12高教版 中职 信息技术 计算机网络技术 第三章 计算机网络技术基础 3.4局域网课件PPT

局域网· 网络操作系统的概念· 主流网络操作系统· 安装Windows Server 2012 R2· 熟悉Windows Server 2012 R2· 掌握文件共享方式目录页介质访问控制方法局域网技术Part 1Part 2Part 3局域网概述本章实验Part 4Part 1Part 6本章小结虚拟局域网VLAN局域网（Local Area Network，LAN）是根据地理范围划分的网络之一，它将有限地理范围内的各种计算机设备连接在一起，从而实现有限范围网络内部的数据传输和资源共享。1.1 局域网概述局域网的组成可分为硬件和软件两大类。1、硬件组成局域网硬件是组成局域网物理结构的设备，根据设备的功能，局域网硬件可分为以下几种：客户机服务器专用通信设备传输媒介1.1.1 局域网的基本组成局域网的组成可分为硬件和软件两大类。2、软件组成网络操作系统协议软件1.1.1 局域网的基本组成局域网具有以下特点：高速率、低时延、低误码率便于安装、成本低便于管理与维护可共用资源1.1.2 局域网的特点本节内容：局域网体系结构IEEE 802标准1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构IEEE 802参考模型与OSI参考模型的对应关系如图所示。1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构物理层主要实现数据在物理介质上以比特流形式的传输和接收，以及规定一些机械、电气和规程方面的特性。IEEE 802参考模型中的物理层与OSI参考模型中物理层的功能相同。1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构数据链路层负责将数据从一个结点可靠地传输到相邻的结点，IEEE 802标准将其划分为两个子层：逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层介质访问控制（Access Control，MAC）子层1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构MAC子层为不同的物理介质定义了不同的介质访问控制标准，可支持LLC子层完成对介质的访问控制功能；MAC子层也具备组装数据帧、地址识别和差错检测功能。1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构LLC子层的主要功能是建立、维持和释放数据链路，为网络层提供面向连接或无连接的服务。LLC子层的作用是在MAC子层提供的介质访问控制和物理层提供的比特流服务之上，将不可靠的信道处理为可靠的信道，确保数据帧的正确传输。LLC子层还提供差错控制、流量控制和发送顺序控制等大部分数据链路层功能，以及某些网络层的功能，如数据报、虚电路、多路复用等。数据链路层负责将数据从一个结点可靠地传输到相邻的结点，IEEE 802标准将其划分为两个子层：逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层介质访问控制（Access Control，MAC）子层1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构MAC子层与物理层相邻，它为不同的物理介质定义了不同的介质访问控制标准，可支持LLC子层完成对介质的访问控制功能；此外MAC子层也具备组装数据帧、地址识别和差错检测功能。IEEE 802局域网标准随着局域网的发展不断地更新与完善，自诞生至今，IEEE 802已包含了40多项标准，这些标准包含但不仅限于以下部分：（1）IEEE 802.1：局域网体系结构、寻址、网络互联和网络；（2）IEEE 802.2：逻辑链路控制子层（LLC）的定义；（3）IEEE 802.3：以太网介质访问控制协议（CSMA/CD）及物理层技术规范；1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构IEEE 802局域网标准随着局域网的发展不断地更新与完善，自诞生至今，IEEE 802已包含了40多项标准，这些标准包含但不仅限于以下部分：（4）IEEE 802.4：令牌总线网（Token-Bus）的介质访问控制协议及物理层技术规范；（1）IEEE 802.1：令牌环网（Token-Ring）的介质访问控制协议及物理层技术规范；（6）IEEE 802.7：宽带技术；（7）IEEE 802.8：光纤技术；1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构IEEE 802局域网标准随着局域网的发展不断地更新与完善，自诞生至今，IEEE 802已包含了40多项标准，这些标准包含但不仅限于以下部分：（8）IEEE 802.9：综合声音数据的局域网（IVD LAN）介质访问控制协议及物理层技术规范；（9）IEEE 802.10：网络安全技术，定义了网络互操作的认证和加密方法；（10）IEEE 802.11：无线局域网（WLAN）的介质访问控制协议及物理层技术规范。