北京大学远程教育 计算机网络基础课件 第四章 北京大学计算中心 张立云 cczly@pku

1. 北京大学远程教育 计算机网络基础课件 第四章 北京大学计算中心 张立云 cczly@pku.edu.cn

2. 第4章 局域网技术 主要内容 概述 以太网 快速以太网 光纤分布式数据接口 交换式以太网 千兆以太网 万兆以太网 异步传输模式

3. 第4章 局域网技术 • 4.1 局域网概述 • 局域网是将较小地理区域内的各种数据通信设备连接在一起的通信网络。 • 主要内容 局域网的产生和发展 局域网的特点 局域网的基本组成 局域网体系结构与IEEE802标准 介质访问控制方法(CSMA/CD,令牌环）

4. 第4章 局域网技术 • 4.1.1 局域网的特点 • 局域网覆盖的地理范围比较小 几米到几十公里之间，一般不超过30公里 • 数据传输速率高，1Mbps  10Gbps • 传输延时小，几毫秒几十毫秒（ 10 ms) • 误码率低，10–810–12 • 常用于连接一个企业、一个工厂、一个学校或一组楼群、一座大楼或一个办公室内的个人计算机、工作站和计算机外围设备等 • 局域网属单一组织拥有，并由网络的拥有者维护、管理网络以及建立新的网络连接

5. 网卡 网络服务器 RJ-45 UTP RJ-45 网络工作站 网络工作站 第4章 局域网技术 • 4.1.2 局域网的基本组成 • 硬件系统 • 网络服务器 • 网络工作站 • 网卡 • 传输介质 • 介质连接部件 • 网络设备

6. 第4章 局域网技术 • 1.网络服务器 • 网络服务器是连在局域网上的一台计算机，即一个网络节点。该节点的特殊功能是为网络用户提供各种网络服务和共享资源。 • 能够为网络用户提供服务和共享资源的网络节点就称为网络服务器。 • 1)主要功能 • 提供管理网络通信的功能 • 为网络用户提供各种软硬件资源，并能管理和分配这些资源，协调用户对资源的访问

7. 第4章 局域网技术 • 提供文件管理功能 文件和目录的存取与安全保护 共享数据库的管理与访问 数据的存储与共享 对共享软件的管理和磁盘管理 • 提供网络管理功能 监控网络运行情况 完成网络的性能、失效、配置和设备管理等

8. 第4章 局域网技术 • 提供各种Internet信息服务 文件服务 打印服务 存储服务 电子邮件服务 域名服务 Web服务 文件传输服务

9. 第4章 局域网技术 • 提供各种网络应用服务 管理信息系统 远程教学 电子图书馆 IP Phone 电子商务 远程医疗 视频点播 电视会议等

10. 第4章 局域网技术 2)网络服务器类型 • 文件服务器(File Server) • 通信服务器（访问服务器 Access Server ） • 打印服务器 (Print Server) • 终端服务器 (Terminal Server) • 磁盘服务器(Disk Server) • 数据库服务器(Database Server)

11. 第4章 局域网技术 • 视频服务器 (VOD Server) • 邮件服务器(Mail Server) • 名字服务器（DNS Server) • Web 服务器 (WWW Server) • 目录服务器 • 综合服务器

12. 第4章 局域网技术 • 3）网络服务器的基本要求 • 应是一台高性能的计算机系统 如：大、中小型计算机或专用网络服务器 • 具有高速、大容量磁盘和内存 • 高性能外部设备 • 高速的网络接口卡 • 运行多线程、多进程、多用户的操作系统

13. 第4章 局域网技术 • 2.网络工作站 • 网络工作站是指用户能够在网络环境中工作，访问网络上共享资源的计算机系统，通常又被称为客户机（Client）。 • 1）网络工作站的主要作用 • 为网络用户提供一个访问网络服务器、共享网络资源、与网上的其他节点交流信息的操作台和前端窗口 • 用户通过网络工作站上网，访问Internet，完成网上操作。

14. 第4章 局域网技术 • 2)网络工作站的基本要求 • 任意一台连在网络上的计算机系统 • 安装网卡 • 除运行本身的操作系统外，还需运行相关的网络软件（TCP/IP,Netware外壳软件等)

