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第2章 网络规划 计算机网络_图文

第2章 局域网技术

第2章 局域网技术
? 局域网参考模型

? 以太网的发展
? 以太网的基本技术 ? 10Mbps以太网 ? 100Mbps快速以太网 ? 1Gbps快速以太网 ? 以太网交换技术 ? 虚拟局域网 ? 无线局域网

? 蓝牙技术
2

2.1 局域网参考模型
? 局域网参考模型与OSI参考模型的关系

3

2.1 局域网参考模型
? IEEE 802委员会专门研究和制订有关局域网的各种标

准 ? 目前,许多802标准已被修改成为ISO的国际标准 ? 最初的IEEE 802委员会共有6个分委员会,其编号分别 为802.1~802.6,相应的标准分别称为标准802.1~ 802.6,但现在已经增加到二十几个分委员会了

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2.1 局域网参考模型
? 部分主要的IEEE 802分委员会 ? 802.3―CSMA/CD共享总线网(以太网) ? 802.4―令牌总线网 ? 802.5―令牌环形网 ? 802.6―城域网 ? 802.11―无线局域网 ? 802.14―交互式电视网(包括Cable Modem) ? 802.15―无线个人网络WPAN(包括蓝牙技术) ? 802.16―宽带无线接入标准 ? 802.20—移动宽带无线接入标准 ? 802.22—无线区域网
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2.1 局域网参考模型
? IEEE 802各分委员会的结构
802.10可互操作的局域网的安全标准 802.1 体系结构、网络互连 802.2 逻辑链路控制 LLC 802.3 802.4 802.5 CSMA/ 令牌总线 令牌环网 CD MAC MAC MAC 物理层 物理层 物理层 802.6 802.11 802.16 城域网 无线 宽带无线 其他 MAC 局域网 局域网 物理层

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2.1 局域网参考模型
? LLC PDU和MAC PDU的关系

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2.2 以太网的发展
? 1976年,施乐(Xerox)公司设计了第一个局域网系统,被 ?

?
? ?

?
? ? ?

命名为Ethernet,带宽为2.94Mbps 1980年,DEC、Intel和Xerox联合发表了Ethernet Version 2 规范,将带宽提高到了10Mbps,并正式投入商业市场 1982年12月,IEEE通过了802.3 CSMA/CD规范 1990年,推出交换以太网技术 1993年,推出全双工以太网技术 1995年3月,通过了802.3u,即100Mbps的以太网 1998年6月,通过了802.3z,进入千兆以太网时代 2002年,通过了802.3ae,即10Gbps的以太网 2007年,提出了802.3ba,目标40Gbps/100Gbps
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2.3.1 媒体访问控制技术
? 以太网采用共享媒体方式传输数据信息,即连接在一

个以太网上的所有站点使用公共的传输媒体——总线 收发数据 ? 以太网的媒体访问控制方式使用了载波侦听多路访问/ 冲突检测协议,即CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection)协议,解决站点对共享总 线的访问 ? CSMA/CD协议
? 载波侦听多路访问 ? 冲突检测

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2.3.1 媒体访问控制技术
? CSMA协议 ? 在采用这种协议的局域网中,数据帧会在整个总线上传 输,即以广播方式传送数据,每个连接在总线上的站点 都能收听到该数据帧 ? 总线有两个状态:“空闲”和“忙” ? 每个站点在使用总线发送数据帧前首先侦听网络,查问 网络是否处于“空闲”状态,再决定自己发送帧的时间 ? 决定发送帧时间的算法 ? 非坚持CSMA ? 1-坚持CSMA ? P-坚持CSMA
10

2.3.1 媒体访问控制技术
? CD协议 ? 冲突:发生两个以上站点同时使用总线的现象 ? 一个站点已经在使用总线,其它站点再去使用总线 ? 两个站点同时开始使用总线 ? 要求数据帧发送站点在发送帧的同时要检测是否产生了 冲突 ? 一旦发现冲突,立即停止当前数据帧的发送,并发出一 个特殊的冲突信号以通知总线上的其它站点发生了冲突 ? 冲突时间:从数据开始发送到冲突信号在总线上传输给 每个站点所花的时间 ? 冲突时间决定了网络直径或总线长度
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2.3.1 媒体访问控制技术
? 在以太网中,媒体访问控制采用1-坚持CSMA协议,

同时又作了以下改进:
? 帧间隙时间 ? 按后退策略延迟发送,采用二进制指数退避算法决定需

要等待的随机时间长度

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2.3.1 媒体访问控制技术
? CSMA/CD协议发送数
站点准备发送帧 侦听信道 N

据流程

信道空闲?

