计算机局域网络.ppt

Page 1,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,第4章 计算机局域网络,本章重点 局域网的特点及关键技术信道共享技术以太网技术高速局域网虚拟局域网VLAN,Page 2,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,4.1 局域网(LAN)概述,LAN的特点,覆盖范围小房间、建筑物、园区范围 距离25km高传输速率10Mbps1000Mbps低误码率10-8 10-10 采用总线、星形、环形拓扑双绞线、同轴电缆、光纤为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务,Page 3,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,2.局域网的关键技术,拓扑结构（逻辑、物理）总线型、星型、环型、树型介质访问方法按协议实现信道共享:CSMA/CD和Token-passing信号传输形式基带、宽带,Page 4,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,LAN典型拓扑结构,总线型:所有结点都直接连接到共享信道星型:所有结点都连接到中央结点环型:结点通过点到点链路与相邻结点连接,Bus,Star,Ring,A,B,C,C,A,D,C,B,A,B,C,A,T,Page 5,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,3.LAN参考模型,IEEE802标准,Page 6,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,IEEE802标准的主要成员,802.2-逻辑链路控制LLC 802.3-CSMA/CD（以太网）802.4-Token Bus（令牌总线）802.5-Token Ring（令牌环）802.6-分布队列双总线DQDB-MAN标准802.8 FDDI（光纤分布数据接口）802.11 无线LAN,Page 7,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,802.3CSMA/CD,802.4Token Bus,802.5Token Ring,802.6DQDB,802.8FDDI,802.2 LLC,数据链路层,物理层,LLC,MAC,802.1D Bridge,802.1A 体系结构,IEEE802体系结构示意图,PHY,Page 8,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,（1）LAN的物理层,规定了传输所使用的信号编码和介质，规定了网络拓扑结构和传输速度。确定了两个接口：介质相关接口MDI连接单元接口AUI,Page 9,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,（2）LAN的数据链路层,按功能划分为两个子层：LLC和MAC功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。局网特点：共享信道(如总线)。需要解决介质访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法。LLC：与介质、拓扑无关；MAC：与介质、拓扑相关。,Page 10,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,LAN的链路层与传统的数据链路层的区别：LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播；支持MAC介质访问控制功能；提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用、流量控制、差错控制.MAC子层功能：成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。LLC子层功能：向高层提供统一的链路访问形式，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准(对不同的LAN标准，区别在MAC子层),Page 11,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,LLC的帧结构,DSAP,SSAP,控制,数据,1,1,1/2,可变长度 单位：字节,高层PDU,LLC数据,LLC首部,MAC首部,MAC尾部,MAC数据,LLC帧和MAC帧的关系,Page 12,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,MAC子层的地址,IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。MAC地址（物理地址）MAC地址为6Byte（48位）。MAC地址的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配给每一块网卡。网卡的MAC地址可以认为就是该网卡所在站点的MAC地址。,Page 13,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,（3）LAN的网络层和高层,由于IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接，所以网络层的很多功能(如路由选择等)是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、差错控制等功能可在数据链路层完成，故IEEE 802标准没有单独设立网络层。需要时，由网络操作系统（NOS）内含的TCP/IP、IPX/SPX等来实现。,Page 14,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,4.2 局域网中的介质访问控制方法（网络通信方式）,网络的通信方式是指在两台以上的计算机中传送数据时的通信规则。这就像在公路上为了避免各种车辆发生碰撞，而需要制订一套交通规则一样；也如同飞机在空中飞行时也需要一套国际通用的空中管理规则一样。