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1、第四章第四章局域网局域网本章学习要点：本章学习要点：局域网概述局域网概述局域网的特点及其基本组成局域网的特点及其基本组成局域网的主要技术局域网的主要技术局域网组网技术局域网组网技术局域网体系结构与局域网体系结构与IEEE802标准标准快速网络技术快速网络技术VLANWLAN4.1局域网概述局域网概述1.什么是局域网什么是局域网2.局域网的发展历程局域网的发展历程局域网局域网（LAN）是计算机网络的一种，它是在一个较小的范围是计算机网络的一种，它是在一个较小的范围（一个办公室、一幢楼、一个学校等），利用通信线路将众多的计（一个办公室、一幢楼、一个学校等），利用通信线路将众多的计算机及外设连接起来
2、，以达到资源共享、信息传递和远程数据通信算机及外设连接起来，以达到资源共享、信息传递和远程数据通信的系统。的系统。l60年代末至年代末至70年代初是局域网发展的萌芽阶段年代初是局域网发展的萌芽阶段。l70年代中期是局域网发展的一个重要阶段，年代中期是局域网发展的一个重要阶段，美国美国Xerox公司推出公司推出的实验性以太网（的实验性以太网（Ethernet）和英国剑桥大学研制的剑桥环网和英国剑桥大学研制的剑桥环网（CambridgeRing）成为最初局域网的典型代表。成为最初局域网的典型代表。l80年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化组织开始年代初期是局域网走向大发展的时期，一些标准化
3、组织开始致力于局域网的有关协议和标准的制定。到了后期，局域网的产致力于局域网的有关协议和标准的制定。到了后期，局域网的产品进入专业化生产和商品化的成熟阶段，获得了大范围的推广和品进入专业化生产和商品化的成熟阶段，获得了大范围的推广和普及。普及。l90年代以后，局域网步入了更高速的发展阶段，使用已相当普年代以后，局域网步入了更高速的发展阶段，使用已相当普遍。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干网，是目前许多遍。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干网，是目前许多局域网系统普遍采用的一种结构形式。局域网系统普遍采用的一种结构形式。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页4.2.1局域网的
4、特点局域网的特点概括地讲，局域网主要具有以下一些特点：概括地讲，局域网主要具有以下一些特点：l覆盖的地理范围较小覆盖的地理范围较小 局域网主要用于单位内部联网，范围在一座办公大楼或集中的建局域网主要用于单位内部联网，范围在一座办公大楼或集中的建筑群内，一般在几公里范围内。筑群内，一般在几公里范围内。4.2局域网的特点及其基本组成局域网的特点及其基本组成l传输速率高、时延小且误码率低传输速率高、时延小且误码率低局域网的传输速率一般为局域网的传输速率一般为10100Mbit/s，时延在几时延在几ms几十几十ms之之间。并且局域网两个站点间具有专用通信线路传输数据，因此误码间。并且局域网两个站点间具
5、有专用通信线路传输数据，因此误码率很低，仅为率很低，仅为10-810-12。l便于安装、维护和扩充便于安装、维护和扩充局域网一般为一个单位或部门内部控制、管理、使用和维护，因局域网一般为一个单位或部门内部控制、管理、使用和维护，因此，无论从硬件系统还是软件系统来讲，网络的安装成本都较低，此，无论从硬件系统还是软件系统来讲，网络的安装成本都较低，周期短，维护和扩充都十分方便。周期短，维护和扩充都十分方便。l侧重于共享信息的处理，通常没有中央主机系统侧重于共享信息的处理，通常没有中央主机系统4.2.2局域网的基本组成局域网的基本组成1.局域网的硬件组成局域网的硬件组成局域网硬件包括以下一些主要设备
6、：局域网硬件包括以下一些主要设备：l工作站工作站 工作站是网络各用户的工作场所，工作站是网络各用户的工作场所，用户通过它可以与网络交换用户通过它可以与网络交换信息，共享网络资源。工作站通过网卡、传输介质以及通信设备信息，共享网络资源。工作站通过网卡、传输介质以及通信设备连接到网络服务器，且仅对操作该工作站的用户提供服务。连接到网络服务器，且仅对操作该工作站的用户提供服务。l服务器服务器服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理整个网络。根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不整个网络。根据服务器在网络中所承担的任务和所提供
