第5章 介质访问控制子层

1、授课班级：授课班级：B0904B0904授课教师：姜春霞授课教师：姜春霞TELTEL：1384153717613841537176E-mailE-mail：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掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网 的基本工作原理的基本工作原理掌握：无线局域网的基本工作原理掌握：无线局域网的基本工作原

2、理掌握：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：5.1 局域网与城域网基本概念 网络拓扑网络拓扑 传输介质传输介质 介质访问控制方法介质访问控制方法 5.1.1 决定局域网与城域网性能的三要素决定局域网与城域网性能的三要素5.1.2 5.1.2 局域网拓扑结构类型与特点局域网拓扑结构类型与特点 网络拓扑结构网络拓扑结构：总线型总线型环型环型星型结构星型结构网络传输介质网络传输介质：双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤光纤总线型拓扑构型总线型拓扑构型特点特点：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采用的是“共享介质共享介质”方式；方式；所有结

3、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；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；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”方式发送或接收数据，方式发送或接收数据，因此出现因此出现“冲突（冲突（collisioncollision）”是不可避免的；是不可避免的；“冲突冲突”会造成会造成传输失败；传输失败；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（MACMAC， medium medium access controlaccess control

4、）问题。）问题。总线结构与冲突总线结构与冲突介质访问控制方法要解决以下几个问题介质访问控制方法要解决以下几个问题：该哪个结点发送数据？该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？总线型拓扑的优点总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易；结构简单，实现容易；易于扩展，可靠性较好。易于扩展，可靠性较好。环型拓扑构型环型拓扑构型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；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；多个结点共享一条环通路；多个结点共享一条环通路；环建立、维护、结

5、点的插入与撤出。环建立、维护、结点的插入与撤出。 星型拓扑构型星型拓扑构型 逻辑结构逻辑结构与与物理结构物理结构的关系的关系交换局域网交换局域网(switched LAN)的物理结构的物理结构 5.1.3 5.1.3 传输介质类型与介质访问控制方法传输介质类型与介质访问控制方法 局域网的传输介质类型局域网的传输介质类型 同轴电缆同轴电缆双绞线双绞线光纤光纤无线通信信道无线通信信道讨论讨论：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100Mbps100Mbps、1Gbps 1Gbps 的高速局域网中；的高速局域网中；在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使在局部范

6、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技术的趋势已经明朗。用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线技术的趋势已经明朗。 局域网的介质访问控制方法局域网的介质访问控制方法 局域网中常用的访问控制方式局域网中常用的访问控制方式：指局域网中访问传输：指局域网中访问传输介质时所采用的控制方法涉及如何合理地分配信道，如何介质时所采用的控制方法涉及如何合理地分配信道，如何避免冲突产生等问题。避免冲突产生等问题。l 带冲突检测的载波监听多路访问带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD-Carrier Sense Multiple (CSMA/CD-Carr

7、ier Sense Multiple Access With Collision Detection)Access With Collision Detection)；l 令牌环令牌环(Token Ring)(Token Ring)；l 令牌总线令牌总线(Token Bus)(Token Bus)。13传输媒体 局域网802参考模型与OSI/RM的对比数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层媒体访问控制媒体访问控制MAC逻辑链路控制逻辑链路控制LLCLogical Link Control Media Access Control 向上层提供向上层提供 连接环境连接环境对下层提供对下层提供

8、 媒体访问方法媒体访问方法物理层物理层SAP5.1.4 IEEE 8025.1.4 IEEE 802参考模型参考模型数据链路层的两个子层数据链路层的两个子层 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层： 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。 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 局域网对 LLC 子层是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1

9、网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 216IEEE 802参考模型结构802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC802.1 - OSI模型与网络管理模型与网络管理802.3 CSMA/CD802.4 令牌总线令牌总线802.5 令牌环令牌环17IEEE 802参考模型结构说明：802.1 网络管理，流量测定，故障检测等功能802.2 LLC子层功能802.3 开始，MAC子层的各个模块802.6 城域网802.11 无线局域网等5.2 Ethernet局域网 5.2.1 Ethernet5.2.1 Ethernet的发展的发展 EthernetEthe

