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1、计算机网络技术与应用,局域网技术基础,知识目标掌握局域网的基本概念；掌握TCP/IP体系结构；掌握TCP/IP核心协议；掌握局域网IEEE802相关标准；掌握常用介质访问控制方法；掌握以太网技术的相关基础知识；掌握常见传输介质；掌握常见组网硬件设备；掌握无线局域网的概念及优缺点；掌握无线局域网的组件及运行模式。能力目标具备双绞线、光纤的端接能力；具备网络、无线网络硬件设备识别、安装、基本配置的能力；具备对以太网、无线网络基本配置的能力；具备排除常见局域网、无线网络故障的能力。素质目标实际动手安装配置网络设备；团队合作精神；自主学习的能力。,第四章 局域网技术,教学重难点TCPIPCSMA/CD
2、交换机、路由器的基本配置无线设备配置工作任务1.完成双绞线、光纤的市场调研；2.完成交换机的市场调研；3.完成路由器的市场调研；4.完成无线设备的市场调研。,知识点分布,近年来，随着社会信息化的发展，局域网已经成为计算机网络发展的一个热点。局域网(Local Area Network，LAN)产生于20世纪60年代末，70年代出现一些实验性的网络，到80年代，局域网的产品已经大量涌现，其典型代表就是以太网(Ethernet)。,4.1 局 域 网 概 述,4.1.1 局域网特点 随着网络体系结构、协议标准研究的发展，计算机局域网技术得到很大的进步，其应用范围也越来越广。计算机局域网的主要特点是
3、：(1)局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、公司、校园、军营、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；(2)局域网具有较高的数据传输速率(10100Mb/s)、低误码率(108)的高质量数据传输环境；(3)局域网一般由一个单位或一个组织单独拥有，易于建立、维护和扩展；(4)决定局域网特性的主要技术要素是：网络拓扑结构、传输介质与介质访问控制方法。,4.1.2 局域网、城域网与广域网计算机网络根据其距离和复杂性可以分成三类：局域网、城域网和广域网。局域网(Local Area Network，LAN)是将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络，由互连的计算机、打印机和
4、其他在短距离间共享硬件、软件资源的计算机设备组成。其服务区域可以是一间小型办公室、大楼的一层或整个大楼，例如某大学的计算机系，其中每间办公室和实验室的计算机都由通信电缆连接。,城域网(Metropolitan Area Network，MAN)与LAN相比，其扩展的距离更长，通常拥有进行中型通信所需的比较复杂的网络设备。在一个大型城市或都市地区，MAN连接着多个LAN。例如前面提到的计算机系里的LAN，可以连接到同一座城市里其他大学的LAN，从而形成了MAN。MAN的范围扩大到大约120公里。构成MAN的每一个LAN可以属于同一组织，也可以属于多个不同的组织。由于光纤连接的引入，MAN中的高速
5、的LAN连接成为可能。广域网(Wide Area Network，WAN)是影响广泛的复杂网络系统。WAN由两个以上的LAN构成，这些LAN间的连接可以穿越50公里以上的距离。大型的WAN可以由各大洲的许多LAN和MAN组成。最广为人知的WAN就是Internet，它由全球成千上万的LAN和WAN组成。,有时LAN、MAN和WAN间的边界非常不明显，很难确定LAN在何处终止，MAN或WAN在何处开始。但是可以通过四种网络特性传输介质、协议、拓扑以及私有网和公共网间的边界点来确定网络的类型。传输介质是指用来连接计算机和网络的电缆、光缆、无线电波或微波。通常LAN结束在传输介质改变的地方，如从基于
