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1、计算机网络计算机网络ComputerNetworks第四章第四章 局域网局域网本本章章对对共共享享介介质质局局域域网网、交交换换与与高高速速局局域域网网的的工工作作原原理理与与组组网网方方法法，以以及及虚虚拟拟局局域域网网、无无线线局局域域网网的的工工作作原原理理进进行系统的讨论。行系统的讨论。内容概要内容概要内容纲要内容纲要n n以太网以太网n n高速以太网高速以太网n n虚拟局域网虚拟局域网n n无线局域网无线局域网内容纲要内容纲要n n以太网以太网n n高速以太网高速以太网n n虚拟局域网虚拟局域网n n无线局域网无线局域网以太网以太网1、局域网概述、局域网概述（4.1节）节）2、传统以
2、太网、传统以太网（4.2节）节）3、以太网的、以太网的MAC层层（4.3节）节）4、扩展的局域网、扩展的局域网（4.4节）节）1、局域网概述、局域网概述n局局域域网网(LocalAreaNetwork,简简称称LAN)是是计计算算机机网网络络的的一一种种。局局域域网网是是在在一一个个较较小小的的范范围围(一一个个办办公公室室、一一幢幢楼楼、一一家家工工厂厂等等)，利利用用通通信信线线路路将将众众多多计计算算机机(一一般般为为微微机机)及及外外围围设设备备连连接接起起来来，达达到到数数据据通信和资源共享的目的。通信和资源共享的目的。局域网的概念局域网的概念以太网以太网1、局域网概述、局域网概述n
3、局域网最主要的特点是：局域网最主要的特点是：网络通常为一个网络通常为一个单位所拥有，地理范围几米到几公里。单位所拥有，地理范围几米到几公里。局局域网具有较高的数据率、较低的时延和较域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。小的误码率。n决定局域网特性的决定局域网特性的主要技术主要技术：设备互联的：设备互联的拓扑结构拓扑结构；用于传输数据的；用于传输数据的传输媒体传输媒体；由；由于信道共享而采用的媒体接入于信道共享而采用的媒体接入控制方法控制方法。局域网的特点局域网的特点以太网以太网n n局域网具有如下的一些主要优点：局域网具有如下的一些主要优点：能能方方便便地地共共享享昂昂贵贵的的外外部
4、部设设备备、主主机机以以及及软软件、数据。从一个站点可访问全网。件、数据。从一个站点可访问全网。便便于于系系统统的的扩扩展展和和逐逐渐渐地地演演变变，各各设设备备的的位位置可灵活调整和改变。置可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。响应速度较快。响应速度较快。局域网的优点局域网的优点以太网以太网局域网的拓扑局域网的拓扑以太网以太网集线器集线器(a)星型网星型网*(b)环型网环型网(c)总线网总线网(d)树型网树型网干线耦合器干线耦合器匹配电阻匹配电阻局域网的拓扑星型拓扑局域网的拓扑星型拓扑以太网以太网n n星型拓扑基本特性：星型拓扑基本特性：n
5、每每一一个个站站点点通通过过点点-点点链链路路连连至至中中心心结结点点，所所有有的的通通信信都都由由中中心心结结点点控控制制，一一般般采采用用线线路路交交换换。中中心心结结点点也也可可以以有有数数据据处处理理能能力力并并提提供供共共享资源。享资源。n近近年年来来由由于于集集线线器器(hub)的的出出现现和和双双绞绞线线大大量量用用于于局局域域网网中中,星星形形网网以以及及多多级级结结构构的的星星形形网网获得了非常广泛的应用。获得了非常广泛的应用。局域网的拓扑星型拓扑局域网的拓扑星型拓扑以太网以太网n n星型拓扑优点：星型拓扑优点：（1）建网容易，配置方便；）建网容易，配置方便；（2）每个连接故
6、障容易排除，不影响全网；）每个连接故障容易排除，不影响全网；（3）控制协议相对简单。）控制协议相对简单。n n星型拓扑缺点：星型拓扑缺点：（1）在同样覆盖面积内；所用电缆量较大；）在同样覆盖面积内；所用电缆量较大；（2）扩展不方便，需要预留或增设电缆；）扩展不方便，需要预留或增设电缆；（3）对中心结点要求非常高，一旦中心结点产生故）对中心结点要求非常高，一旦中心结点产生故障障,全网将不能工作。全网将不能工作。局域网的拓扑环型拓扑局域网的拓扑环型拓扑以太网以太网n n环型拓扑基本特性：环型拓扑基本特性：n由由一一些些中中继继器器通通过过点点到到点点链链路路连连成成的的一一个个闭闭合合环环。入入网
7、网设设备备连连到到中中继继器器上上。中中继继器器是是较较简简单单的的设设备备，无无存存储储转转发发功功能能。它它从从一一条条链链路路上上接接收收数数据据,以以相相同同速速率率在在另另一一条条链链路路上上输输出出。数数据在环上是据在环上是单向传输单向传输的。的。n由由于于所所有有站站点点共共享享一一个个环环，因因此此要要对对站站点点对对环环的的访访问问进进行行控控制制。控控制制采采用用分分布布的的办办法法，即即每每个站都有控制发送和接收的访问逻辑。个站都有控制发送和接收的访问逻辑。局域网的拓扑环型拓扑局域网的拓扑环型拓扑以太网以太网n n环型拓扑优点：环型拓扑优点：（1）电线长度较短，与总线拓扑
