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2018年9月计算机三级网络技术知识:局域网基础
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三、高速局域网工作原理
1.高速局域网的研究方法
传统局域网技术建立在”共享介质“的基础上,网中所有结点共享一条公共传输介质,典型的控制方法有:CSMA/CD、令牌环和令牌总线。
介质访问控制方法使得每个节点都能够”公平“使用公共传输介质,如果网络中结点数目增多,每个结点分配的带宽将越来越少,冲突和重发现象将大量增加,网络效率急剧下降,数据传输的延迟增长,网络服务质量下降。
解决方案:
(1)增加公共线路的带宽。优点:仍然是局域网保护用户已有的投资。
(2)将大型局域网划分成若干个用网桥或路由连接的子网。优点:每个子网作为小型局域网,隔离子网间的通信量,提高网络的安全性。
(3)将共享介质改为交换介质。优点:交换式局域网的设备是交换机,可以在多个端口之间建立多个并发连接。交换方式出现后,局域网分为:共享式和交换式局域网。
2.快速以太网(标准IEEE802.3u)
以太网采用相同的帧格式,同样的介质访问控制与组网方法,将速率从10Mbps提高10倍到100Mbps。解决方法只要在MAC子层使用CSMA/CD,在物理层进行必要调整,定义新的物理层标准。形成快速以太网标准IEEE802.3u。
100base-T标准定义了介质独立接口,它将MAC子层与物理层隔开,传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。
100BASE-T的有关传输介质标准主要有3种:
(1)100base-TX:支持2对5类非屏蔽双绞线或2对1类屏蔽双绞线;其中1对用来发送,1对用来接收,是全双工系统,每个结点可同时以100Mbps发送和接收数据。
(2)100base-T4:支持4对3类非屏蔽双绞线,其中3对用于数据传输,1对用于冲突检测。
(3)100base-FX:支持2芯的单模或多模光纤,主要用于高速主干网,从结点到集线器的距离可达2km。是全双工系统。
3.千兆以太网(标准IEEE802.3z)
在电视会议、三维图形与高清晰图像应用中,需要使用更高带宽的局域网。
设想方案:
(1)桌面10M,部门采用快速以太网100M,企业级采用1G的千兆以太网。
(2)将现有网络连入到ATM网上,异构网络连接。
IEEE802.3z标准定义了千兆网标准。
方法:
在物理层做一些必要调整,定义了1000BASE-T标准。支持多种传输介质。
4种标准:
(1)1000base-T:5类非屏蔽双绞线,距离100m。
(2)1000base-CX:屏蔽双绞线,长可到25m。
(3)1000base-LX:使用波长1300nm的单模光纤,长可3000m。
(4)1000base-SX:波长850nm的多模光纤,长可300~550m。
3.万兆以太网
万兆以太网,使用光纤做传输介质。不存在争用问题,不再使用CSMA/CD协议。
四、交换式局域网与虚拟局域网
1.交换式局域网的基本结构(交换式局域网的核心设备是局域网交换机。交换机需要建立“端口号/MAC地址映射表”,利用“地质学习”的方法来动态建立和维护 “端口号/MAC地址映射表”。)
(1)交换机的基本概念。交换机可以有多个端口,每个端口可以连接一个结点,也可连接共享介质的集线器(HUB);实现多个端口的并发连接和多个节点的并发传输。交换机通常针对某种局域网设计,交换式局域网的核心设备是局域网交换机。
(2)交换机的特点:低交换延迟,支持不同传输速率和工作模式(交换机端口支持不同的传输速率—半双工和全双工模式,交换机可完成不同端口速率之间转换),支持虚拟局域网服务(交换式局域网是虚拟局域网的基础)。
2.局域网交换机的工作原理
交换机需要建立“端口号/MAC地址映射表”,利用“地质学习”的方法来动态建立和维护 “端口号/MAC地址映射表”。
3.交换机的帧转发方式
以太网交换机的帧转发方式包含3类:直接交换方式、存储转发交换方式、改进的直接交换方式
• 直接交换方式
