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计算机局域网

计算机局域网. 计算机局域网. 局域网概述 共享信道的局域网 以太网的介质访问控制 以太网的几种物理层规范 连接局域网的网桥 用 LAN 交换机组网的局域网 局域网实例. 局域网概述（ 1 ）. 定义 局域性 —— 跨距在数十 Km 以内 既包括计算机也包括连接计算机的信道 特点 小范围 高质量的信道 统一归属与管理 拓扑结构简单. 局域网概述（ 2 ）. 影响局域网性能的因素 传输介质 双绞线、同轴电缆、光纤 等 网络拓扑 星型、环型、总线型 等 MAC （介质访问控制） 协议 该协议规定了各个站点怎样利用共享的信道

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  1. 计算机局域网

  2. 计算机局域网 • 局域网概述 • 共享信道的局域网 • 以太网的介质访问控制 • 以太网的几种物理层规范 • 连接局域网的网桥 • 用LAN交换机组网的局域网 • 局域网实例

  3. 局域网概述（1） • 定义 • 局域性——跨距在数十Km以内 • 既包括计算机也包括连接计算机的信道 • 特点 • 小范围 • 高质量的信道 • 统一归属与管理 • 拓扑结构简单

  4. 局域网概述（2） 影响局域网性能的因素 • 传输介质 双绞线、同轴电缆、光纤 等 • 网络拓扑 星型、环型、总线型 等 • MAC（介质访问控制）协议 该协议规定了各个站点怎样利用共享的信道 特别是在什么条件下站点可以发信 • 交换式还是共享式 对于最常用的以太网 也就是 用交换机组网 还是用集线器组网

  5. 局域网概述（3） • 应用领域 • OA（办公自动化） • MA（生产自动化） • 园区主干 • 类型 • LAN（局域网） • HSLN （高速局域网） • CBX（计算机化的交换机）

  6. 局域网概述（4） 多站共享介质的技术 • 频分多路 • 专用网络或交换式网络 • 时分多路 • 同步（CBX、ISDN） • 异步 • 随机访问（如 以太网） • 控制访问（如 FDDI及权标环） • 码分多路 • 无线局域网

  7. 多路复用技术 专用网络 频分多路 CSMA 交换式频分多路 CSMA/CD 随机访问 寄存器插入环 多路复用 分槽环 异步时分多路 CSMA/CA 时分多路 控制访问 权标环 权标总线 ISDN 同步时分多路 CBX（计算机化的小交换机）

  8. 共享信道的环网 • 环网简介 • 可由单工信道构成 • 除发信站点外各站点皆向前转发每个比特 • 目的地址的站点抄收发给它的数据帧 • 发信站点从绕环返回的帧中了解发信结果 • 环的比特长度 • 应防止单点故障将损坏整个环

  9. 共享信道的总线网 • 以总线式的干线为共享信道 • “一发多收”是基本工作模式 • 但仅目的站点抄收发给它的数据帧 • 干线上多站间的信号应较均衡 • 干线终端必须接匹配器防止反射 • 应注意电缆型号

  10. CSMA/CD的原理 • 从 ALOHA 讲起 （信道上的碰撞） • 什么是CSMA? • 什么是碰撞窗口? • 欲发信站点监测信道后的对策: • 1_坚持 • 不坚持 • p_坚持 • 碰撞后的对策：立即停发，并实行退避算法

  11. 以太网的MAC技术 • 载波监听 • 碰撞窗口 规定为 51.2 微秒 • 采用1_坚持的策略 • 使用 TBEB 退避算法 参与冲突的站点 等待的时间为 x 倍的51.2 x 是 在 0 到 2n– 1 取的某个随机数

  12. 以太网和IEEE802.3 • 基本原理 • 载波监听：仅在信道安静时发信 • 碰撞检测：发信站在碰撞窗口中继续监测 • 碰撞窗口： • 两最远站点间的往返传播延时 • 碰撞后的退避 • 使冲突的站点等待不同的时间后重新试发

