13.1局域網概述

——LAN的發展歷史20世紀70’s1974年英國劍橋大學劍橋環網1975年美國Xerox(施樂)公司實驗性以太網20世紀80’s局域網高速發展IEEE802委員會20世紀90’s至今10BASE-TFDDI100BASE-T千兆以太網ATM23.1局域網概述

——LAN的功能硬件資源共享軟件資源共享信息發布電子郵件辦公自動化33.1局域網概述

——LAN的分類令牌環網以太網廉價的網絡接口卡易于安裝使用廣泛高速度53.2相關概念局域網的幾個概念

帶寬：給定范圍內的最高頻率和最低頻率之差，代表網絡的通信能力。帶寬越大，數據傳輸越快

共享和交換

雙工：雙向同時通信

半雙工：雙方交替通信63.3局域網組成

——硬件系統7LAN的數據鏈路層按功能劃分為兩個子層：LLC和MAC功能分解的目的：將功能中與硬件相關的部分和與硬件無關的部分分開，降低實現的復雜度。局網特點：共享信道(如總線)。需要解決介質訪問控制(MAC)問題。分層可以使幀的傳輸獨立于介質和MAC方法。LLC：與介質、拓撲無關；MAC：與介質、拓撲相關。9MAC子層的地址IEEE802標準為每個DTE規定了一個48位的全局地址，它是站點的全球唯一的標識符，與其物理位置無關。——MAC地址（物理地址）MAC地址為6Byte（48位）。MAC地址的前3個字節（高24位）由IEEE統一分配給廠商，低24位由廠商分配給每一塊網卡。網卡的MAC地址可以認為就是該網卡所在站點的MAC地址。10LAN的網絡層和高層網絡層由于IEEE802局域網拓撲結構簡單，一般不需中間轉接，所以網絡層的很多功能(如路由選擇等)是沒有必要的，而流量控制、尋址、排序、差錯控制等功能可在數據鏈路層完成，故IEEE802標準沒有單獨設立網絡層。高層局域網的高層尚未定義，一般由網絡操作系統（NOS）來實現，如Unix、WindowsNT、Netware等。11IEEE802標準的主要成員802.2-邏輯鏈路控制LLC802.3-CSMA/CD（以太網）802.4-TokenBus（令牌總線）802.5-TokenRing（令牌環）802.6-分布隊列雙總線DQDB--MAN標準802.8–FDDI（光纖分布數據接口）802.11–無線LAN133.3.2介質訪問控制(MAC)載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect令牌傳遞(TokenPassing) TokenRing TokenBus FDDI(雙環)143.3.2介質訪問控制

——CSMA：載波監聽多點訪問工作原理發送前監聽。每個站點在發送數據之前要監聽信道上是否有數據在傳送。若有，則此站不能發送，需等待一段時間后重試。載波監聽策略：非堅持CSMA：一旦監聽到信道忙，就不再監聽；延遲一個隨機時間后再次監聽。堅持CSMA：監聽到信道忙時，仍繼續監聽，直到信道空閑。

1-堅持CSMA：一聽到信道空閑就立即發送數據

p-堅持CSMA：聽到信道空閑時，以概率p發送數據（以概率1-p延遲一段時間后再發送）153.3.2介質訪問控制

——令牌環（IEEE802.5）拓撲結構：點到點鏈路連接，構成閉合環操作流程1）誰可以發送幀，是由一個沿著環旋轉的稱為“令牌”（TOKEN）的特殊幀來控制的。只有拿到令牌的站可以發送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待。

17令牌環（IEEE802.5）的操作1）誰可以發送幀，是由一個沿著環旋轉的稱為“令牌”（TOKEN）的特殊幀來控制的。只有拿到令牌的站可以發送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待。

2）拿到令牌的站將令牌轉變成訪問控制頭，后面加掛上自己的數據進行發送。18令牌環（IEEE802.5）的操作(續1)3）數據幀通過任何一個站點(除源站點外)時，該站點都要把幀的目的地址和本站地址相比較：a)如果地址相符合，則將幀拷貝到接收緩沖器，供高層軟件處理，同時將幀送回環中；b)如果地址不符合，則直接將幀送回環中。

19TokenRing/802.5的操作舉例AT=0TAT=0TAT=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）幀循環一圈后A將數據幀回收并放出空令牌A有數據要發送，它抓住空令牌A將令牌修改為數據幀，并加掛數據213.3.2介質訪問控制

——令牌總線(IEEE802.4)特點：物理上是總線網，邏輯上是令牌網傳輸機制為以太網和令牌環的結合：

物理傳輸采用廣播方式；介質訪問控制采用令牌方式。22令牌環（IEEE802.5）的操作1）誰可以發送幀，是由一個沿著環旋轉的稱為“令牌”（TOKEN）的特殊幀來控制的。只有拿到令牌的站可以發送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待。

