教学课件第4章 局域网.ppt

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1、第第4章章 局域网局域网4.1 局域网概述局域网概述4.2 传统以太网传统以太网 4.3 交换式以太网交换式以太网 4.4 虚拟局域网虚拟局域网 4.5 局域网新技术局域网新技术 4.1 局域网概述局域网概述n局域网的概念局域网的概念在较小的地理范围内，利用通信线路将许多数在较小的地理范围内，利用通信线路将许多数据设备连接起来，实现彼此之间的数据传输和据设备连接起来，实现彼此之间的数据传输和资源共享的系统称为局域网。资源共享的系统称为局域网。4.1 局域网概述局域网概述n局域网的特点局域网的特点局域网是限定区域的网络局域网是限定区域的网络通信速率高通信速率高 可采用多种通信介质可采用多种通信介

2、质可靠性较高可靠性较高4.1 局域网概述局域网概述n典型局域网技术典型局域网技术令牌环网（令牌环网（TokenRing Net）令牌总线网（令牌总线网（TokenBus Net）以太网（以太网（Ethernet） 4.1 局域网概述局域网概述1.令牌环网（令牌环网（TokenRing Net）n传输方法传输方法：物理上采用了环形拓扑结构（老：物理上采用了环形拓扑结构（老 式）和星形拓扑结构（新式），逻辑上则均为式）和星形拓扑结构（新式），逻辑上则均为 环形拓扑结构。环形拓扑结构。n传输介质传输介质：可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线：可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等。和光纤等。 4.1 局域

3、网概述局域网概述n拓扑结构拓扑结构 4.1 局域网概述局域网概述n工作原理工作原理在令牌环网中，有一种专门的帧称为在令牌环网中，有一种专门的帧称为“令牌令牌”，在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发送数据。送数据。令牌是一个特殊格式的帧，本身并不包含信息，令牌是一个特殊格式的帧，本身并不包含信息，仅控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个结仅控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个结点能够独占信道。点能够独占信道。当环上结点都空闲时，令牌绕环行进。结点计算当环上结点都空闲时，令牌绕环行进。结点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧，因此不会发机只有取得令牌

4、后才能发送数据帧，因此不会发生碰撞。生碰撞。 4.1 局域网概述局域网概述2.令牌总线网（令牌总线网（TokenBus Net）n主要特点主要特点使用令牌通过接入到一个总线拓扑的局域使用令牌通过接入到一个总线拓扑的局域网架构。网架构。在物理上是一个总线网，而在逻辑上却是在物理上是一个总线网，而在逻辑上却是一个令牌网。一个令牌网。 4.1 局域网概述局域网概述n拓扑结构拓扑结构宽带同轴电缆逻辑环4.1 局域网概述局域网概述n工作原理工作原理令牌总线是一种在总线拓扑结构中利用令牌总线是一种在总线拓扑结构中利用“令牌令牌”（token）作为控制结点访问公共）作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访

5、问控制方法。传输介质的确定型介质访问控制方法。在采用令牌总线方法的局域网中，任何一在采用令牌总线方法的局域网中，任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。线去发送数据。 4.1 局域网概述局域网概述3.以太网（以太网（Ethernet） 今天传统以太网常用来指所有符合以太网今天传统以太网常用来指所有符合以太网规范（包括规范（包括IEEE 802.3）的载波侦听多路）的载波侦听多路访问访问/冲突检测（冲突检测（CSMA/CD）的网络。）的网络。 4.1 局域网概述局域网概述n拓扑结构拓扑结构 传统的以太网使用总线形拓扑，现在的以传统的以太网使用总

6、线形拓扑，现在的以太网也采用星状拓扑。太网也采用星状拓扑。4.1 局域网概述局域网概述n因为种种原因，令牌环和令牌总线技术目因为种种原因，令牌环和令牌总线技术目 前已经被淘汰，现在绝大部分局域网都使前已经被淘汰，现在绝大部分局域网都使 用的是以太网技术，局域网已经几乎等价用的是以太网技术，局域网已经几乎等价 于以太网。于以太网。 4.1 局域网概述局域网概述n局域网中常见的拓扑结构局域网中常见的拓扑结构4.1 局域网概述局域网概述n局域网拓扑结构的共同点局域网拓扑结构的共同点 各站点共享传输介质各站点共享传输介质采用广播传输方式采用广播传输方式 4.1 局域网概述局域网概述n共享介质的好处共享

