第五章_局域网

第五章 局域网,5.1 局域网概述,局域网最主要特点：为一个单位拥有，且地理范围和站点数目有限。 相对于小型机多用户系统，优点在于：,1.能方便地共享昂贵的外部设备 主机以及软件 数据。 2.便于系统的扩展和逐渐地演变，设备位置可灵活调整。 3.提高了系统的可靠性 可用性 残存性。,局域网可按网络拓扑进行分类,星形网 环形网 总线网 树形网,LAN典型拓扑结构,总线形/树形 : 所有结点都直接连接到共享信道 星形 : 所有结点都连接到中央结点 环形 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接,bus,star,ring,A,B,C,C,A,D,C,B,A,B,C,A,C,局域网常用的传输介质有： 局域网传输介质：* 双绞线 * 同轴电缆 * 光纤 * 无线信道 同轴电缆、双绞线、光纤与无线通信信道；双绞线已能用于数据传输速率为100Mbps、1Gbps 的高速局域网； 在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤,在有移动结点的局域网中采用无线通信信道的趋势已经越来越明朗化;,局域网的体系结构,IEEE802 参考模型,IEEE于1980年2月成立了局域网标准委员会(简称IEEE 802委员会)，专门从事局域网标准化工作，并制定了IEEE 802标准; IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系: 数据链路层划分为: LLC(Logical Link Control) 子层 MAC( Media Access Control)子层,局域网物理层的主要功能,信号的编码与译码 前同步码的产生与去除 比特的传输与接收,局域网数据链路层按功能划分为两个子层：LLC和MAC 功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分进行区分，降低研究和实现的复杂度。 MAC子层功能：在物理层基础上进行无差错通信,具体讲就是 成帧/拆帧， 实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。 LLC子层功能：向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理。 LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准（LAN标准的区别在MAC子层）,IEEE 802标准 IEEE 802.1标准:局域网体系结构、网络互连，以及网络管理与性能测试； IEEE 802.2标准:LLC子层功能与服务； IEEE 802.3标准:CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范； IEEE 802.4标准:令牌总线(Token Bus)介质访问控制子层与物理层规范； IEEE 802.5标准:令牌环(Token Ring)介质访问控制子层与物理层规范； IEEE 802.6标准: 城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范； IEEE 802.7标准: 宽带技术； IEEE 802.8标准: 光纤技术； IEEE 802.9标准: 综合语音与数据局域网IVD LAN技术； IEEE 802.10标准：可互操作的局域网安全性规范SILS； IEEE 802.11标准：无线局域网技术;,局域网的数据链路层有两种不同的数据单元,LLC PDU MAC 帧,LLC PDU 与MAC 帧的关系见图所示：,高层PDU,LLC数据,LLC首部,MAC首部,MAC尾部,MAC数据,LLC帧和MAC帧的关系,逻辑链路控制LLC子层, 链路多路复用：多个SAP可以复用一条数据链路,（2）,（1）,（1）,（3）,站点A,站点B,站点C,LAN,进程,x y,a b c,m,SAP,LLC,LLC,LLC,MAC,MAC,MAC,物理层,物理层,物理层, 两种地址： MAC地址，DTE在网络中的物理地址（站地址），在MAC帧中传送 SAP地址，进程在DTE中的逻辑地址，在LLC帧中传送,（1）,（2）, LAN中的寻址分成两步： 根据MAC地址找到目的站点 根据SAP地址找到该DTE中的相应进程 LLC提供的服务：4种操作类型 LLC1：不确认的无连接服务，适用于广播、组播通信，周期 