第三章 局域网基础

3．1基本概念

　　（考点1）局域网特点

　　特点：

　　1．局域网覆盖有限的地理范围

　　2．有较高的传输效率

　　3．一般是一个单位所有，比较便于建立、维护和扩展

　　4．决定局域网的主要技术要素是：网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法（前半部分）

　　5．局域网从介质访问控制方法分为：共享介质局域网与交换式局域网

　　局域网拓扑构型（考点2）

　　1．在通信机制上局域网选择了与广域网不同的方式，从“存储转发”方式改变为“共享介质方式和“交换方式”。

　　2．局域网在网络拓扑上主要采用了总线型、环型、星型。

　　在网络传输介质上主要采用双绞线同轴电缆和光纤。

　　总线型拓扑结构的特点：

　　⑴所有节点都连接到一公共传输介质的总线上。一般采用广播方式，结构简单，实现容易，易于扩展，可靠性较好

　　⑵用同轴电缆和双绞线为传输介质。

　　⑶在同一个时期内只允许一个节点发送信息。

　　⑷当有两个节点同时发从信息时冲突。

　　⑸针对⑷——介质访问控制方法（MAC）（共享介质）

　　介质访问控制方法是控制多哥节点利用公共传输介质发送和接受数据的方法。

　　4．环型拓扑结构

　　缺点：需要环维护

　　优点：传输延迟确定。适合传输负荷较重，实时性较高

　　5．星型拓扑结构

　　⑴星型拓扑中存在中心结点，对系统影响比较大。（弱点）

　　实现比较容易（优点）

　　⑵局域网若使用星型拓扑。最好使用局域网交换机（真正意义上的星型拓扑）。CBX

　　局域网的传输介质（考点3）类型与特点

　　双绞线（诸如电话线，铜线）：

　　屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）和非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）

　　双绞线分为5类，3类以上可以传送数据。3类是10 Mb/s，4类是16Mb/s ,5类是100 Mb/s或者155Mb/sATM(线越粗往往类别越高）

　　1）一类线：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不同于数据传输。

　　2）二类线：传输频率为1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4MBPS规范令牌传递协议的旧的令牌网。

　　3）三类线：用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输主要用于10BASE--T。

　　4）四类线：用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输主要用于基于令牌的局域网和 10BASE-T/100BASE-T。

　　5）五类线：用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络。这是最常用的以太网电缆。 （阅读材料）

　　光钎（光缆）分为单模和多模，单模光纤优于多模光纤

　　（单色光散射小，能量集中；复色光散射大）

　　无线通信与卫星通信通道
3．2局域网介质访问控制方法

　　局域网的三足鼎立：以太网（10M），令牌总线，令牌环（16M）对应了三种方法。

　　OSI>实际化>优点：局域网介质发生变化不对逻辑链路层产生影响

　　种类：

　　⑴CSMA/CD即带冲突检测的载波侦听多路访问方法。

　　⑵令牌总线方法（Token Bus）物理上是总线，逻辑上是环

　　⑶令牌环方法（Token Ring）物理和逻辑上都是环

　　1.（考点4）IEEE802模型与协议标准

　　IEEE802参考模型是美国电气电子工程师协会在1980年2月制订的，称为IEEE802标准，把OSI中数据链路层又划分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。局域网介质的变化不影响LLC。

　　a.802.1标准：包含了局域网体系结构、网络互连、以及网络管理与性能测试。（总体标准）

　　b.802.2标准：定义了逻辑链路控制（LLC）子层功能及其服务。（独立出来的LLC）

　　c.802.3标准：定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层（MAC）和物理层规范。（以太网）