7、的功能不同，服务器可分为文件服务器、打印服务器和通信服务器。通常同，服务器可分为文件服务器、打印服务器和通信服务器。通常我们要求服务器具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、较我们要求服务器具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、较大的内存和较大容量的磁盘等。大的内存和较大容量的磁盘等。l网卡网卡网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图网卡是局域网中最基本、最重要的连接设备，如图4-1所示，计算机所示，计算机通过网卡接入局域网络。网卡一方面要和主机交换数据；另一方面还通过网卡接入局域网络。网卡一方面要和主机交换数据；另一方面还要保证数据交换以网络物理数据的路径和格式来传送或接收。另外，要保
8、证数据交换以网络物理数据的路径和格式来传送或接收。另外，为防止数据的丢失，网卡上还需要缓存，以实现不同设备间的数据缓为防止数据的丢失，网卡上还需要缓存，以实现不同设备间的数据缓冲。网卡上的冲。网卡上的ROM芯片固化有控制通信软件，用来实现上述功能。芯片固化有控制通信软件，用来实现上述功能。图图4-1Realtek10/100M自适应网卡自适应网卡l集线器集线器集线器（集线器（HUB）是一种特殊的中继器，如图是一种特殊的中继器，如图4-2所示，其主要作用所示，其主要作用是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。集线器负是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。集线器负责对多个
9、网络电缆进行中间转接，以便对网络进行集中管理。另外，责对多个网络电缆进行中间转接，以便对网络进行集中管理。另外，集线器还有利于故障的检测和提高网络的可靠性，能自动指示有故障集线器还有利于故障的检测和提高网络的可靠性，能自动指示有故障的工作站，并切除其与网络的通信。的工作站，并切除其与网络的通信。图图4-2集线器集线器HUBl传输介质传输介质局域网中常用的传输介质主要有同轴电缆（如图局域网中常用的传输介质主要有同轴电缆（如图4-3所示）、双绞线所示）、双绞线和光纤（如图和光纤（如图4-4所示）。所示）。l外设外设外设主要是指网络上可供网络用户共享的外部设备，包括打印机、外设主要是指网络上可供网络
10、用户共享的外部设备，包括打印机、绘图仪、扫描器、绘图仪、扫描器、MODEM等。等。2.局域网的软件组成局域网的软件组成图图4-3同轴电缆同轴电缆图图4-4光纤光纤网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们所网络软件也是局域网系统中不可缺少的重要资源，根据它们所起作用的不同，可以将其分为以下五类：起作用的不同，可以将其分为以下五类：l协议软件协议软件协议软件主要用以实现网络协议功能，其种类较多，不同体系结构协议软件主要用以实现网络协议功能，其种类较多，不同体系结构的网络系统都有自身的协议软件，不同层次上的协议软件也不尽相同。的网络系统都有自身的协议软件，不同层次上的协议软件也不尽相同。
11、l通信软件通信软件通信软件就是使用户能方便地对自己的应用程序进行控制，同时又通信软件就是使用户能方便地对自己的应用程序进行控制，同时又能与多个工作站进行网络通信，并对通信数据进行加工和管理。能与多个工作站进行网络通信，并对通信数据进行加工和管理。l管理软件管理软件管理软件的作用是帮助网络管理者便捷地解决网络中一些棘手的技管理软件的作用是帮助网络管理者便捷地解决网络中一些棘手的技术难题，保证整个网络系统的正常运转。术难题，保证整个网络系统的正常运转。l网络操作系统网络操作系统网络操作系统网络操作系统(NOS)是用户和网络之间的接口，它具有处理机管理、是用户和网络之间的接口，它具有处理机管理、存储
12、管理、设备管理、文件管理以及网络管理等功能。目前较流行的存储管理、设备管理、文件管理以及网络管理等功能。目前较流行的局域网操作系统局域网操作系统Windows2000Server、WindowsServer2003，Novell公司的公司的Netware等等。l网络应用软件网络应用软件网络应用软件是专门为某一个应用领域而开发的软件，能为用户提网络应用软件是专门为某一个应用领域而开发的软件，能为用户提供一些实际的网络应用服务。它既可以用于管理和维护网络本身，也供一些实际的网络应用服务。它既可以用于管理和维护网络本身，也可用于一个业务领域。可用于一个业务领域。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返
