第4章-局域網(wǎng)技術(shù)

第四章局域網(wǎng)技術(shù)

教學(xué)目標(biāo)■掌握局域網(wǎng)的基本概念?！稣莆找蕴W(wǎng)技術(shù)、交換型以太網(wǎng)、虛擬局域網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)的工作過程。■了解無線局域網(wǎng)的應(yīng)用情況。4.1局域網(wǎng)概述

4.1.1基本概念局域網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)問題，也是目前發(fā)展最快的領(lǐng)域之一?？傊?，局域網(wǎng)就是一種在小區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)各種數(shù)據(jù)通信設(shè)備提供互聯(lián)的一種通信網(wǎng)。4.1.1基本概念與廣域網(wǎng)（WideAreaNetwok，WAN）相比，局域網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：

①較小的地域范圍，僅用于辦公室、機(jī)關(guān)、工廠及學(xué)校等內(nèi)部連網(wǎng)，其范圍雖沒有嚴(yán)格的定義，但一般認(rèn)為距離為0.1～25km。而廣域網(wǎng)的分布是一個(gè)地區(qū)，一個(gè)國家乃至全球范圍。②傳輸速率和低誤碼率。局域網(wǎng)傳輸速率一般為10～1000Mbps,萬兆位局域網(wǎng)也已推出。而其誤碼率一般在0.1-8～10-11之間。③局域網(wǎng)一般為一個(gè)單位所建，在單位或部門內(nèi)部控制管理和使用，而廣域網(wǎng)往往是面向一個(gè)行業(yè)或全社會(huì)服務(wù)。局域網(wǎng)一般是采用同軸電纜，雙絞線等建立單位內(nèi)部專用線，而廣域網(wǎng)則較多的租用公用線路或?qū)Ｓ镁€路，如公用電話線、光纖及衛(wèi)星等。4.1.1基本概念局域網(wǎng)的主要功能與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能類似，但是局域網(wǎng)最主要的功能是實(shí)現(xiàn)資源共享和相互的通信交往。局域網(wǎng)通?？梢蕴峁┮韵轮饕δ埽孩儋Y源共享：主要包括軟件、硬件和數(shù)據(jù)等資源的共享?！ぼ浖Y源共享。為了避免軟件的重復(fù)投資和重復(fù)勞動(dòng)，用戶可以共享網(wǎng)絡(luò)上的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。4.1.1基本概念硬件資源共享。在局域網(wǎng)上，為了減少或避免重復(fù)投資，通常將激光打印機(jī)、繪圖儀、大型存儲(chǔ)器及掃描儀等貴重的或較少使用的硬件設(shè)備共享給其他用戶。4.1.1基本概念數(shù)據(jù)資源共享。為了便于處理、分析和共享分布在網(wǎng)絡(luò)上各計(jì)算機(jī)用戶的數(shù)據(jù)，一般可以建立分布式數(shù)據(jù)庫；同時(shí)網(wǎng)絡(luò)用戶也可以共享網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的大型數(shù)據(jù)庫。4.1.1基本概念②信息傳輸（即通信）數(shù)據(jù)及文件的傳輸。局域網(wǎng)所具有的最主要功能就是數(shù)據(jù)和文件的傳輸，它是實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化的主要途徑。通常不僅可以傳遞普通的文件信息，還可以傳遞語音、圖象等多媒體信息。電子郵件。局域網(wǎng)郵局可以提供局域網(wǎng)內(nèi)的電子郵件服務(wù)，它使得無紙辦公成為可能。網(wǎng)上的各個(gè)用戶可以接收、轉(zhuǎn)發(fā)和處理來自單位內(nèi)部和廣域網(wǎng)中的電子郵件，還可以使用網(wǎng)絡(luò)郵局收發(fā)傳真。視頻會(huì)議。使用網(wǎng)絡(luò)可以召開在線視頻會(huì)議。例如召開教學(xué)工作會(huì)議，所有的會(huì)議參加者都可以通過網(wǎng)絡(luò)面對(duì)面的參加會(huì)議，并開展討論，節(jié)約了人力物力。4.1.2體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)（1）局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)美國電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE（InstituteofElectricalandElectronicEngineers）與1980年2月成立了局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEEE802委員會(huì)），專門進(jìn)行局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂。經(jīng)過多年的努力，IEEE802委員會(huì)公布了一系列標(biāo)準(zhǔn)，稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)所描述的局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型關(guān)系。局域網(wǎng)參考模型只對(duì)應(yīng)于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層，它將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制（LLC）子層與媒體訪問控制（MAC）子層。4.1.2體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)（2）尋址用戶數(shù)據(jù)向下傳遞給LLC子層，該LLC附加一個(gè)標(biāo)題（LH）。該標(biāo)題包含用于本地LLC實(shí)體和遠(yuǎn)程LLC實(shí)體之間的協(xié)議管理用的控制信息。用戶數(shù)據(jù)和LLC標(biāo)題的組合稱作LLC的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。