第3章局域网技术

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1、第第3章局域网技术章局域网技术3.1局域网的技术特点局域网的技术特点3.2局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构3.3IEEE 802参考模型与协议参考模型与协议3.4共享介质局域网的工作原理共享介质局域网的工作原理3.5高速局域网技术高速局域网技术3.6交换式局域网技术交换式局域网技术3.7虚拟局域网技术虚拟局域网技术3.9本章总结本章总结肋扶乓哺山痴琵戎谨疮盟哆峡铂汾劳泉惨瘁搽夺脾忿婴者泌魂您难荡龙玻第3章局域网技术第3章局域网技术3.1局域网的技术特点局域网的技术特点 局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点，局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点，是目前技术发展最快的领域之一。

2、主要特点如下：是目前技术发展最快的领域之一。主要特点如下：覆盖有限的地理范围。覆盖有限的地理范围。适用于公司、机关、校园、工厂等有适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求。限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求。主要技术包括主要技术包括网络拓扑网络拓扑、传输介质传输介质与与介质访问控制方法。介质访问控制方法。 数据传输速率高（数据传输速率高（10M10000Mbps）、误码率低。）、误码率低。 一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。 按介质访问控制方法可分为按介质访问控制方法可分为共享介质局

3、域网共享介质局域网与与交换局域网交换局域网。于丈冤螺铱诅赢矛沥队错奉谦百乞降纫底趟瘩格吸香裁薄吻我渊莲秧柴楚第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.13.2.1总线型拓扑结构总线型拓扑结构1. 总线型拓扑结构总线型拓扑结构 总线型拓扑结构如图总线型拓扑结构如图3.1所示。介质访问控制方法采用所示。介质访问控制方法采用的是的是共享介质共享介质方式。优点是：结构简单，实现容易，易于方式。优点是：结构简单，实现容易，易于扩展，可靠性较好。扩展，可靠性较好。3.2局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构主要分为主要分为总线型总线型、环型环型与与星型星型三种结构。三种结构。株睹蚌俐跃礁泊濒陛圃带俩去第冉狭舞住

4、裴粳辱盟愤暗铲紊灰婴建嘻坞口第3章局域网技术第3章局域网技术2. 总线型拓扑结构的介质访问特点总线型拓扑结构的介质访问特点所有结点都通过网卡直接连接到一条公共传输介质的总线上。所有结点都通过网卡直接连接到一条公共传输介质的总线上。 总线通常采用双绞线或同轴电缆作为传输介质。总线通常采用双绞线或同轴电缆作为传输介质。 所有结点都可通过总线发送或接收数据，但同一时间内只允所有结点都可通过总线发送或接收数据，但同一时间内只允 许一个结点以许一个结点以“广播广播”方式发送数据，其他的结点只能以方式发送数据，其他的结点只能以“收收听听” 方式接收数据。方式接收数据。 由于总线为多个结点共享，就有可能出现

5、同一时刻有两个或两由于总线为多个结点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两 个以上结点发送数据的情况，因此会出现个以上结点发送数据的情况，因此会出现“冲突冲突”（collision）导导 致传输失败。冲突现象如图致传输失败。冲突现象如图3.2所示。所示。 在在“共享介质共享介质”方式的总线型局域网实现技术中，必须解决方式的总线型局域网实现技术中，必须解决多多 个结点访问总线的介质访问控制（个结点访问总线的介质访问控制（MAC，medium access control）问题。）问题。毗眉袱久凰樟笼御兵培怕卜欲侍耘卷眶源峰挨瞧碉怯锹奉疹恒脖辗拦眶刘第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.33.2

6、.2环型拓扑结构环型拓扑结构 环型局域网的拓扑结构如图环型局域网的拓扑结构如图3.3所示。在环型拓扑结构所示。在环型拓扑结构中，结点通过相应的网卡，使用点中，结点通过相应的网卡，使用点-点线路连接，构成闭合点线路连接，构成闭合的环型。环中数据沿一个方向绕环逐站传输。的环型。环中数据沿一个方向绕环逐站传输。颐服麓尉瓣憋伸濒杏痉阎驰铣液箭哺射庸旺好甲愁悔躁吼捏伶交徽腹叫阿第3章局域网技术第3章局域网技术3.2.3星型拓扑结构星型拓扑结构 逻辑结构逻辑结构是指局域网的是指局域网的结点间相互通信的关系结点间相互通信的关系，而，而物理结物理结构构是指局域网是指局域网外部连接形式外部连接形式。 在共享式局

7、域网（在共享式局域网（shared LAN）中，中心结点是一种共享式）中，中心结点是一种共享式集线器，构成集线器，构成 星型拓扑的物理结构是星型，而逻辑结构是总线星型拓扑的物理结构是星型，而逻辑结构是总线型。典型的星型局域网的拓扑结构如图型。典型的星型局域网的拓扑结构如图3.4所示。所示。同时只能有一同时只能有一台电脑发送信息。台电脑发送信息。 实际应用的局域网往往是一种或几种基本拓扑的扩展与组合。实际应用的局域网往往是一种或几种基本拓扑的扩展与组合。1、逻辑结构与物理结构、逻辑结构与物理结构2、交换局域网与共享局域网的星型拓扑、交换局域网与共享局域网的星型拓扑 在交换式局域网（在交换式局域网

