第2讲局域网组网技术

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局域网的发展

计算机局域网(LAN-Local Area Network) 出 计算机局域网(LAN- 现在70年代末期 现在70年代末期 80年代标准化并获得了飞速发展和大范围的普 80年代标准化并获得了飞速发展和大范围的普 及 90年代步入更高速的发展阶段，目前LAN的使 90年代步入更高速的发展阶段，目前LAN的使 用已相当普遍 以太网站相当大比例

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局域网的定义 所谓的局域网，或称LAN(Local Area Network),一般由单位或部门组建，仅供该 单位内部使用，地理范围仅在数千米内的计算 机网络。 局域网一般应用于下列场合：– 范围为一个工作区(房间内)的计算机网络，其 覆盖距离为10 m数量级； – 范围为一个建筑物(楼宇内)的计算机网络，其 覆盖距离为100 m数量级； – 范围为一个园区(校园内、厂区内)的计算机网 络，这种情况也被称为校园网，其覆盖距离为1km 数量级。

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局域网的特点 地理分布范围较小，一般为数百米至数公里。可覆盖一幢大楼、 一所校园或一个企业，为一个单位所拥有，自行建设，不对外 提供服务 数据传输速率高，一般为10-100Mbps,目前已达Gbps/10Gbps 的局域网。 误码率低，一般在10-11-10-8以下。因为局域网通常采用短距 离基带传输，可以使用高质量的传输媒体，从而提高了数据传 输质量 网络设备一般包含OSI参考模型中的低三层功能，即涉及通信 子网的内容 协议简单、结构灵活 建网成本低、周期短 便于管理和扩充 局域网一般侧重于信息的高速共享； 广域网侧重于信息传输的准确性和安全性。

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局域网分类

以太网 令牌环网和FDDI 令牌总线网 ATM局域网 无线局域网

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总线拓扑结构总线型: 所有结点都直接连接到共享信道

优点：结构简单灵活，可靠性高，价格低廉 缺点：维修不便，可扩展性差– 总线网的缺点是若主干电缆某处发生故障，整个网络将瘫痪 – 当网上站点较多时，会因网络冲突增多而使效率降低

适用范围：负荷和输出的实时性要求不高的环境 典型标准：Ethernet 网络范例：10Base5 10Base2

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环型拓扑结构环型 : 结点通过点到点链路与相 邻结点连接

优点：路径单一，实时性高， 负载性好，适合光纤 缺点：灵活性差，价格高 适用范围：负荷大和实时性 要求高的环境 典型标准：Toke

n Ring / FDDI 网络范例： IBM Token Ring 光纤主干网

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星型拓扑结构星型 : 所有结点都连接到中央结点

优点：网络结构简单，维护和管理 容易，可扩展性好 缺点：中央节点负荷高，hub故障 可导致网络瘫痪 适用范围：广泛应用于个各种网络 典型标准：Ethernet Token Ring 网络范例： 10BaseT 注意：一般物理结构为星形 逻辑结构为总线或环形 Starto-Bus Star-to-Ring

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组合拓扑结构 实际组网时，组合使用各种拓扑结构 可把网络划分为几个相互连接的环形、星形或总线 拓扑组合的局域网

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局域网拓扑结构的选择

拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及具体的 媒体控制方法密切相关，应该考虑的主要因素 有下列几点 ： 可靠性 费用 灵活性 响应时间和吞吐量

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局域网的标准 早期的局域网网络技术都是各不同厂家所专有，互不兼容。 1980年2月，美国电气和电子工程师学会(IEEE)成立802课 题组，研究并制定了局域网标准IEEE 802 IEEE(美国电子电气工程师协会)推动了局域网技术的标准 化，由此产生了IEEE 802系列标准，这使得在建设局域网时可 以选用不同厂家的设备，并能保证其兼容性。 局域网标准定义了传输媒介、编码和介质访问等底层功能。 这一系列标准覆盖了双绞线、同轴电缆、光纤和无线等多种 传输媒介和组网方式，并包括网络测试和管理的内容。 要使数据通过复杂的网络结构传输到达目的地，还需要具有 寻址、路由和流量控制等功能的网络协议的支持。TCP/IP (传输控制协议/互联网络协议)是最普遍使用的局域网网络 协议。

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IEEE 802标准 IEEE 802标准与ISO/OSI参考模型的最低两层对应。– – – – – – – – – – – IEEE 802 标准系列 IEEE 802.1A 概述和系统结构 IEEE 802.1B 网络管理和网际互联 IEEE 802.2 逻辑链路控制 IEEE 802.3 CSMA/CD总线访问控制方法及物理层技术规范 IEEE 802.4 令牌总线访问控制方法及物理层技术规范 IEEE 802.5 令牌环网访问控制方法及物理层规范 IEEE 802.6 城域网访问控制方法及物理层技术规范 IEEE 802.7 宽带技术 IEEE 802.8 光纤技术 IEEE 802.9 综合业务数字网(Integrated Services Digital Network,ISDN) 技术 – IEEE 802.10 局域网安全技术 – IEEE 802.11 无线局域网

