計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用課件 3

第三章計算機局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)本章主要內(nèi)容局域網(wǎng)概述100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)1000兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)交換局域網(wǎng)和虛擬局域網(wǎng)局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備1計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述

局域網(wǎng)是一種小范圍內(nèi)實現(xiàn)資源共享的計算機網(wǎng)絡(luò)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、投資少、數(shù)據(jù)傳輸速率高和可靠性高等優(yōu)點。決定局域網(wǎng)特性的三個主要技術(shù)是：傳輸介質(zhì)、拓撲結(jié)構(gòu)和信道訪問協(xié)議。在這三種技術(shù)中最為重要的是信道訪問協(xié)議，它對網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、響應(yīng)時間、傳輸效率等網(wǎng)絡(luò)特性起著十分重要的作用。2計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述1局域網(wǎng)的特點

局域網(wǎng)的通信傳輸速率高。局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍較小。局域網(wǎng)具有較好的傳輸質(zhì)量，誤碼率低。局域網(wǎng)可以支持多種傳輸介質(zhì)等。局域網(wǎng)一般為一個部門或單位所有，建網(wǎng)、維護以及擴展等較容易，系統(tǒng)靈活性高。在局域網(wǎng)中，通信處理功能一般都被固化在一塊稱為網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）的電路板上。3計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述2局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

總線型拓撲總線型拓撲是將服務(wù)器和工作站都連到一條公共的電纜線上，如圖3-1所示。網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點共享這條公用通信線路。

4計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述環(huán)型拓撲

它是一種所有的節(jié)點通過環(huán)路接口分別連接到它相鄰的兩個節(jié)點上，從而形成的一種首尾相接的閉環(huán)通信網(wǎng)絡(luò)，如右圖所示。5計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述星型拓撲

星型拓撲是網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點都和中心節(jié)點進行點對點的連接，中心節(jié)點可以是服務(wù)器，也可以是連接器等設(shè)備，如右圖所示。

6計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述3局域網(wǎng)的信道訪問協(xié)議

信道訪問協(xié)議的分類

按常用的三種不同網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分類①IEEE802.3：CSMA/CD②IEEE802.4：TokenBus③IEEE802.5：TokenRing按使用通信線路的訪問方式分類①爭用型②定時型7計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述CSMA/CD訪問控制方式

CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection），即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測，是一種爭用型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。網(wǎng)中各節(jié)點都能獨立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收。每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，首先要進行載波監(jiān)聽，只有介質(zhì)空閑時，才允許發(fā)送幀。這時，如果兩個以上的站同時監(jiān)聽到介質(zhì)空閑并發(fā)送幀，則會產(chǎn)生沖突現(xiàn)象。每個站必須有能力隨時檢測沖突是否發(fā)生，一旦發(fā)生沖突，則應(yīng)停止發(fā)送，然后隨機延時一段時間后，再重新爭用介質(zhì)，重發(fā)該幀。我們把檢查信道上有無數(shù)據(jù)信號傳輸稱為“載波監(jiān)聽”，而把同時有多個節(jié)點在監(jiān)聽信道是否空閑和發(fā)送數(shù)據(jù)，稱為“多路訪問”。

8計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述令牌環(huán)訪問控制方式

令牌的含義

令牌是一種特殊的控制幀，其特點是：①一個環(huán)只有一個令牌；②令牌是站點能進行數(shù)據(jù)發(fā)送的憑證，只有獲得令牌的站點才能進入數(shù)據(jù)發(fā)送工作方式；③令牌繞環(huán)行駛。Token-Ring基本原理

Token-Ring是一種適用于環(huán)型拓撲的分布式介質(zhì)訪問控制方法。這種介質(zhì)訪問技術(shù)使用一種稱為令牌的特殊幀沿著環(huán)網(wǎng)循環(huán)。當(dāng)一個站要發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須等待空令牌通過本站，然后將空令牌改為忙令牌，緊跟著忙令牌之后，把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到環(huán)網(wǎng)上。由于令牌是忙狀態(tài)，其他站必須等待而不能發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，也就不可能產(chǎn)生任何沖突。

9計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.1局域網(wǎng)概述令牌總線訪問控制方式

令牌總線是令牌控制方式在總線結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。其特點是：物理上是總線結(jié)構(gòu)，邏輯上是令牌環(huán)。在令牌總線中，總線上的站不能像CSMA/CD那樣隨機地訪問總線，而只有令牌持有者才能訪問總線。令牌的傳遞不是按站的物理順序，而是按邏輯順序。如右圖所示。站點A→B→E→D→A構(gòu)成一邏輯環(huán)。另外，稱邏輯環(huán)外的站點為非活動站。10計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.2100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

