計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章課件

1、第 4 章 局域網(wǎng)2.局域網(wǎng)的基本特征（1）網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍比較小，通常不超過幾千米。（2）通常采用基帶傳輸方式，數(shù)據(jù)的傳輸速率高，從最初的1Mbit/s到后來的l0Mbit/s、100Mbit/s，近年來已達(dá)到1000Mbit/s、10000Mbit/s。 （3）具有較低的延遲和誤碼率，其誤碼率大致在之間。（4）局域網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)權(quán)和管理權(quán)一般屬于某個(gè)單位所有。（5）局域網(wǎng)多采用分布式控制和廣播方式通信，便于安裝、維護(hù)和擴(kuò)充，建網(wǎng)成本低、周期短。（6）決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)有：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、傳輸介質(zhì)、介質(zhì)訪問控制方法。 （7）從訪問介質(zhì)控制方法的角度，局域網(wǎng)可以分為共享介質(zhì)局域網(wǎng)和交換式局域網(wǎng)。

2、第 4 章 局域網(wǎng)42 局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1. 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所有的節(jié)點(diǎn)都直接連接到一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上，節(jié)點(diǎn)通過總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易；易于安裝和維護(hù)；站點(diǎn)入網(wǎng)靈活。 缺點(diǎn)：傳輸介質(zhì)故障難以排除，因此任何一處故障都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。第 4 章 局域網(wǎng)2. 環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所有節(jié)點(diǎn)通過通信線路連接成一個(gè)閉合的環(huán)。數(shù)據(jù)沿環(huán)的一個(gè)方向逐站傳輸 。 優(yōu)點(diǎn)：能夠有效地避免沖突。 缺點(diǎn)：環(huán)型結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)卡等通信部件比較昂貴，管理復(fù)雜。3. 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一中心節(jié)點(diǎn)設(shè)備和一系列通過點(diǎn)到點(diǎn)鏈路接到中心設(shè)備的節(jié)點(diǎn)組成，各節(jié)點(diǎn)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式與

3、中心設(shè)備相連接。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，可擴(kuò)充性強(qiáng)，組網(wǎng)容易。 缺點(diǎn)：需要大量電纜，費(fèi)用較高；中心設(shè)備產(chǎn)生故障，全網(wǎng)不能工作，對(duì)中心設(shè)備的可靠性和冗余度要求高。第 4 章 局域網(wǎng)4 樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹形是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴(kuò)充，一個(gè)星形拓?fù)涞哪┒斯?jié)點(diǎn)又是其他星形拓?fù)涞闹行?。?4 章 局域網(wǎng)5.傳輸介質(zhì)的選擇 （1）對(duì)小范圍的局域網(wǎng)，使用雙絞線最方便、最合適 ，但傳輸?shù)木嚯x有限，抗干擾能力相對(duì)較差。（2）同軸電纜抗干擾能力優(yōu)于雙絞線，傳輸距離比雙絞線長(zhǎng)。（3）光纖在帶寬和抗干擾能力方面最具有競(jìng)爭(zhēng)力。其重量輕、傳輸損耗低、速度快、距離長(zhǎng)，成為最具發(fā)展前途的傳輸介質(zhì)。 （4）在需要采用移動(dòng)計(jì)算的場(chǎng)合

4、，無線傳輸介質(zhì)成為侯選對(duì)象。第 4 章 局域網(wǎng) 6. 傳輸介質(zhì)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的關(guān)系總線型拓?fù)湫切瓮負(fù)洵h(huán)形拓?fù)潆p絞線 雙絞線 雙絞線 基帶同軸電纜 光纖 光纖 無線介質(zhì) 無線介質(zhì) 無線介質(zhì) 第 4 章 局域網(wǎng)43 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)與模型 1. IEEE 802委員會(huì)分為3個(gè)專業(yè)分會(huì)： （1）通信介質(zhì)分會(huì)：對(duì)應(yīng)OSI模型的物理層，負(fù)責(zé)局域網(wǎng)物理傳輸特性、傳輸技術(shù)及物理層和數(shù)據(jù)鏈路層接口技術(shù)的研究。 （2）信號(hào)訪問控制分會(huì)：對(duì)應(yīng)OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層，負(fù)責(zé)研究邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議和介質(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議，如CSMACD協(xié)議。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層接口研究及其標(biāo)準(zhǔn)制定工作。 （3）高層接

5、口分會(huì)：主要針對(duì)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層以上各層應(yīng)用協(xié)議之間的接口和互操作性的一般研究。 2. IEEE 802標(biāo)準(zhǔn) （1）IEEE 802.1，定義了局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)互連和網(wǎng)絡(luò)性能等。第 4 章 局域網(wǎng)（2）IEEE802.2，定義了邏輯鏈路控制（LLC）子層的功能與服務(wù)。 （3）IEEE 802.3，描述CSMA/CD總線式介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。 （4）IEEE 802.4，描述令牌總線(token bus) 介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。 （5） IEEE802.5，描述令牌環(huán)(token ring) 介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。 （6）IEEE8

