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第4章 局域网技术 本章要点: ◆ 了解局域网的特点和网络适配器的作用和分类 ◆ 掌握局域网介质访问控制方法CSMA/CD和Token

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1 第4章 局域网技术 本章要点: ◆ 了解局域网的特点和网络适配器的作用和分类 ◆ 掌握局域网介质访问控制方法CSMA/CD和Token
第4章 局域网技术    本章要点: ◆   了解局域网的特点和网络适配器的作用和分类 ◆   掌握局域网介质访问控制方法CSMA/CD和Token  ◆   了解以太网标准、特点、分类和体系结构  ◆   掌握10兆以太网、快速以太网和千兆位以太网    技术  ◆   掌握交换的概念、交换式以太网及全双工以太网  ◆   了解令牌环工作原理和令牌环网技术  ◆   了解FDDI网络技术

2 第4章 局域网技术 目 录 4.1 局域网概述 4.2 以太网 4.3 快速以太网(Fast Ethernet) 4.4 交换式以太网
第4章 局域网技术    目  录  4.1 局域网概述 4.2 以太网 4.3 快速以太网(Fast Ethernet) 4.4 交换式以太网 4.5 千兆位以太网(Gigabit Ethernet) 4.6 令牌环网 4.7 令牌总线 光纤分布数据接口FDDI

3 4.1 局域网概述   局域网只涉及通信子网的功能,它是同一个网络中节点与节点之间的数据通信问题,它不涉及网络层。数据链路层分为成媒体访问控制MAC和逻辑链路控制LLC两个子层,LLC子层与所使用的传输介质无关,仅让MAC子层根据物理介质处理介质访问控制方法。 局域网的特点   1. 局域网(LAN)具有以下特点:   l  地理分布范围较小   l  数据传输速率高   l  误码率低   l  局域网的归属较为单一   l  一般采用分布式控制和广播式通信   l  协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充   2. 构建局域网需要考虑的问题   拓扑结构、传输介质、介质访问控制方法、通信协议和布线技术。   3. 局域网的拓扑结构

4 4.1 局域网概述 4.1.1 局域网的特点 4.1.2 局域网的介质访问控制方法
4.1 局域网概述 局域网的特点 局域网的介质访问控制方法   1. 具有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)- “争用型”   l  采用随机访问和竞争机制(“争用型”)。站点以帧的形式发送数据,所有连接在信道上的设备都能检测到该帧。当某个站点检测到目的地址和本站地址相符时,就接收该帧,并给源节点返回一个响应。   l   “冲突(collision)”是指二个以上的站点同时发送帧,造成不同信号的叠加互相破坏而变成无意义的噪声,因此要进行冲突检测。   l   “载波侦听”并不能完全消除冲突,如图所示。   l 同一个冲突域中检测一个冲突的时间为两个站点之间传播时延(载波信号从一端发送到另一端接收所需时间间隔)的两倍,如图所示。

5 4.1 局域网概述 4.1.1 局域网的特点 4.1.2 局域网的介质访问控制方法
4.1 局域网概述 局域网的特点 局域网的介质访问控制方法  1. 具有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)- “争用型”  2. 令牌(Token)技术- “轮询型”   采用轮流访问的公平方式,类似“击鼓传花”游戏。Token技术最初用在环型拓扑结构中,它使用一个称为令牌的特殊短帧,可以把令牌当作一个通行证,网络中只有取得Token的节点才可以发送数据。当网络中没有站点发送数据时,令牌就沿环高速单向绕行。   令牌访问介质方式的优点是: l  不存在竞争,因此不会出现冲突,常用于高负荷通信量较大的网络。 l 令牌绕环一周的时间固定,实时性好,适用于控制型或实时性要求 较高的场合。 l 令牌单向流动,因此可使用带宽高的光纤作为传输介质。 l 可以设置优先级,适用于集中管理。 l 负荷较高时,有较好的响应方式。

6 4.1 局域网概述 4.1.1 局域网的特点 4.1.2 局域网的介质访问控制方法 4.1.3 网络适配器
4.1 局域网概述 局域网的特点 局域网的介质访问控制方法 网络适配器   1. 网络适配器功能   完成物理层和数据链路层的功能,实现并行数据和串行信号之间的转换、数据帧的装配与拆装、介质访问控制和数据缓冲等   2. 网卡的种类   l  按传输速率分为10Mbps、100Mbps、10/100Mbp和1000Mbps网卡   l  按传输数据信号的位数可分为8位、16位和32位网卡   l  按接口分为AUI接口网卡、BNC接口网卡、RJ-45接口网卡、ST、SC插头网卡和无线网卡等   l  按总线插槽接口可分为ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA   3. Ethernet网卡   Ethernet网卡已将CSMA/CD功能集成到网卡中,并负责执行IEEE 802.3所规定的规程, 如构成帧,计算帧检验序列、执行曼彻斯特编码译码转换等。   4. NIC地址 带RJ-45和BNC接口的网卡 USB接口网卡

