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内容提要：
本书是根据计算机局域网技术的发展和应用情况，依据各类计算机网络教学和培训的需要编写而成的。本书的特点是：先概括后具体，以构建一个中小规模的局域网为主线，详细介绍了一个局域网的规划、组建、管理的步骤和方法；以项目驱动为特征的实训内容，将一个完整的项目实施过程带进实验室，实验的过程也就是项目的实施过程。
本书内容由浅入深、系统性与实用性相结合，可作为大、中专院校计算机网络课程教材，也可供计算机局域网技术培训班使用。
局域网概述
局域网是一种小范围内实现资源共享的计算机网络,它具有结构简单,投资少,数据传输速率高和可靠性高等优点.
决定局域网特性的三个主要技术是:传输介质,拓扑结构和信道访问协议.在这三种技术中最为重要的是信道访问协议,它对网络的吞吐量,响应时间,传输效率等网络特性起着十分重要的作用.
3.1 局域网概述
1 局域网的特点
局域网的通信传输速率高.
局域网覆盖的地理范围较小.
局域网具有较好的传输质量,误码率低.
局域网可以支持多种传输介质等.
局域网一般为一个部门或单位所有,建网,维护以及扩展等较容易,系统灵活性高.
在局域网中,通信处理功能一般都被固化在一块称为网络适配器(网卡)的电路板上.
3.1 局域网概述
2 局域网拓扑结构
总线型拓扑
总线型拓扑是将服务器和工作站都连到一条公共的电缆线上,如图3-1所示.网络所有节点共享这条公用通信线路.
3.1 局域网概述
环型拓扑
它是一种所有的节点通过环路接口分别连接到它相邻的两个节点上,从而形成的一种首尾相接的闭环通信网络,如右图所示.
3.1 局域网概述
星型拓扑
星型拓扑是网络上所有节点都和中心节点进行点对点的连接,中心节点可以是服务器,也可以是连接器等设备,如右图所示.
3.1 局域网概述
3 局域网的信道访问协议
信道访问协议的分类
按常用的三种不同网络拓扑结构分类
①IEEE802.3:CSMA/CD
②IEEE802.4:Token Bus
③IEEE802.5:Token Ring
按使用通信线路的访问方式分类
①争用型
②定时型
3.1 局域网概述
CSMA/CD访问控制方式
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection),即载波监听多路访问/冲突检测,是一种争用型的介质访问控制协议.网中各节点都能独立地决定数据帧的发送与接收.每个站点在发送数据帧之前,首先要进行载波监听,只有介质空闲时,才允许发送帧.这时,如果两个以上的站同时监听到介质空闲并发送帧,则会产生冲突现象.每个站必须有能力随时检测冲突是否发生,一旦发生冲突,则应停止发送,然后随机延时一段时间后,再重新争用介质,重发该帧.
我们把检查信道上有无数据信号传输称为"载波监听",而把同时有多个节点在监听信道是否空闲和发送数据,称为"多路访问".
3.1 局域网概述
令牌环访问控制方式
令牌的含义
令牌是一种特殊的控制帧,其特点是:①一个环只有一个令牌;②令牌是站点能进行数据发送的凭证,只有获得令牌的站点才能进入数据发送工作方式;③令牌绕环行驶.
Token-Ring基本原理
Token-Ring是一种适用于环型拓扑的分布式介质访问控制方法.这种介质访问技术使用一种称为令牌的特殊帧沿着环网循环.当一个站要发送数据时,必须等待空令牌通过本站,然后将空令牌改为忙令牌,紧跟着忙令牌之后,把数据帧发送到环网上.由于令牌是忙状态,其他站必须等待而不能发送数据.因此,也就不可能产生任何冲突.
3.1 局域网概述
令牌总线访问控制方式
令牌总线是令牌控制方式在总线结构上的应用.其特点是:物理上是总线结构,逻辑上是令牌环.在令牌总线中,总线上的站不能像CSMA/CD那样随机地访问总线,而只有令牌持有者才能访问总线.令牌的传递不是按站的物理顺序,而是按逻辑顺序.如右图所示.站点A→B→E→D→A构成一逻辑环.另外,称逻辑环外的站点为非活动站 .
3.2 100兆局域网组网技术
1 以太网组网技术概述
以太网组网非常灵活和简便,可使用多种物理介质,以不同拓扑结构组网,是目前国内外应用最为广泛的一种网络,已成为网络技术的主流.
