1、 第5章 局域網(wǎng)曹曹 晶晶第第5 5章章 局域網(wǎng)局域網(wǎng)n5.1 5.1 IEEE802IEEE802局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)n5.2 5.2 以太網(wǎng)工作原理以太網(wǎng)工作原理n5.3 5.3 傳統(tǒng)以太網(wǎng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)n5.4 5.4 高速以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)n5.5 5.5 交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng)n5.65.6 虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)n5.7 5.7 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)n5.85.8 非主流局域網(wǎng)非主流局域網(wǎng)重點重點 5.1 IEEE802 5.1 IEEE802局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 5.1.1 IEEE802 5.1.1 IEEE802局域網(wǎng)參考模型局域網(wǎng)參考模型nIEEE802 LAN/

2、RMIEEE802 LAN/RM的的數(shù)據(jù)鏈路層分成兩個子層數(shù)據(jù)鏈路層分成兩個子層：n邏輯鏈路控制邏輯鏈路控制(Logical Link Control, LLC)(Logical Link Control, LLC)子層；子層；n媒體接入控制媒體接入控制(Medium Access Control, MAC)(Medium Access Control, MAC)子子層。層。為什么要引入二個子層為什么要引入二個子層? ?引入二個子層的好處是：引入二個子層的好處是： 5.1.1 IEEE802 5.1.1 IEEE802局域網(wǎng)參考模型局域網(wǎng)參考模型 5.1.2 5.1.2 媒體接入控制子層媒體接

3、入控制子層1 1、LANLAN拓撲和信道特點：總線、環(huán)形及星形拓撲。拓撲和信道特點：總線、環(huán)形及星形拓撲。 什么是媒體接入控制？什么是媒體接入控制？ LANLAN的特點是網(wǎng)上的所有計算機使用一條共的特點是網(wǎng)上的所有計算機使用一條共享信道進行廣播式通信。如果多個結(jié)點同時爭用享信道進行廣播式通信。如果多個結(jié)點同時爭用信道，就會產(chǎn)生發(fā)送沖突，必須解決如何進行信信道，就會產(chǎn)生發(fā)送沖突，必須解決如何進行信道爭用問題。道爭用問題。2 2、LANLAN媒體接入控制方式：媒體接入控制方式：n受控接入：分為集中式控制和分散式控制如令牌受控接入：分為集中式控制和分散式控制如令牌環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)。n隨機接入：如以太網(wǎng)。隨

4、機接入：如以太網(wǎng)。5.1.2 5.1.2 媒體接入控制子層媒體接入控制子層3 3、MACMAC地址：地址：IEEE802IEEE802規(guī)定規(guī)定MACMAC地址可采用地址可采用6B/2B6B/2B。n目的地址有三種類型：目的地址有三種類型：n單播地址：目標是一個站點單播地址：目標是一個站點n多播地址：目標是一組站點多播地址：目標是一組站點n廣播地址：目標是所有站點廣播地址：目標是所有站點nI/GI/G比特，即單地址（比特，即單地址（0 0）/ /組地址（組地址（1 1）比特。）比特。nG/LG/L比特，即全球（比特，即全球（0 0）/ /本地（本地（1 1）比特。）比特。MAC地址 MAC MA

5、C地址是燒錄在網(wǎng)卡里的。也叫硬件地址地址是燒錄在網(wǎng)卡里的。也叫硬件地址, ,是由是由4848比特比特/bit/bit長長(6(6字節(jié)字節(jié)/bye)/bye)，1616進制的數(shù)字組成。進制的數(shù)字組成。 如何獲取本機的如何獲取本機的MACMAC？ 單擊開始，運行單擊開始，運行CMDCMD，找到命令提示符，進入后輸入，找到命令提示符，進入后輸入ipconfig /allipconfig /all即可即可 5.1.2 5.1.2 媒體接入控制子層媒體接入控制子層以太網(wǎng)地址在網(wǎng)上的傳送順序以太網(wǎng)地址在網(wǎng)上的傳送順序 5.1.3 5.1.3 邏輯鏈路控制子層邏輯鏈路控制子層 5.1.3 5.1.3 邏輯鏈

6、路控制子層邏輯鏈路控制子層1 1、LLCLLC尋址：尋址： LLCLLC子層地址：子層地址：SAPSAP地址，即地址，即LLCLLC服務訪問點，服務訪問點，提供對網(wǎng)絡層的接口，標識網(wǎng)絡層的通信進程。提供對網(wǎng)絡層的接口，標識網(wǎng)絡層的通信進程。 5.1.3 5.1.3 邏輯鏈路控制子層邏輯鏈路控制子層2 2、LLCLLC層提供的服務：層提供的服務：n類型類型1LLC11LLC1，不確認的無連接服務，不確認的無連接服務; ;n類型類型2LLC22LLC2，可靠的面向連接的服務，可靠的面向連接的服務; ;n類型類型3LLC33LLC3，帶確認的無連接服務，帶確認的無連接服務. .3 3、LLCLLC幀

7、格式：幀格式： 5.2 5.2 以太網(wǎng)工作原理以太網(wǎng)工作原理 5.2.1 5.2.1 以太網(wǎng)技術的發(fā)展以太網(wǎng)技術的發(fā)展n19751975年哈佛大學的年哈佛大學的Robert MetcalfeRobert Metcalfe和和David BoggsDavid Boggs研制成功了以太網(wǎng)研制成功了以太網(wǎng)EthernetEthernet。n19801980年多家著名公司提出了年多家著名公司提出了DIX1.0DIX1.0版以太網(wǎng)規(guī)范。版以太網(wǎng)規(guī)范。19821982年年DIXDIX以以2.02.0版作為終結(jié)，稱為版作為終結(jié)，稱為DIXDIX以太網(wǎng)以太網(wǎng)。n19831983年底年底IEEE802.3 10