7、介质的好处 网络结构简单、组建方便并且成本低廉。网络结构简单、组建方便并且成本低廉。网络中的一个站点可以很方便地访问全网。网络中的一个站点可以很方便地访问全网。只能用于局域网只能用于局域网。4.1 局域网概述局域网概述n广域网的连接方法广域网的连接方法 点到点：一条传输介质只连接两个站点点到点：一条传输介质只连接两个站点（在两端连接），数据从一个站点到另一个（在两端连接），数据从一个站点到另一个 站点地依次传输。站点地依次传输。 4.1 局域网概述局域网概述n问题：问题： 在共享介质局域网中，如何使众多站点能在共享介质局域网中，如何使众多站点能够合理而方便地共享通信信道？够合理而方便地共享通信

8、信道？n回答：回答： 局域网一般使用两种技术：局域网一般使用两种技术： 1）随机接入）随机接入 2）受控接入）受控接入 4.1 局域网概述局域网概述nIEEE与与802层次模型层次模型 IEEE802标准中将局域网数据链路层拆成标准中将局域网数据链路层拆成两个子层，即两个子层，即逻辑链路控制逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）子层和）子层和介质访问控制介质访问控制MAC（Media Access Control）子层。）子层。 4.1 局域网概述局域网概述nIEEE802模型与模型与OSI模型的对应关系模型的对应关系4.2 传统以太网传统以太网n组网规格组网规格 IE

9、EE 10 BASE5（1983）IEEE 10 BASE2（1984）IEEE 10 BASE-T（1990）4.2 传统以太网传统以太网n10Base5网络网络采用总线拓扑和基带传输采用总线拓扑和基带传输采用直径采用直径10mm、阻抗、阻抗50的同轴电缆的同轴电缆速率为速率为10Mbps，网络段长度为，网络段长度为500米米也称为标准以太网也称为标准以太网 4.2 传统以太网传统以太网n10Base5组网方式组网方式 4.2 传统以太网传统以太网n10Base2网络网络 采用总线拓扑和基带传输，采用总线拓扑和基带传输，速率为速率为10Mbps，网段长度约为，网段长度约为200米（实米（实

10、际距离为际距离为185米）。米）。10Base2又称细缆以太网。又称细缆以太网。4.2 传统以太网传统以太网n10Base2组网方式组网方式 4.2 传统以太网传统以太网n10BaseT网络网络 采用星形拓扑和基带传输采用星形拓扑和基带传输速率为速率为10Mbps，网段的传输距离为，网段的传输距离为100米米。4.2 传统以太网传统以太网n10BaseT组网方式组网方式 4.2 传统以太网传统以太网n10Base5、10Base2、10BaseT规格总结规格总结组网规格组网规格10Base510Base210Base T传输介质传输介质粗缆粗缆细缆细缆双绞线双绞线端口类型端口类型AUI端口端口

11、BNC端口端口RJ-45端口端口物理拓扑物理拓扑总线形总线形总线形总线形星形星形有效距离有效距离500米米185米米100米米传输速率传输速率10Mb/s10Mb/s100Mb/s4.2 传统以太网传统以太网nMAC地址地址 6字节，又称为硬件地址或物理地址。字节，又称为硬件地址或物理地址。用于在硬件上区分同一个以太网内不同站点。用于在硬件上区分同一个以太网内不同站点。前三个字节被称为组织唯一标识符前三个字节被称为组织唯一标识符OUI，用于，用于 代表不同的网卡生产厂家。代表不同的网卡生产厂家。后三个字节由生产厂家指派，称为扩展标识符。后三个字节由生产厂家指派，称为扩展标识符。球范围内每个网卡

12、的球范围内每个网卡的MAC地址都是唯一的。地址都是唯一的。 4.2 传统以太网传统以太网n查看本机网卡的查看本机网卡的MAC地址地址 ：“ipconfig/all” 4.2 传统以太网传统以太网n根据根据MAC地址标明接收方站点数量的不地址标明接收方站点数量的不 同，同，MAC地址可分为：地址可分为：单播单播MAC地址地址多播多播MAC地址地址广播广播MAC地址地址4.2 传统以太网传统以太网n以太网以太网V2标准的帧格式标准的帧格式 4.2 传统以太网传统以太网n一个以太网帧实例一个以太网帧实例 4.2 传统以太网传统以太网n介质访问控制方法介质访问控制方法CSMA/CD 以太网使用以太网使

13、用“载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测” （Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）技术进）技术进 行介质访问控制。行介质访问控制。4.2 传统以太网传统以太网n载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测“多路访问多路访问”表示许多计算机以多点接入表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。的方式连接在一根总线上。“载波监听载波监听”是指每一个站在发送数据之是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要

14、发送数在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生冲突。据，以免发生冲突。 “冲突检测冲突检测”就是计算机边发送数据边检就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。测信道上的信号电压大小。 4.2 传统以太网传统以太网n最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间多经过时间 2t（两倍的端到端往返时延）（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。n以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延 2t称为争用期，称为争用期，或碰撞窗口。或碰撞窗口。n经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，经过争用期这段时

