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计算机网络讲解 第第8讲内容回顾讲内容回顾n局域网基本概念局域网基本概念nIEEE 802工作委员会关于局域工作委员会关于局域/城域网概貌（涉及城域网概貌（涉及OSI/RM的数据链路层和物理层；数据链路层分的数据链路层和物理层；数据链路层分LLC和和MAC两子层两子层nIEEE802.3（以太网技术概貌：始于共享介质半双工，采（以太网技术概貌：始于共享介质半双工，采用用CSMA/CD控制介质访问；进展：单种介质控制介质访问；进展：单种介质多种介质、多种介质、半双工半双工全双工、数据传输率全双工、数据传输率10Mbps10Gbps,应用：局应用：局域网域网 园区网园区网城域网城域网广域网广域网)n技术的进展两特点：技术的进展两特点：半双工半双工 全双工：全双工：MAC子层的子层的CSMA/CD淡出淡出速率的提高：物理层子层结构变得更复杂：编码、接口速率的提高：物理层子层结构变得更复杂：编码、接口（串（串并）、同介质速率协商、城域并）、同介质速率协商、城域/广网的适配子层广网的适配子层11/25/20222计算机网络讲稿9 曾华燊 第第9讲内容概述讲内容概述n局域网中的中继（局域网中的中继（Relay)技术技术物理层的中继物理层的中继数据链路层的中继（桥接数据链路层的中继（桥接/交换：交换：Bridging/Switching)网络层高层交换？网络层高层交换？(带外信令）带外信令）交换机间的流量控制技术：暂停帧（交换机间的流量控制技术：暂停帧（Pause Frame)n其他局域网技术其他局域网技术无线局域网技术无线局域网技术令牌总线与令牌环令牌总线与令牌环9.1 局域网中的中继技术局域网中的中继技术 为什么需要中继？为什么需要中继？11/25/20223计算机网络讲稿9 曾华燊n在同一广播域内扩展网络的需要（重发器在同一广播域内扩展网络的需要（重发器:Repeater、集线器、集线器:Hub)延长物理信号的传输距离延长物理信号的传输距离增加网段内工作站数量增加网段内工作站数量(受电缆段可接入站数和设备端口数受电缆段可接入站数和设备端口数限制，代价：单站平均传输能力下降）限制，代价：单站平均传输能力下降）幻灯片幻灯片 6以以10Mbps以太网标准为例：以太网标准为例：10 Base-T:UTP,设备间最大传输距离设备间最大传输距离100米米10 Base2:细同轴电缆（直径细同轴电缆（直径5mm),最大传输距离最大传输距离185米，单段电缆米，单段电缆上允许连接工作站数上允许连接工作站数3010 Base5:粗同轴电缆（直径粗同轴电缆（直径10mm),最大传输距离最大传输距离500米米10 Base-FL:多模光纤，最大传输距离多模光纤，最大传输距离2Km 在共享介质半双工工作方式下，受检测冲突的需要，延长在共享介质半双工工作方式下，受检测冲突的需要，延长后的距离收到限制（后的距离收到限制（2.5Km)11/25/20224计算机网络讲稿9 曾华燊集线器集线器集线器集线器RR重发器重发器RepeaterTerminatorTerminatorTerminator两种方式扩网后，联入的设备仍在同一两种方式扩网后，联入的设备仍在同一广播域内！广播域内！11/25/20225计算机网络讲稿9 曾华燊n在不同广播域间扩展网络的需要：在不同广播域间扩展网络的需要：桥接：桥接：Bridging、交换：、交换：Switching（延长传输距离、减少单（延长传输距离、减少单广播域内连接的工作站数广播域内连接的工作站数/增加网内总站数，从而提高网络增加网内总站数，从而提高网络总吞吐率或单站可获得的平均吞吐率）总吞吐率或单站可获得的平均吞吐率）使用电缆介质时（总线拓扑结构），在不同广播网段间的使用电缆介质时（总线拓扑结构），在不同广播网段间的桥接桥接使用双绞线或光纤介质时（星使用双绞线或光纤介质时（星/树形拓扑结构），在不同广树形拓扑结构），在不同广播域的通信子网间交换。播域的通信子网间交换。在不同数据传输率间的网段、子网间实现速率适配。在不同数据传输率间的网段、子网间实现速率适配。