第三章 局域网基础

1、2 2）工作方式）工作方式 网上计算机共享总线，任一时刻只能有一台计算网上计算机共享总线，任一时刻只能有一台计算机发送信息，其他计算机处于接收状态，是广播式网机发送信息，其他计算机处于接收状态，是广播式网络。络。典型的总线型网络是早期的同轴电缆以太网。典型的总线型网络是早期的同轴电缆以太网。 3.3.局域网体系结构局域网体系结构 IEEE802IEEE802委员会制定了具体的局域网模型和标准。委员会制定了具体的局域网模型和标准。应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层逻辑链路控制子层（LLC）介质访问控制子层（MAC）物理层OSIIEEE802802.2 - 802.2 - 逻辑链路控制

2、逻辑链路控制LLC LLC 802.3 - 802.3 - CSMA/CDCSMA/CD（以太网）（以太网） 802.4 - 802.4 - Token Bus Token Bus （令牌总线）（令牌总线）802.5 - 802.5 - Token RingToken Ring（令牌环）（令牌环）802.6 - 802.6 - 分布队列双总线分布队列双总线DQDB - MANDQDB - MAN标准标准802.8 802.8 FDDIFDDI（光纤分布数据接口）（光纤分布数据接口）802.11 802.11 无线无线LANLANIEEE802参考模型参考模型 1980年年2月，美国电气与电子工

3、程师协会月，美国电气与电子工程师协会IEEE成立了局域网成立了局域网标准化委员会标准化委员会,专门从事局域网标准化工作。该委员会制定了专门从事局域网标准化工作。该委员会制定了IEEE802标准。标准。IEEE802IEEE802标准的主要成员标准的主要成员：IEEE802IEEE802标准标准 802.1网 际 互 连802.2逻 辑 链 路 控 制物 理 层物 理 层物 理 层物 理 层802.3媒 体 访 问802.6媒 体 访 问802.5媒 体 访 问802.4媒 体 访 问802.1寻址管理802.1体系结构网 际 互连逻 辑 链 路 控制 LLC媒 体 访 问 控制 MAC物 理

4、层局域网发展趋势局域网发展趋势 1.1.以太网的产生与发展以太网的产生与发展 19751975年，由美国年，由美国DECDEC、IntelIntel和和XeroxXerox三家公司联合研制成三家公司联合研制成功并公布了以太网的物理层与数据链路层规范。功并公布了以太网的物理层与数据链路层规范。 传统以太网速率只有传统以太网速率只有10M,10M,目前，不仅千兆以太网和万兆目前，不仅千兆以太网和万兆以太网已经进入主流应用，在实验室中，已经在开发以太网已经进入主流应用，在实验室中，已经在开发40Gbit/s40Gbit/s的以太网产品。的以太网产品。以太网标准及以太网标准及IEEE802.3IEEE

5、802.3规范：规范：传统以太网传统以太网 主要是主要是10BASE-210BASE-2、10BASE-510BASE-5、10BASE-T10BASE-T标准标准快速以太网快速以太网 IEEE802.3u IEEE802.3u 双绞线，光纤双绞线，光纤千兆以太网千兆以太网 IEEE802.3z IEEE802.3z 屏蔽短双绞线、光纤屏蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab IEEE802.3ab 双绞线双绞线万兆以太网万兆以太网 IEEE802.3ae IEEE802.3ae 光纤光纤2.2.传统以太网技术传统以太网技术 传统以太网的典型速率是传统以太网的典型速率是10Mbit/s10M

6、bit/s，在其物理层，定义了多，在其物理层，定义了多种传输介质和拓扑结构，形成了一个种传输介质和拓扑结构，形成了一个10Mbit/s10Mbit/s以太网标准系列，以太网标准系列，主要包括主要包括10BASE-210BASE-2、10BASE-510BASE-5、10BASE-T10BASE-T等标准。等标准。 例：例： 数据率（数据率（Mbps）基带或宽带基带或宽带Base，Broad段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或介质类型（介质类型（T，F，X）10 Base 51 1）10BASE-210BASE-2 10BASE-2 10BASE-2网络采用总线型结构，主要使用的网络硬件有以

7、下网络采用总线型结构，主要使用的网络硬件有以下几种：几种：（1 1）BNCBNC接口的网卡：使计算机作为节点连入网络。接口的网卡：使计算机作为节点连入网络。（2 2）5050细同轴电缆：这是细同轴电缆：这是10BASE-210BASE-2网络定义的传输介质。网络定义的传输介质。（3 3）T T型连接器：用于细缆与网卡的连接。型连接器：用于细缆与网卡的连接。（4 4）5050终端器：电缆两端各接一个，用于阻止信号反射。终端器：电缆两端各接一个，用于阻止信号反射。 细缆终端器10BASE-210BASE-2网络网络2 2）10BASE-510BASE-5 10BASE-5 10BASE-5网络也采