13、回本章首页4.3局域网的主要技术局域网的主要技术局域网所涉及的技术很多，但决定局域网性能的主要技术有局域网所涉及的技术很多，但决定局域网性能的主要技术有传输传输介质介质、拓扑结构拓扑结构和和介质访问控制方法介质访问控制方法。4.3.1局域网的传输介质局域网的传输介质l局局域域网网常常用用的的传传输输介介质质有有同同轴轴电电缆缆、双双绞绞线线、光光缆缆和和无无线线电电波波。早早期的传统以太网（期的传统以太网（10Base-5，10Base-2等）使用最多的是同轴电缆。等）使用最多的是同轴电缆。l随随着着技技术术的的发发展展和和价价格格的的不不断断降降低低，双双绞绞线线和和光光纤纤的的应应用用日日
14、益益普普及及。双绞线依靠其低成本和高可靠性，在快速局域网中赢得了广泛地使用。双绞线依靠其低成本和高可靠性，在快速局域网中赢得了广泛地使用。l光光纤纤主主要要应应用用在在远远距距离离、高高速速传传输输数数据据的的网网络络环环境境中中。光光纤纤的的可可靠靠性性很很高高，具具有有许许多多双双绞绞线线和和同同轴轴电电缆缆无无法法比比拟拟的的优优点点，随随着着光光纤纤成成本本的不断降低，今后还将越来越广泛地应用于局域网。的不断降低，今后还将越来越广泛地应用于局域网。网络拓扑结构网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它对整个是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，它对整个网络的设计、功能、可靠性
15、和成本等方面有着重要的影响。目前局域网络的设计、功能、可靠性和成本等方面有着重要的影响。目前局域网使用的拓扑结构主要有以下网使用的拓扑结构主要有以下3种：种：1.星型（星型（Star）l星型拓扑结构中存在一个中央结点（如集线器或交换机）星型拓扑结构中存在一个中央结点（如集线器或交换机），其余，其余每个工作站结点通过点到点线路与中央节点相连。如图每个工作站结点通过点到点线路与中央节点相连。如图4-5所示：所示：图图4-5星型网络结构示意图星型网络结构示意图4.3.2局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构l星型网络中星型网络中结点的扩展和移动都很方便，当加入新的结点时只需要结点的扩展和移动都很方便，当加
16、入新的结点时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而一个一个结结点出点出现现故障故障不会影响其它不会影响其它结结点的点的连连接，可接，可直接将直接将故障故障结结点点拆走，维护起来很容易。拆走，维护起来很容易。l星型网络对中央结点的可靠性要求很高，若中央结点发生故障，全星型网络对中央结点的可靠性要求很高，若中央结点发生故障，全网则趋于瘫痪。所以，通常都采用双机热备份，以提高系统的可靠性。网则趋于瘫痪。所以，通常都采用双机热备份，以提高系统的可靠性。l星型网络中，星型网络中，信息一般采用信息一般采用广播式广播式传送方式，任何一个结点发送的传送方
17、式，任何一个结点发送的信息，整个网络中的其它结点都可以收到。信息，整个网络中的其它结点都可以收到。2.环型（环型（Ring）l环环型型网网络络是是用用一一条条传传输输链链路路（同同轴轴电电缆缆）将将一一系系列列结结点点连连成成一一个个封封闭闭的的环环路路，如如图图4-6所所示示。网网络络中中的的信信息息流流只只能能单单方方向向进进行行传传输输，每每个个收到信息包的结点都向它的下游结点转发该信息包。收到信息包的结点都向它的下游结点转发该信息包。图图4-6环型网络结构示意图环型网络结构示意图l环环网网的的传传输输速速度度较较快快，例例如如在在令令牌牌环环网网中中允允许许有有16Mbit/s的的传传
18、输输速速度，这比传统的度，这比传统的10Mbit/s以太网要快。以太网要快。l环环网网中中各各结结点点间间是是直直接接串串联联，这这样样任任何何一一个个结结点点出出了了故故障障都都会会造造成成整整个个网网络络的的中中断断、瘫瘫痪痪，而而且且故故障障查查找找起起来来也也非非常常困困难难。另另外外，如如果果要要添添加加或或移移动动结结点点，就就必必须须中中断断整整个个网网络络，在在环环的的两两端端作作好好连连接接器器后后才能连接，比较麻烦。才能连接，比较麻烦。3.总线型（总线型（Bus）l所所有有的的结结点点都都通通过过网网络络适适配配器器直直接接连连接接到到一一条条作作为为公公共共传传输输介介质
