[精选]计算机通信与网络CH04局域网与广域网--资料课件.ppt

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1、n局域网概述局域网概述n以太网技术以太网技术n以太网的以太网的MAC层层n以太网的连接方法以太网的连接方法n局域网的扩展局域网的扩展n高速以太网高速以太网n虚拟局域网虚拟局域网n无线局域网无线局域网n广域网广域网内容纲要内容纲要n局域网概述局域网概述n以太网技术以太网技术n以太网的以太网的MAC层层n以太网的连接方法以太网的连接方法n局域网的扩展局域网的扩展n高速以太网高速以太网n虚拟局域网虚拟局域网n无线局域网无线局域网n广域网广域网4.1 局域网概述局域网概述1、局域网的定义、局域网的定义4.1 局域网概述局域网概述2、局域网的特点、局域网的特点4.1 局域网概述局域网概述3、局域网的四个

2、技术特性、局域网的四个技术特性 传输媒体传输媒体，4.1 局域网概述局域网概述4、局域网的传输媒体、局域网的传输媒体 局域网的传输媒体包括有线媒体和无线媒局域网的传输媒体包括有线媒体和无线媒体两类。体两类。 有线传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤。有线传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤。 无线传输媒体有微波、红外线和激光等。无线传输媒体有微波、红外线和激光等。4.1 局域网概述局域网概述5、局域网的传输技术、局域网的传输技术6、局域网典型的拓扑结构、局域网典型的拓扑结构 各种拓扑结构各种拓扑结构匹配电阻匹配电阻交换机交换机干线耦合器干线耦合器总线网总线网星形网星形网树形网树形网 环形网环形网交换机

3、交换机交换机交换机交换机交换机7、局域网的媒体访问控制技术、局域网的媒体访问控制技术8、IEEE 802 局域网标准局域网标准表示会话运输网络链路物理应用802.1802.2802.3 802.4 802.5 802.6ISO/OSI-RM7654321802.9 802.11CSMA/CD标记总线标记 环MANV/D综合LAN无线LAN逻辑链路控制（LLC）（体系结构），网络互连802.7802.8光纤技术宽带技术UTP同轴电缆光缆802.10 网络安全802.12交换LAN 802.3ac802.3ac：虚拟局域网：虚拟局域网VLANVLAN（19981998）。）。 802.3ab802

4、.3ab：1000Base-T1000Base-T物理层参数和规范物理层参数和规范（19991999）。）。 802.3ad 802.3ad：多重链接分段的聚合协议（：多重链接分段的聚合协议（20002000）。）。 802.3u 802.3u：100Mbit/s100Mbit/s快速以太网。快速以太网。 802.1Q: 802.1Q: 虚拟桥接以太网虚拟桥接以太网(1998)(1998)。 802.14 802.14：利用：利用CATVCATV宽带通信标准（宽带通信标准（19981998）。）。 802.15802.15：无线个人网：无线个人网 （WPAN: Wireless Persona

5、l Area NetworkWPAN: Wireless Personal Area Network）。）。 802.16 802.16：宽带无线访问标准。：宽带无线访问标准。n局域网概述局域网概述n以太网技术以太网技术n以太网的以太网的MAC层层n以太网的连接方法以太网的连接方法n局域网的扩展局域网的扩展n高速以太网高速以太网n虚拟局域网虚拟局域网n无线局域网无线局域网n广域网广域网内容纲要内容纲要1、以太网概述、以太网概述 局局 域域 网网网络层网络层物理层物理层站点站点 1网络层网络层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制媒体接入控制MACMAC数据数据链路层链路层

