计算机网络基础笔记 局域网概述

吃面条用勺

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思维导图

局域网概述

●4.1 局域网概述
●局域网是将较小地理区域的各种数据通信设备连接在一起的通信网络。
●局域网是目前应用最为广泛的一类网络。它是国家机关、学校和企事业单位信息化建设的基础。
●4.1.1 局域网的特点
●1.较小的地域范围：仅用于办公室、机关、工厂、学校等内部联网，其范围没有严格的定义，但一般认为距离为0.1~25 km。
●2.高传输速率和低误码率：局域网传输速度一般为 10~1000Mb/s，万兆位局域网也已推出。其误码率一般在 10-11~10-8 之间。
●3.单位内部专用：局域网一般为一个单位所建，在单位或部门内部控制管理和使用。
●4.侧重点：局域网侧重共享信息的处理。
●4.1.2 局域网的拓扑结构及传输介质
●网络拓扑是由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图，网络的拓扑结构对网络采用的技术、网络可靠性、网络的可维护性和网络的实施费用都有重大的影响。
●局域网在网络拓扑上主要采用了总线型、环型与星型结构。
●1. 拓扑结构
●（1）总线型结构。
●①结构简单，可扩充性好，当需要增加节点时，只需要在总线上增加一个分支接口便可与分支节点相连，当总线负载不允许时还可以扩充总线。
●②使用的电缆少，安装容易。
●③使用的设备相对简单，可靠性高。
●④维护难，分支节点故障查找难。
●（2）环型结构。
●①信息在网络中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条通道，简化了路径选择的控制。
●②环路上各节点都是自主控制，控制软件简单。
●③影响信息传输效率，网络的响应时间延长。
●④环路是封闭的，不便于扩充。
●⑤可靠性低，一个节点故障时，将会造成全网瘫痪。
●⑥维护难，对分支节点故障定位较难。
●（3） 星型结构。
●①结构简单，便于管理。
●②控制简单，便于建网。
●③网络延迟时间较小，传输误差较低。
●④缺点是成本高。
●2. 局域网传输介质
●双绞线
●同轴电缆
●光导纤维。
●光导纤维可以分为多模和单模。
●光纤特点：
●1.有较大的宽带，通信容量大。
●2.传输速率高，能超过千兆位/秒。
●3.传输衰减小，连接的范围更广。
●4.不受外界电磁波的干扰，因而电磁绝缘性能好。
●5.无串音干扰，不易被窃听和截取数据，因而安全保密性好。
●目前光纤常用于高速的主干网络。
●3. 局域网的传输形式
●基带传输：在信道上直接传输基带信号的方式就被称为基带传输。
●宽带传输：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号称为频带信号和宽带信号，在信道上传输宽带信号的方式就称为宽带传输。
●4.2 局域网体系结构
●IEEE于1980年2月成立了局域网标准委员会（简称IEEE 802委员会），专门从事局域网标准化工作，并制定了IEEE 802标准。IEEE 802标准描述了局域网参考模型与OSI参考模型的关系。
●局域网参考模型对应OSI参考模型的数据链路层与物理层。
●4.2.1 局域网参考模型
●1.物理层
●物理层涉及通信在信道上的从传输的比特流，它的主要作用是确保二进制位信号的正确传送和正确接收。
●2、MAC层
●MAC层主要制定用于管理和分配信道的协议规范。
●MAC子层的主要功能：
●A.将上层传下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反的过程，即拆卸帧）。
●B.帧的寻址和识别，发送和接收。
●C.帧的差错控制。
●D. 链路的管理。
●E.为不同的物理介质定义介质访问控制标准。
●3、LLC层
●LLC子层的主要功能：
●A.传输可靠性保障和控制。
●B.数据包的分段与重组。
●C.数据包的顺序传输。
●MAC子层与LLC子层的区别：
●在LLC子层中存放与传输介质无关的信息，用于完成数据链路层数据帧的传输和控制。
●在MAC子层中存放与传输介质有关的信息，解决共享信道的争用。
●4.2.2介质访问控制方式
●介质访问控制策略是解决当“局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权”的问题。