在计算机网络上，我们将传送数据的规则称为通讯协议(protocol)，同时也称之为网络上的介质存取控制协议(MAC，Medium Access Control)。使用这些协议是为了使数据在彼此传送时无障碍，而且不会遗失。例如CSMA/CD协议制定出如何使用总线的规则；TokenRing协议制定出如何使用令牌(Token)的规则。,Page 15,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,局域网按使用通信线路的访问方式分类,争用型以太网是争用型访问方式的典型示例。它使用的CSMA/CD访问方式是基于争用的存取方法。这就意味着，局域网上的所有站点按照先进先服务的原则争用可使用的带宽。如果两个以上的站点同时访问局域网，则会山现碰撞现象，于是打算访问的站点只好退回，间隔一定时间后再试行访问定时型 令牌环(Token Ring)是定时访问方式的示例。这种访问方法是分配给每个站点一个可采用的带宽片，并确保当时间到来时对局域网进行存取。由连续循环的权标又称令牌(Token)控制传输时间。当机会到来时抓住权标，并用数据包代替权标进行传输。当到达目的地释放数据包后，再将权标插入局域网内，以便下一个需要传输数据的站点使用。此过程以循环的形式不断进行下去。,Page 16,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,局域网一般都是广播型网络，网上各个节点共享信道，一个节点发出的数据，其他节点都能收到。在广播型网络中，所有节点都可以平等地通过信道发送信息，但是任何一个信道，在一段时间内只能为一个节点提供服务，这便出现信道的竞争。如何对信道的使用进行合理的分配，这是网络用户十分关心的问题。也就是说，既要保证各节点能充分利用信道的空闲时间传送信息，又不至于使各节点所发送的信息在信道中发生冲突。人们长时间以来，致力于研究传输介质访问控制方式，就是为了合理地解决信道的分配问题。当然，信道访问控制方式与局域网拓扑结构、工作过程以及网络性能等均有密切关系。下面介绍几种常见的介质访问控制方式。,Page 17,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,局域网中的介质访问控制方法,载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 令牌传递(Token Passing)Token RingToken BusFDDI(双环),常见的有两种：,Page 18,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,1.CSMA/CD 带冲突检测CD的载波监听多路访问CSMA,载波：这里所提到的“载波”并非传统意义上的高频正弦信号，而是一种术语上的借用，其含义为，判断线路上有无数据信号正在传输。载波监听：我们把查看信道上有无数字信号传输称为“载波监听”。多路访问：而把同时有多个节点在侦听信道是否空闲和发送数据，称为“多路访问”。冲突检测：就是在发送数据的同时进行冲突检测，一旦发现冲突，立刻停止发送，并等待冲突平息以后，再进行CSMA/CD，直至将数据成功地发送出去为止。,Page 19,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。归结为四句话：发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避。请大家注意：第一，CSMA/CD方法只是检测碰撞的发生，检测到碰撞之后就发送信号通知大家不要再传送数据了。它并没有能力将已经发生碰撞的数据更正成原始的正确数据。第二，用户只要购买了Internet网卡，就具备此种功能了，因为这些功能已经在网卡上了，因此不必专门设置和选择这种CSMA/CD方式。,Page 20,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,CSMA/CD的流程图,Page 21,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,2.令牌环（Token Ring）,令牌环网是将各节点连接成一个环型拓扑结构，也就是将所有连网的计算机、终端和其他外围设备等都通过环接口连接到环路上去，如图4.8所示。所有的程序、文件、数据和命令等均是通过环接口送上环路或由环接口取走的。因为只有一条环形通道，数据只能沿着环路单方向流动，不存在路径选择问题。,Page 22,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,A,B,D,C,站点,干线耦合器,单向环,IEEE802.5 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环,发送缓冲区,接收缓冲区,接收,发送,线路驱动,线路接收,控制器,DTE,环路输入,环路输出,干线耦合器的结构,传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps；,TCU,高层软件,Page 23,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,干线耦合器（Trunk Couple Unit）,工作状态：收听/转发方式发送方式（站点发送数据时）收听方式下，TCU与DTE断开 TCU对位流再生并转发，同时监视帧中是否出现本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关K闭合，TCU与DTE接通，位流复制到DTE，同时继续转发；若出现令牌且有数据要发送，则截获令牌，转为发送方式，发送数据帧。发送方式下，数据以帧为单位从TCU的输出端发送到下一个TCU的输入端。,DTE,TCU,收听方式,K,K,DTE,TCU,发送方式,K,K,Page 24,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,Token Ring/802.5的操作,1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。