1、局域网(LAN)特点、组成和结构局域网(LAN)特点局域网拓扑结构StarABCAAAIEEE 802局域网体系结构LAN参考模型网络层网络层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC介质访问控制介质访问控制 MAC高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层（）（） （）（） （）（）SAP数据链路层数据链路层物理层物理层信号编码、译码：以太网中采用曼彻斯特编码信号编码、译码：以太网中采用曼彻斯特编码同步所用前同步码的产生与去除同步所用前同步码的产生与去除 MAC子层的子层的MAC帧传到物理层后加上一个帧传到物理层后加上一个8字节的前字节的前同步码同步码 (1010 ）。）。 作用：使接
2、收端在接收作用：使接收端在接收MAC帧时能够迅速实现比特帧时能够迅速实现比特同步。检测到前同步码最后的连着两个同步。检测到前同步码最后的连着两个1时，则后面的时，则后面的信息为信息为MAC帧帧比特的传输与接收比特的传输与接收与介质、拓扑相关与介质、拓扑相关与介质、拓扑无关与介质、拓扑无关LAN的链路层的一些功能的链路层的一些功能 LAN链路支持多重访问；链路支持多重访问； 支持介质访问控制功能；支持介质访问控制功能； 提供某些网络层的功能，如寻址、多路复用、流量、提供某些网络层的功能，如寻址、多路复用、流量、差错控制差错控制.MAC子层功能子层功能：成帧：成帧/拆帧，拆帧， 实现、维护实现、维
3、护MAC协议，位差错协议，位差错检测，寻址。检测，寻址。LLC子层功能子层功能：向高层提供：向高层提供SAP，建立，建立/释放逻辑连接，差错释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，流量控制。控制，帧序号处理，流量控制。 物理层LLCMACSAP进程物理层LLCMAC物理层MACxyzabm主机A主机B主机C(1) (2) (3)(1) (2) (1) LLCLAN逻辑链路控制LLC 子层物理网络地址（ MAC地址，硬件地址）站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关高层PDULLC数据LLC首部 MAC首部MAC数据MAC尾部LLC 帧和M A C 帧的关系I
4、EEE802标准的主要成员标准的主要成员802.2 - 逻辑链路控制逻辑链路控制LLC 802.3 - 802.4 - 802.5 - 802.6 - 802.8 802.11 无线无线LAN802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB802.8FDDI802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1D Bridge802.1A 体系结构体系结构IEEE802体系结构示意图体系结构示意图PHY局域网中的介质访问控制方法带有冲突检测的载波侦听多路访问带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)-IEEE802.
5、3标准标准 令牌环访问控制（令牌环访问控制（Token-Ring）-IEEE802.5标准标准令牌总线访问控制（令牌总线访问控制（Token-Bus）-IEEE802.4标准标准 纯ALOHA协议纯ALOHA系统的工作原理图A1B1A2A2B1冲突冲突B2A2B2B3A3 站站A站站B信道上的总效应信道上的总效应A1B1A2B2帧产生帧产生 工作原理工作原理：将时间划分为等长的时隙，规定帧不论：将时间划分为等长的时隙，规定帧不论何时产生，只能在每个时隙开始时发送到信道上何时产生，只能在每个时隙开始时发送到信道上 重发策略重发策略：同纯：同纯ALOHA 性能性能：网络负载：网络负载 1 吞吐量吞
6、吐量 0. 37 代价代价：需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该：需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该站点发送时钟信号站点发送时钟信号 帧发送成功的条件帧发送成功的条件：没有其他帧在同一时隙内到达：没有其他帧在同一时隙内到达 A1帧产生帧产生B3A2A2B1冲突冲突B2B2B3A3 站站A站站B信道上的总效应信道上的总效应A1B1A2B2A3CSMA：载波监听多点访问CSMA/CD 带冲突检测的载波监听多点访问工作原理工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突
7、，则立即停止发送。退避以后，再重新监听到冲突，则立即停止发送。退避以后，再重新尝试。尝试。CSMA/CD可归结为四句话：可归结为四句话： 发前先侦听，空闲即发送，发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时退避。边发边检测，冲突时退避。=At1kmBt5ms冲突CSMA/CD的流程图媒体忙？媒体忙？开开 始始碰撞？碰撞？发送完？发送完？发送发送JamJamN16?N16?YesYesNoNoNoNoYesYes发送成功发送成功YesYes发送失败发送失败NoNo延迟随机时间延迟随机时间NoNoYesYes发送帧发送帧碰撞次数碰撞次数N+1N+1PASFDDASALENLLC PDUPadFCS
