【教学课件】第4章局域网技术.ppt

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1、1,第4章 局域网技术,本章在讨论共享介质局域网、交换局域网、高速局域网、无线局域网、虚拟局域网的基础上，对局域网的各种组网方法进行系统介绍。,4.1 局域网概述4.2 局域网体系结构4.3 局域网介质访问控制方法4.4 局域网传输设备与组网技术,4.5 高速局域网技术4.6 交换局域网技术4.7 无线局域网技术4.8 虚拟局域网技术,2,4.1 局域网概述,1.局域网的产生和发展,仅提供通信功能。按OSI模型的协议层角度看，它仅包含 低两层（物理层和数据链路层）的功能；,局域网：（Local Area Network，LAN）将较小地理区域内的各种数据通信设备连接在一起的通信网络。具有3个基

2、本属性：,网路连接的是广义上的数据通信设备，即工作站、服务器、大、中、小型计算机、终端设备及各种外围设备；,传输距离有限，从一个办公室、一幢大楼，到几公里的地理 范围，网络覆盖范围小。,3,1.局域网的产生和发展,4.1 局域网概述,20世纪80年代，局域网发展的十年；20世纪90年代，局域网技术变革的十年。,1972年，Bell公司提出了两种环形局域网技术；,1973年，Bob Metcalfe和DavidBoggs发明了以太网；由Xerox公司首先实现与应用，传输速度仅2.94Mbit/s；,1980年，DEC公司、Intel公司、Xerox公司共同制定10Mbit/s 以太网标准，即Et

3、hernet1.0；,1981年，IEEE成立局域网标准化工作委员会；,1985年，提出光纤分布式数据接口标准和令牌环网标准；,1995年，通过100Base-T快速以太网标准；,交换局域网、ATM、千兆以太网相继出现。,4,2.局域网的通信机制,4.1 局域网概述,共享介质局域网：（Shared LAN）Ethernet、Token Bus、Token Ring和FDDI，以及在此基础上发展的Fast Ethernet、Fast Token Ring和FDDI。,交换局域网：（Switdhed LAN）Switdhed Ethernet 和 ATM LANFDDI，以及在此基础上发展的虚拟局

4、域网（VLAN）。,5,3.局域网的特性,4.1 局域网概述,涉及拓扑结构、传输介质和介质访问控制方法 3项技术，它们在很大程度上决定了传输信息的形式、通信速率和效率、信道容量以及网络所支持的应用服务类型。,局域网主要特性,6,4.1 局域网概述,匹配电阻,（b）环形网,集线器,（a）星形网,（c）总线网,（d）树形网,T形头,拓扑结构：总线型、环型与星型,7,4.1 局域网概述,物理结构与逻辑结构：总线型Ethernet在物理上是星形的，但逻辑上属总线型；IBM令牌环在物理上为星形结构，但逻辑上属环形；普通共享方式的局域网在逻辑上中不存在星形拓扑；交换局域网中才有物理结构与逻辑结构统一的星形

5、拓扑构型。,共享介质方式中最常用的方法为：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）、令牌环（Token Ring）和令牌总线（Token Bus）。,在共享介质方式中，必须解决多个节点利用公共传输介质 发送和接收数据的方法，即谁发送数据、发送时有无冲突、出现冲突怎么办的问题；,介质访问控制方法：（Medium Access Control，MAC）,8,4.局域网的特点,4.1 局域网概述,为一个单位所拥有；所有站共享较高的总带宽；较低的时延和较低的误码率；各站为平等关系，而不是主从关系；能进行广播；,能方便地共享外设主机软件数据库；便于系统扩展；提高系统的可靠性和可用性；响应速度快；各设

6、备的位置可灵活调整和改变。,9,4.2 局域网的体系结构,1.局域网参考模型,3层；对应OSI的最低两层；LLC子层完成与介质无关的链路 层功能，MAC子层完成与依赖于介质的介质访问控制功能。,10,4.2 局域网的体系结构,2.IEEE802 局域网标准,IEEE 802 各分委会结构关系与局域网标准,11,2.IEEE802 局域网标准,IEEE 802.1 局域网概述、体系结构、网络管理与互联,IEEE 802.1A：概述和系统结构；,IEEE 802.1B：网络管理与网络互联；,IEEE 802.1D：生成树（Spanning Tree）标准；,IEEE 802.1G：扩展的生成树标准