性数据采集 LLC2：面向连接服务，适用于长文件传输 LLC3：带确认的无连接服务，适用于传送可靠性和实时性都 要求的信息，如告警信息 LLC4：高速传送服务，适用于MAN,LLC的帧结构,DSAP,SSAP,控制,数据,1,1,1/2,长度无限制 单位：字节,I/G,C/R,I/G：0 - 单个SAP地址 C/R：0 - 命令帧 1 - 组地址（全1为广播地址） 1 - 响应帧 控制字段：信息帧和监督帧与HDLC的扩展字段相同（2B） 无编号帧与HDLC的相同（1B）,高层PDU,LLC数据,LLC首部,MAC首部,MAC尾部,MAC数据,LLC帧和MAC帧的关系,1,1,8,8,MAC子层的地址问题, IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，相当于站点的唯一标识符，与其物理位置无关 MAC地址字段可以采用两种形式之一： 6B 全球范围， 2B 单位范围 地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配 地址类型标识：地址字段的第一字节的最低位I/G 0 - 单个站地址 1 - 组地址 地址范围标识：地址字段的第一字节的最低第二位U/L 0 - 局部管理 1 - 全局管理,I/G U/L 46位地址,1 1 46,I/G 15位地址,1 15,IEEE 802.3标准,Ethernet和IEEE 802.3,70年代中期由Xerox Palo Alto Research Center (Bob Metcalfe) 提出，数据率为2.94M，称为Ethernet 后来由DEC, Intel and Xerox (DIX 标准)改进为10M标准 1985年定名为IEEE 802.3，即使用1坚持的CAMA/CD协议的 LAN标准，数据率从1M到10M，支持多种传输媒体 Ethernet是指基带总线LAN Ethernet和IEEE 802.3的帧格式不同,IEEE 802.3 规范,不同标准 10Base5 - 粗缆Ethernet 10Base2 - 细缆Ethernet 10BaseT - 双绞线 10BaseF - 光缆 10Broad36 - 宽带 快速Ethernet IEEE802.3u ：100BaseTX, 100BaseT4, 100BaseF及100 VG-AnyLAN,数据率（Mbps）,基带或宽带,段最大长度（百米）,10 Base 5,10Base5,分插头 : 插入电缆 收发器 : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离，超长控制 AUI : 连接件单元接口 用于骨干网,最大段长度 500米 每段最多站点数 100,两站点间最小距离 2.5米,网络最大跨度 2.8公里,10 BASE-5是IEEE 802.3物理层标准中最基本的一种。它采用的传输介质是阻抗为50欧姆的基带粗同轴电缆。粗缆的最大长度为500m，数据传输速率为10 Mbps。网卡与收发器采用标准的15针AUI连接器，收发器与网卡之间用收发器电缆(或称AUI电缆)连接。,10Base2,细缆,BNC 接头,NIC,BNC T型接头 无需插入电缆 用于办公室LAN,段最大长度 185m 每段最多站点数 30,两站点间最短距离 0.5 m,网络最大跨度 925 m,10 BASE-2是IEEE 802.3补充的第一个物理层标准。它采用的传输介质是阻抗为50欧姆的基带细同轴电缆。细缆的最大长度为185m，数据传输速率为10 Mbps。网卡上提供BNC 连接插头，细同轴电缆通过BNC-T型连接器与网卡连接。,在10BASE2网络中，在使用细缆布成网络时，它总共可以包括五个网段，这五个网段由四个中继器连接，不要以为这五个网段都是可以使用的，要不然规则上的3不就没有用了，3指的是只有三个网段能够使用。请注意下图：,5-4-3规则,10BaseT,NIC,Hub（集线器）相当于多端口转发器 用于办公室LAN 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。 转发器/中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。物理层设备。,hub,段最大长度 100m,10 BASE-T是1990年补充的另一个物理层标准。