第三章 局域网基础

    早期局域网的特点：

    从局域网应用角度看，局域网主要技术特点是：

    决定局域网的主要技术要素是：网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。局域网从介质访问控制方法分为：共享介质局域网与交换式局域网。

    局域网拓扑构型

    总线局域网的介质访问控制方式采用的是“共享介质”方式。

    主要特点

    介质访问控制方法是控制多个结点利用公共传输介质发送和接受数据的方法。

    环形拓扑构型

    星型拓扑中存在中心结点，每个结点通过点与点之间的线路与中心结点连接，任何两结点之间的通信都要通过中心结点转接。

    局域网传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道。

    双绞线

    光纤

    共享介质访问控制方式主要为：

    1 带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD方法。

    2 令牌总线方法(TOKEN BUS)。

    3 令牌环方法(TOKEN RING)。

    IEEE802

    IEEE802参考模型：IEEE802参考模型是美国电气电子工程师协会在1980年2月制订的，称为IEEE802标准，这个标准对应于OSI参考模型的物理层和数据链路层，但它的数据链路层又划分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。

    a.802.1标准：包含了局域网体系结构、网络互连、以及网络管理与性能测试。

    b.802.2标准：定义了逻辑链路控制(LLC)子层功能及其服务。

    c.802.3标准：定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层和物理层规范。

    d.802.4标准：定义了令牌总线(Token Bus)介质访问控制子层与物理层的规范。

    e.802.5标准：定义了令牌环(Token Ring)介质访问控制子层与物理层的规范。

    IEEE802.2标准定义的共享局域网有三类：

    1 采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线型局域网。

    2 采用TOKEN BUS介质访问控制方法的总线型局域网。

    3 采用TOKEN RING介质访问控制方法的环型局域网。

    ETHERNET(以太网)的核心技术是它的随机争用型介质访问方法，即CSMA/CD介质访问控制方法。

    最早使用随机争用技术的是夏威夷大学的校园网。

    CSMA/CD的发送流程可以简单的概括为1先听先发2边听边发3冲突停止4随机延迟后重发。

    冲突检测是发送结点在发送的同时，将其发送信号波形与接受到的波形相比较。

    TOKEN BUS(令牌总线方法)是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。

    所谓正常稳态操作是网络已经完成初始化，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入与撤除，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。

    令牌传递规定由高地址向低地址，最后由低地址向高地址传递。令牌总线网在物理上是总线网，而在逻辑上是环网。

    交出令牌的条件：1 该结点没有数据帧等待发送。2 该结点已经发完。3 令牌持有最大时间到。

    环维护工作：1环初始化2新接点加入环3接点从环中撤出4环恢复5优先级

    令牌总线的特点

    TOKEN RING

    IEEE802.5标准对其改进

    CSMA/CD与TOKEN BUS、TOKEN RING的比较

    ETHERNET物理地址的基本概念

    高速局域网的方案

    共享介质局域网可分为Ethernet，Token Bus，Token Ring与FDDI以及在此基础上发展起来的100Mbps Fast Ethernet、1Gbps与10Gbps Gigabit Ethernet。

    交换式局域网可分为Switch Ethernet与ATM LAN，以及在此基础上发展起来的虚拟局域网。

    光纤分布式数据接口FDDI是一种以光纤作为传输介质的高速主干网。

    FDDI主要技术特点:

    (1)使用基于IEEE802.5的单令牌的环网介质访问控制MAC协议;

    (2)使用IEEE802.2协议,与符合IEEE802标准的局域网兼容;

    (3)数据传输速率为100Mbps,连网的结点数小于等于1000,环路长度为100km;

    (4)可以使用双环结构,具有容错能力;

    (5)可以使用多模或单模光纤;(6)具有动态分配带宽的能力,能支持同步和异步数据传输.

    100Mbps Fast Ethernet

    1Gbps Gigabit Ethernet

    Gigabit Ethernet的传输速率比Fast Ethernet(100Mbps)快10倍，达到1000Mbps，将传统的Ethernet每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。

    10Gbps Gigabit Ethernet

    交换局域网的基本结构

    局域网交换机工作原理

    “端口号/MAC地址映射表”的建立与维护根据交换机的帧转发方式，交换机可以分为3类：

    1 直接交换方式。

    2 存储转发交换方式。

    3 改进直接交换方式。

    局域网交换机的特性：

    1 低交换传输延迟。

    2 高传输带宽。

    3 允许10Mbps/100Mbps。

    4 局域网交换机可以支持虚拟局域网服务。

    虚拟网络(VLAN)是建立在交换技术基础上的。

    虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机上的，它以软件的形式来实现逻辑组的划分与管理，逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制。

    对虚拟网络成员的定义方法上，有以下4种：

    1 用交换机端口号定义虚拟局域网。(最通用的办法)

