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1、计算机网络计算机网络技术基础技术基础第第4 4章子章子 网划分及网划分及SwitchSwitch的应用的应用主编：周鸿旋2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础本章学习要点本章学习要点掌握网络层协议掌握网络层协议IP及及IP数据报头部格式数据报头部格式掌握掌握TCP/IP的地址、子网掩码和网关等概念的地址、子网掩码和网关等概念掌握子网划分技术和划分方法掌握子网划分技术和划分方法掌握掌握VLAN的概念，以及划分的概念，以及划分VLAN的方法的方法了解多层交换的概念了解多层交换的概念教学课时教学课时6课时课时2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.1 IP地址和物理
2、地址 TCP/IPTCP/IP体系结构如图所示：体系结构如图所示：2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.1 IP地址和物理地址v网际协议网际协议IPIP（Internet ProtocolInternet Protocol）不但为各个）不但为各个互联的网络提供统一的数据包格式，而且还提供互联的网络提供统一的数据包格式，而且还提供寻址、路由选择、数据的分段和重组功能，它能寻址、路由选择、数据的分段和重组功能，它能将数据包从一个网络转发到另一个网络。将数据包从一个网络转发到另一个网络。vIPIP协议以包的单位传输数据，协议以包的单位传输数据，IPIP数据包数据包Internet
3、Internet中称为中称为IPIP数据报。数据报。IPIP协议提供的是不可靠的面向协议提供的是不可靠的面向无连接的数据报服务，它不管传送的数据报正确无连接的数据报服务，它不管传送的数据报正确与否，都不进行检查、不回送确认，也没有流量与否，都不进行检查、不回送确认，也没有流量控制和差错控制功能。控制和差错控制功能。IPIP这种特性不是一种缺点，这种特性不是一种缺点，它提供了传输功能的主框架，用户可以根据需要它提供了传输功能的主框架，用户可以根据需要在传输层对给定的应用添加必要的功能。在传输层对给定的应用添加必要的功能。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.1 IP地址和物理
4、地址 IPIP数数据据报报是是一一个个可可变变长长度度的的包包（最最小小为为2020字字节节，最最大大6553665536字字节节）。它它由由头头部部和和数数据据两两部部分分组组成成，数据报格式数据报格式和和头部的构成头部的构成如图所示。如图所示。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.1 IP地址和物理地址 1.1.物理地址物理地址 物理地址指网卡物理地址指网卡(NIC)(NIC)地址，它也称为地址，它也称为MACMAC地址或地址或硬件地址。物理地址是由生产厂家通过编码烧制硬件地址。物理地址是由生产厂家通过编码烧制在网卡的硬件电路上，不管它位于什么地方，物在网卡的硬件电路上
5、，不管它位于什么地方，物理地址总是恒定不变的。网卡地址由理地址总是恒定不变的。网卡地址由4848位二进制位二进制数字组成（用数字组成（用1212位十六进制数表示），高位十六进制数表示），高2424位是位是由由IEEEIEEE分配的厂商地址，低分配的厂商地址，低2424位由生产厂商自己位由生产厂商自己管理的地址（序列号），每一个网卡的物理地址管理的地址（序列号），每一个网卡的物理地址在全球都是惟一的。在全球都是惟一的。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.1 IP地址和物理地址2.IP2.IP地址地址IPIP地地址址由由3232位位二二进进制制比比特特组组成成，每每8 8位位
6、为为一一段段，共共分分为为4 4段段，段段间间用用“.”“.”分分隔隔。为为了了易易于于阅阅读读，IPIP地地址址的的每每一一段段表表示示为为其其对对应应的的十十进进制制数数字字，称称为为“点点 分分 十十 进进 制制”表表 示示 形形 式式。例例 如如“211.70.248.3”“211.70.248.3”。IPIP地址由类型、网络号和主机号三个部分组成，地址由类型、网络号和主机号三个部分组成，如图如图(a)(a)所示。路由寻址时，首先根据地址的网所示。路由寻址时，首先根据地址的网络号到达网络，然后利用主机号到达主机。络号到达网络，然后利用主机号到达主机。IPIP地址分为地址分为A A类、类
7、、B B类、类、C C类、类、D D类和类和E E类共五类，如类共五类，如图所示。不同的类适用于不同规模的网络。图所示。不同的类适用于不同规模的网络。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.2 IP地址的分类和特殊的IP地址v4.2.1 IP4.2.1 IP地址的分类地址的分类2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.2 IP地址的分类和特殊的IP地址vIPIP地址的分类表地址的分类表网络号主机号地址类型举例用途全0全0本机地址0.0.0.0启动时使用任意全0网络号61.0.0.0标识一个网络任意全1直接广播地址129.21.255.255在特定网上广播全1全
