《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)》課件第五章

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)第5章05局域網(wǎng)技術(shù)章節(jié)導(dǎo)讀局域網(wǎng)是20世紀70年代后迅速發(fā)展起來的計算機網(wǎng)絡(luò)，是指較小地理范圍內(nèi)（如校園、家庭、辦公室）的各種通信設(shè)備互連在一起的通信網(wǎng)絡(luò)。本章主要介紹局域網(wǎng)的相關(guān)知識，包括局域網(wǎng)的特點、體系結(jié)構(gòu)、IEEE802標準、組網(wǎng)模式，局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法，以太網(wǎng)技術(shù)，快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，虛擬局域網(wǎng)技術(shù)和無線局域網(wǎng)技術(shù)等。學(xué)

習(xí)

目

標熟悉局域網(wǎng)的特征、體系結(jié)構(gòu)、802標準和組網(wǎng)模式。理解并掌握局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法。理解并掌握以太網(wǎng)技術(shù)。掌握以太網(wǎng)交換機設(shè)備。理解并掌握快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。掌握虛擬局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)技術(shù)。5.1認識局域網(wǎng)局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（LocalAreaNetwork，LAN）簡稱為“局域網(wǎng)”，是一種將較小地理范圍內(nèi)的各種數(shù)據(jù)通信設(shè)備互連在一起的通信網(wǎng)絡(luò)。它既具有一般計算機網(wǎng)絡(luò)的特點，又有如下特征：（1）網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍比較小。通常不超過十公里，甚至只在一幢建筑或一個房間內(nèi)，傳輸介質(zhì)以光纖和雙絞線為主。（2）數(shù)據(jù)傳輸速率高，一般為10Mbit/s～100Mbit/s，目前已出現(xiàn)高達10Gbit/s的局域網(wǎng)。（3）誤碼率低，一般在10-12～10-8以下。這是因為局域網(wǎng)通常采用短距離基帶傳輸，可以使用高質(zhì)量的傳輸媒體，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。（4）協(xié)議簡單，結(jié)構(gòu)靈活，組網(wǎng)成本低、周期短，便于管理和擴充。（5）一般側(cè)重共享信息的處理，通常沒有中央主機系統(tǒng)，而是以PC為主體，包括終端及各種外設(shè)。5.1.1局域網(wǎng)的特點和分類局域網(wǎng)的特點15.1認識局域網(wǎng)局域網(wǎng)的分類2從目前的發(fā)展情況來看，局域網(wǎng)可以分為共享式局域網(wǎng)和交換式局域網(wǎng)兩大類，如圖5-2所示。共享式局域網(wǎng)分為傳統(tǒng)以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、令牌總線網(wǎng)和FDDI，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的快速以太網(wǎng)、吉比特以太網(wǎng)、FDDIⅡ等。交換式局域網(wǎng)又可以分為交換式以太網(wǎng)和ATM，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的虛擬局域網(wǎng)。圖5-2局域網(wǎng)的分類5.1認識局域網(wǎng)自1980年2月局域網(wǎng)標準化委員會（IEEE802委員會）成立以來，該委員會制定了一系列局域網(wǎng)標準，稱為IEEE802標準。IEEE802標準化工作進展很快，不但為以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI等傳統(tǒng)局域網(wǎng)技術(shù)制定了標準，而且還制定了一系列高速局域網(wǎng)標準，如快速以太網(wǎng)、交換以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)、萬兆以太網(wǎng)及無線局域網(wǎng)標準等。局域網(wǎng)的標準化極大地促進了局域網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，并對局域網(wǎng)的推廣應(yīng)用起到了巨大的推動作用。5.1.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與IEEE802標準5.1認識局域網(wǎng)局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)1IEEE802標準所描述的局域網(wǎng)參考模型只對應(yīng)OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層，如圖5-1所示。局域網(wǎng)參考模型將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為邏輯鏈路控制LLC（LogicalLinkControl）子層與介質(zhì)訪問控制MAC（MediaAccessControl）子層。LLC子層完成與介質(zhì)無關(guān)的功能，而MAC子層完成依賴于介質(zhì)的數(shù)據(jù)鏈路層功能，這兩個子層共同完成數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能。圖5-1局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系5.1認識局域網(wǎng)物理層的主要作用是在物理介質(zhì)上實現(xiàn)位（也稱為比特流）的傳輸和接收。除此之外，物理層還規(guī)定了信號的編碼/解碼方式、傳輸介質(zhì)，以及有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸速率等。另外，物理層還具有錯誤校驗功能（CRC校驗），以保證位信號的正確發(fā)送與接收。1）物理層MAC子層是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層，構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的下半部，直接與物理層相鄰。MAC子層是與傳輸介質(zhì)有關(guān)的一個功能子層，主要制定和分配信道的協(xié)議規(guī)范。MAC子層的主要功能是進行合理的信道分配，解決信道競爭問題，以及管理多鏈路。MAC子層為不同的物理介質(zhì)定義了不同的介質(zhì)訪問控制標準，其中較為著名的是帶沖突檢測功能的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD）、令牌環(huán)（Token-Ring）和令牌總線（Token-PassingBus）等。MAC子層的另一個主要功能是在發(fā)送數(shù)據(jù)時，將從上一層接收的數(shù)據(jù)（PDU-LLC協(xié)議數(shù)據(jù)單元）組裝成帶MAC地址和差錯檢測字段的數(shù)據(jù)幀；在從下一層接收數(shù)據(jù)時，拆幀并完成地址識別和差錯檢測。2）MAC子層5.1認識局域網(wǎng)LLC子層也是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層。它構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的上半部，與網(wǎng)絡(luò)層和MAC子層相鄰。LLC子層在MAC子層的支持下向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)。它可運行于所有802局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的協(xié)議之上。LLC子層與傳輸介質(zhì)無關(guān)，它獨立于介質(zhì)訪問控制方法，隱藏了各種局域網(wǎng)技術(shù)之間的差別，向網(wǎng)絡(luò)層提供一個統(tǒng)一的格式與接口。3）LLC子層LLC子層的主要功能是建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路，提供一個或多個服務(wù)訪問點，為網(wǎng)絡(luò)層提供面向連接和無連接服務(wù)。另外，為保證局域網(wǎng)數(shù)據(jù)的無差錯傳輸，LLC子層還提供差錯控制和流量控制，以及發(fā)送順序控制等功能。5.1認識局域網(wǎng)IEEE802標準21980年2月，美國電氣和電子工程師學(xué)會（IEEE）成立了802課題組，該小組為局域網(wǎng)制定了IEEE802系列標準。后來，經(jīng)國際標準化組織（ISO）討論，確定將IEEE802標準定為國際標準。IEEE802系列標準包括：IEEE802.1標準：局域網(wǎng)概述、體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。IEEE802.2標準：邏輯鏈路控制LLC，關(guān)于數(shù)據(jù)幀的錯誤控制及流控制。IEEE802.3標準：以太網(wǎng)）準，包含CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法和物理層規(guī)范。IEEE802.4標準：TokenBus局域網(wǎng)（令牌總線網(wǎng)）標準，包含令牌總線介質(zhì)訪問控制標準和物理層規(guī)范。IEEE802.5標準：TokenRing局域網(wǎng)（令牌環(huán)網(wǎng)）標準，包含令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制方法和物理層規(guī)范。5.1認識局域網(wǎng)IEEE802.6標準：MAN（城域網(wǎng)）標準，包含城域網(wǎng)介質(zhì)訪問方法和物理層規(guī)范。IEEE802.7標準：寬帶技術(shù)標準，包括寬帶網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)、接口和其他設(shè)備。IEEE802.8標準：光纖技術(shù)標準，包括光纖介質(zhì)的使用以及不同網(wǎng)絡(luò)類型技術(shù)的使用。IEEE802.9標準：綜合聲音/數(shù)據(jù)服務(wù)的訪問方法和物理層規(guī)范。IEEE802.10標準：網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)訪問控制、加密、驗證或其他安全主題。IEEE802.11標準：無線局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范，包括：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c和IEEE802.11q標準。