2）拿到令牌的站將令牌轉變成訪問控制頭，后面加掛上自己的數據進行發送。233.3.4網絡操作系統(NOS)NOS的基本功能⑴支持網絡通信⑵支持多用戶使用⑶提供統一、友好的網絡操作環境25網絡操作系統

——UnixBellLab.開發的多任務通用操作系統Unix的特點⑴技術成熟，穩定性和可靠性高⑵極強的伸縮性⑶網絡功能強⑷強大的數據庫支持能力⑸開放性好、開發功能強26網絡操作系統

——WindowsNT/Windows2000WindowsNT/2000的特點⑴內置網絡功能⑵友好的界面⑶實現多種網絡結構模式⑷配套產品豐富27網絡操作系統

——Linux免費且提供源代碼的操作系統Linux的特點⑴遵守GPL的自由軟件⑵與Unix相似⑶支持多種硬件平臺293.4局域網結構對等網絡結構專用服務器主叢式結構303.5常用局域網10Base5粗同軸10Base2細同軸10BaseT雙絞線10BaseFMMF100BaseT雙絞線100BaseFMMF/SMF1000BaseX屏蔽短雙絞線/MMF/SMF1000BaseT雙絞線數據率（Mbps）基帶或寬帶Base，Broad段最大長度（百米）或介質類型（T，F，X）10

Base

531傳輸媒體(介質)磁介質

高帶寬、低費用、高延時（小時）例：7GB/8mm，1000盤/50*50*50cm，24h可送到任何地方。總容量=7*1000*8Gbits，總時間=24*60*60=86400s傳送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s金屬導體雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線介質：無線電、短波、微波、衛星、光波32●雙絞線內導體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外套--螺旋絞合的雙導線，≈1mm--每根4對、25對、1800對--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優缺點：成本低密度高、節省空間安裝容易（綜合布線系統）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短33屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音3類、5類、6類（16M、155M、1200M）雙絞線外沒有任何附加屏蔽34●同軸電纜基帶同軸電纜

一條電纜只用于一個信道，50，用于數字傳輸寬帶同軸電纜

一條電纜同時傳輸不同頻率的多路模擬信號，75，用于模擬傳輸，300—450MHz，100km，需要放大器

銅芯絕緣層外導體屏蔽層保護套35細同軸

--50，D=1.02cm，10Mbps

--185m、4中繼、5段（925m）

--優缺點：價格低 安裝方便（T型連接器、BNC接頭、Terminator） 抗干擾能力強 距離短 可靠性差粗同軸--75，D=2.54cm，10Mbps--500m、4中繼、5段（2500m）

--優缺點：價格稍高 安裝方便（收發器、收發器電纜、Terminator） 抗干擾能力強 距離中等 可靠性好

36●光纖依靠光波承載信息速率高，通信容量大

僅受光電轉換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便37光纖傳輸原理——利用了光的反射

光從一種介質入射到另一種介質時會產生折射。折射量取決于兩種介質的折射率。當入射角≥臨界值時產生全反射，不會泄漏。

光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低

亮度調制，有脈沖-1，無脈沖-0

光傳輸系統：光源、介質、光檢測器 光源:850nm/1300nm/1500nm發光二極管/激光二極管 介質:光纖 光檢測器:光電二極管PIN/雪崩二極管APD

單向傳輸，雙向需兩根光纖38●光纖傳送模式：MMF、SMF多模MMF

輸入電信號輸出電信號單模SMF

波長:1300,1550nm波長:850,1300nmh2h1芯/封套特性h1h2光纖的直徑減小到一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播單束光線沿直線傳播39●典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內芯單芯光纜多芯光纜玻璃內芯塑料外套玻璃封套外殼常見規格：玻璃內芯——50um緩變型MMF 62.5um緩變/增強型MMF 8.3um突變型SMF 玻璃包層——125um40●高密度多芯光纜剖面結構芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束41●無線介質使用電磁波或光波攜帶信息無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾42無線電固定終端點（基站）和終端之間是無線鏈路BS基站用戶計算機和終端BS基站覆蓋的無線電區域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率43地面微波接力兩個地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路微波傳送塔44地球同步衛星與地面站相對固定位置使用3個衛星覆蓋全球傳輸延遲時間長22,300公里地球45常用傳輸媒體的比較46常用局域網

——10Base2細同軸電纜，可靠性稍差

BNCT型接頭連接

總線型拓撲用于辦公室LAN細纜BNC接頭NIC每段最大長度185m每段最多站點數30兩站點間最短距離0.5m網絡最大跨度925m網絡最多5個段4710BaseT雙絞線介質（UTP）以Hub（集線器）為中心節點。Hub－多端口轉發器。

拓撲結構為星形，邏輯上仍然是總線形。

轉發器/中繼器的作用：將信號放大并整形后再轉發，消除信號傳輸的失真和衰減。轉發器/中繼器/HUB——物理層設備(工作在物理層)。用于小型LAN。NICHUB段最大長度100m4810BaseF使用光纖進行長距離連接，例如建筑物間連接。星形拓撲結構最常見的布線標準：

