计算机网络—第二章计算机局域网技术.ppt
中国铁道科学研究院通信信号研究所第二章第二章 计算机局域网技术计算机局域网技术2.1 局域网的概念局域网的概念 局域网的概念局域网的概念 局域网（local area network, LAN）以相互共享资源方式连结起来，并且各自有独立功能的计算机系统之集合。 在网络协议的控制下，由一台或多台服务器，若干台终端机（PC），数据传输设备，以及终端机与服务器间、终端机与终端机间，服务器与服务器间进行通信的设备所组成的计算机复合体 利用局域网技术，把地理上分散的计算机有机地连接在一起，达到相互通信且共享硬件、软件和信息等资源的系统。2.1 局域网的概念局域网的概念(Cont.) 局域网的特点局域网的特点 地理范围有限，一般局限于单个建筑物内，也可覆盖几个建筑物。如一个企业网，范围在几公里几十公里。 传输速率比较高，延迟小，传输速率一般在10Mbps1000Mbps。 传输介质通常为光缆、双绞线；无线局域网正在发展之中。 往往为一个单位/组织来统一管理2.1 局域网的概念局域网的概念(Cont.) 局域网的发展局域网的发展 1969年 最早的广域网（WAN）ARPANET诞生 1969年 贝尔实验室Newhall环形局域网 1974年 剑桥环局域网络 1976年 美国Xerox公司成功开发以太网 1980年 802局域网络标准委员会宣告成立 20世纪80年代中后期 局域网操作系统（NOS）有很大发展 20世纪世纪90年代年代 局域网有两个发展方向：局域网有两个发展方向： 互联和高速2.2 局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构 星型（星型（Star） 环型（环型（Ring） 总线型（总线型（Bus） 树型（树型（Tree）Ring networkRing networkBus networkBus networkCentralCentralserverserverConcentrator (or hub)Network backboneNetwork backbone2.3 局域网中的传输介质局域网中的传输介质 2.3.1 同轴电缆同轴电缆同轴电缆接头及连接方式同轴电缆接头及连接方式2.3 局域网中的传输介质局域网中的传输介质(Cont.) 2.3.2 双绞线双绞线 双绞线分为屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）与非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair）两大类。 EIA/TIA（电子工业协会/电信工业协会）为UTP电缆定义了5种型号。计算机网络综合布线使用3、4、5类。其中5类UTP主要用于100Base-T和10Base-T网络，是最常用的以太网电缆。近年来又出现了6类双绞线。 网线最大长度为100m EIA/TIA规定了2种连接方法：568A，568B引针号12345678T568A标准白/绿绿白/橙蓝白/蓝橙白/棕棕T568B标准白/橙橙白/绿蓝白/蓝绿白/棕棕2.3 局域网中的传输介质局域网中的传输介质(Cont.)(a) RJ-45插头和插座的结构直通交叉2.3 局域网中的传输介质局域网中的传输介质(Cont.) 2.3.3 光纤光纤 多模光纤 纤芯直径为5062.5m，包层外直径125m 多模光纤的外套颜色一般为红色（红色） 多模光纤传输距离只有24Km 单模光纤 中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10m)，只能传一种模式的光 外套颜色一般为黄色 单模传输距离50Km100Km光纤传送模式光纤传送模式光纤的直径减小到一个光波波长2.3 局域网中的传输介质局域网中的传输介质(Cont.) 2.3.4 无线无线 无线电短波通信：无线电波的传输是全方向的，够穿过建筑物的特性，被广泛用于通信。 微波传输：微波频率在100MHz以上。微波能沿着直线传播，具有很强的方向性，因此，发射天线和接收天线必须精确地对准。 