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局域网技术

局域网技术. 张辉 hzhang@buaa.edu.cn 北京航空航天大学信息网络中心 82317651 /7652 13701098973. 局域网设计及组网技术. 主要内容包括局域网建设从需求分析、方案设计、产品采购、工程实施、系统集成、运行测试、最终验收等几个过程。 实际上是网络工程的生命周期中需要注意的事项。. 局域网设计及组网技术. 计算机网络设计与集成是一系列技术和工作的组合，其中主要步骤和内容包括： 进行用户的需求分析和调研 确定组网目标 进行系统方案设计 进行市场产品类型、性能和价格的调研. 主要步骤和内容.

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  1. 局域网技术 张辉 hzhang@buaa.edu.cn 北京航空航天大学信息网络中心 82317651 /7652 13701098973

  2. 局域网设计及组网技术 • 主要内容包括局域网建设从需求分析、方案设计、产品采购、工程实施、系统集成、运行测试、最终验收等几个过程。 • 实际上是网络工程的生命周期中需要注意的事项。

  3. 局域网设计及组网技术 计算机网络设计与集成是一系列技术和工作的组合，其中主要步骤和内容包括： • 进行用户的需求分析和调研 • 确定组网目标 • 进行系统方案设计 • 进行市场产品类型、性能和价格的调研

  4. 主要步骤和内容 • 进一步与用户商讨需求，并进行详细的工程设计 • 实现LAN工程布线并进行测试和验收 • 安装网络硬件设备并进行调试和验收 • 安装系统软件并进行调试和验收

  5. 组网目标——最终目标 网络建设到怎样的规模，如何满足用户需求，最终目标的几个关键必须确定： 采用的网络协议：TCP/IP 还是别的 体系结构：是Intranet还是非Intranet 计算模式：是传统C/S模式，还是B/S， 还是B/S/D模式 网络上最多站点数和网络最大覆盖范围 网络安全性的要求

  6. 组网目标——最终目标（续） • 网络上必要的应用服务和预期的应用服务 • 根据应用服务需求，对整个系统的数据量、数据流量及数据流向有个估计。从而可以大致确定网络的规模及其主干设备的规模和选型。

  7. 组网目标——近期目标 • 对于近期建设目标，一般比较具体，容易实现，但必须注意以下几点： • 近期建设目标所确定的网络方案必须有利于升级和扩展到最终建设目标； • 在升级和扩展到最终建设目标的过程中，尽可能保护近期建设目标的投资。

  8. 系统设计 在系统设计时，必须按以下四个方面进行考虑： • 建设目标 • 主要技术路线 • 方案设计原则 • 设备选型原则

  9. 主要技术路线 • 系统中采用的技术尽可能是当前的先进技术，并经过考验的，即成熟的技术 • 统一技术规范和标准，统一设备选型 • 尽量采用基于TCP/IP协议的Intranet体系结构，保证系统的开放性 • 系统具有良好的可扩展性 • 必须保证系统的可靠性和安全性 • 系统具有足够的服务质量保证

  10. 方案设计原则 • 实用性：系统能满足应用（近期和将来）的需求，力求最高性能价格比 • 可靠性：采用性能可靠的设备和成熟的技术手段，保证系统的高可靠性 • 先进性：先进性包括设计思想、软硬件设备、网络结构以及使用的开发工具均尽可能体现先进性。 • 安全性：确保系统内部的数据和数据访问以及传输的信息是安全的 • 兼容性与可扩充性：采用技术成熟的、标准化的且有发展潜力的技术，保证系统的扩展能力 • 开放性：要求系统支持国际标准、国内标准 • 可管理性：各设备支持网络管理协议

  11. 设备选型原则 设备的技术先进性 设备的性价比 售后服务（保修期、提供在线服务、响应时间、备件库等） 厂商的信誉（经济实力、技术实力、市场占有率等） 设备功能的扩展性以及对未来新技术的适应能力 设备结构的可靠性，主干设备一般应配置热备份电源和热备份关键模块

  12. 设备选型原则（续） • 设备维护、管理和使用的方便程度 • 所选择的设备最好已经在其他网络工程中有成功的案例 • 交货期限和信用，要保证工程如期实施 • 系统软件的升级条件是否优惠 • 手册和培训的保证，以便用户尽快的掌握设备的使用

  13. 局域网 在一个小区域范围内，将独立系统互连起来实现资源的共享，便构成局域网。它有如下特点： 1、地理范围有限，一般局限于单个建筑物内，也可覆盖几个建筑物。如一个企业网，范围在几公里~几十公里。 2、传输速率一般大于10Mbps~1000Mbps。 3、传输介质通常为光缆、双绞线；无线局域网正在发展之中。 4、往往为一个单位/组织来统一管理