19、质的的总线上，总线可以是同轴电缆、双绞线，也可以是光纤。如图总线上，总线可以是同轴电缆、双绞线，也可以是光纤。如图4-7所示：所示：图图4-7总线型网络结构示意图总线型网络结构示意图l总总线线型型网网络络采采用用广广播播通通信信方方式式，即即任任何何一一个个结结点点发发送送的的信信号号都都可可以以沿沿着着介介质质传传播播，而而且且能能被被网网络络上上其其他他所所有有结结点点所所接接收收，但但在在同同一一时时间间内，只允许一个结点发送数据。内，只允许一个结点发送数据。l总总线线作作为为公公共共传传输输介介质质为为多多个个结结点点共共享享，因因而而就就有有可可能能出出现现两两个个或或两两个个以以上
20、上的的结结点点在在同同一一时时刻刻利利用用总总线线发发送送数数据据的的“冲冲突突”。总总线线型型网网络络必须要解决多个结点访问总线的必须要解决多个结点访问总线的介质访问控制介质访问控制问题。问题。l由由于于网网络络各各结结点点共共享享总总线线带带宽宽，因因此此，数数据据传传输输速速率率会会随随着着接接入入网网络络用用户户数数的的增增多多而而下下降降。另另外外在在总总线线型型网网络络中中，虽虽然然单单个个结结点点的的故故障障不不影影响响整整个个网网络络的的正正常常通通信信，但但如如果果总总线线一一旦旦发发生生故故障障，则则整整个个网网络络就断了。就断了。4.3.3介质访问控制方法介质访问控制方法
21、1.什么是介质访问控制什么是介质访问控制 介质访问控制介质访问控制，是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据，是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据，并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问题的一整套管理方法。介质访问控制技术的优劣将对局域网的总体题的一整套管理方法。介质访问控制技术的优劣将对局域网的总体性能产生决定性的影响。性能产生决定性的影响。2.常用的媒体访问控制方法常用的媒体访问控制方法 lCSMA/CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问）带有碰撞检测的载波侦听多路访问）lTokenRing（令牌环）令牌环
22、）lTokenBus（令牌总线）令牌总线）返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页4.4.1局域网参考模型局域网参考模型lIEEE802标标准准遵遵循循ISO/OSI参参考考模模型型的的原原则则，主主要要解解决决最最低低两两层层（即即物物理理层层和和数数据据链链路路层层）的的功功能能以以及及与与网网络络层层的的接接口口服服务务。IEEE802参参考考模模型型中中不不再再设设立立网网络络层层，它它与与ISO/OSI参参考考模模型型的的对对应应关系如图关系如图4-8所示：所示：图图4-8IEEE802与与ISO/OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系4.4局域网体系结构与局域网体系结构
23、与IEEE802标准标准lIEEE802局局域域网网参参考考模模型型中中的的物物理理层层的的功功能能是是：在在物物理理介介质质上上实实现现比比特特流流的的传传输输和和接接收收、同同步步前前序序的的产产生生与与删删除除，规规定定了了所所使使用用的的信信号号、编码、传输介质以及有关的拓扑结构和传输速率等。编码、传输介质以及有关的拓扑结构和传输速率等。l数数据据链链路路层层又又分分为为逻逻辑辑链链路路控控制制（LLC）和和介介质质访访问问控控制制（MAC）两两个个功功能能子子层层。这这种种功功能能划划分分主主要要是是为为了了将将数数据据链链路路功功能能中与硬件相关和无关的部分分开。中与硬件相关和无关
24、的部分分开。lMAC子子层层的的主主要要功功能能是是控控制制对对传传输输媒媒体体的的访访问问。IEEE802标标准准制制定定了了多多种种介介质质访访问问控控制制方方法法，同同一一个个LLC子子层层能能与与其其中中任任一一种种访访问问方方法（如法（如CSMA/CD，TokenRing，TokenBus）接口。接口。lLLC子子层层的的主主要要功功能能是是向向高高层层提提供供一一个个或或多多个个逻逻辑辑接接口口，具具有有帧帧的的发发送送和和接接收收功功能能。另另外外，它它还还有有差差错错控控制制和和流流量量控控制制等等功功能能，同同时时还还具备网络层的某些功能。具备网络层的某些功能。4.4.2IE