8、Base5IEEE802.3 10Base5標準面世，是標準面世，是IEEE802.3IEEE802.3的第一個以太網(wǎng)標準。的第一個以太網(wǎng)標準。 以太網(wǎng)這個術語通常是指由以太網(wǎng)這個術語通常是指由DECDEC，IntelIntel和和XeroxXerox公司在公司在19821982年聯(lián)合公布的一個標準，年聯(lián)合公布的一個標準，它是當今它是當今TCP/IPTCP/IP采用的主要的局域網(wǎng)技術，采用的主要的局域網(wǎng)技術，它采用一種稱作它采用一種稱作CSMA/CDCSMA/CD的媒體接入方法。的媒體接入方法。 5.2.1 5.2.1 以太網(wǎng)技術的發(fā)展以太網(wǎng)技術的發(fā)展以太網(wǎng)傳輸速率增長（以太網(wǎng)傳輸速率增長（b

9、/sb/s） 以太網(wǎng)標準以太網(wǎng)標準IEEE規(guī)范規(guī)范批準批準時間時間速度速度（b/s）站站/網(wǎng)段網(wǎng)段拓撲拓撲結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)網(wǎng)段長網(wǎng)段長（m）支持的媒體支持的媒體10Base5802.3198310M100總線型總線型50050同軸電纜（粗）同軸電纜（粗）10Base2802.3a198810M30總線型總線型18550同軸電纜（細）同軸電纜（細）1Base5802.3c19881M星型星型2501002對線對線3類類10Base T802.3i199010M1024星型星型1001002對線對線3類類10Broad36802.3b198810M100總線型總線型180075同軸電纜同軸電纜10Base

10、 F802.3i199210M星型星型2000多模光纜多模光纜100Base T（TX/T4/FX）802.3u1995100M星型星型100/100/20002對線對線1005類類/4對線對線1003/4/5類類/多模多模/單模光纜單模光纜1000Base T802.3ab1000M星型星型100UTP，4對對5類類1000Base X(CX/SX/LX)802.3z19981000M星型星型25/550/550/5000屏蔽電纜屏蔽電纜/多模光纜多模光纜/多多/單模光纜單模光纜10GBaseR/W/X802.3ae200210G星型星型65-40k多模多模/單模光纜單模光纜IEEE802.

11、3IEEE802.3以太網(wǎng)標準以太網(wǎng)標準 5.2.2 5.2.2 以太網(wǎng)媒體接入控制方式以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CDCSMA/CD1.1.隨機接入技術的先驅(qū)隨機接入技術的先驅(qū)ALOHAALOHA（阿羅哈（阿羅哈) )2.ALOHA2.ALOHA的改進的改進CSMACSMAn增加了發(fā)前監(jiān)聽的機制，減少了發(fā)送沖突。增加了發(fā)前監(jiān)聽的機制，減少了發(fā)送沖突。nCSMACSMA有三種策略：有三種策略：n非堅持非堅持CSMACSMA。n1 1堅持堅持CSMACSMA。nP P堅持堅持CSMACSMA。3.CSMA3.CSMA的改進的改進CSMA/CDCSMA/CD：帶沖突檢測的載波偵聽多點接：帶沖突

12、檢測的載波偵聽多點接入入n傳播時延仍會引起發(fā)送沖突。傳播時延仍會引起發(fā)送沖突。5.2.2 5.2.2 以太網(wǎng)媒體接入控制方式以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CDCSMA/CDnCSMA/CDCSMA/CD工作流程：工作流程：nCSMA/CDCSMA/CD在在CSMACSMA的基礎上增加了沖突檢測的功能。的基礎上增加了沖突檢測的功能。n在連續(xù)發(fā)送的兩幀之間，站點需等待一個幀間隙在連續(xù)發(fā)送的兩幀之間，站點需等待一個幀間隙時間時間(IFG)(IFG)。一般為。一般為9696位時位時。 10Mbps10Mbps的以太網(wǎng)的以太網(wǎng)IFGIFG為為9.69.6微秒微秒 100Mbps100Mbps的以太網(wǎng)的

13、以太網(wǎng)IFGIFG為為0.960.96微秒微秒 5.2.2 5.2.2 以太網(wǎng)媒體接入控制方式以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CDCSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD工作流程圖工作流程圖 ？動畫演示CSMA/CD的工作原理如何控制隨機的回退時間呢如何控制隨機的回退時間呢? ?IEEE802.3IEEE802.3采用采用截斷二進制指數(shù)退避算法截斷二進制指數(shù)退避算法計算退避時間。計算退避時間。 沖突次數(shù)沖突次數(shù)n=n+1n=n+1（n n初值為初值為0 0） if 1n16if 1n16 than k = min ( n, 10) than k = min ( n, 10) r r在在0

14、0，1 1，2 2，2 2 k k1 1 中隨機取中隨機取1 1個數(shù)，后退時間取為個數(shù)，后退時間取為r r 2 2 else if n else if n1616 than than 放棄本次發(fā)送放棄本次發(fā)送注：注：回退時間的基本單位是：回退時間的基本單位是： 22， 22是信道的往是信道的往返傳播時延。返傳播時延。舉例：舉例：如果第二次發(fā)生碰撞：如果第二次發(fā)生碰撞： n = 2 n = 2 k = MIN(2,10) = 2 k = MIN(2,10) = 2 R = 0, 1, 2, 3) R = 0, 1, 2, 3) 延遲時間延遲時間 = 0, 51.2= 0, 51.2 s, 102