,Page 25,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,3）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中；b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。,Page 26,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,Token Ring/802.5的操作举例,A,T=0,T,A,T=0,T,A,T=1,T,Data,C,T,Data,C,T,Data,C,T,Data,C,Data,（a）,（b）,（c）,帧循环一圈后A将数据帧回收并放出空令牌,A有数据要发送，它抓住空令牌,A将令牌修改为数据帧，并加挂数据,Page 27,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,IEEE802.5的帧结构,访问控制字段包括：,起始,访问控制,结束,1B,1B,1B,令牌帧,非令牌帧（信息帧/控制帧）,起始,访问控制,帧控制,目的地址,源地址,数据,FCS,结束,帧状态,优先级与预约及优先级限制位。令牌位：帧类型标识。0-令牌；1-信息/控制帧 监督位：防止无效帧在环路中无限循环。,Page 28,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,实际结构星型环路,A,B,C,D,E,集线器,Page 29,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,3.令牌总线（Token Bus）,工作原理在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令牌（一组特定的比特模式）来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路。完全采用半双工的操作方式，只有获得令牌的结点才能发送信息，其它结点只能接收信息，或者被动地发送信息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息）。为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地维护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前继、后继和本结点的地址，每个结点根据后继地址确定下一占有令牌的结点。,Page 30,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,令牌总线（Token Bus）,IEEE 802.4特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆，数据速率为1Mb/s、5Mb/s或10Mb/s；传输机制为以太网和令牌环的结合：物理传输采用广播方式；介质访问控制采用令牌方式。,Page 31,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,4.3传统以太网,1.以太网的产生和发展70年代中期由施乐公司(Bob Metcalfe)提出，数据率为2.94M，称为Ethernet（以太网）。经DEC,Intel and Xerox公司改进为10M标准(DIX 标准)。1985年被采纳为IEEE 802.3，即使用1坚持的CAMA/CD协议的LAN标准，数据率从1M到10M(现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。Ethernet是指基带总线LAN。Ethernet和IEEE 802.3的帧格式略有不同。,Page 32,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,2.以太网的拓扑结构 如前所述，以太网的拓扑结构是总线型，这是根据它的逻辑结构而定义的，其使用的介质访问控制算法为“争用型”。我们还应该注意以太网中的逻辑结构和物理结构的关系问题。这里再次指出，逻辑结构指的是局域网内的节点关系与介质访问控制算法，而物理结构指的是局域网的外部连接形式。因此，逻辑结构和物理结构的拓扑结构有可能不同。如10/100BASET是属于总线型的局域网，但是它的物理结构为星型。3.以太网的访问控制方式:采用CSMA/CD方式。4.以太网的产品标准网络产品符合IEEE 802.3标准，传输速率为10M。由于采用不同的传输介质，当前常用的标准有10BASE5(标准以太网)、10BASE2(便宜以太网)和10BASET(双绞线以太网)，它们的主要参数见表4.3。,Page 33,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,IEEE 802.3 以太网标准,传统以太网 802.3 同轴电缆Ethernet 802.3a 细缆Ethernet 802.3i 双绞线 802.3j 光纤快速以太网FE 802.3u 双绞线，光纤千兆以太网GE IEEE802.3z 屏蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab 双绞线,Page 34,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,802.3的介质与网络拓扑规范,10Base5 粗同轴10Base2 细同轴10BaseT 双绞线 10BaseF MMF100BaseT 双绞线100BaseF MMF/SMF1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT 双绞线,Page 35,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,以太网体系结构,将物理层细分为两个子层：物理信令层（PLS）和物理媒体连接件（PMA）子层。其中PLS向MAC层提供服务，主要完成对比特流进行曼彻斯特编码以及完成载波监听的功能；物理媒体连接件（PMA）子层向PLS子层提供服务的，它负责往媒体上发送比特信号和从媒体上接受比特信号，并完成冲突检测功能。