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第四章第四章 计算机局域网络计算机局域网络本章重点本章重点局域网的特点及关键技术局域网的特点及关键技术介质访问控制方法：介质访问控制方法：CSMA/CD，TOKEN-PASSING以太网技术以太网技术高速局域网高速局域网5/16/202314.1 局域网局域网(LAN)概述概述1.LAN的特点的特点覆盖范围小覆盖范围小房间、建筑物、园区范围房间、建筑物、园区范围 距离距离 25km高传输速率高传输速率10Mbps1000Mbps低误码率低误码率10-8 10-10 采用总线、星形、环形拓扑采用总线、星形、环形拓扑双绞线、同轴电缆、光纤双绞线、同轴电缆、光纤为一个单位所拥有，自行建为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务设，不对外提供服务hubhubhubhubhubhubSwitchSwitchServerServerfarmfarmstationstationstationsstationsstationsstations5/16/202322.局域网的关键技术局域网的关键技术l拓扑结构（逻辑、物理）拓扑结构（逻辑、物理）总线型总线型、星型星型、环型、树型、环型、树型l介质访问方法介质访问方法按协议实现信道共享按协议实现信道共享:CSMA/CD和和Token-passingl信号传输形式信号传输形式基带基带、宽带、宽带5/16/20233LAN典型拓扑结构典型拓扑结构n总线型总线型:所有结点都直接连接到共享信道所有结点都直接连接到共享信道n星型星型:所有结点都连接到中央结点所有结点都连接到中央结点n环型环型:结点通过点到点链路与相邻结点连接结点通过点到点链路与相邻结点连接BusStarRingABCCADCBABCAT5/16/202343.LAN参考模型参考模型IEEE802标准标准网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC媒体访问控制媒体访问控制 MAC 高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层PHY由由NOS来实现来实现5/16/20235IEEE802标准的主要成员标准的主要成员802.2-逻辑链路控制逻辑链路控制LLC 802.3-CSMA/CDCSMA/CD（以太网）（以太网）（以太网）（以太网）802.4-Token Bus Token Bus（令牌总线）（令牌总线）（令牌总线）（令牌总线）802.5-Token RingToken Ring（令牌环）（令牌环）（令牌环）（令牌环）802.6-分布队列双总线分布队列双总线分布队列双总线分布队列双总线DQDB-MANDQDB-MAN标准标准标准标准802.8 FDDIFDDI（光纤分布数据接口）（光纤分布数据接口）（光纤分布数据接口）（光纤分布数据接口）802.11 无线无线LAN5/16/20236802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB802.8FDDI802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1D Bridge802.1A 体体系系结结构构IEEE802体系结构示意图体系结构示意图PHY5/16/202374.2 局域网中的介质访问控制方法局域网中的介质访问控制方法 载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测(CSMA/CD)CSMA/CD)C Carrier arrier S Sense ense M Multiple ultiple A Access/ccess/C Collision ollision D Detectetect 令牌传递令牌传递(Token Passing)Token Passing)Token RingToken RingToken BusToken BusFDDI(FDDI(双环双环)常见的有两种：常见的有两种：5/16/202381.CSMA：载波监听多点访问：载波监听多点访问 工作原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听工作原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能不能发送，发送，需需等等待一段时间后重试。待一段时间后重试。载波监听策略：载波监听策略：非坚持非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。