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1、第5章 局域网局域网1计算机科学与技术学院本章学习要求：了解：局域网的主要技术特点了解：局域网拓扑结构的类型与特点理解：IEEE 802参考模型与协议的基本概念掌握：Ethernet局域网的基本工作原理掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网的基本工作原理理解：无线局域网的基本工作原理掌握：网络互连技术2计算机科学与技术学院本章知识点：局域网的基本概念IEEE802参考模型典型局域网基本工作原理Ethernet高速局域网技术Fast EthernetGigabit Ethernet10Gbps Ethernet交换式城域网虚拟局域网局域网组网技术无线局域网技术局域网互联技术3计算机科学与技术学
2、院5.1 局域网基本概念p局域网基本上是从20世纪70年代中期开始，应短距离高速度的通信要求而发展起来的。p最有代表性的是英国的剑桥环和美国Xerox公司(施乐 )的以太网，此后各种局域网技术不断涌现。如N-net, PC-net, Omninet和3plus net等，随之各种网络组件、网络操作系统等网络产品也得到迅速发展，构成了计算机局域网的基础。p对局域网的研究主要涉及到如下几个问题：局域网的标准化问题解决网络间的互连问题提高网络的性能及扩展问题4计算机科学与技术学院5.1.1 IEEE 802参考模型 IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质，以及如何在传输介质上传输数据的方法，
3、还定义了传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的控制过程。 IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系： 5计算机科学与技术学院5.1.1 IEEE 802参考模型pIEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为IEEE 802标准；p这些标准有3类：IEEE 802.1 标准定义局域网体系结构、网络互连、以及管理与性能测试；IEEE 802.2 标准定义逻辑链路控制 (LLC)子层功能与服务；定义了不同介质访问控制技术的相关标准。6计算机科学与技术学院5.1.1 IEEE 802参考模型pIEEE 802标准之间的关系： IEEE802协议标准基本结构
4、图8计算机科学与技术学院IEEE802.1 综述和体系结构（说明与OSI对应关系）IEEE802.2 逻辑链路控制及为网络层提供的服务LLC802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.9语音数据局域网 802.8光纤技术802.7宽带局域网802.6城域网络规范802.10安全数据交换802.11无线局域网802.12优先级高速局域网802.15无线个人网络802.14电缆电视交互技术IEEE802标准扩展2006年12月6日IEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEEIEEE802.1局域网协议高层802.2逻辑链路控制802.3以太网802
5、.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.7宽带TAG802.8 FDDI802.9同步局域网802.10局域网网络安全IEEE 802.11无线局域网IEEE 802.12需求优先级IEEE 802.13(未使用)IEEE 802.14电缆调制解调器IEEE 802.15无线个人网IEEE 802.16宽带无线城域网IEEE 802.17可靠个人接入技术IEEE 802.20移动宽带无线访问（广域无线网）9计算机科学与技术学院1. 逻辑链路控制子层(LLC)pLLC协议用来处理两个站点之间的数据帧的传输，一般不存在中间交换节点，在局域网中LLC属于逻辑链路控制子层，与OSI中所定义
6、的一般链路层有所不同，其主要差别如下：LLC子层屏蔽了不同介质访问控制(MAC)子层的各种实现，所以这一层中不必考虑介质访问的具体细节；LLC子层所处理的链路可被网上所有站点共享；LLC子层还应能提供一些OSI参考模型中网络层的功能。p由于网络层IP协议可直接将分组封装到Ethernet的MAC帧中，整个协议处理也变得简单，人们也很少讨论LLC协议了。10计算机科学与技术学院2. 介质访问控制子层(MAC)的标识系统p在计算机网络中，标识系统(identification system)是一个相当重要的问题，而其中最重要的就是局域网的地址标识。p为了惟一地识别出网络中的每一个站，就得使网络中的
7、所有计算机都必须有不同的地址标识，这样在访问中才不致出错，就像我们每家每户都有一个与别人不同的门牌号码，投递员就不会投错信件一样。p局域网的地址标准是使用6个字节(也可采用两字节)，这样做主要是可以在网间互连时各网站都能具有不同的物理地址。用户可以把买到的网卡装到机器上并连到网上立即就可以工作，而不需网络管理员来分配地址。11计算机科学与技术学院由IEEE分配地址块号或厂商代码由厂商分配块内地址12计算机科学与技术学院局域网地址的管理和分配p6个字节中的前3个字节(高24 bit)由IEEE分配，所有生产局域网网卡的厂商必须向这个组织购买由这3个字节构成的一个号，所以它又称地址块号或厂商代码。
8、一个块号可以产生224个不同的地址。这6个字节的MAC地址可被固化在网卡中。p这个地址就是物理地址或MAC地址，作用就是用来惟一标识我们要通信的计算机。网卡从网上每收到一个MAC帧就首先检查其硬件地址。如果是发往本站的帧则收下，否则就将其丢弃。一般要接收的帧有三种：(1)单播帧(unicast),即收到帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。(2)广播帧(broadcast),即全1地址，此帧发送给所有的站点。(3)多播帧(multicast),即发送给一部分站点的帧，如0。13计算机科学与技术学院14计算机科学与技术学院5.1.2 局域网拓扑结构类型与特点网络拓扑结构：总线型结构环型结构星型结构
9、15计算机科学与技术学院总线型拓扑构型特点：p总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；p所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；p总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；p所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突（collisioncollision）”是不可避免的；p“冲突”会造成传输失败；p必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MACMAC，mediummedium accessaccess controlcontrol）问题。16计算机科学与技术学院总线结构与冲突总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易；易于扩展，可靠性较好。17计算机
