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1、YCF正版可修改PPT（中职)计算机网络基础与应用第3章ppt电子课件第3章 理解局域网技术学习目标（1）了解局域网的定义和特性。（2）熟悉局域网的分类。（3）掌握局域网的体系结构。（4）了解局域网的拓扑结构。（5）了解常见的局域网技术。（6）熟悉常见的以太网技术。学习要点（1）局域网的分类。（2）局域网的体系结构。（3）局域网的拓扑结构。（4）以太网技术。3.1 局域网概述3.1.1 局域网的定义局域网的定义是什么？局域网是将有限地理范围内（如一栋大楼、一个部门）的多台计算机通过传输介质连接起来的通信网络。IEEE的网络标准委员会对局域网的定义为：局域网是允许中等地域内的众多独立设备通过中等
2、速率的物理信道直接互连通信的数据通信系统。3.1 局域网概述3.1.1 局域网的定义 局域网的覆盖范围有限，一般在10 km以内，通常在单个建筑物内或者一组相对靠近的建筑群的区域内。局域网连接的数据通信设备是广义的，包括个人终端设备、服务器、交换机及各类计算机外围设备等。2.2.独立的设备独立的设备1.1.地理范围有限地理范围有限 中等速率是以前的说法，随着计算机技术和通信技术的进步，层出不穷的新型网络设备和传输介质极大地提高了局域网的数据传输速率。3.中等速率局域网的概念的3要点3.1 局域网概述3.1.1 局域网的定义想 一 想你能举例说明哪些计算机网络属于局域网吗？3.1 局域网概述3.
3、1.2 局域网的特性 局域网最基本的目的是在一个家庭或单位范围内为连接在网络上的所有计算机和其他设备之间提供一条数据传输速率较高、误码率较低的通信信道，从而达到相互通信及资源共享的目的。局域网要实现怎样的目的？3.1 局域网概述3.1.2 局域网的特性010203覆盖范围小，用户相对集中数据传输速率高，误码率低 组网方便，使用灵活局域网的特性一般而言，局域网应具有以下几个特性：3.1 局域网概述3.1.3 局域网的分类按照网络转换方式共享介质局域网交换局域网 共享介质局域网中的各个节点共用传输介质，数据以广播的方式在网络中传输。交换局域网以交换机为核心部件，每个交换机有多个端口，并有识别端口地
4、址的功能，可在多个端口之间并行传输数据，从而提高了数据传输速率。13.1 局域网概述3.1.3 局域网的分类按照介质访问控制方法2以太网 以太网采用的介质访问控制方法是CSMA/CD，通过监听和重传来解决冲突。令牌环网 令牌环网则是通过截获令牌获得数据发送权的方法来避免冲突3.1 局域网概述3.1.3 局域网的分类对等式局域网非对等式局域网3.按照网络资源管理方式分类基带局域网宽带局域网4.按照网络传输技术分类3.1 局域网概述3.1.4 局域网的体系结构局域网有什么用？局域网的主要工作是完成节点到节点之间的数据传输，其特点是局域网一般归属于一个单位，而单位根据自身不同的需求采用不同的组网方式
5、及网络设备。这就导致局域网具有不同的类型，在传输介质的选择和介质访问控制方法等方面各不相同。3.1 局域网概述3.1.4 局域网的体系结构 IEEE 802委员会考虑到局域网采用了多种传输介质和介质访问控制方法，为简化标准内容将数据链路层划分为两个子层：介质访问控制子层和逻辑链路控制子层。OSI参考模型、局域网参考模型和IEEE 802标准的对应关系如图3-1所示。图3-1 OSI参考模型、局域网参考模型和IEEE 802标准3.2 局域网的拓扑结构局域网内的常见拓扑结构有哪些？总线型拓扑结构星型拓扑结构环型拓扑结构网状拓扑结构混合结构3.2 局域网的拓扑结构1.总线型拓扑结构总线型拓扑结构是
