1、第第 4 章章 局域网局域网2.局域网的基本特征局域网的基本特征（1）网络所覆盖的地理范围比较小，通常不超过几千米。网络所覆盖的地理范围比较小，通常不超过几千米。（2）通常采用基带传输方式，数据的传输速率高，从最初的通常采用基带传输方式，数据的传输速率高，从最初的1Mbit/s到后来的到后来的l0Mbit/s、100Mbit/s，近年来已达到，近年来已达到1000Mbit/s、10000Mbit/s。（3）具有较低的延迟和误码率，其误码率大致在之间。具有较低的延迟和误码率，其误码率大致在之间。（4）局域网的经营权和管理权一般属于某个单位所有。局域网的经营权和管理权一般属于某个单位所有。（5）局
2、域网多采用分布式控制和广播方式通信，便于安装、维局域网多采用分布式控制和广播方式通信，便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。护和扩充，建网成本低、周期短。（6）决定局域网特性的主要技术有：网络拓扑、传输介质、介决定局域网特性的主要技术有：网络拓扑、传输介质、介质访问控制方法。质访问控制方法。（7）从访问介质控制方法的角度，局域网可以分为共享介质从访问介质控制方法的角度，局域网可以分为共享介质局域网和交换式局域网。局域网和交换式局域网。第第 4 章章 局域网局域网42 局域网拓扑结构局域网拓扑结构 1.总线型拓扑结构总线型拓扑结构所有的节点都直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，节点所有的
3、节点都直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，节点通过总线发送或接收数据，但一段时间内只允许一个节点利用总通过总线发送或接收数据，但一段时间内只允许一个节点利用总线发送数据。线发送数据。优点：优点：结构简单，实现容易；易于安装和维护；站点入网灵活。结构简单，实现容易；易于安装和维护；站点入网灵活。缺点：缺点：传输介质故障难以排除，因此任何一处故障都会导致整个传输介质故障难以排除，因此任何一处故障都会导致整个网络的瘫痪。网络的瘫痪。第第 4 章章 局域网局域网2.环形拓扑结构环形拓扑结构所有节点通过通信线路连接成一个闭合的环。数据沿环的一个所有节点通过通信线路连接成一个闭合的环。数据沿环的一个方
4、向逐站传输方向逐站传输。优点：优点：能够有效地避免冲突。能够有效地避免冲突。缺点：缺点：环型结构中的网卡等通信部件比较昂贵，管理复杂。环型结构中的网卡等通信部件比较昂贵，管理复杂。3.星形拓扑结构星形拓扑结构由一中心节点设备和一系列通过点到点链路接到中心设备的节由一中心节点设备和一系列通过点到点链路接到中心设备的节点组成，各节点以点对点方式与中心设备相连接。点组成，各节点以点对点方式与中心设备相连接。优点：优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。缺点：缺点：需要大量电缆，费用较高；中心设备产生故障，全网不需要大量电缆，费用较高；中心设备产生故障
5、，全网不能工作，对中心设备的可靠性和冗余度要求高。能工作，对中心设备的可靠性和冗余度要求高。第第 4 章章 局域网局域网4 树形拓扑结构树形拓扑结构 树形是星形拓扑结构的扩充，树形是星形拓扑结构的扩充，一个星形拓扑的末端一个星形拓扑的末端节节点又是其他点又是其他星形拓扑的中心。星形拓扑的中心。第第 4 章章 局域网局域网5.传输介质的选择传输介质的选择（1）对小范围的局域网，使用双绞线最方便、最合适对小范围的局域网，使用双绞线最方便、最合适，但传输但传输的距离有限，抗干扰能力相对较差。的距离有限，抗干扰能力相对较差。（2）同轴电缆抗干扰能力优于双绞线，传输距离比双绞线长。同轴电缆抗干扰能力优于
6、双绞线，传输距离比双绞线长。（3）光纤在带宽和抗干扰能力方面最具有竞争力。其重量轻、光纤在带宽和抗干扰能力方面最具有竞争力。其重量轻、传输损耗低、速度快、距离长，成为最具发展前途的传输介质。传输损耗低、速度快、距离长，成为最具发展前途的传输介质。（4）在需要采用移动计算的场合，无线传输介质成为侯选对象。在需要采用移动计算的场合，无线传输介质成为侯选对象。第第 4 章章 局域网局域网 6.传输介质与拓扑结构之间的关系传输介质与拓扑结构之间的关系总线型拓扑星形拓扑环形拓扑双绞线 双绞线 双绞线 基带同轴电缆 光纤 光纤 无线介质 无线介质 无线介质 第第 4 章章 局域网局域网43 IEEE 80