7、；,IEEE 802.1P：服务质量、优先级排队标准；,IEEE 802.1Q：虚拟网标准。,IEEE 802.2 逻辑链路控制子层 定义LLC向高层提供的面向连接和无连接服务与协议。,包含IEEE 802.1aIEEE 802.2h；,又称 ISO 802-2和ANSI Std 802.2。,4.2 局域网的体系结构,12,2.IEEE802 局域网标准,IEEE 802.3 CSMA/CD介质访问控制方法和物理层规范,包含MAC子层和物理层两部分，但CSMA/CD是其核心协议；,体系结构为四部分：MAC服务规范；MAC协议、与媒体 无关的物理规范和与媒体有关的物理规范；,又称 ISO/IE

8、C 8802-3和ANSI Std 802.3；,IEEE 802.3：物理层定义了 4 种介质（10Base-5、10Base-2、10Base-F和10Base-T）的10Mbit/s 以太网规范；,IEEE 802.3u：100Mbit/s快速以太网标准，已并入802.3中；,IEEE 802.3z：光纤介质千兆以太网标准；,IEEE 802.3ab：5类非屏蔽双绞线介质千兆以太网标准；,主要系列标准：,IEEE 802.3ae：万兆以太网标准。,4.2 局域网的体系结构,13,2.IEEE802 局域网标准,IEEE 802.4 令牌总线（Token Passing Bus）定义令牌总

9、线介质访问控制标准和物理层规范。,五部分：MAC服务规范；MAC协议、物理层服务规范、物理层实体规范、媒体规范；,又称 ISO/IEC 8802-4和ANSI Std 802.4。,IEEE 802.5 令环牌（Token Ring）定义令环牌介质访问控制标准和物理层规范。,五部分：MAC服务规范；MAC协议、物理层实体规范、站 连接规范；,Token Ring协议是IEEE 802.5的核心，故简称令牌环标准；,基于令牌环网络规范，FDDI的MAC子层也采用IEEE 802.5 协议，但部分细节略有区别。,4.2 局域网的体系结构,14,2.IEEE802 局域网标准,IEEE 802.6

10、城域网介质访问和物理规范 定义城域网的分布式队列总线（DQDB）介质访问控制标准和物理层规范。,IEEE 802.11 无线局域网介质访问控制标准和物理层规范,IEEE 802.11a：频段5GHz、速率54Mbit/s无线局域网标准；,主要系列标准：,IEEE 802.11b：2.4GHz、11Mbit/s无线局域网标准；,IEEE 802.11g：2.4GHz、54Mbit/s无线局域网标准。,IEEE 802.12 100VG-AnyLAN快速局域网介质访问方法 和物理层规范,定义100VG-AnyLAN的按需优先（Demand Priority）介质 访问控制方法和物理层规范。,4.2

11、 局域网的体系结构,15,2.IEEE802 局域网标准,其他,IEEE 802.7：宽带技术咨询和物理层课题与建议实施；,IEEE 802.8：光纤技术咨询和物理层课题FDDI；,IEEE 802.9：综合声音/数据服务的访问方法和物理层规范；,IEEE 802.10：安全与加密访问方法和物理层规范；,IEEE 802.14：交互式电视网（Cable Modem）；,IEEE 802.15：无线个人局域网（WPAN）的MAC子层和 物理层规范FDDI；,IEEE 802.16：宽带无线局域网标准规范；,IEEE 802.17：弹性分组环（RPR）标准。,4.2 局域网的体系结构,16,4.3

12、 局域网介质访问控制方法,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,传统局域网采用了共享介质的工作方式；,应用最广泛的局域网：基带总线型局域网 以太网；,普遍采用的介质访问控制方法主要有三种：带有冲突检测的载波侦听多路访问方法（CSMA/CD）、令牌总线方法（Token Bus）、令牌环方法（Token Ring）。,以太网的核心技术：随机争用型介质访问控制方法，即 带有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）方法；,解决多节点如何争用和由谁使用一个广播型的共享传输通道。,1