IEEE802.11標準：無線局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范，包括：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c和IEEE802.11q標準。5.1認識局域網(wǎng)IEEE802.12標準：定義了100VGAnyLAN規(guī)范。IEEE802.14標準：定義了電纜調(diào)制解調(diào)器標準。IEEE802.15標準：定義了近距離個人無線網(wǎng)絡(luò)標準。IEEE802.16標準：定義了寬帶無線局域網(wǎng)標準。IEEE802.17標準：彈性分組環(huán)（RPR）工作組。IEEE802.18標準：寬帶無線局域網(wǎng)技術(shù)咨詢組。IEEE802.19標準：多重虛擬局域網(wǎng)共存技術(shù)咨詢組。IEEE802.20標準：移動寬帶無線接入（MBWA）工作組。5.1認識局域網(wǎng)目前，大多數(shù)局域網(wǎng)使用的拓撲結(jié)構(gòu)主要有星型、環(huán)型和總線型3種。5.1.3局域網(wǎng)的組網(wǎng)模式局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)15.1認識局域網(wǎng)（1）星型星型是目前局域網(wǎng)中應(yīng)用最為普遍的一種拓撲結(jié)構(gòu)。星型局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，成本低，節(jié)點擴展、移動方便，對中央節(jié)點的可靠性和冗余度要求很高，但其傳輸介質(zhì)不能共享。最典型的星型局域網(wǎng)就是交換式以太網(wǎng)。（2）環(huán)型環(huán)型局域網(wǎng)中信息只能單向傳輸，其控制簡單、信道利用率高、不存在數(shù)據(jù)沖突問題、傳輸速度較快，但是對傳輸線路要求較高、擴展性能差、維護起來比較困難。典型的環(huán)型局域網(wǎng)是IBM令牌環(huán)網(wǎng)。（3）總線型總線型局域網(wǎng)中所有的節(jié)點都通過相應(yīng)的硬件接口直接與總線相連?？偩€型局域網(wǎng)可靠性高、組網(wǎng)費用低、節(jié)點擴展靈活、維護也較為容易，但網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點共享總線寬帶，數(shù)據(jù)傳輸速率與接入網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)量成反比。另外，如果主干線路發(fā)生故障，那么整個網(wǎng)絡(luò)將癱瘓。5.1認識局域網(wǎng)局域網(wǎng)的基本組成包括網(wǎng)絡(luò)硬件和網(wǎng)絡(luò)軟件兩大部分。局域網(wǎng)的組成2網(wǎng)絡(luò)硬件主要包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)等。1）網(wǎng)絡(luò)硬件（1）服務(wù)器（Server）服務(wù)器是用來管理網(wǎng)絡(luò)并為網(wǎng)絡(luò)用戶提供文件數(shù)據(jù)、打印機共享等服務(wù)的計算機，是網(wǎng)絡(luò)控制的核心。作為服務(wù)器的PC通常需要具有較高的性能，包括較快的數(shù)據(jù)處理速度、強大的存儲容量和較高的可靠性。5.1認識局域網(wǎng)（2）工作站（Workstation）工作站是指用戶使用的計算機，又稱為用戶機或客戶機。從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的角度看，任何一臺計算機都可作為工作站。工作站可以具備一定的數(shù)據(jù)處理能力，還可以通過網(wǎng)絡(luò)按規(guī)定權(quán)限存取服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。此外，工作站通常還可以與網(wǎng)絡(luò)中的其他工作站進行通信或訪問網(wǎng)絡(luò)。（3）網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)（NetworkCommunicationsSystem）網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是連接工作站和服務(wù)器的硬件設(shè)備。這些設(shè)備通常包括專用的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，如集線器、交換機、路由器、網(wǎng)卡等，以及用于傳輸數(shù)據(jù)的通信介質(zhì)，如同軸電纜、雙絞線、光纖等。通信設(shè)備通過通信介質(zhì)互相連接。5.1認識局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)軟件也是局域網(wǎng)中不可缺少的重要部分。網(wǎng)絡(luò)軟件主要包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件、協(xié)議軟件、通信軟件和管理軟件等。2）網(wǎng)絡(luò)軟件（1）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOperatingSystem）對于稍大一點的網(wǎng)絡(luò)來說，為了充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的功能，以及更好地管理網(wǎng)絡(luò)，通常應(yīng)在服務(wù)器中安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。例如，基于安全起見，企業(yè)的幾乎所有數(shù)據(jù)（如財務(wù)、銷售等）都被保存在服務(wù)器中，并非每個人都能訪問這些數(shù)據(jù)。通常情況下，只有企業(yè)負責人擁有最高權(quán)限，而其他人只能查看部分數(shù)據(jù)。因此，就必須借助網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來對網(wǎng)絡(luò)中的資源和用戶進行管理，它可以賦予用戶一定的權(quán)限，并分配用戶所能訪問的網(wǎng)絡(luò)資源。5.1認識局域網(wǎng)（2）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件（NetworkApplicationSoftware）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件是直接面向用戶的網(wǎng)絡(luò)軟件，是專門為某一個應(yīng)用領(lǐng)域而開發(fā)的軟件，能為用戶提供一些實際的應(yīng)用服務(wù)，如遠程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、遠程醫(yī)療、視頻會議等。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式局域網(wǎng)內(nèi)一般采用共享介質(zhì)，這樣可以節(jié)約局域網(wǎng)的造價。對于共享介質(zhì)，關(guān)鍵問題是當多個站點要同時訪問介質(zhì)時，如何進行控制，這就涉及局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制（MediaAccessControl，MAC）協(xié)議。在局域網(wǎng)中的介質(zhì)訪問控制方法有CSMA/CD介質(zhì)訪問控制、Token-Ring介質(zhì)訪問控制和TokenBus介質(zhì)訪問控制。5.2.1CSMA/CD介質(zhì)訪問控制CSMA/CD的工作原理1CSMA/CD協(xié)議是一種允許沖突的介質(zhì)隨機發(fā)送的多路訪問控制協(xié)議，它的工作原理可以類比多人開會。在會議中，當某個人想發(fā)言時，需要先聽是否有其他人在發(fā)言：如果有，則繼續(xù)聽，等等再說；如果沒有，就可以發(fā)言。在沒有人發(fā)言的情況下，可能出現(xiàn)同時有兩人或多人發(fā)言的情況，這種情況稱為沖突。一旦發(fā)生沖突，立刻停止發(fā)言，繼續(xù)監(jiān)聽，等過一段時間再發(fā)言。如果沖突發(fā)生多次仍無法發(fā)言，那么暫時放棄發(fā)言。與此類似，CSMA/CD的工作原理如圖5-3所示。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式圖5-3CSMA/CD工作原理5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式（1）多路訪問（MultipleAccess，MA）。網(wǎng)絡(luò)中的任意站點都可以發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）載波偵聽（CarrierSense，CS）。在發(fā)送數(shù)據(jù)前，需要檢測信道上是否有其他站點在發(fā)送數(shù)據(jù)。若信道忙（即有站點在發(fā)送數(shù)據(jù)），則繼續(xù)監(jiān)聽信道，一直等到信道空閑再發(fā)送數(shù)據(jù)。（3）沖突檢測（collisionDetection，CD）。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，還要檢測是否存在沖突信號：如果沒有沖突信號則完成發(fā)送數(shù)據(jù)；如果檢測到?jīng)_突信號，則立即停止發(fā)送，并發(fā)送阻塞信號，然后按二進制指數(shù)退避算法策略計算等待時間。在等待一個時隙后，再重新監(jiān)聽信道的忙閑和檢測沖突信號。（4）如果載波偵聽和沖突檢測過程進行了多次，都沒有成功發(fā)送數(shù)據(jù)，則暫時放棄數(shù)據(jù)發(fā)送。根據(jù)以上工作過程，CSMA/CD協(xié)議的特點可以概括為4點：先聽先發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停止，后退重傳。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式二進制指數(shù)退避算法2CSMA/CD中，在檢測到?jīng)_突，并發(fā)完阻塞信號后，為了降低再沖突的概率，需要等待一個隨機時間，然后再用CSMA的算法發(fā)送。為了決定這個隨機時間，采用了一個通用的退避算法，稱為二進制指數(shù)退避算法，其過程如下：（1）對每個幀，當?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時，設(shè)置參量為L=2。（2）退避間隔取1到L個時間片中的一個隨機數(shù)。1個時間片等于2α。（3）當幀重復(fù)發(fā)生一次沖突時，將參量L加倍。（4）設(shè)置一個最大重傳次數(shù)，超過這個次數(shù)，則不再重傳，并報告出錯。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式這個算法是按后進先出的次序控制的，即未發(fā)生沖突，或很少發(fā)生沖突的幀，具有優(yōu)先發(fā)送的概率，而發(fā)生過多次沖突的幀，其發(fā)送成功的概率越來越小。IEEE802.3就是采用CSMA/CD算法，并用二進制指數(shù)退避算法。這種算法在低負載時，只要介質(zhì)空閑，要發(fā)送幀的站點就能立即發(fā)送，在重負載時，仍能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。