计算机三级网络技术：第三章

第三章 局域网基础 3-1 局域网的基本概念 局域网：是在较小的地理范围内利用通信线路将各种计算机和数据设备互连起来，实现数据通信和资源共享的计算机网络。

3-1-1 局域网的主要技术特点 覆盖有限的地理范围。可以小到一个房间，一栋大楼，一个机关、学校。 具有较高的传输速率（10Mbps-10Gbps），低误码率、高质量的数据传输环境 属于一个单位所有，易于建立、维护和扩展 决定局域网特性的主要技术要素：网络拓朴、传输介质、介质访问控制方法 局域网从介质访问控制方法的角度可分为共享介质局域网与交换式局域网。 3-1-2 局域网拓扑构型 局域网的拓扑类型主要包括总线型、环型、星型。网络传输介质包括双绞线、同轴电缆与光纤 总线型拓扑结构（见图3-1）
总线型局域网的介质访问控制方法为“共享介质”方式 特点： （1）所有结点都通过网卡直接连到一条作为公共传输介质的总线上 （2）总线通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质 （3）所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但一段时间内只允许一个结点使用总线发送数据，当一个结点利用总线传输介质以“广播”方式发送数据时，其他结点可以用“收听”方式接收数据。 （4）由于总线作为公共传输介质为多个结点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两个以上结点使用总线发送数据的情况，因此会出现“冲突”，造成传输失败。
（5）在“共享介质”方式的总线型局域网中必须解决多结点访问总线的介质访问控制(MAC)问题。所谓介质访问控制方法是指控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法。 总线型的优点：结构简单、实现容易、易于扩展、可靠性较好 环型拓扑构型（见图3-3）
环型拓扑也是共享介质局域网最基本的拓扑构型之一。在环型拓扑中，结点通过相应的网卡，使用点对点连接线路，构成闭合的环型。环中数据沿着一个方向绕环逐站传输。由于多个结点共享一个环通路，所以环型拓朴也要解决介质访问控制方法问题。 环形拓朴的优点是结构简单，实现容易，传输延迟确定，适应传输负荷较重，实时性要求较高的应用环境。但是环中每个结点与连接结点之间的通信线路都是网络可靠性的瓶颈。环中任何一个结点或线路的故障都会造成网络瘫痪。环结点的加入，撤除和维护也比较复杂。 星形拓扑构型
星型拓朴存在中心结点。每个结点通过点对点线路与中心结点连接，任何两结点之间的通信都要通过中心结点转接。 星型拓朴的优点是结构简单，但中心结点对系统的可靠性影响较大。 3-1-3 局域网传输介质类型与特点 局域网常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道。早期应用较多的是同轴电缆。但随着技术发展，双绞线与光纤的应用发展十分迅速。通常在中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线通信信道。 双绞线

双绞线可分为两类：非屏蔽双绞线（UTP——Unshielded Twisted Pair）外皮为塑料，不具有屏蔽能力。屏蔽双绞线（STP）：外皮为金属，具有屏蔽能力，故抗干扰能力强，但价格昂贵。
常用的UTP根据其通信质量一般分为五类。局域网中一般采用第三类、第四类和第五类UTP。三类线适用于语音及10M bps以下的数据传输；四类线适用于16 M bps以下的数据传输；五类线适用于100M bps的高速数据传输。 光纤