7、2IEEE 802标准与模型标准与模型 1.IEEE 802IEEE 802委员会委员会分为分为3 3个专业分会：个专业分会：（1）通信介质分会：对应通信介质分会：对应OSI模型的物理层，负责局域网物理传模型的物理层，负责局域网物理传输特性、传输技术及物理层和数据链路层接口技术的研究。输特性、传输技术及物理层和数据链路层接口技术的研究。（2）信号访问控制分会：对应信号访问控制分会：对应OSI模型的数据链路层，负责研究模型的数据链路层，负责研究逻辑链路控制（逻辑链路控制（LLC）协议和介质访问控制（）协议和介质访问控制（MAC）协议，如）协议，如CSMACD协议。负责数据链路层与网络层接口研究及
8、其标准协议。负责数据链路层与网络层接口研究及其标准制定工作。制定工作。（3）高层接口分会：主要针对物理层和数据链路层与网络层以高层接口分会：主要针对物理层和数据链路层与网络层以上各层应用协议之间的接口和互操作性的一般研究。上各层应用协议之间的接口和互操作性的一般研究。2.IEEE 802IEEE 802标准标准（1）IEEE 802.1，定义了局域网体系结构以及网络管理、网络，定义了局域网体系结构以及网络管理、网络互连和网络性能等。互连和网络性能等。第第 4 章章 局域网局域网（2）IEEE802.2，定义了逻辑链路控制（，定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能与）子层的功能与服务。服务。（3
9、）IEEE 802.3，描述，描述CSMA/CD总线式介质访问控制协议及总线式介质访问控制协议及相应物理层规范。相应物理层规范。（4）IEEE 802.4，描述令牌总线，描述令牌总线(token bus)介质访问控制协议介质访问控制协议及相应物理层规范。及相应物理层规范。（5）IEEE802.5，描述令牌环，描述令牌环(token ring)介质访问控制协议介质访问控制协议及相应物理层规范。及相应物理层规范。（6）IEEE802.6，描述城域网，描述城域网(MAN)质访问控制协议及相应物质访问控制协议及相应物理层规范。理层规范。（7）IEEE802.7，描述宽带时隙环介质访问控制方法及物理层，
10、描述宽带时隙环介质访问控制方法及物理层技术规范。技术规范。（8）IEEE 802.8，描述光纤网介质访问控制方法及物理层技术，描述光纤网介质访问控制方法及物理层技术规范。规范。第第 4 章章 局域网局域网（9）IEEE 802.9，描述语音和数据综合局域网技术。，描述语音和数据综合局域网技术。（10）IEEE 802.10，描述可互操作的局域网安全技术。，描述可互操作的局域网安全技术。（11）IEEE 802.11，描述无线局域网技术。，描述无线局域网技术。（12）IEEE 802.12，描述，描述100VG-Any LAN的介质访问方法及的介质访问方法及相应物理层规范。相应物理层规范。第第
11、4 章章 局域网局域网3.IEEE 802IEEE 802标准与标准与OSI-RMOSI-RM之间的关系之间的关系 （1）局域网只涉及局域网只涉及OSI参考模型的物理层和数据链路层参考模型的物理层和数据链路层（2）局域网的物理层与局域网的物理层与OSI模型的物理层相对应，主要涉及局模型的物理层相对应，主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传送，定义局域网物理层的机械、域网物理链路上原始比特流的传送，定义局域网物理层的机械、电气、规程和功能特性。电气、规程和功能特性。（3）局域网的数据链路层被分为逻辑链路控制局域网的数据链路层被分为逻辑链路控制(Logical Link Control LLC)和
12、介质访问控制和介质访问控制(Medium Access Control MAC)两两个功能子层个功能子层。（4）MAC子层又分为两个功能层：帧封装与解封装和介质访子层又分为两个功能层：帧封装与解封装和介质访问控制。问控制。第第 4 章章 局域网局域网4.LLCLLC和和MACMAC的数据单元的数据单元 第第 4 章章 局域网局域网（1）LLC协议数据单元协议数据单元 DSAPDSAP（目标服务访问点）和（目标服务访问点）和SSAP(SSAP(源服务访问点源服务访问点)是是LLCLLC子层所使子层所使用的地址，用来标明接收和发送数据的终端上的协议栈。用的地址，用来标明接收和发送数据的终端上的协议
