介质访问控制子层

1、2021-10-3012021-10-302u了解：了解：局域网与城域网的主要技术特点。局域网与城域网的主要技术特点。u了解：局域网拓扑结构的类型与特点。了解：局域网拓扑结构的类型与特点。u了解：了解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念。参考模型与协议的基本概念。u掌握：掌握：Ethernet局域网的基本工作原理。局域网的基本工作原理。u了解：令牌环网与了解：令牌环网与FDDI的基本工作原理。的基本工作原理。u掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网的基本掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网的基本工作原理。工作原理。u了解：无线局域网的基本工作原理。了解：无线局域网的基本工作原理。u

2、掌握：网桥的基本工作原理。掌握：网桥的基本工作原理。本章学习要求本章学习要求2021-10-3035.1 概述计算机网络可分为点计算机网络可分为点点网和广播网。在点点网和广播网。在点点网中，点网中，一条信道连接两个节点，通信双方收发数据不会混乱；一条信道连接两个节点，通信双方收发数据不会混乱；而在广播网（而在广播网（局域网局域网）中，由于所有节点共享同一信道，）中，由于所有节点共享同一信道，当有多个站同时发送数据时，就会造成数据碰撞，导致当有多个站同时发送数据时，就会造成数据碰撞，导致数据丢失。数据丢失。冲冲突突2021-10-304数据链路层分层为了解决广播网中信道使用问题，常把数据链路层分

3、为了解决广播网中信道使用问题，常把数据链路层分成两层：成两层：u介质访问控制（介质访问控制（MACMAC）子层：负责解决共享信道问子层：负责解决共享信道问题；题；u逻辑链路控制（逻辑链路控制（LLCLLC）子层：完成通常意义下的数子层：完成通常意义下的数据链路层功能。据链路层功能。2021-10-305物理层物理层网络层网络层数据链路层局域网的数据链路层2021-10-306一、介质访问基本概念u介质访问：节点使用通信信道称为介质访问；介质访问：节点使用通信信道称为介质访问；u冲突：在同一信道中，如果有两个或多个站同时发送数冲突：在同一信道中，如果有两个或多个站同时发送数据，则信号在信道中发生

4、据，则信号在信道中发生碰撞碰撞，导致数据发送失败，这，导致数据发送失败，这种现象称为冲突；种现象称为冲突；u介质访问协议：为了避免信道冲突，决定由哪个站先用介质访问协议：为了避免信道冲突，决定由哪个站先用信道的协议称为介质访问协议；信道的协议称为介质访问协议；u介质访问子层：数据链路层中专用来解决信道分配的协介质访问子层：数据链路层中专用来解决信道分配的协议层称为介质访问子层（议层称为介质访问子层（MACMAC）。）。2021-10-307二、信道分配策略信道分配策略可以分为静态分配和动态分配两大类。信道分配策略可以分为静态分配和动态分配两大类。1.1.静态分配静态分配静态分配包括频分多路复用

5、和同步时分多路复用，这静态分配包括频分多路复用和同步时分多路复用，这种分配策略是将频带或时间片种分配策略是将频带或时间片固定固定地分配给各个节点。缺地分配给各个节点。缺点：造成信道资源浪费。点：造成信道资源浪费。2.2.动态分配动态分配动态分配是指异步时分多路复用，这种分配策略是当动态分配是指异步时分多路复用，这种分配策略是当节点有数据发送时才占用信道。动态分配又分随机访问和节点有数据发送时才占用信道。动态分配又分随机访问和控制访问两种。控制访问两种。2021-10-3082.动态分配u随机访问：随机访问随机访问：随机访问又称争用又称争用，各节点只要有数据就，各节点只要有数据就发送（发送（争着

6、发送争着发送），发生冲突之后再采取措施解决冲），发生冲突之后再采取措施解决冲突（突（有冲突有冲突）。）。u控制访问：控制访问是使发送节点首先获得发送权，控制访问：控制访问是使发送节点首先获得发送权，再发送数据，再发送数据，不会出现冲突不会出现冲突，它有，它有轮转轮转和和预约预约两种。两种。轮转是使各节点轮流发送数据；预约是使各节点先声轮转是使各节点轮流发送数据；预约是使各节点先声明自己有数据要发送，然后根据预约的顺序依次发送明自己有数据要发送，然后根据预约的顺序依次发送数据。数据。2021-10-3095.2 局域网与城域网基本概念 u 网络拓扑结构网络拓扑结构u 传输介质传输介质u 介质访问

7、控制方法介质访问控制方法 5.2.1 决定局域网与城域网性能的三要素2021-10-30105.2.2 局域网拓扑结构类型与特点 一、网络拓扑结构：一、网络拓扑结构：u总线型总线型u环型环型u星型结构星型结构二、网络传输介质：二、网络传输介质：u双绞线双绞线u同轴电缆同轴电缆u光纤光纤三、介质访问控制方法要解决以下几个问题：三、介质访问控制方法要解决以下几个问题：u该哪个结点发送数据？该哪个结点发送数据？u发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？u出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？2021-10-3011四、总线型拓扑结构u总线型局域网的介质访问控制方法采用的是总线型局域网的介质访问控制方法

