CH05+局域网[dmdream].ppt

计算机网络ComputerNetworks,南京邮电大学计算机学院计算机通信与网络教研组,第五章局域网,局域网概述局域网的参考模型和标准介质访问控制方法以太网高速局域网虚拟局域网无线局域网,内容纲要,内容纲要,局域网概述局域网的参考模型和标准介质访问控制方法以太网高速局域网虚拟局域网无线局域网,局域网概述,局域网的基本特点：网络覆盖的区域相对较小，通常传输距离在0.1km25km。传输速率高，局域网的传输速率一般为1Mbit/s100Mbit/s。目前，10Mbit/s，100Mbit/s，1000Mbit/s的以太网得到了广泛的应用，正在推出10Gbit/s的以太网。误码率低，局域网的误码率一般在10-810-11范围内，传输质量高。局域网具有专用性质。局域网侧重共享信息的处理、存储。,局域网概述,局域网基本技术，主要包括三个方面：网络拓扑结构数据传输基本形式和传输介质介质访问控制方法局域网的基本技术决定了网络的性能（网络响应时间、吞吐量和利用率）、数据传输类型和网络应用等。,局域网概述,局域网典型的拓扑结构星（Star）型局域网所有站点的通信都通过中心站点进行环（Ring）型控制简便，结构对称性好，传输速率高。如：IBM令牌环网总线（Bus）型采用广播式多路访问方法，结构简单，可靠性高，扩展性好。如：采用集线器(HUB)组网树（Tree）型分层结构，扩展性好，寻址方便,局域网概述,各种拓扑结构,匹配电阻,交换机,干线耦合器,总线网,星形网,树形网,环形网,交换机,交换机,交换机,数据传输基本形式,局域网数据传输的基本形式有两种：,典型的传输介质：双绞线同轴电缆光纤（光缆）无线、微波、红外传输,基带传输频带传输（宽带传输）,内容纲要,局域网概述局域网的参考模型和标准介质访问控制方法以太网高速局域网虚拟局域网无线局域网,局域网的参考模型和标准,局域网拓扑结构简单，一般没有路由问题，因此不单独设置网络层。局域网标准对应于OSI标准的第1层和第2层的功能。IEEE802标准给出了局域网/城域网的参考模型和标准。OSI-RM的数据链路层对应于LAN参考模型中的两个子层，即：逻辑链路控制(LLC)子层、介质访问控制(MAC)子层。,局域网参考模型,LLC和MAC子层,为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层介质访问控制MAC(MediumAccessControl)子层。(媒体接入控制)与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。,LLC和MAC子层,MAC子层的功能：介质的访问控制链路层帧的寻址和识别帧校验序列的产生和检验LLC子层的功能规定了三种类型的链路服务：无连接LLC（类型I）面向连接LLC（类型II）确认无连接LLC(类型III),LLC和MAC子层,在参考模型中，每个实体和另一系统的对等层实体间按协议进行通信。而在一个系统内的相邻层实体间通过接口进行通信，用服务访问点（SAP）来定义逻辑接口。在网间互连子层与LLC子层实体间可有多个LSAP，网间互连子层与高一层实体间可有多个NSAP，但LLCMAC，MAC物理层间只有一个服务访问点，分别称MSAP，PSAP。,IEEE802局域网标准,近年来出现的系列标准,802.3ac：虚拟局域网VLAN（1998）。802.3ab：1000Base-T物理层参数和规范（1999）。802.3ad：多重链接分段的聚合协议（2000）。802.3u：100Mbit/s快速以太网。802.1Q:虚拟桥接以太网(1998)。802.14：利用CATV宽带通信标准（1998）。802.15：无线个人网（WPAN:WirelessPersonalAreaNetwork）。802.16：宽带无线访问标准。,IEEE802局域网帧结构,内容纲要,局域网概述局域网的参考模型和标准介质访问控制方法以太网高速局域网虚拟局域网无线局域网,介质访问控制方法,所谓“访问”指的是在两个实体之间建立联系并交换数据信息。在网络中，访问方式泛指分配介质使用权限的机理、策略和算法。