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计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/131第三章局域网技术教学目标教学重点教学过程计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/132教学目标•掌握局域网的工作原理•掌握局域网的实用技术计算机网络技术与

应用简明教程清华大学出版社2022/11/133教学重点•IEEE802参考模型•以太网的工作原理•在数据链路层扩展局域网•虚拟局域网技术计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/134教学过程•传统以太网•扩展的局域网•高速局域网•虚拟局域网•无线局域网•网络操作

系统计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1353.1局域网概述•局域网LAN（LocalAreaNetwork）产生于60年代末。•局域网(LAN)普遍具有以下一些特点：•(1)地理分布范围较小，一般为数百米至数公里。•(2)数据传输速率

高，一般为0.1~100Mbps，目前已出现速率高达1000Mbps的局域网。•(3)误码率低，一般在10-11~10-8以下。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/136局域网概述•(4)以PC机为主体，包括终端及各种外设，网络中一

般不设中央主机系统。•(5)一般仅包含OSI参考模型中的低三层功能。•(6)协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/137IEEE802参考模型工作组名称研究内容802.1高层接口（HILI），包括网络结构、网际合作和

LAN的网络管理802.2逻辑链路控制（LLC）802.3载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）802.4令牌总线（TokenBus）802.5令牌环（TokenRing）802.6城域网（MAN）802.7广域技术建议组（BBTAG）802.8光纤技术建议组（FOTAG）802.9

综合业务局域网接口（ISLAN）802.10交互性局域网安全性标准（SILS）802.11无线局域网（WLAN）802.12命令优先级802.13基于有线电视的广域通信网计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/138IEEE802参考模型•IEEE委员会在IEEE80

2.1标准中定义了关于局域网的参考模型。应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层传输媒体物理层传输媒体媒体访问控制逻辑链路控制高层LLC服务访问点（SAP）OSI参考模型IEEE802参考模型计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022

/11/139IEEE802参考模型•IEEE802参考模型包括了OSI/RM最低两层(物理层和数据链路层)的功能，也包括网间互连的高层功能和管理功能。•OSI/RM的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制MAC

(MediumAccessControl)和逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)两个子层。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1310IEEE802参考模型•IEEE802标准特意把逻辑链路控制（LLC

）独立出来形成一个单独子层，使LLC子层与媒体无关，仅让媒体访问控制（MAC）子层依赖于物理媒体。由于设立了MAC子层，IEEE802标准就具有了可扩充性，有利于接纳新的媒体和媒体访问控制方法。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1311IEEE802参考模型•MAC层

从LLC层接收一块数据，并进行相应的媒体访问控制，然后把数据传输出去。和其他协议层一样，MAC层会组装一个MAC协议数据单元（PDU），这个PDU又叫做MAC帧。MAC控制目的MAC地址源MAC地址CRC校验LLC数据计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1312IEEE8

02参考模型•所有LAN中的设备通过访问共享媒体来发送和接收信息，因此必须提供相应的机制来控制对传输媒体的访问，以便使之更加有序和有效。这就是MAC子层提供的功能。MAC到MAC的操作通过同等层协议来进行，MAC还产生帧检验序列和完成帧检验等功能。计算机网络技术与应用简

明教程清华大学出版社2022/11/13133.2传统以太网•在总线网络中，每个站点都能独立地决定帧的发送，若两个或多个站同时发送帧，就会产生冲突，导致所发送的帧都出错。•以太网的组建主要遵循IEEE802.3协议，CSMA/CD是一种用争用的方法来决定对媒体访问权的协议，

这种争用协议适用于逻辑上属于总线拓扑结构的网络。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1314载波监听多路访问CSMA•载波监听多路访问CSMA的技术，也称做先听后说LBT(List

enBeforeTall)。要传输数据的站点首先对媒体上的载波进行监听，以确定是否有其它站点占用总线。如果总线空闲，该站点便可传输数据；否则，该站点将避让一段时间后再做尝试。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版

社2022/11/1315载波监听多路访问CSMA•避让的策略主要有三种：•1）非坚持算法•2）1-坚持算法•3）P-坚持算法计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1316非坚持算法•算法规则为：•(1)如果媒体

空闲，则可以立即发送。•(2)如果媒体忙，则等待一个随机时延，再重复前一步骤。•采用随机的重发延迟可以减少冲突发生的可能性。•非坚持算法的缺点是：即使有几个站点都有数据要发送，但由于大家都在延迟等待过程中，致使媒体仍可能处于