10 BASE-T采用以集线器(HUB) 为中心的物理星型拓扑构型， 使用标准的RJ-45接插件与3类或5类非屏蔽双绞线UTP连接网卡与HUB；网卡与HUB之间的双绞线长度最大为100米；,10BaseF,使用光纤进行长距离连接，最适于建筑物间的连接。 3个标准 10BaseFP - 无源星形拓扑, 链路最长1 km 10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长2 km 10BaseFB - 同步点到点链路，链路最长2 km，有15个层叠的转发器, 10Broad36,使用75电缆连接，拓扑结构为树形 用于宽带LAN,10 BASE-FP、10 BASE-FL与10 BASE-FB是IEEE 802.3物理层标准中新补充的三种光纤传输介质标准，传输速率为10M bps。10 BASE- FP 标准定义了利用无源集线器(Passive HUB)连接光纤的Ethernet，其基本结构与10 BASE-T类似，采用物理星型拓扑构型，网卡与无源集线器之间用光纤连接起来，最大距离为500米。10 BASE-FB标准将网卡与有源集线器(Active HUB)之间用光纤连接起来，最大距离可达2000m。10 BASE-FL标准将Ethernet中继器的数目由最多4个扩展到6个，以便增加Ethernet主干缆长度。,了解,100BASE-TX支持5类非屏蔽双绞线UTP 与1 类屏蔽双绞线STP； 100BASE-T4支持3类非屏蔽双绞线UTP； 100BASE-FX支持2芯的多模或单模光纤；,100M以太网的传输介质,100Base-T4,3对线携带信息呈27种组合形式，至少传送4 bit信息 信道的传输速率：4bit*25MHZ = 100Mbps 半双工数据传输方式 星型结构，用集线器连接站点 改变曼彻斯特编码,站 点,集 线 器,信号状态（0，1，2）,信号的变化频率25MHZ,当前数据 传输方向,4对线,每5个时钟周期发送4 bit信息 信道的传输速率：（4bit/5）*125MHZ = 100Mbps 全双工数据传输方式,站 点,集 线 器,信号的变化频率125MHZ,2对线,100Base-TX,IEEE 802.3的体系结构与功能实现,物理层,50同轴电缆,BNC 连接器,收发器,AUI电缆,网卡,站接口,数据封装/解封（MAC帧）,链路管理（CSMA/CD协议）,曼彻斯特编码/译码,发送/接收,MAC,LLC,Ethenet/802.3操作,每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据 需要寻址机制来标识目的站点 只有一个站点将收到的帧复制下来，其他站点都将丢弃帧,A,B,C,A,B,C,A,B,C,A,B,C,C 发现总线空闲,C发送帧，目的地址为A,B 忽略该帧,A复制该帧,信号由终端电阻吸收,终端电阻,发往本站的帧种类,单播帧：收到的MAC地址与本站硬件地址相同 广播帧：发送给所有站点的帧（全一地址） 多播帧：发送给一部分站点的帧 所有网卡可以识别单播和广播地址，有的网卡可以用编程 的办法识别多播地址。,以太网与802.3帧格式比较,Byte,10101010 时钟同步,10101011,由LLC填写，461500Byte,802.3帧格式,以太网帧格式,IEEE802.3/Ethernet帧格式,IEEE 802.3,PA : 前同步码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步 SFD : 帧首定界 - 10101011 DA: 目的地址 - MAC 地址 SA: 源地址 - MAC地址 LEN:数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B） Type: 类型：高层协议标识 LLC PDU+pad - 最少46字节, 最多1500字节 pad 填充字段，保证帧长不少于64字节 FCS : 帧校验序列（ CRC-32 ）,7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节,8 6 6 2 46-1500 4字节,Ethernet,校验区间,64-1518 字节,帧间隔,在相继发送的两帧之间强制插入9.6 的间隔 以确保想要发送数据的其他站点也能占用信道 也是为了刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理做好接收下一帧的准备,PA,帧间隔 9.6 