10、科学与技术学院p介质访问控制方法是指控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法。p介质访问控制方法要解决以下几个问题：该哪个结点发送数据？(集中管理、分布竞争)发送时会不会出现冲突？（分布竞争的必然）出现冲突怎么办？（检测、延时重发）18计算机科学与技术学院环型拓扑构型p结点使用点点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；p环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；p多个结点共享一条环通路；为了确定环中的结点在什么时候可以传送数据帧，同样要进行介质访问控制。p环建立、维护、结点的插入与撤出。（复杂）19计算机科学与技术学院星型拓扑构型p每个结点都由一个单独的通信线路与中心结点连接。中心结点控制全网的
11、通信。p星型拓扑简单，易于实现，便于管理。p中心结点是全网可靠性的瓶颈。20计算机科学与技术学院逻辑结构与物理结构的关系p逻辑结构是指局域网的结点间相互关系与介质访问控制方法，而物理结构是指局域网外部连接的形式。p逻辑结构属于总线型与环状的局域网，在物理结构上也可被看成星状的。p在出现交换局域网(switched(switched LAN)LAN)后，才真正出现了物理结构与逻辑结构统一的星状拓扑。交换局域网的中心结点是一种局域网交换机。21计算机科学与技术学院5.1.3 传输介质类型与介质访问控制方法局域网的传输介质类型有线传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤等无线传输介质：卫星、无线、微波等 以
12、太网的组网方式：粗缆以太网、细缆以太网、双绞线以太网、光纤以太网，也可混合组网。讨论：u双绞线已能用于数据传输速率为100Mbps、1Gbps 的高速局域网中；u在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线技术的趋势已经明朗。22计算机科学与技术学院(1)粗缆以太网p粗缆以太网通常也称作10BASE-5以太网，这是早期使用的组网形式之一。p使用的电缆直径为10 mm，特性阻抗为50欧姆，拓扑结构为总线型，网中传输的信息采用曼彻斯特编码。p组网时，首先把网卡插入到微机的扩展槽中，然后把一个收发器通过一条不超过15 m长的收发器电缆(AUI电缆)
13、连接到网卡上的15芯插座上，而收发器则直接与粗缆连接。p为了防止信号传播到终端时产生波形反射引起信号传输错误，在粗缆的两端要安装50的终端匹配电阻。粗缆以太网规定，电缆网段的最大长度为500 m,如使用中继器(Repeater)网络最长可达2.5 km。粗缆一般使用GR-11标准电缆。23计算机科学与技术学院粗缆以太网的基本结构24粗缆以太网粗缆以太网标准粗缆以太网规定单段信号传输电缆的最大长度为500米，但利用中继器连接4段电缆后，以太网中信号传输电缆最长可达2500米。(2)细缆以太网p细缆以太网通常也称作10BASE-2以太网，是一种安装更容易、价格更便宜的以太网。p使用的电缆直径为5
14、mm，特性阻抗也为50 ，拓扑结构、网中传输的信息编码、使用匹配电阻、网卡等都与粗缆的一样。p但细缆以太网不使用收发器，而是使用T型接头连到网卡的BNC接口上。由于电缆较细，信号的衰减较大，所以其传输距离比粗缆要短，一般一个网段为185 m，使用中继器(Repeater)网络最长可达925m。可靠性也比较差，只要一台工作站断线，整个网络就不能工作。细缆一般使用RG-58/U标准电缆，分单芯和多芯两种。26计算机科学与技术学院(3)双绞线以太网p双绞线以太网通常也称作10BASE-T以太网，与同轴电缆组网不一样，它的物理拓扑结构是一种星型网络。p网络的通信中枢是集线器，通常也称作HUB，上面装有
15、RJ-45接口，数量一般为4、8、12、16、24个，一般还设有同轴电缆接口作为扩展用。p信号传输介质一般使用非屏蔽双绞线，通过RJ-45接口把工作站和集线器连接起来。p双绞线的最大连接长度为100 m。双绞线网络不仅价格便宜，而且组网更灵活，扩展更方便，其中5类双绞线的传输速率可达100 Mbps，所以现在局域网络大多使用双绞线。27计算机科学与技术学院计算机通过网卡和局域网进行通信网卡上的硬件地址路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。WINXP/2003用户都可以使用ipconfig -all30计算机科学与技术学院连接到以太网的示意图交换机(4)光纤以太网p光纤
16、以太网通常也称作10BASE-F以太网，它以光纤作为传输介质。p集线器和网卡都使用ST连接器来连接多模光纤(典型的为62.5/125 m),传输距离可达2 km。p发送和接收要各使用一根光纤，光纤连接设备昂贵，所以组网费用会很高，再加上技术复杂，一般局域网很少使用纯光纤来组网，而是使用光纤做主干网，再用其他技术连到用户工作站。33计算机科学与技术学院介质访问控制方法:p介质访问控制的目的是解决如何将信道的带宽恰当合理地分配给网络中的各个节点的问题。p介质访问控制方法包含以下两方面的技术：确定网络中哪个节点更合适，能将数据单元在信道上发送；根据信道中的业务流量情况，自动和恰当地控制对信道资源的利
17、用。34计算机科学与技术学院pIEEE802.2标准定义的共享介质局域网的介质访问控制方法：带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD ）方法的总线型局域网；令牌总线（Token Bus）方法的总线型局域网；令牌环（Token Ring）方法的环状局域网。35计算机科学与技术学院介质访问控制方法:5.1.4 决定局域网与城域网性能的三要素p网络拓扑p传输介质p介质访问控制方法p局域网发展趋势以太网已占据绝对优势，成为目前组网首选技术大型局域网中，桌面10Mbps或100Mbps，主干网1Gbps的GE技术，核心交换网10Gbps的10GE技术10Mbps以太网目前只使用非屏蔽双绞线10BA