4.1.2體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)MAC子層標(biāo)題必須包含一個(gè)用來惟一地標(biāo)識(shí)局域網(wǎng)上某個(gè)站的目的地址。LLC子層標(biāo)題必須包含的SAP地址，以使LLC可以決定該數(shù)據(jù)需要交付給誰。因此，兩級(jí)尋址是需要的。①M(fèi)AC地址：標(biāo)識(shí)局域網(wǎng)中的具體一個(gè)站。②LLC地址：標(biāo)識(shí)某個(gè)站點(diǎn)中的一個(gè)LLC用戶，如圖4-7所示。4.1.2體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)（3）局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）經(jīng)過討論，建議將IEEE802標(biāo)準(zhǔn)定為局域網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)主要有如下12種：①IEEE802.1概述局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)互連。②IEEE802.2定義了邏輯鏈路控制（LLC）子層的功能與服務(wù)。③IEEE802.3描述CSMA/CD總線式介質(zhì)訪問控制協(xié)議及物理層規(guī)范。④IEEE802.4描述令牌總線式介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。⑤IEEE802.5描述令牌環(huán)式介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。⑥IEEE802.6描述了城域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制協(xié)議及相應(yīng)物理層規(guī)范。⑦IEEE802.7描述寬帶技術(shù)進(jìn)展。⑧IEEE802.8描述光纖技術(shù)進(jìn)展。⑨IEEE802.9描述語音和數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)技術(shù)。⑩IEEE802.11描述無線局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系。4.1.3傳輸媒體雙絞線雙絞線又稱為雙扭線，它由若干對(duì)銅導(dǎo)線（每對(duì)有兩條相互絕緣的銅導(dǎo)線按一定規(guī)則絞合在一起）組成。采用這種絞合起來的結(jié)構(gòu)是為了減少對(duì)鄰近線對(duì)的電磁干擾，為了進(jìn)一步提高雙絞線的抗干擾的能力，還可以在雙絞線的外層再加上一個(gè)用金屬絲編織成的屏蔽層。4.1.3傳輸媒體根據(jù)是否外加屏蔽層，雙絞線又可分為屏蔽雙絞線STP（ShieldTwistedPair）和非屏蔽雙絞線UTP（UnShieldTwistedPair）兩類。

4.1.3傳輸媒體在制作網(wǎng)線時(shí)，要用到RJ-45接頭，俗稱“水晶頭”的連接頭。在將網(wǎng)線插入水晶頭前，要對(duì)每條線排序。根據(jù)EIA/TIA接線標(biāo)準(zhǔn)，RJ45接口制作有兩種排序標(biāo)準(zhǔn)：EIA/TIA568B標(biāo)準(zhǔn)和EIA/TIA568A標(biāo)準(zhǔn)，具體線序如圖4-11所示。568B標(biāo)準(zhǔn)的線序?yàn)椋喊壮取⒊?、白綠、藍(lán)、白藍(lán)、綠、白棕、棕(a)。568A標(biāo)準(zhǔn)的線序?yàn)椋喊拙G、綠、白橙、藍(lán)、白藍(lán)、橙、白棕、棕(b)。4.1.3傳輸媒體同軸電纜同軸電纜由最內(nèi)層的中心銅導(dǎo)體、塑料絕緣層、屏蔽金屬網(wǎng)和外層保護(hù)套所組成，同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)使其具有高帶寬和較好的抗干擾特性，并且可在共享通信線路上支持更多的站點(diǎn)。按特性阻抗數(shù)值的不同，同軸電纜又分為兩種，一種是50歐姆的基帶同軸電纜；另一種是75歐姆的寬帶同軸電纜。4.1.3傳輸媒體基帶同軸電纜一條電纜只支持一個(gè)信道，傳輸帶寬為1～20Mb/s。它可以10Mb/s的速率把基帶數(shù)字信號(hào)傳輸1～1.2Km遠(yuǎn)。寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜支持的帶寬為300～350MHz，可用于寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，傳輸距離可達(dá)100Km。4.1.3傳輸媒體在使用同軸電纜組網(wǎng)時(shí)，細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜的連接方法是不同的。細(xì)同軸電纜要通過T型頭和BNC頭將細(xì)纜與網(wǎng)卡連接起來，同時(shí)需要在網(wǎng)線的兩端連接終結(jié)器。4.1.3傳輸媒體光纖光纖就是利用光導(dǎo)纖維（簡(jiǎn)稱光纖）傳遞光脈沖來進(jìn)行通信。有光脈沖的出現(xiàn)表示“1”，不出現(xiàn)表示“0”?！だw芯core：折射率較高，用來傳送光?！ぐ鼘觕oating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件?！ぷo(hù)套jacket：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。·光纖的顏色：橘色MMF黃色SMF4.1.3傳輸媒體根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的模式不同，光纖可分為多模光纖和單模光纖兩種。多模光纖意指光在光纖中的傳播可能是有多條不同入射角度的光線在一條光纖中同時(shí)傳播。單模光纖意指光在光纖中的傳播沒有反射，沿直線傳播。4.1.3傳輸媒體無線介質(zhì)：①無線電波無線電波通信存在著其顯而易見的缺陷：·能滿足高速網(wǎng)絡(luò)通信要求?！な褂玫念l率難以控制。如果有其他的頻率與無線電通信的頻率在相似范圍之內(nèi)，就會(huì)信號(hào)受干擾。·受自然環(huán)境的影響，如山峰會(huì)減弱或干擾信號(hào)的傳輸。②微波頻率在100MHz以上并且其能量集中于一點(diǎn)并沿直線傳播的無線電波即為微波。