局域网体系结构与技术.ppt

第第4章章 局域网体系结构与技术局域网体系结构与技术 局域网技术是当前计算机网络技术中非常重要的一个分支，局域网作为一种重要的基础网络，在社会各个行业得到了广泛的应用。可以这样说，局域网是建立城域网甚至互联网络的基础。本章主要介绍的内容有：本章主要介绍的内容有：局域网基本知识 局域网体系结构与标准 共享介质以太网 交换式局域网 虚拟局域网 无线局域网4.1 局域网的定义和特性局域网的定义和特性4.1.1 定义 局域网是将小区域内的各种数据通信设备互联在一起的通信网络。局域网有以下3个属性：1、局域网是一个通信网络。根据OSI/RM协议层次的划分，局域网包含OSI/RM下3层的功能。2、局域网内的通信设备是广义的通信设备，包括计算机，终端，各种外围设备等。3、小区域可以是一个建筑物内，一个校园或者大至几十公里范围内的一个区域。4.1.2 局域网的特点：局域网主要有如下一些特点：1、地理范围有限，通常网络分布在一座办公大楼或集中的建筑群内，为一个部门所有，涉辖范围一般只有几公里。2、通信速率高，一般为基带传输，传输速率为120Mbit/s，直至1000 Mbit/s.能支持计算机间高速通信。3、可采用多种通信介质。4.多采用分布式控制和广播式通信，可靠性较高，误码率通常为10-810-11，节点的增删比较容易。4.1.3 局域网的分类局域网分为共享介质的局域网和交换式局域网两大类 4.1.2 决定局域网性能的因素 局域网与城域网所涉及的技术有很多，但决定它们性能的主要技术有：1、网络拓扑结构2、介质访问控制方法3、传输介质 局域网的拓扑结构与介质控制方法紧密相关，一旦拓扑结构确定，则对介质控制方法产生很大的影响。4.2 局域网体系结构与标准局域网体系结构与标准 4.2.1 局域网体系结构 局域网参考模型只对应于OSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为两个子层，即逻辑链路控制(logical link control，LLC)子层与媒体访问控制(MAC)子层。1物理层 物理层涉及通信在信道上传输的原始比特流，它的主要作用是确保二进制位信号的正确传输，包括位流的正确传送与正确接收。2MAC子层 媒体访问控制(MAC)是数据链路层的一个功能子层。MAC构成了数据链路层的下半部，它直接与物理层相邻。3LLC子层 逻辑链路控制(LLC)也是数据链路层的一个功能子层。它构成了数据链路层的上半部，与网络层和MAC子层相邻。4.2 局域网体系结构与标准局域网体系结构与标准 4.2.2 IEEE 802局域网标准 IEEE802已被美国国家标准协会ANSI，美国国家标准局NBS和国家化标准化组织ISO采用，成为事实上的国际标准。IEEE802标准包括一系列局域网标准，最广泛使用的标准是以太网家族、令牌环、无线局域网和虚拟局域网等。4.3局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法 介质访问控制方法是指局域网中对数据传输介质进行访问管理的方法。不同拓扑结构网络系统中的设备联结方式是不同的，因此，网络中数据在传输过程中如何运用介质，也就是说，当有多个站点需要同时发送数据，使用信道就成为必需要考虑的问题，不同的拓扑结构有不同的介质访问控制方法。这就是介质访问控制的目的所在。一、共享介质媒体访问控制方法一、共享介质媒体访问控制方法 传统的局域网采用的是“共享媒体”的工作方式，其媒体访问控制方法主要有以下几种：载波监听多路访问/冲突检测方法（CSMA/CD）、控制令牌、开槽环1.载波监听多路访问/冲突检测方法（CSMA/CD）方法 CSMA/CD技术包含载波监听多路访问（CSMA）和冲突检测（CD）两方面的内容。CSMA/CD技术只用于总线型网络拓扑结构。CSMA/CD协议的工作过程协议的工作过程 CSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为：先听后发、边听边发、冲突停发、随机重发。CSMA/CD协议的特点协议的特点在采用CSMA/CD协议的总线LAN中，各节点通过竞争的方法强占对媒体的访问权利，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发送数据的时间是发送数据的时间是不能确定不能确定的，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，网络在轻负载（节点数较少）的情况下效率较高。