●常用的介质访问控制方法有3种：
●总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD方法。
●环形结构的令牌环访问控制方法。
●令牌总线访问控制方法。
●以太网：
●CSMA/CD的发送流程：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。
●可以有效地控制多节点对共享总线传输介质的访问，方法简单且容易实现。
●令牌总线网：
●任何一个节点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。
●比较复杂，需要完成大量的环路维护工作，而且必须有一个或多个节点完成环路初始化、节点加入或撤出以及环恢复的操作。
●令牌环网：
●代表：IBM Token Ring。
●适用于重负载环境，支持优先级服务。环维护复杂，实现比较困难。
●1、以太网
●采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线型局域网中，每一个结点利用总线发送数据时，首先要侦听总线的忙、闲状态。如果总线上已经有数据信号传输，则为总线忙；如果总线上没有数据传输，则为总线空闲。如果一个结点准备好发送的数据帧，并且此时总线空闲，它就可以启动发送。
●同时也存在着这种可能，那就是在几乎相同的时刻，有两个或两个以上结点发送了数据，那么就会产生冲突，因此结点在发送数据的同时应该进行冲突检测。
●冲突检测，是指发送节点在发送数据的同时，将其发送信号的波形与总线上接收的波形进行比较。如果总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，它们叠加后的信号波形将不等于任何节点发送信号波形。当发送节点发现波形不同，表示产生冲突，停止发送数据，随机延迟后重发。如果没有冲突，发送完毕。
●2、令牌环网
●在令牌环网中，所有的节点通过接口连接环形拓扑结构。
●所有的节点的数据发送都由在环中传递的“令牌”进行控制。
●令牌是一种特殊的MAC控制帧。令牌帧中有一位标志令牌的忙/闲。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，传送顺序与结点在环中排列的顺序相同。
●令牌环的主要工作过程如下：
●(1)网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行。令牌是一个特殊的比特模式，其中包含一位“令牌/数据帧”标志位，标志位为“0”表示该令牌为可用的空令牌，标志位为“1”表示有站点正占用令牌在发送数据帧。
●(2)当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌，将令牌的标志位置为“1”,随后便可发送数据。
●(3)环路中的每个站点边转发数据，边检査数据帧中的目的地址，若为本站点的地址，便读取其中所携带的数据。
●(4)数据绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤销。同时根据返回的有关信息确定所传数据有无出错。若有错则重发存于缓冲区中的待确认帧，否则释放缓冲区中的待确认帧。
●(5)发送站点完成数据发送后、重新产生一个令牌传至下一个站点，以使其他站点获得发送数据帧的许可权。
●FDDI（光纤分布式数据接口）即采用了令牌环介质访问控制方法。
●3、令牌总线
●令牌总线局域网类似于令牌环局域网，介质访问采用令牌方式，节点在发送数据之前必须先捕获到令牌。
●令牌总线局域网的拓扑结构与令牌环不同，它采用总线拓扑结构，使用同轴电缆作为总线。
●令牌总线局域网的技术要点：
●(1)连接在总线上的各节点按地址组成一个逻辑环。
●(2)网络中有唯一令牌，并按照确定顺序在组环上移动。
●(3)只有持有令牌的节点才有权向总线上发送数据。
●(4)不持有令牌的节点只能侦听总线或接收信息和令牌。
●4.3局域网组网
●以太网最早是由Xerox（施乐）公司创建的，在1980年由Xerox、Intel和DEC三家公司联合开发的一个标准。以太网是应用最广泛的局域网，包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s) 、千兆以太网（1000Mbps）、10G(10Gbit/s)以太网。