15. 第4章 局域网技术 • 3)网络工作站的功能与特性 • 向服务器申请网络服务，获取各种公共的网络资源，访问Internet信息服务等等 • 网络工作站不仅能够访问本机的本地资源，同时也能访问网络上所有的远程资源（只要权限允许） • 当网络工作站不在网上操作时，仍可以作为一台独立的计算机使用。 • 工作站的硬盘、打印机等均为本地资源，一般不能为网上的其他用户所共享

16. 第4章 局域网技术 • 3.网络接口卡（网卡） • 网络接口卡(NIC -Network Interface Card) 网络适配器(NIA-Network Interface Adapter)

17. 第4章 局域网技术 • 1)网卡的主要功能 • 网卡实现计算机与传输介质的物理连接 • 网卡实现物理层和数据链路层的大部分功能 • 介质访问控制（如：CSMA/CD） • 错误校验 • 数据帧的拆装 • 帧的发送与接收 • 数据信号的编/解码（曼彻斯特代码的转换） • 数据的串、并行转换等功能

18. EDLC MCC DIX 数据缓冲区 32KRAM 内部 收发器 主机接口控制电路 站地址 PROM BOOT ROM BNC 第4章 局域网技术 2)网卡的基本结构 • 主机接口控制电路 • 数据缓冲区 • 站地址存储器 • 数据链路控制器 • （EDLC) • 编码译码器(MCC) • 收发器 • 远程复位

19. 第4章 局域网技术 (1)主机接口控制电路 主机接口控制电路是与计算机总线直接相连的功能部件 主要功能 完成网卡与主机的接口控制和数据交换功能。 组成部分 缓冲控制逻辑 中断控制逻辑 DMA控制逻辑等

20. 第4章 局域网技术 (2)数据缓冲区 主要功能 缓存计算机与网卡之间交换的数据 一般存储量：2K-32K字节 (3)远程复位ROM（Remote Boot) 用于无盘工作站

21. 第4章 局域网技术 (4)数据链路控制器（EDLC） 实现数据链路层大部分功能的逻辑功能部件 EDLC的功能 • 介质访问控制功能 • 实现CSMA/CD协议 • 数据帧的拆装、发送与接收 • 地址校验与数据的CRC校验 • 数据的串、并行转换功能 • 控制EDLC与数据缓冲区快速交换数据的功能

22. 第4章 局域网技术 (5)编码译码器（MCC） 主要功能 对数字信号进行编码和解码。用作二进制数据与编码信号之间的转换 编码方案 不归零二进制数据（NRZ）编码方案 — TTL电平信号 曼彻斯特— ECL信号 4B/5B 8B/6T 8B/10B

23. 第4章 局域网技术 (6)收发器 收发器负责数据的发送与接收 内部收发器- 细同轴电缆以太网 外部收发器- 粗同轴电缆以太网 • 主要功能 • 将从MCC接收的信号发送到电缆上 • 从电缆上接收的信号，并转发给MCC • 监听载波信号，识别媒体“忙”和“闲”，并将识别信号传 给MAC层 • 检测碰撞信号，若有碰撞则转告MAC • 介质连接装置，网卡与介质相连的接口部件

24. 第4章 局域网技术 (7)站地址存储器（PRAM) 站地址 物理地址 MAC地址 MAC地址特性 • 物理地址用于标识不同的连网设备 计算机上的网卡、路由器、交换机等 • 每台设备都有一个唯一的MAC地址 MAC地址的表示 48bits 用12个16进制数表示 00-50-b0-df-74-7c

25. 24 bits 24 bits 厂家标识码 （Vendor Code） 系列号（Serial Number） 第4章 局域网技术 00-50-b0-df-74-7c 0050.bodf.747c • 查看MAC地址的命令 winipcfg (Windows 98) ipconfig/all (Win2000,NT)

26. 第4章 局域网技术 • 3）网卡的参数 (1)中断号（IRQ） 又称中断级,是指网卡硬件中断级的选择，是网卡的重要参数之一 (2)I/O基本地址（I/O Base Address） I/O基本地址是一种物理地址 用一组十六进制数表示，如：3EF

27. 第4章 局域网技术 (3)存储基地址（Memory） 存储基地址（Boot ROM Address），物理地址 主要用于远程复位（Remote Boot) (4)DMA通道 直接存储访问，DMA通道为网卡和计算机之间 进行数据交换提供一条直接存储的通道。 (5)远程复位功能选择(Remote Reset Enable)