  13. Ethernet II和IEEE802.3 Ethernet II是IEEE802.3 标准的蓝本 。两者在主要技术上彼此兼容 。最大帧长都是1500多个字节 区别: Ethernet II帧的类型字段在 IEEE802.3帧中改成了数据长度字段 。另外IEEE802.3除可使用粗电缆外还可以 使用细电缆、双绞线及光缆等不同介质

  14. IEEE 802.3的物理层标准 • 一、 10 M b/s的标准 • 1. 10 BASE 5 （粗电缆） • 2. 10 BASE 2 （细电缆） • 3. 10 BASE T （双绞线） • 4. 10 BASE FL （光缆）

  15. 10Mb/s以太网的物理信道 使用相同的曼彻斯特编码

  16. 双绞线

  17. 10BASE2

  18. 以太网集线器

  19. 以太网的543规则 • 最多有5个电缆段 • 两站点间最多经过4个转发器 • 仅在3个电缆段上接有计算机

  20. RJ45的接线

  21. 使用两RJ45插头的空调制解调器 • 适用于 • 两计算机直接通信 • 两集线器(或交换机)用普通端口互连 • 实现方法是交叉接线 • 对10BASE T • 一端按 EIA 568A接线 • 另一端按 EIA 568B接线 • 橙/白//橙 线一端接1、2，另一端接3、6 • 绿/白//绿 线一端接3、6 ，另一端接1、2 B A

  22. IEEE 802.3的物理层标准（续） • 二、快速以太网的标准(IEEE802.3u) • 100 BASE TX（五类双绞线） 信号技术: 4B/5B码 & MLT-3编码 • 100 BASE FX（光缆）

  23. 三、千兆位以太网(IEEE802.3z) • 1000 BASE SX (短波长: 850 nm) • 模式 纤芯 1km的带宽 最大距离 • MM 62.5 160 MHz/Km 220 m • MM 62.5 200 MHz/Km 275 m • MM 50 400 MHz/Km 500 m • MM 50 500 MHz/Km 550 m • 1000 BASE LX (长波长:1300 nm) • 模式 纤芯 1km的带宽 最大距离 • MM 62.5 500 MHz/Km 500 m • MM 50 500 MHz/Km 550 m • SM 9 > 5 Km

  24. 局域网的IEEE 802标准 • ISO 和 IEEE 802 中协议的层次结构 ISO IEEE 802 网络层 网络层 数据链路层 LLC子层 MAC子层 物理层 物理层

  25. LLC子层和MAC子层(1) • LLC帧 • MAC帧

  26. LLC子层和MAC子层(2) IEEE 802 的协议结构 IEEE 802.2 (LLC) 802.1 MAC子层 .3 .4 .5 .6 .9 .11 .12 物理层

  27. LLC帧的格式 1 代表组地址 1 代表响应（此时C中为尾帧指示位F） 0 代表单地址 0 为命令指示（P=1要求目的站响应）

  28. LLC帧的类型 • C字段头几位的值表明了帧的类型 • N(s):发送序号; N(r):接收序号 0 N(S) P N(r) 信息帧 监控帧 10SS0000P N(r) 11MMPMMM 无编号帧

  29. LLC子层可使用的服务 • LLC子层中的4类服务 • LLC1 无须确认的无连接服务 • LLC2 面向连接的服务 • LLC3 有确认的无连接服务 • LLC4 MAN使用的服务 • LLC2 原语的使用说明 • 参见“局域网与城域网” p94 和 p105图5.9(a)(b)

  30. 网桥简介 • 在不同LAN间进行协议的转换 • 使不同LAN可以相互通信 • 根据MAC地址滤除无须转发的帧 • 可减少碰撞几率，提高总吞吐率 • 有利于信息安全 • 有利于故障防护 • 透明网桥的工作原理 • 逆向学习算法 • 用动态生成树避免环路造成的不确定性

  31. 网桥的工作原理 Bi-- Bridge D E B2 B3 B1 C A B B4

  32. 共享信道的局域网 （小结） 全网有单一的广播信道 各站点共同分享单一信道的通信容量 不同协议性能很不相同： 随机争用——适合轻负荷环境 控制分配——适合重负荷环境