一个随机时间后再次监听。坚持坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲空闲。1-坚持坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据一听到信道空闲就立即发送数据 p-坚持坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率听到信道空闲时，以概率p发送数据发送数据（以概以概率率1-p延迟一段时间后再发送延迟一段时间后再发送）CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。技术不能解决发送中出现的冲突现象。5/16/202392.CSMA/CD 带冲突检测的载波监听多点访问带冲突检测的载波监听多点访问工作原理：工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据立即发送数据。在发送时，。在发送时，边发边边发边继续继续监听。若监监听。若监听到冲突，则立即停止发送。听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。（称为退避）以后，再重新尝试。CSMA/CD可归结为四句话：可归结为四句话：发前先侦听，空闲即发送，发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避。边发边检测，冲突时退避。5/16/202310CSMA/CD的流程图的流程图媒体忙？媒体忙？发送帧发送帧碰撞？碰撞？发送完？发送完？发送发送JamJamN16?N16?YesYesNoNoNoNoYesYes发送成功发送成功YesYes发送失败发送失败NoNo延迟随机时间延迟随机时间NoNoYesYes发送帧发送帧碰撞次数碰撞次数N+N+5/16/2023113.令牌环（令牌环（IEEE802.5）ABDC站点站点干线耦合器干线耦合器单向环单向环 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环发送缓冲区发送缓冲区接收缓冲区接收缓冲区 接收接收发送发送线路线路驱动驱动线路线路接收接收控制器控制器DTE环路环路输入输入环路环路输出输出干线耦合器的结构干线耦合器的结构 传输媒体：传输媒体：STP、光纤，速率、光纤，速率4/16Mbps；最多站点数：最多站点数：250，信号采用曼彻斯特编码信号采用曼彻斯特编码TCU高层软件高层软件5/16/202312干线耦合器（干线耦合器（TCU）工作状态：工作状态：发送方式发送方式（站点发送数据时）（站点发送数据时）收听收听/转发方式（其他时候）转发方式（其他时候）收听方式下，收听方式下，TCU与与DTE断开断开 TCU对对位流再生并转发位流再生并转发，同时，同时监视帧中监视帧中是否出现本站地址和令牌是否出现本站地址和令牌。若出现本站若出现本站地址，则将开关地址，则将开关K闭合，闭合，TCU与与DTE接通，接通，位流复制到位流复制到DTE，同时继续转发；若出现同时继续转发；若出现令牌且有数据要发送，则截获令牌，转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。为发送方式，发送数据帧。发送方式下，数据以帧为单位从发送方式下，数据以帧为单位从TCU的的输出端发送到下一个输出端发送到下一个TCU的输入端。的输入端。DTETCU收听方式收听方式KKDTETCU发送方式发送方式KK5/16/202313Token Ring/802.5的操作的操作1）谁谁可可以以发发送送帧帧，是是由由一一个个沿沿着着环环旋旋转转的的称称为为“令令牌牌”（TOKEN）的的特特殊殊帧帧来来控控制制的的。只只有有拿拿到到令令牌牌的的站站可可以以发发送送帧帧，而而没没有有拿拿到到令令牌牌的的站站只能等待。只能等待。2）拿拿到到令令牌牌的的站站将将令令牌牌转转变变成成访访问问控控制制头头，后后面加挂上自己的数据进行发送。面加挂上自己的数据进行发送。5/16/2023143）数数据据帧帧通通过过任任何何一一个个站站点点(除除源源站站点点外外)时时，该该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a)如如果果地地址址相相符符合合，则则将将帧帧拷拷贝贝到到接接收收缓缓冲冲器器，供高层软件处理，同时将帧送回环中；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。如果地址不符合，则直接将帧送回环中。4）数数据据循循环环一一周周后后由由发发送送站站回回收收。