1、计算机网络 高速局域网西安电子科技大学刘怀亮n1 快速以太网 n2 千兆位以太网 n3 FDDI光纤环网 n4 交换式以太网n5 虚拟局域网n6 无线局域网内容提要 n传统的局域网是“共享介质”的网络，常用的介质访问控制方式有：n CSMA/CD(以太网)n Token ring n Token busn通过介质访问控制方法局域网来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质n以太网数据传输速率为10Mbps，即带宽为10Mbps，如果局域网中有N个结点，那么每个结点平均能分配到的带宽为：10/N Mbps，随着网络规模的不继扩大，结点数不断增加，每个结点分配到的带宽将越来越少。n因此，当网络
2、结点数增大、网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率会急剧下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量也会下降。因而人们希望研究新的技术来解决网络规模与网络性能之间的矛盾，有三种思路可行：高速局域网基本方法n提高以太网数据传输速率，从10Mbps到100Mbps,甚至更高，但是介质访问控制仍采用CSMA/CD技术。n将大型局域网划分成多个子网（网桥或路由器），通过减少每个子网内部结点数N的方法，使每个子网的性能得到改善介质访问控制仍采用CSMA/CD技术。n将介质访问控制方式由“共享介质方式”改为“交换方式”。n1 FDDI光纤环网n2 快速以太网n3 千兆位以太网 n4 交换式以太
3、网n5 虚拟局域网n6 无线局域网1、FDDI光纤分布式数据接口n光纤分布式数据接口（FDDIFiber Distributed Data Interface）是一个应用光纤介质传输数据的高性能令牌环局域网。nFDDI，是以光纤传输介质的局域网标准，由美国国家标准协会ANSI X3T9.5委员会制定。FDDI网的网络拓扑结构nFDDI的网络拓扑结构属于环形结构n如图所示。图图 FDDI的网络拓扑结构的网络拓扑结构FDDI介质访问控制方式 nF D D I 所 采 用 的 介 质 访 问 控 制 方 式 与IEEE802.5标准中的对应部分相似。n所不同的是802.5中采用的是单数据帧访问方式；
4、而在FDDI中则采用多数据帧访问方式，即允许在环路中同时存在着多个数据帧，可提高信道利用率。nFDDI的独到之处是双环结构，它用4束光纤芯组成两个环，一个环顺时针发送，一个环逆时针发送，当其中一个环发生故障时，另一个环代替，如果两个环同时在一个点断路则两个环连成一个单环，从而保证通信不断。n一般情况下FDDI的两个环被称为主环（Primary ring）和副环（Secondary ring），主环用于传输数据，副环作为备份。2、快速以太网(100 BASE-T)n基于双绞线的10BaseT的以太网一度成为局域网中最主要的一种，遍布全球n当更高的带宽提上日程时，人们只有两种选择：一、是选择一种全
5、新的局域网体系结构与介质控制方式去取代传统的局域网技术；二、是想办法提高局域网的传输速率。n当然第二种方法是上上之选，于是快速以太网横空出世。n快速以太网将传统以太网的数据发送时间由100ns减少到了10ns，所以速度提高了十倍。n其标准为IEEE802.3u。nIEEE802.3u在MAC层使用CSMA/CD，定义了新的物理层标准100BASE-T。n100BaseT，由IEEE802.3u 标准规范，能使局域网以100Mbps 的数据传输速率运行，这种速率是10BaseT的十倍，却无需对新的基础体系进行大的投资。n如同10BaseT，100BaseT使用星形总线或层次混合拓扑结构进行基带传
6、输。它也使用相同的电缆和RJ-45 数据连接器。因此，对于10BaseT完成100BaseT的更新是容易且不昂贵的。100BASE-T与10BASE-T的比较见下表n100BASE-T快速以太网 制定三个标准n（1）100BASE-TX 使用两对5类UTP和STP双绞线 网段长度150Mn（2）100BASE-T4 使用四对3-5类UTP双绞线 网段长度100M-150Mn（3）100BASE-FX 使用光纤多膜式或单膜式光纤 网段长度2000Mn100BASE-T快速以太网技术标准n100BASE-T作为一种局域网标准：95年7月IEEE认证，被称为IEEE802.3unIEEE802.3u
7、 采用星型拓扑结构 支持全双工方式S=100Mb/s，实际达到200Mb/snIEEE802.3u标准 在LLC子层使用IEEE802.2标准 在MAC子层使用CSMA/CD方法，数据幀格式相同。n物理层与10BASE-T不同：100BASE-T标准定义了介质专用接口MII，MII它将MAC子层与物理层分隔开来，物理层实现100Mb/s所使用传输介质和信号编码方式变化不会影响MAC子层n100BASE-T技术特点n100BASE-T协议是10BASE-T协议的扩展，可使10BASE-T网络升级。n组网方法：将10BASE-T网卡更新为100BASE-T网卡，也可更新为10/100Mb/s自适应