  33. 各类应用对信道容量的需求分析 纯文本： 全屏幕纯文本大约为2 k字节（1千汉字） 人每秒约可阅读20个中文字（40字节） 只需要320 b/s的通信容量即可支持联机阅读 运动的图像：600×800，真彩色的一个屏幕约1500 k字节 每秒50次全屏幕数据刷新约需要600 Mb/s有损压缩若为400:1，要求1.5 Mb/s 的容量; 减低每秒刷新次数，可减小对容量的需求

  34. 结论： 基于纯文本的应用，一般网络都能胜任。 对于视频图像放送，则普通网络难以胜任。教学环境中视频图像放送的需求不多，可按照交互式教学的需要来估算对传信速率的需求： 一般每2～3分钟调用一屏图文信息需要在这期间交换约12 M位信息 故一人平均需要占用60 kb/s的通信容量

  35. 两类MAC技术性能的比较（轻负荷） 随机争用： 开销小 发信时几乎无须等待 控制分配： 开销大 发信时要稍等待

  36. 两类MAC技术性能的比较（重负荷） 随机争用： 开销大 难以成功地发信 控制分配： 信道利用率高 发信时要稍等待

  37. 以太网的适用环境 在使用集线器的的广播域上诸站点通信量的总合应小于线上无冲突地全速发信时通信总量的 1/3: 10 Mb/s的以太网上各站点的总通信需求应当不大于 3 Mb/s ; 100 Mb/s的的以太网上各站点的总通信需求应当不大于 30 Mb/s

  38. 多媒体技术对网络的要求 • 点播应用 • 高通信容量 • 不间断 • 视频会议应用 • 低延迟 • 足够的通信容量 • 不间断 要求概括为：低延迟、大容量

  39. 交换机简介（1） 交换功能及特点 端口选择使收到的数据单元只发到目的地址所在的端口 交换机利用转发表工作、靠逆向学习算法建立转发表 靠硬件实现数据单元的转发 多路交换连接同时传送信息

  40. 交换机简介（2） • 交换机的基本功能 • 逆向学习算法、IEEE 802.1d生成树 • 10/100自适应、半双工 / 全双工自适应 流量控制： 反压 IEEE 802.3x • 交换机的可管理性 • SNMP、RMON、RMON2等（性能的调整） • 划分VLAN的能力 根据端口/根据MAC/根据IP地址 • 交换机的可靠性（冗余、带电插拔模块等）

  41. 交换机简介（3） • 第二层交换 • 基于网卡地址的交换、是最基本的、无法抑制广播风暴 • 第三层交换 • 根据 IP 地址实现的交换，能防止广播风暴 • 第四层交换 • 针对特定应用进程端口实现的交换，是面向应用的，可提供好的QoS，更具体的控制

  42. 使用交换机组建局域网 优点能同时接通几路通信信道 缺点通信延迟比用集线器大

  43. 交换机能够同时接通几对通信

  44. LAN交换机的交换技术 • 用高速时分制背板完成交换 • 利用共享内存实现交换 • 靠交换矩阵实现交换连接

  45. 端口通信容量相当线路容量 在端口只接单台计算机时该机专享此端口的通信容量 通常多以全双工方式工作

  46. 若端口接另一台交换机或集线器 经该端口所接入的所有计算机共享此端口通信容量

  47. 仅有一台服务器的情景 服务器 队列

  48. 关于服务器瓶颈 成因： 当交换机仅通过一个性能相同的端口接一台服务器时，通信流量集中到服务器上 服务器只能先后连通每台客户机 克服服务器瓶颈的方法是提高服务器与交换机间的通信容量 增加服务器上的网卡(LAG技术) 服务器接更高速的通信端口

  49. 两类网络的举例 对等网络的实例：Windows系统中的网上邻居 客户/服务器局域网的示例：Novell公司的NetWare 4.10

  50. 网上邻居 • 使用网络用户和某种协议 • 可划分成工作组 • 网络中各计算机处在平等地位 • 由每台计算机的使用者决定机器内哪个资源可被共享

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