但是随着网络中节网络中节点数量的增加，传递信息量增大，即在重负载时，冲突概点数量的增加，传递信息量增大，即在重负载时，冲突概率增加，总线率增加，总线LAN的性能就会明显下降的性能就会明显下降。载波监听多路访问有三种协议：载波监听多路访问有三种协议：非坚持非坚持CSMA：一旦监听到信道忙就不再坚持听下去，延迟一：一旦监听到信道忙就不再坚持听下去，延迟一随机时间后再重新监听。如果监听到信道空闲，就立即发送数据。随机时间后再重新监听。如果监听到信道空闲，就立即发送数据。1 坚持坚持CSMA：监听到信道忙时仍然坚持听下去，当信道空：监听到信道忙时仍然坚持听下去，当信道空闲时为止。一旦听到信道空闲时就立即发送数据。如果有冲突闲时为止。一旦听到信道空闲时就立即发送数据。如果有冲突（在规定的时间内未得到应答），则等待一段随机时间后再监听。（在规定的时间内未得到应答），则等待一段随机时间后再监听。P坚持坚持CSMA：监听到信道忙时仍然坚持听下去，直到信道空：监听到信道忙时仍然坚持听下去，直到信道空闲时为止。当听到信道空闲时，以概率闲时为止。当听到信道空闲时，以概率P发送数据，而以概率（发送数据，而以概率（1-P）延迟一个时间单位，时间单位等于最大传播延迟，再重新监听）延迟一个时间单位，时间单位等于最大传播延迟，再重新监听信道。信道。2.控制令牌控制令牌 控制令牌访问技术是另一种局域网介质访问控制方法。控制令牌访问技术是另一种局域网介质访问控制方法。控制令牌访问技术可以用于环型和总线型两种拓扑结构控制令牌访问技术可以用于环型和总线型两种拓扑结构网，这种访问方式在环型和总线型网中建立了一个网，这种访问方式在环型和总线型网中建立了一个“环环”，这种环是一种这种环是一种“逻辑环逻辑环”。控制令牌的含义是这样的：令牌表示一种权力，网络控制令牌的含义是这样的：令牌表示一种权力，网络中的所有站点按照他们共同认可的规则，从一个站点到中的所有站点按照他们共同认可的规则，从一个站点到另一个站点传递控制令牌。另一个站点传递控制令牌。令牌环（令牌环（Token Ring）在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环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。网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获的令牌。网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发送数据，因此，使用令牌环的取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的LAN中不会中不会产生冲突。产生冲突。Token Ring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，由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲突，因此称它是一种因此称它是一种确定型的介质访问控制方法确定型的介质访问控制方法，而且每个，而且每个节点发送数据的节点发送数据的延迟时间可以确定延迟时间可以确定。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。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采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的优先对各节点设置不同的优先级级，具有高优先级的节点可以先发送数据，比如某个节，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。点需要传输实时性的数据，就可以申请高优先级。令牌总线（令牌总线（Token Bus）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，但逻辑上，它是环型拓扑结构。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。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。