6、局域网内最常见的一种拓扑结构，该类型网络将单根传输线作为传输介质，所有结点都通过相应的硬件接口直接连到传输介质（总线）上，如图3-2所示，其特点如下：图3-2 总线型拓扑结构3.2 局域网的拓扑结构1.总线型拓扑结构（4）网络的延伸距离有限，节点数有限。（3）某个节点故障不影响网络工作。（1）多台机器共用一条传输线路，线路利用率高。总线型拓扑结构特点（2）同一时刻只能有两台计算机通信。3.2 局域网的拓扑结构2.环型拓扑结构 环型拓扑结构由连接成封闭回路的网络结构组成，每个节点与其左右相邻的节点连接，如图3-3所示。图3-3 环型拓扑结构3.2 局域网的拓扑结构2.环型拓扑结构其特点如下：（1
7、）实时性较好（信息在网络中传输的最大时间固定）。（2）每个转发器只与相邻两个结点有物理连接。（3）传输控制机制比较简单。（4）某个转发器故障将导致网络瘫痪。（5）单个环网的入网设备数有限。3.2 局域网的拓扑结构3.星型拓扑结构 星型拓扑结构由点到点链路接到中央节点的各站点组成，由中心设备实现许多点到点连接，如图3-4所示。什么是星型拓扑结构？图3-4 星型拓扑结构3.2 局域网的拓扑结构4.网状拓扑结构 网状拓扑结构主要用于广域网，如图3-5所示。这种结构网络的网络控制功能分散在网络各结点上，结点之间有多条线路相连，即使一条线路出现故障，通过迂回线路，网络仍能正常工作，所以网络的可靠性较高。
8、由于网状拓扑结构比较复杂，因此建设成本较高。图3-5 网状拓扑结构3.2 局域网的拓扑结构5.混合结构 混合结构是将上述各种拓扑结构混合起来的结构，常见的有树型（总线型的演变或者总线型和星型的混合）、环星型（环型和星型的混合）等。混合结构的定义3.2 局域网的拓扑结构试着比较一下上述几种网络拓扑结构的优点和缺点，并形成表格。3.3 局域网技术3.3.1 封装成帧为什么要用封装成帧的方式？OSI参考模型体系结构规定，任意中间层需借助下一层的服务为上一层提供无差别的服务。数据链路层的下层为物理层，物理层仅提供简单的比特流传输服务，并且不对服务质量做任何承诺。为向网络层提供相对可靠的数据传输服务，数
9、据链路层采用了数据封装成帧的功能，在用户数据中加入一系列控制信息，保障数据传输的可靠性。3.3 局域网技术3.3.1 封装成帧封装成帧的方式数据封装成帧的方式是在网络层的分组前后分别添加首部和尾部构成一个帧，同时为区分帧的开始和结束，通常在帧的两端各添加一个特殊的帧标识字段（帧定界符），两个连续的帧标识字段表明了一个帧的结束和一个帧的开始，帧结构如图3-6所示。图3-6 数据帧的基本格式3.3 局域网技术3.3.2 透明传输010203字符填充法零比特填充法 使用特殊的帧定界符常见的透明传输方法：3.3 局域网技术3.3.3 流量控制在双方的数据通信中，如何控制数据通信的流量同样非常重要。它既
10、可以确保数据通信的有序进行，又可避免通信过程中出现因为接收方来不及接收而造成的数据丢失。这就是数据链路层的流量控制功能。3.3 局域网技术3.3.4 差错检测和纠错技术什么是差错检测和纠错技术？在计算机通信中，人们提出一种用于在通信过程中产生比特流差错时进行自动检测和纠正错误的方法，这种方法称为差错检测和纠错技术。图3-7所示为含校验码的数据帧格式。图3-7 含校验码的数据帧格式3.3 局域网技术3.3.4 差错检测和纠错技术1.奇偶校验法最简单的奇偶校验法是单个奇偶校验位。图3-8所示为一位偶校验方案，单个校验位存放在一个单独的字段中。图3-8 一位偶校验3.3 局域网技术3.3.4 差错检
11、测和纠错技术1.奇偶校验法单个奇偶校验位优点缺点操作方法简单且校验码仅占一位。在差错概率小且差错类型以随机差错为主的情况下，单个奇偶校验位可以满足差错检测的需求。实际的测量表明差错经常集中在一起突发，在突发差错的情况下，使用单个奇偶校验位的正确率仅能够达到50%，且无法进行纠错。3.3 局域网技术3.3.4 差错检测和纠错技术1.奇偶校验法图3-9 二维奇偶校验实例3.3 局域网技术3.3.4 差错检测和纠错技术2.循环冗余校验法循环冗余校验（cyclic redundancy check，CRC）编码也称多项式编码，是目前计算机网络中应用广泛的差错校验技术。概念任意一个由二进制位串组成的数据