6、02.6，描述城域網(wǎng)(MAN) 質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。（7）IEEE802.7，描述寬帶時(shí)隙環(huán)介質(zhì)訪問控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。（8）IEEE 802.8，描述光纖網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。第 4 章 局域網(wǎng)（9）IEEE 802.9，描述語(yǔ)音和數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)技術(shù)。 （10）IEEE 802.10，描述可互操作的局域網(wǎng)安全技術(shù)。 （11）IEEE 802.11，描述無線局域網(wǎng)技術(shù)。 （12）IEEE 802.12，描述100VG-Any LAN的介質(zhì)訪問方法及相應(yīng)物理層規(guī)范。 第 4 章 局域網(wǎng)3. IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)與OSI-RM之間的關(guān)系 （1）局域網(wǎng)只涉及OSI參考

7、模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層 （2）局域網(wǎng)的物理層與OSI模型的物理層相對(duì)應(yīng)，主要涉及局域網(wǎng)物理鏈路上原始比特流的傳送，定義局域網(wǎng)物理層的機(jī)械、電氣、規(guī)程和功能特性。 （3）局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層被分為邏輯鏈路控制(Logical Link Control LLC)和介質(zhì)訪問控制(Medium Access Control MAC)兩個(gè)功能子層 。 （4）MAC子層又分為兩個(gè)功能層：幀封裝與解封裝和介質(zhì)訪問控制。 第 4 章 局域網(wǎng)4. LLC和MAC的數(shù)據(jù)單元 第 4 章 局域網(wǎng)（1）LLC協(xié)議數(shù)據(jù)單元 DSAP（目標(biāo)服務(wù)訪問點(diǎn)）和SSAP(源服務(wù)訪問點(diǎn))是LLC子層所使用的地址，用來標(biāo)明接收和發(fā)送

8、數(shù)據(jù)的終端上的協(xié)議棧。 C：PDU的控制字段，與HDLC中的控制字段是相同的。 Data：用戶數(shù)據(jù)，是由上層傳送給LLC的。 （2）IEEE 802.3 MAC幀 Pr：前導(dǎo)碼，7B。1和0交替，告訴接收端，數(shù)據(jù)幀即將到來 。SFD：幀起始定界符，1B，指示一幀的開始，為“10101011”。DA/SA：目的地址/源地址字段，各6B。L：長(zhǎng)度，2B，指出其后字段的長(zhǎng)度，單位為字節(jié)。I ：數(shù)據(jù)字段，是一組n(46n1500)字節(jié)的任意值序列 。FCS：幀校驗(yàn)序列，4B。該序列包括32位的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)值。第 4 章 局域網(wǎng)（3）IEEE 802.4 MAC幀 Pr：前導(dǎo)碼字段，7B。SF

9、D：幀起始定界符字段，1B。FC：幀控制字段。用于區(qū)分幀的類型，包括MAC控制幀、LLC數(shù)據(jù)幀、站點(diǎn)管理數(shù)據(jù)幀等。 DA/SA：目的地址/源地址字段，各6B。I：數(shù)據(jù)字段，根據(jù)幀控制字段(FC)的取值，數(shù)據(jù)字段可以包含LLC協(xié)議數(shù)據(jù)單元、MAC管理數(shù)據(jù)和MAC控制幀的數(shù)據(jù)。在SD和ED之間的字節(jié)數(shù)不應(yīng)大于8192。FCS：幀校驗(yàn)序列，4B。ED：幀結(jié)束標(biāo)志字段，標(biāo)識(shí)幀的結(jié)束。第 4 章 局域網(wǎng)（4）IEEE 802.5 MAC幀 SFD：幀起始標(biāo)記，1B。AC：訪問控制字段；1B。PPP：優(yōu)先級(jí)編碼 。T：令牌/數(shù)據(jù)幀標(biāo)志位，為“0”表示令牌，為“1”表示數(shù)據(jù)幀。 M：監(jiān)控位，用于檢測(cè)環(huán)路上是

10、否存在持續(xù)循環(huán)的數(shù)據(jù)幀。 RRR：3比特，為預(yù)約編碼。 FC：幀控制。DA/SA：目的地址/源地址。I：數(shù)據(jù)字段。第 4 章 局域網(wǎng)FCS：校驗(yàn)字段。 ED：幀結(jié)束標(biāo)志字段。FS：幀狀態(tài)字段， 如圖:A：地址識(shí)別位，發(fā)送站發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)將該位置“0”，接收站確認(rèn)目的地址與本站相符后將該位置“1”。 C：幀復(fù)制位，發(fā)送站發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)將該位置“0”，接收站接收數(shù)據(jù)幀后將該位置“1”。 使用兩套重復(fù)的A、C以提高可靠性。 令牌幀僅包括3個(gè)字段：SFD、AC和ED。異常終止幀包括兩個(gè)字段：SFD和ED，可由發(fā)送端產(chǎn)生，用來終止數(shù)據(jù)傳輸；也可由監(jiān)控站產(chǎn)生，用于清除線路上已有傳輸。第 4 章 局域網(wǎng)44 局

