完美版课件第8章数据通信网.ppt

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1、第一讲 介质访问控制技术第二讲 局域网的参考模型及协议第三讲 以太网第四讲 网络互连设备第五讲 虚拟和高速局域网第4章 介质访问控制技术与局域网局域网的特点 n特点：n地理分布范围较小；n误码率低，一般在10-11-10-8以下；n以PC机为主体，数据传输速率高n类别：n普遍应用的局部区域网LANn采用电路交换技术的局域网，称计算机交换机CBX（Computer Branch Exchange）或专门小交换机 PBX（Private Branch Exchange）n新发展的高速局域网HSLN（High Speed Local Network）n常用的拓扑结构：总线型、环型、星型局域网体系结构

2、 n数据链路层：介质访问控制子层介质访问控制子层MACMAC（Media Access Control）数据的封装与解封，包括成帧、寻址和错误检测；介质访问管理，包括介质分配和冲突解决 逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层LLCLLC（Logical Link Control）向高层提供一个或多个访问点LSAP，用于同网络层通信的逻辑接口，主要执行OSI基本数据链路协议的大部分功能和网络层的部分功能，如帧的收发、差错控制、流量控制、帧同步.MAC子层功能 MAC（Media Access Control，介质访问控制）是一种控制使用通信介质的机制，它是数据链路层协议的一部分。下图是MAC子层功能结

3、构图 信道分配 介质访问子层的中心论题是相互竞争的用户之间如何分配一个单独的广播信道 1、静态分配：只要一个用户得到了信道就不会和别的用户冲突。(用户数据流量具有突发性和间歇性)2、动态分配：称为多路访问或多点接入，指多个用户共用一条线路，而信道并非是在用户通信时固定分配给用户，这样的系统又称为竞争系统。动态分配方法又可以分为：随机访问，典型ALOHA协议、CSMA协议；受控访问，典型令牌网竞争系统和集中控制的多点线路轮询信道动态分配中的5个关键假设n站模型：站独立，以恒定速率产生帧，每个站只有一个程序n单信道假设(核心)n冲突假设：两个帧同时传送，就会冲突，所有站点能检测到，冲突帧需重发n发

4、送时间n连续时间n时隙n载波检测n有载波侦听n无载波侦听4.1 介质访问控制技术4.1.1 争用协议n纯ALOHA协议n分槽ALOHA协议nCSMA/CD协议1.纯ALOHA协议 用户有数据要发送时，可以直接发至信道，若在规定时间内收到应答，表示发送成功，否则重发。n重发策略：发送数据后侦听信道是否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机随机的时间重发，直到发送成功为止，如下图所示。冲突窗口 2t 把使用信道的时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间，每个站点只能在时间槽开始时才允许发送，其他过程与纯ALOHA协议相同。冲突主要发生在时间槽的起点，一旦发送成功就不会出现冲突，分槽ALOHA

5、大幅度降低了冲突的可能性，信道利用率比纯ALOHA提高了约一倍约一倍。冲突窗口为t 2.分槽ALOHA协议3.载波侦听多路访问协议CSMA 载波侦听（载波侦听（Carrier SenseCarrier Sense）：站点在发送帧之前，首先侦听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。三种方式：n坚持型CSMA（1-persistent CSMA）n非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA）np-坚持型CSMA（p-persistent CSMA）n协议思想n站点有数据发送，先侦听信道；n若站点发现信道空闲，则发送；n若信道忙，则继续侦听直至发现信道空闲

6、，然后 完成发送；n若产生冲突，等待一个随机时间，然后重新开始发送过程n优点n减少了信道空闲时间n缺点n增加了发生冲突的概率;n广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差坚持型CSMA（1-persistent CSMA）n协议思想n若站点有数据发送，先侦听信道；n若站点发现信道空闲，则发送；n若信道忙，等待一个随机时间重新开始发送过；n若产生冲突，等待一随机时间重新开始发送；n优点n减少了冲突的概率,信道效率比1-坚持CSMA高n缺点:n不能找出信道刚一变空闲的时刻n增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大n传输延迟比1-坚持CSMA大非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA

7、）n协议思想n若站点有数据发送，先侦听信道；n若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率q=1-p 延迟至下一个时间槽发送。若下一个时间槽仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时间槽被其他站点所占用n若信道忙，则等待下一个时间槽，重新开始发送n若产生冲突，等待一随机时间，重新开始发送n折中方案折中方案，既能像非坚持型CSMA那样减少冲突，又能像1-坚持型CSMA那样减少媒体空闲时间的，适用于分槽信道。p-坚持型CSMA（p-persistent CSMA）三种CSMA协议的比较五种多路访问协议性能比较 以上五种多路访问方法的信道利用率和载荷曲线的比较见下图。4.带冲突检测的载波侦听多路访问协议