任何一种介质的传输距离都有一定限制任何一种介质的传输距离都有一定限制（粗、细缆最大长（粗、细缆最大长度限制：分别度限制：分别500米米185米；双绞线：米；双绞线：100米；光纤：更长受米；光纤：更长受使用的光纤（多、单模，芯径、光源的影响）使用的光纤（多、单模，芯径、光源的影响）11/25/20226计算机网络讲稿9 曾华燊A)联入各交换机端口的计算机都不在同一竞争域内；联入各交换机端口的计算机都不在同一竞争域内；B)如果不使用如果不使用MAC广播地址，所有的计算机都不在同一广播广播地址，所有的计算机都不在同一广播 域内。域内。11/25/20227计算机网络讲稿9 曾华燊 重发器（重发器（Repeater)或集线器（或集线器（Hub)n物理层重发设备，所有端口处于同一竞争域，各端口速率物理层重发设备，所有端口处于同一竞争域，各端口速率必须相同。必须相同。nIEEE 802.3c的第的第9节定义的节定义的10Mbps以太网中继器功能包括：以太网中继器功能包括：信号恢复信号恢复 中继器必须对收到的信号进行恢复，消除在一段网段上中继器必须对收到的信号进行恢复，消除在一段网段上产生的波形失真（幅度、形状）和时序失真（由抖动造成产生的波形失真（幅度、形状）和时序失真（由抖动造成发送位偏离理想位置）的影响。发送位偏离理想位置）的影响。前导恢复前导恢复 中继器必须对之进行恢复中继器必须对之进行恢复，否则会影响远端站点的正常工，否则会影响远端站点的正常工作。其实现方式是在中继器中有一个作。其实现方式是在中继器中有一个FIFO存储空间保留存储空间保留因前导丢失而变短的帧，以便恢复其最初长度。如果活动因前导丢失而变短的帧，以便恢复其最初长度。如果活动接收端口在接收到接收端口在接收到96比特之前变为不活动，这种情况也称比特之前变为不活动，这种情况也称为中继器接收冲突，因为小于为中继器接收冲突，因为小于96比特的短帧只能是由冲突比特的短帧只能是由冲突情况产生。为了通知所有站点，应将该短帧加长至情况产生。为了通知所有站点，应将该短帧加长至96比特比特以上，以便使所有相关站点感知冲突的发生。以上，以便使所有相关站点感知冲突的发生。11/25/20228计算机网络讲稿9 曾华燊冲突检测冲突检测 当中继器在向所有未被禁止或未被隔离的端口转发从某端当中继器在向所有未被禁止或未被隔离的端口转发从某端口上接收到的数据帧时，若正被转发的端口之一（非当前口上接收到的数据帧时，若正被转发的端口之一（非当前活动的接收端口）检测到冲突时，则该冲突被定义为发送活动的接收端口）检测到冲突时，则该冲突被定义为发送冲突。此时，中继器必须向所有端口发送至少冲突。此时，中继器必须向所有端口发送至少96比特的拥比特的拥塞序列（塞序列（Jamming Sequence），以保证此冲突信号能传送），以保证此冲突信号能传送到中继器连接的所有设备上。如果在接收端口上检测到冲到中继器连接的所有设备上。如果在接收端口上检测到冲突（接收冲突），则突（接收冲突），则只需在接收端口上发送至少只需在接收端口上发送至少96比特的比特的拥塞序列。拥塞序列。11/25/20229计算机网络讲稿9 曾华燊 防锁防锁 CSMA/CD的中继器间规定不得有两条链路也不得形成环的中继器间规定不得有两条链路也不得形成环路，以防止一旦发生冲突拥塞序列的广播造成死锁。路，以防止一旦发生冲突拥塞序列的广播造成死锁。设想在由两中继器互联而成的以太网中，若两中继器直辖设想在由两中继器互联而成的以太网中，若两中继器直辖的工作站中各有一站点几乎在同一时刻发送数据，两中继器的工作站中各有一站点几乎在同一时刻发送数据，两中继器先后会检测到有冲突发生，于是，两中继器都会向各自的端先后会检测到有冲突发生，于是，两中继器都会向各自的端口（包括二者互联端口）发送至少口（包括二者互联端口）发送至少96比特的比特的“拥塞序列拥塞序列”。因此，要求因此，要求首先发完首先发完96比特的比特的“拥塞序列拥塞序列”的中继器立的中继器立即停止向中继器间互联端口发送即停止向中继器间互联端口发送“拥塞序列拥塞序列”，并且在继续并且在继续向其他本地端口发送向其他本地端口发送“拥塞序列拥塞序列”的同时，继续监听互联端的同时，继续监听互联端口。口。如果该端口上还有数据接收，说明另一中继器尚未完成如果该端口上还有数据接收，说明另一中继器尚未完成96比特的比特的“拥塞序列拥塞序列”的发送；一旦另一中继器在该端口上的发送；一旦另一中继器在该端口上也完成了也完成了96比特的比特的“拥塞序列拥塞序列”的发送，也停止向互联端口的发送，也停止向互联端口发送，但可继续向其本地端口发送发送，但可继续向其本地端口发送“拥塞序列拥塞序列”，直到各自，直到各自的本地站点都沉默为止。此时，全网又恢复了正常竞争状态。