4.1.3傳輸媒體微波通信通常用的工作頻率為2GHz、4GHz、8GHz、12GHz.所用的頻率越高，潛在的帶寬就越寬，因而潛在的數(shù)據(jù)傳輸速率也就越高。③衛(wèi)星微波通信衛(wèi)星實(shí)際上是一個(gè)微波中繼站，衛(wèi)星用來連接兩個(gè)或多個(gè)基于地面的微波發(fā)射/接收設(shè)備。衛(wèi)星接收某一頻段（上行鏈路）的發(fā)射，然后放大并用另一頻段（下行鏈路）轉(zhuǎn)發(fā)它。表4-4典型工作頻率的數(shù)字微波性能4.1.3傳輸媒體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）星型結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)是目前在局域網(wǎng)中應(yīng)用得最為普遍的一種，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中幾乎都是采用這一方式。星型網(wǎng)絡(luò)幾乎是Ethernet（以太網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)專用，它是將網(wǎng)絡(luò)中的各工作站結(jié)點(diǎn)設(shè)備通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備（如集線器或者交換機(jī)）連接在一起，各結(jié)點(diǎn)呈星狀分布而得名。這類網(wǎng)絡(luò)目前用的最多的傳輸介質(zhì)是雙絞線，如常見的五類線、超五類雙絞線等。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2）環(huán)型結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)形式主要應(yīng)用于令牌網(wǎng)中，在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中各設(shè)備是直接通過電纜來串接的，最后形成一個(gè)封閉的環(huán)型結(jié)構(gòu)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)就是在這個(gè)環(huán)中傳遞的，但數(shù)據(jù)只能延一個(gè)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）沿環(huán)運(yùn)行，通常把這類網(wǎng)絡(luò)稱之為“令牌環(huán)網(wǎng)”。環(huán)網(wǎng)容易安裝和監(jiān)控，但容量有限，網(wǎng)絡(luò)建成后，難以增加新的站點(diǎn)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（3）總線結(jié)構(gòu)這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中所有設(shè)備都直接與總線相連，它所采用的介質(zhì)一般也是同軸電纜（包括粗纜和細(xì)纜），不過現(xiàn)在也有采用光纜作為總線型傳輸介質(zhì)的，如后面我們將要講的ATM網(wǎng)、CableModem所采用的網(wǎng)絡(luò)等都屬于總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（4）樹型結(jié)構(gòu)樹型網(wǎng)絡(luò)是星型網(wǎng)絡(luò)的一種變體。像星型網(wǎng)絡(luò)一樣，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)都連接到控制網(wǎng)絡(luò)的中央結(jié)點(diǎn)上。但并不是所有的設(shè)備都直接接入中央結(jié)點(diǎn)，絕大多數(shù)結(jié)點(diǎn)是先連接到次級(jí)中央結(jié)點(diǎn)上，再連到中央結(jié)點(diǎn)上。4.2以太網(wǎng)技術(shù)

4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（1）以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)系列到目前為止，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)系列已擴(kuò)展成10余個(gè)，其中幾個(gè)主要的標(biāo)準(zhǔn)。4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（2）四種常見的10BASE以太網(wǎng)下面介紹10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、10BASE-F等4種常見的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。1）粗纜Ethernet(10BASE-5)粗纜Ethernet又稱標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet，因?yàn)檫@是最初實(shí)現(xiàn)的一種。粗纜Ethernet干線上的每個(gè)站點(diǎn)使用一個(gè)收發(fā)器和電纜連接。該收發(fā)器與那些用于細(xì)纜Ethernet的BNC連接器不同，它是一個(gè)提供工作站與粗纜電氣隔離的小盒子。在收發(fā)器中使用了一種“心跳（Heart-Beat）”測(cè)試的技術(shù)以決定該工作站是否連接適當(dāng)。4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)2）細(xì)纜Ethernet(10BASE-2)細(xì)纜Ethernet的電纜在物理上較粗纜Ethernet電纜容易處理，它不需要站點(diǎn)使用收發(fā)器。它的電纜便宜，但干線段的長(zhǎng)度不如粗纜Ethernet那么長(zhǎng)。4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)與采用同軸電纜的以太網(wǎng)相比，10Base-T網(wǎng)絡(luò)更適合在已鋪設(shè)布線系統(tǒng)的辦公大樓環(huán)境中使用。因?yàn)樵诘湫偷霓k公大樓中，95％以上的辦公室與配電室的距離不超過100m。