8、CSMA/CDn引入原因n当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CDn原理n站点使用CSMA协议进行数据发送；n在发送期间如果检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突；n在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程 CSMA/CD工作状态包括三个周期：传输周期、竞争周期和空闲周期 一个站点确定发生冲突所花的时间到底为多少？(2倍电缆传输时间)二进制指数退避算法二进制指数退避算法确定

9、等待的随机时间n当站点发生第1次冲突,等待021-1个时间片。n当站点发生第2次冲突,等待022-1个时间片。n依此类推，当站点发生第n次冲突，在n10时，等待02n 1个时间片；n10后，等待0210个时间片 n当站点发生冲突的次数达到第16次时，将放弃该数据帧的发送4.1.2 令牌环介质访问控制技术n产生原因n环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到点链路组成的环，点到点链路有很多技术优势；n各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避免冲突发生；nIBM选择Token Ring作为它的LAN技术。令牌环的结构环长的计算令牌帧和数据帧的格式令牌环介质访问控制协议令牌环的操作与维护1.令牌环

10、的结构 由一系列环接口和这些接口间的点到点链路构成的闭合环路，各站点通过环接口连到网上。n环接口的两种操作模式n侦听模式n传输模式2.环长的计算环比特长度=传播时延数据传输速率接口延迟位数传播时延=环路介质长度/200（m/s）例：某令牌环介质长度为10Km，数据传输速率为4Mbps，环路上共有50个站点，每个站点的接口引入1位延迟，则可计算得：环的比特长度=10（Km）/200（m/s）4（Mbps）1（bit）50=250（bit）3.令牌帧和数据帧的格式IEEE 802.5令牌环的MAC帧有两种基本格式：令牌帧和数据帧n 令牌帧SD(JK00JKOOO)和ED(JK11JK111)标志着

11、帧的开始和结束，用差分曼彻斯特编模式(J J和和K K的中间没有跳变的中间没有跳变)无信息传输时，3字节的令牌在环上循环；有信息要发送时，站获得令牌，并将第二个字节的某一位由 0 变成 1，将令牌的前两个字节变成帧的起始序列，然后输出帧的其它部分；协议基本操作n 数据帧（1）访问控制字段AC 访问控制域 AC 包括令牌位、监视位、优先级位和保留位；（2）帧控制字段FC 帧控制域 FC 用于将数据帧和控制帧区别开来和进行环的维护；前两位为”00”：表示此帧为控制帧 后六位为“000011”：表示一个新的站点试图成为新的控制帧 （3）帧状态字段FS n帧状态字节FS用于报告帧的传送情况，包括地址位

12、A和拷贝位C，帧经过目的站，A置为“1”，帧被接收，C置为“1”。A、C位提供了自动确认。为增加可靠性，A、C在 FS中出现两次。nA=0，C=0，目的站不存在或未加电；nA=1，C=0，目的站存在但帧未被接收；nA=1，C=1，目的站存在且帧被复制。4.令牌环介质访问控制协议 n 使用一个特殊的令牌帧，当某个站点有数据帧要发送时，必须等待标记为空的令牌帧到来，将令牌帧的空标记改为忙，并将数据帧发送到环上。n 发送的数据帧在环上循环的过程中，所经过的环上的各个站点都将帧上的目的地址与本站点的地址进行比较，若不等则直接传给后面的站点，若相等则将帧复制接收，然后继续传给后面的站点。n 发送的数据帧

13、在环上循环一周后再回到发送站，由发送站将该帧从环上移去，同时将令牌的忙标记改为空标记，传给后面的站。n 空令牌帧在环上循环，经过某站点时，若该站点有数据帧要发送则重复上述过程，若该站点没有数据帧发送则直接将令牌帧传给下一个站点。令牌环工作举例：A站点向C站点发送数据帧5.令牌环的维护n需要对令牌环进行维护的情况n站点发送帧，帧未返回到该站点前该站点崩溃：产生了一个不能移去的帧（无主帧）n站点接收帧或令牌后就崩溃：环上没有令牌n通过监控站和帧控制字段来完成对令牌环的维护n设置监控站，对新帧监控位监控位设置为0，帧通过监控站时，将监控位改为1，如该帧再通过监控站（表明是不能移去的帧），移去并产生一

