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1、2011年5月14日工业网络技术工业网络技术 东北大学秦皇岛分校第三章 局域网技术2011年5月14日工业网络技术工业网络技术本章主要内容局域网基础知识局域网基础知识局域网网络协议介质访问控制方式交换式局域网局域网互连技术2011年5月14日工业网络技术工业网络技术局域网特性覆盖有限的地理范围传输速率高（通常在10Mb/s1000Mb/s之间）误码率低（通常低于10-8）单位自己建设和拥有，易于维护和管理主要技术特点拓扑结构传输介质介质访问控制方法2011年5月14日工业网络技术工业网络技术局域网的拓扑结构总线型拓扑结构环型拓扑结构星型拓扑结构2011年5月14日工业网络技术工业网络技术局域网
2、传输介质传输介质用于传输信号的各种物理介质物理上将计算机相互连接起来的介质传输介质的种类同轴电缆非屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP光缆2011年5月14日工业网络技术工业网络技术本章主要内容局域网基础知识局域网网络协议局域网网络协议介质访问控制方式交换式局域网局域网互连技术2011年5月14日工业网络技术工业网络技术局域网协议标准化IEEE 802委员会成立于1980年2月，任务是制定局域网的国际标准，共有16个分委员会。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术局域网标准化ext802.1-局域网概述和体系结构802.2-逻辑链路控制LLC802.3-CSMA/CD（以太网）802.4-T
3、oken Bus（令牌总线）802.5-Token Ring（令牌环）802.6 DQDB（分布队列双总线-MAN标准）；802.8-FDDI（光纤分布数据接口）802.11-无线LAN2011年5月14日工业网络技术工业网络技术局域网与OSI/RM对应关系 2011年5月14日工业网络技术工业网络技术各子层功能MAC子层 数据帧的封装与解封；MAC协议的实现和维护；位差错检测和寻址。LLC子层 逻辑连接的建立和释放；向高层提供服务接口；差错控制；帧编号。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术本章主要内容局域网基础知识局域网网络协议介质访问控制方式介质访问控制方式交换式局域网局域网互连技
4、术2011年5月14日工业网络技术工业网络技术介质访问控制技术（MAC）Medium Access Control解决同一时间多台设备争用共享信道的问题。决定了传输介质的利用率。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。CSMA/CD 协议 B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据2011年5月14日工业网络技术工业网络技术为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施 采用较为灵活的无连接的工作方式，即不
5、必先建立连接就可以直接发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术介质访问控制技术ext带有冲突检测的载波侦听多址访带有冲突检测的载波侦听多址访问（问（CSMA/CD）控制令牌（Token Bus）2011年5月14日工业网络技术工业网络技术CSMA/CD载波侦听（载波侦听（Carrier Sense）坚持和非坚持CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问）冲突和冲突检测（Collision Detection）201
6、1年5月14日工业网络技术工业网络技术载波侦听（Carrier Sense）为尽量避免由于竞争总线引起的冲突，每个工作站在发送数据前，都要侦听传输线上是否有数据正在发送。“讲前先听”2011年5月14日工业网络技术工业网络技术CSMA/CD载波侦听（载波侦听（Carrier Sense）坚持和非坚持坚持和非坚持CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问）载波侦听多路访问）冲突和冲突检测2011年5月14日工业网络技术工业网络技术坚持和非坚持CSMA不坚持不坚持CSMA1坚持CSMAP坚持CSMA2011年5月14日工业网络技术工业网络技术不坚持CSM
