week10 第五章 局域網(wǎng) (2)課件

第介質(zhì)訪問控制方法5.4以太網(wǎng)5.5

5.6

5.3介質(zhì)訪問控制方法5.3.1

帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection，CSMA/CD）是一種介質(zhì)訪問控制方法，適用于總線結(jié)構(gòu)及星形結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)絡(luò)，傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。電地暖CSMA/CD的工作過程可以簡(jiǎn)單地概括為4點(diǎn)：先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停止，隨機(jī)重發(fā)。5.3.1

帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD的具體工作過程：（1）當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)想要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，查看是否有其他站點(diǎn)正在利用線路發(fā)送數(shù)據(jù)，即監(jiān)聽線路的忙閑狀態(tài)。如果線路上已有數(shù)據(jù)在傳輸，則為線路忙，如果線路上沒有數(shù)據(jù)在傳輸，稱為線路空閑。（2）如果線路忙，則等待，直到線路空閑。（3）如果線路空閑，站點(diǎn)就發(fā)送數(shù)據(jù)。（4）在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，站點(diǎn)繼續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)以確保沒有沖突。即將其發(fā)送信號(hào)的波形與從線路上接收到的信號(hào)波形進(jìn)行比較。如果相等不產(chǎn)生沖突，該站點(diǎn)在發(fā)送完數(shù)據(jù)后正常結(jié)束。如果不等，說明該站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其他站點(diǎn)也在發(fā)送數(shù)據(jù)，即產(chǎn)生沖突。（5）若檢測(cè)到?jīng)_突發(fā)生，則沖突各方立即停止發(fā)送，并發(fā)出一串固定格式的阻塞信號(hào)以強(qiáng)化沖突，讓其他的站點(diǎn)都能發(fā)現(xiàn)，然后過一段時(shí)間再重發(fā)。5.3.1

帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)的幾種方法：（1）通過硬件檢查。以信號(hào)迭加引起的接收信號(hào)電平擺動(dòng)變大是否超過某一閥值，來判斷是否有沖突發(fā)生。（2）通過檢查曼徹斯特編碼信號(hào)的每位中間有無過零點(diǎn)（零點(diǎn)是否偏移）來判斷是否發(fā)生沖突。（3）邊發(fā)邊收，將發(fā)送的信號(hào)與接收的信號(hào)相比較，若不一致則說明有沖突存在。5.3.2令牌環(huán)TokenRing：令牌環(huán)（IEEE802.5LAN協(xié)議）（TokenRing：IEEE802.5LANprotocol）是一種LAN協(xié)議，定義在IEEE802.5中，其中所有的工作站都連接到一個(gè)環(huán)上，每個(gè)工作站只能同直接相鄰的工作站傳輸數(shù)據(jù)。通過圍繞環(huán)的令牌信息授予工作站傳輸權(quán)限。IEEE802.5中定義的令牌環(huán)源自IBM令牌環(huán)LAN技術(shù)。兩種方式都基于令牌傳遞（TokenPassing）技術(shù)。雖有少許差別，但總體而言，兩種方式是相互兼容的。5.3.2令牌環(huán)多站訪問單元（MAU）

工作原理

令牌環(huán)上傳輸?shù)男〉臄?shù)據(jù)（幀）叫為令牌，誰有令牌誰就有傳輸權(quán)限。如果環(huán)上的某個(gè)工作站收到令牌并且有信息發(fā)送，它就改變令牌中的一位（該操作將令牌變成一個(gè)幀開始序列），添加想傳輸?shù)男畔?，然后將整個(gè)信息發(fā)往環(huán)中的下一工作站。當(dāng)這個(gè)信息幀在環(huán)上傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中沒有令牌，這就意味著其它工作站想傳輸數(shù)據(jù)就必須等待。因此令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)中不會(huì)發(fā)生傳輸沖突。信息幀沿著環(huán)傳輸直到它到達(dá)目的地，目的地創(chuàng)建一個(gè)副本以便進(jìn)一步處理。信息幀繼續(xù)沿著環(huán)傳輸直到到達(dá)發(fā)送站時(shí)便可以被刪除。發(fā)送站可以通過檢驗(yàn)返回幀以查看幀是否被接收站收到并且復(fù)制。與以太網(wǎng)CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)不同，令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)具有確定性，這意味著任意終端站能夠傳輸之前可以計(jì)算出最大等待時(shí)間。該特征結(jié)合另一些可靠性特征，使得令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)適用于需要能夠預(yù)測(cè)延遲的應(yīng)用程序以及需要可靠的網(wǎng)絡(luò)操作的情況。傳輸方法