8、网卡。n100BASE-T支持5类UTP可不用更换全部传输介质n根据需要购置若干个交换式集线器，100BASE-T网卡可与交换式集线器连接，可将10BASE-T，100BASE-T和交换式局域网技术集成到一起100BASE-T组网方法 图图 两极交换机快速以太网组网图两极交换机快速以太网组网图n千兆以太网(GE-Gigabit Ethernet)是提供1000Mbps数据传输速率的以太网。nGE是对10Mbps和100Mbps IEEE802.3以太网非常成功的扩展，它和传统以太网使用相同的IEEE802.3 CSMA/CD协议、相同的帧格式和相同的帧大小（64字节-1518字节）。n千兆以太
9、网与现有以太网完全兼容，仅仅是速度快，它的传输速率达到1Gbps。每比特发送时间将到了1ns。n千兆以太网支持全双工操作，最高速率可以达到2Gbps。它将成为主干网和桌面系统的主流技术。3、千兆位以太网 n802.3z工作组致力于光纤和屏蔽跨接电缆集合（“短距离铜线”）的千兆以太网解决方案。n802.3ab工作组成立，研究基于4对5类缆线的“长距铜线”解决方案，其标准为4对5类UTP、最大长度100米的千兆以太网连接，该标准为以太网MAC层定义了一个接口GMII（Gigabit Media Independent Interface），还定义了管理、中继器操作、拓扑规则及四种物理层信令系统：1
10、000Base-SX（短波长光纤）、1000Base-LX（长波长光纤）、1000Base-CX（短距离铜线）和1000Base-T（100米4对5类UTP）。以太网向千兆位以太网的升级方法 n（1）交换机到交换机链路的升级 n（2）交换机到服务器链路的升级 n（3）快速以太网骨干网的升级 n（4）共享式FDDI骨干网的升级 n（5）高性能工作站的升级 千兆位以太网的应用 图图 千兆位以太网与多个交换机的连接原理千兆位以太网与多个交换机的连接原理图图 可用于校园网的多层千兆位交换环境可用于校园网的多层千兆位交换环境4、交换式以太网n以上还是共享介质的网络模式，结点数的增加还是会降低结点分配到的
11、带宽，使冲突与重发大量发生，网络效率降低n为克服这个规模与性能之间的矛盾，可将共享介质方式改为交换方式。n交换机的定义:n交换机是一种基于MAC(网卡的硬件地址)识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。n交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。n书上113页图 n交换机是工作在OSI第二层（数据链路层）的物理设备，它分割网络，形成多个冲突域段，可以很好的提升网络性能。n集线器的定义:集线器(HUB)属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管
12、理软件管理的硬件设备。n应用于OSI参考模型第一层，因此又被称为物理层设备。n集线器内部采用了电器互联，在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实，集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。交换式局域网的特点 n（1）独占传输通道，独占带宽；网络的总带宽通常为各个交换端口带宽之和。（2）允许多对站点同时通信，即多个端口间的并发连接，所以交换式网络大大地提高了网络的利用率。（3）灵活的接口速度；在交换机上可以配置10Mbps、100Mbps或者10Mbps/100Mbps。（4）高度的可扩充性和网络延展性。（5）易于管理、便于调整
13、网络负载的分布，有效地利用网络带宽。（6）交换网可以构造“虚拟网络”，通过网络管理功能或其他软件可以按业务分类或其他规则把网络站点分为若干个逻辑工作组，每一个工作组就是一个虚拟网。虚拟网的构成与站点所在的物理位置无关。（7）交换式局域网可以与传统网络兼容（8）局域网交换机具有自动转换帧格式的功能，因此它能够互连不同标准的局域网。如：在一台交换机上能集成以太网、FDDI和ATM。交换式局域网的实现 n随着交换式局域网技术的发展，交换式局域网结构逐渐取代了传统的共享式局域网n同时，交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础5 5、虚拟局域网（、虚拟局域网（VLANVLAN）n虚拟网技术是OSI
14、第二层的技术，该技术的实质是将连接到交换机上的用户进行逻辑分组，每个逻辑分组相当于一个独立的网段，即每个逻辑分组为一个虚拟网络。n这里的网段仅仅是逻辑网段的概念，而不是真正的物理网段。n每个VLAN等效于一个广播域，广播信息仅发送到同一个VLAN的所有端口，虚拟网之间可隔离广播信息。n与使用路由器分割一个网段（子网）一样，虚拟网也是一个独立的逻辑网络，每个VLAN都有唯一的子网号。n因此，虚拟网之间通信也必须通过路由器完成。VLAN实现技术 划分VLAN方法主要有如下三种：n基于端口划分VLANn基于 MAC地址划分VLAN n基于第三层协议类型或地址划分VLAN n基于端口划分VLANn基于