,Page 36,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,MAC子层的地址问题,IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，相当于站点的唯一标识符，与其物理位置无关。MAC地址字段定义6B 全球范围地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配地址类型标识：地址字段的第一字节的最低位I/G 0-单个站地址 1-组地址地址范围标识：地址字段的第一字节的最低第二位U/L 0-局部管理 1-全局管理,I/G U/L 46位地址,I/G 15位地址,1 1 46,1 15,Page 37,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,Ethernet/802.3操作,每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧,A,B,C,A,B,C,A,B,C,A,B,C,(1)C 发现总线空闲,(2)C发送帧，目的地址为A,(3)B 忽略该帧,(4)A复制该帧,信号由终端电阻吸收,终端电阻,Page 38,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,IEEE802.3/Ethernet帧格式,PA：前同步码-10101010序列，用于使接收方与发送方同步SFD：帧首定界-10101011DA：目的MAC地址；SA：源MAC地址LEN：数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B）Type：类型。高层协议标识LLC PDU+pad-最少46字节,最多1500字节 Pad：填充字段，保证帧长不少于64字节(若Data域46字节，则无Pad)FCS：帧校验序列（CRC-32）,8 6 6 2 46-1500 4字节,FCS,SA,Type,PA,DA,Data,Pad,Ethernet,IEEE 802.3,7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节,校验区间,64-1518 字节,Page 39,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,帧间隔,在相继发送的两帧之间强制插入9.6ms的间隔 目的：确保其他站点也能占用信道,PA,帧间隔 9.6 ms,帧n,帧n+1,Page 40,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,10Base5粗缆以太网,1.硬件组成：粗缆AUI网卡收发器AUI电缆端接器中继器连接器,最大段长度 500米每段最多站点数 100,两站点间最小距离 2.5米,粗缆,Vampire tap,BNC端子,收发器,AUI 电缆,NIC,网络最大跨度 2.5公里,Page 41,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,10Base5粗缆以太网,2.主要技术参数最大的干线段长度是500M，最大网络干线长度为2500米收发器连接至干线工作站到收发器的最大距离是50M到下一个收发器的最小距离是2.5M最多使用4个转发器连接5个干线段，工作站允许连接在3个干线段上，其余被用作加长距离。一个干线上最多支持100个工作站，转发器相当于一个工作站。干线段的每一端均需有一个50的端接器，其中之一必须接地。3.特点使用粗缆的以太网的优点是可靠性高，抗干扰能力强，作用距离长，并且适用于恶劣环境。由于粗缆线较贵，而且要求每个工作站都配置一个外部收发器和收发器电缆，因而成本较高、网络投资较大，这是粗缆以太网的主要缺点。,Page 42,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,10Base2细缆,1.硬件组成细缆BNC网卡中继器BNC电缆连接器T型连接器BNC端接器,细缆,BNC 接头,NIC,每段最大长度 185m每段最多站点数 30,两站点间最短距离 0.5 m,网络最大跨度 925 m,网络最多5个段,Page 43,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,10Base2细缆,2.技术参数：最大的干线段长度是185M，最大网络干线长度是925M。T型连接器用来将网卡与电缆相连最多使用4个转发器连接5个干线段，工作站仅允许连接在3个干线段上，其余被用作加长距离。相邻T型连接器的最小距离是0.5M一个干线上最多支持30个工作站，转发器相当于一个工作站干线段的每一端均需有一个50的端接器，其中之一必须接地3.特点与粗缆连接方式比较起来，细缆系统造价低廉，安装容易。但由于缆段中连入多个BNC-T型连接器，存在着多个BNC型连接头和BNC-T型连接器的连接点，因而同轴电缆连接的故障率较高，且故障不便查找和维护。某个站点的接头故障将可能导致整个网络瘫痪，系统可靠性受到影响。细缆以太网多用于小规模网络。,Page 44,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,10BaseT 双绞线网,双绞线介质（UTP）以Hub（集线器）为中心节点。Hub多端口转发器。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。转发器/中继器/HUB物理层设备(工作在物理层)。用于小型LAN。,NIC,HUB,段最大长度 100m,Page 45,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,10BaseT 双绞线网,1.硬件组成双绞线RJ45网卡、RJ45水晶头集线器（Hub）2.技术参数：收发器到集线器的距离不能超过100M使用RJ45连接器，针1和2用于传输，针3和6用于接收。集线器级连时不能超过5个网段，网络中最多可连接1023台工作站。集线器能够与同轴电缆或光纤相连，以成为较大以太网的一部分。特点：最大优点是检测故障容易，安装、管理和使用简单；成本低；扩展方便；网络组建方便灵活。缺点：这种结构的最大缺点是中央节点的负荷过重。