– 802.12 用于高速局域网的介质访问方法及相应的物理层规 范

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局域网的访问控制方

式 :媒体访问控制 总线或环型拓扑中，由于只有一条物理传输线路连接所有设备，因此，连 接到网络上的设备必须遵守一定的规则，才能避免冲突，确保传输媒体的 正常访问和使用 媒体访问控制: 控制网上各工作站在什么情况下才可以发送数据，以及在 发送数据过程中，如何发现问题及出现问题后如何处理等管理方法。 局域网的访问控制方式的分类 (1)争用型 在采取争用型访问控制方式的网络中，各站点按照先进先服务的原则争用 带宽。如果两个站点同时争用带宽资源，则出现碰撞现象，然后采取延时 重发的方法以试图避免冲突。 以太网采用的CSMA/CD访问控制方式是基于争用型的存取方法。 (2)定时型 在采取定时型访问控制方式的网络中，分配给每一个站点一个可采用的带 宽片。通过网络中连续循环的令牌(Token)控制时间，各站点轮流循环 使用带宽资源。 令牌环访问控制和令牌总线访问控制是基于定时型的存取方法。

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CSMA/CD访问控制 Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection 带有冲突检测的载波侦听多路访问 载波侦听(Carrier Sense):是指网络上各个工作站 在发送数据前，先要侦测总线上有没有数据传输。若 有数据传输(称总线为忙),则不发送数据；若无数 据传输(称总线为空),立即发送准备好的数据。 多路访问(Multiple Access):是指网络上所有工作 站收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播 式的。 冲突(Collision):为了避免冲突，工作站在发送数 据过程中还要不停地检测总线信号，如果工作站侦测 到冲突，则停止发送数据，并随机延迟一段时间后， 重新尝试发送数据。

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CSMA/CD/802.5 工作原理– – – – 载波侦听 多路访问 冲突检测 随机延迟后重发

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令牌环访问控制 Token Passing Ring 令牌环访问控制的工作原理如下： (1)网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行。令牌数据帧 包含一位“令牌/数据帧”标志位，标志位为“0”表示该令牌为 可用的空令牌，标志位为“1”表示有站点正占用令牌在发送数 据帧。 (2)当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌， 将令牌的标志位置为“1”,随后便可发送数据。 (3)环路中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目的 地址，若为本站点的地址，便读取其中所携带的数据。 (4)数据帧绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤消。同 时根据返回的有关信息确定所

传数据有无出错。若有错则重发 存于缓冲区中的待确认帧，否则释放缓冲区中的待确认帧。 (5)发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下一 个站点，以使其它站点获得发送数据帧的许可权。

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Token Ring/802.5 工作原理：– Step 1: 等待令牌，若为“闲”, goto step 2,否则继续等待 – Step 2: 置令牌为“忙”状态 – Step 3:源机器把信息与“忙” 状态的令牌一起发送出去 – Step 4: 目标机生成回答信息与 “忙”状态的令牌一起发送给 源机器 – Step 5:源机器置令牌为“闲” 状态，传给下一个主机

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标准以太网 早期的以太网只有10Mbps的吞吐量，一般称之为标准 以太网。标准以太网遵循IEEE 802.3标准，常见的标 准以太网络标准如下： ·10Base-5 使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m; ·10Base-2 使用细同轴电缆，最大网段长度为185m; ·10Base-T 使用双绞线电缆，最大网段长度为100m; ·10Base-F 使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps。 在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是 “Mbps”;中间的Base表示“基带”;最后的一个数 字表示单段网线长度(基准单位是100m)。

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快速以太网(Fast Ethernet)

随着网络的发展，传统标准以太网技术已无法 满足日益增长的网络数据流量需求，于是形成 了各种快速以太网技术。快速以太网遵循IEEE 802.3u标准， 常见的100Mbps快速以太网标准包括100BASETX、100BASE-FX和100BASE-T4。

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100BASE-TX

100BASE-TX是一种使用5类双绞线的快速以太 网技术。 它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于 接收数据。 100BASE-TX使用同10BASE-T相同的RJ-45连 接器，最大网段长度为100米，支持全双工的 数据传输。

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100BASE-FX

100BASE-FX是一种使用光缆的快速以太网技 术，可使用单模和多模光纤(62.5和125um), 单模光纤的传输距离一般比多模光纤要长。 100BASE-FX使用MIC/FDDI连接器、ST连接 器或SC连接器 根据使用的光纤类型和工作模式，其最大网段 长度可达150m、412m、2000m或更长至10公里， 它支持全双工的数据传输。 100BASE-FX特别适合于有电气干扰的环境、 较大距离连接、或高保密环境等情况。

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千兆以太网

千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术， 给用户带来了提高核心网络的有效解决方案。 千兆以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和 IEEE802.3ab。

IEEE802.3z制定了光纤和同轴电缆连接方案的 标准； IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接 方案的标准。