25、EE802局域网标准局域网标准 1.IEEE802标准的内容标准的内容lIEEE802.1 局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联；局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联；lIEEE802.2逻辑链路控制逻辑链路控制LLC；lIEEE802.3CSMA/CD介质访问控制标准和物理层技术规范；介质访问控制标准和物理层技术规范；lIEEE802.4令牌总线介质访问控制标准和物理层技术规范；令牌总线介质访问控制标准和物理层技术规范；lIEEE802.5令牌环网介质访问控制方法和物理层技术规范；令牌环网介质访问控制方法和物理层技术规范；lIEEE802.6城域网介质访问控制方法和物理层技术规范；城
26、域网介质访问控制方法和物理层技术规范；lIEEE802.7宽带技术；宽带技术；lIEEE802.8光纤技术（光纤分布数据接口光纤技术（光纤分布数据接口FDDI）；lIEEE802.9综合业务数字网（综合业务数字网（ISDN）技术技术；lIEEE802.10局域网安全技术局域网安全技术；lIEEE802.11无线局域网媒体访问控制方法和物理层技术规范无线局域网媒体访问控制方法和物理层技术规范2.IEEE802各标准间的关系各标准间的关系各标准间的关系如下图各标准间的关系如下图4-9所示：所示：图图4-9IEEE802各标准之间的关系各标准之间的关系注意注意：在在IEEE802标准中，标准中，IE
27、EE802.3以太网（以太网（Ethernet）协议和协议和IEEE802.5令牌环令牌环（TokenRing）协议应用最为广泛。协议应用最为广泛。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页4.5局域网局域网组网技术组网技术从目前的发展情况来看，局域网可以分为共享式局域网（从目前的发展情况来看，局域网可以分为共享式局域网（SharedLAN）和交换式局域网（）和交换式局域网（SwitchedLAN）两大类，其）两大类，其产品分类及产品分类及其相互间的关系如图其相互间的关系如图4-10所示。所示。图图4-10局域网产品类型与相互之间的关系局域网产品类型与相互之间的关系4.5.1传统以太网传
28、统以太网1.以太网的标准以太网的标准以太网发展成熟、基于标准化、传输速率高、系统功能强、安装以太网发展成熟、基于标准化、传输速率高、系统功能强、安装维护方便，它是当今国际最流行、最畅销的局域网。维护方便，它是当今国际最流行、最畅销的局域网。二十多年来，以太网标准的发展情况如下表所示：二十多年来，以太网标准的发展情况如下表所示：以太网标准以太网标准批准时间批准时间传输媒体传输媒体传输速率传输速率网段长度网段长度拓扑结构拓扑结构10BASE-51983同轴电缆同轴电缆（粗）（粗）10Mbit/s500m总线型总线型10BASE-21988同轴电缆同轴电缆（细细）10Mbit/s185m总线型总线型
29、10BASE-T19901002对线对线3类类10Mbit/s100m星型星型10BROAD-36198875同轴电缆同轴电缆10Mbit/s1800m总线型总线型10BASE-F1992光纤电缆光纤电缆10Mbit/s2000m星型星型100BASE-T19951002对线对线5类类100Mbit/s100m星型星型2.以太网的工作原理以太网的工作原理l以以太太网网中中的的所所有有结结点点对对公公共共信信道道的的访访问问都都是是以以多多路路访访问问方方式式进进行行的的。任任一一结结点点都都可可以以将将数数据据包包发发送送到到总总线线上上，所所有有连连接接在在公公共共信信道道上上的的结结点都能
30、检测到该数据包。点都能检测到该数据包。lCSMA/CD这这种种方方法法的的工工作作过过程程可可以以概概括括为为：先先听听后后发发，边边听听边边发发，冲冲突突停停止止，随随机机延延迟迟后后重重发发。如如图图4-11所所示示。CSMA/CD后后来来成成为为了了IEEE802标准之一，即标准之一，即IEEE802.3标准。标准。l当当目目的的结结点点检检测测到到该该数数据据包包的的目目的的地地址址（MAC地地址址）为为本本结结点点地地址址时时，就就继继续续接接收收该该帧帧中中包包含含的的数数据据，同同时时给给源源结结点点返返回回一一个个响响应应。当当有有两两个个或或更更多多的的结结点点在在同同一一时