13、7,4.3 局域网介质访问控制方法,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,冲突现象：总线上的出现混合信息（即冲突、也称碰撞）的现象。由于总线共享，节点信息若随机发送，冲突现象是不可避免的。,18,ALOHA网的信息 发送完全独立，无论 信道是否被占用，发 送端发完一信包后，等待接收端发回确认信息，在规定的时间内得不到确认就重发。,4.3 局域网介质访问控制方法,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,CSMA/CD的由来：纯ALOHA方式,CSMA/CD最早起源于美国的ALOHA网；,接收端根据信包地址及校验判断是否应该接收以及信包是否正确，检测无误后则发确认信息，如果有错则

14、不接收。,19,4.3 局域网介质访问控制方法,CSMA/CD的由来：载波监听多点访问CSMA技术,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，则此站不能发送，需等待 一段时间后重试。,监听策略：1)非坚持CSMA：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。2)坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听直至信道空闲。,1-坚持CSMA 一听到信道空闲就立即发送数据；p-坚持CSMA 听到信道空闲时，以概率p发送数据（以概率1-p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。,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.

15、3,20,4.3 局域网介质访问控制方法,CSMA/CD发送过程 两个组成部分：载波监听总线、总线冲突检验,载波监听总线：要发送信息的各节点在发送信息前监听总线，即检测总线是否空闲；已启动发送的节点，边发送边监听；,若总线空闲，即没有检测到总线上有信息在传输，则本节点 启动发送；,若总线忙，即总线上有信息在传输，则本节点不可启动发送，需等待总线空闲时才能再启动发送；,某节点一旦启动发送，还要继续对总线监听一段时间（2 t），即边发送边监听，以判断总线上是否存在冲突；,信号最大延迟时间,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,21,4.3 局域网介质访问控制方法,CSMA/CD发送过程

16、两个组成部分：载波监听总线、总线冲突检验,总线冲突检验：启动发送的节点监听总线，通过比较总线上的信息与本节点发送信息是否一致来判断有无冲突，并作不同处理；,若总线上信息与本节点发送信息一致，表明该节点此次抢占 总线成功，继续发送信息至结束；,若总线上信息与本节点发送信息不一致，则表明有冲突，此 抢占未成功，要停止发送；,本节点发送一串短的阻塞信号，加强冲突，然后停发；等待 一个随机周期（按一定算法计算）后再尝试发送；,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,22,4.3 局域网介质访问控制方法,CSMA/CD发送过程 两个组成部分：载波监听总线、总线冲突检验,阻塞信号：由检测到冲突的节

17、点发出，通知其他节点避免卷入冲突；是一种有效方法；,退避处理：检测到冲突的节点在等待一段随机时间再重传的处理方法，以减少再次发生冲突的可能性。将计算随机时间的方法称之为退避算法。,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,23,4.3 局域网介质访问控制方法,CSMA/CD发送过程,发送流程：,发送流程概括：先听后发 边听边发 冲突停止 随机延迟后重发,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,24,4.3 局域网介质访问控制方法,CSMA/CD发送过程,注意：,尽管采用载波侦听比随机发送减少了冲突，但完全避免冲突 是不可能的。下面情况仍然可能会产生冲突：1)两个节点同时侦听总线时

18、，当听到总线空闲时，它们可能 同时发送信息，此时会产生冲突；2)当一个节点侦听总线空闲时，由于总线较长，信息传送 需要一定的时间，可能另一节点正在发送信息。,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,25,4.3 局域网介质访问控制方法,CSMA/CD接收过程 网上每个节点均在监听总线，如有信息传输则接收信息，得到MAC帧；,分析和判断帧中的接收地址，如接收地址为本地地址，则 复制接收该帧；否则，简单丢弃该帧；,对于具有组地址或广播地址的数据帧，同时可被多个节点 复制和接收。,CSMA/CD特点：,各节点平等竞争传输介质，实现算法简单；网络维护方便、节点删减容易；负载较少时可“立即”获得

19、访问权，效率较高；,无法满足优先权需求；负载重时易冲突，传输效率及有效带宽大为降低，因不确定等待时间和延迟会产生严重问题。,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,26,4.3 局域网介质访问控制方法,IEEE 802.3 体系结构与功能实现,1.以太网CSMA/CD与IEEE 802.3,27,4.3 局域网介质访问控制方法,2.Token Ring与IEEE 802.5,Token Ring 令牌环控制技术始于1969年Bell研究室的Newhall环网，以IBM的Token Ring最有影响，并成为IEEE 802.5标准的模板。,令牌（Token）：特殊帧（3B），用于控制网络