4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)卡與集線器、集線器之間通過RJ-45連接器連接雙絞線。4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)一個(gè)RJ-45連接器最多可連接四對(duì)雙絞線，1、2、3、6、4、5、7、8分別連接一根雙絞線。在10BASET上僅用了兩根雙絞線，即1、2及3、6。4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)對(duì)于10BASET整個(gè)以太網(wǎng)系統(tǒng),集線器與網(wǎng)卡之間和集線器之間的最長(zhǎng)距離均為100m，集線器數(shù)量最多為4個(gè)，即任意兩站點(diǎn)之間的距離不會(huì)超過500m。不屏蔽雙絞線的特點(diǎn)是不僅價(jià)格低廉，安裝方便，且具有一定抗外界電磁場(chǎng)干擾的作用，如圖4-24所示。4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)集線器之間的連接方式有兩種。一是干線方式，可以在同一個(gè)層次上作為中繼器延伸網(wǎng)絡(luò)跨距。另一是層次方式，可以組成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)主集線器連接若干個(gè)分支集線器，每個(gè)分支集線器還可往下連接更下層的分支集線器，以此類推。但不論哪一種方式，任意兩個(gè)站點(diǎn)之間的跨距不能超過500m。(a)干線方式(b)層次方式4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)10BASET網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)過程中要遵守10BASET的5-4-3原則，所謂10Base-T（星型網(wǎng)絡(luò)）的5-4-3規(guī)則，是指任意兩臺(tái)電腦間最多不能超過5段線（既包括集線器到集線器的連接線纜，也包括集線器到電腦間的連接線纜）、4臺(tái)集線器，并且只能有3臺(tái)集線器直接與電腦等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接。4.2.1標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)四種常見的10BASE以太網(wǎng)的比較4.2.2快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)是基于10BASET和10BASEF技術(shù)發(fā)展的傳輸率達(dá)到100Mbps的局域網(wǎng)。從OSI層次來看，與10Mbps以太網(wǎng)一樣仍是占有數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。4.2.2快速以太網(wǎng)在統(tǒng)一的MAC子層下面，有4種100Mbps以太網(wǎng)的物理層,每種物理層連接不同的媒體來滿足不同的布線環(huán)境。同樣，4種不同的物理層中也可以再分成編碼/譯碼和收發(fā)器兩個(gè)功能模塊。顯然，4種編碼/譯碼功能模塊不全相同，收發(fā)器的功能也不完全一樣。4.2.2快速以太網(wǎng)（2）快速以太網(wǎng)（FASTETHERNET）發(fā)展過程1993年10月以前，對(duì)于要求10Mbps以上數(shù)據(jù)流量的LAN應(yīng)用，只要光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）可供選擇，它是一種價(jià)格非常昂貴的、基于100Mbps光纜的LAN。1993年10月，出現(xiàn)了世界上第一臺(tái)快速以太網(wǎng)集線器FastSwitch10/100和網(wǎng)絡(luò)接口卡FastNIC100，與此同時(shí)，IEEE802工程組對(duì)100Mbps以太網(wǎng)的各種標(biāo)準(zhǔn)，如100BASE-TX、100BASE-T4、MII、中繼器、全雙工等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u規(guī)范，開始了快速以太網(wǎng)的時(shí)代。以上各網(wǎng)絡(luò)部件的連接示意圖：4.2.2快速以太網(wǎng)（4）快速以太網(wǎng)與10BASET/F組網(wǎng)性能比較快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u是從802.3（特別是802.3i/g）標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來的，它繼承了10BASET和10BASEEFL技術(shù)，并進(jìn)一步發(fā)展，兩者在MAC子層和PHY層的性能上有相同之處，也有明顯的區(qū)分。4.2.2快速以太網(wǎng)（5）快速以太網(wǎng)典型組網(wǎng)方案在1、4層上配置了100Mbps以太網(wǎng)交換器，在2、3層上配置了100Mbps以太網(wǎng)共享型集線器。各個(gè)樓層中連接各個(gè)站點(diǎn)均用5類UTP，各個(gè)站點(diǎn)上均安裝了100Mbps以太網(wǎng)網(wǎng)卡或具有100Mbps以太網(wǎng)接口，層間的連線均用多模光纜，光纜均由各層的配線間連到1層設(shè)備間中去。設(shè)備間通過多模光纜與園區(qū)內(nèi)其它大樓的100Mbps以太網(wǎng)交換器連接。4.2.3千兆以太網(wǎng)（1）千兆位以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與功能模塊MAC子層中實(shí)現(xiàn)了CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式和全雙工/半雙工的處理方式，其幀的格式和長(zhǎng)度也與802.3標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的一致。4.2.3千兆以太網(wǎng)（2）千兆位以太網(wǎng)按PHY層的分類綜合PHY層上的各種功能，把它們歸納成兩種實(shí)現(xiàn)技術(shù)：即1000BASEX和1000BASET。