以太网按其传输速率又分成10Mb/s,100Mb/s,1000Mb/s.
细缆以太网10 BASE-2
10 BASE-2以太网是采用IEEE802.3标准,它是一种典型的总线型结构,如下图所示.采用细缆为传输介质,通过T型接头与网卡上的BNC接口相连的总线型网络.
3.2 100兆局域网组网技术
一个细缆以太网电缆段长度超过185米或工作站个数多于30个时,应采用支持BNC接口的中继器来延长距离,或增加节点个数.使用4个中继器的细缆以太网的最大长度可达到925米.
3.2 100兆局域网组网技术
双绞线以太网10 BASE-T
10 BASE-T是采用无屏蔽双绞线(UTP)作为传输介质的以太网,其标准为IEEE802.3i.在网络拓扑结构中增加了集线器(HUB),采用RJ45连接头实现网络连接,如右图所示.
3.2 100兆局域网组网技术
10 BASE-T以太网的基本硬件组成:
(1)网络服务器和工作站
(2)交换机或集线器(HUB)
(3)3类或5类UTP
(4)带有RJ45接口的Ethernet网卡
(5)RJ45连接头(水晶头)
3.2 100兆局域网组网技术
2 100 BASE-T组网技术
目前,具有代表性的100M局域网技术有:
100 BASE-T技术
100 VG-AnyLAN技术
FDDI快速光纤网技术
其中100 BASE-T是由10 BASE-T以太网直接升级得到的,100 BASE-T技术在介质访问控制层(物理层)上支持100 BASE-TX,100 BASE-T4和100 BASE-FX三种介质协议.传输介质可以是3,5类UTP或光纤 .
3.2 100兆局域网组网技术
100 BASE-TX
100 BASE-TX使用5类非屏蔽双绞线(UTP)或1类屏蔽双绞线(STP)作为传输介质.100 BASE-TX使用其中的两对,连接方法和10 BASE-T完全相同,这意味着不必改变布线格局便可直接将10 BASE-T的布线系统移植到100 BASE-TX上.100 BASE-TX是全双工系统,站点可以在以100Mb/s的速率发送的同时,以100Mb/s的速率进行接收.100 BASE-TX规定5类UTP电缆采用RJ45连接头,而1类STP电缆采用9芯D型(DB-9)连接器.
3.2 100兆局域网组网技术
100 BASE-T4
100 BASE-T4使用4对UTP 3类线,这是为已使用UTP 3类线的大量用户而设计的.它是一项新的信号发送技术,采用8B6T编码技术,即把8位二进制码组编码成6位三进制码组,再经过不归零(NRZ)编码后输出到3对数据线上.每对线的传输速率为33.3Mb/s,三对线的总传输速率为100Mb/s,即在音频级的3类UTP电缆上实现了100Mb/s的传输速率.在4对线中,3对线用于数据传输,1对线用于冲突检测.
3.2 100兆局域网组网技术
100 BASE-FX
100 BASE-FX是多模光纤系统,它使用两束62.5/125μm光纤,每束都可用于两个方向,因此它也是全双工的,并且在每个方向上速率均为100Mb/s.100 BASE-FX特别适用于长距离或易受电磁波干扰的环境,站点与集线器之间的最大距离可达2km.
3.3 1000兆局域网组网技术
1 千兆位以太网技术
千兆以太网是对100M以太网的升级,其技术标准如下表.
千兆以太网标准
传输介质类型
传输距离
(m)
1000 BASE-LX
(802.3z)
62.5μm多模光纤
50μm多模光纤
10μm单模光纤
550
550
5000
1000 BASE-SX
(802.3z)
62.5μm多模光纤
50μm多模光纤
275
550
1000 BASE-CX
(802.3z)
屏蔽铜缆
25
1000 BASE-T
(802.3ab)
4对5类UTP
100
3.3 1000兆局域网组网技术
目前,千兆以太网技术是网络界公认的网络技术发展方向之一,千兆以太网具有如下优点:
高传输速率和速率提升潜力
高性能价格比
兼容性好
网络设计灵活
组网方式灵活
简化的管理
3.3 1000兆局域网组网技术
2 ATM组网技术
ATM的基本概念
异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)是一种快速分组交换技术,它是以信元为信息传输和交换的基本单位,是一种面向连接的交换技术.为了简化信元的传输控制,在ATM中采用了固定长度的信元,规定为53字节,其中信元头5个字节,信息段48个字节 .