8、采用的是“共享介质共享介质”方式；方式；u所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；u总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；u所有结点都可以通过总线传输介质以所有结点都可以通过总线传输介质以“广播广播”方式发送或接收方式发送或接收数据，因此数据，因此出现出现“冲突冲突（collision）”是不可避免的；是不可避免的；u“冲突冲突”会造成传输失败；会造成传输失败；u必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC， medium access control）问题。问题

9、。1.特点：2021-10-30122.总线结构与冲突2021-10-30133.总线型拓扑的优点：u结构简单，实现容易；结构简单，实现容易；u易于扩展，可靠性较好。易于扩展，可靠性较好。2021-10-3014五、环型拓扑结构u结点使用点结点使用点点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；u环中数据环中数据沿着一个方向绕环沿着一个方向绕环逐站传输；逐站传输；u多个结点共享一条环通路；多个结点共享一条环通路；u环建立、维护、结点的插入与撤出。环建立、维护、结点的插入与撤出。2021-10-3015 六、星型拓扑结构 u逻辑结构逻辑结构与与物理结构物理结构的关系

10、的关系u交换局域网交换局域网( (switched LAN)switched LAN)的物理结构的物理结构u区分区分交换机与集线器的逻辑结构交换机与集线器的逻辑结构2021-10-30165.3 传输介质类型与介质访问控制方法 一、局域网的传输介质类型一、局域网的传输介质类型 u同轴电缆同轴电缆u双绞线双绞线u光纤光纤u无线通信信道无线通信信道二、讨论：二、讨论：u双绞线已能用于数据传输速率为双绞线已能用于数据传输速率为100100Mb/sMb/s、1Gb/s 1Gb/s 的的高速局域网中；高速局域网中；u在在局部局部范围内的中、高速局域网中使用范围内的中、高速局域网中使用双绞线双绞线，在，在

11、远远距离距离传输中使用传输中使用光纤光纤，在有，在有移动移动结点的局域网中采用结点的局域网中采用无线无线技术的趋势已经明朗。技术的趋势已经明朗。 2021-10-3017u带冲突检测的载波侦听多路访问带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)u令牌总线令牌总线( token bus)u令牌环令牌环 (token ring)三、常用介质访问控制方法:2021-10-30185.4 IEEE 802参考模型uIEEE 802 标准所描述的标准所描述的局域网参考模型局域网参考模型与与OSI参考模型的关系参考模型的关系 ：应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层OSI

12、参考模型OSI参考模型逻辑链路控制子层IEEE 802参考模型IEEE 802参考模型介质访问控制子层物 理 层2021-10-3019uIEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为统称为IEEE 802标准；标准；uIEEE 802标准之间的关系：标准之间的关系： 802.10 可互操作的局域网安全802.2 逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网 802.1 体系结构与网络互联IEEE 802标准2021-10-30205.5 Ether

13、net局域网 uEthernet的核心技术是的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法；介质访问控制方法；u随机争用技术随机争用技术起源于夏威夷大学校园网起源于夏威夷大学校园网ALOHA；u1972年，年，Xerox公司开始公司开始Ethernet实验网的研究；实验网的研究；u1979年，年，Xerox公司宣布了公司宣布了Ethernet产品；产品；u1980年，年，Xerox、DEC与与Intel联合宣布联合宣布Ethernet V2.0规范规范 ； u20世纪世纪90年代，年代，10Base-T标准使得标准使得Ethernet性能价格比性能价格比大大提高；大大提高；u目前，目前，交换式交换

14、式Ethernet与最高速率为与最高速率为10Gb/s的高速的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。5.5.1 Ethernet的发展2021-10-30215.2.2 Ethernet帧结构与帧发送、接收流程分析帧结构与帧发送、接收流程分析 1.Ethernet数据发送流程的分析2021-10-3022 Ethernet采用的信道分配策略（CSMA/CD）uCSMA/CDCSMA/CD是采用争用技术，各节点都有独立决定发送帧，是采用争用技术，各节点都有独立决定发送帧，当检测到冲突发生时，则等待随机时间间隔后重发帧。当检测到冲突发生

15、时，则等待随机时间间隔后重发帧。CSMA/CDCSMA/CD一般用于总线网（一般用于总线网（对于逻辑拓扑结构对于逻辑拓扑结构）。）。u发送的数据采用曼彻斯特编码方式。发送的数据采用曼彻斯特编码方式。2021-10-3023 CSMA/CD的发送流程可以概为：u先听后发先听后发u边听边发边听边发u冲突停止冲突停止u随机延时后重发随机延时后重发2021-10-3024注意问题uCSMA/CDCSMA/CD方法只是检测碰撞的发生，并没将碰撞的数方法只是检测碰撞的发生，并没将碰撞的数据更正为原始正确的数据的能力；据更正为原始正确的数据的能力；uCSMA/CDCSMA/CD功能由功能由EthernetE