即即发发送送的的帧帧在在环环上上循循环环一一周周后后再再回回到到发发送送站站时时，发发送送站站将将该该帧帧从从环环上上移移去去，同同时时再再放放一一个个空空令令牌牌到到环环上上，使使其其余余的的站点能获得发送帧的许可权。站点能获得发送帧的许可权。5/16/202315Token Ring/802.5的操作举例的操作举例AT=0T=0TAT=0T=0TAT=1T=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）帧循环一圈后帧循环一圈后A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌A有数据要发有数据要发送，它抓住空送，它抓住空令牌令牌A将令牌修改将令牌修改为数据帧，并为数据帧，并加挂数据加挂数据5/16/202316IEEE802.5的帧结构的帧结构 起始、结束标志起始、结束标志 访问控制字段包括：访问控制字段包括：起始起始接入控制接入控制结束结束1B1B1B令牌帧令牌帧非令牌帧（信息帧非令牌帧（信息帧/控制帧）控制帧）起始起始 访问控制访问控制 帧控制帧控制目的地址目的地址源地址源地址数据数据FCS结束结束帧状态帧状态1112/62/6 04 1 1BP P P T M R R R优先级位优先级位 令牌位令牌位监督位监督位预约位预约位 优先级与预约及优先级限制位。优先级与预约及优先级限制位。令牌位：帧类型标识。令牌位：帧类型标识。0-令牌；令牌；1-信息信息/控制帧控制帧 监督位：防止无效帧在环路中无限循环。监督位：防止无效帧在环路中无限循环。5/16/202317实际结构实际结构星型环路星型环路ABCDE集线器集线器5/16/2023184.令牌总线令牌总线(IEEE 802.4)特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网物理层：传输媒体为物理层：传输媒体为75 宽带同轴电缆，数据宽带同轴电缆，数据速速率率为为1Mb/s、5Mb/s或或10Mb/s；传输机制为以太网和令牌环的结合：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；物理传输采用广播方式；介质访问控制采用令牌方式。介质访问控制采用令牌方式。5/16/2023195.LAN的数据链路层的数据链路层按功能划分为两个子层：按功能划分为两个子层：LLC和和MAC功能分解的目的：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将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分分分开开，降低实现的复杂度。降低实现的复杂度。局网特点：共享信道局网特点：共享信道(如总线如总线)。需要解决介质。需要解决介质访问控制访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立问题。分层可以使帧的传输独立于介质和于介质和MAC方法。方法。LLC：与介质、拓扑无关；与介质、拓扑无关；MAC：与介质、拓扑相关。与介质、拓扑相关。5/16/202320LAN的链路层与传统的数据链路层的区别：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；链路支持多重访问，支持成组地址和广播；支持支持MAC介质访问控制功能；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、差错控制用、流量控制、差错控制.MAC子层功能：成帧子层功能：成帧/拆帧，拆帧，实现、维护实现、维护MAC协议，位差错协议，位差错检测，寻址检测，寻址。LLC子层功能：向高层提供子层功能：向高层提供SAP，建立建立/释放逻辑连接，差错释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，控制，帧序号处理，提供提供某些网络层功能某些网络层功能。LANLAN对对LLCLLC子层透明，仅在子层透明，仅在MACMAC子层才可见子层才可见LANLAN的标的标准准(对不同的对不同的LANLAN标准标准，区别在区别在MACMAC子层子层)5/16/202321LLC的帧结构的帧结构 DSAPSSAP控制控制数据数据 111/2长度无限制长度无限制 单位：字节单位：字节高层高层PDU LLC数据数据 LLC首部首部MAC首部首部MAC尾部尾部MAC数据数据LLC帧和帧和MAC帧的帧的关系关系5/16/202322MAC子层的地址子层的地址IEEE802标准为每个标准为每个DTE规定了一个规定了一个48位的全局地址，位的全局地址，它是它是站点的站点的全球全球唯一唯一的的标识符，与其物理位置无标识符，与其物理位置无关关。