18、SE-T标准LLC现已很少使用，IP协议直接与以太帧接口GE和10GE保留了传统以太帧结构，主干网和核心网使用光纤传输，点对点全双工通信方式，而非CSMA/CD的随机争用方式GE和10GE从局域网扩展应用到城域网与广域网无线局域网技术成为研究与应用重点36计算机科学与技术学院5.2 Ethernet局域网5.2.1 Ethernet的发展nEthernet的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法；n随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHA；n1972年，Xerox(美国施乐)公司开始Ethernet实验网的研究；n1979年，Xerox公司宣布了Ethernet产品；n1980年，Xer
19、ox、DEC与Intel联合宣布Ethernet V2.0规范 ；n90年代，10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高；n目前，交换式Ethernet与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。37计算机科学与技术学院1972，美国加州大学研究了Newhall环网1974，英国剑桥大学研制Cambridge Ring环网1977，梅特卡夫与同事们共同申请了Ethernet专利1978，梅特卡夫研制的Ethernet中继器Repeater获得专利1980，Xerox，Intel和DEC合作，宣布Ethernet V2.0规范38计算机科
20、学与技术学院pIEEE802.3的部分以太网络标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。10Base5使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m；10Base2使用细同轴电缆，最大网段长度为185m；10BaseT使用双绞线电缆，最大网段长度为100m；1Base5使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mbps；10Broad36使用同轴电缆（RG59UCATV），最大网段长度为3600m，是一种宽带传输方式；10BaseF使用光纤传输介质，传输速率为10Mb
21、ps，最大网段长度为2000m ；39计算机科学与技术学院5.2.2 Ethernet帧结构与帧发送、接收流程分析1. Ethernet数据发送流程的分析40计算机科学与技术学院 IEEE802.3使用的是CSMA/CD介质访问技术，CSMA/CD是英文Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection的缩写，称作“带有冲突检测的载波监听多路访问协议”。CSMA/CD的发送流程可以概括为：p先听后发 ( CS )p多路访问 ( MA )p边听边发 ( CD )冲突停止延迟重发比喻：黑屋子发言41计算机科学与技术学院Ethernet结点数据发送流
22、程42计算机科学与技术学院载波侦听过程目的：检查是否已经有结点利用总线在发送数据43计算机科学与技术学院冲突窗口的概念当一个站将帧发出后，最多需要等待多长时间可以检测到是否发生冲突？在共享信道中两个相距最远的站中，A站发出帧后，经过一个最大的延迟时间可使该信道中的所有站知道该站在发送帧，而且最长还得经过一个延迟时间，发送站才能知道是否有其他站也在发送，即是否发生了冲突。44计算机科学与技术学院将2D/V定义为冲突窗口冲突检测：比较法和编码违例判决法46计算机科学与技术学院如果发生了冲突(这是不可避免的)，需要等待多长时间才可以再次重新发送。随机延迟重发CSMA/CD的后退延迟算法：截止二进制指
23、数后退延迟算法2kRa 其中：为结点重新发送需要的后退延迟时间，a为冲突窗口值，R为随机数;限定k的范围,k=min（n，10）;如果重发次数n10，则取k=n ；如果重发次数n10时，则k取值为10;第n次重发延迟是分布在0与2min（n，10）-1个时间片之间，最大可能延迟时间为1023 个时间片;在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状态，重复发送流程;当冲突次数超过16时，表示发送失败，放弃该帧发送。(Ethernet协议标准规定，帧的最大重发次数为16)47计算机科学与技术学院2. Ethernet帧结构前导码与帧前定界符字段目的地址和源地址字段类型字段LLC数据字段帧校验字
24、段48计算机科学与技术学院Ethernet帧结构的讨论：前导码与帧前定界符字段 （接收同步） 前导码：7个字节，10101010101010比特序列 (56位) 帧前定界符：1字节，10101011目的地址和源地址字段 （接收结点地址和发送结点地址MAC地址） 地址字段长度：2个字节或6个字节 目的地址类型：单一结点地址（unicast address）（目的地址首位为0） 多点地址（multicast address） （目的地址首位为1） 广播地址（broadcast address） （目的地址全1）49计算机科学与技术学院Ethernet帧结构的讨论：长度/类型字段 表示网络层使用的协
25、议类型，0x0800IP协议；0x8137NetWare的IXP协议。大于0x0600时表示上层协议类型；否则表示帧长度。LLC数据字段 LLC数据字段是帧的数据字段，长度最小为46个字节，少于46个字节，需要填充。长度最大为1500字节。帧头18B（前导码与帧前界定符不计入帧头长度），帧的最小长度为64字节，最大长度为1518字节 。帧校验字段 采用32位的CRC校验。校验的范围是：目的地址、源地址、类型、LLC数据等字段50计算机科学与技术学院3. Ethernet接收流程51计算机科学与技术学院5.2.3 Ethernet实现方法实现角度功能角度层次角度： MAC子层和物理层52计算机科
26、学与技术学院Ethernet网卡结构53计算机科学与技术学院5.2.4 Ethernet物理地址Ethernet地址 网络物理地址 物理网络地址 ;Ethernet地址 = Manufacture ID + NIC ID24bit + 24bit公司：Cisco 00-00-0cNovell 00-00-1B00-00-D83Com 00-20-AF00-60-8CIBM 08-00-5A典型的Ethernet地址 ：00-60-8C-01-28-120000 0000 1010 0000 1000 11000000 0001 0010 1000 0001 0010Ethernet地址具有惟一