15、.4s, 102.4 s, 153.6s, 153.6 s s 其中任取一其中任取一 其算法過程如下：其算法過程如下：1. 1. 將沖突發(fā)生后的時間劃分為長度為將沖突發(fā)生后的時間劃分為長度為22的時隙；的時隙； 2. 2. 發(fā)生第一次沖突后，各個站點等待發(fā)生第一次沖突后，各個站點等待0 0或或1 1個時隙個時隙再開始重傳；再開始重傳； 3. 3. 發(fā)生第二次沖突后，各個站點隨機地選擇等待發(fā)生第二次沖突后，各個站點隨機地選擇等待0 0、1 1、2 2或或3 3個時隙再開始重傳；個時隙再開始重傳； 4. 4. 第第i i次沖突后，在次沖突后，在0 0至至2 2i i-1-1隨機地選擇一個等待隨機地

16、選擇一個等待的時隙數(shù)，再開始重傳；的時隙數(shù)，再開始重傳； 5. 5. 1010次次沖突后，選擇等待的時隙數(shù)固定在沖突后，選擇等待的時隙數(shù)固定在0 0至至10231023（2 21010-1-1）間；）間； 6. 6. 1616次次沖突后，發(fā)送失敗，報告上層。沖突后，發(fā)送失敗，報告上層。 5.2.2 5.2.2 以太網(wǎng)媒體接入控制方式以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CDCSMA/CD4.CSMA/CD4.CSMA/CD沖突過程分析沖突過程分析( (略略) )5.5.沖突檢測方法：沖突檢測方法：5.2.2 5.2.2 以太網(wǎng)媒體接入控制方式以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CDCSMA/CD IEE

17、E802.3IEEE802.3將時槽取為發(fā)送將時槽取為發(fā)送512512位的時間，稱為位的時間，稱為512512位時。對于位時。對于10Mbps10Mbps的以太網(wǎng)，時槽為的以太網(wǎng)，時槽為51.251.2微秒。微秒。7.7.沖突域沖突域： 指一個指一個CSMA/CDCSMA/CD以太網(wǎng)區(qū)域，同一個沖突域中的以太網(wǎng)區(qū)域，同一個沖突域中的兩個或多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)就會產(chǎn)生沖突，兩個或多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)就會產(chǎn)生沖突，CSMA/CDCSMA/CD在沖突域內(nèi)能正常進行沖突檢測，超出沖突在沖突域內(nèi)能正常進行沖突檢測，超出沖突域就不能正常工作。域就不能正常工作。 因此因此, ,沖突域限制了沖突域限制了CSM

18、A/CDCSMA/CD以太網(wǎng)的最大網(wǎng)絡以太網(wǎng)的最大網(wǎng)絡跨距。跨距。 5.2.3 5.2.3 以太網(wǎng)傳輸特點以太網(wǎng)傳輸特點n半雙工傳輸方式：半雙工傳輸方式： 對于對于CSMA/CDCSMA/CD方式，每個時刻只有一路傳輸，但方式，每個時刻只有一路傳輸，但在在IEEE802.3xIEEE802.3x標準中定義了全雙工以太網(wǎng)，不使用標準中定義了全雙工以太網(wǎng)，不使用CSMA/CDCSMA/CD。n共享總線帶寬：共享總線帶寬： 每個結(jié)點的平均帶寬與總線上的結(jié)點數(shù)成反比。每個結(jié)點的平均帶寬與總線上的結(jié)點數(shù)成反比。n傳輸?shù)牟淮_定性：傳輸?shù)牟淮_定性：傳輸時間難以計算。傳輸時間難以計算。n無連接、不可靠的傳輸服

19、務：無連接、不可靠的傳輸服務：不是電路交換服務。不是電路交換服務。 5.2.4 5.2.4 以太網(wǎng)信道利用率（略）以太網(wǎng)信道利用率（略） 5.2.5 5.2.5 以太網(wǎng)幀格式和數(shù)據(jù)封裝以太網(wǎng)幀格式和數(shù)據(jù)封裝以太網(wǎng)幀格式：以太網(wǎng)幀格式：46B所以，幀長為所以，幀長為64B64B1518B1518BPADPAD：填充字段：填充字段 5.3 5.3 傳統(tǒng)以太網(wǎng)傳統(tǒng)以太網(wǎng) 5.3.1 5.3.1 物理層物理層 下圖是下圖是10Mb/s10Mb/s以太網(wǎng)物理層、網(wǎng)絡接口卡以太網(wǎng)物理層、網(wǎng)絡接口卡NICNIC和和中繼器：中繼器：物理層信號物理層信號連接單元接口連接單元接口媒體連接單元媒體連接單元媒體相關接

20、口媒體相關接口物理媒體連接物理媒體連接網(wǎng)絡接口卡網(wǎng)絡接口卡 以太網(wǎng)物理層的三個組成部分：以太網(wǎng)物理層的三個組成部分：1 1、媒體連接單元、媒體連接單元(MAU)(MAU)，也稱為收發(fā)器，功能如下：，也稱為收發(fā)器，功能如下：n連接傳輸媒體。連接傳輸媒體。n信號發(fā)送與接收。信號發(fā)送與接收。n沖突檢測。沖突檢測。n超長控制。超長控制。2 2、物理層信號、物理層信號(PLS)(PLS)：n編碼解碼。編碼解碼。n載波監(jiān)聽。載波監(jiān)聽。3 3、連接單元接口、連接單元接口(AUI)(AUI)：連接連接PLSPLS和和MAUMAU。 5.3.2 5.3.2 網(wǎng)絡接口卡網(wǎng)絡接口卡n網(wǎng)絡接口卡網(wǎng)絡接口卡(NIC)(

