第5章局域网基础.ppt
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1、2019/6/16,1,第5章 局域网基础,2019/6/16,2,局域网的发展方向,速度越来越快 距离越来越远 有线向无线过渡,2019/6/16,3,内容目录,2019/6/16,4,5.1 局域网概述,5.1.1 局域网的定义和特点 局域网LAN(Local Area Net)是一个数据传输系统,它将有限地理范围内的多种信息设备联接起来,实现数据通信和资源共享。 其主要特点: 1 覆盖有限的地理范围。 2 具有较高的数据传输速率和较低的误码率。 3 网络结构简单、组网方便等特点,一般由一个单位或部门建设、管理及维护。,2019/6/16,5,决定局域网特性三个关键技术,传输介质 拓扑结构
2、 介质访问控制方法,本章难点MAC (Media Access Control),2019/6/16,6,5.1.2 局域网的组成,工作站(PC机) 服务器 网络接口卡 集线器、交换机 传输介质,2019/6/16,7,1. PC机 PC机通过网卡经传输介质连接到集线器或网络交换机 上,通过交换机实现与网络服务器及其它PC机之间的通 信。 2. 服务器 在集中控制型局域网中,通常设置专门的网络服务器作 为局域网的核心控制计算机,用于控制局域网内的网络资 源及网络用户管理。,5.1.2 局域网的组成,2019/6/16,8,网卡:网络接口卡 ,简称NIC(Network Inteface Car
3、d),又称网络适配器。 网卡的分类 按传输介质访问方法:以太网卡、令牌环网卡、FDDI网卡、ATM网卡等; 按带宽:10Mbps、100Mbps、 10/100Mbps自适应网卡、1000M网卡和10G网卡等; 按传输介质分类,目前主流网卡可分为双绞线以太网(RJ-45接口)、光纤接口网卡和无线网卡(常为USB接口),3. 网卡:网络接口卡,卡,2019/6/16,9,2019/6/16,10,网卡的功能是在发送方将内存中的数据转换为相应信号发送到传输介质上,在接收方网卡将从传输介质上接收到信号转换为计算机能够处理的数据。 具体来讲,网卡有如下功能: 数据的封装与解封:即将逻辑链路(LLC)子
4、层交下来的LLC帧加上MAC(介质访问控制)子层的首部和尾部,成为MAC帧。接收时MAC层剥去首部和尾部,形成LLC帧,然后送交LLC子层; 链路管理:主要是MAC子层协议的实现; 编码与译码:即曼彻斯特编码与译码。,网卡的功能,2019/6/16,11,每个网卡在出厂时都赋予了一个全世界范围内唯一的物理地址。没有两个网卡具有相同的物理地址。 物理地址固化在网卡的ROM中,被称为网卡的物理地址或MAC地址 MAC地址长度为48位,6个字节,常用16进制数表达,如0000.0c12.3456 IEEE的注册管理委员会RAC(Registration Authority Committee)是局域
5、网全球物理地址的法定管理机构,所有的网卡制造商向IEEE申请购买一个由前3个字节组成网卡地址块,每个制造商只能使用所购买的许可范围内的地址。,网卡的物理地址,2019/6/16,12,4.集线器,集线器(Hub)是局域网中重要的部件之一。集线器实质上是一个多端口的中继器,工作在OSI参考模型的物理层。基于集线器的网络属于共享介质局域网,即共享总线带宽。 随着集成技术的发展,集线器与交换技术的结合产生了交换式集线器(Hub/Switch)。交换式集线器是一种新型的网络互连设备,它不但能使网络分段,而且还增加了线路交换功能,提高了网络传输的带宽。,2019/6/16,13,2019/6/16,14
6、,5. 交换机,交换机是现代局域网的核心网络设备,负责局域网内各站点间的数据通信。站点和交换机间采用星型拓扑结构连接,交换机接收所有站点发送的数据,并根据数据帧目的地址将其转发给对应站点。,集线器就是一种采用共享式工作状态的设备,采用广播的形式传输数据。而交换机上的所有端口均有独享的信道带宽,以保证每个端口上数据的快速有效传输 。,2019/6/16,15,6. 传输介质,传输介质是整个网络的神经系统。它将网络中的各站点从物理上连接起来,从而能够进行各类数据和信息传输。 传输介质的质量和传输性能直接影响着网络的传输质量和传输性能。 传输介质像交通道路一样是网络建设的基础设施。局域网根据应用环境