评价介质访问控制的三个基本要素：协议简单有效的通道利用率公平性：网上站点的用户公平合理,介质访问控制方法,受控访问预约式（多路复用）静态预约（固定分配）频分复用，时分复用，波分复用，码分复用动态预约（按需分配）集中控制，动态时分复用，无冲突访问选择式菊花链探询（轮叫探询、中心探询）单独选择,介质访问控制方法,随机访问争用式ALOHA纯ALOHA、时隙ALOHACSMA非坚持，1坚持，P坚持CSMA/CD，CSMA/CA其它环式：令牌环等混合式,总线型网络介质访问控制方法,总线型网络中所有站点使用公共传输介质总线，实现网络中计算机之间的通信。连接在公共传输介质上的计算机在任意时刻都可能需要通过总线发送数据，这就需要有一种控制机制对公共介质的使用进行分配。总线型网络拓扑结构简单，一般采用分布式随机竞争介质访问控制方式。,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可靠，因为总线上没有有源器件。,总线局域网的广播方式发送,B向D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,不接受,不接受,不接受,接受,B,只有D接受B发送的数据,总线局域网的广播方式发送,总线上的每一个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号。只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有D才接收这个数据帧。其他所有的计算机（A,C和E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不收下来。在具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。,ALOHA介质访问控制方法,20世纪70年代用于无线分组网，功能简单。是一种完全随机的公共介质访问方法。纯ALOHA：用于局域网无线公用信道上，集中控制，仅使用两个频率，上行传输（争用）为407.35MHz,下行传输（广播）为413.475MHz，信道利用率最高为18.4时隙ALOHA：将时间分为等长的时隙，只能在每个时隙的开始才发送分组，目的是减少冲突。信道利用率最高为36.8%。,ALOHA介质访问控制方法,A,B,C,D,时隙ALOHA介质访问控制方法,A,B,C,D,CSMA介质访问控制方法,CSMA,CarrierSenseMultipleAccess每个站点在发送分组前，监听公共信道上其它站点是否在发送分组。如果信道忙，就暂不发送。如果信道空闲，则进入发送处理。CSMA方法分为：非坚持CSMA时隙非坚持CSMA1坚持CSMAP坚持CSMA,坚持和非坚持CSMA,非坚持CSMA站点发现信道忙则不再侦听，等待一个随机长的时间后，再开始侦听/发送过程。1坚持CSMA发现信道忙则持续等待，直至信道空闲；发现信道空闲后发送数据（概率为1）。P坚持CSMA发现信道忙则持续等待，直至信道空闲；发现信道空闲后，以概率P发送数据，或以（1P）概率推迟发送。,CSMA/CD协议的基本原理,尽管已发送前载波监听，但由于通信的随机性，仍然可能发生冲突。CSMA的冲突处理方法继续完成已经开始发送的帧的传送过程，直至应答超时后再进行处理。CSMA/CD的冲突处理方法发现冲突的发送站点向全网发送一个加强冲突的噪声帧后停止发送；等待一个随机长的时间后重新进入侦听过程。例：二进制指数后退算法,CSMA/CD介质访问控制方法,CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)冲突检测：边发送边监听，只要监听到冲突，则冲突双方立即停止发送。CSMA/CD的工作原理载波监听冲突检测多次访问IEEE802.3和以太网标准EthernetII,CSMA/CD概念模型,信道的三种状态：传输周期：一个站点使用信道，其他站点禁止使用竞争周期：所有站点都有权尝试使用信道，又称为“争用时间片”空闲周期：所有站点都不使用信道,时间,争用时间片,to,冲突的检测,冲突检测方法比较发送信号与检测信号的能量或脉冲宽度变化冲突检测的要求争用时间片宽度最大冲突检测时间在一个时间片内可以检测到最远距离的冲突发送有效帧的时间最大冲突检测时间防止在发生冲突时完成短帧发送,若两个最远距离站点间的传输时间为T，则网络的最大冲突检测时间为2T。,冲突检测时间,T,A在t=0时刻向F发送帧。,F在t=T-时刻向A发送帧，在t=T时检测到冲突，立即发送噪声帧。,A在t=2T时刻收到F向全网发送的噪声帧。,冲突检测时间与时间片的关系,时间片,A,F,t1,t2,t3,开始发送,开始发送,发现冲突，终止发送数据帧，广播信道阻塞信号，避让。