10、rnet的核心技术是的核心技术是CSMA/CDCSMA/CD介质访问控制方法；介质访问控制方法；随机争用技术起源于夏威夷大学校园网随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHAALOHA；19721972年，年，XeroxXerox公司开始公司开始EthernetEthernet实验网的研究；实验网的研究；19791979年，年，XeroxXerox公司宣布了公司宣布了EthernetEthernet产品；产品；19801980年，年，XeroxXerox、DECDEC与与IntelIntel联合宣布联合宣布Ethernet V2.0Ethernet V2.0规范规范 ； 9090年代，年代，1

11、0Base-T10Base-T标准使得标准使得EthernetEthernet性能价格比大大提高；性能价格比大大提高；目前，交换式目前，交换式EthernetEthernet与最高速率为与最高速率为10Gb/s10Gb/s的高速的高速EthernetEthernet的出的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。现，更确立了它在局域网中的主流地位。5.2.2 Ethernet5.2.2 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数据发送流程的分析 1CSMA/CD CD（Collison Detect），）， CSMA（Car

12、rier Sense Multi Access） 监听信道是否空闲，如果空闲就立即发送数据，并继续监听监听信道是否空闲，如果空闲就立即发送数据，并继续监听 如果信道忙就一直监听，直到信道空闲，立即发送如果信道忙就一直监听，直到信道空闲，立即发送 在传输过程中，一旦发现冲突，立即停止发送，并发送干扰在传输过程中，一旦发现冲突，立即停止发送，并发送干扰信号来强化冲突，以便让其他结点知道信号来强化冲突，以便让其他结点知道 发送完干扰信号，等待一个随机时间再试图发送，即转到发送完干扰信号，等待一个随机时间再试图发送，即转到准备发送准备发送监听信道监听信道发送数据并发送数据并继续监听继续监听发送拥发送拥

13、挤信号挤信号按后退策按后退策略等待略等待信道空闲信道空闲信道忙信道忙检测出冲突检测出冲突再次尝试再次尝试载波侦听过程载波侦听过程 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冲突窗口的概念冲突窗口的概念24CSMA/CD 若两个最远距离站点间的传输时间为若两个最远距离站点间的传输时间为 ，则网，则网络的最大冲突检测时间为络的最大冲突检测时间为2 。将。将2 定义为定义为冲冲突窗口或称争用期突窗口或称争用期ABCDEFA在在t=0时刻向时刻向F发送帧。发送帧。F在在t= - 时刻向时刻向A发送帧发送帧A在在t= 2 时刻收到冲时刻收到冲突载波突载波冲突冲

14、突25CSMA/CD由于CSMA/CD的存在，则 设Lmin为网络最小帧长，R为网络传输率 必须满足Lmin/R= 2ABCDEFT冲突冲突争用期的长度 以太网取 51.2 s 为争用期的长度。对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 冲突检测：比较法和编码违例判决法冲突检测：比较法和编码违例判决法二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type) 发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。 确定基本退避时

15、间，一般是取为争用期 2。 定义重传次数 k ，k 10，即 k = Min重传次数, 10 从整数集合0,1, (2k 1)中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。 当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。 随机延迟重发随机延迟重发截止二进制指数后退延迟算法截止二进制指数后退延迟算法 2 2k kRRa a 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 a为冲突窗口值，为冲突窗口值，R R为随为随机数机数; ;限定限定k k的范围的范围,k=min,k=min（n n，1010）; ; 如果重发次数如果重发