13、栈。C C：PDUPDU的控制字段，与的控制字段，与HDLCHDLC中的控制字段是相同的。中的控制字段是相同的。DataData：用户数据，是由上层传送给：用户数据，是由上层传送给LLCLLC的。的。（2）IEEE 802.3 MAC帧帧 Pr：前导码，：前导码，7B。1和和0交替，告诉接收端，数据帧即将到来交替，告诉接收端，数据帧即将到来。SFD：帧起始定界符，：帧起始定界符，1B，指示一帧的开始，为，指示一帧的开始，为“10101011”。DA/SA：目的地址：目的地址/源地址字段，各源地址字段，各6B。L：长度，：长度，2B，指出其后字段的长度，单位为字节。，指出其后字段的长度，单位为字
14、节。I：数据字段，是一组：数据字段，是一组n(46n1500)字节的任意值序列字节的任意值序列。FCS：帧校验序列，：帧校验序列，4B。该序列包括。该序列包括32位的循环冗余校验位的循环冗余校验(CRC)值。值。第第 4 章章 局域网局域网（3）IEEE 802.4 MAC帧帧 PrPr：前导码字段，：前导码字段，7B7B。SFDSFD：帧起始定界符字段，：帧起始定界符字段，1B1B。FCFC：帧控制字段。用于区分帧的类型，包括：帧控制字段。用于区分帧的类型，包括MACMAC控制帧、控制帧、LLCLLC数数据帧、站点管理数据帧等。据帧、站点管理数据帧等。DA/SADA/SA：目的地址：目的地址
15、/源地址字段，各源地址字段，各6B6B。I I：数据字段，根据帧控制字段：数据字段，根据帧控制字段(FC)(FC)的取值，数据字段可以包含的取值，数据字段可以包含LLCLLC协议数据单元、协议数据单元、MACMAC管理数据和管理数据和MACMAC控制帧的数据。在控制帧的数据。在SDSD和和EDED之间的字节数不应大于之间的字节数不应大于81928192。FCSFCS：帧校验序列，：帧校验序列，4B4B。EDED：帧结束标志字段，标识帧的结束。：帧结束标志字段，标识帧的结束。第第 4 章章 局域网局域网（4）IEEE 802.5 MAC帧帧 SFDSFD：帧起始标记，：帧起始标记，1B1B。AC
16、：访问控制字段；：访问控制字段；1B。PPP：优先级编码优先级编码。T：令牌令牌/数据帧标志位，为数据帧标志位，为“0”表示令牌，为表示令牌，为“1”表示数据帧。表示数据帧。M：监控位，用于检测环路上是否存在持续循环的数据帧。监控位，用于检测环路上是否存在持续循环的数据帧。RRR：3比特，为预约编码。比特，为预约编码。FC：帧控制。：帧控制。DA/SA：目的地址：目的地址/源地址。源地址。I：数据字段。：数据字段。第第 4 章章 局域网局域网FCS：校验字段。：校验字段。ED：帧结束标志字段。：帧结束标志字段。FS：帧状态字段，：帧状态字段，如图如图:A：地址识别位，发送站发送数据帧时将该位置
17、地址识别位，发送站发送数据帧时将该位置“0”，接收站，接收站确认目的地址与本站相符后将该位置确认目的地址与本站相符后将该位置“1”。C：帧复制位，发送站发送数据帧时将该位置帧复制位，发送站发送数据帧时将该位置“0”，接收站接，接收站接收数据帧后将该位置收数据帧后将该位置“1”。使用两套重复的使用两套重复的A、C以提高可靠性。以提高可靠性。令牌帧仅包括令牌帧仅包括3个字段：个字段：SFD、AC和和ED。异常终止帧包括两个字段：异常终止帧包括两个字段：SFD和和ED，可由发送端产生，用来，可由发送端产生，用来终止数据传输；也可由监控站产生，用于清除线路上已有传输。终止数据传输；也可由监控站产生，用
18、于清除线路上已有传输。第第 4 章章 局域网局域网44 局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法 1.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方法方法（1）1-持续持续CSMA（2）非持续）非持续CSMA（3）p-持续持续CSMA（4）带有冲突检测的）带有冲突检测的CSMACSMA/CDCSMA/CD协议不仅要保证在侦听到信道忙时无新站开始发送，而协议不仅要保证在侦听到信道忙时无新站开始发送，而且当站点检测到冲突时就取消传送，即如果两站侦听到信道空且当站点检测到冲突时就取消传送，即如果两站侦听到信道空闲并同时开始传送，它们几乎将会同时检测到冲突。一旦检测闲
