第章局域网协议与技术PPT课件.ppt

第3章局域网协议与技术 3 1局域网协议与参考模型3 2常规局域网组网技术3 3高速局域网组网技术3 4虚拟局域网概述3 5无线局域网协议与组网 1 3 2 1传统以太网的连接方法3 2 2共享式以太网与交换式以太网 3 2常规局域网组网技术 2 3 2 1传统以太网的连接方法 因此 传统以太网可使用的传输媒体有五种 这样 传统以太网就有五种不同的物理层 3 2常规局域网组网技术 10Mb sEthernet是过去广泛使用的一种网络 也是第一个真正进入应用的10Mb s标准局域网 在其物理层 定义了多种传输介质和拓扑结构 形成一个10Mb sEthernet物理层标准系列 参见下图 6 3 IEEE802以太网参考模型中的物理层 4 1 物理层规范 传输介质 最初的物理层规范定义的传输介质只是粗同轴电缆 即10BASE5 后来 又根据需要定义了细同轴电缆 10BASE2 UTP双绞线 10BASE T 光纤 10BASE F 以及宽带同轴电缆 10BROAD36 形成了一个物理层标准系列 如前图所示 3 2 1传统以太网的连接方法 2 10Base 5 10Base 2分别表示使用粗 细同轴电缆的基带传输模式 基带电缆仅仅用于数字传输 二者直径大小不同但电气特性相同 其特性阻抗均为50 均采用总线型拓扑结构 两者单段的最长距离分别500m和185m 由于相对现在主流的以太网技术而言 性能太低 所以目前该规范基本上废弃了 5 10Broad3610Broad36是IEEE802 3中唯一针对宽带系统的规范 采用75 的CATV 有线电视网 使用的宽带同轴电缆和总线型网络拓扑结构 使用有线电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统被称为宽带同轴电缆 宽带电缆是CATV系统中使用的标准 它既可使用频分多路复用的模拟信号发送 也可传输数字信号 宽带 这个词来源于电话业 指比4kHz宽的频带 然而在计算机网络中 宽带电缆 却指任何使用模拟信号进行传输的电缆网 同样由于相对现在主流的以太网技术而言 性能太低 目前该规范基本上废弃了 单段的最大距离为3600m 1 物理层规范 2 6 10Base T10Base T 或者10BaseT 规范使用的是双绞线和星型拓扑结构 也采用基带传输模式 UTP双绞线的特性阻抗为100 同样由于相对现在主流的以太网技术而言 性能太低 目前该规范也基本上废弃了 该规范最开始是采用集线器 HUB 实现网络连接 当然在交换机出现后 同样可以采用交换机作为集中连接设备了 这与现在其他的双绞线以太网没什么区别 10Base F10Base F 或者10BaseF 是IEEE802 3中关于以光纤作为传输介质的以太网规范 设计该规范的目的主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间的点到点链路上 光纤一般为多模光纤 采用点到点的链路连接方式 1 物理层规范 3 7 介质访问单元介质访问单元 MediumAccessUnit MAU 包含了介质相关接口 MediaDependentInterface MDI 和物理介质连接设备 PhysicalMediaAttachment PMA 两部分 它是连接传输介质的物理接口 具有物理信号的发送 接收和冲突检测等功能 各个功能简述如下 发送功能 向传输介质上发送串行二进制数据位流的能力 接收功能 从传输介质上接收串行二进制数据位流的能力 冲突检测功能 检测传输介质上是否发生发送冲突的能力 监控功能 可选 在保持接收和冲突检测功能继续有效的同时 禁止向介质上发送信号 该功能主要用于故障隔离和操作验证等链路管理上 载波监听功能 监听介质上载波活动变化的能力 信号质量检测功能 检测介质上信号质量改变的能力 1 物理层规范 4 8 访问单元接口访问单元接口 AccessUnitInterface AUI 是物理收发信令 PhysicaLSignaling PLS 子层和MAU之间的接口 PLS子层可以通过AUI选择MAU 去驱动相应的传输介质 也就是说 通过AUI可使得PLS MAC LLC等各层均与传输介质无关 可以自由地选择所需的传输介质 在具体实现上 10BASE2和10BASE T的MAU 收发器 集成在网卡的内部 称为内部收发器 PLS与MAU之间通过网卡内部连线方式的AUI实现连接 10BASE5和10BASE F的MAU则是一个独立于网卡的收发器 称为外部收发器 PLS与MAU之间则通过一条最长为50m的AUI电缆实现连接 AUI电缆是一条单独的4对75 的双绞线 其中1对是电源线 12V 其他3对分别是发送线 接收线和冲突检测线 1 物理层规范 5 9 图几种以太网的连接方法示意 