当hub出现故障时，将导致整段或全部网络瘫痪；双绞线的抗干扰能力弱；通信线路利用率低。,Page 46,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,HUB原理1.HUB从某一端口A将收到的帧发送到所有端口,Page 47,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,2.非广播帧时，地址与帧目的MAC地址相同的站响应用户A,Page 48,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,3.广播帧时，所有用户都响应用户A,Page 49,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,HUB有4端口、8端口、12端口和24端口，一个用作网络连接，其余接计算机；当接入的计算机比较多时，可以用几个集线器进行级联。所有使用HUB级联的计算机共享一个接入带宽和所谓的“碰撞域”,Page 50,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,以太网,RJ45接头,Page 51,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,RJ45接头在以太网的标准中，10Mbps与100Mbps双绞线系统采用相同的线序：一到八号线中，一、二两根线为一对，三、六根线为另一对，如下表所示。线色 Pin#Signal白橙 1 TD+橙 2 TD-白绿 3 RD+蓝 4 不用白蓝 5 不用绿 6 RD-白棕 7 不用棕 8 不用,Page 52,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,当两个HUB连接时，注意要进行交叉连接。(两台微机直接使用RJ45连接，可参考此接法),Page 53,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,光纤以太网,光纤成对出现，一根发送，一根接收。标准：FOIRL10BASE-F 的 3个标准 10BaseFP-无源星形拓扑,链路最长1 km 10BaseFL-异步点到点链路，链路最长2 km 10BaseFB-同步点到点链路，链路最长2 km，有15个层叠的转发器 特点：使用光纤长距。离连接，最适于建筑物间的连接。星形拓扑结构链路最长2 km,Page 54,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,全双工交换式局域网,在广域网上的连接通常是全双工的，但以前局域网一直工作在半双工方式下。原因：在总线方式下采用CSMA/CD协议，如果两台工作站同时发送就会产生碰撞，所以只能是半双工方式。,Page 55,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,所谓全双工FDX（Full-Duplex）是在一个连接上同时进行数据的接收和发送。在10Base-T的局域网中，虽然使用两对双绞线与集线器相连，一对用于发送，另一对用于接收，但根据10Base-T规定，在发送时必须在接收电缆上“监听”碰撞信号，而不能接收数据，所以也作为半双工方式工作。,Page 56,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,（a）交换机全双工工作方式（b）共享HUB半双工工作方式，只有采用交换器连接网络时才能使用全双工通信，交换器的每个端口只连接一个站点，不会产生碰撞，也就不用在发送时用接收电缆监听碰撞信号。,Page 57,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,以太网组网实例,Page 58,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,1.100Mbps 快速以太网,又称快速以太网(Fast Ethernet，FE)，包括100Base-TX和100Base-FX。与10Mbps网络的比较：拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；传输率快10倍；帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3。,3种不同的物理层标准：,MAC子层,100BaseFX,100BaseTX,2对5类 UTP,光纤,4对3类 UTP,100BaseT4,高速局域网,Page 59,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,快速以太网组成实例,网卡(外置或内置收发器)、收发器(外置)与收发器电缆集线器（双绞线或光纤接口）双绞线及光缆,外置光纤收发器,光纤,100Base FX集线器,100BaseTX集线器,100Base TX集线器,光纤,插有光纤接口网卡,UTP5,UTP5,UTP5,UTP5,光纤,UTP5,Page 60,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,2.千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE),两种标准：802.3z和802.3ab802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线(5类，6类)连接距离较短：1000BaseX:双绞线-25米；MMF-550米；SMF-3km1000BaseT:5类双绞线 100米 拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT相同；传输速率比100BaseT快10倍；帧结构和介质访问控制方式仍沿用IEEE802.3。允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。,Page 61,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,千兆以太网传输介质与距离的关系,Page 62,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,3.FDDI(Fiber Distributed Data Interface),网络由双环构成，可靠性高。