20、站点的发送权；只有抓住令牌的站点才能发送数据；只有一张，一次仅一个站点发送，属无争用型控制方法；沿物理环单向逐站循环传送；令牌中有一位标志令牌的“忙/闲”。,拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环；,传输媒体：双绞线、光纤；最多节点数250；曼彻斯特编码；,28,4.3 局域网介质访问控制方法,2.Token Ring与IEEE 802.5,Token Ring,节点与干线的连接：,29,4.3 局域网介质访问控制方法,2.Token Ring与IEEE 802.5,节点A先需等空闲令牌的到来；,Token Ring工作原理（以节点A发送、节点C接收数据帧为例）,获得空闲令牌后，将标志位由“闲”

21、变为“忙”，并加挂数据；,节点A传送数据，节点B、C、D、E依次接收数据帧；,节点C在正确接收数据帧后，在数据帧中标志出帧已被正确 接收和复制；,节点A重新接收到自己发出、且被C节点正确接收的数据帧 时，回收已发送的数据帧，将“忙”令牌改为空闲令牌，再将 空闲令牌传至它的下一节点（B节点）。,Token Ring特点：,延迟确定、适于重负载环境、支持优先级；但环维护复杂。,30,4.3 局域网介质访问控制方法,2.Token Ring与IEEE 802.5,Token Ring的操作,仅有令牌的节点可发送帧，而无令牌的节点只能等待；,拿到令牌的节点将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己 的数据

22、进行发送；,数据帧通过任何一个节点（除源节点外）时，该节点都要把 帧的目的地址和本站地址进行比对：1)如果地址相符，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件 处理，同时修改帧中标志位，再回送帧至环中；2)如果地址不符，则直接回送帧至环中。,数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周 后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时回送一 个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。,31,4.3 局域网介质访问控制方法,2.Token Ring与IEEE 802.5,Token Ring的操作示例,32,4.3 局域网介质访问控制方法,3.Token Bus与IEEE 802.4,To

23、ken Bus 综合CSMA/CD和Token Ring两种介质访问控制方法的优点而形成，并成为IEEE 802.4标准。,网络拓扑结构：物理上是总线网，逻辑上是令牌网；,Token Bus 特点：,传输机制：以太网和令牌环的结合，即 物理传输采用广播方式；介质访问控制采用令牌方式。,33,4.3 局域网介质访问控制方法,3.Token Bus与IEEE 802.4,Token Bus工作原理,在总线拓扑中利用令牌 控制节点访问公共传输 介质，属确定型介质访 问控制方法；,令牌为特殊的MAC控制帧，任意节点只有取得令牌后才能 使用共享总线发送数据；,将数据发送权按类似物理环路顺序形成闭合环路，

24、而数据包 的传送仍在两节点间进行，环路中令牌的传送按虚线逻辑环 路传送；,34,4.3 局域网介质访问控制方法,3.Token Bus与IEEE 802.4,Token Bus工作原理,注意：,令牌传递规定由高地址 向低地址，最后由最低 地址向最高地址依次循 环传递，从而在一个物 理总线上形成一个逻辑 环；,环中令牌传递顺序与结点在总线上的物理位置无关。,35,4.3 局域网介质访问控制方法,4.CSMA/CD与TokenRing、Token Bus比较,从网络拓扑角度看，CSMA/CD 与 Token Bus 针对总线型 拓扑的，而 Token Ring 是针对环型拓扑的；,从介质访问控制方

25、法角度看，CSMA/CD属于随机争用型，而Token Bus、Token Ring属确定型；,与确定型介质访问控制方法比较，CSMA/CD的主要特点：1)算法简单，易于实现；,2)适用于对数据传输实时性要求不严格的应用环境（因随机竞争，用户访问总线的时间不确定）；,3)一般用于通信负荷较轻的应用环境（在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟特性，但网络通信负荷增大时，冲突增多，网络吞吐率下降、传输延迟增加）。,36,4.3 局域网介质访问控制方法,4.CSMA/CD与TokenRing、Token Bus比较,与随机型介质访问控制方法比较，Token Bus、Token Ring 的主要特

