第4章 局域網(wǎng)技術

第4章局域網(wǎng)技術計算機網(wǎng)絡技術河南工學院我們在圖書館電子閱覽室查閱資料；在實驗室上課，完成實驗報告；回到宿舍，可以通過校園網(wǎng)在Internet中遨游，我們在生活中更多接觸到的首先是局域網(wǎng)。那么，局域網(wǎng)是怎么組建的呢？局域網(wǎng)各設備間要怎么連接、怎么通信呢？局域網(wǎng)實現(xiàn)時又用到哪些協(xié)議呢？學完本章，你就能找到答案了。引子【知識目標】1.學習局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和IEEE802模型；2.學習局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法；3.學習以太網(wǎng)技術?！炯寄苣繕恕?.熟悉局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和IEEE802模型與標準；2.掌握CSMA/CD、令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制方法；3.具備組建局域網(wǎng)、配置、使用和維護局域網(wǎng)的能力?！舅仞B(yǎng)目標】1.具有應對計算機技術快速變遷的能力；2.培養(yǎng)探究科學規(guī)律的精神；3.培養(yǎng)學生自主學習能力和實踐能力。學習目標4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.1局域網(wǎng)的特點

（1）規(guī)劃、建設、管理與維護的自主性強（2）覆蓋的地理范圍?。?）綜合成本低（4）傳輸速率高（5）誤碼率低，可靠性高（6）通常是由微機和中小型服務器構(gòu)成應用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層會話層表示層邏輯鏈路控制子層（LLC）介質(zhì)訪問控制子層（MAC）物理層OSIIEEE802OSI和IEEE802模型層次對比示意圖4.1.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

IEEE802委員會制定了具體的局域網(wǎng)模型和標準（1）局域網(wǎng)屬于通信網(wǎng)，它只涉及與通信有關的功能。（2）局域網(wǎng)基本上采用共享信道技術和第二層交換技術，因此，可以不設單獨的網(wǎng)絡層。

當不同局域網(wǎng)需要互聯(lián)時，可以借助網(wǎng)絡層的協(xié)議實現(xiàn)。局域網(wǎng)各層功能：（1）物理層物理層負責物理連接管理和在介質(zhì)上傳輸比特流。其主要任務是描述介質(zhì)接口的一些特性，如接口的機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性等，與OSI的物理層相同。（2）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，負責幀的傳輸管理和控制，在不太可靠的傳輸信道上實現(xiàn)可靠地數(shù)據(jù)傳輸。4.1.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

4.1.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)LAN的數(shù)據(jù)鏈路層按照是否與介質(zhì)有關劃分為邏輯鏈路控制（LLC)子層和介質(zhì)訪問控制（MAC）子層。①LLC子層集中了與介質(zhì)無關的部分。具有幀傳輸、接收功能，幀的順序控制和流量控制功能，并通過SAP向網(wǎng)絡層提供服務。②MAC子層集中了與介質(zhì)有關的部分。負責在物理層的基礎上進行通信，維護數(shù)據(jù)鏈路功能，并向LLC子層提供服務。局域網(wǎng)在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)上主要分為總線型、環(huán)型和星型3種基本結(jié)構(gòu)。常見的總線型局域網(wǎng)有由同軸電纜做總線的10Base-5和10Base-2等。常見的環(huán)型局域網(wǎng)有FDDI網(wǎng)。常見的星型局域網(wǎng)有基于集線器的共享式以太網(wǎng)和基于各種交換機的交換式以太網(wǎng)。4.1.3局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)1.同軸電纜

同軸電纜是早期粗、細同軸以太網(wǎng)中使用最廣泛的傳輸介質(zhì)之一，同軸電纜由內(nèi)導體、絕緣層、外屏蔽層和塑料外皮組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

按照特征阻抗數(shù)值的不同，可以將同軸電纜分為50Ω同軸電纜和75Ω同軸電纜，50Ω同軸電纜主要用于以太網(wǎng)連接，75Ω同軸電纜主要用于有線電視連接。

50Ω基帶同軸電纜又可分為粗纜和細纜。10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用同軸電纜結(jié)構(gòu)圖4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用（1）粗纜：粗纜適于比較大型的局域網(wǎng)組網(wǎng)，粗纜組網(wǎng)示意圖如下圖所示。4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用（2）細纜：細纜適于小型局域網(wǎng)組網(wǎng)，細纜組網(wǎng)示意圖如下圖所示。4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)2.雙絞線電纜

雙絞線電纜是最常用的傳輸介質(zhì)。把兩根相互絕緣且并排放置的銅導線用規(guī)則的方法絞合起來就構(gòu)成了雙絞線，絞合可以減少對相鄰導線的電磁干擾。將一定數(shù)量的雙絞線捆在一起，外面包上護套就是雙絞線電纜。

雙絞線既適于模擬信號傳輸，又適于數(shù)字信號傳輸。因此，其在計算機網(wǎng)絡和電話系統(tǒng)中都得到了廣泛的應用。

雙絞線主要分為兩類，即非屏蔽雙絞線（UTP，UnshieldedTwisted-Pair）和屏蔽雙絞線（STP，ShieldedTwisted-Pair）。10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用非屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線