8、TypeDataPADASAPadFCS712/6246-15004字节2/6866246-15004字节 Ethernet IEEE 802.364-1518字字节节校校验验区区间间I I E EE EE E8 80 02 2. . 3 3/ / E Et th he er rn ne et t M M A A C C 帧帧格格式式 (1) 在在0时刻开始发送时刻开始发送(2) 大约在大约在 时刻到达时刻到达 B B(3) B 开始发送开始发送; 在在 时刻发生冲突时刻发生冲突(4) 冲突信号在冲突信号在 2 时刻到达时刻到达A AAAABBBBFCSSATypePADADataPadPA令
9、牌环（IEEE802.5） -非竞争式的顺序介质访问控制方式 ABDC站点站点干线耦合器干线耦合器闭合单向环闭合单向环 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环发送缓冲区发送缓冲区接收缓冲区接收缓冲区 接收接收发送发送线路线路驱动驱动线路线路接收接收控制器控制器DTE环路环路输入输入环路环路输出输出干线耦合器的结构干线耦合器的结构 速率：速率：4/16Mbps； 最多站点数：最多站点数：250， 信号采用曼彻斯特编码信号采用曼彻斯特编码TCU高层软件高层软件干线耦合器（TCU）工作状态工作状态： 发送方式发送方式 （站点发送数据时）（站点发送数据时） 收听收听/
10、转发方式（其他时候）转发方式（其他时候）收听方式收听方式下，下，TCU与与DTE断开断开 TCU对位流再生并转发，同时监视帧中对位流再生并转发，同时监视帧中是否出现本站地址和令牌。若出现本站是否出现本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关地址，则将开关K闭合，闭合，TCU与与DTE接通，接通，位流复制到位流复制到DTE，同时继续转发；若出现，同时继续转发；若出现令牌且有数据要发送，则截获令牌，转令牌且有数据要发送，则截获令牌，转为发送方式，发送数据帧。为发送方式，发送数据帧。发送方式发送方式下，数据以帧为单位从下，数据以帧为单位从TCU的的输出端发送到下一个输出端发送到下一个TCU的输入端。的
11、输入端。 DTETCU收听方式收听方式KKDTETCU发送方式发送方式KKToken Ring/802.5的操作1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“ 令牌令牌”（TOKEN，）的特殊帧来控制）的特殊帧来控制的，令牌帧平时不停地在环路上流动。的，令牌帧平时不停地在环路上流动。只有拿只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。只能等待。2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。面加挂上自己的数据进行发送。3）数据帧通过任何一个站点数据
12、帧通过任何一个站点(除源站点外除源站点外)时，该时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较： a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中；供高层软件处理，同时将帧送回环中； b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。如果地址不符合，则直接将帧送回环中。 4）数据循环一周后由发送站回收。数据循环一周后由发送站回收。发送站将该帧发送站将该帧从环上移去，从环上移去，同时再放一个空令牌到环上同时再放一个空令牌到环上，使其，使其余的站点能获得发送帧的许可权。余的站点能获得发送帧的许可权。AT
13、ATATDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）帧循环一圈后帧循环一圈后A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌A有数据要发有数据要发送，它抓住空送，它抓住空令牌令牌A将令牌修改将令牌修改为数据帧，并为数据帧，并加挂数据加挂数据CCCIEEE802.5的帧结构起始、结束标志起始、结束标志： 在在MAC帧的其他任何地方都不可能出现的特殊位，帧的其他任何地方都不可能出现的特殊位，特殊位在每个位的中间不出现跳变，整个位全是高特殊位在每个位的中间不出现跳变，整个位全是高或低电平（非或低电平（非1 非非0）起始起始接入控制接入控制结束结束1B1B1B令牌帧令牌帧
14、非令牌帧（信息帧非令牌帧（信息帧/控制帧）控制帧）起始起始 访问控制访问控制 帧控制帧控制目的地址目的地址源地址源地址数据数据FCS结束结束帧状态帧状态1112/62/6 04 1 1BP P P T M R R R优先级位优先级位 令牌位令牌位监督位监督位预约位预约位令牌总线(IEEE 802.4) 特点特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌环网物理上是总线网，逻辑上是令牌环网物理层物理层：传输媒体为：传输媒体为75 宽带同轴电缆，数据宽带同轴电缆，数据速率为速率为1Mb/s、5Mb/s或或10Mb/s；传输机制为以太网和令牌环的结合传输机制为以太网和令牌环的结合： 物理传输采用广播方式物理传输
