《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用》局域網(wǎng)

第四章局域網(wǎng)目錄【知識(shí)目標(biāo)】1．掌握局域網(wǎng)的概念及局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。2．掌握局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式。3．理解以太網(wǎng)的原理及交換式以太網(wǎng)的原理。4．了解虛擬局域網(wǎng)的工作原理。5．理解無(wú)線局域網(wǎng)的功能和實(shí)現(xiàn)方法?！炯寄苣繕?biāo)】1．能夠清晰描述局域網(wǎng)的各種介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的區(qū)別和特點(diǎn)。2．能夠說(shuō)明傳統(tǒng)以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)的區(qū)別和特點(diǎn)。3．能夠舉例說(shuō)明虛擬局域網(wǎng)的概念及應(yīng)用情況。4．1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）是一種應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在有限的地理范圍內(nèi)（一般不超過(guò)10公里），一個(gè)機(jī)房、一棟大樓、一個(gè)學(xué)?；蛞粋€(gè)單位內(nèi)部的計(jì)算機(jī)、外設(shè)和各種網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備互聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和資源共享的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。局域網(wǎng)的始于20世紀(jì)70年代，以太網(wǎng)（Ethernet）是其典型的代表。1．

局域網(wǎng)的特點(diǎn)地理分布范圍小，一般是幾百米到幾公里的范圍。數(shù)據(jù)傳輸速率高，誤碼率低。局域網(wǎng)支持多種通信介質(zhì)。局域網(wǎng)歸屬單一便于管理。局域網(wǎng)協(xié)議簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)靈活，建網(wǎng)成本低，工作站的數(shù)量一般在幾十臺(tái)到幾百臺(tái)之間，管理和擴(kuò)充都方便。2．局域網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)1．物理層物理層涉及在通信線路上傳輸?shù)亩M(jìn)制比特流，主要作用是確保在一段物理鏈路上正確傳輸二進(jìn)制信號(hào)，完成信號(hào)的發(fā)送與接收、時(shí)鐘同步、解碼與編碼等功能。2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層（1）邏輯鏈路控制子層（LLC子層）（2）介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（MAC子層）。MAC子層進(jìn)行信道分配，解決信道爭(zhēng)用問(wèn)題。4．1．3局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802又稱為L(zhǎng)MSC（LAN/MANStandardsCommittee，局域網(wǎng)/城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)），致力于研究局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的物理層和MAC層中定義的服務(wù)和協(xié)議，對(duì)應(yīng)OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型的最低兩層（即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）。IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)4．2802.3的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法通信是共享傳輸介質(zhì)的，采用廣播式通信方式。4．2．1載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）沖突（Collision）沖突域2．載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)工作原理先聽(tīng)后說(shuō)，邊聽(tīng)邊說(shuō)；一旦沖突，立即停說(shuō)；等待時(shí)機(jī)，然后再說(shuō)；注：“聽(tīng)”，即監(jiān)聽(tīng)、檢測(cè)之意；“說(shuō)”，即發(fā)送數(shù)據(jù)之意。2．載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)工作原理4．2．2令牌訪問(wèn)控制令牌（Token）技術(shù)使站點(diǎn)能輪流發(fā)送數(shù)據(jù)，解決了這種不確定性，每次輪到的時(shí)候只能發(fā)送一幀，這種循環(huán)協(xié)調(diào)的機(jī)制稱為令牌傳遞。3．令牌幀和數(shù)據(jù)幀的格式4．FDDI光纖網(wǎng)4．3以太網(wǎng)以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)沖突檢測(cè)技術(shù)）技術(shù)，IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)給出了以太網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范（10Mbps）。廣播式的傳輸以太網(wǎng)規(guī)范在這些標(biāo)準(zhǔn)中前面的數(shù)字表示傳輸速度，單位是“Mbps”，最后的一個(gè)數(shù)字表示單段網(wǎng)線長(zhǎng)度或電纜的類別，Base表示“基帶”的意思，Broad代表“寬帶”。選項(xiàng)10Base510Base210Base-T10Base-F10Broad36傳輸介質(zhì)50Ω同軸電纜50Ω同軸電纜雙絞線光纖75Ω同軸電纜網(wǎng)段長(zhǎng)（m）50018510020001800段站點(diǎn)數(shù)10030