如圖4-32所示，在同一個(gè)MAC子層下面的PHY層中包括了1000BASEX和1000BASET兩種技術(shù)，而1000BASEX中又包括了1000BASELX、1000BASEX以及1000BASECX，它們分別對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的編碼/譯碼技術(shù)、收發(fā)器和傳輸媒體。1000BASET的物理層功能與1000BASEX差別較大，有其相應(yīng)的編碼/譯碼技術(shù)及傳輸媒體4.2.3千兆以太網(wǎng)（3）千兆位以太網(wǎng)的組網(wǎng)跨距組網(wǎng)跨距即是系統(tǒng)的覆蓋范圍。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，跨距是組網(wǎng)必須要考慮的問題之一。以下分別討論有、無中繼器連接的兩種情況。1）無中繼器互連的情況千兆位以太網(wǎng)組網(wǎng)跨距在采用光纜和銅纜兩種媒體時(shí)差別很大，與10Mbps和100Mbps以太網(wǎng)相比顯得更復(fù)雜，即使采用了光纜作為媒體，還要區(qū)分多模還是單模光纖，多模光纖還有50μm和62.5μm的之分,驅(qū)動(dòng)光源還有長(zhǎng)波和短波之分。4.2.3千兆以太網(wǎng)（4）幀擴(kuò)展技術(shù)幀擴(kuò)展技術(shù)是在不改變802.3標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最小幀長(zhǎng)度情況下提出一種解決辦法。把幀一直擴(kuò)展到512字節(jié)即4096位。即若形成的幀小于512字節(jié)，則在發(fā)送時(shí)要在幀的后面添上擴(kuò)展位，達(dá)到512字節(jié)發(fā)送到媒體上去。4.2.3千兆以太網(wǎng)（5）幀突發(fā)技術(shù)幀突發(fā)在千兆位以太網(wǎng)上是一種可選功能，它使一個(gè)站（特別是服務(wù)器）一次能連續(xù)發(fā)送多個(gè)幀，如圖4-35所示。當(dāng)一個(gè)立站點(diǎn)需要發(fā)送很多短幀時(shí)，該站點(diǎn)先試圖發(fā)送第一幀，該幀可能是附加了擴(kuò)展位的幀。一旦第一個(gè)幀發(fā)送成功，則具有幀突發(fā)功能的該站點(diǎn)就能夠繼續(xù)發(fā)送其它幀，直到幀突發(fā)的總長(zhǎng)度達(dá)到1500字節(jié)為止。為了使得在幀突發(fā)過程中，媒體始終處在“忙狀態(tài)”，必須在幀間的間隙時(shí)間中，發(fā)送站發(fā)送非“0”、“1”數(shù)值符號(hào)，以避免其它站點(diǎn)在幀間隙時(shí)間中占領(lǐng)媒體而中斷本站的幀突發(fā)過程。4.2.4萬兆以太網(wǎng)（1）萬兆以太網(wǎng)概況萬兆以太網(wǎng)是當(dāng)前最新的以太網(wǎng)技術(shù)，它的傳輸速率可以達(dá)到10Gbps。萬兆以太網(wǎng)技術(shù)的研究始于1999年底，當(dāng)時(shí)成立了IEEE802.3ae工作組，并于2002年6月12日正式發(fā)布802.3ae10GE標(biāo)準(zhǔn)，目前IEEE802.3ak任務(wù)組工程師仍在為銅纜萬兆以太網(wǎng)（10Gbase－CX4）制定標(biāo)準(zhǔn)。萬兆網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的不同：不同之一：萬兆以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路和物理層上包括了專供城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)使用的新接口。不同之二：萬兆以太網(wǎng)只以全雙工模式運(yùn)行，而其它類行的以太網(wǎng)都允許半雙工運(yùn)行模式。不同之三：萬兆以太網(wǎng)不支持自動(dòng)協(xié)商，自動(dòng)協(xié)商功能的目的是方便用戶，但實(shí)際中卻證明是造成是造成連接性障礙的主要原因。去除自動(dòng)協(xié)商可能將簡(jiǎn)化故障的查找。不同之三：傳輸媒體必須使用光纖。萬兆以太網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合：隨著千兆到桌面的日益普及，萬兆以太網(wǎng)技術(shù)將會(huì)在匯聚層和骨干層廣泛應(yīng)用。從目前網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀而言，萬兆以太網(wǎng)最先應(yīng)用的場(chǎng)合包括教育行業(yè)、數(shù)據(jù)中心出口和城域網(wǎng)骨干。4.3交換型以太網(wǎng)

4.3.1共享型以太網(wǎng)（1）共享型以太網(wǎng)存在的不足之處在交換型以太網(wǎng)出現(xiàn)以前，以太網(wǎng)系統(tǒng)均為共享型以太網(wǎng)系統(tǒng)，在整個(gè)系統(tǒng)中，受到CSMA/CD媒體訪問控制方式的制約，整個(gè)系統(tǒng)中只是網(wǎng)卡（站）、集線器/中繼器、媒體三個(gè)組成部分。整個(gè)系統(tǒng)的帶寬只是10Mbps，整個(gè)系統(tǒng)處在一個(gè)碰撞域范圍的機(jī)率就是10Mbps/n，n為站點(diǎn)數(shù)。4.3.1共享型以太網(wǎng)（2）媒體訪問控制技術(shù)以太網(wǎng)/IEEE802.3CSMA/CD的發(fā)送流程。4.3.1共享型以太網(wǎng)以太網(wǎng)/IEEE802.3CSMA/CD的接收流程。4.3.1共享型以太網(wǎng)1）發(fā)送規(guī)則①若媒體空閑，則進(jìn)行發(fā)送，否則進(jìn)行步驟②。②若媒體忙，則繼續(xù)偵聽，一旦發(fā)現(xiàn)媒體空閑，就進(jìn)行發(fā)送。③若在幀發(fā)送過程中檢測(cè)到碰撞，則停止發(fā)送幀（形成不完整的幀，稱“碎片”在媒體上傳輸），并隨即發(fā)送一個(gè)Jam（強(qiáng)化碰撞）信號(hào)以保證讓網(wǎng)絡(luò)上所有的站都知道已出現(xiàn)了碰撞。④發(fā)送了Jam信號(hào)后，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新嘗試發(fā)送（即返回步驟①）。