计算机网络 Computer Networks

1. 数据通信与网络（下） 计算机网络 Computer Networks 课程编号：160027 授课对象：本科三年级 第13单元 局域网技术（第1讲） 南京大学计算机科学与技术系杨献春 xcy@nju.edu.cn http://cs.nju.edu.cn/yangxc

2. 局域网（LAN）组成 • 共享的传输媒体？ → 广播式信道 • 与媒体接口的设备 • 规范媒体接入的硬件和软件 • 传统的局域网特征 • 数据率: 1 ~ 20 Mbps • 地理覆盖范围: 0.1~10km • 误码率: 10-8~10-11 • 高速局域网 • 数据率: 100Mbps /1Gbps /10Gbps • 决定局域网/城域网本质特征的关键技术 • 拓扑结构：环状、总线、星状、树状 • 传输媒体：物理结构、传输特性、信号编码 • 媒体接入控制技术：轮转、预约、争用

3. Comparison of Multiprocessor Systems, LANs, MANs and WANs

4. 局域网硬件 • 网络接口卡（NIC）及其驱动程序 • 计算机接入网络的必要部件 • 实现计算机上使用的数据链路层协议 • 提供网络层协议与网络媒体之间的链路 • 网络传输媒体 • 几种常用电缆和无线信道 • 网络连接设备 • 建立更大规模的网络 • 集线器、网桥、交换机、路由器、网关 • 服务器及网络存储设备 • 为客户机提供应用服务和各种软硬件资源

5. 网卡功能 • 数据传输 • 数据缓存 • 帧的建立 • 媒体接入控制 • 并行/串行转换 • 数据编码/解码 • 数据发送/接收 • 提供硬件地址 典型的网络接口卡 • 网卡特性 • 全双工 • 总线控制 • 并行执行任务 • 局域网唤醒 • 服务质量（优先级）

6. 选 择 网 卡 • 协议 • Ethernet、Token Ring、FDDI、ATM、Fibre Channel • 数据传输速度 • 4M、16M、10M、100M、1G、10G • 网络接口 • AUI、BNC、RJ-45、ST • 总线接口 • ISA、EISA、PCI、PCMCIA、VLB、MAC、USB • 硬件资源 • IRQ、I/O端口地址、存储器地址 • 网卡驱动程序 • Windows的NDIS、NetWare的ODI、UNIX/Linux • 即插即用

7. 服务器网卡的特殊功能 • 多网跨接 • 多网卡 • 多端口网卡 • 负载平衡 • 虚拟网卡（客户分流） • 链路聚合（link aggregation） • 容错 • 冗余网卡 • PCI热插拔 • 远程管理 • SNMP、DMI

8. 网络电缆 • 电缆特性 • 导线尺寸规格（AWG） • 分类等级 • 屏蔽与非屏蔽 • 实芯导线与绞合线 • 电缆标准 • ANSI/TIA/EIA-T568-A • ISO 11801E:1995 • CECS72:97 • 数据链路层协议标准 • IEEE 802 • ANSI X379.5（FDDI）

9. 结构化布线系统 • 垂直干线子系统 • 水平布线子系统 • 设备间子系统 • 工作区子系统 • 管理子系统 • 建筑群子系统 ANSI/TIA/EIA-T586-A标准定义的通用建筑物电缆系统

10. 同轴电缆技术性能 ANSI/TIA/EIA-568 为UTP规定的类别 Anixter公司的UTP电缆等级

11. UTP的RJ-45连接器引出线 586B

12. UTP电缆的连接

13. 屏蔽双绞线类型 • 由IBM定义 • 1A类型 • 2对22AWG电线，每对线外包有一层金属箔，两对线外各有一屏蔽层，PVC护套 • 2A类型 • 2对22AWG电线，每对线外包有一层金属箔，两对线外各有一屏蔽层，附加4对22AWG电线，PVC护套 • 6A类型 • 2对22AWG电线，每对线外有一屏蔽层，PVC护套 • 9A类型 • 2对26AWG电线，每对线外有一屏蔽层，PVC护套 • TIA/EIA-T568-A标准只认可1A和6A两类

