局域網(wǎng)基本工作原理

4.1局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

局域網(wǎng)覆蓋有限的地理范圍，它適用于公司、機(jī)關(guān)、校園等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)連網(wǎng)的需求；局域網(wǎng)提供高數(shù)據(jù)傳輸速率（10～100Mbps）、低誤碼率的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Gbps的高速局域網(wǎng)正在發(fā)展中；決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)要素為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、傳輸介質(zhì)與介質(zhì)訪問(wèn)控制方法；從介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的角度來(lái)看，局域網(wǎng)可分為共享介質(zhì)式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類。

4.2局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型與特點(diǎn)

4.2.1總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法采用的是“共享介質(zhì)”方式；所有結(jié)點(diǎn)都連接到一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上；總線傳輸介質(zhì)通常采用同軸電纜或雙絞線；所有結(jié)點(diǎn)可以通過(guò)總線以“廣播”方式發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，因此出現(xiàn)“沖突”不可避免；“沖突”會(huì)造成傳輸失敗；必須解決多個(gè)結(jié)點(diǎn)訪問(wèn)總線的介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC，MediumAccessControl）問(wèn)題。總線型局域網(wǎng)

的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

介質(zhì)訪問(wèn)控制方法要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：該哪個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)？發(fā)送時(shí)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)沖突？出現(xiàn)沖突怎么辦？總線型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易；易于擴(kuò)展，可靠性較好。4.2.2環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

結(jié)點(diǎn)使用點(diǎn)-點(diǎn)線路連接，構(gòu)成閉合的物理環(huán)型結(jié)構(gòu)；環(huán)中數(shù)據(jù)沿著一個(gè)方向繞環(huán)逐站傳輸；多個(gè)結(jié)點(diǎn)共享一條環(huán)通路；環(huán)建立、維護(hù)、結(jié)點(diǎn)的插入與撤出。4.2.3星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)的關(guān)系交換局域網(wǎng)(SwitchedLAN)的物理結(jié)構(gòu)

4.3IEEE802模型與協(xié)議4.3.1傳輸介質(zhì)類型與介質(zhì)訪問(wèn)控制方法局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)類型：同軸電纜雙絞線光纖無(wú)線通信信道介質(zhì)訪問(wèn)控制方法:帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMA/CD）令牌總線（TokenBus）令牌環(huán)（TokenRing）4.3.2IEEE802參考模型

IEEE802參考模型與OSI參考模型的關(guān)系

IEEE802委員會(huì)為局域網(wǎng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，它們統(tǒng)稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系

4.4共享介質(zhì)局域網(wǎng)的工作原理

4.4.1以太網(wǎng)的工作原理CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為：先聽(tīng)后發(fā)邊聽(tīng)邊發(fā)沖突停止延遲重發(fā)

CSMA/CD的工作原理

4.4.2令牌總線的工作原理

TokenBus的環(huán)維護(hù)工作：環(huán)初始化新結(jié)點(diǎn)加入環(huán)結(jié)點(diǎn)從環(huán)中撤出環(huán)恢復(fù)優(yōu)先級(jí)

TokenBus的主要特點(diǎn)：介質(zhì)訪問(wèn)延遲時(shí)間有確定值；通過(guò)令牌協(xié)調(diào)各結(jié)點(diǎn)之間的通信關(guān)系，各結(jié)點(diǎn)之間不發(fā)生沖突，重負(fù)載下信道利用率高；支持優(yōu)先級(jí)服務(wù)。4.4.3令牌環(huán)的工作原理

TokenRing方式的優(yōu)點(diǎn)：環(huán)中結(jié)點(diǎn)訪問(wèn)延遲確定適用于重負(fù)載環(huán)境支持優(yōu)先級(jí)服務(wù)TokenRing方式的缺點(diǎn)：環(huán)維護(hù)工作復(fù)雜實(shí)現(xiàn)比較困難

4.5高速局域網(wǎng)的工作原理

4.5.1高速局域網(wǎng)的研究方法

推動(dòng)局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的因素：個(gè)人計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用。在過(guò)去二十年中，計(jì)算機(jī)的處理速度提高了百萬(wàn)倍，而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率只提高了上千倍；基于Web的Internet/Intranet應(yīng)用要求更高的帶寬；在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、桌面電視會(huì)議、3D圖形與高清晰度圖像這類應(yīng)用中，人們需要有更高帶寬的局域網(wǎng)。傳統(tǒng)共享式局域網(wǎng)的缺點(diǎn)傳統(tǒng)局域網(wǎng)技術(shù)建立在“共享介質(zhì)”基礎(chǔ)上，典型的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是CSMS/CD、TokenRing、TokenBus；介質(zhì)訪問(wèn)控制方法用來(lái)保證每個(gè)結(jié)點(diǎn)都能夠“公平”地使用公共傳輸介質(zhì)；每個(gè)結(jié)點(diǎn)平均能分配到的帶寬隨著結(jié)點(diǎn)數(shù)的不斷增加而急劇減少；網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷加重時(shí)，沖突和重發(fā)現(xiàn)象將大量發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)效率將會(huì)下降，網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲將會(huì)增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量將會(huì)下降。

