第4章_局域网

1、第第 4 章章 局域网局域网n4.1 局域网概述n4.2 局域网体系结构n4.3 传统以态网的连接方法n4.4 交换式以态网的连接方法 n4.5虚拟局域网VLANn局域网的英文全称是“Local AreaNetwork”，缩写为“LAN”，中文意思就是“局部区域网络”。它主要是指在一个它主要是指在一个L较小的局部范较小的局部范围（一个办公室、一幢楼、一个学校等），围（一个办公室、一幢楼、一个学校等），利用通信线路将各种计算机及外围设备等利用通信线路将各种计算机及外围设备等互相连接起来组成的计算机通信网络。互相连接起来组成的计算机通信网络。达到资源共享、信息传递和远程数据通信的目的。3.1 3.

2、1 局域网（局域网（LANLAN）概述）概述v特点 1.覆盖地理范围较小。主要用于单位内部连网，范围在一座办公大楼或集中建筑群内。一般几千米范围。 2.信息传输速率高，时延小，并且误码低。局域网传输速率一般为10-100Mbit/s,传输时延一般几毫秒至几十毫秒，误码率低，仅为10-12-10-8。 3.局域网单位一般内部建，由单位内部管理和使用。单位负责维护和管理。 4.便于安装、维护和扩充。 5.信息共享、资源共享。.1 .1 局域网（局域网（LANLAN）概述）概述( (续续) ).1 局域网（局域网（LAN）概述）概述(续续) )组成 局域网组成包括网络硬件和网络软件组成。 1.网络硬

3、件 （1）服务器 （2）工作站 （3）外设：打印机、终图仪、扫描仪、Modem (4)网卡 （5）传输介质 2.网络软件 （1）协议软件：用以实现网络协议功能的软件。 （2）通信软件 （3）管理软件.1 局域网（局域网（LANLAN）概述）概述( (续续) ) （3）管理软件（4）网络操作系统（5）网络应用软件例如：拼车软件、远程教育等。局域网的标准：局域网的标准：IEEE802IEEE802（ISO802ISO802） 802.1802.1通用网络概念及网桥等802.1Q VLAN802.1Q VLAN802.2802.2LLC LLC 逻辑链路控制等802.3802.3CSMA/CDCSM

4、A/CD访问方法及物理层规定802.3 10Mb/s802.3 10Mb/s802.3u 100Mb/s802.3u 100Mb/s802.3z 1Gb/s802.3z 1Gb/s802.3ae 10Gb/s802.3ae 10Gb/s802.4802.4Token BUSToken BUS访问方法, ,物理层规定802.5802.5Token RingToken Ring访问方法及物理层规定等802.6802.6MAN MAN 城域网的访问方法及物理层技术规定802.7802.7宽带技术802.8802.8光纤局域网(FDDI)(FDDI).2 局域网的体系结构局域网的体系结构局域网的标准：

5、局域网的标准：IEEE802 802.9802.9综合业数字网综合业数字网（ISDNISDN）局域网802.10802.10网络的安全802.11802.11WLAN WLAN 无线局域网 802.11 1M 2M802.11 1M 2M802.11a 6802.11a 6、1212、1818、2424、3636、4848、54M54M802.11b 5.5M 11M802.11b 5.5M 11M802.12802.12100VG-AnyLAN100VG-AnyLAN高速区域网络802.13802.13未使用802.14 802.14 CATVCATV交互式有线电视网络802.15 802.

6、15 WPANWPAN无线个人网技术标准，如蓝牙(Bluetooth)(Bluetooth)。802.16 802.16 WMANWMAN宽带无线接入技术.2 局域网的体系结构（续）局域网的体系结构（续）局域网体系结构只包含了两个层次：局域网体系结构只包含了两个层次：数据链路层和物理层。数据链路层和物理层。数据链路层又分为逻辑链路控制逻辑链路控制和介质访问控制介质访问控制两个子层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC介质访问控制介质访问控制 MAC高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层由由TCP/IP和和NOS实现实现IEEE802描述了最低两层的