6、站点站点 21、以太网概述、以太网概述4.2 以太网技术以太网技术nEthernet，1973年由年由Xerox公司的公司的Metcalfe提出。提出。n1980年，年，DEC、Intel和和Xerox联手推出联手推出DIX Ethernet 1.0标准，标准， DIX Ethernet 2.0标准与标准与IEEE 802.3 标准只有很小的区别标准只有很小的区别 (帧格式帧格式中两个字节的定义有区别中两个字节的定义有区别) 。n严格说来，严格说来，“以太网以太网”应当是指符合应当是指符合 DIX Ethernet 2.0 标准的局域网。标准的局域网。 以太网工作原理以太网工作原理 参参 数数

7、 数数 值值争用期时隙争用期时隙(Slot time) 51.2 us 帧间隔帧间隔(Inter Frame Gap) 9.6 us 尝试次数尝试次数(Attempt Limit) 16 退避限制数退避限制数(Back off Limit) 10 阻塞信号阻塞信号(Jam Size ) 32 bits 最大帧长最大帧长( Max Frame Size ) 1518 bytes 最小帧长最小帧长( Min Frame Size ) 64 bytes 地址长度地址长度(Address Size ) 6 bytesCSMA/CD方式的主要参数方式的主要参数1、MAC地址地址2、MAC帧格式帧格式3、

8、CSMA/CD的工作过程的工作过程4、以太网的信道利用率、以太网的信道利用率n局域网概述局域网概述n以太网技术以太网技术n以太网的以太网的MAC层层n以太网的连接方法以太网的连接方法n局域网的扩展局域网的扩展n高速以太网高速以太网n虚拟局域网虚拟局域网n无线局域网无线局域网n广域网广域网n在局域网中，在局域网中，硬件地址硬件地址又称为又称为物理地址物理地址，或或 MAC 地址地址。 n802 标准所说的标准所说的“地址地址”严格地讲应当是严格地讲应当是每一个站的每一个站的“名字名字”或标识符。或标识符。 n但鉴于大家都早已习惯了将这种但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 bit 的的“名字名字”

9、称为称为“地址地址”，所以本书也采，所以本书也采用这种习惯用法，用这种习惯用法，尽管这种说法并不太尽管这种说法并不太严格严格。第第 1最高位最高位最先发送最先发送最低位最低位最高位最高位最低位最低位最后发送最后发送00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001最低位最低位最先发送最先发送最高位最高位最低位最低位最高位最高位最后发送最后发送机构惟一标志符机构惟一标志符 OUI扩展标志符扩展标志符高位高位在前在前低位低位在前在前十六进制表示的十六进制表示的 EUI-48 地址：地址： AC-DE-48-00-00-80二进制表示的二进制表

10、示的 EUI-48 地址：地址：第第 1 字节字节第第 6 字节字节I/G 比特比特I/G 比特比特字节顺序字节顺序第第 2第第 3第第 4第第 5第第 6第第 1字节顺序字节顺序第第 2第第 3第第 4第第 5第第 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4802.5802.6 路由器由于同时连接路由器由于同时连接到两个网络上，因此到两个网络上，因此它有两块网卡和两个它有两块网卡和两个硬件地址。硬件地址。 网卡上的硬件地址路由器路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A

11、4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6n网卡从网络上每收到一个网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先帧就首先用硬件检查用硬件检查 MAC 帧中的帧中的 MAC 地址地址. 如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。 网卡检查 MAC 地址n常用的以太网常用的以太网MAC帧格式有两种标准帧格式有两种标准 ： DIX Ethernet V2 标准标准 IEEE 的的 802.3 标准标准n最常用的

12、最常用的 MAC 帧是帧是以太网以太网 V2 的格式的格式。 两种不同的 MAC 帧格式MAC 帧帧字节字节6624IP 层层物理层物理层目的地址目的地址源地址源地址长度长度/类型类型FCSMAC 层层10101010101010 10101010101010101011前同步码前同步码帧开始帧开始定界符定界符7 字节字节1 字节字节8 字节字节插入插入数数 据据MAC 子层子层IP 层层LLC 子层子层802.2LLC 帧帧当长度当长度/类型字段类型字段表示长度时表示长度时 802.3MAC 帧帧以太网以太网 V2 MAC 帧帧这种这种 802.3 + 802.2 帧已经较少使用帧已经较少使