高速局域網(wǎng)的研究方法第一種方案：提高Ethernet的數(shù)據(jù)傳輸速率：10Mbps→100Mbps→10Gbps；第二種方案：將一個(gè)大型局域網(wǎng)劃分成多個(gè)用網(wǎng)橋或路由器互連的子網(wǎng)，導(dǎo)致局域網(wǎng)互連技術(shù)的發(fā)展；第三種方案：將“共享介質(zhì)方式”改為“交換方式”，導(dǎo)致“交換式局域網(wǎng)”技術(shù)的發(fā)展。

共享介質(zhì)與交換局域網(wǎng)工作原理的區(qū)別

局域網(wǎng)產(chǎn)品類型與相互之間的關(guān)系

4.5.2光纖分布式數(shù)據(jù)接口

FDDI主要技術(shù)特點(diǎn)

使用

802.5的單令牌環(huán)網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議；使用

802.2協(xié)議，與符合

802標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)兼容；數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps，連網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)數(shù)最大為1000，環(huán)路長(zhǎng)度為100km；可以使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，具有容錯(cuò)能力；可以使用多模或單模光纖；具有動(dòng)態(tài)分配帶寬的能力，能夠支持同步和異步數(shù)據(jù)傳輸。

FDDI主要應(yīng)用環(huán)境

計(jì)算機(jī)機(jī)房網(wǎng)辦公室或建筑物群的主干網(wǎng)校園網(wǎng)的主干網(wǎng)多校園的主干網(wǎng)4.5.3快速以太網(wǎng)

快速以太網(wǎng)又稱為FastEthernet，它的傳輸速率比普通Ethernet快10倍，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了100Mbps；FastEthernet保留著傳統(tǒng)的幀格式、介質(zhì)訪問(wèn)控制方法與組網(wǎng)方法；每個(gè)比特的發(fā)送時(shí)間由100ns降低到了10ns；1995年9月，IEEE802委員會(huì)正式批準(zhǔn)了FastEthernet標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u。

FastEthernet的協(xié)議結(jié)構(gòu)

4.5.4千兆以太網(wǎng)用Ethernet組建企業(yè)網(wǎng)的全面解決方案：桌面系統(tǒng)采用傳輸速率為10Mbps的Ethernet；部門(mén)級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用傳輸速率為100Mbps的FastEthernet；企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用傳輸速率為1000Mbps的GigabitEthernet。

GigabitEthernet的協(xié)議結(jié)構(gòu)

4.6交換式局域網(wǎng)的工作原理

4.6.1交換式局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

4.6.2局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理

4.6.3局域網(wǎng)交換機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

低交換延遲支持不同的傳輸速率和工作模式支持虛擬局域網(wǎng)服務(wù)

4.7虛擬局域網(wǎng)的工作原理

4.7.1虛擬網(wǎng)絡(luò)的概念虛擬網(wǎng)絡(luò)建立在局域網(wǎng)交換機(jī)之上;以軟件方式實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯工作組的劃分與管理;邏輯工作組的結(jié)點(diǎn)組成不受物理位置的限制;一個(gè)邏輯工作組的結(jié)點(diǎn)可以分布在不同的物理網(wǎng)段上，但它們之間的通信就像在同一個(gè)物理網(wǎng)段上一樣。

4.7.2虛擬局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)方法

用交換機(jī)端口號(hào)定義虛擬局域網(wǎng)用MAC地址定義虛擬局域網(wǎng)用網(wǎng)絡(luò)層地址定義虛擬局域網(wǎng)IP廣播組虛擬局域網(wǎng)用交換機(jī)端口號(hào)定

義虛擬局域網(wǎng)成員

4.8無(wú)線局域網(wǎng)的工作原理

4.8.1無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用

作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的擴(kuò)充建筑物之間的互連漫游訪問(wèn)特殊網(wǎng)絡(luò)

典型的無(wú)線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4.8.2無(wú)線局域網(wǎng)的主要類型

紅外線局域網(wǎng)定向光束紅外傳輸技術(shù)全方位紅外傳輸技術(shù)漫反射紅外傳輸技術(shù)擴(kuò)頻局域網(wǎng)跳頻通信直接序列擴(kuò)頻窄帶微波局域網(wǎng)

申請(qǐng)執(zhí)照的窄帶RF

免申請(qǐng)執(zhí)照的窄帶RF

4.8.3無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802.11基本結(jié)構(gòu)模型

4.9小結(jié)

局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是覆蓋有限的地理范圍，在基本通信機(jī)制上選擇與廣域網(wǎng)不同的方式，從存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式改變?yōu)楣蚕斫橘|(zhì)與交換方式；局域網(wǎng)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上主要分為總線型、環(huán)型與星型結(jié)構(gòu)三種；在網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)上主要采用雙絞線、同軸電纜與光纖，但目前無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展很快；從介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的角度，局域網(wǎng)可以分為共享介質(zhì)式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類；目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)是以太網(wǎng)Ethernet，它的核心技術(shù)是隨機(jī)爭(zhēng)用共享介質(zhì)的訪問(wèn)控制方法，即CSMA/CD方法；

隨著各種應(yīng)用對(duì)局域網(wǎng)帶寬有更高要求，傳輸速率為100Mbps與1Gbps的快速以太網(wǎng)與千兆以太網(wǎng)出現(xiàn)，并成為高速局域網(wǎng)方案中的首