由于在介質(zhì)上傳播的信號衰減，為了正確地檢測出沖突信號，傳統(tǒng)的802.3網(wǎng)絡(luò)限制電纜最大長度為500m。二進制指數(shù)退避算法的核心思想是，站點沖突次數(shù)越多，平均等待時間也越長。從單個站點的角度來看，好像是不公平的，但從整個網(wǎng)絡(luò)來看，站點沖突次數(shù)的增加，意味著網(wǎng)絡(luò)的負載較大，因而要求站點的平均等待時間增大，這樣可以更快地解決站點的沖突問題。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式5.2.2令牌環(huán)（TokenRing）介質(zhì)訪問控制令牌環(huán)（TokenRing）網(wǎng)是IBM公司于70年代發(fā)展的，現(xiàn)在這種網(wǎng)絡(luò)比較少見。在老式的令牌環(huán)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)傳輸速度為4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌環(huán)網(wǎng)速度可達100Mbps。TokenRing是一種令牌環(huán)網(wǎng)協(xié)議，定義在IEEE802.5中。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式令牌環(huán)的結(jié)構(gòu)1如圖5-4所示，令牌環(huán)在物理上是一個由一系列環(huán)接口和這些接口間的點—點鏈路構(gòu)成的閉合環(huán)路，各站點通過環(huán)接口連到網(wǎng)上。對媒體具有訪問權(quán)的某個發(fā)送站點，通過環(huán)接口出徑鏈路將數(shù)據(jù)幀串行發(fā)送到環(huán)上；其余各站點從各自的環(huán)接口入徑鏈路逐位接收數(shù)據(jù)幀，同時通過環(huán)接口出徑鏈路再生、轉(zhuǎn)發(fā)，使數(shù)據(jù)幀在環(huán)上從一個站點到下一個站點環(huán)行，所尋址的目的站點在數(shù)據(jù)幀經(jīng)過時讀取其中的信息；最后，數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周返回發(fā)送站點，并由發(fā)送站點從環(huán)上撤除所發(fā)的數(shù)據(jù)幀。圖5-4令牌環(huán)結(jié)構(gòu)5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式由點—點鏈路構(gòu)成的環(huán)路上運行的數(shù)據(jù)幀能被所有的站點接收到，而且任何時刻僅允許一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)，因此同樣存在發(fā)送權(quán)競爭問題。為了解決競爭，可以使用一個稱為令牌（Token）的特殊比特模式，使其沿著環(huán)路循環(huán)。規(guī)定只有獲得令牌的站點才有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，完成數(shù)據(jù)發(fā)送后立即釋放令牌以供其他站點使用。由于環(huán)路中只有一個令牌，因此任何時刻至多只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)，不會產(chǎn)生沖突。并且，令牌環(huán)上各站點均有相同的機會公平地獲取令牌。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式令牌環(huán)訪問控制方法2令牌環(huán)訪問控制方法如下：（1）網(wǎng)絡(luò)空閑時，只有一個令牌在環(huán)路上繞行。令牌是一個特殊的比特模式，其中包含一位“令牌/數(shù)據(jù)幀”標志位，標志位為“0”表示該令牌為可用的空令牌，標志位為“1”表示有站點正占用令牌在發(fā)送數(shù)據(jù)幀。（2）當一個站點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須等待并獲得一個令牌，將令牌的標志位置為“1”，隨后便可發(fā)送數(shù)據(jù)。（3）環(huán)路中的每個站點邊轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，邊檢查數(shù)據(jù)幀中的目的地址，若為本站點的地址，便讀取其中所攜帶的數(shù)據(jù)。（4）數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周返回時，發(fā)送站將其從環(huán)路上撤銷。同時根據(jù)返回的有關(guān)信息確定所傳數(shù)據(jù)有無出錯。若有錯則重發(fā)存于緩沖區(qū)中的待確認幀，否則釋放緩沖區(qū)中的待確認幀。（5）發(fā)送站點完成數(shù)據(jù)發(fā)送后，重新產(chǎn)生一個令牌傳至下一個站點，以使其他站點獲得發(fā)送數(shù)據(jù)幀的許可權(quán)。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式以站點A向站點C發(fā)送數(shù)據(jù)為例，令牌環(huán)的操作過程如圖5-5所示。（a）網(wǎng)絡(luò)空閑時，空令牌繞行（b）發(fā)送站點A把空令牌改成忙令牌，

并附加要發(fā)送的數(shù)據(jù)（c）接收站點C讀取發(fā)送給它的數(shù)據(jù)（d）根據(jù)收到來自接收站點C的物理發(fā)送頭，發(fā)送站點A產(chǎn)生空令牌圖5-5令牌環(huán)的操作過程5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式令牌環(huán)的維護3令牌環(huán)的故障處理功能主要體現(xiàn)在對令牌和數(shù)據(jù)幀的維護上。令牌繞環(huán)傳遞過程中可能受干擾而出錯，以至造成環(huán)路上無令牌循環(huán)；另外，當某站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀后，由于故障而無法將所發(fā)的數(shù)據(jù)幀從網(wǎng)上撤銷時，會造成網(wǎng)上數(shù)據(jù)幀持續(xù)循環(huán)。令牌丟失和數(shù)據(jù)幀未撤銷，是環(huán)網(wǎng)上最嚴重的兩種差錯。（1）令牌丟失的差錯可以通過在環(huán)路上指定一個站點作為主動令牌管理站，主動令牌管理站通過一種超時機制來檢測令牌丟失的情況。該超時值比最長的幀完全遍歷環(huán)路所需的時間還要長一些。如果在該時段內(nèi)沒有檢測到令牌，便認為令牌已經(jīng)丟失，管理站將清除環(huán)路上的數(shù)據(jù)碎片，并發(fā)出一個令牌。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式TokenRing協(xié)議的特點是在輕載時，由于一個工作站在發(fā)送前必須等待空令牌到來，故效率很低；在重載時，各站訪問機會均等，效率較高；訪問方式具有可調(diào)整性和確定性，各站既具有同等的介質(zhì)訪問權(quán)，也可以有優(yōu)先級操作和帶寬保護；主要缺點是有較復(fù)雜的令牌維護要求。（2）數(shù)據(jù)幀未撤銷的差錯為了檢測到一個持續(xù)循環(huán)的數(shù)據(jù)幀，管理站在經(jīng)過的任何一個數(shù)據(jù)幀上置其監(jiān)控位為1，如果管理站再次檢測到一個經(jīng)過的數(shù)據(jù)幀的監(jiān)控位為1，便知道有某個節(jié)點未能清除自己發(fā)出的數(shù)據(jù)幀，管理站將清除該循環(huán)的數(shù)據(jù)幀。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式5.2.3令牌總線（TokenBus）介質(zhì)訪問控制令牌總線訪問控制是在物理總線上建立一個邏輯環(huán)，如圖5-6所示。從物理上看，這是一種總線結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，和總線網(wǎng)一樣，站點共享的傳輸介質(zhì)為總線；從邏輯上看，這是一種環(huán)型結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，接在總線上的站點組成一個邏輯環(huán)，每個站點被賦于一個順序的邏輯位置。圖5-6令牌總線訪問控制5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式和令牌環(huán)一樣，站點只有取得令牌才能發(fā)送幀，令牌在邏輯環(huán)上依次傳遞，在正常運行時，當站點完成了它的發(fā)送時，就將令牌送給下一個站。從邏輯上看，令牌是按地址的遞減順序傳送至下一個站點；但從物理上看，帶有目的地址的令牌幀是廣播到總線上所有的站點，當目的站識別出符合它的地址時，即把該令牌幀接收。因為只有收到令牌的站點才能將數(shù)據(jù)幀傳送到總線上，因此，與CSMA/CD訪問方式不同，它不可能產(chǎn)生沖突。由于不可能產(chǎn)生沖突，令牌環(huán)的數(shù)據(jù)幀長度只需要根據(jù)要傳送的信息長度來確定。例如，一些用在控制方面的令牌總線幀可以設(shè)置得很短，這樣開銷就減少了，相當于增加了網(wǎng)絡(luò)的容量。假如取得令牌的站點有報文要發(fā)送，則發(fā)送報文，隨后將令牌送至下一個站點；假如取得令牌的站點沒有報文要發(fā)送，則立即把令牌送到下一個站點。由于站點接收到令牌的過程是順序進行的，因此所有站點都有公平的訪問權(quán)。5.2局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式為了使站點等待取得令牌的時間是確定的，需要限定每個站發(fā)送幀的最大長度，如果所有站都有報文要發(fā)送，最壞情況下，等待取得令牌和發(fā)送報文的時間應(yīng)該等于全部令牌傳遞時間和報文發(fā)送時間的總和。另一方面，如果只有一個站點有報文要發(fā)送，則最壞情況下等待時間只是全部令牌傳遞時間的總和，而平均等待時間是它的一半。對于應(yīng)用在控制方面的局域網(wǎng)，這個等待訪問時間是一個很關(guān)鍵的參數(shù)，可以根據(jù)需求限定網(wǎng)中的站點數(shù)及最大的報文長度，從而保證在限定的區(qū)間內(nèi)，任一站點可以取得令牌。令牌總線網(wǎng)絡(luò)的正常操作是十分簡單的，然而，網(wǎng)絡(luò)必須有初始化的功能，即能夠生成一個順序訪問的次序；當網(wǎng)中的令牌丟失，或產(chǎn)生多個令牌時，必須有故障恢復(fù)功能；還應(yīng)該有將不活動的站點從環(huán)中刪除，以及將新的活動節(jié)點加入環(huán)的功能，這些附加功能大大增加了令牌總線訪問控制的復(fù)雜性。5.3以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)（Ethernet）最早來源于美國施樂Xerox公司于1973年建造的第1個2.94Mbps的CSMA/CD系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在14米的電纜上連接100多個個人工作站。此后，Xerox、DEC和Intel公司于1980年聯(lián)合起草了以太網(wǎng)標準，并于1982年發(fā)表了第2版本的以太網(wǎng)標準。1985年，IEEE802委員會吸收以太網(wǎng)為IEEE802.3標準，并對其進行了修改。為滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，以太網(wǎng)技術(shù)也在不斷飛速發(fā)展。