MAC地址（物理地址）地址（物理地址）MAC地址地址为为6Byte（48位）位）。MAC地址的前地址的前3个字节（高个字节（高24位）由位）由IEEE统一分配统一分配给厂商，低给厂商，低24位由厂商分配位由厂商分配给每一块网卡。给每一块网卡。网卡的网卡的MAC地址可以认为就是该网卡所在站点的地址可以认为就是该网卡所在站点的MAC地址。地址。5/16/2023235.LAN的网络层和高层的网络层和高层网络层网络层由于由于IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需中间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转接，所以网络层的很多功能(如路由选择等如路由选择等)是是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、差错控没有必要的，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，故制等功能可在数据链路层完成，故IEEE 802标准没标准没有单独设立网络层。有单独设立网络层。高层高层局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（NOS）来实现，如）来实现，如Unix、Windows NT、Netware等。等。5/16/2023244.3 以太网以太网 70 70年代中期由年代中期由年代中期由年代中期由Xerox Palo Alto Research Xerox Palo Alto Research Center(Bob Metcalfe)Center(Bob Metcalfe)提出，数据率为提出，数据率为提出，数据率为提出，数据率为2.942.94MM，称为称为称为称为EthernetEthernet（以太网）。以太网）。以太网）。以太网）。经经经经DEC,Intel and XeroxDEC,Intel and Xerox公司改进为公司改进为公司改进为公司改进为1010MM标准标准标准标准(DIX DIX 标准标准标准标准)。1985 1985年定名为年定名为年定名为年定名为IEEE 802.3，即使用即使用1坚持的坚持的CAMA/CD协议的协议的LAN标准标准，数据率从，数据率从1M到到10M(现已发展到现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。支持多种传输媒体。EthernetEthernet是指基带总线是指基带总线是指基带总线是指基带总线LANLAN。Ethernet Ethernet和和和和IEEE 802.3IEEE 802.3的帧格式不同。的帧格式不同。的帧格式不同。的帧格式不同。1.Ethernet和和IEEE 802.35/16/202325IEEE 802.3 规范规范传统以太网传统以太网传统以太网传统以太网 802.3 802.3 同同同同轴电缆轴电缆轴电缆轴电缆EthernetEthernet 802.3a 802.3a 细缆细缆细缆细缆EthernetEthernet 802.3i 802.3i 双绞线双绞线双绞线双绞线 802.3802.3j j 光纤光纤光纤光纤快速以太网快速以太网快速以太网快速以太网FEFE 802.3u 802.3u 双绞线双绞线双绞线双绞线，光纤光纤光纤光纤千兆以太网千兆以太网千兆以太网千兆以太网GEGE IEEE802.3z IEEE802.3z 屏屏屏屏蔽短双绞线、光纤蔽短双绞线、光纤蔽短双绞线、光纤蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab IEEE802.3ab 双绞线双绞线双绞线双绞线5/16/202326802.3布线介质标准布线介质标准10Base5 粗同轴粗同轴10Base2 细同轴细同轴10BaseT 双绞线双绞线 10BaseF MMF100BaseT 双绞线双绞线100BaseF MMF/SMF1000BaseX 屏蔽短双绞线屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT 双绞线双绞线数据率（数据率（数据率（数据率（MbpsMbps）基带或宽带基带或宽带基带或宽带基带或宽带BaseBase，BroadBroad段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或介质类型（介质类型（介质类型（介质类型（T T，F F，X X）10 Base 55/16/2023272.10Base5 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器收发器收发器收发器:发送发送发送发送/接收接收接收接收,冲突检测冲突检测冲突检测冲突检测,电气隔离电气隔离电气隔离电气隔离 