16、次数n10n10，则取，则取k=n k=n ； 如果重发次数如果重发次数n10n10时，则时，则k k取值为取值为10; 10; 第第n n次重发延迟是分布在次重发延迟是分布在0 0与与22minmin（n n，1010）-1-1个时间片之间，最大可能延迟个时间片之间，最大可能延迟时间为时间为1023 1023 个时间片个时间片; ;在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状态，重复发送流程在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状态，重复发送流程; ;当冲突次数超过当冲突次数超过1616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。 2. Ethernet帧结构

17、帧结构前导码与帧前定界符字段前导码与帧前定界符字段目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段 长度字段长度字段LLCLLC数据字段数据字段帧校验字段帧校验字段Ethernet帧结构的讨论：帧结构的讨论：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：前导码：7 7个字节，个字节，1010101010101010101010101010比特序列比特序列 帧前定界符：帧前定界符：1 1字节，字节，10101011 10101011 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

18、地址（unicastunicast address address）0 0 多点地址（多点地址（multicast addressmulticast address）1 1 广播地址（广播地址（broadcast addressbroadcast address）长度字段长度字段 帧的最小长度为帧的最小长度为6464字节，最大长度为字节，最大长度为15181518字节字节 LLCLLC数据字段数据字段 LLCLLC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4646个字节个字节少于少于4646个字节，需要填充个字节，需要填充帧校验字段帧校验字段 采用采用3232位的位的

19、CRCCRC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、LLCLLC数据数据等字段等字段 3. Ethernet接收流程接收流程5.2.3 Ethernet实现方法实现方法Ethernet网卡结构网卡结构 5.2.4 Ethernet物理地址物理地址 Ethernet地址地址 网络物理地址网络物理地址 物理网络地址物理网络地址 ;Ethernet地址地址 = Manufacture ID + NIC ID 24bit + 24bit 公司：公司：Cisco 00-00-0c IBM 08-00-5A典型的典型的Ethernet地址地址 ：00-00-0

20、C- 01-23- 45Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。制造商制造商ID由公司分配的地址部分由公司分配的地址部分00000C012345 令牌环网令牌环网令牌令牌v 采用采用 IEEE802.5 标准。标准。v 拓扑结构是环型，拓扑结构是环型，v 所有结点共享介质所有结点共享介质v 使用令牌进行介质访问控制使用令牌进行介质访问控制v 不产生冲突不产生冲突令牌是一种能够控制站点占有媒体的特殊帧，以区别数据帧及其他控制帧。令牌是一种能够控制站点占有媒体的特殊帧，以区别数据帧及其他控制帧。v采用采用IEEE 802.4 标准标准v采用总线型

21、的物理拓扑采用总线型的物理拓扑 结构，但用传递令牌的结构，但用传递令牌的 机制来进行介质的访问机制来进行介质的访问 控制控制v在物理上是总线型网，在物理上是总线型网， 在逻辑上是环型网在逻辑上是环型网 ABCGFDE（a）令牌总线）令牌总线（b）逻辑环）逻辑环AFCBDE令牌令牌光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口FDDIv 拓扑结构：双环结构拓扑结构：双环结构v 传输速率：传输速率：100Mbpsv 传输介质：光纤传输介质：光纤v 介质访问控制方式：令牌介质访问控制方式：令牌v 传输距离（环路长度）：传输距离（环路长度）：100km 主环主环副环副环通过增加冗余环路来提高系统的可靠性通过增加

22、冗余环路来提高系统的可靠性 各结点共享传输介质各结点共享传输介质使用令牌进行介质访问控制，结点截获令牌后方可发送数使用令牌进行介质访问控制，结点截获令牌后方可发送数据据结点发送数据之后，立即释放令牌，其他结点可再截获令结点发送数据之后，立即释放令牌，其他结点可再截获令牌并发送数据牌并发送数据环路上可能同时有多个结点发出的数据在流动，提高了介环路上可能同时有多个结点发出的数据在流动，提高了介质的利用率质的利用率DCCCCCDCCDDDCDABCD令牌令牌A发给发给C 的帧的帧B发给发给D 的帧的帧5.4 高速局域网的工作原理 5.4.1 5.4.1 高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法 推动