10BaseFL-異步點到點鏈路，鏈路最長2km49常用局域網——交換式以太網以網絡交換機為主干的以太網拓撲仍為星形結構（總線/HUB→LAN_SWITCH）為何要使用網絡交換機？以太網——共享介質網絡共享介質網絡中站點數的增加將導致LAN的性能降低，相當于多個子信道分享通信線路。解決：網絡分段(減少站點數)→網絡交換◆基于網絡交換機的網絡：允許多個信道同時傳輸信息，不受CSMA/CD的限制，網絡總帶寬=（n/2～n）*10Mbps，每個連接的帶寬為10Mbps；50常用局域網——交換式以太網使用交換機后，可建立多個并發的通信。例如：8個端口可建立4個并發通信，總帶寬=(8/2)*10Mbps=40Mbps在訪問服務器的流量非常大的網絡中，可在交換機上設置1-2個高速端口(100Mbps/1Gbps)，把服務器與該高速端口相連，便可大大提高服務器訪問的速度。這種連接服務器的方法又稱為Big-Pipe。10Mbps網絡交換機51常用局域網

——交換式以太網交換機的兩種用法(以10Mbps網絡交換機為例)：(1)

端口下接站點：站點獨占10Mbps帶寬(2)

端口下接網段：網段中所有站點共享10Mbps帶寬共享10M獨享10M共享10M獨享10M網絡交換機SwitchHUBHUB52常用局域網

——100Mbps快速以太網又稱快速以太網(FastEthernet，FE)，包括100Base-TX和100Base-FX。與10Mbps網絡的比較：拓撲結構和媒體布線方法幾乎完全一樣；傳輸率快10倍；幀結構和介質訪問控制方式沿用IEEE802.3。

3種不同的物理層標準：MAC子層100BaseFT100BaseTX2對5類UTP光纖4對3類UTP100BaseT453快速以太網組成實例網卡(外置或內置收發器)、收發器(外置)與收發器電纜集線器（雙絞線或光纖接口）雙絞線及光纜外置光纖收發器光纖100BaseFX集線器100BaseTX集線器100BaseTX集線器光纖插有光纖接口網卡UTP5UTP5UTP5UTP5光纖UTP554常用局域網

——FDDI(FiberDistributedDataInterface)網絡由雙環構成，可靠性高。傳輸速率為100Mbps。介質訪問控制方法采用TokenPassing，類似于令牌環。傳輸介質主要為光纖，網絡覆蓋范圍較大(幾十km)。集中器集中器令牌服務器55高速局域網

——千兆以太網(GE:GigabitEthernet)兩種標準：802.3z和802.3ab802.3z1000BaseX屏蔽短雙絞線/MMF/SMF802.3ab1000BaseT無屏蔽雙絞線(5類，6類)連接距離較短：1000BaseX:雙絞線-25米；MMF-550米；SMF-3km1000BaseT:5類雙絞線－100米

拓撲結構和媒體布線方法同10/100BaseT相同；傳輸速率比100BaseT快10倍；

幀結構和介質訪問控制方式仍沿用IEEE802.3。允許網絡平滑升級到千兆主干，具有較好的兼容性。56無線局域網傳輸方式無線電波紅外線網絡拓撲無中心拓撲有中心拓撲

網絡接口物理層數據鏈路層57LAN的擴展（LAN互連）—網橋LAN互連的必要性：地域限制、負載問題、互通問題、安全問題LAN互連的困難：幀格式不同、傳輸速率不同、最大幀長不同LAN互連的實現：中繼器/HUB－在物理層上實現互聯網橋－在數據鏈路層上實現互聯路由器－在網絡層上實現互聯58●用網橋實現多個網段互連hub10Base2-細纜Ethernet10Base5粗纜Ethernet10BaseT-雙絞線routerserverhub網橋網段3網段410Base5粗纜Ethernet網段1網段259●用網橋進行LAN擴展的缺點：

時延增加

沒有流量控制功能，重載時會丟失幀

不能防止廣播風暴（廣播消息仍會泛濫到網橋所連接的各個網段）●兩種類型的網橋：透明網橋（TransparencyBridge）源選徑網橋（SourceRoutingBridge）601.IEEE802.1透明網橋特點：由網橋實現路由選擇，網橋和路由對站點透明網橋采用存儲、轉發方式，需要有足夠緩存網橋有尋址和路由選擇能力，路由選擇采用查表法：網橋內的端口-地址表描述了到達每個站點的路由。端口號MAC地址123111221313233321LANxLANyLANz連接三個網段的網橋端口-地址表的結構61選路方法：（參考上圖）假定網橋開機后從端口1收到來自LANx的幀，它就查端口-地址表：.若目的MAC地址在本端口的表項中，則丟棄此幀.若目的MAC地址在其他端口的表項中，則把幀