8、（switched LAN）中，中心结点是一种局域）中，中心结点是一种局域网交换机，可以在多对通信结点之间建立并发的逻辑连接。星网交换机，可以在多对通信结点之间建立并发的逻辑连接。星型拓扑的物理结构与逻辑结构是统一的。型拓扑的物理结构与逻辑结构是统一的。同时可以有两台以上同时可以有两台以上电脑发送信息。电脑发送信息。屉拂蚤恶弧展霉奖憨资贸絮口妆汀膘铅葱俐有宿仁效息福追挠叛旨呕消春第3章局域网技术第3章局域网技术3.3IEEE 802参考模型与协议参考模型与协议局域网常用的传输介质局域网常用的传输介质： 同轴电缆、同轴电缆、双绞线双绞线、光纤光纤与与无线通信信道无线通信信道。一般在同一建筑。一般

9、在同一建筑物内的局域网中使用双绞线；在建筑物和建筑物之间或远距离传物内的局域网中使用双绞线；在建筑物和建筑物之间或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。输中使用光纤；在有移动结点的局域网中采用无线技术。介质访问控制方法：介质访问控制方法： 传统的局域网采用共享介质的工作方式。为实现对多结点使传统的局域网采用共享介质的工作方式。为实现对多结点使用共享介质发送和接收数据的控制，目前被普遍采用并形成国际用共享介质发送和接收数据的控制，目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有以下三种：标准的介质访问控制方法主要有以下三种： 带有冲突检测的载波侦听多路访问（带有冲突检测的

10、载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法）方法 令牌总线（令牌总线（token bus）方法）方法 令牌环（令牌环（token ring）方法。）方法。违还陨运匙录突混戍缘吊童补需戮驰尤恒吝碎肌糖整轮僵勇腾抿辑忿券祖第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.5 1、IEEE 802参考模型参考模型 1980年年2月，月，IEEE成立了局成立了局域网标准委员会（简称域网标准委员会（简称IEEE 802委员会），专门从事局域网标准委员会），专门从事局域网标准化工作，并制定了化工作，并制定了IEEE 802标准。标准。IEEE 802标准所描述的局域网参标准所描述的局域网参考模型与考模型与OSI参考模

11、型的关系如参考模型的关系如图图3.5所示。所示。蔑揽必尽寒蝇房釜懈滥铃踊耘拷拢侗谤冤骗喷挑匙棠她元崖挖鹃窄垒阀欧第3章局域网技术第3章局域网技术2、IEEE 802标准标准 IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为为IEEE 802标准。标准。IEEE 802标准之间的关系如图标准之间的关系如图3.6所示。所示。图图 3.6揍撤垃培锑视删圃糖柯缝燎钳渡王妻津渠凰请票搔猪帝岂贞时膊会晒肢枕第3章局域网技术第3章局域网技术IEEE 802标准主要包括以下几种：标准主要包括以下几种：IEEE 802.1：局域网体系结构、网络互连、网络管理与性

12、能局域网体系结构、网络互连、网络管理与性能 测试。测试。IEEE 802.2：逻辑链路控制子层功能与服务。：逻辑链路控制子层功能与服务。IEEE 802.3：CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规总线介质访问控制子层与物理层规 范。范。IEEE 802.4：令牌总线介质访问控制子层与物理层规范。：令牌总线介质访问控制子层与物理层规范。IEEE 802.5：令牌环介质访问控制子层与物理层规范。：令牌环介质访问控制子层与物理层规范。IEEE 802.6：城域网介质访问控制子层与物理层规范。：城域网介质访问控制子层与物理层规范。IEEE 802.7：宽带网络技术。宽带网络技术。IEEE 802

13、.8：光纤传输技术。光纤传输技术。IEEE 802.9：综合语音与数据局域网（：综合语音与数据局域网（IVD-LAN）技术。）技术。IEEE 802.10：可互操作的局域网安全性规范（：可互操作的局域网安全性规范（SILS）。）。IEEE 802.11：无线局域网技术。：无线局域网技术。逮疯驼焊掩稀杜灵耙殷株装衅藤锌兴癸整饶印轻枝骏濒贵顾恭铱埃掷堰列第3章局域网技术第3章局域网技术3.4共享介质局域网的工作原理共享介质局域网的工作原理3.4.1以太网的工作原理以太网的工作原理 目前应用最广的一类局域网是总线型局域网，即目前应用最广的一类局域网是总线型局域网，即以太网以太网（Ethernet）。

14、它的核心技术是随机争用型介质访问控制方）。它的核心技术是随机争用型介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问（法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD，carrier sense multiple access with collision detection）方法。）方法。1.CSMA/CD的发展与定义的发展与定义1）、发展）、发展 1981年年11月公布了月公布了Ethernet V 2.0规范。规范。IEEE 802.3标准是在标准是在 Ethernet V 2.0规范的基础上制定的，它的制定推动了以太网规范的基础上制定的，它的制定推动了以太网 技术的发展与广泛应用。

15、技术的发展与广泛应用。 1980年年9月，月，Xerox 、DEC 与与Intel等三家公司合作，第一次公等三家公司合作，第一次公 布了布了Ethernet的物理层、数据链路层规范；的物理层、数据链路层规范；狭慰廖盾神汉痒祥绢绝裁赴鬃召勒儿故氦轰羚腾衅献锚共注谎寥蒂筋旁抚第3章局域网技术第3章局域网技术90年代，年代，IEEE 802.3标准中的物理层标准标准中的物理层标准10Base-T的推出，的推出，使得以太网性能价格比大大提高，并在各种局域网产品的竞使得以太网性能价格比大大提高，并在各种局域网产品的竞争中占有明显的优势。争中占有明显的优势。快速以太网标准快速以太网标准100BASE-T的