19、并同时开始传送，它们几乎将会同时检测到冲突。一旦检测到冲突，不是继续传完它们的帧，而是尽快停止。到冲突，不是继续传完它们的帧，而是尽快停止。第第 4 章章 局域网局域网2.令牌环介质访问控制方法令牌环介质访问控制方法（1）IEEE 802.5令牌环工作原理令牌环工作原理网上站点要求发送帧，必须等待空闲令牌；网上站点要求发送帧，必须等待空闲令牌；站点获取空闲令牌后，将标记闲改为忙，然后携带数据传输；站点获取空闲令牌后，将标记闲改为忙，然后携带数据传输；在一个循环内其他站点不能发送数据；在一个循环内其他站点不能发送数据；发送帧沿环循环一周后，回到发送站，发送站回收数据帧，并发送帧沿环循环一周后，回
20、到发送站，发送站回收数据帧，并将令牌忙标记改成闲标记，继续传送，供后续站发使用。将令牌忙标记改成闲标记，继续传送，供后续站发使用。（2）IEEE 802.5令牌环特点令牌环特点以平等的方式为各个结点提供介质访问权限；保证传输带宽。以平等的方式为各个结点提供介质访问权限；保证传输带宽。提供优先级服务。提供优先级服务。环中各个结点访问介质的延迟时间确定。环中各个结点访问介质的延迟时间确定。在重负载时，网络性能较好；但负载轻时，网络效率较低，在重负载时，网络性能较好；但负载轻时，网络效率较低，控制复杂，维护困难。控制复杂，维护困难。第第 4 章章 局域网局域网第第 4 章章 局域网局域网3.令牌总线
21、介质访问控制方法令牌总线介质访问控制方法 环初始化，生成一个顺序访问的次序。初始化过程是一个争用环初始化，生成一个顺序访问的次序。初始化过程是一个争用过程，争用结果只有一个站能取得令牌，其他站点用站插入的过程，争用结果只有一个站能取得令牌，其他站点用站插入的算法插入。算法插入。令牌传递：逻辑环按站点地址递减的次序组成，刚发完帧的站令牌传递：逻辑环按站点地址递减的次序组成，刚发完帧的站点将令牌传递给后继站，后继站应立即发送数据或令牌帧，释点将令牌传递给后继站，后继站应立即发送数据或令牌帧，释放令牌的站监听到总线上的信号，便可确认后继站已获得令牌。放令牌的站监听到总线上的信号，便可确认后继站已获得
22、令牌。第第 4 章章 局域网局域网站加入环：周期性地给未加入环的站点以机会，将它们加入到站加入环：周期性地给未加入环的站点以机会，将它们加入到逻辑环的适当位置。如果同时有几个站要加入时，可采用带有逻辑环的适当位置。如果同时有几个站要加入时，可采用带有响应窗口的争用处理算法。响应窗口的争用处理算法。站退出环：可以通过将其前趋站和后继站连到一起，使不活动站退出环：可以通过将其前趋站和后继站连到一起，使不活动的站退出逻辑环，并修正逻辑环递减站的址次序。故障处理：的站退出逻辑环，并修正逻辑环递减站的址次序。故障处理：网络可能出现错误，包括令牌丢失引起断环，重复地址、产生网络可能出现错误，包括令牌丢失引
23、起断环，重复地址、产生多个令牌等。网络需对故障进行相应的处理。多个令牌等。网络需对故障进行相应的处理。第第 4 章章 局域网局域网4.局域网介质访问控制方法的简单比较局域网介质访问控制方法的简单比较（1）和确定型介质访问控制方法比较，）和确定型介质访问控制方法比较，CSMA/CD有以下特点：有以下特点：算法简单，易于实现，目前已有多种算法简单，易于实现，目前已有多种VLSI可以实现可以实现CSMA/CD。是一种用户访问总线时间不确定的随机争用方法，适用于对数是一种用户访问总线时间不确定的随机争用方法，适用于对数据传输实时性要求不高的场合。网络通信负载较轻时表现出较据传输实时性要求不高的场合。网
24、络通信负载较轻时表现出较好的吞吐率和延时特性，当通信负荷加大时，冲突增多，吞吐好的吞吐率和延时特性，当通信负荷加大时，冲突增多，吞吐率下降，延迟增大。适用于网络负载较轻的应用场合。率下降，延迟增大。适用于网络负载较轻的应用场合。（2）和）和CSMA/CD比较，比较，Token Bus和和Token Ring具有以下特点：具有以下特点：网中节点访问公共传输介质是确定的。因为环中每个节点只能网中节点访问公共传输介质是确定的。因为环中每个节点只能在给定的时间内持有有令牌，任一节点从第在给定的时间内持有有令牌，任一节点从第1次发送数据到第次发送数据到第2次获得令牌的时间间隔的次获得令牌的时间间隔的“上
25、限上限”是确定的。它们能够适应数是确定的。它们能够适应数据传输实时性要求较高的应用场合。据传输实时性要求较高的应用场合。缺点：缺点：需要复杂的环维护功能，实现困难，系绩造价高。需要复杂的环维护功能，实现困难，系绩造价高。第第 4 章章 局域网局域网45 以太网以太网 1.Ethernet的基本工作原理的基本工作原理（1）Ethernet帧结构：帧结构：与与IEEE 802.3帧结构基本一致，只存在微小差别，主要是：帧结构基本一致，只存在微小差别，主要是：IEEE 802.3帧的信息字段的数据是逻辑链路控制子层的协议数帧的信息字段的数据是逻辑链路控制子层的协议数据单元据单元(LLC PDU)，而