光纤的全称为光导纤维（Optical Fiber），由非常透明的石英玻璃拉成细丝，多根光纤组合在一起形成光缆。光纤通常用于长距离、高速率、抗干扰和保密性要求高的应用领域中。比如10G bps的以太网。光纤可分为多模光纤与单模光纤。单模优于多模。 3-2 局域网介质访问控制方法 传统的局域网采用共享介质的工作方式，需要提供合适的介质访问控制方法，目前普遍采用的介质访问控制方法有： 带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法 令牌总线（Token Bus）方法 令牌环（Token Ring）方法 3-2-1 IEEE802模型与协议 局域网参考模型IEEE802只对应OSI参考模型的数据链路层与物理层。将OSI模型的数据链路层划分为逻辑链路控制LLC子层与介质访问控制MAC子层。
IEEE802委员会制定了一系列标准，如图所示： （1）IEEE 802.1标准，定义了局域网体系结构、网络互连、以及网络管理和性能测试。 （2）IEEE 802.2标准，定义了逻辑链路控制LLC子层功能与服务。 （3）IEEE 802.3标准，定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范。 （4）IEEE 802.4标准，定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制子层与物理层规范。 （5）IEEE 802.5标准，定义了令牌环（Token Ring）介质访问控制子层与物理层规范。 （6）IEEE 802.6标准，定义了城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范。 （7）IEEE 802.7标准，定义了宽带网络技术。 （8）IEEE 802.8标准，定义了光纤传输技术。 （9）IEEE 802.9标准，定义了综合语音与数据局域网（IVD LAN）技术。 （10）IEEE 802.10标准，定义了可互操作的局域网安全性规范（SILS）。 （11）IEEE 802.11标准，定义了无线局域网技术。 （12）IEEE 802.12标准，定义了优先度要求的访问控制方法。 （13）IEEE 802.13标准，未使用。 （14）IEEE 802.14标准，定义了交互式电视网。 （15）IEEE 802.15标准，定义了无线个人局域网（WPAN）的MAC子层和物理层规范。 （16）IEEE 802.16标准，定义了宽带无线访问网络。 3-2-2 IEEE802.3标准与Ethernet 1、Ethernet的主要技术特点 目前应用最为广泛的一类局域网是总线局域网-----以太网(Ethernet)。以太网的核心技术是它的随机争用型访问控制方法。即带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD方法。 CSMA/CD方法用来解决多结点如何共享公用总线传输介质的问题。在Ethernet中，任何连网结点都没有可预约的发送时间，它们的发送都是随机的，并且网中不存在集中控制的结点，网中结点都必须平等地争用发送时间，因此这种介质访问控制属于随机争用型方法。
2、以太网的工作原理 如果一个结点要发送数据，它将以“广播”方式把数据通过作为公共传输介质的总线发送出去，连在总线上的所有结点都能收听到发送结点发送的数据信号，由于网中所有结点都可以利用总线发送数据，并且网中没有控制中心，因此冲突的发生是不可避免的。为了解决问题， CSMA/CD的发送流程可以简单地概括四点：先听后发、边听边发，冲突停止，随机延迟后重发 3-2-3 IEEE802.4标准与Token Bus 令牌总线是一种在总线拓朴中利用“令牌”作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线而发送数据。令牌是一种特殊结构的控制帧，用来控制结点对总线的访问权。
网中每个结点有本站地址、上一结点地址、下一结点地址。令牌传 递规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传 递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌传递顺序与结 点在总线上的物理位置无关。因此，令牌总线网在物理上是总线网， 而在逻辑上是环网。 在发生以下情况时，令牌持有结点必须交出令牌： 该结点没有数据帧等待发送 该结点已发送完所有待发送的数据帧 令牌持有最大时间到 令牌总线网比较复杂，需要完成大量的环维护工作： （1）环初始化：将环中结点排序，动态形成逻辑环 （2）新结点加入环：周期性的为新结点加入环提供机会 （3）结点从环中撤出：撤出结点时，要保持环的完整性 （4）环恢复：网中出现令牌丢失或多个令牌时，能完成环恢复工作 （5）优先级：支持优先级服务 令牌总线介质访问控制方法有以下几个主要特点： （1）介质访问延迟时间有确定值 （2）通过令牌协调各结点之间的通信关系，各结点之间不发生冲突，重负载下信道利用率高。 （3）支持优先级服务。 3-2-4 IEEE802.5标准与Token Ring Token Ring介质访问控制协议就是IEEE802.5，它适用于环型拓扑结构的LAN，也是目前最流行的环型LAN介质访问控制协议
结点通过环接口连接成物理环形，令牌是一种特殊的MAC控制帧。令牌帧中有一位标志令牌的忙/闲。当环正常工作时，令牌沿着物理环单向逐站传送，传送顺序与结点在环中排列的顺序相同。（见图3-9） 工作流程：结点A要发送信息，须等待空闲令牌。当A获得空闲令牌后，将令牌标志位由闲变为忙，然后传送数据帧。结点B，C，D将依次接收到数据帧。如该数据帧的目的地址是C结点，则C结点在正确接收该数据帧后，在帧中标志出帧已被正确接收和复制。当A结点重新接收到自已发出的、并已被目的结点正确接收的数据帧时，它将回收已发送的数据帧，并将忙令牌改为空闲令牌，再将空闲令牌向它的下一结点传送。