11、域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法 1.帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問CSMA/CD方法 （1）1-持續(xù)CSMA（2）非持續(xù)CSMA（3）p-持續(xù)CSMA （4）帶有沖突檢測(cè)的CSMACSMA/CD協(xié)議不僅要保證在偵聽到信道忙時(shí)無新站開始發(fā)送，而且當(dāng)站點(diǎn)檢測(cè)到?jīng)_突時(shí)就取消傳送，即如果兩站偵聽到信道空閑并同時(shí)開始傳送，它們幾乎將會(huì)同時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突。一旦檢測(cè)到?jīng)_突，不是繼續(xù)傳完它們的幀，而是盡快停止。第 4 章 局域網(wǎng)2.令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制方法 （1）IEEE 802.5令牌環(huán)工作原理網(wǎng)上站點(diǎn)要求發(fā)送幀，必須等待空閑令牌；站點(diǎn)獲取空閑令牌后，將標(biāo)記閑改為忙，然后攜帶數(shù)據(jù)傳輸；在一個(gè)循環(huán)內(nèi)其他站點(diǎn)不能發(fā)送數(shù)據(jù)；發(fā)送

12、幀沿環(huán)循環(huán)一周后，回到發(fā)送站，發(fā)送站回收數(shù)據(jù)幀，并將令牌忙標(biāo)記改成閑標(biāo)記，繼續(xù)傳送，供后續(xù)站發(fā)使用。（2）IEEE 802.5令牌環(huán)特點(diǎn)以平等的方式為各個(gè)結(jié)點(diǎn)提供介質(zhì)訪問權(quán)限；保證傳輸帶寬。提供優(yōu)先級(jí)服務(wù)。環(huán)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)訪問介質(zhì)的延遲時(shí)間確定。在重負(fù)載時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能較好；但負(fù)載輕時(shí)，網(wǎng)絡(luò)效率較低，控制復(fù)雜，維護(hù)困難。第 4 章 局域網(wǎng)第 4 章 局域網(wǎng)3.令牌總線介質(zhì)訪問控制方法 環(huán)初始化，生成一個(gè)順序訪問的次序。初始化過程是一個(gè)爭(zhēng)用過程，爭(zhēng)用結(jié)果只有一個(gè)站能取得令牌，其他站點(diǎn)用站插入的算法插入。令牌傳遞：邏輯環(huán)按站點(diǎn)地址遞減的次序組成，剛發(fā)完幀的站點(diǎn)將令牌傳遞給后繼站，后繼站應(yīng)立即發(fā)送數(shù)據(jù)或令牌

13、幀，釋放令牌的站監(jiān)聽到總線上的信號(hào)，便可確認(rèn)后繼站已獲得令牌。 第 4 章 局域網(wǎng)站加入環(huán)：周期性地給未加入環(huán)的站點(diǎn)以機(jī)會(huì)，將它們加入到邏輯環(huán)的適當(dāng)位置。如果同時(shí)有幾個(gè)站要加入時(shí)，可采用帶有響應(yīng)窗口的爭(zhēng)用處理算法。站退出環(huán)：可以通過將其前趨站和后繼站連到一起，使不活動(dòng)的站退出邏輯環(huán)，并修正邏輯環(huán)遞減站的址次序。故障處理：網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，包括令牌丟失引起斷環(huán)，重復(fù)地址、產(chǎn)生多個(gè)令牌等。網(wǎng)絡(luò)需對(duì)故障進(jìn)行相應(yīng)的處理。 第 4 章 局域網(wǎng)4.局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法的簡(jiǎn)單比較 （1）和確定型介質(zhì)訪問控制方法比較，CSMA/CD有以下特點(diǎn)： 算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，目前已有多種VLSI可以實(shí)現(xiàn)CSMA/CD

14、。是一種用戶訪問總線時(shí)間不確定的隨機(jī)爭(zhēng)用方法，適用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載較輕時(shí)表現(xiàn)出較好的吞吐率和延時(shí)特性，當(dāng)通信負(fù)荷加大時(shí)，沖突增多，吞吐率下降，延遲增大。適用于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕的應(yīng)用場(chǎng)合。（2）和CSMA/CD比較，Token Bus和Token Ring具有以下特點(diǎn)： 網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)訪問公共傳輸介質(zhì)是確定的。因?yàn)榄h(huán)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能在給定的時(shí)間內(nèi)持有有令牌，任一節(jié)點(diǎn)從第1次發(fā)送數(shù)據(jù)到第2次獲得令牌的時(shí)間間隔的“上限”是確定的。它們能夠適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。缺點(diǎn)：需要復(fù)雜的環(huán)維護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)困難，系績(jī)?cè)靸r(jià)高。 第 4 章 局域網(wǎng)45 以太網(wǎng) 1. Ethernet的