1以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)概述

以太網(wǎng)組網(wǎng)非常靈活和簡便，可使用多種物理介質(zhì)，以不同拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)，已成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主流。以太網(wǎng)按其傳輸速率又分成10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s。細纜以太網(wǎng)10BASE-2

10BASE-2以太網(wǎng)是采用IEEE802.3標準，它是一種典型的總線型結(jié)構(gòu)，如下圖所示。采用細纜為傳輸介質(zhì)，通過T型接頭與網(wǎng)卡上的BNC接口相連的總線型網(wǎng)絡(luò)。

11計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.2100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)一個細纜以太網(wǎng)電纜段長度超過185米或工作站個數(shù)多于30個時，應(yīng)采用支持BNC接口的中繼器來延長距離，或增加節(jié)點個數(shù)。使用4個中繼器的細纜以太網(wǎng)的最大長度可達到925米。

12計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.2100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)雙絞線以太網(wǎng)10BASE-T

10BASE-T是采用無屏蔽雙絞線（UTP）作為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)，其標準為IEEE802.3i。在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中增加了集線器（HUB），采用RJ45連接頭實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，如右圖所示。

13計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.2100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)10BASE-T以太網(wǎng)的基本硬件組成：（1）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和工作站（2）交換機或集線器（HUB）（3）3類或5類UTP

（4）帶有RJ45接口的Ethernet網(wǎng)卡

（5）RJ45連接頭（水晶頭）

14計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.2100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)2100BASE-T組網(wǎng)技術(shù)

目前，具有代表性的100M局域網(wǎng)技術(shù)有：100BASE-T技術(shù)100VG-AnyLAN技術(shù)FDDI快速光纖網(wǎng)技術(shù)

其中100BASE-T是由10BASE-T以太網(wǎng)直接升級得到的，100BASE-T技術(shù)在介質(zhì)訪問控制層（物理層）上支持100BASE-TX、100BASE-T4和100BASE-FX三種介質(zhì)協(xié)議。傳輸介質(zhì)可以是3、5類UTP或光纖。

15計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.2100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)100BASE-TX100BASE-TX使用5類非屏蔽雙絞線（UTP）或1類屏蔽雙絞線（STP）作為傳輸介質(zhì)。100BASE-TX使用其中的兩對，連接方法和10BASE-T完全相同，這意味著不必改變布線格局便可直接將10BASE-T的布線系統(tǒng)移植到100BASE-TX上。100BASE-TX是全雙工系統(tǒng)，站點可以在以100Mb/s的速率發(fā)送的同時，以100Mb/s的速率進行接收。100BASE-TX規(guī)定5類UTP電纜采用RJ45連接頭，而1類STP電纜采用9芯D型（DB-9）連接器。

16計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.2100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)100BASE-T4100BASE-T4使用4對UTP3類線，這是為已使用UTP3類線的大量用戶而設(shè)計的。它是一項新的信號發(fā)送技術(shù)，采用8B6T編碼技術(shù)，即把8位二進制碼組編碼成6位三進制碼組，再經(jīng)過不歸零（NRZ）編碼后輸出到3對數(shù)據(jù)線上。每對線的傳輸速率為33.3Mb/s，三對線的總傳輸速率為100Mb/s，即在音頻級的3類UTP電纜上實現(xiàn)了100Mb/s的傳輸速率。在4對線中，3對線用于數(shù)據(jù)傳輸，1對線用于沖突檢測。17計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.2100兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)100BASE-FX100BASE-FX是多模光纖系統(tǒng)，它使用兩束62.5/125μm光纖，每束都可用于兩個方向，因此它也是全雙工的，并且在每個方向上速率均為100Mb/s。100BASE-FX特別適用于長距離或易受電磁波干擾的環(huán)境，站點與集線器之間的最大距離可達2km。

18計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.31000兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

1千兆位以太網(wǎng)技術(shù)

千兆以太網(wǎng)是對100M以太網(wǎng)的升級，其技術(shù)標準如下表。千兆以太網(wǎng)標準傳輸介質(zhì)類型傳輸距離（m）1000BASE-LX（802.3z）62.5μm多模光纖50μm多模光纖10μm單模光纖55055050001000BASE-SX（802.3z）62.5μm多模光纖50μm多模光纖2755501000BASE-CX（802.3z）屏蔽銅纜251000BASE-T（802.3ab）4對5類UTP10019計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.31000兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

