局域网与城域网
计算机网络 局域网和城域网
计算机网络局域网和城域网计算机网络：局域网和城域网在当今数字化的时代，计算机网络已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
从我们日常使用的互联网到企业内部的专用网络，网络的存在使得信息能够快速、高效地传递。
在计算机网络的大家族中，局域网和城域网是两个重要的成员，它们各自有着独特的特点和应用场景。
先来说说局域网，也就是 Local Area Network，简称 LAN。
它通常覆盖的范围相对较小，比如一个办公室、一栋教学楼、一个家庭或者一个工厂等。
想象一下，在一个公司里，各个部门的电脑需要相互连接，共享文件、打印机等资源，这时候就需要搭建一个局域网。
局域网的优点那可是不少。
首先，它的数据传输速度通常比较快。
因为范围小，信号传输的距离短，所以数据能够在短时间内到达目的地，这对于需要快速处理大量数据的工作来说非常重要。
其次，局域网的安全性相对较高。
由于其范围有限，外部人员不容易接入，能够有效地防止未经授权的访问和数据泄露。
再者，局域网的搭建和维护成本相对较低。
对于一个小范围的区域，所需的硬件设备和网络布线不会太复杂，也不需要投入大量的资金。
在局域网中，常见的拓扑结构有星型、总线型和环型等。
星型结构就像是一个中心节点连接着多个分支，中心节点通常是交换机或者集线器，其他设备都通过线缆连接到这个中心节点上。
这种结构的优点是易于扩展和管理，如果某个分支出现问题，不会影响到其他分支的正常运行。
总线型结构则是所有设备都连接在一条总线上，数据在总线上传输。
它的优点是成本低，但缺点也很明显，如果总线出现故障，整个网络就会瘫痪。
环型结构则是设备连接成一个环形，数据沿着环形线路单向传输。
这种结构的可靠性相对较高，但同样存在单点故障的问题。
接下来，咱们再聊聊城域网，也就是 Metropolitan Area Network，简称 MAN。
城域网覆盖的范围比局域网要大，通常可以覆盖一个城市或者城市的一部分区域。
它可以将多个局域网连接在一起，实现城市范围内的资源共享和信息交换。
计算机网络的分类与主要协议介绍
计算机网络的分类与主要协议介绍计算机网络已经成为现代社会不可或缺的一部分，它连接了世界各地的计算机和设备，使得信息的交流和共享变得更加便捷和高效。
计算机网络根据其规模、拓扑结构和使用的协议等因素进行分类。
此外，主要的协议在计算机网络中发挥着至关重要的作用。
本文将详细介绍计算机网络的分类以及主要的协议。
计算机网络的分类：1.按照覆盖范围分类：- 局域网（LAN）：局域网是一个较小范围的网络，通常被限制在一个建筑物或者一组建筑物内。
它通常用于连接企业、学校或家庭中的一组计算机和设备。
局域网常见的协议有以太网。
- 城域网（MAN）：城域网覆盖的范围较大，可以连接城市中的多个局域网。
城域网的协议包括DSL和光纤等。
- 广域网（WAN）：广域网覆盖的范围更广阔，可以跨越城市、国家甚至是大洲。
Internet就是一个典型的广域网。
广域网常用的协议有TCP/IP。
2.按照拓扑结构分类：- 总线型网络：总线型网络使用一根共享的传输介质，所有的计算机和设备共享这条传输介质。
它的特点是简单、易部署，但同时也容易发生冲突和传输瓶颈。
其代表性协议是以太网。
- 星型网络：星型网络中，所有的计算机和设备都连接到一个集线器或交换机上，从而形成一个星形的拓扑结构。
星型网络具有良好的可扩展性和稳定性，是现代局域网常用的拓扑结构。
- 环形网络：环形网络中，计算机和设备按照环形的顺序连接，最后一个节点连接到第一个节点上，形成一个闭合的环。
环形网络能够提供高带宽和可靠性，但预算因为使用了双向传输路径。
3.按照使用的协议分类：计算机网络使用了许多协议来管理和控制数据的传输和交换。
以下是一些主要的协议介绍：- TCP/IP协议：TCP/IP协议是计算机网络中最基本且最重要的协议，它定义了数据在网络中的传输方式和规则。
TCP（传输控制协议）负责将数据分割为小包进行可靠的传输，而IP（互联网协议）负责寻找和连接不同的网络。