27、性，取决于你所使用的网卡。54计算机科学与技术学院Ethernet物理地址的十六进制与二进制的表示方法55计算机科学与技术学院5.2.5 网络协议分析器及其应用 网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统运行状态的设备 ； 当网络分析器连接到被测试的网络时，它能监控特定的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均帧长度等统计数据； 网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议（TCP/IPTCP/IP、FTPFTP、HTTPHTTP）的解码，它按照指定的协议规则加以解释，然后将协议分析的结果显示出来。56计算机科学与技术学院网络分析器的连入方式57计算机科学与技术学院网络分析器捕获的帧数据58计
28、算机科学与技术学院网络分析器显示的Ethernet帧结构59计算机科学与技术学院5.3 令牌总线与令牌环网5.3.1 令牌总线的工作原理60计算机科学与技术学院5.3.2 令牌总线的环维护工作p环初始化：网络启动或故障发生后p新结点加入环：周期性服务为新结点加入提供机会。p结点从环中撤出：前后结点连接，保持环完整性。p环恢复：环中出现多个令牌或令牌丢失p优先级：支持优先级服务61计算机科学与技术学院5.3.3 令牌环网的工作原理62计算机科学与技术学院63计算机科学与技术学院5.4 高速局域网的工作原理5.4.1 高速局域网的解决方案p推动局域网技术发展的因素个人计算机的广泛应用；直接因素在过
29、去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；从理论上讲，一台微通道或EISA总线的微型机能产生大约 250Mb/s的流量；基于Web的Internet/Intranet应用也要求更高的带宽；在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。64计算机科学与技术学院传统共享式局域网的缺点传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，典型的介质访问控制方法是CSMA/CD、Token Ring、Token Bus；介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质；每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急
30、剧减少；网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。65计算机科学与技术学院高速局域网的解决方案第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：10Mb/s100Mb/s10Gb/s ；第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发展；第三种方案：将“共享介质方式”改为“交换方式”，导致了“交换式局域网”技术的发展。66计算机科学与技术学院交换式局域网基于硬件交换技术并发连接；S = N10Mb/s共享式局域网与交换式局域网的比较67计算机科学与技术学院5.4.2 快速以太网p快速以太网的
31、发展Fast Ethernet的传输速率比普通Ethernet快10倍，数据传输速率达到了100Mb/s；Fast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法；每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns；1995年9月，IEEE 802委员会正式批准了Fast Ethernet标准IEEE 802.3u。68计算机科学与技术学院Fast Ethernet的协议结构69计算机科学与技术学院100 BASE-T的3种物理层标准p100 BASE-TX支持2对5类非屏蔽双绞线UTP或2对1类屏蔽双绞线STP全双工工作，以100Mbps的速率发送与接收数据p100 BASE-T
32、4100 BASE-T4支持4对3类非屏蔽双绞线UTP其中3对用于数据传输，1对用于冲突检测。p100 BASE-FX支持2芯的多模或单模光纤从结点到集线器的距离可以达到2km全双工工作70计算机科学与技术学院5.4.3 千兆以太网p千兆以太网是在以太网标准基础之上的技术，且与快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE 802.3标准中所定义的管理对象。 p用Ethernet组建企业网的全面解决方案：桌面系统采用传输速率为10Mb/s的Ethernet；部门级网络系统采用传输速率为100Mb/s的Fast E
33、thernet；企业级网络系统采用传输速率为1000Mb/s的Gigabit Ethernet。71计算机科学与技术学院Gigabit Ethernet的协议结构 （IEEE 802.3z）72计算机科学与技术学院1000 BASE-T的4种物理层标准p100 0BASE-T支持5类非屏蔽双绞线UTP，距离可达100mp1000 BASE-CX支持屏蔽双绞线STP，距离可达25mp1000BASE-LX支持单模光纤（波长1300nm），距离可以达到3000mp1000BASE-SX支持多模光纤（波长850nm），距离可以达300 - 550m73计算机科学与技术学院5.4.4 10Gbps E
34、thernet 由于原有以太网技术的突出优点，但用于城域网骨干/汇聚层所遇到的带宽以及传输距离的限制，改进并扩展这一技术以适应新的要求就成了一种迫切的要求，万兆以太网技术就应运而生了。p万兆以太网技术同原有以太网技术的差别 为了适应高带宽的要求和更长传输距离的要求，万兆以太网对原来的以太网技术也做了很大的改进，主要表现在：物理层实现方式、帧格式和MAC的工作速率及适配策略方面。74计算机科学与技术学院5.4.4 10Gbps5.4.4 10Gbps EthernetEthernetp10Gbps10Gbps EthernetEthernet主要具有以下特点主要具有以下特点10Gbps Ethe
35、rnet的帧格式与10Mbps、100Mbps和1Gbps Ethernet相同；10Gbps Ethernet保留了802.3标准对Ethernet最小帧长度和最大帧长度的规定 ；10Gbps Ethernet的传输介质只使用光纤；10Gbps Ethernet只工作在全双工方式，因此不存在争用问题 。(不使用CSMA/CD，传输距离不受冲突检测限制)10Gbps Ethernet的物理层协议p10Gbps Ethernet有两种物理层协议标准局域网物理层标准一个10Gbps Ethernet交换机可以支持10个Gigabit Ethernet网端口；可选的广域网物理层标准广域网物理层符合光
