第三章 局域網基礎

1、2 2）工作方式）工作方式 網上計算機共享總線，任一時刻只能有一臺計算網上計算機共享總線，任一時刻只能有一臺計算機發(fā)送信息，其他計算機處于接收狀態(tài)，是廣播式網機發(fā)送信息，其他計算機處于接收狀態(tài)，是廣播式網絡。絡。典型的總線型網絡是早期的同軸電纜以太網。典型的總線型網絡是早期的同軸電纜以太網。 3.3.局域網體系結構局域網體系結構 IEEE802IEEE802委員會制定了具體的局域網模型和標準。委員會制定了具體的局域網模型和標準。應用層物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層邏輯鏈路控制子層（LLC）介質訪問控制子層（MAC）物理層OSIIEEE802802.2 - 802.2 - 邏輯鏈路控制

2、邏輯鏈路控制LLC LLC 802.3 - 802.3 - CSMA/CDCSMA/CD（以太網）（以太網） 802.4 - 802.4 - Token Bus Token Bus （令牌總線）（令牌總線）802.5 - 802.5 - Token RingToken Ring（令牌環(huán)）（令牌環(huán)）802.6 - 802.6 - 分布隊列雙總線分布隊列雙總線DQDB - MANDQDB - MAN標準標準802.8 802.8 FDDIFDDI（光纖分布數據接口）（光纖分布數據接口）802.11 802.11 無線無線LANLANIEEE802參考模型參考模型 1980年年2月，美國電氣與電子工

3、程師協(xié)會月，美國電氣與電子工程師協(xié)會IEEE成立了局域網成立了局域網標準化委員會標準化委員會,專門從事局域網標準化工作。該委員會制定了專門從事局域網標準化工作。該委員會制定了IEEE802標準。標準。IEEE802IEEE802標準的主要成員標準的主要成員：IEEE802IEEE802標準標準 802.1網 際 互 連802.2邏 輯 鏈 路 控 制物 理 層物 理 層物 理 層物 理 層802.3媒 體 訪 問802.6媒 體 訪 問802.5媒 體 訪 問802.4媒 體 訪 問802.1尋址管理802.1體系結構網 際 互連邏 輯 鏈 路 控制 LLC媒 體 訪 問 控制 MAC物 理

4、層局域網發(fā)展趨勢局域網發(fā)展趨勢 1.1.以太網的產生與發(fā)展以太網的產生與發(fā)展 19751975年，由美國年，由美國DECDEC、IntelIntel和和XeroxXerox三家公司聯合研制成三家公司聯合研制成功并公布了以太網的物理層與數據鏈路層規(guī)范。功并公布了以太網的物理層與數據鏈路層規(guī)范。 傳統(tǒng)以太網速率只有傳統(tǒng)以太網速率只有10M,10M,目前，不僅千兆以太網和萬兆目前，不僅千兆以太網和萬兆以太網已經進入主流應用，在實驗室中，已經在開發(fā)以太網已經進入主流應用，在實驗室中，已經在開發(fā)40Gbit/s40Gbit/s的以太網產品。的以太網產品。以太網標準及以太網標準及IEEE802.3IEEE

5、802.3規(guī)范：規(guī)范：傳統(tǒng)以太網傳統(tǒng)以太網 主要是主要是10BASE-210BASE-2、10BASE-510BASE-5、10BASE-T10BASE-T標準標準快速以太網快速以太網 IEEE802.3u IEEE802.3u 雙絞線，光纖雙絞線，光纖千兆以太網千兆以太網 IEEE802.3z IEEE802.3z 屏蔽短雙絞線、光纖屏蔽短雙絞線、光纖 IEEE802.3ab IEEE802.3ab 雙絞線雙絞線萬兆以太網萬兆以太網 IEEE802.3ae IEEE802.3ae 光纖光纖2.2.傳統(tǒng)以太網技術傳統(tǒng)以太網技術 傳統(tǒng)以太網的典型速率是傳統(tǒng)以太網的典型速率是10Mbit/s10M