8、用总线型结构，主要使用的网络硬件有以网络也采用总线型结构，主要使用的网络硬件有以下几种：下几种：（1 1）AUIAUI接口的网卡：使计算机作为节点连入网络。接口的网卡：使计算机作为节点连入网络。（2 2）5050粗同轴电缆：这是粗同轴电缆：这是10BASE-510BASE-5网络定义的传输介质。网络定义的传输介质。（3 3）外部收发器：两端连粗缆，中间经）外部收发器：两端连粗缆，中间经AUIAUI接口的由收发器连网卡。接口的由收发器连网卡。（4 4）收发器电缆：两头带有）收发器电缆：两头带有AUIAUI接头，用于外部收发器和网卡之间接头，用于外部收发器和网卡之间的连接。的连接。（5 5）505

9、0终端器：电缆两端各接一个，用于阻止信号反射。终端器：电缆两端各接一个，用于阻止信号反射。 终端匹配器粗缆收发器电缆外部收发器10BASE-510BASE-5网络网络10BASE-210BASE-510BASE-T单网段最大长度185m500m100m网络最大长度（跨距）925m2500m500m节点间最小距离0.5m2.5m单网段的最多节点数30100拓扑结构总线型总线形星形传输介质细同轴电缆粗同轴电缆双绞线连接器BNC、TAUI、U筒RJ-45最多网段数555 在实际应用中，由于粗缆可以传输更长的距离，而细缆比在实际应用中，由于粗缆可以传输更长的距离，而细缆比较经济，可以将粗缆和细缆结合起

10、来使用。较经济，可以将粗缆和细缆结合起来使用。 可以通过粗细转接器实现粗缆和细缆段的连接，混连时网可以通过粗细转接器实现粗缆和细缆段的连接，混连时网络干线段长度介于络干线段长度介于185m185m和和500m500m之间，也可以通过中继器将粗缆之间，也可以通过中继器将粗缆网段和细缆网段相连接。网段和细缆网段相连接。 3 3）10BASE-T10BASE-T 10BASE-T 10BASE-T网络采用星型拓扑结构，典型的中心设备是集线器网络采用星型拓扑结构，典型的中心设备是集线器或交换机，主要使用的网络硬件有以下几种：或交换机，主要使用的网络硬件有以下几种：（1 1）RJ-45RJ-45接口的网

11、卡：使计算机作为节点连入网络。接口的网卡：使计算机作为节点连入网络。（2 2）3 3类以上的类以上的UTPUTP电缆：这是电缆：这是10BASE-T10BASE-T网络定义的传输介质。网络定义的传输介质。（3 3）RJ-45RJ-45接头：电缆两端各压接一个接头：电缆两端各压接一个RJ-45RJ-45接头，用于网卡和接头，用于网卡和集线器的连接。集线器的连接。（4 4）10BASE-T10BASE-T集线器：作集线器：作10BASE-T10BASE-T网络的中心转发设备。网络的中心转发设备。 集线器集线器UTP电缆10BASE-T10BASE-T网络网络3.3.快速以太网技术快速以太网技术 1

12、9951995年年9 9月，月，IEEE802IEEE802委员会正式公布了快速以太网标准委员会正式公布了快速以太网标准IEEE802.3uIEEE802.3u。 快速以太网保留了传统以太网的基本特征，即相同的帧格快速以太网保留了传统以太网的基本特征，即相同的帧格式、介质访问控制方法与组网方法，只是传输速率快了式、介质访问控制方法与组网方法，只是传输速率快了1010倍。倍。 快速以太网定义了快速以太网定义了3 3种物理层标准：种物理层标准：100BASE-TX,100BASE-T4100BASE-TX,100BASE-T4和和100BASE-FX100BASE-FX。 4.4.吉比特与十吉比特

13、以太网吉比特与十吉比特以太网 吉比特以太网标准分为两类：吉比特以太网标准分为两类：IEEE802.3zIEEE802.3z和和IEEE802.3abIEEE802.3ab。（1 1）IEEE802.3zIEEE802.3z IEEE802.3z IEEE802.3z定义了基于光纤和屏蔽短双绞线的标准。定义了基于光纤和屏蔽短双绞线的标准。 1000BASE-SX1000BASE-SX：只支持多模光纤，最大传输距离为：只支持多模光纤，最大传输距离为220220550m550m。 1000BASE-LX1000BASE-LX：多模光纤最远距离：多模光纤最远距离550m550m，单模最远距离，单模最远