8、1有限广播地址255.255.255.255在本网段上广播第一段为127任意回送地址127.0.0.1测试A类私有地址 10.0.0.1 10.255.255.254保留的内部地址 B类私有地址 172.16.0.1 172.31.255.254保留的内部地址 C类私有地址 192.164.0.1 到 192.164.255.254保留的内部地址 2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.2 IP地址的分类和特殊的IP地址4.24.2.3.3 IP地址的特点：v一、每个IP地址都由网络号和主机号组成，这样管理机构在分配IP地址的时候只需分配网络号，方便了IP地址的管理 v二、用
9、交换机连接起来的若干个局域网仍然是一个网络 v三、IP地址和主机的地理位置没有对应关系 v四、由于IP地址不仅包含了主机本身的地址信息，而且还包含了主机所在网络的地址信息2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.3子网掩码和IP寻址基础v4.3.1 4.3.1 子网掩码的概念子网掩码的概念1.1.子网掩码子网掩码 v子网掩码的作用子网掩码的作用 子网掩码能分出子网掩码能分出IPIP地址中哪些位是网络地址中哪些位是网络IDID，哪些位是主机哪些位是主机IDID。通过它和。通过它和IPIP地址进行按位地址进行按位“逻逻辑与（辑与（ANDAND）”运算，可以屏蔽掉运算，可以屏蔽掉IP
10、IP地址中的主地址中的主机部分，得到机部分，得到IPIP地址的网络地址的网络IDID。如果两台计算机。如果两台计算机网络网络IDID相同，则表示两台计算机属于同一网络。相同，则表示两台计算机属于同一网络。子网掩码的另一个作用是将一个网络子网掩码的另一个作用是将一个网络IDID再划再划分为若干个子网，以解决网络地址不够的问题。分为若干个子网，以解决网络地址不够的问题。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.3子网掩码和IP寻址基础v默认子网掩码默认子网掩码网络类别 子网掩码（二进制）子网掩码（十进制）A11111111.00000000.00000000.00000000 25
11、5.0.0.0 B11111111.11111111.00000000.00000000 255.255.0.0 C11111111.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0 2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.3子网掩码和IP寻址基础4.3.2 确定子网掩码的方法vA、确定哪些组地址归我们使用。vB、根据我们现在所需的子网数以及将来可能扩充到的子网数，用宿主机的一些位来定义子网掩码。vC、把对应初始网络的各个位都置为“1”，即前两个字节都置为“1”，第四个字节都置为“0”，则子网掩码的间断二进制形式为：“11111111.1111
12、1111.11110000.00000000”vD、把这个数转化为间断十进制形式为：“255.255.240.0”这个数为该网络的子网掩码。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.3子网掩码和IP寻址基础v4.3.3（可变长子网掩码)可变长子网掩码是为了解决在一个网络系统中使用多种层次的子网化IP地址的问题而发展起来的。这种策略只能在所用的路由协议都支持的情况才能使用，例如开放式最短路径优先路由选择协议(OSPF)和增强内部网关路由选择协议(EIGRP).RIP版本1由于出现早于VLSM而无法支持.RIP版本2则可以支持VLSM。VLSM允许一个组织在同一个网络地址空间中使用
13、多个子网掩码.利用VLSM可以使管理员”把子网继续划分为子网”，使寻址效率达到最高。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.3子网掩码和IP寻址基础VLSM的特征：v更有效地使用IP地址如果不使用VLSM,各公司就必须在整个A、B、C、类网络中使用一个单一的子网掩码。v使用路由汇总的能力更强VLSM通话地址规划中有更多的等级水平，也可以在路由选择中使用汇总更有效地进行路由选择。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.3子网掩码和IP寻址基础4.3.4 IP寻址 每个 TCP/IP 主机都由逻辑 IP 地址标识。这个地址对每个使用 TCP/IP 通讯的主机而言
14、是唯一的。每个 32 位 IP 地址都标识网络上主机系统的位置，就象街道地址标识城市街道上的住宅一样。每个 IP 地址内部也分为两个部分：网络号和主机号。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分v4.4.1 进行子网划分的原因类别类别第一字第一字节节范范围围网网络络地址地址长长度度最大网最大网络络数数最大的主机数目最大的主机数目适用的网适用的网络规络规模模A1 11261268bit12616777214大型网大型网络络B128 819119116bit1638465534中型网中型网络络C192 222322324bit2097152254小型网小型网络络表