15、基本工作原理 （1）Ethernet幀結(jié)構(gòu)： 與IEEE 802.3幀結(jié)構(gòu)基本一致，只存在微小差別，主要是： IEEE 802.3幀的信息字段的數(shù)據(jù)是邏輯鏈路控制子層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(LLC PDU)，而以太網(wǎng)幀的信息字段的數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)層的分組。當(dāng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于46字節(jié)時(shí)，IEEE 802.3采用請(qǐng)求MAC子層在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)之前向LLC數(shù)據(jù)字段后面附加“填充”字符方法來保證最小46字節(jié)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；而Ethernet則由LLC層軟件來保證46字節(jié)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。IEEE 802.3使用“長(zhǎng)度”字段來表明數(shù)據(jù)字段的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目(不包括填充字符)。而Ethernet則用“類型”來指明數(shù)據(jù)協(xié)議類型。第 4 章

16、 局域網(wǎng)（2）Ethernet幀的接收第 4 章 局域網(wǎng)（3）Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口適配器的功能 從用戶設(shè)備接收數(shù)據(jù)。緩沖數(shù)據(jù)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行存取訪問。將帶有地址的分組數(shù)據(jù)形成發(fā)送幀。對(duì)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行地址識(shí)別。把發(fā)送到相應(yīng)地址的分組緩沖到NIU內(nèi)部。 第 4 章 局域網(wǎng)2. 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 第 4 章 局域網(wǎng)3. 10Mb/s Ethernet （1）10 BASE-5標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口卡：10Base-5是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)接口卡采用DIX型（AUI）15芯連接器。收發(fā)器：收發(fā)器具有三個(gè)端口：一端（AUI）用來連接工作站，另兩端（BNC）連接粗同軸電纜，收發(fā)器到工作站間最大距離是

17、50m，兩個(gè)收發(fā)器之間的距離不小于2.5m。收發(fā)器與網(wǎng)卡之間用收發(fā)器電纜（也稱AUI電纜）連接。中繼器：中繼器用于再生信號(hào)，延伸傳輸距離。粗纜以太網(wǎng)最多允許加入4個(gè)中繼器粗纜。粗纜以太網(wǎng)的一個(gè)網(wǎng)段中最多容納100個(gè)工作站。端接器：端接器50用于匹配，要求網(wǎng)絡(luò)一端的端接器接地。 第 4 章 局域網(wǎng)第 4 章 局域網(wǎng)（2）10 BASE-2標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 組網(wǎng)10Base-2組網(wǎng)由帶有BNC接口的網(wǎng)卡、T型連接器、細(xì)纜、端接器、中繼器等設(shè)備組成。結(jié)構(gòu)如圖第 4 章 局域網(wǎng)（3）10 BASE-T 標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 特點(diǎn)安裝簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便；網(wǎng)絡(luò)的建立靈活、方便，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的大小，選擇不同

18、規(guī)格的HUB或交換機(jī)連接在一起。形成所需要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；第 4 章 局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性強(qiáng)。因?yàn)閿U(kuò)充與減少工作站都不會(huì)影響或中斷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作。集線器或交換機(jī)具有很好的故障隔離作用。當(dāng)某個(gè)工作站與中央節(jié)點(diǎn)之間的連接出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行；甚至當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)集線器或交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，只影響到與該集線器或交換機(jī)直接相連的節(jié)點(diǎn)；中心設(shè)備成為全網(wǎng)性能的關(guān)鍵部件，選擇不當(dāng)，會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。第 4 章 局域網(wǎng)46 交換局域網(wǎng) 1. 概述 （1）交換式以太網(wǎng)為終端用戶提供獨(dú)占的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。 （2）在交換式以太網(wǎng)中，可以通過交換機(jī)為所有節(jié)點(diǎn)建立并行的、獨(dú)立的和專用帶寬的連接。 （3）