26、点：1)适用于对数据传输实时性要求较高的应用环境，如生产过程控制领域（因节点两次获得令牌之间的最大时间间隔是确定的）；,2)适用于通信负荷较重的应用环境（在网络通信负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟）；,3)需要复杂的环维护功能，实现较困难。,37,4.4 局域网的传输设备与组网技术,1.局域网的基本组成,38,4.4 局域网的传输设备与组网技术,1.局域网的基本组成,网络服务器 为网络用户提供各种网络服务和共享资源；局域网的核心（共享硬件和软件资源）。,主要功能：,通信功能。管理服务器和工作站之间通信的能力；,提供、管理、分配、协调访问各类软硬件资源；,提供文件管理功能（文件和目录

27、存取与保护等）；,提供各类Internet信息服务（文件打印/传输、电子邮件等）；,提供各种网络应用服务（电子图书馆、视频点播等）；,提供网络管理功能（网络运行监控、计费等）。,配置：高速、大容量、高性能接口、多线程/进程/用户。,39,4.4 局域网的传输设备与组网技术,1.局域网的基本组成,网络工作站 在网络环境中工作、能访问网络共享资源的计算机系统；客户机（Client），前端窗口。,配置：网络接口卡、自带操作系统、必要的网络软件（网络协议、客户端软件、网络应用软件等）。,如校园网的Ruijie Supplicant,40,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,网络接

28、口卡（Network Interface Card，NIC）网络适配器（Network Interface Adapter，NIA）实现计算机与传输介之间的物理连接，必不可少；通常插在主板的扩展槽内 或 集成在主板上。,主要功能：,提供与传输介质相适应的介质连接装置；（如RJ-45、细缆BNC、粗缆AUI/DIX、光纤）,数据的并/串（发）、串/并（收）转换；,数据缓存，协调计算机与网络介质传输速率的差异；,提供物理地址，即MAC地址；,数据的封装与解封；,编码与译码；,链路管理，实现MAC协议。,属数据链路层设备,41,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,网络接口卡（N

29、IC/NIA）,基本结构：,主机接口控制电路；（接口控制与数据交换）,数据缓冲区；,编码译码器（MCC）；,数据链路控制器；（MAC子层功能）,内部收发器，网卡与传输介质的接口；（接地隔离、电平转换、收发功能、碰撞信号检测）,23信号指示灯,BOOTROM插槽，用于无盘站启动（如远程启动）。,介质连接装置,42,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,网络接口卡（NIC/NIA）,网卡分类：,按网络协议；（以太网卡、快速以太网卡、千兆以太网卡、FDDI网卡、ATM网卡）,按网卡支持的计算机种类（标准以太网卡、PCMCIA卡）；,按网卡支持的传输介质；（双绞线网卡；粗缆网卡；细

30、缆网卡；光纤网卡）,按网卡支持传输速率；（10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps网卡、1000Mbps）,按网卡支持的总线。（16位的ISA总线卡、32位的PCI总线卡、EISA总线卡、PCMCIA卡）,43,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,网络接口卡（NIC/NIA）,网卡使用：,网卡地址：物理地址，即MAC地址，固化于网卡硬件中；（可通过运行指令获取）,参数配置（跳线设置、软件设置、PnP）中断请求号 IQR（一般为3）；I/O基地址 I/OBase（一般为300H）；存储器基地址 Memory Base（一般为C000H）；全双工/半双工；传

31、输速率（仅10/100 Mbps双速卡可选）。,44,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,网络接口卡（NIC/NIA）,网卡性能影响因素：,网卡驱动程序；网卡线速度；CPU占用率；高可靠性；网卡的管理；易于安装和测试；,提高网卡性：,并行处理：收/发和数据处理同步；全双工：需集线器/交换机支持；突发传输方式：每次传送更多帧；智能网卡：网卡承担更多传输任务；提高与主机的传输速度：采样DMA传送方式；采用PCI总线。,45,4.5 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,中继器（Repeater）工作在物理层，完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相