1.1.3 IEEE 802标准与局域网体系结构目录页介质访问控制方法局域网技术Part 1Part 2Part 3局域网概述本章实验Part 4Part 1Part 6本章小结VLAN介质访问控制（Medium Access Control，简称MAC）方法是指当局域网中共用信道的使用产生竞争时，分配信道使用权的方法。1.2 介质访问控制方法局域网中目前广泛使用以下两种介质访问控制方法：（1）争用型介质访问控制，又称随机型的介质访问控制协议，如CSMA/CD方式。（2）确定型介质访问控制，又称有序的访问控制协议，如Token（令牌）方式。1.2 介质访问控制方法CSMA/CD全称为Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，即载波侦听多路访问/碰撞检测。载波侦听：网络上各个结点在发送数据前都要确认总线是否有数据传输，若有（总线忙），则不发送数据；若无（总线空），立即发送准备好的数据。多路访问：网络上所有工作站收发数据时共用一条总线，且都以广播方式发送数据。碰撞检测：若网络中有两个或两个以上结点同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，这种情况称为数据冲突，也称为碰撞。1.2 介质访问控制方法CSMA/CD的工作原理如下：（1）当一个结点准备发送数据时，它先检测网络，侦听信道状态：若信道忙则等待，直到信道空闲；若信道空闲，则发送准备好的数据。（2）在结点发送数据的同时，结点持续侦听信号，确定没有其他站点同时传输数据，才继续发送数据。（3）若有两个或多个结点同时发送数据，产生冲突，则立即停止发送数据，并发送一个加强冲突的信号，使网络上所有结点都获悉冲突的发生，然后等待一个预定的随机时间，在总线空闲时，再重新发送未发送完的数据。1.2 介质访问控制方法Token——令牌：令牌环令牌总线1.2 介质访问控制方法令牌是令牌环上传输的由3个字节组成的一种特殊帧。令牌环网中只有持有令牌的结点具有传输权限。信息帧沿着环传输，当帧到达目的结点时，目的结点根据信息帧创建一个帧副本，再使信息帧继续沿环传输，直到信息帧回到发送结点。之后发送结点检验返回帧以判断帧是否已被接收站接收并复制，最后将信息帧销毁，使令牌传向下一个结点。1.2 介质访问控制方法目录页介质访问控制方法局域网技术Part 1Part 2Part 3局域网概述本章实验Part 4Part 1Part 6本章小结虚拟局域网VLAN人们根据局域网使用的技术对局域网进行命名，目前常见的局域网有以太网、FDDI网、ATM网、无线局域网等。1.3 局域网技术以太网是应用最广泛的局域网技术。根据传输速率的不同，以太网分为标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000Mbps）和万兆以太网（10Gbps），这些以太网都符合IEEE 802.3规范。1.3 局域网技术标准以太网是最早期的以太网，其传输速率为10Mbps，也称为传统以太网。IEEE 802.3中规定的一些传统以太网物理层标准如下：10 Base-2：使用细同轴电缆，最大网段长度为181m。10 Base-1：使用粗同轴电缆，最大网段长度为100m。10 Base-T：使用双绞线，最大网段长度为100m。10 Broad-36：使用同轴电缆，最大网段长度为3600m。10 Base-F：使用光纤，最大网段长度为2000m，传输速率为10Mbps。1.3 局域网技术1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fast Switch10 / 100和百兆网络接口卡Fast NIC 100，快速以太网技术正式得到应用。1.3 局域网技术IEEE 802.3u标准基本保持了标准局域网的规定，包括帧格式、接口、介质访问控制方法（CSMA/CD）等，只是将数据传输速率从10Mbps提升到了100Mbps，又使用了一些新的物理层标准，具体如下所示：1.3 局域网技术100 Base-TX：使用两对1类屏蔽或非屏蔽双绞线，一对用于发送数据，一对用于传输数据；使用RJ-41或DB9接口，结点与集线器的最大距离为100m，支持全双工。100 Base-T4：使用4对3类、4类或1类双绞线，3对用于发送数据，1对用于检测冲突限号；使用RJ-41连接器，最大网段长度为100m，不支持全双工。