4.3.1共享型以太網(wǎng)2）碰撞槽時(shí)間碰撞槽時(shí)間（Slottime）即是在幀發(fā)送過程中，發(fā)生碰撞時(shí)間的上限。即在這段時(shí)間中，可能檢測(cè)到碰撞，而一過這段時(shí)間，永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生碰撞，當(dāng)然也不會(huì)檢測(cè)到碰撞。4.3.1共享型以太網(wǎng)由于跨距實(shí)際上反映了一個(gè)碰撞域，因此圖中用兩個(gè)DTE之間的距離來表示，DTE可以是一個(gè)網(wǎng)橋、交換器或路由器，也可以認(rèn)為是系統(tǒng)中兩個(gè)站點(diǎn)。中繼器一般是一個(gè)共享型集線器，它的功能是延伸媒體和連接另一個(gè)媒體段。4.3.2交換型以太網(wǎng)（1）交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)中的交換型集線器，也稱以太網(wǎng)交換機(jī)（器），以其為核心連接站點(diǎn)或者網(wǎng)段。4.3.2交換型以太網(wǎng)（2）以太網(wǎng)交換機(jī)的工作原理4.3.2交換型以太網(wǎng)（3）以太網(wǎng)幀的結(jié)構(gòu)媒體訪問控制子層的功能是以太網(wǎng)的核心技術(shù)，它決定了以太網(wǎng)的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能。4.3.3以太網(wǎng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)及交換方式1）軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)存在于先期的一些交換器產(chǎn)品中，它的結(jié)構(gòu)實(shí)際上借助于CPU與RAM的硬件環(huán)境，以特定的軟件來實(shí)現(xiàn)交換器端口之間的幀的交換。4.3.3以太網(wǎng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)及交換方式2）矩陣交換結(jié)構(gòu)隨著VLSI芯片技術(shù)的發(fā)展，使得構(gòu)成一個(gè)以太網(wǎng)交換器完全采用硬件的方法來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)矩陣交換結(jié)構(gòu)的交換器，其內(nèi)部主要由4部分組成：輸入、輸出、交換造成矩陣以及控制處理。4.3.3以太網(wǎng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)及交換方式交換矩陣的邏輯機(jī)理當(dāng)幀輸入時(shí)，接通了合適的交換開關(guān)連接以矩陣的輸出端上去。4.3.3以太網(wǎng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)及交換方式3）總線交換結(jié)構(gòu)當(dāng)前有許多廠家的交換器產(chǎn)品采用總線交換結(jié)構(gòu)，在交換器的母板上配置了一條總線，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，各個(gè)端口均可以往總線上發(fā)送幀，即各個(gè)輸入端口所發(fā)關(guān)到總線上的幀均按時(shí)隙在總線上傳輸。對(duì)于輸出端口，當(dāng)幀輸入時(shí)，根據(jù)幀的目的地址獲得輸出端口號(hào)，在確定的端口上輸出幀。4.3.3以太網(wǎng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)及交換方式4）共享存儲(chǔ)器交換結(jié)構(gòu)共享存儲(chǔ)器交換結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是使用大量的高速RAM來輸入數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)通過存儲(chǔ)直接從輸入傳輸?shù)捷敵?，因而交換器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，交換器可以不需要背板，比較容易實(shí)現(xiàn)。但RAM操作會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，且冗余結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以該結(jié)構(gòu)最適合小型交換器。4.3.3以太網(wǎng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)及交換方式（2）交換機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式1）直通式（CutThrough）2）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（Store&Forward）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的方式。它把輸入端口的數(shù)據(jù)包先存儲(chǔ)起來，如果進(jìn)行CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）檢查，在對(duì)錯(cuò)誤包處理后才取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過查找表轉(zhuǎn)換成輸出端口送出包。3）碎片隔離（FragmentFree）這是介于前兩者之間的一種解決方案。它檢查數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度是否夠64個(gè)字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說明是假包，則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。這種方式也不提供數(shù)據(jù)校驗(yàn)。它的數(shù)據(jù)處理速度比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比之通式慢。