,最远距离,时间,时间,收到B发送的阻塞信号，终止发送过程，发送阻塞信号。,CSMA/CD概念模型争用时间片的宽度为2T。,时间片,帧长度与时间片的关系,A,F,t1,t2,t3,t4,t5,结束发送阻塞信号,开始发送,结束发送,A无法判定冲突由自己造成，自认为已成功发送出帧。,开始发送,发现冲突,最远距离,时间,时间,CSMA/CD要求最短帧的发送时间至少为2T。,各站点尝试争用信道而连续遇到冲突时，随机选择一定范围内的某个退避等待时间片（2T）数：第1次冲突：01（即21-1）；第2次冲突：03（即22-1）；第10次冲突：01023（即210-1），此后固定选择范围；第16次冲突：仍不成功则放弃，并报告上层。,二进制指数后退算法,二进制指数退避算法的过程,对每个帧，当第一次发生冲突时，设置参数为L2；退避间隔取0到L个时间间隔，1个时间间隔等于任意两个站之间最大传播时延的两倍，即2T（设最大传播时延为T）；当帧重复发生一次冲突，则参数L加倍；设置一个最大重传次数，超过这个限值，则停止，不再重传，并报告出错。这种算法是按后进先出的次序控制的，即未冲突，或很少发生冲突的帧，具有优先发送的概率。,参数数值,争用期时隙(Slottime)51.2us帧间隔(InterFrameGap)9.6us尝试次数(AttemptLimit)16退避限制数(BackoffLimit)10阻塞信号(JamSize)32bits最大帧长(MaxFrameSize)1518bytes最小帧长(MinFrameSize)64bytes地址长度(AddressSize)6bytes,CSMA/CD方式的主要参数,令牌环介质访问控制方法,IEEE802.5令牌环（标记环）TokenRing，IBM公司IEEE802.5令牌环介质访问方式的特点将各个站点、链路依次串成闭合环路环内令牌、数据单向传输，分散控制令牌沿环循环，同一时刻环中只有一个令牌传输介质：屏蔽双绞线，4Mbit/s，16Mbit/s,令牌环介质访问控制方法,IEEE802.5令牌环介质访问控制使用一个令牌沿着环循环，且应确保令牌在环中为唯一的。,令牌环工作原理,网上站点要求发送帧，必须等待空令牌。当获取空令牌，则将它改为忙令牌，后随数据帧；环内其它站点不能发送数据。环上站点接收、移位数据，并进行检测。如果与本站地址相同，则同时接收数据，接收完成后，设置相应标记。该帧在环上循环一周后，回到发送站，发送站检测相应标记后，将此帧移去。将忙令牌改成空令牌，继续传送，供后续站发送帧。,A,B,C,D,Token,A站收到Token,Free?,Y,AC,WAITING,DA=C?,环的长度用位计算,由于电磁波的传播速度有限，传输介质中可能同时存在多个数据位。环上每个中继器引入至少1bit延迟环上保留的位数：,传播延迟(s/km)介质长度数据速率+中继器延迟,例：,介质长度L=1km数据速率C=4Mbit/s站点数N=50,解：传播延迟tp=L/vv=2105km/stp=5s环上保留的位数=514+50=70bit,环的长度用位计算,令牌环MAC帧结构,IEEE802.5MAC帧格式,SD,ED,AC,SD,FC,AC,DA,INFO,SA,FCS,FS,ED,令牌格式,帧格式,帧序列始,帧序列尾,FCS校验对象,111,令牌和数据帧的管理,如何防止数据帧在环上无休止循环？设置监控器在帧结构上留一标识如何监测令牌出错？无令牌多个令牌忙令牌死循环,令牌和数据帧的管理,集中式检测设置集中监控站（超时计数器）/令牌丢失在帧结构上检测忙标记标识/死循环分布式检测每站设置定时器：当站有数据要发且等待令牌的时间超限/令牌丢失,令牌总线介质访问控制协议,拓扑结构,Token令牌,A,B,C,D,E,令牌总线介质访问控制协议,工作原理TokenBus在物理总线上建立逻辑环。逻辑环上，令牌是站点可以发送数据的必要条件。令牌在逻辑环中按地址的递减顺序传送到下一站点。从物理上看，含DA的令牌帧广播到BUS上，所有站点按DA=本站地址判断收否。,令牌总线介质访问控制协议,特点无冲突，令牌环的信息帧长度可按需而定。顺序接收Fairness(公平性），站点等待Token的时间是确知的。（需限定每个站发送帧的最大值）CSMA/CD因检测冲突需要填充信息位（不允许小于46字节）,内容纲要,局域网概述局域网的参考模型和标准介质访问控制方法以太网高速局域网虚拟局域网无线局域网,以太网,Ethernet，1973年由Xerox公司的Metcalfe提出。