6、bit/s，在其物理層，定義了多，在其物理層，定義了多種傳輸介質和拓撲結構，形成了一個種傳輸介質和拓撲結構，形成了一個10Mbit/s10Mbit/s以太網標準系列，以太網標準系列，主要包括主要包括10BASE-210BASE-2、10BASE-510BASE-5、10BASE-T10BASE-T等標準。等標準。 例：例： 數據率（數據率（Mbps）基帶或寬帶基帶或寬帶Base，Broad段最大長度（百米）或段最大長度（百米）或介質類型（介質類型（T，F，X）10 Base 51 1）10BASE-210BASE-2 10BASE-2 10BASE-2網絡采用總線型結構，主要使用的網絡硬件有以

7、下網絡采用總線型結構，主要使用的網絡硬件有以下幾種：幾種：（1 1）BNCBNC接口的網卡：使計算機作為節(jié)點連入網絡。接口的網卡：使計算機作為節(jié)點連入網絡。（2 2）5050細同軸電纜：這是細同軸電纜：這是10BASE-210BASE-2網絡定義的傳輸介質。網絡定義的傳輸介質。（3 3）T T型連接器：用于細纜與網卡的連接。型連接器：用于細纜與網卡的連接。（4 4）5050終端器：電纜兩端各接一個，用于阻止信號反射。終端器：電纜兩端各接一個，用于阻止信號反射。 細纜終端器10BASE-210BASE-2網絡網絡2 2）10BASE-510BASE-5 10BASE-5 10BASE-5網絡也采

8、用總線型結構，主要使用的網絡硬件有以網絡也采用總線型結構，主要使用的網絡硬件有以下幾種：下幾種：（1 1）AUIAUI接口的網卡：使計算機作為節(jié)點連入網絡。接口的網卡：使計算機作為節(jié)點連入網絡。（2 2）5050粗同軸電纜：這是粗同軸電纜：這是10BASE-510BASE-5網絡定義的傳輸介質。網絡定義的傳輸介質。（3 3）外部收發(fā)器：兩端連粗纜，中間經）外部收發(fā)器：兩端連粗纜，中間經AUIAUI接口的由收發(fā)器連網卡。接口的由收發(fā)器連網卡。（4 4）收發(fā)器電纜：兩頭帶有）收發(fā)器電纜：兩頭帶有AUIAUI接頭，用于外部收發(fā)器和網卡之間接頭，用于外部收發(fā)器和網卡之間的連接。的連接。（5 5）505

9、0終端器：電纜兩端各接一個，用于阻止信號反射。終端器：電纜兩端各接一個，用于阻止信號反射。 終端匹配器粗纜收發(fā)器電纜外部收發(fā)器10BASE-510BASE-5網絡網絡10BASE-210BASE-510BASE-T單網段最大長度185m500m100m網絡最大長度（跨距）925m2500m500m節(jié)點間最小距離0.5m2.5m單網段的最多節(jié)點數30100拓撲結構總線型總線形星形傳輸介質細同軸電纜粗同軸電纜雙絞線連接器BNC、TAUI、U筒RJ-45最多網段數555 在實際應用中，由于粗纜可以傳輸更長的距離，而細纜比在實際應用中，由于粗纜可以傳輸更長的距離，而細纜比較經濟，可以將粗纜和細纜結合起

10、來使用。較經濟，可以將粗纜和細纜結合起來使用。 可以通過粗細轉接器實現粗纜和細纜段的連接，混連時網可以通過粗細轉接器實現粗纜和細纜段的連接，混連時網絡干線段長度介于絡干線段長度介于185m185m和和500m500m之間，也可以通過中繼器將粗纜之間，也可以通過中繼器將粗纜網段和細纜網段相連接。網段和細纜網段相連接。 3 3）10BASE-T10BASE-T 10BASE-T 10BASE-T網絡采用星型拓撲結構，典型的中心設備是集線器網絡采用星型拓撲結構，典型的中心設備是集線器或交換機，主要使用的網絡硬件有以下幾種：或交換機，主要使用的網絡硬件有以下幾種：（1 1）RJ-45RJ-45接口的網