在10Mbps以太網(wǎng)（傳統(tǒng)以太網(wǎng)）技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼開發(fā)出了100Mbps快速以太網(wǎng)、1000Mbps千兆以太網(wǎng)及10Gbps萬兆以太網(wǎng)。5.3以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)的相關(guān)產(chǎn)品非常豐富，且大多發(fā)展成熟、性價比高、傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)軟件豐富、安裝維護方便，且得到了業(yè)界幾乎所有經(jīng)銷商的支持，逐漸成為當今國際最流行的局域網(wǎng)。5.3.1以太網(wǎng)以太網(wǎng)的技術(shù)特點1以太網(wǎng)在技術(shù)上具備以下基本特點：（1）以太網(wǎng)不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，而是一種技術(shù)規(guī)范，采用基帶傳輸技術(shù)。（2）以太網(wǎng)的標準是IEEE802.3，使用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法爭用總線。（3）以太網(wǎng)采用廣播式傳輸技術(shù)，是一種廣播式網(wǎng)絡(luò)，具有廣播式網(wǎng)絡(luò)的全部特點。5.3以太網(wǎng)技術(shù)（8）以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)主要有總線型和星型。總線型拓撲所需的電纜較少、價格便宜，但管理成本高、不易隔離故障點，并且采用共享的訪問機制，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。星型拓撲管理方便、容易擴展、需要專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點、需要更多的網(wǎng)線、對核心設(shè)備的可靠性要求高。星型拓撲可以通過級聯(lián)的方式很方便地將網(wǎng)絡(luò)擴展到很大的規(guī)模，因此得到了廣泛的應(yīng)用，被絕大部分的以太網(wǎng)所采用。（4）以太網(wǎng)采用曼徹斯特編碼方案。（5）傳輸速率高，最高甚至可達10Gbps。（6）以太網(wǎng)是可變長幀，長度為64字節(jié)～1518字節(jié)。（7）以太網(wǎng)可以采用多種連接介質(zhì)，包括同軸電纜、雙絞線和光纖等。其中雙絞線多用于從主機到集線器或交換機的連接，而光纖則主要用于交換機間的級聯(lián)和交換機到路由器間的點到點鏈路上。同軸電纜作為早期的主要連接介質(zhì)已經(jīng)趨于淘汰。以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)2IEEE802.3以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系如圖5-7所示，主要包對應(yīng)于OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。5.3以太網(wǎng)技術(shù)圖5-7以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系5.3以太網(wǎng)技術(shù)為了使物理層的功能便于實現(xiàn)，在IEEE802.3標準中將物理層細分為兩個子層：物理信令（PhysicalSignaling，PLS）子層和物理媒體連接件（PhysicalMediumAttachment，PMA）子層。（1）PLS子層向MAC子層提供服務(wù)，它規(guī)定了MAC子層與物理層的界面，是與傳輸媒體無關(guān)的物理層規(guī)范。在發(fā)送比特流時，它負責對比特流進行曼徹斯特編碼。在接收比特流時，它負責對曼徹斯特碼進行解碼。另外，PLS子層還負責完成載波監(jiān)聽功能。（2）PMA子層向PLS子層提供服務(wù)，它負責向媒體上發(fā)送比特信號和從媒體上接收比特信號，并完成沖突檢測功能。1）物理層5.3以太網(wǎng)技術(shù)在以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)鏈路層被分為介質(zhì)訪問控制（MAC）子層和邏輯鏈路控制（LLC）子層。在LLC不變的情況下，只需改變MAC子層就可以適應(yīng)不同的介質(zhì)和訪問方法。IEEE802.3中規(guī)定的MAC子層協(xié)議包括幀格式和CSMA/CD協(xié)議兩部分，下面我們主要介紹IEEE802.3幀格式。目前，大多數(shù)TCP/IP應(yīng)用都是用EthernetV2幀格式，也就是現(xiàn)在所稱的IEEE802.3的以太網(wǎng)幀格式，如圖5-8所示。2）數(shù)據(jù)鏈路層圖5-8IEEE802.3以太網(wǎng)幀格式5.3以太網(wǎng)技術(shù)（1）前導(dǎo)符。前導(dǎo)符是7個字節(jié)的10101010。前導(dǎo)符字段的曼徹斯特編碼會產(chǎn)生10MHz、持續(xù)5.6μs的方波，便于接收方的接收時鐘與發(fā)送方的發(fā)送時鐘進行同步。（2）起始符。起始符為10101011，用于標志一幀的開始。（3）目的MAC地址。目的MAC地址共48位，用于指明接收站點：最高位為“0”時表示唯一地址或單播地址；最高位為“1”時表示組地址或組播地址；全“1”時為廣播地址。（4）源MAC地址。源MAC地址也是48位，用于指明發(fā)送站點。（5）長度。長度字段用于指明數(shù)據(jù)段中的字節(jié)數(shù)，其值為0～1500。（6）類型。類型字段用于指明幀中數(shù)據(jù)的協(xié)議類型。（7）數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)字段是用戶要發(fā)送的數(shù)據(jù)。0字節(jié)數(shù)據(jù)是合法的，但這會引起麻煩。5.3以太網(wǎng)技術(shù)（8）PAD。PAD字段用于數(shù)據(jù)填充。當用戶數(shù)據(jù)不足46字節(jié)時，要求將用戶數(shù)據(jù)湊足46字節(jié)，以保證IEEE802.3的幀長度不小于64字節(jié)。IEEE802.3的最大幀長度是1518字節(jié)（14字節(jié)幀頭+1500字節(jié)數(shù)據(jù)+4字節(jié)CRC）。為應(yīng)用方便，一般不限制最大幀長度。理論分析與實際測量結(jié)果都表明，數(shù)據(jù)幀越長，網(wǎng)絡(luò)的有效利用率就越高。然而幀長度還受另外兩個因素限制：一是網(wǎng)絡(luò)平均響應(yīng)時間；二是緩沖區(qū)的限制。（9）CRC校驗碼。CRC校驗碼占32位，其生成多項式為：G（X）=X32+X26+X23+X22+X16+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1。CRC碼的校驗范圍為：目的MAC地址、源MAC地址、長度、數(shù)據(jù)和PAD。對接收網(wǎng)卡提供判斷是否傳輸錯誤的信息：如果發(fā)現(xiàn)錯誤，則丟棄此幀。以太網(wǎng)的物理層規(guī)范3IEEEE802.3委員會在定義可選的物理配置方面表現(xiàn)了極大的多樣性和靈活性。為了區(qū)分各種可選用的實現(xiàn)方案，該委員會給出了一種簡明的表示方法：5.3以太網(wǎng)技術(shù)<數(shù)據(jù)傳輸率（Mbps）><信號方式><最大段長度（百米）>如10BASE5、10BASE2。但10BASE-T有些例外，其中的T表示雙絞線。5.3以太網(wǎng)技術(shù)傳統(tǒng)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率只有10Mbps，其物理層規(guī)法如表5-1所示。表5-1傳統(tǒng)以太網(wǎng)的物理層規(guī)范名稱介質(zhì)最大長度/段工作站數(shù)目/段特點10Base5粗同軸電纜500m100適合主干網(wǎng)絡(luò)10Base2細同軸電纜185m30適合低廉的網(wǎng)絡(luò)10Base-T雙絞線100m2易于安裝和維護10Base-F光纖2000m2適合連接遠程工作站5.3以太網(wǎng)技術(shù)10BASE5是以太網(wǎng)的最初形式，數(shù)字信號采用曼徹斯特編碼，傳輸介質(zhì)為直徑10mm的粗同軸電纜，阻抗為50歐姆。電纜的最大長度為500m，超過500m可用中繼器擴展。任意兩個站點之間最多允許有4個中繼器，因此網(wǎng)絡(luò)的直徑最大為2500m。1）10BASE5與10BASE5一樣，10BASE2也使用50歐姆同軸電纜和曼徹斯特編碼。兩者的區(qū)別在于10BASE5使用粗同軸電纜，10BASE2使用細同軸電纜。10BASE2在不使用中繼器時，電纜的最大長度為185m。與10BASE5相比，10BASE2的成本和安裝的復(fù)雜性大大降低。2）10BASE25.3以太網(wǎng)技術(shù)10BASE-T定義了一個物理上的星形拓撲網(wǎng)，其中央節(jié)點是一個集線器，每個節(jié)點通過一對雙絞線與集線器相連。集線器的作用類似于一個轉(zhuǎn)發(fā)器，它接收來自一條線路上的信號并向其他所有的線路轉(zhuǎn)發(fā)。由于任意一個站點發(fā)出的信號都能被其他所有站點接收，若有兩個站點同時要求傳輸，沖突就必然發(fā)生。所以，盡管這種策略在物理上是一個星型結(jié)構(gòu)，但從邏輯上看與CSMA/CD總線拓撲的功能是一樣的。10BASE-T在安裝、管理、性能和成本等方面具有很大的優(yōu)越性，因此得到了廣泛的應(yīng)用。10BASE-T與10BASE5、10BASE2兼容，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)不需要進行任何改變。另外，吉比特以太網(wǎng)技術(shù)也是在10BASE-T的基礎(chǔ)上建立起來的。3）10BASE-T5.3以太網(wǎng)技術(shù)10BASE-F是802.3中關(guān)于以光纖作為媒體的系統(tǒng)規(guī)范。該規(guī)范中，每條傳輸線路均使用一條光纖，每條光纖采用曼徹斯特編碼傳輸一個方向上的信號。每一位數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后，轉(zhuǎn)換為一對光信號元素（有光表示高、無光表示低），所以，一個10Mbps的數(shù)據(jù)流實際上需要20Mbps的信號流。4）10BASE-F5.3以太網(wǎng)技術(shù)隨著遠程教育、電視會議等多媒體應(yīng)用的不斷發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求越來越高，傳統(tǒng)的共享式局域網(wǎng)（傳統(tǒng)以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)）已越來越不能滿足人們的要求。在這種情況下，人們提出了將共享式局域網(wǎng)改為交換式局域網(wǎng)，這就導(dǎo)致了交換式以太網(wǎng)的產(chǎn)生。5.3.2交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng)是指以數(shù)據(jù)鏈路層的幀或更小的數(shù)據(jù)單元（信元）為數(shù)據(jù)交換單位，以交換設(shè)備為基礎(chǔ)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。