13、用目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节字节46 150043 1497111DSAP SSAP111 控制控制 数数 据据字节字节DSAPSSAP控制控制IP 数据报数据报IP 数据报数据报MAC 帧帧物理层物理层MAC 层层10101010101010 10101010101010101011前同步码前同步码帧开始帧开始定界符定界符7 字节字节1 字节字节8 字节字节插入插入IP 层层以太网以太网 V2 MAC 帧帧目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节字节46 1500IP 数据报数据报 以太网 V2 的格式 以太网 V2 的格式n目的

14、地址目的地址字段字段 6 字节，字节，源地址源地址字段字段 6 字字节节n类型类型字段字段 2 字节：类型字段用来标志上字节：类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议帧的数据上交给上一层的这个协议n数据数据字段的正式名称是字段的正式名称是 MAC 客户数据字客户数据字段最小长度段最小长度 64 字节字节 18 字节的首部和尾字节的首部和尾部部 = 数据字段的最小长度（数据字段的最小长度（46字节字节）n数据字段的长度数据字段的长度461500字节字节。当数据字。当数据字段的长度小于段的长度小于 46 字节时，

15、应在数据字段字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保的后面加入整数字节的填充字段，以保证证以太网的以太网的 MAC 帧长不小于帧长不小于 64 字节字节n帧校验序列帧校验序列FCS 4 字节：当传输媒体的误字节：当传输媒体的误码率为码率为 1 10 8 时，时，MAC 子层可使未检测子层可使未检测到的差错小于到的差错小于 1 10 14 以太网 V2 的格式n为了达到比特同步，在传输媒体上实际为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比传送的要比 MAC 帧还多帧还多 8 个字节个字节n在帧的前面插入的在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字字节中的第一个字段共段共 7 个字节，是

16、个字节，是前同步码前同步码，用来迅速，用来迅速实现实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段是帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符帧开始定界符，表示后面信息就是，表示后面信息就是MAC 帧。帧。 以太网 V2 的格式。n采用采用CSMA/CD作为媒体访问控制方法，无法避免冲突的作为媒体访问控制方法，无法避免冲突的发生。冲突必然造成本次发送过程失败，从而浪费网络总发生。冲突必然造成本次发送过程失败，从而浪费网络总线信道资源，造成信道利用率的下降。线信道资源，造成信道利用率的下降。n从统计平均的角度看，从统计平均的角度看，CSMA/CD方式下信道利用率究竟方式下信道利用率究竟可以达到多高呢？可以达到

17、多高呢？n假设：争用期长度为假设：争用期长度为2 ，帧长为，帧长为 bit，数据发送速率为，数据发送速率为Cbit/s，帧间间隔为，帧间间隔为 ，即发送成功后要经过时间，即发送成功后要经过时间 使信道使信道转为空闲才发送下一帧。假设检测到冲突后并不发送冲突转为空闲才发送下一帧。假设检测到冲突后并不发送冲突加强信号。总线局域网上共有加强信号。总线局域网上共有N个站，每个站发送帧的概个站，每个站发送帧的概率都是率都是 。帧发送时延为。帧发送时延为 0=L/C (s)。争用期平均个数为。争用期平均个数为。：4、以太网的信道利用率以太网的信道利用率n发送一帧所需的平均时间为发送一帧所需的平均时间为 ，

18、则，则n (4-3)n一帧的发送时延为一帧的发送时延为T0，所以，所以CSMA/CD方式下局域网平均方式下局域网平均信道利用率信道利用率(也称为归一化吞吐量也称为归一化吞吐量)为：为：n (4-4) n令令为为 个站中有一个站发送帧，而其它个站中有一个站发送帧，而其它(N-1)个站均不发个站均不发送帧，此时，没有冲突，发送数据成功。发送成功的概率送帧，此时，没有冲突，发送数据成功。发送成功的概率为为n (4-5)0T2cavNT0002TNTTTcav111)1 ()1 (NNNAppNppCP以太网的信道利用率n在成功发送一帧之前，所经过的争用期个数是一个随机变在成功发送一帧之前，所经过的争

