朱明zhubob网络实用技术教学辅导2.docx
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朱明zhubob网络实用技术教学辅导2
第2章局域网组网技术
学习目标
1．了解局域网的参考模型。
2．理解无线局域网。
3．理解常见以太网的种类。
4．掌握常见的网络传输介质及其特点。
5．掌握网桥和交换机的功能。
6．理解局域网CSMA/CD和PPP协议的工作原理。
7．理解虚拟局域网VLAN的工作原理与特点。
8．了解高速以太网和宽带接入技术。
9．了解家庭局域网组网步骤。
2.1局域网概述
局域网（LAN，LocalAreaNetwork）是指将局部地理范围内的计算机及网络设备互相连接在一起，构成属于一个单位或一个部门所有的计算机网络。
局域网的组成，主要包括计算机、网络适配器（也称为网卡）、传输媒体、传输协议和交换设备等。
局域网具有组建简单、维护方便、传输速率高、出错率低、网络延时小等优点。
局域网的传输速率通常为10～100Mbps，新型局域网的传输速率可达l～10Gbps，局域网的延迟低至微秒或纳秒量级，而且较少出现传输错误。
2.1.1IEEE802参考模型
IEEE802标准间的关系如图1所示。
图1IEEE802标准间的关系
IEEE802标准的局域网参考模型包含了OSI/RM物理层和数据链路层的功能。
对局域网来说，物理层规定了所使用的信号、编码和传输介质；数据链路层为两个网络实体之间提供数据链路，包括连接链路的创建、维持和释放。
理解三个概念：
逻辑链路控制LLC子层，介质访问控制MAC子层，服务访问点SAP。
2.1.2无线局域网
1．无线局域网应用
无线局域网使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般在几十米范围内。
无线局域网的主干网络通常使用有线电缆，无线局域网用户通过一个或多个无线接入点接入无线路由器，然后通过ADSL等方式接入因特网。
无线局域网的设备主要包括无线接入点、无线网卡、无线路由器、无线网关和无线网桥等。
2．无线局域网标准
无线局域网的标准为IEEE802.11，其中定义了媒体访问接入控制层和物理层。
IEEE802.11使用载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA，CarrierSenceMultipleAccess/CollisionAvoidance）机制来检测和避免无线介质中的冲突。
无线网络最大的问题之一就是安全性较差。
无线网络安全协议可以提供加密、认证和入侵防护，常用的安全协议包括WEP、WPA和802.11i/WPA2等等。
2.1.3常见以太网种类
1．标准以太网
标准以太网的数据传输速率通常为10Mbps，采用CSMA/CD协议，主要使用两种传输介质：
双绞线与同轴电缆。
标准以太网遵循IEEE802.3标准，具体分类如表1所示：
表110Mbit/s以太网属性
以太网类型
距离限制
线缆类型
接口类型
物理拓扑
逻辑拓扑
10Base5
500m
粗同轴电缆--50Ω
AUI
总线
总线
10Base2
185m
细同轴电缆
BNC
总线
总线
10BaseT
100m
非屏蔽双绞线（3类、4类、5类）
RJ-45
总线（集线器）
总线
2．快速以太网
传输速率为100Mbps的以太网称为百兆以太网或快速以太网，遵循IEEE802.3u标准。
IEEE802.3u标准在MAC子层仍采用CSMA/CD协议，并保留了原始的IEEE802.3标准所规定的数据帧格式。
快速以太网可分为三个子类：
100BASE－TX、100BASE－FX和100BASE－T4。
3．千兆以太网
千兆以太网，也称吉比特以太网（GigabitEthernet），遵循IEEE802.3z标准，可以在全双工及半双工两种模式上工作。
千兆以太网根据所使用的传输介质不同，可细分为：
1000BASE-SX；1000BASE-LX；1000BASE-CX。
2.2网络传输介质
2.2.1有线介质
1．双绞线