11、卡：使計算機作為節(jié)點連入網絡。接口的網卡：使計算機作為節(jié)點連入網絡。（2 2）3 3類以上的類以上的UTPUTP電纜：這是電纜：這是10BASE-T10BASE-T網絡定義的傳輸介質。網絡定義的傳輸介質。（3 3）RJ-45RJ-45接頭：電纜兩端各壓接一個接頭：電纜兩端各壓接一個RJ-45RJ-45接頭，用于網卡和接頭，用于網卡和集線器的連接。集線器的連接。（4 4）10BASE-T10BASE-T集線器：作集線器：作10BASE-T10BASE-T網絡的中心轉發(fā)設備。網絡的中心轉發(fā)設備。 集線器集線器UTP電纜10BASE-T10BASE-T網絡網絡3.3.快速以太網技術快速以太網技術 1

12、9951995年年9 9月，月，IEEE802IEEE802委員會正式公布了快速以太網標準委員會正式公布了快速以太網標準IEEE802.3uIEEE802.3u。 快速以太網保留了傳統(tǒng)以太網的基本特征，即相同的幀格快速以太網保留了傳統(tǒng)以太網的基本特征，即相同的幀格式、介質訪問控制方法與組網方法，只是傳輸速率快了式、介質訪問控制方法與組網方法，只是傳輸速率快了1010倍。倍。 快速以太網定義了快速以太網定義了3 3種物理層標準：種物理層標準：100BASE-TX,100BASE-T4100BASE-TX,100BASE-T4和和100BASE-FX100BASE-FX。 4.4.吉比特與十吉比特

13、以太網吉比特與十吉比特以太網 吉比特以太網標準分為兩類：吉比特以太網標準分為兩類：IEEE802.3zIEEE802.3z和和IEEE802.3abIEEE802.3ab。（1 1）IEEE802.3zIEEE802.3z IEEE802.3z IEEE802.3z定義了基于光纖和屏蔽短雙絞線的標準。定義了基于光纖和屏蔽短雙絞線的標準。 1000BASE-SX1000BASE-SX：只支持多模光纖，最大傳輸距離為：只支持多模光纖，最大傳輸距離為220220550m550m。 1000BASE-LX1000BASE-LX：多模光纖最遠距離：多模光纖最遠距離550m550m，單模最遠距離，單模最遠

14、距離5km5km。 1000BASE-CX1000BASE-CX：采用：采用150150屏蔽雙絞線，傳輸距離為屏蔽雙絞線，傳輸距離為25m25m。 （2 2）IEEE802.3abIEEE802.3ab IEEE802.3ab IEEE802.3ab定義的傳輸介質為定義的傳輸介質為5 5類類UTPUTP電纜，傳輸距離為電纜，傳輸距離為 100m100m，與，與10BASE-T10BASE-T和和100BASE-T100BASE-T完全兼容。完全兼容。 吉比特以太網的幀結構和介質訪問控制方法仍采用吉比特以太網的幀結構和介質訪問控制方法仍采用IEEE802.3IEEE802.3標準，所以，非常便于

15、傳統(tǒng)以太網和快速以太網標準，所以，非常便于傳統(tǒng)以太網和快速以太網向千兆以太網升級。向千兆以太網升級。3 3）十吉比特以太網）十吉比特以太網 20022002年初，正式發(fā)布了年初，正式發(fā)布了10Gbit/s10Gbit/s以太網的以太網的IEEE802.3aeIEEE802.3ae規(guī)范。規(guī)范。 IEEEIEEE正在為正在為10Gbit/s10Gbit/s以太網制定兩個分離的物理層標準，一個以太網制定兩個分離的物理層標準，一個是為是為LANLAN，另一個是為，另一個是為MANMAN制定。制定。10Gbit/s10Gbit/s以太網主要有以下特點：以太網主要有以下特點：（1 1）幀格式不變）幀格式不

16、變（2 2）能使用多種光纖傳輸介質）能使用多種光纖傳輸介質（3 3）只工作在全雙工方式，不存在爭用問題）只工作在全雙工方式，不存在爭用問題（4 4）保留了）保留了IEEE802.3IEEE802.3標準，可以和低速以太網通信標準，可以和低速以太網通信 以太網幀結構與工作流程分析以太網幀結構與工作流程分析CSMA/CDCSMA/CD介質訪問控制介質訪問控制 IEEE802.3IEEE802.3標準規(guī)定了標準規(guī)定了CSMA/CDCSMA/CD訪問方法和物理層技術規(guī)范，訪問方法和物理層技術規(guī)范，采用采用IEEE802.3IEEE802.3標準協(xié)議的典型局域網是以太網。標準協(xié)議的典型局域網是以太網。C