16、thernet网卡完成，即网卡完成，即CSMA/CDCSMA/CD功能已功能已集成在集成在EthernetEthernet网卡中。网卡中。2021-10-3025Ethernet结点数据发送流程装配帧冲突次数过多?冲突吗？启动发送冲突加强发送完成?计算后退延迟时间冲突次数N+1N结束：冲突过多YNY发送帧总线忙？NY等待后退延迟时间N结束：发送成功YN2021-10-3026第1步：载波侦听过程（先听） u目的：目的：检查是否已经有结点利用总检查是否已经有结点利用总 线在发送数据。线在发送数据。总总线线忙忙总总线线空空闲闲v(t)t01有跳变有跳变无跳变无跳变2021-10-3027第2步：冲

17、突检测（比较法和编码违例决法）u若超过两倍的传播延迟（若超过两倍的传播延迟（2 2，即冲突窗口）即冲突窗口）时间没有检测到冲突，表明发送成功；时间没有检测到冲突，表明发送成功；u判断冲突方法：判断冲突方法：比较法比较法编码违例判决法编码违例判决法2021-10-3028冲突窗口的概念结点A结点B帧A帧B= D/V帧A +帧 B2总线总线冲突发生冲突发生2021-10-3029第3步：发现冲突，停止发送u如果在发送数据过程中检测出冲突，为了解决信道争如果在发送数据过程中检测出冲突，为了解决信道争用冲突，发送结点要进入停止发送数据。用冲突，发送结点要进入停止发送数据。2021-10-3030第4步

18、：随机延迟重发u采用截止二进制指数后退延迟算法采用截止二进制指数后退延迟算法 2kRau 其中：其中：为结点重新发送需要的后退延迟时间，为结点重新发送需要的后退延迟时间，a为冲突为冲突窗口值，窗口值，R为随机数为随机数;u限定限定k的范围的范围,k=min（n，10）;如果重发次数如果重发次数n10，则取则取k=n；如果重发次数如果重发次数n10时，则时，则k取值为取值为10; u第第n次重发延迟是分布在次重发延迟是分布在0与与2min（n，10）-1个时间片之个时间片之间，最大可能延迟时间为间，最大可能延迟时间为1023 个时间片个时间片;u后退延迟时间后，结点将重新判断总线忙、闲状态后退延

19、迟时间后，结点将重新判断总线忙、闲状态;u当冲突次数超过当冲突次数超过16时，表示发送失败，放弃该帧发送。时，表示发送失败，放弃该帧发送。 2021-10-30312. Ethernet帧结构帧结构u前导码与帧前定界符字段前导码与帧前定界符字段u目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段 u长度字段长度字段uLLC数据字段数据字段u帧校验字段帧校验字段前导码(7B)帧前定界符(1B)目的地址DA(2/6B)LLC数据(长度可变)帧校验字段FCS(4B)源地址SA(2/6B)长度域(2B)2021-10-3032Ethernet帧结构的讨论u前导码与帧前定界符字段前导码与帧前定界符字段 前导码：前

20、导码：7个字节，个字节，10101010101010比特序列。比特序列。 帧前定界符：帧前定界符：1字节，字节，10101011。 u目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段 地址字段长度：地址字段长度：2 2个字节或个字节或6 6个字节个字节 。 目的地址类型：目的地址类型： 单一结点地址（单一结点地址（unicast address）；）； 多点地址（多点地址（multicast address）；）； 广播地址（广播地址（broadcast address）。）。2021-10-3033u长度字段长度字段 帧的最小长度为帧的最小长度为64字节，最大长度为字节，最大长度为1518字节。字节

21、。 uLLC数据字段数据字段 LLC数据字段是帧的数据字段，长度最小为数据字段是帧的数据字段，长度最小为46个字节，个字节，少于少于46个字节需要填充。个字节需要填充。u帧校验字段帧校验字段 采用采用32位的位的CRC校验校验 校验的范围是：目的地址、源地址、长度、校验的范围是：目的地址、源地址、长度、LLC数据数据等字段。等字段。 Ethernet帧结构的讨论（续）2021-10-30343.Ethernet接收流程 启动接收8位的整数倍？地址正确？帧校验正确?结束：帧校验错NYY接收帧接收完成？N结束：帧长度错YN帧太短？帧长度正确?YN结束：帧比特错帧拆卸结束：成功接收NYYNu启动接收

22、状态启动接收状态u判断帧长度，确认判断帧长度，确认是否冲突；是否冲突；u判断目的地址判断目的地址u帧校验帧校验2021-10-30355.5.3 Ethernet实现方法系统接口Ethernet控制器（MAC）曼彻斯特编码译码器（PLS）收发器（MAU）主机系统总线同轴电缆主机系统主机系统AUI接口2021-10-3036Ethernet网卡结构 Ethernet控制器（M AC+MENDEC）IEEEAddressEPROM缓冲存储器收发器网卡网卡AUI接口BNC接口接计算机I / O 总线接计算机I / O 总线接接传传输输介介质质2021-10-30375.5.4 Ethernet物理地