4.3.4交換機(jī)的端口技術(shù)（1）端口速率①標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是最早的一種交換以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了真正的端口帶寬獨(dú)享，其端口速率為固定10M，它包括電端口和光端口兩種。②快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的升級(jí)，為了兼容標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了端口速率的自適應(yīng)，其支持的端口速率有10M、100M和自適應(yīng)三種方式。它也包括電端口和光端口兩種。③千兆以太網(wǎng)同樣千兆以太網(wǎng)為了兼容標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)和快速以太網(wǎng)技術(shù)，也實(shí)現(xiàn)了端口速率的自適應(yīng)，其支持的端口速率有10M、100M、1000M和自適應(yīng)方式。它也包括電端口和光端口。④端口速率自協(xié)商從幾種以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)可以知道它們都支持多種端口速率，那么在實(shí)際使用中，它們究竟使用何種速率與對(duì)端進(jìn)行通信呢？4.3.4交換機(jī)的端口技術(shù)（2）端口類型不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)不同的需求具有不同的網(wǎng)絡(luò)接口，目前以太網(wǎng)接口有MDI（MediumDependentInterface）和MDI-X兩種類型。MDI稱為介質(zhì)相關(guān)接口，MDI-X稱為介質(zhì)非相關(guān)接口（MII）。我們常見的以太網(wǎng)交換機(jī)所提供的端口都屬于MDI-X接口，而路由器和PC提供的屬于MDI接口。4.3.4交換機(jī)的端口技術(shù)（3）端口聚合從上述需求可以看出端口聚合主要應(yīng)用于以下場(chǎng)合：①交換機(jī)與交換機(jī)之間的連接匯聚層交換機(jī)到核心層交換機(jī)或核心層交換機(jī)之間。②交換機(jī)與服務(wù)器之間的連接集群服務(wù)器采用多網(wǎng)卡與交換機(jī)連接提供集中訪問。③交換機(jī)與路由器之間的連接交換和路由器采用端口聚合可以解決廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)連接瓶頸。④服務(wù)器與路由器之間的連接集群服務(wù)器采用多網(wǎng)卡與路由器連接提供集中訪問。特別是在服務(wù)器采用端口聚合時(shí)，需要專有的驅(qū)動(dòng)程序配合完成。4.3.4交換機(jī)的端口技術(shù)（4）生成樹協(xié)議在局域網(wǎng)中為了提供可靠的網(wǎng)絡(luò)連接,就得需要網(wǎng)絡(luò)提供冗余鏈路。所謂“冗余鏈路”別看聽起來挺玄乎的，其實(shí)道理和走路一樣簡(jiǎn)單，這條路不通,走另一條路就可以了。冗余就是準(zhǔn)備兩條以上的通路，如果哪一條路不通了，就從另外的路走。4.3.4交換機(jī)的端口技術(shù)為了解決冗余鏈路引起的問題，IEEE通過了IEEE802.1D協(xié)議，即生成樹協(xié)議。生成樹協(xié)議的根本目的是將一個(gè)存在物理環(huán)路的交換網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)沒有環(huán)路的邏輯樹形網(wǎng)絡(luò)。4.4虛擬局域網(wǎng)

4.4.1虛擬局域網(wǎng)的定義虛擬局域網(wǎng)（VLAN）邏輯上把網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)用戶按照一定的原則進(jìn)行劃分，把一個(gè)物理上的網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)小的邏輯網(wǎng)絡(luò)。4.4.1虛擬局域網(wǎng)的定義虛似工作組使用VLAN的最終目標(biāo)就是建立虛擬工作組模型，例如，在企業(yè)網(wǎng)中，同一個(gè)部門的就好像在同一個(gè)LAN上一樣，很容易的互相訪問，交流信息，同時(shí)，所有的廣播包也都限制在該虛擬LAN上，而不影響其他VLAN的人。4.4.1虛擬局域網(wǎng)的定義·用戶不受物理設(shè)備的限制，VLAN用戶可以處于網(wǎng)絡(luò)中的任何地方?！LAN對(duì)用戶的應(yīng)用不產(chǎn)生影響：VLAN的應(yīng)用解決了許多大型二層交換網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的問題。·限制廣播包，提高帶寬的利用率。有效地解決了廣播風(fēng)暴帶來的性能下降問題。一個(gè)VLAN形成一個(gè)小的廣播域，同一個(gè)VLAN成員都在其所屬VLAN確定的廣播域內(nèi)，那么當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包沒有路由時(shí)，交換機(jī)只會(huì)將此數(shù)據(jù)包發(fā)送到所有屬于該VLAN的其他端口，而不是所有的交換機(jī)的端口，這樣，數(shù)據(jù)包就限制到了一個(gè)VLAN內(nèi)，在一定程度上可以節(jié)省帶寬?！ぴ鰪?qiáng)通訊的安全性一個(gè)VLAN的數(shù)據(jù)包不會(huì)發(fā)送到另一個(gè)VLAN，這樣，其它VLAN的用戶的網(wǎng)絡(luò)上是收不到任何該VLAN的數(shù)據(jù)包，這樣就確保了該VLAN的信息不會(huì)被其他VLAN的人竊聽，從而實(shí)現(xiàn)了信息的保密。·增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大時(shí)，部分網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題往往會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，引入VLAN之后，可以將一些網(wǎng)絡(luò)故障限制在一個(gè)VLAN之內(nèi)。