AUI:AUI:连接件单元接口连接件单元接口连接件单元接口连接件单元接口 总线型拓扑总线型拓扑总线型拓扑总线型拓扑 用于网络骨干连接用于网络骨干连接用于网络骨干连接用于网络骨干连接最大段长度最大段长度最大段长度最大段长度 500 500米米米米每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数 100 100两站点间最小距离两站点间最小距离两站点间最小距离两站点间最小距离 2.5 2.5米米米米 粗缆粗缆粗缆粗缆Vampire tapVampire tapBNCBNC端子端子端子端子收发器收发器收发器收发器AUI AUI 电缆电缆电缆电缆NICNIC网络最大跨度网络最大跨度网络最大跨度网络最大跨度 2.5 2.5公里公里公里公里 5/16/2023283.10Base2 细细细细同轴电缆，可靠性稍差同轴电缆，可靠性稍差同轴电缆，可靠性稍差同轴电缆，可靠性稍差 BNC TBNC T型接头连接型接头连接型接头连接型接头连接 总线型拓扑总线型拓扑总线型拓扑总线型拓扑 用于办公室用于办公室用于办公室用于办公室LANLAN细缆细缆细缆细缆BNC BNC 接头接头接头接头NICNIC每段最大长度每段最大长度每段最大长度每段最大长度 185m 185m每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数 30 30两站点间最短距离两站点间最短距离两站点间最短距离两站点间最短距离 0.5 m 0.5 m网络最大跨度网络最大跨度网络最大跨度网络最大跨度 925 m 925 m 网络最多网络最多网络最多网络最多5 5个段个段个段个段 5/16/2023294.10BaseT 双绞线介质（双绞线介质（双绞线介质（双绞线介质（UTPUTP）以以以以Hub Hub（集线器）为中心节点。集线器）为中心节点。集线器）为中心节点。集线器）为中心节点。HubHub多端口转发器。多端口转发器。多端口转发器。多端口转发器。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。转发器转发器转发器转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。除信号传输的失真和衰减。除信号传输的失真和衰减。除信号传输的失真和衰减。转发器转发器转发器转发器/中继器中继器中继器中继器/HUBHUB物理层设备物理层设备物理层设备物理层设备(工作在物理层工作在物理层工作在物理层工作在物理层)。用于小型用于小型用于小型用于小型LANLAN。NICNICHUBHUB段最大长度段最大长度段最大长度段最大长度 100m 100m5/16/2023305.10BaseF 使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。星形拓扑结构星形拓扑结构星形拓扑结构星形拓扑结构最常见的布线标准：最常见的布线标准：最常见的布线标准：最常见的布线标准：10 10BaseFL-BaseFL-异步点到点链路，链路最长异步点到点链路，链路最长异步点到点链路，链路最长异步点到点链路，链路最长2 2 kmkm6.10Broad36 使用使用使用使用7575 电缆连接，拓扑结构为树形电缆连接，拓扑结构为树形电缆连接，拓扑结构为树形电缆连接，拓扑结构为树形 用于宽带用于宽带用于宽带用于宽带LANLAN5/16/2023317.IEEE 802.3的体系结构与功能实现的体系结构与功能实现 物理层物理层电缆电缆电缆电缆连接器连接器连接器连接器收发器收发器收发器收发器AUIAUI电缆电缆电缆电缆网卡网卡网卡网卡站接口站接口数据封装数据封装/解封（解封（MAC 帧）帧）链路管理（链路管理（CSMA/CD协议）协议）曼彻斯特编码曼彻斯特编码/译码译码发送发送/接收接收MACLLC5/16/2023328.Ethernet/802.3操作操作l每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据l为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点l目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧ABCABCABCABCAA(1)C 发现总线空闲发现总线空闲(2)C发送帧，目的地址为发送帧，目的地址为A(3)B 