交換式以太網(wǎng)中的交換設(shè)備一般是指交換機。因此，也可以說交換式以太網(wǎng)就是以交換機為核心設(shè)備而建立起來的網(wǎng)絡(luò)。5.3以太網(wǎng)技術(shù)典型的交換式以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖5-9所示，其核心設(shè)備是以太網(wǎng)交換機（EthernetSwitch）。以太網(wǎng)交換機可以有多個端口，每個端口可以單獨與一個節(jié)點連接，也可以與一個共享式以太網(wǎng)的集線器連接。如果一個端口只連接一個節(jié)點，那么這個節(jié)點就可以獨占10Mbps的帶寬，這類端口通常被稱為“專用10Mbps的端口”。如果一個端口連接一個10Mbps的以太網(wǎng)，那么這個端口將被一個以太網(wǎng)的多個節(jié)點所共享，這類端口就被稱為“共享10Mbps的端口”。圖5-9交換式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)交換式以太網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)15.3以太網(wǎng)技術(shù)交換式以太網(wǎng)從根本上改變了“共享介質(zhì)”的工作方式，它可以通過以太網(wǎng)支持交換機端口節(jié)點之間的多個并發(fā)連接，實現(xiàn)多節(jié)點之間數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸。因此，在交換機各端口之間，幀的轉(zhuǎn)發(fā)已不再受CSMA/CD的約束。既然如此，其系統(tǒng)帶寬也不再是固定不變的10Mbps或100Mbps，而是各個交換端口的帶寬之和。因此，在交換式網(wǎng)絡(luò)中，隨著用戶的增多，系統(tǒng)帶寬會不斷拓寬，即使是在網(wǎng)絡(luò)負載較重的情況下，也不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。5.3以太網(wǎng)技術(shù)交換式以太網(wǎng)的特點2交換式以太網(wǎng)主要有以下幾個特點：（1）允許多對站點同時通信，每個站點獨占傳輸通道和帶寬。交換式以太網(wǎng)把“共享”變?yōu)椤蔼毾怼?。交換式以太網(wǎng)以交換機為核心設(shè)備連接站點或網(wǎng)段，在交換機各端口之間同時可以建立多條通信鏈路（虛連接），允許多對站點同時通信，每對站點都可以獨享一條數(shù)據(jù)通道和帶寬進行數(shù)據(jù)幀交換。5.3以太網(wǎng)技術(shù)（2）靈活的接口速率。在共享式網(wǎng)絡(luò)中，不能在同一個局域網(wǎng)中連接不同速率的站點，如10Base-5不能連接100Mbps的站點。而在交換式以太網(wǎng)中，由于站點獨享介質(zhì)和帶寬，用戶可以按需配置端口速率。在一臺交換機上可以配置10Mbps、100Mbps、10Mbps/100Mbps自適應(yīng)、1Gbps和10Gbps不同速率的交換端口，用于連接不同速率的站點，接口速率的配置有極大的靈活性。（3）具有高度的網(wǎng)絡(luò)可擴充性和延展性。大容量交換機有很高的網(wǎng)絡(luò)擴展能力，而獨享帶寬的特性使擴展網(wǎng)絡(luò)沒有帶寬下降的后顧之憂。因此，交換式網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)建一個大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，如大型企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)或城域網(wǎng)。5.3以太網(wǎng)技術(shù)（4）易于管理、便于調(diào)整網(wǎng)絡(luò)負載的分布，有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。交換式以太網(wǎng)可以構(gòu)造“虛擬網(wǎng)絡(luò)”，使用網(wǎng)管軟件可以按業(yè)務(wù)或其他規(guī)則把網(wǎng)絡(luò)站點分為若干個邏輯工作組，每一個工作組就是一個虛擬網(wǎng)。虛擬網(wǎng)的構(gòu)成與站點所在的物理位置無關(guān)。這樣可以方便地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)負載的分布，提高帶寬利用率和網(wǎng)絡(luò)的可管理性及安全性。（5）與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)兼容。交換式以太網(wǎng)與以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)完全兼容，它們能夠?qū)崿F(xiàn)無縫連接。5.3以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)交換機3以太網(wǎng)交換機（LANSwitch）有兩個主要功能，一是在發(fā)送結(jié)點和接收結(jié)點之間建立一條虛連接，二是轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。交換機的具體操作是分析每個接收到的幀，根據(jù)幀中的目的MAC地址，通過查詢一個由交換機建立和維護的、表示MAC地址與交換機端口對應(yīng)關(guān)系的轉(zhuǎn)發(fā)地址表，決定將幀轉(zhuǎn)發(fā)到交換機的哪個端口，然后在兩個端口之間建立一個連接，提供一條傳輸通道，將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的站點所在的端口，完成數(shù)據(jù)幀的交換。1）以太網(wǎng)交換機的工作原理5.3以太網(wǎng)技術(shù)以圖5-10為例介紹交換機數(shù)據(jù)幀的交換過程。交換機有6個端口，其中端口1、4、5、6分別連接了節(jié)點A、節(jié)點B、節(jié)點C與節(jié)點D。交換機地址映射表可以根據(jù)以上端口號與節(jié)點MAC地址建立對應(yīng)關(guān)系。圖5-10交換機結(jié)構(gòu)與交換過程示意圖5.3以太網(wǎng)技術(shù)例如，節(jié)點A要向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù)幀，那么該幀中目的地址DA=節(jié)點C的地址（30-61-2C-61-02-16）。當節(jié)點A通過交換機傳送數(shù)據(jù)幀時，交換機的交換控制中心根據(jù)“端口號/MAC地址映射表”的對應(yīng)關(guān)系找出對應(yīng)幀目的地址的輸出端口號（端口5），就可以為節(jié)點A到節(jié)點C建立端口1到端口5的連接。這種端口之間的連接可以根據(jù)需要同時建立多條，也就是說可以在多個端口之間建立多個并發(fā)連接。如果交換機端口4連接一個集線器，節(jié)點B與節(jié)點E連接在集線器上，屬于同一個子網(wǎng)，那么端口4就是一個共享端口。如果節(jié)點B要向節(jié)點E發(fā)送數(shù)據(jù)幀，根據(jù)“端口號/MAC地址映射表”，交換機發(fā)現(xiàn)節(jié)點B與節(jié)點E屬于同一個端口，那么交換機在接收到該數(shù)據(jù)幀時，不進行轉(zhuǎn)發(fā)，而是丟棄該幀。交換機可以隔離本地信息，從而避免了網(wǎng)絡(luò)上不必要的數(shù)據(jù)流動。如果節(jié)點A需要向節(jié)點F發(fā)送數(shù)據(jù)幀，那么在檢索地址映射表會發(fā)現(xiàn)不存在相關(guān)的表項。在這種情況下，為了保證數(shù)據(jù)能夠到達正確的目的地，交換機將向除端口1之外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)信息。當節(jié)點F發(fā)送應(yīng)答幀或發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，交換機就可以很方便地獲得節(jié)點F與交換機端口的對應(yīng)關(guān)系，并將得到的信息存儲到地址映射表中。5.3以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)在的交換機采用的動態(tài)交換方式，是指交換機可以根據(jù)目的MAC地址，查詢含有MAC地址與交換機端口對應(yīng)關(guān)系的轉(zhuǎn)發(fā)地址表，自動建立和斷開輸入輸出端口之間的連接通道。常用的動態(tài)交換方式主要有直通交換方式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。2）交換機的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式（1）直通轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。直通轉(zhuǎn)發(fā)方式（也稱為直通式）允許交換機在檢查到數(shù)據(jù)幀中的目標地址時就開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。目標地址在數(shù)據(jù)幀中只占用6字節(jié)，交換機只需要接收到前6字節(jié)后就可以開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，所以直通式的延遲很小。雖然直通式的延遲較低，但是直通式無法像存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式那樣在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀之前對其進行錯誤校驗。因此，錯誤的數(shù)據(jù)幀依然通過交換機被轉(zhuǎn)發(fā)到目的設(shè)備，在目的設(shè)備進行校驗以后，由目的設(shè)備丟棄該數(shù)據(jù)幀并要求重傳。5.3以太網(wǎng)技術(shù)（2）存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。當交換機使用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式時，在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀之前必須接收整個數(shù)據(jù)幀。交換機接收到完整的數(shù)據(jù)幀以后，檢查其源地址和目標地址，并對整個數(shù)據(jù)幀進行CRC（循環(huán)冗余校驗）。如果沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，則轉(zhuǎn)發(fā)這個數(shù)據(jù)幀；如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀中存在錯誤，將丟棄該數(shù)據(jù)幀。由于交換機在開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)之前必須接收到整個數(shù)據(jù)幀，所以存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式的延遲比較大，而且這個延遲和所轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀的大小有關(guān)。