8、类似；）电线长度较短，与总线拓扑类似；（2）适于采用光缆连接，从而提高数据速率。）适于采用光缆连接，从而提高数据速率。n n环型拓扑缺点：环型拓扑缺点：（1）某段链路或某个中继器有故障会使全网某段链路或某个中继器有故障会使全网不能工作；不能工作；（2）站点离网、入网都较困难。）站点离网、入网都较困难。局域网的拓扑总线型拓扑局域网的拓扑总线型拓扑以太网以太网n n总线型拓扑基本特性：总线型拓扑基本特性：n将将所所有有站站点点通通过过硬硬件件接接口口连连接接到到单单根根传传输输介介质质共共享享总总线线上上。在在IEEE802标标准准中中IEEE802.3(即即以以太太网网)和和IEEE802.4(
9、令令牌总线牌总线)都是总线拓扑。都是总线拓扑。局域网的拓扑总线型拓扑局域网的拓扑总线型拓扑以太网以太网n n总线型拓扑优点：总线型拓扑优点：（1）与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；）与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；（2）结构简单，可靠性高；）结构简单，可靠性高；（3）扩充较容易扩充较容易(如增加站点、延长电缆等如增加站点、延长电缆等)。n n总线型拓扑缺点：总线型拓扑缺点：（1）故障检测不很容易，如总线有故障需分段）故障检测不很容易，如总线有故障需分段查找，如站点有故障需一个一个查；查找，如站点有故障需一个一个查；（2）站点需要提供访问控制功能。）站点需要提供访问控制功能。n双双绞绞线线：价
10、价格格便便宜宜、安安装装方方便便，在在局局域域网网中中使使用最多。但抗干扰能力较差，传输距离较短。用最多。但抗干扰能力较差，传输距离较短。n同同轴轴电电缆缆：分分为为粗粗缆缆和和细细缆缆，有有较较高高的的数数据据传传输率，抗干扰能力较好，传输距离较远。输率，抗干扰能力较好，传输距离较远。n光光纤纤：损损耗耗低低、抗抗干干扰扰能能力力强强，传传输输率率高高，传传输距离远。但价格贵，技术复杂。输距离远。但价格贵，技术复杂。n无无线线传传输输：采采用用无无线线电电波波、红红外外线线、微微波波等等作作为媒体。设备价格昂贵，技术复杂。为媒体。设备价格昂贵，技术复杂。局域网的传输媒体局域网的传输媒体以太网
11、以太网n静静态态划划分分信信道道：如如频频分分复复用用、时时分分复复用用、波波分分复复用用、码码分分复复用用等等。但但这这种种划划分分信信道道的的方方法法代代价较高，不适合于局域网。价较高，不适合于局域网。n动动态态媒媒体体接接入入控控制制：又又称称为为多多点点接接入入，其其特特点点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。是信道并非在用户通信时固定分配给用户。随机接入：所有的用户可随机地发送信息。随机接入：所有的用户可随机地发送信息。随机接入：所有的用户可随机地发送信息。随机接入：所有的用户可随机地发送信息。受控接入：如多点线路探询受控接入：如多点线路探询受控接入：如多点线路探询受控接入：如多点
12、线路探询(polling)(polling)，或轮询。，或轮询。，或轮询。，或轮询。局域网的媒体共享技术局域网的媒体共享技术以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n nDIXEthernetV2是是世世界界上上第第一一个个局局域域网网产产品品（以太网）的规约（以太网）的规约n nIEEE的的802.3标准标准n nDIXEthernetV2标标准准与与IEEE的的802.3标标准准只只有有很很小小的的差差别别，因因此此可可以以将将802.3局局域域网网简简称称为为“以太网以太网”n n严严格格说说来来，“以以太太网网”应应当当是是指指符符合合 DIXEthernetV2标准的局域网标准的局域网
13、以太网的工作原理以太网的工作原理两个标准两个标准以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n n为为了了使使数数据据链链路路层层能能更更好好地地适适应应多多种种局局域域网网标标准准，802委委员员会会就就将将局局域域网网的的数数据据链链路路层层拆拆成成两个子层：两个子层：逻逻逻逻辑辑辑辑链链链链路路路路控控控控制制制制 LLCLLC 子子子子层层层层：连连接接管管理理(建建立立和和释释放放连连接接)、与与高高层层的的接接口口、帧帧的的可可靠靠、按按序序传传输输及及流流量量控制。控制。媒媒媒媒体体体体接接接接入入入入控控控控制制制制 MACMAC子子子子层层层层：帧帧的的封封装装和和拆拆封封、物物理
