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计算机网络应用基础教案-2.1局域网的基本概念


2.1 局域网的基本概念 教学内容:局域网的基本概念。 教学目的:掌握局域网的基本概念。 教学重难点:局域网的层次模型。 教学课时:4 课时 教学过程: 一、定义。 局域网(Local Area Network,LAN)是指在某一区域内由多台 计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现 文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子 邮件和传真通信

服务等功能。局域网是封闭型的,可以由办公室内的 两台计算机组成,也可以由一个公司内的上千台计算机组成。 二、特点。 局域网一般为一个部门或单位所有,建网、维护以及扩展等较容 易,系统灵活性高。其主要特点是: (1)覆盖的地理范围较小,只在一个相对独立的局部范围内联, 如一座或集中的建筑群内。 (2)使用专门铺设的传输介质进行联网,数据传输速率高 (10Mb/s~10Gb/s) (3)通信延迟时间短,可靠性较高 (4)局域网可以支持多种传输介质 三、组成

局域网由网络硬件 (包括网络服务器、 网络工作站、 网络打印机、 网卡、网络互联设备等)和网络传输介质,以及网络软件所组成。 四、层次结构 局域网的参考模型 OSI 与参考模型关系 :局域网参考模型只对 应 OSI 参考模型的数据链路层与物理层, 它将数据链路层划分为逻辑 链路控制 LLC 子层与介质访问控制 MAC 子层。 逻辑链路控制(Logical Link Control 或简称 LLC)是局域网中数 据链路层的上层部分,IEEE 802.2 中定义了逻辑链路控制协议。用户 的数据链路服务通过 LLC 子层为网络层提供统一的接口。 介质访问控制(medium access control)简称 MAC。 是解决当局域 网中共用信道的使用产生竞争时,如何分配信道的使用权问题。 IEEE 802 标准的局域网参考模型与 OSI/RM 的对应关系如图 4-3-2 所示,该模型包括了 OSI/RM 最低两层(物理层和链路层)的 功能,也包括网际互连的高层功能和管理功能。
OSI IEEE802

网络层

网际层 逻辑链路控制子层LLC

数据链路层 介质访问控制子层MAC 物理层 物理层

图 4-3-2 IEEE802 LAN 参考模型 对于局域网来说, 物理层规定了所使用的信号、 编码和传输介质; 数据链路层采用差错控制和帧确认技术,传送带有校验的数据帧。为

了使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法, IEEE 802 标准标准特意把 LLC 独立出来形成一个单独子层,使得 LLC 子层与媒体无关, 仅让 MAC 子层依赖于物理介质和介质访问控 制方法。 LLC 子层向高层提供一个或多个逻辑接口, 这些接口被称为服务 访问点(SAP) 。SAP 具有帧的接收、发送功能。发送时将要发送的 数据加上地址和循环冗余校验 CRC 字段等构成 LLC 帧; 接收时将帧 拆封,进行地址识别和 CRC 校验。 MAC 子层在支持 LLC 层完成介质访问控制功能时, 可以提供多 个可供选择的媒体访问控制方式。为此,IEEE802 标准制定了多种媒 体访问控制方式,如 CSMA/CD,Token Ring,Token Bus 等。同一个 LLC 子层能与其中任何一种访问方式接口。 在 OSI/RM 中,物理层、数据链路层和网络层使计算机网络具有 报文分组转接的功能。当局限于一个局域网时,物理层和链路层就能 完成报文分组转接的功能。但当涉及多个网络互连时,报文分组就必 须经过多条链路才能到达目的地, 此时就必须专门设置一个层次来完 成网络层的功能,所以 IEEE802 标准的实现模型中在 LLC 之上设立 了网际层,即网络层的一个子层,所以有时 LLC 的上层也叫网络层。 以太网的帧:

单播、多播和广播 单播” (Unicast) “多播” 、 (Multicast)和“广播” (Broadcast)

这三个术语都是用来描述网络节点之间通讯方式的术语。 那么这些术 语究竟是什么意思?区别何在? 1.单播:网络节点之间的通信就好像是人们之间的对话一样。如 果一个人对另外一个人说话,那么用网络技术的术语来描述就是“单 播” ,此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行。单播在网络中 得到了广泛的应用,网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输 的,只是一般网络用户不知道而已。例如,你在收发电子邮件、浏览 网页时,必须与邮件服务器、Web 服务器建立连接,此时使用的就是 单播数据传输方式。但是通常使用“点对点通信” (Point to Point)代 替“单播” ,因为“单播”一般与“多播”和“广播”相对应使用。 2.多播: “多播”也可以称为“组播” ,在网络技术的应用并不是 很多,网上视频会议、网上视频点播特别适合采用多播方式。因为如 果采用单播方式,逐个节点传输,有多少个目标节点,就会有多少次 传送过程,这种方式显然效率极低,是不可取的;如果采用不区分目 标、全部发送的广播方式,虽然一次可以传送完数据,但是显然达不 到区分特定数据接收对象的目的。采用多播方式,既可以实现一次传 送所有目标节点的数据,也可以达到只对特定对象传送数据的目的。 IP 网络的多播一般通过多播 IP 地址来实现。多播 IP 地址就是 D 类 IP 地址, 224.0.0.0 至 239.255.255.255 之间的 IP 地址。 即 Windows 2000 中的 DHCP 管理器支持多播 IP 地址的自动分配。 3.广播: “广播”在网络中的应用较多,如客户机通过 DHCP 自 动获得 IP 地址的过程就是通过广播来实现的。但是同单播和多播相