交换机只要接收帧并检测目的地址,就立即将该帧转发出去,不用判断是否出错。帧出错检测由结点完成。优点:交换延迟短;缺点:缺乏检错,不支持不同速率端口之间的帧转发。
• 存储转发交换方式
交换机需要完整接收帧并进行差错检测。优点:具有差错检测能力,并支持不同速率端口间的帧转发;缺点:交换延迟将会延长。
• 改进的直接交换方式
结合上述两种方式,接收到前64B后,判断帧头是否正确,正确转发。对短帧而言,交换延迟同直通交换延迟;对长帧而言,因为只对帧头(地址和控制字段)检测,交换延迟将会减少。
4.虚拟局域网的工作原理
(1)虚拟网络概念:建立在交换机技术基础上,将局域网上的结点按工作性质与需要划分成若干个“逻辑工作组”,一个逻辑工作组就是一个虚拟网络。
虚拟网络以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理,工作组的结点不受物理位置的限制(相同工作组的结点不一定在相同的物理网段上,只要能够通过交换机互联)。从一个工作组到另一个工作组时,只要通过软件设定,无需改变结点在网络中的物理位置。
(2)组网方法:(4种)
A.利用交换机端口号定义虚拟局域网:逻辑上将交换机端口划分为不同的虚拟子网,当某一端口属于一个虚拟网时,就不能属于另外一个虚拟子网。缺点:当将结点从一个端口转移到另一个端口时,管理者需要重新配置虚拟网成员。
B.用MAC地址定义虚拟网络:利用MAC地址定义虚拟局域网,因为MAC地址是与物理相关的地址,因此称为基于用户的虚拟网;缺点:所有用户初始时必须配置到至少一个虚拟网,初始配置人工完成,随后可自动跟踪用户。
C.用网络层地址定义虚拟网络:利用IP地址定义虚拟网。优点:用户可按协议类型组成虚拟网,可随意移动不需要重新配置。缺点:性能比较差,原因是检查网络层地址比检查MAC地址更费时。
D.用IP广播组的虚拟网络:基于IP广播组动态建立虚拟网。广播包发送时,动态建立虚拟网,广播组中的所有成员属于一个虚拟网。它们只是特定时间内特定广播组成员。优点:可根据服务灵活建立,可跨越路由器与广域网。
5.虚拟局域网优点
(1)方便网络用户管理,减少网络管理开销。通过虚拟局域网的设置可以在调整用户涉及结点位置变化时,不需要重新布线。
(2)提供更好的安全性。针对不同的用户可以设置 不同的权限和要求,虚拟网是一种简单、经济和安全的方法。
(3)改善网络服务质量。虚拟网可以隔离不同的用户组,将同类的用户控制在一个虚拟局域网中,减少广播风暴的危害,有利于改善网络服务质量。
五、无线局域网
1、无线局域网的应用
体现在4个方面:
• 扩充传统局域网:某些特殊环境局域网起不到作用,利用无线解决。
• 建筑物之间的互联:邻近的建筑物之间可采用点到点的无线链路。
• 漫游访问:移动设备与无线集线器之间实现漫游访问。
• 特殊网络Ad hoc:无线自组网采用一种不需要基站的“对等结构”移动通信模式,网络中的所有用户都可能移动,每个系统都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。
2、红外无线局域网
按视距方式传播,发送点必须能直接看到接收点,中间没有阻挡。数据传输技术主要有三种:定向光束红外传输、全方位红外传输与漫反射红外传输。
3、扩频无线局域网
扩频通信是将数据基带信号频谱扩展几倍或几十倍,以牺牲通信宽度为代价达到提高无线通信系统的抗干扰性与安全性。
扩频技术主要有2种:跳频扩频、直接序列扩频。
• 跳频扩频通信
特点:将利用的频带分为多个子频带,子频 带称为信道。
每个信道带宽相同,中心频率有伪随机数发生器的随机数确定,变化频率叫跳跃系列。
发送端和接收端采用相同的跳跃系列。
• 直接序列扩频通信
特点:将发送数据经过伪随机数发生器产生的伪随机码进行异或操作,再将异或操作的结果调制后发送,所有接收结点使用相同频段,发送端与接收端使用相同的伪随机码
4、无线局域网标准IEEE802.11
标准规定物理层定义红外、跳频扩频与直接序列扩频的数据传输。
MAC层分为:分布式协调功能(DCF)和点协调功能子层(PCF)。
MAC层的主要功能是对无线环境的访问控制、提供多个接入点的漫游支持,同时提供数据验证与保密服务。
MAC层支持两种访问方式:无争用服务和争用服务。
无争用服务:系统中存在中心控制结点。中心控制结点的具有 点协调功能。
