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第四章第四章局域网技术局域网技术局域网简称局域网简称LAN,是一种地理范围有限的各种是一种地理范围有限的各种计算机设备互联在一起的计算机通信系统。局域计算机设备互联在一起的计算机通信系统。局域网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人计算网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人计算机和工作站，以便共享资源和交换信息。机和工作站，以便共享资源和交换信息。1局域网概述局域网概述局域网通常包括服务器、工作站、交换机或局域网通常包括服务器、工作站、交换机或集线器、通信传输介质和网卡等硬件设备，还包集线器、通信传输介质和网卡等硬件设备，还包括网络操作系统、应用软件等网络软件。括网络操作系统、应用软件等网络软件。1.2局域网的分类局域网的分类1、按拓扑结构分：局域网可分成总线型、树型、环按拓扑结构分：局域网可分成总线型、树型、环型和星型。型和星型。2 2、按传输媒体分：可分为有线网和无线网两类。有、按传输媒体分：可分为有线网和无线网两类。有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网，而无线网指线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网，而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。用红外、微波作为传输介质的局域网。3 3、按媒体访问控制分：主要可分为以太网、按媒体访问控制分：主要可分为以太网（EthernetEthernet）、令牌环网）、令牌环网(Token Ring)(Token Ring)、FDDIFDDI光纤环光纤环网、异步传输模式（网、异步传输模式（ATMATM网）等。网）等。决定局域网性能的因素决定局域网性能的因素决定局域网特征的主要技术：决定局域网特征的主要技术：拓扑结构拓扑结构传输介质传输介质介质访问控制方法介质访问控制方法三种技术决定了传输数据的类型、网络的响三种技术决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络特征。种网络特征。二、总线型网络拓扑结构二、总线型网络拓扑结构所有的节点都通过网络适配器直接连接到一条作为公共传输介所有的节点都通过网络适配器直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，总线可以是同轴电缆、双绞线、或者是使用光纤质的总线上，总线可以是同轴电缆、双绞线、或者是使用光纤 总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线传输，而其他节总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线传输，而其他节点都能接收到该信息，但在同一时间内，只允许一个节点发送点都能接收到该信息，但在同一时间内，只允许一个节点发送数据；数据；由于总线作为公共传输介质为多个节点共享，就有可能出现同由于总线作为公共传输介质为多个节点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况，因此一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况，因此会出现会出现“冲突冲突”；总线型局域网中的总线型局域网中的“冲突冲突”在在“共享介质共享介质”的总线型拓扑结构的局域的总线型拓扑结构的局域网中，必须解决多个节点访问总线的介质网中，必须解决多个节点访问总线的介质访问控制问题。访问控制问题。三、环型拓扑结构三、环型拓扑结构所有节点使用相应的网络适配器连接到共享的所有节点使用相应的网络适配器连接到共享的传输介质上，通过点到点的连接构成封闭的环路。传输介质上，通过点到点的连接构成封闭的环路。环路中的数据沿着一个方向绕环逐节点轮流发环路中的数据沿着一个方向绕环逐节点轮流发送数据。送数据。在环型拓扑中，虽然也是多个节点共享一条环在环型拓扑中，虽然也是多个节点共享一条环通路，但不会出现冲突。通路，但不会出现冲突。对于环型拓扑对于环型拓扑的局域网，网的局域网，网络的管理较为络的管理较为复杂，与总线复杂，与总线型局域网相比，型局域网相比，可扩展性较差。可扩展性较差。四、星型拓扑结构四、星型拓扑结构在星型拓扑中存在一个中心在星型拓扑中存在一个中心节点，每个节点通过点到点节点，每个节点通过点到点线路与中心节点连接。线路与中心节点连接。在局域网中，由于使用中央在局域网中，由于使用中央设备的不同，局域网的物理设备的不同，局域网的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构不拓扑结构和逻辑拓扑结构不同。同。