1980年，DEC、Intel和Xerox联手推出DIXEthernet1.0标准，DIXEthernet2.0标准与IEEE802.3标准只有很小的区别(帧格式中两个字节的定义有区别)。严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernet2.0标准的局域网。,以太网的系列标准（规范）,传输速率拓扑结构传输介质网段长度允许的最大网段数,以太网的系列标准（规范）,传统以太网标准10Base-5198310Mbps500mAUI粗缆以太网10Base-2198810Mbps185mBNC细缆以太网10Base-T199010Mbps100mRJ45双绞线以太网BASE表示基带传输,DIXEthernet2.0特点,介质访问控制方式：CSMA/CD地址字段：DA，SA均为6字节差错校验：32bit帧校验序列(FCS)帧长：461500字节(不包括前导、同步，帧头、帧尾，共26字节)，若数据字段小于46字节，附加填充字节，满足最小64字节的帧长度要求。,网卡的作用,网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“网卡”。网卡的重要功能：进行串行/并行转换。对数据进行缓存。在计算机操作系统安装设备驱动程序。实现以太网协议。,计算机通过网卡和局域网进行通信,CPU,高速缓存,存储器,I/O总线,计算机,至局域网,网络接口卡（网卡）,串行通信,并行通信,网卡的功能,数据的封装与解封发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。链路管理主要是CSMA/CD协议的实现。编码与译码即曼彻斯特编码与译码。,ISA总线，BNC/RJ45接口,PCI总线，RJ45接口,粗缆以太网,网络接口卡（网卡）AUI（AttachmentUnitInterface）接入单元接口收发器(Transceiver)实现信号驱动、接收，连接电缆最长50米。最多4个中继器，实现信号中继放大。粗同轴电缆，直径1.016cm，单段电缆最大长度500米。终接器：50欧电阻，其中一端接地。,细缆以太网,网络接口卡（网卡）BNC接口，网卡上自带驱动器。最多4个中继器，实现信号中继放大。细同轴电缆，直径0.508cm，单段电缆最大长度185米。站点接入网络时，通过T型头连接。终接器50欧电阻，其中一端接地。,10Base2以太网和BNC接口,10Base2以太网,双绞线以太网,10Base-T双绞线，UTP(UnshieldedTwistedPaired)3类（2对），5类（4对）集线器HUB，8口，12口，24口等接口：RJ-45，也有BNC或光纤接口，站点和集线器距离应小于100m,RJ45接口标准和双绞线,RJ45引脚12345678EIA568A绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕EIA568B橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕,RJ45引脚12345678MDIIITX+TX-RX+RX-MDIXRX+RX-TX+TX-,RJ45接口和双绞线,集线器的原理和作用,集线器又称为HUB，在双绞线以太网中用于连接网络工作站，并实现集中汇接，即实现网络用户的接入功能。集线器同时具有网络信号再生放大功能，实现远距离传送。在使用集线器的以太网中，默认集线器仍然使用广播共享总线方式，即CSMA/CD访问机制。,集线器的一些特点,集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层。,具有三个端口的集线器,物理结构：星型逻辑结构：总线型,CSMA/CD方式的“543”原则,介质的最大利用率取决于帧的长度和传播时间，因此网络最大传播时延不能过大。由于争用期的限制，使用CSMA/CD介质访问控制方式的Ethernet，限制每段电缆的最大长度为500m，最多5段电缆，4个中继器，其中3段电缆可以接入用户。在使用共享集线器的以太网中，仍然受到“543”原则的限制，一般集线器的级联不超过3级。,以太网的最大作用距离,250m,750m,网段1,转发器,网段2,网段3,转发器,转发器,转发器,IEEE802.3/以太网帧结构,712-62-6246-15004bytes,PrSDDASAL/TDATAFCS,以太网（EthernetII）和IEEE802.3一样，采用CSMA/CD协议，并使用二进制指数退避和1坚持算法。