第七讲局域网技术(二)

1、潍坊学院 计算机与通信工程学院第七讲 局域网技术（二）2本讲主要内容n交换式以太网n虚拟局域网VLANn高速局域网技术n无线局域网35.4交换式以太网n由于传统共享媒体局域网的共享特性（在一时间段，只有一台机器有权发送信息），网络系统的效率随着网络节点数目的增加和应用的深入而大大降低。n将交换技术引入局域网，可以使局域网的各个节点并行地、安全地、同时地相互传送信息，且交换以太网的带宽可以随着网络用户的增加而扩充，较好地解决局域网的带宽问题。4交换式以太网集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机

2、路由器5以太网交换机n交换式以太网的核心设备是以太网交换机。n以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，工作在数据链路层。n此外，以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，工作在全双工方式。当主机需要通信时，交换机能同时连通许多对端口，每一对相互通信的主机都像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据，通信完成后就断开连接。n以太网交换机由于使用了专用的交换机芯片，因此其交换速率较高。6交换式以太网提高了网络总带宽n对于普通10Mb/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（10Mb/s）的N 分之一。n在使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的数据率还是10Mb/s，但

3、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，因此拥有N对端口的交换机的总容量为N10Mb/s。这正是交换机的最大优点。75.5虚拟局域网VLANn虚拟局域网是物理局域网虚拟化的结果。虚拟化就是把局域网的成员(主机、网桥/交换机)按照一定分组规则划分到不同的集合中，每一个集合就是一个VLAN。n为了讨论上的方便，我们把前面介绍的局域网称为物理LAN。8VLAN与物理LAN之间的关系如图5-15所示。9VLAN与物理LAN的区别包括：n(1）位于不同物理LAN中的主机可以属于同一个VLAN中，而位于同一个物理LAN的主机可以属于不同的VLAN中。n（2）同一VLAN中的不同物

4、理LAN上的主机可以直接通信，而位于同一物理LAN的属于不同VLAN的主机不能直接通信。105.5.1为什么要划分VLANnVLAN的引入出于以下原因：（1）安全管理方面的需要： （2）节省布线成本的需要： （3）VLAN可以限制LAN中的广播通信量： 115.5.2 VLAN的主要类型n从概念上讲，可以根据各种分组规则划分VLAN。但是，得到实际应用的分组规则包括三个，即基于端口分类、基于MAC地址分类和基于IP地址分类。121.基于端口的VLANn如果根据LAN成员位于的交换机的端口进行分组，这样得到的VLAN称为基于端口的VLAN(Port Based)。端口12345678VIDxxy

5、xyyyy(a)基于端口VLAN的VMIB132.基于MAC地址的VLANn如果根据计算机网络接口的MAC地址进行分组，这样得到的VLAN称为基于MAC地址的VLAN。 MAC地址ABCDEFGHVIDxxxyxyyy143.基于IP地址的VLANn如果根据与计算机网络接口卡关联的IP地址进行分组，这样得到的VLAN称为基于IP地址的VLAN。 IP地址10.1.1.110.1.1.220.1.1.120.1.1.230.1.1.130.1.1.230.1.1.330.1.1.4VIDxxxxyyyy(c)基于IP地址的VMIB155.6高速局域网技术n这里指的高速局域网主要区别于传统以太网，

6、“高速”相对于传统以太网的传输速度。主要有以下几种：n100Mb/s以太网n1000Mb/s以太网n10吉比特以太网165.6.1 100Mb/s以太网n1.100BASE-T技术n100BASE-T又称为快速以太网（Fast Ethernet），它是使用10BASE-T的CSMA/CD媒体访问控制方法在双绞线上传送100Mbps基带信号的星形拓扑以太网。n100BASE-T的网卡有很强的自适应性，能够自动识别10Mbps和100Mbps,所有在100BASE-T上的应用软件和网络软件都可以保持不变。nIEEE于1995年正式通过了100BASE-T快速以太网的国际标准，即802.3u标准。1

7、7100BASE-T规定了以下三种不同的物理层标准，如表5-3所示。名称名称传输介质传输介质最大距离最大距离100Base-T4100Base-T43 3类（类（4 4类、类、5 5类）类）UTPUTP100100米米100Base-TX100Base-TX5 5类类UTPUTP或或1 1类类STPSTP100100米米100Base-FX100Base-FX光纤光纤20002000米米182. 100BASE-VG技术n100BASE-VG是一种使用集线器的100Mbps高速局域网，它的含义是指在语音级UTP电缆上进行100Mbps速率传输，且适合于以太网和令牌环网，因此100BASE-VG