傳送數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)由掌握token的電腦先發(fā)送數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)的電腦會(huì)檢查frame表頭，若是送給自己的則處理之。無論是否是送給自己的，都會(huì)再傳下去，傳一圈後檢查資料是否相同以確定資料沒有傳輸錯(cuò)誤。待送完數(shù)據(jù)後可以依需要調(diào)整token的優(yōu)先度（改得比自己的優(yōu)先度低），再把token傳遞到下一臺(tái)電腦。若接收到token但優(yōu)先度較自己的高，則得要把token傳遞到下一臺(tái)電腦。此外，光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）中也運(yùn)用了令牌傳遞協(xié)議。令牌環(huán)網(wǎng)的操作原理開始時(shí)，假定工作站A想向工作站C發(fā)送幀，其過程如圖3所標(biāo)出的序列。第1步：工作站A等待令牌從上游鄰站到達(dá)本站，以便有發(fā)送機(jī)會(huì)。第2步：工作站A將幀發(fā)送到環(huán)上，工作站C對(duì)發(fā)往它的幀進(jìn)行拷貝，并繼續(xù)將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到環(huán)上。第3步：工作站A等待接收它所發(fā)的幀，并將幀從環(huán)上撤離，不再向環(huán)上轉(zhuǎn)發(fā)。5.3.3局域網(wǎng)的基本組成1．服務(wù)器 提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的機(jī)器，如Web服務(wù)、FTP服務(wù)等。2．客戶機(jī) 請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)資源的機(jī)器，也叫工作站，一般用戶使用。4．網(wǎng)絡(luò)適配器 提供網(wǎng)絡(luò)通信功能的接口卡，也叫網(wǎng)卡。5．傳輸介質(zhì) 提供信息傳輸通道的媒體。6．網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和通信協(xié)議 NOS是增加了網(wǎng)絡(luò)處理能力的OS，一般在系統(tǒng)內(nèi)部包含通信協(xié)議。5.4.1以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)（Ethernet）是一種產(chǎn)生較早且應(yīng)用相當(dāng)廣泛的的局域網(wǎng)，它是美國(guó)施樂（Xerox）公司的PaloAlto研究中心（PARC）于1975年研制成功的。開始以無源的電纜作為總線來傳送數(shù)據(jù)幀，并以曾經(jīng)在歷史上表示傳播電磁波的以太（Ether）來命名。前導(dǎo)符起始符目的地址源地址類型/長(zhǎng)度數(shù)據(jù)PADCRC716620-15000-464(Bytes)校驗(yàn)區(qū)間64-1518字節(jié)1．以太網(wǎng)/802.3的幀格式5.4.1以太網(wǎng)概述幀格式中字段含義（1/3）前導(dǎo)符（Preamble）：7個(gè)字節(jié)的10101010接收方通過該字段提取同步時(shí)鐘。起始符：標(biāo)志著一幀的開始。目的地址：6字節(jié)單播地址（UnicastAddress）組播地址（MulticastAddress）：01:00:5e:**:**:**廣播地址（BroadcastAddress）：48位全“1”幀格式中字段含義（3/3）Data(用戶數(shù)據(jù))：0～1500BytesPAD(填充字段)：0～46Bytes保證最小幀長(zhǎng)度為64字節(jié)CRC校驗(yàn)碼：32位生成多項(xiàng)式為：G(X)=X32+X26+X23+X22+X16+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1校驗(yàn)范圍為：目的地址、源地址、長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)和PAD5.4.1以太網(wǎng)概述2．以太網(wǎng)分類和命名規(guī)范以太網(wǎng)在物理層可以使用粗同軸電纜、細(xì)同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、光纜等多種傳輸介質(zhì)。在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中，為不同的傳輸介質(zhì)制定了不同的物理層規(guī)范，對(duì)應(yīng)著各種典型的以太網(wǎng)。特

