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  • 局域网也叫局部网。一般将微机通过高速通信线路相连,范围一般在几百米到几千米,经常运用于一个大楼内部或一组紧邻的建筑群之间,也可以是几间或一间办公室。下面所介绍的就是局域网局域网一般分为令牌网和以太网...
  • 详细的讲述了局域网概念组成,以及如何组建局域网
  • 局域网概念

    千次阅读 2016-12-28 21:57:13
    介质访问控制的概念介质访问控制(MAC)是所有共享介质类型的局域网的共性问题 共享介质:连接多台计算机的同轴电缆,双绞线与光纤等 多路访问:多个主机需要通过一条共享介质发送和接受数据 冲突:如果两个或多...

    博文目录

    一、介质访问控制
    - 1.介质访问控制的概念
    - 2.介质访问控制方法
    二、Ethernet(以太网)基本工作原理
    - 1. Ethernet数据发送过程分析和CSMA/CD的工作原理
    - 2.Ethernet帧结构
    - 3.Ethernet物理地址的唯一性
    - 4.Ethernet物理层的标准命名方法
    三、交换式局域网
    - 1.局域网交换机的工作原理
    - 2.端口/MAC映射表的建立和维护
    - 3.交换机的带宽计算
    四、虚拟局域网(VLAN)
    五、Ethernet组网设备和方法
    - 1. 10Base-5,10Base2和中继器
    - 2. 集线器
    - 3. 交换机
    六、局域网互连和网桥
    - 1. 网桥的基本概念
    - 2. 网桥的工作流程
    - 3. 生成树协议
    七、网桥与中继器、集线器、交换器的比较

    一、介质访问控制

    1.介质访问控制的概念

    介质访问控制(MAC)是所有共享介质类型的局域网的共性问题
    共享介质:连接多台计算机的同轴电缆,双绞线与光纤等
    多路访问:多个主机需要通过一条共享介质发送和接受数据
    冲突:如果两个或多个主机同时在一条共享介质发送数据,造成接受主机无法正确接受发送主机的数据

    2.介质访问控制方法

    为解决冲突,所以出现了介质访问控制方法,而常见的三种介质访问控制方法,对应着三种不同类型的局域网:
    1. 冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)控制方法 —— 总线型Ethernet(以太网)
    2. Token Bus(令牌控制)—— 令牌总线型局域网
    3. Token Ring (令牌控制) —— 令牌环状局域网

    2.1 三种方法的共同之处:

    1. 都遵循IEEE802层次结构模型
    2. 传输介质主要采用了同轴电缆,双绞线和光纤
    3. 采用共享介质的方式都是发送和接受数据帧
    4. 介质访问控制都采用了分布式控制访问方法,局域网没有集中控制的主机

    这里写图片描述

    2.2 三种局域网的不同之处

    (1)CSMA/CD 总线型局域网

    这里写图片描述

    CSMA/CD的特点:
    1. 所有节点连在同一个总线上,且一个时刻只允许一个节点发送数据
    2. 当一个节点以广播方式发送数据,其它节点只能通过收听方式接受数据
    3. CSMA/CD是随机性介质访问控制方法,节点获得数据发送权是随机的
    4. 两个以上节点发送数据会产生冲突
    5. CSMA/CD用得最多,主要在以太网上

    (2)Token Bus

    这里写图片描述

    Token Bus的特点:
    1. 节点持有令牌才能通过总线发送数据
    2. 令牌持有时间(THT)规定了节点获取令牌发送数据占用的最大时间
    3. 一个节点两次获得令牌的间隔时间为:T = N * (THT + Tr + Tc)。N为节点总数,Tr为令牌在两个相邻节点的传播时间,Tc为节点接受,处理帧与令牌的时间
    4. 预先会确定节点获得令牌的顺序

    (3)Token Ring

    这里写图片描述

    Token Ring的特点:
    1. Token Ring的结点通过网卡和点到点线路形成环状结构
    2. Token Ring的令牌存在一个MAC控制帧,标志令牌的忙/闲
    2. 当节点1获得了令牌后,目的地址为节点3。首先令牌标志位变为忙,然后传输数据,从1 —> 2 —> 3后,节点3接受到数据帧后,在数据帧标记已接受到数据的标志。接着令牌从3 —> 4 —> 5 —> 1回到节点1,节点1重新接受数据帧,发现有节点3确认接受的标志,于是回收掉数据帧,再把令牌改为闲,传给下一个节点。
    3. Token Ring适合重负载的应用领域