- HTTP协议：HTTP协议（超文本传输协议）用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本。
局域网、城域网、广域网
局域网、城域网、广域网本文档旨在为读者提供关于局域网、城域网和广域网的详细信息和使用指南。
以下内容将分别介绍局域网、城域网和广域网的定义、特点、构成和应用。
一：局域网1.定义：局域网（Local Area Network，LAN）是指在有限的地理范围内连接在一起的计算机网络。
2.特点：a. 小范围：局域网通常覆盖的范围较小，如办公室、校园等。
b. 高速：局域网内的传输速度较快，通常使用以太网等高速传输技术。
c. 高稳定性：局域网内设备连接稳定可靠，故障率较低。
3.构成：a. 交换机：用于连接局域网中的各个设备，以实现数据传输和通信。
b. 主机：在局域网中提供主要服务和资源的计算机。
二：城域网1.定义：城域网（Metropolitan Area Network，MAN）是指在城市范围内覆盖的计算机网络。
2.特点：a. 中等范围：城域网通常覆盖城市或城镇的范围，比局域网范围更大。
b. 中速：城域网的传输速度较局域网慢，但比广域网快。
c. 高可靠性：城域网连接设备可靠，通信稳定性较高。
3.构成：a. 路由器：在城域网中负责数据转发和路由选择的设备。
b. 光纤电缆：城域网通常使用光纤电缆作为传输介质。
三：广域网1.定义：广域网（Wide Area Network，WAN）是指连接跨越较大地理范围的计算机网络。
2.特点：a. 大范围：广域网覆盖范围较大，可以跨越城市、国家甚至跨越大陆。
b. 低速：受到地理距离和传输设备等因素的影响，广域网的传输速度相对较慢。
c. 低稳定性：由于各种外部因素的干扰，广域网故障率相对较高。
3.构成：a. 网关：广域网中提供路由和数据转发功能的设备。
b. 传输介质：广域网通常使用方式线路、光纤等媒介进行数据传输。
附件：1.局域网示意图：附图1详细展示了局域网连接设备和关系。
2.城域网示意图：附图2展示了城域网的覆盖范围和连接方式。
3.广域网示意图：附图3展示了广域网跨越大范围的连接方式。
第四章局域网和城域网
4.2.2 IEEE802标准
IEEE(电气电子工程师学会)
802委员会专门致力于局域网的发展 IEEE 802.x网络通信协议系列服务于局域网通
信 802系列协议的两个基本思想
将局域网作为网络的最小组成单位进行描述 针对于不同的局域网拓扑结构，不同的传输媒体，
纯ALOHA协议
起源：最早用于无线网，用来连接夏威夷群岛和船舰 之间的无线通信，其思想可用于各种共用的传输介质。
工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上； 规定时间（数据最长的往返时间+一小段固定时间） 内若收到应答，表示发送成功；否则重发
重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次 冲突，则再等待一段随机的时间，直到重发成功为止。 等待随机时间是为了减少再次冲突的可能性。
纯ALOHA的工作原理
纯ALOHA协议
缺点：极容易冲突 性能：网络负载≤ 0. 5 吞吐量≤ 0. 184
纯ALOHA的性能分析
假定一个帧时T0内产生的帧数服从泊松分布 T0 的含义：独占信道时成功发送一帧所用的时间
T0=帧长度/数据速率 Frame
主要性能参数：
S——吞吐率（吞吐量、信道利用率），T0 内成功发送的帧数 0≤ S ≤ 1
对于同一种LLC层实现，可提供几种不同的 MAC选择。
局域网参考模型中各层主要功能
物理层的主要功能是：
信号的编码与译码； 为进行同步用的前同步码（preamble）的产生与去除； 比特的传输与接收。
MAC子层主要功能：
发送方将 LLC 送来的数据封装成帧，帧中包含地址、差错控制、 流量控制等字段。
计算机网络按照覆盖范围可以分为局域网
计算机网络按照覆盖范围可以分为局域网、城域网和广域网。
