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1、第四章 计算机局域网,丁 勇 dy_,合肥工业大学管理学院,1,计算机局域网,4.1 局域网概述 4.2 局域网参考模型 4.3 802.3标准总线局域网 4.4 其它常用标准(802.5、802.4) 4.5 高性能以太网 4.6 无线局域网,计算机局域网,2,计算机局域网,4.5.1 扩展的局域网 4.5.2 交换式以太网 4.5.3 三层交换与虚拟网络 4.5.4 高速以太网技术,4.5 高性能以太网,3,计算机局域网,4.5.1 扩展的局域网,1. 在物理层扩展局域网,用多个集线器可连成更大的局域网,4,计算机局域网,4.5.1 扩展的局域网,1. 在物理层扩展局域网,用多个集线器可连
2、成更大的局域网,5,计算机局域网,优点 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。 扩大了局域网覆盖的地理范围。 缺点 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。,用集线器扩展局域网,6,计算机局域网,在数据链路层扩展局域网是使用网桥。 网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。 网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口。,2. 在数据链路层扩展局域网,4.5.1 扩展的局域网,7,计算
3、机局域网,网桥的内部结构,站表,端口管理 软件,网桥协议 实体,端口 1,端口 2,缓存,网段 B,网段 A,1,1,1,2,2,2,站地址,端口,网桥,网桥,8,计算机局域网,过滤通信量。 扩大了物理范围。 提高了可靠性。 可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。,使用网桥带来的好处,9,计算机局域网,存储转发增加了时延。 在MAC 子层并没有流量控制功能，网络负载很重时，可能会发生帧丢失。 具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大。 网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过
4、多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。,使用网桥带来的缺点,10,计算机局域网,4.5.1 扩展的局域网 4.5.2 交换式以太网 4.5.3 三层交换与虚拟网络 4.5.4 高速以太网技术,4.5 高性能以太网,11,计算机局域网,1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。 交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机 (作用在数据链路层)。 以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。,多端口网桥以太网交换机,12,计算机局域网,4.5.2 交换式以太网,
5、1. 交换式以太网的特点： 使用交换技术，采用智能网桥来实现多个端口之间的信息帧转发和交换。 实现由共享方式到独占方式的转变，缓解了冲突的出现，提高了网络的效率。 将一个大的局域网分割成若干个小的独立网段。网段之间不共享带宽，以缓解网络拥塞。 以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。 可扩展网络距离，起到中继器的作用。,13,计算机局域网,对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。 使用以太网交换机时，虽然在每个端口到
6、主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对端口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。,独占传输媒体的带宽,14,计算机局域网,用以太网交换机扩展局域网,集线器,集线器,集线器,一系,三系,二系,10BASE-T,至因特网,100 Mb/s,100 Mb/s,100 Mb/s,万维网 服务器,电子邮件 服务器,以太网 交换机,路由器,15,计算机局域网,4.5.2 交换式以太网,工作原理 交换式集线器工作在链路层，利用快速帧交换技术，在读取局域网段传来的信息帧地址后，在源和目的端口间建立连接，提
7、供快速的交换通路。 交换式集线器由三部分组成： 以太网帧处理器（EPP） 交换矩阵 系统模块,16,计算机局域网,2. 以太网交换机工作原理,每个帧进入 EPP后传给系统模 块，系统模块根据 其目的地址和源地 址提供交换路径信 息给EPP,EPP据此 建立路由表，并利 用交换矩阵实现快 速硬件交换，交换 矩阵可同时建立多条连接。以后，相同目的地址的分组不需经系统模块处理而直接经交换矩阵到达目的端口。,17,计算机局域网,4.5.2 交换式以太网,以太网交换机工作方式 采用如下3种方式 1) 存储转发方式 交换机接收到信息帧后，暂时保存在存储器中，然后再进行差错检测，交换机只转发正确的信息帧。
8、存储转发方式的优点是可靠性高，缺点是时延较大。,18,计算机局域网,3. 以太网交换机工作方式,2）直通方式（切入式） 以太网交换机内保存一张MAC地址和交换机端口之间的对照表。 交换机收到帧的帧头后，取出目的地址，查询地址一端口对照表，直接将帧转发到相应的端口。 优点是时延短，转发速度快。缺点是可靠性差。 3) 无碎片交换 接收完帧的头64个字节（基本可检测出是否坏帧）后再进行转发。在交换延迟和错误校验之间取得较好折衷。,19,计算机局域网,3. 以太网交换机工作方式,20,计算机局域网,4.5.2 交换式以太网,应用举例,21,计算机局域网,4.5.1 扩展的局域网 4.5.2 交换式以太