19、用期个数是一个随机变量，其值为量，其值为0到某阈值之间的随机整数，我们可以求出其数到某阈值之间的随机整数，我们可以求出其数学期望值。学期望值。n争用期个数为争用期个数为 的概率为：的概率为：nP争用期个数为争用期个数为 = P前前( -1)次发送失败次发送失败 且第且第 次发送成功次发送成功n = (1)-1 (4-6)n为了简单起见，假定争用期个数没有限制。那么，可以计为了简单起见，假定争用期个数没有限制。那么，可以计算出争用期个数的数学期望算出争用期个数的数学期望(平均个数平均个数)为为n (4-7)n将式将式(4-7)代入式代入式(4-4)，可得，可得CSMA/CD方式下局域网平均信方式

20、下局域网平均信道利用率为：道利用率为： n (4-8)1)1 ( i1011AiAiAicPPPiiPN争用期个数为) 12(11) 1(22101000AAcPaTPTTNT以太网的信道利用率n其中，其中， ， 表示总线的端到端传播时延与帧的发表示总线的端到端传播时延与帧的发送时延的比值。送时延的比值。n在总线式局域网中，端到端传播时延通常是确定的。在总线式局域网中，端到端传播时延通常是确定的。如果帧长越长，帧的发送时延如果帧长越长，帧的发送时延 0就越大，就越大， 值就越值就越小，由式小，由式(5-8)，局域网的平均信道利用率就越大。，局域网的平均信道利用率就越大。n假设总线长度为假设总线

21、长度为1km，信号传播速率为，信号传播速率为2108m/s，数据传输速率为数据传输速率为5Mb/s。n对于各种不同的帧长情况，如对于各种不同的帧长情况，如128，256，512和和1024bit，可以计算得到，局域网的最大平均信道，可以计算得到，局域网的最大平均信道利用率利用率 max随站点个数随站点个数N变化的趋势如图所示。变化的趋势如图所示。 0/Ta以太网的信道利用率n网络接口卡（网卡）网络接口卡（网卡） AUI（Attachment Unit Interface）接入单元接）接入单元接口口10BASE-5n网络接口卡（网卡）网络接口卡（网卡） BNC接口，网卡上自带驱动器。接口，网卡上

22、自带驱动器。 最多最多4个中继器，实现信号中继放大。个中继器，实现信号中继放大。 细同轴电缆，直径细同轴电缆，直径0.508cm，单段电缆，单段电缆最大长度最大长度 185 米。米。 站点接入网络时，通过站点接入网络时，通过T型头连接。型头连接。10BASE-210Base2以太网和BNC接口10Base2以太网10Base-TRJ45 接口和双绞线n局域网概述局域网概述n以太网技术以太网技术n以太网的以太网的MAC层层n以太网的连接方法以太网的连接方法n局域网的扩展局域网的扩展n高速以太网高速以太网n虚拟局域网虚拟局域网n无线局域网无线局域网n广域网广域网内容纲要内容纲要 在许多情况下，一个

23、单位可能拥有在许多情况下，一个单位可能拥有多个局域网。因而需要实现局域网之间多个局域网。因而需要实现局域网之间的通信。本节要讨论的时在的通信。本节要讨论的时在物理层物理层或者或者数据链路层数据链路层将将局域网进行扩展局域网进行扩展。这种扩。这种扩展的局域网在网络层看来仍然是一个网展的局域网在网络层看来仍然是一个网络。络。 用多个集线器可连成更大的局域网集线器集线器集线器集线器一系一系二系二系集线器集线器三系三系三个独立的碰撞域三个独立的碰撞域 用多个集线器可连成更大的局域网一系一系二系二系三系三系集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器主干集线器主干集线器 n优点优点 使原来属于不同碰

