《计算机网络基础(微课版)》PPT第2章 局域网技术基础.ppt
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1、【学习目标学习目标】n掌握局域网的参考模型和介质访问控制方法掌握局域网的参考模型和介质访问控制方法n掌握以太网组网技术掌握以太网组网技术n熟练掌握交换机的工作原理、帧转发方式、互连方熟练掌握交换机的工作原理、帧转发方式、互连方式式n掌握使用交换机组建小型交换式对等网的方法掌握使用交换机组建小型交换式对等网的方法n掌握掌握Windows 7Windows 7对等网中文件夹共享、打印机共享对等网中文件夹共享、打印机共享的设置方法和使用的设置方法和使用 2.1 2.1 网络常用连接设备网络常用连接设备 u局域网一般由服务器、用户工作站和通信设局域网一般由服务器、用户工作站和通信设备等组成。备等组成。
2、u通信设备主要是实现物理层和介质访问控制通信设备主要是实现物理层和介质访问控制(MAC)(MAC)子层的功能,在网络节点间提供数据子层的功能,在网络节点间提供数据帧的传输,包括中继器、集线器、网桥、交帧的传输,包括中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关等。换机、路由器、网关等。1 1中继器中继器u信号在传输介质中传递时,由于传输介质的阻抗会使信号在传输介质中传递时,由于传输介质的阻抗会使信号越来越弱,导致信号衰减失真。当网线的长度超信号越来越弱,导致信号衰减失真。当网线的长度超过一定限度后,若想再继续传递下去,必须将信号整过一定限度后,若想再继续传递下去,必须将信号整理放大,恢复成原来的强
3、度和形状。理放大,恢复成原来的强度和形状。u中继器中继器(Repeater)(Repeater)的主要功能就是将收到的信号重新的主要功能就是将收到的信号重新整理,使其恢复到原来的波形和强度,然后继续传递整理,使其恢复到原来的波形和强度,然后继续传递下去,以实现更远距离的信号传输。它工作在下去,以实现更远距离的信号传输。它工作在OSIOSI参参考模型的最底层考模型的最底层(物理层物理层),在以太网中最多可使用,在以太网中最多可使用4 4个中继器。个中继器。2 2集线器集线器u集线器集线器(Hub)(Hub)是单一总线共享式设备,提供很多网络接是单一总线共享式设备,提供很多网络接口,负责将网络中多
4、个计算机连在一起,如图所示。所口,负责将网络中多个计算机连在一起,如图所示。所谓共享,是指集线器所有端口共用一条数据总线。谓共享,是指集线器所有端口共用一条数据总线。u用集线器组建的网络在物理上属于星形拓扑结构,在逻用集线器组建的网络在物理上属于星形拓扑结构,在逻辑上属于总线型拓扑结构。辑上属于总线型拓扑结构。3 3网桥网桥u网桥网桥(Bridge)(Bridge)在数据链路层实现同类网络的互联,它在数据链路层实现同类网络的互联,它有选择地将数据从某一网段传向另一网段。有选择地将数据从某一网段传向另一网段。u网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器,然而它网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器,
5、然而它能提供智能化连接服务,即根据数据帧的目的地址处能提供智能化连接服务,即根据数据帧的目的地址处于哪一网段来进行转发和过滤。网桥对站点所处网段于哪一网段来进行转发和过滤。网桥对站点所处网段的了解是靠的了解是靠“自学习自学习”实现的。实现的。4 4交换机交换机u交换机交换机(Switch)(Switch),也称为交换式集线器,是一种工作,也称为交换式集线器,是一种工作在数据链路层上的、基于在数据链路层上的、基于MACMAC地址识别、具有封装转地址识别、具有封装转发数据包功能的网络设备。发数据包功能的网络设备。u交换机是集线器的升级产品,每一端口都可视为独立交换机是集线器的升级产品,每一端口都可
6、视为独立的网段,连接在其上的网络设备共同享有该端口的全的网段,连接在其上的网络设备共同享有该端口的全部带宽。部带宽。u由于交换机根据所传递信息包的目的地址,将每一信由于交换机根据所传递信息包的目的地址,将每一信息包独立地从源端口传送至目的端口,而不会向所有息包独立地从源端口传送至目的端口,而不会向所有端口广播发送,避免了和其它端口发生冲突,从而提端口广播发送,避免了和其它端口发生冲突,从而提高了传输效率。高了传输效率。交换机与集线器的区别:交换机与集线器的区别:OSIOSI体系结构上的区别。集线器属于体系结构上的区别。集线器属于OSIOSI的的第一层第一层(物物理层理层)设备,而交换机属于设备
7、,而交换机属于OSIOSI的的第二层第二层(数据链路层数据链路层)设备。设备。工作方式上的区别。集线器的工作机理是工作方式上的区别。集线器的工作机理是广播广播,无,无论是从哪一个端口接收到信息包,都以广播的形式将论是从哪一个端口接收到信息包,都以广播的形式将信息包发送给其余的所有端口,这样很容易产生广播信息包发送给其余的所有端口,这样很容易产生广播风暴,当网络规模较大时网络性能会受到很大的影响;风暴,当网络规模较大时网络性能会受到很大的影响;交换机工作时,只有发出请求的端口和目的端口之间交换机工作时,只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应,不影响其他端口,因此交换机能够相互响应,不影响其他端