令牌环具有与令牌总线相似的特点： 环中结点访问延迟确定，适用于重负载环境 支持优先级服务 缺点是环维护复杂，实现较困难 3-2-5 CSMA/CD与Token Bus ,Token Ring的比较 从网络拓朴角度来看，CSMA/CD和Token Bus都是针对总线拓扑结构，Token Ring是针对环型拓扑结构。从介质访问控制方法的性质来看，CSMA/CD属于随机型介质访问控制方法，而Token Bus和Token Ring属于确定型介质访问控制方法。 CSMA/CD方法有以下几个特点： 算法简单，易于实现 是一种用户访问总线时间不确定的随机竞争总线方法，适用于对数据传输实时性要求不严格的应用环境。 在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟特性，适用于通信负荷较轻的应用环境。 令牌总线与令牌环有以下几个特点： 结点两次获得令牌之间的最大间隔时间是确定的，适用于对数据传输实时性要求较高的应用环境。 在网络通信负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因而适用于通信负荷较重的应用环境。 需要复杂的环维护功能，实现较困难。 3-2-6 以太网物理地址的基本概念 1、网络中地址的基本类型 地址与寻址是网络通信中的一个基本问题。网络中任何通信实体都需要惟一地被标识出来，这种标识就需要使用地址。大多数局域网都是通过为网卡分配一个硬件地址的方式来标识一个联网的计算机或其他设备。硬件地址是指固化在网卡EPROM中的地址，这个地址应该保证在全网是惟一的。 2、以太网物理地址的特点 典型的以太网的物理地址长度为48位（6个字节）。为了统一管理以太网的物理地址，保证每一块以太网卡的地址是惟一的，IEEE委员会为每一个网卡生产商分配以太网物理地址的前3个字节，即公司标识，后面的三字节由网卡的厂商自行分配。 3-3 高速局域网技术 3-3-1 高速局域网研究基本方法 传统局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，网中所有结点共享一条公共通信传输介质。当网络规模不断扩大，网中结点数不断增大，网络负荷加重时，冲突和重发现象大量发生，网络效率下降，网络传输延迟增长，网络服务质量下降。
为了克服网络规模与网络性能之间的矛盾，人们提出了三种解决方案： 提高数据传输率，比如从10Mb/s提高到100Mb/s甚至到1Gb/s、10Gb/s 将一个大型局域网划分为多个用网桥或路由器互连的子网
将“共享介质方式”改为“交换方式”，这就导致了“交换式局域网”技术的发展。交换式局域网的核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。下图显示了共享介质与交换式局域网工作原理上的区别。
4-3-2 光纤分布式数据接口FDDI FDDI（Fiber Distributed Data Interface）叫做光纤分布式数据接口，是一种以光纤作为传输介质的高速主干网，它可以用来互连局域网与计算机。
特点：1、使用基于IEEE802.5令牌环网介质访问控制协议。 2、数据传输速率100Mbps，连网的结点数小于等于1000，环路长度为100km。 3、可以使用双环结构，具有容错能力。
4、可以使用多模或单模光纤 5、具有动态分配带宽的能力，支持同步和异步数据传输。 FDDI的应用： 计算机机房网 办公室或建筑物群的主干网 校园网的主干网 多校园的主干网 FDDI标准采用了IEEE802的体系结构和逻辑链路控制LLC协议，研究了FDDI的MAC协议，在物理层提出了物理层介质相关PMD子层与物理层协议PHY子层。 FDDI参考模型
 3-3-3 100Mbps Fast Ethernet（快速以太网） 1995年9月IEEE802委员会正式批准了快速以太网标准IEEE802.3u。快速以太网的数据传输速率为100Mbps ，它保留着传统的10Mbps速率以太网的所有特征，即相同的帧格式，相同的介质访问控制方法CSMA/CD，相同的接口与相同的组网方法，而只是把以太网的每个比特发送时间由100ns 降低到10ns。


IEEE802.3u在LLC子层使用IEEE802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层作了些调整，定义了新的物理层标准100BASE-T。100BASE-T标准采用介质独立接口（MII），它将MAC子层与物理层分隔开来，使得物理层在实现100Mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。 快速以太网参考模型
 目前正式的100BASE-T标准定义了三种物理层规范，以支持不同的物理介质，分别是：100BASE-TX、100BASE-T4、100BASE-FX 3-3-4 千兆以太网（1Gbps） 千兆以太网主要用于数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰图像这类应用中。在1998年2月，IEEE802委员会正式批准了千兆以太网标准（IEEE802.3z）。


千兆以太网的传输速率比快速以太网快10倍，速率达1000Mbps。千兆以太网保留着传统的10Mbps速率以太网的所有特征（相同的数据帧格式、相同的介质访问控制方法、相同的组网方法），只是将传统以太网每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。 IEEE802.3Z标准在LLC子层使用IEEE802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层作了一些调整，定义了新的物理层标准1000BASE-T。1000BASE-T标准定义了千兆介质专用接口GMII，将MAC子层与物理层分隔开来。这样，物理层在实现1000Mbps速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。 千兆以太网参考模型
 目前，1000BASE-T有四种有关传输介质的标准： 1000BASE-T：使用5类非屏蔽双绞线，长度可以达到100m。 1000BASE-CX：使用屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到25m。 1000BASE-LX：使用波长为1300nm的单模光纤，光纤长度可以达到3000m。 1000BASE-SX：使用波长为850nm的多模光纤，光纤长度可以达到300-550m。 3-3-5 10G以太网 1、10G以太网的主要特点 10G以太网的标准（IEEE802.3ae）于2002年完成。