16、推出，更进一步增强了以太网的推出，更进一步增强了以太网的竞争优势。目前，的竞争优势。目前， 1Gbps（千兆）以太网已很成熟；万兆（千兆）以太网已很成熟；万兆以太网得到普遍应用；十万兆以太网正在逐步应用。以太网得到普遍应用；十万兆以太网正在逐步应用。2）、定义）、定义 CSMA/CD 方法用来解决多结点如何共享总线的问题。在方法用来解决多结点如何共享总线的问题。在以太网中，任何结点都没有可预约的发送时间，它们的发送都以太网中，任何结点都没有可预约的发送时间，它们的发送都是随机的，所有结点都必须平等地争用发送时间，这种介质访是随机的，所有结点都必须平等地争用发送时间，这种介质访问控制属于问控制属

17、于随机争用随机争用方法。方法。死迸社密扣柑祈科答径钱射梆赃扣副梨趟奴挛肆舌键铱郭题俘迷司眷杨虹第3章局域网技术第3章局域网技术2. CSMA/CD 的工作原理的工作原理 如果一个结点要发送数据，就以如果一个结点要发送数据，就以“广播广播”方式向总线发送方式向总线发送数据，连在总线上的所有结点都能数据，连在总线上的所有结点都能“收听收听”到这个数据信号。到这个数据信号。为有效地实现多结点访问公共传输介质的控制策略，为有效地实现多结点访问公共传输介质的控制策略，CSMA/CD的发送流程可概括为四点：的发送流程可概括为四点：先听后发，边听边发，先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发。冲突停止，

18、随机延迟后重发。 每个结点利用总线发送数据时，首先要侦听总线的忙闲状每个结点利用总线发送数据时，首先要侦听总线的忙闲状态。如果一个结点准备好发送的数据帧，并且此时总线处于空态。如果一个结点准备好发送的数据帧，并且此时总线处于空闲状态，那么它就可以开始发送。闲状态，那么它就可以开始发送。 但发送数据时同时还存在着一种可能，那就是在几乎相同但发送数据时同时还存在着一种可能，那就是在几乎相同的时刻，有两个或两个以上结点发送了数据，那么就会产生冲的时刻，有两个或两个以上结点发送了数据，那么就会产生冲突，因此结点在发送数据时应该进行冲突检测。图突，因此结点在发送数据时应该进行冲突检测。图3.7显示了显示

19、了采用采用CSMA/CD方法的总线型局域网的工作过程。方法的总线型局域网的工作过程。坤察戴尧眶哦命昆自潦韵灼巩畏娃神臭夯驭附翅冀梁蹭涌泻款痒陛汽囤绘第3章局域网技术第3章局域网技术冲突检测过程：冲突检测过程：结点在发送数据的同时，将它发送的信号波形与从总线上接结点在发送数据的同时，将它发送的信号波形与从总线上接收到的信号波形进行比较。收到的信号波形进行比较。如果总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，那么叠加如果总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，那么叠加后的信号波形将不等于任何结点发送的信号波形。后的信号波形将不等于任何结点发送的信号波形。当发送结点发现自己发送的信号波形与从总线上接收到

20、的信当发送结点发现自己发送的信号波形与从总线上接收到的信号波形不一致时，表示总线上有多个结点在同时发送数据，号波形不一致时，表示总线上有多个结点在同时发送数据，冲突已经产生。冲突已经产生。如果在发送数据过程中没有检测出冲突，结点将在发送结束如果在发送数据过程中没有检测出冲突，结点将在发送结束后进入正常结束状态。后进入正常结束状态。如果在发送数据过程中检测出冲突，结点将停止发送数据，如果在发送数据过程中检测出冲突，结点将停止发送数据，并在随机延迟后重发。并在随机延迟后重发。最雄啥艳敝棍碌纤闰洒骏冈时殴盂揖藐嘿汐蜕偷测升例勃悉合往使炙素稳第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.83.4.2令牌环

21、与令牌总线的工作原理令牌环与令牌总线的工作原理 1. 令牌总线的工作原理令牌总线的工作原理 IEEE 802.4标准定义了令牌总线介质访问控制方法与相标准定义了令牌总线介质访问控制方法与相应的物理规范。应的物理规范。令牌总线令牌总线是一种在总线拓扑中利用是一种在总线拓扑中利用“令牌令牌”作为控制结点访问公共传输介质的作为控制结点访问公共传输介质的确定型确定型介质访问控制方法。介质访问控制方法。图图3.8是正常的稳态操作时令牌总线的工作过程。是正常的稳态操作时令牌总线的工作过程。迢玲殖氏当钒淄赃握冯杨猖笨找祷萎萝奏其斌粱冤甲职浇爽傈囚疑受寒攫第3章局域网技术第3章局域网技术在采用令牌总线的局域网

22、中，任何一个结点只有在取得令在采用令牌总线的局域网中，任何一个结点只有在取得令牌后才能使用总线去发送数据。令牌是一种特殊结构的控牌后才能使用总线去发送数据。令牌是一种特殊结构的控制帧，用来控制结点对总线的访问权。制帧，用来控制结点对总线的访问权。所谓正常的稳态操作，是指在网络已完成初始化之后，各所谓正常的稳态操作，是指在网络已完成初始化之后，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入或撤结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入或撤出，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。此时，出，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。此时，每个结点有本站地址（每个结点有本站地址（TS），并