ms,无效的MAC帧,1帧的长度与数据长度字段不一致 2帧的长度不是整数个字节 3 FCS查出有差错 4 收到的帧的长度小于规定的最小值,下列这些情况,最小帧长度：64字节,(1) 在0时刻开始 发送,(2) 大约在 -d 时刻到达 B,(3) B 开始发送; 在 时刻发生冲突,(4) 冲突信号在 2 时刻到达A,帧发送时延必须超过 2 ，以防止在第一位数据到达总线最远端之前，数据已全部发送完毕，从而引起冲突；而发送方却误以为已帧成功发送 此时隙时间为 51.2 ms，即512 为bit，64字节 最小帧长为 64字节 (不包括前同步码) 因此数据字段最少为 46 字节,A,A,A,A,B,B,B,B,A 和 B 在总线的两端,IEEE 802.3的性能, 前提：重载且负载为常数，即任一时刻总有k个站点要发送；重传概率也为常数 设每个站点发送概率为p A= P某站点发送成功 = k p (1-p) k-1 p=1/k时，Amax = (1-1/k) k-1 , 取k , 则Amax = 1/e 竞争时间恰好包含j个时隙的概率为 A(1-A) j-1 , 则每次竞争占用的平均时隙数 = j A(1-A) j-1 = 1/A j=1 设时隙长度为2，则平均竞争时间为 w= 2 /A 若平均每帧发送时间为P秒， 则信道效率 = P/（P+ 2 /A ） 设帧长为F，网络带宽为B，电缆长度为L，信号传播速度为c， 取A=1/e，则信道效率 = 1/（1+2BLe/cF） 即给定帧长时，增加网络带宽或电缆长度都将降低信道效率。,结论,了解,清华版215页,双绞线星形网的出现是以太网局域网发展史上的一个非常重要的里程碑,1990年IEEE制定10BASE-T的标准802.3i T代表双绞线星形网,10Base-T的拓扑结构,物理连接是星型结构 逻辑上是总线结构（站点争用总线）,物理结构,逻辑结构,10BaseT的特点,与同轴电缆相比的优点 安装成本大大降低 即插即用，组网灵活 星型结构，故障隔离 适于大批量制造 问题 多用户共享一条10M速率信道,局域网中的双绞线,一双绞线的组成和分类 STP(3类、5类)和UTP(3类、4类、5类、超5类等) 二双绞线的传输特性（UTP） 3类：最高传输速率为10Mbps ;4类：最高传输速率为16Mbps，一般不用；5类：最高传输速率为100Mbps，目前的网络布线主流；超5类：主要用于千兆以太网，传输距离超过100m,可达130m.,以太网,RJ45接头,RJ45接头 在以太网的标准中，10Mbps与100Mbps双绞线系统采用相同的线序：一到八号线中，一、二两根线为一对，三、六根线为另一对，如下表所示。 线色 Pin# Signal 白橙 1 TD+ 橙 2 TD- 白绿 3 RD+ 蓝 4 不用 白蓝 5 不用 绿 6 RD- 白棕 7 不用 棕 8 不用,两台微机直接使用RJ45连接,一双绞线在局域网中的连接方法 1 双绞线连网时的特点（10M） 双绞线两端的连接RJ-45连接器与网卡和集线器（交换机）相连，最大网段长度为100m，如果扩展网络，最大范围500m,5-4-3规则。 2 两种国际连接标准 T568A和T568B(如图所示),双绞线与网络设备之间的连接方法 （1） 双绞线连接网卡和集线器时的线对分布 从网卡到集线器之间的连线为直通(MDI)，即两个RJ-45连接器中导线的分布应统一。1和2脚必须是一对，3和6脚必须是一对。脚1和2用于发送数据，脚3和6用于接收数据，其他的两对没有使用。注意：1和2脚必须是使用一对线，3和6脚必须是使用一对线。 （2） 双绞线连接两个集线器时的线对分布 两个集线器通过双绞线级联，必须进行错线(MDIX), ,A端的脚1和B端的脚3相连，A端的脚2和B端的脚6相连。 （3） 双绞线直接连接两个网卡时的线对分布 用双绞线连接两块网卡，必须进行错线,真假双绞线的识别 （1） 传输速度 （2） 电缆中双绞线对的扭绕应符合要求 所有线对扭绕密度不同；线对的扭绕方向为逆时针方向 （3） 5类双绞线应该多少对 4对 真假水晶头 （1） 价格 1元以上 （2） 外形 水晶头的外形应与集线器上的接口相吻合；水晶头前端的金属弹片应有硬度，还应有韧性；水晶头反面的塑料弹片应有很好的弹性 注意：在100M网络中只允许对两个100M的HUB进行级联，而且，两个100MHUB之间的连接距离不能大于5m,所以100M局域网在使用HUB时最大距离为205m.,了解,局域网中的网卡,2网卡的使用 网卡地址：即网卡的物理地址或称为MAC地址，固化在网卡硬件中 配置参数 中断请求号 IRQ（一般为3） I/O基地址 I/O Base（一般为300H） 存储器基地址 Memory Base (一般为C000H) 全双工 / 半双工 传输速率（仅10/100Mbps双速网卡可选）,3. 