使用集线器连接所有计使用集线器连接所有计算机时，是一种具有星算机时，是一种具有星型物理连接的总线型拓型物理连接的总线型拓扑结构；扑结构；使用交换机时，是真正使用交换机时，是真正的星型拓扑结构。的星型拓扑结构。介质访问控制方法介质访问控制方法介质访问控制方法：控制网络节点如何向传介质访问控制方法：控制网络节点如何向传输介质发送数据与接收数据，即解决信道如何使输介质发送数据与接收数据，即解决信道如何使用的问题。用的问题。IEEE802规定了局域网中最常用的介质访问控制规定了局域网中最常用的介质访问控制方法：方法：IEEE802.3载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）；）；IEEE802.5令牌环（TokenRing）；）；IEEE802.4令牌总线（TokenBus）；）；一、带有冲突检测的载波侦听多路访问一、带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）CSMA协议（载波侦听多路访问）总线有两个状态：“空闲”和“忙”每个站点在使用总线发送数据帧之前首先监听总线，查看总线是否处于“空闲”状态，如果总线“忙”就继续等待，继续监听，一直到总线“空闲”要发送数据帧的站点在监听到总线“空闲”时，开始发送数据帧CD技术（带有冲突检测）在使用在使用CSMACSMA协议时，有可能会出现两个或两协议时，有可能会出现两个或两个以上的站点同时监听到总线个以上的站点同时监听到总线“空闲空闲”的情的情况，此时这些站点将同时开始发送数据帧，况，此时这些站点将同时开始发送数据帧，出现这种情况时，总线会发生冲突，导致所出现这种情况时，总线会发生冲突，导致所有站点的发送全部失败有站点的发送全部失败每个站点在发送数据后必须检测是否发生了每个站点在发送数据后必须检测是否发生了冲突冲突在发生冲突的情况下，站点使用二进制指数在发生冲突的情况下，站点使用二进制指数退避算法重发数据帧退避算法重发数据帧CSMA/CD协议的协议的工作过程通常可以工作过程通常可以概括为：概括为：先听后发、边听边发、冲突停发、延迟重发。CSMA/CD协议的特点协议的特点在采用在采用CSMA/CDCSMA/CD协议的总线协议的总线LANLAN中，各节点通过竞争的方中，各节点通过竞争的方法强占对媒体的访问权利，法强占对媒体的访问权利，出现冲突后，必须延迟重发出现冲突后，必须延迟重发。因此，节点从准备发送数据到成功因此，节点从准备发送数据到成功发送数据的时间是不发送数据的时间是不能确定能确定的，它不适合传输对时延要求较高的实时性数据。的，它不适合传输对时延要求较高的实时性数据。结构简单、网络维护方便、增删节点容易结构简单、网络维护方便、增删节点容易，网络在轻负，网络在轻负载（节点数较少）的情况下效率较高。载（节点数较少）的情况下效率较高。随着网络中节点数量的增加，传递信息量增大，即在重随着网络中节点数量的增加，传递信息量增大，即在重负载时，负载时，冲突概率增加冲突概率增加，总线，总线LANLAN的性能就会的性能就会明显下降明显下降。二、令牌环（Token Ring）在令牌环介质访问控制方法中，使在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环的令牌。网用了一个沿着环路循环的令牌。网络中的节点只有截获令牌时才能发络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的节点不能送数据，没有获取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的发送数据，因此，使用令牌环的LANLAN中不会产生冲突。中不会产生冲突。TokenRing的特点的特点由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲突，因此由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲突，因此称它是一种确定型的介质访问控制方法，而且每个节点发称它是一种确定型的介质访问控制方法，而且每个节点发送数据的延迟时间可以确定。送数据的延迟时间可以确定。在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低。在重负载时，对各节点公平，且效率高。采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的优先级，采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的优先级，具有高优先级的节点可以先发送数据，比如某个节点需要具有高优先级的节点可以先发送数据，比如某个节点需要传输实时性的数据，就可以申请高优先级。传输实时性的数据，就可以申请高优先级。三、令牌总线（三、令牌总线（TokenBus）令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环。从物理连接上看，它是总线结构的局域网，辑环。从物理连接上看，它是总线结构的局域网，但逻辑上，它是环型拓扑结构。但逻辑上，它是环型拓扑结构。