　　d.802.4标准：定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制子层与物理层的规范。

　　e.802.5标准：定义了令牌环（Token Ring）介质访问控制子层与物理层的规范。

　　f.802.6标准：城域网，定义了城域网的介质访问控制子层和物理层的规范。

　　g.802.7标准：宽带技术。

　　h.802.8标准：光纤技术。

　　i.802.9标准：综合语音数据局域网。

　　j.802.10标准：可互操作的局域网的安全机制。

　　k.802.11标准：无线局域网技术规范。

　　IEEE802.3标准与以太网(ETHERNET)：

　　以太网：带有冲突检测/的载波监听/多路访问方法(反映了三个特点)（CSMA/CD）随机争用型

　　以太网的帧格式：数据链路层（特点的体现）传递的数据叫做帧。

　　组成

　　1前同步码——速度匹配

　　2接收方或称目的主机地址

　　3发送方或称原主机地址

　　4头部校验核

　　5数据部分（可变长度）

　　6 SCS帧校验序列——整体校验

　　以太网的特点：

　　①广播网

　　②会听

　　③有冲突

　　④随机回退 （延迟）

　　⑤共享介质（平等竞争）

　　头部和尾部长度是固定的，数据部分长度越长，传输率越高——传输效率不稳定——随机性质

　　最早使用随机争用技术的是夏威夷大学的校园网。

　　CSMA/CD的发送流程可概括为：①先听先发②边听边发③冲突停止④随机延迟后重发。

　　冲突检测是发送结点在发送的同时，将其发送信号波形与接受到的波形相比较。

　　IEEE802.4标准与令牌总线Token Bus

　　要求稳定，实时强的网络来适应工业的要求

　　令牌的作用：令牌是一种特殊结构的控制帧，用来控制结点对总线的访问权

　　⑴Token Bus（令牌总线方法）是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。

　　⑵所谓正常稳态操作是网络已经完成初始化，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入与撤除，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。

　　⑶令牌传递由高地址传向低地址，最后由地址返回最高级地址。

　　⑷令牌总线网在物理上是总线网，而在逻辑上是环网。

　　特点

　　拥有令牌

　　广播网络

　　介质访问延迟时间确定

　　不会有冲突（令牌只有一个）

　　不是平等网络（可设置优先级别）

　　⑸交出令牌的条件：①该结点没有数据帧等待发送。

　　②数据已经发完。

　　③令牌持有最大时间到（因此它具有实时性强的特点）。

　　⑹环维护的时机：

　　①环初始化 ②新结点加入环 ③结点从环中撤出 ④环恢复 ⑤优先级（设置）4．IEEE802.5标准与TOKEN RING

　　物理和逻辑统一是环路

　　令牌环的工作流程

　　其余同上3

　　CSMA/CD与TOKEN BUS、TOKEN RING的比较

　　考点8：CSMA/CD与Tocken Bus. Tocken Ring 的比较

　　CSMA/CD特点

　　算法简单，易于实现

　　实时性低（办公自动化）随机

　　负荷较低时候较适用

　　Token Bus 和Token Ring的特点

　　需要环维护，较难实现

　　实时性强（工业领域），确定

　　负荷相对较重（没有冲突）

　　以太网物理地址的基本概念

　　考点9 Ethernet的物理地址

　　唯一

　　MAC地址=Ethernet物理地址

　　地址长度为48个二进制位（或称六个字节或12个十六进制数）

　　前三字节，6位十六进制，24位二进制

　　前三字节是网卡生产商的厂商号，后三字节由该厂商按自己的方式去分配定义

　　局域网的MAC层是由硬件来处理的。
3．3高速局域网技术

　　一、高速局域网研究基本方法

　　1．对局域网的改革方法：

　　⑴提高数据传输率

　　⑵利用路由器和网桥分割流量

　　⑶将共享介质改变为交换介质

　　2．共享介质局域网可分为Ethernet，Token Bus，Token Ring与FDDI以及在此基础上发展起来的100Mbps Fast Ethernet、1Gbps与10Gbps Gigabit Ethernet。