15、端口划分VLAN，就是按交换机端口定义VLAN成员，每个端口只能属于一个VLAN，这是一种最通用的方法。这种方法配置简单，在配置好VLAN以后，再为交换机端口分配一个VLAN，使交换机的端口成为某个VLAN的成员，n基于 MAC地址划分VLANn基于 MAC地址划分VLAN是按每个连接到交换机设备的MAC地址（物理地址）定义VLAN成员。当你在一个交换机端口上连接一台集线器，在集线器上连接了多台设备，而这些设备需要加入不同的VLAN时，你就可以使用这种方法定义VLAN成员。因为它可以按用户划分VLAN，所以常把这种方法称为基于用户的VLAN划分。在使用基于 MAC地址划分VLAN时，一个交换机
16、端口有可能属于多个VLAN，这样端口要接收多个VLAN的广播信息，势必会造成端口的拥挤。n基于第三层协议类型或地址划分VLANn这种方法允许按照网络层协议类型（TCP/IP、IPX、DECNET等）组成VLAN，也可以按网络地址（如TCP/IP 的子网地址）定义VLAN成员。这种方法的优点是有利于组成基于应用的VLAN。VLAN中的路由器n不同的VLAN之间的通讯要通过路由器来实现，所以在VLAN环境中的路由器可以看成为VLAN或者广播域的网关。n由于在局域网上，不同VLAN之间的通信数据量是很大的，这样，如果路由器要对每一个数据包都路由一次，随着网络上数据量的不断增大，路由器将不堪重负，路由
17、器将成为整个网络运行的瓶颈。n在这种情况下，出现了第三层交换技术，它是将路由技术与交换技术合二为一的技术。三层交换机在对第一个数据流进行路由后，会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再次路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率，消除了路由器可能产生的网络瓶颈问题。n可见，三层交换机集路由与交换于一身，在交换机内部实现了路由，提高了网络的整体性能。7、无线局域网 n通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆，构成有线局域网。n但有线网络在某些场合要受到布线的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各
18、节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联接起来时，敷设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长,对正在迅速扩大的连网需求形成了严重的瓶颈阻塞。nWLAN就是解决有线网络以上问题而出现的。n无线局域网络(Wireless Local Area Networks；WLAN)是相当便利的数据传输系统，它利用射频(Radio Frequency；RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到信息随身化、便利走天下的理想境界。n无线局域网络绝不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸之
19、目的，下列情形可能需要无线局域网络：无固定工作场所的使用者 有线局域网络架设受环境限制 作为有线局域网络的备用系统安装便捷安装便捷 一般在网络建设中，施工周期最长、对周边环境影响最大的，就是网络布线施工工程。在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管。而WLAN最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点(Access Point)设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。使用灵活使用灵活 在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而一旦WLAN建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。经济节约经济节约 由于有线网络缺少灵活性，这就要
20、求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造。而WLAN可以避免或减少以上情况的发生。易于扩展易于扩展 WLAN有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，WLAN就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络，并且能够提供像“漫游(Roaming)”等有线网络无法提供的特性。WLAN的优势的优势分类：按其传输技术可分三类：n红外线局域网n扩频无线局域网 扩频的方式：跳频、直接序列扩频n窄带微波无线局域网n无线网络协议：n最常见的有IEEE 802.11，IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11gn其中：IEEE 802.11是IEEE（电气和电子工程师协会）最初制定的一个无线局域网标准。nIEEE 802.11b又被称为Wi-Fi，使用开放的2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mbps，也可根据信号强弱把传输率调整为5.5Mbps、2 Mbps和1 Mbps带宽。无需直线传播传输，范围为室外最大300米，室内有障碍的情况下最大100米，是现在使用的最多的传输协议。