连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环一每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数据后，就要将令牌传送给下一个节点。据后，就要将令牌传送给下一个节点。TokenBus的特点的特点令牌总线适用于重负载的网络中，数据发送令牌总线适用于重负载的网络中，数据发送的延迟时间确定，适合实时性的数据传输等。的延迟时间确定，适合实时性的数据传输等。网络管理较为复杂，网络必须有初始化网络管理较为复杂，网络必须有初始化的功能，以生成一个顺序访问的次序。的功能，以生成一个顺序访问的次序。令牌总线访问控制的复杂性高：网络中令牌总线访问控制的复杂性高：网络中的令牌丢失，出现多个令牌、将新节点加入到环的令牌丢失，出现多个令牌、将新节点加入到环中，从环中删除不工作的节点等。中，从环中删除不工作的节点等。逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC(Logical Link Control)LLC(Logical Link Control)子层：子层：完成完成通常意义下的数据链路层功能通常意义下的数据链路层功能媒体接入控制媒体接入控制 MAC(Medium Access Control)MAC(Medium Access Control)子层：子层：负负责解决共享信道问题；责解决共享信道问题；与接入到传输媒体有关的内容都放在与接入到传输媒体有关的内容都放在 MACMAC子层，而子层，而 LLC LLC 子子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对 LLC LLC 子层来说都是透明的子层来说都是透明的 4.2 局域网体系结构与标准局域网体系结构与标准一、物理层一、物理层 IEEE802IEEE802参考模型的物理层对应于参考模型的物理层对应于OSIOSI的物理层，的物理层，实现功能包括：实现功能包括：确保二进制位正确传输确保二进制位正确传输二、二、MAC子层子层主要功能是主要功能是管理和控制对局域网传输介质的访问，进行合理的信道分管理和控制对局域网传输介质的访问，进行合理的信道分配，解决信道竞争问题。配，解决信道竞争问题。MAC的实例如令牌环网（的实例如令牌环网（802.5）、以太网（）、以太网（802.3）等）等三、三、LLC子层子层主要功能是：主要功能是：提供高层的接口提供高层的接口建立和释放数据链路层的逻辑连接建立和释放数据链路层的逻辑连接给帧加上序号等给帧加上序号等差错控制差错控制由译码成实际的数据由译码成实际的数据IEEE委员会为局域网制定了一系列标准，统称为委员会为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE802标准。标准。1、IEEE802.1局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联2、IEEE802.2逻辑链路控制逻辑链路控制LLC3、IEEE802.3CSMA/CD访问方法和物理层规范，主要包括如访问方法和物理层规范，主要包括如下几个标准：下几个标准：IEEE802.3u100Mbps快速以太网标准，现已合并到快速以太网标准，现已合并到802.3中；中；IEEE802.3z光纤介质千兆以太网标准规范；光纤介质千兆以太网标准规范；IEEE802.3ab传输距离为传输距离为100米的米的5类无屏蔽双绞线介质千兆以类无屏蔽双绞线介质千兆以太网标准规范；太网标准规范；4、IEEE802.4TokenBUS（令牌总线）。（令牌总线）。5、IEEE802.5TokenRing（令牌环）。（令牌环）。6、IEEE802.6城域网访问方法和物理层规范。城域网访问方法和物理层规范。7、IEEE802.7宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。8、IEEE802.8光纤技术咨询和物理层课题。光纤技术咨询和物理层课题。9、IEEE802.9综合声音数据服务的访问方法和物理层规范。综合声音数据服务的访问方法和物理层规范。10、IEEE802.10安全与加密访问方法和物理层规范。安全与加密访问方法和物理层规范。11、IEEE802.11无线局域网访问方法和物理层规范，包括：无线局域网访问方法和物理层规范，包括：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c和和IEEE802.11g标标准。准。12、IEEE802.12100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物快速局域网访问方法和物理层规范。理层规范。13、IEEE802.13:基于有限电视的广域通信网。基于有限电视的广域通信网。4.3以太网以太网以太网以太网(Ethernet)是当今现有局域网采用的最通是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。用的通信协议标准。