24、撞域的局域网上的计算机能够使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。进行跨碰撞域的通信。 扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。 用集线器扩展局域网 n在在数据链路层扩展局域网数据链路层扩展局域网是使用是使用网桥网桥。n网桥网桥工作在工作在数据链路层数据链路层，它根据，它根据 MAC 帧帧的的目的地址目的地址对收到的帧进行转发。对收到的帧进行转发。n网桥具有网桥具有过滤帧过滤帧的功能。当网桥收到一的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后地址，然后

25、再确定将该帧转发到哪一个端口。再确定将该帧转发到哪一个端口。 网桥 站表站表端口管理端口管理 软件软件网桥协议网桥协议 实体实体端口端口 1端口端口 2缓存缓存网段网段 B网段网段 A111222站地址站地址 端口端口网桥网桥网桥网桥网桥的内部结构网桥的内部结构 n过滤通信量。过滤通信量。 n扩大了物理范围。扩大了物理范围。n提高了可靠性。提高了可靠性。n可互连不同物理层、不同可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不子层和不同速率（如同速率（如10 Mb/s 和和 100 Mb/s 以太网）以太网）的局域网。的局域网。 网桥带来的好处 n存储转发增加了时延。存储转发增加了时延。 n在在MAC

26、子层并没有流量控制功能。子层并没有流量控制功能。 n具有不同具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延子层的网段桥接在一起时时延更大。更大。n网桥只适合于用户数不太多网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个不超过几百个)和和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的的广播风暴广播风暴。 网桥的缺点 用户层用户层IPMAC站站 1用户层用户层IPMAC站站 2物理层物理层网桥网桥 1网桥网桥 2AB用户数据用户数据IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理层物理层DLR

27、MAC物理层物理层物理层物理层DLRMAC物理层物理层物理层物理层LANLAN两个网桥之间还可使用一段点到点链路两个网桥之间还可使用一段点到点链路 n集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。n网桥在转发帧之前必须执行网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。算法。 若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。行退避。 在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。没有网卡。 n由于网桥没有网卡，因此由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变网桥并不改变它转发它转

28、发的的帧的源地址帧的源地址。 网桥和集线器（或转发器）不同 n目前使用得最多的网桥是目前使用得最多的网桥是透明网桥透明网桥(transparent bridge)。 n“透明透明”是指局域网上的站点并不知道是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。桥对各站来说是看不见的。 n透明网桥是一种透明网桥是一种即插即用设备即插即用设备，其标准，其标准是是 IEEE 802.1D。 透明网桥 (1) 从端口从端口 x 收到无差错的帧（如有差错即丢收到无差错的帧（如有差错即丢 弃），在转发表中查找弃），在转发表中查找目的站目的站

29、MAC 地址地址。 (2) 如有，则查找出到此如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端地址应当走的端口口 d，然后进行，然后进行(3)，否则转到，否则转到(5)。(3) 如到这个如到这个 MAC 地址去的端口地址去的端口 d = x，则丢弃，则丢弃此帧（因为这表示不需要经过网桥进行转此帧（因为这表示不需要经过网桥进行转发）。否则从端口发）。否则从端口 d 转发此帧。转发此帧。(4) 转到转到(6)。 透明网桥处理帧的算法 透明网桥处理帧的算法(5) 向网桥除向网桥除 x 以外的所有端口转发此帧（这样以外的所有端口转发此帧（这样 做可保证找到目的站）。做可保证找到目的站）。(6) 如源站不在转