14. 使用光纤的局域网协议 • 快速以太网（100Base FX） • 千兆比特以太网（1000Base FX） • 令牌环网 • 光纤分布式数据接口（FDDI） • 100VG-AnyLAN • 异步转送模式（ATM） • 光纤通道（Fibre Channel）

15. 光纤连接器 • 直插式（ST — Straight Tip）连接器 • 带有卡口锁定系统的圆柱型连接器 • 用户连接器（SC — Subscriber Connector） • 正在推广的一种矩形体连接器，插入插座即被卡住

16. 室内网络布线 • 外装电缆安装 • 选定计算机和集线器位置 • 测量计算机到集线器的电缆长度 • 使用U型钉、电缆固定带或管道固定电缆 • 用电缆连接计算机与集线器 • 检测设备上的连接指示LED • 内装电缆安装 • 制定电缆安装方案 • 敷设电缆。从配线板穿越墙或顶到信息插座 • 安装硬件。将电缆两端连接到配线板和插座 • 测试连接 • 连接计算机和网络设备

17. 同轴粗缆 以太网布线示意 同轴细缆 双绞线

18. 后面再讨论的网络硬件 • 无线局域网 • 网络连接设备 • 中继器（转发器） • 集线器 • 网桥 • 路由器（网关） • 交换机

19. 网络连接设备

20. 服务器技术 • 服务器种类 • 文件服务器 • 打印服务器 • 通信服务器 • 终端服务器 • 数据库服务器 • 应用服务器 • 服务器体系结构 • 对称多处理（ SMP ） • 群机系统（Cluster） • 系统区域网（SAN） • 群机的一种新型通信技术 • SAN不要混淆于存储区域网 • 服务器群机系统硬件 • 网络硬件：心跳线（heartbeat） • 存储硬件配置：共享式/非共享式/镜像 • 磁盘阵列接口：SCSI/Fibre Channel/SSA • 磁盘阵列：RAID-0/1/2/3/4/5/6/7/10/53/0+1

21. 服务器存储技术 • RAID技术 • RAID 0: 磁盘数据的带式存放 • RAID 1: 磁盘镜像和双工操作 • RAID 2: Hamming纠错码 • RAID 3: 采用共享奇偶校验信息的数据并行传输 • RAID 4: 采用共享奇偶校验信息的独立数据磁盘 • RAID 5: 采用分布奇偶校验信息的独立数据磁盘 • RAID 6: 采用二维奇偶校验信息的独立数据磁盘 • RAID 7: 异步运行的RAID • RAID 10: 采用带区存放数据的镜像磁盘 • RAID 53: 按带区存放数据的驱动器阵列的阵列 • RAID 0+1: 带区式磁盘的镜像 • 网络存储子系统 • DAS • NAS • SAN • 分级存储器管理方式 • HSM

22. 服务器群机系统与网络存储

23. 局域网应用 • 个人计算机局域网 • 客户/服务器计算模式 • 后端网络和存储区域网 • 大型系统互联：大型机、海量存储 • 特征： 高速高可靠性、有限数量和距离 • 高速办公室网络 • 大信息量数据处理 • 主干局域网 • 高带宽、 高可靠性 • 实现速率相对较低的LAN的互联

24. 个人计算机局域网 • 部门级应用 • 电子报表（Spreadsheet） • 项目管理 • Internet访问 • 也需要中央处理设施 • 财经预算（Econometric forecasting）模型 • 共享的专用文件 • 共享贵重资源 • 磁盘阵列 • 高端激光打印机 • 优缺点 • 低价格 • 有限数据率

25. 后端网络与存储区域网(1) • 大系统的互联 • 大型机（Mainframes） • 巨型机（Supercomputers） • 海量存储设备（Mass storage devices） • 主要需求 • 小范围内有限数量的设备之间的批量数据传送 • 典型特征 • 高数据率 • 高速接口 • 分布式接入 • 有限距离 • 有限设备数量

26. 后端网络与存储区域网(2) • SAN – 网络存储设备 • 硬盘 • 磁带库 • CD阵列

27. Use of Storage Area Networks

28. 高速办公室网络 • 应用：高速数据传输 • Fax • 文档图像处理 • 图形 • 局域视频点播（Video on demand） • 特点：信息容量大 • 采用图像压缩技术 • 巨大的存储容量 • 支持更多数量和更大地理范围的办公系统