但其帧结构与IEEE802.3帧有些区别。下图的L/T字段中，IEEE802.3帧表示长度，而以太网帧表示类型。,Pr帧头10101010.7字节前导码SD帧开始符.10101011DA,SA源/目的地址,第一字节中G=0单独地址L=0全局G=1组地址L=1局部,L长度字段IEEE802.3Type类型字段Ethernet,DATA数据字段LLCPDU/高层数据FCS帧校验序列,交换式以太网,以太网的扩展随着网络用户数量的增加，网络需要具有更多的用户接入能力。由于以太网传输距离和接入设备规模的限制，必须将网络设备互连，以实现更大范围的资源共享。使用集线器（HUB）可以实现低成本的网络用户互连。,在物理层扩展局域网,局域网的扩展,集线器,集线器,一系,二系,集线器,三系,三个独立的冲突域,用多个集线器可连成更大的局域网,在物理层扩展局域网,一个公共的冲突域,共享式以太网互连,HUB,HUB,HUB,HUB,HUB,优点使原来属于不同冲突域的局域网上的计算机能够进行更大范围的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点冲突域增大了，出现冲突的可能性增加，总的吞吐量并未提高。如果不同的冲突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。,用集线器扩展局域网,在数据链路层扩展局域网是使用网桥。网桥工作在数据链路层，根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口。,在数据链路层扩展局域网,网桥的内部结构,站表,端口管理软件,网桥协议实体,端口A,端口B,缓存,网段B,网段A,A,A,A,B,B,B,站地址,端口,网桥,网桥,集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测，直接在各个端口上转发帧。网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。在这一点上网桥的接口很像一个网卡，但网桥中没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。,网桥和集线器（或转发器）不同,目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparentbridge)。“透明”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，因为网桥对各站来说是看不见的。透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。透明网桥具有自学习功能。,透明网桥,(1)从端口x收到无差错的帧(如有差错即丢弃)，在转发表中查找目的站MAC地址。(2)如有，则查找出到此MAC地址应当走的端口d，是则转(3)，否则转到(4)。(3)如到这个MAC地址去的端口d=x，则丢弃此帧（因为这表示不需要经过网桥进行转发）。否则从端口d转发此帧。(4)向网桥除x以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。(5)如源站不在转发表中，则将源站MAC地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到(7)。如源站在转发表中，执行(6)。(6)更新计时器。(7)等待新的数据帧。转到(1)。,网桥的处理算法,站地址：登记收到的帧的源MAC地址。端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。转发表中的MAC地址是根据源MAC地址写入的，但在进行转发时是将此MAC地址当作目的地址。如果网桥现在能够从端口x收到从源地址A发来的帧，那么以后就可以从端口x将帧转发到目的地址A。,网桥在转发表中登记的信息,透明网桥容易安装，但网络资源利用不充分。源路由(sourceroute)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。,源路由网桥,1990年问世的交换式集线器(switchinghub)，可明显地提高局域网的性能。