隨著交換機處理器速度的提升，在高性能的網(wǎng)絡(luò)中，交換機接受和處理數(shù)據(jù)幀的延遲變得越來越小，直通式的優(yōu)勢也變得越來越小。存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式的優(yōu)勢越來越明顯。5.3以太網(wǎng)技術(shù)大部分交換機可以同時支持直通式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式兩種工作方式，此時一種被稱為自適應(yīng)直通式的工作方式將被激活。在這種交換機中，默認的工作方式是直通式，同時可以選擇激活存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式。當交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時，它開始用直通式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，同時監(jiān)視所轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀，并設(shè)置一個計數(shù)器，如果發(fā)現(xiàn)一個錯誤數(shù)據(jù)幀，計數(shù)器就自動加1。當計數(shù)器的值達到某一限制值時，交換機將工作方式自動切換到存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，以保證不讓錯誤的數(shù)據(jù)幀浪費帶寬。這種工作方式結(jié)合了存儲轉(zhuǎn)發(fā)和直通式的優(yōu)點，在網(wǎng)絡(luò)狀況好的時候能夠有效地保證低延遲轉(zhuǎn)發(fā)。5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前，提供高速傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)有快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)、萬兆以太網(wǎng)和ATM網(wǎng)絡(luò)，它們都能實現(xiàn)100Mbps以上的傳輸速率，是提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的有效途徑。5.4.1快速以太網(wǎng)隨著局域網(wǎng)應(yīng)用的深入，人們對局域網(wǎng)提出了更高的要求。正是在這種環(huán)境下，1992年IEEE重新召集了802.3委員會，指示制定一個快速的LAN協(xié)議。但在IEEE內(nèi)部出現(xiàn)了兩種截然不同的觀點?？焖僖蕴W(wǎng)的發(fā)展15.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（1）一種觀點是建議重新設(shè)計MAC協(xié)議和物理層協(xié)議，使用一種“請求優(yōu)先級”的介質(zhì)訪問控制策略。它采用一種具有優(yōu)先級、集中控制的介質(zhì)訪問控制方法，所以比我們熟悉的CSMA/CD控制方法更適合于多媒體信息的傳輸。支持這種觀點的人組成自己的委員會，建立了他們自己的LAN標準，即IEEE802.12，常被稱為100VG-AnyLAN。但由于它不兼容原先的以太網(wǎng)，所以后來的發(fā)展不大。（2）另一種觀點則建議保留原來以太網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議及幀格式，同時為了節(jié)省時間，在物理層沒有重新設(shè)計新協(xié)議，而是“嫁接”了FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）物理層協(xié)議。后來為了兼容原先10Mbps以太網(wǎng)的布線系統(tǒng)，又設(shè)計了可以使用3類非屏蔽雙絞線的物理層協(xié)議。5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)802.3委員會之所以決定保持802.3原狀，主要考慮到下面三個原因：①與現(xiàn)存成千上萬個以太網(wǎng)相兼容；②擔心制定新的協(xié)議可能會出現(xiàn)不可預(yù)見的困難；③不需要引入更多新技術(shù)便可完成這項工作。制定協(xié)議的工作進展非常順利，1995年6月IEEE正式采納了快速以太網(wǎng)（FastEthernet）標準，該標準被命名為802.3u。快速以太網(wǎng)是一類新型的局域網(wǎng)，其名稱中的“快速”是指網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到100Mbps，是傳統(tǒng)以太網(wǎng)的十倍。快速以太網(wǎng)的基本思想是：保留802.3的幀格式和CSMA/CD協(xié)議，只是將數(shù)據(jù)傳輸率從10Mbps提高到100Mbps，相應(yīng)的位時（位的傳輸延遲時間）從100ns減小到10ns。從技術(shù)上講，快速以太網(wǎng)可以完全照搬原來的10Base5和10Base2標準，只將最大電纜長度減少到原來的1/10并仍能檢測到?jīng)_突。5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速以太網(wǎng)標準支持3種不同的物理層標準，分別是100Base-TX、100Base-TX和100Base-FX，如表5-2所示?？焖僖蕴W(wǎng)的物理層標準2表5-2快速以太網(wǎng)的3種物理層標準物理層標準100Base-TX100Base-T4100Base-FX支持全雙工是否是電纜對數(shù)2對雙絞線4對雙絞線一對光纖電纜類型5類UDP/1類STPUTPCat3多模/單模光纖最大距離100m100m200m，2km接口類型RJ-45或DB9RJ-45MIC，ST，SC5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)100Base-TX需要2對高質(zhì)量的雙絞線：一對用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對用于接收數(shù)據(jù)。這2對雙絞線既可以是5類非屏蔽雙絞線，也可以是1類屏蔽雙絞線。100BASE-TX站點與集線器的最大距離不超過100m。1）100Base-TX100Base-T4需要4對3類雙絞線：一對專用于發(fā)送，一對專用于接收，另兩對則是雙向的。將100Mbps的數(shù)據(jù)信號分配到3對電纜傳輸，可以降低網(wǎng)絡(luò)對電纜的要求。100BASE-T4站點與集線器的最大距離也不超過100m。我們一般把100Base-TX和100Base-T4統(tǒng)稱為100Base-T。2）100Base-T45.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)100Base-FX使用內(nèi)徑為62.5μm、外經(jīng)為125μm的多模光纜。光纜僅需一對光纖：一路用于發(fā)送數(shù)據(jù)，一路用于接收數(shù)據(jù)。100Base-FX站點與服務(wù)器的最大距離為200m，而使用單模光纖時刻達到2km。100Base-FX主要用作高速局域網(wǎng)的主干網(wǎng)。3）100Base-FX快速以太網(wǎng)集線器的工作方式類似于以太網(wǎng)集線器。它的所有端口也構(gòu)成一個沖突域，在某一時刻只有一個站點可以發(fā)送數(shù)據(jù)。快速以太網(wǎng)支持ClassⅠ和ClassⅡ兩種類型的集線器?？焖僖蕴W(wǎng)的集線器35.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識庫沖突域是指連接到同一物理介質(zhì)上的一組設(shè)備，若同時使用這一介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)時，傳輸信號就會造成沖突。這組設(shè)備就構(gòu)成一個沖突域。5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（1）ClassⅠ集線器延時比較大，該種類型的集線器首先將收到的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過放大處理再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)往其他端口。ClassⅠ集線器支持各種介質(zhì)類型的端口，但一個沖突域只能配置一個ClassⅠ集線器。（2）ClassⅡ集線器的延時比ClassI集線器小，它可直接轉(zhuǎn)發(fā)電信號。ClassⅡ集線器只能支持100Base-T類型的端口，一個沖突域只能配置兩個ClassⅡ集線器。快速以太網(wǎng)也可以使用交換式集線器，即快速以太網(wǎng)交換機，它的工作原理也類似于以太網(wǎng)交換機，在此不再贅述。值得注意的是，所有的快速以太網(wǎng)交換機均可同時支持10Mbps和100Mbps的端口。這是由于交換機內(nèi)一般都有緩沖存儲器，可以在不同速率的端口之間進行速率匹配。5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5.4.2千兆以太網(wǎng)千兆位以太網(wǎng)是近幾年推出的高速局域網(wǎng)技術(shù)，是以太網(wǎng)標準IEEE802.3的擴展，為802.3z，其數(shù)據(jù)傳輸率為1000Mbps（即1Gbps），因此也稱吉比特以太網(wǎng)。千兆位以太網(wǎng)基本保留了原以太網(wǎng)MAC層的CSMA/CD協(xié)議，但它對CSMA/CD協(xié)議進行了一些改動，增加了一些新的特性。為節(jié)省標準制定時間，千兆位以太網(wǎng)的物理層沒有重新設(shè)計新協(xié)議，而是“嫁接”了ANSIX3T11的光纖通道（FiberChannel，F(xiàn)C）的物理層協(xié)議。5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)千兆以太網(wǎng)的物理層標準1千兆位以太網(wǎng)支持4種物理層標準，如表5-3所示。表5-3千兆位以太網(wǎng)物理層標準標準介質(zhì)類型光纖直徑（μm）最大傳輸距離1000Base-CXSTP—25m1000Base-T5類、超5類、6類或7類UTP—100m1000Base-SX多模光纖62.5，50275m，550m1000Base-LX多模光纖，單模光纖62.5，50，9250m，850m，3km5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)千兆位以太網(wǎng)對上層用戶的要求依舊是最小幀長度是64字節(jié)，最大幀長度為1518字節(jié)，以便與以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)兼容。為了在兩個相距200m的站點之間傳輸數(shù)據(jù)的同時能夠檢測到?jīng)_突，保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠地運行，千兆位以太網(wǎng)引入了載波擴展（CarrierExtension）和分組猝發(fā)（PacketBurst）傳輸技術(shù)。所謂載波擴展就是適當增加幀的長度，即千兆位以太網(wǎng)對最小幀長度要求仍然為64字節(jié)時，實際傳輸?shù)膸L度是512字節(jié)，以保證在數(shù)據(jù)發(fā)送期間站點能夠檢測到?jīng)_突并采取相應(yīng)的措施。