14、理介质传输差错的检测、寻址，介质访问控制协议。介质传输差错的检测、寻址，介质访问控制协议。以太网的工作原理以太网的工作原理两个标准两个标准以太网以太网2、传统以太网、传统以太网以太网的工作原理以太网的工作原理两个标准两个标准以太网以太网局局 域域 网网网络层网络层物理层物理层站点站点 1网络层网络层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制媒体接入控制MACMAC数据数据链路层链路层站点站点 2LLC LLC 子层看不见子层看不见子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网下面的局域网下面的局域网2、传统以太网、传统以太网n n网网络络接接口口板板又又称称为为通通信信适适配配
15、器器(adapter)或或网网络络接接口口卡卡 NIC(Network InterfaceCard)，或，或“网卡网卡”。n n网卡的重要功能：网卡的重要功能：进行串行进行串行/并行转换。并行转换。对数据进行缓存。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。实现以太网协议。实现以太网协议。以太网的工作原理以太网的工作原理网卡的作用网卡的作用以太网以太网2、传统以太网、传统以太网以太网的工作原理以太网的工作原理网卡的作用网卡的作用以太网以太网CPU高高速速缓缓存存存储器存储器I/O 总线总线计算机计算机至局域网至局域网网络接口卡网络接口卡（网卡）（网卡
16、）串行通信串行通信并行通信并行通信2、传统以太网、传统以太网n n数数据据的的封封装装与与解解封封发发送送时时将将上上一一层层交交下下来来的的数数据据加加上上首首部部和和尾尾部部，成成为为以以太太网网的的帧帧。接接收收时时将将以以太太网网的的帧帧剥剥去去首首部部和和尾尾部部，然后送交上一层。然后送交上一层。n n链路管理链路管理主要是主要是CSMA/CD协议实现。协议实现。以太网的工作原理以太网的工作原理网卡的作用网卡的作用以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n n最初的以太网是将许多计算机都连接到一根最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又总线上。当初认
17、为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。可靠，因为总线上没有有源器件。以太网的工作原理以太网的工作原理CSMA/CD以太网以太网B向向 D发送数据发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻匹配电阻不接受不接受不接受不接受不接受不接受接受接受B只有只有 D 接受接受B 发送的数据发送的数据2、传统以太网、传统以太网n n为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施:n n采用较为灵活的采用较为灵活的无连接无连接的工作方式，即不必先的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。建立连接
18、就可以直接发送数据。n n以太网对发送的以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认对方发回确认。n n以太网提供的服务是不可靠的交付以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大，即尽最大努力的交付。努力的交付。以太网的工作原理以太网的工作原理CSMA/CD以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n n载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测CSMA/CDn n“多多点点接接入入”表表示示许许多多计计算算机机以以多多点点接接入入的方式连接在一根总线上。的方式连接在一根总线上。n n“载载波波监监听听”是是指指每每一一个个站站在在发发送送数数据据之之前前先先
19、要要检检测测一一下下总总线线上上是是否否有有其其他他计计算算机机在在发发送送数数据据，如如果果有有，则则暂暂时时不不要要发发送送数数据，以免发生碰撞。据，以免发生碰撞。以太网的工作原理以太网的工作原理CSMA/CD以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n n“碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，由信号电压摆测信道上的信号电压大小，由信号电压摆动值的大小来判断是否发生了碰撞。正常动值的大小来判断是否发生了碰撞。正常发送时，计算机发送的数据都是使用发送时，计算机发送的数据都是使用曼彻曼彻斯特编码斯特编码的信号；发生碰撞时，信号会产的信号；发生碰