30、发表中，则将如源站不在转发表中，则将源站源站 MAC 地址地址 加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口 号，设置计时器。然后转到号，设置计时器。然后转到(8)。如源站在转。如源站在转 发表中，则执行发表中，则执行(7)。(7) 更新计时器。更新计时器。(8) 等待新的数据帧。转到等待新的数据帧。转到(1)。 网桥在转发表中登记以下三个信息n站地址站地址：登记收到的帧的源：登记收到的帧的源 MAC 地址。地址。n端口端口：登记收到的帧进入该网桥的端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。号。n时间时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。：登记收到的帧进入该网桥的时间。

31、透明网桥转发表根据的原理n转发表中的转发表中的 MAC 地址是根据地址是根据源源 MAC 地地址写入址写入的，但在进行转发时是将此的，但在进行转发时是将此 MAC 地址当作目的地址。地址当作目的地址。n原理：原理：如果网桥现在能够从端口如果网桥现在能够从端口 x 收到收到从源地址从源地址 A 发来的帧，那么以后就可以发来的帧，那么以后就可以从端口从端口 x 将帧转发到目的地址将帧转发到目的地址 A。 透明网桥引起的兜圈子局域网局域网 2局域网局域网 1网桥网桥 2网桥网桥 1 AFF2F1不停地不停地兜圈子兜圈子A 发出的帧发出的帧网桥网桥 1 转发的帧转发的帧网桥网桥 2 转发的帧转发的帧网

32、络资源白白消耗了网络资源白白消耗了 透明网桥支撑树算法n这是为了避免产生转发的帧在网络中不这是为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。断地兜圈子。n透明网桥支撑树算法透明网桥支撑树算法：互连在一起的网：互连在一起的网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集，在这个子集里整网络拓扑的一个子集，在这个子集里整个连通的网络中个连通的网络中不存在回路不存在回路。 多端口网桥以太网交换机n交换式集线器交换式集线器(switching hub)，可明显地提高，可明显地提高局域网的性能。局域网的性能。n交换式集线器常称为交换式集线器常称为以太网交换机以太网交换

33、机(switch)或或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。层）。n以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个太网交换机实质上就是一个多端口的网桥多端口的网桥，可，可见见交换机工作在数据链路层交换机工作在数据链路层。 以太网交换机的特点n以太网交换机的每个端口都直接与主机以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在相连，并且一般都工作在全双工方式全双工方式。n交换机能同时连通许多对的端口，使每交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒一对相互通信的

34、主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。体那样，进行无碰撞地传输数据。 n以太网交换机由于使用了专用的交换结以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。构芯片，其交换速率就较高。 以太网交换机独占传输媒体的带宽n对于普通对于普通 10 Mb/s 的的共享式以太网共享式以太网，若共有，若共有 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽宽(10 Mb/s)的的 分之一分之一。n使用使用以太网交换机以太网交换机时，虽然在每个端口到主机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是的带宽还是 10 Mb/s，由于一个用户在通信时，由于一个用户在通信

35、时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有带宽，因此对于拥有 对端口的交换机总容量对端口的交换机总容量为为 2 10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。这正是交换机的最大优点。 以太网交换机三种转发方式n存储转发方式存储转发方式n直通方式（直通方式（Cut-Through）n无碎片直通方式无碎片直通方式 （Fragment-free Cut-Through） 以太网交换机三种转发方式n存储转发方式存储转发方式：n交换机先将交换机先将MAC帧全部读入到帧全部读入到内部缓冲内部缓冲区区，进行，进行帧校验帧校验，一旦有错，就立即通，一旦有错，

36、就立即通知源站点重发。利用存储转发机制，网知源站点重发。利用存储转发机制，网管员可以定义过滤算法来控制交换机的管员可以定义过滤算法来控制交换机的通信量，实现速率不同两个端口间信息通信量，实现速率不同两个端口间信息处理。处理。 以太网交换机三种转发方式n存储转发方式存储转发方式：n交换机的传输延迟大（随帧的长度而变交换机的传输延迟大（随帧的长度而变化），缓存是有限的，当负荷增大时，化），缓存是有限的，当负荷增大时，会引起阻塞现象。会引起阻塞现象。 以太网交换机三种转发方式n直通方式直通方式 （Cut-Through）n交换机收到交换机收到MAC帧时，不待收完整，就按帧帧时，不待收完整，就按帧头的