14、个新令牌n监控站设置计时器，只要监控站发送一个帧或令牌，就启动计时器，超时（帧或令牌丢失），则产生一个新令牌4.1.3 令牌总线访问控制技术nCSMA/CD介质访问控制采用总线争用方式，具有结构简单、在轻负载下延迟小等优点，但随着负载的增加，冲突概率增加，性能将明显下降nToken Ring具有重负载下利用率高、对距离不敏感以及具有公平访问等优越性能，但环形网结构复杂，存在可靠性等问题n令牌总线是综合了以上两种机制的优点而形成的一种介质访问控制方法，IEEE802.4提出了相关标准：令牌总线(Token Bus)介质访问控制方法令牌总线局域网的结构n 物理结构是总线的，逻辑结构是环型的n 应用

15、于工厂自动化和过程控制及需要实时处理的场合 逻辑环 每个站点都有一个逻辑标识/地址，逻辑环中各站点根据其地址由大到小有序排列，序列中最后一个站点与第一个站点逻辑相邻，每个站点都知道它的前趋站和后继站的逻辑标识令牌总线局域网的帧格式帧控制字段名 称含 义00000000Claim-token初始化期间请求令牌00000001Solicit-successor-1允许站进环00000010Solicit-successor-2允许站进环00000011Who-follows从丢失的令牌中恢复00000100Resolve-contention多个站想进环时使用00001000Token传递令牌00

16、001100Ser-successor允许站离开环4.2 局域网的参考模型及协议n局域网LAN具有共享传输信道、传输速率较高、误码率低以及可靠性高等特点n局域网的体系结构及传输控制具有不独立设置网络层、低层协议简单而介质访问控制技术复杂的特点n局域网的拓扑结构大多采用总线型、环型或星型4.2.1 局域网的参考模型局域网各层的主要功能n 物理层：提供发送和接收信号的能力，包括对宽带频道的分配和对基带信号的调制等n 介质访问控制子层MAC：实现帧的寻址和识别、数据帧的校验以及支持LLC层完成介质访问控制n 逻辑链路控制子层LLC：规定了无连接和面向连接的两种连接服务 4.2.2 IEEE802协议

17、IEEE802.1A体系结构IEEE802.1B网络互操作IEEE802.2逻辑链路控制 LLCIEEE802.3CSMA/CD访问控制及物理层技术规范IEEE802.4令牌总线访问控制及物理层技术规范IEEE802.5令牌环访问控制及物理层技术规范IEEE802.6城域网访问控制及物理层技术规范IEEE802.7宽带网访问控制及物理层技术规范IEEE802.8光纤网访问控制及物理层技术规范IEEE802.9综合话音数据访问控制及物理层技术规范IEEE802.10局域网安全技术IEEE802.11无线局域网访问控制及物理层技术规范IEEE802.12优先级高速局域网访问控制及物理层技术规范IE

18、EE802.13100M 高速以太网IEEE802.14电缆电视网 IEEE802标准系列间的关系4.3 以太网nIEEE802.3标准是一个介质访问控制协议，它适用于采取1-持续CSMA/CD的局域网n以太网：802.3标准的一个具体产品，总线拓扑，采取CSMA/CD协议n优点：传输速率高、网络软件丰富、安装连接简单、使用维护方便，目前已成为国际流行的局域网标准之一4.3.1 IEEE802.3帧格式n前导：7字节的“10101010”比特串，同步；n开始标志：1字节的“10101011”比特串，标志着开始；n目标地址和源地址：2 或 6个字节，以太网为6个字节n长度：2字节组成，标明数据字

19、段的字节数；n填充字段：保证从目的地址开始，到校验和字段的最短长度为64字节字节；n校验和：4字节组成，一般采用循环冗余校验 最短帧长n避免帧的第一个比特到达电缆的远端前帧已经发完，帧发送时间应该大于 2；n10Mbps LAN，最大冲突检测时间为51.2微秒，最短帧长为64字节；n网络速度提高，最短帧长也应该增大或者站点间的距离要减小n无效的帧n帧的长度与长度字节给出的值不一致；n帧的长度小于规定的最短长度；n帧的长度不是整数字节；n接收到的帧的校验和出错将无效的帧丢弃！将无效的帧丢弃！4.3.2 IEEE802.3物理层标准 由IEEE定义的以太网标准有几个不同的变种。差别表现在：介质；网