14、距离5km5km。 1000BASE-CX1000BASE-CX：采用：采用150150屏蔽双绞线，传输距离为屏蔽双绞线，传输距离为25m25m。 （2 2）IEEE802.3abIEEE802.3ab IEEE802.3ab IEEE802.3ab定义的传输介质为定义的传输介质为5 5类类UTPUTP电缆，传输距离为电缆，传输距离为 100m100m，与，与10BASE-T10BASE-T和和100BASE-T100BASE-T完全兼容。完全兼容。 吉比特以太网的帧结构和介质访问控制方法仍采用吉比特以太网的帧结构和介质访问控制方法仍采用IEEE802.3IEEE802.3标准，所以，非常便于

15、传统以太网和快速以太网标准，所以，非常便于传统以太网和快速以太网向千兆以太网升级。向千兆以太网升级。3 3）十吉比特以太网）十吉比特以太网 20022002年初，正式发布了年初，正式发布了10Gbit/s10Gbit/s以太网的以太网的IEEE802.3aeIEEE802.3ae规范。规范。 IEEEIEEE正在为正在为10Gbit/s10Gbit/s以太网制定两个分离的物理层标准，一个以太网制定两个分离的物理层标准，一个是为是为LANLAN，另一个是为，另一个是为MANMAN制定。制定。10Gbit/s10Gbit/s以太网主要有以下特点：以太网主要有以下特点：（1 1）帧格式不变）帧格式不

16、变（2 2）能使用多种光纤传输介质）能使用多种光纤传输介质（3 3）只工作在全双工方式，不存在争用问题）只工作在全双工方式，不存在争用问题（4 4）保留了）保留了IEEE802.3IEEE802.3标准，可以和低速以太网通信标准，可以和低速以太网通信 以太网帧结构与工作流程分析以太网帧结构与工作流程分析CSMA/CDCSMA/CD介质访问控制介质访问控制 IEEE802.3IEEE802.3标准规定了标准规定了CSMA/CDCSMA/CD访问方法和物理层技术规范，访问方法和物理层技术规范，采用采用IEEE802.3IEEE802.3标准协议的典型局域网是以太网。标准协议的典型局域网是以太网。C

17、SMA/CDCSMA/CD是以是以太网的核心技术。太网的核心技术。1 1）CSMA/CDCSMA/CD的发送工作过程的发送工作过程 CSMA/CDCSMA/CD的工作过程可以概括为的工作过程可以概括为4 4点：发前先听，边发边听，点：发前先听，边发边听，冲突停止，延迟重发。冲突停止，延迟重发。 CSMA/CDCSMA/CD发送过程流程图如下页所示。发送过程流程图如下页所示。站点要求发送有载波？发送一帧信息有冲突？发出阻塞信号冲突 16？延时处理放弃发送另作处理一次发送结束CSMA/CD发送过程流程图YNYNNY快速以太网技术快速以太网技术 19951995年年9 9月，月，IEEE802IEE

18、E802委员会正式公布了快速以太网标准委员会正式公布了快速以太网标准IEEE802.3uIEEE802.3u。 快速以太网保留了传统以太网的基本特征，即相同的帧格快速以太网保留了传统以太网的基本特征，即相同的帧格式、介质访问控制方法与组网方法，只是传输速率快了式、介质访问控制方法与组网方法，只是传输速率快了1010倍。倍。 快速以太网定义了快速以太网定义了3 3种物理层标准：种物理层标准：100BASE-TX,100BASE-T4100BASE-TX,100BASE-T4和和100BASE-FX100BASE-FX。 吉比特与十吉比特以太网吉比特与十吉比特以太网 吉比特以太网标准分为两类：吉比

19、特以太网标准分为两类：IEEE802.3zIEEE802.3z和和IEEE802.3abIEEE802.3ab。（1 1）IEEE802.3zIEEE802.3z IEEE802.3z IEEE802.3z定义了基于光纤和屏蔽短双绞线的标准。定义了基于光纤和屏蔽短双绞线的标准。 1000BASE-SX1000BASE-SX：只支持多模光纤，最大传输距离为：只支持多模光纤，最大传输距离为220220550m550m。 1000BASE-LX1000BASE-LX：多模光纤最远距离：多模光纤最远距离550m550m，单模最远距离，单模最远距离5km5km。 1000BASE-CX1000BASE-

20、CX：采用：采用150150屏蔽双绞线，传输距离为屏蔽双绞线，传输距离为25m25m。 IEEE802.3abIEEE802.3ab IEEE802.3ab IEEE802.3ab定义的传输介质为定义的传输介质为5 5类类UTPUTP电缆，传输距离为电缆，传输距离为 100m100m，与，与10BASE-T10BASE-T和和100BASE-T100BASE-T完全兼容。完全兼容。 吉比特以太网的帧结构和介质访问控制方法仍采用吉比特以太网的帧结构和介质访问控制方法仍采用IEEE802.3IEEE802.3标准，所以，非常便于传统以太网和快速以太网标准，所以，非常便于传统以太网和快速以太网向千兆