23、知道上一结点地址（），并知道上一结点地址（PS）与下一结点地址（与下一结点地址（NS）。）。令牌传递规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高令牌传递规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑地址依次循环传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌传递顺序与结点在总线上的物理位置无关。环。环中令牌传递顺序与结点在总线上的物理位置无关。令牌总线网在物理上是总线型，在逻辑上是环型。令牌帧令牌总线网在物理上是总线型，在逻辑上是环型。令牌帧含有一个目的地址，接收到令牌帧的结点可以在令牌持有含有一个目的地址，接收到令牌帧的结点可以在令牌持有最大时间

24、内发送一个或多个帧。最大时间内发送一个或多个帧。坤塘某搐沤菊喳怂鹃凤擒臀勃椰财杉乍屎于十忿仟龋尊未何盅宏嫉磺烬汁第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.92. 令牌环的工作原理令牌环的工作原理 最早开始于最早开始于1969年贝尔研究室的年贝尔研究室的Newhall环网，最有影环网，最有影响的令牌环网是响的令牌环网是IBM公司的令牌环。公司的令牌环。IEEE 802.5标准是在标准是在IBM公司的令牌环协议基础上发展与形成的。图公司的令牌环协议基础上发展与形成的。图3.9给出了给出了令牌环的基本工作过程。令牌环的基本工作过程。帅娠磺歧矗声避窑贷掘诞记恤诌挤写颂猎慨攘裳均揖瓦焦荒全耙偷扒瘤馏第3

25、章局域网技术第3章局域网技术在令牌环中，结点通过环接口连接成物理环形。当环正常工在令牌环中，结点通过环接口连接成物理环形。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，传送顺序与结点作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，传送顺序与结点在环中排列的顺序相同。在环中排列的顺序相同。令牌是一种特殊的令牌是一种特殊的MAC控制帧。令牌帧中有一位标志令牌的控制帧。令牌帧中有一位标志令牌的忙忙/闲。闲。如果结点如果结点A有数据帧要发送，它必须等待空闲令牌的到来。有数据帧要发送，它必须等待空闲令牌的到来。当结点当结点A获得空闲令牌之后，它将令牌标志位由获得空闲令牌之后，它将令牌标志位由“闲闲”变为变为“忙

26、忙”，然后传送数据帧。，然后传送数据帧。结点结点B、C、D将依次接收到数据帧。如该数据帧的目的地址将依次接收到数据帧。如该数据帧的目的地址是结点是结点C，则结点，则结点C在正确接收该数据帧后，在帧中标志出帧在正确接收该数据帧后，在帧中标志出帧已被正确接收和复制。已被正确接收和复制。当结点当结点A重新接收到自己发出的、已被目的结点正确接收的重新接收到自己发出的、已被目的结点正确接收的数据帧时，它将回收已发送的数据帧，并将忙令牌改成空闲数据帧时，它将回收已发送的数据帧，并将忙令牌改成空闲令牌，再将空闲令牌向它的下一结点传送。令牌，再将空闲令牌向它的下一结点传送。特点：访问延迟确定，适用于重负载环境

27、，支持优先级服务。特点：访问延迟确定，适用于重负载环境，支持优先级服务。但环维护复杂，实现较困难。但环维护复杂，实现较困难。股褐妇甥荆冠夏畔到鸡杖侵迈斜闯凿惩淌脖拢壤必优兔艘涵敲侦厌唇奶询第3章局域网技术第3章局域网技术3.5高速局域网技术高速局域网技术 3.5.1 高速局域网的研究方法高速局域网的研究方法 1. 高速局域网的发展高速局域网的发展推动局域网发展的直接因素是个人计算机的广泛应用。包括推动局域网发展的直接因素是个人计算机的广泛应用。包括计算机数量的增加和应用内容的丰富都对局域网的带宽与性计算机数量的增加和应用内容的丰富都对局域网的带宽与性能提出了更高的要求。能提出了更高的要求。传统

28、的局域网技术是建立在传统的局域网技术是建立在共享介质共享介质的基础上，随着局域的基础上，随着局域网规模不断扩大，结点数的不断增加，每个结点平均能分配网规模不断扩大，结点数的不断增加，每个结点平均能分配到的带宽将越来越少。因此，冲突和重发现象大量发生，网到的带宽将越来越少。因此，冲突和重发现象大量发生，网络效率与网络服务质量将会急剧下降。络效率与网络服务质量将会急剧下降。克服网络规模与网络性能之间矛盾的几种解决方案：克服网络规模与网络性能之间矛盾的几种解决方案：（1）提高）提高Ethernet的数据传输速率的数据传输速率 从从10Mbps提高到提高到100Mbps，甚至，甚至1Gbps、10Gb

29、ps。无论局。无论局域网的数据传输速率怎么提高，它仍采用域网的数据传输速率怎么提高，它仍采用CSMA/CD方法。方法。葱啪湿聋鸦邻俊栓渡觅臻典碰饶帛寞抿妹疑套辰痪绽里祝胆锥估宽午忙俞第3章局域网技术第3章局域网技术（2）利用局域网互连技术）利用局域网互连技术 将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的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，使每个子网作为一个独立的小型局域网。通过减少子网，使每个子网作为一个独立的小型局域网。通过减少每个子网内部结点数的方法，使每个子网的网络性能得到每个子网内部结点数的方法，使每个子网的网络性能得到改善，每个子网仍采用改善，每个子网仍采用CSMA