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送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，令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完帧，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据后，就要将令牌传送给下一个节点。数据后，就要将令牌传送给下一个节点。Token Bus的特点的特点令牌总线令牌总线适用于重负载的网络适用于重负载的网络中，数据发送的延迟时间中，数据发送的延迟时间确定，适合实时性的数据传输等。确定，适合实时性的数据传输等。网络管理较为复杂网络管理较为复杂，网络必须有初始化的功能，以生成，网络必须有初始化的功能，以生成一个顺序访问的次序。一个顺序访问的次序。令牌总线访问控制的复杂性高令牌总线访问控制的复杂性高：网络中的令牌丢失，出：网络中的令牌丢失，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。作的节点等。3.开槽环开槽环 开槽环访问控制方法只用于环型拓扑结构。这种访问开槽环访问控制方法只用于环型拓扑结构。这种访问控制方法是把信息在环型信道上的传输时间分成大小固控制方法是把信息在环型信道上的传输时间分成大小固定的时间块，这个时间块称为时间槽。每个时间都是由定的时间块，这个时间块称为时间槽。每个时间都是由一同等的固定长度的一串比特组成，信息被分成若干个一同等的固定长度的一串比特组成，信息被分成若干个和时间槽相对应的时间段。和时间槽相对应的时间段。信息在环路上的传输时间指两部分：节点之间传输信息在环路上的传输时间指两部分：节点之间传输线上的信息传输时间和在各结点中的转发延迟时间。网线上的信息传输时间和在各结点中的转发延迟时间。网络中设立一个管理站，集中对全网进行控制和管理。络中设立一个管理站，集中对全网进行控制和管理。二、交换式局域网媒体访问控制方法二、交换式局域网媒体访问控制方法 交换方式介质访问控制方法在网络中要有一定数交换方式介质访问控制方法在网络中要有一定数量的交换机。交换机在局域网中处在相当于集线器的位量的交换机。交换机在局域网中处在相当于集线器的位置，但与集线器工作方式不同，它不是向所有端口重发置，但与集线器工作方式不同，它不是向所有端口重发输入的帧，而是去观察此帧的目的地址、源地址，以此输入的帧，而是去观察此帧的目的地址、源地址，以此确定确定“转发转发”到一个输出端口。到一个输出端口。三、常见局域网简介三、常见局域网简介 传统以太网传统以太网快速以太网快速以太网吉位以太网吉位以太网万兆位以太网万兆位以太网 目前人们提到局域网，大多数是指以太网。媒体访问控制方法采用目前人们提到局域网，大多数是指以太网。媒体访问控制方法采用的是的是CSNMA/CD，意即共享介质的访问控制方法。例如，当网络中有，意即共享介质的访问控制方法。例如，当网络中有10个站点，传输带宽为个站点，传输带宽为100Mbps，则每个站点的平均带宽为，则每个站点的平均带宽为10Mbps。当网络中的站点太多时，网络性能就将急剧下降。当网络中的站点太多时，网络性能就将急剧下降。以太网的产生和发展以太网的产生和发展 以太网的起源:ALOHA无线电系统(1968-1972)Xerox 创建第一个实验性的以太网(1972-1977)DEC、Intel和Xerox将以太网标准化(1979-1983)IEEE 802.3标准问世（1982年）,10BASE-5出现；10BASE-T结构化布线的历史(1986-1990)交换式和全双工制以太网的出现(1990-1994)快速以太网的出现(1992-1995)千兆网的出现(1996)万兆以太网IEEE 802.3的四种规范的四种规范 数据率（Mbps）基带信号段最大长度（百米）10 Base-510Base5分插头:插入电缆收发器:发送/接收,冲突检测,电气隔离，超长控制;AUI:连接件单元接口；终接器；粗缆粗缆vampire tapBNC端子端子收发器收发器AUI 电缆电缆NIC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米网络最大跨度网络最大跨度 2.8公里公里 10Base2细缆细缆BNC 接头接头NIC段最大长度 185m每段最多站点数 30两站点间最短距离 0.5 m10BaseT10BaseT 集线器的作用相当于一个多端口的中继器（转发器），数据从集集线器的作用相当于一个多端口的中继器（转发器），数据从集线器的一个端口进入后，集线器会将这些数据从其他所有端口广播线器的一个端口进入后，集线器会将这些数据从其他所有端口广播出去（出去（扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输传输传输传输的失真和衰减）的失真和衰减）。