36、纤通道技术速率体的SONET/SDH的OC-192/STM-64的标准。76计算机科学与技术学院10Gb/s Ethernet的帧发送与接收过程77计算机科学与技术学院5.5 交换式局域网的工作原理5.5.1 交换式局域网的基本结构78计算机科学与技术学院5.5.2 局域网交换机的工作原理结点E79计算机科学与技术学院5.5.3 局域网交换机的技术特点低交换延迟支持不同的传输速率和工作模式支持虚拟局域网服务 二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。 三层交换技术就是：二层交换技术三层转发技
37、术。它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。 80计算机科学与技术学院5.6 虚拟局域网的工作原理5.6.15.6.1 虚拟网络的概念 虚拟网络建立在局域网交换机之上; 以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理; 逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制; 一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。81计算机科学与技术学院5.6.15.6.1 虚拟网络的概念虚拟局域网（虚拟局域网（VLANVLAN）虚拟网(VLAN)的概念并非是一种新型局域网，它其实只是一种新型服务。对于
38、一个比较大的局域网络，通常需要将其分段，可以使网络的应用更加灵活。通过分段可以提高用户带宽，还可以增加网络的连接范围。把用划分交换机端口所构成的子网称作虚拟网(Virtual LAN)。这种通过划分所构成的逻辑子网的功能与传统物理上划分的子网功能相同，但在逻辑子网中其成员与其实际物理位置和连接无关。82计算机科学与技术学院5.6.2 虚拟局域网的实现技术用交换机端口号定义虚拟局域网用 MAC地址定义虚拟局域网用网络层地址定义虚拟局域网IP广播组虚拟局域网83计算机科学与技术学院用交换机端口号定义虚拟局域网成员84计算机科学与技术学院5.6.25.6.2 虚拟局域网的实现技术p虚拟局域网的优点方
39、便网络用户管理，减少网络管理开销提供更好的安全性改善网络服务质量85计算机科学与技术学院5.7 无线局域网 （WLAN）5.7.1 无线局域网的应用作为传统局域网的扩充建筑物之间的互连 （无线网桥或路由）漫游访问特殊网络 (Ad hoc) Ad hoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。 86计算机科学与技术学院典型的无线局域网结构87计算机科学与技术学院特殊无线网络的结构 ad hoc 是一个临时需要的对等网络，无集中服务器的无线网络；移动分布式多跳无线网络 。88计算机科学与技
40、术学院5.7.2 红外无线局域网p红外无线（infrared radio,IR）是按视距方式传播；p红外线频谱是非常宽，可以提供极高的数据传输速率；p红外局域网的数据传输有三种基本技术：定向光束红外传输技术全方位红外传输技术漫反射红外传输技术 89计算机科学与技术学院5.7.3 扩频无线局域网1. 跳频通信 (frequence hopping spread spectum,FHSS ) IEEE 802.11标准规定跳频通信使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段; 跳频扩频通信的数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s。90计算机科学与技术学院2.直接序列扩频(direct sequ
41、ence spread spectrum,DSSS)直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段; 数据传输速率为 1Mb/s或2Mb/s; 系统实际发送的信号d(t)是发送数据a(t)与伪随机码c(t)模二加的结果;91计算机科学与技术学院5.7.3 扩频无线局域网5.7.4 无线局域网标准IEEE 802.11802.11层次模型结构MAC层支持无争用服务和争用服务两种访问方式。92计算机科学与技术学院协议功能说明IEEE802.11的MAC子层又分成了两个子层。靠近物理层的那个子层是分布协调功能子层DCF（distributed coordination functi
42、on）。DCF使用CSMA技术的争用算法为所有的通信提供访问控制，让每个站通过争用信道来获得发送权。在它之上的是点协调功能子层PCF（ point coordination function）。 PCF使用集中控制的访问算法，用类似于轮询的方式提供给各站发送权，提供了无争用服务，避免产生冲突。93计算机科学与技术学院802.11标准的信道访问控制pDCF子层采用CSMA算法。也就是说，当某站要发送MAC帧时，先要监听信道。如果信道上无信号，说明信道空闲，则可发送这一帧。否则必须等待，直到正在进行的传输完成后才能发送。p为了保证CSMA算法的顺利和公平，DCF采用了一种称为帧间间隔(IFS-In
43、ter Frame Space)的延迟技术。 发送站发送一帧之后，必须再等待一个短的时间间隔，这各时间间隔叫帧间间隔。94计算机科学与技术学院CSMA/CA基本工作原理p802.11的MAC层采用的是CSMA/CA (collision avoidance, CA)的冲突避免方法;p冲突避免要求每一个发送结点在发送帧之前需要先侦听信道。如果信道空闲，结点可以发送帧;p发送站在发送完一帧之后，必须再等待一个短的时间间隔，检查接收站是否发回帧的确认ACK。如果接收到确认，则说明此次发送没有出现冲突，发送成功;p如果在规定的时间内没有接收到确认，表明出现冲突，发送失败，重发该帧。直到在规定的最大重发
44、次数之内，发送成功。95计算机科学与技术学院帧间间隔 IFSp所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔 IFS (InterFrame Space)。p帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权。p若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先级帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。96计算机科学与技术学院3种不同的帧间空隙IFSpIEEE802.11标准定义了3种不同的帧间空隙IFS值来提供基于优先权的介质访问控制方法：SIFS，即短(s
45、hort)IFS,用于所有的快速响应活动。PIFS，即点协调功能IFS，其比SIFS长，在PCF方式中轮询时使用。DIFS，即分布协调功能IFS，它是最长的IFS，在DCF方式中作为争用访问控制的最小延迟时间。97计算机科学与技术学院IFS的CSMA访问控制操作 发送站先监听信道。如信道空闲，则还要继续监听一段IFS时间，如果在这段时间内信道仍是空闲的，则可立即发送帧。如果发现信道忙(无论是一开始，还是在后来的IFS时间内监听到信道忙)，则继续要监听信道，直到信道被释放成为空闲。 一旦当前的传输已完成 ，发送站还要再监听一个IFS时间。如果在IFS时间内信道仍然空闲，则发送站就按照二进制指数退