20、撞时，信号会产生严重的失真。一旦发生碰撞，就立即停生严重的失真。一旦发生碰撞，就立即停止发送。止发送。以太网的工作原理以太网的工作原理CSMA/CD以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n n当当某某个个站站监监听听到到总总线线是是空空闲闲时时，也也可可能能总总线线并并非非真正是空闲的。真正是空闲的。n nA向向B发发出出的的信信息息，要要经经过过一一定定的的时时间间后后才才能能传传送到送到B。n nB若若在在A发发送送的的信信息息到到达达B之之前前发发送送自自己己的的帧帧(因因为为这这时时B的的载载波波监监听听检检测测不不到到A所所发发送送的的信信息息)，必然要在某个时间和，必然要在某个时间
21、和A发送的帧发生碰撞。发送的帧发生碰撞。n n碰撞的结果是两个帧都变得无用。碰撞的结果是两个帧都变得无用。以太网的工作原理以太网的工作原理CSMA/CD以太网以太网1 kmAB碰撞碰撞B 检测到信道空闲检测到信道空闲发送数据发送数据发生碰撞发生碰撞A 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 B 发送数据发送数据B 检测到发生碰撞检测到发生碰撞ABABAB t=0 A 检测到检测到信道空闲信道空闲发送数据发送数据ABB 检测到发生碰撞检测到发生碰撞停止发送停止发送STOPA 检测到检测到发生碰撞发生碰撞STOPABA和和B发送数据均失发送数据均失败，它们都要推迟一败，它们都要推迟一段时间后再重新发送段时间
22、后再重新发送2、传统以太网、传统以太网n n使使用用CSMA/CD协协议议的的以以太太网网不不能能进进行行全双工通信而只能进行双向交替通信。全双工通信而只能进行双向交替通信。n n每每个个站站在在发发送送数数据据之之后后的的一一小小段段时时间间内内，存在着遭遇碰撞的可能性。存在着遭遇碰撞的可能性。n n这这种种发发送送的的不不确确定定性性使使整整个个以以太太网网的的平平均均通信量远小于以太网的最高数据率。通信量远小于以太网的最高数据率。以太网的工作原理以太网的工作原理CSMA/CD以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n n传统以太网有四种不同的物理层：传统以太网有四种不同的物理层：传统以太网
23、的连接方法传统以太网的连接方法以太网以太网10BASE5粗缆粗缆10BASE2细缆细缆10BASE-T双绞线双绞线10BASE-F光缆光缆以太网媒体接入控制以太网媒体接入控制 MAC2、传统以太网、传统以太网传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法以太网以太网主机箱主机箱主机箱主机箱主机箱主机箱双绞线双绞线集线器集线器BNC T 型接头型接头收发器电缆收发器电缆网卡网卡插入式插入式分接头分接头MAUMDI保护外层保护外层外导体屏蔽层外导体屏蔽层内导体内导体收发器收发器DB-15连接器连接器BNC 连接器连接器插口插口RJ-45插头插头AUI电缆电缆10Base2以太网和以太网和BNC接接口口1
24、0Base2以太网以太网RJ45接口和双绞线接口和双绞线2、传统以太网、传统以太网以太网以太网250 m750 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m网段网段 1转发器转发器网段网段 2网段网段 3转发器转发器转发器转发器转发器转发器转发器扩展转发器扩展以太网最大以太网最大作用距离作用距离2、传统以太网、传统以太网n n不用电缆而使用不用电缆而使用无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线。每个站需。每个站需要用要用两对两对双绞线，分别用于发送和接收。双绞线，分别用于发送和接收。n n在星形网的中心则增加了一种可靠性非常在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做高的设备，叫做集线器集线
25、器(hub)。n n集线器使用了大规模集成电路芯片，因此集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法10BASE-T以太网以太网【问题问题】当局域网刚刚问世时，当局域网刚刚问世时，总线形总线形的以太网被认为可靠性比星形结构的的以太网被认为可靠性比星形结构的网络好。但现在以太网又回到了网络好。但现在以太网又回到了星形星形结构结构，使用集线器作为交换结点。那，使用集线器作为交换结点。那么以前的看法是否有些不正确？么以前的看法是否有些不正确？n n最初大家认为星形结构的网络的可靠性较差。最初大家认