目前，千兆以太網(wǎng)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)界公認的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向之一，千兆以太網(wǎng)具有如下優(yōu)點：高傳輸速率和速率提升潛力高性能價格比兼容性好網(wǎng)絡(luò)設(shè)計靈活組網(wǎng)方式靈活簡化的管理20計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.31000兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)2ATM組網(wǎng)技術(shù)

ATM的基本概念異步傳輸模式ATM（AsynchronousTransferMode）是一種快速分組交換技術(shù)，它是以信元為信息傳輸和交換的基本單位，是一種面向連接的交換技術(shù)。為了簡化信元的傳輸控制，在ATM中采用了固定長度的信元，規(guī)定為53字節(jié)，其中信元頭5個字節(jié)，信息段48個字節(jié)。

21計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.31000兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)ATM局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

以ATM交換機為中心連接計算機所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)叫ATM局域網(wǎng)。ATM交換機和ATM網(wǎng)卡支持的速率一般為155Mb/s～24Gb/s，滿足不同用戶的需要，標準ATM的組網(wǎng)速率是622Mb/s。右圖是ATM局域網(wǎng)組網(wǎng)示意圖。

22計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.31000兆局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

ATM是將分組交換與電路交換優(yōu)點相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以工作在任何一種不同的速度、不同的介質(zhì)和使用不同的傳送技術(shù)，適用于廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)場合，可在局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)中提供一種單一的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)完美的網(wǎng)絡(luò)集成。

ATM組網(wǎng)技術(shù)的不足之處是協(xié)議過于復(fù)雜和設(shè)備昂貴帶來的相對較高的建網(wǎng)成本。

23計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.4交換局域網(wǎng)和虛擬局域網(wǎng)

1交換局域網(wǎng)

交換局域網(wǎng)的核心部件是局域網(wǎng)交換機。局域網(wǎng)交換機一般有多個端口，每個端口可以直接和網(wǎng)絡(luò)中的一般節(jié)點連接，也可以和集線器連接。交換局域網(wǎng)與共享式局域網(wǎng)的不同是：“共享式”局域網(wǎng)

共享式集線器是共享式局域網(wǎng)絡(luò)上使用的中心控制設(shè)備。它的工作原理是建立在“共享介質(zhì)”基礎(chǔ)上的，相應(yīng)的介質(zhì)訪問控制方法是CSMA/CD、TokenRing和TokenBus。如某共享式以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mb/s，當(dāng)10個節(jié)點同時使用時，每個節(jié)點平均分配的帶寬就只有1Mb/s。

24計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.4交換局域網(wǎng)和虛擬局域網(wǎng)“交換式”局域網(wǎng)

交換機是交換式局域網(wǎng)上使用的中心控制設(shè)備。在交換式局域網(wǎng)中，可以通過交換機為所有節(jié)點建立并行、獨立和專用帶寬的連接。不管有多少工作站，各工作站均可以得到并行、獨立的帶寬。若某交換式以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mb/s，每個節(jié)點均可以得到10Mb/s的帶寬。

25計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.4交換局域網(wǎng)和虛擬局域網(wǎng)利用100Mb/s交換機組網(wǎng)實例

26計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.4交換局域網(wǎng)和虛擬局域網(wǎng)2虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)是建立在局域網(wǎng)交換機或ATM交換機的基礎(chǔ)上的，以軟件方式來實現(xiàn)邏輯工作組的劃分與管理，邏輯工作組的節(jié)點組成不受物理位置的限制。

邏輯工作組將網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點按工作性質(zhì)與需要劃分而得到，一個邏輯工作組就是一個虛擬網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成虛擬局域網(wǎng)的條件是：所有用戶終端都連接到支持虛擬局域網(wǎng)的交換機端口上。

27計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.5局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備

1常用的組網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）

網(wǎng)卡的基本功能主要有3個方面：①數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；②數(shù)據(jù)緩存；③通信服務(wù)。市場上常見的網(wǎng)卡種類繁多。按所支持的帶寬分有10Mb/s網(wǎng)卡、100Mb/s網(wǎng)卡、10/100Mb/s自適應(yīng)網(wǎng)卡和1000Mb/s網(wǎng)卡；按組網(wǎng)類型網(wǎng)卡又分為以太網(wǎng)卡、令牌環(huán)網(wǎng)卡、FDDI網(wǎng)卡和ATM網(wǎng)卡等。28計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3.5局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備集線器（HUB）

集線器的基本功能是信息分發(fā)，它把一個端口接收的所有信號向所有端口分發(fā)出去。一些集線器在分發(fā)之前將弱信號重新生成，一些集線器整理信號的時序以提供所有端口間的同步數(shù)據(jù)通信