争用服务:类似以太网的随机争用访问控制方式,称为分布协调功能。
1.高速局域网的研究方法
传统局域网技术建立在”共享介质“的基础上,网中所有结点共享一条公共传输介质,典型的控制方法有:CSMA/CD、令牌环和令牌总线。
介质访问控制方法使得每个节点都能够”公平“使用公共传输介质,如果网络中结点数目增多,每个结点分配的带宽将越来越少,冲突和重发现象将大量增加,网络效率急剧下降,数据传输的延迟增长,网络服务质量下降。
解决方案:
(1)增加公共线路的带宽。优点:仍然是局域网保护用户已有的投资。
(2)将大型局域网划分成若干个用网桥或路由连接的子网。优点:每个子网作为小型局域网,隔离子网间的通信量,提高网络的安全性。
(3)将共享介质改为交换介质。优点:交换式局域网的设备是交换机,可以在多个端口之间建立多个并发连接。交换方式出现后,局域网分为:共享式和交换式局域网。
2.快速以太网(标准IEEE802.3u)
以太网采用相同的帧格式,同样的介质访问控制与组网方法,将速率从10Mbps提高10倍到100Mbps。解决方法只要在MAC子层使用CSMA/CD,在物理层进行必要调整,定义新的物理层标准。形成快速以太网标准IEEE802.3u。
100base-T标准定义了介质独立接口,它将MAC子层与物理层隔开,传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。
100BASE-T的有关传输介质标准主要有3种:
(1)100base-TX:支持2对5类非屏蔽双绞线或2对1类屏蔽双绞线;其中1对用来发送,1对用来接收,是全双工系统,每个结点可同时以100Mbps发送和接收数据。
(2)100base-T4:支持4对3类非屏蔽双绞线,其中3对用于数据传输,1对用于冲突检测。
(3)100base-FX:支持2芯的单模或多模光纤,主要用于高速主干网,从结点到集线器的距离可达2km。是全双工系统。
3.千兆以太网(标准IEEE802.3z)
在电视会议、三维图形与高清晰图像应用中,需要使用更高带宽的局域网。
设想方案:
(1)桌面10M,部门采用快速以太网100M,企业级采用1G的千兆以太网。
(2)将现有网络连入到ATM网上,异构网络连接。
IEEE802.3z标准定义了千兆网标准。
方法:
在物理层做一些必要调整,定义了1000BASE-T标准。支持多种传输介质。
4种标准:
(1)1000base-T:5类非屏蔽双绞线,距离100m。
(2)1000base-CX:屏蔽双绞线,长可到25m。
(3)1000base-LX:使用波长1300nm的单模光纤,长可3000m。
(4)1000base-SX:波长850nm的多模光纤,长可300~550m。
3.万兆以太网
万兆以太网,使用光纤做传输介质。不存在争用问题,不再使用CSMA/CD协议。
四、交换式局域网与虚拟局域网
1.交换式局域网的基本结构(交换式局域网的核心设备是局域网交换机。交换机需要建立“端口号/MAC地址映射表”,利用“地质学习”的方法来动态建立和维护 “端口号/MAC地址映射表”。)
(1)交换机的基本概念。交换机可以有多个端口,每个端口可以连接一个结点,也可连接共享介质的集线器(HUB);实现多个端口的并发连接和多个节点的并发传输。交换机通常针对某种局域网设计,交换式局域网的核心设备是局域网交换机。
(2)交换机的特点:低交换延迟,支持不同传输速率和工作模式(交换机端口支持不同的传输速率—半双工和全双工模式,交换机可完成不同端口速率之间转换),支持虚拟局域网服务(交换式局域网是虚拟局域网的基础)。
2.局域网交换机的工作原理
交换机需要建立“端口号/MAC地址映射表”,利用“地质学习”的方法来动态建立和维护 “端口号/MAC地址映射表”。
3.交换机的帧转发方式
以太网交换机的帧转发方式包含3类:直接交换方式、存储转发交换方式、改进的直接交换方式
• 直接交换方式
交换机只要接收帧并检测目的地址,就立即将该帧转发出去,不用判断是否出错。帧出错检测由结点完成。优点:交换延迟短;缺点:缺乏检错,不支持不同速率端口之间的帧转发。
• 存储转发交换方式
交换机需要完整接收帧并进行差错检测。优点:具有差错检测能力,并支持不同速率端口间的帧转发;缺点:交换延迟将会延长。