的本地站点都沉默为止。此时，全网又恢复了正常竞争状态。11/25/202210计算机网络讲稿9 曾华燊MAU超长发送锁定保护超长发送锁定保护 10Mbps的的MAU中的超长发送（中的超长发送（MJLP，即，即MAU Jabber Lockup Protection）定时器是为共享介质方）定时器是为共享介质方式以太网设置的，原意为防止站点发送时间过长式以太网设置的，原意为防止站点发送时间过长（限定在（限定在20150 ms 内）。一旦超长，内）。一旦超长，MAU将将中断发送并禁止通向中断发送并禁止通向DI的环绕通路，同时通过的环绕通路，同时通过CI向向PLS报告冲突。报告冲突。为了防止中继器进入超长发送状态，其为了防止中继器进入超长发送状态，其MJLP定定时器有意设置得较短（时器有意设置得较短（47.5ms），相当于），相当于47.5万比特数据的传输时间（但仍远大于正常帧的最长万比特数据的传输时间（但仍远大于正常帧的最长传输时间）。如果一旦发生定时器超时，中继器将传输时间）。如果一旦发生定时器超时，中继器将中止向所有端口的数据发送过程，经过最小帧间间中止向所有端口的数据发送过程，经过最小帧间间隔限定的时间（隔限定的时间（0.611.6s），中继器再恢复发送），中继器再恢复发送数据。数据。11/25/202211计算机网络讲稿9 曾华燊端口隔离功能 设置端口隔离功能的目的是能将那些发生长时间冲突和频繁冲突的网段与其他网段自动分离开来。端口一旦被隔离，中继器将对其继续执行收发功能，但不转发至其他端口。被隔离的端口在一定的时间内未检测到冲突，或完成一次无冲突接收，可以解除其隔离状态。这一特征对10 BASE-T和10 BASE-F中继器是必须具备的功能。11/25/202212计算机网络讲稿9 曾华燊延迟和包间间隔（延迟和包间间隔（IPG，即，即Inter Packet Gap）收）收缩缩 严格地说严格地说IPG应称为帧间间隔，这是为了使相邻中继器应称为帧间间隔，这是为了使相邻中继器或网站的时钟能得到恢复、频率锁定而设置的同步时隙。相或网站的时钟能得到恢复、频率锁定而设置的同步时隙。相关标准要求最小关标准要求最小IPG为为96比特传输时间，对比特传输时间，对10Mbps以太网为以太网为该值该值9.6s。中继器转发帧的过程需要一定的处理时间，它包。中继器转发帧的过程需要一定的处理时间，它包括接收端口识别后将帧交给中继单元的延迟、中继单元向输括接收端口识别后将帧交给中继单元的延迟、中继单元向输出出MAU转发所需的启动延迟，以及转发所需的启动延迟，以及MAU向相连网段发送前向相连网段发送前的启动延迟。的启动延迟。对不同的帧同一中继器引起的转发延迟不尽相对不同的帧同一中继器引起的转发延迟不尽相同，如果对前一帧的转发延迟长于后一帧的转发延迟，就会同，如果对前一帧的转发延迟长于后一帧的转发延迟，就会造成两帧间的造成两帧间的IPG缩短。缩短。在经过多个中继器转发的过程中，在经过多个中继器转发的过程中，IPG缩短的效果还可能累加，当缩短的效果还可能累加，当IPG缩短到一定程度就可能缩短到一定程度就可能影响中继器或工作站的正常工作。影响中继器或工作站的正常工作。IPG的缩短是限制网内中的缩短是限制网内中继器个数的重要原因之一。因此，中继器的设计应尽量减少继器个数的重要原因之一。因此，中继器的设计应尽量减少这种帧转发延迟的差异。这种帧转发延迟的差异。11/25/202213计算机网络讲稿9 曾华燊管理功能管理功能 由于中继器处于以太网多个网段的中心，因此由于中继器处于以太网多个网段的中心，因此是进行网络流量监控管理的极佳位置。在中继器中是进行网络流量监控管理的极佳位置。在中继器中有选择地采集网络统计信息并提供相应的读有选择地采集网络统计信息并提供相应的读/写（设写（设置）手段和报警手段，便可以实现网络远程管理。置）手段和报警手段，便可以实现网络远程管理。通常的做法是在中继器中设置支持简单网络管理协通常的做法是在中继器中设置支持简单网络管理协议（议（SNMP，即，即Simple Network Management Protocol）RFC 1157的管理代理（的管理代理（Agent）的方式）的方式来实现，网络中的网管系统将采用带内（即利用以来实现，网络中的网管系统将采用带内（即利用以太网帧）或带外（利用非以太网的专用通信手段）太网帧）或带外（利用非以太网的专用通信手段）方式，通过管理代理实现全网的管理。方式，通过管理代理实现全网的管理。