7、可采用有线、无线等多种传输介质。,2019/6/16,16,5.2 IEEE802局域网标准,5.2.1 局域网模型与标准 5.2.2 IEEE 802.3以太网标准 5.2.3 IEEE 802.5令牌环 5.2.4 IEEE 802.4令牌总线网,2019/6/16,17,5.2 IEEE802局域网标准,5.2.1 局域网模型与标准 1. 局域网模型 随着早期局域网的不断发展,局域网产品的数量和种类不断增加。为了能规范局域网的发展,业界迫切希望有一个局域网国际标准。 1980年2月,美国电气和电子工程师学会IEEE成立了局域网标准委员会(IEEE 802委员会),专门从事局域网标准化工作
8、,并且制定了IEEE 802局域网标准。,2019/6/16,18,1. 局域网模型,LLC子层基本功能是完成数据链路上的数据帧传输和控制。LLC层对于所有的LAN协议来说都是相同的。 MAC子层基本功能是解决共享介质的竞争使用问题。它包含了数据传递所必须的同步、标记、流量和差错控制的规范,并包括下一个接收数据帧站点的物理地址。MAC协议对于不同的LAN是不同的。,2019/6/16,19,2. 局域网标准,IEEE 802标准是一个系列标准,该系列标准包括以下四类: (1) IEEE 802.1标准 IEEE 802.1标准定义了局域网的体系结构、网际互连、网络管理和性能测试. (2) IE
9、EE 802.2标准 IEEE 802.2标准定义了逻辑链路控制子层LLC的功能与服务.,2019/6/16,20,(3) 不同局域网的相关标准,此类分别定义了不同介质访问控制的标准,其中最重要的为802.3标准。 IEEE 802.3:CSMA/CD总线网,即CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层技术规范。 IEEE 802.4:令牌总线网,即令牌总线网的MAC子层和物理层技术规范。 IEEE 802.5:令牌环形网,即令牌环形网的MAC子层和物理层技术规范。 IEEE 802.6:城域网,即城域网的MAC子层和物理层技术规范。 IEEE 802.7:宽带局域网标准。 IEEE 802.8
10、:光纤传输标准。 IEEE 802.9:综合话音数据局域网标准。 IEEE 802.10:可互操作的局域网安全性规范。,2019/6/16,21,(4) 无线网标准,IEEE 802.11:无线局域网标准,目前有802.11、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n等标准,主要用于100m范围内的无线数据传输。 IEEE 802.14:电缆调制解调器(Cable Modem)标准。 IEEE 802.15:无线局域网标准,主要用于10m内的短距离无线通信,主要技术为蓝牙等。 IEEE 802.16:无线城域网标准,也被称为WiMax技术,主要用于10km范围内的固定及移动
11、无线数据传输。 IEEE 802.20:无线广域网,基于IP的无线全移动网络技术。,2019/6/16,22,IEEE 802系列标准关系,2019/6/16,23,5.2.2 IEEE 802.3传统以太网标准,1.802.3局域网概述 802.3局域网又可称为以太网 这种网络最早是由美国公司Xerox(施乐)研究成功的。IEEE 802.3是在以太网的基础上制订的局域网国际标准。 术语:以太网、CSMA/CD 和 IEEE802.3 是通用的。,2019/6/16,24,5.2.2 IEEE 802.3以太网标准,物理层: 802.3标准将物理层又细分为两个子层,即物理信令PLS(Phys
12、ical Signaling)子层和物理介质连接件PMA(Physical Medium Attachment)子层。PLS子层的主要功能是进行曼彻斯特编码译码,以及进行载波监听,并向MAC层提供服务。PMA子层的主要功能是完成冲突检测、超长控制以及发送接收串行比特流。 按照802.3 标准规定,PLS子层和PMA子层可在不同设备中实现,也可在同一个设备中实现。根据PLS子层和PMA子层不同的实现方法,形成了802.3以太网的两种物理层结构。,2019/6/16,25,2019/6/16,26,5.2.2 IEEE 802.3以太网标准,MAC层: 以太网不提供任何确认接收到帧的应答机制,确认
13、必须在高层完成。这使它成为一种不可靠的介质。 IEEE 802.3 定义了一种具有7个字段的MAC数据帧,最短要求是64字节,最长要求是1518字节。其结构如下图所示。,2019/6/16,27,MAC层,前导码也称为前同步码,占7个字节、56位,每个字节固定为10101010,其作用是警告系统接收即将到来的数据帧并提供时钟脉冲,使接收方实现比特同步。,2019/6/16,28,MAC层,起始分界符占1个字节,位模式固定为10101011,它表示一个有效MAC帧的开始,即MAC帧长度从此字段以后的目的地址字段开始计算。,2019/6/16,29,MAC层,目的地址字段占用6个字节、48位,标记