26、以太网帧的信息字段的数据是网络层的，而以太网帧的信息字段的数据是网络层的分组。分组。当数据长度小于当数据长度小于46字节时，字节时，IEEE 802.3采用请求采用请求MAC子层在网子层在网络上发送数据之前向络上发送数据之前向LLC数据字段后面附加数据字段后面附加“填充填充”字符方法字符方法来保证最小来保证最小46字节的数据长度；而字节的数据长度；而Ethernet则由则由LLC层软件来层软件来保证保证46字节的数据长度。字节的数据长度。IEEE 802.3使用使用“长度长度”字段来表明数据字段的数据字节数目字段来表明数据字段的数据字节数目(不包括填充字符不包括填充字符)。而。而Etherne
27、t则用则用“类型类型”来指明数据协议类来指明数据协议类型。型。第第 4 章章 局域网局域网（2 2）EthernetEthernet帧的接收帧的接收第第 4 章章 局域网局域网（3）Ethernet网络接口适配器的功能网络接口适配器的功能 从用户设备接收数据。从用户设备接收数据。缓冲数据对介质进行存取访问。缓冲数据对介质进行存取访问。将带有地址的分组数据形成发送帧。将带有地址的分组数据形成发送帧。对介质上的数据帧进行地址识别。对介质上的数据帧进行地址识别。把发送到相应地址的分组缓冲到把发送到相应地址的分组缓冲到NIU内部。内部。第第 4 章章 局域网局域网2.以太网标准以太网标准 第第 4 章
28、章 局域网局域网3.10Mb/s Ethernet（1）10 BASE-5标准标准Ethernet 组网组网网络接口卡：网络接口卡：10Base-5是标准的以太网，网络接口卡采用是标准的以太网，网络接口卡采用DIX型型（AUI）15芯连接器。芯连接器。收发器：收发器具有三个端口：一端（收发器：收发器具有三个端口：一端（AUI）用来连接工作站，）用来连接工作站，另两端（另两端（BNC）连接粗同轴电缆，收发器到工作站间最大距离）连接粗同轴电缆，收发器到工作站间最大距离是是50m，两个收发器之间的距离不小于，两个收发器之间的距离不小于2.5m。收发器与网卡之间。收发器与网卡之间用收发器电缆（也称用收
29、发器电缆（也称AUI电缆）连接。电缆）连接。中继器：中继器用于再生信号，延伸传输距离。粗缆以太网最中继器：中继器用于再生信号，延伸传输距离。粗缆以太网最多允许加入多允许加入4个中继器粗缆。粗缆以太网的一个网段中最多容纳个中继器粗缆。粗缆以太网的一个网段中最多容纳100个工作站。个工作站。端接器：端接器端接器：端接器50用于匹配，要求网络一端的端接器接地。用于匹配，要求网络一端的端接器接地。第第 4 章章 局域网局域网第第 4 章章 局域网局域网（2）10 BASE-2标准标准Ethernet 组网组网10Base-2组网由带有组网由带有BNC接口的网卡、接口的网卡、T型连接器、细缆、端接型连接
30、器、细缆、端接器、中继器等设备组成器、中继器等设备组成。结构如图结构如图第第 4 章章 局域网局域网（3）10 BASE-T 标准标准Ethernet 特点特点安装简单、扩展方便；网络的建立灵活、方便，可以根据网络安装简单、扩展方便；网络的建立灵活、方便，可以根据网络的大小，选择不同规格的的大小，选择不同规格的HUB或交换机连接在一起。形成所需或交换机连接在一起。形成所需要的网络拓扑结构；要的网络拓扑结构；第第 4 章章 局域网局域网网络的可扩展性强。因为扩充与减少工作站都不会影响或中断整网络的可扩展性强。因为扩充与减少工作站都不会影响或中断整个网络的工作。个网络的工作。集线器或交换机具有很好
31、的故障隔离作用。当某个工作站与中央集线器或交换机具有很好的故障隔离作用。当某个工作站与中央节点之间的连接出现故障时，不会影响其他节点的正常运行；甚节点之间的连接出现故障时，不会影响其他节点的正常运行；甚至当网络中某一个集线器或交换机出现故障时，只影响到与该集至当网络中某一个集线器或交换机出现故障时，只影响到与该集线器或交换机直接相连的节点；线器或交换机直接相连的节点；中心设备成为全网性能的关键部件，选择不当，会影响整个网络中心设备成为全网性能的关键部件，选择不当，会影响整个网络的运行。的运行。第第 4 章章 局域网局域网46 交换局域网交换局域网 1.概述概述（1）交换式以太网为终端用户提供独