10G以太网并非将千兆以太网的速率简单地提高到10倍，它还有很多复杂的技术上的问题需要解决。主要有以下技术特点： 10G以太网的帧格式与10Mbps、100Mbps、1Gbps以太网的帧格式完全相同。 保留着802.3标准对以太网最小帧长度和最大帧长度的规定。 使用光纤作传输介质，不再使用双绞线。 只工作在全双工方式，不存在争用问题。它的传输距离不再受冲突检测的限制。 2、10G以太网的物理层协议 10G以太网有两种不同的物理层： 局域网物理层标准 局域网物理层的数据传输速率是10Gbps，可以使用10G的以太网交换机 可选的广域网物理层标准 对于广域网的应用，10G以太网使用了光纤通道技术。10G以太网的广域网物理层应该符合光纤通道技术速率体系SONET/SDH的OC-192/STM-64的标准。OC-192/STM-64的标准速率是9.95328Gbps，而不是精确的10Gbps。 由于10G以太网的出现，以太网的工作范围已经比校园网、企业网主流选型的局域网，扩大到城域网和广域网。其造价只有ATM的十分之一。
3-3-6 交换式局域网 1、交换式局域网的基本结构 交换式局域网的核心部件是局域网交换机。典型的交换式局域网为交换式以太网，核心部件是以太网交换机。

以太网交换机有多个端口，每个端口既可单独与一个结点相连，也可与一个共享式集线器相连。如果一个端口只连接一个结点，那么这个结点就可以独占10Mbps的带宽。这类端口通常被称为“专用10M bps的端口”。如果一个端口连接一个10Mbps的以太网，那么这个端口将被一个以太网的多个结点所共享，这类端口就被称为“共享10M bps的端口”。 交换式局域网从根本上改变了“共享介质”的工作方式，它可以通过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输，因此可以增加局域网带宽，改善局域网的性能与服务质量。
2、局域网交换机的工作原理 交换机可以隔离本地信息，从而避免了网络上不必要的数据流动。这是交换机与集线器重要的不同之处。 3、端口号/MAC地址映射表的建立与维护 以太网交换机是利用端口/MAC地址映射表进行数据交换的，因此该表的建立和维护十分重要。建立和维护交换机中地址映射表需要解决两个问题：一是交换机如何知道哪个结点连接到哪个端口，二是当结点从交换机的一个端口转移到另一个端口时，交换机如何维护地址映射表。交换机利用“地址学习”方法来动态建立和维护端口/MAC地址映射表。“地址学习”是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口号进行的。 4、交换机的帧转发方式 直接交换方式 在直接交换方式中，交换机只要接收并检测到目的地址字段，就立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错。帧出错检测任务由结点主机完成。这种交换方式的优点是交换延迟时间短；缺点是缺乏差错检测能力，不支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发。 存储转发方式 在存储转发方式中，交换机首先完整地接收发送帧，并先进行差错检测。如果接收帧是正确的，则根据帧目的地址确定输出端口号，然后再转发出去。这种交换方式的优点是具有帧差错检测能力，并能支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发；缺点是交换延迟时间将会增长。 改进的直接交换方式 改进的直接交换方式则将上述两种方式结合起来。它在接收到帧的前64字节后，判断以太网帧的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。这种方法对于短的帧来说，交换延迟时间与直接交换方式比较接近；而对于长的帧来说，由于它只对帧的地址字段与控制字段进行了差错检测，因此交换延迟时间将会减少。 5、局域网交换机的特性 交换机类型： 只支持10Mbps端口的交换机 只支持100M端口的交换机 只支持1000M端口的交换机 同时支持10M/100Mbps端口的自适应交换机 交换机特性： 低交换传输延迟。从传输延迟时间的量级来看，局域网交换机为几十微秒，网桥为几百微秒，而路由路为几千微秒。 高传输带宽。对于10Mbps的端口，半双工端口带宽为10Mbps，而全双工端口带宽为20Mbps；对于100Mbps的端口，半双工端口带宽为100Mbps，而全双工端口带宽为200Mbps。 单工传输:?? 任意时刻只允许向一个方向进行信息传输
半双工传输:? 可以交替改变方向的信息传输，但在任一特定时刻，信息只能向一个方向传输，即半双工传输是一种可切换方向的单工传输