  14. 主要网络技术分析 • 现存主要的局域网技术有： • 10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T (10M)、Fast Ethernet (100M)、Gigabit Ethernet (1000M)、Token Ring (16M)、FDDI (100M)、ATM 、10G以太网

  15. 以太网 • 以太网是目前使用最为广泛的局域网。以太网以其高性能、价格低、使用方便的特点继续获得发展。 • 以太网是基于冲突检测(CSMA/CD)的协议，共享介质且共享10Mbps的频宽。 • 核心思想是利用共享的公共传输介质进行收发操作。

  16. CSMA/CD基本原理 • 侦听线路 • 空闲发送 • 边送边听（发送最小帧长64bytes的字节未检测到冲突，认为发送成功） • 冲突后退

  17. t=PROP- t=PROP t=2PROP- CSMA/CD 冲突域 A B t=0 PROP PROP 为确保发送成功, 一台主机在发送结束之前必须能够检测到冲突 最小帧长= 2*Prop*传输速率 Prop=L/0.77c 10Mbps以太网最小帧长为512bits(64bytes)

  18. CRC CRC Pad Pad Data Data Type Length SA SA DA DA SFD SFD Preamble Preamble 以太网帧格式 字节 7 1 6 6 2 0-1500 0-46 4 前导码：10101010 帧始标志：10101011 DA: 目的网卡地址（MAC、物理地址、硬件地址） SA: 源网卡地址 Type: 封装的数据类型（IP、IPX 等） Data: 封装的数据（46~1500bytes) CRC: 校验码

  19. 物理地址 • 物理地址、网卡地址、MAC地址、硬件地址在以太网中概念相同。 • 用6个字节表示，前三个字节为厂家代号，后三个字节为产品序列。 • 如： AA:00:04 DEC • 00:00:0C Cisco • 02:60:8C 3Com • 08:00:07 Apple

  20. 帧类型 • 类型域 〉1500， 为EthernetII 帧格式（如：0800 表示IP, 8138 表示IPX, 6004表示Decnet) • 类型域后连续跟两个字节: 0xAAAA, 为Ethernet SNAP 帧格式 • 类型域后连续跟两个字节: 0xFFFF, 为Novell 专用帧格式（802.2 RAW) • 否则为IEEE802.3 帧格式

  21. IEEE 802.3 Ethernet Type II 802.3 SNAP 802.3 RAW

  22. BASE--Baseband 局域网分段长度 (以100米计) 局域网速率 (Mbps) 10 base-2 10base-5 10base-2 10base-T 10base-FL 速率Mbps 10 10 10 10 基带 基带 基带 基带 信号方法 最大分段 长度(m) 500 185 100 2000 50欧粗 同轴 50欧细 同轴 非屏蔽 双绞线 光纤 媒体 总线型 星型 拓扑 总线型 星型

  23. 10Base2/10Base5 • 10BASE2、10BASE5是最早期的总线型局域网技术，适合于较小的单位、很少的网点，且价格较便宜。 • 不足：单点故障、扩展困难、可靠性较差。

  24. 10Base2/10Base5(总线型结构）

  25. 总线型以太网（10 Base2)

  26. 10BaseT无屏蔽双绞线 • IEEE于1990年推出新规格10BaseT,将共享内建于集线器(Hub)的内部，对外连线则采用星状布线。网络上任何一段线路出现故障，不会影响到网络上其他使用者。 • 双绞线比传统的同轴电缆轻巧，在办公室中颇受欢迎。但它的缺点是易受电磁干扰，驱动距离最远仅为100米。

  27. 星型结构

  28. 集线器(HUB)特点 1、信号的再生和再定时 2、检测碰撞 3、端口的扩展功能 4、混合连接10Base5与10Base2以太网系统

  29. 10BaseF光纤 • 同轴电缆由于电气衰减及电磁干扰，隔离效果较差，使得局域网的距离受到限制。当网络系统较大或需要较大频宽传输信息时，选择以光纤为主干的网络。 • 光纤的直径减小到只有一个波长8~10 μ m ，可使光线一直向前传播，光源一般为激光，称单模光纤。衰减小，传输远，容量大。 • 可以存在多条不同角度入射的光线，直径一般为50 ~100 μ m，光源一般为发光二极管，称多模光纤。传输距离短。

  30. 光纤

  31. 10M以太网中继器规则 • 允许5个网段 • 在信道上只允许4个中继器 • 其中3个网段可以放置节点 • 另2个网段除了中继器链路外，不能有任何 节点 • 以上组成1个冲突域，最大节点数为1024， 最大传输距离为2500米