空闲状态，使利用率降低。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/13171-坚持算法•算法规则为：•(1)如果媒体是空闲的，则可以立即发送。•(2)如果媒体是忙的，则继续监昕，直至检测到媒体空闲，立即发送。•(3)如果有冲突(在一段时间内未收到肯定的回复)，则等待一随机时间，重复

步骤(1)~(2)。•这种算法的优点是：只要媒体空闲，站点就立即发送数据，避免了媒体利用率的损失；•其缺点是：假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1318P-坚持算法•算法规则为：•(1)监听信道，如果媒

体是空闲的，则以P的概率发送数据，而以(1-P)的概率延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于传播时延的2倍。•(2)延迟了一个时间单位后，再重复步骤(1)。•(3)如果媒体是忙的，继续监听直至媒体空闲并重

复步骤(1)。•P-坚持算法是一种既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲时间的折中方案。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1319具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA

/CD•在CSMA/CD算法中，一旦检测到冲突并发完阻塞信号后，为了降低再次发生冲突的概率，需要等待一个随机时间，然后再使用CSMA方法试图传输。为了保证这种退避操作维持稳定，采用了一种称为二进制指数退避的算法，其规则如下：•(1)对

每个数据帧，当第一次发生冲突时，设置一个参量L；•(2)退避间隔取1到L个时间片中的一个随机数，1个时间片等于两站点之间的最大传播时延的两倍；•(3)当数据帧再次发生冲突，则将参量L加倍；•(4)设置一个最大重传次数，超过该次数，则不再重传，并报告出错。计算

机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1320具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD•IEEE802.3就是采用二进制指数退避和1-坚持算法的CSMA/CD媒体访问控制方法。这种方法在低负荷时，如媒体空闲时

，要发送数据帧的站点能立即发送；在重负荷时，仍能保证系统的稳定性。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/13213.3扩展的局域网•在许多情况下，一个单位往往拥有许多个局域网，因而

需要实现局域网之间的通信。•这时就需要使用一些中间设备将这些局域网连接起来。•在物理层或数据链路层将局域网进行扩展。这种扩展的局域网在网络层看来仍然是一个网络。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/1

1/1322在物理层扩展局域网•用多个集线器可连成更大的局域网一系二系三系集线器集线器集线器集线器主干集线器计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1323在物理层扩展局域网•优点–使原来属于不同碰撞域

的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。–扩大了局域网覆盖的地理范围。•缺点–碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。–如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/

1324在数据链路层扩展局域网•在数据链路层扩展局域网是使用网桥。•网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。•网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检

查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1325使用网桥带来的好处•过滤通信量。•扩大了物理范围。•提高了可靠性。•可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb

/s和100Mb/s以太网）的局域网。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1326使用网桥带来的缺点•存储转发增加了时延。•在MAC子层并没有流量控制功能。•具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。

•网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1327透明网桥•目前使用得最多的网桥是透

明网桥(transparentbridge)。•“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。•透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/132

8透明网桥转发策略(1)从端口x收到无差错的帧（如有差错即丢弃），在转发表中查找目的站MAC地址。(2)如有，则查找出到此MAC地址应当走的端口d，然后进行(3)，否则转到(5)。(3)如到这个MAC地址去的端口d=x，则丢弃此帧（因为

这表示不需要经过网桥进行转发）。否则从端口d转发此帧。(4)转到(6)。(5)向网桥除x以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。(6)如源站不在转发表中，则将源站MAC地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到(

8)。如源站在转发表中，则执行(7)。(7)更新计时器。(8)等待新的数据帧。转到(1)。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1329网桥在转发表中登记以下三个信息•站地址：登记收到的帧的源MAC地址。•端口：登记收到的帧进

入该网桥的端口号。•时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。•转发表中的MAC地址是根据源MAC地址写入的，但在进行转发时是将此MAC地址当作目的地址。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/

1330源路由网桥•透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。•源路由(sourceroute)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。•源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记

录所经过的路由。•发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1331多端口网桥——以太网交换机•1990

年问世的交换式集线器(switchinghub)，可明显地提高局域网的性能。•交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。•以太网交换机通常都有十几个端口。

因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1332以太网交换机的特点•以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。•交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互

通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。•以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1333独占传输媒体的带宽•对于普通10