32、占的、点对点连接。交换式以太网为终端用户提供独占的、点对点连接。（2）在交换式以太网中，可以通过交换机为所有节点建立并行在交换式以太网中，可以通过交换机为所有节点建立并行的、独立的和专用带宽的连接。的、独立的和专用带宽的连接。（3）典型的交换式局域网是交换式以太网，它的核心部件是以典型的交换式局域网是交换式以太网，它的核心部件是以太网交换机。太网交换机。（4）局域网交换机的工作原理局域网交换机的工作原理在交换机内部建立交换机各端口与相连的节点间的在交换机内部建立交换机各端口与相连的节点间的“端口号端口号/MAC地址映射表地址映射表”；若多个节点要同时发送数据，则它们分别在各自的以太帧的目若多个
33、节点要同时发送数据，则它们分别在各自的以太帧的目的地址字段中填上目的地址；的地址字段中填上目的地址；第第 4 章章 局域网局域网当多个节点同时通过交换机传送数据时，交换机的交换控制中当多个节点同时通过交换机传送数据时，交换机的交换控制中心会从接收端口收到的数据帧中提取目的地址，然后根据心会从接收端口收到的数据帧中提取目的地址，然后根据“端端口口号号/MAC地址映射表地址映射表”找出对应帧的目的地址的输出端口号，然找出对应帧的目的地址的输出端口号，然后建立各自发送端口与目的端口的连接；后建立各自发送端口与目的端口的连接；通过交换机内部端口之间的连接，进行数据交换；通过交换机内部端口之间的连接，进
34、行数据交换；数据交换结束后，断开连接。数据交换结束后，断开连接。交换机在为不同的节点建立多条并发的连接的同时，还具有校交换机在为不同的节点建立多条并发的连接的同时，还具有校验功能，以检测接收到的数据帧是否正确。验功能，以检测接收到的数据帧是否正确。2.交换机的交换结构交换机的交换结构主要有：软件执行交换结构、共享背板交换结构、共享存储器主要有：软件执行交换结构、共享背板交换结构、共享存储器交换结构、矩阵交换结构。交换结构、矩阵交换结构。如图如图第第 4 章章 局域网局域网第第 4 章章 局域网局域网（1）软件执行交换结构）软件执行交换结构早期的交换机产品采用这种结构。早期的交换机产品采用这种结
35、构。该结构借助该结构借助CPU和和RAM的硬件环境，用特定的软件实现端口之间的硬件环境，用特定的软件实现端口之间的帧交换。的帧交换。操作过程：操作过程：A口的串行输入帧进入交换机后，交换机将其转换为口的串行输入帧进入交换机后，交换机将其转换为并行帧暂存在快速并行帧暂存在快速RAM中，此时中，此时CPU检查帧的目的地址，并根据检查帧的目的地址，并根据该地址查找该地址查找RAM中已经建立的端口中已经建立的端口/MAC地址表，由此获得输出地址表，由此获得输出端口号端口号B，建立，建立A到到B的端口连接。然后，把的端口连接。然后，把RAM中暂存的帧由并中暂存的帧由并行转换成串行，送到端口行转换成串行，
36、送到端口B输出。输出。（2）共享背板交换结构）共享背板交换结构数据帧通过一个高速总线从输入端口传输到输出端口。数据帧通过一个高速总线从输入端口传输到输出端口。总线的带宽被所有的端口共享。总线的带宽被所有的端口共享。第第 4 章章 局域网局域网主要用于只需少量端口，或每个端口只需要相对较低的带宽的主要用于只需少量端口，或每个端口只需要相对较低的带宽的园区网。园区网。总线的带宽可以通过时分复用（总线的带宽可以通过时分复用（TDM）方式，也可通过统计时）方式，也可通过统计时分复用（分复用（STDM）方式来共享。）方式来共享。优点：优点：控制容易，监控和管理方便，可进行广播。控制容易，监控和管理方便，
37、可进行广播。缺点：缺点：对总线的带宽要求较高，它的带宽至少是所有端口带宽对总线的带宽要求较高，它的带宽至少是所有端口带宽的总和。的总和。（3）共享存储器交换结构）共享存储器交换结构所有端口都连接到共享的内存上。所有输入端口写该内存，所所有端口都连接到共享的内存上。所有输入端口写该内存，所有输出端口读该内存。有输出端口读该内存。高速内存交换机结构简单，容易实现。高速内存交换机结构简单，容易实现。通过通过RAM操作会产生延迟，多用于小交换机。操作会产生延迟，多用于小交换机。第第 4 章章 局域网局域网（4 4）矩阵交换结构矩阵交换结构组成：输入、输出、交换矩阵和控制器。组成：输入、输出、交换矩阵和