20、段的最大长度；网段上的站点数目；数据速率。名称名称介质介质最大区间长度最大区间长度节点树节点树/段段拓扑结构拓扑结构接口接口优点优点10Base5粗缆粗缆500m100总线型总线型AUI用于主干用于主干10Base2细缆细缆185m30总线型总线型BNC廉价廉价10Base-T双绞线双绞线100m1024星形星形RJ-45容易维护容易维护10Base-F光纤光纤2000m1024星形星形ST1距离较远距离较远10BROAD3675欧姆欧姆电缆电缆3600m树形树形AUI宽带系统宽带系统n 10Base5：原始的以太网标准，使用AUI接口的50欧姆粗缆直径(10mm)，总线拓扑结构。10代表10

21、Mbps；Base代表基带传输(baseband medium)；5代表500米。n 收发器用于检测线路冲突，发送强化干扰信号n 收发器电缆可达50米长，内有5对独立的屏蔽双绞线。n10Base2是 为 降 低 10Base5的安装成本和复杂性而设计的。使用BNC接口的50欧姆细缆(5mm)数据速率为10Mbps。n 由于两者数据传输率相同，10Base2电缆段和10Base5电缆段可以共存于一个网络中。n 10BASE-T：1990年发布的以太网物理层标准，物理上的星形拓扑网，T表示采用双绞线。中央节点是一个集线器，每个节点通过两对双绞线与集线器相连，一对线发送数据，另一对线接收数据。集线器

22、的作用类似于一个转发器，接收来自一条线上的信号并向其他的所有线转发。由于任意一个站点发出的信号都能被其他所有站点接收，若有两个站点同时要求传输，冲突就必然发生。所以尽管这种策略在物理上是一个星形结构，但从逻辑上看与CSMA/CD总线拓扑的功能是一样的。n 10BASE-F：以光纤作为介质的系统的规范。每条传输线路均使用一条光纤，每条光纤采用曼切斯特编码传输一个方向上的信号。包含三个标准：n 10BASE-FP（Passive，无源的）n 10BASE-FL（Link，链路）n 10BASE-FB（Backbone，主干）4.3.3 IEEE802三种协议的比较n优缺点比较协议协议优点优点缺点缺

23、点IEEE802.3协协议议简简单单、站站点点接接入入和和安安装装方方便便，使使用用广泛。低负载情况效率高，延迟小。广泛。低负载情况效率高，延迟小。发发送送的的时时延延不不确确定定，重重负负载载时时效效率率低低，限限制制最最小帧长，无优先级设置。小帧长，无优先级设置。IEEE802.4发发送送时时延延确确定定，不不限限制制最最小小帧帧长长，可可设设置置优优先先级级，重重负负载载时时效效率率高高，支支持持多多个个信信道道，可可传传输输数数据据、语语音音和和图图像像等等多多种种信号。信号。协协议议复复杂杂，轻轻负负载载时时效效率低。率低。IEEE02.5发发送送时时延延确确定定，可可设设置置优优先

24、先级级，重重负负载载时效率高，可以使用多种传输介质。时效率高，可以使用多种传输介质。协协议议复复杂杂，轻轻负负载载时时效效率低，限制最大帧长度。率低，限制最大帧长度。802.3n优点n使用最为广泛；n算法简单；n站点可以在网络运行中安装；n缺点n使用模拟器件，每个站点在发送的同时要检测冲突；n最短帧长64字节，对于短数据来讲开销太大；n无优先级，发送是非确定性的，不适合于实时工作；n电缆最长2500米(使用中继器)；n速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变(2)，效率降低；n重负载时，冲突严重。n使用无源电缆；n轻负载时，延迟为0。802.4 令牌总线n优点n发送具有确定性，支持优先级，可处

25、理短帧；n使用宽带电缆，支持多信道；n重负载时，吞吐量和效率较高。n缺点:n使用大量的模拟装置；n协议复杂；n轻负载时，延迟大；n很难用光纤实现。802.5 令牌环n优点n使用点到点连接，完全数字化；n使用线路中心使用线路中心，自动检测和消除电缆故障；n支持优先级，允许短帧，但受令牌持有时间限制，不允许任意长的帧；n重负载时，吞吐量和效率较高。n缺点n中央监控；n轻负载时，延迟大。n三种协议帧格式比较n三种局域网的标准不兼容，差别很大。在很重的负载下，802.3局域网彻底不能用，而采用令牌的局域网则可达到接近于100的效率；若负载范围是从轻到中等，则三种局域网都能胜任。4.4 局域网连网及网络