    二、Ethernet(以太网)基本工作原理

    以太网采用介质访问控制方法是CSMA/CD:CS(载波侦听),MA(多路访问),CD(冲突检测)

    1. Ethernet数据发送过程分析和CSMA/CD的工作原理:

    很多人(节点)在同一个黑屋子(局域网)里举行讨论会,参加会议的人只能听到声音。每一个人讲话前必须先倾听(载波侦听),等到安静时才能说话;安静时,每一个人都有同等机会说话(多路访问);如果同一时刻多个人讲话,大家都无法听清楚发言(冲突);发言人(发送数据的结点)在发言过程中要及时发现是否有冲突(冲突检测);如果发言人发现冲突,这时他要停止讲话,然后重复上述过程,直到讲话成功,如果失败次数太多,他会放弃讲话。

    总结来说,CSMA/CD的发送过程就是:先听后发,边听边发,冲突停止,延迟重发。

    1.2 载波侦听过程

    以太网的物理层规定发送的数据采用曼彻斯特编码方式,因此如果总线上出现了曼彻斯特编码规律,说明总线忙;总线电平不发生跳变,说明总线闲。

    这里写图片描述

    1.2 冲突检测方法

    有一种极端的情况,节点A向节点B发送数据,在数据信号快到达节点B时,B也发送了数据,此时冲突发生了,如果定义D为总线长度,V为电磁波传播速度,t为传播延迟(指发送到目的节点的时间),那么t = D / V。所以发生冲突时,最大的传播延迟为A到B和B到A的传播延迟即2t。

    冲突窗口:如果超过两倍的传播延迟2t内都没有检测到冲突,就肯定该节点发送数据成功,因此2t = 2(D/V)称为冲突窗口。

    最小帧长度Lmin,发送速率S和冲突窗口的关系:
    Lmin / S >= 2D/V
    也就是要求发送的数据帧的时间要大于等于冲突窗口,才能保证发送成功。

    2.Ethernet帧结构

    Ethernet帧结构分为两种标准:Ethernet V2.0(DIX帧结构)和Ethernet V3.0

    这里写图片描述

    1. Ethernet V2.0(DIX帧结构)和Ethernet V3.0的差异主要体现在前导码,类型和长度。
    2. 类型指的是高层网络层使用的协议类型,0x0800表示IPv4,0x8106表示IPv6
    3. 帧校检字段是用的是32位的CRC校检

    3.Ethernet物理地址的唯一性

    Ethernet物理地址是一个48为地址,前三个字节是生产Ethernet网卡的公司标识,最后三个字节由网卡的公司自行分配,这保证了全球任何一个Ethernet物理地址都是唯一的。
    Ethernet物理地址的表示由前三个字节和后三个字节表示:
    02-01-00-2A-10-C3

    4.Ethernet物理层的标准命名方法

    IEEE 802.3 标准定义Ethernet介质访问控制子层与物理层的协议标准
    命名格式:IEEE 802.3 X Type- Y Name
    X表示数据传输速率,单位为Mbps
    Y表示网段的最大长度,单位为100m
    Type表示传输方式是基带还是频带(Base表示基带)
    Name表示局域网的名称

    例如:
    (1)IEEE 802.3 10 Base-5 表示传输速率为10Mbps,基带传输,使用粗同轴电缆,最大长度为500m
    (2)IEEE 802.3 10 Base-2 表示传输速率为10Mbps,基带传输,使用细同轴电缆,最大长度为200m
    (1)IEEE 802.3 10 Base-T 表示传输速率为10Mbps,基带传输,使用双绞线

    三、交换式局域网

    前面讲的是传统的共享型局域网,所有节点共享一个传输介质,会导致冲突。随着节点不断增多,网络效率就会急剧下降,因此出现了交换式局域网。
    交换式局域网是通过集成电路交换芯片在多个端口之间形成虚连接,实现多个端口之间的帧的并发传输

    交换机具有以下四个功能:
    1. 建立和维护一个表示MAC地址和交换机端口号的对应关系的映射表
    2. 在发送主机和接受端口之间建立虚连接
    3. 完成帧的过滤和转发
    4. 执行生成树协议,放置出现环路

    1.局域网交换机的工作原理

    这里写图片描述

    端口号/MAC地址映射表记录着主机地址和交换机端口的对应关系,节点A的地址为0201002A10C3,发送帧的目的地址为0E1002000013,交换机查询到目的地址在映射表中对应的端口号,然后发往该端口主机。