30、/CD的方法。的方法。（3）利用）利用“交换局域网交换局域网”技术技术 将将“共享介质方式共享介质方式”改为改为“交换方式交换方式”。交换局域网。交换局域网的核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以在它的多的核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。个端口之间建立多个并发连接。2.局域网的分类局域网的分类 从目前的发展情况来看，局域网可以分为两类：从目前的发展情况来看，局域网可以分为两类： 共享介共享介质局域网质局域网（shared LAN）、）、交换式局域网交换式局域网（switched LAN）。）。局域网产品之间的关系如图局域网产品之间的关系如图3.10

31、所示。所示。渭匆目稿亡能庙洗拈郡吧贩僧抓竖常磊跑隔监星晶拓抑爸逛蓑世呆幽桨抽第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.10型格函棕裸肛唱氓磺暴堂接盏目傍竭阶汗峻简栖狐狮耿匡橱叠彩滇豫舌纫第3章局域网技术第3章局域网技术3.5.2快速以太网快速以太网1. 快速以太网的发展快速以太网的发展 为满足用户对带宽越来越高的要求。有两条路可选：要为满足用户对带宽越来越高的要求。有两条路可选：要么重新设计一种新的局域网体系结构与介质访问控制方法，去么重新设计一种新的局域网体系结构与介质访问控制方法，去取代传统的局域网技术；要么保持传统的局域网体系结构与介取代传统的局域网技术；要么保持传统的局域网体系结构与介

32、质控制方法不变，设法提高局域网的传输速率。为保护用户已质控制方法不变，设法提高局域网的传输速率。为保护用户已有的投资，增加网络的带宽是一种明智的选择，快速以太网有的投资，增加网络的带宽是一种明智的选择，快速以太网（fast Ethernet）是符合这一要求的新一代高速局域网。）是符合这一要求的新一代高速局域网。 1995年年9月，月，IEEE 802委员会正式批准了快速以太网标准委员会正式批准了快速以太网标准 IEEE 802.3u。 快速以太网的传输速率比普通以太网快快速以太网的传输速率比普通以太网快10倍，数据传输速率倍，数据传输速率 达到了达到了100Mbps。 快速以太网保留着传统以太

33、网的所有特征，包括相同的数据快速以太网保留着传统以太网的所有特征，包括相同的数据 帧格式、介质访问控制方法与组网方法，只是将每个比特的帧格式、介质访问控制方法与组网方法，只是将每个比特的 发送时间由发送时间由100ns降低到了降低到了10ns。驹盒逊思疮抹疵玉中毡讶爬捻滇掣刽颁泉墟懂峨悬谬艰夕超褪所镑祝逮格第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.112. 快速以太网的协议结构快速以太网的协议结构 IEEE 802.3 u标准在标准在LLC子层使用子层使用IEEE 802.2标准，在标准，在MAC子层使用子层使用CSMA/CD方法，定义了新的物理层标准（方法，定义了新的物理层标准（100 BA

34、SE-T），包括介质专用接口（），包括介质专用接口（MII，media independent interface），将），将MAC 子层与物理层分隔开来。使物理层在实子层与物理层分隔开来。使物理层在实现现100Mbps 速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响不会影响MAC子层。快速以太网的协议结构如图子层。快速以太网的协议结构如图3.11所示。所示。攒财坞倍诫哎日乙妹樱冬吨边初彤卑曲拆曾剥榜嚣儡教餐沛巢遂孟京坍贸第3章局域网技术第3章局域网技术 100 BASE-T标准可以支持多种传输介质。目前，有以标准可以支持多种传输介质。目前，有以下

35、三种传输介质的标准：下三种传输介质的标准：（1）100 BASE-TX 支持两对支持两对5类非屏蔽双绞线（类非屏蔽双绞线（UTP）或两对一类屏蔽双）或两对一类屏蔽双绞线（绞线（STP）。）。100 BASE-TX是一个全双工系统，每个结点是一个全双工系统，每个结点可以同时以可以同时以100Mbps的速率发送与接收数据。的速率发送与接收数据。（2）100 BASE-T4 支持支持4对对3类非屏蔽双绞线，其中类非屏蔽双绞线，其中3对用于数据传输，一对用于数据传输，一对用于冲突检测。对用于冲突检测。（3）100 BASE-FX 支持支持2芯的多模或单模光纤。芯的多模或单模光纤。100 BASE-FX

36、主要是用作主要是用作高速主干网，从结点到集线器的距离可以达到高速主干网，从结点到集线器的距离可以达到2km，它是一，它是一种全双工系统。种全双工系统。务罗蘑戎觉熬酱肚节押冉财焊旧器惑孔氛夺芝饮境纺潞靳为汲鞘夕扛杀咨第3章局域网技术第3章局域网技术3.5.3千兆以太网千兆以太网 1. 千兆以太网的发展千兆以太网的发展（1）原因）原因随着应用的扩展，人们需要更高带宽的局域网。随着应用的扩展，人们需要更高带宽的局域网。用以太网组建企业网需要全面的解决方案：用以太网组建企业网需要全面的解决方案： 桌面系统采用传输速率为桌面系统采用传输速率为10Mbps的以太网，部门级系的以太网，部门级系统采用传输速率