21、NIC) 主要涉及物理層和主要涉及物理層和MACMAC層，包括五個部分：層，包括五個部分：n媒體接入單元媒體接入單元(MAU)(MAU)。n物理層信號物理層信號(PLS)(PLS)。n連接單元接口連接單元接口(AUI)(AUI)。nMACMAC子層。子層。n計算機總線接口。計算機總線接口。 5.3.3 5.3.3 中繼器和集線器中繼器和集線器n中繼器工作在中繼器工作在IEEE 802.3IEEE 802.3的的物理層物理層，接收、恢復，接收、恢復并轉(zhuǎn)發(fā)物理信號，以擴展以太網(wǎng)。并轉(zhuǎn)發(fā)物理信號，以擴展以太網(wǎng)。 中繼器包括了媒體接入單元中繼器包括了媒體接入單元MAUMAU、連接單元、連接單元接口接口

22、AUIAUI以及中繼單元。以及中繼單元。 中繼器擴展以太網(wǎng)受到中繼器擴展以太網(wǎng)受到CSMA/CDCSMA/CD沖突域最大沖突域最大跨距的限制。跨距的限制。n集線器集線器(Hub)(Hub)：多個端口的中繼器即多口中繼器，：多個端口的中繼器即多口中繼器，使以太網(wǎng)形成星形結(jié)構(gòu)，但邏輯上是總線結(jié)構(gòu)，使以太網(wǎng)形成星形結(jié)構(gòu)，但邏輯上是總線結(jié)構(gòu)，因此被稱為星形總線。因此被稱為星形總線。 5.3.4 5.3.4 傳統(tǒng)以太網(wǎng)及其聯(lián)網(wǎng)方式傳統(tǒng)以太網(wǎng)及其聯(lián)網(wǎng)方式n粗纜以太網(wǎng)粗纜以太網(wǎng)10Base510Base5n細纜以太網(wǎng)細纜以太網(wǎng)10Base210Base2n光纖以太網(wǎng)光纖以太網(wǎng)10BaseF10BaseFn雙

23、絞線以太網(wǎng)雙絞線以太網(wǎng)10BaseT10BaseT說明：說明：1010表示信號的數(shù)據(jù)傳輸速率是表示信號的數(shù)據(jù)傳輸速率是10Mbps10Mbps Base Base表示傳輸基帶信號表示傳輸基帶信號 5 5、2 2表示每個網(wǎng)段的最大距離是表示每個網(wǎng)段的最大距離是500m500m，200m200m F F表示光纖表示光纖 T T表示雙絞線，一般是無屏蔽雙絞線表示雙絞線，一般是無屏蔽雙絞線UTPUTP 5.4 5.4 高速以太網(wǎng)（略）高速以太網(wǎng)（略） 5.4.1 100BaseT 5.4.1 100BaseT 5.4.2 5.4.2 千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng) 5.4.3 5.4.3 萬兆以太網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)

24、5.5 5.5 交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng) 5.5.1 5.5.1 簡介簡介nCSMA/CDCSMA/CD以太網(wǎng)存在問題：以太網(wǎng)存在問題：n任何時間內(nèi)只能有一個工作站發(fā)送信息。任何時間內(nèi)只能有一個工作站發(fā)送信息。n各站點共享網(wǎng)絡固定的帶寬。各站點共享網(wǎng)絡固定的帶寬。n由于沖突域的限制，難以構(gòu)造較大規(guī)模的網(wǎng)絡。由于沖突域的限制，難以構(gòu)造較大規(guī)模的網(wǎng)絡。 5.5.1 5.5.1 簡介簡介n2020世紀世紀9090年代年代以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機能增加以太網(wǎng)的帶寬能增加以太網(wǎng)的帶寬和規(guī)模，同時又能與傳統(tǒng)的電纜線和網(wǎng)絡適配卡和規(guī)模，同時又能與傳統(tǒng)的電纜線和網(wǎng)絡適配卡協(xié)調(diào)工作。協(xié)調(diào)工作。 交換機本質(zhì)上是一

25、個高速的多口網(wǎng)橋，工作交換機本質(zhì)上是一個高速的多口網(wǎng)橋，工作在在數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)鏈路層的MACMAC子層子層，每個端口都包含一個，每個端口都包含一個MACMAC實體。實體。 5.5.2 5.5.2 網(wǎng)橋網(wǎng)橋1 1、工作原理、工作原理 5.5.2 5.5.2 網(wǎng)橋網(wǎng)橋 網(wǎng)橋一般有兩個端口，橋接兩個網(wǎng)段。網(wǎng)橋一般有兩個端口，橋接兩個網(wǎng)段。每個端每個端口都有一塊網(wǎng)卡，有自己的口都有一塊網(wǎng)卡，有自己的MACMAC子層和物理層。子層和物理層。 網(wǎng)橋的基本功能是在不同網(wǎng)橋的基本功能是在不同LANLAN網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)幀。網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)幀。 網(wǎng)橋主要特點：網(wǎng)橋主要特點：n工作在工作在MACMAC子層。子層。n進行

26、幀過濾減少了通信量。進行幀過濾減少了通信量。n隔離了沖突域，擴大了網(wǎng)絡跨距。隔離了沖突域，擴大了網(wǎng)絡跨距。n可連接不同類型的可連接不同類型的LANLAN。 5.5.2 5.5.2 網(wǎng)橋網(wǎng)橋2 2、地址學習地址學習n透明網(wǎng)橋，其標準是透明網(wǎng)橋，其標準是IEEE 802.1dIEEE 802.1d或或ISO8802.1dISO8802.1d。透明的意思網(wǎng)橋上的每個站不需知道所發(fā)送的幀透明的意思網(wǎng)橋上的每個站不需知道所發(fā)送的幀經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋。經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋。n網(wǎng)橋剛剛連接到網(wǎng)橋剛剛連接到LANLAN上時，其橋接表是空的上時，其橋接表是空的, ,采用采用洪泛法洪泛法轉(zhuǎn)發(fā)它。轉(zhuǎn)發(fā)它。n通過通過逆向?qū)W習法

