第3章数据链路层(6).ppt
高速局域网的研究方法,第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：10Mb/s100Mb/s10Gb/s；第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发展；第三种方案：将“共享介质方式”改为“交换方式”，导致了“交换式局域网”技术的发展。,交换式以太网,以网络交换机为主干的以太网拓扑仍为星形结构（总线/HUBLAN_SWITCH）为何要使用网络交换机？以太网共享介质网络 共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性能降低，相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段(减少站点数)网络交换总线网络或基于集线器的网络：网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽10/n Mbps；基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的限制，网络总带宽=（n/2n）*10Mbps，每个连接的带宽为10Mbps；,交换机的两种用法(以10Mbps网络交换机为例),(1)端口下接站点：站点独占10Mbps带宽(2)端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽,共享10M,独享10M,共享10M,独享10M,网络交换机Switch,HUB,HUB,交换式局域网基于硬件交换技术,并发连接；共享式局域网与交换式局域网的比较,交换式局域网的工作原理,交换式局域网的基本结构,交换机概述认识一下交换机,交换机，英文名称为Switch，工作在OSI的数据链路层，也称二层交换机，它是一种基于MAC地址(网卡的硬件地址)识别，用于数据帧的转发的设备。,交换机概述以太网交换机工作机制,以太网交换机的每个接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接口，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。,以太网交换机的特点,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(10 Mb/s)的 N 分之一。使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mb/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 对接口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。,独占传输媒体的带宽,地址学习转发/过滤,交换机概述交换机功能,交换机的功能地址学习,初始的MAC地址表为空 交换机通过学习功能来完成写入MAC address table MAC地址表存放在交换机的RAM中,E0 0260.8c01.1111,交换机的功能地址学习（续）,交换机收到数据帧后，查找MAC地址表，没找到，交换机将该数据帧泛洪（flooding）到所有其它的端口上.交换机将收到的frame的源地址及与之相连的端口写入MAC地址表学习,0260.8c01.4444,E0:0260.8c01.1111,交换机的功能地址学习(续）,如果交换机连接的所有主机都发送过数据帧，就可以建立起一个完整的MAC地址表MAC地址表是动态变化的，如果在一定时间内某一主机没有新的数据帧发送，则相应的表项将被清除,交换机的功能转发与过滤,如果数据帧的目的MAC地址在MAC地址表中有相应的表项，则交换机将该数据帧直接发往对应的端口（转发），从而保证其它端口上的主机不会收到无关的数据帧（过滤）广播帧和组播帧仍将被泛洪（flooding）到除接收端口以外的所有其它端口,存储转发方式(Store and forward)数据帧在进入使用存储转发方式的交换机后会停留一段时间。在这段时间内进行全面的差错检测。如果接收到的帧正确，转发出去。直通方式(Cut through)数据帧进入交换机后，只要被交换机检测出目的地址字段，就立即被转发出相应端口，不做任何检错也不管这一数据帧是否出错。无碎片转发方式(Fragment free)数据帧进入使用该种方式的交换机后，稍作停留。在交换机对帧的前64字节检错后，如果前64字节正确则转发出去。,交换机概述数据帧转发方式,冲突域与广播域,HUB 为共享端口，连接的各结点处在同一个网段，位于一个冲突域（物理上连在一起可能发生冲突的网络分段）；而交换机为独享端口，每个端口的网段构成一个冲突域。HUB 和交换机都会在端口间转发 MAC 广播帧，因此 HUB、网络交换机连接的所有结点都处在同一个广播域中。,交换网络中的问题,广播域,安全,广播,在交换机组成的局域网络里所有主机都在同一个广播域内,通过路由器将网络分段,路由器,交换网络中问题的解决-VLAN,通过VLAN技术可以对网络进行一个安全的隔离、分割广播域,VLAN（Virtual Local Area Network）建立在交换技术基础上，如果将局域网中的结点按工作性质与需要，划分成若干个“逻辑工作组”，则一个逻辑工作组就是一个虚拟网络。