以太网络基于总线型的广播式网以太网络基于总线型的广播式网络，使用络，使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测技载波监听多路访问及冲突检测技术术)技术，并以技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与以太网与IEEE8023系列标准相类似。系列标准相类似。它不是一种具体的网络，是一种技术规范。它不是一种具体的网络，是一种技术规范。以太网的分类和发展以太网的分类和发展一、标准以太网一、标准以太网开始以太网只有开始以太网只有10Mbps的的吞吐量吞吐量，使用，使用的是的是CSMACD（带有（带有碰撞检测碰撞检测的的载波侦听载波侦听多路访问）的访问控制方法，这种早期的多路访问）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为以太网称之为标准以太网标准以太网。采用广播机制采用广播机制采用采用CSMA/CDCSMA/CD媒体访问机制媒体访问机制 无集中式的管理措施无集中式的管理措施 10Mbps以太网家族主要包括：以太网家族主要包括：10Base-510Base-210Base-T10Base-F10Base-510Base-5网络使用的硬件：网络使用的硬件：AUI插座的以太网卡插座的以太网卡50欧同轴电缆欧同轴电缆外部收发器外部收发器收发器电缆收发器电缆终端适配器终端适配器AUI接口接口 10Base-2总线型细同轴电缆以太网总线型细同轴电缆以太网10Base-T集线器的工作原理：集线器的工作原理：集线器并不处理或检查其上的通信量，仅通过将集线器并不处理或检查其上的通信量，仅通过将一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质。如果介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质。如果一个节点发出一个信息，集线器会将这个信息传播给一个节点发出一个信息，集线器会将这个信息传播给所有同它相连所有同它相连的节点。的节点。集线器的工作特点：集线器的工作特点：集线器多用于小规模的以太网，由于集线器一般集线器多用于小规模的以太网，由于集线器一般使用外接电源（有源），对其接收的信号有放大处理。使用外接电源（有源），对其接收的信号有放大处理。在某些场合，集线器也被称为在某些场合，集线器也被称为“多端口中继器多端口中继器”。v10Base-F参参数数网网络络10Base-210Base-510Base-T10Base-F网段最大网段最大长长度度185m500m100m2000m网网络络最大最大长长度度925m2500m4个集个集线线器器2个光集个光集线线器器网站网站间间最小最小距离距离0.5m2.5m网段的最多网段的最多结结点数点数30100拓扑拓扑结结构构总线总线型型总线总线型型星型星型星型星型传输传输介介质质细细同同轴电缆轴电缆粗同粗同轴电缆轴电缆3类类UTP多模光多模光纤纤连连接器接器BNC-TAUIRJ-45ST或或SC最多网段数最多网段数5553二、快速以太网二、快速以太网随着随着网络网络的发展，用户对局域网带宽提出了更高的发展，用户对局域网带宽提出了更高的要求。的要求。快速以太网的传输速率是普通以太网的十倍，快速以太网的传输速率是普通以太网的十倍，保留传统以太网的所有特征，只是将每个比特的保留传统以太网的所有特征，只是将每个比特的发送时间由发送时间由100ns100ns减少到减少到10ns10ns。4.3.2快速以太网快速以太网100BASE-T1)Fast Ethernet的数据传输速率达到了100Mb/s；2)Fast Ethernet与以太网的帧格式、介质访问控制方法与组网方法相同，在物理层做必要调整，定义了物理层标准100BASE-T。100BASE-T定义了介质专用接口定义了介质专用接口MII，他将，他将MAC子层与子层与物理层分隔开。物理层分隔开。3)每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns；4)1995年9月 Fast Ethernet标准IEEE 802.3u。以太网的技术特性以太网的技术特性1 1、以太网是基带网，它采用基带传输技术。、以太网是基带网，它采用基带传输技术。2 2、以太网的标准、以太网的标准IEEE 802.3IEEE 802.3，它使用，它使用CSMA/CDCSMA/CD访问方法。访问方法。3 3、以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体、以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体和带宽。当利用率到达和带宽。当利用率到达40%40%时，网络的响应速度明显降低。时，网络的响应速度明显降低。4 4、以太网是广播式网络，因此，它具有广播式网络的全部特点。、以太网是广播式网络，因此，它具有广播式网络的全部特点。