  32. 快速以太网 • 快速以太网联盟认为：100BaseT是10BaseT的真正继承者，100BaseT保留了大多数10BaseT的布线规则和CSMA/CD介质访问方式，具有以下特点： • 从传统10BaseT以太网的升级较容易，投资少，与现有10BaseT网的集成也很简单。 • 众多厂家支持，产品价格相对较低。 • 安装和配置简单，现有的管理工具依然可用。

  33. 100BaseT • 不足之处： • 基于碰撞检测原理的总线竞争方式使100Mbps的带宽在通讯量增大时损失很快。 • 不适合多媒体实时传送的要求。 • 在一个冲突域中传输距离有限。

  34. 100M以太网传输介质

  35. 100M以太网中继器组网规则： 对于I类中继器，只允许连接1个中继器， 每段最长100米 对于II类中继器，最多允许2个中继器， 可以由两段各100米长的链路及5米长的 中继器链路 I类中继器：支持不同编码的介质，延迟：0.7us II类中继器：只支持相同编码的介质，延迟：0.46us

  36. 快速以太网Hub组网跨距 I类中继器 100m 100m 100m 163m 100BaseF 100BaseT4 II类中继器 5m 100m 100m 185m 100m 100BaseT 100BaseF

  37. 快速以太网光纤(MMF)组网跨距 412 m 272 m(I类 Hub) 320 m (II类 Hub) 228 m (II类 Hub)

  38. FastEthernet组网可能潜在的问题 • 共享的网络直径太大 • 在3类UTP上传输100BaseTx • 在只有2对线的UTP上传输100BaseT4 • 100BaseT4、100BaseTx和10BaseTx端口不匹配

  39. 共享型以太网存在的问题 • 受CSMA/CD约束，每个站点平均带宽为系统带宽/n，n为该冲突域的站点数 • 每一时刻只能要求一个发送者，在站点数增加到一定程度时，网络效率极低 • 冲突域的覆盖范围有限 • 安全性极差

  40. 广播域和冲突域 广播域 Hub Hub 冲突域 1 冲突域 2 网桥 • 网桥用于分割冲突域 • 网桥的位置？

  41. 网桥的引入 • 连接网段构成具有多个冲突域的系统，从而实现系统地理范围的扩展 • 把一个冲突域分割成多个冲突域，从而实现系统带宽的扩展 • 具有容错功能，支持802.1D 标准 • 过滤信息、提高网络安全

  42. 交换机Switch • 在原理上相当于多口的网桥 • 网桥通常利用软件进行交换，而交换机则用硬件进行交换。 1.每个端口都占带宽 2.系统最大带宽可达端口带宽的N倍 3.支持全双工，可不受CSMA/CD的约束，用Switch串接 在理论上距离是无限的

  43. 交换机的两个基本操作 • 交换是把从一个端口输入的数据帧通过另一个端口发送出去。 • 交换通过减小流量和增加带宽来减小局域网中拥塞。它可和现有的电缆网线相互操作，在安装后不必改动现有的网络布局。 • 所有的交换设备执行两种操作： • 交换数据帧：把从源端到达的数据帧发送到目的端。 • 维护交换操作：在交换过程中，交换机需要建立和维护交换表。

  44. 交换机如何获得地址 • 交换机动态地获得地址信息。Ethernet交换机通过每个被发送分组的源地址及其进入交换机的端口来获得设备的地址，并添加到转发数据库中。 • 每次存储地址时，地址被打上时间戳。那些在一段时间内没有被访问的地址将会被移出地址列表。 • 通过移出过时或过期的地址，地址转发表维护了一个相对比较准确的转发数据库。

  45. 交换机

  46. 交换机端口状态 • 学习/广播 • 转发 • 过滤

  47. 学习/广播 在一个刚建好的网络中，A和B通讯，A先发出数据帧给B. 由于目的地址不详，A的报文广播到所有的端口, 并在交换机的桥表内记录A所在端口.

  48. 转发 B回应A，数据帧直接转发到A所在端口.同时，B的MAC地址记录到桥表中.

  49. 过滤 当目的MAC地址和数据帧进入的端口一致时, 交换机将在此端口丢弃数据帧. 这样，将减少通过交换机背板的流量，优化性能。

  50. Switch及广播域 • L-2 Switch: 工作在数据链路层，按MAC地址转发数据包，实质上是一个多端口网桥。可分离出多个冲突域，但无法克服广播风暴。所有端口都在同一个广播域中。 • L-3 Switch:工作在网络层，按逻辑地址（如IP/IPX)转发报文。一般用专门硬件（ASIC)实现。带有路由功能，可分离多个广播域，提高网络性能及安全性。 • L-4 Switch: 工作在传输层，它通过TCP/UDP的端口号对访问网络的应用加以控制。

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