全双工传输:? 任意时刻信息都可进行双向的信息传输。全双工传输是两个单工传输的结合，要求收发设备都具有独立的收发能力。
允许10M与100M并存。交换机在采用了10M/100Mbps自动侦测技术时，允许一部分端口支持10BASE-T（速率为10Mbps），另一部分端口支持100BASE-T（速率为100Mbps）。交换机可以完成不同端口速率之间的转换。 支持虚拟局域网服务 3-3-7 虚拟局域网（VLAN） 虚拟网络是建立在交换技术基础上的。将网络上的结点按工作性质与需要划分成若干个“逻辑工作组”，那么一个逻辑工作组就是一个虚拟网络。
1、虚拟网络的基本概念 虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机之上的，它以软件方式来实现逻辑工作组的划分与管理，逻辑工作组的结点不受物理位置的限制。同一逻辑工作组的成员不一定要连接在同一个物理网络上，它们可以连接在同一个局域网交换机上，也可以连接在不同的局域网交换机上。当一个结点从一个逻辑工作组转移到另一个逻辑工作组时，只需要通过软件设定，而不需要改变它在网络中的物理位置。同一逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。

2、虚拟局域网实现技术 用交换机端口号定义虚拟局域网
用局域网交换机端口划分虚拟局域网成员是最通用的方法。但纯粹用端口定义虚拟局域网时，不允许不同的虚拟局域网包含相同的物理网段或交换端口。用端口定义虚拟局域网的主要缺点是：当用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理者必须对虚拟局域网成员进行重新配置。 用MAC地址定义虚拟局域网 由于MAC地址是与硬件相关的地址，所以用MAC地址定义的虚拟局域网，允许结点移动到网络其他物理网段。由于它的MAC地址不变，所以该结点将自动保持原来的虚拟局域网成员的地位。 用MAC地址定义虚拟局域网的缺点是：要求所有的用户在初始阶段必须配置到至少一个虚拟局域网中，初始阶段配置由人工完成，非常麻烦。 用网络层地址定义虚拟局域网 用IP地址定义虚拟局域网，用户可以随意移动工作站而无需重新配置网络地址，但是这种方法性能比较差，检查网络层地址比检查MAC地址要花费更多的时间，因此用网络层地址定义虚拟局域网的速度比较慢。 IP广播组虚拟局域网 这种虚拟局域网的建立是动态的，它代表了一组IP地址。虚拟局域网中由叫做代理的设备对虚拟局域网中的成员进行管理。当IP广播包要送达多个目的结点时，就动态建立虚拟局域网代理，这个代理和多个IP结点组成IP广播组虚拟局域网。
3-3-8 无线局域网（WLAN） 1、无线局域网的应用 无线局域网是使用无线传输介质的网络。按照采用的传输技术可分为3类：红外线局域网、窄带微波局域网和扩频无线局域网。 无线局域网的应用领域主要有以下四个方面： （1）作为传统局域网的扩充
（2）建筑物之间的互连
（3）漫游访问
（4）特殊网络 Ad hoc
2、红外无线局域网的主要特点 红外线按视距方式进行传播，红外线局域网主要有以下特点： 红外通信比起微波通信要不易被入侵，提高了安全性。 安装在大楼中每个房间里的红外线网络可以互不干扰。 红外局域网的设备相对简单和便宜。 红外线也有缺点：比如强烈的光线会成为红外线接收器的噪音部分。 红外线网络的数据传输有三种基本技术：定向光束红外传输、全方位红外传输与漫反射红外传输技术。
3、扩频无线局域网 目前扩展频谱技术是最普遍的无线局域网技术。其主要思想是将信号散布到更宽的带宽上，以使发生拥塞和干扰的机率减小。扩频的两种方法是跳频扩频和直接序列扩频。 （1）跳频通信 跳频扩频FHSS是扩频技术中常用的一种方法。在跳频方案中，发送信号频率按固定的时间间隔从一个频率跳到另一个频率。接收器与发送器同步的跳动，从而正确地接收信息。发送频率变换的顺序由一个伪随机码决定，发送器和接收器使用相同变换的顺序序列。数据传输可以选用频移键控（FSK）或二进制相位键控（PSK）调制方法。 使用FSK调制方法时，数据传输速率为1Mbps，使用PSK调制方法时，数据传输速率为2Mbps。
（2）直接序列扩频 直接序列扩频DSSS使用2.4GHZ的工业、科学与医药专用的ISM频段，数据传输速率为1Mbps或2Mbps。其基本原理是发送信号是发送数据与发送端产生的一个伪随机码进行模二加的结果。在接收端，使用与发送端相同的伪随机码，将发送数据从扩频序列信号取出发送数据。该技术具有很强的抗干扰能力。 下图给出了直接序列扩频通信原理示意图。图中a(t)是发送数据，c(t)是伪随机码，系统实际发送信号d(t)是a(t)与c(t)模二加的结果。
4、无线局域网标准IEEE802.11 1990年IEEE802委员会决定成立一个新的无线局域网IEEE802.11工作组，专门从事无线局域网的研究，并开发一个介质访问MAC子层协议和物理介质标准。协议将介质访问控制MAC层分为两个子层：分布式协调功能DCF子层和点协调功能PCF子层。 无线局域网参考模型
 1997年形成了第一个无线局域网的标准802.11，以后又出现了两个扩展版本。802.11定义了使用红外、跳频扩频与直接序列扩频技术，数据传输速率为1Mbps或2Mbps的无线局域网标准。802.11b定义了使用跳频扩频技术，传输速率为1、2、5.5与11Mbps的无线局域网标准。802.11a将传输速率提高到了54Mbps。目前802.11标准已经从802.11、802.11a发展到了802.11j。
3-4 局域网的物理设备 3-4-1 IEEE 802.3物理层标准类型 IEEE802.3标准为了支持多种传输介质，在物理层为每种传输介质确定了相应的物理层标准，主要有： 10 BASE-5（粗缆） 10 BASE-2（细缆） 10 BASE-T（非屏蔽双绞线） 10 BASE-FL（光缆）、10BASE-FP、10BASE-FB IEEE 802.3u(快速以太网) 标准为了支持多种传输介质，在物理层为每种传输介质确定了相应的物理层标准，主要有： 100 BASE-TX（5类非屏蔽双绞线） 100 BASE-T4（3类非屏蔽双绞线） 100 BASE-FX（光缆） IEEE802.3Z标准为了支持多种传输介质，在物理层为每种传输介质确定了相应的物理层标准，主要有： 1000 BASE-T（5类非屏蔽双绞线） 1000 BASE-CX（屏蔽双绞线） 1000 BASE-LX（单模或多模光纤） 1000 BASE-SX（多模光纤） 10BASE-5是IEEE802.3物理层标准中最基本的一种。它采用的传输介质是阻抗为50欧的基带粗同轴电缆。粗缆的最大长度为500m，数据传输速率为10Mbps。