7、A2011年5月14日工业网络技术工业网络技术坚持和非坚持CSMA不坚持CSMA1坚持坚持CSMAP坚持CSMA2011年5月14日工业网络技术工业网络技术1坚持CSMA2011年5月14日工业网络技术工业网络技术坚持和非坚持CSMA不坚持CSMA1坚持CSMAP坚持坚持CSMA2011年5月14日工业网络技术工业网络技术P坚持CSMA2011年5月14日工业网络技术工业网络技术CSMA/CD载波侦听（载波侦听（Carrier Sense）坚持和非坚持CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问）冲突检测冲突检测2011年5月14日工业网络技术工业网络
8、技术冲突和冲突检测CSMA并不能完全解决冲突问题由于传输延迟，多个站同时监听到线上空闲，并开始发送，从而导致冲突。边讲边听2011年5月14日工业网络技术工业网络技术介质访问控制技术ext带有冲突检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD）令牌方式（令牌方式（Token）2011年5月14日工业网络技术工业网络技术令牌方式CSMA/CD各节点发起通信是随机的。节点必须持有“令牌”（Token），才有资格发送数据。令牌是一个特殊结构的控制帧，在网络上的各个节点中按特定的顺序进行传递。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术令牌方式令牌环形令牌环形令牌总线2011年5月14日工业网络技术工业网络技
9、术令牌环形令牌环网络拓扑结构是环形。令牌沿着网络环路单向传递，拥有令牌的站点才有权向环路上发送报文，其他站点接收报文。任何时刻只会有一个节点利用环路传送报文，因而在环路上不会出现访问冲突。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术令牌环工作原理网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行发送站点必须等待，直到捕获到令牌发送数据帧释放令牌回收数据帧（绕环一周后）中间站点（数据帧的目的地址与自己不同）转发环上的数据帧接收站点（数据帧的目的地址与自己相同）拷贝环上的数据帧转发环上的数据帧2011年5月14日工业网络技术工业网络技术图3-5 环形网示意图2011年5月14日工业网络技术工业网络技术令牌方式
10、令牌环形令牌总线形令牌总线形2011年5月14日工业网络技术工业网络技术令牌总线形网络拓扑形式是总线形。令牌的传递逻辑是环形。网络必须具有初始化功能，生成令牌传递次序。DH-485、DH+等网络采用的仲裁机制。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术令牌总线形ext2011年5月14日工业网络技术工业网络技术IEEE制订的局域网标准IEEE 802.3 带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）IEEE 802.4 令牌总线（Token Bus）IEEE 802.5 令牌环（Token Ring）2011年5月14日工业网络技术工业网络技术本章主要内容局域网基础知识局域网网络协议介质
11、访问控制方式交换式局域网交换式局域网局域网互连技术2011年5月14日工业网络技术工业网络技术共享式以太网存在的主要问题覆盖的地理范围有限网络总带宽容量固定以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同拥有节点增加，冲突概率增大，带宽浪费也越严重无法支持多种速率以太网的传输介质是共享的2011年5月14日工业网络技术工业网络技术共享式以太网使用HUB2341 使用HUB等同于同轴以太网，也是共享式以太网。HUB只是物理层设备，只识别信号0和1，只是将电信号放大 使用HUB的以太网还是存在冲突，当网络负载达到网络带宽的40%时，网络存在大量的冲突，没有节点可以发送数据 使用HUB的以太网，数据在HUB中
12、的传输延迟小，只有约50个比特的时间，也就是只有500ns(100M以太网)或5us(10M以太网）的延迟2011年5月14日工业网络技术工业网络技术共享式以太网：冲突2341节点1检测到冲突节点3检测到冲突2011年5月14日工业网络技术工业网络技术冲突Data CollectionMission-Critical (Control)Back OfficeConfiguration(File Transfer)ClassificationPolicingCongestion avoidance2011年5月14日工业网络技术工业网络技术交换的提出共享以太网存在的问题的解决方法：分段何谓分段？