8、口,因此交换机能够隔离冲隔离冲突域和有效地抑制广播风暴突域和有效地抑制广播风暴的产生。的产生。带宽占用方式上的区别。带宽占用方式上的区别。u集线器不管有多少个端口,所有端口都是共享一条带集线器不管有多少个端口,所有端口都是共享一条带宽,在同一时刻只能有两个端口在发送或接收数据,宽,在同一时刻只能有两个端口在发送或接收数据,其他端口只能等待,同时集线器只能工作在半双工模其他端口只能等待,同时集线器只能工作在半双工模式下;式下;u而对于交换机而言,每个端口都有一条独占的带宽,而对于交换机而言,每个端口都有一条独占的带宽,当某两个端口工作时并不影响其他端口的工作,同时当某两个端口工作时并不影响其他端
9、口的工作,同时交换机不但可以工作在半双工模式下,而且可以工作交换机不但可以工作在半双工模式下,而且可以工作在全双工模式下。在全双工模式下。5 5路由器路由器u路由器工作在第三层路由器工作在第三层(网络层网络层),这意味着它可以在多,这意味着它可以在多个网络之间交换和路由数据包。个网络之间交换和路由数据包。u比起网桥,路由器不但能过滤和分隔网络信息流、连比起网桥,路由器不但能过滤和分隔网络信息流、连接网络分支,还能访问数据包中更多的信息,并用来接网络分支,还能访问数据包中更多的信息,并用来提高数据包的传输效率。常见的家用路由器如图所示。提高数据包的传输效率。常见的家用路由器如图所示。6 6网关网
10、关u网关通过把信息重新包装来适应不同的网络环网关通过把信息重新包装来适应不同的网络环境。网关能互连异类的网络,网关从一个网境。网关能互连异类的网络,网关从一个网络中读取数据,剥去数据的老协议,然后用络中读取数据,剥去数据的老协议,然后用目的网络的新协议进行重新包装。目的网络的新协议进行重新包装。u网关的一个较为常见的用途是,在局域网的微网关的一个较为常见的用途是,在局域网的微机和小型机或大型机之间进行机和小型机或大型机之间进行“翻译翻译”,从,从而连接两个而连接两个(或多个或多个)异类的网络。网关的典异类的网络。网关的典型应用是当作网络专用服务器。型应用是当作网络专用服务器。2.2 2.2 局
11、域网的参考模型局域网的参考模型 u在将在将OSIOSI模型应用于局域网时,将数据链路层划分为两个子层:模型应用于局域网时,将数据链路层划分为两个子层:逻辑链路控制(逻辑链路控制(Logical Link ControlLogical Link Control,LLCLLC)子层和介质访问)子层和介质访问控制(控制(Medium Access ControlMedium Access Control,MACMAC)子层,如图所示。)子层,如图所示。uMACMAC子层处理局域网中各站点对通信介质的争子层处理局域网中各站点对通信介质的争用问题,对于不同的传输介质、不同的网络用问题,对于不同的传输介质
12、、不同的网络拓扑结构可以采用不同的介质访问控制方法。拓扑结构可以采用不同的介质访问控制方法。uLLCLLC子层屏蔽各种子层屏蔽各种MACMAC子层的具体实现,将其改子层的具体实现,将其改造成为统一的造成为统一的LLCLLC界面,从而向网络层提供统界面,从而向网络层提供统一的服务。一的服务。1 1MACMAC子层(介质访问控制子层)子层(介质访问控制子层)uMACMAC子层是数据链路层的一个功能子层,是数据链路子层是数据链路层的一个功能子层,是数据链路层的下半部分,它直接与物理层相邻。层的下半部分,它直接与物理层相邻。MACMAC子层为不子层为不同的物理介质定义了不同的介质访问控制方法。其主同的
13、物理介质定义了不同的介质访问控制方法。其主要功能如下。要功能如下。(1 1)传送数据时,将传送的数据组装成)传送数据时,将传送的数据组装成MACMAC帧,帧中包帧,帧中包含地址和差错检测字段。含地址和差错检测字段。(2 2)接收数据时,将接收的数据分解成)接收数据时,将接收的数据分解成MACMAC帧,并进行帧,并进行地址识别和差错检测。地址识别和差错检测。(3 3)管理和控制对局域网传输介质的访问。)管理和控制对局域网传输介质的访问。2 2LLLLC C子层(逻辑链路控制子层)子层(逻辑链路控制子层)uLLCLLC子层位于数据链路层的上半部分,在子层位于数据链路层的上半部分,在MACMAC子层
14、的支子层的支持下向网络层提供服务,它可运行于所有持下向网络层提供服务,它可运行于所有802802局域网局域网和城域网协议之上。和城域网协议之上。uLLCLLC子层与传输介质无关,它独立于介质访问控制方子层与传输介质无关,它独立于介质访问控制方法,隐蔽了各种法,隐蔽了各种802802网络之间的差别,并向网络层提网络之间的差别,并向网络层提供一个统一的格式和接口。供一个统一的格式和接口。uLLCLLC子层的功能包括差错控制、流量控制和顺序控制,子层的功能包括差错控制、流量控制和顺序控制,并为网络层提供面向连接和无连接的两类服务。并为网络层提供面向连接和无连接的两类服务。2.3 IEEE 8022.