,虚拟局域网(VLAN),第三层,第二层,第一层,销售部,财务部,工程部,VLAN1,VLAN2,VLAN3,虚拟局域网的优点,端口的分割;网络安全;灵活管理,第三层,第二层,第一层,销售部,财务部,工程部,一个VLAN=一个广播域=逻辑网段(子网),VLAN1,VLAN2,VLAN3,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网交换机,以太网交换机,三个虚拟局域网:VLAN1,VLAN2 和 VLAN3,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,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,当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,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,B1 发送数据时，工作站 A1,A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,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,虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。,虚拟局域网VLAN的划分方法_基于端口的VLAN,以太网交换机,针对交换机的端口进行VLAN的划分，不受主机的变化影响,虚拟局域网VLAN的划分方法_ 基于MAC地址的VLAN,基于主机的MAC地址进行VLAN划分，主机可以任意在网络移动而不需要重新划分,虚拟局域网VLAN的划分方法_基于协议的VLAN,在一个物理网络中针对不同的网络层协议进行安全划分,虚拟局域网VLAN的划分方法_基于子网的VLAN,针对不同的用户分配不同子网的IP地址，从而隔离用户主机,VLAN的类型:Port VLAN接口模式为access,基于交换机端口进行VLAN的划分 一个端口只能属于一个VLAN 一个VLAN可以包含多个端口 接口模式为access,Port-VLAN原理,通过查找MAC地址表，交换机对发往不同VLAN的数据不转发,项目拓扑,项目实施,在未划VLAN前两台PC互相ping可以通。创建VLAN。switch#configure terminal!进入交换机全局配置模式switch(config)#vlan 10!创建vlan 10switch(config-vlan)#name test10!将Vlan 10命名为test10switch(config)#vlan 20!创建vlan 20switch(config-vlan)#name test20!将Vlan 20命名为test20switch(config-vlan)#end2、验证测试：switch#show vlan!查看已配置的VLAN信息,将接口分配到VLAN。switch#configure terminalswitch(config)#interface fastethernet0/5switch(config-if)#switchport access vlan 10!将fastethernet 0/5端口加入vlan 10中switch(config-if)#interface fastethernet0/15switch(config-if)#switchport access vlan 20!将fastethernet 0/15端口加入vlan 20中两台PC互相ping不通。,注意事项,1、交换机所有的端口在默认情况下属于ACCESS端口，可直接将端口加入某一VLAN。利用switchport mode access/trunk命令可以更改端口的VLAN模式。2、VLAN1属于系统的默认VLAN，不可以被删除3、删除某个VLAN，使用no命令。例如：switch(config)#no vlan 104、删除当前某个VLAN时，注意先将属于该VLAN的端口加入别的VLAN，再删除VLAN。,跨交换机VLAN间通信,A交换机上VLAN10的端口范围中取一个端口，和交换机B上VLAN10范围中的某个端口，作级联连接。如果交换机上划了10个VLAN，就需要分别连10条线作级联，端口效率就太低了。,在交换机之间用一条级联线，并将对应的端口设置为Trunk，这条线路就可以承载交换机上所有VLAN的信息。Trunk端口传输多个VLAN的信息，实现同一VLAN跨越不同的交换机技术标准：IEEE 802.1q,跨交换机VLAN之间的通信:Tag VLAN接口模式为trunk,Trunk和Trunk port,主干Trunk:VLAN 中交换机之间的链路；用来承载多个VLAN的数据流主干端口 Trunk port：交换机上用来负责转发多VLAN数据流的特殊端口。,虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4 字节的标识符，称为 VLAN 标记(tag)，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。,802.1q以太网帧格式,802.1q工作原理,A,交换机1,交换机2,B,数据帧,Tag标签,802.1Q工作特点：802.1Q帧只在交换机的trunk链路上传输，对用户透明的。默认Trunk端口，转发交换机上所有VLAN的数据。交换机在从Trunk口转发数据前会在数据打上个Tag标签，在到达另一交换机后，再剥去此标签。,PC1:192.168.10.10PC2:192.168.20.20PC3:192.168.10.30,跨交换机VLAN间通信项目实施,1、设置3台PC机的IP地址2、按照拓扑结构图组网3、在交换机SwitchA上创建Vlan 10，并将0/5端口划分到Vlan 10中。SwitchA#configure terminalSwitchA(config)#vlan 10SwitchA(config-vlan)#name salesSwitchA(config-vlan)#exitSwitchA(config)#interface fastethernet0/5SwitchA(config-if)#switchport access vlan 104、验证测试：验证已创建了Vlan 10，并将0/5端口已划分到Vlan 10中。