15、间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。才能肯定这次发送不会发生碰撞。4.2 传统以太网传统以太网n退避时间以争用期（退避时间以争用期（2t）为单位，也就是说退避时）为单位，也就是说退避时间均为间均为2t的整数倍。的整数倍。 具体算法如下：具体算法如下：定义重传次数定义重传次数 k，k 10， 即即k = Min重传次数重传次数, 10从整数集合从整数集合0,1, (2k-1)中随机地取出一个中随机地取出一个 数，记为数，记为 r。重传所需的时延就是重传所需的时延就是 r 倍的争用期时间（倍的争用期时间（r*2t）。）。当重传达当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高次仍不能

16、成功时即丢弃该帧，并向高层报告。层报告。4.3 交换式以太网交换式以太网n集线器与交换机的区别集线器与交换机的区别 4.3 交换式以太网交换式以太网n交换机的工作原理交换机的工作原理 当交换机从某个端口收到一个数据帧，它先当交换机从某个端口收到一个数据帧，它先读取帧首部中的源读取帧首部中的源MAC地址，然后交换机将地址，然后交换机将读取的源读取的源MAC地址添加至地址表中接收端口地址添加至地址表中接收端口所对应的表项中；所对应的表项中；交换机再去读取帧首部中的目的交换机再去读取帧首部中的目的MAC地址，地址，并在地址表中查找相应的端口；并在地址表中查找相应的端口；4.3 交换式以太网交换式以太

17、网如表中有与目的如表中有与目的MAC地址对应的端口，把地址对应的端口，把数据包直接转发到该端口上；数据包直接转发到该端口上；如表中找不到相应的端口则把数据包广播如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习目的时，交换机又可以学习目的MAC地址与哪地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。要对所有端口进行广播了。4.3 交换式以太网交换式以太网n由交换机连接由交换机连接4台主机的实例台主机的实例4.3 交换式以太网交换式以太网n在在Swtich0上使用

18、上使用show mac-address-table命命令查看地址表令查看地址表 Switch0#show mac-address-table Mac Address Type Ports - - - 0005.5e13.5a20 DYNAMIC Fa0/1 000c.cf47.305d DYNAMIC Fa1/1 000d.bdcd.a41c DYNAMIC Fa2/1 0010.118e.e392 DYNAMIC Fa3/14.4 虚拟局域网虚拟局域网nVLAN概述概述VLAN（Virtual Local Area Network）即）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备虚拟局域网，是一

19、种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。实现虚拟工作组的新兴技术。 4.4 虚拟局域网虚拟局域网nVLAN划分示意图划分示意图 4.4 虚拟局域网虚拟局域网nVLAN成员关系成员关系 静态静态VLAN 优点：优点： 简单简单 、适合于任何大小的网络。、适合于任何大小的网络。 缺点：缺点： 用户离开原来的端口，必须重新定义。用户离开原来的端口，必须重新定义。动态动态VLAN 优点：当用户物理位置移动时，优点：当用户物理位置移动时，VLAN不用重新不用重新 配置。配置。 缺点：在初始化时，所有的用户都必须进行配置。

20、缺点：在初始化时，所有的用户都必须进行配置。4.4 虚拟局域网虚拟局域网n交换机组成交换机组成硬件：硬件： 中央处理单元、只读存储器、内存、非易中央处理单元、只读存储器、内存、非易失性内存、控制台端口、接口、指示灯。失性内存、控制台端口、接口、指示灯。 软件软件： 交换机操作系统、配置文件交换机操作系统、配置文件 4.4 虚拟局域网虚拟局域网n交换机分类交换机分类根据工作协议层划分根据工作协议层划分 第二层交换机、第三层交换机、第四层交第二层交换机、第三层交换机、第四层交换机。换机。 根据交换技术划分根据交换技术划分 直通式交换机、存储转发式交换机、改进直通式交换机、存储转发式交换机、改进型直

21、通传送式交换机型直通传送式交换机 4.4 虚拟局域网虚拟局域网nVLAN配置配置 1.交换机基本配置交换机基本配置通过超级终端进行配置通过超级终端进行配置 通过通过Telnet进行配置进行配置 2. 创建创建VLAN3. VLAN静态成员分配静态成员分配4. 验证验证VLAN和删除和删除VLAN4.4 虚拟局域网虚拟局域网nVLAN划分划分 4.4 虚拟局域网虚拟局域网n命令命令show vlan输出输出 4.4 虚拟局域网虚拟局域网n 交换式网络中的访问链路和中继链路交换式网络中的访问链路和中继链路 4.4 虚拟局域网虚拟局域网n802.1Q帧格式帧格式 4.4 虚拟局域网虚拟局域网nVLA