15、采用广播方式； 介质访问控制采用令牌方式介质访问控制采用令牌方式。逻辑环及令牌的管理和维护：建环 逻辑环的顺序：根据站点地址，确定各站的排列顺序，逻辑环的顺序：根据站点地址，确定各站的排列顺序，与物理位置无关与物理位置无关 每个站点都保存本站地址、前趋站地址和后继站地址每个站点都保存本站地址、前趋站地址和后继站地址 环路初始化：站点检测到网络中信道空闲超过一定时间环路初始化：站点检测到网络中信道空闲超过一定时间，就发送，就发送Claim-token帧；若没有其他站点竞争，就产生令牌，帧；若没有其他站点竞争，就产生令牌，建立一个只包括自己的环建立一个只包括自己的环5020301045101010
16、NSTSPS C-T逻辑环及令牌的管理和维护：入环 新站入环：令牌持有者周期性发送新站入环：令牌持有者周期性发送Solicit-successor-1帧，询帧，询问是否有地址在它和其后继站之间的站点申请加入。等待问是否有地址在它和其后继站之间的站点申请加入。等待一个时隙，若无申请，则正常操作；若有某站通过发送一个时隙，若无申请，则正常操作；若有某站通过发送Set-successor帧来申请，则令牌持有者将其保存的后继地址改为帧来申请，则令牌持有者将其保存的后继地址改为新站地址，并将令牌传给新站；然后新站设置其保存的前新站地址，并将令牌传给新站；然后新站设置其保存的前驱站和后继站地址。驱站和后继
17、站地址。502030104545102050501030305020203010 Sol-s Set-s T45号站加号站加入入502030104545102050501045304520203010 5030以太网 70年代中期由年代中期由Xerox 提出，数据率为提出，数据率为2.94M，称为称为Ethernet（以太网）。（以太网）。 经经DEC, Intel and Xerox公司改进为公司改进为10M标准标准(DIX Ethernet 2.0标准标准) 。 1985年定名为年定名为IEEE 802.3，即使用即使用1坚持的坚持的CSMA/CD协议的协议的LAN标准标准，数据率从，数据
18、率从1M到到10M (现已发展到现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。，支持多种传输媒体。 Ethernet和和IEEE 802.3稍有不同稍有不同(如帧格式不同如帧格式不同)Ethernet和和IEEE 802.3802.3布线介质标准10Base5 粗同轴粗同轴10Base2 细同轴细同轴10BaseT 双绞线双绞线 10BaseF MMF100BaseT 双绞线双绞线100BaseF MMF/SMF1000BaseX 屏蔽双绞线屏蔽双绞线/MMF/SMF1000BaseT 双绞线双绞线数据率（数据率（Mbps）信号形式：基带或宽带信号形式：基带或宽带Base，Broad段最大长度（百
19、米）或段最大长度（百米）或介质类型（介质类型（T，F，X）10 Base 5T：采用双绞线采用双绞线F：采用光采用光纤纤X：全双工方式工作：全双工方式工作 10Base5粗缆以太网、标准以太网10Base2-细缆以太网10BaseT-双绞线以太网10BaseF-光纤以太网多个网段互连交换式以太网以网络交换机为核心的以太网以网络交换机为核心的以太网拓扑为星形结构（总线拓扑为星形结构（总线/HUBLAN_SWITCH）为何要使用网络交换机？为何要使用网络交换机？ 以太网以太网共享介质网络存在冲突问题共享介质网络存在冲突问题 共享介质网络中站点数的增加将导致共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性
20、能降低的性能降低，形成广播风暴。，形成广播风暴。 共享介质网络相当于多个子信道分享通信线路。共享介质网络相当于多个子信道分享通信线路。解决方法：网络分段解决方法：网络分段(网段微化网段微化) ，隔离冲突域，隔离冲突域(减少站减少站点数点数)， 网络交换，为用户提供独占的、点到点的连接网络交换，为用户提供独占的、点到点的连接总线网络或基于集线器的网络：总线网络或基于集线器的网络： 网络总带宽网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，个站点共享， 每站点平均带宽每站点平均带宽10/n Mbps；基于交换机的网络基于交换机的网络：允许多个信道同时传输信息：允许多个信道同时传输信息，不受，不受CSMA/
21、CD的限制，的限制， 网络总带宽网络总带宽=n*10Mbps 每个端口的带宽为每个端口的带宽为10Mbps 使用交换机后，可建立多个并发使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如：的通信。例如：8个端口可建立个端口可建立4个并发通信，提个并发通信，提高网络总带宽高网络总带宽在访问服务器的流量非常大的网在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置络中，可在交换机上设置1-2个个高高速端口速端口(100Mbps/1Gbps)，把服，把服务器与该高速端口相连，便可大务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为连接服务器的方法又称为Bi
22、g-Pipe。10Mbps 网络交换机网络交换机交换机的两种用法交换机的两种用法(以以10Mbps网络交换机为例网络交换机为例)： (1) 端口下接站点：站点独占端口下接站点：站点独占10Mbps带宽带宽 (2) 端口下接网段：网段中所有站点共享端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽带宽共享共享10M独享独享10M共享共享10M独享独享10M网络交换机网络交换机SwitchHUBHUB快速以太网快速以太网100Base-T快速以太网快速以太网(Fast Ethernet，FE)，包括，包括100Base-TX 100Base-T4和和100Base-FX。与与10Mbps网络的比较：