27、逆向?qū)W習法，在轉(zhuǎn)發(fā)過程中通過學習把橋接，在轉(zhuǎn)發(fā)過程中通過學習把橋接表逐步建立起來。表逐步建立起來。 5.5.3 5.5.3 交換機交換機n2 2層交換機本質(zhì)上是一個多口網(wǎng)橋，工作在層交換機本質(zhì)上是一個多口網(wǎng)橋，工作在MACMAC子層子層。通過學習生成并維護一個包含端口通過學習生成并維護一個包含端口-MAC-MAC地址映射的地址映射的交換表交換表，根據(jù)交換表進行幀的轉(zhuǎn)發(fā)。，根據(jù)交換表進行幀的轉(zhuǎn)發(fā)。n多個端口可以并行地工作，多個端口可以并行地工作，n n個端口數(shù)據(jù)傳輸率為個端口數(shù)據(jù)傳輸率為R R Mbit/sMbit/s的以太網(wǎng)交換機最大可提供的以太網(wǎng)交換機最大可提供 0.50.5 n n R R

28、 Mbit/s Mbit/s 的總帶寬。的總帶寬。 如如1616端口的端口的100Mbps100Mbps快速以太網(wǎng)交換機最大可快速以太網(wǎng)交換機最大可提供提供_的總帶寬。的總帶寬。800Mbps800Mbps 5.5.3 5.5.3 交換機交換機n交換機有四個基本部分組成：交換機有四個基本部分組成：n端口端口n端口緩沖器端口緩沖器n幀轉(zhuǎn)發(fā)機構(gòu)幀轉(zhuǎn)發(fā)機構(gòu)n底板體系結(jié)構(gòu)：交換機內(nèi)部的電子線路，在端底板體系結(jié)構(gòu)：交換機內(nèi)部的電子線路，在端口之間進行數(shù)據(jù)交換。口之間進行數(shù)據(jù)交換。中繼器、集線器、交換機、網(wǎng)橋比較中繼器、集線器、交換機、網(wǎng)橋比較n物理層：中繼器和集線器。用于連接物理特性相同物理層：中繼器和

29、集線器。用于連接物理特性相同的網(wǎng)段。集線器的端口沒有物理和邏輯地址。的網(wǎng)段。集線器的端口沒有物理和邏輯地址。 n邏輯鏈路層：網(wǎng)橋和交換機。用于連接同一邏輯網(wǎng)邏輯鏈路層：網(wǎng)橋和交換機。用于連接同一邏輯網(wǎng)絡中、物理層規(guī)范不同的網(wǎng)段，這些網(wǎng)段的拓撲結(jié)絡中、物理層規(guī)范不同的網(wǎng)段，這些網(wǎng)段的拓撲結(jié)構(gòu)和其上的數(shù)據(jù)幀格式，都可以不同。構(gòu)和其上的數(shù)據(jù)幀格式，都可以不同。BridgeBridge和和SwitchSwitch的端口具有物理的端口具有物理(MAC)(MAC)地址，但沒有邏輯地地址，但沒有邏輯地址。址。n前兩者屬于前兩者屬于OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP模型的最低層，即物理層，模型的最低層，

30、即物理層，起到數(shù)字信號放大和中轉(zhuǎn)的作用。起到數(shù)字信號放大和中轉(zhuǎn)的作用。 n網(wǎng)橋和交換機屬于網(wǎng)橋和交換機屬于OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP的第二層，即數(shù)據(jù)的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。鏈路層。可以隔離沖突域可以隔離沖突域。 5.5.4 5.5.4 交換式以太網(wǎng)及其特點交換式以太網(wǎng)及其特點n小規(guī)模的工作組級交換式以太網(wǎng)小規(guī)模的工作組級交換式以太網(wǎng)：由：由1 1臺交換機連臺交換機連接若干臺計算機組成。接若干臺計算機組成。n大規(guī)模的交換式以太網(wǎng)大規(guī)模的交換式以太網(wǎng)：接入層、匯聚層和核心層。：接入層、匯聚層和核心層。n跨距突破了單個沖突域的限制，可以構(gòu)造更大規(guī)模跨距突破了單個沖突域的限制，可以構(gòu)造更

31、大規(guī)模的網(wǎng)絡。的網(wǎng)絡。n交換機工作在第二層，所以連接的所有網(wǎng)段處在一交換機工作在第二層，所以連接的所有網(wǎng)段處在一個廣播域，當廣播通信較多時，可能會有廣播風暴。個廣播域，當廣播通信較多時，可能會有廣播風暴。 使用虛擬局域網(wǎng)可以解決。使用虛擬局域網(wǎng)可以解決。 5.5.4 5.5.4 交換式以太網(wǎng)及其特點交換式以太網(wǎng)及其特點交換機隔離了交換機隔離了5 5個獨立的沖突域個獨立的沖突域 5.6 5.6 虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng) 5.6.1 VLAN 5.6.1 VLAN及其特點及其特點n不是一種新型的網(wǎng)絡，只是給用戶提供一種網(wǎng)絡服不是一種新型的網(wǎng)絡，只是給用戶提供一種網(wǎng)絡服務。務。n建立在交換式網(wǎng)絡的基礎之