7、功能以及它们为网络层提供的服务和接口.2 局域网的体系结构（续）局域网的体系结构（续）n数据链路层在不同的子标准中定义n分别对应于LLC子层和MAC子层 802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB802.8FDDI802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1D Bridge8 0 2 体系结构体系结构PHY网际互联网际互联IEEE802IEEE802体系结构示意图体系结构示意图4.2 局域网的体系结构（续）局域网的体系结构（续）n功能功能：n位流的传输；n同步时序的产生与识别；n信号编码和译码。nIEEE8

8、02定义了多种物理层多种物理层，以适应不同的网络介质和不同的介质访问控制方法。n两个接口两个接口：n连接单元接口（AUI）可选，仅用于粗同轴电缆；n介质相关接口（MDI）屏蔽不同介质的特性，使之不影响MAC子层的操作。局域网的物理层局域网的物理层4.2 局域网的体系结构（续）局域网的体系结构（续）n按功能划分为两个子层：LLC和MACn功能分解的目的：n将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，以适应不同的传输介质。n解决共享信道(如总线)的介质访问控制问题，使帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。nLLC： 与介质、拓扑无关； nMAC：与介质、拓扑相关。n特点：n局域网链路支持多

9、路访问，支持成组地址和广播；n支持介质访问控制功能；n提供某些网络层的功能，如网络服务访问点(SAP)、多路复用、流量控制、差错控制等。局域网的数据链路层局域网的数据链路层.2 局域网的体系结构（续）局域网的体系结构（续）MACMAC子层主要功能：子层主要功能：n将 LLC 送来的数据封装发送或将物理层送来的数据拆封上传给 LLC n比特差错控制 n寻址 nMAC 层管理.2 局域网的体系结构（续）局域网的体系结构（续）局域网的数据链路层局域网的数据链路层LLCLLC子层主要功能：子层主要功能：n建立和释放数据链路层的逻辑链接 n向高层提供一个或多个逻辑接口，具有帧的发送和接收功能。局域网的数

10、据链路层局域网的数据链路层对不同的对不同的LANLAN标准，它们的标准，它们的LLCLLC子层都是一样的，区子层都是一样的，区别仅在别仅在MACMAC子层（和物理层）。子层（和物理层）。.2 局域网的体系结构（续）局域网的体系结构（续）局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2局域网对局域网对 LLC LLC 子层是透明的子层是透明的.2 局域网的体系结构（续）局域网的体系结构（续）.2.1 逻辑链路控制LLC子层nIEEE 802标准没有定义网络层和更高层：没有路由选择功能局域网拓扑结构比较简单，一般不需中间转接流量控制、寻址

11、、排序、差错控制等功能由数据链路层完成网络层和更高层通常由协议软件（如TCP/IP协议、IPX/SPX协议）和网络操作系统来实现。4.2.2 LAN的网络层和高层n传统以太网可使用的传输媒体有四种：n铜缆（粗缆或细缆）n铜线（双绞线）n光缆n这样，以太网就有四种不同的物理层。 10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制 MAC.3 传统以太网的连接方法以太网的物理层选项与标识方法速率（速率（Mb/s）基带或宽带基带或宽带Base，Broad每段最大长度（单位每段最大长度（单位:百米）或百米）或介质类型（介质类型（T，F，X）10 Base

12、5传统以太网传统以太网10Base5 粗同轴粗同轴10Base2 细同轴细同轴10Base-T UTP 10Base-F MMF快速以太网和千兆以太网快速以太网和千兆以太网100Base-T UTP100Base-F MMF/SMF1000Base-X STP/MMF/SMF1000Base-T UTP速率、信号方式、介质类型速率、信号方式、介质类型.3 传统以太网的连接方法(续)主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNC T 型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15连接器BNC 连接器插口RJ-45插头铜缆或铜线连接到以太网的示意图.3传统以太网的连接

13、方法(续)粗缆以太网（粗缆以太网（10BASE5）粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器 : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离总线型拓扑 粗缆粗缆收发器收发器AUI 电缆电缆NICVampire tap最大段长度最大段长度 500m每段最多站点数每段最多站点数 1002.5m网络最大跨度网络最大跨度 2.5km 网络最多网络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器.3 传统以太网的连接方法(续)细缆细缆BNC接头接头NIC细缆以太网（细缆以太网（ 10Base2 ）细同轴电缆，可靠性稍差 无外置收发器 轻便、灵活、成本较低总线型拓扑每段最大长度每段最大长度 185m每段最多站点数每段最多站点