28. 第4章 局域网技术 • 4）网卡的种类 （1）按网卡支持的局域网协议标准分类 以太网卡 快速以太网卡 千兆以太网卡 FDDI网卡、 ATM网卡 无线网卡

29. 第4章 局域网技术 • （2）按网卡支持的总线接口类型分 ISA总线网卡 EISA总线网卡 PCI总线网卡 PCI-X总线网卡 PCI Express总线网卡 PCI-X总线网卡

30. 第4章 局域网技术 （3）根据所使用的传输介质连接器类型分 RJ-45接口网卡 AUI接口网卡 BNC接口网卡 SC接口网卡 ST接口网卡 MIC接口网卡

31. 第4章 局域网技术 4.网络设备 • 网络设备是用来实现计算机与计算机、网络节点与网络节点、网络与网络之间物理连接的硬件设备 • 是网络连接设备和网间互连设备的统称 • 集线器(HUB)、中继器(Repeater) • 交换机(Switch)、网桥(Bridge)、网卡（NIA) • 路由器(Router) • 网关(Gateway)

32. 第4章 局域网技术 • 5.传输介质及介质连接部件 • 传输介质是通信双方交流信息的物理通道，用于两个网络站点之间原始比特流的实际传输。 • 局域网中常用的介质 • 有线传输介质 无屏蔽双绞线、 RJ-45 同轴电缆 T型连接器、AUI接口 光缆 ST SC LC FC …. • 无线传输介质 • 微波 卫星

33. 第4章 局域网技术 • 6.网络软件 • 网络系统软件 • 网络应用软件

34. 第4章 局域网技术 • 4.1.3 局域网体系结构与IEEE802标准 • 电器和电子工程师协会(IEEE) • IEEE－Institute of Electrical and Electronics Engineers INC • IEEE802委员会 • 1980年2月由IEEE成立的制定局域网标准的组织

35. 第4章 局域网技术 • 1. 局域网体系结构（参考模型） • IEEE802只定义物理层和数据链路层的标准 • 局域网的数据链路层被分为两个子层： • 逻辑链路控制子层LLC（Logical Link Control) • 介质访问控制子层MAC（Media Access Control）

36. OSI 参考模型 局域网参考模型 高层协议 高层协议 高层协议 LLC子层 LLC子层 应用层 数据链路层 IEEE802 标准范围 MAC子层 MAC子层 表示层 物理层 物理层 物理层 传输媒体 会话层 传输媒体 传输层 网络层 第4章 局域网技术 LLC 与网络层相邻，它与介质无关MAC 与物理层相邻，它与介质有关

37. 第4章 局域网技术 • 1)物理层 • 物理层的主要作用是确保二进制位信号的正确传输 • 标准规范的主要内容 • 局域网传输介质、传输距离和传输速率 • 物理接口的机械特性、电气特性、性能特性和规程特性 • 传输信号的编/解码方案 非归零码 曼彻斯特码 差分曼斯特码 4B/5B 8B/6T 8B/10B 64B/66B

38. 第4章 局域网技术 • 比特的发送与接收及其错误校验 • 同步信号的产生与删除 • 拓扑结构 • 物理信令（PLS） • 物理层向介质访问控制子层（MAC）提供的服务，其服务原语有： 请求 证实 指示

39. 第4章 局域网技术 • 2)MAC子层 • 介质访问控制（MAC）构成了数据链路层的下半部，它直接与物理层相邻，与传输介质有关。 • 主要功能 MAC子层主要制定管理和分配信道的协议规范 • 为不同的物理介质定义介质访问控制标准 局域网常用的介质访问控制方法： CSMA/CD 带冲突检测的载波监听多路访问 Token- Ring 令牌环 Token- Bus 令牌总线

40. 第4章 局域网技术 • 为竞争的用户分配信道使用权，进行合理的信道分配，解决信道争用问题，它具有管理多链路的功能 • 成幀,将数据组装成带有地址和差错检测字段的帧 • 拆帧，完成物理地址识别和差错检测

41. 第4章 局域网技术 • 3) LLC子层 • 逻辑链路控制（LLC）构成了数据链路层的上半部 • 主要功能 • 向网络层提供服务，提供服务访问点（SAP) • 在MAC子层提供的介质访问控制和物理层提供的比特服务的基础上，将不可靠的信道处理为可靠的信道，确保数据帧的正确传输 • 差错控制、数据流控制和发送顺序控制 • LLC运行于所有802局域网和城域网协议之上 • LLC子层与传输介质无关