23、网络的比较：拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；传输率快传输率快10倍；倍；帧结构和介质访问控制方式沿用帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3。 3种不同的物理层标准：种不同的物理层标准：MAC子层子层100BaseFX100BaseTX2对对5类类 UTP/STP光纤光纤4对对3、4、5类类 UTP100BaseT4千兆以太网千兆以太网(Gigabit Ethernet)吉比特以太网吉比特以太网两种标准：两种标准：802.3z和和802.3ab802.3z 1000BaseX 屏蔽双绞线屏蔽双绞线/MMF/SMF802.3ab 1000BaseT
24、无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线连接距离较短：连接距离较短：1000BaseX:双绞线双绞线 - 25米；米；MMF - 550米；米；SMF - 3km1000BaseT: 5类双绞线类双绞线 100米米 拓扑结构和媒体布线方法同拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT； 传输速率传输速率 帧结构和介质访问控制方式仍沿用帧结构和介质访问控制方式仍沿用IEEE802.3。具有较好的兼容性，允许网络平滑升级到千兆主干。具有较好的兼容性，允许网络平滑升级到千兆主干。集中器集中器集中器集中器令牌令牌服务器服务器l用来在不同的交换机之间进行连接用来在不同的交换机之间进行连接l保证在跨越多个交换机上建立的
25、同一个保证在跨越多个交换机上建立的同一个VLAN的成的成员能够相互通讯。员能够相互通讯。l交换机间互联用的端口就称为交换机间互联用的端口就称为Trunk端口端口ltrunk是干线或者树干的意思，一般不翻译，直接用是干线或者树干的意思，一般不翻译，直接用原文。原文。l假设没有假设没有Trunk技术，如果在技术，如果在2个交换机上分别划个交换机上分别划分了多个分了多个VLAN，那么分别在两个交换机上的，那么分别在两个交换机上的VLAN10和和VLAN20的各自的成员如果要互通，的各自的成员如果要互通，就需要在就需要在A交换机上设为交换机上设为VLAN10的端口中取一个的端口中取一个和交换机和交换机
26、B上设为上设为VLAN10的某个端口作级联连接的某个端口作级联连接。VLAN20也是这样。如果交换机上划了也是这样。如果交换机上划了10个个VLAN就需要分别连就需要分别连10条线作级联，端口效率太条线作级联，端口效率太低。低。l当交换机支持当交换机支持Trunk的时候，只需要的时候，只需要2个交换机之个交换机之间有一条级联线，并将对应的端口设置为间有一条级联线，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，这条线路就可以承载交换机上所有VLAN的信的信息。息。l这样的话，就算交换机上设了这样的话，就算交换机上设了1024个个VLAN也只也只用用1个端口就解决了个端口就解决了
27、VLAN10VLAN11VLAN11trunk linkVLAN10VLAN10VLAN11trunk link源源DA SAData目的目的DA SAFCSDA SAFCSVLAN ID1.access links:只属于一个只属于一个VLAN,且仅向该且仅向该VLAN转发数据帧的端口转发数据帧的端口,也叫做也叫做native VLAN 。交换机把帧发送到。交换机把帧发送到access-link设备之前设备之前,移去任移去任何的何的VLAN信息。而且信息。而且access-link设备不能与设备不能与VLAN外通信外通信,除除非数据包被路由。非数据包被路由。2.trunk links:能够转
28、发多个不同能够转发多个不同VLAN的通信的端口的通信的端口.trunk link必须使用必须使用100Mbps以上的端口来进行点对点连接以上的端口来进行点对点连接3.帧标识帧标识:帧的鉴别方法。当帧到达每个帧的鉴别方法。当帧到达每个switch, 先检查先检查VLAN 标识标识,然后决定如何对帧进行处理。当帧到达和然后决定如何对帧进行处理。当帧到达和VLAN标识所匹配的标识所匹配的access link的时候的时候,switch移去移去VLAN标识。标识。交换环境中的交换环境中的2种连接类型种连接类型1.Inter-Switch Link(ISL):Cisco私有私有,只能在快速和千兆以太网连接中使用只能在快速和千兆以太网连接中使用,ISL可可使用在使用在switch的端口的端口,router的接口等的接口等 原帧不变原帧不变, 在帧头加上在帧头加上26B ISL头头,在帧尾加上在帧尾加上4B FCS。只有支持只有支持ISL的设备才能对它进行读取的设备才能对它进行读取. 2.IEEE 802.1Q:dot 1 Q在在Cisco和非和非Cisco设备间不能使用设备间不能使用ISL必须用必须用802.1Q。所附加的所附加的VLAN识别位于帧的源识别位于帧的源MAC地址与类型间地址与类型间. VLAN 标识方法标识方法