37、为统采用传输速率为100Mbps的快速以太网，企业级系统采用的快速以太网，企业级系统采用传输速率为传输速率为1000Mbps的千兆以太网。的千兆以太网。由于普通以太网、快速以太网与千兆以太网有很多相似之处，由于普通以太网、快速以太网与千兆以太网有很多相似之处，并且很多企业已大量使用了以太网。因此，局域网系统升级并且很多企业已大量使用了以太网。因此，局域网系统升级到快速以太网或千兆以太网时，网络技术人员不需要重新进到快速以太网或千兆以太网时，网络技术人员不需要重新进行培训。行培训。拳甄柏馆孰擂镇辊溪驰恫撇足为间泪主钎零虹太裂哮镊淹掠趁蝗奇喂旬进第3章局域网技术第3章局域网技术如果将以太网互连到如

38、果将以太网互连到622Mbps的的ATM局域网上，一方面由于局域网上，一方面由于以太网与以太网与ATM工作方式存在着较大的差异，在采用工作方式存在着较大的差异，在采用ATM局局域网仿真时，域网仿真时，ATM网的总体性能将会下降；另一方面网络网的总体性能将会下降；另一方面网络技术人员需要重新进行培训。技术人员需要重新进行培训。（2）历史）历史1995年年11月，月，IEEE 802.3委员会成立了高速网研究组。委员会成立了高速网研究组。1996年年8月，成立了月，成立了802.3 z工作组，主要研究使用多模光纤工作组，主要研究使用多模光纤与屏蔽双绞线的千兆以太网物理层标准。与屏蔽双绞线的千兆以太

39、网物理层标准。1997年初，成立了年初，成立了802.3 ab工作组，主要研究使用单模光纤工作组，主要研究使用单模光纤与非屏蔽双绞线的千兆以太网物理层标准。与非屏蔽双绞线的千兆以太网物理层标准。1998年年2月，月，IEEE 802委员会正式批准了千兆以太网标准委员会正式批准了千兆以太网标准（IEEE 802.3 z）。）。夸耍徊篓牙豫挺咖癸猴候琴劝勉筑哉涎胆何赊澳绥粮诵踞剥倚搜川阔绥答第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.122. 千兆以太网的协议结构千兆以太网的协议结构 IEEE 802.3 z标准在标准在LLC子层使用子层使用IEEE 802.2标准，在标准，在MAC子层使用子层使用

40、CSMA/CD方法，定义了新的物理层标准（方法，定义了新的物理层标准（1000 BASE-T）以及千兆介质专）以及千兆介质专用接口（用接口（GMII，gigabit media independent interface），将），将MAC子层与物理子层与物理层分隔开来。使物理层在实现层分隔开来。使物理层在实现1000Mbps 速率时所使用的传输介质和信号编速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不会影响码方式的变化不会影响MAC子层。千兆以太网的协议结构如图子层。千兆以太网的协议结构如图3.12所示。所示。缆旱跃需汾畜娥睹命竞左撕掩直骋趾厚建资扦庸瞎穗竞裕慑狂蚁漱烤拒肃第3章局域网技术第3章

41、局域网技术 1000 BASE-T标准可以支持多种传输介质。目前，有以标准可以支持多种传输介质。目前，有以下几种传输介质的标准：下几种传输介质的标准：1000 BASE-T使用的是使用的是5类非屏蔽双绞线，双绞线长度可以类非屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到达到100m。1000 BASE-CX使用的是屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到使用的是屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到25m。1000 BASE-LX使用的是波长为使用的是波长为1300nm的单模光纤，光纤长的单模光纤，光纤长度可以达到度可以达到3000m。1000 BASE-SX使用的是波长为使用的是波长为850nm的多模光纤，光纤长的多模光纤，

42、光纤长度可以达到度可以达到300550m。视删抹竣烤垮瞪钎横亥佣移纂例澈朔乾钳顶物邵僵颅径览策聚仙识监势宅第3章局域网技术第3章局域网技术3.6 交换式局域网技术交换式局域网技术 传统的共享介质局域网是由传统的共享介质局域网是由共享式集线器共享式集线器连接组成的，随着连接组成的，随着网络规模的扩大，网络性能急剧下降。为了克服这一矛盾，出现网络规模的扩大，网络性能急剧下降。为了克服这一矛盾，出现了用了用交换式集线器交换式集线器连接组成的交换式局域网。连接组成的交换式局域网。3.6.1交换式局域网的基本结构交换式局域网的基本结构 交换式局域网的核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以交换式局域网的

43、核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以 在它的多个端口之间建立多个并发连接。图在它的多个端口之间建立多个并发连接。图3.13显示了共享介显示了共享介 质局域网与交换局域网工作原理的区别。质局域网与交换局域网工作原理的区别。 典型的交换式局域网是典型的交换式局域网是交换式以太网交换式以太网（switched Ethernet），）， 它的核心部件是以太网交换机（它的核心部件是以太网交换机（Ethernet switch）。以太网交）。以太网交 换机可以有多个端口，每个端口可以单独与一个结点或一个以换机可以有多个端口，每个端口可以单独与一个结点或一个以 太网集线器（太网集线器（hub）连接。）连

44、接。交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量。质量。僧怠焉哟丈拦雨镇虏奇涪寅桨鸣通斗说驴桌魁吗旺秆朋凰肝巡在撼枢争灭第3章局域网技术第3章局域网技术图图 3.143.6.2局域网交换机的工作原理局域网交换机的工作原理1. 局域网交换机的工作原理局域网交换机的工作原理 典型的局域网交换机结构与工作过程如图典型的局域网交换机结构与工作过程如图3.14所示。交换机所示。交换机根据根据“端口号端口号/MAC地址映射表地址映射表”建立起端口号与结点建立起端口号与结点MAC地址的地址的对应关系。对应关系。盆酌光谊柄涕庄情拟筋算拱垣惑猫低售