性IEEE802.310BASE510BASE210BASE-T10BASE-F數(shù)據(jù)速率（Mb/s）10101010信號(hào)方式基帶基帶基帶基帶最大網(wǎng)段長(zhǎng)度5001851002000網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)50粗同軸電纜50細(xì)同軸電纜非屏蔽雙絞線光纜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線形總線形星形點(diǎn)對(duì)點(diǎn)5.4.210BASE5及10BASE2網(wǎng)絡(luò)10BASE5及10BASE2網(wǎng)絡(luò)是較早的Ethernet網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線形。10BASE5即粗纜以太網(wǎng)，采用50粗同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。10BASE2即細(xì)纜以太網(wǎng)，采用50細(xì)同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。5.4.4100BASE網(wǎng)絡(luò)（1）100BASE-TX：使用5類UTP或STP雙絞線（網(wǎng)段長(zhǎng)度100m），實(shí)際使用線纜中的2對(duì)。（2）100BASE-T4：使用3～5類UTP雙絞線（網(wǎng)段長(zhǎng)度100m），實(shí)際使用線纜中的4對(duì)。（3）100BASE-FX：使用S/MMF型光纖（網(wǎng)段長(zhǎng)度400～2000m，全雙工時(shí)的傳輸速率達(dá)

200Mb/s），實(shí)際使用兩條多狀態(tài)光纖，一條用于發(fā)送數(shù)據(jù)，一條用于接收數(shù)據(jù)。5.4.5千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)（1）1000BASE-SX：采用芯徑為62.5m和50m的多模光纖，傳輸距離為260m和525m。數(shù)據(jù)編碼方法為8B/10B，適用于作為大樓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主干通路。（2）1000BASE-LX：采用多模光纖或單模光纖，傳輸距離超過550m，數(shù)據(jù)編碼方法為8B/10B，適用于作為大樓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主干通路或校園及城域主干網(wǎng)。（3）1000BASE-CX：采用150平衡屏蔽雙絞線（STP），傳輸距離為25m，傳輸速率為1.25Gb/s，數(shù)據(jù)編碼方法采用8B/10B，適用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)，例如機(jī)房?jī)?nèi)連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。（4）1000BASE-T：采用4對(duì)5類UTP雙絞線，傳輸距離為100m，傳輸速率為1Gb/s，主要用于結(jié)構(gòu)化布線中同一層建筑的通信，從而可以利用以太網(wǎng)或快速以太網(wǎng)中已鋪設(shè)的UTP電纜，也可被用做大樓內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)主干。5.5