NIC最大长度 100m快速以太网（快速以太网（Fast Ethernet）100BASE-T快速以太网，是标准以太网的快速以太网，是标准以太网的100Mbps版本。版本。100BASE-T的标准为的标准为802.3u，作为，作为802.3的补充；的补充；100BASE-T MAC的速度相当于的速度相当于10倍的倍的BASE-T的的MAC；与与10BASE-T相同，相同，100BASE-T要求有中央集线器的星型布线结构；要求有中央集线器的星型布线结构；Fast Ethernet的协议结构的协议结构：100Base-T的四种标准的四种标准 100Base-TX支持支持2对五类非屏蔽双绞线（对五类非屏蔽双绞线（UTP）或）或2对一类屏蔽对一类屏蔽双绞线（双绞线（STP）。其中）。其中1对用于发送，另对用于发送，另1对用于接对用于接收，因此收，因此100Base-TX可以全双工方式工作，每个节可以全双工方式工作，每个节点可以同时以点可以同时以100Mbps的速率发送与接收数据。使的速率发送与接收数据。使用五类用五类UTP的最大距离为的最大距离为100米。米。100Base-T4支持支持4对三类非屏蔽双绞线对三类非屏蔽双绞线UTP，其中有，其中有3对用于数对用于数据传输，据传输，1对用于冲突检测。对用于冲突检测。100Base-T2支持支持2对三类非屏蔽双绞线对三类非屏蔽双绞线UTP。100Base-FX支持支持2芯的多模或单模光纤。芯的多模或单模光纤。100Base-FX主要是用主要是用作高速主干网，从节点到集线器作高速主干网，从节点到集线器HUB的距离可以达的距离可以达到到450米。米。快速以太网的应用快速以太网的应用 采用快速以太网集线器作为中央设备（100Base-TX集线器），使用非屏蔽5类双绞线以星型连接的方式连接以太网节点（工作站和服务器），以及连接另一个快速以太网集线器和10Base-T的共享集线器。100BASE-T快速以太网的优缺点快速以太网的优缺点优点：优点：具有较高的性能，适合网络结点多或者对网络带宽要求较高具有较高的性能，适合网络结点多或者对网络带宽要求较高的应用环境；的应用环境；基于以太网的技术，与现有基于以太网的技术，与现有10BASE-T的兼容可以容易的移植的兼容可以容易的移植到高速网络上；到高速网络上；最大地利用了已有的设备、电缆布线和网络管理技术；最大地利用了已有的设备、电缆布线和网络管理技术；众多的厂商支持；众多的厂商支持；缺点：缺点：仍然是一种共享式以太网网络，采用仍然是一种共享式以太网网络，采用CSMA/CD作为介质存取作为介质存取方式，网络结点增加时，网络性能会下降；方式，网络结点增加时，网络性能会下降；CSMA/CD方式使得网络延时变化较大，不适合实时性应用；方式使得网络延时变化较大，不适合实时性应用；速率较高，中继器间距较小，速率较高，中继器间距较小，100BASE-TX不适合做主干；不适合做主干；千兆位以太网（千兆位以太网（Gigabit Ethernet）千兆位以太网产生的背景；千兆位以太网产生的背景；千兆位以太网同样保留着传统的千兆位以太网同样保留着传统的100Base-T的所有特征。的所有特征。Gigabit Ethernet标准的工作是从标准的工作是从1995年开始的，年开始的，1995年年11月月 IEEE 802.3委员会成立委员会成立了高速网研究组；了高速网研究组；1996年年8月成立了月成立了802.3z工作组，主要研究使用光纤与短距离屏蔽工作组，主要研究使用光纤与短距离屏蔽双绞线的双绞线的Gigabit Ethernet物理层标准；物理层标准；1997年初成立了年初成立了802.3ab工作组，主要研究使工作组，主要研究使用长距离光纤与非屏蔽双绞线的用长距离光纤与非屏蔽双绞线的Gigabit Ethernet物理层标准。物理层标准。Gigabit Ethernet物理层标准一物理层标准一1000Base-SX使用短波长激光作为信号源的网络介质技术，配置波长为使用短波长激光作为信号源的网络介质技术，配置波长为770-860nm（一般为（一般为850nm）的激光传输器，只能支持多模光纤。）的激光传输器，只能支持多模光纤。1000Base-SX所使用的光纤规格有两种：所使用的光纤规格有两种：62.5微米多模光纤微米多模光纤使用使用62.5微米多模光纤在全双工方式下的最长传输距微米多模光纤在全双工方式下的最长传输距离为离为275米；米；50微米多模光纤微米多模光纤使用使用50微米多模光纤，全双工方式下最长有效距离为微米多模光纤，全双工方式下最长有效距离为550米。