双绞线由两根带有绝缘层的铜质导线组成，导线直径约为1mm。
为了降低传输信号时产生的干扰，这两根导线被绞合成螺旋状。
双绞线有非屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwistedPair）和屏蔽双绞线（STP，ShieldedTwistedPair）之分。
双绞线有两种较为重要的型号：
3类双绞线与5类双绞线。
双绞线中有8条线缆，线缆两端针脚引线的排列有两种类型：
直通线和交叉线。
“针脚引线”是指电缆中使用的彩色线缆与RJ-45接口特定位置的针脚关系，有T568A和T568B两种标准的针脚引线，如表2所示。
表2UTP针脚颜色
标准
1
2
3
4
5
6
7
8
T568A
绿白
绿
橙白
蓝
蓝白
橙
棕白
棕
T568B
橙白
橙
绿白
蓝
蓝白
绿
棕白
棕
直通双绞线的两端使用同一种标准，即同时采用T568B标准或同时采用T568A标准。
交叉双绞线一端采用T568B标准，另一端采用T568A标准。
图2直通和交叉线连接方式
2．同轴电缆
同轴电缆以一条铜质导线为核心，从内向外分别为绝缘层，网状屏蔽层及塑料保护层。
常用的同轴电缆有50Ω及75Ω两种型号：
50Ω同轴电缆用于数字信号传输，75Ω同轴电缆最初用于模拟信号传输，目前常用于传输数字信号。
按照直径的不同，同轴电缆可分为粗缆和细缆两种。
理解两种电缆的特点。
3．光纤
光纤中心为玻璃纤维制成的纤芯，通常多模光纤纤芯的直径为50μm，单模光纤直径为8~10μm。
纤芯外围是由具有较低折射率的玻璃纤维制成的包层，用于反射纤芯内的光线，保证光纤通信的正常进行。
最外则是一层聚乙烯制成的保护套，用于保护光纤的内部结构。
通常用塑料外保护层将多束光纤束缚在一起，制成实际中使用的通信光缆。
光纤传输系统具有三个要素：
光源、光纤及探测器。
理解光纤的优点和缺点。
2.2.2无线介质
无线通信利用电磁波在自由空间的传播进行数据传输，无线电波、微波、红外线和可见光部分波段的电磁波等均可经过调频和调相用于无线通信。
理解微波通信主要特点和缺点。
理解卫星通信的特点。
蓝牙系统的网络结构的拓扑结构有两种形式，即微微网和分布式网络。
2.3局域网络设备
常用的网络设备包括：
集线器、交换机、网桥、路由器、网关、无线接入点、网卡（NIC，NetworkInterfaceCard）和调制解调器等等。
其中，局域网中使用的网络设备均工作在物理层和数据链路层，包括中继器、网桥、集线器及交换机等。
2.3.1网卡
以太网规定连入网络的设备，都必须具有“网卡”接口。
网卡的地址就是数据包的发送和接收地址，即MAC地址。
理解什么是MAC地址。
MAC地址就是网络适配器的身份证号码。
2.3.2中继器
中继器（Repeater）工作于OSI参考模型的物理层，用于对数字信号进行再生，用来扩展局域网段的长度，驱动长距离通信，适用于完全相同的两个网络或同一网络下两个网段之间的互连。
2.3.3集线器
集线器，又称Hub，用于连接多台计算机构成局域网。
集线器工作在OSI模型中的物理层。
使用集线器连接的网络，所提供的带宽由所有接口共享，因此由集线器连接构成的网络传输效率较低。
集线器的功能正逐渐被交换机所取代。
理解“碰撞”域和广播域的形成。
2.3.3网桥
网桥（Bridge），又称桥接器，网桥用于连接两个相同结构的局域网，并对流经网桥的数据进行转发。
网桥工作于数据链路层的MAC（物理访问控制层）子层，它不但能扩展网络的范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。
（LLC逻辑链路层）
理解网桥的工作原理。
2.3.5交换机
以太网交换机属于数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，然后根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
以太网交换机工作在OSI模型中的第二层，是一台专用的特殊计算机，主要包括中央处理器、随机存储器和操作系统。
交换机在转发数据帧时，交换机可采取两种模式：