11/25/202214计算机网络讲稿9 曾华燊 桥接器（桥接器（Bridge）和二层交换机：数据链路层设备）和二层交换机：数据链路层设备n功能功能帧过滤功能帧过滤功能 中继器在收到某网段上的帧后，将向除该网段以外的所中继器在收到某网段上的帧后，将向除该网段以外的所有中继端口广播该帧。而桥接器则可以通过识别有中继端口广播该帧。而桥接器则可以通过识别MACMAC地址，地址，选择性地将接收到的帧转发至相应的网段上。如果该帧的目选择性地将接收到的帧转发至相应的网段上。如果该帧的目的地址就在接收网段上，桥接器不作任何转发工作，因而起的地址就在接收网段上，桥接器不作任何转发工作，因而起到了帧过滤的作用。到了帧过滤的作用。学习功能学习功能 桥接器的自学习机制是通过从桥接器各端口上收到帧的桥接器的自学习机制是通过从桥接器各端口上收到帧的源地址积累网站所处网段的信息。如果事先未进行人工设置，源地址积累网站所处网段的信息。如果事先未进行人工设置，桥接器也可以首先采用中继器的全广播方式，直到在其过滤桥接器也可以首先采用中继器的全广播方式，直到在其过滤地址表中积累了接收帧中的目的地址信息为止。由于存储所地址表中积累了接收帧中的目的地址信息为止。由于存储所限，过滤地址表也存在一个老化问题。对持续一段时间不活限，过滤地址表也存在一个老化问题。对持续一段时间不活动的网站地址，将被从地址表中删除，为刷新地址保留空间。动的网站地址，将被从地址表中删除，为刷新地址保留空间。11/25/202215计算机网络讲稿9 曾华燊n转发方式桥接器可采用两种转发方式：“截址直通转发“（Cut-through）和802.1D规定的“存储转发”（Store-and-forward）。前者在收到帧时，立即根据目的地址查找应转发的端口，在该帧尚未全部接收完之前尽快发送出去（如果相应端口空闲的话）。这种方式的优点是帧通过桥接器的时延较短，但缺点是由于转发时尚未收到全帧，因而对该帧传输正确性不作检查，可能将有错帧也转发到下一网段，浪费了该网段的传输资源。存储转发方式则与之相反，桥接器的传输时延较大，但可实施帧校验，因而可确保被转发的帧的正确性。11/25/202216计算机网络讲稿9 曾华燊n生成树算法（书中译为生成树算法（书中译为“支撑树支撑树”）802.1D规定了生成树算法（规定了生成树算法（Spanning Tree）：动）：动态地发现网络的拓扑结构并对网络进行配置，使桥态地发现网络的拓扑结构并对网络进行配置，使桥接器间不形成环路，而保持为树型结构。接器间不形成环路，而保持为树型结构。在网站位置未明时，或本身就是广播地址时，桥在网站位置未明时，或本身就是广播地址时，桥接器需采用广播方式转发该帧。生成树算法能较好接器需采用广播方式转发该帧。生成树算法能较好地解决这一问题，该算法要求所有桥接器能传递特地解决这一问题，该算法要求所有桥接器能传递特定的配置信息，用于确定一个定的配置信息，用于确定一个“根桥接器根桥接器”和各桥和各桥接器通向根桥接器的最短路径。如果某桥接器与根接器通向根桥接器的最短路径。如果某桥接器与根桥接器间存在多条路径，则生成树协议将要求断开桥接器间存在多条路径，则生成树协议将要求断开所有非最短路径，只保留一条最短路径。所有非最短路径，只保留一条最短路径。11/25/202217计算机网络讲稿9 曾华燊 桥接器利用带有特殊信息的普通帧来交换桥接器利用带有特殊信息的普通帧来交换生成树配置信息。这些帧称为桥接器协议数生成树配置信息。这些帧称为桥接器协议数据单元（据单元（BPDU，即，即Bridge Protocol Data Unit）。根桥接器被定义为）。根桥接器被定义为48位位MAC地址最地址最小的桥接器，通过小的桥接器，通过BPDU传输、比较、优化，传输、比较、优化，计算出各桥接器至根桥接器的最短路径，作计算出各桥接器至根桥接器的最短路径，作为桥接器配置的基础。为桥接器配置的基础。BPDU定时交换，动态定时交换，动态更新配置，并通过超时机制在桥接器发生故更新配置，并通过超时机制在桥接器发生故障时，重新配置。障时，重新配置。