37、头的DA来判别起转发端口。起转发速度快，来判别起转发端口。起转发速度快，延迟一致性好（与帧长短无关）。延迟一致性好（与帧长短无关）。n由于采用直通方式（由于采用直通方式（Cut-Through） ，在转发，在转发时不进行差错校验，当某些帧已有错仍然加以时不进行差错校验，当某些帧已有错仍然加以转发，做无用功；且不适宜速率不同的两个端转发，做无用功；且不适宜速率不同的两个端口间转发，口间转发，100Mbit/s网段的信息直通转发到网段的信息直通转发到10Mbit/s网段，必产生阻塞。网段，必产生阻塞。 以太网交换机三种转发方式n无碎片直通方式无碎片直通方式 (Fragment-free Cut-T

38、hrough)n以太网最小帧的长度为以太网最小帧的长度为64字节字节（含帧头、（含帧头、尾），无碎片直通方式针对这一特征，设置尾），无碎片直通方式针对这一特征，设置一个一个64字节的字节的FIFO缓冲缓冲，相对可减少出错帧，相对可减少出错帧的转发率（凡小于的转发率（凡小于64字节的帧均不转发）。字节的帧均不转发）。无碎片直通方式无碎片直通方式较之直通方式提供了较好的较之直通方式提供了较好的差错检验，而几乎没有增加延迟。不分段交差错检验，而几乎没有增加延迟。不分段交换方式会检查到帧的数据域。换方式会检查到帧的数据域。 n局域网概述局域网概述n以太网技术以太网技术n以太网的以太网的MAC层层n以太

39、网的连接方法以太网的连接方法n局域网的扩展局域网的扩展n高速以太网高速以太网n虚拟局域网虚拟局域网n无线局域网无线局域网n广域网广域网内容纲要内容纲要 常见的高速以太网常见的高速以太网n100BASE-T以太网以太网n千兆以太网千兆以太网n10Gbit/s以太网以太网n1995年年, IEEE 通过通过 100Base-T 标准，称为标准，称为Fast Ethernet 。n在交换式快速以太网中，提供给每个端口在交换式快速以太网中，提供给每个端口的带宽为的带宽为 100Mbit/s 。n100Base-T标准定义了三种标准定义了三种OSI物理层规范物理层规范 100Base-TX，使用，使用

40、2 对对 5类类UTP电缆；电缆； 100Base-T4，使用，使用 对对3类、类、4类或类或5类类UTP电缆；电缆； 100Base-FX，使用光缆。，使用光缆。 n特点特点 性价比高，传输速率性价比高，传输速率 100Mbit/s 完全兼容完全兼容10Base-T 标准标准(CSMA/CD)， 星型拓扑结构星型拓扑结构 支持支持MII （介质独立接口），（介质独立接口）， 支持全双工通信支持全双工通信 集线器或交换机之间的网线最大长集线器或交换机之间的网线最大长5m。两个两个DTE之间的最大距离为之间的最大距离为205m。 n1996年，年，Gigabit Ethernet问世，问世，19

41、99年年IEEE推出推出1000Base-X标准标准, 即即IEEE 802.3zn标准：标准： IEEE 802.3z 、 IEEE 802.3abnIEEE 802.3z定义：定义： 1000Base-LX, 1000Base-SX, 1000Base-CX 3、万兆以太网、万兆以太网n IEEE 802.3aen主要特点主要特点 n局域网概述局域网概述n以太网技术以太网技术n以太网的以太网的MAC层层n以太网的连接方法以太网的连接方法n局域网的扩展局域网的扩展n高速局域网高速局域网n虚拟局域网虚拟局域网n无线局域网无线局域网n广域网广域网内容纲要内容纲要4.7 虚拟局域网虚拟局域网1、虚