32、上，由一些交換機連接建立在交換式網(wǎng)絡的基礎之上，由一些交換機連接的以太網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理連接和地理位置無關的的以太網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理連接和地理位置無關的邏輯工作組，邏輯工作組，這個工作組就是一個廣播域這個工作組就是一個廣播域。n比一般的比一般的LANLAN有更好的安全性。有更好的安全性。nVLANVLAN的劃分可以控制通信流量，提高網(wǎng)絡帶寬利用的劃分可以控制通信流量，提高網(wǎng)絡帶寬利用率。率。 5.6.1 VLAN (Virtual LAN) 5.6.1 VLAN (Virtual LAN)及其特點及其特點VLANVLAN示例示例 5.6.2 VLAN 5.6.2 VLAN的劃分的劃分n基于端口

33、：基于端口：劃分劃分VLANVLAN網(wǎng)絡成員的配置過程簡單明網(wǎng)絡成員的配置過程簡單明了，因此，它是最常用的一種方式。其主要缺點了，因此，它是最常用的一種方式。其主要缺點在于不允許用戶移動，一旦用戶移動到一個新的在于不允許用戶移動，一旦用戶移動到一個新的位置，網(wǎng)絡管理員必須配置新的位置，網(wǎng)絡管理員必須配置新的VLANVLAN。n基于基于MACMAC地址：地址：允許網(wǎng)絡用戶從一個物理位置移允許網(wǎng)絡用戶從一個物理位置移動到另一個物理位置時，自動保留其所屬動到另一個物理位置時，自動保留其所屬VLANVLAN的的成員身份，但這種方式要求網(wǎng)絡管理員將每個用成員身份，但這種方式要求網(wǎng)絡管理員將每個用戶都一一

34、劃分在某個戶都一一劃分在某個VLANVLAN中，在一個大規(guī)模的中，在一個大規(guī)模的VLANVLAN中，有一定困難。中，有一定困難。 n基于協(xié)議：基于協(xié)議：在網(wǎng)絡層上實現(xiàn)在網(wǎng)絡層上實現(xiàn)VLANVLAN。 5.6.3 VLAN 5.6.3 VLAN的幀格式的幀格式nIEEE 802.3QIEEE 802.3Q標準標準nIEEE 802.3acIEEE 802.3ac標準標準 VLANVLAN幀格式幀格式 最大幀長由最大幀長由1518B1518B擴大到擴大到1522B1522B，只適用于，只適用于VLANVLAN。 5.7 5.7 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN 5

35、.7.1 IEEE 802.11 WLAN1 1、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) IEEE 802.11 WLANIEEE 802.11 WLAN是目前最有影響的是目前最有影響的WLANWLAN。后。后來的來的IEEE 802.11aIEEE 802.11a、IEEE 802.11bIEEE 802.11b和和IEEE 802.11gIEEE 802.11g等支持更高的速率。等支持更高的速率。n基本服務集基本服務集(BSS)(BSS)：包括一個基站和若干個移動站。：包括一個基站和若干個移動站。基站也稱為基站也稱為接入點接入點(AP)(AP)。基本服務區(qū)基本服務區(qū)(BSA)(BSA)，有，有100m100m

36、左右。在左右。在BSABSA中移動站可以直接通信。中移動站可以直接通信。n分布系統(tǒng)分布系統(tǒng)(DS)(DS)：是一個有線或無線的主干：是一個有線或無線的主干LANLAN。n擴展服務集擴展服務集(ESS)(ESS)：由多個：由多個BSSBSS通過通過DSDS構(gòu)成。構(gòu)成。 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN 5.7.1 IEEE 802.11 WLANn自組網(wǎng)絡：自組網(wǎng)絡： IEEE802.11IEEE802.11也支持在對等的移動電也支持在對等的移動電腦間通信，沒有腦間通信，沒有APAP。IEEE802.11 WLANIEEE802.11 WLAN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 5.7.1 IEE

37、E 802.11 WLAN 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN2 2、IEEE 802.11 WLANIEEE 802.11 WLAN體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)PMDPMD：物理媒體相關：物理媒體相關 DCFDCF：分布協(xié)調(diào)功能：分布協(xié)調(diào)功能PLCPPLCP：物理層匯聚過程：物理層匯聚過程 PCFPCF：點協(xié)調(diào)功能：點協(xié)調(diào)功能 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN5.7.1 IEEE 802.11 WLANn物理媒體相關物理媒體相關PMDPMD直接面向無連接媒體，主要功能：直接面向無連接媒體，主要功能：n檢查媒體狀態(tài)實現(xiàn)載波偵聽。檢查媒體狀態(tài)實現(xiàn)載波偵聽。n進行數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制。進行數(shù)據(jù)

38、編碼和調(diào)制。n通過無線信道進行信號的發(fā)送和接收。通過無線信道進行信號的發(fā)送和接收。n物理層匯聚過程物理層匯聚過程PLCPPLCP的主要功能如下：的主要功能如下：n為各種物理層生成相應格式的幀。為各種物理層生成相應格式的幀。n進行載波監(jiān)聽信號分析，發(fā)出信道評價信號。進行載波監(jiān)聽信號分析，發(fā)出信道評價信號。 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN5.7.1 IEEE 802.11 WLANn分布協(xié)調(diào)功能分布協(xié)調(diào)功能DCFDCF向上提供爭用服務，即各節(jié)點通向上提供爭用服務，即各節(jié)點通過競爭得到發(fā)送權(quán)，使用協(xié)議過競爭得到發(fā)送權(quán)，使用協(xié)議CSMA/CACSMA/CA。n點協(xié)調(diào)功能點協(xié)調(diào)功能PCFP

39、CF向上提供無爭用服務，集中控制在向上提供無爭用服務，集中控制在APAP上，使用輪詢法。上，使用輪詢法。 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN 5.7.1 IEEE 802.11 WLAN移動站通過移動站通過APAP接入以太網(wǎng)的通信協(xié)議結(jié)構(gòu)接入以太網(wǎng)的通信協(xié)議結(jié)構(gòu) 無線網(wǎng)絡接口有線網(wǎng)絡接口 5.7.2 IEEE 802.11 5.7.2 IEEE 802.11物理層物理層1 1、FHSSFHSS、DSSSDSSS和和IRIR19971997年年IEEE 802.11IEEE 802.11定義了三種不同的物理層標準。定義了三種不同的物理層標準。n跳頻擴頻跳頻擴頻(FHSS)(FHSS)n