但是載波擴展耗費了大量的帶寬，為了彌補載波擴展的不足，又引入分組猝發(fā)傳輸技術(shù)，該技術(shù)可讓載波擴展只用于猝發(fā)數(shù)據(jù)幀的第1幀。單幀猝發(fā)限制在3000字節(jié)左右，以防止某個結(jié)點占據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)帶寬。采用這兩種技術(shù)就可以把千兆位以太網(wǎng)的沖突檢測域擴展到200m，而在傳送大的數(shù)據(jù)幀時網(wǎng)絡(luò)利用率可達90%。千兆以太網(wǎng)的新技術(shù)25.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與快速以太網(wǎng)相比，千兆位以太網(wǎng)有其明顯的優(yōu)點。千兆位以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度是快速以太網(wǎng)的10倍，但其價格只是快速以太網(wǎng)的2～3倍。而且從傳統(tǒng)以太網(wǎng)與快速以太網(wǎng)可以平滑地過渡到千兆位以太網(wǎng)，并不需要掌握新的配置、管理與排除故障技術(shù)。千兆位以太網(wǎng)同樣支持半雙工和全雙工兩種工作方式。千兆位以太網(wǎng)可以將現(xiàn)有的傳統(tǒng)以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)通過1000Mbps的鏈路與千兆位以太網(wǎng)交換機相連，從而組成更大容量的主干網(wǎng)，這種主干網(wǎng)可以支持大量的交換式以太網(wǎng)和共享式的以太網(wǎng)。千兆位以太網(wǎng)雖然在數(shù)據(jù)、話音、視頻等實時業(yè)務(wù)方面還不能提供真正意義上的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證，但千兆位以太網(wǎng)的高帶寬能克服傳統(tǒng)以太網(wǎng)的一些弱點，提供更高的服務(wù)性能。千兆以太網(wǎng)的優(yōu)點和應(yīng)用35.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)千兆位以太網(wǎng)最通用的辦法是采用三層設(shè)計：最下面一層由10Mbps傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機和100Mbps上行鏈路組成；第二層由100Mbps以太網(wǎng)交換機和1000Mbps上行鏈路組成；最高層由千兆位以太網(wǎng)交換機組成，如圖5-11所示。在這種結(jié)構(gòu)中，交換機由下到上逐步提高干線速率。這種設(shè)計一般是由低廉的交換機完成10Mbps工作站的連接，昂貴的大容量交換機只用在最高層。圖5-11千兆以太網(wǎng)5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5.4.3萬兆以太網(wǎng)在以太網(wǎng)技術(shù)中，快速以太網(wǎng)是一個里程碑，確立了以太網(wǎng)技術(shù)在桌面的統(tǒng)治地位。隨后出現(xiàn)的千兆位以太網(wǎng)更是加快了以太網(wǎng)的發(fā)展。然而以太網(wǎng)主要是在局域網(wǎng)中占絕對優(yōu)勢，在很長的一段時間中，由于帶寬以及傳輸距離等原因，人們普遍認為以太網(wǎng)不能用于城域網(wǎng)。5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以上這10多種萬兆位以太網(wǎng)規(guī)范可以分為三類：一是基于光纖的局域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范，二是基于雙絞線（或銅線）的局域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范，三是基于光纖的廣域網(wǎng)萬兆位以太網(wǎng)規(guī)范，如表5-4所示。1999年底成立了IEEE802.3ae工作組進行了萬兆位以太網(wǎng)技術(shù)（10Gbps）的研究，并于2002年正式發(fā)布IEEE802.3ae10GE標準，標準中發(fā)布的基于光纖的規(guī)范包括：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-ER、10GBase-LX4、10GBase-SW、10GBase-LW、10GBase-EW；2004年在IEEE802.3ak標準中發(fā)布的基于雙絞線的10GBase-CX4規(guī)范；2006年在IEEE802.3an標準發(fā)布的基于雙絞銅線的10GBase-T規(guī)范；2006年在IEEE802.3aq標準中發(fā)布的基于光纖的10GBase-LRM規(guī)范；2007年在IEEE802.3ap標準中發(fā)布的基于銅線的10GBase-KR和10GBase-KX4規(guī)范。除此之外，還有一些不是由IEEE發(fā)布的萬兆以太網(wǎng)規(guī)范，如Cisco的10GBase-ZR和10GBase-ZW規(guī)范。萬兆位以太網(wǎng)不僅再度擴展了以太網(wǎng)的帶寬和傳輸距離，更重要的是使得以太網(wǎng)從局域網(wǎng)領(lǐng)域向城域網(wǎng)領(lǐng)域滲透。5.4快速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)表5-4萬兆位以太網(wǎng)規(guī)范比較名稱介質(zhì)類型最大傳輸距離分

類10GBase-SR850nm多模光纖，50μm的OM3光纖300m基于光纖的局域網(wǎng)萬兆位以太網(wǎng)規(guī)范10GBase-LR1310nm單模光纖10km10GBase-LRM62.5μm的多模光纖，OM3光纖260m10GBase-ER1550nm單模光纖40km10GBase-ZR1550nm單模光纖80km10GBase-LX41300nm單模光纖或多模光纖300m（多模光纖）

10km（單模光纖）10GBase-CX4屏蔽雙絞線15m基于雙絞線（或銅線）的局域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范10GBase-T6類、6a類雙絞線55m（6類雙絞線）

100m（6a類雙絞線）10GBase-KX4銅線（并行接口）1m10GBase-KR銅線（串行接口）1m10GBase-SW850nm多模光纖，50μm的OM3光纖300m基于光纖的廣域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范10GBase-LW1310nm單模光纖10km10GBase-EW1550nm單模光纖40km10GBase-ZW1550nm單模光纖80km5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)虛擬局域網(wǎng)（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN）是指在交換式局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)絡(luò)管理軟件構(gòu)建的可跨越不同網(wǎng)段、不同網(wǎng)絡(luò)的端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)。一個VLAN組成一個邏輯子網(wǎng)，即一個邏輯廣播域，允許處于不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)用戶加入到同一個邏輯子網(wǎng)中。同時，在同一臺交換機上也可以劃分多個VLAN。知識庫廣播域是指彼此可以接受廣播消息的一組設(shè)備，例如在基于Hub的網(wǎng)絡(luò)中，如果一個站點發(fā)出一個廣播消息，連接在Hub上的所有站點都能接收到消息，因此Hub的所有端口組成了一個廣播域。一個VLAN是一個邏輯網(wǎng)段，這個邏輯網(wǎng)段和傳統(tǒng)的物理網(wǎng)段的概念是有區(qū)別的。物理網(wǎng)段是指連接在同一個物理介質(zhì)上的設(shè)備，而邏輯網(wǎng)段是指被配置為同一VLAN成員的設(shè)備，這些設(shè)備可能連接在不同的物理介質(zhì)上。因此，VLAN是對連接到第二層交換機端口的網(wǎng)絡(luò)用戶的邏輯分段，它不受網(wǎng)絡(luò)用戶的物理位置限制。VLAN可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的位置、作用、部門，甚至根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶所使用的應(yīng)用程序和協(xié)議來進行分組，如圖5-12所示。5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)（a）物理網(wǎng)段（b）邏輯網(wǎng)段圖5-12根據(jù)實際需要劃分VLAN5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)5.5.1VLAN的優(yōu)點VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的，使用VLAN有以下一些明顯的優(yōu)點。根據(jù)交換機的工作原理可以得知，當交換機不知道將一個數(shù)據(jù)幀從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)出去時，會將該數(shù)據(jù)幀向其他所有端口發(fā)送，從而形成一個網(wǎng)絡(luò)廣播域，這樣一方面會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費，一方面許多通過廣播方式傳播的病毒可能迅速在整個網(wǎng)絡(luò)中傳播。如果配置了VLAN，則交換機只將此數(shù)據(jù)幀廣播到屬于該VLAN的其他端口，這樣，就將廣播域限制在了一個VLAN內(nèi)，從而提高了網(wǎng)絡(luò)效率和安全性。1）控制網(wǎng)絡(luò)的廣播域5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)VLAN可以在邏輯上實現(xiàn)終端設(shè)備的分組，即在不改變網(wǎng)絡(luò)物理連接的情況下，根據(jù)部門職能或應(yīng)用等，將不同地點、不同網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備劃分到不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)中，從而大大提高了組網(wǎng)的靈活性，簡化了網(wǎng)絡(luò)管理的工作。2）提高組網(wǎng)的靈活性默認情況下，VLAN之間是不能直接通信的，這樣就提供了網(wǎng)絡(luò)的安全性。例如，對于有較高安全性要求的終端設(shè)備，可以將其劃分為一個VLAN，從而確保了該VLAN中的信息不會被其他VLAN中的用戶輕易竊取。3）提高網(wǎng)絡(luò)的安全性5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)提示如果一個VLAN內(nèi)的主機想訪問另一個VLAN內(nèi)的主機，必須通過一個三層設(shè)備實現(xiàn)，如路由器或三層交換機，具體操作我們會在后面講解。5.5.2VLAN的實現(xiàn)方式VLAN的實現(xiàn)方式有多種，比較常見的方式有基于端口、基于MAC地址、基于網(wǎng)絡(luò)層、基于IP組播和基于策略5種。