7 4.2 以太网  之所以称为以太网,源于“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播”这一想法。后来由Xerox、DEC和Intel三家公司联合,开发局域网组网规范。 以太网标准和分类   IEEE 802.3定义的以太网标准分为10兆以太网、快速(百兆)以太网、(Fast Ethernet)、 千兆位以太网(Gigabit Ethernet)等。 以太网的体系结构   1. 以太网体系结构   2. 协议数据单元PDU   3. MAC帧格式

8 4.2 以太网 4.2.1 以太网标准和分类 4.2.2 以太网的体系结构 4.2.3 以太网特点
4.2 以太网 以太网标准和分类 以太网的体系结构 以太网特点 以太网使用CSMA/CD介质访问控制方式,在数据链路层传输的数据是帧,物理拓扑结构可以为总线、星型和树型结构,但其逻辑上却都是总线结构。 以太网结构简单,易于实现,技术相对成熟,网络连接设备的成本越来越低。以太网类型较多,但互相兼容,不同类型的以太网可以很好地集成在一个局域网中,它的扩展性也很好。因此,当前组建局域网、校园网和企业网的单位都把以太网作为首选。

9 4.2 以太网 4.2.4 10兆以太网 1. 10Base5 2. 10Base2 3. 10Base-T 4. 10Base-F
4.2 以太网 兆以太网 1. 10Base5 2. 10Base2 3. 10Base-T 4. 10Base-F 5. 10Broad36 6. 10兆以太网的中继规则   10兆以太网的中继规则(也称黄金规则)为 规则。 l  从任一个发送端到接收端之间只能有5个网段 l  从任一个发送端到接收端之间只能经过4个中继器 l  其中的3个网段可增加站点 l  另2个网段只能作为中继链路,不能连接站点 l  整个网络组成了1个冲突域 实际组建以太网时可将几种标准混合使用,如图所示。

10 4.3 快速以太网(Fast Ethernet) 4.3.1 冲突直径的计算
冲突直径的计算 10兆以太网的冲突域直径为2500m,一个站点应在整个帧传送完毕前能检测到是否有冲突。快速以太网速度提高了10倍,因此传输一个最小帧(512位),时间会降低10倍,即需要花费5.12ms,如图所示。为了不改变帧的最小长度,应该让冲突域降低10倍,即从2500m降到250m,这样如果发生冲突,能使发送方检测到。

11 4.3 快速以太网(Fast Ethernet) 4.3.1 冲突直径的计算 4.3.2 10兆以太网和快速以太网的区别
冲突直径的计算 兆以太网和快速以太网的区别   1. 10兆以太网和快速以太网的相同点   2. 10兆以太网和快速以太网的不同点   3. 4B/5B编码   4. 100Base-T的应用

12 4.3 快速以太网(Fast Ethernet) 4.3.1 冲突直径的计算 4.3.2 10兆以太网和快速以太网的区别
冲突直径的计算 兆以太网和快速以太网的区别 快速以太网的物理层   1. 100Base-TX   Base-FX   3. 100Base-T4   4. 100Base-T2

13 4.4 交换式以太网 交换的提出 共享式以太网平分网络带宽,网络中的站点属于同一个冲突域。而交换技术受传统的电路交换的启示,让正在通信的双方拥有一条不受干扰的独立信道。交换式以太网可以实现多对用户之间的点-点通信。 交换式以太网   交换机是一种特殊的网桥,它的一个端口是一个冲突域。交换机能够识别出帧的目的地址,并把帧只发送到目标站点连接的相应端口,而不是像共享式以太网中将帧发送到全网中的所有站点。交换机工作原理如图所示。 A B C M N   O P Q   X

14 4.4 交换式以太网 4.4.1 交换的提出 4.4.2 交换式以太网 4.4.3 共享式以太网和交换式以太网的区别
4.4 交换式以太网 交换的提出 交换式以太网 共享式以太网和交换式以太网的区别   l  信道类型不同   l  带宽的区别   l  通信方式的区别   l  拓扑结构不同 全双工以太网   共享式以太网因为共享传输介质,因此都是以半双工方式工作的。采用双绞线和交换机为全双工操作提供了可能,双绞线可以为一个站点发送数据和接收数据提供单独的线路,而同轴电缆却不能做到这一点。 全双工以太网一定是交换式以太网,而交换式以太网不一定是全双工以太网。