比,广播几乎占用了子网内网络的所有带宽。拿开会打一个比方吧, 在会场上只能有一个人发言, 想象一下如果所有的人同时都用麦克风 发言,那会场上就会乱成一锅粥。集线器由于其工作原理决定了不可 能过滤广播风暴,一般的交换机也没有这一功能,不过现在有的网络 交换机(如全向的 QS 系列交换机)也有过滤广播风暴功能了,路由 器本身就有隔离广播风暴的作用。 广播风暴不能完全杜绝,但是只能在同一子网内传播,就好像喇 叭的声音只能在同一会场内传播一样, 因此在由几百台甚至上千台电 脑构成的大中型局域网中,一般进行子网划分,就像将一个大厅用墙 壁隔离成许多小厅一样,以达到隔离广播风暴的目的。 在 IP 网

络中,广播地址用 IP 地址“255.255.255.255”来表示,这个 IP 地址 代表同一子网内所有的 IP 地址。 当前的网络中有三种通讯模式:单播、广播、组播,其中的组播 出现时间最晚但同时具备单播和广播的优点,最具有发展前景。 1.单播: 主机之间一对一的通讯模式, 网络中的交换机和路由器对数据只 进行转发不进行复制。如果 10 个客户机需要相同的数据,则服务器 需要逐一传送,重复 10 次相同的工作。但由于其能够针对每个客户 的及时响应,所以现在的网页浏览全部都是采用单播模式,具体的说 就是 IP 单播协议。网络中的路由器和交换机根据其目标地址选择传 输路径,将 IP 单播数据传送到其指定的目的地。 单播的优点:

1)服务器及时响应客户机的请求 2)服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据,容易实现 个性化服务。 单播的缺点: 1)服务器针对每个客户机发送数据流,服务器流量=客户机数 量×客户机流量;在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中 服务器不堪重负。 2)现有的网络带宽是金字塔结构,城际省际主干带宽仅仅相当 于其所有用户带宽之和的 5%。如果全部使用单播协议,将造成网络 主干不堪重负。 现在的 P2P 应用就已经使主干经常阻塞。 而将主干扩 展 20 倍几乎是不可能。 2.广播: 主机之间一对所有的通讯模式, 网络对其中每一台主机发出的信 号都进行无条件复制并转发,所有主机都可以接收到所有信息(不管 你是否需要) ,由于其不用路径选择,所以其网络成本可以很低廉。 有线电视网就是典型的广播型网络, 我们的电视机实际上是接受到所 有频道的信号,但只将一个频道的信号还原成画面。在数据网络中也 允许广播的存在,但其被限制在二层交换机的局域网范围内,禁止广 播数据穿过路由器,防止广播数据影响大面积的主机。 广播的优点: 1)网络设备简单,维护简单,布网成本低廉 2)由于服务器不用向每个客户机单独发送数据,所以服务器流

量负载极低。 广播的缺点: 1)无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。 2)网络允许服务器提供数据的带宽有限,客户端的最大带宽= 服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持 100 个频道(如果采 用数字压缩技术,理论上可以提供 500 个频道) ,即使服务商有更大 的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干,也无法超过此极限。也 就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。 3)广播禁止允许在 Internet 宽带网上传输。 3.组播: 主机之间一对一组的通讯模式, 也就是加入了同一个组的主机可 以接受到此组内的所有数据, 网络中的交换机和路由器只向有需求者 复制并转发其所需数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组, 网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据, 即只将组内数据 传输给那些加入组的主机。这样既能一次将数据传输给多个有需要 (加入组)的主机,又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机 的其他通讯。 组播的优点: 1)需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流,节 省了服务器的负载。具备广播所具备的优点。 2)由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发, 所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。 协议允许有 IP

2 亿 6 千多万个组播,所以其提供的服务可以非常丰富。 3)此协议和单播协议一样允许在 Internet 宽带网上传输。 组播的缺点: 1)与单播协议相比没有纠错机制,发生丢包错包后难以弥补, 但可以通过一定的容错机制和 QOS 加以弥补。 2)现行网络虽然都支持组播的传输,但在客户认证、QOS 等方 面还需要完善,这些缺点在理论上都有成熟的解决方案,只是需要逐 步推广应用到现存网络当中。 五、IEEE802 标准系列 IEEE802.1------局域网体系结构 IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC) IEEE802.3-------CSMA/CD 访问控制方法与物理层规范 IEEE802.4-------Token-Bus 访问控制方法与物理层规范 IEEE802.5-------Token-Ring 访问控制方法 IEEE802.6-------城域网访问控制方法与物理层规范 IEEE802.7-------宽带局域网访问控制方法与物理层规范 IEEE802.8-------FDDI 访问控制方法与物理层规范 IEEE802.9-------综合数据话音网络 IEEE802.10------网络安全与保密 IEEE802.11------无线局域网访问控制方法与物理层规范 六、总结。 七、网络作业(在线作业) 。


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