14、数据帧下一个目的站的物理地址,即MAC地址。 MAC子层有三类目的地址,即单个地址、组地址和广播地址。当最高位为“0”时,为单个地址,为“1”时,为组地址,当全为“1”时,为广播地址。,2019/6/16,30,MAC层,源地址字段占用6个字节、48位,它和目的地址长度相同,但是没有组地址。,2019/6/16,31,MAC层,PDU长度字段占用两个字节,指明PDU的字节数。,2019/6/16,32,MAC层,数据字段即是从LLC子层交下来的整个LLC帧,占461500个字节。数据字段有一个最小长度要求46字节。当LLC子层传输下来LLC帧不够长时,需要在此字段进行数据填充。由于数据字段最短
15、是46字节,最长为1500字节,则MAC帧的最短要求是64字节,最长要求是1518字节(从目的地址字段到FCS字段)。,2019/6/16,33,MAC层,FCS序列字段占用4个字节,提供对目的地址、源地址、PDU长度、数据字段等前4个字段的CRC检验。,2019/6/16,34,几种传统以太网标准,802.3 MAC,MAC层,物理层,10BASE-5 粗同轴电缆,10BASE-2 细同轴电缆,10BASE-T UTP双绞线,10BASE-F 光缆,10BROADS-36 宽带同轴电缆,IEEE 802.3 标准系列,2019/6/16,35,(1) 10BASE-5:粗以太网,10BASE
16、-5的拓扑结构是总线型 10BASE-5所采用的传输介质是50、直径为0.4英寸的基带粗同轴电缆,所以10BASE-5又称为粗缆以太网。“5”表示每一段电缆的最大长度为500M。 如果距离需要延长,就要安装第二个网段,两个网段之间用中继器或路由器连接,2019/6/16,36,2019/6/16,37,(2) 10BASE-2:细以太网,10BASE-2又称为细缆以太网,使用的同轴电缆直径为0.25英寸,它是作为10BASE-5的一种替代方案而制定的。每个网段长度较短,最长只有185M。 对于许多小型网来说, 10BASE-2是一个即廉价又简单的方案,所以往往用于PC局域网,2019/6/16
17、,38,2019/6/16,39,(3) 10BASE-T,“T”代表双绞线星型网。 10BASE-T采用以集线器为中心的星型拓扑结构,使用标准的RJ-45插头与五类非屏蔽双绞线UTP连接网卡和集线器。 因为UTP双绞线的传输质量相对较差,每个网段的距离只有100M 10BASE-T以太网奠定了后续以太网技术的基础,2019/6/16,40,2019/6/16,41,(4) 几种以太网比较,2019/6/16,42,5.2.3 IEEE 802.5令牌环,令牌环网最早于1969年由美国贝尔实验室首先研制成功,由于环上仅有一个令牌,故又称为单令牌网 令牌环网是一种环形拓扑结构,采用曼彻斯特编码,
18、属于共享介质局域网。为了避免冲突,一个令牌环中只允许有一个令牌。令牌是一种特殊的MAC控制帧,当环正常工作,令牌总是沿着物理环单向移动。,2019/6/16,43,1. 令牌环的工作原理,令牌环中只允许有一个令牌,即为单令牌方式。 令牌是一种特殊的MAC控制帧,当环正常工作时,令牌总是沿着物理环单向移动。 结点A有数据发送给结点C,必须等到空闲令牌到来。 当结点A获得空闲令牌后,而且优先级允许持有它,则将令牌标志由“闲”置为 “忙”,然后开始发送数据帧。 当数据帧经过目的地站C,一方面复制,一方面转发给下一 站。 数据帧回到A,A结点检测并吸收,再生成一新令牌继续流动,等待要发送数据的站截获它
19、。,2019/6/16,44,2019/6/16,45,2. 令牌环MAC帧格式,IEEE802.5定义了3种MAC帧的格式: 令牌帧 数据帧 异常终止帧,2019/6/16,46,(1) 令牌帧,SD为起始定界符,标志着帧的开始 ; ED为结束定界符,标志着帧的结束; AC为访问控制字段。PPP是优先级位,T是令牌位,M是监督位,RRR为预约优先级位。PPP位与RRR位在没有优先级的环路中不起任何作用,都被置为0. 在有优先级的环路中,3个字节的优先级字段PPP可以构成8种不同的优先级。,2. 令牌环MAC帧格式,2019/6/16,47,2. 令牌环MAC帧格式,Bytes,1,1,1,S
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