11/25/202218计算机网络讲稿9 曾华燊 桥接器内部协议层次结构桥接器内部协议层次结构11/25/202219计算机网络讲稿9 曾华燊 数据链路层交换机（多端口桥接器）数据链路层交换机（多端口桥接器）n与桥接器的异同与桥接器的异同端口数桥接器多端口数桥接器多更多地利用硬件技术实现更多地利用硬件技术实现n两种交换方式两种交换方式“截址直通转发截址直通转发”（Cut-through）方式：未接收）方式：未接收完整个帧即根据目的开始地址转发完整个帧即根据目的开始地址转发“存储转发存储转发”方式（方式（Store-and-forward）：接收）：接收完整并校错后才转发完整并校错后才转发11/25/202220计算机网络讲稿9 曾华燊n交换机内部功能组成：输入单元、交换单元（Switch Fabric)和输出单元。11/25/202221计算机网络讲稿9 曾华燊输入单元：接收帧（含校验）并存储和排队（具输入单元：接收帧（含校验）并存储和排队（具有服务质量保障的场合，可能需要用户数据入网有服务质量保障的场合，可能需要用户数据入网控制），根据控制），根据MAC地址查交换表获得输出端口号，地址查交换表获得输出端口号，请求交换单元将该帧转发到相应输出单元。请求交换单元将该帧转发到相应输出单元。交换单元：排队、根据仲裁调度算法确定交换帧交换单元：排队、根据仲裁调度算法确定交换帧的顺序并实施转发。典型的交换结构有：的顺序并实施转发。典型的交换结构有：共享存储共享存储 总线方式总线方式 交叉开关（交叉开关（Crossbar)、Clos输出单元：将转发到本输出端口的帧发送到相应输出单元：将转发到本输出端口的帧发送到相应线路上（可能需要存储或缓存、排队、输出顺序线路上（可能需要存储或缓存、排队、输出顺序决策等）决策等）11/25/202222计算机网络讲稿9 曾华燊 交换机间的流量控制交换机间的流量控制n以太网以太网MAC帧中无帧序号字段（高速信道中使用帧中无帧序号字段（高速信道中使用滑动窗口方式效率较低，需新的流控方式）滑动窗口方式效率较低，需新的流控方式）n802.3x定义了一种控制帧定义了一种控制帧暂停（暂停（Pause）帧用）帧用于全双工工作方式的一对站点、中间设备之间或于全双工工作方式的一对站点、中间设备之间或工作站与中间设备之间交换流控数据，工作站与中间设备之间交换流控数据，Pause帧的帧的格式如图所示：格式如图所示：11/25/202223计算机网络讲稿9 曾华燊nPause帧使用规则帧使用规则Pause帧只能在双工实体之间，在链路起始阶段通过协商帧只能在双工实体之间，在链路起始阶段通过协商(详见详见6.8节节)达成一致协议后才能使用暂停功能。达成一致协议后才能使用暂停功能。10/100 Mbps以太网只支持对称的暂停功能（即两个方向上都必以太网只支持对称的暂停功能（即两个方向上都必须支持暂停，但不是在双向同时实施暂停）；但千兆以太须支持暂停，但不是在双向同时实施暂停）；但千兆以太网则允许暂停功能的使用是非对称的（只在单方向上支持网则允许暂停功能的使用是非对称的（只在单方向上支持暂停）。暂停）。收到收到Pause帧的实体用帧内与操作码相关数据中两字节的帧的实体用帧内与操作码相关数据中两字节的暂停计数值（最大暂停计数值（最大4096）刷新暂停计数器，每一计数值代）刷新暂停计数器，每一计数值代表表512s的倍数，用于控制暂停普通数据帧发送时间（正的倍数，用于控制暂停普通数据帧发送时间（正在发送的帧应继续发送完，但不禁止该站发送在发送的帧应继续发送完，但不禁止该站发送Pause帧）。帧）。11/25/202224计算机网络讲稿9 曾华燊当桥接器收到当桥接器收到Pause帧时不允许向其它端口扩散该帧时不允许向其它端口扩散该帧。帧。(Local Meaning)n流量控制策略流量控制策略基于缓存空间的流量控制基于缓存空间的流量控制 对缓冲区剩余空间设置高低二限对缓冲区剩余空间设置高低二限，低于上限时发，低于上限时发送一暂停时间较短的送一暂停时间较短的Pause帧，如果由此剩余缓存空帧，如果由此剩余缓存空间增加并恢复到上限以上，可发送一暂停时间为间增加并恢复到上限以上，可发送一暂停时间为“0”Pause帧，结束暂停；如果剩余空间继续减少帧，结束暂停；如果剩余空间继续减少并达到下限时，则再发一暂停时间较长的并达到下限时，则再发一暂停时间较长的Pause帧，帧，直到拥塞停止；当拥塞结束（空闲缓存空间恢复到直到拥塞停止；当拥塞结束（空闲缓存空间恢复到上限之上）时，即发一暂停时间为上限之上）时，即发一暂停时间为“0”Pause帧，帧，结束暂停。结束暂停。11/25/202225计算机网络讲稿9 曾华燊基于发送权的流量控制基于发送权的流量控制 这是由厂家自定义的非标准化流控方式，而不是这是由厂家自定义的非标准化流控方式，而不是802.3规定的方式。他要求厂家利用规定的方式。