12、都可以和一个系数仅为0和1取值的多项式一一对应。基本思想3.3 局域网技术3.3.4 差错检测和纠错技术2.循环冗余校验法循环冗余校验的编码思想是：对于一个给定的数据段D，发送方要选择r 位附加位R，将它们附加在D 后面，产生d+r 位的二进制位串，即CRC编码后的数据，如图3-10所示。图3-10 CRC编码思想3.3 局域网技术3.3.4 差错检测和纠错技术2.循环冗余校验法循环冗余校验的操作过程是：发送方和接收方在数据传输前首先协商一个r+1位二进制位串G，称为生成多项式，要求G的最高有效位是1。假设传输数据D=1011001，r=4，生成多项式G=x 4+x 3+1，则G对应的二进制位
13、串为11001，发送方和接收方的计算过程如图3-11所示。图3-11 CRC校验过程3.3 局域网技术3.3.5 介质访问控制技术介质访问控制是指控制网络上的各节点在什么情况下可以使用介质发送数据，以及在发送数据的过程中，如何发现问题并解决问题的管理技术。介质访问控制是局域网最关键的一项基本技术，将对局域网的体系结构和总体性能产生决定性的影响。什么是介质访问控制？3.3 局域网技术3.3.5 介质访问控制技术1.ALOHA协议纯ALOHA分槽ALOHA任何用户有数据发送就可以发送，每个用户通过监听信道来判断是否发生了冲突，一旦发现有冲突就随机等待一段时间，然后重新发送。将时间划分为离散的时间片
14、，每个时间片用来传输一个帧，每个用户只能在一个时间片的开始传送帧，其他步骤与纯ALOHA系统相同。ALOHA协议3.3 局域网技术3.3.5 介质访问控制技术2.载波侦听多路访问载波侦听多路访问（CSMA）的原理是什么？一个节点在发送数据前，需要先侦听信道，若信道上没有其他站点发送的信号存在，即认为当前信道空闲，则该节点开始发送数据；反之，若侦听到其他节点的信号，即认为信道忙，则需要等待一段时间后重新侦听信道，重复上述步骤，直到侦听到信道空闲将数据发送出去。3.3 局域网技术3.3.5 介质访问控制技术3.载波侦听多路访问/冲突检测工作原理在CSMA的基础上，加入冲突检测机制。冲突是指信道上不
15、同节点数据发生的碰撞，冲突会导致信号出现严重失真，无法从中恢复可用信息。为避免和处理冲突情况，CSMA/CD要求节点在发送数据的同时进行冲突检测，一旦发生冲突，立即停止发送，并等待冲突平息后进行发送，直至将数据成功地发送出去。因此，CSMA/CD的工作原理可简单概括为先听后发、边听边发、冲突停止和随机延迟后重发。3.3 局域网技术3.3.5 介质访问控制技术4.令牌传递协议令牌传递协议在网络中设置一类特殊数据帧，即令牌。令牌在由节点构成的逻辑环中按指定方向传递，即从一个节点到另一个节点传递令牌。一个节点只有在占有令牌时才能发送数据帧，发送完毕后将令牌传递给下一个节点。概 念3.4 以太网技术3
16、.4.1 以太网的帧格式以太网的帧格式包含8个字段：前导符、起始符、目的地址、源地址、类型、数据、PAD和FCS，完整的帧格式如图3-12所示。图3-12 完整的以太网的帧格式帧格式的组成3.4 以太网技术3.4.2 CSMA/CD协议冲突检测载波侦听多路访问CSMA/CD协议的要点在总线型网络中，众多计算机以多点接入的方式连在一根总线上。载波侦听即发送前先侦听，节点发送数据前先要检测信道上是否有其他节点在发送数据，如果有就暂时不发送，等到信道空闲后再发送。冲突检测即边发送边侦听，节点在发送数据的同时监听信道上是否出现数据碰撞，若出现碰撞，则立即停止发送数据，随机等待一段时间后再次发送。3.4