    2.端口/MAC映射表的建立和维护

    交换机通过地址学习检查帧的源地址与端口号之间的对应关系,来不断完成端口号转发表的方法。
    例如:
    节点A通过端口1发送帧,这个帧的源地址是0201002A10C3,然后交换机建立起“端口号1——源地址0201002A10C3”的对应关系,随后交换机查询映射表是否已存在该对应关系,如果不存在,则加入该映射关系到映射表中;如果已存在,则更新该映射关系。

    3.交换机的带宽计算

    交换机带宽 = 端口数 * 相应端口速率(全双工模式再*2)
    当然这是一种理想状况下的带宽,实际上还会有丢帧的情况

    假如一台交换机有24个100Mbps的全双工端口和两个1000Mbps全双工端口,那么交换机的带宽为:
    S = 24 * 100 * 2 + 2 * 2 * 1000 = 8800Mbps = 8.8Gbps

    四、虚拟局域网(VLAN)

    VLAN可以根据交换机的端口,MAC地址,IP地址与网络层协议等方式划分,划分后交换机中会都会有相对应的映射表,例如根据端口号来划分的就是VLAN与端口的映射表
    VLAN的工作原理是:通过交换机,根据端口、MAC地址或IP地址从逻辑上划分不同的局域网

    VLAN中传输的帧不再是Ethernet的标准帧机构,而是使用扩展了Ethernet帧结构的IEEE 802.1Q协议,IEEE 802.1Q在Ethernet的帧结构中增加了VLAN标记。

    VLAN数据帧交换过程

    在VLAN组网过程中,将交换机的一个端口设置为中继端口,中继端口用于不同交换机数据帧传输的接口

    这里写图片描述

    上图中,主机A,C,E,G属于VLAN1,B,D,F,H属于VLAN2。
    节点A发送数据帧给主机G数据交换流程:
    1. 主机A发送的是普通的Ethernet帧到交换机A
    2. 交换机把主机A的帧通过802.1Q协议扩展,在VLAN标记中标记VLAN1,表示此帧来自VLAN1
    3. 交换机A通过 VLAN成员/端口映射表 和 本地端口/MAC地址映射表查找目的主机的位置
    4. 交换机A通过中继端口16发送数据帧到交换机B的中继端口1上
    5. 交换机B接收到数据帧,通过VLAN标识识别到是VLAN1,然后通过VLAN成员/端口映射表 和 本地端口/MAC地址映射表查询到目的地址相对应的端口11,接着把数据发往主机G

    五、Ethernet组网设备和方法

    Ethernet的组网可以通过中继器,集线器和交换机

    1. 10Base-5,10Base2和中继器

    物理层10Base-5,协议规定:同轴电缆的最大长度为500m,实际接入的节点数量不超过100个。当我们需要增长长度或者增加节点数时,可以使用中继器来连接两个电缆,中继器能够连接的传输介质为:粗同轴电缆-粗同轴电缆,粗同轴电缆-细同轴电缆,粗同轴电缆-光缆等。

    这里写图片描述

    中继器额工作原理:
    由于信号经过500m的同轴电缆传输后,已经发生了严重的信号衰退和波形畸变,所以为了在超出500m的缆段传输,使用中继器可以将衰退和变形的信号,经过接受,放大和整形,使得可以发送到它连接的另一个缆段

    中继器的特点:
    1. 中继器工作在物理层,只能对信号进行处理,不属于网络互连设备
    2. 中继器的工作不涉及帧的结构,只能做到增强的效果
    3. 中继器连接的几个缆段仍然属于同一个局域网
    4. 在一个局域网使用中继器的数量是有限制的

    2. 集线器

    早期的Ethernet网主要使用同轴电缆,因此使用中继器比较多。随着10Base-T出现,使用双绞线更好,使用10Base-T时,离不开集线器。

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    例如图中节点A发送了一个数据帧,那么连接在集线器的所有节点都可以接受到该帧。如果有多个节点同时发送数据帧,会发生冲突

    3. 交换机

    这里写图片描述

    六、局域网互连和网桥

    1. 网桥的基本概念

    网桥是实现多个局域网互联的网络设备,是MAC层的互连设备,它不仅可以实现多个相同类型的(如Ethernet与Ethernet)的同构局域网的互联,也可以实现多个不同类型的(如Ethernet与Token Ring)的异构局域网的互联

    网桥的主要功能:
    1. 端口号/MAC地址转发表的生成和维护(这里的端口指的是网桥中连接的局域网,前面的端口对应的是主机)
    2. 帧的接受过滤和转发

