突停发、随机重发。,2023年3月30日,CSMA/CD的优缺点,控制简单，易于实现；网络负载轻时，有较好的性能：3040以内延迟时间短、速度快网络负载重时，性能急剧下降：7080以上冲突数量的增长使网络速度大幅度下降,2023年3月30日,重要特性,使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双
16、工通信）。每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。,2023年3月30日,以太网（Ethernet）是指采用CSMA/CD访问控制技术的基带总线局域网。常见的以太网有：10 BASE-5、10 BASE-2、10 BASE-T、10 BASE-F等。这种记号的含义是：10表示信号的传输速率是10Mbit/s；BASE表示基带传输；5或2分别表示每一段的最大长度为500米或200米；T和F分别表示传输介质是双绞线和光纤。,以太网（Ethernet）,2023年3月30日,10Base5 粗同轴10Base2
17、细同轴10BaseT 双绞线 10BaseF MMF100BaseT 双绞线100BaseF MMF/SMF1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT 双绞线,目前应用最广泛的这类局域网是总线型局域网，即以太网（Ethernet）。例如：,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.3 局域网介质访问控制方式,CSMA/CA无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。改进的办法是把 CSMA 增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能。802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA
18、/CA 的同时，还增加使用停止等待协议。,2023年3月30日,CSMA/CA 协议的原理,欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。当源站发送它的第一个 MAC 帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间后就可发送。接受端的工作站如果收到发送端送出的完整的数据则回发一个ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则这个数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，则或者发送的数据没有被完整地收到，或者ACK信号的发送失败，不管是那种现象发生，数据
19、报都在发送端等待一段时间后被重传。,2023年3月30日,CSMA/CD 和CSMA/CA的主要差别,两者的传输介质不同，CSMA/CD用于总线以太网，而CSMA/CA则用于无线局域网802.11b；检测方式不同，CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式；WLAN中，对某个节点来说，其刚刚发出的信号强度要远高于来自其他节点的信号强度，也就是说它自己的信号会把其他的信号给覆盖掉；本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突；因此，在WLAN中实现CSMA
20、/CD是比较困难的。,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.3 局域网介质访问控制方式,令牌环（Token Ring）主要用于IEEE802.5令牌环网 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环,A,B,D,C,站点,干线耦合器,单向环,点到点链路,2023年3月30日,Token Ring/802.5的操作,哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有持有令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待；拿到令牌的站将令牌转换成数据帧头，后面加挂上自己的数据进行发送；目的站点从环上复制该帧，帧则沿环继续往下循环；数据帧循
21、环一周后由源站点回收，并送出一个空令牌，使其余的站点能获得帧的发送权。,2023年3月30日,Token Ring/802.5的操作举例,2023年3月30日,以下情况必须交出令牌：该结点中没有数据等待发送该结点提前发送完要发送的帧该结点未发送完数据，但持有令牌的最大时间已到,2023年3月30日,令牌环的特点,优点：网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的LAN中不会产生冲突。在重负载时，对各节点公平，且效率高。时延确定。缺点：在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低。它的最大缺点是令牌环的维护复杂，实现比较困难。,2023年3月30日,
22、1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.3 局域网介质访问控制方式,令牌总线:令牌总线网按与令牌环同样的原理进行工作，但在物理上却是一个总线网，它遵循IEEE 802.4协议。在令牌总线网中，物理总线上的站点在逻辑上被组织成一个环。令牌在其间传递，一个站点想发送数据须等待令牌的到达。,2023年3月30日,总线令牌环,说明：蓝色帧为令牌帧，绿色帧为数据帧。令牌帧按站点 序号由高到低依次轮询。,2023年3月30日,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。,2023年3月30日