22、N中继配置实例中继配置实例4.4 虚拟局域网虚拟局域网n命令命令show interfaces trunk的输出的输出 4.4 虚拟局域网虚拟局域网nVTP配置配置 步骤步骤1：确定即将使用的：确定即将使用的VTP版本号。版本号。步骤步骤2：确定这台交换机是否是一个已存在：确定这台交换机是否是一个已存在的管理域的成员或者是否需要创建一个新的管理域的成员或者是否需要创建一个新的域。如果已经存在一个管理域，确定域的域。如果已经存在一个管理域，确定域的名称和密码。的名称和密码。步骤步骤3：为交换机选择一个：为交换机选择一个VTP模式模式。4.4 虚拟局域网虚拟局域网n命令命令show vtp sta

23、tus的输出的输出 4.4 虚拟局域网虚拟局域网n多路由器接口连接不同多路由器接口连接不同VLAN4.4 虚拟局域网虚拟局域网n单臂路由单臂路由 4.4 虚拟局域网虚拟局域网nVLAN间路由配置间路由配置 4.5 局域网新技术局域网新技术n千兆以太网的层次结构千兆以太网的层次结构 4.5 局域网新技术局域网新技术n千兆以太网物理层标准千兆以太网物理层标准1.1000Base-LX 采用直径为采用直径为50m或或62.5m的多模光纤，的多模光纤，工作波长范围为工作波长范围为12701355nm，传输距离，传输距离为为550m。 也可以采用直径为也可以采用直径为9m或或10m的单模光纤，的单模光纤

24、，工作波长范围为工作波长范围为12701355nm，传输距离，传输距离为为5km左右。左右。 4.5 局域网新技术局域网新技术2.1000Base-SX 只采用多模光纤，可以采用直径为只采用多模光纤，可以采用直径为50m或或62.5m的多模光纤，工作波长为的多模光纤，工作波长为770860nm，传输距离为，传输距离为220550m。 3.1000Base-CX 采用采用150欧屏蔽双绞线（欧屏蔽双绞线（STP），传输距离），传输距离为为25m。4.5 局域网新技术局域网新技术n千兆以太网特点千兆以太网特点简易性简易性技术过渡的平滑性技术过渡的平滑性网络可靠性网络可靠性可管理性和可维护性可管理性

25、和可维护性整体成本下降整体成本下降支持新应用与新数据类型支持新应用与新数据类型 4.5 局域网新技术局域网新技术nIEEE 802.11基本结构模型基本结构模型4.5 局域网新技术局域网新技术nIEEE 802.11标准定义了标准定义了3种移动结点。种移动结点。无跳变结点无跳变结点基本服务集跳变结点基本服务集跳变结点扩展服务集跳变结点扩展服务集跳变结点 4.5 局域网新技术局域网新技术nIEEE 802.11定义了定义了5种无线局域网必须提种无线局域网必须提供的服务。供的服务。联系（联系（Association）重联系（重联系（Reassociation）终止联系（终止联系（Disassoci

26、ation）认证（认证（Authentication）隐私权（隐私权（Privacy） 4.5 局域网新技术局域网新技术nIEEE 802.11 定义了定义了3种物理介质。种物理介质。数据速率为数据速率为1Mbps和和2Mbps，波长在，波长在850nm950nm之间的红外线。之间的红外线。运行在运行在2.4GHz ISM频带上的直接序列扩频带上的直接序列扩展频谱。它能够使用展频谱。它能够使用7条信道，每条信道条信道，每条信道的数据速率为的数据速率为1Mbps或或2Mbps。运行在运行在2.4GHz ISM频带上的跳频扩频通频带上的跳频扩频通信，数据速率为信，数据速率为1Mbps或或2Mbps

27、。4.5 局域网新技术局域网新技术n无线局域网的主要类型无线局域网的主要类型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4.5 局域网新技术局域网新技术n无线局域网的接入设备无线局域网的接入设备无线网卡无线网卡接入点接入点 n无线局域网的配置方式无线局域网的配置方式对等模式对等模式 基础结构模式基础结构模式 4.5 局域网新技术局域网新技术n无线局域网的应用无线局域网的应用作为传统局域网的扩充作为传统局域网的扩充 建筑物之间的互连建筑物之间的互连 漫游访问漫游访问 特殊网络特殊网络 4.5 局域网新技术局域网新技术n无线局域网的发展趋势无线局域网的发展趋势HiperLAN（High Performance Radio LAN） 无线无线ATM（Asynchronous Transfer Mode）