4.4.2VLAN的劃分（1）基于端口的VLAN的劃分基于端口的VLAN劃分方法是用以太網(wǎng)交換機(jī)的端口來劃分廣播域，也就是說，交換機(jī)某些端口連接的主機(jī)在一個(gè)廣播域內(nèi)，而另一些端口連接的主機(jī)在另一個(gè)廣播域，VLAN和端口連接的主機(jī)無關(guān)。我們假設(shè)指定交換機(jī)的端口1、2、6和端口7屬于VLAN2，端口3、4和端口5屬于VLAN3。4.4.2VLAN的劃分主機(jī)A和主機(jī)C在同一VLAN，主機(jī)B和主機(jī)D在另一個(gè)VLAN下，如果您將主機(jī)A和主機(jī)B交換連接端口，則VLAN表仍然不變，而主機(jī)A變成與主機(jī)D在同一VLAN（廣播域），而主機(jī)B和主機(jī)C在另一VLAN下，如果網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)交換機(jī)，您還可以指定交換機(jī)的端口和交換機(jī)2的端口屬于同一VLAN，這樣同樣可以實(shí)現(xiàn)VLAN內(nèi)部主機(jī)的通信，也隔離廣播報(bào)文的泛濫。4.4.2VLAN的劃分在最初的實(shí)現(xiàn)中，VLAN是不能跨越交換設(shè)備的。后來進(jìn)一步的發(fā)展使得VLAN可以跨越多個(gè)交換設(shè)備。4.4.2VLAN的劃分（2）基于MAC地址的VLAN劃分基于MAC地址的VLAN劃分方法是根據(jù)連接在交換機(jī)上主機(jī)的MAC地址來劃分廣播域的，也就是說，某個(gè)主機(jī)屬于哪一個(gè)VLAN只和它的MAC地址有關(guān)，和它連接在哪個(gè)端口或者IP地址沒有關(guān)系。4.4.2VLAN的劃分（3）基于協(xié)議的VLAN劃分基于協(xié)議的VLAN劃分方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來劃分廣播域的。也就是說，主機(jī)屬于哪一個(gè)VLAN決定于它所運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如IP協(xié)議和IPX協(xié)議），而與其它因素沒有關(guān)系。在交換機(jī)上完成配置后，會(huì)形成一張VLAN映射表。4.4.2VLAN的劃分（4）基于子網(wǎng)的VLAN劃分基于子網(wǎng)的VLAN劃分方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)使用的IP地址所在的網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)來劃分廣播域的，也就是說，IP地址屬于同一個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)屬于同一個(gè)廣播域，而與主機(jī)的其它因素沒有任何關(guān)系。在交換機(jī)上完成配置后，會(huì)形成一張VLAN映射表。4.5環(huán)網(wǎng)

4.5.1令牌環(huán)網(wǎng)（1）令牌環(huán)操作過程令牌環(huán)技術(shù)的基礎(chǔ)是使用了一個(gè)稱之為令牌的特定比特串，當(dāng)環(huán)上所有的站都牌空閑時(shí)，令牌沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)某一站想發(fā)送幀時(shí)必須等待直至檢測(cè)到經(jīng)過該站的令牌為止。該站抓住令牌并改變令牌中的一個(gè)比特，然后將令牌轉(zhuǎn)變成一幀的幀首。這時(shí)，該站可以在幀首后面加掛上幀的其余字段并進(jìn)行發(fā)送。此時(shí)，在環(huán)上不再有令牌，因此其它想發(fā)送的站必須等待。這個(gè)幀將繞環(huán)一整周后由發(fā)送站將它清除。發(fā)送站在下列兩個(gè)條件都符合時(shí)將在環(huán)上插進(jìn)一個(gè)新的令牌：①站已完成其幀的發(fā)送。②站所發(fā)送的幀的前沿已回到了本站（在繞環(huán)運(yùn)行一整圈后）。4.5.1令牌環(huán)網(wǎng)假定工作站A想向工作站C發(fā)送幀，其過程如圖所示。第1步：工作站A等待令牌從上游鄰站到達(dá)本站，以便有發(fā)送機(jī)會(huì)。第2步：工作站A將幀發(fā)送到環(huán)上，工作站C對(duì)發(fā)往它的幀進(jìn)行拷貝，并繼續(xù)將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到環(huán)上。4.5.1令牌環(huán)網(wǎng)第3步：工作站A等待接收它所發(fā)的幀，并將幀從環(huán)上撤離，不再向環(huán)上轉(zhuǎn)發(fā)。第4步a：當(dāng)工作站接收到幀的最后一比特時(shí)，便產(chǎn)生令牌，并將令牌通過環(huán)傳給下游鄰站，隨后對(duì)幀尾部的響應(yīng)比特進(jìn)行處理。第4步b：當(dāng)工作站A發(fā)送完最后一個(gè)比特時(shí)，便將令牌傳遞給下游工作站，所謂早期釋放。4.5.2FDDI網(wǎng)（1）FDDI標(biāo)準(zhǔn)的范圍與IEEE802.3、802.4和802.5標(biāo)準(zhǔn)一樣，F(xiàn)DDI標(biāo)準(zhǔn)包含了MAC子層和物理層。該標(biāo)準(zhǔn)是以采用IEEE802.2LLC標(biāo)準(zhǔn)作為前提的。標(biāo)準(zhǔn)分為四部分：·媒體訪問控制（MAC）?！の锢韺訁f(xié)議（PHY）。·物理媒體相關(guān)子層（PMD）?！庸芾恚↙MT）。4.5.2FDDI網(wǎng)（2）令牌環(huán)操作過程FDDI建立在小令牌幀的基礎(chǔ)上，當(dāng)所有站都空閑時(shí)，小令牌幀沿環(huán)運(yùn)行。當(dāng)某一站有數(shù)據(jù)要發(fā)送這時(shí)，必須等待有令牌通過時(shí)才可能。4.5.2FDDI網(wǎng)FDDI網(wǎng)物理層中與媒體相關(guān)的部分包括了三項(xiàng)技術(shù)：①站旁路對(duì)一個(gè)存在故障或電源中繼的站，可利用一自動(dòng)的光旁路開關(guān)加以旁路。②布線集中器布線集中器能用于星型布線方式中。③雙環(huán)采用雙環(huán)來連接各站，當(dāng)任何一站或一條鏈路發(fā)生中斷時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可重新組織，以保持連接。4.6無線局域網(wǎng)