23、,令牌总线网,特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网应用：工厂自动化和过程控制(适合总线状的装配线，并具有 可预测的时延，能满足实时处理要求)物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆，基带信号需要调制数据速率1Mbps、5Mbps或10Mbps；逻辑环中，按照地址从高到低的顺序进行排列，最低地址后面紧接着是最高地址。环中每个站都只知道它的本站地址(TS)、直接前趋(PS)和直接后继(NS)的地址。令牌是按照环中排列顺序进行传递的，当一个站发完数据后，在令牌中填入其后继站的地址，并传给后继站。依此，令牌在逻辑环中循环流动，各站轮流发送，没有冲突。由于总线是广播介质，因此，令牌带有地址。,2023年3月3
24、0日,环初始化。系统启动时逻辑环并不存在，须 通过环初始化建立逻辑环；站的动态插入和删除。周期性地给未加入环 的站点插入到逻辑环适当位置的机会，同时 实现站的动态删除；故障处理。当网络出现令牌丢失、地址重复、产生多个令牌等错误时，必须进行相应处理。,令牌总线网须解决的问题,2023年3月30日,1.4 IEEE802参考模型及网络协议,1.4.4 局域网网络协议,网络中的协议就如同语言一样，要使不同硬件之间的交流得以实现，就必须有一个统一的语言进行交流，而通信协议就是这个语言 在局域网中常用的通信协议有NetBEUI、IPX/SPX和TCP/IP三种,2023年3月30日,NetBIOS、Ne
25、tBEUI（1）,NetBIOS（Network Basic Input/Output System）IBM 1983 PC机通信NetBEUI（NetBIOS Extended User Interface）IBM 1985 改进体积小、效率高、速度快；为单网段部门级小型局域网设计，不具有跨网段工作的能力；在“网络邻居”中看到其他计算机名，就是NetBEUI在后台起的作用；,2023年3月30日,NetBIOS、NetBEUI（2）,优点速度快体积小，配置简单良好的错误保护功能，低资源消耗缺点不支持路由选择,2023年3月30日,IPX/SPX,IPX/SPX（Internetwork Pa
26、cket Exchange/Sequences Packet Exchange网际包交换/顺序包交换）Novell公司比较庞大、适应性强，可路由，跨网段通信当用户接入NetWare服务器时，IPX/SPX及其兼容协议应该是很好的选择微软兼容IPX/SPX协议NWLink IPX/SPX/NetBIOS、NWLink NetBIOS逐渐淡出网络协议的江湖,2023年3月30日,TCP/IP协议,灵活的寻址方案，极易路由支持广泛有大量使用程序和工具必须运行TCP/IP才能连入Internet,2023年3月30日,TCP/IP中的7个主要协议：ARP（地址分析协议）ICMP（网络互连控制协议）TC
27、P（传输控制协议）UCP（用户数据报协议）RIP（路由选择协议）SNMP（简单网络管理协议）IP（网际网协议）,TCP/IP协议（2）,2023年3月30日,4种典型网络应用FTP（文件传输协议）TELNET（仿真终端协议）RCP（远程拷贝协议）SMTP（简单邮件传递协议）,TCP/IP协议（3）,2023年3月30日,通信协议选择原则,一致性原则所选则的协议要与网络结构、功能一致少量原则,2023年3月30日,1.5 本章小结,局域网在一个适中的地理范围内，把若干独立的设备连接起来，通过物理通信信道，以高的数据传输速率实现各独立设备之间的直接通信。具有区域限定、线路专用、较高的通信速率和误码
28、率低等特点。局域网最主要的功能是提供资源共享和相互通信，同时在提高计算机系统的可靠性、进行分布式处理等方面提供服务。一般来说，局域网主要由网络服务器、用户工作站、通信设备（网卡、传输介质、网络互连设备）和网络软件系统等四个部分组成。局域网有许多不同的分类方法，可以从不同的角度对计算机网络进行分类。常见的局域网的分类包括按局域网的规模分类、按传输介质分类、按拓扑结构分类、按管理模式分类等方式。常见的局域网拓扑结构有总线型、星型、环型和混合型等。IEEE802是主要的局域网标准，该标准所描述的局域网通过共享传输介质通信，IEEE802委员的16个分委员会制订了一系列的局域网标准IEEE802标准。
29、IEEE802标准对微机局域网的标准化起了重要作用，目前，尽管高层软件和网络操作系统不同，但由于低层采用了标准协议，几乎所有局域网均可实现互连。介质访问控制方式是指控制网络中各个节点之间信息的合理传输，对信道进行合理分配的方法。目前在局域网中常用的介质访问控制方式有：CSMA/CD、CSMA/CA、令牌环和令牌总线。在局域网中常用的通信协议有NetBEUI、IPX/SPX和TCP/IP三种。在组建局域网时，具体选择哪一种网络通信协议主要取决于局域网的规模、局域网之间的兼容性和是否便于网络管理等几个方面。,2023年3月30日,1.6 习题与实践,1.填空题（1）局域网是一个通信网络，一般来说，
30、局域网主要由、和网络软件系统4个部分组成（2）局域网按照其规模可以分为，；按照网络的传输介质，可以划分为 和；按照管理模式，可以划分为 和。（3）是主要的局域网标准，该标准包括局域网参考模型与，IEEE主要对第 和第 两层制定了规程。（4）目前局域网中常用的介质访问方式有，令牌环和。（5）局域网中常用的通信协议有，和。,2023年3月30日,1.6 习题与实践,2.简答题（1）局域网有哪些特点？（2）局域网的主要功能有哪些？（3）局域网按拓扑结构分类分为哪些种类？各自有什么特点？（4）简述IEEE802参考模型与OSI参考模型的关系与区别。（5）LAN中为何将数据链路层分为LLC子层和MAC子
31、层？（6）简述CSMA/CD的工作过程。（7）简述令牌环的工作原理。（8）在构建局域网时，如何正确选择通信协议？3.实践 参观校园网或者校园网站，给出校园网中常见的应用、校园网的拓扑结构。,2023年3月30日,1.6 习题与实践,2.简答题（1）局域网有哪些特点？（2）局域网的主要功能有哪些？（3）局域网按拓扑结构分类分为哪些种类？各自有什么特点？（4）简述IEEE802参考模型与OSI参考模型的关系与区别。（5）LAN中为何将数据链路层分为LLC子层和MAC子层？（6）简述CSMA/CD的工作过程。（7）简述令牌环的工作原理。（8）在构建局域网时，如何正确选择通信协议？3.实践 参观校园网或者校园网站，给出校园网中常见的应用、校园网的拓扑结构。,2023年3月30日,本章到此结束THANK YOU VERY MUCH！,