23、局域网技术发展的因素推动局域网技术发展的因素个人计算机的广泛应用；个人计算机的广泛应用； 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只提高了上千倍；据传输速率只提高了上千倍； 基于基于WebWeb的的Internet/IntranetInternet/Intranet应用也要求更高的带宽；应用也要求更高的带宽；在数据仓库、桌面电视会议、在数据仓库、桌面电视会议、3D3D图形与高清晰度图像这类应用中，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。人们需要有更高带宽的局域网。传统共享式局域网的缺点传统共享式局域

24、网的缺点传统的局域网技术是建立在传统的局域网技术是建立在“共享介质共享介质”的基础上，典型的介质的基础上，典型的介质访问控制方法是访问控制方法是CSMA/CDCSMA/CD、Token RingToken Ring、Token BusToken Bus；介质访问控制方法用来保证每个结点都能够介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平公平”地使用公共地使用公共传输介质；传输介质；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；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；带宽带宽/ /结点数结点数网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将网络通信负荷加重时，

25、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，网络服务质量将会下降。会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。 高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法第一种方案：提高第一种方案：提高EthernetEthernet的数据传输速率：的数据传输速率： 10Mb/s100Mb/s10Gb/s 10Mb/s100Mb/s10Gb/s ；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；的子网，导致了局域网互连技术的发展； 第三种方案：将第三种方案：将“共享介质方式共享介质方

26、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。交换式局域网交换式局域网基于硬件交换技术基于硬件交换技术并发连接；并发连接；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Fast Ethernet的协议结构的协议结构 100 BASE-T的的3种物理层标准种物理层标准100 BASE-TX100 BASE-TX支持支持2 2对对5 5类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线UTPUTP或或2 2对对1 1类屏蔽双绞线类屏蔽双绞线STPSTP全双工工作全双工工作以以100Mbps100Mbps的速率发送与接收数据的速率发送与接收数据 10

27、0 BASE-T4100 BASE-T4100 BASE-T4100 BASE-T4支持支持4 4对对3 3类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线UTPUTP其中其中3 3对用于数据传输，对用于数据传输，1 1对用于冲突检测。对用于冲突检测。 100 BASE-FX100 BASE-FX支持支持2 2芯的多模或单模光纤芯的多模或单模光纤从结点到集线器的距离可以达到从结点到集线器的距离可以达到2km2km全双工工作全双工工作 5.5.3 千兆以太网千兆以太网 用用EthernetEthernet组建企业网的全面解决方案组建企业网的全面解决方案：桌面系统采用传输速率为桌面系统采用传输速率为10Mb/s10M

28、b/s的的EthernetEthernet；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/s100Mb/s的的Fast EthernetFast Ethernet；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/s1000Mb/s的的Gigabit Gigabit EthernetEthernet。 10/100兆兆交换机交换机10兆线路兆线路百兆线路百兆线路10/100兆兆交换机交换机10/100兆兆交换机交换机千兆线路千兆线路千兆主干千兆主干交换机交换机千兆主干千兆主干交换机交换机千兆位以太网千兆位以太网Gigabit Ethernet的协议结构

29、的协议结构 1000 BASE-T的的4种物理层标准种物理层标准100 0BASE-T 支持支持5类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线UTP 距离可达距离可达100m 1000 BASE-CX 支持屏蔽双绞线支持屏蔽双绞线STP 距离可达距离可达25m 1000BASE-LX 支持单模光纤支持单模光纤 距离可以达到距离可以达到3000m1000BASE-SX 支持多模光纤支持多模光纤 距离可以达距离可以达550m5.5.4 10Gb/s Ethernet 10Gb/s Ethernet10Gb/s Ethernet主要具有以下特点主要具有以下特点万兆位以太网万兆位以太网(10Gbps以太网以太网)标准