32、同，从而延长网络传输距离。,连接两个同类型的局域网或延伸一个局域网，但不能形成 回路；,两端口或多端口；端口两侧连接介质可相同，也可不同；,本质上是扩大局域网的物理范围，非严格意义的网络互联。,以太网规定只允许出现最多5个网段，其中只有3个网段可 挂接计算机终端；由MAC协议的定时特性决定（如粗缆最 长2.5km）；,46,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,集线器（Hub）多口中继器（Multiport Repeater），工作在物理层；在网段间拷贝比特流；接收源端口信号后经整形放大广播到其他端口。,以太网的中心连接设备，它是对共享介质总线型局域网结构 的一种改进，在M

33、AC层仍然采用CSMA/CD技术；,普通集线器提供两类端口：节点RJ-45端口；粗缆 AUI端口、细缆BNC端口或光纤连接等向上端口；,可认为它是将总线折叠到 铁盒子中的集中连接设备；,可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接,端口数多为8，12，16，24；所有端口共享一定带宽；,47,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,集线器（Hub）,按传输速率：10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自适应；,按能否堆叠：普通集线器、可堆叠式集线器；,按是否支持网管功能：哑集线器（Damp Hub）（被动Passive 或 主动Active）、带网管功能的智能集线器（I

34、ntelligent Hub）。,分类：,对信号整形放大,对信号不作处理,48,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,独立式（Stand alone）：固定端口配置，扩充时用级联的方法；,堆叠式（Stackable）：固定配置，堆叠方法扩充；堆叠连接的 HUB在逻辑上相当于一台单独的HUB，可统一管理，也共享同一带宽；,模块化（Module）：机箱式，由一台带有底板、电源的机箱 和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）。,典型产品：,集线器（Hub）,49,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,网络示例：,以1

35、台服务器，3台PC机为例：一台Hub 4块UTP接口的网卡 4台PC机 8个RJ-45接头（水晶头）若干米UTP双绞线,集线器（Hub）,50,4.5 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,网桥（Bright）一个网段与另一个网段之间建立连接的桥梁，属数据链路层设备。网桥端口读取每一个数据帧，根据源MAC地址和目的MAC地址决定是否转发到另外一个网段，这一定程度上可提高了网络的有效带宽。,51,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,交换机（Switch）交换式集线器，或多端口高速网桥（二层交换机）；工作于数据链路层；提供桥接功能及增加现存网络带宽。,共享信道LA

36、N的缺点：多个站点同时发送会造成冲突；网络中站点越多，冲突现象越严重；每个站点的平均拥有带宽为W/n；,交换机的提出：,解决的方法：网段分割（微网段化）减少每个网段中站点的数量；网段分割后网络总体带宽增加；,52,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,交换机（Switch）,网络分割示例,交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域,53,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,工作原理：,构造：端口-地址表、端口缓冲器、交换矩阵 学习源地址（构造端口-地址表）；过滤本网段帧（隔离冲突域）；转发异网段帧（交换）；广播未知帧（寻找目的站点）；,特点：,交换技术避免

37、了传统广播技术所带来的数据冲突，可以大大 的提高网络的通信能力。,同一时刻只能有二个端口发、接送数据，其他端口需等待；,端口之间相互独立，均共享同一带宽，不受其他端口影响；,交换机（Switch）,54,4.4 局域网的传输设备与组网技术,2.局域网的传输设备,分类：,存储转发式交换机；,按OSI层次：二层交换机、三层交换机；,按数据包交换方式：直通交换、存储转发；,链路层类同网桥,网络层含路由器功能,主流类型：,先确认收到帧、处理过滤坏帧，确认正确后才将数据发往 目的地址，可适应不同速率端口和碰撞、误码率高的环境。,交换机（Switch）,55,4.4 局域网的传输设备与组网技术,3.传统以

38、太网组网方法,IEEE 802.3 物理层规范,IEEE 802.3 标准的几种介质规范：,100Base-T 双绞线100Base-F MMF/SMF1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT 双绞线,56,4.4 局域网的传输设备与组网技术,10Base-5（最早的Ethernet标准）,3.传统以太网组网方法,粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器：发送/接收，冲突检测，电气隔离AUI：连接件单元接口；AUI电缆 50m总线型拓扑用于网络骨干连接,57,4.4 局域网的传输设备与组网技术,10Base-2（1985年公布，“廉价网”）,3.传统以太网组网方法,