15、4-2 A、B、C三类IP地址的适用范围 由于经过网络号和主机号的层次划分，它们能适应于不同由于经过网络号和主机号的层次划分，它们能适应于不同的网络。但是如果网段内的主机数目不多，可以用主机的一些的网络。但是如果网段内的主机数目不多，可以用主机的一些地址把网段划分为更小的单元即可，子网划分给管理员提供了地址把网段划分为更小的单元即可，子网划分给管理员提供了更大的灵活性。更大的灵活性。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分 l可以连接不同的网络可以连接不同的网络 l重新组合网络的通信量重新组合网络的通信量 l减轻网络地址数不够的负担减轻网络地址数不够的负担 l更
16、有效地使用网络地址更有效地使用网络地址2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分3.3.划分子网后的子网掩码划分子网后的子网掩码v划分子网后的子网掩码会有改变，它是将对应位划分子网后的子网掩码会有改变，它是将对应位子网号的部分全变为子网号的部分全变为“1”“1”后作为新的子网掩码。后作为新的子网掩码。例如，对于例如，对于B B类地址，如果取主机号的前三位作类地址，如果取主机号的前三位作为子网号，则相应的子网掩码变化如下：为子网号，则相应的子网掩码变化如下：划分前：划分前：11111111.11111111.00000000.0000000011111111.111
17、11111.00000000.00000000，划分后：划分后：，十进制为十进制为2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分4.4.2 子网划分的方法：v划分子网的方法是将划分子网的方法是将IPIP地址的主机号部分进一步地址的主机号部分进一步划分成子网部分和主机部分。具体做法是从标准划分成子网部分和主机部分。具体做法是从标准IPIP地址的主机号部分地址的主机号部分“借借”若干位，并把它们指若干位，并把它们指定为子网号。于是两级地址结构在本单位内部变定为子网号。于是两级地址结构在本单位内部变成了三级结构：网络号，子网号和主机号。成了三级结构：网络号，子网号和主机号。
18、如图如图4-14-1所示。所示。图4-1 IP地址的三级结构 2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分子网划分可以从子网划分可以从IPIP地址的主机号前面部分地址的主机号前面部分“借借”位，位，并把它们指定为子网号。子网划分的步骤：并把它们指定为子网号。子网划分的步骤：1.1.确定子网的数目确定子网的数目2.2.根根据据子子网网数数目目确确定定取取子子网网号号位位数数。如如取取3 3位位，可可以以有有2 23 3 8 8种组合。注意：种组合。注意：v子网号必须是子网号必须是2 2位以上，主机号部分不能少于两位。位以上，主机号部分不能少于两位。v子网号不能为全子网
19、号不能为全0 0（但有些路由器支持（但有些路由器支持“0”“0”子网实现）子网实现）v子网号不能为全子网号不能为全“1”“1”v子网数的计算公式如下：子网数的计算公式如下：2 2 n n 2 2（n2n2，n n是子网号是子网号位数）位数）2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分2.2.确定每个子网支持的最大主机数确定每个子网支持的最大主机数v每个子网支持的最大主机数用主机号的剩余部分每个子网支持的最大主机数用主机号的剩余部分计算而得。公式为：计算而得。公式为：v2 2n n 2 2v其中，其中，n n是剩余的主机号位数。减去是剩余的主机号位数。减去2 2的原因
20、是主的原因是主机号全机号全“0”“0”和全和全“1”“1”都不能作为主机号。主机都不能作为主机号。主机号全号全“0”“0”代表网络号加子网号，主机号全代表网络号加子网号，主机号全“1”“1”代表这个子网的广播地址。代表这个子网的广播地址。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分3.3.划分子网后的子网掩码划分子网后的子网掩码v划分子网后的子网掩码会有改变，它是将对应位划分子网后的子网掩码会有改变，它是将对应位子网号的部分全变为子网号的部分全变为“1”“1”后作为新的子网掩码。后作为新的子网掩码。例如，对于例如，对于B B类地址，如果取主机号的前三位作类地址，如果
21、取主机号的前三位作为子网号，则相应的子网掩码变化如下：为子网号，则相应的子网掩码变化如下：v划分前：划分前：11111111.11111111.00000000.0000000011111111.11111111.00000000.00000000，v划分后：划分后：，十进制为十进制为2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分4.4.为每个子网确定地址段为每个子网确定地址段v确定好子网号的位数后，需要计算出每个子网的确定好子网号的位数后，需要计算出每个子网的起始地址、结束地址、子网的网络起始地址、结束地址、子网的网络IDID及子网的广及子网的广播地址。播地址。v【
22、例【例4.14.1】设有一个设有一个C C类类IPIP地址，其网络号为地址，其网络号为211.70.248.0211.70.248.0，现需要将它划分为，现需要将它划分为5 5个子网，每个子网，每个子网的主机数不超过个子网的主机数不超过3030个，并假设路由协议支个，并假设路由协议支持同时发布网络地址及子网掩码。请计算出每个持同时发布网络地址及子网掩码。请计算出每个子网的网络地址、起始地址、结束地址和子网的子网的网络地址、起始地址、结束地址和子网的广播地址，并计算出划分子网后的子网掩码。广播地址，并计算出划分子网后的子网掩码。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的