46、避算法退避一段时间。当信道一直保持空闲时，发送站就可发送帧。这样做可以使产生冲突的概率大为减小，特别是在网络负载较重的情况下。98计算机科学与技术学院时间SIFSDIFSPIFSSIFS时间推迟接入等待重试时间有帧要发送源站目的站其他站有帧要发送时间99计算机科学与技术学院SIFS，即短(Short)帧间间隔，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。使用 SIFS 的帧类型有：ACK 帧、CTS 帧、由过长的 MAC 帧分片后的数据帧，以及所有回答 AP 探询的帧和在 PCF 方式中接入点AP 发送出的任何帧。媒体空闲发送第1帧ACK
47、SIFSDIFSPIFS发送下1帧NAV（媒体忙）争用窗口100计算机科学与技术学院时间SIFSDIFSPIFSSIFS时间推迟接入等待重试时间有帧要发送源站目的站其他站有帧要发送时间100计算机科学与技术学院时隙的长度是这样确定的：在一个基本服务集(BSS)内当某个站在一个时隙开始时接入到媒体时，那么在下一个时隙开始时，其他站就都能检测出信道已转变为忙态。媒体空闲发送第1帧ACKSIFSDIFSPIFS发送下1帧NAV（媒体忙）争用窗口PIFS，即点协调功能帧间间隔，它比 SIFS 长，是为了在开始使用 PCF 方式时（在 PCF 方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS 的长度
48、是 SIFS 加一个时隙(slot)长度。101计算机科学与技术学院时间SIFSDIFSPIFSSIFS时间推迟接入等待重试时间有帧要发送源站目的站其他站有帧要发送时间媒体空闲发送第1帧ACKSIFSDIFSPIFS发送下1帧NAV（媒体忙）争用窗口DIFS，即分布协调功能帧间间隔（最长的 IFS），在 DCF 方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS 的长度比 PIFS 再增加一个实习长度CSMA/CA基本工作原理示意图102计算机科学与技术学院SIFS在以下情况下使用： 发送“确认帧ACK” 一个站点只要收到的帧不是多播帧或广播帧，那么这个站点就要在等待一个SIFS后发生一个确认帧ACK。
49、当一个较长的LLC帧要分成多个MAC帧来发送时，使用SIFS可以提高传输效率。因为发送站每次只能发送一个帧，接收站等待一个SIFS后就发一个ACK，发送站只要收到ACK就可以接着发送下一帧。也就是说使用SIFS可以继续控制信道使用权，直到整个LLC帧发送完毕。103计算机科学与技术学院SIFS在以下情况下使用： 发送“允许发送帧CTS”一个站如果发送一个短的请求发送帧RTS就可以保证它可以优先发送数据帧。目的站如果准备好接收就应立即用CTS响应。所有监听到CTS的站都必须推迟向信道发送自己的数据。 发送轮询时的响应帧中央控制器用来发送查询帧，在PCF子层上工作。它使用PIFS，由于PIFS比D
50、IFS短，所以其总能先获得对信道的访问权。而受到查询的站则可用SIFS进行快速响应，这样就使被查询站比一般的信道争用优先获得信道的使用权。104计算机科学与技术学院无线城域网 WMANp(Wireless Metropolitan Area Network)2002 年 4 月通过了 802.16 无线城域网的标准。欧洲的 ETSI 也制订类似的无线城域网标准HiperMAN。WMAN 可提供“最后一英里”的宽带无线接入（固定的、移动的和便携的）。在许多情况下，无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入，因此它有时又称为无线本地环路。105计算机科学与技术学院WiMAXWorldwide Inte
51、roperability for Microwave AccesspWiMAX 常用来表示无线城域网 WMAN，这与Wi-Fi常用来表示无线局域网 WLAN 相似。pIEEE 的 802.16 工作组是无线城域网标准的制订者，而 WiMAX 论坛则是 802.16 技术的推动者。p两个正式标准802.16d（它的正式名字是 802.16-2004），是固定宽带无线接入空中接口标准（2.66 GHz频段）。802.16 的增强版本，即 802.16e，是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2.6 GHz频段），它向下兼容802.16-2004。106计算机科学与技术学院802.16 无线城域网
52、服务范围的示意图107计算机科学与技术学院几种无线网络的比较 108计算机科学与技术学院5.8 网络扩展与互连p局域网互连的应用环境一个单位的多个部门局域网的互连；办公楼之间局域网的互连；将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子网的互连；超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域网互连。109计算机科学与技术学院5.8.1 通过中继器扩展中继器(Repeater)一般用于在同一个局域网中在物理层上的连接，因此只适用于同种网络。用中继器所进行的连接，其功能主要是放大传输信号，扩展网络的有效连接长度。中继器是工作在物理层上，作用是放大信号，补
53、偿由于线路长度而引起的信号衰减，可以延长局域网的地理履盖范围。中继器主要用于连接具有相同物理层的LAN，用中继器进行网络扩展的优点是简单方便，与上层协议没有任何关系，也没有网络流量控制等功能，仅仅受MAC协议要求的限制。注意MAC协议有定时特性，延迟有一定的限制，所以不能用中继器将线路无限地连接起来，在以太网中，中继器使用数量一般不能超过4个，即最多可以连接5个网段。110计算机科学与技术学院用中继器扩展网络有效长度中继器 111计算机科学与技术学院5.8.2 通过集线器扩展p集线器也称为Hub，从本质上说，Hub也是中继器的一种，但在使用上更加灵活方便。连接线通常使用UTP双绞线，连接器通常
54、使用RJ-45接头。p集线器大致可分成3种类型，即普通型、可叠加组合型和高档智能型。普通型集线器一般只能用来连接单一网络的设备，连接距离等有较严格的规定，功能简单，价格便宜。可叠加组合型集线器主要是为了扩充局域网，可把若干分立的集线器组合起来成为一个逻辑整体，可拥有可扩充的多个接口。智能集线器可支持多种局域网类型，如以太网、令牌环、FDDI等。通常有容错能力，可平衡负载，有一定的管理能力。112计算机科学与技术学院用HUB联网实例 113计算机科学与技术学院5.8.3 通过网桥扩展p在有些情况下，一个单一的局域网往往不能胜任工作，如地理履盖范围超过了网络规定的总长度(以太网只有2.5 km)，