39、细同轴电缆，可靠性稍差 BNC T型接头连接 总线型拓扑用于办公室LAN,58,4.4 局域网的传输设备与组网技术,10Base-T（1990年公布）,3.传统以太网组网方法,双绞线介质（UTP）以Hub（集线器）为中心节点。Hub多端口转发器。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线型。转发器/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。转发器/中继器/Hub物理层设备（工作在物理层）。用于小型LAN。,59,4.4 局域网的传输设备与组网技术,10Base-F（已被100Base-FX等取代）,3.传统以太网组网方法,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；最

40、常见的布线标准：10BaseFL-异步点到点链路，链路最长2 km。,使用75电缆连接，拓扑结构为树形；用于宽带LAN。,10Broad36,60,4.5 高速局域网技术,1.高速局域网的由来,传统局域网的弊端,采用“介质共享”技术，节点数增加，各节点的平均带宽减小，无法满足图形处理、实时视频技术等要求；,存在网络规模与网络效率、服务质量的矛盾。,解决方案,提供Ethernet数据传输速率，由10Mbps到100Mbps、乃至 1Gbps（续用CSMA/CD，但编码改为4B/5B）；,将大型局域网分割成用多个网桥或路由器互联的子网；（减少子网内节点数而改善网络性能）,节流,开源,将“共享介质方

41、式”改为“交换方式”，促成“交换局域网”技术 的发展，即在多个端口间建立多个并发连接。,创新,61,4.5 高速局域网技术,2.快速以太网（Fast Ethernet）,IEEE 802委员会委托3COM公司、Bay Networks公司为首的 集团和以HP公司、AT&T公司为主的联盟负责开发；,前者沿用传统的CSMA/CD技术，创导了100Base-T规范，形成 IEEE 802.3u 标准规范，即100Base-T；,后者则采用需求优先级轮询（Demand Priority Polling）的 媒体访问方法，即IEEE 802.12标准规范，100VG-AnyLAN 高速局域网。,概述：,

42、62,4.5 高速局域网技术,2.快速以太网（Fast Ethernet）,100Base-T的物理层标准,注：100Base-TX 两对双绞线，1对发送数据，1对接收数据；100Base-FX 主要用于高速主干网。,63,4.5 高速局域网技术,2.快速以太网（Fast Ethernet）,100Base-T采取的技术措施,减小传输距离；,增加节点问的连接线 由1对3类UTP增加为4对3类UTP并联 使用，每对线速度仅为33Mbps（100Base-T4标准）；或 用2对5类UTP（100Base-TX标准）；或 采用多模光纤作传输媒体（100Base-FX标准）。,采用4B/5B编码 技术

43、。,64,4.5 高速局域网技术,2.快速以太网（Fast Ethernet）,100Base-T示例,网卡（外置或内置收发器）、收发器（外置）与收发器电缆 集线器（双绞线 或 光纤接口）双绞线及光缆,65,4.5 高速局域网技术,2.快速以太网（Fast Ethernet）,100Base-T特点,能够很好保护用户原有的投资；100Base-T采用与10Base-T相同的媒体访问控制协议；且两者均可采用共享式或交换式连接方式。,具有较高的传输速率；,具有很强的适应性；100 Base-T网卡能自动识别网络设备的传输速率，并与之相适应。,能支持多种传输介质；能支持三种PHY标准，即100 Ba

44、se-T4、100 Base-TX和Base-FX。,66,4.5 高速局域网技术,3.千兆以太网（Gigabit Ethernet，GE）,概述：,GE是对10Mbps和100Mbps IEEE 802.3以太网成功的扩展；它和传统以太网使用相同的IEEE 802.3 CSMA/CD协议、相同的帧格式和相同的帧大小（64字节-1518字节）。与现有以太网完全兼容，仅仅是速度快，它的传输速率 达到1Gbps。支持全双工操作；将成为主干网和桌面系统的主流技术。,GE信号系统的基础是光纤信道。有关光纤技术的标准由ANSI制定（ANSIX3.230-1994）；千兆以太网使用光纤信道标准中的FC0层