5 5、以太网的数字信号采用曼切斯特编码方案，快速以太网采用、以太网的数字信号采用曼切斯特编码方案，快速以太网采用4B/5B4B/5B编码方案。编码方案。6 6、以太网支持传输介质类型有、以太网支持传输介质类型有5050欧基带同轴电缆欧基带同轴电缆/无屏蔽双绞无屏蔽双绞线和光纤。线和光纤。7 7、以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星型。、以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星型。8 8、以太网标准传输速率为、以太网标准传输速率为10Mbps10Mbps、100Mbps100Mbps、1000Mbps1000Mbps。9 9、以太网是可变长帧，长度为、以太网是可变长帧，长度为641514B641514B。1010、以太网技术先进、简单。、以太网技术先进、简单。1111、以太网技术成熟，价格低廉、易扩展、易维护、易管理。、以太网技术成熟，价格低廉、易扩展、易维护、易管理。FDDI网络网络光纤分布数据接口光纤分布数据接口FDDIFDDI是计算机网络技术向高是计算机网络技术向高速发展阶段的第一项高速网络技术，是成熟的速发展阶段的第一项高速网络技术，是成熟的LANLAN技术中传输速率最高的一种，设计用于实现高速计技术中传输速率最高的一种，设计用于实现高速计算机和外部设备间的高速互连，包括算机和外部设备间的高速互连，包括LANLAN和其他网和其他网络的互连。络的互连。是一个使用光纤介质传输数据的高性能环形局域网。是一个使用光纤介质传输数据的高性能环形局域网。由于由于FDDIFDDI站点管理过于复杂，实际应用主要是站点管理过于复杂，实际应用主要是 主干网。主干网。光纤分布数据接口光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的是目前成熟的LAN技术中传输速技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术。该网络的网络技术。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：1、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM，最，最大站间距离为大站间距离为200KM。2、具有较大的带宽，、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为的设计带宽为100Mb/s。3、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。4、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。窃听，因而是最安全的传输媒体。1、FDDI的基本结构的基本结构由光纤构成的由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环。一，其基本结构为逆向双环。一个环为主环，另一个环为备用环。一个顺时针传送信个环为主环，另一个环为备用环。一个顺时针传送信息，另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生息，另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生故障时，通过从主环向备用环的切换可继续维持故障时，通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。双连接站（双连接站（DAS）：）：连接到主环和次环两个环路上，当一个环路连接到主环和次环两个环路上，当一个环路出现故障时，出现故障时，DAS能转换到无故障的环上。能转换到无故障的环上。3、FDDI操作原理操作原理FDDI在在MAC子层采用与子层采用与IEEE802.5类似的令牌传送方式类似的令牌传送方式作为介质访问制方法，作为介质访问制方法，FDDI采用令牌传递的方法，实现对介采用令牌传递的方法，实现对介质的访问控制。这一点与令牌环类似。不同的是，在令牌环质的访问控制。这一点与令牌环类似。不同的是，在令牌环中，数据帧在环路上绕行一周回到发送结点后，发送结点才中，数据帧在环路上绕行一周回到发送结点后，发送结点才释放令牌，在此期间，环路上的其他结点无法获得令牌，不释放令牌，在此期间，环路上的其他结点无法获得令牌，不能发送数据。所以，在令牌环网中，环路上只有一个数据帧能发送数据。所以，在令牌环网中，环路上只有一个数据帧在流动。在在流动。在FDDI中，在令牌释放上采用了中，在令牌释放上采用了早期令牌释放早期令牌释放ETR技术技术，发送数据的结点在截获令牌后，可以发送一个或，发送数据的结点在截获令牌后，可以发送一个或多个数据帧，当数据发送完毕，或规定时间用完，则立即释多个数据帧，当数据发送完毕，或规定时间用完，则立即释放令牌，而不管发出的数据帧是否绕行一周回到发送结点。放令牌，而不管发出的数据帧是否绕行一周回到发送结点。这样，在数据帧还没有回到发送它的结点且被清除之前，其这样，在数据帧还没有回到发送它的结点且被清除之前，其他结点有可能截获令牌，并且发送数据帧。