3.3 1000兆局域网组网技术
ATM局域网组网技术
以ATM交换机为中心连接计算机所构成的局域网络叫ATM局域网.ATM交换机和ATM网卡支持的速率一般为155Mb/s～24Gb/s,满足不同用户的需要,标准ATM的组网速率是622 Mb/s.右图是ATM局域网组网示意图.
3.3 1000兆局域网组网技术
ATM是将分组交换与电路交换优点相结合的网络技术,可以工作在任何一种不同的速度,不同的介质和使用不同的传送技术,适用于广域网,局域网场合,可在局域网/广域网中提供一种单一的网络技术,实现完美的网络集成.
ATM组网技术的不足之处是协议过于复杂和设备昂贵带来的相对较高的建网成本.
3.4 交换局域网和虚拟局域网
1 交换局域网
交换局域网的核心部件是局域网交换机.局域网交换机一般有多个端口,每个端口可以直接和网络中的一般节点连接,也可以和集线器连接.交换局域网与共享式局域网的不同是:
"共享式"局域网
共享式集线器是共享式局域网络上使用的中心控制设备.它的工作原理是建立在"共享介质"基础上的,相应的介质访问控制方法是CSMA/CD,Token Ring和Token Bus.如某共享式以太网上的数据传输速率为10Mb/s,当10个节点同时使用时,每个节点平均分配的带宽就只有1Mb/s.
3.4 交换局域网和虚拟局域网
"交换式"局域网
交换机是交换式局域网上使用的中心控制设备.在交换式局域网中,可以通过交换机为所有节点建立并行,独立和专用带宽的连接.不管有多少工作站,各工作站均可以得到并行,独立的带宽.若某交换式以太网数据传输速率为10Mb/s,每个节点均可以得到10Mb/s的带宽.
3.4 交换局域网和虚拟局域网
利用100Mb/s交换机组网实例
3.4 交换局域网和虚拟局域网
2 虚拟局域网
虚拟局域网是建立在局域网交换机或ATM交换机的基础上的,以软件方式来实现逻辑工作组的划分与管理,逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限制.
逻辑工作组将网络上的节点按工作性质与需要划分而得到,一个逻辑工作组就是一个虚拟网络.
构成虚拟局域网的条件是:所有用户终端都连接到支持虚拟局域网的交换机端口上.
3.5 局域网组网设备
1 常用的组网设备
网络适配器(网卡)
网卡的基本功能主要有3个方面:①数据转换;②数据缓存;③通信服务.
市场上常见的网卡种类繁多.按所支持的带宽分有10Mb/s网卡,100Mb/s网卡,10/100Mb/s自适应网卡和1000Mb/s网卡;按组网类型网卡又分为以太网卡,令牌环网卡,FDDI网卡和ATM网卡等.
3.5 局域网组网设备
集线器(HUB)
集线器的基本功能是信息分发,它把一个端口接收的所有信号向所有端口分发出去.一些集线器在分发之前将弱信号重新生成,一些集线器整理信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信.
3.5 局域网组网设备
交换机(Switch)
交换机是一种高性能的集线设备.用交换机组成的交换式网络,传输速率可以高达吉比特每秒.随着交换机价格的不断降低,它已经逐渐取代集线器 .具有堆叠功能的交换机可以堆叠,下图是交换机堆叠的连接图.
3.5 局域网组网设备
网线
目前,局域网组网使用的传输介质主要是双绞线和光纤,有时也使用同轴电缆和微波.
3.5 局域网组网设备
2 网络的物理连接
使用同轴电缆的物理连接步骤
⑴分别在服务器和工作站的主机内选择合适的扩展槽,插入网卡.
⑵用制作好的带BNC T型连接头的细同轴电缆连接服务器和工作站.
⑶将50Ω的终结器分别安装在细缆两端的BNC T型连接头上.
3.5 局域网组网设备
2 网络的物理连接
使用双绞线的物理连接步骤
⑴分别在服务器和工作站的主机内选择合适的扩展槽,插入网卡.
⑵用制作好的双绞线级连交换机或集线器.
⑶用制作好的双绞线连接服务器和交换机或集线器.
⑷用制作好的双绞线连接工作站和交换机或集线器.
3.5 局域网组网设备
用双绞线连接的局域网 |