26、互连设备 实现网段或局域网互联的设备主要包括：n网卡n中继器n集线器n交换机n网桥4.4.1 网卡n总线接口分类nISA网卡nPCI网卡nUSB网卡nPCMCIA网卡n按照接头种类分类nRJ-45接头n同轴电缆接头4.4.2 中继器n中继器的作用n物理层连接，对电缆上的数据信号放大、整形，延长网络距离n中继器的分类n电缆中继器n光缆中继器n中继器的优缺点比较n注意事项n不能形成环路n5-4-3规定n按端口数量划分n8口、16口、24口n按带宽划分n10Mbps、100Mbps、10/100Mbpsn按配置形式划分n独立型（桌面式）、模块化（机架式）、堆叠式n按可否进行网管划分n非网管型、网管型

27、4.4.3 集线器4.4.4 网桥网桥n基本概念介质访问控制子层n能实现两个在物理层或数据链路层使用不同协议的网络间的连接 n除再生信号的功能外，还具有过滤和转发功能n网桥的分类 n从硬件配置的位置内部网桥和外部网桥n从地理位置近程网桥（或叫本地网桥）和远程网桥 n网桥的分类n从用于所互联的网络的类型透明网桥、源路由网桥和转换网桥n透明网桥以太网，路由的选择由网桥进行n源路由网桥令牌环网络，路由的选择由源站点进行n 转换网桥不同的网络介质类型（通常为以太网和令牌环）之间进行数据格式和传输协议的转换透明网桥n特点：nCSMA/CD和Token Bus选择了透明网桥n不需用户干预，对用户透明，即插

28、即用n按交换表决定是否转发，发往哪里。工作原理n有自学习功能，通过自学习生成和修改交换表ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3A LAN1B LAN1C LAN2D LAN2E LAN2F LAN2G LAN2H LAN2A LAN2B LAN2C LAN2D LAN3E LAN3F LAN4G LAN4H LAN4交换表（地址/端口对应表）示例透明网桥工作原理n网桥接收到一帧后，通过查询交换表（地址/端口对应表）来确定是丢弃还是转发；n工作规则：n如果源和目的地LAN相同，则丢弃该帧；n如果源和目的地LAN不同，则根据目的地转发该帧；n如果目的地LAN未知，则进行扩散。AB

29、B1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3A LAN1B LAN1C LAN2D LAN2E LAN2F LAN2G LAN2H LAN2A LAN2B LAN2C LAN2D LAN3E LAN3F LAN4G LAN4H LAN4A主机发送帧到B主机的过程丢丢丢丢弃弃弃弃ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3LAN2HLAN2GLAN2FLAN2ELAN2DLAN2CLAN1BLAN1ALAN4HLAN4GLAN4FLAN3ELAN3DLAN2CLAN2BLAN2AA主机发送帧到C主机的过程丢丢丢丢弃弃弃弃ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3

30、LAN2HLAN2GLAN2FLAN2ELAN2DLAN2CLAN1BLAN1ALAN4HLAN4GLAN4FLAN3ELAN3DLAN2CLAN2BLAN2AA主机发送帧到H主机的过程交换表（地址/端口对应表）的初始化n网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用泛洪（flooding）方法转发帧：把每个到来的目的地不明的帧输出到连载此网桥的所有LAN（除了发送该帧的LAN）。n网桥在转发过程中采用逆向学习（backward learning）算法收集MAC地址。网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系，并写入地址/端口对应表；ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4L

31、AN3网桥B1,B2刚刚接入，A主机发送帧到B主机A LAN1A LAN2透明网桥动态拓扑结构问题n当网络拓扑结构发生变化时，网桥能够自动更新交换表n网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，并定时检查，删除在一段时间内没有更新的地址/端口项；这个算法同时也意味着如果机器停机数分钟，发给它的帧将不得不被扩散，一直到它自己发出一帧为止。ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3A LAN1B LAN1C LAN2D LAN2E LAN2F LAN2G LAN2H LAN2A LAN2B LAN2C LAN2D LAN3E LAN3F LAN4G LAN4H LAN4HH LAN2H

32、 LAN3H主机搬移到LAN3A发送帧到H：扩散几分钟后几分钟后H主机发出帧到B 源路由网桥nToken Ring选择了源路由网桥n源路由网桥的原理n发送主机必须知道到所有其他机器的最佳路径:当目的主机不在自己的LAN内时,帧的发送者在发出的帧头内构造一个准确的路由序列，包含要经过的网桥、LAN的编号；并将发出帧的源地址的最高位置1。ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3A A A A发送帧到发送帧到发送帧到发送帧到D:D:D:D:构造帧头路径构造帧头路径构造帧头路径构造帧头路径L1,B1,L2,B2,L3L1,B1,L2,B2,L3帧帧帧帧源地址源地址源地址源地址1 1n网