    2 用MAC地址定义虚拟局域网。

    3 用网络层地址定义虚拟局域网。(例如用IP地址来定义)。

    4 IP广播组虚拟局域网。这种虚拟局域网的建立是动态的，它代表一组IP地址。

    无线局域网的应用

    红外无线局域网的主要特点

    扩频无线局域网

    无线局域网标准

    IEEE 802.3物理层标准类型

    10 BASE-5是IEEE 802.3物理层标准中最基本的一种。它采用的传输介质是阻抗为50偶的基带粗同轴电缆。

    网卡是网络接口卡NIC的简称，它是构成网络的基本部件。

    网卡分类：

    ①按网卡支持的计算机种类：标准以太网卡。PCMCIA网卡(用于便携式计算机)。

    ②按网卡支持的传输速率分类：普通的10Mbps。高速的100Mbps网卡。10/100Mbps自适应网卡。1000Mbps网卡。

    ③按网卡支持的传输介质类型分类：双绞线网卡。粗缆网卡。细缆网卡。光纤网卡。

    普通的集线器两类端口：一类是用于连接接点的RJ-45端口，这类端口数可以是8，12，16，24等。另一类端口可以是用于连接粗缆的AUI端口，用于连接细缆的BNC端口，也可以是光纤连接端口，这类端口称为向上连接端口。

    按传输速率分类：1。10Mbps集线器。2。100Mbps集线器。3。10Mbps/100Mbps自适应集线器。

    按集线器是或能够堆叠分类：1。普通集线器。2。可堆叠式集线器。

    按集线器是或支持网管功能：1。简单集线器。2。带网管功能的集线器。

    局域网交换机

    专用端口，共享端口。

    局域网交换机可以分为：

    1 简单的10Mbps交换机。

    2 10Mbps/100Mbps自适应的局域网交换机。

    3大型局域网交换机。

    双绞线组网方法

    采用多集线器的级联结构时，通常采用以下两种方法：

    1.使用双绞线，通过集线器的RJ-45端口实现级联。2.使用同轴电缆或光纤，通过集线器的向上连接端口实现级联。快速以太网组网方法

    千兆以太网组网方法

    结构化布线系统包括

    结构化布线系统与传统的布线系统最大的区别在于：结构化布线系统的结构与当前所连接的设备位置无关。

    结构化布线系统先预先按建筑物的结构，将建筑物中所有可能放置计算机及其外部设备的位置都布好了线，然后再根据实际所连接的设备情况，通过调整内部跳线装置，将所有计算机设备以及外部设备连接起来。

    智能大楼

    一个完善的智能大楼系统除了结构化布线系统以外，还应该包含以下几种系统：

    1 办公自动化系统。

    2 通信自动化系统。

    3 楼宇自动化系统。

    4 计算机网络。

    结构化布线系统的应用环境：1建筑物综合布线系统;2智能大楼布线系统;3工业布线系统

    建筑物综合布线系统的主要特点是：

    1 由于建筑物综合布线系统支持各种系统与设备的集成，能与现在所有的语音，数据系统一起工作，从而可以保护用户在硬件，软件，培训方面的投资。

    2 建筑物综合布线系统有助于将分散的布线系统，合并成一组统一的，标准的布线系统中。

    3 建筑物综合布线系统的结构化设计，使用户自己能够容易的排除故障，增强了系统安全性，便于管理。

    4 采用高性能的非屏蔽双绞线与光纤的建筑物综合布线系统，能够支持高达100Mbps，甚至更高的数据传输速率。

    智能大楼布线系统

    工业布线系统是专门为工业环境设计的布线标准与设备。

    网络互连的动力

    同种局域网使用网桥就可以将分散在不同地理位置的多个局域网互连起来。

    异型局域网也可以用网桥互连起来，ATM局域网与传统共享介质局域网互连必须解决局域网仿真问题。

    路由器或网关是实现局域网与广域网、广域网与广域网互连的主要设备。

    数据链路层互连的设备是网桥。网桥在网络互连中起到数据接收，地址过渡与数据转发的作用，它是实现多个网络系统之间的数据交换。

    网络层互连的设备是路由器。如果网络层协议不同，采用多协议路由器。

    传输层以上各层协议不同的网络之间的互连属于高层互连。实现高层互连的设备是网关。高层互连的网关很多是应用层网关，通常简称为应用网关。

    所谓网络互连，是将分布在不同地理位置的网络，设备相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联系统网络资源的共享。

    网络互连的要求

    网络互连的问题

    网络互连的功能有以下两类：1 基本功能。2 扩展功能。

    网桥是在数据链路层上实现不同网络互连的设备。

    网桥的基本特征

    网桥在局域网中经常被用来将一个大型局域网分成既独立又能互相通信的多个子网的互连结构，从而可以改善各个子网的性能与安全性。

    基于这两种标准(IEEE802.1，802.5)的网桥分别是：

    1 透明网桥(各网桥);2 源路选网桥(源结点)

    路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。

    需要每个局域网网络层以上高层协议相同，数据链路层与物理层协议可以不同。

    网关可以完成不同网络协议之间的转换。

    实现协议转换的方法主要是：

    1 直接将网络信息包格式转化成输出网络信息包格式 N(N-1);

    2 将输入网络信息包的格式转化成一种统一的标准网间信息包的格式 2N。

    一个网关可以由两个半网关构成。