23、址u网络中不同层次地址网络中不同层次地址数据链路层地址：硬件地址（网卡地址）数据链路层地址：硬件地址（网卡地址）网层地址：网层地址：IPIP地址地址传输层地址：端口号传输层地址：端口号应用层地址：用户名应用层地址：用户名u地址类型地址类型逻辑地址：由软件处理逻辑地址：由软件处理物理地址：由硬件处理物理地址：由硬件处理1.网络中地址基本类型2021-10-30381.网络中地址基本类型u编址方案编址方案静态编址方案：网络地址已写入硬件，除非更换硬件，静态编址方案：网络地址已写入硬件，除非更换硬件，否不可改变；否不可改变；可配置编址方案：网络地址可由用户手工设置；可配置编址方案：网络地址可由用户手

24、工设置；动态编址方案：网络地址由网络自动分配。动态编址方案：网络地址由网络自动分配。u层次编址方法：根据网络层次结构定义网络结点地址。层次编址方法：根据网络层次结构定义网络结点地址。2021-10-30392. Ethernet物理地址 uEthernet地址地址 ：为物理地址，采用：为物理地址，采用48位编址，并用层次编位编址，并用层次编址址 ;uEthernet地址地址 = 公司公司ID( 24bit)+ 网卡网卡ID( 24bit) 公司：公司：Cisco 00-00-0c Novell 00-00-1B 00-00-D8 3Com 00-20-AF 00-60-8C IBM 08-00

25、-5Au典型的典型的Ethernet地址地址 ： 00-60-8C-01-28-1200000000-10100000-10001100-00000001-00101000-000100102021-10-3040EthernetEthernet物理地址的十六进制与二进制的表示方法物理地址的十六进制与二进制的表示方法 08 - 01 - 00 - 2A - 10 - C30000 10000001 00000010 10010000 00000000 00011100 0011十六进制地址格式十六进制地址格式二进制地址格式二进制地址格式2021-10-30415.5.5 网络协议分析器及其应用

26、 u网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统运行状态的设备运行状态的设备 ；u当网络分析器连接到被测试的网络时，它能监控特当网络分析器连接到被测试的网络时，它能监控特定的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均定的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均帧长度等统计数据；帧长度等统计数据；u网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议（TCP/IP、FTP、HTTP）的解码，它按照指定的解码，它按照指定的协议规则加以解释，然后将协议分析的结果显示的协议规则加以解释，然后将协议分析的结果显示出来。出来。 20

27、21-10-3042网络分析器的连入方式网络分析器的连入方式 2021-10-3043网络分析器捕获的帧数据 ADDRADDRHEXHEX000000100020003000400050006002 60 8C 82 24 28 02 60 8C 02 24 20DA 3A 0E 00 FF EF 16 00 00 00 00 00 6B 16 19 01FF 53 4D 42 2D 00 00 01 00 06 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 08 18 04 00 94 06 07 002E 3F 00 09 00 01 FF EE 13

28、00 00 85 00 00 00 EECA 3C 00 00 FF AF 12 00 06 06 00 00 6D 18 00 00EA 3A 00 00 FF 00 00 00 01 00 00 08 6A 00 12 FF00 81 F0 F0目的地址源地址2021-10-3044网络分析器显示的Ethernet帧结构 DLC： - DLC Header - DLC： DLC： Frame 1 arrived at 09:20:35.3543；frame size is 143（008F hex）bytes DLC： Destination = Station 3Com 822428 D

29、LC： Source = Station 3Com 022420 DLC： 802.3 length = 129 DLC： LLC： - LLC Header - LLC： LLC： DSAP = F0，SSAP = F0，Command，I frame，N（R）= 29，N（s）=109 LLC： NETB： - NETBIOS Data Only Last - 协协议议分分析析器器2021-10-30455.3 令牌总线网 结点D结点E结点A结点B结点C令牌总线令牌总线令牌总线令牌总线结点A结点B结点D结点C结点E令牌5.3.1 令牌总线的工作原理2021-10-3046令牌总线访问控制(

30、Token Bus)u令牌总线网络物理拓扑结构为总线结构，但信息传输令牌总线网络物理拓扑结构为总线结构，但信息传输的次序却是一环状线路，即逻辑结构为环型结构。的次序却是一环状线路，即逻辑结构为环型结构。u令牌总线访问控制的逻辑环型结构是按照地址从高到令牌总线访问控制的逻辑环型结构是按照地址从高到低的顺序进行排列的，最低地址后面紧接着最高地址。低的顺序进行排列的，最低地址后面紧接着最高地址。令牌和数据的传递也是按这一顺序轮流发送。令牌和数据的传递也是按这一顺序轮流发送。2021-10-30475.3.2 令牌总线的环维护工作 u环初始化环初始化: :根据规定的算法形成逻辑环根据规定的算法形成逻辑