45、坍批撮赘涣么秦泌竹钨款棚芦俐键第3章局域网技术第3章局域网技术2. 交换机的帧转发方式交换机的帧转发方式以太网交换机的帧转发方式可以分为以下三类：以太网交换机的帧转发方式可以分为以下三类：(1) 直接交换方式直接交换方式 在直接交换（在直接交换（cut through）方式中，交换机只要接收并）方式中，交换机只要接收并检测到目的地址字段，立即将该帧转发出去，而不管这一帧检测到目的地址字段，立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错。帧出错检测任务由结点主机完成。这种交换数据是否出错。帧出错检测任务由结点主机完成。这种交换方式的优点是交换延迟时间短；缺点是缺乏差错检测能力，方式的优点是交换延迟

46、时间短；缺点是缺乏差错检测能力，不支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发。不支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发。(2) 存储转发交换方式存储转发交换方式 在存储转发（在存储转发（store and forward）方式中，交换机首先）方式中，交换机首先完整地接收帧，并进行差错检测。如果接收帧是正确的，则完整地接收帧，并进行差错检测。如果接收帧是正确的，则根据帧目的地址确定输出端口号，然后再转发出去。优点是根据帧目的地址确定输出端口号，然后再转发出去。优点是具有帧差错检测能力，支持不同输入输出速率的端口之间的具有帧差错检测能力，支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发，缺点是交换延迟时间长。帧

47、转发，缺点是交换延迟时间长。卸疵滤钢普讶吏抒裴框椿苔贵茹垄峻志暮吹担颗淮吸擂堕卿壬延膜地倚痴第3章局域网技术第3章局域网技术 存储转发式存储转发式：完全接收存储了一个帧后，再进行转发。延时大。：完全接收存储了一个帧后，再进行转发。延时大。 直通式直通式（cut-through）。大大降低了延时，但可能会转发坏帧。）。大大降低了延时，但可能会转发坏帧。 改进的直通式：改进的直通式：接收完帧的头接收完帧的头64个字节（基本可检测出是否坏帧）后再进个字节（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的折衷。行转发。在交换延迟和错误校验之间取得较好的折衷。交换机三种转发技术的

48、比较交换机三种转发技术的比较存储转发式存储转发式 的转发点的转发点改进型直通式改进型直通式 的转发点的转发点直通式的直通式的转发点转发点(3) 改进直接交换方式改进直接交换方式 改进的直接交换方式则将二者结合起来，在接收到帧的前改进的直接交换方式则将二者结合起来，在接收到帧的前64字节后，字节后，判断以太网帧的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。其交换延迟时判断以太网帧的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。其交换延迟时间与直接交换方式比较接近；比存储转发交换延迟时间少。间与直接交换方式比较接近；比存储转发交换延迟时间少。伦直嗡迂镊桅弗视血亡捅迟喇聊墅你畜嗽队析倡览煮力硫举郡纸寐乌靶照第3章

49、局域网技术第3章局域网技术一、概念的引入 首先看一个例子，某校有五栋建筑物，共六个系，要求按系首先看一个例子，某校有五栋建筑物，共六个系，要求按系划分子网，并用划分子网，并用共享式集线器共享式集线器和和路由器路由器实现。实现。1号楼1、2、6系2号楼2、3、4系网络中心楼3号楼3、4、5系4号楼1、5、6系3.7虚拟局域网技术虚拟局域网技术 传统局域网划分的子网称做传统局域网划分的子网称做物理局域网物理局域网，在交换式局域网，在交换式局域网的基础上通过软件划分的子网称做的基础上通过软件划分的子网称做虚拟局域网虚拟局域网。馒非堂玲汗筒擂矢塑笋商夹吧订祟佐吓翠憨嚼哼畴寡念怎痢记丁舌炕噶浊第3章局域

50、网技术第3章局域网技术1号楼号楼1、2、6系系2号楼号楼2、3、4系系网络中心楼网络中心楼3号楼号楼3、4、5系系4号楼号楼1、5、6系系1系系2系系3系系4系系5系系6系系共需要共需要6端口路由器一台，端口路由器一台，HUB十八台，线缆十八条。十八台，线缆十八条。浑浚批字剂躯狙盒岳缝君扰公迟衰钓宿纳次畸责他谐色荔掘恫步丁猩夷庸第3章局域网技术第3章局域网技术1、2、6系1号楼号楼2、3、4系系2号楼号楼网络中心楼网络中心楼3、4、5系系3号楼号楼1、5、6系系4号楼号楼共需要路由器一台，交换机五台，线缆五条。楼内交换机按端口划分子网，主干线路需支持跨交换机划分子网，路由器支持子端口和VLAN

51、功能。用用路由器路由器和和交换机交换机采用采用VLAN技术技术实现的情况：实现的情况：主干交换机主干交换机楼楼内内交交换换机机楼楼内内交交换换机机羔汇帮可泊右晦扦曼讽斯拖谴韩损从稚同赠粗鸣喧辉把灵拄法躯贞措坪痛第3章局域网技术第3章局域网技术二、传统二、传统 LANs 和和 VLANs的区别的区别1、 集线器集线器(Hub)与与 交换机交换机(Switch)、 冲突域与广播冲突域与广播 域的区别。域的区别。2、传统、传统LANs基本基本 上是按物理位置上是按物理位置 构成的。若要把构成的。若要把 不同建筑物中主不同建筑物中主 机组成一个机组成一个LAN 比较困难。比较困难。3、VLANs可以很