26、为星形结构的网络的可靠性较差。那时大规模集成电路刚刚起步，集成度还不那时大规模集成电路刚刚起步，集成度还不高，因此若要制作出非常可靠的星形结构的高，因此若要制作出非常可靠的星形结构的网络交换机，则其费用将是很高的。网络交换机，则其费用将是很高的。n n然而随着以太网上站点数目的增多，总线型然而随着以太网上站点数目的增多，总线型接头数目增多可靠性下降。大规模集成电路接头数目增多可靠性下降。大规模集成电路以及专用芯片的发展使得星形结构的集中式以及专用芯片的发展使得星形结构的集中式网络可以做得既便宜又可靠。星形结构的集网络可以做得既便宜又可靠。星形结构的集中式网络终于又成为以太网的首选拓扑。中式网络
27、终于又成为以太网的首选拓扑。2、传统以太网、传统以太网 局域网的拓扑结构变化局域网的拓扑结构变化以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n n10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过的距离不超过100m。n n这种这种10Mb/s速率的无屏蔽双绞线速率的无屏蔽双绞线星形网星形网的出的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。现，既降低了成本，又提高了可靠性。n n10BASE-T双绞线以太网的出现，是局域网发双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础在
28、局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法10BASE-T以太网以太网2、传统以太网、传统以太网n n使用集线器的以太网在使用集线器的以太网在物理上物理上是一个是一个星型星型网网；在；在逻辑上逻辑上仍是一个仍是一个总线网总线网，各工作站，各工作站使用的还是使用的还是CSMA/CD 协议，并共享逻协议，并共享逻辑上的总线。辑上的总线。n n集线器很像一个多端口的转发器集线器很像一个多端口的转发器n n集线器工作在物理层集线器工作在物理层。n n集线器芯片实现自适应串音回波抵消。集线器芯片实现自适应串音回波抵消。传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法10BASE
29、-T以太网以太网2、传统以太网、传统以太网传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法10BASE-T以太网以太网集集线线器器网卡网卡工作站工作站网卡网卡工作站工作站网卡网卡工作站工作站双绞线双绞线3、以太网的、以太网的MAC层层n n在在局局域域网网中中，硬硬件件地地址址又又称称为为物物理理地地址址，或或MAC地址地址。n n但但鉴鉴于于大大家家都都早早已已习习惯惯了了将将这这种种48bit的的“名名字字”称称为为“地地址址”，所所以以本本课课件件也也采采用用这这种种习习惯惯用用法法，尽尽管管这这种种说说法法并并不不太太严严格格。MAC层的硬件地址层的硬件地址以太网以太网路由器由于同时连接路由器
30、由于同时连接到两个网络上，因此到两个网络上，因此它有两块网卡和两个它有两块网卡和两个硬件地址。硬件地址。3、以太网的、以太网的MAC层层网卡上的硬件地址网卡上的硬件地址以太网以太网路由器路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6十六进制表示的十六进制表示的EUI-48地址：地址：AC-DE-48-00-00-80第第1字节字节第第6字节字节3、以太网的、以太网的MAC层层n n网卡从网络上每收到一个网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先帧就首先用硬件检查用硬件检查
31、MAC帧中的帧中的MAC地址地址.如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。n n“发往本站的帧发往本站的帧”包括以下三种帧：包括以下三种帧：单播单播单播单播(unicastunicast)帧（一对一）帧（一对一）帧（一对一）帧（一对一）广播广播广播广播(broadcast)(broadcast)帧（一对全体）帧