31、环; ;u新结点加入环新结点加入环u结点从环中撤出结点从环中撤出 u环恢复环恢复u优先级优先级 2021-10-30485.4 令牌环网与光纤分布式数据接口 5.4.1 令牌环网的工作原理2021-10-3049令牌环访问控制(Token Ring)令牌环访问控制采用的信道分配策略令牌环访问控制采用的信道分配策略令牌传递环用于环型拓扑结构，通过在环型网上传递令牌传递环用于环型拓扑结构，通过在环型网上传递令牌的方式实现对介质的访问控制，采用的是预约信道令牌的方式实现对介质的访问控制，采用的是预约信道分配策略，数据只能沿着环路单方向流动。分配策略，数据只能沿着环路单方向流动。2021-10-305

32、0 工作站 工作站 工作站 工作站 服务器 数据流向 （单一方向） 令牌环工作原理2021-10-3051令牌环访问控制方法操作过程u当环线上各节点都没有帧发送时，令牌标记为空闲标记当环线上各节点都没有帧发送时，令牌标记为空闲标记（如：（如：0111111101111111）；）；u当一个站要发送数据时，需要等待令牌到来，并将令牌当一个站要发送数据时，需要等待令牌到来，并将令牌空闲标记改为忙标记空闲标记改为忙标记( (如如:01111110):01111110)，紧跟着令牌将本，紧跟着令牌将本站数据发送出去；站数据发送出去；u每个站一边转发数据，一边检查帧中的目的地址，若目每个站一边转发数据，

33、一边检查帧中的目的地址，若目的地址与本站地址相同，则接收数据，并转发数据；的地址与本站地址相同，则接收数据，并转发数据；u令牌和数据帧环绕一周回到原节点，原节点将发送的帧令牌和数据帧环绕一周回到原节点，原节点将发送的帧去除，并将令牌改为空闲标记。去除，并将令牌改为空闲标记。2021-10-30525.4.2 IEEE 802.5标准 u单令牌协议单令牌协议 u优先级位优先级位 u监控站监控站 u预约指示器预约指示器 2021-10-30535.4.3 光纤分布式数据接口(FDDI) FDDI作为主干网互连多个局域网的结构作为主干网互连多个局域网的结构 FDDI主干环网FDDI主干环网服务器To

34、ken Ring路由器以太网路由器2021-10-3054FDDI主要技术特点 u使用使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议；的单令牌环网介质访问控制协议； u使用使用 802.2协议协议(逻辑链路控制子层协议逻辑链路控制子层协议)，与符合与符合 802标准局域网兼容；标准局域网兼容； u数据传输速率为数据传输速率为100Mb/s，连网的结点数最大为连网的结点数最大为1000，环路长度为，环路长度为100km ；u可以使用双环结构，具有容错能力；可以使用双环结构，具有容错能力； u可以使用多模或单模光纤；可以使用多模或单模光纤； u具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据具有动态分配

35、带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。传输。 2021-10-3055FDDI主要应用环境 u计算机机房网计算机机房网u办公室或建筑物群的主干网办公室或建筑物群的主干网 u校园网的主干网校园网的主干网u多校园的主干网多校园的主干网 2021-10-30565.5 高速局域网的工作原理u个人计算机的速度提高的要求个人计算机的速度提高的要求: 在过去二十年中，计在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；只提高了上千倍；u基于基于Web的的Internet/Intranet应用也要求更高应用也要求更高的带宽；的带宽；

36、u在数据仓库、桌面电视会议、在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。5.5.1 高速局域网的研究方法 推动局域网技术发展的因素2021-10-3057传统共享式局域网的缺点u传统的局域网技术是建立在传统的局域网技术是建立在“共享共享介质介质”的基础上，的基础上，典型的介质访问控制方法是典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus；u只有通过介质访问控制方法才能保证每个结点得到只有通过介质访问控制方法才能保证每个结点得到“公平公平”地使用公共传输介质；地使用

37、公共传输介质；u每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；加而急剧减少；u当网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发当网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。网络服务质量将会下降。2021-10-3058高速局域网的解决方法u第一种方案：提高第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率的数据传输速率(10Mb/s100Mb/s10Gb/s )，导致新产品导致新产品开发；开发；u第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥

38、或第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发展；路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发展；u第三种方案：将第三种方案：将“共享介质方式共享介质方式”改为改为“交换方式交换方式”，导致了导致了“交换式局域网交换式局域网”技术的发展。技术的发展。 2021-10-3059交换式局域网基于硬件交换技术u多个结点并发连接功能；多个结点并发连接功能；u S = N10Mb/s共享式局域网与交换式局域网的比较共享式局域网与交换式局域网的比较2021-10-3060局域网产品类型与相互之间的关系 局域网共享介质局域网交换式局域网以太网令牌总线令牌环FDDI快