米。Gigabit Ethernet物理层标准二物理层标准二1000Base-LX1000Base-LX使用长波长激光作为信号源的网络介质技使用长波长激光作为信号源的网络介质技术，配置波长为术，配置波长为1270-1355nm（一般为（一般为1300nm）的激）的激光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。纤。1000Base-LX所使用的光纤规格为：所使用的光纤规格为：62.5微米多模微米多模光纤、光纤、50微米多模光纤、微米多模光纤、9微米单模光纤。微米单模光纤。使用多模光纤时，在全双工方式下，最长传输距离可使用多模光纤时，在全双工方式下，最长传输距离可以达到以达到550米；使用单模光纤时，全双工方式下的最长米；使用单模光纤时，全双工方式下的最长有效距离为有效距离为3000米。米。Gigabit Ethernet物理层标准三物理层标准三1000Base-CX1000Base-CX是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太网技术之一。网技术之一。1000Base-CX使用了一种特殊规格的高质量平衡屏蔽双使用了一种特殊规格的高质量平衡屏蔽双绞线，最长有效距离为绞线，最长有效距离为25米，使用米，使用9芯芯D型连接器连接型连接器连接电缆。电缆。1000Base-T1000BaseT使用使用5类类UTP作为网络传输介质的千兆以太作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离与网技术，最长有效距离与100Base-TX一样可以达到一样可以达到100米。米。采用这种技术可以在原有的快速以太网系统中实现从采用这种技术可以在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到到1000Mbps的平滑升级。的平滑升级。万兆位以太网（万兆位以太网（10 Gigabit Ethernet）万兆以太网技术与千兆以太网类似，仍然保留了以太网帧万兆以太网技术与千兆以太网类似，仍然保留了以太网帧结构。通过不同的编码方式或波分复用提供结构。通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbit/s传输速度，传输速度，因此，因此，10G以太网仍是以太网的一种类型。由于它仅支持全双以太网仍是以太网的一种类型。由于它仅支持全双工方式，不存在冲突，也不使用工方式，不存在冲突，也不使用CSMA/CD协议，因此传输距协议，因此传输距离不受碰撞检测的限制而大大提高。离不受碰撞检测的限制而大大提高。10G以太网使用点对点链以太网使用点对点链路和结构化布线组建星形物理结构的局域网，并支持路和结构化布线组建星形物理结构的局域网，并支持802.3ad链链路汇聚协议，在路汇聚协议，在MAC/PLS服务接口上实现服务接口上实现10Gbit/s的速度。的速度。IEEE 802.3ae万兆以太网标准万兆以太网标准 IEEE 802.3ae万兆以太网标准定义两种PHY（物理层规范），即串行局域网物理层（Serial LAN PHY）和广域网物理层（Serial WAN PHY。IEEE 802.3ae也定义支持特定物理介质相关接口（PMD）的物理层规范，包括多模光纤和单模光纤以及相应传送距离等：万兆以太网的应用万兆以太网的应用 企业网和校园网 宽带IP城域网 数据中心和Internet交换中心 超级计算中心 4.5 交换式局域网交换式局域网 4.5.1 交换式局域网的一般概念交换式局域网的一般概念 交换式局域网就是将传统局域网中连接设备集线器换作交换式局域网就是将传统局域网中连接设备集线器换作交换机后的局域网。交换机后的局域网。网段、交换机与集线器的概念网段、交换机与集线器的概念：网段网段Segment（段，节）指的是（段，节）指的是冲突域冲突域，即当网络发生冲突时，同，即当网络发生冲突时，同一个区域内都能一个区域内都能感知的站点感知的站点，这个区域就叫冲突域上，也叫网段。对于，这个区域就叫冲突域上，也叫网段。对于不同冲突域的站点，相互之间是不会产生冲突的影响，也就是说，在不不同冲突域的站点，相互之间是不会产生冲突的影响，也就是说，在不同的网段，不同的站点同时发送信息，不会引起冲突。同的网段，不同的站点同时发送信息，不会引起冲突。集线器（集线器（HUB），从拓扑结构看，为星形结构。），从拓扑结构看，为星形结构。