    网桥可分为源路由网桥和透明网桥,其中使用透明网桥互联局域网时,转发表是通过自学算法生成的,透明网桥也是比较常用的。

    这里写图片描述

    2. 网桥的工作流程

    1. 首先判断帧的目的MAC地址是单播地址,多播地址还是广播地址
    2. 如果是单播地址,则在转发表中查找该MAC地址对应的端口,如果找不到,则将该帧从其它端口发送出去
    3. 如果网桥有4个连接端口,帧是从端口1进入网桥的。同时帧的目的MAC地址是多播地址或广播地址,那么网桥就会把帧从除了端口1的其他所有端口发送出去。
    4. 如果发送的帧的目的MAC地址的端口跟源地址的端口相同,说明两个主机属于同一个局域网,网桥不需要转发,丢弃该帧

    3. 生成树协议

    当Ethernet交换机组网出现环路的时候,环路使得网桥重复转发同一个帧,增加不必要的网络负荷。为了防止这种情况出现,透明网桥和交换机使用了生成树协议。

    生成树协议:一种链路管理协议,能够自动控制局域网系统的拓扑,形成一个无环路的逻辑结构,使得任意两个网桥或交换机之间,任意两个局域网之间只有一条有效的帧传输协议

    这里写图片描述

    由上图可见,每一个网桥都有以下概念:
    优先级,成本,端口,MAC地址(一般选用端口号较小的MAC地址,例如端口0和端口1,就选用端口0的MAC地址)

    下面来对这个环路网桥分析最佳路径:
    1. 首先选择一个根网桥,根网桥一般选择优先级较小的网桥,如果优先级相同,则选择MAC地址较小的网桥,B1的优先级为0,所以选择B1为根网桥
    2. B2和B3都连接了LAN4,这形成了一个回路,B1—B2的成本为4,B1-B3的成本为4,路径成本相同,于是比较优先级,B3的优先级低于B2,于是选择B3,因此B2连接LAN4的链路可以去掉
    3. B1到B4的最佳路径是:LAN1—LAN3,成本为23
    4. B1到B5的最佳路径是:LAN2—LAN4,成本为104
    5. B1到LAN5有两条路径,B1—B2—B4,成本为23,B1—B5,成本呢为104,所以选择第一条路径,所以B5网桥没有使用的必要,可以去掉
    6. B4连接LAN5有两个端口,端口1优先级小于和端口2,所以选择端口1,去掉端口2

    最终的结构如下:

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    七、网桥与中继器、集线器、交换器的比较

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  • 局域网基本概念和体系结构

    局域网基本概念和体系结构

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  • 无线局域网概念介绍

    千次阅读 2012-10-10 09:34:35
    无线局域网的英文简称是WLAN(Wirel Local Area Network),国内目前使用最多是802.11a/b/g。 频道(Channel) 802.11g可兼容802.11b,二者都使用了2.4G微波频段,最多可以使用14个频道(Channel)。各国的规定的2.4G...

    无线局域网的英文简称是WLAN(Wirel Local Area Network),国内目前使用最多是802.11a/b/g。

    频道(Channel)
    802.11g可兼容802.11b,二者都使用了2.4G微波频段,最多可以使用14个频道(Channel)。各国的规定的2.4G频率范围略有不同,在中国802.11b/g可以使用1-11频道,在同一区域可以有3个互不干扰的频道。家用微波炉也在这一频率范围会对信号有影响。蓝牙也在2.4G内,但蓝牙功率很小因此不会有大的影响。802.11a使用了5G无线频段,在同一区域可以有12个频道,一些高端的迅驰网卡支持802.11a。

    带宽(bandwith)
    802.11b: 11M,5.5M,2M,1M
    802.11g: 54M,48M,36M,24M,18M,12M,9M,6M
    802.11a: 54M,20M,6M

    AP(Acess Point)
    无线接入点,是一种网络设备,无线网卡与AP相连,通过AP与其它网卡交换信号,AP通常还有RJ-45以太网口用以与有线网相连。简单地说AP就象一个Hub。

    Infrastructure
    基础架构通讯方式,无线网卡通过AP进行无线通讯。

    Ad-Hoc
    一种无线网络通讯方式,各个网卡不经过AP直接进行点对点的通讯,当使用人比较少又没有AP但仍然想通过无线方式交互信息时可以用Ad-hoc方式应急。

    SSID(System Set ID)
    SSID用来区分不同的网络,最多可以有32个字符,如我们用的wep.net.sjtu。网卡设置了不同的SSID就可以进入不同网络,SSID通常由AP广播出来,通过XP自带的扫描功能可以相看当前区域内的SSID。出于安全考虑可以不广播SSID,此时用户就要手工设置SSID才能进入相应的网络。