14、数 300.5 m网络最大跨度网络最大跨度 925 m 网络最多网络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器 .3传统以太网的连接方法(续) 双绞线（UTP），两头压接RJ45连接器； 所有站点都与HUB （集线器）相连接； HUB的作用：信号放大与整形 星形拓扑，但逻辑拓扑结构仍然是总线。 轻便、安装密度高、便于维护NICHUB每段最大长度每段最大长度 100m多台多台HUB级连级连可以支持更多站点可以支持更多站点双绞线以太网（双绞线以太网（10Base-T10Base-T）.3 传统以太网的连接方法(续)多端口的中继器，工作在物理层功能功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大可认为它是将总线

15、折叠到铁盒子中的集中连接设备。特点特点：n使用集线器的局域网在物理上是一个星型网，但整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 n集线器有许多端口，每个端口通过 RJ-45 插座用两对双绞线与一个工作站上的网卡相连n集线器的每个端口都具有发送和接收数据的功能。n集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。 端口数端口数：8，12，16，24集线器集线器.3 传统以太网的连接方法(续)集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线具有三个端口的集线器具有三个端口的集线器.3 传统以太网的连接方法(续) 1. HUB从某一端口A将收到的帧发送到所有端口； 2.非广播帧时，地址与帧目的MAC地址相同的

16、站响应用户A； 3.广播帧时，所有用户都响应用户A。集线器原理集线器原理.3 传统以太网的连接方法(续)任意一条通路上的网段数目不能超过5个。任意一条通路上最多可以串联4个集线器。最多只能有3个集线器可以连接网络设备。.3 传统以太网的连接方法(续)多集线器的级联必须遵循5-4-35-4-3规则规则。链路电缆段链路电缆段5-4-3规则示例规则示例.3 传统以太网的连接方法(续)l线段长度（网络设备到集线器或集线器到集线器）不能超过100m。l网络上连接设备的总数不能超过1024台。n集线器上的端口类型l普通集线器提供的端口类型有3种F用于连接节点（工作站或服务器）的普通RJ-45端口，这类端口

17、的数目一般有：4、8、12、16或24个等。多集线器的级联.3 传统以太网的连接方法(续)Uplink端口端口普通普通RJ-45端口端口第一个普通端口第一个普通端口使用级联出使用级联出/入端口级联示例入端口级联示例多集线器的级联方多集线器的级联方法法n 在以太网的标准中，10Mbps与100Mbps双绞线系统采用相同的线序：1、2两根线为一对，3、6两根线为另一对。色标色标 Pin# Signal白橙白橙 1 TD+橙橙 2 TD-白绿白绿 3 RD+蓝 4 不用白蓝 5 不用绿绿 6 RD-白棕 7 不用棕 8 不用1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8双绞线的连接标准

18、.3 传统以太网的连接方法(续)n当两个HUB连接时，要使用交叉连接交叉连接方法。n两台微机直接连接时，也可参考此接法。.3 传统以太网的连接方法(续) 独立式（Stand alone） 固定端口配置，扩充时用级连的方法。 堆叠式（Stackable） 固定配置，用堆叠方法进行扩充堆叠连接在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB，可统一管理。 模块化（Module） 又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）。按结构形式划分集线器的类型.3 传统以太网的连接方法(续)n智能智能HUBH

19、UBn允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内部包含有CPU等智能控制部件。n在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一般都要求使用智能集线器（后面将要介绍的网络交换机也需要是智能化的）。n非智能（普通）非智能（普通） HUB HUBn不能用网管软件进行管理的集线器。n小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。按是否可管理划分集线器的类型.3 传统以太网的连接方法(续)n传统集线器n传输速度为10Mb/s（10Base-T网络）n快速以太网集线器n传输速度为100Mb/s （100Base-T网络）n10/100M自适应集线器n传输速度自适应n内部有两个网段：10M和100M，集线器根据连接速度将

20、主机连接到不同网段上。n网段之间用交换方式连接。n保护投资，便于升级 按速度划分集线器的类型.3 传统以太网的连接方法(续)n以以1 1台服务器，台服务器，3 3台台PCPC机为例：机为例：n一台一台HUBHUBn4 4块块UTPUTP接口的网卡接口的网卡n4 4台台PCPC机机n8 8个个RJ45RJ45接头（水晶头）接头（水晶头）n若干米若干米UTPUTP双绞线双绞线 NICHUBUTPPC机机服务器服务器用集线器搭建简单的网络用集线器搭建简单的网络.3 传统以太网的连接方法(续)250 m750 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m网段 1转发器网段 2网段 3转发器