忽略该帧忽略该帧(4)A复制该帧复制该帧A信号由终端电阻吸收信号由终端电阻吸收终端电阻终端电阻5/16/202333帧格式帧格式PAPA：前同步码前同步码前同步码前同步码-10101010-10101010序列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步SFDSFD：帧首定界帧首定界帧首定界帧首定界-10101011-10101011DADA：目的目的目的目的MACMAC地址；地址；地址；地址；SA SA：源源源源MACMAC地址地址地址地址LENLEN：数据长度（数据部分的字节数）（：数据长度（数据部分的字节数）（：数据长度（数据部分的字节数）（：数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B0-1500B）TypeType：类型。高层协议标识类型。高层协议标识类型。高层协议标识类型。高层协议标识LLC PDU+pad-LLC PDU+pad-最少最少最少最少4646字节字节字节字节,最多最多最多最多15001500字节字节字节字节 PadPad：填充字段，保证帧长不少于：填充字段，保证帧长不少于：填充字段，保证帧长不少于：填充字段，保证帧长不少于6464字节字节字节字节(若若若若DataData域域域域4646字节，则无字节，则无字节，则无字节，则无Pad)Pad)FCSFCS：帧校验序列（帧校验序列（帧校验序列（帧校验序列（CRC-32CRC-32）8 6 6 2 46-1500 48 6 6 2 46-1500 4字节字节字节字节 FCSSATypePADADataPadEthernetEthernetIEEE 802.3 IEEE 802.3 7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节字节字节字节FCSPA SALENSFDDALLC PDUPad 校验区间校验区间校验区间校验区间64-1518 64-1518 字节字节字节字节5/16/202334帧间隔帧间隔l l 在相继发送的两帧之间强制插入在相继发送的两帧之间强制插入在相继发送的两帧之间强制插入在相继发送的两帧之间强制插入9.69.6m m m ms s的间隔的间隔的间隔的间隔 目的：确保其他站点也能占用信道目的：确保其他站点也能占用信道目的：确保其他站点也能占用信道目的：确保其他站点也能占用信道FCSSATypePADADataPadPA帧间隔帧间隔帧间隔帧间隔 9.6 9.6 m m m ms s帧n帧n+15/16/2023351.交换式以太网交换式以太网以网络交换机为主干的以太网以网络交换机为主干的以太网拓扑仍为星形结构（总线拓扑仍为星形结构（总线/HUBLAN_SWITCH）为何要使用网络交换机？为何要使用网络交换机？以太网以太网共享介质网络共享介质网络 共享介质网络中共享介质网络中站点数的增加将导致站点数的增加将导致LAN的性能降低的性能降低，相当于多个子，相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段信道分享通信线路。解决：网络分段(减少站点数减少站点数)网络交换网络交换总线网络或基于集线器的网络：总线网络或基于集线器的网络：网络总带宽网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽个站点共享，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的的限制，限制，网络总带宽网络总带宽=（n/2n）*10Mbps，每个连接的带宽为每个连接的带宽为10Mbps；4.4 高速局域网高速局域网5/16/202336使用交换机后，可建立多个并发使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如：的通信。例如：8个端口可建立个端口可建立4个并发通信，个并发通信，总带宽总带宽=(8/2)*10Mbps=40Mbps在访问服务器的流量非常大的网在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置络中，可在交换机上设置1-2个高个高速端口速端口(100Mbps/1Gbps)，把服，把服务器与该高速端口相连，便可大务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为连接服务器的方法又称为Big-Pipe。10Mbps 网络交换机网络交换机5/16/202337交换机的两种用法交换机的两种用法(以以10Mbps网络交换机为例网络交换机为例)：(1)端口下接站点：站点独占端口下接站点：站点独占10Mbps带宽带宽 (2)端口下接网段：网段中所有站点共享端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽带宽共享共享10M独享独享10M共享共享10M独享独享10M网络交换机网络交换机SwitchHUBHUB5/16/2023382.100Mbps 快速以太网快速以太网又又称称快快速速以以太太网网(FastEthernet，FE)，包包括括100Base-TX和和100Base-FX。