 10BASE-2是IEEE802.3补充的第一个物理层标准。它采用的传输介质是阻抗为50欧的基带细同轴电缆。细缆的最大长度为185m，数据传输速率为10Mbps。

 10BASE-T是1990年补充的另一个物理层标准。采用以集线器（HUB）为中心的物理星型拓朴构型，使用标准的RJ-45接插件与3类或5类非屏蔽双绞线UTP来连接网卡与HUB，网卡与HUB之间的双绞线长度最大为100m。


3-4-2 网卡 1、网卡的基本概念 网卡是网络接口卡的简称。网卡一方面连接局域网中的计算机，另一方面连接局域网中的传输介质。
2、网卡的分类方法： 按照网卡支持的计算机种类：标准以太网卡、PCMCIA网卡。

按照网卡支持的传输速率分类：10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps, 自适应10Mbps/100Mbps 按照网卡所支持的传输介质类型分类： 双绞线网卡（RJ-45接口）

粗缆网卡（AUI接口）
细缆网卡（BNC接口）
光纤网卡（F/O接口）
3-4-3 局域网集线器 1、集线器的结构 集线器是局域网的基本连接设备。在传统的局域网中，连网的结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接（从结点到集线器的非屏蔽双绞线的最大长度为100m。），构成物理上的星型拓朴结构。

集线器提供两类端口：一类是用于连接结点的RJ-45端口，另一类是可以用于连接粗缆的AUI端口及用于连接细缆的BNC端口。也可以是光纤连接端口，这类端口称为向上连接端口。
2、集线器的分类方法 按照集线器支持的传输速率：10Mbps集线器、100Mbps集线器、10M/100M自适应集线器 按照集线器是否能堆叠：普通集线器、可堆叠式集线器
按照集线器是否支持网管功能：简单集线器、带网管功能的智能集线器 3-4-4 局域网交换机 1、局域网交换机的定义 交换式局域网的核心是局域网交换机，亦称交换式集线器，目前使用最广泛的是以太网交换机。
交换式局域网从根本上改变了共享介质的工作方式，通过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。
以太网交换机有多个端口，每个端口既可单独与一个结点相连，也可与一个以太网集线器相连。如果一个10Mbps端口只连接一个结点，那么这个结点就可以独占10Mbps的带宽。这类端口通常被称为“专用10M bps的端口”。如果一个10Mbps端口连接一个以太网，那么这个端口将被一个以太网的多个结点所共享，这类端口就被称为“共享10M bps的端口”。
交换机的端口还有半双工与全双工之分。对于10Mbps的端口，半双工端口带宽为10Mbps，而全双工端口带宽为20Mbps；对于100Mbps的端口，半双工端口带宽为100Mbps，而全双工端口带宽为200Mbps。 2、局域网交换机的分类方法： 以太网交换机有三类：以10Mbps为端口的以太网交换机、以10Mbps与100Mbps为端口的自适应以太网交换机、大型局域网交换机。 3-5 局域网组网方法 3-5-1 双绞线组网方法 使用双绞线组建以太网是目前流行的组网方式。 1、基本的硬件设备 在使用非屏蔽双绞线组建符合10BASE-T标准的以太网时，需要使用以下的基本硬件设备： 带有RJ-45接口的以太网卡
集线器（HUB）
3类或5类非屏蔽双绞线
RJ-45连接头
在双绞线组网方式中，集线器（HUB）是以太网的中心连接设备，它是对“共享介质”的总线型局域网结构的一种“变革”。在采用CSMA/CD介质访问控制方法的前提下，通过集线器与非屏蔽双绞线实现了物理上“星“型与逻辑上“总线”型的结构。 2、双绞线组网方法 (1) 单一的集线器结构 所有结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接，构成物理上的星型拓朴。从结点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度为100m。
(2)多集线器级联结构 如果需要连网的结点数超过单一集线器的端口数时，通常需要采用多集线器的级联结构。