等待

Y 发送数据并侦听 Y

发生冲突?

发送冲突信号

N 继续发送 发送完成
按后退策略延迟

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2.3.1 媒体访问控制技术
? 接收数据帧的过程
接收帧 接收完成? Y 是否 帧碎片? N 目的地址 符合? Y CRC正确? Y 长度字节? Y 长度正确? N Y 正确接收 长度错 N N 有其他位? N Y 对准错 CRC 错 N Y N

按类型处理

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2.3.1 媒体访问控制技术
? 冲突时间是站点开始发送帧

时,帧可能发生冲突所花费 时间的上限 ? 即在这段时间中,发送的帧 可能会和其他的帧发生冲突 ? 冲突时间的估算 ? 冲突时间a的计算公式 a = 2S / 0.7C + 2Tphy
其中:S为A与B之间的距离 C为光速 Tphy为物理层的延迟时间

A (a)A开始发送

B

A (b)B开始发送

B

A (c)冲突发生

B

A (d)A在发送过程中检测到冲突

B

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2.3.1 媒体访问控制技术
? 冲突时间是CSMA/CD机制中一个重要的参数,它在发

送帧的过程中起了下面4个作用
? 它是检测一次冲突所需的最长时间,即超过了该时间,

正在向总线上发送的帧再也不会因遭到冲突而损坏 ? 确定了帧的“最小帧长度”,最小帧长度能保证在网络 最大跨距范围内,任何站在发送帧后,都能检测到可能 发生的冲突 ? 决定了在总线上出现的最大帧碎片长度 ? 可以作为冲突后帧要重新发送所需的时间延迟计算的基 本单位

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2.3.2 数据帧格式
? 数据帧是以太网在MAC层的基本传输单位

? 由于历史发展的原因,实际的以太网数据帧格式或者

说封装格式有多种
? Ethernet-II格式

? Ethernet Raw格式
? 802.3/802.2格式 ? SNAP格式

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2.3.2 数据帧格式
? Ethernet-II格式 ? 是指以太网版本2.0的格式 ? 与IEEE 802.3规范相互兼容,可直接用在TCP/IP网络中
前导码 8B 目的地址 源地址 类型 校验序列 数据 (DATA) (DA) (SA) (TYPE) (FCS) 6B 6B 2B 46~1500B 4B

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2.3.2 数据帧格式
? IEEE 802.3/802.2格式 ? 不带有子网访问协议的802.3/802.2格式
帧首 目的 源 长度 LLC协议数据单元 校验 前导码 (LLC PDU) 定界符 地址 地址 (L) 序列

7B

1B

6B

6B

2B

46~1500B

4B

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2.3.2 数据帧格式
? IEEE 802.3/802.2格式 ? 不带有子网访问协议的802.3/802.2格式
帧首 目的 源 长度 LLC协议数据单元 校验 前导码 (LLC PDU) 定界符 地址 地址 (L) 序列

7B

1B

6B

6B

2B

46~1500B

4B

前导码 8B

目的地址 源地址 类型 校验序列 数据 (DATA) (DA) (SA) (TYPE) (FCS) 6B 6B 2B 46~1500B 4B
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2.3.2 数据帧格式
? Ethernet II与IEEE 802.3两种帧的兼容性 ? 当长度字段位置上的值大于最大帧长度(即1518B)时 ,就认为该帧采用Ethernet II帧格式,否则就认为该帧 为IEEE 802.3格式 ? 实际做法是取0600H(十进制1536)作为区分Ethernet II 与IEEE 802.3两种帧的界限 ? IP分组的值为0800H

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2.3.3 曼彻斯特编码技术
? 物理层编码 ? 需要将帧转换成数字信号发送到传输媒体上 ? 最常用的物理层编码方式为不归零(NRZ)编码 ? 使用两个不同的电压电平表示二进制位 ? 例如:高电平表示“1”,低电平表示“0” ? NRZ编码的缺点 ? 接收方很难确定一位的开始和结束,特别是在连续多 位相同是容易混淆,需要同步信号辅助 ? 当传输的数据中“1”和“0”的个数不均衡时,会存在 直流分量,将影响接收方的正确接收