42. 第4章 局域网技术 • 2.IEEE802局域网标准 • IEEE802.1－局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联 • IEEE802.2－逻辑链路控制 LLC • IEEE802.3－CSMA/CD访问方法和物理层规范(以太网） • IEEE802.3u－100Mbps快速以太网标准 • IEEE802.3ab－长铜线介质千兆以太网标准规范 • IEEE802.3z－光纤和短铜线介质千兆以太网标准规范 • IEEE802.3ae－万兆以太网标准 • IEEE802.4－Token Passing BUS（令牌总线） • IEEE802.5－Token Ring（令牌环）访问方法和物理层规范

43. 第4章 局域网技术 • IEEE802.6－城域网访问方法和物理层规范 • IEEE802.7－宽带技术咨询和物理层课题与建议实施 • IEEE802.8－光纤技术咨询和物理层课题 • IEEE802.9－综合声音／数据服务的访问方法和物理层规范 • IEEE802.10－安全与加密访问方法和物理层规范 • IEEE802.11－无线局域网访问方法和物理层规范 • IEEE802.11a－无线局域网访问方法和物理层规范 • IEEE802.11b－无线局域网访问方法和物理层规范 • IEEE802.11g－无线局域网访问方法和物理层规范 • IEEE802.12－100VG－AnyLAN

44. 802.10 安全与加密 802.1 局域网概述、体系结构、网络互连与网络管理 802.2 逻辑链路控制 LLC 数据 链路层 802.4 802.6 802.5 802.9 802.3 802.11 802.12 令牌 令牌环 语音数 城域网 CSMA/CD 无线 100VG- 总线 据综合 局域网 AnyLAN 局域网 物理层 物理层 物理层 物理层 物理层 802.7 宽带技术 802.8 光纤技术 第4章 局域网技术

45. 第4章 局域网技术 • 4.1.4 介质访问控制方法 • 几种著名的多路访问信道的分配算法和协议： • ALOHA、CSMA/CD、Token Ring、TokenBus • 常用的介质访问控制方法: • 争用型CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测) • 无争用型 Token Ring（令牌环）

46. 第4章 局域网技术 • 1.CSMA/CD • CarrierSense Multiple Access/Collision Detect • 具有冲突检测(CD)功能的载波监听多路访问(CSMA) • 1）概述 • CSMA/CD是施乐（Xerox）公司开发并获得专利的 • CSMA/CD主要是解决如何争用一个广播型的共享传输信道，决定该谁占用信道 • 典型的随机访问技术，也是一种争用技术 • CSMA/CD是IEEE802.3的核心协议，也是以太网采用的协议。

47. 第4章 局域网技术 • 2）CSMA/CD 协议 • (1)CSMA（载波监听多路访问） • 网络站点监听载波是否存在并相应动作的协议，被称为载波监听协议 • 在共享传输媒体上只允许两个站点之间通信，其他站点必须等待。在收发双方传送数据时，独占信道 • 发送站点在发送数据前，先检测信道上有无载波信号，监听信道是否忙 • 如果没有载波信号，表示信道空闲，则立即开始发送 • 如果检测到载波信号，表示信道已被占用，信道处于忙的状态，则必须等待信道空。

48. 第4章 局域网技术 • 等待方法： 1-持续CSMA 若信道忙，发送站则持续监听，直到监听到信道空闲时，再将数据送出（ IEEE802.3标准和以太网） 非持续CSMA 若信道忙，等待一个随机时间后，再重新监听信道，不空再等待，再监听,一直到信道空，再发送数据 P-坚持CSMA 以1－P概率延迟一个时间槽后，继续监听

49. A B 第4章 局域网技术 • (2)CD（冲突检测） 冲突的产生 • 两个或两个以上站点同时监听到信道空闲,会导致发生碰撞，产生冲突 • 传输延迟可能会导致冲突的产生 冲突后，数据成为碎片 碎片包 <512bit(64字节）

50. 第4章 局域网技术 冲突后的处理 • 立即停止数据发送 • 随后发送一个短的干扰信号JAM（阻塞信号） • 等待一个随机时间（ Backoff算法） • 再重新传送冲突包,重新监听信道，检测冲突信号。 • 如果还有冲突发生，则重复监听、等待和重传的操作，以太网规定重传次数最多为16次。