31、时间间都都发发送送了了数数据据，在在信信道道上上就就造造成成了了帧帧的的重重叠叠，导导致致冲冲突突出出现现。为为了了克克服服这这种种冲冲突突，常常采采用用CSMA/CD，即即带带有有碰碰撞撞检检测测的的载载波波侦侦听听多多路路访访问问方方法法。这这种种方方法法能能有有效效地地解解决决多多个结点如何共享公共总线的问题。个结点如何共享公共总线的问题。l采采用用CSMA/CD协协议议的的以以太太网网中中，各各结结点点通通过过竞竞争争的的方方法法抢抢占占对对介介质质的的访访问问权权利利，出出现现冲冲突突后后，必必须须随随机机延延迟迟一一段段时时间间后后重重发发。因因此此，结结点点从从准准备备发发送送数
32、数据据到到成成功功发发送送数数据据的的时时间间是是不不能能确确定定的的，它它不不适适合合于实时性数据的传输。于实时性数据的传输。图图4-11CSMA/CD工作过程示意图工作过程示意图初始化发送数据是否出现冲突?强化冲突放弃发送数据是否发送完毕?结束冲冲突突检检测测载波侦听 随机延迟后重发数据是是否否是是否否3.以太网组网技术以太网组网技术（1）粗缆以太网（）粗缆以太网（10BASE5Ethernet）l它它采采用用粗粗同同轴轴电电缆缆，单单段段最最大大长长度度为为500米米。超超过过时时，可可通通过过中中继继器器将将几几个个网网段段连连接接在在一一起起，但但中中继继器器的的数数量量最最多多为为
33、4个个，网网段段的的数数量量最最多多为为5段段，因因此此网网络络的的最最大大长长度度可可达达2500米米。网网络络连连接接如如图图4-12所所示：示：图图4-12粗缆以太网组网示意图粗缆以太网组网示意图l建建立立一一个个粗粗缆缆以以太太网网需需要要一一系系列列硬硬件件设设备备，主主要要包包括括：网网络络适适配配器器、外外部部收收发发器器、收收发发器器电电缆缆、DIX接接口口、中中继继器器、N系系列列插插头头、圆圆形形连接器和网络终端器连接器和网络终端器。（2）细缆以太网（）细缆以太网（10BASE2Ethernet）l它它使使用用细细同同轴轴电电缆缆，单单段段最最大大长长度度为为185米米。超
34、超过过时时，则则需需使使用用支支持持BNC头头的的中中继继器器。细细缆缆以以太太网网中中，中中继继器器的的数数量量最最多多也也只只能能为为4个个，网网段段的的数数量量也也最最多多为为5段段，因因此此网网络络的的最最大大长长度度为为925米米。网网络络连连接接如如图图4-13所示。所示。图图4-13细缆以太网组网示意图细缆以太网组网示意图图图4-13细缆以太网组网示意图细缆以太网组网示意图l建建在在使使用用细细缆缆组组建建以以太太网网时时，需需要要使使用用的的基基本本硬硬件件设设备备有有：带带有有BNC接接口口的的以以太太网网卡卡（如如图图4-14所所示示）、BNC连连接接器器插插头头（如如图图
35、4-15所示）、所示）、T型连接器（如图型连接器（如图4-16所示）、终端匹配器（如图所示）、终端匹配器（如图4-17所示）。所示）。图图4-15BNC连接器插头连接器插头图图4-14BNC接口的以太网卡接口的以太网卡图图4-16T型连接器型连接器图图4-17终端匹配器终端匹配器（3）双绞线以太网（）双绞线以太网（10BASETEthernet）l10BASET以以太太网网采采用用非非屏屏蔽蔽双双绞绞线线，T表表示示它它的的拓拓扑扑结结构构为为星星型型。组组网网的的关关键键设设备备是是集集线线器器（HUB）。当当使使用用非非屏屏蔽蔽双双绞绞线线进进行行网网络络连连接接时时，HUB到到各各结结点
36、点的的距距离离或或HUB与与HUB间间的的距距离离不不超超过过100米米，网网络连接如图络连接如图4-18所示。所示。图图4-18双绞线以太网组网示意图双绞线以太网组网示意图l组组建建双双绞绞线线以以太太网网要要采采用用的的硬硬件件设设备备主主要要有有：带带有有RJ-45插插头头的的以以太太网网卡卡（如如图图4-1所所示示）、集集线线器器（如如图图4-2所所示示）、双双绞绞线线、RJ-45水晶头（如下图水晶头（如下图4-19所示）。所示）。图图4-19RJ-45水晶头水晶头图图4-20利用集线器组成的大型共享式以太网利用集线器组成的大型共享式以太网l利用双绞线和集线器组建大型的共享式以太网如图
37、利用双绞线和集线器组建大型的共享式以太网如图4-20和和4-21所示。所示。图图4-21利用集线器组成的大型共享式以太网利用集线器组成的大型共享式以太网4.5.2IBM令牌环网令牌环网令牌环网令牌环网是目前除以太网之外最为流行的局域网组网技术。是目前除以太网之外最为流行的局域网组网技术。IEEE802.5规范与规范与IBM公司开发的令牌环网几乎完全相同，因此，令牌环公司开发的令牌环网几乎完全相同，因此，令牌环网通常就是指网通常就是指IBM公司的令牌环网。公司的令牌环网。1.令牌环网的结构和组成令牌环网的结构和组成l令令牌牌环环中中，各各工工作作站站以以串串行行方方式式顺顺序序相相连连，形形成成