• 改进的直接交换方式
结合上述两种方式,接收到前64B后,判断帧头是否正确,正确转发。对短帧而言,交换延迟同直通交换延迟;对长帧而言,因为只对帧头(地址和控制字段)检测,交换延迟将会减少。
4.虚拟局域网的工作原理
(1)虚拟网络概念:建立在交换机技术基础上,将局域网上的结点按工作性质与需要划分成若干个“逻辑工作组”,一个逻辑工作组就是一个虚拟网络。
虚拟网络以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理,工作组的结点不受物理位置的限制(相同工作组的结点不一定在相同的物理网段上,只要能够通过交换机互联)。从一个工作组到另一个工作组时,只要通过软件设定,无需改变结点在网络中的物理位置。
(2)组网方法:(4种)
A.利用交换机端口号定义虚拟局域网:逻辑上将交换机端口划分为不同的虚拟子网,当某一端口属于一个虚拟网时,就不能属于另外一个虚拟子网。缺点:当将结点从一个端口转移到另一个端口时,管理者需要重新配置虚拟网成员。
B.用MAC地址定义虚拟网络:利用MAC地址定义虚拟局域网,因为MAC地址是与物理相关的地址,因此称为基于用户的虚拟网;缺点:所有用户初始时必须配置到至少一个虚拟网,初始配置人工完成,随后可自动跟踪用户。
C.用网络层地址定义虚拟网络:利用IP地址定义虚拟网。优点:用户可按协议类型组成虚拟网,可随意移动不需要重新配置。缺点:性能比较差,原因是检查网络层地址比检查MAC地址更费时。
D.用IP广播组的虚拟网络:基于IP广播组动态建立虚拟网。广播包发送时,动态建立虚拟网,广播组中的所有成员属于一个虚拟网。它们只是特定时间内特定广播组成员。优点:可根据服务灵活建立,可跨越路由器与广域网。
5.虚拟局域网优点
(1)方便网络用户管理,减少网络管理开销。通过虚拟局域网的设置可以在调整用户涉及结点位置变化时,不需要重新布线。
(2)提供更好的安全性。针对不同的用户可以设置 不同的权限和要求,虚拟网是一种简单、经济和安全的方法。
(3)改善网络服务质量。虚拟网可以隔离不同的用户组,将同类的用户控制在一个虚拟局域网中,减少广播风暴的危害,有利于改善网络服务质量。
五、无线局域网
1、无线局域网的应用
体现在4个方面:
• 扩充传统局域网:某些特殊环境局域网起不到作用,利用无线解决。
• 建筑物之间的互联:邻近的建筑物之间可采用点到点的无线链路。
• 漫游访问:移动设备与无线集线器之间实现漫游访问。
• 特殊网络Ad hoc:无线自组网采用一种不需要基站的“对等结构”移动通信模式,网络中的所有用户都可能移动,每个系统都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。
2、红外无线局域网
按视距方式传播,发送点必须能直接看到接收点,中间没有阻挡。数据传输技术主要有三种:定向光束红外传输、全方位红外传输与漫反射红外传输。
3、扩频无线局域网
扩频通信是将数据基带信号频谱扩展几倍或几十倍,以牺牲通信宽度为代价达到提高无线通信系统的抗干扰性与安全性。
扩频技术主要有2种:跳频扩频、直接序列扩频。
• 跳频扩频通信
特点:将利用的频带分为多个子频带,子频 带称为信道。
每个信道带宽相同,中心频率有伪随机数发生器的随机数确定,变化频率叫跳跃系列。
发送端和接收端采用相同的跳跃系列。
• 直接序列扩频通信
特点:将发送数据经过伪随机数发生器产生的伪随机码进行异或操作,再将异或操作的结果调制后发送,所有接收结点使用相同频段,发送端与接收端使用相同的伪随机码
4、无线局域网标准IEEE802.11
标准规定物理层定义红外、跳频扩频与直接序列扩频的数据传输。
MAC层分为:分布式协调功能(DCF)和点协调功能子层(PCF)。
MAC层的主要功能是对无线环境的访问控制、提供多个接入点的漫游支持,同时提供数据验证与保密服务。
MAC层支持两种访问方式:无争用服务和争用服务。
无争用服务:系统中存在中心控制结点。中心控制结点的具有 点协调功能。
争用服务:类似以太网的随机争用访问控制方式,称为分布协调功能。
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