9、网 4.5.3 虚拟局域网 4.5.4 高速以太网技术,4.5 高性能以太网,22,计算机局域网,4.5.3 三层交换与虚拟网络,虚拟局域网（Virtual LAN） VLAN是一组不受物理位置限制，而又可以象在同一个LAN上自由通信的节点集合，在逻辑上等价于广播域（broadcast domain）。 这些网段具有某些共同的需求。 每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。,23,计算机局域网,一个VLAN是一个有限的广播域。 VLAN内的所有成员是独立于物理位置的、 相同
10、逻辑广播域的组成员。 在一个VLAN中，可以通过软件来管理成 员，简便快捷。 VLAN成员之间不需要路由。 VLAN具有较好的安全性。 VLAN需要使用交换机技术实现。,虚拟局域网VLAN的特性,24,计算机局域网,虚拟局域网（Virtual LAN）,7号楼财务总监,1号楼 财务部,25,计算机局域网,2. 虚拟局域网（Virtual LAN）,以太网 交换机,A4,B1,以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成,26,计算机局域网,以太
11、网 交换机,A4,B1,以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成,当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时， 工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。,27,计算机局域网,以太网 交换机,A4,B1,以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成,B1 发送数据时，工作站 A1,
12、A2 和 C1 都不会收到 B1 发出的广播信息。,28,计算机局域网,以太网 交换机,A4,B1,以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成,虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络 不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。,29,计算机局域网,虚拟局域网（Virtual LAN）,虚拟局域网VLAN的划分方式： 基于端口的VLAN划分 缺点：计算机换端口时需重新配置 基于MAC地址的VLAN划分 缺点：需要人工配
13、置 基于策略的VLAN划分 即根据网络层信息进行划分 基于协议的VLAN划分 根据以太网帧中协议类型划分,30,计算机局域网,2. 虚拟局域网（Virtual LAN）,基于端口的VLAN (Port-Based) 最常用的方法，是静态VLAN。 将某些交换机上的端口直接、强制性地分配给某个VLAN。 一个VLAN可跨越多个交换机。 一个交换机的端口可同时属于多个不同的VLAN，称之为公共端口。,31,计算机局域网,虚拟局域网（Virtual LAN）,交换机为了识别来自不同VLAN的数据帧，对数据帧加上VLAN标识（ Frame-Tagging ），或称作帧的VLAN ID。 数据帧进入交换
14、网络后，交换机就会在帧头中加入一个唯一标识的VLAN ID。 交换网络中的交换机都可理解和检查带VLAN标识的数据帧，并进行适当地转发和传递。 当数据帧传出交换网络时，交换设备将数据帧中的VLAN标识删除，发送给目的站点。 VLAN的链路类型 接入链路：只传送不带VLAN信息的数据帧（非标记帧）。只与一个VLAN关联。 中继链路：只传送带有VLAN信息的数据帧（标记帧）。可承载多个VLAN。 混合链路：既可传送标记帧，又可传送非标记帧,32,计算机局域网,虚拟局域网（Virtual LAN）,VLAN的标准 1996年3月，IEEE802.1因特网工作分会完成了VLAN标准的初步研究 ，制定了
15、IEEE802.1Q 。 VLAN的帧标记的标准格式由802.1Q协议规定。,33,计算机局域网,虚拟局域网（Virtual LAN）,IEEE 802.1Q IEEE 802.1Q的两种帧标记，一种是在MAC帧内带有VLAN标记的显式表示方法，另一种是MAC帧内不带VLAN标记的隐含表示方法。 隐式帧标记（untagged）：表示所属的VLAN信息没有被明显地标记，该帧属于哪一个VLAN默认地由网桥的接收端口号或帧中数据域的信息决定。 显式帧标记（tagged）：表示所属哪一个VLAN，由网桥所加的标记决定。,34,计算机局域网,IEEE 802.1Q以太网编码标记格式,TPID（标签协议标
16、识符）：为VLAN协议类型，表明该帧已按802.1Q协议进行了显式标记。 TCI（标签控制信息）包括三部分： 用户优先级（User-priority）：允许VLAN帧在那些不具备表示用户优先权的网段携带用户优先权信息。 令牌环封装标志（TR-encap）：置位时表示该帧数据域中携带的是未经翻译和封装的令牌环帧。 VLAN标识（VID）：表明此帧属于哪一个VLAN。共有212=4096个VLAN。,目标MAC地址 6字节,源MAC地址 6字节,数据/填充 461500字节,FCS 4字节,TPID 2字节,TCI 2字节,长度 2字节,加入的VLAN头,0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4