SwitchA#show vlan id 10!查看某一个VLAN的信息,5、在交换机switchA上创建Vlan 20，并将0/15端口划分到Vlan 20中。SwitchA(config)#vlan 20SwitchA(config-vlan)#name technicalSwitchA(config-vlan)#exitSwitchA(config)#interface fastethernet0/15SwitchA(config-if)#switchport access vlan 206、验证测试：验证已创建了Vlan 20，并将0/15端口已划分到Vlan 20中。SwitchA#show vlan id 20VLAN Name Status Ports-20 technical active Fa0/15,7、把交换机SwitchA与交换机SwitchB相连的端口（假设为0/24端口）定义为trunk port模式。SwitchA(config)#interface fastethernet0/24SwitchA(config-if)#switchport mode trunk!将fastethernet 0/24端口设为trunk port模式验证测试：验证fastethernet 0/24端口已被设置为trunk port模式。SwitchA#show interfaces fastEthernet0/24 switchportInterface Switchport Mode Access Native Protected VLAN lists-Fa0/24 Enabled Trunk 1 1 Disabled ALL 注：交换机的Trunk接口默认情况下支持所有VLAN。,8、在交换机SwitchB上创建Vlan 10，并将0/5端口划分到Vlan 10中。SwitchB#configure terminalSwitchB(config)#vlan 10SwitchB(config-vlan)#name salesSwitchB(config-vlan)#exitSwitchB(config)#interface fastethernet0/5SwitchB(config-if)#switchport access vlan 109、验证测试：验证已在SwitchB上创建了Vlan 10，并将0/5端口已划分到Vlan 10中。SwitchB#show vlan id 10VLAN Name Status Ports-10 sales active Fa0/5,10、把交换机SwitchB与交换机SwitchA相连的端口（假设为0/24端口）定义为tag vlan模式。SwitchB(config)#interface fastethernet0/24SwitchB(config-if)#switchport mode trunk11、验证测试：验证fastethernet 0/24端口已被设置为trunk port模式。SwitchB#show interfaces fastEthernet 0/24 switchportInterface Switchport Mode Access Native Protected VLAN lists-Fa0/24 Enabled Trunk 1 1 Disabled All验证PC1与PC3能互相通信，但PC2与PC3不能互相通信。,12、在PC1的cmd窗口下 ping 192.168.10.30!在PC1的命令行方式下验证能Ping通PC3Pinging 192.168.10.30 with 32 bytes of data:Reply from 192.168.10.30:bytes=32 time10ms TTL=128Reply from 192.168.10.30:bytes=32 time10ms TTL=128Reply from 192.168.10.30:bytes=32 time10ms TTL=128Reply from 192.168.10.30:bytes=32 time10ms TTL=128Ping statistics for 192.168.10.30:Packets:Sent=4,Received=4,Lost=0(0%loss),Approximate round trip times in milli-seconds:Minimum=0ms,Maximum=0ms,Average=0ms,13、在PC2的cmd窗口下 ping 192.168.10.30!在PC2的命令行方式下验证不能Ping通PC3Pinging 192.168.10.30 with 32 bytes of data:Request timed out.Request timed out.Request timed out.Request timed out.Ping statistics for 192.168.10.30:Packets:Sent=4,Received=0,Lost=4(100%loss),Approximate round trip times in milli-seconds:Minimum=0ms,Maximum=0ms,Average=0ms,注意事项,1、两台交换机之间相连的端口应该设置为trunk port模式。2、Trunk接口在默认情况下支持所有VLAN的传输。