虛擬局域網(wǎng)5.5.1虛擬局域網(wǎng)概述5.5.2虛擬局域網(wǎng)中的幀格式5.5.3虛擬局域網(wǎng)的類型5.5.4虛擬局域網(wǎng)的應(yīng)用5.5.1虛擬局域網(wǎng)概述－示意圖交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)路由器樓層3樓層2樓層1技術(shù)VLAN3市場(chǎng)VLAN2工程VLAN15.5.1虛擬局域網(wǎng)概述－特點(diǎn)提高管理效率站點(diǎn)的物理位置改變無需重新布線和配置；用戶性質(zhì)改變后很容易通過軟件將其從一個(gè)VLAN劃分到另一個(gè)VLAN；控制廣播數(shù)據(jù)交換機(jī)端口只在物理上隔離沖突域，而VLAN能夠提供隔離廣播和多播（多點(diǎn)傳送）的邏輯沖突域；提高網(wǎng)絡(luò)性能屏蔽了某些網(wǎng)絡(luò)流量，減少了廣播數(shù)據(jù)；增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性不同VLAN的設(shè)備將不能互相訪問，對(duì)于某些敏感應(yīng)用來講非常重要；實(shí)現(xiàn)虛擬工作組用戶的工作地點(diǎn)不必在同一個(gè)物理地點(diǎn)；可在企業(yè)內(nèi)建立靈活的、動(dòng)態(tài)化的組織結(jié)構(gòu)。5.5.2虛擬局域網(wǎng)中的幀格式IEEE802.3ac標(biāo)準(zhǔn)定義了虛擬局域網(wǎng)的以太網(wǎng)幀格式。在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)的幀格式中插入如圖所示的一個(gè)4字節(jié)的標(biāo)識(shí)符，插在以太網(wǎng)MAC幀的源地址字段和長(zhǎng)度（或類型）字段之間，稱為VLAN標(biāo)記，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個(gè)VLAN。長(zhǎng)度（或類型）＝802.1Q標(biāo)記類型（2字節(jié)）標(biāo)記控制信息（2字節(jié)）1000000100000000用戶優(yōu)先級(jí)（3位）CFI（1位）VID（12位）5.5.3VLAN的類型1．基于交換端口的VLAN 這種方式的VLAN的特點(diǎn)是將交換機(jī)按照端口進(jìn)行分組，每一分組定義為一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。分組中的交換機(jī)端口可以在一臺(tái)交換機(jī)上也可以跨越多個(gè)交換機(jī)。2．基于硬件MAC的VLAN 這種方式的VLAN要求交換機(jī)對(duì)站點(diǎn)的MAC地址和交換機(jī)端口進(jìn)行跟蹤，在新站點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)，根據(jù)需要將其劃歸至某一個(gè)VLAN。3．基于網(wǎng)絡(luò)層的VLAN 基于網(wǎng)絡(luò)層的VLAN劃分也叫做基于策略的劃分，是這幾種劃分方式中最高級(jí)也是最為復(fù)雜的。用交換機(jī)端口號(hào)定義虛擬局域網(wǎng)成員端口12345678局域網(wǎng)交換機(jī)端口12345678端口12345678局域網(wǎng)交換機(jī)1局域網(wǎng)交換機(jī)2VLAN1VLAN2VLAN1VLAN25.5.4VLAN的應(yīng)用1．局域網(wǎng)內(nèi)部的局域網(wǎng) 在一個(gè)單位的局域網(wǎng)內(nèi)部，各業(yè)務(wù)部門獨(dú)立成為一個(gè)（邏輯）局域網(wǎng)，即VLAN。2．共享訪問——訪問共同的接入點(diǎn)和服務(wù)器 在一個(gè)共享的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下（如，大型寫字樓），解決不同單位對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求的同時(shí)，保證各單位間信息的獨(dú)立性，就可以把各個(gè)單位劃分為VLAN。3．交疊虛擬局域網(wǎng) 交疊虛擬局域網(wǎng)允許一個(gè)交換機(jī)端口同時(shí)屬于多個(gè)VLAN。5.6無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)是指以無線信道作傳輸介質(zhì)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)(WirelessLocalAreaNetwork，簡(jiǎn)稱WLAN)。WLAN是在有線網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，使網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)具有可移動(dòng)性，能快速、方便地解決有線方式不易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)信道的連通問題。5.6.1無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)模式無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork,WLAN）的組網(wǎng)模式有兩種，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)（Ad-hoc）是指網(wǎng)絡(luò)中的用戶通過無線網(wǎng)卡直接連接，不必使用接入點(diǎn)設(shè)備。幾臺(tái)計(jì)算機(jī)裝上無線網(wǎng)卡，即可達(dá)到相互連接，資源共享的目的。但是，當(dāng)用戶數(shù)量較多時(shí)網(wǎng)絡(luò)性能較差，并且用戶之間的有效通信距離約為100m。該網(wǎng)絡(luò)無法接入有線網(wǎng)絡(luò)中，只能獨(dú)立使用。在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)（Infrastructure）中，無線客戶機(jī)是通過一個(gè)集中接入設(shè)備（AccessPoint，AP，接入點(diǎn)）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的。AP作為無線局域網(wǎng)的中心，負(fù)責(zé)信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。不僅如此，AP同時(shí)還可以作為一個(gè)橋梁，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，使得接入無線網(wǎng)絡(luò)的客戶機(jī)可以和以太網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)互相通信、進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。一個(gè)AP的覆蓋范圍大約為90～150m。

5.6.2802.11標(biāo)準(zhǔn)參照OSI參考模型，IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了無線局域網(wǎng)的物理層和MAC子層。物理層標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無線傳輸信號(hào)等基礎(chǔ)規(guī)范，如IEEE802.11a、802.11b、802.11d、802.11g、802.11h，而MAC層標(biāo)準(zhǔn)是在物理層上的一些應(yīng)用要求規(guī)范，如802.11e、802.11f、802.11i。在IE