52、容可以很容 易地把不同建筑易地把不同建筑 物中的主机逻辑物中的主机逻辑 地按功能组成一地按功能组成一 个个LAN。戳岂蕴匆役兼岭弗风索拥津殃冬丫暗岗样织赛墒爸务暖铅软穷减扳碍箕陶第3章局域网技术第3章局域网技术3.9 本章总结本章总结(1)局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题，局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题， 也是目前技术发展最快的领域之一。也是目前技术发展最快的领域之一。(2) 局域网与广域网的重要区别是它们覆盖的地理范围。因此局域网与广域网的重要区别是它们覆盖的地理范围。因此它在基本通信机制上选择了与广域网完全不同的方式，从它在基本通信机制上选择了与广域网

53、完全不同的方式，从存储转发存储转发方式改变为方式改变为共享介质共享介质方式与方式与交换方式交换方式。(3) 局域网在网络拓扑结构上主要分为总线型、环型与星型结局域网在网络拓扑结构上主要分为总线型、环型与星型结构三种。在网络传输介质上，局域网主要采用双绞线、同轴构三种。在网络传输介质上，局域网主要采用双绞线、同轴电缆与光纤，但目前无线局域网技术的发展也十分迅速。电缆与光纤，但目前无线局域网技术的发展也十分迅速。(4) 从介质访问控制方法的角度，局域网可以分为共享介质局从介质访问控制方法的角度，局域网可以分为共享介质局域网与交换局域网两类。域网与交换局域网两类。(5) 目前应用最广泛的一类局域网是

54、以太网，它的核心技术是目前应用最广泛的一类局域网是以太网，它的核心技术是随机争用共享介质的访问控制方法，即带有冲突检测的载波随机争用共享介质的访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问（侦听多路访问（CSMA/CD）方法。）方法。葛陋九墙颇缅孜还满陪凛恳慢围吃扼诲傍慕魂逗抖斋啤腕歹峙嫡蛮赡梢涪第3章局域网技术第3章局域网技术（6）尽管以太网具有高可靠性、易扩展性、成本低等优点，但）尽管以太网具有高可靠性、易扩展性、成本低等优点，但 随着计算机数量的增加和应用发展，人们不得不寻求有更随着计算机数量的增加和应用发展，人们不得不寻求有更 高带宽的局域网。快速以太网与千兆以太网就是在这种背高带宽的

55、局域网。快速以太网与千兆以太网就是在这种背 景下产生的，目前已成为局域网方案中的首选技术。景下产生的，目前已成为局域网方案中的首选技术。（7）交换式局域网从根本上改变了）交换式局域网从根本上改变了“共享介质共享介质”的工作方式，通的工作方式，通 过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，过以太网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接， 因此，交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性因此，交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性 能与服务质量。能与服务质量。（8）交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础。）交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础。（9） FDD

56、I是以光纤作为传输介质的高速主干网，它是一种比是以光纤作为传输介质的高速主干网，它是一种比 较成熟的城域网技术。较成熟的城域网技术。岗凉拿桶疏暖冒坡凌即梁增鞘弥述递伯崩思门碟勾尹臣净阵浮区桃失颖溺第3章局域网技术第3章局域网技术习题习题1、单项选择题、单项选择题3.1 ( )标标准准定定义义了了CSMA/CD总总线线介介质质访访问问控控制制子子层层与与物物理理层规范。层规范。 A. IEEE 802.3 B. IEEE 802.4 C. IEEE 802.5 D. IEEE 802.63.2 在共享介质的以太网中，采用的介质访问控制方法是在共享介质的以太网中，采用的介质访问控制方法是( )。

57、A. 并发连接并发连接 B. 令牌令牌 C. 时间片时间片 D. CSMA/CD3.3 当当以以太太网网中中的的连连网网结结点点数数增增加加一一倍倍时时，每每个个结结点点平平均均能能分分配到的带宽大约为原来的配到的带宽大约为原来的( )。 A. 不变不变 B. 1/2 C. 两倍两倍 D. 1/10若蠢刀十壶惩便槽静概趾隶譬莎壬名料躯溢淡入群斋轧盲题肢瘟娄违且念第3章局域网技术第3章局域网技术3.4 在快速以太网中，支持在快速以太网中，支持5类非屏蔽双绞线的标准是类非屏蔽双绞线的标准是( )。 A. 100 BASE-T4 B. 100 BASE-LX C. 100 BASE-TX D. 10

58、0 BASE-FX3.5 ( )可可以以通通过过交交换换机机多多端端口口间间的的并并发发连连接接实实现现多多结结点点间间数数据并发传输。据并发传输。 A. 以太网以太网 B. 交换式局域网交换式局域网 C. 令牌环网令牌环网 D. 令牌总线网令牌总线网3.6 交换式局域网的核心设备是交换式局域网的核心设备是( )。 A. 集线器集线器 B. 中继器中继器 C. 路由器路由器 D. 局域网交换机局域网交换机3.7 （ ）是一种以光纤作为传输介质的高速主干环网技术。）是一种以光纤作为传输介质的高速主干环网技术。 A. DWDM技术技术 B. ATM技术技术 C. FDDI技术技术 D. 以太网以太网连庇穿乌抱媳砂此份首碗拙谭捻转浓弘鸯趁遗哗术截碳站寅淫齿碘恤区声第3章局域网技术第3章局域网技术