39、速以太网千兆以太网FDDIFFOL交换式以太网ATM局域网仿真IP over ATMMPOA虚拟局域网2021-10-30615.5.2 快速以太网 uFast Ethernet的传输速率比普通的传输速率比普通Ethernet快快10倍，数据传输速率达到了倍，数据传输速率达到了100Mb/s；uFast Ethernet与以太网的帧格式、介质访问控制与以太网的帧格式、介质访问控制方法与组网方法相同；方法与组网方法相同；u每个比特的发送时间由每个比特的发送时间由100ns降低到了降低到了10ns；u1995年年9月，月，IEEE 802委员会正式批准了委员会正式批准了Fast Ethernet标

40、准标准IEEE 802.3u。 2021-10-3062Fast Ethernet的协议结构 IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MACMII（功能与A U I 相同 ）100 BASE-TX2对5 类 线或S T P100 BASE-FX光纤100 BASE-T44对3 ,4,5类 U T P100 BASE-T集线器u只是在物理只是在物理层做了一些调层做了一些调整；整；u在物理层和在物理层和介质访问子层介质访问子层之间增加了介之间增加了介质专用接口；质专用接口；u不同的传输不同的传输介质不会影响介质不会影响MACMAC层；层；u有有3 3种传输介种传输介质。质。2021-10

41、-30635.5.3 千兆以太网 用Ethernet组建企业网的全面解决方案：u桌面系统采用传输速率为桌面系统采用传输速率为10Mb/s的的Ethernet；u部门级网络系统采用传输速率为部门级网络系统采用传输速率为100Mb/s的的Fast Ethernet；u企业级网络系统采用传输速率为企业级网络系统采用传输速率为1000Mb/s的的Gigabit Ethernet。 2021-10-3064Gigabit Ethernet的协议结构 IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MACGMII（功能与AUI相同）1000 BASE-CX屏蔽双绞线1000 BASE-SX多模光纤100

42、0 BASE-T集线器1000 BASE-T非屏蔽双绞线1000 BASE-LX单模光纤8B/10B编码解码方式PAM5编码解码方式2021-10-30655.5.4 10Gb/s Ethernet u10Gb/s Ethernet的帧格式与的帧格式与10Mb/s、100Mb/s和和1Gb/s Ethernet相同；相同；u10Gb/s Ethernet保留了保留了802.3标准对标准对Ethernet最小帧长度和最大帧长度的规定最小帧长度和最大帧长度的规定 ；u10Gb/s Ethernet的传输介质只使用的传输介质只使用光纤光纤；u10Gb/s Ethernet只工作在只工作在全双工方式全

43、双工方式，因此不，因此不存在争用问题存在争用问题 。10Gb/s Ethernet主要具有以下特点2021-10-306610Gb/s Ethernet的物理层协议 1010Gb/s EthernetGb/s Ethernet有以下两种物理层协议标准：有以下两种物理层协议标准： u局域网物理层标准局域网物理层标准 一个一个1010Gb/s EthernetGb/s Ethernet交换机可以支持交换机可以支持1010个个Gigabit EthernetGigabit Ethernet网端口；网端口；u 可选的广域网物理层标准可选的广域网物理层标准 广域网物理层符合光纤通道技术速率体系的广域网物

44、理层符合光纤通道技术速率体系的SONET/SDH(SONET/SDH(同步光纤网络同步光纤网络/ /同步数字系列同步数字系列) )的的OC-OC-192/STM-64192/STM-64的标准。的标准。2021-10-3067交换机的英文名称之为交换机的英文名称之为“Switch”Switch”，它是集线器的升级它是集线器的升级产品，从外观上看，它与集线器差别不大，都是带有多个产品，从外观上看，它与集线器差别不大，都是带有多个端口的长方形盒状体。端口的长方形盒状体。5.6 交换式局域网的工作原理5.6.1 交换机2021-10-3068交换机与集线的差别工作层次不同工作层次不同u集线器工作在第

45、一层（物理层）集线器工作在第一层（物理层）u交换机交换机至少至少是工作在是工作在第二层第二层，更高级的交换机可以工，更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）和第四层（传输层）。作在第三层（网络层）和第四层（传输层）。传统交传统交换机只具有流量控制能力的多端口换机只具有流量控制能力的多端口网桥网桥，工作在链路，工作在链路层，故称为层，故称为二层交换机二层交换机。如果把路由功能加入交换机，。如果把路由功能加入交换机，此时交换机可完成网络层路由选择，故称为此时交换机可完成网络层路由选择，故称为三层交换三层交换机机。2021-10-3069交换机与集线的差别数据传输方式不同数据传输方式不同u集线器的数