网络接口卡的种类,如何选择网卡 （1） 网卡的总线 同等速度的网卡，PCI总线的要比ISA总线的要快。 （2） 选择速度为100Mbps的快速网卡时，应当考虑选用10/100Mbps自适应网卡。10/100自适应网卡采用了一种叫做“自动协商”的管理机制，可根据网络和对方的速度，自动确定是工作在10Mbps还是工作在100Mbps，另外，10/100M自适应网卡的使用范围比单纯的100M网卡广。但是，价格相对要稍贵些。 （3） 是否支持全双工工作模式 （4） 是否支持远程启动 如果要组建无盘工作站，所购买的网卡必须要有远程启动芯片槽，而且要配备专用的远程启动芯片，因为远程启动芯片一般情况下不能通用。同时，远程启动芯片必须支持你的系统。,了解,（5） 是否支持自动唤醒功能 当需要访问网络中某一台计算机上的资源，而被访问者处于关闭状态时，可利用网卡的自动唤醒功能，让被访问者在接收到访问信息后边自动启动并登录网络。如果你的网络用户需要实现自动唤醒，可选用自动唤醒功能的网卡。 （6） 能够提供多种操作系统下的驱动程序 购买网卡时，看网卡的驱动程序是否支持你的网络环境 windows 95/98/2000。还是NetWare服务器。,常见网卡品牌 台湾产 D-Link Accton 大陆产 Topstar、Anet、Hplink、TPLink 美国产 Intel、3COM、IBM、Bay、Cisco,局域网中的集线器,网络集线器(HUB),多端口的中继器，属于物理层设备 功能：在网段之间拷贝比特流，信号整形和放大 可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备 可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接 端口数：常见的有8，16，24口,三种结构： 独立式（Stand alone）： 固定端口配置，扩充时用级连的方法 堆叠式（Stackable）： 固定配置，用堆叠方法进行扩充通过高速总线连接在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB，可统一管理。 模块化（Module）： 又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）,智能集线器和非智能（普通）集线器 允许用网管系统对其进行管理的集线器称为智能HUB，它内部包含有CPU等智能控制部件。 不能用网管系统进行管理的集线器称为非智能HUB。 在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一般都要求使用智能集线器（后面将要介绍的网络交换机也需要是智能化的）。 小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。,NIC,HUB,UTP,PC机,用集线器搭建简单的网络,服务器,以1台服务器，3台PC机为例： 一台HUB 4块UTP接口的网卡 4台PC机 8个RJ45接头（水晶头） 若干米UTP双绞线,问：什么是10M以太网的5-4-3规则？ 答：在一个10M以太网中，一共可以分为5个网段，其中用4个中继器连接，允许其中3个网段有设备，其他2个网段只是传输距离的延长。在10BASE-T网络中，只允许级联4个HUB。 问：如何在10BASE-T网络中避免5-4-3规则的限制，而增加端口数？ 答：可以使用可堆叠的集线器，可堆叠集线器如TCLH1616，可以堆叠5个，在逻辑上这5 个HUB可以看作一个HUB。或者可以使用交换机和HUB连接。 问：TCLH1616集线器上的Col灯是什么意思？ 答：以太网络采用CSMA/CD协议。在传输过程中可能发生冲突，此时，Col要闪烁。如果Col闪烁过分频繁，说明您的网络负载已经很重了，您就要对您的网络进行调整或者升级。,问：集线器堆叠和级联有什么区别？ 答：堆叠方式采用厂家的堆叠电缆，堆叠在一起的集线器在逻辑上作为一个集线器，不受5-4-3规则的限制。级联方式采用交叉电缆（1、2和3、6反接），受5-4-3限制，只能级联4个集线器。,常见集线器品牌 高档HUB主要由美国品牌占领，如3COM、intel、Bay、Cisco等，它们设计上比较独特，一般几个甚至每个端口配置一个处理器。