55、两个不同的局域网为了共享资源需要互相连接起来，这时就需要用网桥。p网桥还具有隔离网段的功能，所以它可以调整网络的负载，屏蔽某些节点故障，提高网络的可靠性，并由于其隔离能力可以提高网络安全性、保密性。p由于网桥是工作在数据链路层，这样用网桥所连接的网络覆盖范围可以不受以太网的最大长度限制。114计算机科学与技术学院网桥的工作过程115计算机科学与技术学院网桥的内部结构116计算机科学与技术学院使用网桥带来的好处p过滤通信量。p扩大了物理范围。p提高了可靠性。p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。117计算机科学与技术学院网桥使
56、各网段成为隔离开的冲突域118计算机科学与技术学院冲突、冲突域/广播、广播域的基本概念冲突是指在同一个网段上，同一个时刻只能有一个信号在发送，否则两个信号相互干扰，即发生冲突。冲突会阻止正常帧的发送。冲突域是指能够发生冲突的网段。冲突域大了，有可能导致一连串的冲突，最终导致信号传送失败。单播和广播是两种主要的信息传送方式，广播方式是指一台主机同时向网段中所有的其他计算机发送信息，广播方式会占用大量的通信资源。广播域是指广播能够到达的网段范围。因此，广播域的大小要有一定的限制。119计算机科学与技术学院3种网络设备的特点pHUB的所有端口都在一个冲突域和一个广播域pSWITCH的所有端口都在一个
57、广播域，每个端口是一个冲突域，只有在划分VLAN之后才能分割广播域pROUTER的每个端口是一个冲突域也是一个广播域120计算机科学与技术学院不同的设备对降低冲突域和广播域所起的作用不同。n中继器和集线器可以放大信号，但是它不区分有效信号与无效信号，因此会扩大冲突域。n网桥和交换机、路由器不会传递干扰和无效帧，因此可以降低冲突域。n路由器和三层交换机不传递广播数据包，所以可以降低广播域；其他设备传递广播数据包，所以扩展了广播域。n注：一个VLAN是一个广播域，VLAN可以隔离广播，划分VLAN的其中的一个目的就是隔离广播。121计算机科学与技术学院使用网桥带来的缺点u存储转发增加了时延。u在M
58、AC 子层并没有流量控制功能。u具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时，时延更大。u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多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。122计算机科学与技术学院网桥“盲目地”广播会使网络无用的通信量剧增，造成“广播风暴”；123计算机科学与技术学院124计算机科学与技术学院用网桥连接两个相同或不同的局域网125计算机科学与技术学院网桥的工作性质l用网桥来进行网络的互连是通过使用不同的数据链路层协议来实现的。这些协议包含了寻址、介质访问算法、流量控制及错误处理和恢复等。在两个网络(可以是相同网络，亦可是不同网络
59、)用网桥桥接时，网桥首先对所接收到的数据链路帧进行分析，并根据帧中所包含的信息做出是否转发的决定。如需要转发，则根据数据帧中的目的地址提取出到达目标的完整路径。l网桥的操作对上层协议来说是透明的。因为是工作在数据链路层，所以没有必要检查上层来的信息，而只是要求能够迅速转发网络层协议的分组(Packet)。此外，还可以根据信息需求进行帧过滤，如拒绝转发来自某一网络地址的所有帧，或者滤掉冗余的广播分组和多路重发分组等。126计算机科学与技术学院网桥分类p根据网桥的用途可以将网桥分成本地网桥和远程网桥两类。本地网桥能够直接把多个LAN网段连接起来。远程网桥通常要通过其他通信介质(如通信子网)把不同区
60、域的多个LAN网段连接起来。但对远程网桥的要求要更高、更复杂一些。因为涉及到局域网和广域网的速度差异问题，所以至少要有相当大的速度缓冲能力。127计算机科学与技术学院按处理方式p网桥按处理方式又可分为转换桥和封装桥。转换桥是将原来的数据链路帧封装打开检查，如果数据格式与目的网络的数据链路格式一致，则直接用目的链路的帧路的帧格式封装即可。否则还要进行数据格式转换之后再封装成目的网格的帧格式。封装桥主要用于两个局域网通过其他类型的网络进行互连的情况，如Ethernet-FDDI-Ethernet，即两个以太网通过FDDI主干网进行互连的情况。由于以太网与FDDI的链路层差异比较大，所以不适合使用转
61、换桥，使用路由器又会影响效率，这时可以用封装桥来完成连接。封装桥把以太网协议帧作为数据封装在FDDI协议帧中，等传到了另一端以太网再将其拆封还原。这样既可以保证效率，实现起来又较容易，而且设备费用也较低。128计算机科学与技术学院Ethernet-FDDI-Ethernet封装桥EthernetEthernetFDDI129计算机科学与技术学院其他分类还可把网桥分成基于MAC子层的网桥和基于LLC子层的网桥，前者主要用于连接同构网络(如IEEE802.3和IEEE802.3),后者可用于不同链路层协议之间的转换(如IEEE802.3和IEEE802.5)。当网桥接收到一个帧时，一旦决定转发，就
62、要确定正确的路径以便将帧转送到正确的目的网络站点。根据所采用的路由选择算法差异又可将网桥分为透明桥(Transparent Bridges)和源路由选择桥(Source Routing Bridges)。130计算机科学与技术学院透明网桥p目前，使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)。透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE802.1D。“131计算机科学与技术学院源路由网桥透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的
63、路由信息放在帧的首部中。源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。132计算机科学与技术学院多接口网桥以太网交换机p1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。p交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。p以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，可见交换机工
64、作在数据链路层。133计算机科学与技术学院5.8.4 通过交换机扩展集线器可以对局域网进行扩展，但是由集线器扩展的局域网(如以太网)的带宽和原来的一样，属于共享带宽的性质。每个用户的带宽是总带宽的1/N。如果总带宽是10Mb/s，有10个用户，每个用户就是1Mb/s。为了保证用户的带宽，现在普遍使用交换机来扩展局域网。交换机有时又称为交换式集线器(Switching Hub)，它可以同时连通许多对端口，而每对端口都可以独享带宽。比如说用的是10 Mb/s的交换式集线器，如果有N对端口，则每对用户都有10 Mb/s的带宽，而交换机总容量就是(10Mb/s)N。在所有接入设备的软件、硬件、网卡等都