38、控制器。操作过程：帧由输入端输入，根据目的地址，由交换机的端口操作过程：帧由输入端输入，根据目的地址，由交换机的端口/MAC地址表查找输出端口，然后经矩阵交换后送到输出端口输地址表查找输出端口，然后经矩阵交换后送到输出端口输出。为了防止拥塞，在输入和输出部分设有缓冲区，在缓冲区中出。为了防止拥塞，在输入和输出部分设有缓冲区，在缓冲区中进行排队等待。还可设置优先级，支持最高优先级的帧处理。进行排队等待。还可设置优先级，支持最高优先级的帧处理。优点：优点：利用硬件交换，结构紧凑，交换速度快，延迟时间短。利用硬件交换，结构紧凑，交换速度快，延迟时间短。缺点：缺点：随着端口的增加，监控和管理变得困难，
39、不便于广播传送。随着端口的增加，监控和管理变得困难，不便于广播传送。3.交换机的转发方式交换机的转发方式（1 1）静态交换静态交换早期的交换机多采用静态交换方式，目前简易廉价的交换机还在早期的交换机多采用静态交换方式，目前简易廉价的交换机还在采用这种方式。这种交换方式的端口间的通道连接由人工预先设采用这种方式。这种交换方式的端口间的通道连接由人工预先设定，端口间连接的通道是固定的，如图。图中，端口定，端口间连接的通道是固定的，如图。图中，端口3、4相连，相连，2、6相连等。若要改变端口间的连接必须由人工重新配置。相连等。若要改变端口间的连接必须由人工重新配置。第第 4 章章 局域网局域网（2）
40、动态交换）动态交换动态交换机的帧转发方式有动态交换机的帧转发方式有 1）直接交换）直接交换2）存储转发交换）存储转发交换 3）改进的直接交换方式）改进的直接交换方式 第第 4 章章 局域网局域网4.交换机的类别交换机的类别（1 1）从广义上来看，交换机分为从广义上来看，交换机分为2 2种：广域网交换机和局域网种：广域网交换机和局域网交换机。交换机。（2 2）从传输介质和传输速度上可分为：以太网交换机、快速以从传输介质和传输速度上可分为：以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、太网交换机、千兆以太网交换机、FDDIFDDI交换机、交换机、ATMATM交换机和令交换机和令牌环交换机等。牌
41、环交换机等。（3 3）从规模应用上又可分为：企业级交换机、部门级交换机和从规模应用上又可分为：企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等工作组交换机等（4 4）从交换机工作的层次上又可以分为：从交换机工作的层次上又可以分为：2 2层交换机和层交换机和3 3层交换层交换机。机。第第 4 章章 局域网局域网47 虚拟局域网虚拟局域网 1.概念概念（1）虚拟局域网（虚拟局域网（Virtual LAN，VLAN）是建立在交换式局域）是建立在交换式局域网的基础上，将网络资源或网络用户按照一定的原则进行划分，网的基础上，将网络资源或网络用户按照一定的原则进行划分，把一个物理上的网络划分为多个小的逻辑网络，
42、每个逻辑局域网把一个物理上的网络划分为多个小的逻辑网络，每个逻辑局域网（VLAN）形成各自的广播域。）形成各自的广播域。（2）VLAN的用户或节点可以根据功能、部门、应用等因素划的用户或节点可以根据功能、部门、应用等因素划分，而无需考虑节点所处的物理位置。分，而无需考虑节点所处的物理位置。2.虚拟局域网的交换技术虚拟局域网的交换技术（1）端口交换）端口交换通过手工把端口配置到一个或多个通过背板连接的共享通过手工把端口配置到一个或多个通过背板连接的共享HUB上，上，形成若干个独立的由端口组合的共享介质段，由端口连接的用户形成若干个独立的由端口组合的共享介质段，由端口连接的用户被分配到其中的某一段
43、上被分配到其中的某一段上。第第 4 章章 局域网局域网（2）帧交换）帧交换 在一个端口上接收到的帧可以正确地转发到输出端口，对于广播在一个端口上接收到的帧可以正确地转发到输出端口，对于广播帧，可以转发到交换机的所有端口。在寻找路径和转发时，帧不帧，可以转发到交换机的所有端口。在寻找路径和转发时，帧不会受到破坏。会受到破坏。（3）信元交换）信元交换 信元交换允许用户加入多个信元交换允许用户加入多个VLAN，一条物理线上可进行多个逻一条物理线上可进行多个逻辑连接。辑连接。第第 4 章章 局域网局域网3.虚拟局域网的成员资格划分虚拟局域网的成员资格划分 VLAN的物理结构和逻辑结构示意图的物理结构和
44、逻辑结构示意图 第第 4 章章 局域网局域网（1）端口组成员资格）端口组成员资格 通过交换机端口组来定义通过交换机端口组来定义VLAN的成员资格。的成员资格。通过端口组定义的通过端口组定义的VLAN不允许多个不允许多个VLAN中包含同一物理段中包含同一物理段（或交换机端口）。（或交换机端口）。主要限制：当用户从一个端口移动到另一个端口的时候，网络管主要限制：当用户从一个端口移动到另一个端口的时候，网络管理员必须重新设置理员必须重新设置VLAN的成员资格。的成员资格。（2）MAC层地址成员资格层地址成员资格因为因为MAC层地址是固化在网卡中的，所以基于层地址是固化在网卡中的，所以基于MAC地址的