33、桥的功能：只接收源地址的最高位为1的帧，扫描帧头中的路由，如果发来此帧的LAN编号后跟的是本网桥的编号，则转发给后面的LAN,否则丢弃。ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3L1,B1,L2,B2,L3L1,B1,L2,B2,L3帧帧帧帧1 1L1,B1,L2,B2,L3L1,B1,L2,B2,L3帧帧帧帧1 1A A发送帧到发送帧到发送帧到发送帧到D DL2L2 B2B2 L3L3L1L1 B1B1 L2L21 11 1n源路由的产生：每个站点通过广播“发现帧”（discovery frame）来获得到各个站点的最佳路由。存入高速缓冲器中。n若目的地址未知，源站发送“发现帧

34、”，每个网桥收到后广播，目的站收到后发应答帧，该帧经过网桥时被加上网桥的标识，源站收到后就知道了到目的站的最佳路由。ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3A A希望得到希望得到希望得到希望得到D D的位置的位置的位置的位置:发送发现帧发送发现帧发送发现帧发送发现帧D D发送应答帧发送应答帧发送应答帧发送应答帧记录路径记录路径记录路径记录路径 (L1,B1,L2,B2,L3)(L1,B1,L2,B2,L3)透明网桥透明网桥源路由桥源路由桥面向面向无连接面向连接透明性透明性完全透明不透明配置方式配置方式自动手工路由路由次优化优化定位定位逆向学习发现帧失效处理失效处理由网桥处理 由

35、主机处理复杂性复杂性在网桥中在主机中透明网桥和源路由网桥的比较n网桥在实际应用中的主要作用n网络分段n扩展网络的距离n局域网之间的互联n进行物理层和数据链路层协议的变换 比网桥的数据吞吐性能更好，端口集成度更高，每端口成本更低，使用更加灵活和方便，取代了传统网桥，成为最主要的网络互联设备之一n交换机基本概念 交换机的所有端口都建立并行、独立和专用速率的连接，每个端口都有一条独占的带宽，工作时，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口。交换机可以工作在半双工模式或全双工模式下。4.4.5 交换机n交换机的分类n穿通交换方式是一旦接收到信息帧中的目的地址，就开始转发。不对帧进行校验

36、。n存储转发方式是将信息帧都接收完毕并进行校验确认，然后转发正确的帧，过滤处理坏帧。n碎片丢弃交换方式是穿通交换方式和存储转发交换方式的折衷方案。在512bit到达交换机的输入端口后，按照目的地址转发，并不进行校验。“碎片”不会有512bit的长度。对于小于512bit的帧，交换机都视为碎片并将其丢弃4.5 虚拟局域网 为了减少竞争域的范围，可以使用网桥或交换机将物理网络划分为不同的逻辑子网。但是，这种方法划分的逻辑子网的结构缺少灵活性，效率不高。由此，产生了虚拟局域网（Virtual LAN，VLAN）的概念。4.5.1 虚拟局域网的概念n虚拟局域网的定义nVLAN 在逻辑上等价于广播域。可

37、以将VLAN 类比成一组最终用户的集合，这些用户可以处在不同的物理LAN 上，但可以像在同一个LAN 上那样自由通信而不受物理位置的限制。n同一个VLAN的站点所发送的数据可以广播传输到该VLAN的所有站点，不同VLAN的站点的数据不能直接广播传输。n虚拟局域网的优点n性能上，减少了不必要的广播数据在网络上的传播n不受网络物理位置的限制，可跨越多个物理网络、多台交换机n划分VLAN可有效提升带宽n可以有效地隔离VLAN间的访问，增加了网络内部的安全性nVLAN均由软件实现定义与划分，使得建立与重组VLAN十分灵活nVLAN采用的以太网帧格式n采用IEEE802.3au标准，增加一个4字节的VL

38、AN标记字段802.1Q标记类型固定设置为0 x8100后2个字节的前3位是用户优先级字段其后1位是规范格式指示符（CFI）最后的12位是该VLAN标识符，用来惟一地标识该以太网数据帧所属的VLAN VLANn将逻辑拓扑结构从物理拓扑结构脱离用灰(G)白(W)两色标记VLAN 需在网桥或交换机建立配置表，指明通过哪些端口可以访问哪些VLAN.当一帧来自于灰色VLAN,则该帧被转发到所有标记为G的端口。n工作原理 决定数据属于哪个VLAN 的方法：显示标显示标记，记，当一个LAN 上的桥或交换机从工作站上接收到数据后，就用一个VLAN 标识符表示是从该VLAN 来的数据；隐式标记，隐式标记，不对