40、直接序列擴頻直接序列擴頻(DSSS)(DSSS)n紅外線紅外線IRIR 5.7.2 IEEE 802.11 5.7.2 IEEE 802.11物理層物理層2 2、IEEE 802.11a/b/g/nIEEE 802.11a/b/g/n19991999年年IEEE 802.11IEEE 802.11定義的新物理層標準。定義的新物理層標準。nIEEE 802.11aIEEE 802.11a：定義在：定義在5GHz5GHz頻段，支持頻段，支持54Mbit/s54Mbit/s的的傳輸速率。采用正交頻分復用傳輸速率。采用正交頻分復用(OFDM)(OFDM)的技術，在的技術，在4848個子信道上傳輸信息，

41、子信道采用正交幅度調(diào)制個子信道上傳輸信息，子信道采用正交幅度調(diào)制(QAM)(QAM)方式進行信號調(diào)制。與方式進行信號調(diào)制。與802.11b802.11b不兼容。不兼容。nIEEE 802.11bIEEE 802.11b：也稱為：也稱為WiFiWiFi（WirelessFidelityWirelessFidelity，無線保真），定義在無線保真），定義在2.4GHz2.4GHz的的ISMISM頻段，使用高速頻段，使用高速率直接序列擴頻率直接序列擴頻(HRDSSS)(HRDSSS)。 Wi-Fi Wi-Fi是無線保真（是無線保真（wireless fidelitywireless fidelity

42、）的縮）的縮寫，曾被視為科技業(yè)余愛好者的玩具，但現(xiàn)在已成寫，曾被視為科技業(yè)余愛好者的玩具，但現(xiàn)在已成為互聯(lián)網(wǎng)領域的一支重要力量。為互聯(lián)網(wǎng)領域的一支重要力量。Wi-FiWi-Fi技術與藍牙技術與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術。無線技術。 5.7.2 IEEE 802.11 5.7.2 IEEE 802.11物理層物理層nIEEE 802.11gIEEE 802.11g運行于運行于2.4GHz2.4GHz，速率達到了，速率達到了54Mbit/s54Mbit/s。與。與802.11b802.11b向后兼容。向后兼容。nIEEE 8

43、02.11nIEEE 802.11n108Mbit/s108Mbit/s，速率最高可達，速率最高可達320Mbit/s320Mbit/s。與。與802.11a/b/g802.11a/b/g標準兼容。標準兼容。n雙頻多模雙頻多模 WLANWLAN 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC層層1 1、無線信道的特點、無線信道的特點WLANWLAN的暴露站點問題的暴露站點問題 隱蔽站點問題隱蔽站點問題暴露站問題暴露站問題：如站：如站B B向站向站A A發(fā)送數(shù)據(jù)，而發(fā)送數(shù)據(jù)，而C C又想和又想和D D通信，通信，但但C C檢測到媒體上有信號，決定不向檢測到

44、媒體上有信號，決定不向D D發(fā)送數(shù)據(jù)，實際發(fā)送數(shù)據(jù)，實際上上B B向向A A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C C向向D D發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)。隱蔽站問題隱蔽站問題：如站：如站A A和和C C都想和都想和B B通信，但通信，但A A和和C C由于相距由于相距較遠，彼此都收不到對方發(fā)送的信號。當較遠，彼此都收不到對方發(fā)送的信號。當A A和和C C檢測不檢測不到無線信號時，都認為到無線信號時，都認為B B是空閑的，向是空閑的，向B B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果果B B同時收到同時收到A A和和C C發(fā)來的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生沖突。發(fā)來的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生沖突。 這樣，在進行沖突檢測時沒有檢測出媒體上已存這樣，在進行

45、沖突檢測時沒有檢測出媒體上已存在信號。在信號。 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC層層2 2、MACMAC幀和幀格式幀和幀格式n三種類型的幀：三種類型的幀：管理幀：實現(xiàn)站點和管理幀：實現(xiàn)站點和APAP間的通信管理，建立關聯(lián)、間的通信管理，建立關聯(lián)、越區(qū)切換和認證等。越區(qū)切換和認證等。控制幀：為數(shù)據(jù)發(fā)送提供輔助的握手聯(lián)絡功能。控制幀：為數(shù)據(jù)發(fā)送提供輔助的握手聯(lián)絡功能。數(shù)據(jù)幀：包含幀頭、幀體和數(shù)據(jù)幀：包含幀頭、幀體和CRCCRC校驗碼。校驗碼。 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC層層3 3、分布

46、協(xié)調(diào)功能、分布協(xié)調(diào)功能(DCF)(DCF)n幀間間隔幀間間隔(IFS)(IFS)n短幀間間隔短幀間間隔(SIFS)(SIFS)n點協(xié)調(diào)功能幀間間隔點協(xié)調(diào)功能幀間間隔(PIFS)(PIFS)n分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔(DIFS)(DIFS) IFS IFS作用：將幀劃分為不同的優(yōu)先級，作用：將幀劃分為不同的優(yōu)先級，IFSIFS越小優(yōu)先級就越高，可以避免發(fā)生發(fā)送沖突。越小優(yōu)先級就越高，可以避免發(fā)生發(fā)送沖突。 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC層層nCSMA/CACSMA/CA信道接入控制機制信道接入控制機制CSMA/CACSMA/