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2.3.3 曼彻斯特编码技术
? 曼彻斯特编码技术 ? 在每一位时间的中间,信号有一个跳变(“高?低”或 “低?高”) ? 这个跳变既可作为同步信号,也可表示数据 ? 由高到低的跳变用来表示“1”,由低到高的跳变用来表 示“0” ? 也称为“自同步码” ? 曼彻斯特编码的直流分量是固定的,当媒体上的信号产 生冲突时,直流电平会产生变化,可以用作检测冲突的 依据

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2.3.3 曼彻斯特编码技术
1 NRZ编码 曼彻斯特 编码 0 0 0 1 0 0 1 1 1

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2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 以太网的传输媒体 ? 粗缆 ? 细缆 ? 非屏蔽双绞线(UTP) ? 屏蔽双绞线(STP) ? 光纤

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2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 10M以太网媒体特性
10BASE-2 速率(Mbps) 信号传输方式 10 基带 10BASE-5 10 基带 10BASE-T 10 基带 10BASE-F 10 基带 10BROAD-36 10 宽带

最大网段长度
拓扑结构 支持媒体 连接器 站数/网段 站点最小间距 最大网段数

185M
总线型

500M
总线型

100M
星形 双绞线 RJ-45

2000M
星形 多模光纤 ST

1800M
总线型 同轴电缆 BNC 100 0.5M 2 26

细同轴电缆 粗同轴电缆 BNC <30 0.5M 5 DB-15 <100 2.5M 5

2 2 (NIC和中继) (两个光中继) 0.5M 5 0.5M 5

2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 10BASE-5以太网 ? 终端器:用于对信号进行吸收,防止信号在总线的端点 产生反射 ? AUI电缆:有15条连接线,采用D型插口和插头(也称 为DB-15连接器) ? 以半双工方式工作 ? 缺点:网络的组建、安装和维护不方便,成本也较高

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2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 10BASE-2以太网 ? 传输媒体: RG-8(50Ω)的细缆 ? 连接部件:BNC头、T型连接器、终端器 ? 缺点:可靠性差、排错困难、不利于维护

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2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 10BASE-T双绞线以太网 ? 对应IEEE 802.3i标准 ? 传输媒体:双绞线 ? 根据电气性能指标分为7种类型,最为常用的是5类线 ? 根据电缆上是否有屏蔽层分为屏蔽双绞线(STP)和 非屏蔽双绞线(UTP) ? 连接器:RJ-45 ? EIA/TIA 568A ? EIA/TIA 568B 白 橙 白 蓝 白 绿 白 褐 ? AT&T 橙 色 绿 色 蓝 色 褐 色 ? …… EIA/TIA 568B
8 7 6 5 4 3 2 1
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2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 10BASE-T双绞线以太网 ? 双绞线通常只使用1/2(发送信号)、3/6(接收信号) ? 直通双绞线 ? 通常用于不同类型设备间互连(如:网卡与集线器) ? 交叉双绞线 ? 通常用于同种类型设备间互连(如:网卡与网卡)
白橙 1 橙色 2 白绿 3 绿色 6

1白橙 2橙色 3白绿 6绿色

白橙 1 橙色 2 白绿 3 绿色 6

1 白绿 2 绿色 3 白橙 6 橙色

568B 568B 直通(平行)双绞线

568B 交叉双绞线

568A
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2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 10BASE-T双绞线以太网 ? 优点:可靠性高、易于安装和维护、成本低 ? 缺点:在相同的传输速率下,网络覆盖范围小于同轴电 缆

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2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 10BASE-F光纤以太网 ? 传输媒体:光纤 ? 优点:传输距离远、速度快、抗干扰性好 ? 传输点模数类光纤 ? 单模光纤 ? 多模光纤 ? 折射率分布类光纤

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2.4.1 10Mbps以太网的连接种类
? 10BASE-F光纤以太网 ? 光纤连接器

ST光纤插头 多用于光纤配线架

SC光纤插头 多用于交换机和网卡

LC光纤插头 多用于交换机和网卡

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2.4.2 集线器
? 集线器(Hub) ? 是局域网的星形连接点 ? 可以对经过的信号进行整形和放大,可以延长网络距离 ,起到中继器的作用,属于物理层设备 ? 分类 ? 独立型集线器 ? 模块化集线器 ? 堆叠式集线器