集线器提供两类端口：一类是用于连接结点的RJ-45端口，另一类是可以用于连接粗缆的AUI端口及用于连接细缆的BNC端口。也可以是光纤连接端口，这类端口称为向上连接端口。 (3)堆叠式集线器结构 堆叠式集线器由一个基础集线器与多个扩展集线器组成。基础集线器是一种具有网络管理功能的独立集线器。通过在基础集线器上堆叠多个扩展集线器，一方面可以增加网络的结点数，另一方面可以实现对网中结点的网络管理功能。
3-5-2 快速以太网组网方法 1、基本的硬件设备 100BASE-T集线器/交换机 10/100BASE-T网卡 双绞线或光缆 100BASE-T的网卡实际上分为三种，即支持100BASE-TX、100BASE-T4与100BASE-FX标准的网卡 2、快速以太网的组网方法
3-5-3 千兆以太网组网方法 1、基本的硬件设备 1000Mbps以太网交换机 10Mbps集线器/交换机 10/100Mbps以太网卡 双绞线与光缆 2、千兆以太网组网方法
千兆以太网的组网思路：在网络主干部分使用高性能的千兆以太网主干交换机；在网络支干部分使用性能一般的千兆以太网支干交换机；在楼层或部门一级，根据实际需要选择100Mbps以太网交换机；使用10Mbps或100Mbps以太网卡，将工作站连接到100Mbps以太网交换机上。 3-6 局域网结构化布线技术 3-6-1 结构化布线的基本概念 1、结构化布线的发展 网络布线是一个重要问题。据统计，在局域网所出现的网络故障中，有75%以上是由网络传输介质引起的。 2、结构化布线的概念 结构化布线系统与传统的布线系统的最大区别在于：结构化布线系统的结构与当前所连接的设备的位置无关。结构化网络布线系统是预先按建筑物的结构，将建筑物中所有可能设置计算机及外部设备的位置都预先布好线，然后再根据实际所连接的设备情况，通过调整内部跳线装置，将所有计算机及外部设备连接起来。


3、智能大楼概念的提出 第一幢智能大厦80年代中期在美国建成，此后，人们开始关心智能大厦的发展。我国也在上海、北京等地相继建成了智能大厦。智能大厦是这样一幢或多幢建筑物，它综合计算机、信息通信等方面的最先进技术使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建筑物自动化、远程通信和办公自动化，它能营造一种高品质的生活环境和高效率的工作环境。智能大厦向人们展示了一种现代化的工作和生活方式。 4、智能大楼的组成部分 办公自动化系统 通信自动化系统 楼宇自动化系统 计算机网络：处于智能大楼的核心地位。 3-6-2 结构化布线系统的应用环境 结构化布线系统主要应用于以下三种环境中： 建筑物综合布线系统 智能大楼布线系统 工业布线系统 建筑物综合布线系统一般具有很好的开放式结构，采用模块化结构，具有良好的可扩展性、很高的灵活性等特点。传输介质主要采用非屏蔽双绞线与光纤混合结构。 3-7 网络互连技术 3-7-1 网络互连的基本概念 网络互连是指将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联网络资源的共享。互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型的网络，以及运行不同网络协议的设备和系统。 推动网络互连技术发展的动力主要来自以下几个方面： 商业需求 新的网络应用的不断出现 技术进步 信息高速公路的发展
3-7-2 网络互连的类型 1、局域网——局域网 局域网——局域网是最常见的一种互连方式，局域网——局域网又可进一步分为以下两类： 同种局域网的互连 符合相同协议的局域网的互连叫做同种局域网的互连。一般使用网桥作为互连设备。
异型局域网的互连 两种不同协议的共享介质局域网的互连，以及ATM局域网与传统共享介质局域网的互连，都属于异型局域网的互连。异型局域网也可以用网桥互连起来。
2、局域网——广域网互连 可以用路由器或网关实现局域网——广域网互连。
3、局域网——广域网——局域网互连 两个分布在不同地理位置的局域网可以通过广域网实现互连。局域网主要是通过路由器或网关连到广域网上。
4、广域网——广域网互连 广域网——广域网通过路由器或网关互连起来。
3-7-3 网络互连的层次 网络协议是分层的，那么网络互连一定存在着互连层次的问题。根据网络层次的结构模型，网络互连的层次可以分为：
数据链路层互连 数据链路层互连设备是网桥，网桥在网络互连中起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，它用来实现多个网络系统之间的数据交换。用网桥实现数据链路层互连时，允许互连网络的数据链路层与物理层协议可以是相同的，也可以是不同的。