29. 主干局域网 • 更多的设备互联 • 单个建筑物内 • 一群建筑物内 • 单一LAN的缺点 • 低可靠性 为什么？ • 容量易饱和 • 低成本并不适合满足整体需求 • 主干LAN策略 • 在建筑物或部门内使用低成本低容量 • 以更高容量的LAN互连这些部门级网络

30. Tiered Local Area Networks

31. 讨论：局域网应用架构 • 网络计算模式的演变 • 以微型计算机为中心的分布式在线计算 • 以服务器/客户机为中心的网络个人计算 • 以存储为中心的计算 • 网络应用架构的发展趋势 • 从以服务器为中心的网络到以存储为中心的网络 • 从以服务器为中心的应用到以数据为中心的应用 • 网络存储的种类 • 直接连接存储器（DAS — Direct Attached Storage） • 网络连接存储器（NAS — Network Attached Storage） • 存储区域网（SAN — Storage Area Network）

32. 典型的NAS配置

33. 标准DAS配置

34. 高可用性DAS配置

35. 高性能SAN配置

36. 局域网体系结构 • 协议体系结构（Protocol architecture） • LAN的标准化协议协议体系结构协议 • 协议标准 • 拓扑（Topologies） • 树状、环状、总线、星状 • 媒体接入控制（Media access control） • 媒体控制方式 • MAC帧格式 • 逻辑链路控制（Logical Link Control） • LLC服务 • LLC协议

37. 协议体系结构 • LAN的标准化协议体系结构 • 物理层 • 逻辑链路控制 (LLC) 层 • 媒体接入控制 (MAC) 层 • 标准 • IEEE 802 • ISO 8802 • OSI 参考模型的低层 • IEEE 802比之 ISO/OSI • 高层协议与网络体系结构无关 • 主要关心OSI模型的低层 • 将数据链路层划分为MAC和 LLC 两级子层

38. IEEE 802 vs. OSI

39. 物理层的功能 • 信号的编码/解码 • 前导码的产生/去除 (用于同步) • 比特传输/接收 • 传输媒体与拓扑的规范

40. MAC子层的功能 • 在发送方，将数据配以地址与差错检测字段组装成帧 • 在接收芳, 拆解帧 • 地址辨识 • 差错检测 • 监管传输媒体的接入 • 在传统的第二层数据链路控制中无此功能

41. LLC子层的功能 • 与高层进行接口 • 流量控制与差错控制 为什么要将传统的DL层拆分为LLC与MAC两个子层？

42. 分裂数据链路层的原因 • 在传统的数据链路(DL)层中不具有管理共享访问媒体的接入所需的逻辑 • 对于相同的 LLC, 可以提供几种 MAC选项

43. 体系结构各层之间的关系 • 高层数据下传到LLC • LLC层建立一个LLC PDU并将其传递给MAC层 • 加上一个首部 • MAC层形成一个 MAC帧 • 加上一个首部和一个尾部

44. LAN Protocols in Context

45. 拓扑 • 环状 • 星状 • 树状 • 分层星状 • 总线 • 特殊的树状 • 一个树干, 无分枝

46. LAN Topologies

47. 常用的网络电缆拓扑

48. 总线与树 • 多点媒体 • 贯穿媒体传播的传输 • 所有站点通过一个分接头连接到传输媒体 • 沿两个方向传播直至整个媒体长度 • 所有站点监听信号 • 需要标识目的站点 • 每个站点具有唯一的地址 • 站点与分接头之间全双工连接 • 允许发送和接收 • 需要规定传输 • 避免信号冲突 • 避免信号混淆 • 采用小块数据 — 帧 • 终结器在媒体端头吸收帧 • 防止信号反射

49. Frame Transmission - Bus LAN

50. 环状拓扑 • 转发器点到点连接成闭合环路 • 从一条链路接收数据并重发到另一条链路 • 单向链路 • 每个站用转发器连接到网络，并通过转发器重发数据到网络 • 数据组成帧 • 环绕传递给所有站 • 目的站识别地址并复制帧 • 当帧绕回到源站后被撤消 • 媒体接入控制确定站点何时插入帧