5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)基于端口的VLAN是劃分網(wǎng)絡(luò)最簡單、最有效和最常用的方法。它將交換機端口在邏輯上劃分為不同的分組，從而將端口連接的終端設(shè)備劃分到不同的VLAN中。例如，將一臺24口交換機的1～6端口劃給VLAN10，7～12端口劃給VLAN40，13～18端口劃給VLAN20，19～24端口劃給VLAN30，如圖5-13所示。當然，這些屬于同一VLAN的端口號可以是不連續(xù)的，具體如何分配，由管理員根據(jù)需要來決定。1）基于端口的VLAN圖5-13將一個交換機端口劃分為多個VLAN5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)使用該方法劃分網(wǎng)絡(luò)時，一旦交換機的端口配置完成，端口屬于哪個VLAN就固定不變了，不用考慮其所連接的終端設(shè)備的類型，因此使用該方法創(chuàng)建的VLAN也稱為靜態(tài)VLAN。當交換機的一個端口被指派給某個VLAN之后，在沒有第三層設(shè)備（路由器或者三層交換機）的干涉下，它將不能對另一個VLAN中的端口或者設(shè)備進行數(shù)據(jù)的發(fā)送或者接收另一個VLAN中的信息。在靜態(tài)VLAN中，每個端口只負責傳輸自己所屬VLAN的數(shù)據(jù)。這種劃分方法的優(yōu)點是：定義VLAN成員時非常簡單，只需要將相應(yīng)的端口劃分給所屬的VLAN即可。它的缺點是：如果某個用戶離開了原來的交換機端口，連接到了一個新的交換機的某個端口，那么就必須重新配置。5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)基于MAC地址的VLAN按照終端設(shè)備的MAC地址來劃分網(wǎng)絡(luò)，即將不同MAC地址的終端設(shè)備劃分到指定的VLAN中?；贛AC地址的VLAN也稱為動態(tài)VLAN。在這種實現(xiàn)方式中，必須先建立一個較復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含了要連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的MAC地址及相應(yīng)的VLAN號。這樣當網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接到交換機端口時，交換機會自動把這個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分配給相應(yīng)的VLAN。動態(tài)VLAN最大的優(yōu)點是：網(wǎng)絡(luò)管理員只需維護管理相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，而不用關(guān)心用戶使用哪一個端口，當用戶物理位置移動時（例如從一個交換機換到另一個交換機），VLAN不用重新配置，所以可以認為這種根據(jù)MAC地址的劃分方法是基于用戶的VLAN。動態(tài)VLAN的缺點是：在初始化時，必須對所有的用戶進行配置，如果有幾百個甚至上千個用戶的話，這個配置的工作量是非常大的。而且這種劃分的方法也導(dǎo)致了交換機執(zhí)行效率的降低，因為在每一個交換機的端口都可能存在很多個VLAN組的成員，這樣就無法限制廣播包。另外，對于使用筆記本電腦的用戶來說，他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換，這樣，VLAN就必須不停地進行配置。2）基于MAC地址的VLAN5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)層的VLAN根據(jù)終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層地址或者上層運行的協(xié)議來劃分網(wǎng)絡(luò)。在該方式下，交換機雖然會查看每個數(shù)據(jù)包的IP地址或協(xié)議，并根據(jù)IP地址或協(xié)議決定該數(shù)據(jù)包屬于哪個VLAN，然后進行轉(zhuǎn)發(fā)，但并不進行路由，只進行二層轉(zhuǎn)發(fā)?；诰W(wǎng)絡(luò)層的VLAN會耗費交換機的資源和時間，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的通信速度下降。3）基于網(wǎng)絡(luò)層的VLAN基于IP組播的VLAN將VLAN擴大到了廣域網(wǎng)，它認為一個組播網(wǎng)就是一個VLAN。這種方法靈活性強，而且容易通過路由器進行擴展，缺點是效率較低，不適合局域網(wǎng)。4）基于IP組播的VLAN基于策略的VLAN包含多種實現(xiàn)VLAN的方式，如基于交換機端口、基于MAC地址、基于IP地址等，網(wǎng)絡(luò)管理人員可以根據(jù)實際管理需要選擇其中的一種方式。5）基于策略的VLAN5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)5.5.3VLAN間的通信在實際應(yīng)用中，只在一臺交換機上實現(xiàn)VLAN是遠遠不夠的，通常需要跨越多臺交換機劃分VLAN。例如，想要構(gòu)建一個小型管理網(wǎng)絡(luò)，將分布在各個部門的部門主管計算機劃分到同一VLAN中，就需要跨多臺交換機配置VLAN，如圖5-14所示。圖5-14跨交換機劃分VLAN5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)當屬于同一VLAN的成員分布在不同交換機的端口上時，需要進行一定的配置才能實現(xiàn)彼此間的通信。IEEE組織于1999年頒布了IEEE802.1Q協(xié)議草案，定義了跨交換機實現(xiàn)VLAN內(nèi)部成員間的通信方法：讓交換機之間的互聯(lián)鏈路匯集到一條鏈路上，該鏈路允許各個VLAN的數(shù)據(jù)通過，如圖5-15所示。這條鏈路稱為交換機的主干鏈路或中繼鏈路。圖5-15跨交換機VLAN內(nèi)部成員間的通信方法5.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)IEEE802.1Q協(xié)議標準的核心是在交換機上定義了兩種類型的端口：Access訪問端口和Trunk干道端口。Access端口一般用于接入計算機等終端設(shè)備，只屬于一個VLAN；Trunk干道端口一般用于交換機之間的連接，屬于多個VLAN，可以傳輸所有VLAN之間的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)跨交換機上同一VLAN成員間的通信。這種方法不僅解決了跨交換機的VLAN成員間的通信問題，也避免了對交換機端口的額外占用。此外，IEEE802.1Q協(xié)議標準還提高了網(wǎng)絡(luò)段間的安全性。5.6無線局域網(wǎng)技術(shù)無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是一種以空氣（或真空）為傳輸介質(zhì)，以電磁波為載體的局域網(wǎng)，是有線局域網(wǎng)的一種延伸，能快速方便地解決有線方式不容易實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)連通問題。5.6.1無線局域網(wǎng)標準WLAN使用的協(xié)議標準是IEEE802.11系列標準，它定義了WLAN所使用的無線頻段及調(diào)制方式。下面介紹其中幾種主要的標準。IEEE802.11標準于1997年6月公布，是第一代無線局域網(wǎng)標準。它工作在2.4GHz開放頻段，支持1Mbps和2Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。1）IEEE802.115.6無線局域網(wǎng)技術(shù)IEEE802.11a擴充了標準的物理層，工作在5GHz頻段，其數(shù)據(jù)傳輸速率高達54Mbps，傳輸距離為10m～100m。2）IEEE802.11a1999年9月通過的IEEE802.11b工作在2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率可以為11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps或更低，可以根據(jù)噪音狀況自動調(diào)整速率。3）IEEE802.11b為了解決IEEE802.11a與802.11b的產(chǎn)品因為頻段與物理層調(diào)制方式不同而無法兼容的問題，IEEE又在2001年11月批準了新的802.11g標準。802.11g既適應(yīng)傳統(tǒng)的802.11b標準，在2.4GHz頻率下提供每秒11Mbps的傳輸速率；也符合802.11a標準，在5GHz頻率下提供54Mbps的傳輸速率。IEEE802.11g標準已普遍應(yīng)用。4）IEEE802.11g5.6無線局域網(wǎng)技術(shù)IEEE802.11n采用MIMO（多入多出，多重天線進行同步傳送）與OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)，提高了無線傳輸質(zhì)量，也使傳輸速率得到極大提升。802.11n可以將WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps，提高到理論速率，最高可達600Mbps。802.11n還具有覆蓋范圍廣，兼容性好，可工作在2.4GHz和5GHz兩個頻段，支持向前后兼容，并可以實現(xiàn)WLAN與無線廣域網(wǎng)的結(jié)合等特點。5）IEEE802.11m5.6無線局域網(wǎng)技術(shù)5.6.2無線局域網(wǎng)的產(chǎn)品和組件無線網(wǎng)卡是無線信號的接收設(shè)備，是無線網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分。常見的無線網(wǎng)卡有PCMCIA無線網(wǎng)卡、PCI接口無線網(wǎng)卡和USB接口無線網(wǎng)卡3類產(chǎn)品。PCMCIA無線網(wǎng)卡：僅適用于筆記本電腦，支持熱插拔，如圖5-16所示。無線網(wǎng)卡1圖5-16PCMCIA無線網(wǎng)卡5.6無線局域網(wǎng)技術(shù)PCI接口無線網(wǎng)卡：適用于具有PCI接口的臺式電腦，如圖5-17所示。圖5-17PCI接口無線網(wǎng)卡USB接口無線網(wǎng)卡：適用于筆記本電腦和臺式電腦，支持熱插拔，如圖5-18所示。圖5-18USB接口無線網(wǎng)卡5.6無線局域網(wǎng)技術(shù)無線接入點2無線接入點（AccessPoint，AP）（見圖5-19）是有線局域網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)絡(luò)的橋梁，用于IEEE802.11系列無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)或接入有線局域網(wǎng)。AP主要分為普通路由AP和帶路由AP兩種。普通AP僅提供一個無線信號發(fā)射的功能；路由AP除了發(fā)射無線信號，還可以實現(xiàn)為ADSL等寬帶上網(wǎng)方式提供自動撥號功能。圖5-19LinksysWPSM54G無線AP5.6無線局域網(wǎng)技術(shù)無線路由器3常見的無線路由器（見圖5-20）包含了一個廣域網(wǎng)（WAM）端口，可以用于ASDL接入、有線或無線網(wǎng)絡(luò)連接等，允許企業(yè)、辦公室或家庭中多臺PC共享1條ADSL線路