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2.4.2 集线器
? 中继器和总线以太网组网规则(5-4-3-2-1中继规则)

2个网段只用作
延伸网络距离

3个网段可以
连接站点

1个共享以太网,站
点总数小于1024个

4个中继器

5个网段
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2.4.3 网卡
? 网卡 ? 网络接口卡(Network Interface Card,NIC) ? 网络适配器 ? 通常安装在网络站点内,负责站点和网络之间的通信 ? 网卡的基本功能 ? 提供与站点主机的接口电路 ? 数据缓存器的管理 ? 数据链路控制和管理 ? 编码和译码 ? 网络信息的收发
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2.4.3 网卡
? 网卡的分类 ? 网络媒体:细缆接口、粗缆接口、双绞线接口、光纤接 口 ? 总线类型:ISA、EISA、PCI、MCA等 ? 数据传输速率:10M、100M、1000M

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2.5 100Mbps快速以太网
? 1995年,IEEE通过了100Mbps快速以太网标准IEEE

802.3μ
? 几乎完全继承了10M以太网的媒体访问控制子层 ? 使用CSMA/CD协议

? 帧格式及帧大小也与10M以太网相同
? 可以平滑地从10M以太网过渡到100M快速以太网,节省

了成本

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2.5.1 快速以太网的结构
? 快速以太网结构示意图

39

2.5.1 快速以太网的结构
? 4种快速以太网物理层

40

2.5.2 自动协商和适应技术
? 自动协商原理 ? 10BASE-T与100BASE-TX等在编码方式和信号电平上互 不兼容 ? 自动协商逻辑把数据传输速率调节到所有站点都能支持 的最快的传输速率 ? 优先级次序:100BASE-T2(高)、100BASE-T4、 100BASE-TX和10BASE-T ? 自适应技术:端口间10Mbps和100Mbps传输速率的自

动匹配

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2.5.3 快速以太网组网
? 快速以太网组网中可以继承10Base-T积累的技术资源

,但由于受到冲突时间的限制,网络的跨距要比 10Base-T受到更严重的制约
a ? 2S 0.7C ? 2Tphy ? 2 N ? Tr ? Lmin R

S ? 0.35C ?Lmin R ? 2Tphy ? 2 N ? Tr ?

? 快速以太网中,最小帧长度Lmin保持不变,传输速率R提高 到了10倍,导致冲突时间a减小,而Tphy和Tr基本保持不变, 因此,网络跨距S和中继器数量N必须减小

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2.5.3 快速以太网组网
? 快速以太网组网中跨距和中继器数量的限制 ? 100BASE-TX用UTP直接连接两个站点,则两站点间的 最大距离仍为100米 ? 用UTP通过中继器连接两个站点,则两站点间的中继器 最多不能超过两个,站点和中继器的最大距离为100米 ,中继器之间的最大距离为5米,因此最大跨距为205米 ? 用多模光纤直接连接两个站点,半双工和全双工方式下 ,最大跨距分别为412米和2000米,使用集线器,因为 集线器的延迟使最大跨距缩短为228米

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2.6.1 1Gbps以太网的结构和分类
? 1998年6月,千兆以太网标准IEEE 802.3z获得批准 ? 1000Base-LX:单模或多模光纤为传输媒体 ? 1000Base-SX:多模光纤为传输媒体 ? 1000Base-CX:屏蔽铜缆为传输媒体 ? 1999年6月,1000Base-T标准IEEE 802.3ab获得批准

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2.6.1 1Gbps以太网的结构和分类
? 千兆以太网结构、功能模块和标准

45

2.6.2 1Gbps以太网的连接特点
传输媒体 1000Base-LX 单模光纤 多模光纤 传输距离
62.5/50μm MMF:2-550m 10μm SMF:2-5000m

其它 光源为长 波激光

1000Base-SX
1000Base-CX

多模光纤
短距离屏蔽 铜缆(使用2 对双绞线)

62.5μm MMF:2-270m 50μm MMF:2-550m

光源为短 波激光
一般用于机 房内高速设 备间的连接 在4对双绞 线上实现, 每对双绞线 为250Mb/s
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25m