65、不需要进行改动的情况下，即接入设备可继续使用原来的CSMA/CD协议。134计算机科学与技术学院用交换机组网实例以太网交换机S1S2S3S4S5S6S7Server最大流量=100Mx4=400M135计算机科学与技术学院交换机的工作模式(1)存储转发(store-and-forward)模式当一个帧进入交换机时，首先将它暂存到该 端口的高速缓存中，并进行差错检查；1.再根据该帧的目的地址从自学习生成的端口- 地址表中找到要转发的目的端口号；2.然后，把该帧转发到目的端口，送到目的站 上。3.传输可靠是这种方式的最大优点，但延迟时间长也是其显而易见的不足之处。136计算机科学与技术学院交换机的
66、工作模式(2)直通交换(cut-through)模式当一个帧来到交换机时，只要获得了目的地址，从端口-地址表获得目的地址，就立刻进行转发，这样就省略了串-并和并-串转换时间及帧检查时间。所以速度很快，延迟很小。但由于其不进行帧的差错检查，所以，帧碎片和错误帧也被交换直到目的站。这时，由于帧差错而引起的重发等操作会降低系统的效率。137计算机科学与技术学院(3)碎片丢弃模式这是存储转发模式和直通交换模式的折衷方式，当交换机的输入端口上的帧达到64字节(512bit)时，交换机就根据该帧的前6个字节表示的目的地址从端口-地址表中找到要转发的目的端口号，然后把该帧转发到目的端口，实现端口间帧的交换。
67、这种方式可以确定该帧是否是碎片帧，因为碎片帧必然小于512字节，这时交换机就自动丢弃它，而不会将它送到目的交换端口。这种方式仍不进行差错检查，所以对链路质量要求比较高。138计算机科学与技术学院5.8.5 通过路由器实现网络互连p路由器(Router)是多个网络和介质之间实现网络互连的一种设备，是一种比网桥更复杂的网络互联设备，适合于连接复杂的大型网络。它工作于网络层，因而可以用于连接网络层、数据链路层、物理层执行不同协议的网络，协议的转换由路由器完成，从而消除了网络层协议之间的差别。p由于路由器工作于网络层，它处理的信息量比网桥要多，因而处理速度比网桥慢。但路由器的互连能力强，可以执行复杂的
68、路由选择算法。在具体的网络互连中，采用路由器还是采用网桥，取决于网络管理员的需要和具体的网络环境。p在网络上，路由器拥有自己的网络地址，而网桥没有，这是二者之间最主要的区别。139计算机科学与技术学院用路由器连接网络140计算机科学与技术学院路由器的作用路由器是用于连接多个逻辑上分开的网络。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。路由器是属于网络层的一种互联设备，只接收源站或其他路由器的信息，它不关心各子网使
69、用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。141计算机科学与技术学院路由器的主要工作n路由器的主要工作是为经过路由器的多个数据包寻找一个最佳的传输路径，在路由器中最关键的就是采用的路由算法。为完成该项工作，在路由器中保存着一张各种传输路径的有关数据表，也就是路由表(Routing Table)，供路由器选择路由时使用。该表中存放着子网的标志信息、网络中路由器的个数和下一个路由器的名称等内容。路由表一般只给出可以到达数据接收方的下一台路由器的路径。路由表有静态路由表和动态路由表之分，静态路由表必须由网络管理员手动更新，动态路由表则由网络软件负责更新维护。路由器利用自学习能力自动记忆网络运
70、行情况，并计算出最佳传输路径。142计算机科学与技术学院路由器主要具有如下功能：分组转发，提供最佳路径，将不同硬件技术的网络互联起来。必要时进行分组格式和分组长度的转换。提供隔离，划分子网，路由器的每一端口都是一个单独的子网。提供经济合理的WAN接入。支持备用网络路径，支持网状网络拓扑，互联各种局 域网和广域网。适用于大型网络。保护网络免受入侵(软/硬件防火墙的组成部分)。143计算机科学与技术学院5.8.6 通过网关实现网络互连p网关(Gateway)是一种更复杂的网络连接设备，用于连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网，能实现异构设备之间的通信，对不同的传输层、会话层、表示层、
71、应用层协议进行翻译和变换。p网关具有对不兼容的高层协议进行转换的功能，例如使用NetWare的PC工作站和SUN网络互连，两者不仅硬件不同，而且机器的数据结构和使用的协议也不同，这时就需要使用网关作为互连设备。144计算机科学与技术学院网关的概念145计算机科学与技术学院网关主要具有如下功能把一种协议变成另一种协议，把一种数据格式变成另一种数据格式，把一种速率变成另一种速率，以求两者的统一；提供中转中间接口。在Internet中，网关能根据用户通信用的计算机的IP地址，界定是否将用户发出的信息送出本地网络，同时，它还接收外界发送给本地网络计算机的信息。由于网关是实现互连、互通和应用互操作的设施
72、。通常又多是用来连接专用系统，市场上从未有过出售网关的广告或公司，在这种意义上，网关是一种概念，或一种功能的抽象。所以称为设施，是因为网关不一定是一台设备，有可能在一台主机中实现网关功能，当然也不排除使用一台计算机来专门实现网关具有的协议转换功能。网关的范围很宽，在TCP/IP网络中，网关有时所指的就是路由器。146计算机科学与技术学院大型局域网与Internet的连接Si147计算机科学与技术学院小结l局域网设计的主要目标是覆盖一个公司、一所大学、一幢办公大楼的“有限的地理范围”；l决定局域网特性的三要素是：网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法 ；l从采用的介质访问控制方法的角度，局域网可以
73、分为共享介质式局域网与交换式局域网两类 ；l目前应用最为广泛的局域网是10Mb/s速率的Ethernet网，速率为100Mb/s的Fast Ethernet与1Gb/s、10GE的Gigabit Ethernet已成为高速局域网方案中的首选技术，更高传输速率的100Gb/s的Ethernet正在研究中；148计算机科学与技术学院lEthernet核心技术：帧格式、CSMA/CD、物理层标准l交换式局域网通过局域网交换机支持连接到交换机端口的结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输，增加了网络带宽，改善局域网的性能与服务质量；l交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础。l无线局域网技术l网络扩展与互连技术149计算机科学与技术学院