台湾的D-Link和Accton占据了中低档HUB，大陆有联想、实达。这些中低档HUB采用了单处理器技术。,了解,局域网中的交换机,了解局域网交换机的工作方式 ： 局域网交换机的工作方式与电话交换机基本相同，只是电话机是通过电话号码建立两个用户之间的连接，而局域网交换机则使用计算机名或协议地址进行两台计算机之间的连接。,交换技术的定义,在网络上从一个站点到另一个站点之间为数据传输动态建立一条直接连接的路径。,网络1,网络2,网络3,网络4,交换技术分类,按被交换的数据单元分类 帧交换（frame switching） 信元交换（cell switching） 按交换技术所实现的功能层次分类 第二层（L2）交换 第三层（L3）交换 按用交换技术连接的网络特性分类 局域网交换（LAN switching） 广域网交换（WAN switching）,第二层交换,工作在数据链路层，实现数据帧的交换 网络设备： 网桥 交换机 与第二层交换相关的技术 交换式以太网 虚拟局域网VLAN 第二层交换的问题,交换式以太网,100M以太网主干,Ethernet switch,Hub,独享10M,共享10M,交换机的两种用法(以10Mbps网络交换机为例)： (1) 端口下接站点：站点独占10Mbps带宽 (2) 端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽,共享10M,独享10M,共享10M,独享10M,网络交换机Switch,HUB,HUB,网络交换机(Switch),共享信道LAN的缺点： 多个站点同时发送会造成冲突； 网络中站点越多，冲突现象越严重； 每个站点的平均拥有带宽为W/n； 解决的方法： 网段分割(微网段化)减少每个网段中站点的数量 网段分割后网络总体带宽增加,网络分段,MAC广播域,独立的冲突域,独立的冲突域,网桥或网络交换机,交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域,多端口的高速网桥网络交换机 网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层上。但网络交换机的端口数多，并且速度快。在这个意义上，网络交换机又称为多端口的高速网桥。 工作原理 构造：端口-地址表、端口缓冲器、交换矩阵 学习源地址（构造端口-地址表） 过滤本网段帧（隔离冲突域） 转发异网段帧（交换） 广播未知帧（寻找目的站点）,三种转发方式 存储转发（Store and forward） 整个帧完整接收并存储到缓冲区，对整个帧进行差错检验，然后再查表找出目的端口并转发 优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段 缺点：交换延迟比较大 直通（Cut-through） 因为转发仅依赖于目的地址DA，所以只要收到帧的前6个字节(DA字段)，就可查表找出目的端口并转发 优点：交换延迟小 缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段,无碎片直通（Fragment free cut-through） 以上两种方案的折衷。 接收了一帧的前64字节后，再查表找出目的端口并转发 帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为64B， 64字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧) 优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率 缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发，转发延时高 于直通式,使用网络交换机带来的好处 分割冲突（碰撞）域减少了冲突 允许建立多个连接提高了网络总体带宽 减少每个网段中的站点数提高了站点平均拥有带宽 允许全双工连接提高带宽 网络交换机在网络中的地位 作为LAN核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等 高网络通信流量的应用场合，如图像处理、视频流等 对网络响应速度要求比较高的场合,提高网络交换机的性能的措施 主干/服务器连接：增加1-2个高速端口(Big Pipe)。缓解主干/服务器连接的瓶颈问题。 