8、也称为100VG-AnyLAN，其中VG代表Voice Grade，而Any则表示能使用多种传输媒体。100BASE-VG常简写为100VG，它的IEEE标准为802.12。195.6.2 1000Mb/s以太网nIEEE在1997年通过了关于吉比以太网的标准802.3z，并在1998年将其定为正式标准。n吉比特以太网仍使用原有以太网的帧结构、帧长及CSMA/CD协议，仅在底层将数据速率提高到了1Gbps，因此与标准以太网及快速以太网兼容。20吉比特以太网的标准802.3z考虑以下几个要点：（1）允许在1Gbit/s下全双工和半双工两种方式工作。（2）使用802.3协议规定的帧格式。（3）在半

9、双工方式下使用CSMA/CD协议（全双工方式不需要使用CSMA/CD协议）。（4）在10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。21吉比特以太网的物理层n吉比特以太网的物理层使用两种成熟的技术：一种来自现有的以太网，另一种则是ANSI制定的光纤通道。采用成熟技术就能大大缩短吉比特以太网标准的开发时间。n吉比特以太网的物理层包括两个标准。1.1000BASE-X（802.3z标准） 2.1000BASE-T（802.3ab标准）225.6.3 10吉比特以太网n10吉比以太网的标准由IEEE802.3ae委员会进行制定，10吉比以太网的正式标准在2002年完成。10吉比以太网又叫万兆以太网

10、。n10吉比以太网并非将吉比以太网的速率简单地提高到10倍，这里有许多技术上的问题要解决。 2310吉比特以太网中的技术问题n10吉比以太网的帧格式于10Mbit/s、100Mbit/s和1Gbit/s以太网的帧格式完全相同。10吉比以太网还保留了802.3标准规定的最小和最大帧长。这就使用户在将其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。n由于数据速率很高，10吉比以太网不再使用铜线而只是使用光纤作为传输媒体。它使用长距离（超过40km）的光收发器与单模光纤接口，以便能够在广域网和城域网的范围工作。10吉比以太网也可使用较便宜得多模光纤，但传输距离为65300m。2410吉

11、比特以太网中的技术问题n10吉比以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议。这就使得10吉比以太网的传输距离不再受进行碰撞检测的限制而大大提高了。n吉比以太网的物理层是使用以有的光纤通道技术，而10吉比以太网的物理层则是新开发的。10吉比以太网由下述两种不同的物理层。（1）局域网物理层LAN PHY（2）可选的广域网物理层WAN PHY255.7无线局域网WLAN5.7.1WLAN组网方式nWLAN包括两种组网方式，即分布式方式和集中控制方式。n1.分布式方式：n在分布式方式中，主机可以在无线通信覆盖范围内移动并自动建立点到点的连接。主机之间通过争用信道直接进行数

12、据通信，而无需其他设备参与控制。 262.集中控制方式n在集中控制方式中，所有无线节点及有线局域网要与一个称为接入点(Access Point，AP)的设备连接。接入点设备的基本作用如下：（1）一是负责无线通信管理工作，例如给无线节点分配无线信道的使用权。（2）二是在实现无线通信与有线通信的转换。（3）三是起到与有线局域网网桥和路由器相似的作用。27图 WLAN的两种基本组网方式28BSS、DS、ESSn在IEEE制定的无线局域标准IEEE802.11中，如图所示的WLAN被称为基本服务集(Basic Service Set，BSS)。一个BSS是WLAN的最小组成单元。当一个WLAN包含若干

13、个BSS时，这些BSS要与一个称为分布系统(Distribution System，DS)连接。DS可以是有线局域网也可以是WLAN。这些连接在一起的BSS称为扩展服务集(Extended Service Set，ESS)，如图所示。29BSS、DS、ESS30一个BSS与有线局域网DS连接的方案如图所示。有线局域网DS起到连接骨干的作用，它也要包含AP设备。315.7.2 WLAN硬件n从WLAN的组网方式可以看到，WLAN的组成除了包括主机系统之外，还需要以下基本设备，即无线网卡、接入点AP和无线通信介质。321.无线网卡nWLAN网卡的作用与有线网卡一样，WLAN主机通过WLAN网卡发送

14、和接收无线信号。无线网卡主要包括NIC单元、扩频通信机和天线三个功能模块。nNIC单元完成数据链路层功能，如建立主机与物理层之间的连接、载波侦听。扩频通信机实现无线电信号的接收与发射，同时负责无线信号的差错判断与处理。332.AP设备nAP设备具有与主机无线网卡通信、桥接以及介质转换功能。目前，AP设备主要包括以下两种，即AP接入点和LAN-LAN无线网桥。以3Com公司产品为例，3Com AP接入点设备主要用于办公室内和楼内的无线连接。产品外观如图所示。 34楼到楼WLAN网桥353.无线传输技术n无线网络的数据通信需要无线传输技术实现。无线传输是指不使用有线通信介质而通过电磁波在自由空间的传播实现数据的发送。能够传输数据的电磁波包括无线电、微波和红外线等。36电磁波的频谱及应用领域如图所示，适用于WLAN的电磁波主要包括微波和红外线374.WLAN设备选型（1）是选择AP设备还是WLAN网桥：如果是小范围内的集中方式组网