42、拟局域网的概念、虚拟局域网的概念4.7 虚拟局域网虚拟局域网nVLAN允许一组不限物理位置的用户群共享允许一组不限物理位置的用户群共享一个独立的广播域，可在一个物理网络中一个独立的广播域，可在一个物理网络中划分多个划分多个VLAN，可使得不同的用户群属于，可使得不同的用户群属于不同的广播域。不同的广播域。n通过划分用户群，控制广播范围等方式，通过划分用户群，控制广播范围等方式，VLAN技术能够从根本上解决网络效率与安技术能够从根本上解决网络效率与安全性等问题。全性等问题。 nVLAN对广播域的划分是通过交换机软件完对广播域的划分是通过交换机软件完成的。成的。以太网交换机A4B1以太网交换机VL

43、AN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构

44、成 B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。 n虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个个 4 字节的标识符，称为字节的标识符，称为 VLAN 标记标记(tag)，用，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。来指明发

45、送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。nVLAN中使用的以太网帧格式中使用的以太网帧格式 802.3MAC 帧字节66246 15004MAC 帧目地地址源地址长度/类型数 据FCS长度/类型 = 802.1Q 标记类型 标记控制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID 2 字节2 字节插入 4 字节的 VLAN 标记4用户优先级CFI4.7 虚拟局域网虚拟局域网n局域网概述局域网概述n以太网技术以太网技术n以太网的以太网的MAC层层n以太网的连接方法以太网的连接方法n局域网的扩展局域网的扩展n高速局域网高速局域网n虚拟局域网虚拟局域网n无线局域网无线局域网n

46、广域网广域网内容纲要内容纲要 无线局域网标准无线局域网标准nIEEE 802.11 2Mbit/s无线局域网的组成无线局域网的组成n有固定基础设施的无线局域网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 DS门桥门桥802.x局域网因特网无线局域网的组成无线局域网的组成 一个基本服务集一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本个移动站，所有的站在本 BSS 以内都可以以内都可以直接通信，但在和本直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时以外的站通信时都要通过本都要通过本 BSS

47、 的基站。的基站。 一个基本服务集可以是孤立的，也可通过一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点接入点 AP连接到一个主干分配系统连接到一个主干分配系统 DS (Distribution System)，然后再接入到另，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS (Extended Service Set)。无线局域网的组成无线局域网的组成 基本服务集中的基站叫做接入点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。，其作用和网桥相似。 ESS 还可通过叫做门桥还可通过叫做门桥(portal)为无线用户为无线用户提

48、供到非提供到非 802.11 无线局域网（例如，到有无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门桥的作用就线连接的因特网）的接入。门桥的作用就相当于一个网桥。相当于一个网桥。 移动站移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一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个基本服务集，而仍然可保持与另一个移动站动站 B 进行通信。进行通信。 无固定基础设施的无线局域网无固定基础设施的无线局域网自组网络自组网络(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n自组网络没有上述基本服务集中的接入点自组网络没有上述基本服务集中的接入点 A

49、P 而是由一些处于平等状态的移动站之间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。相互通信组成的临时网络。 移动自组网络的应用前景移动自组网络的应用前景 n在军事领域中，携带了移动站的战士在军事领域中，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可利用临时建立的移动自组网络进行通信。通信。n这种组网方式也能够应用到作战的地这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。群、空中的机群。 n当出现自然灾害时，在抢险救灾时利当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往用移动自组网络进行及时的通信

50、往往很有效的。很有效的。移动自组网络和移动移动自组网络和移动 IPn移动移动 IP 技术使漫游的主机可以用多技术使漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。种方式连接到因特网。n移动移动 IP 的核心网络功能仍然是基于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在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。由选择协议。n移动自组网络是将移动性扩展到无线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，并且可以不和因特的路由选择协议，并且可以不和因特网相连。网相连。802.11 标准中的物理层标准中的物理层n1997 年年 IE