显然有许多站点通过各自的线路连接到显然有许多站点通过各自的线路连接到HUB，但它相当，但它相当于一个大的网段，某一瞬间只能有一个站传送信息，其于一个大的网段，某一瞬间只能有一个站传送信息，其它的站点只能等待，否则将发生冲突。它的站点只能等待，否则将发生冲突。交换机，从拓扑结构看，似乎和集线器一样，但实交换机，从拓扑结构看，似乎和集线器一样，但实质却不同。连接到交换机上的线和站点构成一个单独的质却不同。连接到交换机上的线和站点构成一个单独的网段。交换机上的每一个端口都代表一个独立的冲突域，网段。交换机上的每一个端口都代表一个独立的冲突域，也就是一个网段。也就是一个网段。交换机的主要特点：交换机的主要特点：所有端口平时都不连通，当某个站点需要通信时，交换机所有端口平时都不连通，当某个站点需要通信时，交换机能同时连通多对端口，使每一对相互通信的站点独占通信介质，能同时连通多对端口，使每一对相互通信的站点独占通信介质，无冲突的传输数据，通信完成后断开连接。无冲突的传输数据，通信完成后断开连接。交换机的交换方式：交换机的交换方式：1、直通式：直通并不是物理上的直通，而是指在进行交换、直通式：直通并不是物理上的直通，而是指在进行交换时，不必将整个帧先存入缓冲区再进行处理，而是在接收数据时，不必将整个帧先存入缓冲区再进行处理，而是在接收数据帧得同时，就立即按帧中的地址决定该帧的帧得同时，就立即按帧中的地址决定该帧的 转发端口转发端口 2、存储转发式：、存储转发式：4.5 交换式局域网交换式局域网4.5.2 交换式局域网基本结构与特点交换式局域网基本结构与特点 交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元（信元）为数据交换单位，以交换设备为基础构成的元（信元）为数据交换单位，以交换设备为基础构成的网络。网络。交换机为每个端口提供专用的带宽，各个站点有一条交换机为每个端口提供专用的带宽，各个站点有一条专用链路连到交换机的一个端口。这样每个站点都可以专用链路连到交换机的一个端口。这样每个站点都可以独享通道，独享带宽。独享通道，独享带宽。4.5 交换式局域网交换式局域网 4.5.2 交换式局域网基本结构与特点交换式局域网基本结构与特点交换式局域网主要有以下一些特征：交换式局域网主要有以下一些特征：（1）交换式网络对站点提供独占的连接。）交换式网络对站点提供独占的连接。（2）高带宽和灵活的接口速度。）高带宽和灵活的接口速度。（3）高度的可扩充性和网络延展性。）高度的可扩充性和网络延展性。(4)易于管理、便于调整网络负载的分布，有效地利用网络易于管理、便于调整网络负载的分布，有效地利用网络带宽。带宽。(5)交换式局域网可以与现有网络兼容交换式局域网可以与现有网络兼容。(6)互联不同标准的局域网。互联不同标准的局域网。4.5 交换式局域网交换式局域网4.5.3 局域网交换机的工作原理局域网交换机的工作原理4.6 虚拟局域网虚拟局域网 461 VlAN概述概述4611 VLAN的概念与特点的概念与特点 虚拟局域网（逻辑网）是以交换式网络为基础，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，把网络上的用户（终端设备）分为若干个逻辑工作组，每个逻辑工作组就是一个虚拟网络（每个逻辑工作组就是一个虚拟网络（Virtual Network，VLAN）。）。VLAN并不是一种新型的局域网技术，而是交换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。网络为用户提供的一种服务。4.6 虚拟局域网虚拟局域网 4.6.1.1 虚拟局域网结构(图）4612 VLAN标准 1996年3月，IEEE802委员会发布了IEEE8021Q VLAN标准。462 VLAN的实现的实现 4621 组建组建VLAN的原则的原则 在网络中尽量使用同一厂家的交换机，而且在能用交换机的地方尽量使在网络中尽量使用同一厂家的交换机，而且在能用交换机的地方尽量使用交换机。用交换机。使用交换机组建一个范围尽可能大的交换链路，并且让尽可能多的计算使用交换机组建一个范围尽可能大的交换链路，并且让尽可能多的计算机直接连接到交换机上。机直接连接到交换机上。层次化地将交换机与交换机相连，要避免使用传统的路由器，以保持整层次化地将交换机与交换机相连，要避免使用传统的路由器，以保持整个网络的连通性。个网络的连通性。根据应用的需要，使用软件划分出若干个根据应用的需要，使用软件划分出若干个VLAN，而每个，而每个VLAN上的所上的所有计算机不论其所在的物理位置如何，都处在一个逻辑网中。