17、 以太网技术3.4.2 CSMA/CD协议要实现CSMA/CD协议需要解决如下几个问题：节点以什么标准来确定信道是否空闲？边发送边侦听的目的是发现冲突并及时停止发送数据，避免浪费网络资源。当冲突发生后，节点将如何处理冲突，并需要等待多长时间后重新发送数据？下面就这3个问题，以10 Mb/s的以太网为例，对CSMA/CD协议的细节进行讨论。3.4 以太网技术3.4.2 CSMA/CD协议1.关于信道空闲的标准节点网卡在接收到一帧时需要做一系列检测和处理，为了保证网卡能正确和连续地处理和接收帧，IEEE 802.3标准规定了帧间的最小间隔。为提高网络利用率，以太网规定节点确定信道空闲的标准就是在最
18、小帧间隔时间内检测到信道上有信号。3.4 以太网技术3.4.2 CSMA/CD协议2.争用期的长度和最小帧长度当节点发送数据后，最迟经过多长时间才能知道自己发送的数据和其他节点发送的数据有没有发生碰撞呢？从图3-13可以看出，节点A发送的数据快要到达接收方B时，B发送的数据与A的数据发生碰撞，若A的数据无限接近B，则这是距离A最远的碰撞。因此，从A发送数据到冲突信号回传回来的时长最多是端到端传播时延的两倍，即往返传播时延。在这个时间段内，发送的数据都存在遭遇碰撞的可能性，因此以太网将往返传播时延称为争用期。3.4 以太网技术3.4.2 CSMA/CD协议2.争用期的长度和最小帧长度图3-13
19、冲突检测的过程3.4 以太网技术3.4.2 CSMA/CD协议3.强化冲突和指数回退算法当发送方节点检测到冲突信号后，除立即停止发送数据外，还要继续发送48比特的人为干扰信号，以便让所有用户都知道现在已发生了冲突，需延缓发送数据。发送完干扰信号后，节点需等待一段时间后再开始监听信道，那么如何确定等待的时长呢？在CSMA/CD协议中，节点采用指数回退算法来确定等待的时间长度。3.4 以太网技术3.4.2 CSMA/CD协议3.强化冲突和指数回退算法CSMA/CD协议的执行流程归纳如下，如图3-14所示。图3-14 CSMA/CD协议执行流程图3.4 以太网技术3.4.3 共享式以太网和交换式以太
20、网1.共享式以太网共享式以太网早期的以太网（如10Base-5或10Base-2）是总线型以太网，使用同轴电缆作为传输媒体。在后期的10Base-T以太网中，使用集线器代替中继器。3.4 以太网技术3.4.3 共享式以太网和交换式以太网1.共享式以太网图3-15 基于集线器的共享式以太网因此，基于集线器的共享式以太网，从物理拓扑结构上看是星型拓扑结构，但从其工作原理看，其本质还是总线型拓扑结构。3.4 以太网技术3.4.3 共享式以太网和交换式以太网2.交换式以太网交换式以太网由于集线器仅工作在物理层，因此无法实现对冲突域的划分，网络中节点越多，发生冲突的可能性就越大，因此无法应对大型网络环境
21、。要提高以太网的扩展性，必须对网络进行分段。为什么需要交换式以太网？3.4 以太网技术3.4.3 共享式以太网和交换式以太网2.交换式以太网交换式以太网的优点通过分段，既可以保证部分内部的信息不会流至其他部门，又可以保证部门之间的通信。以太网节点的减少使冲突发生的概率更小，网络效率更高。分段之后各段可按需选择自己的网络速率，组成性价比更高的网络。3.4 以太网技术3.4.4 高速以太网什么是高速以太网？随着通信技术的发展及用户对网络带宽需求的增加，迫切需要建立高速局域网。速度达到或超过100 Mb/s的以太网称为高速以太网。3.4 以太网技术3.4.4 高速以太网010203快速以太网千兆以太