32、（一对全体）帧（一对全体）帧（一对全体）多播多播多播多播(multicast)(multicast)帧（一对多）帧（一对多）帧（一对多）帧（一对多）网卡检查网卡检查MAC地址地址以太网以太网3、以太网的、以太网的MAC层层n n常用的以太网常用的以太网MAC帧格式有两种标准帧格式有两种标准：DIXEthernetV2标准标准IEEE的的802.3标准标准n n最常用的最常用的MAC帧是帧是以太网以太网V2的格式的格式。两种不同的两种不同的MAC 帧格式帧格式以太网以太网在许多情况下，一个单位可能拥有多在许多情况下，一个单位可能拥有多个局域网。因而需要实现局域网之间的通个局域网。因而需要实现局域
33、网之间的通信。本节要讨论的是在信。本节要讨论的是在物理层物理层或者或者数据链数据链路层路层将将局域网进行扩展局域网进行扩展。这种扩展的局域。这种扩展的局域网在网络层看来仍然是一个网络。网在网络层看来仍然是一个网络。以太网以太网4、扩展的局域网、扩展的局域网4、扩展的局域网、扩展的局域网在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网用多个集线器可连成更大的局域网用多个集线器可连成更大的局域网以太网以太网集线器集线器集线器集线器一系一系二系二系集线器集线器三系三系三个独立的碰撞域三个独立的碰撞域4、扩展的局域网、扩展的局域网在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网用多个集线器可连成更大的局域网用多个集线器可连成
34、更大的局域网以太网以太网一系一系二系二系三系三系集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器主干集线器主干集线器4、扩展的局域网、扩展的局域网在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网n n优点优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。行跨碰撞域的通信。行跨碰撞域的通信。行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。n n缺点缺点碰撞域增大碰撞域增大碰撞域增大
35、碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。了，但总的吞吐量并未提高。了，但总的吞吐量并未提高。了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。用集线器将它们互连起来。用集线器将它们互连起来。用集线器将它们互连起来。用集线器扩展局域网用集线器扩展局域网以太网以太网4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网n n在在数据链路层扩展局域网数据链路层扩展局域网是使用是使用网桥网桥。n n网网桥桥工工作
36、作在在数数据据链链路路层层，它它根根据据MAC帧帧的的目的地址目的地址对收到的帧进行转发。对收到的帧进行转发。n n网网桥桥具具有有过过滤滤帧帧的的功功能能。当当网网桥桥收收到到一一个个帧帧时时，并并不不是是向向所所有有的的端端口口转转发发此此帧帧，而而是是先先检检查查此此帧帧的的目目的的MAC地地址址，然然后后再再确定将该帧转发到哪一个端口。确定将该帧转发到哪一个端口。网桥网桥以太网以太网站表站表端口管理端口管理 软件软件网桥协议网桥协议 实体实体端口端口 1端口端口 2缓存缓存网段网段 B网段网段 A111222站地址站地址 端口端口网桥网桥网桥网桥网桥的内部结构网桥的内部结构以太网以太网
37、4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网n n过滤通信量。过滤通信量。n n扩大了物理范围。扩大了物理范围。n n提高了可靠性。提高了可靠性。n n可互连不同物理层、不同可互连不同物理层、不同MAC子层和不子层和不同速率（如同速率（如10Mb/s和和100Mb/s以太网）以太网）的局域网。的局域网。网桥带来的好处网桥带来的好处以太网以太网4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网n n存储转发增加了时延。存储转发增加了时延。n n在在MAC子层并没有流量控制功能。子层并没有流量控制功能。n n具有不同具有不同MAC子层的网段桥接
38、在一起时时延子层的网段桥接在一起时时延更大。更大。n n网桥只适合于用户数不太多网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个不超过几百个)和和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的的广播风暴广播风暴。网桥的缺点网桥的缺点以太网以太网4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网n n集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。n n网桥在转发帧之前必须执行网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法。算法。若在发送过