15 4.5 千兆位以太网(Gigabit Ethernet)
千兆位以太网的MAC帧   千兆位以太网和快速以太网相比,速度提高了10倍,如果帧长度和快速以太网相同,网络直径将会降到20m。为了使千兆位以太网在保持G级速率的条件下仍能维持200多米的网络直径,采用了下面两种技术。   l  载体扩展   l  数据包突发技术   数据包突发技术是允许发送端每次发送多个帧,如果帧的长度太短,只需要在第一帧添加载体扩展信号。如果第一帧发送成功,后续帧可连续发送,而不需要添加载体扩展信号。

16 4.5 千兆位以太网(Gigabit Ethernet)
千兆位以太网的MAC帧 千兆位以太网的物理层   l  1000Base-SX   l  1000Base-LX   l  1000Base-CX   l  1000Base-T

17 4.5 千兆位以太网(Gigabit Ethernet)
千兆位以太网的MAC帧 千兆位以太网的物理层 千兆位以太网的特点   l  技术简单   l  低成本,方便的10/100/1000Mbps升级   l  支持新的网络应用   l  网络设计灵活、良好的互操作性   l  千兆位以太网的缺点

18 4.6 令牌环网 令牌环工作原理 令牌环网在物理上由一系列环接口和这些接口间的点—点链路构成的闭合环路,各站点通过环接口连接到网络上,令牌和数据帧沿环单向流动。取得令牌的站点,通过环接口将数据帧串行发送到环上,环上的其它各站点检测并转发环上的数据帧,当目的地址与自身站点地址相符时,复制该帧并该帧转发出去,使数据帧在环上从一个站点传至下一个站。数据帧绕环一周返回到发送站点,由发送站点将其删除,并生成一个新的令牌发送到环上。

19 4.6 令牌环网 4.6.2 令牌环帧格式 令牌环MAC帧有令牌帧、异常中止帧和数据/命令帧三种类型,如图所示。
4.6 令牌环网 令牌环帧格式 令牌环MAC帧有令牌帧、异常中止帧和数据/命令帧三种类型,如图所示。

20 4.6 令牌环网 4.6.3 令牌环的操作过程 4.6.4 令牌环的维护 4.6.5 令牌环的特点 网络空闲时,令牌在环中单向绕行。
4.6 令牌环网 令牌环的操作过程 网络空闲时,令牌在环中单向绕行。 站点要发送数据,必须等待获得令牌 环中各站点转发数据帧,并检查数据帧目的地址,如与本站点地址相符,读取数据,并复制该帧并转发出去 发送站点完成数据发送后,重新产生一个令牌 数据帧绕环一周返回到发送站点,发送站将该数据帧从环路上撤消。 令牌环的维护 令牌环的特点

21 4.7 令牌总线 4.7.1 令牌总线工作原理 4.7.2 令牌总线和令牌环网的区别
4.7 令牌总线 令牌总线工作原理 令牌总线和令牌环网的区别   l  令牌总线采用总线方式连接,是广播式网络。而令牌环网是点到点连接。   l  令牌总线不采用集中控制,而令牌环网是通过一个集中的监控站处理如令牌丢失等工作,较为方便容易。   l  令牌总线的主要缺点是它的复杂性(如站点插入和退出逻辑环算法等)。而令牌环网的缺点是集中式监控站的使用,尽管可以将失效的监控站替换掉。

22 4.8 光纤分布数据接口FDDI 4.8.1 FDDI的工作原理 4.8.2 FDDI的寻址和数据编码
FDDI的寻址是使用一个6字节的地址,地址在NIC上,和以太网的地址类似。 FDII采用了二级编码的方法。先按4B/5B编码,然后再利用非归零反相编码NRZ-I进行数据编码。

23 4.8 光纤分布数据接口FDDI 4.8.1 FDDI的工作原理 4.8.2 FDDI的寻址和数据编码 4.8.2 FDDI的特点
  l  FDDI采用光纤作为传输媒体,运行效率高 。   l  使用基于IEEE 802.5令牌环标准的令牌传递协议 。   l  采用双环拓扑结构,使网络的可靠性大大增加,确保网络具有容错能力。 l  FDDI具有较大的网络覆盖范围 l  具有动态分配带宽的能力,能同时支持同步和异步数据服务。

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