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自考局域网组网工程听课笔记第一章

2006-08-17 10:58  四联自学网 【 】【我要纠错

  第1章 局域网技术基础

  本章主要内容

  局域网体系结构与标准

  局域网的拓扑结构

  局域网的传输媒体

  局域网的互连

  1.1 概 述

  1.1.1 局域网的普及

  一个微机系统应用于学校、办公楼、工厂、企业等场合,这些系统互连起来,实现系统之间交换数据和共享昂贵的的资源。

  (1)主要包括与其它用户交换报文、共同访问公共文件和数据资源;

  (2)实现硬件资源的共享,例如共享大容量存储器和高性能激光打印机等。

  1.1.2 局域网的定义

  在一个小区范围内,将分散的微机系统互连起来,实现资源的共享合同型,便构成了局域网(LAN)。几点说明:

  (1)局域网终端设备:又称为数据通信设备。主要包括:微机、服务器、终端、外围设备、传感 器(如温度、湿度、安全报警传感器等),数字电话、数字电视发送和接收机以及传真机等。

  当然不是所有的LAN都能配置上述设备。

  (2)局域网的地理覆盖一般可达几十公里范围;

  (3)局域网在传输媒体上的数据传输速率为10Mbps、100Mbps及1000Mbps.

  1.1.3 局域网的技术要素

  体系结构与标准

  传输媒体

  拓扑结构

  数据编码

  媒体访问控制 MAC

  逻辑链路控制 LAC

  1.2 局域网体系结构与标准

  1.2.1 局域网参考模型

  LAN参考模型是以IEEE802(国际电工电子工程师协会)标准的工作文件为基础,并且采用参考模型来分析这一问题。

  1.局域网存在的四个特征

  (1)它用带地址的帧来传送数据;

  (2)不存在中间交换,所以不要求路由选择。

  (3)数据传输各层的对应内容:

  第一层: 物理层,比特传输;

  第二层: 数据连路层,组成帧,并进行一定的控制,主要包括:寻址、排序、流量控制、差错控制等。

  第三层: 网络层,完成路由选择。

  (4)层二和层三的区别

  层二是通过单个链路完成其功能,层三是通过数个链路完成的。

  2.域网体系结构

  3.局域网数据的传递(二层和三层)

  (1)最上层接收来自所连接的站的发送信息;

  (2)通过服务访问点(SAP)向下层交换信息,SAP是相邻层的逻辑接口;

  (3)发送时将数据组装带有地址的差错检测字段的帧;

  (4)接收时拆卸帧,完成地址识别和差错检测;

  (5)管理链路上的通信。

  4.物理层的主要功能

  (1)信号的编码和译码;

  (2)前导码的生成和除去(前导码用于帧同步);

  (3)比特的发送和接收。

  1.2.2 局域网媒体访问控制

  1.么是MAC?

  所有局域网均由共享该网络传输能力的多个设备组成。需要有某些方法控制对传输媒体的访问,以便两个特定的设备在需要时可以交换数据。

  2.体访问技术中的“方法”

  “方法”分为两种,指控制是在集中方式下还是在分布方式下来实现。

  (1)集中方式:

  某个控制器被指定拥有访问网络的控制权,此时,希望发送的某个站必须等待,直到他收到该控制器的准许,该站才允许发送。

  (2)分布方式:

  由各个站集体地完成媒体访问控制功能,动态地确定站的发送顺序。

  (3)集中方式方案的优点和缺点:

  优点a.可提供诸如优先权、保证带宽,具有较大的控制访问能力。

  b.允许每个站有尽可能简单的逻辑;

  c.避免了协调问题。

  缺点:a.会出现影响全网的单点故障;

  b.会发生瓶颈作用,时效率降低。

  分布方式方案的优点和缺点:正好与集中式相反。

  3.访问控制技术的分类

  主要按同步和异步进行划分。

  (1)同步技术:

  每个连接均被分配一个专用规定的传输容量。这种方式在局域网中不是最佳的,因为每个站发送数据是随机的。

  (2)异步技术:

  根据各站的发送情况分配传输容量,异步技术可进一步划分为:循环、预约、竞争三种情况。

  1.异步技术三种方法

  (1)循环:

  给每个站轮流发送的机会,在此机会里,某站可以谢绝发送,或发送一定限度的信息。此限度为每个站每次发送的最大数据量或最大时间量来表示。

  (2)预约:

  对于平稳流式的业务,预约技术是相当合适的。即将媒体(介质)上的时间划分为许多时隙,当某站需要发送信息时,提前预约时隙。

  (3)竞争:

  对于突发式业务,竞争技术通常是合适的,各个站采取简单的竞争方式进行竞争发送数据。常用的方式为循环和竞争方式。

  1.2.3 局域网数据链路控制LLC

  1.LAN的LLC与传统链路层的区别:

  (1)它必须支持链路的多路访问特性;

  (2)它可利用MAC子层来实现链路访问中的某些功能;

  (3)它必须提供某些属于三层的功能。

  2.LLC的主要功能:

  (1)端到端的差错控制功能;

  (2)端到端的流量控制功能;

  (3)完成无连接服务功能;

  (4)完成面向连接服务功能;

  (5)能进行复用,即多个不同的端点的数据在同一信道上传输。

  3.服务访问点(SAP)

  SAP在每层中有若干个点,分别用SAP1、SAP2……SAPn表示,每个SAP属于某站,但它又在LLC层有若干个SAP,每个SAP均由一个自己的地址,例如A点LLC层的SAP,可简单表示为:(A,1),如下图。下面来看各站的SAP之间是如何通信的。

  如上图,假设站A内有一个应用X,希望将电文发送给站C内的一个进程,(A为某PC内的报告生成程序,C为一台打印机和一个简单的打印机驱动器)

  (1)站A的链路发送一个“连接请求”,的若干控制比特的帧,该帧内含源地址(A,1—X),目的地址(C,1—M),及其它的控制比特。

  (2)LAN将该帧传递给C站;

  (3)如果“C”站空闲,就返回一个“接受连接”帧,(如果不空闲,这需要等待);

  (4)当A站与C站建立连接后,就可以利用站A的LLC将来自X的全部数据组装成帧,每帧均含源地址和目的地址;

  (5)在此段时间,所有寻找(A,1)的帧均被拒绝,除非是来自(C,1)的帧。同样(C,1)的寻找帧也被(C,1)拒绝,字节收(A,1)的帧。

  (6)以上方式被称为面向连接服务。

  在以上进行数据交换的同时,各站的其它SAP之间可以同时传递消息,例如,进程Y可以连接到

  (A,2),并与(B,1)交换数据,这就是一个复用的例子。

  1.2.4 寻址

  1.信涉及三个因素:进程、主机、网络

  (1)进程是进行通信的基本实体,(也就是指软件程序)。我们举例说明两个站之间的进程是如何传递的。(例如A站和B站)

  A站的进程通过PC机,然后通过网络与B站进程进行连接,并交换数据。进程在PC机上进行。

  (2)主机

  (3)网络

  2.通信(含寻址)的过程

  MH:必须包含一个用来唯一地标识局域网上某个站的目的地址,因为对于每一个可接收的站必须读出“目的地址”,如果和本站地址不同,则向下一站传送;如果和本站地址相同,则MAC实体标剥除MH和MT,并且将剩余的LLC—PDU向上传递,LLC子层的标头LH中必须包含SAP地址,以便LLC可将该数据交付给哪个SAP.

  MAC地址:表识局域网中的一个站;

  LLC地址:表识LLC上的某个SAP(某个用户)。

  3.SAP的分布

  (1)在每两层之间均有SAP(服务访问点),物理层上没有SAP.

  (2)在网络接口单元(NIU)上的每个终端接口都具有一个唯一的SAP;

  (3)组地址:

  某用户希望将数据发送给特定NIU上的所有终端用户,或者给整个局域网上的所有终端用户,这就需要组地址。

  a.广播方式;

  b.多址方式。

  4.局域网寻址的多种方式

  MAC地址LLC用户地址(服务访问点)

  单个单个

  单个多址

  单个广播

  多址广播

  广播广播

  多址单个

  多址多址

  广播单个

  广播多址

  1.2.5 局域网标准

  1.3 局域网的拓扑结构

  1.3.1星型拓扑结构

  特点:

  (1)每个站由点到点链路连接到公共中心;

  (2)任意两站之间的通信均要通过中心点;

  (3)中心点可以是一个中继器,也可以是一个局域网的交换机;

  (4)发送数据的站以帧的形式进入中心点,以帧中的目的地址到达目的站点。

  (5)目前局域网系统中均采用星型拓扑结构。

  1.3.2 环形

  特点:

  (1)由一组转发器(又称为中继器)通过点到点链路连接成封闭的环所构成。

  (2)以帧的方式传输数据,循环一周,在起始位除去。

  (3)有令牌的站才可以发送帧。

  1.3.3 总线和树型

  树型特点:传输媒体是不构成闭合环路的分支电缆,也即在树型网络中,任意两个终端之间只有唯一的一条路径。

  总线型特点:只有传输媒体,没有交换机,也没有转发器。

  1.4 局域网的传输媒体

  传输媒体主要有双绞线、同轴电缆和光纤。

  1.4.1 双绞线

  1.物理描述

  2.传输特性

  (1)对模拟信号,约每5~6Km需要一个放大器;

  (2)对低频数字信号,每2~3Km需用一个转发器。

  1.4.2 同轴电缆

  分类:

  (1)CATV系统中使用75Ω电缆,主要用于宽带FDM模拟信号及高速数据。

  (2)基带数字信号使用50Ω电缆,对于模拟信号可达300MHz~400MHz,每个电视信道分配6MHz的带宽。

  (3)带宽和速率的关系:

  对于5Mbps或更高的速率可设定1Hz/1bps,如6MHzTV信道——5Mbp速率。

  对于较低速率可设计 2 Hz/1bps;

  目前用整条同轴电缆(75Ω)传送数据,可达50Mbps,距离一般为1Km左右。

  1.4.3 光缆

  传输特性:1014Hz~1015Hz范围起波导作用。

  多模:小角度的入射光纤被反射并沿光纤传播,其余光纤被周围媒体所吸收。

  单模:纤芯半径降低到波长的量级时,只有单个角度或单个模,即只有轴向光束能通过。

  1.4.4 无线传输媒体

  分类:

  (1)射频(RF):900MHz、2.4GHz、5.8GHz(无需申请的频率)

  (2)红外线(IR)800mm~900mm波段,地域范围可达数十米,可获得10Mbps的数据传输率。

  散射IR(DFIR):范围较小,但收发之间可有障碍物;

  直射 IR(DBIR) :范围较大,但收发之间不能有障碍物。

  1.5 局域网的互连

  局域网的互连主要通过以下设备实现:

  (1)中继器(又称转发器,在物理层实现互连);

  (2)网桥(又称桥接器,在数据链路层实现互连);

  (3)路由器(在网络层实现互连);

  (4)网关(又称网间连接器,在传输层及以上实现互连)。

  1.5.1 中继器

  中继器,又称重发器,主要是将信号再生放大,主要作用为:

  (1)将冲突域延长、扩大;

  (2)但不能将电路形成环路;中继的个数有限,主要为时延及负荷情况;

  (3)多口中继器又称为集线器,可分为电缆中继器(双绞线、同轴电缆)和光缆中继器。

  1.5.2 集线器

  集线器又称为集中器,用它作为一个中心节点,可连接多个传输媒体。集线器分为有源集线器,无源集线器和智能集线器。

  1.5.3 网桥

  用于连接两个或两个以上具有相同通信协议、传输媒体及寻址结构的局域网网间的互连设备。

  (1)网桥有它的软件和硬件。网桥需要有足够大的RAM(存储器)缓冲区,用于扩展网络距离和转发数据到另一个目的网工作站。

  (2)网桥具有寻址和路径选择功能;网桥对广播信息不能识别,也不能过滤;

  (3)网桥又分为本地网桥和远程网桥。

  本地网桥:指所连接的两个LAN间的距离在所允许的最大传输媒体长度之内的网桥。连接两个LAN只需一个网桥。

  远程网桥:必须加上调制解调器,而且连接两个LAN时需要两个网桥。

  1.5.4 路由器

  1.主要功能:

  (1)选择最佳的转发数据的路径,建立非常灵活的连接,均衡网络负载。

  (2)利用通信协议本身的流控来控制数据传输,解决拥挤问题;

  (3)具有判断需要转发的数据分组的功能,判定某数据是否需转发。

  2.路由器分为:

  (1)单协议路由器:对具有相同网络层协议的网络互连;

  (2)多协议路由器:对具有多种网络层协议的网络互连。

  1.5.5 网关(又称高层协议转发器)

  用途:用于不同类型且差别较大的网络系统间的互联。

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