13、将大型以太网分割成两个或多个小型以太网每个段使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信段与段之间通过“交换”设备沟通交换设备在一段接收信息，经处理后转发给另一段2011年5月14日工业网络技术工业网络技术利用集线器组成的大型共享式以太网2011年5月14日工业网络技术工业网络技术交换设备的类型局域网交换机：工作于数据链路层，连接较为相似的网络路由器：工作于互联层，实现异型网络互联2011年5月14日工业网络技术工业网络技术以太网交换机组网将一台计算机直接连到交换机端口该计算机独享该端口提供的带宽将一个网段连到交换机端口该网段上的所有计算机共享该端口提供的带宽2011年5月14日工业网
14、络技术工业网络技术以太网交换机的工作过程2011年5月14日工业网络技术工业网络技术虚拟局域网VLAN什么是虚拟局域网？将局域网上的用户或节点划分成若干“逻辑子网”网络中节点不拘泥于所处的物理位置，而可以根据需要灵活地加入不同的逻辑子网中的一种网络技术。利用以太网交换机就可以配置VLAN 2011年5月14日工业网络技术工业网络技术利用共享式局域网需要做些什么？一个逻辑工作组的站点需要移到另一个逻辑工作组（如站点从LAN1移动到LAN3）移动站点的物理位置并需要重新布线2011年5月14日工业网络技术工业网络技术利用交换式局域网需要做些什么？一个逻辑工作组的站点需要移到另一个逻辑工作组（如站点
15、从LAN1移动到LAN3）以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理2011年5月14日工业网络技术工业网络技术VLAN的组网方法静态VLAN交换机上的VLAN端口由管理员静态分配这些端口保持这种配置直到人工改变它们动态VLAN交换机上VLAN端口是动态分配的分配原则通常以MAC地址、IP地址为基础2011年5月14日工业网络技术工业网络技术静态VLAN2011年5月14日工业网络技术工业网络技术基于MAC地址的VLAN 2011年5月14日工业网络技术工业网络技术基于IP地址的VLAN 2011年5月14日工业网络技术工业网络技术在一台交换机上配置VLAN2011年5月14日工业网络技术工业网络技
16、术跨越多台交换机的VLAN2011年5月14日工业网络技术工业网络技术VLAN的优点减少网络管理开销控制广播活动提供较好的网络安全性利用现有的集线器以节省开支2011年5月14日工业网络技术工业网络技术本章主要内容局域网基础知识局域网网络协议介质访问控制方式交换式局域网局域网互连技术局域网互连技术2011年5月14日工业网络技术工业网络技术网络互连设备物理层中继器物理层中继器数据链路层网桥网络层路由器传输层及传输层以上网关2011年5月14日工业网络技术工业网络技术中继器每种网络都规定了一个网段所容许的最大距离；中继器负责在物理层上完成信号的复制、调整和放大功能；中继器用于延长网络距离，两端的
17、传输速率、协议和地址空间都相同。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术中继器ext2011年5月14日工业网络技术工业网络技术网络互连设备物理层中继器数据链路层网桥数据链路层网桥网络层路由器传输层及传输层以上网关2011年5月14日工业网络技术工业网络技术网桥又称桥接器，在数据链路层上对帧进行存储转发。网桥能够互联两个采用不同媒体访问控制协议、不同传输速率、不同传输介质的网络。网桥两端的协议和地址空间保持一致。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术网桥ext2011年5月14日工业网络技术工业网络技术网络互连设备物理层中继器数据链路层网桥网络层路由器网络层路由器传输层及传输层以上网
18、关2011年5月14日工业网络技术工业网络技术路由器路由器工作在物理层、数据链路层和网络层。为经过路由器的数据包按照某种路由策略选择一条最佳路由，并将该数据包发出。在具有独立地址空间、数据速率和介质的网段间存储转发数据包。但两端协议保持一致。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术路由器ext2011年5月14日工业网络技术工业网络技术网络互连设备物理层中继器数据链路层网桥网络层路由器传输层及传输层以上网关传输层及传输层以上网关2011年5月14日工业网络技术工业网络技术网关网关具有从物理层直到应用层各层的协议转换能力。与所连接的两个网络的具体协议有关，因而用于不同网络间转换连接的网关是不同的。不存在通用型网关。2011年5月14日工业网络技术工业网络技术网关ext