6、电线的电缆转变为光纤等等。电线电缆的LAN通常通过光纤电缆与其他的LAN连接。确定LAN边界的另一个因素是协议。在一个LAN中可以使用一个协议，也可以使用多个协议，但是协议的改变通常指示着LAN的边界。例如，以太网使用一种协议形式，而令牌环网使用另一种协议，这些网络可以融合在一起，但是边界上的设备必须承担起将以太网转为令牌环网的任务，反之亦然。,划分LAN边界的第3个属性是设计布局，称为“拓扑结构”。拓扑结构的改变，例如由星型拓扑变为环型拓扑，就说明一个LAN终止了，而另一种网络类型从此开始了。以一个例子来说明，星型LAN通过MAN或WAN连接点连接到其他的LAN上，如专门设计的公共电信网。识
7、别网络边界的第4种方法是确定私有网络和公共网络的起始点和终止点。例如，有一个具有3个私有网络的组织(比如说，分布在不同地方的同一大学的分校)，在3个分校分别建立了局域网，该局域网由地区的电话系统连接。私有的LAN和公共WAN间的边界就是LAN与电话网络相连接的位置。现代的网络设备和软件使得定位分界越来越困难，但是传输介质、协议、拓扑结构以及私有与公共网络的连接可以帮助人们确定一个计算机网络的终止和另一个网络的起始。,总的来说，LAN、MAN、WAN都是通信网络，从技术上，LAN、MAN采用广播网络技术，WAN采用点到点的交换技术。即在LAN中，每个站点都有一个传输/发送器，用来和其他站点在共享
8、的传输介质上通信。从任一站点来的信息通过广播被其他所有站点接收。需要说明的是，由于MAN和LAN采用的技术基本类似，在后面提到关于LAN的一般概念和技术时，我们只用LAN来表示，实际上有关概念也适用于MAN。,4.1.3 局域网协议与OSI参考模型从前面我们了解到，局域网是一个通信网络，所以它的协议应包括物理层、数据链路层和网络层这低三层。由于网络层的基本功能是路径选择，而局域网拓扑非常简单，没有路由问题，一般不单独设置网络层。所以LAN协议只在OSI参考模型的物理层和数据链路层之间作用。我们先看一下LAN协议与OSI之间的关系(见图4-1)。,图4-1 局域网协议与OSI参考模型对应关系,根
9、据LAN的特点，将数据链路层分成两个子层：逻辑链路控制层(LLC)和介质访问控制层(MAC)。这样分层主要是为了把数据链路功能与硬件有关的部分和与硬件无关的部分分开，从而降低研制互连不同类型的物理传输接口数据设备的费用。LAN的各层次功能如下。1.物理层LAN物理层和OSI物理层的功能一样，主要是在物理链路上传递非结构化的比特流，建立、维持、释放物理链路，处理机械的、电气的和过程的特性。2.介质访问控制层(MAC)LAN的介质访问控制层的主要功能是控制对传输介质的访问。不同类型的LAN需要采用不同的控制算法。,3.逻辑链路控制层(LLC)LAN的逻辑链路控制层的主要功能是向高层提供一个或多个称
10、为服务访问点SAP的逻辑接口，具有帧的接收、发送功能。发送时把要发送的数据加上地址和循环冗余校验CRC字段等构成LLC帧；接收时把帧拆封，执行地址识别和CRC校验功能，并且有帧顺序、差错控制和流量控制等功能。该子层协议采用HDLC的子集。,与LAN协议结构密切相关的是标准化问题。IEEE下设的IEEE 802委员会在LAN的标准化制定方面做了卓有成效的工作，所制定的IEEE 802局域网标准已经得到国际标准化组织ISO的采纳。为了更清楚地了解LAN协议，我们将LAN协议和IEEE 802标准结合起来讨论。IEEE 802委员会是由IEEE计算机学会于1980年2月成立的，其目的是为局域网内的数
11、字设备提供一套连接的标准，后来又扩大到城域网MAN。与ISO的OSI参考模型一样，它也规定了LAN的参考模型，这些标准如表4-1所示。,表6-1 IEEE 802标准,4.1.4 拓扑结构在IEEE 802参考模型中，物理层所定义的主要功能之一是有关拓扑和传输介质的选择。在此我们将主要讨论拓扑结构。在通信网络中，“拓扑”一词是指网络中的端系统和工作站之间互连的方式。局域网中常见的拓扑形状为总线型、环型、星型和树型(见图4-2)。,图6-2 LAN拓扑,1.总线型总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质(或称总线)上。从任何一个站点发出的信号向两