他要求厂家利用802.3控制帧自定控制帧自定义发送权控制帧格式及使用规则。因此，收方可根义发送权控制帧格式及使用规则。因此，收方可根据拥塞情况利用发送权控制帧防止或减缓链路拥塞。据拥塞情况利用发送权控制帧防止或减缓链路拥塞。基于速率的流量控制基于速率的流量控制 发方的有效发送速率作为直接控制对象，而不是发方的有效发送速率作为直接控制对象，而不是由收方控制发方停止发送的方式来实现流控。类似由收方控制发方停止发送的方式来实现流控。类似地，产品厂家可利用地，产品厂家可利用MACMAC控制帧自定义发送速率控控制帧自定义发送速率控制帧格式与使用规则，发方则利用在帧间插入制帧格式与使用规则，发方则利用在帧间插入IPGIPG的长短来控制有效数据发送速率。这一流控方式的的长短来控制有效数据发送速率。这一流控方式的优点是有利于发送的数据平稳，缓解突发数据流。优点是有利于发送的数据平稳，缓解突发数据流。Comment:MAC Comment:MAC只定义了数据帧，引入只定义了数据帧，引入PausePause帧帧实际上引入了实际上引入了“控制帧控制帧”：带外信令？：带外信令？11/25/202226计算机网络讲稿9 曾华燊 虚拟局域网技术（虚拟局域网技术（VLAN Virtual LAN)n虚拟局网的基本思路是在一个或多个交换机组成的大中型虚拟局网的基本思路是在一个或多个交换机组成的大中型局域网中，根据需要划分出若干个局域网中，根据需要划分出若干个“相互独立的相互独立的”虚拟的虚拟的局域网（局域网（VLAN）。）。n同一同一VLAN内的网站如同在同一网段上一样，可以相互通内的网站如同在同一网段上一样，可以相互通信；而不同信；而不同VLAN之间则不能相互通信。之间则不能相互通信。n从另一个角度上看，从另一个角度上看，VLAN是一个独立的逻辑广播域，全是一个独立的逻辑广播域，全域广播帧或组广播帧都只在具有同一域广播帧或组广播帧都只在具有同一VID的的VLAN中广播。中广播。从这种意义上讲，从这种意义上讲，VLAN的目的在于隔离。的目的在于隔离。nMAC层层VLAN只适和以端口为基础组织只适和以端口为基础组织VLAN,难以实现同难以实现同一广播域中组织多个一广播域中组织多个VLAN三层交换机三层交换机11/25/202227计算机网络讲稿9 曾华燊 三层与高层交换机三层与高层交换机n典型的三层交换机是以典型的三层交换机是以IP为基础的交换机，实际为基础的交换机，实际上三层交换机成为以以太网为数据链路层帧的上三层交换机成为以以太网为数据链路层帧的“交换路由器交换路由器”Note:三层交换机与路由器在功能和性能上正在相互靠近，三层交换机与路由器在功能和性能上正在相互靠近，因而有因而有“交换路由器交换路由器”术语的出现。但由于传统上分别为术语的出现。但由于传统上分别为高速局域网和速率较低但节点更多的广域网设计的，因此高速局域网和速率较低但节点更多的广域网设计的，因此传统上交换机以更多地使用硬件实现；而路由器为广域网传统上交换机以更多地使用硬件实现；而路由器为广域网应用环境设计的，传统上更多地使用软件实现。应用环境设计的，传统上更多地使用软件实现。路由器对路由协议的支持通常更全面，而交换机则未必。路由器对路由协议的支持通常更全面，而交换机则未必。n高层交换机：通过偷窥上层协议某些字段获取有高层交换机：通过偷窥上层协议某些字段获取有用信息以改善网络性能的交换机被商界称为高层用信息以改善网络性能的交换机被商界称为高层交换机。交换机。11/25/202228计算机网络讲稿9 曾华燊9.2 无线局域网技术本部分内容将保留教材4.8的内容，因而直接使用谢希仁的课件中的相关部分。11/25/202229计算机网络讲稿9 曾华燊4.8 无线局域网4.8.1 无线局域网的组成有固定基础设施的无线局域网基本服务集 BSS扩展的服务集 ESS基本服务集 BSSAB漫游接入点 AP接入点 AP分配系统 DSPortal802.x局域网因特网Portal11/25/202230计算机网络讲稿9 曾华燊有固定基础设施的无线局域网基本服务集BSS扩展的服务集 ESS基本服务集BSSAB接入点 AP接入点 AP分配系统 DS802.x局域网因特网一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时都要通过本 BSS 的基站。