Mb/s的共享式以太网，若共有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10Mb/s)的N分之一。•使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是10Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有N对端口的交换机的总容量为N

10Mb/s。这正是交换机的最大优点。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1334用以太网交换机扩展局域网集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100Mb/s100Mb/s100Mb/s万维网服务器电子邮

件服务器以太网交换机路由器计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1335高速以太网•速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。•在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。100

BASE-T以太网又称为快速以太网(FastEthernet)。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1336快速以太网的特点•可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用CSMA/CD协议。•MAC帧格式仍然是802.3标准规定的。•

保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到100m。•帧间时间间隔从原来的9.6s改为现在的0.96s。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1337三种不同的物理层标

准•100BASE-TX–使用2对UTP5类线或屏蔽双绞线STP。•100BASE-FX–使用2对光纤。•100BASE-T4–使用4对UTP3类线或5类线。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1338千兆以太网•允许在1000Mb/s下全双工和半双工两种方式

工作。•使用802.3协议规定的帧格式。•在半双工方式下使用CSMA/CD协议（全双工方式不需要使用CSMA/CD协议）。•与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1339千兆以太网的物理层•1000B

ASE-X基于光纤通道的物理层：–1000BASE-SXSX表示短波长–1000BASE-LXLX表示长波长–1000BASE-CXCX表示铜线•1000BASE-T–使用4对5类线UTP计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1340千兆以太网的配置举例1Gb/s链路吉

比特交换集线器百兆比特或吉比特集线器100Mb/s链路计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1341万兆比特以太网•万兆比特以太网与10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太网的

帧格式完全相同。•万兆比特以太网还保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级。•万兆比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。•万兆比特以太网只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用CSMA/CD协议。计

算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1342万兆比特以太网的物理层•局域网物理层LANPHY。局域网物理层的数据率是10,000Mb/s。•可选的广域网物理层WANPHY。广域网物理层具有另一种数据率，这是为了和所谓的“Gb/s”

的SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相连接。–为了使万兆比特以太网的帧能够插入到OC-192/STM-64帧的有效载荷中，就要使用可选的广域网物理层，其数据率为9.95328Gb/s。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11

/1343其他种类的高速局域网•光纤分布式数据接口FDDI(FiberDistributedDataInterface)–使用光纤作为传输媒体的令牌环形网•高性能并行接口HIPPI(HIgh-PerformanceParallelInterface)–主要用于超级计算

机与一些外围设备（如海量存储器、图形工作站等）的高速接口计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/13443.5虚拟局域网•虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。–这些网段具有某些共同的需求。–每一个VLAN的帧都有

一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。•虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1345以太网交换机A4B1

以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2和VLAN3的构成计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/1

1/1346虚拟局域网的实现技术•VLAN支持三种划分组网方式：•基于端口的VLAN•基于MAC地址的VLAN•基于网络层的VLAN。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/13473.6无线局域网•无线局域网利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。无线局

域网的数据传输速率可达11Mbps，传输距离可超过20km。它是对有线联网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络联通问题。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/13483.7网络操作系统•

网络操作系统的定义是：在局域网低层所提供的数据传输能力的基础上，为高层网络用户提供共享资源管理和其它网络服务功能的局域网系统软件。•操作系统是计算机系统中的重要组成部分，是计算机与用户之间的接口。单机操作系统必须具备以下两个基本功能：•(1)为用户提供各种简便有效的访问本机资源的手段。

•(2)合理地组织系统工作流程，有效地管理系统。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1349网络操作系统的基本服务功能•网络操作系统的基本服务功能：•(1)文件服务(FileService)•(2)打印服务(PrintServ

ice)•(3)数据库服务(DatabaseService)•(4)通信服务（CommunicationService）•(5)信息服务(Messageservice)•(6)分布式服务(DistributedS

ervice)计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022/11/1350Windows2003Server•Windows2003系列服务器平台有三种，它们是Windows2003Server、Windows2003AdvancedServer、Windows2003Datacent

erServer。Windows2003Server除了包含有Windows客户平台操作系统的所有特性，还能提供简单的网络管理服务，比较适于在一般网络境下做文件和打印服务器、Web服务器。计算机网络技术与应用简明教程清华大学出版社2022

/11/1351Unix与Linux操作系统Unix具有以下主要特性：1开放性5设备独立性2多用户6丰富的网络功能3多任务7可靠的系统安全4灵活的用户界面8良好的可移植性Linux包含了Unix的全部功能和特性。