30、是标准是IEEE802.3ae用光纤作为传输介质用光纤作为传输介质工作在全双工模式下，不使用工作在全双工模式下，不使用CSMA/CD仍采用以太网的帧结构和帧长度，与仍采用以太网的帧结构和帧长度，与10Mbps、100Mbps、1000Mbps以太网兼容以太网兼容其传输距离为其传输距离为300m40km 万兆位以太网的是扩展以太网技术，使之进入城域网和广域网领万兆位以太网的是扩展以太网技术，使之进入城域网和广域网领域域 5.5 交换式局域网的工作原理交换式局域网的工作原理 5.5.1 交换式局域网的基本结构交换式局域网的基本结构 p 交换机概述交换机概述认识一下交换机认识一下交换机 交换机，英文

31、名称为Switch，工作在OSI的数据链路层，也称二层交换机，它是一种基于MAC地址(网卡的硬件地址)识别，用于数据帧的转发的设备。 p 交换机概述交换机概述以太网交换机工作机制以太网交换机工作机制MAC 地址表地址表Mac 地址地址端口号端口号学习逻辑学习逻辑学习逻辑学习逻辑过滤过滤/转发逻辑转发逻辑接口接口接口接口l 地址学习l 转发/过滤p 交换机概述交换机概述交换机功能交换机功能MAC address table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCDp交换机的功能交换机的功能地址学习地址学

32、习l 初始的MAC地址表为空l 交换机通过学习功能来完成写入MAC address tablel MAC地址表存放在交换机的RAM中 p交换机的功能交换机的功能地址学习（续）地址学习（续）l交换机收到数据帧后，查找MAC地址表，没找到，交换机将该数据帧泛洪泛洪（flooding）到所有其它的端口上.l交换机将收到的frame的源地址及与之相连的端口写入MAC地址表学习学习0260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111MAC address table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.3333E0E1E2E3DCBAp交换机的功能交换机

33、的功能地址学习地址学习( (续）续）l如果交换机连接的所有主机都发送过数据帧，就可以建立起一个完整的MAC地址表lMAC地址表是动态变化动态变化的，如果在一定时间内某一主机没有新的数据帧发送，则相应的表项将被清除0260.8c01.3333MAC address table0260.8c01.11110260.8c01.2222E0E1E2E3DCBA0260.8c01.4444p交换机的功能交换机的功能转发与过滤转发与过滤l如果数据帧的目的MAC地址在MAC地址表中有相应的表项，则交换机将该数据帧直接发往对应的端口（转发转发），从而保证其它端口上的主机不会收到无关的数据帧（过滤过滤）l广播帧

34、和组播帧仍将被泛洪（flooding）到除接收端口以外的所有其它端口0260.8c01.33330260.8c01.22220260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111E2: 0260.8c01.2222E1: 0260.8c01.3333E3: 0260.8c01.44440260.8c01.1111E0E1E2E3DCABMAC address table存储转发方式(Store and forward) 数据帧在进入使用存储转发方式的交换机后会停留一段时间。在这段时间内进行全面的差错检测。如果接收到的帧正确，转发出去。 直通方式(Cut through) 数据帧进入交

35、换机后，只要被交换机检测出目的地址字段，就立即被转发出相应端口，不做任何检错也不管这一数据帧是否出错。无碎片转发方式(Fragment free) 数据帧进入使用该种方式的交换机后，稍作停留。在交换机对帧的前64字节检错后，如果前64字节正确则转发出去。p 交换机概述交换机概述数据帧转发方式数据帧转发方式回顾！回顾！1.决定局域网性能的三要素？2.传统局域网采用_的工作方式,所有结点共享一条公用的传输介质。3.IEEE802标准定义了三类共享介质的局域网，分别是？4.以太网的核心技术是_5.共享式局域网与交换式局域网的不同？6.交换式局域网的核心设备是_？p交换网络中的问题交换网络中的问题广播