有计算机不论其所在的物理位置如何，都处在一个逻辑网中。VLAN之间可以互通，也可以不相通。若要实现其中的某些之间可以互通，也可以不相通。若要实现其中的某些VLAN能够能够互通，则要使用一台中央路由器互通，则要使用一台中央路由器(或者路由交换机或者路由交换机)将这些将这些VLAN互连起互连起来，从而形成一个完整的来，从而形成一个完整的VLAN。4622 VLAN网络管理软件网络管理软件 VLAN网络管理软件是构成网络管理软件是构成VLAN的基础，它通过运的基础，它通过运行在交换式局域网上的网络管理程序来建立、配置、修行在交换式局域网上的网络管理程序来建立、配置、修改或删除整个改或删除整个VLAN。VLAN管理软件应具备的主要功能管理软件应具备的主要功能有以下几个方面。有以下几个方面。1地址过滤能力地址过滤能力 2虚拟连网能力虚拟连网能力 3广播功能广播功能 4封装封装 4.6.3 VLAN的划分方法的划分方法 1、基于交换机端口的虚拟局域网基于交换机端口的虚拟局域网无法自动解决节点的移动、增加和变更问题。如果一个节点从一个端口移动到另一个端口时，网络管理者必须对虚拟局域网成员进行重新配置。VLAN中使用集线器中使用集线器 当交换机端口连接的是一个集线器时，由于集线器所支持的是一个共享介质的多用户网络，因此，按交换机端口号的划分方案只能将连接到集线器的所有用户划分到同一个VLAN中；2、基于、基于MAC地址的虚拟局域网地址的虚拟局域网 优点：允许节点移动到网络其它物理网段；可以解决基于端口的VLAN所不能解决的问题，将一个集线器连接区域内的节点划分到不同的VLAN中。缺点需要对大量的毫无规律的MAC地址进行操作；3、基于网络层地址的虚拟局域网、基于网络层地址的虚拟局域网 使用节点的网络层地址来配置虚拟局域网，要求交换机能够处理网络层的数据；有利于组成基于服务或应用的虚拟局域网；用户可以随意移动节点而无需重新配置网络地址；一个虚拟局域网可以扩展到多个交换机的端口上，甚至一个端口能对应于多个虚拟局域网。由于检查网络层地址比检查MAC地址的延迟要大，因此，这种方法影响了交换机的交换时间以及整个网络的性能；4、VLAN的其他划分方法的其他划分方法 基于IP组播的虚拟局域网使用IP广播组动态的建立VLAN；基于策略的虚拟局域网可以同时使用不同划分VLAN的方法来建立一个虚拟局域网；464 VLAN的优点的优点 1控制网络的广播风暴控制网络的广播风暴2确保网络的安全性确保网络的安全性3简化网络管理简化网络管理4.7 无线局域网无线局域网 无线局域网（无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）作为）作为传统局域网的补充，目前已成为局域网应用的一个热点问传统局域网的补充，目前已成为局域网应用的一个热点问题。题。无线局域网可以使在难以布线的建筑物或需要临时组网的场无线局域网可以使在难以布线的建筑物或需要临时组网的场所实现网络互连。所实现网络互连。无线局域网具有灵活、可移动、设备安装简单、节省布线投无线局域网具有灵活、可移动、设备安装简单、节省布线投资、扩展能力强等优点，是局域网络发展的方向之一。资、扩展能力强等优点，是局域网络发展的方向之一。471 无线局域网的标准无线局域网的标准 1998年，年，IEEE制定出无线局域网的协议标准制定出无线局域网的协议标准80211，ISO也批也批准了这一标准。准了这一标准。基本服务集基本服务集(Basic Service Set，BSS)。一个。一个BSS包括一个基站和若干包括一个基站和若干个移动站。基本服务集类似于无线移动通信的蜂窝小区。个移动站。基本服务集类似于无线移动通信的蜂窝小区。接入点接入点(Access Point，AP)扩展的服务集扩展的服务集ESS，接入点，接入点AP的作用与网桥相似，使扩展的服务集的作用与网桥相似，使扩展的服务集ESS成为一个在成为一个在LLC子层上的逻辑局域网。子层上的逻辑局域网。80211标准还定义了标准还定义了3种类型的站。一种是仅在一个种类型的站。一种是仅在一个BSS内移动，另内移动，另一种是在一种是在BSS之间移动但仍在一个之间移动但仍在一个ESS之内，还有一种是在不同之内，还有一种是在不同的的ESS之间移动之间移动。4.7 无线局域网无线局域网 无线局域网结构示意图 4.7 无线局域网无线局域网 4.7.2 无线局域网的应用无线局域网的应用 接入接入Internet：办公室环境：办公室环境：商业环境：构成无线的商业环境：构成无线的POS系统和系统和MIS系统，利于购物系统，利于购物环境的布局和管理。环境的布局和管理。