红外线： 无导向的红外线已经被广泛应用于短距离通信。 激光传输：不能穿透雨或浓雾无线介质使用电磁波使用电磁波无需有线物理连接无需有线物理连接适用于长距离适用于长距离无线电传输：在LF、MF沿着地面传播；在HF、VHF由电离层反射。红外线与毫米波传输：不能穿透障碍物，适用于室内，如短距离通信，如电视、录象机等遥控微波传输：能量集中，天线必须对准。激光传输：不能穿透雨或浓雾无线电固定终端点（基站）和终端之间是无线链路BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端BSF1, F2, F3 = 使用的频率微波传输微波传输 在在100MHz以上，微波通过抛物状以上，微波通过抛物状天线把能量集中于一小束，具有极天线把能量集中于一小束，具有极高的信噪比，沿直线实现可视距传高的信噪比，沿直线实现可视距传输。输。 在地面因地表弯曲，需中继站接续在地面因地表弯曲，需中继站接续微波信号，微波信号，100米高的塔可接续约米高的塔可接续约80公里。公里。 天气和频率的影响可造成多路减弱天气和频率的影响可造成多路减弱。 开放的波段：开放的波段：2.4 GHz 2.484 GHz，即工业，即工业/科学科学/医学波段。医学波段。地面微波接力两个地面站之间传送距离：50 -100 km卫星使用微波使用微波使用转发器接收和转发使用转发器接收和转发C波段波段 4/6 GHz 上行上行5.925 - 6.425 GHz 下行下行3.7 - 4.2 GHz KU波段波段 12/14 GHz 上行上行14 - 14.5 GHz 下行下行11.7 - 12.2 GHz地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球地球同步卫星赤道上方约36000km处卫星作为空间微波中继站端-端传输时延250300ms广播信道主要卫星波段C band: 4(下行3.74.2GHz) - 6(uplink 5.9256.425GHz)，问题：拥挤串扰 Ku band: 11(下行11.712.2 GHz) -14(上行14.014.5 GHz)，问题：雨水Ka band: 20(下行17.721.7 GHz) - 30(上行27.5 30.5GHz)，问题雨水，设备造价传输媒体构成、实现速率传输距离性 能 ( 抗干扰性价格应用示例双绞线模拟:300-3400Hz ； 数 字 :10-100Mbps几十公里可以低模拟传输数字传输用户环线LAN50同轴电缆10M1 公里内较好略高于TP基带数字信号LAN75同轴电缆300-450MHz100 公里较好较高模拟传输，可分多信道混合传输电视、数据及CD 音频CATV光纤100M-几千 Mbps30 公里很好较高远距离传输长话线路 ， 主 干网短波几十-几百 bps全球一般，通信质量差较低远程低速通信广播地面微波接力4-6GHz几百公里很好低 于 同 容量 和 长 度的电缆远程通信电视卫星500MHz一万八千多公里很好费 用 与 距离无关远程通信电 视 、 电话、数据常用传输媒体的比较常用传输媒体的比较3.4 局域网体系结构局域网体系结构 3.4.1 局域网的参考模型局域网的参考模型 结合局域网自身特点，参考OSI/RM，IEEE802提出了局域网体系结构的参考模型(LAN/RM)。3.4.2 IEEE 802标准标准 IEEE802为局域网为局域网LAN内的数字设备提供了一套连接的标内的数字设备提供了一套连接的标准，后来又扩大到城域网准，后来又扩大到城域网MAN。2.4.2 IEEE 802标准标准(Cont.) IEEE801.1网间互连定义：网间互连定义： 包括(802.1q(VLAN标准)、802.3ac (带有动态GVRP标记的VLAN标准)、802.1v(VLAN分类)、802.1d(生成树协议)、802.1s(多生成树协议)、802.3ad(端口干路)和802.1p(流量优先权控制)。 