速度自动协商：10/100Mbps自适应交换机。根据所连接工作站网卡的速度自动调整端口的通信速率。 虚拟网络VLAN：将逻辑上的一组站点划分到同一个虚拟的逻辑网络中。用交换机划分的若干个VLAN在逻辑上完全独立，广播帧不会越过逻辑网络边界。 流量控制：缓冲区大小有限，为防止溢出（帧丢失），快满时向信息到达端口发送拥塞信号，造成冲突的假象，使发送站点停止发送。背压控制（Back Pressure） 根据错误帧出现概率自动进行存储转发和直通转发的切换,千兆主干交换机,服务器,校园网,10Mbps UTP,100Mbps UTP （连接校园网）,1000Mbps Fiber,100Mbps UTP,某校园网 网络结构图,二级交换机,HUB,第三层交换 ： 普通交换机工作在OSI七层参考模型的数据链路层，交换以MAC地址为基础。目前第二层交换机无法胜任大规模局域网的建设，所以较大规模的网络一般将交换机和路由器结合起来。路由器工作在网络层，通常以IP协议通过软件实现网际互连，转发速度慢，并且价格昂贵，越来成为网络瓶颈。第三层交换就是在第二层交换的基础上把路由器功能集成在交换机中，吸收了路由器在网络中的可扩展性和灵活性等特点，所以将第三层交换机又称为路由交换机。,多层交换和第四层交换 多层交换机看作是在传统交换机的基础上附加（而非集成）了路由交换功能的设备。第四层交换机是在第三层交换机的基础上引进了新的网络功能，它工作于OSI模型的传输层，可进行数据包的查询、获取数据包的相关信息等。但只是一个概念，尚未推出产品。,局域网交换机的选择 （从技术角度选择） （1）完全支持存储转发、直通和无碎片直通三种方式。 （2）同时支持全双工/半双工传输模式。 （3）提供网管功能，许多交换机都内置了简单管理模块，以方便对网络的整体管理。 （4）提供虚拟局域网（VLAN）管理功能。虚拟局域网技术可以通过一个交换机对同一网络中的用户进行分段管理，段与段之间既可相互联系，又可彼此独立。,什么是VLAN,概念 用简单的交换技术管理一个大型网络 跨越物理网段划分逻辑网段（划分工作组）,共享主干,财务 研发 管理,管理 财务 研发,为什么用VLAN技术,物理分布 一个工作组可能分布在不同物理位置上 应用要求 同组用户可以方便地交换数据 不同组之间相互隔离,两个分离的广播域,HUB,HUB,HUB,HUB,Switch,财务室,开发部,财务室,开发部,合并广播域既有好处，但也带来了问题。不必要的广播流量会泛滥到整个广播域，同时也带来了安全性问题。,开发部和财务室的计算机互相不能访问，流量完全隔离,开发部和财务室的计算机互相可以访问，降低了安全性，广播流量会泛滥到整个广播域,经交换机连接后变成一个广播域,HUB,HUB,Switch,划分VLAN后分割成两个广播域,财务室,开发部,划分VLAN,Switch,Switch,Switch,Switch,当一个部门位于多个地点时，分隔的广播域设计会给布线带来很大困难。但用VLAN可很方便地解决这个问题。,1楼,3楼,6楼,VLAN 1,VLAN 2,VLAN 3,财务,办公,开发,共享主干,财务 研发 管理,管理 财务 研发,基于端口的VLAN,对帧插入/去除VLAN标记,frame,frame,贴标记,剥标记,VLAN的标识,IEEE802.3帧,集线器与交换机的区别 集线器与交换机的本质区别 ： 用集线器组成的网络称为共享式网络，而用交换机组成的网络称为交换式网络。工作的层次也不同。 共享式以太网 , 存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户都可能争用一个信道，而一个信道在某一时刻只允许一个用户占用，所以大量用户经常处于监视等待状态，严重影响了网络性能。 交换式以太网 ，交换机提供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图同时将信息发往同一个目的端口，否则各个源端口与各自的目的端口之间可同时进行通信而不会发生冲突。 交换机只是在工作方式上与集线器不同，其他的如连接方式、速度选择等与集线器基本相同。在局域网中主要用于连接工作站、HUB、服务器或用于分散式主干网。