23、划分 解解：根根据据题题意意，划划分分5 5个个子子网网，可可以以从从主主机机号号中中取取前前3 3位位（2 23 32 26 6）作作为为子子网网号号。又又因因为为路路由由协协议议支支持持同同时时发发布布网网络络地地址址及及子子网网掩掩码码，可可以以划划分分“0”“0”子子网网。因因此此实实际际可可划划分分为为7 7个个子子网网。主主机机号号剩剩余余5 5位位，每每个个子子网网可可容容纳纳的的主主机机数数为为2 25 52 23030，满足题意要求。，满足题意要求。v划分子网后的子网掩码为：划分子网后的子网掩码为：11111111.11111111.11111111.11111100000，
24、2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分第一个子网的编址如下：第一个子网的编址如下：11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.00000000000 00000 （211.70.248.0211.70.248.0）,子网网络号子网网络号11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0000000000100001（211.70.248.1211.70.248.1）,开始地址开始地址11010011.01000110.11111000.1
25、1010011.01000110.11111000.0000000001000010（211.70.248.2211.70.248.2）11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0000001111011110（211.70.248.30211.70.248.30），结束地址），结束地址11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0000001111111111（211.70.248.31211.70.248.31），子网广播地址），子网广播地址第二个子网的编址如下
26、：第二个子网的编址如下：11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0010010000000000（211.70.248.32211.70.248.32）,子网网络号子网网络号11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0010010000100001（211.70.248.33211.70.248.33）,开始地址开始地址 2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分 第二个子网的编址如下：第二个子网的编址如下：v 11010011.0
27、1000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0010010000000000（211.70.248.32211.70.248.32）,子网网络号子网网络号v 11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0010010000100001（211.70.248.33211.70.248.33）,开始地址开始地址v 2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分v依此类推，可以得到全部七个子网的编址，如表所示。依此类推，可以得到全部七个子网的编址，如表所示。子网值子网
28、网络ID开始地址结束地址子网广播地址000211.70.248.0211.70.248.1211.70.248.30211.70.248.31001211.70.248.32211.70.248.33211.70.248.62211.70.248.63010211.70.248.64211.70.248.65211.70.248.94211.70.248.95011211.70.248.96211.70.248.97211.70.248.126211.70.248.127100211.70.248.128211.70.248.129211.70.248.158211.70.248.159101
29、211.70.248.160211.70.248.161211.70.248.190211.70.248.191110211.70.248.192211.70.248.193211.70.248.222211.70.244.223111Network/AddressN/AN/AN/A2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分4.4.3 相关判断方法：1.如何判断是否做了子网划分？如果它使用了缺省子网掩码，那么表示没有作子网划分；反之，则一定作了子网划分。2.如何计算子网数量？观察子网掩码的二进制形式，确定作为子网号的位数n；子网数量为2的n次方减2。3.如何计算总