17、SMA/CDCSMA/CD是以是以太網的核心技術。太網的核心技術。1 1）CSMA/CDCSMA/CD的發(fā)送工作過程的發(fā)送工作過程 CSMA/CDCSMA/CD的工作過程可以概括為的工作過程可以概括為4 4點：發(fā)前先聽，邊發(fā)邊聽，點：發(fā)前先聽，邊發(fā)邊聽，沖突停止，延遲重發(fā)。沖突停止，延遲重發(fā)。 CSMA/CDCSMA/CD發(fā)送過程流程圖如下頁所示。發(fā)送過程流程圖如下頁所示。站點要求發(fā)送有載波？發(fā)送一幀信息有沖突？發(fā)出阻塞信號沖突 16？延時處理放棄發(fā)送另作處理一次發(fā)送結束CSMA/CD發(fā)送過程流程圖YNYNNY快速以太網技術快速以太網技術 19951995年年9 9月，月，IEEE802IEE

18、E802委員會正式公布了快速以太網標準委員會正式公布了快速以太網標準IEEE802.3uIEEE802.3u。 快速以太網保留了傳統(tǒng)以太網的基本特征，即相同的幀格快速以太網保留了傳統(tǒng)以太網的基本特征，即相同的幀格式、介質訪問控制方法與組網方法，只是傳輸速率快了式、介質訪問控制方法與組網方法，只是傳輸速率快了1010倍。倍。 快速以太網定義了快速以太網定義了3 3種物理層標準：種物理層標準：100BASE-TX,100BASE-T4100BASE-TX,100BASE-T4和和100BASE-FX100BASE-FX。 吉比特與十吉比特以太網吉比特與十吉比特以太網 吉比特以太網標準分為兩類：吉比

19、特以太網標準分為兩類：IEEE802.3zIEEE802.3z和和IEEE802.3abIEEE802.3ab。（1 1）IEEE802.3zIEEE802.3z IEEE802.3z IEEE802.3z定義了基于光纖和屏蔽短雙絞線的標準。定義了基于光纖和屏蔽短雙絞線的標準。 1000BASE-SX1000BASE-SX：只支持多模光纖，最大傳輸距離為：只支持多模光纖，最大傳輸距離為220220550m550m。 1000BASE-LX1000BASE-LX：多模光纖最遠距離：多模光纖最遠距離550m550m，單模最遠距離，單模最遠距離5km5km。 1000BASE-CX1000BASE-

20、CX：采用：采用150150屏蔽雙絞線，傳輸距離為屏蔽雙絞線，傳輸距離為25m25m。 IEEE802.3abIEEE802.3ab IEEE802.3ab IEEE802.3ab定義的傳輸介質為定義的傳輸介質為5 5類類UTPUTP電纜，傳輸距離為電纜，傳輸距離為 100m100m，與，與10BASE-T10BASE-T和和100BASE-T100BASE-T完全兼容。完全兼容。 吉比特以太網的幀結構和介質訪問控制方法仍采用吉比特以太網的幀結構和介質訪問控制方法仍采用IEEE802.3IEEE802.3標準，所以，非常便于傳統(tǒng)以太網和快速以太網標準，所以，非常便于傳統(tǒng)以太網和快速以太網向千兆

21、以太網升級。向千兆以太網升級。十吉比特以太網十吉比特以太網 20022002年初，正式發(fā)布了年初，正式發(fā)布了10Gbit/s10Gbit/s以太網的以太網的IEEE802.3aeIEEE802.3ae規(guī)范。規(guī)范。 IEEEIEEE正在為正在為10Gbit/s10Gbit/s以太網制定兩個分離的物理層標準，一個以太網制定兩個分離的物理層標準，一個是為是為LANLAN，另一個是為，另一個是為MANMAN制定。制定。10Gbit/s10Gbit/s以太網主要有以下特點：以太網主要有以下特點：（1 1）幀格式不變）幀格式不變（2 2）能使用多種光纖傳輸介質）能使用多種光纖傳輸介質（3 3）只工作在全雙