19、典型的交換式局域網(wǎng)是交換式以太網(wǎng)，它的核心部件是以太網(wǎng)交換機(jī)。 （4）局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理在交換機(jī)內(nèi)部建立交換機(jī)各端口與相連的節(jié)點(diǎn)間的“端口號(hào)/MAC地址映射表”；若多個(gè)節(jié)點(diǎn)要同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，則它們分別在各自的以太幀的目的地址字段中填上目的地址；第 4 章 局域網(wǎng)當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)通過交換機(jī)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，交換機(jī)的交換控制中心會(huì)從接收端口收到的數(shù)據(jù)幀中提取目的地址，然后根據(jù)“端口號(hào)/MAC地址映射表”找出對(duì)應(yīng)幀的目的地址的輸出端口號(hào)，然后建立各自發(fā)送端口與目的端口的連接；通過交換機(jī)內(nèi)部端口之間的連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，斷開連接。交換機(jī)在為不同的節(jié)點(diǎn)建立多條并發(fā)的連接的同時(shí)，還具有校驗(yàn)功能，

20、以檢測(cè)接收到的數(shù)據(jù)幀是否正確。2.交換機(jī)的交換結(jié)構(gòu)主要有：軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)、共享背板交換結(jié)構(gòu)、共享存儲(chǔ)器交換結(jié)構(gòu)、矩陣交換結(jié)構(gòu)。 如圖第 4 章 局域網(wǎng)第 4 章 局域網(wǎng)（1）軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)早期的交換機(jī)產(chǎn)品采用這種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)借助CPU和RAM的硬件環(huán)境，用特定的軟件實(shí)現(xiàn)端口之間的幀交換。操作過程：A口的串行輸入幀進(jìn)入交換機(jī)后，交換機(jī)將其轉(zhuǎn)換為并行幀暫存在快速RAM中，此時(shí)CPU檢查幀的目的地址，并根據(jù)該地址查找RAM中已經(jīng)建立的端口/MAC地址表，由此獲得輸出端口號(hào)B，建立A到B的端口連接。然后，把RAM中暫存的幀由并行轉(zhuǎn)換成串行，送到端口B輸出。 （2）共享背板交換結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)幀通過一個(gè)高速

21、總線從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝??？偩€的帶寬被所有的端口共享。第 4 章 局域網(wǎng)主要用于只需少量端口，或每個(gè)端口只需要相對(duì)較低的帶寬的園區(qū)網(wǎng)?？偩€的帶寬可以通過時(shí)分復(fù)用（TDM）方式，也可通過統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（STDM）方式來共享。優(yōu)點(diǎn)：控制容易，監(jiān)控和管理方便，可進(jìn)行廣播。缺點(diǎn)：對(duì)總線的帶寬要求較高，它的帶寬至少是所有端口帶寬的總和。（3）共享存儲(chǔ)器交換結(jié)構(gòu)所有端口都連接到共享的內(nèi)存上。所有輸入端口寫該內(nèi)存，所有輸出端口讀該內(nèi)存。高速內(nèi)存交換機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。通過RAM操作會(huì)產(chǎn)生延遲，多用于小交換機(jī)。第 4 章 局域網(wǎng)（4）矩陣交換結(jié)構(gòu)組成：輸入、輸出、交換矩陣和控制器。 操作過程：幀由輸入端輸

22、入，根據(jù)目的地址，由交換機(jī)的端口/MAC地址表查找輸出端口，然后經(jīng)矩陣交換后送到輸出端口輸出。為了防止擁塞，在輸入和輸出部分設(shè)有緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)中進(jìn)行排隊(duì)等待。還可設(shè)置優(yōu)先級(jí)，支持最高優(yōu)先級(jí)的幀處理。優(yōu)點(diǎn)：利用硬件交換，結(jié)構(gòu)緊湊，交換速度快，延遲時(shí)間短。 缺點(diǎn)：隨著端口的增加，監(jiān)控和管理變得困難，不便于廣播傳送。 3. 交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)方式（1）靜態(tài)交換早期的交換機(jī)多采用靜態(tài)交換方式，目前簡(jiǎn)易廉價(jià)的交換機(jī)還在采用這種方式。這種交換方式的端口間的通道連接由人工預(yù)先設(shè)定，端口間連接的通道是固定的，如圖。圖中，端口3、4相連，2、6相連等。若要改變端口間的連接必須由人工重新配置。第 4 章 局域網(wǎng)（2）

23、動(dòng)態(tài)交換動(dòng)態(tài)交換機(jī)的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式有 1）直接交換2）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 3）改進(jìn)的直接交換方式 第 4 章 局域網(wǎng)4. 交換機(jī)的類別 （1）從廣義上來看，交換機(jī)分為2種：廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)。 （2）從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上可分為：以太網(wǎng)交換機(jī)、快速以太網(wǎng)交換機(jī)、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、FDDI交換機(jī)、ATM交換機(jī)和令牌環(huán)交換機(jī)等。 （3）從規(guī)模應(yīng)用上又可分為：企業(yè)級(jí)交換機(jī)、部門級(jí)交換機(jī)和工作組交換機(jī)等 （4）從交換機(jī)工作的層次上又可以分為：2層交換機(jī)和3層交換機(jī)。 第 4 章 局域網(wǎng)47 虛擬局域網(wǎng) 1. 概念（1）虛擬局域網(wǎng)（Virtual LAN，VLAN）是建立在交換式局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)資源