工业现场：在提高可靠性的前提下，用于工业自动化的工业现场：在提高可靠性的前提下，用于工业自动化的管理，可减少对现场的改造，管理，可减少对现场的改造，适应车间布局的变化。适应车间布局的变化。473 无线局域网的特点无线局域网的特点 1传输方式传输方式 2无线局域网的拓扑结构无线局域网的拓扑结构3网络接口网络接口4支持移动计算网络支持移动计算网络 474 无线局域网的组建无线局域网的组建 4741 无线局域网的的设备无线局域网的的设备1无线网络网卡无线网络网卡 2无线网络无线网络Hub 3，无线网络网桥，无线网络网桥4742 无线局域网的组建形式无线局域网的组建形式 无线局域网的组建通常包含下面几种形式。无线局域网的组建通常包含下面几种形式。1全无线网全无线网 2无线节点接入有线网无线节点接入有线网 3两个有线网通过无线方式相连两个有线网通过无线方式相连 4.7 无线局域网无线局域网 4.7.5 无线局域网的主要类型无线局域网的主要类型 无线局域网使用的是无线传输介质，按照所采用的传输技无线局域网使用的是无线传输介质，按照所采用的传输技术可以分为三类：术可以分为三类：红外线局域网红外线局域网扩频无线局域网扩频无线局域网窄带微波无线局域网窄带微波无线局域网4.8局域网连接设备与应用局域网连接设备与应用 1、网络适配器（网卡）的分类、网络适配器（网卡）的分类按照支持的计算机的种类分按照支持的计算机的种类分标准网卡；标准网卡；PCMCIA网卡；网卡；按照网卡的速率按照网卡的速率10Mbps网卡；网卡；10/100Mbps；1000Mbps；10Gbps；按照网卡支持的传输介质按照网卡支持的传输介质粗缆网卡；粗缆网卡；细缆网卡；细缆网卡；双绞线网卡；双绞线网卡；光纤网卡；光纤网卡；按照网卡支持的总线类型：按照网卡支持的总线类型：ISA、EISA、PCI；2、中继器、中继器 中继器（中继器（Repeater），又被称为转发器，它是局域网连接中最简单的设），又被称为转发器，它是局域网连接中最简单的设备，它的作用是将因传输而衰减的信号进行放大、整形和转发，从而扩备，它的作用是将因传输而衰减的信号进行放大、整形和转发，从而扩展了局域网的距离。展了局域网的距离。3、集线器、集线器 集线器（集线器（HUB）是带有多个端口的中继器（转发器），）是带有多个端口的中继器（转发器），也是一个工作在也是一个工作在OSI模型中的物理层设备。模型中的物理层设备。按集线器端口连接介质的不同，集线器可连接同轴电缆、按集线器端口连接介质的不同，集线器可连接同轴电缆、双绞线和光纤。许多集线器上除了带有双绞线和光纤。许多集线器上除了带有RJ-45接口外，接口外，还带有一个还带有一个AUI粗缆接口和粗缆接口和(或或)一个一个BNC细缆接口，细缆接口，以实现不同介质网络的连接。以实现不同介质网络的连接。集线器集线器集线器通常带有多个（集线器通常带有多个（8个、个、12个、个、16个或个或24个）个）RJ-45端口端口4、交换机、交换机独立式交换机独立式交换机(Standalone Switch)独立式交换机是最简单的一种交换机，带有多个（独立式交换机是最简单的一种交换机，带有多个（8个、个、12个、个、16个或个或24个）个）RJ-45端口；端口；端口密度是指交换机提供的端口数，通常为端口密度是指交换机提供的端口数，通常为824个端口，个端口，端口速率为为端口速率为为10Mbps或或100Mbps。LED指示灯通常用来指示以太网交换机的信息或交换状态。指示灯通常用来指示以太网交换机的信息或交换状态。高速端口用来连到服务器或主干网络上，可以是高速端口用来连到服务器或主干网络上，可以是100Mbps或或1000Mbps端口，可以连接端口，可以连接100Mbps的的FDDI、快速以太、快速以太网络（网络（100Base-TX）、或上连到千兆位交换网络。）、或上连到千兆位交换网络。管理端口用来连接终端或调制解调器以实现网络管理，使管理端口用来连接终端或调制解调器以实现网络管理，使用的接口通常为用的接口通常为RS-232C。独立式交换机级联独立式交换机级联可堆叠式交换机可堆叠式交换机(Stackable Switch)堆叠式交换机带有一个堆叠端口，每台堆叠式交换机通过堆叠端口，堆叠式交换机带有一个堆叠端口，每台堆叠式交换机通过堆叠端口，使用一条高速链路实现集线器之间的高速数据传输。使用一条高速链路实现集线器之间的高速数据传输。这条高速链路是用一根特殊的电缆将两台交换机的内部总线相连接，这条高速链路是用一根特殊的电缆将两台交换机的内部总线相连接，因此，这种连接在速度上要远远超过交换机的级联连接，因此，这