与与10Mbps网络的比较：网络的比较：拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；传输率快传输率快10倍；倍；帧结构和介质访问控制方式沿用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：种不同的物理层标准：MAC子层子层100BaseFX100BaseTX2对对5类类UTP光纤光纤4对对3类类UTP100BaseT45/16/202339快速以太网组成实例快速以太网组成实例网卡网卡(外置或内置收发器外置或内置收发器)、收发器、收发器(外置外置)与收发器电缆与收发器电缆集线器（双绞线或光纤接口集线器（双绞线或光纤接口）双绞线及光缆双绞线及光缆外置光纤收发器外置光纤收发器光纤光纤100Base FX100Base FX集线器集线器100Base TX100Base TX集线器集线器100Base TX100Base TX集线器集线器光纤光纤插有光纤接口网卡插有光纤接口网卡UTP5UTP5UTP5UTP5UTP5UTP5UTP5UTP5光纤光纤UTP5UTP55/16/2023403.FDDI(Fiber Distributed Data Interface)网络由双环构成，可靠性高。网络由双环构成，可靠性高。传输速率为传输速率为100Mbps。介质访问控制方法采用介质访问控制方法采用TokenPassing，类似于令牌环。类似于令牌环。传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大(几十几十km)。集中器集中器集中器集中器令牌令牌服务器服务器5/16/2023414.千兆以太网千兆以太网(GigabitEthernet，GE)两种标准：两种标准：802.3z和和802.3ab802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线屏蔽短双绞线/MMF/SMF802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线(5类，类，6类类)连接距离较短：连接距离较短：1000BaseX:双绞线双绞线-25米；米；MMF-550米；米；SMF-3km1000BaseT:5类双绞线类双绞线100米米拓扑结构和媒体布线方法同拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT相同；相同；传输速率比传输速率比100BaseT快快10倍；倍；帧结构和介质访问控制方式仍沿用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。允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。5/16/2023424.5 LAN的扩展（的扩展（LAN互连）互连）网桥网桥LAN互连的必要性及要解决的问题互连的必要性及要解决的问题LAN互连的必要性：互连的必要性：地域限制、负载问题、互通问题、安全问题地域限制、负载问题、互通问题、安全问题LAN互连的困难：互连的困难：帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同LAN互连的实现：互连的实现：中继器中继器/HUB 在物理层上实现互联在物理层上实现互联 网桥网桥 在数据链路层上实现互联在数据链路层上实现互联 路由器路由器 在网络层上实现互联在网络层上实现互联5/16/202343用网桥实现多个网段互连用网桥实现多个网段互连hubhub10Base2-10Base2-细缆细缆细缆细缆EthernetEthernet10Base5 10Base5 粗缆粗缆粗缆粗缆EthernetEthernet10BaseT-10BaseT-双绞线双绞线双绞线双绞线routerrouterserverserverhubhub网桥网桥网桥网桥网段网段网段网段3 3网段网段网段网段4 410Base5 10Base5 粗缆粗缆粗缆粗缆EthernetEthernet网段网段网段网段1 1网段网段网段网段2 25/16/202344用网桥进行用网桥进行LAN扩展的缺点：扩展的缺点：时延时延增加增加 没有流量控制功能，重载时会丢失帧没有流量控制功能，重载时会丢失帧 不能防止广播风暴（广播消息仍会泛滥到网不能防止广播风暴（广播消息仍会泛滥到网桥所连接的各个网段）桥所连接的各个网段）两种类型的网桥：两种类型的网桥：透明网桥（透明网桥（Transparency Bridge）源选径网桥（源选径网桥（Source Routing Bridge）5/16/2023451.IEEE802.1透明网桥透明网桥 特点特点：由网桥实现路由选择，网桥和路由对站点透明：由网桥实现路由选择，网桥和路由对站点透明 网桥采用存储、转发方式，需要有足够缓存网桥采用存储、转发方式，需要有足够缓存 网桥有网桥有寻址和路由选择寻址和路由选择能力，路由选择采用查表法：能力，路由选择采用查表法：网桥内的网桥内的端口端口-地址表地址表描述了到达每个站点的路由。