传输速率为100Mbps。介质访问控制方法采用Token Passing，类似于令牌环。传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大(几十km)。,集中器,集中器,令牌,服务器,Page 63,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,局域网扩展（LAN互连）,LAN互连的必要性：地域限制、负载问题、互通问题、安全问题 LAN互连的困难：帧格式、传输速率、最大帧长的差异 LAN互连的实现途径：,中继器/HUB 在物理层上实现互联 网桥/交换机 在数据链路层上实现互联 路由器 在网络层上实现互联,Page 64,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,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；,交换式以太网,Page 65,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,交换式以太网,几路信号同时通过交换机,Page 66,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,Bridges Spanning Tree,for increased reliability,desirable to have redundant,alternate paths from source to destwith multiple simultaneous paths,cycles result-bridges may multiply and forward frame foreversolution:organize bridges in a spanning tree by disabling subset of interfaces,Page 67,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如：8个端口可建立4个并发通信，总带宽=(8/2)*10Mbps=40 Mbps在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置1-2个高速端口(100Mbps/1Gbps)，把服务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为Big-Pipe。,10Mbps 网络交换机,Page 68,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,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,Page 69,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,虚拟局域网VLAN,什么是VLAN？VLAN是一个广播域，是由一些局域网网段构成的 与物理位置无关的逻辑组为什么要使用VLAN？便于进行网络的管理 增强了网络安全性 抑制广播数据的泛滥 减少了处理用户站点移动所带来的开销一个VLAN就好像是一个孤立的网段，VLAN间不能 直接通信，实现VLAN间互联必须借助于路由器。VLAN建立在网络交换机基础上,Page 70,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,Page 71,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,两个分离的广播域,HUB,HUB,HUB,HUB,Switch,财务室,开发部,财务室,开发部,合并广播域既有好处，但也带来了问题。不必要的广播流量会泛滥到整个广播域，同时也带来了安全性问题。,开发部和财务室的计算机互相不能访问，流量完全隔离,开发部和财务室的计算机互相可以访问，降低了安全性，广播流量会泛滥到整个广播域,经交换机连接后变成一个广播域,Page 72,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,HUB,HUB,Switch,划分VLAN后分割成两个广播域,财务室,开发部,划分VLAN,Page 73,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,Switch,Switch,Switch,Switch,当一个部门位于多个地点时，分隔的广播域设计会给布线带来很大困难。但用VLAN可很方便地解决这个问题。,1楼,3楼,6楼,VLAN 1,VLAN 2,VLAN 3,财务,办公,开发,Page 74,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,VLAN操作VLAN的标准在IEEE802.1Q中定义VLAN帧中增加了一个VLAN标记，它插入在原始以太网帧的源地址域和类型/长度与之间(4个字节)。带有VLAN标记的帧称为标记帧。当帧从一个逻辑组输出时，支持VLAN的交换机就会在帧中插入VLAN标记，其中携带了该VLAN的编号。当支持VLAN交换机收到一个标记帧时，就根据其中的VLAN的编号把它映射到相应VLAN网段，然后再按通常的方法进行交换。(标记同时被删除),Page 75,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,VLAN划分的方法按交换机端口号(最常用)。例如1，2，3，6号端口划分为VLAN1，则凡是连接到这几个端口的计算机都属于VLAN1。按MAC地址按IP地址(或协议)VLAN的优点抑制广播流量，使其不会溢出到另外的VLAN中可以建立自己的私有安全网络在网络中添加、移动设备时，或设备的配置发生变化时，能够减轻网络管理人员的负担实现虚拟工作组，使不同地点的用户就好像是在一个单独的LAN上那样通信,Page 76,2023/9/15,第六章 计算机局域网 68-,本章小结,局域网的特点及关键技术信道共享技术以太网技术高速局域网虚拟局域网VLAN,