39、程中出现碰撞，就必须停止发送和进行若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。退避。退避。退避。在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。有网卡。有网卡。有网卡。n n由于网桥没有网卡，因此由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变网桥并不改变它转发它转发的的帧的源地址帧的源地址。网桥和集线器（或转发器）不同网桥和集线器（或转发器）不同以太网以太网4、扩展的局域网、扩展
40、的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网n n目前使用得最多的网桥是目前使用得最多的网桥是透明网桥透明网桥(transparentbridge)。n n“透明透明”是指局域网上的站点并不知道所是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。各站来说是看不见的。n n透明网桥是一种透明网桥是一种即插即用设备即插即用设备，其标准是，其标准是IEEE802.1D。透明网桥透明网桥以太网以太网4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网网桥在转发表中登记以下三个信息网桥在转发表中登记以下三
41、个信息以太网以太网n n站地址站地址：登记收到的帧的源：登记收到的帧的源MAC地址。地址。n n端口端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。：登记收到的帧进入该网桥的端口号。n n时间时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。：登记收到的帧进入该网桥的时间。4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网透明网桥转发表根据的原理透明网桥转发表根据的原理以太网以太网n n转发表中的转发表中的MAC地址是根据地址是根据源源MAC地地址写入址写入的，但在进行转发时是将此的，但在进行转发时是将此MAC地址当作目的地址。地址当作目的地址。n n原理：原理：如果网桥现在能够从端口如果网桥
42、现在能够从端口x收到从收到从源地址源地址A发来的帧，那么以后就可以从发来的帧，那么以后就可以从端口端口x将帧转发到目的地址将帧转发到目的地址A。4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网多端口网桥多端口网桥以太网交换机以太网交换机以太网以太网n n交交换换式式集集线线器器(switchinghub)，可可明明显显地地提提高高局域网的性能。局域网的性能。n n交交换换式式集集线线器器常常称称为为以以太太网网交交换换机机(switch)或或第第二二层层交交换换机机（表表明明此此交交换换机机工工作作在在数数据据链链路路层）。层）。n n以以太太网网交交换换机机通通常常
43、都都有有十十几几个个端端口口。因因此此，以以太太网网交交换换机机实实质质上上就就是是一一个个多多端端口口的的网网桥桥，可可见见交换机工作在数据链路层交换机工作在数据链路层。4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网以太网交换机的特点以太网交换机的特点以太网以太网n n以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。n n以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网以太网交换机独占传输媒体的带宽以太网交换机独占传输媒体的带宽以太网以太网n n对对于于普普通
44、通10Mb/s的的共共享享式式以以太太网网，若若共共有有N 个个用用户户，则则每每个个用用户户占占有有的的平平均均带带宽宽只只有有总总带带宽宽(10Mb/s)的的N 分之一分之一。n n使使用用以以太太网网交交换换机机时时，虽虽然然在在每每个个端端口口到到主主机机的的带带宽宽还还是是10Mb/s，由由于于一一个个用用户户在在通通信信时时是是独独占占而而不不是是和和其其他他网网络络用用户户共共享享传传输输媒媒体体的的带带宽宽，因因此此对对于于拥拥有有N 对对端端口口的的交交换换机机总总容容量量为为2N 10Mb/s。这正是交换机的最大优点。这正是交换机的最大优点。4、扩展的局域网、扩展的局域网在