30、主机数量，子网内主机数量？总主机数量子网数量子网内主机数量 子网内主机数=2的n次方（n为主机号位数）2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分4.如何用子网掩码得到网络/主机地址 将ip地址与子网掩码转换成二进制；将二进制形式的ip地址与子网掩码做与运算，将答案化为十进制便得到网络地址；将二进制形式的子网掩码取反；将取反后的子网掩码与ip地址做与运算，将答案化为十进制便得到主机地址。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分4.4.5 4.4.5 无类别域间路由 CIDR CIDR（无类型域间选路，Classless Inter-D
31、omain Routing）是一个在Internet上创建附加地址的方法，这些地址提供给服务提供商（ISP），再由ISP分配给客户。CIDR将路由集中起来，使一个IP地址代表主要骨干提供商服务的几千个IP地址，从而减轻Internet路由器的负担。所有发送到这些地址的信息包都被送到如MCI或Sprint等ISP。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分CIDR 如何工作？CIDR 对原来用于分配A类、B类和C类地址的有类别路由选择进程进行了重新构建。CIDR用 13-27位长的前缀取代了原来地址结构对地址网络部分的限制（3类地址的网络部分分别被限制为8位、16位
32、和24位）。在管理员能分配的地址块中，主机数量范围是32-500,000，从而能更好地满足机构对地址的特殊需求。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.4 子网的划分图图4-2 CIDR举例举例2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术4.5.1 基本以太网以太网标准：以太网是Ethernet的意思，过去使用的是十兆 标准，现在是百兆到桌面，千兆做干线。常见的标准有：10BASE-2 细缆以太网10BASE-5 粗缆以太网10BASE-T 星型以太网100BASE-T 快速以太网1000BASE-T 千兆以太网 2/23
33、/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术4.5.2 冲突域和广播域以及交换机原理 1 1、(1)冲突域：冲突域是数据必然发送到的区域。HUB是无智能的信号驱动器，有入必出，整个由HUB组成 的网络是一个冲突域。交换机的一个接口下的网络是一个冲突域，所以交换机 可以隔离冲突域。(2)广播域：广播数据时可以发送到的区域是一个广播域。交换机和集线器对广播帧是透明的，所以用交换机和 HUB组成的网络是一个广播域。路由器的一个接口下的网络是一个广播域。所以路由器 可以隔离广播域。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、V
34、LAN以及高层交换技术2、交换机原理 (1)(1)端口地址表端口地址表端口地址表记录了端口下包含主机的端口地址表记录了端口下包含主机的MACMAC地址。地址。端口地址表是交换机上电后自动建立的，保存在端口地址表是交换机上电后自动建立的，保存在RAMRAM中，并且自动维护。中，并且自动维护。交换机隔离广播域的原理是根据其端口地址表交换机隔离广播域的原理是根据其端口地址表和转发决策决定的。和转发决策决定的。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术(2)转发决策交换机的转发决策有三种操作：丢弃、转发和扩散。丢弃：当本端口下的主机访问已知本端口
35、下的主机时丢弃。转发：当某端口下的主机访问已知某端口下的主机时转发。扩散：当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。每个操作都要记录下发包端的MAC地址，以备其它主机的访问。(3)成存期：生成期是端口地址列表中表项的寿命。每个表项在建立后开始进行倒记时，每次发送数据都要刷新记时。对于长期不发送数据主机，其MAC地址的表项在生成其结束时删除。所以端口地地表记录的总是最活动的主机的MAC地址。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术3、交换网络中的环以太网是总线或星型结构，不能构成环路，否则会产两个严重后果：(1)产生广播风暴，造成网络
36、堵塞。(2)克隆帧会在各个口出现，造成地址学习(记录帧源地址)混乱。解决环路问题方案:(1)网络在设计时，人为的避免产生环路。(2)使用生成树STP(Spanning Tree Protocol)功能，将有环的网络剪成无环网络。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术STP被IEEE802规范为802.1d标准。生成树协议术语(1)网桥协议数据单元：BPDU(Bridge Protocol Data Unit)BPDU是生成树协议交换机间通讯的数据单元，用于确定角色。(2)网桥号：Bridge ID交换机的标识号，它由优先级和MAC地址