12、个方向广播，并可被其他所有站点接收。在总线的两端是端接器，它会接收任何信号，并移出总线。总线型网络安装简单方便，需要铺设的电缆最短，成本低，某个站点的故障一般不会影响整个网络，但介质的故障会导致网络瘫痪。总线型网络安全性低，监控比较困难，增加新站点也不如星型网络容易。,2.环型环型拓朴结构中，网络的各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来，形成一个闭合环型结构网。环型结构网络的结构也比较简单，系统中各工作站的地位相等。系统中通信设备和线路比较节省。在环型结构网中信息以固定方向单向流动，两个工作站节点之间仅有一条通路，系统中无信道选择问题；网络中各工作站都是独立的，如果某个工作站节点出故障，此工
13、作站节点就会自动旁路，不影响全网的工作，所以可靠性高。环网中，由于环路是封闭的，不便于扩充，系统响应延时长，且信息传输效率相对较低。,3.星型在星型拓扑结构中，各站点通过点到点的链路与中心站相连。如果一个工作站需要传输数据，它首先必须通过中心节点。星型拓朴结构的特点是很容易在网络中增加新的站点，数据的安全性和优先级容易控制，易实现网络监控，但中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。4.树型树型拓朴结构的网络是天然的分级结构，又被称为分级的集中式网络，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。其特点是网络成本低，结构比较简单。在网络中，任意两个结点之间不产生回路，每个链路都支
14、持双向传输，并且，网络中结点扩充方便、灵活，寻查链路路径比较简单。但在这种结构的网络系统中，除叶结点及其相连的链路外，任何一个工作站或链路产生的故障都会影响整个网络系统的正常运行。,5.传输介质与拓扑的选择拓扑结构的选择与很多因素有关，其中包括可靠性、可扩充性和性能。拓扑选择只是一个局域网设计工作的一个部分。因而，这个选择不能完全孤立，必须考虑对传输介质、布线和访问控制技术的选择。下面我们就各种拓扑结构适用的范围作一个简单的评述。,总线型/树型拓扑结构的配置灵活，在实际工作中，许多局域网的设备数量、数据速率和数据类型都可能不一样，一般而言，这些局域网都可以采用总线型/树型拓扑结构来实现。树型拓
15、扑有个优点：配置非常简单，基本不用考虑建筑物的物理结构、布线管道或其他电缆通路的位置，任何时候需要进行分叉都可以在该分叉处插入一条分支电缆。,当局域网覆盖的范围相当广而且速率要求比较高时，可以考虑使用环型拓扑。和其他类型的局域网比较，环型拓扑结构局域网的吞吐量会更高一些。星型拓扑结构在建筑物内进行布线时非常简单和自然，它适用于短距离传输，而且非常适合局域网站点数量相对较少而数据速率较高的场合。同样，传输介质的选择也是由许多因素决定的。除了和局域网的拓扑结构有关外，还与网络负载、可靠性、支持的数据类型以及覆盖范围等其他因素有关。,需要注意的是，传输介质与网络拓扑的选择并不是相互独立的。表4-2给
16、出了两者的关系。环型拓扑中，转发器之间的链路可以是点到点的双绞线、基带同轴电缆或光纤，然而，宽带同轴电缆就不适合环型拓朴结构。如果使用宽带同轴电缆，每个转发器必须能够通过多通道接收和发送数据，使用这样的设备所花的代价相当高。,表6-2 局域网中传输介质与网络拓扑的对应,对于总线型拓扑，双绞线、基带同轴电缆和宽带同轴电缆都适合使用，且每种介质都有大量的产品可供选择，但直至今日光纤仍不适合使用。因为光纤搭线头的价格很难降下来，光纤多点配置的性能/价格比不高。对树型拓扑可以使用宽带同轴电缆。宽带信号的单向特性使得宽带同轴电缆适合于树型结构。另外，由于双绞线和基带电缆信号的双向特性，它们并不适合于树型
17、拓扑。星型拓扑要求每个设备与中心结点之间有一条点到点的链路，因此一般都使用双绞线，当然有时也使用光纤来连接。,4.1.5 介质访问控制方法在局域网中，不论是环型结构，还是总线型结构，都是同一传输介质中连接了多个站，而局域网中所有的站都是对等的，任何一个站都可以和其他站通信，这就需要有一种仲裁方式来控制各站使用介质的方式，这就是所谓的介质访问方式。它对网络的响应时间、吞吐量和效率起着十分重要的作用。各种局域网的性能，很大程度上取决于所选用的介质访问方法。我们将传输介质的频带有效地分配给网上各站点的用户的方法称为介质访问控制协议。一个好的介质访问控制协议要求协议要简单，获得有效的通道利用率，对网上各站点的用户公平合理。,