AUI电缆 1 物理层规范 6 10 计算机通过网卡和局域网进行通信 3 2 1传统以太网的连接方法 3 进行串行 并行转换 对数据进行缓存 在计算机的操作系统安装设备驱动程序 实现以太网协议 网卡的重要功能 11 2 传统以太网的组网结构组成LAN需要以下5种基本网络构件 1 PC 工作站 服务器 2 传输媒体3 网络适配器4 网络连接设备5 网络操作系统 3 2 1传统以太网的连接方法 4 12 例如Microsoft公司开发的Windows类操作系统 它不仅在个人操作系统中占有绝对优势 它在网络操作系统中也是具有非常强劲的力量 这类操作系统配置在整个局域网配置中是最常见的 但由于它对服务器的硬件要求较高 且稳定性能不是很高 所以微软的网络操作系统一般只是用在中低档服务器中 高端服务器通常采用UNIX Linux或Solairs等非Windows操作系统 2 传统以太网的组网结构 续 网络操作系统 13 10BASE2的组网结构 2 传统以太网的组网结构 2 14 10BASE5的组网结构 2 传统以太网的组网结构 3 15 10BASE T的组网结构 2 传统以太网的组网结构 3 16 1 交换式以太网的引出随着个人计算机已从简单的文字处理 管理信息等应用发展到分布式计算 多介质应用 同时基于Web的Internet Intranet广泛应用 局域网的带宽与性能已不能满足要求 这些因素促使人们研究高速局域网技术 希望通过提高局域网的带宽改善局域网的性能 以适应各种新的应用环境的要求 为了克服网络规模与网络性能之间的矛盾 常采用的方法有 提高Ethernet的数据传输速率 如从10Mb s提高到100Mb s 甚至提高到1Gb s 10Gb s 但Ethernet帧结构保持不变 将共享介质方式改为交换方式 交换局域网的核心设备是局域网交换机 局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接 3 2 2共享式以太网与交换式以太网 17 3 2 2共享式以太网与交换式以太网 2 集线器与共享式局域网由集线器作为中心设备的LAN称为共享式局域网 交换机与交换式局域网由交换机作为中心设备的LAN称为交换式局域网 2 共享式以太网与交换式以太网的界定 18 3 2 2共享式以太网与交换式以太网 3 共享式以太网即使用集线器或共用一条总线的以太网 采用了载CSMA CD机制来进行传输控制 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 多个用户都可能同进 争用 一个信道 而一个通道在某一时刻只充许一个用户占用 所以大量的经常处于监测等待状态 致使信号在传送时产生抖动 停滞或失真 严重影响了网络的性能 交换式以太网交换机以太网利用以太网交换机组网 既可以将将计算机直接连到交换机的端口 那么它将独享该端口提供的带宽 如果计算机通过以太网连入交换机 那么该以太网上的所有计算机共享交换机端口提供的带宽 3 共享式以太网与交换式以太网的性能差异 19 3 2 2共享式以太网与交换式以太网 4 4 集线器与交换机的区别 集线器 Hub 在OSI模型中属于物理层 集线器的每一个端口没有独立带宽 而是所有端口共享总的背板带宽 交换机 Switch 在OSI模型中属于数据链路层 交换机是一种基于MAC 网卡的硬件地址 识别 能完成封装转发数据包功能的网络设备 交换机可以 学习 MAC地址 并把其存放在内部地址表中 通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径 使数据帧直接由源地址到达目的地址 通常把以太网交换机称为二层交换机 20 集线器Hub 工作在物理层 收到电气信号向所有端口发送 连接同网段设备 使用HUB连接的共享式以太网中所有站点处于同一个冲突域和广播域中 PC1 PC2 PC3 0101101 3 2 2共享式以太网与交换式以太网 5 4 集线器与交换机的区别 21 广播域冲突域的划分 冲突域 交换机分隔冲突域 同一时刻 两台不同的设备试图发送数据包 就会产生冲突 此后两台设备都必须重新发送数据包 效率不高 集线器环境属于此情况 广播域 网段上所有设备的集合 这些设备收听那个网段所有广播 路由器等三层设备分隔广播域 22 交换机Switch 工作在数据链路层 按照物理MAC地址进行数据帧的寻址转发 连接同网段设备 交换机的每个端口都是单独的冲突域 交换机隔离了冲突域但没有隔离广播域 3 2 2共享式以太网与交换式以太网 6 4 集线器与交换机的区别 23 4 集线器和交换机的区别 100M的10端口集线器 100M的10端口交换机 总带宽100M 人越多越慢啊 总带宽 100M 10 2 人多也没啥影响啊 3 2 