37、组成，优先级16位，MAC地址48位。(3)根网桥：Root bridge根网桥定义为网桥号最小的交换机，根网桥所有的端口都不会阻塞。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术(4)根端口：Root port非根网桥到根网桥累计路径花费最小的端口，负责本网桥与根网桥通讯的接口。(5)指定网桥：Designated bridge网络中到根网桥累计路径花费最小交换机，负责收发本网段数据。(6)指定端口：Designated port网络中到根网桥累计路径花费最小的交换机端口，根网桥每个端口都是指定端口。(7)非指定端口：NonDesignat
38、ed port余下的端口是非指定端口，它们不参与数据的转发，也就是被阻塞的端口。(根端口是从非根网桥选出，指定端口是网段中选出)。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术生成树协议的状态：生成树协议工作时，所有端口都要经过一个端口状态的建立过程。生成树协议通过BPDU广播，确定各交换机及其端口的工作状态和角色，交换机上的端口状态分别为：关闭、阻塞、侦听、学习和转发状态。(1)关闭状态：Disabled 不收发任何报文，当接口空连接或人为关闭时处于关闭状态。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN
39、以及高层交换技术(2)阻塞状态：Blocking 在机器刚启动时，端口是阻塞状态(20秒)，但接收BPDU信息。(3)侦听状态：listening 不接收用户数据(15秒)，收发BPDU，确定网桥及接口角色。(4)学习状态：learning 不接收用户数据(15秒)，收发BPDU，进行地址学习。(5)转发状态：Forwarding 开始收发用户数据，继续收发BPDU和地址学习,维护STP。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术4.5.3 虚拟局域网VLAN1、VLAN的目的 VLAN（Virtual Local Area Networ
40、k，虚拟局域网）技术的出现，主要为了解决交换机在进行局域网互连时无法限制广播的问题。这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的LANVLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，这样，广播报文被限制在一个VLAN内。如图4-5所示。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术 图图4-4 VLAN隔离广播域隔离广播域 2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术2 2、VLANVLAN的优点的优点 限制广播域。广播域被限制在一
41、个限制广播域。广播域被限制在一个VLANVLAN内，节内，节 省了带宽，提高了网络处理能力。省了带宽，提高了网络处理能力。增强局域网的安全性。增强局域网的安全性。灵活构建虚拟工作组。灵活构建虚拟工作组。3 3、什么是、什么是VLAN VLAN VLAN VLAN（Virtual Local Area NetworkVirtual Local Area Network）即虚拟局）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。的新兴技术。IEEEIEEE于于
42、19991999年颁布了用以标准化年颁布了用以标准化VLANVLAN实现方案的实现方案的802.1Q802.1Q协议标准草案。协议标准草案。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术4 4、组建、组建VLANVLAN的条件的条件 VLAN VLAN是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网，是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网，因此建立因此建立VLANVLAN需要相应的支持需要相应的支持VLANVLAN技术的网络设技术的网络设备。当网络中的不同备。当网络中的不同VLANVLAN间进行相互通信时，需间进行相互通信时，需要路由的支持，这时就需要增加
43、路由设备要路由的支持，这时就需要增加路由设备要要实现路由功能，既可采用路由器，也可采用三层实现路由功能，既可采用路由器，也可采用三层交换机来完成。交换机来完成。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术5、VLAN的划分 根据端口来划分根据端口来划分VLANVLAN（重点）（重点）根据根据MACMAC地址划分地址划分VLAN VLAN（重点）（重点）根据网络层划分根据网络层划分VLANVLAN根据根据IPIP组播划分组播划分VLAN VLAN 基于规则的基于规则的VLAN VLAN 以上划分以上划分VLANVLAN的方式中，基于端口的的方式中，基于端口的VLANVLAN端口方式端口方式建立在物理层上；建立在物理层上；MACMAC方式建立在数据链路上；网方式建立在数据链路上；网络层和络层和IPIP广播方式建立在第三层上。广播方式建立在第三层上。2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础4.5交换机的原理、VLAN以及高层交换技术4.5.4 三层交换的概念 （选讲）（选讲）4.5.5 四层交换技术 （选讲）（选讲）2/23/2023计算机网络技术基础计算机网络技术基础