网络层互连 网络层互连设备是路由器，网络层互连主要是解决路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等问题。如果网络层协议相同，则互连主要是解决路由选择问题。如果网络层协议不同，则需使用多协议路由器。用路由器实现网络层互连时，允许互连网络的网络层及以下各层协议可以是相同的，也可以是不同的。

高层互连 传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属于高层互连。实现高层互连的设备是网关，高层互连使用的网关很多都是应用层网关，通常简称为应用网关。如果使用应用网关来实现两个网络高层互连，那么允许两个网络的应用层及以下各层网络协议是不同的。

3-7-4 网络互连的要求 1、网络互连的基本要求 网络互连是指将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联网络资源的共享。互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型的网络，以及运行不同网络协议的设备和系统。 2、网络互连要解决的几个基本问题（1——9） 3-7-5 网桥与网络互连设备 1、网桥 网桥是在数据链路层上实现不同网络的互连的设备。在实际工作中经常用网桥将一个大型局域网分成既独立又能相互通信的多个子网，从而改善各个子网的性能与安全性。

网桥的基本特征： 能够互连两个采用不同数据链路层协议，不同传输介质与传输速率的网络。 能以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信。 需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议。 可以分隔两个网络之间的广播通信量。改善网络性能与安全性。
网桥的标准有两个：分别由IEEE802.1和IEEE802.5两个分委员会来制定，它们的区别在于路由选择的策略是不同的。基于这两种标准的网桥分别是透明网桥和源路选网桥 透明网桥（802.1标准）：由各网桥自己来决定路由选择，而局域网上的各站不负责路由选择。它的最大优点是容易安装。 源路选网桥（802.5标准）：由发送帧的源结点负责路由选择，即源结点路选网桥假定了每一个结点在发送帧时都已经清楚地知道发往各个目的结点的路由。源结点在发送帧时需要将详细的路由信息放在帧的首部。 2、路由器与第三层交换技术 （1）路由器的基本工作原理 路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。

路由器和网桥的不同点表现在： （1）网桥工作在数据链路层，而路由器工作在网络层。网桥利用物理地址（MAC地址）来确定是否转发数据帧。而路由器则根据目的IP地址来确定是否转发该分组。

（2）如果使用网桥去连接两个局域网，那么两个局域网的物理层与数据链路层协议可以是不同的，但数据链路层以上的高层要采用相同的协议。如果使用路由器去连接两个局域网，那么两个局域网的物理层、数据链路层与网络层的协议可以是不同的，但网络层以上的高层要采用相同的协议。 （3）网桥工作在数据链路层，由于传统局域网采取的是广播方式，因此容易产生“广播风暴”问题，而路由器可以有效地将多个局域网的广播通信量相互隔离开来，使得互联的每个局域网都是独立的子网。 在网络中不能长时间出现大量的广播包，否则就会出现所谓的“广播风暴”。广播风暴就是网络长时间被大量的广播数据包所占用，正常的通信无法正常进行，外在表现为网络速度奇慢无比。出现广播风暴的原因有很多，一块有故障的网卡，就可能长时间向网络上发送广播包而导致广播风暴。 （2）路由器的主要服务功能 建立并维护路由表 提供网络间的分组转发功能 （3）第三层交换的基本概念 为了解决路由器的传输延迟的问题，人们将硬件交换技术与路由器技术相结合，研究第三层交换机。第三层交换机工作在网络层，根据网络层地址实现了第三层分组的转发。第三层交换机本质上是用硬件实现的一种高速路由器。其功能是由硬件实现，使用专用集成电路ASIC芯片，而不是路由处理软件，从而提高了交换的速度。

3、网关 (1) 网关的基本概念 网关是传输层及传输层以上的网络互连设备，连接两个或多个不同的网络，“不同”指的是物理网络和高层协议都不一样，因此该设备常称为协议转换器，因为进行协议转换的工作较复杂，所以网关使用得非常少


 （2）网关的基本类型 网关实现协议转换的方法主要有两种： 直接将输入网络信息包的格式转换成输出网络信息包的格式。 将输入网络信息包的格式转换成一种统一标准网间信息包的格式。 半网关 一个网关可以由两个半网关构成。把一个网关分成两个半网关，会对使用与管理带来很大方便。