1）局域网LAN（Local Area Network）局域网的分布于一个间房、每个楼层、整栋楼及楼群之间等，范围一般在2km以内，最大距离不超过10km。
它是在小型计算机和微型计算机大量推广使用之后过逐渐发展起来的。
一方面，它容易管理与配置；另一方面，容易构成简洁整齐的拓朴结构。
局域网速率高，延迟小，传输速率通常为10Mpbs-2Gbps.因此，网络节点往往能对等地参与对整个网络的使用与监控。
再加上成本低、应用广、组网方便及使用灵活等特点，深爱用户欢迎，是目前计算机网络技术发展中最活跃进的一个分支。
局域网的物理风络通常只包含物理层和数据链路层。
2）城域网MAN（Metropolitan Area Network）城域网是介于广域网与局域网之间的一种大范围的高速网络，它的覆盖范围通常为几公里至几十公里。
随着使用局域网带来的好处，人们逐渐要求扩大局域网的范围，或者要求将己经使用的局域网互相连接起来，使其成为一个规模较大的城市范围内的网络。
因此，城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司与社会服务部门的计算机连网需求，实现大量用户、多种信息传输的综合信息网络。
城域网主要指在型企业集团、ISP、电信部门、有线电视台和政府构建的专用网络和公用网络。
3）广域网WAN（Wide Area Network）4）广域网的覆盖范围很大、几个城市，一个国家，几个国家甚至全球都属于广域网的范畴，从几十公里到几千或几万公里。
由于广域网公布距离在主远，其速率要比局域网低得多。
另外在广域网中，网络之间连接用的通信线路大多租用专线，当然也有专门铺设的线路。
为什么网络有局域网、城域网和广域网之分
为什么网络有局域网、城域网和广域网之分网络是一个庞大的概念，从最初的ARPANET到如今的万维网，网络在不断地发展和演变。
而随着网络的发展，人们需要建立更加高效和便捷的网络连接，于是便出现了局域网、城域网和广域网之分。
那么为什么网络有这样的分法呢？下面我们来详细解析一下。
一、什么是局域网、城域网和广域网？1. 局域网（LAN）局域网是指在办公楼、图书馆、校园、住宅区等范围较小的地方，通过有线或无线方式连接的设备所构成的互联网。
它是一个封闭的网络环境，主要用于私人、内部通信和资源共享。
2. 城域网（MAN）城域网是指在一个城市内，在一定范围内的地域内建立起的计算机网络。
城域网是构成广域网的基础，在同一城市的机构、公司或企业之间连接，主要用于数据交换和通信。
3. 广域网（WAN）广域网是指跨越区域较大的几个城市、地区、甚至整个国家，各类设备通过通信线路相互连接所构成的计算机网络。
广域网是一个原本独立的网络，它将多个局域网或城域网连接在一起，使之形成一个大网络。
二、为什么要分成局域网、城域网和广域网？1. 网络性质不同不同的网络性质会对网络的传输速率、通信方式和通信距离等方面有所影响；局域网一般采用低成本和易操作的设备，而广域网则需要高性能的交换机和路由器。
2. 网络规模不同不同规模的网络需要不同的网络拓扑结构和连接方式。
局域网内设备数量相对较小，一般采用总线型、环形或星型拓扑结构，而广域网内设备数量较大，一般采用树形或网状结构。
3. 网络安全和可靠性要求不同局域网只是一个封闭的网络环境，所需的安全和可靠性相对较低，而广域网需要高度的可靠性和安全性，因为网络中涉及到的数据往往会跨越不同的机构和地域。
4. 使用闲置资源局域网和城域网可以使用闲置的网络资源，例如共享打印机、网络硬盘等设备；而广域网则常常需要租用专线和服务器等硬件设备，成本相对较高。
三、局域网、城域网和广域网的特点和优缺点1. 局域网的特点和优缺点特点：局域网通信距离短，传输速率快，设备数量不多，容易管理和维护。
局域网与城域网考前练习
局域网与城域网考前练习在当今数字化的时代，网络已经成为了我们生活和工作中不可或缺的一部分。
其中，局域网（Local Area Network，LAN）和城域网（Metropolitan Area Network，MAN）是两种常见的网络类型。