,无线局域网,Infrastructured 网（有固定基础设施的网络）Ad Hoc 网自组织网络，不需要基站的对等结构移动通信模式,无线局域网使用的传输介质：,微波、激光、红外线等无线电波,两种类型的 WLAN：,AP:访问接入点,在Ad hoc网络中，结点具有报文转发能力，结点间的通信可能要经过多个中间结点的转发，即经过多跳（MultiHop），这是Ad hoc网络与其他移动网络的最根本区别。结点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现了网络的自动组织和运行.,BSS（基本服务集）,无线局域网标准：,IEEE802.11：定义使用红外、跳频扩频、直接序列扩频技术，速率为1Mbps或2Mbps。IEEE802.11b：定义使用跳频扩频技术，速率为1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11Mbps。IEEE802.11a：传输速率可达54Mbps。5.2GHz的频段802.11g：它是一种混合标准，工作在2.4G频段上，兼容802.11b和802.11a标准，它最高也可以支持54Mbps。,红外无线局域网,红外无线信号按视距方式传播，即发送点必须能看到接收点，中间没有阻挡；特点：通信安全性好，抗干扰性强，安装简单，易于管理等优点，但传输距离受到一定限制。（红外线对非透明物体的透过性极差，对无线局域网传输距离有致命限制。）,红外无线局域网的数据传输技术：,定向光束红外传输技术 全方位红外传输技术 漫反射红外传输技术,扩频无线局域网,扩频数字通信系统的基本结构,跳频扩频通信(FHSS)直接序列扩频（DSSS),无线局域网采用的技术,用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽,1.跳频 扩频通信(FHSS),扩频无线局域网,IEEE 802.11标准规定频段范围：2.42.4835GHZ；跳频扩频通信的数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s。发送信号频率按固定的时间间隔从一个频率跳到另一个频率，接收器和发送器同步跳动，从而正确接收信息。发送频率变换的顺序由随机码决定，接收端和发送端使用相同变换的顺序序列。,2.直接序列扩频（DSSS),直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段;Industrial、Scientific及Medical 数据传输速率可高达11Mb/s，（1，2，5.5，11）Mb/s;系统实际发送的信号d(t)是发送数据a(t)与伪随机码c(t)模二加的结果;,总结：,1.决定局域网性能的三要素？2.局域网标准IEEE8023.介绍了几种网络4.局域网的互联设备,PC1:192.168.10.10PC2:192.168.20.20PC1:192.168.10.30,跨交换机VLAN间通信项目实施,1.对于数据传输速率为4M/s的令牌环网，假设令牌持有时间为10ms,那么可在环上发送的最大的帧长度为多少？2.先欲构建一个数据传输速率1Gb/s的千兆Ethernet,假设电缆长度为1km，其中无中继器。信号在电缆中传播的速度为200000km/s，则帧的最小长度是多少？,3.假设一个具有1024*768像素的图像,每个像素由3个字节表示,如果该图像文件不采用压缩形式,试问通过56kb/s的调制解调器传输需要多少时间？通过100Mb/s的Ethernet呢？,1.VLAN在现代组网技术中占有重要地位，同一个VLAN中的两台主机（）。A）必须连接在同一交换机上 B）可以跨越多台交换机C）必须连接在同一集线器上 D）可以跨业多台路由器2.常用的数据传输速率单位有Kbps、Mbps、Gbps，lGbps等于（）。A）1103Mbps B）1103Kbps C）l106Mbps D）1109Kbps3.IEEE8023标准以太网的物理地址长度为（）。A)8bit B）32bitC)48bit D）64bit,选择题,B,A,C,4.10BASET使用标准的RJ45接插件与3类或5类非屏蔽双绞线连接网卡与集线器。网卡与集线器之间的双绞线长度最大为（）。A）15m B）50mC）100m D）500m5.交换式局域网从根本上改变了“共享介质”的工作方式，它可以通过局域网交换机支持端口之间的多个并发连接。因此，交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网性能与（）。A）服务质量 B）网络监控C）存储管理 D）网络拓扑6.描述计算机网络中数据通信的基本技术参数是数据传输速率与（）A）服务质量 B)传输延迟C）误码率 D)响应时间,C,A,C,7.广域网覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。它的通信子网主要使用（）。A）报文交换技术 B）分组交换技术C）文件交换技术 D）电路交换技术8.在对千兆以太网和快速以太网共同特点的描述中，下列哪种说法是错误的？（）A)相同得数据帧格式 B）相同的物理层实现技术C)相同的组网方法 D）相同的介质访问控制方法,B,B,9.（）因素在整个网络的设计、功能、可靠性和费用等方面有着重要影响。A.网络距离 B.拓扑结构C.网络传输速率 D.误码率10.Ethernet局域网采用的媒体访问控制方式为（）。A.CSMA B.CSMA/CD C.CDMA D.CSMA/CA,B,B,11.以下选项不属于以太网的“”原则是指？_ A、个网段 B、个中继器 C、个网段可挂接设备 D、个网段可挂接12.交换机端口可以分为半双工与全双工两类。对于100Mbps的全双工端口，端口带宽为_。A、100Mpbs B、200Mbps C、400Mpbs D、800Mpbs13.要把学校里行政楼和实验楼的局域网互连,可以通过（）实现。A、交换机 B、MODEM C、中继器 D、网卡,D,D,A,