45、（物理链路）和 FC1层（8B/10B编码方案的编码和解码操作）；千兆以太网系统采用8B/10B编码方案，并以1.25G波特的 速率在信道上发送信号，以达到1Gbps的传输速率。,67,4.5 高速局域网技术,3.千兆以太网（Gigabit Ethernet，GE）,短波长激光光纤介质系统标准 1000Base-SX、长波长激光光纤介质系统标准1000Base-LX、短铜线介质系统标准 1000Base-CX；长铜线介质系统标准 1000Base-T。,GE物理层标准（4种）,IEEE 802.3ab,68,4.5 高速局域网技术,3.千兆以太网（Gigabit Ethernet，GE）,IE

46、EE 802.3z标准,IEEE 802.3z 标准在LLC子层使用IEEE 802.2标准，在MAC 子层使用CSMA/CD方法，仅在物理层作了一些必要的调整，并定义了新的物理层标准 1000Base-T。,1000Base-T标准定义了千兆介质专用接口，它将MAC子层与 物理层分隔开来，即物理层在实现1000Mbps速率时所使用的 传输介质与信号编码方式的变化不会影响MAC子层。,IEEE 802.3ab标准,使用4对5类无屏蔽双绞线（UTP）时，能在100米的距离的 信道上支持1Gbps传输速率，网络直径可达200米。此标准 将使千兆以太网应用于桌面系统成为现实。,69,4.5 高速局域

47、网技术,3.千兆以太网（Gigabit Ethernet，GE）,GE示例,70,4.5 高速局域网技术,4.万兆以太网（10GE）,2002年6月发布万兆以太网标准IEEE 802.3ae；,继续使用IEEE 802.3 协议、相同的帧格式和相同的帧大小；,仅支持全双工操作；,仅使用光纤介质（850nm/1310nm MMF和1310nm/1550nm SMF）；,无需使用带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD；,用于局域网，也用于城域网和广域网。,71,4.5 高速局域网技术,5.其他种类高速局域网,VG 语音级（Voice Grade）；Any 多种传输介质；支持IEEE802.

48、3 和 IEEE 802.5的数据帧；,100VG-AnyLAN（IEEE 802.12标准）,无碰撞局域网，在MAC子层使用需求优先级协议（Demand Priority），定义语音、活动图像优先级最高；,在竞争中失败。1)HP专利技术，未得到主要集线器和网卡厂商支持；2)非Ethernet，且与Ethernet不兼容；3)要求使用4对芯线，有的安装现场仅有2对芯线；4)不支持全双工方式等。,72,4.5 高速局域网技术,5.其他种类高速局域网,Fiber Distributed Data Interface，20世纪80年代中期由ANSI 的X3T9.5委员会制定的网络标准；用作高速主干网

49、；,光纤分布式数据接口（FDDI）,73,4.5 高速局域网技术,5.其他种类高速局域网,光纤分布式数据接口（FDDI）,特点：,使用基于IEEE 802.5的令牌环网介质访问控制方法；使用IEEE 802.2协议，与符合IEEE 802标准的局域网兼容；,数据传输速率为100Mbps，连网的节点数小于或等于1000；网络覆盖的最大距离为200km；,可以使用双环结构，提高容错能力；具有动态分配带宽能力，能支持同步和异步数据传输；,改进：FDDI-已投入使用，既传输普通数据，又能处理 ISDN通信或PCM声音数据。,可以使用多模或单模光纤。,74,4.6 交换局域网技术,1.概述,使用网络交换

50、机的原因：,传统局域网（以太网、快速以太网、FDDI和令牌环网）属 共享介质网络，即共享带宽的局域网；共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性能降低，相当 于多个子信道分享通信线路；,以网络交换机为主干的LAN，拓扑仍为星形结构（总线/HUB LAN_SWITCH）,解决措施：网络分段（减少站点数），但并未从根本上解决 带宽问题，且网络管理十分复杂，成本提高；,交换式局域网技术从根本上改变了共享式局域网的结构，解决了带宽瓶颈问题。,75,4.6 交换局域网技术,1.概述,将共享介质方法改为交换方式，即局域网交换机可以在多个端口 之间建立多方并发连接；实现 数据并发传输。,创新思路：,总带宽=