45、数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网用以太网交换机扩展局域网用以太网交换机扩展局域网以太网以太网集线器集线器集线器集线器集线器集线器一系一系三系三系二系二系10BASE-T至因特网至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网万维网服务器服务器电子邮件电子邮件 服务器服务器以太网以太网交换机交换机路由器路由器4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网以太网交换机三种转发方式以太网交换机三种转发方式以太网以太网n存储转发方式存储转发方式n直通方式（直通方式（Cut-Through）n无碎片直通方式无碎片直通方式（Fragment-freeCu
46、t-Through）4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网以太网交换机三种转发方式以太网交换机三种转发方式以太网以太网n交交换换机机先先将将MAC帧帧全全部部读读入入到到内内部部缓缓冲冲区区，进进行行帧帧校校验验，一一旦旦有有错错，就就立立即即通通知知源站点重发。源站点重发。存储转发方式存储转发方式：4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网以太网交换机三种转发方式以太网交换机三种转发方式以太网以太网n交换机的传输延迟大（随帧的长度而变化）交换机的传输延迟大（随帧的长度而变化），缓存是有限的，当负荷增大时，会引起，缓存是有限的
47、，当负荷增大时，会引起阻塞现象。阻塞现象。存储转发方式存储转发方式：4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网以太网交换机三种转发方式以太网交换机三种转发方式以太网以太网直通方式直通方式（Cut-Through）n交交换换机机收收到到MAC帧帧时时，不不待待收收完完整整，就就按按帧帧头头的的DA来判别转发端口。转发速度快，延迟一致性好。来判别转发端口。转发速度快，延迟一致性好。n由由于于采采用用直直通通方方式式（Cut-Through），在在转转发发时时不不进进行行差差错错校校验验，当当某某些些帧帧已已有有错错仍仍然然加加以以转转发发，做做无无用用功功；且且 不
48、不 适适 宜宜 速速 率率 不不 同同 的的 两两 个个 端端 口口 间间 转转 发发，100Mbit/s网网段段的的信信息息直直通通转转发发到到10Mbit/s网网段段，必必产产生阻塞。生阻塞。4、扩展的局域网、扩展的局域网在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网以太网交换机三种转发方式以太网交换机三种转发方式以太网以太网无无 碎碎 片片 直直 通通 方方 式式(Fragment-freeCut-Through)n以太网最小帧的长度为64字节,无碎片直通方式针对这一特征，设置一个64字节的FIFO缓冲，相对可减少出错帧的转发率（凡小于64字节的帧均不转发）。无碎片直通方式较之直通方式提供
49、了较好的差错检验，而几乎没有增加延迟。内容纲要内容纲要n n以太网以太网n n高速以太网高速以太网n n虚拟局域网虚拟局域网n n无线局域网无线局域网高速以太网高速以太网1、100BASE-T以太网以太网2、吉比特以太网、吉比特以太网3、10吉比特以太网吉比特以太网1、100BASE-T以太网以太网n n速率达到或超过速率达到或超过100Mb/s的以太网称为的以太网称为高速以太网。高速以太网。n n100BASE-T以太网又称为以太网又称为快速以太网快速以太网(FastEthernet)。高速以太网高速以太网1、100BASE-T以太网以太网n n可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用
50、 CSMA/CD 协议。n n保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 m。高速以太网高速以太网100BASE-T以太网的特点以太网的特点2、吉比特以太网、吉比特以太网高速以太网高速以太网n n允许在允许在1Gb/s下全双工和半双工两种方式下全双工和半双工两种方式工作。工作。n n在半双工方式下使用在半双工方式下使用CSMA/CD协议协议(全双工方式不使用全双工方式不使用CSMA/CD协议）。协议）。吉比特以太网吉比特以太网802.3z考虑以下问题：考虑以下问题：2、吉比特以太网、吉比特以太网高速以太网高速以太网吉比特以太网配置举例吉比特以太网配置举例1 Gb/s 链路链路吉