1000Base-T

5类UTP

100m

2.6.3 1000Base-T的编码技术
? 1000Base-T的调制技术——脉冲幅度调制5(PAM-5) ? 使用5类UTP的4对双绞线 ? 编码8位数据需要28种码字 ? 采用五电平信号,可以在4对传输线上实现54种编码 ? 1000Base-T中采用的是卷积编码(Trellis编码)技术 ? 接收器可以进行错误检测和纠正 ? 可以补偿损失的抗噪声冗余,有更好的抗干扰能力

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2.6.4 帧扩展和帧突发技术
? 最短帧长度保持64字节不变,则所允许的媒体长度将

影响网络的实用 ? 帧扩展技术
? 当发送的帧的长度小于512B时,发送站在发送完帧后再

继续发送载波扩充位,直到总长度达到512B ? 载波扩充位由一些非“0”非“1”的特殊符号组成

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2.6.4 帧扩展和帧突发技术
? 帧扩展技术解决了网络跨距问题,但有可能影响短帧

的传输性能,因为载波扩充位实际占用了网络的带宽 ? 帧突发技术
? 发送方在成功发送一帧后,可以直接发送后续帧,只需

要在帧之间加上帧间隙,而且后续帧不需要添加载波扩 充位 ? 发送方在达到帧突发时间后,将让出传输媒体

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2.6.5 10Gbps以太网
? IEEE 802.3ae(2002年6月通过) ? 仅支持全双工方式 ? 采用光纤作为物理传输媒体 ? IEEE 802.3ak:10GBase-CX4 ? 2004年2月通过 ? 采用4对双轴铜缆,距离不超过15米 ? IEEE 802.3an:10GBase-T ? 2006年6月获得批准 ? 目标: ? 在4对6类UTP上实现,传输距离为100m ? 在4对5类UTP上实现,传输距离为55-100m
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2.6.5 10Gbps以太网
? 2007年12月,HSSG的工作重点转向IEEE 802.3ba任务

组,其任务是研究制定在光纤和铜缆上实现100Gbps 和40Gbps数据速率的标准,并争取在2010年批准相应 标准 ? IEEE 802.3ba将只支持全双工通信,仍维持802.3 /以太 网MAC层的帧格式,保持目前802.3标准中的最低和最 12 高帧长度,支持不大于10 - 的误码率,支持光传输网 络

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2.7.1 以太网交换原理
? 由于受到CSMA/CD技术的制约,整个共享型以太网处

于一个冲突域范围 ? 在某一时刻,网络中只能有一个站点可以发送数据, 所有服务器和工作站只能共享网络的带宽 ? 假设一个共享型以太网的带宽为10Mb/s,网络中服务 器和工作站的总数(也称为节点数)为n,那么每个服 务器或工作站能够得到的平均带宽只是10/n Mb/s,加 上存在冲突的可能,所以实际的带宽更少

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2.7.1 以太网交换原理
? 网桥(Bridge) ? 工作在数据链路层,主要用于连接两个局域网 ? 根据帧头部的目的MAC地址来转发数据帧 ? 透明网桥

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2.7.1 以太网交换原理
? 网桥的操作过程 ? 侦听每个端口上是否有帧到达 ? 保存到达帧的源MAC地址以及接收它的端口号到站缓冲 区 ? 查看接收到的每个帧的目的MAC地址 ? 广播MAC地址,或站缓冲区中无此地址,转发该帧到 所有其它端口 ? 站缓冲区中存在该MAC地址,则转发到相应端口 ? 如果源MAC地址和目的MAC地址所对应的端口相同 ,则将该帧丢弃

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2.7.1 以太网交换原理
? 网桥与集线器的重要区别 ? 网桥阻止一个局域网的报文传输到另外一个局域网中去 ,让LAN1与LAN2两个局域网同时进行数据传输,从而 缩小了冲突域,增加了网络的带宽

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2.7.1 以太网交换原理
? 生成树协议 ? LAN间有多条桥接链路的网络 ? 第一种情况:产生重复数据帧
假设:站点A发送 数据给站点C ? 站点C将分别 通过网桥1和网桥 2接收到两个重复 的数据帧