●4.3.1 以太网组网
●1. 同轴电缆以太网组网方法
●（1）粗缆Ethernet 方式。
●带有AUI接口的Ethernet网卡、粗缆的外部收发器、收发器电缆以及粗同轴电缆。
●10Base5是以太网的最初形式、数字信号采用曼彻斯特编码，传输介质为直径10mm的粗同轴电缆，阻抗为50  ，电缆最大长度为500m，超过500m的可用中继器扩展。一个以太网最多只允许使用4个中继器，连接5条最大长度为500m的粗缆段，那么中继器连接后的粗缆最大长度不能超过2500m。
●（2）细缆Ethernet 方式。
●带有BNC接口的Ethernet网卡、BNC-T型连接器、及细同轴电缆。
●10base2采用阻抗为50  的基带细同轴电缆作为传输介质，是一种廉价网。在细缆以太网中，如果不使用中继器，最大细缆长度不超过185米。可以使用BNC接口的中继器增加细缆长度，最多只允许使用4个中继器，连接5条细缆，因此细缆网段的最大长度为925米。
●2. 符合 10Base-T 标准的 Ethernet 组网方法
●10Base-T是目前应用最广泛的以太网技术。
●10Base-T标准于1990年9月由IEEE802.3发布以来，网络就较少采用10Base5和10Base2以太网所采用的总线型拓扑结构，而采用了星型拓扑结构，所有的工作站都接到集线器上。
●组建符合10Base-T标准的非屏蔽双绞线Ethernet时，需要使用带有RJ-45接口的Ethernet网卡、集线器Hub、三类或五类非屏蔽双绞线、RJ-45连接头。
●单一集线器结构。
●物理星型拓扑。
●适宜于小型工作组规模的局域网。
●集线器级联 Ethernet 结构。
●使用双绞线，通过集线器的RJ-45 端口实现级联；
●使用同轴电缆或光纤，通过集线器提供的向上连接端口实现级联。
●可叠加式集线器 Ethernet 结构。
●适用于中、小型企业网环境。
●3. 交换以太网组网方法
●10 Mbps Ethernet 交换机
●（10/100）Mbps Ethernet 交换机
●大型 Ethernet 交换机
●4.3.2 高速局域网
●1. 高速局域网研究基本方法
●（1）提高以太网的数据传输速率。
●（2）将一个大型的局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网。
●（3）将“共享介质”方式改为“交换”方式。
●2. 光纤分布式数据接口FDDI
●（1）使用基于IEEE 802.5 的令牌环网介质访问控制方法。
●（2）使用 IEEE 802.2 协议，与符合 IEEE 802 标准的局域网兼容。
●（3）数据传输速率为100 Mbps，联网的节点数小于或等于 1000。
●（4）可以使用双环结构，提高容错能力。
●（5）可以使用多模或单模光纤。
●4.3.3 虚拟局域网VLAN
●VLAN建立在局域网交换机之上，它以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理，逻辑工作组的站点组成不受物理位置的限制。同一逻辑工作组的成员可以不必连接在同一个物理网段上。
●VLAN所连接的设备来自不同的网段，但相互之间可以进行直接通信，如同处于一个网段当中。它是一种将局域网内的设备逻辑地划分为一个个网段，每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站，与物理上形成的LAN有着相同的属性。这些工作站不一定属于同一个物理LAN网段。 VLAN优点：可以限制广播范围，形成虚拟工作组，动态管理网络。
●1. 虚拟局域网的实现技术
●虚拟局域网的一组节点可以位于不同的物理网段上，但它们并不受节点所在物理位置束缚，相互之间通信就好像在同一个局域网中一样。虚拟局域网可以跟踪节点位置的变化，当节点的物理位置改变时，无需人工进行重新配置。因此，虚拟局域网的组网方法灵活。
●（1）静态 VLAN。
●就是静态的将以太网交换机上的一些端口划分给一个VLAN。
●（2）动态 VLAN。
●交换机上的VLAN端口是动态分布的。
●2. 虚拟局域网的优点
●（1）减少网络管理开销。
●（2）控制广播活动。
●（3）提供较好的网络安全性。
●（4）利用现有的集线器以节省开支。