24、或網(wǎng)絡(luò)用戶按照一定的原則進(jìn)行劃分，把一個(gè)物理上的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)小的邏輯網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)邏輯局域網(wǎng)（VLAN）形成各自的廣播域。 （2）VLAN的用戶或節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)功能、部門、應(yīng)用等因素劃分，而無需考慮節(jié)點(diǎn)所處的物理位置。 2.虛擬局域網(wǎng)的交換技術(shù) （1）端口交換通過手工把端口配置到一個(gè)或多個(gè)通過背板連接的共享HUB上，形成若干個(gè)獨(dú)立的由端口組合的共享介質(zhì)段，由端口連接的用戶被分配到其中的某一段上 。第 4 章 局域網(wǎng)（2）幀交換 在一個(gè)端口上接收到的幀可以正確地轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口，對(duì)于廣播幀，可以轉(zhuǎn)發(fā)到交換機(jī)的所有端口。在尋找路徑和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，幀不會(huì)受到破壞。（3）信元交換 信元交換允許用戶加入多個(gè)VLAN

25、，一條物理線上可進(jìn)行多個(gè)邏輯連接。 第 4 章 局域網(wǎng)3.虛擬局域網(wǎng)的成員資格劃分 VLAN的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)示意圖 第 4 章 局域網(wǎng)（1）端口組成員資格 通過交換機(jī)端口組來定義VLAN的成員資格。通過端口組定義的VLAN不允許多個(gè)VLAN中包含同一物理段（或交換機(jī)端口）。 主要限制：當(dāng)用戶從一個(gè)端口移動(dòng)到另一個(gè)端口的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)管理員必須重新設(shè)置VLAN的成員資格。（2）MAC層地址成員資格因?yàn)镸AC層地址是固化在網(wǎng)卡中的，所以基于MAC地址的VLAN能使工作站移到網(wǎng)絡(luò)中另一個(gè)不同的物理位置，并使其自動(dòng)保留其VLAN成員資格。缺點(diǎn)：要求所有用戶最初至少被配置到一個(gè)VLAN中。第 4 章 局

26、域網(wǎng)由于在一個(gè)交換機(jī)端口中共同存在著多個(gè)不同的VLAN成員，所以在共享介質(zhì)環(huán)境中（例如以太網(wǎng)）實(shí)施基于MAC地址的VLAN時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)明顯下降。 在交換機(jī)之間交換VLAN成員資格信息增加的額外流量，會(huì)隨規(guī)模的增大而使系統(tǒng)性能下降。（3）網(wǎng)絡(luò)層地址成員資格 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型（如果支持多種協(xié)議）或網(wǎng)絡(luò)層地址來確定VLAN成員資格。盡管這些VLAN基于第3層信息，但其并不具有“路由”功能，也不同于網(wǎng)絡(luò)層路由。優(yōu)點(diǎn)：能夠分開網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型；用戶無須重設(shè)每個(gè)工作站的網(wǎng)絡(luò)地址就能夠物理地移動(dòng)它們，極大地方便了TCP/IP用戶；不必再向每個(gè)幀添加VLAN成員資格信息，從而減少了傳輸開銷。第 4 章 局域網(wǎng)缺

27、點(diǎn)：使用第3層信息定義VLAN的交換機(jī)通常比使用第2層信息定義的交換機(jī)工作速度要慢；定義在第3層的VLAN在處理諸如NetBIOS和DEC-LAT之類的不可尋徑協(xié)議時(shí)，尤為困難。（4）IP多播組實(shí)現(xiàn)VLAN 當(dāng)一個(gè)IP分組用多播方式進(jìn)行發(fā)送時(shí)，會(huì)發(fā)往一個(gè)地址，這個(gè)地址是有明確定義的一組動(dòng)態(tài)建立的IP地址的代理。每個(gè)工作站都能通過響應(yīng)相應(yīng)的廣播通告來加入特定的IP多播組，這種廣播通知標(biāo)志著對(duì)應(yīng)的IP多播組的存在。 這種成員資格不是永久的，只是在一定的時(shí)間里有效。這種由IP多播組定義的VLAN的動(dòng)態(tài)特性使其具有高度的靈活性和應(yīng)用敏感性。由IP多播組定義的VLAN還能夠“跨過”路由器和廣域網(wǎng)連接。