38、一一个个封封闭闭的的环环路路，如如图图4-22所所示示。后后来来引引入入了了一一种种被被称称为为多多站站访访问问单单元元（MSAU）的的设设备备，工工作作站站先先连连接接到到MSAU上上，多多台台MSAU再再连连接接在在一一起起，形形成成一一个个大的圆形环路，如图大的圆形环路，如图4-23所示。所示。图图4-22令牌环网串联结构令牌环网串联结构图图4-23引入引入MSAU的令牌环结构的令牌环结构lMSAU（MultiStationAccessUnit），又又称称为为IBM8228，如如图图4-24所示，一台所示，一台MSAU最多只能连接最多只能连接8台工作站。台工作站。l组组建建令令牌牌环环网
39、网所所需需的的基基本本部部件件有有：多多站站访访问问单单元元（MSAU）、网网卡卡、服务器、工作站、传输介质（双绞线）和连接附加设备等。服务器、工作站、传输介质（双绞线）和连接附加设备等。2.令牌环网的工作原理令牌环网的工作原理l在在令令牌牌环环介介质质访访问问控控制制方方法法中中，使使用用了了一一种种沿沿着着环环路路循循环环流流动动的的特特殊殊数数据据包包“令令牌牌”。网网络络中中的的结结点点只只有有截截获获了了令令牌牌后后才才能能发发送送数数据据，没没有有获获取取令令牌牌的的结结点点不不能能发发送送数数据据。因因此此，令令牌牌环环网网中中不不会会产产生生冲突。冲突。图图4-24多站访问单元
40、多站访问单元MSAUl令令牌牌环环网网的的工工作作过过程程可可分分为为以以下下四四个个步步骤骤，如如图图4-25所所示示：首首先先结结点点A截截获获空空闲闲令令牌牌；然然后后结结点点A将将数数据据帧帧附附在在令令牌牌上上发发送送到到结结点点C；C将将数数据据拷拷贝贝至至自自己己的的缓缓冲冲区区，令令牌牌继继续续环环行行；数数据据循循环环一一周周后后，结结点点A将将其其收收回回；最最后后结结点点A解解除除令令牌牌的的忙忙状状态态，令令牌牌又又向向下下一个结点发送，过程重新开始。一个结点发送，过程重新开始。图图4-25令牌环网的工作过程示意图令牌环网的工作过程示意图l令令牌牌环环网网最最大大的的优
41、优点点在在于于它它提提供供了了对对传传输输介介质质访访问问的的灵灵活活控控制制，而且在负载很重的情况下，令牌环的控制策略是高效和公平的。而且在负载很重的情况下，令牌环的控制策略是高效和公平的。l令牌环网的主要缺点是：有较复杂的令牌维护要求。空闲令牌的令牌环网的主要缺点是：有较复杂的令牌维护要求。空闲令牌的丢失将降低环路的利用率，令牌重复也会破坏网络的正常运行丢失将降低环路的利用率，令牌重复也会破坏网络的正常运行l令牌环网潜在的问题是：其中任何一个节点连接出问题都会使网令牌环网潜在的问题是：其中任何一个节点连接出问题都会使网络失效，因此可靠性较差；另外，节点入环、退环都要暂停环网络失效，因此可靠
42、性较差；另外，节点入环、退环都要暂停环网工作，灵活性差。工作，灵活性差。4.5.2交换式以太网交换式以太网 1.交换式以太网的产生交换式以太网的产生 l随随着着电电视视会会议议、多多媒媒体体等等应应用用的的不不断断发发展展，人人们们对对网网络络带带宽宽的的要要求求越来越高，越来越高，传统传统的共享式的共享式以太网的带宽以太网的带宽已越来越不能已越来越不能满满足足人们人们的的需要需要。l共共享享式式以以太太网网采采用用了了以以HUB为为中中心心的的星星型型连连接接方方式式，但但其其实实际际上上还还是是总总线线型型拓拓扑扑结结构构。当当网网络络规规模模不不断断扩扩大大时时，网网络络中中的的冲冲突突
43、就就会会大大大大增增加加，而而数数据据经经过过多多次次重重发发后后，延延时时也也相相当当大大，造造成成网网络络整整体体性性能能下下降。在网络用户数较多时，以太网的带宽使用效率只有降。在网络用户数较多时，以太网的带宽使用效率只有30%40%。l为为了了从从根根本本上上解解决决网网络络带带宽宽，克克服服网网络络规规模模和和网网络络性性能能之之间间的的矛矛盾盾，人人们们提提出出了了将将共共享享式式以以太太网网改改为为交交换换式式以以太太网网，这这就就导导致致了了交交换换式式以以太网的太网的产产生。生。2.交换式以太网的结构和特点交换式以太网的结构和特点l交交换换式式以以太太网网的的核核心心设设备备是
44、是交交换换机机（Switch）。交交换换机机有有多多个个端端口口，能能同同时时提提供供多多个个通通道道，允允许许多多个个用用户户之之间间同同时时进进行行数数据据传传输输，如如图图4-26所示所示。图图4-26交换式以太网结构示意图交换式以太网结构示意图l在在交交换换式式以以太太网网中中，各各用用户户结结点点独独占占通通道道，独独享享带带宽宽。随随着着用用户户的的增增多多，网网络络带带宽宽不不仅仅不不会会减减少少，反反而而增增加加，即即使使在在网网络络负负荷荷很很重重时时也也不会导致网络性能的下降，因此它从根本上解决了网络带宽问题。不会导致网络性能的下降，因此它从根本上解决了网络带宽问题。l交交