交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥。,多端口网桥以太网交换机,以太网交换技术的工作原理,采用以太交换技术，其本质是将共享介质的网段划分为多个网段，每个网段成为一个独立的冲突域。以太网交换机是基于OSI-RM的第2层的网络连接设备。采用以太网交换机，实现多个端口的信息交换，可将LAN分为多个独立的网段，并以线速支持网段交换。允许不同用户对进行并行通信。,使用交换机不受CSMA/CD机制限制,使用交换机扩展局域网,三个独立的冲突域，有效扩展网络带宽,交换式以太网,优点原有的以太网基础设施可继续使用。通过以太交换机实现网络分段，均衡网络负荷，扩展了网络有效带宽。减小网络冲突域的规模。网络规模越小，网络段内站点数越少，每个站点的平均带宽越高。实现帧的过滤，提供了一定的安全性。提供全双工模式操作，提高了处理效率。,以太交换转发方式,1存储转发方式(store-forward)交换机先将MAC帧全部读入到内部缓冲区，进行帧校验(CRC)，如果有错(CRC差错、太短、太长)，丢弃该帧。如果无错，则在转发或交换表中查找其目的地址，确定输出端口，将帧发到目的端。利用存储转发机制，网管员可以定义过滤算法来控制交换机的通信量，可实现速率不同的两个端口间信息处理。,以太交换转发方式,2直通方式（Cut-Through）交换机收到MAC帧时，不待收完整，就按帧头的DA来判别其转发端口。转发速度快，延迟一致性好（与帧长短无关）。由于在转发时不进行差错校验，当某些帧已有错仍然加以转发，浪费网络资源；且不适宜实现速率不同的两个端口间转发，100Mbit/s网段的信息直通转发到10Mbit/s网段，必然产生阻塞。,以太交换转发方式,3无碎片直通方式（Fragment-freeCut-Through）在转发前等待64字节的缓冲队列。以太网最小帧的长度为64字节（含帧头、尾），无碎片直通（Fragment-freeCut-Through）方式针对这一特征，相对可减少残帧的转发率（凡小于64字节的帧均不转发）。但仍不适合高速率端口向低速率端口转发信息。,以太交换的小结,以太交换主要功能：解决共享总线网络的网段微化，即冲突域的分割。设计目的：解决网络带宽的不足，即网络瓶颈。特点：提高了每个站点的平均占用带宽能力，并提供了网络整体的集合带宽，具有通信量高，延迟低和价格低的优点。,以太交换的应用,主干网连接服务器连接自动协商虚拟网络（VLAN：VirtualLAN）以太交换与路由器,内容纲要,局域网概述局域网的参考模型和标准介质访问控制方法以太网高速局域网虚拟局域网无线局域网,高速局域网,常见的高速局域网快速以太网100VG-AnyLAN千兆以太网10Gbit/s以太网FDDI光纤分布式数据接口,快速以太网100BASET,1995年,IEEE通过100Base-T标准，称为FastEthernet。在交换式快速以太网中，提供给每个端口的带宽为100Mbit/s。100Base-T标准定义了三种OSI物理层规范100Base-TX，使用2对5类UTP电缆；100Base-T4，使用4对3类、4类或5类UTP电缆；100Base-FX，使用光缆。,快速以太网,特点性价比高，传输速率100Mbit/s完全兼容10Base-T标准(CSMA/CD)，星型拓扑结构支持MII（介质独立接口），支持全双工通信集线器或交换机之间的网线最大长5m。两个DTE之间的最大距离为205m。最短帧长仍为64byte。,100VG-AnyLAN,1994年，IEEE802.12推出100VG-Any（也称100Base-VG）,由HP和AT&T开发。采用星型拓扑结构，支持IEEE802.3和IEEE802.5令牌环网帧格式。采用需求优先权轮询(DemandPriorityPolling)的介质访问控制方式，是一种无冲突的局域网。,千兆以太网,1996年，GigabitEthernet问世，1999年IEEE推出1000Base-X标准,即IEEE802.3z标准：IEEE802.3z、IEEE802.3abIEEE802.3z定义：1000Base-LX,1000Base-SX,1000Base-CXIEEE802.3ab定义：1000Base-T使用“载波延伸”技术，最短帧长64字节，同时争用时间增大为512字节。一个网段的最大长度100米。,10Gbit/s以太网,IEEE802.3ae主要特点保持了以太网的帧格式。