对于即将面临相关考试的同学们来说，深入理解和掌握这两个概念及其相关知识至关重要。
接下来，让我们一起进行一次全面的考前练习。
首先，我们来了解一下局域网。
局域网通常是在一个相对较小的地理范围内，比如一个办公室、一栋建筑物或者一个校园内构建的网络。
它能够实现计算机、打印机、服务器等设备之间的资源共享和信息交换。
局域网的特点有很多。
从覆盖范围来看，一般局限在几十米到几千米之间。
在传输速度方面，往往能达到较高的速率，比如常见的100Mbps、1000Mbps 甚至更高。
而且，局域网的延迟通常较低，数据传输的可靠性也相对较高。
局域网的拓扑结构主要有总线型、星型、环型和树型等。
总线型结构中，所有设备都连接在一条共享的总线上；星型结构则是以一个中心节点为核心，其他设备与之相连；环型结构中，设备依次连接形成一个环形；树型结构则是一种分层的结构。
在局域网中，常用的传输介质包括双绞线、同轴电缆和光纤等。
双绞线成本较低，常用于较短距离的连接；同轴电缆具有较好的抗干扰能力；光纤则能够提供极高的传输速度和较远的传输距离。
接下来，我们再看看城域网。
城域网的覆盖范围比局域网要大，通常涵盖一个城市或者城市的一部分区域。
它可以将多个局域网连接起来，实现更大范围内的资源共享和通信。
城域网的主要特点包括覆盖范围较广、传输速度较高、能够支持多种业务等。
其拓扑结构相对较为复杂，可能是多种结构的组合。
城域网中常用的技术有以太网、ATM（异步传输模式）等。
以太网在局域网中广泛应用，在城域网中也有一定的地位；ATM 则具有较高的服务质量保证能力。
在构建局域网和城域网时，我们需要考虑很多因素。
比如网络的性能需求，包括带宽、延迟、可靠性等；还有成本预算，不同的设备和技术成本差异较大；安全性也是不容忽视的，要防止未经授权的访问和数据泄露。
计算机网络应用 按地理范围分类
计算机网络应用按地理范围分类计算机网络的规模有大有小，其小到一个公司，大到一个城市、一个国家等。
因此，按照计算机网络所覆盖的地理范围不同可以将其划分为局域网（LAN，Local Area Network）、城域网（MAN，Metropolitan Area Network）和广域网（WAN，Wide Area Network）三种类型。
1．局域网（LAN，Local Area Network）局域网是一种在有限的地理范围内构成的规模相对较小的计算机网络，其覆盖范围通常小于20km。
例如，将一座大楼或一个校园内分散的计算机连接起来的网络都属于局域网，其典型局域网结构如图1-11所示。
图1-11 局域网结构图局域网具有计算机间分布距离近、组网成本低、组网方便、数据传输可靠性高及使用灵活等特点。
因此，它深受欢迎，是目前计算机网络技术发展最为活跃的分支。
2．城域网（MAN，Metropolitan Area Network）城域网是介于局域网和广域网间的一种大范围的高速网络。
其覆盖范围一般是在一个城市或一个地区，距离从几十公里到上百公里。
它通常包括若干个彼此互联的局域网，以便于在更大范围内进行信息的传输与共享。
其典型城域网络结构，如图1-12所示。
计算机计算机计算机计算机图1-12 城域网结构城域网具有传输介质相对复杂、数据传输距离相对局域网要长、信号容易受到外界因素的干扰、组网较复杂，并且组网成本高等特点。
3．广域网（WAN，Wide Area Network）广域网也称为远程网。
一般是指将众多的城域网、局域网连接起来，从而实现计算机远距离连接的超大规模计算机网络。
其数据传输距离从几百公里到几万公里，地理覆盖范围包括若干城市、地区、省甚至国家。
其网络结构，如图1-13所示。
广域网的特点是传输介质极为复杂，且由于传输距离较长，使得数据的传输速率较低、且在传输过程中容易出现错误，所采用的技术也最为复杂。
计算机图1-13 广域网结构。
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点对点全双工通信引入局域网，作为高速链路
1.1 引言
LAN与WAN
当年