46、据传输方式是集线器的数据传输方式是广播广播方式方式u交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的节点发交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的节点发送，只是在自己的送，只是在自己的MACMAC地址表中找不到的情况下第一地址表中找不到的情况下第一次使用广播方式发送，第二次以后就不再是广播发送次使用广播方式发送，第二次以后就不再是广播发送了，又是有目的的发送。了，又是有目的的发送。2021-10-30702021-10-3071集线器集线器交换机交换机集线器上其它节点集线器上其它节点发送数据节点发送数据节点接收数据节点接收数据节点发送数据节点发送数据节点2021-10-3072交换机与集线的差别带宽占

47、用方式不同带宽占用方式不同u集线器所有端口是共享集线器的总带宽集线器所有端口是共享集线器的总带宽u交换机的每个端口都具有自己的带宽交换机的每个端口都具有自己的带宽集线器内部结构集线器内部结构2021-10-30732021-10-3074交换机与集线的差别传输模式不同传输模式不同u集线器采用半双工方式进行传输，在集线器上一次只集线器采用半双工方式进行传输，在集线器上一次只能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。u交换机采用全双工方式来传输数据，在同一时刻可以交换机采用全双工方式来传输数据，在同一时刻可以同时进行数据的接收和发送同时进行数据

48、的接收和发送。2021-10-3075集线器集线器交换机交换机2021-10-30762.交换机分类从传输介质和传输速度上看，局域网交换机可以分为从传输介质和传输速度上看，局域网交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、1010千兆以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDIFDDI交换机、交换机、ATMATM交换机等多种。交换机等多种。2021-10-3077以太网交换机指带宽在指带宽在100100MbpsMbps以下的以太网所用交换机。它包括三以下的以太网所用交换机。它包括三种网络接口：种网络接口：RJRJ4545、BNC

49、BNC和和AUIAUI，所用的传输介质分别所用的传输介质分别为：双绞线、细同轴电缆和粗同轴电缆为：双绞线、细同轴电缆和粗同轴电缆。2021-10-3078快速以太网交换机指一种在普通双绞线或光纤上实现指一种在普通双绞线或光纤上实现100100MbpsMbps传输带宽的网传输带宽的网络技术，目前主要指络技术，目前主要指1010100100MbpsMbps自适应型的网络。采用的自适应型的网络。采用的介质为双绞线或光纤。介质为双绞线或光纤。2021-10-3079千兆以太网交换机它的带宽可以达到它的带宽可以达到10001000MbpsMbps，一般用于骨干网段，所采一般用于骨干网段，所采用的传输介质

50、有光纤、双绞线两种，对应的接口为用的传输介质有光纤、双绞线两种，对应的接口为“SC”SC”和和“RJRJ45”45”接口两种接口两种。2021-10-308010千兆以太网交换机它的带宽可以达到它的带宽可以达到1010千兆，一般用于骨干网段，采用的千兆，一般用于骨干网段，采用的传输介质为光纤，其接口方式为光纤接口。传输介质为光纤，其接口方式为光纤接口。2021-10-3081ATM交换机ATMATM交换机是用于交换机是用于ATMATM网络的交换机产品。网络的交换机产品。2021-10-3082FDDI交换机FDDIFDDI交换机是用于老式中、小型企业的快速数据交换交换机是用于老式中、小型企业的

51、快速数据交换网络中的，它的接口形式都为光纤接口网络中的，它的接口形式都为光纤接口。2021-10-30833.模块化交换机模块化交换机在价格上要贵很多，但用户可以任意选模块化交换机在价格上要贵很多，但用户可以任意选择不同数量、不同速率和不同接口类型的模块，以适应择不同数量、不同速率和不同接口类型的模块，以适应千变万化的网络需求。千变万化的网络需求。模块模块2021-10-30844.三层交换机它对应于它对应于OSIOSI模型的第三层，即工作在网络层，具有路模型的第三层，即工作在网络层，具有路由功能，可将由功能，可将IPIP地址信息提供给网络路径选择，并实现地址信息提供给网络路径选择，并实现不同

52、网段间数据的线速交换。不同网段间数据的线速交换。模块模块2021-10-3085华为交换机包括华为交换机包括: :u桌面级的桌面级的24002400、30003000系列；系列；u中心级的中心级的50005000系列系列( (汇聚层汇聚层) )；u核心级的核心级的60006000系列以太网交换机产品。系列以太网交换机产品。5.交换机连接拓扑图2021-10-30862021-10-3087 2021-10-30886.华为交换机产品 2400 2400、30003000系列系列2021-10-30892021-10-309050005000系列系列S5516S5516千兆交换机是面向汇聚层的产

53、品。提供高密度的千兆交换机是面向汇聚层的产品。提供高密度的GEGE端口，是组建园区网中心和端口，是组建园区网中心和IPIP城域网汇聚层的理想产城域网汇聚层的理想产品。品。6.华为交换机产品4 4个接口槽位，每个接口槽位可提供个接口槽位，每个接口槽位可提供4 4个个GEGE端口，端口，有有多种规格千兆接口模块供选择。多种规格千兆接口模块供选择。2021-10-3091S5516以太网交换机宽带城域网组网示意2021-10-3092S5516以太网交换机在大型的企业和园区网的组网示意图2021-10-30936.华为交换机产品60006000系列产品系列产品 Quidway S6506Quidwa