10G以太网只采用光纤作传输介质，若采用单模光纤和增强型收发器，传输距离40km；若使用多模光纤，距离为300m。只支持全双工方式，不存在争用问题(冲突)，传输距离不受冲突检测的限制。,内容纲要,局域网概述局域网的参考模型和标准介质访问控制方法以太网高速局域网虚拟局域网无线局域网,虚拟局域网,虚拟局域网的概念虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。虚拟局域网其实是局域网给用户提供的一种服务，而不是一种新型局域网。,虚拟局域网,VLAN允许一组不限物理位置的用户群共享一个独立的广播域，可在一个物理网络中划分多个VLAN，可使得不同的用户群属于不同的广播域。通过划分用户群，控制广播范围等方式，VLAN技术能够从根本上解决网络效率与安全性等问题。VLAN对广播域的划分是通过交换机软件完成的。,虚拟局域网VLAN的特性,一个VLAN是一个有限的广播域。VLAN内的所有成员是独立于物理位置的、相同逻辑广播域的组成员。在一个VLAN中，可以通过软件来管理成员，简便快捷。VLAN成员之间不需要路由。VLAN具有较好的安全性。VLAN需要使用交换机技术实现。,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网交换机,以太网交换机,三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2和VLAN3的构成,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网交换机,以太网交换机,三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2和VLAN3的构成,当B1向VLAN2工作组内成员发送数据时,工作站B2和B3将会收到广播的信息。,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网交换机,以太网交换机,三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2和VLAN3的构成,B1发送数据时，工作站A1,A2和C1都不会收到B1发出的广播信息。,以太网交换机,A4,B1,以太网交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网交换机,以太网交换机,三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2和VLAN3的构成,虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。,虚拟局域网的划分方式,在划分VLAN的交换机上，每个端口都被赋予一个VLAN号，只有相同VLAN号的用户才同属于一个独立的广播域。广播被限制在各自的VLAN之内。因此，能够最大限度地控制广播的影响范围以及减少由于共享介质所造成的安全隐患。VLAN有两种划分方法：静态VLAN(StaticVLAN)动态VLAN(DynamicVLAN),静态虚拟局域网划分,静态VLAN也就是基于端口的VLAN。划分静态VLAN是一种最简单的VLAN创建方式，这种VLAN易于建立与监控。在划分时，既可把同一交换机的不同端口划分为同一虚拟局域网，也可把不同交换机的端口划分为同一虚拟局域网。这样，就可把位于不同物理位置、连接在不同交换机上的用户按照一定的逻辑功能和安全策略进行分组，根据需要将其划分为同一或不同的VLAN。,动态虚拟局域网划分,动态VLAN相对静态VLAN是一种较为复杂的划分方法。它可以通过智能网络管理软件基于硬件的MAC地址、IP地址或者基于组播等条件来动态地划分VLAN。基于MAC的VLAN：根据网络上主机网卡的MAC地址设置VLAN。基于IP地址的VLAN：根据用户的网络地址划分VLAN。基于组播的VLAN,虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记(tag)，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。VLAN中使用的以太网帧格式(802.1Q),VLAN成员的通信,相同VLAN内成员的通信,当VLAN中的成员位于同一台交换机时，成员之间的通信就十分简单，与未划分VLAN时一样，把数据帧直接转发到相应的端口即可。