　　3．交换式局域网可分为Switch Ethernet与ATM LAN，以及在此基础上发展起来的虚拟局域网。

　　二、光纤分布式数据接口FDDI

　　1．光纤分布式数据接口

　　FDDI是一种以光纤作为传输介质的高速主干网。

　　FDDI技术特点：

　　(1)使用基于IEEE802.5的令牌环介质访问控制协议。

　　(2)使用IEEE802.2协议

　　（说明它非常适合连接局域网）。

　　(3)数据传输速率为100Mbps,联网的结点数最多1000个,环路长度为100km（典型的城域网）

　　(4)可以使用双环结构,具有容错能力。

　　(5)可以使用多模或单模光纤。

　　(6)具有动态分配带宽的能力,能支持同步和异步数据传输。

　　总共有三种方案能动态分配带宽：FDDI，ATM，STH

　　三、100Mbps Fast Ethernet

　　特点：

　　与以太网相同之处：

　　⑴拥有与以太网一样的帧格式。

　　⑵拥有与以太网一样的介质访问控制方法CSMA/CD。

　　⑶拥有与以太网一样接口和组网方法。

　　与以太网不同之处：

　　发送间隔时间：10 ns ,提高10倍速率

　　⑴数据发送速度提高了10倍，数据发送延迟时间降低10倍。

　　⑵不再使用同轴电缆作为传输介质，而使用双绞线和光纤作为传输介质

　　⑶在物理层和介质访问控制子层之间加入介质独立性接口MII，使数据链路层独立（属于物理层）实现了兼容

　　⑷使用IEEE802.3μ协议。

　　特点主要体现在介质和编码方式的变化

　　100Base TX（主要的） →物理层 两对5类双绞线 全双工传输

　　100Base T4 4对3类线（3对做数据传输，1对做流量控制） 10M

　　100BaseF 两芯的单模或多模光纤

　　四、1Gbps Gigabit EthernetGMII（千兆位以太网）

　　发送间隔时间：1 ns ,提高100倍

　　使用IEEE802.3z协议

　　1000BaseT : 5类非屏蔽双绞 传输距离：100米

　　1000BaseCX: 屏蔽类双绞线 传输距离：25米

　　1000BaseSX: 多模光纤 传输距离：300米～550米(short)

　　1000BaseLX：单模光纤 传输距离：3公里(long)

　　五、10Gbps Gigabit Ethernet（万兆位以太网）

　　用于主干网 保留最大最小帧长度规律

　　不同的地方：只使用单模光纤

　　只工作在全双工状态下，必须使用交换机

　　光传输数据标准：同步光纤网络和同步数字体系

　　六、交换式局域网

　　1．什么是交换式网络？

　　是在多个交换机的接口之间建立并发连接的网络，核心部件是局域网交换机switch，

　　典型的局域网为交换式以太网，它的核心部件是以太网交换机。把共享方式改成了交换方式。

　　交换机的工作原理（多端口网桥）以太网交换机是利用“端口号/MAC地址映射表”进行数据交换的，交换机的“地址学习”是通过读取真的源地址并记录帧进入交换机的端口号进行的。

　　根据交换机的帧转发方法，交换机可以分为3类：

　　⑴直接交换方式：不可靠，最快；10字节

　　⑵存储转发交换方式：整个校验，慢

　　⑶改进直接交换方式：取中间，64字节

　　局域网交换机的特性：

　　⑴低交换传输延迟：几十微秒

　　网桥：几百微秒

　　路由器：毫秒（几千微秒）

　　⑵高传输带宽

　　⑶允许10Mbps/100Mbps共存（自动适应技术）

　　⑷可以支持虚拟局域网VLan

　　七、虚拟局域网

　　1．虚拟网络（VLAN）是建立在交换技术基础上的。

　　2．虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机上的，它以软件的形式来实现逻辑组的划分与管理，逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制。(目的）