22、工方式，不存在爭用問題）只工作在全雙工方式，不存在爭用問題（4 4）保留了）保留了IEEE802.3IEEE802.3標準，可以和低速以太網通信標準，可以和低速以太網通信 以太網交換機以太網交換機共享共享10Mbps10Mbps端口端口集線器集線器專用專用10Mbps10Mbps端口端口計算機計算機計算機計算機計算機計算機計算機計算機交換機的轉發(fā)方式交換機的轉發(fā)方式（1 1）存儲轉發(fā)：完整地接收整個數據，對數據進行差錯檢測。）存儲轉發(fā)：完整地接收整個數據，對數據進行差錯檢測。其優(yōu)點是可靠性高，可支持不同速率端口之間的數據交換，缺點其優(yōu)點是可靠性高，可支持不同速率端口之間的數據交換，缺點是交換延

23、遲時間相對較長。是交換延遲時間相對較長。（2 2）直接交換：讀到目的地址字段，立即轉發(fā)。其優(yōu)點是轉發(fā)）直接交換：讀到目的地址字段，立即轉發(fā)。其優(yōu)點是轉發(fā)速率快，缺點是無差錯檢測能力，不支持不同速率端口之間的數速率快，缺點是無差錯檢測能力，不支持不同速率端口之間的數據交換。據交換。（3 3）改進的直接交換：讀取并檢測幀的長度，滿足最小幀長要）改進的直接交換：讀取并檢測幀的長度，滿足最小幀長要求則轉發(fā)。是一種折中的方案。求則轉發(fā)。是一種折中的方案。交換式以太網的特點交換式以太網的特點（1 1）以太網交換機的各個端口獨占帶寬。）以太網交換機的各個端口獨占帶寬。（2 2）具有較高的系統(tǒng)帶寬。）具有較高

24、的系統(tǒng)帶寬。（3 3）交換機的每個端口是一個沖突域，有邏輯分段與一定）交換機的每個端口是一個沖突域，有邏輯分段與一定的安全功能。的安全功能。虛擬局域網技術的產生虛擬局域網技術的產生 VLANVLAN（Virtual Local Area NetworkVirtual Local Area Network）即虛擬局域網，是一）即虛擬局域網，是一種通過將局域網內的設備邏輯地而不是物理地劃分成一個個網段種通過將局域網內的設備邏輯地而不是物理地劃分成一個個網段從而實現虛擬工作組的新興技術。從而實現虛擬工作組的新興技術。 IEEEIEEE于于19991999年公布了用于標準化年公布了用于標準化VLANV

25、LAN實現方案的實現方案的802.1Q802.1Q協(xié)議協(xié)議標準草案。標準草案。 VLANVLAN最突出的應用就是劃分廣播域。最突出的應用就是劃分廣播域。 一般來說，構造虛擬局域網有一般來說，構造虛擬局域網有3 3個基本條件：個基本條件：（1 1）具有實現）具有實現VLANVLAN劃分功能的交換機。劃分功能的交換機。（2 2）不同交換機上相同）不同交換機上相同VLANVLAN間的通信。間的通信。（3 3）不同）不同VLANVLAN之間的路由。之間的路由。VLANVLAN的特征的特征 同一個同一個VLANVLAN的成員屬于同一個廣播域，不同的成員屬于同一個廣播域，不同VLANVLAN的成員屬于的成

26、員屬于不同的廣播域；不同不同的廣播域；不同VLANVLAN的成員通信需路由支持，相同的成員通信需路由支持，相同VLANVLAN的成的成員可直接通信，不需路由支持。員可直接通信，不需路由支持。 VLANVLAN的組網方法的組網方法 1 1）按交換機端口劃分）按交換機端口劃分 這是最簡單、最有效的這是最簡單、最有效的VLANVLAN劃分方法，可以對單交換機或多劃分方法，可以對單交換機或多交換機進行端口劃分。缺點是當一個用戶從一個端口移動到另一交換機進行端口劃分。缺點是當一個用戶從一個端口移動到另一個端口時，網絡管理員必須對個端口時，網絡管理員必須對VLANVLAN成員重新進行配置。成員重新進行配置。 123456單交換機端口劃分VLAN1VLAN2端口端口 123456端口123456多交換機端口劃分局域網交換機局域網交換機1 1局域網交換機局域網交換機2 2VLAN2VLAN12 2）