36、域广播域A AB BBroadcast Storm Broadcast Storm p通过路由器将网络分段通过路由器将网络分段p交换网络中问题的解决交换网络中问题的解决-VLAN-VLANVLAN20VLAN10VLAN30VLAN40VLAN VLAN （Virtual Local Area NetworkVirtual Local Area Network） 建立在交换技术基础上，如果将局域网中的结点按工作性质与需建立在交换技术基础上，如果将局域网中的结点按工作性质与需要，划分成若干个要，划分成若干个“逻辑工作组逻辑工作组”，则一个逻辑工作组就是一个虚拟，则一个逻辑工作组就是一个虚拟网络。

37、网络。p 虚拟局域网虚拟局域网(VLAN)(VLAN) 虚拟局域网的特点 虚拟网络建立在局域网交换机之上虚拟网络建立在局域网交换机之上; ;以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理; ;逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制; ;一个一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。 p虚拟局域网虚拟局域网VLANVLAN的划分方法的划分方法_ _基于端口的基于端口的VLANVLANp虚拟局域

38、网虚拟局域网VLANVLAN的划分方法的划分方法_ _ 基于基于MACMAC地址的地址的VLANVLANp虚拟局域网虚拟局域网VLANVLAN的划分方法的划分方法_ _基于协议的基于协议的VLANVLANp虚拟局域网虚拟局域网VLANVLAN的划分方法的划分方法_ _基于子网的基于子网的VLANVLANpVLANVLAN的类型的类型:Port VLAN:Port VLAN接口模式为接口模式为accessaccess 基于交换机端口进行基于交换机端口进行VLANVLAN的划分的划分 一个端口只能属于一个一个端口只能属于一个VLANVLAN 一个一个VLANVLAN可以包含多个端口可以包含多个端口

39、 接口模式为接口模式为accessaccessF0/1F0/2F0/3pPort-VLANPort-VLAN原理原理 通过查找MAC地址表，交换机对发往不同VLAN的数据不转发F0/1F0/2F0/3ABCVlan 10Vlan 20Vlan 10A BA CX交换机交换机端口端口MACMAC地址地址VLAN VLAN IDIDF0/1A10F0/2B20F0/3C10Switch AVLAN30VLAN20 VLAN10Switch BVLAN30VLAN20VLAN10p跨交换机跨交换机VLANVLAN间通信间通信 A交换机上VLAN10的端口范围中取一个端口，和交换机B上VLAN10范围

40、中的某个端口，作级联连接。 如果交换机上划了10个VLAN，就需要分别连10条线作级联，端口效率就太低了。 Switch AVLAN30VLAN20 VLAN10Switch BVLAN30VLAN20VLAN10Tag VLAN在交换机之间用一条级联线，并将对应的端口设置为Trunk，这条线路就可以承载交换机上所有VLAN的信息。Trunk端口传输多个VLAN的信息，实现同一VLAN跨越不同的交换机技术标准：IEEE 802.1qp跨交换机跨交换机VLANVLAN之间的通信之间的通信:Tag VLAN:Tag VLAN接口模式为接口模式为trunktrunk802.1Q802.1Q工作特点：

41、工作特点： 802.1Q802.1Q帧只在交换机的帧只在交换机的trunktrunk链路上传输，对用户透明的。链路上传输，对用户透明的。 默认默认TrunkTrunk端口，转发交换机上所有端口，转发交换机上所有VLANVLAN的数据。的数据。 交换机在从交换机在从TrunkTrunk口转发数据前会在数据打上个口转发数据前会在数据打上个TagTag标签，在到达另一标签，在到达另一交换机后，再剥去此标签。交换机后，再剥去此标签。A AB Bp802.1Q802.1Q工作原理工作原理5.7 无线局域网5.7.1 无线局域网基础无线局域网基础 Infrastructured 网网（有固定基础设施的网络