所以，在他结点有可能截获令牌，并且发送数据帧。所以，在FDDI的的环路中可能同时有多个结点发出的数据帧在流动。这样提高环路中可能同时有多个结点发出的数据帧在流动。这样提高了信道的利用率，增加了网络系统的吞吐量。了信道的利用率，增加了网络系统的吞吐量。共享式以太网存在的弊端：由于所有的节点都接共享式以太网存在的弊端：由于所有的节点都接在同一冲突域中，不管一个帧从哪里来或到哪里去，在同一冲突域中，不管一个帧从哪里来或到哪里去，所有的节点都能接受到这个帧。随着节点的增加每个所有的节点都能接受到这个帧。随着节点的增加每个节点能分到的带宽减少，而且大量的冲突将导致网络节点能分到的带宽减少，而且大量的冲突将导致网络性能急剧下降。性能急剧下降。共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户都可能同而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户都可能同进进“争用争用”一个信道，而一个通道在某一时刻只充许一个信道，而一个通道在某一时刻只充许一个用户占用，所以大量的经常处于监测等待状态，一个用户占用，所以大量的经常处于监测等待状态，致使信号在传送时产生抖动、停滞或失真，严重影响致使信号在传送时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。了网络的性能。交换式以太网中，交换机供给每个用户专用的信息交换式以太网中，交换机供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图将信息同时发往同一目的通道，除非两个源端口企图将信息同时发往同一目的端口，否则各个源端口与各自的目的端口之间可同时端口，否则各个源端口与各自的目的端口之间可同时进行通信而不发生冲突。进行通信而不发生冲突。交换机只是在工作方式上与集线器不同，其它的交换机只是在工作方式上与集线器不同，其它的连接方式、速度选择等则与集线器基本相同。连接方式、速度选择等则与集线器基本相同。交换机是一种基于交换机是一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以学学习习MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。数据帧直接由源地址到达目的地址。交换机的主要功能：交换机的主要功能：学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的换机缓存中的MAC地址表中。地址表中。转发转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至组播帧则转发至所有端口）。所有端口）。消除回路消除回路 交换式以太网交换式以太网核心设备是局域网交换机，可以在多个端口之间进行并发连核心设备是局域网交换机，可以在多个端口之间进行并发连接。接。交换式结构：交换式结构：在交换式以太网中，交换机根据收到的数据帧中的在交换式以太网中，交换机根据收到的数据帧中的MAC地址地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽，因此节点就不担心自己发送的帧在通过的帧传输彼此屏蔽，因此节点就不担心自己发送的帧在通过交换机时是否会与其他节点发送的帧产生冲突。交换机时是否会与其他节点发送的帧产生冲突。为什么要用交换式网络替代共享式网络：为什么要用交换式网络替代共享式网络：减少冲突：交换机将冲突隔绝在每一个端口，避免了减少冲突：交换机将冲突隔绝在每一个端口，避免了冲突的扩散。冲突的扩散。提升带宽：接入交换机的每个节点都可以使用全部的提升带宽：接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽，而不是各个节点共享带宽。带宽，而不是各个节点共享带宽。交换机的分类：交换机的分类：依照交换机处理帧的不同的操作模式，主要可分依照交换机处理帧的不同的操作模式，主要可分为两类。为两类。存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行检错，如无错误再将这一帧发向目的地址。帧并进行检错，如无错误再将这一帧发向目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧，而无需等待帧全部的被接收，地址就立即转发该帧，而无需等待帧全部的被接收，也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。注意：注意：直通式的转发速度大大快于存储转发模式，但可直通式的转发速度大大快于存储转发模式，但可靠性要差一些，因为可能转发冲突靠性要差一些，因为可能转发冲突帧或带帧或带CRC错误的错误的帧。帧。4.6.1虚拟局域网结构虚拟局域网结构虚拟局域网（逻辑网）是以交换式网络为基础，把网络上虚拟局域网（逻辑网）是以交换式网络为基础，把网络上的用户（终端设备）分为若干个逻辑工作组，每个逻辑工的用户（终端设备）分为若干个逻辑工作组，每个逻辑工作组就是一个虚拟网络（作组就是一个虚拟网络（VirtualNetwork，VLAN）。）