IEEE 802.3u标准基本保持了标准局域网的规定，包括帧格式、接口、介质访问控制方法（CSMA/CD）等，只是将数据传输速率从10Mbps提升到了100Mbps，又使用了一些新的物理层标准，具体如下所示：1.3 局域网技术100 Base-FX：使用一对单模或多模光纤，一路用于发送数据，一路用于接收数据；最大网段长度为200m（使用单模光纤时可达2000m），支持全双工。此种网络主要用于搭建主干网，以提升主干网络传输速率。1996年6月，IEEE标准委员会批准了千兆以太网方案授权申请，随后IEEE 802.3工作组成立了IEEE 802.3z工作委员会，该委员会建立了千兆以太网标准，该标准的主要规定如下：速率为1000Mbps的以太网在通信时的全双工/半双工操作。使用802.3以太网帧格式、CSMA/CD技术。在一个冲突域中支持一个中继器。向下兼容10 BASE-T和100 BASE-T。1.3 局域网技术IEEE 802.3工作组为千兆以太网制定了一系列物理层标准，其中常用的标准如下：1.3 局域网技术1000 BASE-SX：使用芯径为10μm及62.1μm、工作波长为810nm的多模光纤，采用8B/10B编码方式，传输距离分别为260m和121m。此标准主要应用于建筑物中同一层的短距离主干网。1000 BASE-LX：使用芯径为10μm及62.1μm、工作波长为810nm和芯径为1μm、工作波长为1300nm的多模、单模光纤，传输距离分别为121m、110m和3000m。此标准主要应用于校园主干网。IEEE 802.3工作组为千兆以太网制定了一系列物理层标准，其中常用的标准如下：1.3 局域网技术1000 BASE-CX：使用1100Ω屏蔽双绞线，采用8B/10B编码方式，传输速率为1.21Gbps，传输距离为21m。此标准主要用于集群设备的连接，如一个交换机机房内的设备互联。1000 BASE-T：使用4对1类非屏蔽双绞线，采用PAM1编码方式，传输距离为100m。此标准主要用于同一层建筑的通信，从而可利用标准以太网或快速以太网已铺设的非屏蔽双绞线电缆。10GE并非简单地将千兆以太网的速率提升了10倍，2002年6月，IEEE 802.3ae委员为制定了10GE的正式标准，该标准主要包括以下内容：1.3 局域网技术兼容802.3标准中定义的最小和最大以太网帧长度。仅支持全双工方式。使用点对点链路和结构化布线组建星型局域网。在MAC/PLS服务接口上实现10Gbps的速度。定义两种物理层规范，即局域网PHY和广域网PHY。10GE并非简单地将千兆以太网的速率提升了10倍，2002年6月，IEEE 802.3ae委员为制定了10GE的正式标准，该标准主要包括以下内容：1.3 局域网技术定义将MAC/PLS的数据传输速率对应到广域网PHY数据传输速率的适配机制。定义支持特定物理介质相关接口（PMD）的物理层规范，包括多模光纤和单模光纤以及相应传输距离；支持ISO/IEC 11801第二版中定义的光纤介质类型等。通过WAN界面子层，10GB也能被调整为较低的传输速率。10GB不再使用铜线，只使用光纤作为传输媒介；10GE不再使用CSMA/CD协议；10GE使用新开发的物理层。1.3 局域网技术1.3 局域网技术10G BASE-SR：SR表示“Short Reach”（短距离），10G Base-SR仅用于短距离连接，该规范支持编码方式为64B/66B的短波（810nm）多模光纤，有效传输距离为2m~300m。10G BASE-LR：LR表示“Long Reach”（长距离），10G BASE-LR主要用于长距离连接，该规范支持编码方式为64B/66B的长波（1310nm）单模光纤，有效传输距离为2m~10km，最高可达21km。10G BASE-ER：ER表示“Extended Reach”（超长距离），10G BASE-ER支持超长波（1110nm）单模光纤，有效传输距离为2m~40km。FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）技术是80年代中期发展起来的一项局域网技术，是与标准以太网和令牌网（4或16Mbps）同期的局域网技术，也是当时传输速率最高的局域网技术。1.3 局域网技术FDDI标准由ANSI X3T9.1标准委员会制定FDDI使用定时的令牌访问方法FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动，如果结点不传输数据，FDDI令牌将继续向下一个结点移动；如果结点需要传输数据，那么在指定的称为“目标令牌循环时间”（Target Token Rotation Time，TTRT）的时间内，它可以按照用户的需求发送尽可能多的帧。1.3 局域网技术ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）始于70年代后期，是为多种业务设计的通用技术。ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成长度固定的信元，通过虚连接进行交换。ATM适用于局域网和广域网，具有较高的传输速率，支持声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像等多种类型的通信。ATM技术具有实时性好、稳定高效等特点。该技术可实现的最高速率为10Gbps，且即将达到40Gbps。1.3 局域网技术无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）是目前最热门、最普及的一种局域网。无线局域网与其他局域网的主要区别在于传输媒介的不同，其他局域网采用有形媒介，如同轴电缆、双绞线、光纤等进行连接，无线局域网采用无形的空气作为传输媒介。1.3 局域网技术无线局域网标准：IEEE 802.11z。加密算法：WEP、WAP、WAP2等。1.3 局域网技术目录页介质访问控制方法局域网技术Part 1Part 2Part 3局域网概述本章实验Part 4Part 1Part 6本章小结虚拟局域网VLAN局域网可以由几台设备组成，亦可由成百上千台设备组成。若局域网具备一定规模，交换机在进行学习和更新时所产生的泛洪对网络性能的影响将不可忽视。1.4 虚拟局域网VLAN人们考虑将产生泛洪时接收数据帧的区域（即广播域）进行划分，通过缩小泛洪的规模，降低泛洪对网络性能的影响。这样被划分出的一个广播域就称为一个VLAN（Virtual Local Area Network），即虚拟局域网。1.4 虚拟局域网VLAN在交换型网络中，广播域可以是一组任意选定的MAC地址的虚拟网段，这样，网络中的工作组可以完全根据管理功能来划分，这突破了共享网络中工作组划分时的地理位置限制。物理网络划分出的每个VLAN都有一个VLAN ID，VLAN的实现原理是在以太网帧的基础上增加VLAN头，当交换机接收到数据时，检测数据帧中的VLAN头，判断数据应被转发到哪个VLAN。1.4.1 VLAN的实现机制在未设置VLAN的交换机上，任何广播帧都会被转发给除发送端口外的所有端口，如图所示，pc1发送的数据帧被转发给了连接其他端口的pc。1.4.1 VLAN的实现机制VLAN划分VLAN A：pc1、pc2VLAN B：pc3、其他VLAN在交换机上的实现方式可分为四类：基于端口划分VLAN基于MAC地址划分VLAN按网络层协议划分VLAN基于IP组播划分VLAN1.4.2 VLAN的实现方式基于端口划分的VLAN是最简单有效的VLAN实现方式，此方法只需网络管理员将交换机的端口划分为不同的广播域即可。1.4.2 VLAN的实现方式如将一个包含8个端口的交换机的端口划分为1~4、1~8两组，那么这个交换机网络就分成了两个VLAN，如图所示。1.4.2 VLAN的实现方式基于一台交换机VLAN之间可以通信基于端口划分VLAN时VLAN亦可跨越多个交换机，如将交换机A和交换机B的端口号划分成两个广播域。1.4.2 VLAN的实现方式同一VLAN中不能包含编号相同的端口基于端口划分VLAN的配置过程简单明了，适用于任何大小的网络，许多VLAN厂商都以此方式划分VLAN，但该方式有一个缺点：若用户从一个端口移动到其他端口，必须重新定义。1.4.2 VLAN的实现方式优点结点设备可以移动到网络的其他物理网段缺点配置麻烦交换机效率降低1.4.2 VLAN的实现方式基于MAC地址划分VLAN，即将设备按MAC地址分组。1.4.2 VLAN的实现方式按照网络层协议划分VLAN，是根据主机的网络层地址或协议类型（如IP、IPX、DECent、AppleTalk、Banyan等）划分VLAN。这种方法配置的VLAN，可使广播域跨越多个交换机，且用户可以在网络内部自由移动，但不影响其具有的VLAN成员身份。1.4.2 VLAN的实现方式基于网络层协议的VLAN划分方式对于希望针对具体应用和服务来组织用户的网络管理员而言是非常有吸引力的，这种方法不需要附加的帧标签来识别VLAN，可以减少网络的通信量，但缺点是由于需要检查每一个数据包的网络层地址，会消耗一定的处理时间，效率相对较低。另外，若想让芯片能检查IP帧头，也需要更高的技术。1.4.2 VLAN的实现方式IP组播是对硬件组播的抽象，是对标准IP网络层协议的扩展，它通过使用特定的IP组播地址，按照最大投递的原则，将IP数据包传输到一个组播群组的主机集合。1.4.2 VLAN的实现方式基于IP组播划分的VLAN是动态的。当IP广播包要送达多个目的结点时，就动态建立VLAN代理，这个代理和多个IP结点组成IP组播VLAN。网络以广播形式通知各IP站结点，表明网络中存在IP广播组，结点如果响应，就可以加入IP广播组，成为VLAN中的一员，与VLAN中的其他成员通信。