PortalPortal11/25/202231计算机网络讲稿9 曾华燊有固定基础设施的无线局域网基本服务集BSS扩展的服务集 ESS基本服务集BSSAB接入点 AP接入点 AP分配系统 DS802.x局域网因特网基本服务集中的基站叫做接入点 AP(Access Point)其作用和网桥相似。PortalPortal11/25/202232计算机网络讲稿9 曾华燊扩展的服务集 ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点 AP接入点 AP分配系统 DS802.x局域网因特网一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP连接到一个主干分配系统 DS(Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(Extended Service Set)。PortalPortal11/25/202233计算机网络讲稿9 曾华燊扩展的服务集 ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点 AP接入点 AP分配系统 DS802.x局域网因特网ESS 还可通过Portal为无线用户提供到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。Portal的作用就相当于网桥。PortalPortal11/25/202234计算机网络讲稿9 曾华燊扩展的服务集 ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点 AP接入点 AP分配系统 DS802.x局域网因特网移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集，而仍然可保持与另一个移动站 B 进行通信。PortalPortal11/25/202235计算机网络讲稿9 曾华燊无固定基础设施的无线局域网自组网络(ad hoc network)自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点自组网络没有上述基本服务集中的接入点 AP 而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。11/25/202236计算机网络讲稿9 曾华燊移动自组网络的应用前景 在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的，11/25/202237计算机网络讲稿9 曾华燊移动自组网络和移动 IP 并不相同 移动 IP 技术使漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。移动 IP 的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和因特网相连。11/25/202238计算机网络讲稿9 曾华燊4.8.2 802.11 标准中的物理层1997 年 IEEE 制订出无线局域网的协议标准的第一部分，802.11。在1999年又制订了剩下的两部分，802.11a 和 802.11b。802.11 的物理层有以下三种实现方法：跳频扩频 FHSS直接序列扩频 DSSS红外线 IR 11/25/202239计算机网络讲稿9 曾华燊802.11 标准中的物理层（续）802.11a 的物理层工作在 5 GHz频带，采用正交频分复用 OFDM，它也叫做多载波调制技术（载波数可多达 52 个）。可以使用的数据率为 6,9,12,18,24,36,48 和 56 Mb/s。802.11b 的物理层使用工作在 2.4 GHz 的直接序列扩频技术，数据率为 5.5 或 11 Mb/s。11/25/202240计算机网络讲稿9 曾华燊4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层1.CSMA/CA 协议 无线局域网却不能简单地搬用 CSMA/CD 协议。这里主要有两个原因。CSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时还必须不间断地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。