28、第 4 章 局域網(wǎng)48 高速局域網(wǎng) 1.高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 （1）保留IEEE 802.3，但設(shè)法提高其傳輸速率，將標(biāo)準(zhǔn)Ethernet的傳輸速度由10Mb/s提高到100Mb/s、甚至1Gb/s。 （2）完全重新設(shè)計(jì)更快的LAN，使之具有新的特性，如實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)字化語(yǔ)音、多媒體會(huì)議，但考慮市場(chǎng)因素仍然保留原有的名字。 （3）將一個(gè)大型LAN劃分為多個(gè)用網(wǎng)橋或路由器互聯(lián)的子網(wǎng)，使用這些互聯(lián)設(shè)備隔離網(wǎng)絡(luò)流量，從而提升網(wǎng)絡(luò)性能，這就導(dǎo)致局域網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。 2.快速以太網(wǎng) IEEE802.3u協(xié)議定義了快速以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，如圖。第 4 章 局域網(wǎng)第 4 章 局域網(wǎng)2.快速以太網(wǎng) （1）100B

29、ase-TX 采用5類UTP，使用8芯線中的兩對(duì)雙絞線，一對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對(duì)接收數(shù)據(jù)；在傳輸中使用4B/5B編碼方式；使用RJ-45連接網(wǎng)卡和集線器，雙絞線的最大長(zhǎng)度為100m，支持全雙工傳輸。 （2）100Base-FX采用單?；蚨嗄９饫w；使用4B/5B編碼方式，光纖兩端使用MIC/FDDI連接器、ST連接器或SC連接器；多模光纖連接的最大距離為550m，單模光纖為2000m，支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。 （3）100Base-T4使用3、4、5類UTP或STP，使用線纜的全部4對(duì)線；把數(shù)據(jù)分成3個(gè)33.66Mb/s的數(shù)據(jù)流，使用3對(duì)線發(fā)送數(shù)據(jù)，第4對(duì)線也是33.66Mbps，用于沖突檢測(cè)的接收信

30、道 。采用8B6T的三元信第 4 章 局域網(wǎng)號(hào)編碼方式，信號(hào)頻率為25MHz，網(wǎng)段的最大長(zhǎng)度為100m。 （4）100Base-T2使用3類UTP的兩對(duì)線，采用RJ-45連接，雙絞線長(zhǎng)度也為100m。但由于它的編碼方法復(fù)雜，收發(fā)器的集成電路設(shè)計(jì)困難。應(yīng)用最為廣泛的是100Base-TX和100Base-FX，它們都采用4B/5B編碼模式。3.千兆位以太網(wǎng) 千兆位以太網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖。第 4 章 局域網(wǎng)第 4 章 局域網(wǎng)（1）千兆位以太網(wǎng)的MAC幀 半雙工方式下，MAC幀技術(shù)遵循以太網(wǎng)的CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式。但是千兆位以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)相比，速度提高了10倍，如果其MAC幀的長(zhǎng)度保持最

31、小幀長(zhǎng)度為64字節(jié)，網(wǎng)絡(luò)直徑降到20m。為了能維持較遠(yuǎn)的傳輸距離，采用了兩種技術(shù)：1）體擴(kuò)展將MAC幀長(zhǎng)度擴(kuò)展到512字節(jié)(4096位)。當(dāng)MAC幀長(zhǎng)度小于512字節(jié)時(shí)，在MAC幀的FCS后面加擴(kuò)展位(0448字節(jié))，大于512字節(jié)的包則不做擴(kuò)充。2）數(shù)據(jù)包突發(fā)技術(shù)工作過程：要求發(fā)送許多幀的工作站先發(fā)送第一幀；工作站發(fā)送下一幀，即使此幀很短，也無須加上擴(kuò)展位，因?yàn)楣ぷ髡疽呀?jīng)在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)控制了介質(zhì)，確保不會(huì)發(fā)生沖突；直到達(dá)到突發(fā)極限為止，工作站可以一直發(fā)送數(shù)據(jù)幀。第 4 章 局域網(wǎng)全雙工方式下，不管是交換機(jī)之間還是交換機(jī)和計(jì)算機(jī)之間，都采用點(diǎn)到點(diǎn)連接。最小MAC幀長(zhǎng)度仍可以是64字節(jié)，不需要

32、采用半雙工方式下的載體擴(kuò)展和數(shù)據(jù)包突發(fā)技術(shù)。 全雙工千兆位以太網(wǎng)是當(dāng)前正在使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 （2）千兆位以太網(wǎng)的物理層 1）1000Base-SX使用芯徑為62.5m和50m，工作波長(zhǎng)為850nm的多模光纖，采用8B/10B編碼方式，傳輸距離分別為260m和525m，適用于建筑物中同一層的短距離主干網(wǎng)。2）1000Base-LX 使用芯徑為62.5m和50m的多模光纖，也可使用直徑為810m的單模光纖，工作波長(zhǎng)為1300nm，采用8B/10B編碼方式，傳輸距離分別為250m、550m和3km。第 4 章 局域網(wǎng)3）1000Base-CX 使用150平衡屏蔽雙絞線(STP)，采用8B/10B編碼