如果是跨交换机划分的VLAN，即同一VLAN的成员位于不同的交换机，通常采用以下技术来实现：访问连接(AccessLink)主干连接(TrunkLink),不同VLAN间的主机通信,在同一个VLAN广播域内的主机可以自由通信，而且数据的交换是在第二层数据链路层进行的，也就是通常所指的第二层交换。在不同广播域的VLAN间通信则需要建立在第三层网络层的基础上，也就是说需要具有路由功能的设备来实现不同VLAN之间的主机的通信。使用路由器使用第三层交换机,VLANTrunk协议（VTP）,虚拟局域网主干协议(VLANTrunkProtocol，VTP协议)用来管理和配置整个VLAN交换网络。VTP允许网络管理员添加、删除或重新配置交换网络，并同时提供对多种网络介质的支持。VTP协议还能够准确、及时地跟踪和监测VLAN信息，动态地向所有的网络交换机报告当前的网络状况。新增的VLAN还具有即插即用的特性，允许管理员在同一个域内管理多个VLAN。,VLANTrunk协议,VTP遵循的是客户/服务器结构模式。配置VTP的交换机可以工作在服务器或客户机模式下。VTP的服务器模式可以控制、建立、删除或调整在VTP工作域(控制范围)内的所有VLAN；VTP的客户机模式则仅仅能够接收来自该工作域内服务器的信息。VTP协议通过使用组播的方式向工作域内的交换机传送VLAN信息。VTP广播信息只在主干连接(TrunkLink)上传输，这些信息主要包括部分配置版本号信息以及所有VLAN都知道的一些固定参数。,内容纲要,局域网概述局域网的参考模型和标准介质访问控制方法以太网高速局域网虚拟局域网无线局域网,无线局域网(WLAN),无线局域网标准IEEE802.112Mbit/sIEEE802.11b11Mbit/sIEEE802.11a54Mbit/sIEEE802.11g54Mbit/sIEEE802.11n108Mbps以上，最高速率可达320Mbps,无线局域网的组成,有固定基础设施的无线局域网,基本服务集BSS,扩展的服务集ESS,基本服务集BSS,A,B,漫游,接入点AP,接入点AP,分配系统DS,门桥,门桥,802.x局域网,因特网,无线局域网的组成,一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时都要通过本BSS的基站。一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)。,无线局域网的组成,基本服务集中的基站叫做接入点AP(AccessPoint)，其作用和网桥相似。ESS还可通过叫做门桥(portal)为无线用户提供到非802.11无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门桥的作用就相当于一个网桥。移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集，而仍然可保持与另一个移动站B进行通信。,无固定基础设施的无线局域网自组网络(adhocnetwork),自组网络,A,E,D,C,B,F,源结点,目的结点,转发结点,转发结点,转发结点,自组网络没有上述基本服务集中的接入点AP而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。,移动自组网络的应用前景,在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的。,移动自组网络和移动IP,移动IP技术使漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。移动IP的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和因特网相连。,802.11标准中的物理层,1997年IEEE制订出无线局域网的协议标准的第一部分，802.11。在1999年又制订了剩下的两部分，802.11a和802.11b。802.11的物理层有以下三种实现方法：跳频扩频FHSS直接序列扩频DSSS红外线IR,802.11标准中的物理层,802.11a的物理层工作在5GHz频带，采用正交频分复用OFDM，它也叫做多载波调制技术（载波数可多达52个）。可以使用的数据率为6,9,12,18,24,36,48和56Mb/s。802.11b的物理层使用工作在2