42、）（有固定基础设施的网络） Ad Hoc 网网自组织网络，特定网络，对等网络 无线局域网使用的传输介质：无线局域网使用的传输介质：微波、激光、红外线微波、激光、红外线等无线电波等无线电波两种类型的两种类型的 WLAN ：AP :访问接入点 在在Ad hoc网络中，结点具有报文转发能力，结点间的通信可能要经过多个中间结点的转发，即网络中，结点具有报文转发能力，结点间的通信可能要经过多个中间结点的转发，即经过多跳（经过多跳（MultiHop），这是），这是Ad hoc网络与其他移动网络的最根本区别。结点通过分层的网络协议网络与其他移动网络的最根本区别。结点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实

43、现了网络的自动组织和运行和分布式算法相互协调，实现了网络的自动组织和运行 .BSS（基本服务集）（基本服务集）Infrastructured 网网(基础设施网基础设施网) 有有AP(Access Point, 无线接入点无线接入点)， 无线站点通信首先要经过无线站点通信首先要经过APAd Hoc 网（无线自组网）网（无线自组网）IBSS (Independent BSS，独立基本，独立基本服务集服务集)，无，无AP，站点间直接通信，站点间直接通信）IBSSBSS5.7 无线局域网无线局域网标准：无线局域网标准：IEEE802.11：定义使用红外、跳频扩频、直接序列扩频技术，：定义使用红外、跳频

44、扩频、直接序列扩频技术，速率为速率为1Mbps或或2Mbps。IEEE802.11b：定义使用跳频扩频技术，速率为：定义使用跳频扩频技术，速率为1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11Mbps。Wi-FiIEEE802.11a：传输速率可达：传输速率可达54Mbps。5.2GHz的频段的频段802.11g它是一种混合标准，工作在它是一种混合标准，工作在2.4G频段上，兼容频段上，兼容802.11b和和802.11a标准，标准，它最高也可以支持它最高也可以支持54Mbps。5.7.2 红外无线局域网红外无线局域网 红外无线信号按视距方式传播，即发送点必须能看到接收点，红外无线信号按视距方式传

45、播，即发送点必须能看到接收点，中间没有阻挡；中间没有阻挡； 特点：通信安全性好，抗干扰性强，安装简单，易于管理等优点，但传特点：通信安全性好，抗干扰性强，安装简单，易于管理等优点，但传输距离受到一定限制。（红外线对非透明物体的透过性极差，对无线局域输距离受到一定限制。（红外线对非透明物体的透过性极差，对无线局域网传输距离有致命限制。）网传输距离有致命限制。） 红外无线局域网的数据传输技术：红外无线局域网的数据传输技术： 定向光束红外传输技术定向光束红外传输技术 全方位红外传输技术全方位红外传输技术 漫反射红外传输技术漫反射红外传输技术5.7.3 扩频无线局域网扩频无线局域网扩频数字通信系统的基

46、本结构扩频数字通信系统的基本结构 跳频扩频通信跳频扩频通信 (FHSS ) 直接序列扩频（直接序列扩频（DSSS)无线局域网采用的技术无线局域网采用的技术用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽 1. 跳频跳频 扩频扩频通信通信 (FHSS )5.7.3 扩频无线局域网扩频无线局域网 IEEE 802.11 IEEE 802.11标准规定频段范标准规定频段范围：围：2.42.4835GHZ2.42.4835GHZ； 跳频扩频跳频扩频通信的数据传输速率为通信的数据传输速率为1Mb/s1Mb/s或或2Mb/s2Mb/s。发送信号频率按固定的时间间发送信号频率按固定的时间间隔从一个频率跳到另一个频率

47、，隔从一个频率跳到另一个频率，接收器和发送器同步跳动，从而接收器和发送器同步跳动，从而正确接收信息。正确接收信息。发送频率变换的顺序由随机码发送频率变换的顺序由随机码决定，接收端和发送端使用相同决定，接收端和发送端使用相同变换的顺序序列。变换的顺序序列。2.直接序列扩频（直接序列扩频（DSSS) 直接序列扩频也使用直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药的工业、科学与医药专用的专用的ISM频段频段; Industrial、Scientific及及Medical 数据传输速率可高达数据传输速率可高达11Mb/s，（，（1，2，5.5，11）Mb/s; 系统实际发送的信号系统实际发送的信号