2共享式以太网与交换式以太网 7 24 交换机的三个功能 地址学习转发 过滤数据帧避免环路 5 以太网交换机的工作原理 25 地址学习 最开始的地址表是空的 5 以太网交换机的工作原理 2 26 如果StationA发送一个数据帧给StationC 交换机就从端口E0学习到了stationA的MAC地址 将该帧做 洪泛 flooding 转发 5 以太网交换机的工作原理 3 地址学习 27 StationD发送一个数据帧给StationB 交换机从端口E3学习到stationD的MAC地址 将该帧做 洪泛 flooding 转发 5 以太网交换机的工作原理 3 地址学习 28 过滤 转发数据帧 过滤 StationA再发送一个数据帧给stationC 目标地址已经知道 不再 洪泛 转发 直接从E2端口发送出去 E0 00d0 d001 1111 E2 00d0 d001 2222 E1 00d0 d001 3333 E3 00d0 d001 4444 A 00d0 d001 1111 C 00d0 d001 2222 B 00d0 d001 3333 D 00d0 d001 4444 E0 E1 E2 E3 X X MAC地址表 5 以太网交换机的工作原理 4 29 交换机内部有一张地址表 它记录了MAC地址与交换机端口的对应关系 交换机转发数据帧的 工作流程如下 5 以太网交换机的工作原理 5 过滤 转发数据帧 转发 当交换机从某个端口接收到一个数据帧 它先读取帧头中的源MAC地址 这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的 30 读取包头中的目的MAC地址 并在地址表中查找相应的端口 如表中有与这目的MAC地址对应的端口 把数据包直接复制到这端口上 如表中找不到相应的端口则把数据包 洪泛 到所有端口上 当目的主机对源主机回应时 交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应 在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行洪泛了 5 以太网交换机的工作原理 6 过滤 转发数据帧 转发 31 生成树协议能够发现并自动消除冗余网络拓扑中的环路 使用生成树协议STP Spanning TreeProtocol 5 以太网交换机的工作原理 7 避免环路 32 Spanning Tree的运作 1 选出一个根桥Root rootbridge 2 在一个链路上选出指定端口DP designatedport 3 在非根网桥上选出根端口RP rootport 4 未成为指定端口或根端口的端口被阻塞 即阻隔端口 Blocked blockedport 5 以太网交换机的工作原理 8 33 第3章局域网协议与技术 3 1局域网协议与参考模型3 2常规局域网组网技术3 3高速局域网组网技术3 4虚拟局域网概述3 5无线局域网协议与组网 34 3 3 1快速以太网技术 3 3高速局域网组网技术 快速以太网技术100Base T是由10Base T标准以太网发展而来的 主要解决网络带宽在局域网络应用中的瓶颈问题 其协议标准为1995年颁布的IEEE802 3u 可支持100Mbps的数据传输速率 并且与10Base T一样可支持共享式与交换式两种使用环境 在交换式以太网环境中可以实现全双工通信 100Base T的三种不同的物理层协议 35 也称吉比特以太网 千兆位以太网基本保留了原有以太网的帧结构 所以向下与传统以太网 快速以太网完全兼容 从而原有的10Mbps以太网或快速以太网可以方便地升级到千兆位以太网 千兆位以太网标准实际上包括支持光纤传输的IEEE802 3z和支持铜缆传输的IEEE802 3ab两大部分 3 3 2千兆位以太网 36 1 1000Base SX标准1000Base SX采用芯径为62 5 m和50 m的多模光纤 工作波长为850nm 传输距离为275m和550m 数据编码方法为8B 10B 适用于作为大楼网络系统的主干通路 2 1000Base LX标准 多模光纤 1000Base LX可采用芯径为50 m和62 5 m的多模光纤 工作波长为850nm 传输距离为550m 数据编码方法为8B 10B 适用于作为大楼网络系统的主干通路 单模光纤 1000Base LX可采用芯径为9 m的单模光纤 工作波长为1270nm 1355nm 传输距离为3km 数据编码方法采用8B 10B 适用于校园或城域主干网 3 3 2千兆位以太网物理层标准 37 3 1000Base CX标准1000Base CX标准采用150 平衡屏蔽双绞线 STP 传输距离为25m 传输速率为1 25Gbps 数据编码方法采用8B 10B 适用于集群网络