54、y S6506接口配置：提供接口配置：提供7 7个槽位，其中个槽位，其中1 1个交换路由处理板槽位个交换路由处理板槽位（必选），（必选），6 6个业务板槽位，其支持的个业务板槽位，其支持的业务板类型如下：业务板类型如下： 4848端口端口1010BASE-T/100BASE-TXBASE-T/100BASE-TX自适应快自适应快速以太网业务板速以太网业务板 2424端口端口100100BASE-FX MMFBASE-FX MMF（多模光纤）多模光纤）快速以太网业务板快速以太网业务板 2424端口端口100100BASE-FX SMFBASE-FX SMF（单模光纤）单模光纤）快速以太网业务板快

55、速以太网业务板 8 8端口端口10001000BASE-XBASE-X千兆以太网业务板千兆以太网业务板 8 8端口端口10/100/100010/100/1000BASE-TBASE-T千兆以太网千兆以太网业务板业务板业务板业务板处理板处理板2021-10-30942021-10-30952021-10-30962021-10-3097u其中其中60006000系列千兆骨干交换机具的系列千兆骨干交换机具的4040GbpsGbps交换背板，交换背板，提供提供3232个个GEGE线速三层交换端口、或线速三层交换端口、或4848个个100100FXFX三层线三层线速交换端口、或速交换端口、或9696

56、个个100100TXTX三层线速交换端口。三层线速交换端口。u60006000系列在高端局域网组网方案中，为系列在高端局域网组网方案中，为IPIP网络提供全网络提供全线速三层交换能力和完善线速三层交换能力和完善QoSQoS支持，最大满足话音、支持，最大满足话音、图像和数据等多种业务需求。图像和数据等多种业务需求。6.华为交换机产品2021-10-30987.交换机常见的技术指标u机架插槽数：指机架式交换机能安插的最大模块数。机架插槽数：指机架式交换机能安插的最大模块数。u扩展槽数：指固定配置式交换机扩展槽能安插的最大扩展槽数：指固定配置式交换机扩展槽能安插的最大模块数。模块数。u支持的网络类型

57、：机架式交换机和固定式带扩展槽交支持的网络类型：机架式交换机和固定式带扩展槽交换机可支持一种以上类型的网络，如支持以太网、快换机可支持一种以上类型的网络，如支持以太网、快速以太网、千兆以太网、速以太网、千兆以太网、ATMATM、令牌环及令牌环及FDDIFDDI等。等。u最大最大SONET SONET （同步光传输网络）端口数：是指这台交同步光传输网络）端口数：是指这台交换机的最大下联的换机的最大下联的SONETSONET接口数。接口数。u背板吞吐量：也称背板带宽，表示交换机接口处理器背板吞吐量：也称背板带宽，表示交换机接口处理器和数据总线间所能吞吐的最大数据量。和数据总线间所能吞吐的最大数据量

58、。uMACMAC地址表大小：连接到局域网上的每个端口或设备地址表大小：连接到局域网上的每个端口或设备都需要一个都需要一个MACMAC地址，其他设备要用到此地址来定位地址，其他设备要用到此地址来定位特定的端口及更新路由表和数据结构。特定的端口及更新路由表和数据结构。2021-10-30995.6.2 交换式局域网的基本结构2021-10-301005.6.3 局域网交换机的工作原理 地址表165432MAC帧DA=结点B转发机构缓冲器端口地址映射表端口MAC地址1结点A : 00-01-0C-12-D1-28234结点B : 06-21-0A-12-61-205结点C : 30-61-2C-61

59、-02-166结点D : 01-31-00-0C-12-D1DAMAC帧DA=结点CDA结点A : 00-01-0C-12-D1-28结点B结点C结点D : 01-31-00-0C-12-D1局域网交换机局域网交换机结点E2021-10-30101工作原理u交换机工作原理是检测从端口来的数据包的源和目的交换机工作原理是检测从端口来的数据包的源和目的地的地的MAC(MAC(介质访问层介质访问层) )地址，然后与系统内部的动态地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据包的查找表进行比较，若数据包的MACMAC层地址不在查找表层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相中，则

60、将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口应的目的端口。2021-10-301025.6.4 局域网交换机的技术特点 u低交换延迟低交换延迟( (比传统网桥和路由器都快比传统网桥和路由器都快) ) u支持不同的传输速率支持不同的传输速率( (有不同速度的端口有不同速度的端口) )和工作模和工作模式式( (有半双工和全双工有半双工和全双工) )u支持虚拟局域网服务支持虚拟局域网服务 2021-10-301035.7 虚拟局域网的工作原理5.7.1 虚拟网络(VLAN)的概念u虚拟网络建立在局域网虚拟网络建立在局域网交换机交换机之上之上; ;u以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理以软件