雙絞線主要分為兩類，即非屏蔽雙絞線（UTP，UnshieldedTwisted-Pair）和屏蔽雙絞線（STP，ShieldedTwisted-Pair）。

為了提高雙絞線的外界抗干擾性，在雙絞線的外面再加上一個金屬屏蔽層，就是屏蔽雙絞線。4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用

1）直連線直連線也叫直通線或平行線，如圖所示。2）交叉線網(wǎng)線兩端的線序排列不同，呈交叉狀態(tài)，如圖所示。

平行線結(jié)構(gòu)圖交叉線結(jié)構(gòu)圖

關于雙絞線的色標和排列方法有統(tǒng)一的國際標準。不同的設備連接情況，對制作網(wǎng)線的過程中線對的排列順序要求也不同，因此可以把UTP電纜分為直連線和交叉線兩種類型。4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)雙絞線制作過程：

10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用剝線理線和切線插線壓線4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)3.光纖

（1）光纖的成份

①超純二氧化硅

②塑料纖維

③多成份玻璃纖維：性能價格比最好，應用最廣泛。

(2)光纖的結(jié)構(gòu)光纖由纖芯和包層兩部分構(gòu)成。纖芯傳播光波信號，包層和纖芯相比折射率較低。包層的作用就是把光反射回纖芯，防止光能量的泄漏。如圖所示。10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用(3)光纖的分類

根據(jù)傳輸點模數(shù)的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖兩大類。

①單模光纖主要用于長距離通信，其纖芯直徑為8～10μm，包層直徑為125μm。提供單條光通路。單模光纖使用的光源是激光二極管。

②多模光纖多模光纖可以同時支持多路光波進行傳輸，多模光纖采用普通的發(fā)光二極管作光源。單模光纖和多模光纖傳輸?shù)谋容^如圖所示。

多模光纖單模光纖4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用(4)光纖傳輸電信號的過程（5）光纖的應用

用光纖來傳輸電信號時，在發(fā)送端要將其轉(zhuǎn)換成光信號，在接收端用光檢波器還原成電信號。4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用（5）光纖的應用

每根光纖只能單向傳送信號，因此要實現(xiàn)雙向通信，光纖必須成對出現(xiàn)，一條用于發(fā)送，另一條用于接收。另外，光纖在使用時接頭要干凈、無磨損，以保證光通路的暢通。

光纖有3種連接方式：永久性連接、應急連接和活動連接。4.1局域網(wǎng)技術概述4.1.4常見網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)10.2網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的使用（6）光纖的特點

①傳輸損耗小，中繼距離長，非常適合于遠距離通信。

②且抗雷電和電磁干擾性好。

③光纖不漏光并且難于拼接，這使得它很難被竊聽，保密性強。

④體積小、質(zhì)量輕

⑤光纖接口較貴，精確連接光纖需要專用設備，成本高。4.2局域網(wǎng)的模型與標準1980年2月，美國電氣與電子工程師協(xié)會IEEE成立了局域網(wǎng)標準化委員會,專門從事局域網(wǎng)標準化工作。該委員會制定了IEEE802標準。IEEE802標準體系4.2.1IEEE802參考模型4.2局域網(wǎng)的模型與標準IEEE802標準的主要成員：802.2-邏輯鏈路控制LLC802.3-CSMA/CD（以太網(wǎng)）802.4-TokenBus（令牌總線）802.5-TokenRing（令牌環(huán)）802.6-分布隊列雙總線DQDB--MAN標準802.8–FDDI（光纖分布數(shù)據(jù)接口）802.11–無線LAN4.2.2IEEE802標準4.3介質(zhì)訪問控制方法4.3介質(zhì)訪問控制方法

IEEE802.3標準規(guī)定了CSMA/CD訪問方法和物理層技術規(guī)范，采用IEEE802.3標準協(xié)議的典型局域網(wǎng)是以太網(wǎng)。CSMA/CD是以太網(wǎng)的核心技術。1.CSMA/CD的發(fā)送工作過程

CSMA/CD的工作過程可以概括為4點：發(fā)前先聽，邊發(fā)邊聽，沖突停止，延遲重發(fā)。

CSMA/CD發(fā)送過程流程圖如下頁所示。4.3介質(zhì)訪問控制方法站點要求發(fā)送有載波？發(fā)送一幀信息有沖突？發(fā)出阻塞信號沖突>16？延時處理放棄發(fā)送另作處理一次發(fā)送結(jié)束CSMA/CD發(fā)送過程流程圖YNYNNYCSMA/CD的發(fā)送工作過程概括如下：（1）偵聽信道，如果信道空閑則發(fā)送信息。（2）如果信道忙，則繼續(xù)偵聽，直到信道空閑時立即發(fā)送。（3）發(fā)送信息的同時進行沖突檢測，如發(fā)送沖突，立即停止剩余信息的發(fā)送，并向總線上發(fā)出阻塞信號，通知總線上各節(jié)點沖突已發(fā)生，使各節(jié)點重新開始偵聽與競爭。（4）已發(fā)出信息的各節(jié)點收到阻塞信號后，都停止發(fā)送，各等待一段時間，重新進入偵聽發(fā)送階段。2.CSMA/CD的接收工作過程CSMA/CD接收過程流程圖4.4以太網(wǎng)技術4.4以太網(wǎng)技術