33100電纜直徑10mm5mm(0.4-0.6)mm62.5/125μm15mm拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線總線星形星形總線編碼技術(shù)曼徹斯特曼徹斯特曼徹斯特曼徹斯特曼徹斯特標(biāo)準(zhǔn)803.3802.3a802.3i802.3i802.3b4．3．1以太網(wǎng)的幀格式4．3．2標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)1．10Base5規(guī)范2．10Base2規(guī)范3．10Base-T規(guī)范4．10Base-F規(guī)范10Base-F規(guī)范是使用光纖作為傳輸介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3中規(guī)定每條傳輸線路都使用一條光纖，每條光纖采用曼徹斯特編碼傳輸一個(gè)方向上的信號(hào)。每一位數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后，轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，可以用有光表示電信號(hào)中的高電平，無(wú)光表示電信號(hào)中的低電平。4．3．3以太網(wǎng)的發(fā)展1．快速以太網(wǎng)（100M以太網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)傳輸介質(zhì)特性網(wǎng)段長(zhǎng)（m）100Base-TX2對(duì)5類UTP100Ω1002對(duì)STP150Ω100100Base-FX1對(duì)單模光纖8/125μm400001對(duì)多模光纖62.5/125μm2000100Base-T44對(duì)3類UTP100Ω100100Base-T22對(duì)3類UTP100Ω1002．100M以太網(wǎng)和10M以太網(wǎng)比較100M以太網(wǎng)和10M以太網(wǎng)的MAC幀結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度和校驗(yàn)機(jī)制相同；介質(zhì)訪問(wèn)控制方式相同，都采用CSMA/CD；組網(wǎng)方法相同。這樣，從10M以太網(wǎng)升級(jí)到100M的快速以太網(wǎng)很容易實(shí)現(xiàn)，成本較低。10M以太網(wǎng)的工作頻率是25MHz，100M以太網(wǎng)的工作頻率是125MHz。3．千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)傳輸介質(zhì)特性網(wǎng)段長(zhǎng)1000Base-SX50μm多模光纖短波長(zhǎng)激光全雙工最長(zhǎng)傳輸距離550m62.5μm多模光纖全雙工最長(zhǎng)傳輸距離2750m1000Base-LX9μm單模光纖長(zhǎng)波長(zhǎng)激光全雙工最長(zhǎng)傳輸距離550m50μm，62.5μm多模光纖全雙工最長(zhǎng)傳輸距離3000m1000Base-CX同軸電纜

最長(zhǎng)傳輸距離25m1000Base-T5類UTP

最長(zhǎng)傳輸距離100m4．3．4交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng)是以交換機(jī)（switch）為中心構(gòu)成，是一種星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)稱為以交換機(jī)為核心設(shè)備而建立起來(lái)的一種高速網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)在近幾年來(lái)運(yùn)用得非常廣泛。2．交換式以太網(wǎng)點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸4．3．5局域網(wǎng)連接設(shè)備

局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，根據(jù)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中工作的層次不同，分為:

物理層的是中繼器和集線器，

數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)橋和二層交換機(jī)，

網(wǎng)絡(luò)層的路由器和三層交換機(jī)，傳輸層及以上的是網(wǎng)關(guān)，

連接電腦與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的是網(wǎng)卡。1．網(wǎng)卡2．集線器廣播式通信3．交換機(jī)點(diǎn)到點(diǎn)式通信4．4虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)是建立在物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的一種邏輯子網(wǎng)，虛擬局域網(wǎng)技術(shù)使局域網(wǎng)的組網(wǎng)靈活多變。1．虛擬局域網(wǎng)的定義虛擬局域網(wǎng)（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN）是以交換式網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，把網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)分成若干個(gè)邏輯工作組，每個(gè)邏輯工作組就是一個(gè)VLAN。VLAN的標(biāo)準(zhǔn)在IEEE802.1Q中有詳細(xì)的定義。VLAN與使用網(wǎng)橋或交換機(jī)構(gòu)成的一般邏輯子網(wǎng)的最大區(qū)別就是不受地理位置的限制，自由組網(wǎng)。例如2．虛擬局域網(wǎng)的應(yīng)用（1）需要對(duì)廣播數(shù)據(jù)包進(jìn)行隔離操作，數(shù)據(jù)包只發(fā)送給某些特定的網(wǎng)段，避免網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生廣播風(fēng)暴。（2）由于公司人員增加，網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)擴(kuò)充，部門(mén)不能集中辦公，同一網(wǎng)段的人員可能不在同一物理地段。（3）公司里的一些關(guān)鍵部門(mén)有特殊的安全需要，在保證能夠和外界正常通信的同時(shí)又有自身內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全要求。3．虛擬局域網(wǎng)的特點(diǎn)（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，變化多樣。（2）減少網(wǎng)絡(luò)流量，節(jié)約帶寬。（3）提高網(wǎng)絡(luò)安全性。（4）簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理。（5）設(shè)備投資少。4．虛擬局域網(wǎng)的幀格式4虛擬局域網(wǎng)的劃分1．基于端口的VLAN2．基于MAC地址的VLAN3．基于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的VLAN4．基于IP組播的VLAN5．按策略劃分VLAN6