,IEEE802.5标准：令牌环,A,B,D,C,站点,干线耦合器,单向环, 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环,发送缓冲区,接收缓冲区,接收,发送,线路驱动,线路接收,控制器,DTE,环路插入,环路输出, 干线耦合器的组成, 传输媒体：屏蔽双绞线、光纤，速率1M、4M、16Mbps， 最多站点数：250， 信号采用曼彻斯特编码,干线耦合器（TCU）, 工作状态： 发送方式 （站点发送数据时） 收听（转发）方式 （其他时候） 工作原理： 收听方式下，TCU与DTE断开 延迟一位，将位流再生并转发 监视帧中是否出现本站地址和令牌 若出现本站地址，则将开关K闭合，TCU与DTE接 通，位流复制到DTE，同时继续转发；若出现令 牌且该DTE有数据要发送，则截获令牌，转为发 送方式，发送数据帧。 发送方式下，数据以帧为单位从TCU的输出端发送到下一个TCU的输入端。 截获：将令牌的独特标志转变为信息帧的标志 数据在绕环一周后回到源站，源站检查返回的数据帧，确定发送是否成功；若没有数据要发送，则产生新令牌发送到环路上。,DTE,延迟,TCU,DTE,延迟,TCU（干线耦合器）,K,发送方式,收听方式,Token Ring/802.5的操作举例,A,T = 0,T,A,T = 0,T,A,T = 1,T,Data,C,T,Data,C,T,Data,C,T,Data,C,Data,（图a）,（图b）,（图c）,帧循环一圈后 A将数据帧回收 并放出空令牌,A有数据要发送，它抓住空令牌,A将令牌修改为数据帧，并加挂数据,IEEE802.5的帧结构, 起始、结束字段：4位特殊位（曼彻斯特编码中间无跳变） 访问控制字段：,起始,接入控制,结束,1B,1B,1B,令牌帧,非令牌帧（信息帧/控制帧）,起始,访问控制,帧控制,目的地址,源地址,数据,FCS,结束,帧状态,1,1,1,2/6,2/6, 0,4,1,1B,P P P T M R R R,优先级位,令牌位,监督位,预约位, 优先级与预约：规定只有优先级高于令牌内 PPP的站点才允许 截获令牌。要发送数据的站点可以在其他站点发送的数据帧经过本站时进行预约，将本站的优先级写入该帧的预约位。 优先级限制：升高优先级的站点在发送完数据之后，还要负责将令牌的优先级降低。 令牌位：帧类型标识。0 - 令牌；1 - 信息/控制帧 监督位：防止无效帧在环路中无限循环。 帧发出时，M=0；首次经过监控站时，M置为1；若该帧再次经过监控站，则由监控站将该帧清除。,IEEE802.5的帧结构, 帧控制字段： 地址字段： 同IEEE 802.3 数据字段：长度无下限，上限值受限于令牌持有时间 FCS字段： 任一站点转发时都进行校验 帧状态字段：供源站了解数据帧传送情况。 A C X X A C X X 发出时， A=C=0 目的站识别此帧，则令A=1 目的站接收此帧，则令C=1 结束字段：X X X X X X X E，其中E为差错位 发出时， E=0； 站点转发时，若发现校验错，则令E=1 源站根据返回帧中的A、C、E位就可以了解帧的传送是否正确。,帧类型,控制帧类型,1 2 3 4 5 6 7 8 位,01 - 信息帧 00 - 控制帧,令牌环的维护, 环中有一个监控站总管全环，负责判断整个环工作是否正常 环的初始化：新成员地址测试及通告 工作过程： 地址测试，测试是否有两站使用相同地址 要加入环路的DTE首先发出重复地址测试帧DAT，其中的目的地址=源地址=自己；环中其他站点收到该帧，则检查目的地址是否是自己；若是，置A=1；否则继续转发。 DAT返回源站时，源站检查A位，若A=1，则报告上层，并转为旁路状态，由上层决定是否重试。 通告 若返回的DAT帧中A=0，发送备用监控存在帧SMP（识别上游邻站），更新环路。每个站点收到SMP时，若其中A=C=0，则读出帧中的源地址（上游邻站地址），置A=C=1，然后发出自己的SMP。,令牌环的监控, 工作监控站：全网唯一； 备用监控站：除监控站之外的其他站 工作监控站的作用： 检查令牌是否丢失：通过有效帧定时器检测 清除无效帧：由M位判断无效帧 保护环路最小时延，保证令牌在环中转动，若工作站点数少于24，则接入24位缓冲器 纠正时钟恢复的偏差：6位弹性缓冲器 报警：严重故障通知，旁路故障站点 工作监控站不能确定环断点的位置，靠BECON帧的传播来实现 令牌环的性能：轻载时，平均时延较大 重载时，近似于TDM，信道利用率为100%,星型环路：增加可靠性，便于维护管理,A,B,C,D,E,IEEE 802.4：令牌总线, 特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网 物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆， 数据率1M、5M或10