存储转发（StoreandForward）和直接转发（CutThrough）。
通常，根据应用交换机的网络规模，将交换机分为：
接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。
2.4局域网协议
局域网中传输数据的基本单元为“帧”。
常见的数据帧格式包括PPP帧和MAC帧。
所有的局域网通信协议都需要解决帧定界、透明传输和差错检测这三个基本问题。
常见的局域网组网方式包括令牌环、光纤分布数字接口（FDDI，FiberDistributingDataInterface）和以太网等等。
理解三种网的特点。
2.4.1PPP帧与MAC帧
通常可根据信道对数据链路层协议进行分类，数据链路层的常用信道有两种，即点对点信道和广播信道。
1．点对点信道
PPP协议只提供无比特差错的数据传输服务，是目前使用点对点信道的网络中应用最广泛的数据链路层协议。
理解PPP协议规定的数据帧格式。
为保证数据的透明传输，PPP协议对异步和同步这两种传输方式分别采用了字符填充法和比特填充法。
使用异步传输时，PPP协议定义转义字符为0x7D，在RFC1662文档中定义了相应的字符填充方法；在同步传输中，采用“零”比特填充法实现透明传输。
2．广播信道
理解逻辑链路控制LLC子层和介质访问控制MAC子层的工作特点。
2.4.2CSMA/CD协议
CSMA/CD协议是以太网所采用的一种监听避免“碰撞”的协议，该协议工作在OSI模型中数据链路层的MAC子层，是一种“争用”型的半双工介质访问控制协议，包含以下几个要素：
多点接入；载波监听；“碰撞”监听。
2.4.3虚拟局域网
虚拟局域网（VLAN，VirtualLocalnetwork）是一种将局域网设备从逻辑上划分为多个网段，从而实现虚拟工作组的交换技术。
虚拟局域网使用交换机，以软件的方式实现逻辑工作组的划分与管理，不受物理位置限制而组建的局域网。
2.4.4高速以太网
高速以太网是指传输速率达到或超过100Mb/s的以太网，适用于较远距离的传输。
1．快速以太网
快速以太网（FastEthernet）数据传输速率达到了100Mb/s。
100BASE-T标准的快速以太网仍使用IEEE802.3的CSMA/CD（CarrierSensingMultipleAccesswithCollisionDetection）协议，并采用星型拓扑结构。
100BASE-T以太网有3种与传输介质相关的标准，如表3所示。
表3不同介质100BASE-T以太网技术指标
以太网标准
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX
传输介质
两对UTP-5
两对STP-1
四对UTP-3/5
两芯光纤
信号技术
MLT-3
MLT-3
8B6T，NTZ
4B5B，NRZI
数据速率
100Mb/s
100Mb/s
100Mb/s
100Mb/s
最大段长
100m
100m
100m
200m
网络跨度
200m
200m
200m
400m
2．吉比特以太网
吉比特以太网的数据传输速率是快速以太网的10倍，达到了1Gb/s。
了解不同类型吉比特以太网的组网特点。
3．10吉比特以太网
10吉比特以太网又称万兆以太网，使用IEEE802.3以太网媒体访问控制MAC协议。
了解10吉比特以太网优点。
4．其它高速局域网
了解三种高速局域网技术，分别是光纤分布式数据接口、高性能并行接口、光纤通道
2.4.5宽带接入技术
1．xDSL技术
理解ADSL特点、接入网组成和优势。
2．光纤同轴混合网
光纤同轴混合网（HFC，HybridFiberCoax）是一种居民宽带接入网，在原有有线电视网（CATV，CommunityAntennaTeleVision）的基础上发展而来。
HFC网不仅能够传输电视信号，还能提供电话、数据等业务。
了解HFC网具有的特点和缺点。
3．FTTx技术
了解其特点。
2.5家庭无线网组建方案
理解家庭Wi-Fi网络的三种方案。
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