1975年，由美國DEC、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合研制成功并公布了以太網(wǎng)的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。傳統(tǒng)以太網(wǎng)速率只有10M,目前，不僅吉比特、十吉比特以太網(wǎng)已經(jīng)進入主流應用，100Gbit/s的以太網(wǎng)產(chǎn)品也已經(jīng)開始應用。4.4.1以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展

4.4以太網(wǎng)技術數(shù)據(jù)率（Mbps）基帶或?qū)拵ase，Broad段最大長度（百米）或介質(zhì)類型（T，F(xiàn)，X）10

Base

5傳統(tǒng)以太網(wǎng)的典型速率是10Mbit/s，在其物理層，定義了多種傳輸介質(zhì)和拓撲結(jié)構(gòu)，形成了一個10Mbit/s以太網(wǎng)標準系列，主要包括10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T等標準。例：4.4.2傳統(tǒng)以太技術

4.4以太網(wǎng)技術1.10BASE-210BASE-2網(wǎng)絡采用總線型結(jié)構(gòu)，主要使用的網(wǎng)絡硬件有以下幾種：（1）BNC接口的網(wǎng)卡：使計算機作為節(jié)點連入網(wǎng)絡。（2）50?細同軸電纜：這是10BASE-2網(wǎng)絡定義的傳輸介質(zhì)。（3）T型連接器：用于細纜與網(wǎng)卡的連接。（4）50?終端器：電纜兩端各接一個，用于阻止信號反射。細纜終端器10BASE-2網(wǎng)絡組網(wǎng)示意圖2.10BASE-510BASE-5網(wǎng)絡也采用總線型結(jié)構(gòu)，主要使用的網(wǎng)絡硬件有以下幾種：（1）AUI接口的網(wǎng)卡：使計算機作為節(jié)點連入網(wǎng)絡。（2）50?粗同軸電纜：這是10BASE-5網(wǎng)絡定義的傳輸介質(zhì)。（3）外部收發(fā)器：兩端連粗纜，中間經(jīng)AUI接口的由收發(fā)器連網(wǎng)卡。（4）收發(fā)器電纜：兩頭帶有AUI接頭，用于外部收發(fā)器和網(wǎng)卡之間的連接。（5）50?終端器：電纜兩端各接一個，用于阻止信號反射。終端匹配器粗纜收發(fā)器電纜外部收發(fā)器10BASE-5網(wǎng)絡組網(wǎng)示意圖4.4以太網(wǎng)技術

在實際應用中，由于粗纜可以傳輸更長的距離，而細纜比較經(jīng)濟，可以將粗纜和細纜結(jié)合起來使用?？梢酝ㄟ^粗細轉(zhuǎn)接器實現(xiàn)粗纜和細纜段的連接，混連時網(wǎng)絡干線段長度介于185m和500m之間，也可以通過中繼器將粗纜網(wǎng)段和細纜網(wǎng)段相連接。

3.10BASE-T10BASE-T網(wǎng)絡采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，典型的中心設備是集線器或交換機，主要使用的網(wǎng)絡硬件有以下幾種：（1）RJ-45接口的網(wǎng)卡：使計算機作為節(jié)點連入網(wǎng)絡。（2）3類以上的UTP電纜：這是10BASE-T網(wǎng)絡定義的傳輸介質(zhì)。（3）RJ-45接頭：電纜兩端各壓接一個RJ-45接頭，用于網(wǎng)卡和集線器的連接。（4）10BASE-T集線器：作10BASE-T網(wǎng)絡的中心轉(zhuǎn)發(fā)設備。············集線器集線器UTP電纜10BASE-T網(wǎng)絡組網(wǎng)示意圖4.4以太網(wǎng)技術幾種以太網(wǎng)絡的指標和參數(shù)10BASE-210BASE-510BASE-T單網(wǎng)段最大長度185m500m100m網(wǎng)絡最大長度（跨距）925m2500m500m節(jié)點間最小距離0.5m2.5m

單網(wǎng)段的最多節(jié)點數(shù)30100

拓撲結(jié)構(gòu)總線型總線型星形傳輸介質(zhì)細同軸電纜粗同軸電纜雙絞線連接器BNC、TAUIRJ-45最多網(wǎng)段數(shù)5554.4以太網(wǎng)技術

1995年9月，IEEE802委員會正式公布了快速以太網(wǎng)標準IEEE802.3u。快速以太網(wǎng)保留了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的基本特征，即相同的幀格式、介質(zhì)訪問控制方法與組網(wǎng)方法，只是傳輸速率快了10倍?？焖僖蕴W(wǎng)定義了3種物理層標準：100BASE-TX，100BASE-T4和100BASE-FX。4.4.3快速以太網(wǎng)技術

快速以太網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)4.4以太網(wǎng)技術1.吉比特以太網(wǎng)標準分為兩類：IEEE8