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2.7.1 以太网交换原理
? 生成树协议 ? LAN间有多条桥接链路的网络 ? 第二种情况:产生循环重复数据帧
假设:站点A发送数据给 站点C,但网桥1和2的站 缓冲区内均没有C的记录 ? A发送给C的帧将在 LAN1和LAN2之间产生 两个不同方向的循环,C 将接收到大量重复的帧, 直到C向外发送数据帧
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2.7.1 以太网交换原理
? 生成树协议 ? LAN间有多条桥接链路的网络 ? 第三种情况:产生广播风暴
假设:站点A向外发送 一个广播帧 ? 广播帧将在LAN1和 LAN2之间产生两个不 同方向的循环 ? 可以引起网络瘫痪, 甚至影响计算机的正常 运行
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2.7.1 以太网交换原理
? 生成树协议(Spanning-Tree Protocol,IEEE 802.1d ) ? 在存在冗余链路的情况下,在网络中标识出一条无环链 路,作为工作链路,并临时关闭非工作链路中的网桥端 口 ? 当网络中任何一条链路的状态发生变化时,网桥将根据 生成树协议重新计算是否因为链路状态的改变而出现新 的回路 ? 如果工作链路出现了故障导致帧不能通过,生成树协议 将重新计算出一条新的无环链路,并打开临时关闭的网 桥端口

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2.7.1 以太网交换原理
? 快速生成树协议(Rapid Spanning-Tree Protocol,IEEE

802.1w )
? RSTP完全向下兼容802.1d STP协议,除了和传统的STP

协议一样具有避免回路、提供冗余链路的功能外,最主 要的特点就是“快” ? 如果一个局域网内的网桥都支持RSTP协议且管理员配 置得当,一旦网络拓扑改变而要重新生成拓扑树只需要 不超过1秒的时间(传统的STP需要大约50秒)

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2.7.1 以太网交换原理
? 以太网交换技术 ? 交换机的工作原理是网 桥,也属于数据链路层 的设备 ? 交换机维护一个端口地 址表,记录每个端口上 所连接的网络中的计算 机的MAC地址 ? 交换机端口间的快速交 换

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2.7.2 全双工以太网技术
? 全双工 (Full-Duplex) ? 在一条网络链路上同时进行数据接收和发送 ? 优点:增加网络带宽、 延伸网络覆盖范围

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2.7.3 以太网交换机
? 交换机的交换方式 ? 静态交换方式 ? 端口之间是通过人工设置的固定连接来交换数据帧的 ? 动态交换方式 ? 端口之间是通过动态学习后形成交换通道实现数据帧 的交换的 ? 分类 ? 存储转发(Store Forward)交换方式 ? 直通(Cut Through)交换方式 ? 无碎片(Fragment Free)交换方式

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2.7.3 以太网交换机
? 交换机的结构 ? 软件交换结构 ? 矩阵交换结构 ? 总线交换结构 ? 共享存储器交换结构

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2.7.3 以太网交换机
? 交换机的重要特性 ? MAC地址表的大小 ? 端口的自适应能力 ? 模块的热插拔 ? 端口限速 ? 背板总线带宽 ? 转发速率 ? 端口聚合

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2.7.3 以太网交换机
? 交换机的分类 ? 按交换机交换端口的速度来分 ? 10Mb/s交换机、100Mb/s交换机、1000Mb/s交换机和 10Gb/s交换机 ? 按交换机的架构来分 ? 单台式交换机、堆叠式交换机、模块式交换机、刀片 交换机 ? 按照网络构成方式来分 ? 核心层交换机、汇聚层交换机、接入层交换机 ? 根据OSI参考模型中的层次来进行划分 ? 第二层(L2)交换机、第三层(L3)交换机、第四层 (L4)交换机
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2.7.4 交换机组网实例

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2.7.5 交换机的配置
? 如何访问交换机 ? 通过交换机的控制台端口(Console Port) ? 超级终端 ? 未对交换机配置IP地址情况下的惟一访问方式 ? 管理权限最高的一种访问方式 ? 通过Telnet远程登陆交换机 ? 通过Web方式访问交换机 ? 通过专用的网络管理软件访问交换机

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2.7.5 交换机的配置
? 交换机管理基础 ? 命令行方式 ? 快捷键和提示帮助系统 ? 存储空间 ? ROM ? 内存 ? Flash存储器 ? 配置文件的保存与下载 ? TFTP(简单的文件传输协议)