39、数据进行标记，而是根据其他的信息，如数据到达的端口。标记数据可以根据端口、源MAC地址、源网络地址、其他一些字段或字段的组合。为了能够用这些方法来标记数据，在交换机上要保持一个最新的数据库，数据库中包括VLAN 和所使用的标记字段的映射。4.5.2 虚拟局域网的组建n三种设定VLAN的方法n基于端口的VLANn基于MAC地址的VLANnIP多播组VLAN1.基于端口的VLAN 将交换设备的端口分组来划分VLAN，可以将同一个交换机的不同端口设置为不同的VLAN，也可以将不同的交换机的端口设置为同一个VLAN。例如一个有4个端口的交换机，可以将端口1、2和4划为VALN1，端口3划为VALN2。

40、按端口划分VLAN 仍是构造VLAN 的常用方法，缺点是无法使一个端口的设备同时参加到多个VLAN中，特别是当客户从一个地方移到另一个地方时，端口发生变化，网管人员不得不对VALN进行重新配置。1.基于端口的VLANn单交换机端口定义VLAN1.基于端口的VLANn多交换机端口定义VLAN2.基于MAC地址的VLAN 根据工作站的MAC地址，交换机跟踪属于每一个VLAN的MAC 地址。由于MAC 地址是固化在网卡上的，故工作站移到另一个地方时仍然保持其原先的VLAN 成员身份不变而无需网管人员重新配置，同时一个MAC 对应多个VLAN也是可以的。3.三层VLAN 基于网络层的虚拟网使用协议地址

41、（如果网络中存在多协议）或网络层地址（如TCP/IP 中的子网段地址）来确定网络成员的划分。利用网络层定义虚拟网有以下几点优势：可以按传输协议划分网段；用户可以在网络内部自由移动而不用重新配置自己的工作站；可以减少由于协议转换而造成的网络延迟。4.IP多播组VLAN 指任何属于同一IP组播组的计算机都属于同一虚拟网。因此，利用IP组播域来划分虚拟网的方法给使用者带来了巨大的灵活性和可延展性。5.更高层次的VLAN 根据应用或服务来定义VLAN 的成员，例如文件传输协议（FTP）可以在一个VLAN 上执行，远程登录应用在另一个VLAN 上。6.一个简单的实例n对对1台Cisco2950交换机上端

42、口的设置组建2个VLANVLAN 1的的IP地址为地址为192.16.1.1，VLAN 2的的IP地址为地址为192.16.2.1 4.6 高速局域网n1973-1982：以太网的产生与DIX联盟；n1982-1990：10Mbps以太网发展成熟；n1983-1997：LAN网桥接与交换；n1992-1997：快速以太网；n1996至今：千兆以太网n两大类：高速共享介质局域网和交换局域网n高速共享介质局域网高速以太网、高速令牌环网及FDDI-IIn交换局域网交换以太网和ATM局域网4.6.1 高速以太网n100BASE-T以太网快速以太网n基本上保留了传统10Mbps以太网的所有特性n协议标准

43、IEEE802.3unLLC子层IEEE802.2标准nMAC子层CSMA/CD介质访问控制方法n定义了新物理层标准IEEE802.3-T100BASE-T以太网n100BASE-TXn 2对5类非屏蔽或屏蔽双绞线，一对发送，一对接收。最大网段长度100m。全双工系统，每个节点可以同时以100Mbps的速率发送和接收数据。n100BASE-T4n4对非屏蔽3类或5类双绞线，3对传输数据（每对以100/3Mbps的速率传输），一对冲突检测的接收信号，所以不支持全双工传输。n100BASE-FXn2根光纤，一根用于发送，一根用于接收。最大网段长度可变，与连接方式和采用多模或单模光纤有关，可以从15

44、0m1000m不等。支持全双工传输千兆位以太网n千兆位以太网吉比特以太网nIEEE802.3z 标准，使用IEEE802.3使用的帧格式；n允许在1Gbps下采用全双工或半双工方式传输；n半双工时，使用CSMA/CD介质访问控制，全双工时，不需要使用CSMA/CD介质访问控制。n物理层支持2个标准：n1000BASE-Xn1000BASE-T千兆位以太网n1000BASE-X基于光纤通道，3类传输介质 n1000BASE-SX：短波长850nm的激光器光源，纤芯直径为62.5m和50m的多模光纤，传输距离分别为275m和550m。n1000BASE-LX：长波长1300nm的激光器光源，纤芯直