47、CA信道接入過程：信道接入過程： （1 1）載波監(jiān)聽）載波監(jiān)聽：信道空閑，繼續(xù)監(jiān)聽一個：信道空閑，繼續(xù)監(jiān)聽一個IFS(IFS(為了為了實現(xiàn)基于實現(xiàn)基于IFSIFS的優(yōu)先級接入），若信道仍然空閑，的優(yōu)先級接入），若信道仍然空閑，轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入(3)(3)進行發(fā)送；若信道變忙，則轉(zhuǎn)入進行發(fā)送；若信道變忙，則轉(zhuǎn)入(2)(2)。（2 2）執(zhí)行退避算法）執(zhí)行退避算法，爭用信道：，爭用信道： 計算退避時間，設置退避定時器計算退避時間，設置退避定時器(BT)(BT)。 繼續(xù)監(jiān)聽信道直至信道變空閑，繼續(xù)監(jiān)聽一個繼續(xù)監(jiān)聽信道直至信道變空閑，繼續(xù)監(jiān)聽一個IFSIFS，若信道仍然空閑，轉(zhuǎn)入，若信道仍然空閑，轉(zhuǎn)入進入進入C

48、WCW；若信；若信道變忙，返回道變忙，返回。 5.7.3 IEEE 802.11 MAC 5.7.3 IEEE 802.11 MAC層層爭用窗口爭用窗口CWCW中執(zhí)行退避算法中執(zhí)行退避算法, , 有兩種情況：有兩種情況：（a a）信道持續(xù)空閑，）信道持續(xù)空閑，BTBT倒計時，直至減到倒計時，直至減到0 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)入入(3)(3)進行發(fā)送。進行發(fā)送。（b b）監(jiān)聽過程中信道變忙，變忙則）監(jiān)聽過程中信道變忙，變忙則暫停暫停BTBT，直，直至信道再次變空閑且繼續(xù)監(jiān)聽一個至信道再次變空閑且繼續(xù)監(jiān)聽一個IFSIFS仍空閑，仍空閑，重啟重啟BTBT，轉(zhuǎn)回，轉(zhuǎn)回(2)(2)的的進入下一個進入下一個CWCW。

49、（3 3）發(fā)送幀，）發(fā)送幀，用用DATA-ACKDATA-ACK兩次握手確認機制。兩次握手確認機制。 站點把幀發(fā)送出去，數(shù)據(jù)幀要等待確認站點把幀發(fā)送出去，數(shù)據(jù)幀要等待確認ACKACK，若在規(guī)定的時間里收到，則發(fā)送成功，否則將重傳，若在規(guī)定的時間里收到，則發(fā)送成功，否則將重傳，從（從（2 2）重新開始。）重新開始。 截斷式二進制指數(shù)退避算法截斷式二進制指數(shù)退避算法調(diào)整退避調(diào)整退避時間。算法是：第時間。算法是：第i次重傳時，退避時間在次重傳時，退避時間在02i+2-1個時隙中隨機選取，個時隙中隨機選取，i為為6時不再時不再增加。增加。 5.7.4 WLAN 5.7.4 WLAN管理管理1 1、接入

50、網(wǎng)絡、接入網(wǎng)絡n關聯(lián)和去關聯(lián)：關聯(lián)和去關聯(lián)： 關聯(lián)是無線站點向關聯(lián)是無線站點向APAP登記的過程。登記的過程。 去關聯(lián)用來解除現(xiàn)有的關聯(lián)。去關聯(lián)用來解除現(xiàn)有的關聯(lián)。n建立關聯(lián)前先與建立關聯(lián)前先與APAP進行聯(lián)絡，有兩種方式：進行聯(lián)絡，有兩種方式： 被動掃描和主動掃描，掃描之后，選擇一個被動掃描和主動掃描，掃描之后，選擇一個信號最強的信號最強的APAP，啟動關聯(lián)過程。，啟動關聯(lián)過程。 5.7.4 WLAN 5.7.4 WLAN管理管理站點接入網(wǎng)絡的過程站點接入網(wǎng)絡的過程( (主動掃描主動掃描) )：5 5步步1 1、無線站點主動發(fā)出探、無線站點主動發(fā)出探測請求幀；測請求幀；2 2、AP1AP1和

51、和AP2AP2發(fā)回探測響發(fā)回探測響應幀；應幀；3 3、無線站點選擇信號最、無線站點選擇信號最強的強的AP1AP1；4 4、無線站點向、無線站點向AP1AP1發(fā)出關發(fā)出關聯(lián)請求幀；聯(lián)請求幀；5 5、AP1AP1發(fā)出關聯(lián)響應幀。發(fā)出關聯(lián)響應幀。 5.7.4 WLAN 5.7.4 WLAN管理管理n越區(qū)漫游：越區(qū)漫游：BSS-BSSBSS-BSSn電源管理：電源管理：IEEE802.11IEEE802.11協(xié)議中包含有電源管理。協(xié)議中包含有電源管理。n節(jié)電控制對節(jié)電控制對WLANWLAN非常有意義。非常有意義。n移動站在無傳輸活動時處于休眠狀態(tài)。移動站在無傳輸活動時處于休眠狀態(tài)。n發(fā)往休眠站點的數(shù)據(jù)幀先在發(fā)往休眠站點的數(shù)據(jù)幀先在APAP中緩存，當休眠站中緩存，當休眠站點被喚醒時點被喚醒時APAP再把緩存的數(shù)據(jù)發(fā)給它們。再把緩存的數(shù)據(jù)發(fā)給它們。 5.8 5.8 非主流局域網(wǎng)非主流局域網(wǎng) 5.8.1 5.8.1 令牌環(huán)令牌環(huán)(Token Ring)(Token Ring)n令牌環(huán)網(wǎng)，標準是令牌環(huán)網(wǎng)，標準是IEEE 80