MAN：并未出现 WAN：与LAN并列
当年认为
LAN只能覆盖楼宇，覆盖楼群已是不易 城域覆盖只能采用广域网技术实现 局域网的城域互连通常由运营商的广域网实现
LanMan
2010秋
1.1 引言
当今的MAN
LAN的城域互连已有大量需求 MAN技术：性能与成本均已不错 MAN与LAN：技术思路相同、标准化机构相同
LanMan
2010秋
1.3.4 局域网拓扑结构的演进
当前的局域网：网络结构相当复杂
完全改变了结构，与复杂的广域网相像 有两个重要的特点：
拓扑：结构复杂、分为两个层次。 节点分为两种类型：端节点、中继节点
LanMan
2010秋
1.3.4 局域网拓扑结构的演进
网络拓扑：核心层、接入层
两个层次：核心层与接入层
核心层也称主干网（backbone）
通常使用单台核心交换机，主干速率常为1000Mb/s 通过楼内的垂直主干光缆连接多台接入交换机
LanMan
2010秋
1.3.1 园区级网络
园区级网络
覆盖一个园区的多个建筑物
覆盖直径可以长达数公里
多园区结构：可以覆盖几十公里
互连各种位于后台的服务设备 为服务器高质量的服务提供基础网络环境
高性能接入
数据中心网络是高吞吐率高可靠性的局域网
主干速率可达10Gb/s 设备接入速率可达1000Mb/s
直接接入园区网络的中心交换机 直接接入互联网的核心网络
LanMan
2010秋
1.3.3 互联网中的局域网
城域运营级公众网络
已有
早期： DQDB、IEEE 802.6，未能实用 SDH传输：承载效率不高
当前
认识：采用与局域网相同的系统结构
802委员会：扩展为LAN/MAN委员会
有线主干网（802.17）、无线接入网（802.16）
LanMan
2010秋
局域网/城域网：发展简图
IEEE 802的版本更新反映了
深刻的技术变革对LAN/MAN系统结构的改变 重点：LAN/MAN框架的演进 面对21世纪，LAN/MAN框架和定义的新描述
LanMan
2010秋
1.4.2 局域网的定义
最适合于中等大小的地理区域的数据网络
如一幢办公楼、一个仓库、一个园区 也常用于更小的地域，
LanMan
2010秋
1.4.2 局域网的定义
站点之间可以直接通信：点对点、点对多点
对等通信网络，不必通过任何中间节点交换
使用交换机构建交换式局域网
早期的局域网技术都使用共享介质、全广播通信 使用网桥构建局域网现在已经非常流行
注意：交换机是一种高速的硬件化网桥
可以大大提高网络吞吐量、增加网上工作站数量 网桥可以限制广播和组播通信
基于分组与无连接模式
IP网络的一统天下：以太网的独占鳌头 这一点：不广为人知，然而极为重要
LanMan
2010秋
1.3.4 局域网拓扑结构的演进
早期局域网的两个特点
拓扑结构简单
总线拓扑、星型拓扑或环型拓扑
不区别端系统与中继系统
联网设备通过NIC连接在共享的传输介质上 网络上只能看见计算机：PC机与服务器
网桥的功能是互连多个局域网
通过上下文理解通常可正确判断
LanMan
2010秋
1.2 局域网与城域网的发展
发展阶段
70年代：大量的技术 80年代：众多的标准 90年代：技术的汇聚 21世记：全面的更新
LanMan
2010秋
1.2.1 局域网的发展简史
70年代的技术
计算机网络：全面的基础研究 广域网络：着重于路由的研究 局域网络：介质/拓扑/MAC协议、三者关联
用户接入网
分中心交换机连接各个楼宇的接入交换机
园区级网络的规模
主干交换机：可达数十台 接入交换机：可达数百台 接入计算机：可达上万台
LanMan
2010秋
1.3.2 数据中心网络
互联网数据中心、数据中心
IDC ：Internet Data Center 提供7×24运行的电信级机房环境 放置服务器
最常见最直观的分类方式，可分为3类
办公室网络 楼宇级网络 园区级网络
LanMan
2010秋
1.3.1 园区级网络
办公室网络
一种简单的局域网，又称为工作组网络 覆盖一个房间或临近的几个房间 使用一台交换机接入几十台计算机 用于少量的实验室、办公室联网 也可用于网络教室
当今