描述了到达每个站点的路由。端口号端口号MAC地址地址12311 122131 32 33321LANxLANyLANz连接三个网段的网桥连接三个网段的网桥端口端口-地址表的结构地址表的结构5/16/202346选路方法：选路方法：（参考上图）（参考上图）假定网桥开机后从端口假定网桥开机后从端口1收到来自收到来自LANx的帧，它就查端口的帧，它就查端口-地地址表：址表：.若目的若目的MAC地址在本端口的表项中，则丢弃此帧地址在本端口的表项中，则丢弃此帧 .若目的若目的MAC地址在其他端口的表项中，则把帧转发到相应地址在其他端口的表项中，则把帧转发到相应端口所在的端口所在的LAN .若目的若目的MAC地址不在表中，则用洪泛法转发，即向除接收地址不在表中，则用洪泛法转发，即向除接收到该帧的端口到该帧的端口(本例为端口本例为端口1)之外的其他所有端口广播。之外的其他所有端口广播。端口端口-地址表的地址表的建立方法：建立方法：在转发过程中逆向学习在转发过程中逆向学习若帧的若帧的源地址源地址不在表中，则插不在表中，则插入到表中。入到表中。5/16/202347网桥工作原理归纳为：网桥工作原理归纳为：学习源地址，丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧。学习源地址，丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧。注：网络交换机工作原理与网桥类似注：网络交换机工作原理与网桥类似可看成是一个可看成是一个多端口的高速网桥（工作在链路层上）多端口的高速网桥（工作在链路层上）透明网桥的优缺点：透明网桥的优缺点：优点：优点：容易配置、安装，无需管理容易配置、安装，无需管理 缺点：缺点：不能保证最佳路由不能保证最佳路由5/16/2023482.源选径网桥源选径网桥特点特点：由源站负责路由选择，路由信息放在发送的帧的首：由源站负责路由选择，路由信息放在发送的帧的首部（即把要经过的路径放在帧中，帧按该路径传送）部（即把要经过的路径放在帧中，帧按该路径传送）选路方法选路方法：源站向目的站发送：源站向目的站发送探测帧探测帧，该帧在扩展的，该帧在扩展的LAN中中沿所有可能路由传送；每个探测帧都记录下它所经过沿所有可能路由传送；每个探测帧都记录下它所经过的路由；这些探测帧在到达目的站后，再沿各自的路的路由；这些探测帧在到达目的站后，再沿各自的路由返回源站；由源站选择其中的最佳路由，作为发送由返回源站；由源站选择其中的最佳路由，作为发送帧中的路由信息。帧中的路由信息。源选径源选径源选径源选径网桥的优缺点：网桥的优缺点：优点：优点：网桥功能可以很简单；可以用最佳路由传送。网桥功能可以很简单；可以用最佳路由传送。缺点缺点：源站计算路由费时；主机负担重。：源站计算路由费时；主机负担重。5/16/2023493.两种网桥的比较两种网桥的比较透明网桥透明网桥源选径网桥源选径网桥服务类型服务类型无连接无连接面向连接面向连接对源站的透明性对源站的透明性完全透明完全透明不透明不透明配置、管理配置、管理自动配置，容易管理自动配置，容易管理人工方法人工方法选择的路由选择的路由次佳次佳 最佳最佳目的地确定方法目的地确定方法逆向学习逆向学习 探测帧探测帧故障处理及拓扑变化故障处理及拓扑变化网桥负责网桥负责主机负责主机负责复杂性和开销复杂性和开销网桥负担网桥负担主机负担主机负担5/16/202350作业：作业：P1131，2，3，4补充：补充：1.为什么网桥（交换机）不能隔离广播信息为什么网桥（交换机）不能隔离广播信息?2.网桥工作在网桥工作在OSI参考模型的那一层上？参考模型的那一层上？3.一个小型局域网络，用一台有一个小型局域网络，用一台有8个个10Mb/s端口和端口和1个个100Mb/s端口的网络交换机作为核心连接设备。交换端口的网络交换机作为核心连接设备。交换机的机的8个个10M端口分别连接端口分别连接8台台PC机，机，100M端口与端口与1台台服务器相连。若该网络的流量主要是集中于服务器相连。若该网络的流量主要是集中于PC机与服机与服务器之间，务器之间，PC之