。VLAN并不是一种新型的局域网技术，而是交换网络为用并不是一种新型的局域网技术，而是交换网络为用户提供的一种服务。户提供的一种服务。VLAN使用的技术标准：使用的技术标准：IEEE802.1QSoftEther4.6虚拟局域网虚拟局域网4.6.2虚拟局域网组网方法虚拟局域网组网方法1.基于交换机端口划分的VLAN 这种划分是把一个或多个交换机上的几个端口划分一个逻辑组，这是最简单、最有效的划分方法。2.基于基于MAC地址划分的地址划分的VLAN优点：方便网络用户的物理位置的移动。缺点：在大型网络中，初始工作量非常大。3.基于网络层地址划分基于网络层地址划分VLAN根据网络设备的网络层地址来确定的VLAN成员。用交换机的VLAN来取代路由器的子网。不用更改配置，方便网络节点的随意移动。1.无线局域网的接入设备无线局域网的接入设备无线网卡：是无线终端（结点）接入网络的主要部件。无线网卡：是无线终端（结点）接入网络的主要部件。无线接入点：无线接入点：AP，是一切可接入设备的综合称谓，如无线，是一切可接入设备的综合称谓，如无线AP、无线网桥、无线路由器、无线网关等各类无线设备。无线网桥、无线路由器、无线网关等各类无线设备。4.7无线局域网无线局域网2.无线局域网的工作模式无线局域网的工作模式无线局域网的拓扑结构分为无中心和有中心。无线局域网的拓扑结构分为无中心和有中心。（1）无中心模式无中心模式无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点均可直接通信，一无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点均可直接通信，一般使用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道，而信般使用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道，而信道接入控制（道接入控制（MAC）协议大多采用）协议大多采用CSMA类型的多址接类型的多址接入协议。这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易、入协议。这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易、且费用较低。但当网中用户数（站点数）过多时，信道且费用较低。但当网中用户数（站点数）过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。适用于用户数相对较少竞争成为限制网络性能的要害。适用于用户数相对较少的工作群的工作群（2）有中心模式有中心模式在有中心拓扑结构中，要求一个无线站点充当中心站，所有在有中心拓扑结构中，要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。有中心网络拓扑结构的弱站点对网络的访问均由其控制。有中心网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，中心站点的故障容易导致整个网络瘫痪，点是抗毁性差，中心站点的故障容易导致整个网络瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。并且中心站点的引入增加了网络成本。4.9城域网城域网广域网技术广域网技术广域网（广域网（WAN，WideAreaNetwork）也称远程）也称远程网。网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。机系统互连起来，达到资源共享的目的。广域网参考模型广域网参考模型广域网常用于互连相距很远的局域网，一般由公用数广域网常用于互连相距很远的局域网，一般由公用数据通信网络充当通信子网。如公用电话交换网据通信网络充当通信子网。如公用电话交换网（PSDN），数字数据网（），数字数据网（DDN）,分组交换数据网分组交换数据网（X.25）,帧中继等。帧中继等。大多数广域网中，通信子网主要由传输线路和交换节大多数广域网中，通信子网主要由传输线路和交换节点两部分组成。点两部分组成。传输线路主要用于在计算机间传输比特流传输线路主要用于在计算机间传输比特流交换节点主要是交换机或数据通信设备，用于连接两交换节点主要是交换机或数据通信设备，用于连接两条或多条传输线。条或多条传输线。大部分广域网工作在大部分广域网工作在OSI的物理层和数据链路层的物理层和数据链路层公用数据通信网公用数据通信网一般广域网的通信子网都是由公用数据通信网充一般广域网的通信子网都是由公用数据通信网充任。通常，公用数据通信网是由政府的电信部门建立任。通常，公用数据通信网是由政府的电信部门建立和管理的。和管理的。公用数据通信网主要提供三种通信服务：公用数据通信网主要提供三种通信服务：1、电路交换、电路交换2、分组交换、分组交换3、专线、专线