802.3：高速率、大覆盖、高可靠 802.11：进展飞速、应用普遍展开
LanMan
2010秋
1.2.3 当前的局域网
IEEE 802.3：以太网
增补：802.3a~802.3as 介质：双绞线、多模光纤、单模光纤
速率：10Mbit/s -> 10GMbit/s，100GMbit/s 距离：40km、70km，3000km
交换机与交换网、虚拟局域网、运营级网络
IEEE 802.11：无线局域网
无线接入网的主力
正在发展大规模的应用级协议
速率：2Mbit/s -> 54Mbit/s，300/600Mbit/s
LanMan
2010秋
1.2.4 城域网的发展
需求
高性能局域网的城域互连
园区级互连：校园网 教育城域网、电子政务城域网
1980/1990’s
802.22/WRAN 802.20/MBWA
802.17/RPR 802.16/FBWA 802.15/WPAN
802.11/WLAN 802.3/Enet
2000’s
2010秋
1.3 局域网的基本结构
1.3.1 园区级网络 1.3.2 数据中心网络 1.3.3 互联网中的局域网 1.3.4 局域网拓扑结构的演进
通信子网与资源子网
局域网也分成这两个层次 通信子网由网络设备和传输设施构成 传输设施
有源通信设备 无源线缆设施
网络基础设施
由通信子网构成 信息化建设需要强大的基础设施
LanMan
2010秋
1.4 局域网的定义
1.4.1 局域网的总体标准 1.4.2 局域网的定义
80年代的标准
例如：IEEE 802.3 ~ 802.14
90年代的汇聚
仅存：802.3与802.11
21世记的更新
速率提升、覆盖扩大 无线技术全面进入 从用户级专网进军运营级公众网
LanMan
2010秋
1.2.2 局域网的技术变迁
当年
802.3：廉价的过渡技术 802.4：适合制造业、实时性可靠性好 802.5：性能十分好，进化的方向 FDDI：主干网的首选，甚至可用于城域网 ATM局域网与综合业务局域网
连接校园网中的总校与分校
也称为校园网：最初流行于大学校园
campus network
这种结构广泛用于大型的企业网络与政府网络
LanMan
2010秋
1.3.1 园区级网络
园区级网络的结构：相对复杂
大体上分为两个层次：核心层（主干层）、接入层 园区主干网
建筑物之间预先敷设有室外光缆 室外光缆互连主干交换机：中心交换机与分中心交换机
LAN/MAN并列：成为本书的统一主题
MAN已经崛起 与LAN位于同一系统结构
LanMan
2010秋
1.1 引言
关于术语局域网（LAN）
可能有多种含义 通常是泛指：LAN&MAN
CH03：局域网的协议体系结构
有时是专指：LAN
以太网技术已经从局域网延伸到城域网
特定场合：专指某一类甚至具体的LAN
Web服务器、应用服务器、数据库服务器
放置存储系统
存储网络、高性能的存储设备
放置网络监控设备
网管工作站、服务水平监视、网络安全监控
LanMan
2010秋
1.3.2 数据中心网络
显著区别于普通网络
看不见普通用户 没有一般的PC机上网
后端网络（backend network）
端系统：构成接入层节点
ES：End System 主要功能：数据处理 典型系统：计算机，服务器与PC
本书重点：LanMan中的中继系统
LanMan
2010秋
1.3.4 局域网拓扑结构的演进
计算机网络基本结构图
主机
节点 通信子网
LanMan
通信子网 资源子网
2010秋
1.3.4 局域网拓扑结构的演进
小覆盖的技术延伸到大覆盖的场合
LanMan
2010秋
1.1 引言
LAN、MAN、WAN
局域网：LAN
Local Area Network
城域网：MAN
Metropolitan Area Network
广域网：WAN
Wide Area Network
LanMan
2010秋
如小型办公室、单个实验室、家庭 甚至可以桌面级的应用，如少数成员之间的对等通信
数据通信速率比较高、传输时延很短 局域网通信的基本方式是基于变长分组
网络通信传输的基本数据单元