　　3．对虚拟网络成员的定义方法上，有以下4种：

　　⑴ 用交换机端口号定义虚拟局域网。（最通用的办法）

　　⑵ 用MAC（网卡）地址，灵活性提高了。

　　⑶ 用网络层地址。（例如用IP地址来定义）更加灵活。

　　⑷ IP广播组。这种虚拟局域网的建立是动态的，它代表一组IP地址。

　　八．无线局域网WLAN

　　1．分类：（按传输技术分）

　　⑴红外线局域网

　　基本技术：定向光束红外线传输、全方位外线传输、漫反射外线传输

　　视距传播，中间不许有阻挡。

　　优点：屋内来回漫反射，保密性比较好，相互之间无干扰，比较便宜。

　　⑵窄带微波局域网

　　⑶扩频无线局域网:①跳频扩频FHSS ②直接序列扩频DSSS

　　IEEE802.11A传输速率：54Mbps

　　IEEE802.11B传输速率：1Mbps,2Mbps,5.5Mbps,11Mbps
3．4局域网组网设备

　　802.3标准

　　XX BASE-xx XX表示数据传输率，BASE表示基带传输（与之对应的是Broad） xx表示介质，表现介质的性质

　　10 BASE-5 粗缆；接口AUI；最大长度为500m

　　10 BASE-2 细缆；接口BNC；最大长度为185m

　　10 BASE-T 双绞线；接口RJ-45；最大长度为100m

　　10 BASE-FP/FB/FL 光纤；接口F/O；最大长度为500m或2000m

　　1．网卡分类：网卡是网络接口卡NIC的简称，它是构成网络的基本部件。

　　⑴按计算机种类：

　　①标准以太网卡　

　　②PCMCIA网卡（用于笔记本，modern）。

　　⑵按传输速率分类：

　　①普通的10Mbps

　　②高速的100Mbps网卡

　　③10/100Mbps自适应网卡

　　④1000Mbps网卡。

　　⑶按传输介质类型分类：

　　①双绞线网卡 ②粗缆网卡 ③细缆网卡 ④光纤网卡

　　2．在传统的局域网中，连网的节点通过非屏蔽双绞线与集线器连接，构成物理上的星型结构。

　　3．普通的集线器两类端口：

　　①一类是用于连接接点的RJ-45端口，这类端口数可以是8，12，16，24等。

　　②另一类端口可以是用于连接粗缆的AUI端口，用于连接细缆的BNC端口，也可以是光纤连接端口，这类端口称为向上连接端口。

　　⑴按传输速率分类：

　　①110Mbps集线器 ②100Mbps集线器 ③10Mbps/100Mbps自适应集线器⑵按集线器是否能够堆叠分类：①普通集线器 ②可堆叠式集线器

　　⑶按集线器是否支持网管功能：①简单集线器 ②带网管功能的集线器

　　4．交换式局域网从根本上改变了“共享介质”的工作方式，它可以通过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。

　　5．局域网交换机的分类：

　　⑴简单的10Mbps交换机

　　⑵10Mbps/100Mbps自适应的局域网交换机

　　⑶大型局域网交换机
3.5 局域网的组网方法

　　双绞线的组网方法（应用最广泛）：

　　⑴带RJ-45端口的以太网网卡

　　⑵Hub集线器

　　⑶3类或5类的非屏蔽双绞线

　　⑷RJ-45头

　　双绞线组网的基本结构：

　　①单一的集线器结构 ②多集线器级联结构

　　级联：集线器与集线器之间的连接，普通的端口连接或向上的端口连接。不可能无限级联。

　　堆叠式集线器：一个基础集线器（最贵）和若干个扩展集线器构成（相当于一个）。

　　3. 100Mbps以太网组网方法：主干部分使用100Mbps交换机

　　4．1000Mbps以太网组网方法：主干部分使用1000Mbps交换机1000Mbps支干交换机
3.6局域网结构化布线
（不是重点）

　　1．结构化布线系统与传统的布线系统最大的区别在于：结构化布线系统的结构与当前所连接的设备位置无关。主要介质是双绞线。10 base-T贡献巨大

　　2．结构化布线系统先预先按建筑物的结构，将建筑物中所有可能放置计算机及其外部设备的位置都布好了线，然后再根据实际所连接的设备情况，通过调整内部跳线装置，将所有计算机设备以及外部设备连接起来。

　　3．结构化布线系统所包含的系统：

　　⑴建筑物综合布线系统

　　⑵智能大楼布线系统

　　⑶工业布线系统

　　智能大楼的四个基本要素：

　　⑴办公自动化系统(OA)

　　⑵通信自动化系统(CA)

　　⑶楼宇自动化系统(BA)

　　⑷计算机网络

　　5建筑物综合布线系统的主要特点（新增的，自己看教程）
3.7网络互联技术

　　网络互联的类型

　　局域网→局域网　网桥（包括同型和异型，注意异型要进行仿真）

　　局域网→广域网 路由器或网关

　　局域网→广域网→局域网 路由器或网关

　　广域网→广域网 路由器或网关

　　2．所谓网络互联，是将分布在不同地理位置的网络，设备相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联系统网络资源的共享。

　　3．网络互联的层次：

　　⑴数据链路层互连的设备是网桥和交换机（数据链路层和物理层的标准可以不同）。

　　⑵网络层互联的设备是路由器。不同协议之间

　　⑶高层互联传输层及其以上各层协议不同的网络之间的互连。实现高层互连的设备是网关。高层互联的网关很多是应用层网关，通常简称为应用网关。

　　4．网络互联设备：网桥、路由器、网关

　　5．网桥的分类：

　　⑴透明网桥（以太网）

　　⑵源路由网桥（令牌网）

　　路由器的功能：

　　建立维护路由表、负责路由选择、对分组的存储转发、拥塞控制

　　第三层交换的基本概念（基于ASIC的交换式路由器）

　　7．网关可以完成不同网络协议之间的转换。

　　8．网关实现协议转换的两种方法是：

　　⑴直接将网络信息包格式转化成输出网络信息包格式 N(N-1)

　　⑵将输入网络信息包的格式转化成一种统一的标准网间信息包的格式2N。