11/25/202241计算机网络讲稿9 曾华燊A 的作用范围无线局域网的特殊问题 C 的作用范围ABCD当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的，因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hidden station problem)11/25/202242计算机网络讲稿9 曾华燊B 的作用范围无线局域网的特殊问题 C 的作用范围ADCB？B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据这就是暴露站问题(exposed station problem)11/25/202243计算机网络讲稿9 曾华燊CSMA/CA 协议 无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。改进的办法是将 CSMA 增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能。802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时还增加使用确认机制。下面先介绍 802.11 的 MAC 层。11/25/202244计算机网络讲稿9 曾华燊802.11 的 MAC 层 MAC 层无争用服务争用服务分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA)点协调功能 PCF(Point Coordination Function)物理层2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.11MAC 层通过协调功能来确定在基本服务集 BSS 中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。11/25/202245计算机网络讲稿9 曾华燊802.11 的 MAC 层在物理层之上包括两个子层 MAC 层无争用服务争用服务分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA)点协调功能 PCF(Point Coordination Function)物理层2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.1111/25/202246计算机网络讲稿9 曾华燊DCF 子层在每一个结点使用 CSMA 机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。因此 DCF 向上提供争用服务。MAC 层无争用服务争用服务分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA)点协调功能 PCF(Point Coordination Function)物理层2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.1111/25/202247计算机网络讲稿9 曾华燊PCF 子层使用集中控制的接入算法将发送数据权轮流交给各个站从而避免了碰撞的产生 MAC 层无争用服务争用服务分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA)点协调功能 PCF(Point Coordination Function)物理层2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.1111/25/202248计算机网络讲稿9 曾华燊帧间间隔 IFS 所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔 IFS(InterFrame Space)。帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权，但低优先级帧就必须等待较长的时间。若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先级帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。11/25/202249计算机网络讲稿9 曾华燊