45、换换式式以以太太网网则则允允许许接接入入的的多多个个结结点点间间同同时时建建立立多多条条通通信信链链路路，同同时时进进行行数数据据通通信信，比比起起串串行行传传输输数数据据的的共共享享式式以以太太网网而而言言，交交换换式式以以太网大大提高了网太网大大提高了网络络的利用率。的利用率。l交交换换式式以以太太网网可可以以构构造造“虚虚拟拟网网络络”（VLAN），即即逻逻辑辑工工作作组组，并并通通过过软软件件的的方方式式来来实实现现逻逻辑辑工工作作组组的的划划分分和和管管理理。这这样样就就可可以以合合理理地地调调整网整网络负载络负载的分布，提高网的分布，提高网络络的利用率。的利用率。l以以太太网网交交
46、换换技技术术是是基基于于以以太太网网的的，它它最最大大限限度度地地保保留留了了现现有有以以太太网网的基的基础设础设施，施，从而从而这样这样有效有效地地保保护护了用了用户户的的现现有投有投资资，节节省了省了资资金。金。3.以太网交换机以太网交换机（1）以太网交换机的工作原理）以太网交换机的工作原理l 以以太太网网交交换换机机监监测测发发送送到到每每个个端端口口的的数数据据包包，通通过过数数据据包包中中的的有有关关信信息息（源源结结点点的的MAC地地址址、目目的的结结点点的的MAC地地址址），在在交交换换机机的的内内部建立一张部建立一张“端口端口MAC地址地址”的映射表。的映射表。l当当某某个个端
47、端口口接接收收到到数数据据包包后后，交交换换机机会会取取出出该该包包中中目目的的结结点点的的MAC地址，并通过该映射表迅速地将数据包转发到相应的输出端口。地址，并通过该映射表迅速地将数据包转发到相应的输出端口。以太网交换机工作原理如图以太网交换机工作原理如图4-27所示。所示。图图4-27以太网交换机工作原理以太网交换机工作原理（2）以太网交换机的数据交换方式）以太网交换机的数据交换方式以太网交换机的数据包交换方式主要有以下两种：以太网交换机的数据包交换方式主要有以下两种：l直接交换（直接交换（CutThrough）交换机只要接收到数据包，便立即获取包的目的地址，转换成相应交换机只要接收到数据
48、包，便立即获取包的目的地址，转换成相应的交换机端口，将该数据包转发出去。由于不需要存储，因此交换速的交换机端口，将该数据包转发出去。由于不需要存储，因此交换速度很快，延迟极小。但度很快，延迟极小。但在转发数据包时不进行错误校验，可靠性相对在转发数据包时不进行错误校验，可靠性相对较低。另外，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入较低。另外，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口输出端口直接接通。直接接通。l存储转发（存储转发（StoreandForward）交换机交换机把数据包全部接收到内部缓冲区中，并进行校验，一旦发把数据包全部接收到内部缓冲区中，并进行校验，一旦发现错误就通知源结点
49、重新发送该包。现错误就通知源结点重新发送该包。这种交换方式具有数据包的差这种交换方式具有数据包的差错检测能力，可靠性高，并错检测能力，可靠性高，并能支持不同速率端口之间的转发。但它能支持不同速率端口之间的转发。但它延迟时间较大，交换机内的缓冲存储器有限，当负载较重时，易造延迟时间较大，交换机内的缓冲存储器有限，当负载较重时，易造成数据包的丢失。成数据包的丢失。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页4.6快速网络技术快速网络技术目前提供高速传输的网络技术有：快速以太网、吉比特以太网、目前提供高速传输的网络技术有：快速以太网、吉比特以太网、ATM网络等，它们都能够实现网络等，它们都能够实
50、现100Mbit/s以上的传输速率，是提高网以上的传输速率，是提高网络传输速率的有效途径。络传输速率的有效途径。4.6.1快速以太网组网技术快速以太网组网技术1.快速以太网的发展和快速以太网的发展和IEEE802.3ul随随着着人人们们对对局局域域网网传传输输速速率率要要求求的的不不断断提提高高，IEEE802.3委委员员会会决决定定制制定定一一个个快快速速的的局局域域网网协协议议。但但他他们们内内部部出出现现了了两两种种不不同同的的观观点点，一一种种是是建建议议采采用用一一种种具具有有优优先先级级、集集中中控控制制的的MAC协协议议，但但它它不不能能兼兼容容原原先先的的以以太太网网；另另一一