22、网 万兆以太网高速以太网3.4 以太网技术3.4.4 高速以太网1.快速以太网快速以太网通常指100 Mb/s速率的以太网。快速以太网继承了IEEE 802.3的CSMA/CD协议、帧格式、接口，仅是将传输速率从10 Mb/s提高到了100 Mb/s，并减少了等待应答帧的时间。为进一步提高网络传输速率，快速以太网多采用全双工交换设备，使网内节点可在无冲突的网络环境中高速收发数据。概 念3.4 以太网技术3.4.4 高速以太网1.快速以太网（1）100Base-TX（2）100Base-T4（3）100Base-FX快速以太网支持以下3种不同的物理层标准：3.4 以太网技术3.4.4 高速以太网
23、2.千兆以太网千兆以太网具有以下特点：允许在1 Gbps下以全双工和半双工两种方式工作。沿用IEEE 802.3协议的帧格式。在半双工模式下使用CSMA/CD协议实现介质访问控制。与10Base-T、100Base-T技术兼容。3.4 以太网技术3.4.4 高速以太网千兆以太网的组成综合布线系统千兆网卡千兆交换机2.千兆以太网3.4 以太网技术3.4.4 高速以太网（1）1000Base-X（IEEE 802.3z）1000Base-SX1000Base-LX1000Base-CX（2）1000Base-T（IEEE 802.3ab）两种物理层标准：2.千兆以太网3.4 以太网技术3.4.4
24、高速以太网3.万兆以太网万兆以太网使用光纤作为传输介质，长距离时选用光收发器和单模光纤，可完成广域网和城域网的数据传输；短距离时选用便宜的多模光纤，其传输距离为65300 m。万兆以太网只采用全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议。万兆以太网继承了早期以太网的精髓，如帧格式、最大和最小帧长度等，从而使得万兆以太网可以和现有的以太网环境融合，支持用户已有的应用。万兆以太网具有以下特点：实训构建局域网掌握基于家庭用户的局域网构建方法。实 训 目 的（1）家庭用户的简单拓扑连接。（2）路由器的简单配置。（3）PC有线上网。（4）笔记本电脑无线上网。实 训 内 容实训构建局域网实
25、训 方 法1.搭建基本连接环境根据图3-16所示网络拓扑图搭建基本连接环境。图3-16 实训网络拓扑图实训构建局域网实 训 方 法2.配置计算机（1）在桌面上右击“网络”图标，在弹出的快捷菜单中执行“属性”命令。如图3-17所示。（2）在随后弹出的对话框的“此连接使用下列项目”列表框中选择“Internet协议版本4（TCP/IPv4）”选项，如图3-18所示。图3-17 单击“属性”按钮图3-18 “本地连接 属性”对话框实训构建局域网实 训 方 法2.配置计算机（3）单击“属性”按钮，在弹出的对话框的“常规”选项卡中配置计算机自动获得IP地址和DNS服务器地址，如图3-19所示。图3-19
26、 配置计算机自动获得IP地址和DNS服务器地址实训构建局域网实 训 方 法3.登录Web管理界面打开IE，在地址栏中输入“192.168.1.1”并按Enter键。随后会弹出一个对话框，要求输入用户名和密码，默认的用户名和密码都为“admin”。4.设置路由器（1）输入完用户名和密码后单击“确定”按钮，将弹出“设置向导”对话框，如图3-20所示。若没有弹出，则可单击页面侧栏中的“设置向导”链接。（2）在新的界面中，可以根据实际网络情况选择上网方式，如图3-21所示。选择完成单击“下一步”按钮。（3）在弹出的界面中输入ISP提供的上网账号和上网口令（密码），如图3-22所示。（4）输入完成后单击“下一步”按钮，接下来将要配置基本的无线网络参数，如图3-23所示。实训构建局域网实 训 方 法图3-20 “设置向导”对话框图3-21 选择上网方式实训构建局域网实 训 方 法图3-23 配置基本的无线网络参数图3-22 输入上网账号和上网口令（密码）实训构建局域网实 训 方 法图3-24 完成设置（5）设置完成后单击“下一步”按钮，进入下一个界面。完成设置，如图3-24所示。4.设置路由器谢谢欣赏