IEEE802.2逻辑链路控制逻辑链路控制 IEEE802.3 CSMA/CD网络网络 IEEE802.3产生了许多扩展标准，如快速以太网的IEEE802.3u，千兆以太网的IEEE802.3z和IEEE802.3ab，10G以太网的IEEE802.3ae。目前，局域网络中应用最多的就是基于IEEE802.3标准的各类以太网。 令牌环总线令牌环总线IEEE802.4 令牌环网令牌环网 IEEE802.5 IEEE802.6 城域网（城域网（WAN） IEEE802.7 宽带技术咨询组宽带技术咨询组2.4.2 IEEE 802标准标准(Cont.) IEEE802.8 光纤技术咨询组光纤技术咨询组 IEEE802.9 综合数据声音网综合数据声音网 IEEE802.10 网络安全技术咨询组网络安全技术咨询组 IEEE802.11 无线联网无线联网 802.11b工作于2.4GHz频带，物理层支持5.5 Mbps 和 11 Mbps两个新速率 802.11a工作于5GHz频带，物理层速率可达54 Mb/s，传输层可达25Mbps 802.11g工作于2.4GHz频带，使无线网络传输速率可达54MbpsIEEE802.12 需求优先（100VG-AnyLAN) IEEE802.14 交互电视交互电视 IEEE802.15 短距离无线网短距离无线网 IEEE802.16 宽带无线接入宽带无线接入2.5 以太网与以太网与IEEE 802.3 IEEE802.3定义了定义了10Mbps、100Mbps、1Gbps，甚至，甚至10Gbps的以太网雏形，同时还定义了第五类屏蔽双绞线的以太网雏形，同时还定义了第五类屏蔽双绞线和光缆是有效的缆线类型。和光缆是有效的缆线类型。 Xerox, DEC, Intel共同制定了共同制定了10Mbps的的CSMA/CD以太以太网标准网标准(工业标准工业标准) IEEE定义了采用定义了采用1-坚持型坚持型CSMA/CD技术的技术的802.3局域网标局域网标准准。(法定标准法定标准) 介质访问控制方式：载波侦听多路访问（介质访问控制方式：载波侦听多路访问（CSMA，Carrier Sense Multiple Access）CSMA/CD基本原理基本原理 侦听线路侦听线路 空闲发送空闲发送 边送边听（发送最小帧长边送边听（发送最小帧长64bytes的字节未检测到冲突，的字节未检测到冲突，认为发送成功）认为发送成功） 冲突后退冲突后退CSMA/CD 冲突域冲突域 为确保发送成功, 一台主机在发送结束之前必须能够检测到冲突最小帧长= 2*Prop*传输速率Prop=L/0.77c10Mbps以太网最小帧长为512bits(64bytes)PROPPROPt=0t=PROP-t=PROPt=2PROP-AB2.5.1 以太网以太网 细缆以太网（细缆以太网（10BASE-2） 10BASE-2以太网采用0.2英寸50的同轴电缆作为传输介质，传输速率为10Mbps。10BASE-2使用网卡自带的内部收发器（MAU）和BNC接口，采用T形接头就可将两端的工作站通过细缆连接起来，组网开销低，连接方便。 粗缆以太网（粗缆以太网（10BASE-5） 10BASE-2以太网采用0.4英寸50的同轴电缆作为传输介质 双绞线以太网（双绞线以太网（10BASE-T） 10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为10mbps的以太网。 10BASE2、10BASE5是最早期的总线型局域网技术，存在单点故障是最早期的总线型局域网技术，存在单点故障、扩展困难、可靠性较差等不足。、扩展困难、可靠性较差等不足。10 base-2BASE-Baseband局域网速率 (Mbps)局域网分段长度 (以100米计)拓扑总线型总线型星型星型媒体50欧粗 同轴10base-510base-2 10base-T10base-FL速率Mbps10101010基带基带基带基带信号方法最大分段长度(m)500185100200050欧细 同轴非屏蔽双绞线光纤IEEE 802.3体系结构与功能体系结构与功能 物理层物理层站接口站接口数据封装数据封装/解封（解封（MAC帧）帧）链路管理（链路管理（CSMA/C