15、3 IEEE 802标准标准uIEEE 802IEEE 802参考模型是美国电气电子工程师协会参考模型是美国电气电子工程师协会(IEEE)(IEEE)在在19801980年年2 2月制订的,因此称为月制订的,因此称为IEEE 802IEEE 802标准。标准。uIEEE 802IEEE 802委员会认为,由于局域网只是一个计算机通委员会认为,由于局域网只是一个计算机通信网,而且不存在路由选择问题,因此它不需要网络信网,而且不存在路由选择问题,因此它不需要网络层,有最低的两个层次(数据链路层和物理层)就可层,有最低的两个层次(数据链路层和物理层)就可以;以;u但与此同时,由于局域网的种类繁多,其
16、介质访问控但与此同时,由于局域网的种类繁多,其介质访问控制方法也各不相同,因此有必要将局域网分解为更小制方法也各不相同,因此有必要将局域网分解为更小而且容易管理的子层。而且容易管理的子层。uIEEE 802IEEE 802标准系列间的关系如图所示。随着网络发展标准系列间的关系如图所示。随着网络发展的需要,新的标准还在不断地补充进来。的需要,新的标准还在不断地补充进来。IEEE 802IEEE 802为局域网制订了一系列标准,主要有以下几种。为局域网制订了一系列标准,主要有以下几种。uIEEE 802.1 IEEE 802.1 标准:局域网体系结构以及寻址、网络管理和网络互联等标准:局域网体系结
17、构以及寻址、网络管理和网络互联等uIEEE 802.2 IEEE 802.2 标准:逻辑链路控制标准:逻辑链路控制(LLC)(LLC)子层。子层。uIEEE 802.3 IEEE 802.3 标准:带冲突检测的载波侦听多路访问标准:带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)(CSMA/CD)。uIEEE 802.3u IEEE 802.3u 标准:标准:100Mbps100Mbps快速以太网。快速以太网。uIEEE 802.3z IEEE 802.3z 标准:标准:1000Mbps1000Mbps以太网以太网(光纤、同轴电缆光纤、同轴电缆)。uIEEE 802.3ab IEEE 802.3
18、ab 标准:标准:1000Mbps1000Mbps以太网以太网(双绞线双绞线)。uIEEE 802.3aeIEEE 802.3ae标准:标准:10000Mbps10000Mbps以太网。以太网。uIEEE 802.4 IEEE 802.4 标准:令牌总线网标准:令牌总线网(Token Bus)(Token Bus)。uIEEE 802.5 IEEE 802.5 标准:令牌环网标准:令牌环网(Token Ring)(Token Ring)。uIEEE 802.6 IEEE 802.6 标准:城域网标准:城域网(MAN)(MAN)。uIEEE 802.7 IEEE 802.7 标准:宽带技术。标准
19、:宽带技术。uIEEE 802.8 IEEE 802.8 标准:光纤技术。标准:光纤技术。uIEEE 802.9 IEEE 802.9 标准:综合语音数据网。标准:综合语音数据网。uIEEE 802.10 IEEE 802.10 标准:安全与加密。标准:安全与加密。uIEEE 802.11 IEEE 802.11 标准:无线局域网。标准:无线局域网。uIEEE 802.12 IEEE 802.12 标准:标准:100VG-AnyLAN100VG-AnyLAN优先高速局域网优先高速局域网(100Mbps)(100Mbps)。uIEEE 802.13 IEEE 802.13 标准:有线电视网标准:
20、有线电视网(Cable-TV)(Cable-TV)。uIEEE 802.14 IEEE 802.14 标准:有线调制解调器标准:有线调制解调器(已废除已废除)。uIEEE 802.15 IEEE 802.15 标准:无线个人区域网络标准:无线个人区域网络(蓝牙蓝牙)。uIEEE 802.16 IEEE 802.16 标准:宽带无线标准:宽带无线MANMAN标准标准(WiMAX(WiMAX,微波,微波)。uIEEE 802.17 IEEE 802.17 标准:弹性分组环标准:弹性分组环(RPR)(RPR)可靠个人接入技术。可靠个人接入技术。uIEEE 802.18 IEEE 802.18 标准:
21、宽带无线局域网技术咨询组。标准:宽带无线局域网技术咨询组。uIEEE 802.19 IEEE 802.19 标准:无线共存技术咨询组。标准:无线共存技术咨询组。uIEEE 802.20 IEEE 802.20 标准:移动宽带无线访问。标准:移动宽带无线访问。uIEEE 802.21 IEEE 802.21 标准:符合标准:符合802802标准的网络与非标准的网络与非802802网络之间的互通。网络之间的互通。uIEEE 802.22 IEEE 802.22 标准:无线地域性区域网络标准:无线地域性区域网络(WRANs)(WRANs)工作组。工作组。u以太网使用以太网使用CSMA/CDCSMA/
22、CD作为介质访问控制方法,其协议作为介质访问控制方法,其协议为为IEEE 802.3IEEE 802.3;u令牌总线网使用令牌总线作为介质访问控制方法,其令牌总线网使用令牌总线作为介质访问控制方法,其协议为协议为IEEE 802.4IEEE 802.4;u令牌环网使用令牌环作为介质访问控制方法,其协议令牌环网使用令牌环作为介质访问控制方法,其协议为为IEEE 802.5IEEE 802.5;uFDDIFDDI是一种令牌环网,采用双环拓扑,以光纤作为传是一种令牌环网,采用双环拓扑,以光纤作为传输介质,传输速度为输介质,传输速度为100Mbps100Mbps;u城域网的标准为城域网的标准为IEEE
23、 802.6IEEE 802.6,分布式队列双总线,分布式队列双总线(DQDB)(DQDB),广播式连接,介质访问控制方法为先进先出,广播式连接,介质访问控制方法为先进先出(FIFO)(FIFO)。2.4 2.4 局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法 常见的介质访问控制方法有:常见的介质访问控制方法有:CSMA/CDCSMA/CD、令牌、令牌环和令牌总线。环和令牌总线。2.4.1 2.4.1 带冲突检测的载波侦听多路访问带冲突检测的载波侦听多路访问 带冲突检测的载波侦听多路访问控制方法带冲突检测的载波侦听多路访问控制方法(CSMA/CDCSMA/CD),是一种争用型的介质访问控制),是
24、一种争用型的介质访问控制协议,它只适用于总线拓扑结构的协议,它只适用于总线拓扑结构的LANLAN,能有,能有效解决总线效解决总线LANLAN中介质共享、信道分配和信道中介质共享、信道分配和信道冲突等问题。冲突等问题。CSMA/CD CSMA/CD的工作原理可概括为的工作原理可概括为1616个字个字“先听后发先听后发,边听边发边听边发,冲突冲突停止停止,延时重发延时重发”,其具体工作过程概括如下。,其具体工作过程概括如下。(1 1)发送数据前,先侦听信道是否空闲,若空闲,则立即发送数据。)发送数据前,先侦听信道是否空闲,若空闲,则立即发送数据。(2 2)若信道忙,则继续侦听,直到信道空闲时立即发
25、送数据。)若信道忙,则继续侦听,直到信道空闲时立即发送数据。(3 3)在发送数据时,边发送边继续侦听,若侦听到冲突,则立即停)在发送数据时,边发送边继续侦听,若侦听到冲突,则立即停止发送数据,并向总线上发出一串阻塞信号,通知总线上各站点止发送数据,并向总线上发出一串阻塞信号,通知总线上各站点已发生冲突,使各站点重新开始侦听与竞争信道。已发生冲突,使各站点重新开始侦听与竞争信道。(4 4)已发出信息的各站点收到阻塞信号后,等待一段随机时间,再)已发出信息的各站点收到阻塞信号后,等待一段随机时间,再重新进入侦听发送阶段。重新进入侦听发送阶段。uCSMA/CDCSMA/CD的工作过程描述如下图所示。
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