21、以太网升级。向千兆以太网升级。十吉比特以太网十吉比特以太网 20022002年初，正式发布了年初，正式发布了10Gbit/s10Gbit/s以太网的以太网的IEEE802.3aeIEEE802.3ae规范。规范。 IEEEIEEE正在为正在为10Gbit/s10Gbit/s以太网制定两个分离的物理层标准，一个以太网制定两个分离的物理层标准，一个是为是为LANLAN，另一个是为，另一个是为MANMAN制定。制定。10Gbit/s10Gbit/s以太网主要有以下特点：以太网主要有以下特点：（1 1）帧格式不变）帧格式不变（2 2）能使用多种光纤传输介质）能使用多种光纤传输介质（3 3）只工作在全双

22、工方式，不存在争用问题）只工作在全双工方式，不存在争用问题（4 4）保留了）保留了IEEE802.3IEEE802.3标准，可以和低速以太网通信标准，可以和低速以太网通信 以太网交换机以太网交换机共享共享10Mbps10Mbps端口端口集线器集线器专用专用10Mbps10Mbps端口端口计算机计算机计算机计算机计算机计算机计算机计算机交换机的转发方式交换机的转发方式（1 1）存储转发：完整地接收整个数据，对数据进行差错检测。）存储转发：完整地接收整个数据，对数据进行差错检测。其优点是可靠性高，可支持不同速率端口之间的数据交换，缺点其优点是可靠性高，可支持不同速率端口之间的数据交换，缺点是交换延

23、迟时间相对较长。是交换延迟时间相对较长。（2 2）直接交换：读到目的地址字段，立即转发。其优点是转发）直接交换：读到目的地址字段，立即转发。其优点是转发速率快，缺点是无差错检测能力，不支持不同速率端口之间的数速率快，缺点是无差错检测能力，不支持不同速率端口之间的数据交换。据交换。（3 3）改进的直接交换：读取并检测帧的长度，满足最小帧长要）改进的直接交换：读取并检测帧的长度，满足最小帧长要求则转发。是一种折中的方案。求则转发。是一种折中的方案。交换式以太网的特点交换式以太网的特点（1 1）以太网交换机的各个端口独占带宽。）以太网交换机的各个端口独占带宽。（2 2）具有较高的系统带宽。）具有较高

24、的系统带宽。（3 3）交换机的每个端口是一个冲突域，有逻辑分段与一定）交换机的每个端口是一个冲突域，有逻辑分段与一定的安全功能。的安全功能。虚拟局域网技术的产生虚拟局域网技术的产生 VLANVLAN（Virtual Local Area NetworkVirtual Local Area Network）即虚拟局域网，是一）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。从而实现虚拟工作组的新兴技术。 IEEEIEEE于于19991999年公布了用于标准化年公布了用于标准化VLANV

25、LAN实现方案的实现方案的802.1Q802.1Q协议协议标准草案。标准草案。 VLANVLAN最突出的应用就是划分广播域。最突出的应用就是划分广播域。 一般来说，构造虚拟局域网有一般来说，构造虚拟局域网有3 3个基本条件：个基本条件：（1 1）具有实现）具有实现VLANVLAN划分功能的交换机。划分功能的交换机。（2 2）不同交换机上相同）不同交换机上相同VLANVLAN间的通信。间的通信。（3 3）不同）不同VLANVLAN之间的路由。之间的路由。VLANVLAN的特征的特征 同一个同一个VLANVLAN的成员属于同一个广播域，不同的成员属于同一个广播域，不同VLANVLAN的成员属于的成

26、员属于不同的广播域；不同不同的广播域；不同VLANVLAN的成员通信需路由支持，相同的成员通信需路由支持，相同VLANVLAN的成的成员可直接通信，不需路由支持。员可直接通信，不需路由支持。 VLANVLAN的组网方法的组网方法 1 1）按交换机端口划分）按交换机端口划分 这是最简单、最有效的这是最简单、最有效的VLANVLAN划分方法，可以对单交换机或多划分方法，可以对单交换机或多交换机进行端口划分。缺点是当一个用户从一个端口移动到另一交换机进行端口划分。缺点是当一个用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理员必须对个端口时，网络管理员必须对VLANVLAN成员重新进行配置。成员重新进行配置。 123456单交换机端口划分VLAN1VLAN2端口端口 123456端口123456多交换机端口划分局域网交换机局域网交换机1 1局域网交换机局域网交换机2 2VLAN2VLAN12 2）