    WEP(Wired Equivalent Privacy)有线等效保密
    为了保证数据能通过无线网络安全传输而制定的一个加密标准,使用了共享秘钥RC4加密算法,密钥长度最初为40位(5个字符),后来增加到128位(13个字符),有些设备可以支持152位加密。使用静态(Static)WEP加密可以设置4个WEP Key,使用动态(Dynamic)WEP加密时,WEP Key会随时间变化而变化。

    开放式与共享式验证(open or shared Authentication)
    无线设备之间认证的模式,通常使用静态WEP加密时使用共享方式,使用802.1x动态WEP加密时使用开放认证方式。

    WPA(Wi-Fi Protected Access)
    Wi-Fi联盟制定的过渡性无线网络安全标准,相当于802.11i的精简版,使用了TKIP(Temporal Key Integrity Protocal)数据加密技术,虽然仍使用RC4加密算法,但使用了动态会话密钥。TKIP引入了4个新算法:48位初始化向量(IV)和IV顺序规则(IV Sequencing Rules)、每包密钥构建(Per-Packet Key Construction)、Michael消息完整性代码(Message Integrity Code,MIC)以及密钥重获/分发。WPA极大提高了无线网络数据传输的安全性但还没有一劳永逸地解决解决无线网络的安全性问题,因此厂商采纳的积极性似乎不高。目前Windows XP SP1可以支持WPA。

    802.1x认证
    静态WEP秘钥难于管理,改变秘钥时要通知所有人,如果有一个地方泄漏了秘钥就无安全性可言,而且静态WEP加密有严重的安全漏洞,通过无线侦听在收到一定数量的数据后就可以破解得到WEP秘钥。802.1x最初用于有线以态网的认证接入,防止非法用户使用网络,后来人们发现802.1x用以无线网可以较好地解决无线网络的安全接入。802.1x 的EAP-TLS通过数字证书实现了用户与网络之间的双向认证,即可以防止非法用户使用网络,也可以防止用户连入非法的AP。802.1x使用动态WEP加密防止WEP Key被破解。为解决数字证书的发放难题人们对TLS认证进行了改进产生了TTLS和PEAP,可以用传统的用户名口令方式认证入网。我校无线网络的802.1x可以同时支持EAP-TLS,TTLS和PEAP。

    WAPI(WLAN Authentication and Privacy Infrastructure)无线局域网认证与保密基础架构
    中国提出的一个无线网络通讯的安全标准,国标代号GB15629.11。

    Wi-Fi
    是Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)的标记,参看http://www.wi-fi.org。Wi-Fi联盟是1999年成立的非盈利性的国际组织,致力于基于802.11的无线网络产品的互通性认证。目前拥有200家会员单位。


    本文转自:http://wlan.sjtu.edu.cn/Article_Print.asp?ArticleID=56


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    2017-11-23 14:34:24
    无线局域网,技术与应用,具体介绍了无线局域网概念,工作原理
  • 一、主要的局域网技术 以太网 令牌环网 FDDI环创作中心网 二、以太网技术发展历程 1973年,Xerox公司提出以太网技术并实现 1980年,Digital Equipment Corporation,Intel,Xerox,三家联合推出10Mbps DIX...
  • 详细介绍了局域网概念、拓扑结构、介质访问控制方式、IEEE局域网标准、共享式以太网、交换式以太网等
  • 3.3.1 局域网基本概念和体系结构 局域网(LAN,Local Area Network) 1.概念:是指某一区域内由多台计算机互连成的计算机组,使用广播信道 2.特点 1.覆盖地理范围小,只在一个相对独立的局部范围内联,如一座或集中...
  • 1、决定局域网与城域网特点的三要素 决定局域网与城域网特点的三要素:网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法。 2、局域网拓扑结构类型 局域网的网络拓扑结构主要分为总线型、环型与星型;网络传输介质主要采用双绞...
  • 虚拟局域网

    万次阅读 2018-05-21 20:47:58
    局域网的发展是虚拟局域网的基础,局域网(LAN)通常是一个单独的广播域,主要由网桥或交换机等网络设备连接同一网段内的所有节点形成。处于同一个局域网之内的网络节点之间可以直接通信,而处于不同局域网段的设备...
  • 文章介绍了无线局域网概念和特点,着重介绍了无线局域网信号传输技术中的扩频通信技术和IEEE 802 . 11、蓝牙技术、HomeRF 、HiperLAN 的标准及规范。

空空如也

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局域网概念