48、d(t)是发送数据是发送数据a(t)与伪随机码与伪随机码c(t)模二加的结果模二加的结果;5.7.4 无线局域网标准无线局域网标准IEEE 802.11 802.11层次模型结构层次模型结构 MAC 层支持无争用服层支持无争用服务和争用服务务和争用服务 无争用服务：点协调功能无争用服务：点协调功能PCF采用集中控制方法，通采用集中控制方法，通过探询的方法解决对结点发过探询的方法解决对结点发送的控制。送的控制。 争用服务：采用争用服务：采用CSMA/CA的冲突避免方法。的冲突避免方法。在物理层在物理层扩展扩展局域网局域网 - - 使用中继器、集线器使用中继器、集线器网络层网络层数据链路层数据链路

49、层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层物理层物理层中继器、集线器中继器、集线器 5.8 局域网互联与网桥工作原理 在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网 物理层扩展设备：物理层扩展设备：中继器（中继器（Repeater）和集线器（）和集线器（Hub）中继器中继器在物理层上实现局域网网段在物理层上实现局域网网段的扩展，主要起到对传输介的扩展，主要起到对传输介质上信号波形的接收、整形、质上信号波形的接收、整形、放大及转发作用，延长网络放大及转发作用，延长网络距离的作用。距离的作用。集线

50、器集线器集线器集线器(Hub)是一种多端是一种多端口转发器。所有连接到集口转发器。所有连接到集线器的结点共享一个冲突线器的结点共享一个冲突域。域。中继器的连接中继器的连接集线器集线器DCBA集线器ABCD集线器ab 局域网扩展局域网扩展在数据链路层在数据链路层扩展扩展局域网局域网 - 使用网桥、交换机使用网桥、交换机 在在网段网段之间转发之间转发数据帧（根据数据帧（根据MAC层物理地址）层物理地址） 网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层物理层物理层

51、网桥、交换机网桥、交换机数据链路层数据链路层扩展后的局域网在网络层看来扩展后的局域网在网络层看来还是一个网络还是一个网络网桥概述网桥概述网桥基本特征：网桥基本特征：网桥在数据链路层上实现局域网互连；网桥在数据链路层上实现局域网互连；网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；络；网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议； 网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信；网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之

52、间的通信；网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。网桥的作用网桥的作用 网桥是对数据帧进行操作，因此是第二层设备。实际上，它们网桥是对数据帧进行操作，因此是第二层设备。实际上，它们根据数据帧的目的根据数据帧的目的MAC地址转发和过滤数据帧。地址转发和过滤数据帧。HUBHUBHUB冲突域冲突域1冲突域冲突域2冲突域冲突域310BASE-T100BASE-TBridge 10BASE-T网桥连接网段扩展局域网网桥连接网段扩展局域网 网桥是在逻辑链路层上存储转发数据幀的设备，当在多网桥是在逻辑链路层上存储转发数据幀的设备，当在多个局域网个局域网之间需要交换信息，或为了安全、减小冲突域、增之间需要交换信息，或为了安全、减小冲突域、增大吞吐量、要将现大吞吐量、要将现存的单个局域网分隔成几个网络时，就要用到网桥。（上图中红色光球存的单个局域网分隔成几个网络时，就要用到网桥。（上图中红色光球-冲突）冲突）连接网桥前后的冲突域变化连接网桥前后的冲突域变化一个冲突域一个冲突域四个冲突域四个冲突域网桥网桥 l 网桥根据网桥根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。帧的目的地址对收到的帧进行转发。l 网桥具有过滤帧的功能。当网桥收