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2.7.5 交换机的配置
? 交换机的基本配置

? 交换机的端口配置
? 生成树协议的设置

70

2.8.1 虚拟局域网技术概述

? 网桥和交换机只能分割冲突域,不能分割广播域 ? VLAN技术可以分割广播域
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2.8.1 虚拟局域网技术概述
? 虚拟局域网(VLAN)技术 ? 利用交换机对帧传输的控制能力,在网络的物理拓扑结 构基础上建立多个逻辑网络 ? VLAN的划分可以突破物理位置的限制,依据网络的功 能和应用等因素来进行 ? 一个VLAN可以被看作一个广播域,VLAN内的站点间 可以直接进行通信,而不同VLAN内的站点则需要借助 路由器进行通信

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2.8.1 虚拟局域网技术概述
? 传统LAN分段与VLAN分段的比较

73

2.8.1 虚拟局域网技术概述
? VLAN的优点 ? 隔离网络广播风暴 ? 增强了网络安全性 ? 简化网络管理和维护 ? 提高网络性能

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2.8.2 虚拟局域网的交换方式
? 端口交换 ? 交换机上的所有端口划分成若干个共享式的互相独立的 VLAN ? 帧交换 ? 每个端口可以被分配给任何VLAN,即在网络系统中形 成了若干个VLAN ? 端口若接收到一个广播帧,则该帧只能在该端口所属的 VLAN中转发到其它端口

75

2.8.3 虚拟局域网的标准和协议
? IEEE 802.10标准 ? 安全性方面的标准,定义了一个单独的协议数据单元, 插在MAC的帧头和数据区域之间,可用作VLAN的标识 域 ? IEEE 802.1Q标准 ? VLAN互操作性的标准 ? 规定VLAN中MAC帧的格式,制定了诸如帧发送及校验、 回路检测、对QoS参数的支持以及对网管系统的支持等 ? Cisco ISL协议 ? Cisco公司定义的VLAN标准 ? 对IEEE 802.1Q进行补充,提高数据传输效率 ? 在Cisco交换机中,可以选择其中的一种标准来使用
76

2.8.4 虚拟局域网的划分方式
? 基于端口的划分 ? VLAN被理解为交换机端口的集合 ? VLAN中的端口可以来自不同的交换机 ? 一个端口上的所有计算机都属于一个VLAN ? 基于MAC地址的划分 ? VLAN是一张MAC清单 ? 一个站点改变交换机端口不改变其VLAN ? VLAN成员策略服务器VMPS提供MAC地址到VLAN成 员关系的关联 ? 基于网络层的VLAN ? 相同网络层协议的主机 ? 相同端口上的计算机可属于不同VLAN
77

2.8.5 VLAN的设计
? VLAN设计的几项原则 ? VLAN的划分和设计主要以计算机所在的部门或计算机 所承担的功能为依据 ? VLAN设计应与IP地址的规划相结合 ? 一个VLAN内的主机数量不宜过多 ? VLAN的划分不宜太细

78

2.8.6 交换机中VLAN的配置
? VLAN的管理 ? 集中式管理 ? Cisco交换机中的VTP协议(VLAN主干协议) ? 非集中式管理 ? 注意VLAN ID与VLAN Name的区别 ? VLAN端口成员的管理 ? 多VLAN配置:一个交换机端口同时成为多个VLAN的 成员 ? PVID(Port VLAN ID):端口的默认VLAN,一个帧进 入该端口后,该帧头部中的VID被赋值为PVID

79

2.8.6 交换机中VLAN的配置
? 多VLAN配置示意图

80

2.8.7 VLAN与MSTP协议
? VLAN隔离对STP/RST的影响

? PVST/PVST+协议
? MISTP协议 ? MSTP协议 ? 实例(Instance)

81

2.9.1 数 据的无线传输
? 数据的无线传输是指利用自由空间的无线电波进行数

据的传输 ? 无线电波
? 频率在1kHz-几十GHz间的电磁波

? 频率分类
? ?

管制:不能随意占用,需获得使用许可证后才能使用 非管制:无需申请可以自由使用 ? 902~928MHz(UHF ISM) ? 2.4~2.5GHz(S-Band ISM) ? 5.725~5.875GHz(C-Band ISM)

82

2.9.1 数 据的无线传输
? 频道 ? 802.11使用直序扩频技术把整个频段(2.4~2.5GHz)划分 为14个频道,频道的宽度为5MHz ? 各个国家和地区实际可以使用的频道各不相同 ? 802.11的信道频谱带宽为22MHz,同一区域内的不同信 道要有25MHz的间隔才不会发生干扰