45、径为62.5m和50m的多模光纤，传输距离550m；纤芯直径为10m的单模光纤，传输距离5km。n1000BASE-CX：2对短距离的屏蔽双绞线电缆，传输距离为25m。n1000BASE-TnIEEE802.3ab标准，采用4对5类非屏蔽双绞线，传输距离是100m千兆位以太网n半双工方式n必须进行冲突检测，要保证在发送一个数据帧的时间内能够检测到冲突，必须减少传输距离至10m或增大最短数据帧长度到640字节。n采用“载波延伸”的方法保持最短数据帧长度64字节，将争用时间延长到512字节（在64字节后填充特殊字符至512字节）n增加“分组突发”功能当有较多短帧发送时，第1个短帧采用载波延伸的方法

46、，其后的短帧就可以一个接一个的发送。在帧之间保留一个最小间隔，最大达到1500字节。万兆位以太网n万兆位以太网10吉比特以太网n采用IEEE802.3aen万兆位以太网并不是简单地将速率提高，需要解决许多技术问题4.6.2 其他类型高速局域网n100VG-AnyLAN简称100VGn由HP公司和IBM公司共同研制，并经IEEE802委员会规范化为IEEE802.12标准。n不采用CSMA/CD介质访问控制方法，而采用需求优先级的访问控制方法；支持多种传输介质，并可支持IEEE802.3和IEEE802.5两种数据帧格式。100VG-AnyLANn100VG网络的拓扑结构星型n采用3、4、5类非

47、屏蔽双绞线和光纤，采用双绞线时，使用4对线同时传输数据100VG-AnyLANn需求优先级访问控制n基于共享通信信道的无冲突的访问控制方法n集线器循环检测网络上所有节点发来的发送请求，根据优先级确定允许发送的节点。n节点有数据发送集线器发送请求，空闲将数据传送到集线器将数据直接传送到目的节点。n多个节点发送请求信息只允许最高优先级的节点发送，若有2个请求节点的优先级相同，轮流允许节点发送数据。100VG-AnyLANn100VG网络的优点n采用需求优先级访问控制方法，确保对时间敏感的数据和重要数据的优先发送；使除源节点和目的节点外，其他节点不能接收到传输的数据，增加了安全性。n支持多种传输介质

48、并支持多媒体信息的传输n100VG网络的局限性基本上是HP公司专有的技术4.6.2 其他类型高速局域网n光纤分布式数据接口 FDDI标准n采用光纤作为传输介质的令牌环网。采用数据沿2个方向传输的双环结构，提高可靠性nFDDI标准n4个子层：MAC、PHY、PMD和SMTnMAC子层介质访问控制协议（帧格式、介质访问、令牌控制等）nPHY（物理）子层数据的编码和解码及时钟的同步等nPMD（物理媒体相关）子层传输介质光纤及连接器、光发送器和光接收器的技术特性等nSMT（站管理）子层管理FDDI每一个协议层的正确执行光纤分布式数据接口nFDDI的主要性能参数n最大数据传输速率：100Mbpsn最大环

49、路长度：200kmn多模光纤时，每段链路最长2kmn最大节点数：1000个n最大帧长度：4500字节n误码率：小于2.510-10n数据编码方式：采用4B/5B编码光纤分布式数据接口nFDDI网络的结构n双环结构，一个环作为主环按顺时针方向传输数据，另一个环作为备用的环按逆时针方向传输数据。主环出故障，可使用备用环，若两个环都出故障，可将两环连接成一个环使用。nFDDI-nFDDI-FDDI网络传输纯数据的网络n FDDI-扩展为混合模式，可同时支持分组交换和线路交换，支持对音频和视频信息的传输 FDDI MAC帧 先导字符PA：先导字符用于使各网站的时钟同步。起始界符SD：起始界符为非数据编

50、码符，表示一帧的起始。帧控制FC（Frame Control）：帧控制格式为CLFFZZZ。目的地址DA：表示目的站 源地址SA：表示发送该帧的站。信息段INFO：包含LLC数据或与控制操作有关的信息。帧检验序列FCS：32位的循环冗余检验码，它的生成基于FC、DA、SA和信息段。帧尾定界符段ED：包括表示帧结束的一些非数据符号。帧状态段FS：包括检测到差错（E）、地址被识别（）、帧已被复制（C）等指示。小 结n局域网的体系结构中，将数据链路层分为逻辑链路控制子层和介质控制访问子层。决定局域网性能的主要因素是拓扑结构、所选择的介质及介质访问控制技术。n以太网是目前局域网数量最多的一种。n虚拟局