45、地址的VLAN能使工作站移到网络中另一个不同的物理位置，并使其自能使工作站移到网络中另一个不同的物理位置，并使其自动保留其动保留其VLAN成员资格。成员资格。缺点：缺点：要求所有用户最初至少被配置到一个要求所有用户最初至少被配置到一个VLAN中。中。第第 4 章章 局域网局域网由于在一个交换机端口中共同存在着多个不同的由于在一个交换机端口中共同存在着多个不同的VLAN成员，成员，所以在共享介质环境中（例如以太网）实施基于所以在共享介质环境中（例如以太网）实施基于MAC地址的地址的VLAN时，网络性能会明显下降。时，网络性能会明显下降。在交换机之间交换在交换机之间交换VLAN成员资格信息增加的额
46、外流量，会随成员资格信息增加的额外流量，会随规模的增大而使系统性能下降。规模的增大而使系统性能下降。（3）网络层地址成员资格）网络层地址成员资格 根据网络协议类型（如果支持多种协议）或网络层地址来确定根据网络协议类型（如果支持多种协议）或网络层地址来确定VLAN成员资格。成员资格。尽管这些尽管这些VLAN基于第基于第3层信息，但其并不具有层信息，但其并不具有“路由路由”功能，功能，也不同于网络层路由。也不同于网络层路由。优点：优点：能够分开网络协议类型；用户无须重设每个工作站的网能够分开网络协议类型；用户无须重设每个工作站的网络地址就能够物理地移动它们，极大地方便了络地址就能够物理地移动它们，
47、极大地方便了TCP/IP用户；不用户；不必再向每个帧添加必再向每个帧添加VLAN成员资格信息，从而减少了传输开销。成员资格信息，从而减少了传输开销。第第 4 章章 局域网局域网缺点：缺点：使用第使用第3层信息定义层信息定义VLAN的交换机通常比使用第的交换机通常比使用第2层信层信息定义的交换机工作速度要慢；定义在第息定义的交换机工作速度要慢；定义在第3层的层的VLAN在处理诸在处理诸如如NetBIOS和和DEC-LAT之类的不可寻径协议时，尤为困难。之类的不可寻径协议时，尤为困难。（4）IP多播组实现多播组实现VLAN 当一个当一个IP分组用多播方式进行发送时，会发往一个地址，这个分组用多播方
48、式进行发送时，会发往一个地址，这个地址是有明确定义的一组动态建立的地址是有明确定义的一组动态建立的IP地址的代理。每个工作地址的代理。每个工作站都能通过响应相应的广播通告来加入特定的站都能通过响应相应的广播通告来加入特定的IP多播组，这种多播组，这种广播通知标志着对应的广播通知标志着对应的IP多播组的存在。多播组的存在。这种成员资格不是永久的，只是在一定的时间里有效。这种成员资格不是永久的，只是在一定的时间里有效。这种由这种由IP多播组定义的多播组定义的VLAN的动态特性使其具有高度的灵活的动态特性使其具有高度的灵活性和应用敏感性。性和应用敏感性。由由IP多播组定义的多播组定义的VLAN还能够
49、还能够“跨过跨过”路由器和广域网连接。路由器和广域网连接。第第 4 章章 局域网局域网48 高速局域网高速局域网 1.高速网络技术的发展高速网络技术的发展（1）保留保留IEEE 802.3，但设法提高其传输速率，将标准，但设法提高其传输速率，将标准Ethernet的传输速度由的传输速度由10Mb/s提高到提高到100Mb/s、甚至、甚至1Gb/s。（2）完全重新设计更快的完全重新设计更快的LAN，使之具有新的特性，如实时传，使之具有新的特性，如实时传输、数字化语音、多媒体会议，但考虑市场因素仍然保留原有输、数字化语音、多媒体会议，但考虑市场因素仍然保留原有的名字。的名字。（3）将一个大型将一个
50、大型LAN划分为多个用网桥或路由器互联的子网，划分为多个用网桥或路由器互联的子网，使用这些互联设备隔离网络流量，从而提升网络性能，这就导使用这些互联设备隔离网络流量，从而提升网络性能，这就导致局域网互联技术的发展。致局域网互联技术的发展。2.快速以太网快速以太网 IEEE802.3u协议定义了快速以太网的体系结构，如图。协议定义了快速以太网的体系结构，如图。第第 4 章章 局域网局域网第第 4 章章 局域网局域网2.快速以太网快速以太网（1）100Base-TX 采用采用5类类UTP，使用，使用8芯线中的两对双绞线，一对发送数据，另芯线中的两对双绞线，一对发送数据，另一对接收数据；在传输中使用