83

2.9.2 无线局域网技术和标准
? 无线局域网802.11标准 ? 公用的MAC层标准(IEEE802.11) ? 多个速率和技术各不相同的物理层标准 ? IEEE 802.11:2Mbps ? IEEE 802.11b:11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps ? IEEE 802.11a:54Mbps,与802.11和802.11b不兼容 ? IEEE 802.11g:各种速率(1Mbps~54Mbps),与802.11 和802.11b兼容 ? IEEE802.11n:最高速率可到300Mbps ? IEEE 802.11还定义了3种使用不同发送及接收技术的物 理层:直序扩频技术(DSSS PHY)、跳频扩频技术 (FHSS PHY)和红外技术(IR PHY)
84

2.9.3 802.11无线局域网的网络结构
? 802.11无线局域网的主要部件 ? 工作站(STA) ? 接入点(AP) ? 分发系统(DS) ? 无线介质(WM) ? 802.11无线局域网的服务集 ? 基本服务集BSS ? 独立基本服务集IBSS(Ad Hoc网络) ? Infrastructure 基本服务集 ? 延伸服务集 ESS
85

2.9.3 802.11无线局域网的网络结构

基本服务集

独立基本服务集

Infrastructure基本服务集
86

2.9.3 802.11无线局域网的网络结构

延伸服务集

87

2.9.3 802.11无线局域网的网络结构

一个完整的 无线局域网

88

2.9.4 IEEE 802.11的媒体访问协议
? 802.11媒体访问控制机制 ? 分布访问机制(DCF) ? 类似于CSMA/CD,工作站使 用载波侦听来取得媒体访问, 工作站之间存在竞争 ? 把访问控制功能分散到各个 工作站 ? 集中访问机制(PCF) ? 由某个控制节点集中控制其 他工作站无竞争地对媒体访 问 ? 通常由AP来担当控制节点, 用轮询的方法接纳每个工作 站的数据
89

2.9.4 IEEE 802.11的媒体访问协议
? CSMA/CA协议(载波侦听多路访问/避免碰撞协议) ? 发送数据前,先进行载波侦听,查看媒体是否空闲 ? 退避机制:在媒体空闲后,还要等待一个随机的时间后 才发送 ? ACK应答帧:用来指示发生了冲突、解决无线媒体误码 率高的问题 ? 虚拟载波检测机制:发送方在发送的数据帧中加入持续 期字段,通知其它站点在此时间段内不必侦听媒体 ? 帧间隙(IFS)

90

2.9.4 IEEE 802.11的媒体访问协议
? 多个工作站竞争使用媒体的过程

91

2.9.4 IEEE 802.11的媒体访问协议
? 用NAV实现虚拟载波检测

92

2.9.4 IEEE 802.11的媒体访问协议
? RTS/CTS机制 ? 隐藏节点问题 ? 由于STA3在STA1的覆盖区外,无法检测到STA1向 STA2发送数据,STA3可能会向STA2发送数据而产生 冲突

93

2.9.4 IEEE 802.11的媒体访问协议
? RTS/CTS机制 ? 当STA1想要发送数据给STA2时,先向STA2发送RTS帧 ,表明STA1要向STA2发送数据帧,这个RTS帧STA2会 收到,STA3收不到 ? STA2收到这个RTS后,发出CTS帧,表明接收已准备就 绪,这个CTS帧会被STA1和STA3及其他工作站收到 ? STA1收到CTS后知道它可以传输数据帧了,其他的工作 站收到CTS,使它们知道有一个工作站将发送数据帧, 它们应推迟它们的发送,包括不发送RTS帧和数据帧 ? 然后,STA1开始向STA2发送数据帧 ? 最后,STA2接收完数据帧后,发出ACK确认帧,结束 这次传送,所有工作站又重新开始竞争信道
94

2.10 蓝牙技术
? 1998年2月,成立了Bluetooth SIG

? 蓝牙技术的传输速率设计为1Mb/s,以时分方式进行

全双工通信 ? IEEE接过蓝牙技术推出IEEE 802.15,规定了无线个人 信息网(WPAN)的媒体访问控制和物理层规范 ? 采用蓝牙技术的设备以特定方式组成网络,称为微微 网(Piconet),目前的通信距离为10m,当设备有外 接功率放大器时,通信距离将扩大到100m

95

2.10 蓝牙技术
? 几个相互独立、以特定方式连接在一起的微微网构成

分布式网络

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