33、方式，傳輸速率為1.25Gbps，傳輸距離為25m，4）1000Base-T 使用4對(duì)5類非屏蔽雙絞線(UTP)，傳輸距離為100m，主要用于結(jié)構(gòu)化布線中同一層建筑的通信，也可用作大樓內(nèi)網(wǎng)絡(luò)主干。 4.萬(wàn)兆位以太網(wǎng) （1）萬(wàn)兆位以太網(wǎng)核心技術(shù)芯片接口（XAUI） 物理介質(zhì)子層（PMD） 物理介質(zhì)附加子層（PMA） 物理編碼子層（PCS） 介質(zhì)訪問控制子層（MAC） 第 4 章 局域網(wǎng)物理層（PHY）（2）萬(wàn)兆位以太網(wǎng)的主要改變 擴(kuò)張?jiān)幸蕴W(wǎng)的適用范圍 ；雙工傳輸，極大提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能 ； 5種新增物理接口 5. 100VGAnyLAN技術(shù) （1）是一項(xiàng)打算代替100Mb/s以太網(wǎng)的技術(shù)。 （

34、2）采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一個(gè)可以嵌套5層的中繼器樹，能夠以100Mb/s的速率傳輸以太網(wǎng)和標(biāo)記環(huán)信息。 （3）采用“需求優(yōu)先權(quán)輪詢”仲裁機(jī)制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)某站點(diǎn)向智能集線器發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，若網(wǎng)絡(luò)空閑，HUB立即認(rèn)可該請(qǐng)求，站點(diǎn)可隨即向HUB傳送信息包；當(dāng)信息包到達(dá)HUB，HUB通過識(shí)別目的地址，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。若HUB同時(shí)收到多個(gè)請(qǐng)求，采用“循環(huán)輪詢”的仲裁方式，依次認(rèn)可各請(qǐng)求。 第 4 章 局域網(wǎng)第 4 章 局域網(wǎng)（4）100VG-AnyLAN的特點(diǎn) 同時(shí)支持IEEE802.3和IEEE 802.5幀格式；MAC子層不用CSMA/CD協(xié)議，而采用按需分配優(yōu)先的存取方式（DPAM）；網(wǎng)絡(luò)性能可預(yù)測(cè)，與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷

35、無關(guān)；支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻的傳輸；若使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，需要使用3類、4類或5類UTP的全部4對(duì)線，線路編碼采用5B/6B NRZ編碼。 6.光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI （1）是一個(gè)高性能的光纖令牌環(huán)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 （2）以光纖作為傳輸介質(zhì)，邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是環(huán)形，物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是環(huán)形、樹形或星形。（3）最大環(huán)路長(zhǎng)度200公里，最多可有1000個(gè)物理連接，若采第 4 章 局域網(wǎng)用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，由于每個(gè)站點(diǎn)都與兩個(gè)環(huán)路連接，因此每一個(gè)FDDI環(huán)可以連接500個(gè)站點(diǎn)，工作站間的距離為2公里。（4） FDDI采用了IEEE 802的體系結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)鏈路層中的MAC子層可以在IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)定義的LLC子

36、層下操作。（5）基本結(jié)構(gòu)第 4 章 局域網(wǎng)（6）FDDI的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層被分為多個(gè)子層?？蛇x的混合型環(huán)控制HRC(Hybrid Ring Contol)，它在共享的FDDI媒體上提供分組數(shù)據(jù)和電路交換數(shù)據(jù)的多路訪問，HRC由混合多路器(H-MUX)和等時(shí)MAC(1-MUX)兩部分組成；媒體訪問控制MAC提供對(duì)于媒體的公平性和確定性訪問、識(shí)別地址、產(chǎn)生和驗(yàn)證幀校驗(yàn)序列；可選的邏輯鏈路控制LLC提供MAC層與網(wǎng)絡(luò)層之間所要求的分組數(shù)據(jù)適應(yīng)服務(wù)的公共協(xié)議；可選的電路交換多路器(CS-MUX)。（7）FDDI的主要特點(diǎn)用光纖作為傳輸媒體，采用4B/5B編碼，數(shù)據(jù)速率為100Mb/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了IEEE 802.3和IEEE 802.5標(biāo)準(zhǔn)的速率。采用令牌環(huán)在負(fù)載較重的條件下運(yùn)行效率較高。第 4 章 局域網(wǎng)使用基于IEEE 802.5令牌環(huán)標(biāo)準(zhǔn)，使用802.2 LLC協(xié)議與IEEE 802 LAN兼容。采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)容錯(cuò)，具有自修復(fù)功能，使網(wǎng)絡(luò)的可靠性增加。具有較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，整個(gè)環(huán)長(zhǎng)可達(dá)200km，采用多模光纖時(shí)站間距離為2km，而采用單模光纖時(shí)站間距離可大于20km。