21、转发器转发器转发器的作用 放大与重复驱动 以以太太网网的的最最大大作作用用距距离离.3 传统以太网的连接方法(续)工作在物理层 功能功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流 特点特点：F不进行存储信号延迟小F不检查错误会扩散错误F不对信息进行任何过滤F可进行介质转换如UTP转换为光纤F用中继器连接的多个网段是一个冲突域 应用注意事项应用注意事项：不能构成环、应遵守以太网的3-4-5规则中继中继(Repeater)(Repeater).3 传统以太网的连接方法(续).3 传统以太网的连接方法(续)多个网段互连多个网段互连使用光纤介质； 两根62.5/125m多模光纤，收发各一根 星形拓扑结构；

22、 通常用于远距离网络连接； 主要类型： FOIRL（光纤中继器间链路） 用于连接两个HUB（或中继器） 链路间最大距离1 km 10Base-FL（用以替代FOIRL） 链路间最大距离2 km 任意两节点间的中继器数6个 光纤与其他介质可使用介质转换器进行转换介质转换器是可连接不同介质的中继器光纤以太网光纤以太网.3 传统以太网的连接方法(续) 交换式集线器的主要特点是：所有端口平时都不连通。当工作站需要通信时，交换式集线器能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的工作站都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。通信完成后就断开连接。 .4 交换式以太网集线器：共享网络交换机：交换网络共享一

23、段公共的传输通道动态建立独立的虚拟路径交换机与集线器的区别.4 交换式以太网(续) 集线器:信号放大 交换机:转发过滤 集线器:物理层 交换机:数据链路层 集线器:物理、共享 交换机:逻辑、独立 集线器:端口一样 交换机：端口不同 集线器:同一个冲突域 交换机:端口处在不同的冲突域 交换机与集线器的区别.4 交换式以太网(续).4 交换式以太网(续) 它检测从以太网端口采集的数据帧的目的MAC地址，然后与系统内部的MAC地址表对比，MAC地址表中记录着网络中所有MAC地址与端口的对应信息，某一数据帧需要转发时，交换机根据该数据帧的目的MAC地址查找MAC地址表，得到该地址对应的端口，也即获知该

24、MAC地址的设备是连接在交换机的哪个端口上，然后从该端口转发数据。如果找不到对应的记录，此时就要发送广播了。以太网交换机的工作原以太网交换机的工作原理理.4 交换式以太网(续)1. 最初交换机MAC地址表为空。交换机MAC地址学习.4 交换式以太网(续)2. 如果主机PC1发送数据帧给主机PC3，而此时，MAC地址表中没有记录，交换机将向除E0/3以外所有的端口转发，在转发帧之前，它先检查这个帧的源MAC地址（M1），并记录与只对应的端口（E0/3），于是交换机生成了（M1，E0/3）这样一条记录，并加入到MAC地址表内。所以交换机是通过识别数据帧的源MAC地址学习MAC地址到端口的映射的。交

25、换机MAC地址学习.4 交换式以太网(续)3. 循环步骤2，MAC地址表不断加入新的记录，直到MAC地址表记录完整为止。如此时主机PC1再次发送数据帧给PC3时，则直接将数据转发到E0/7端口，不再向其它端口转发数据帧。交换机MAC地址学习.4 交换式以太网(续) 虚拟局域网VLAN（Virtual Local Area Network）是指在局域网交换机里采用网络管理软件所构建的可跨越不同网段、不同网络、不同位置的端到端的逻辑网络。.5 虚拟局域网以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网: VLAN1

26、, VLAN2 和 VLAN3以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。 以太网交换机A4B1以太网交

27、换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。 VLAN是一个广播域，是由一些局域网网段构成的 与物理位置无关的逻辑组。实现虚拟工作组，使不同地点的用户就好像是在一个单独的LAN上那样通信 便于进行网络的管理 增强了网络安全性 抑制广播数据的泛滥 减少了处理用户站点移动所带来的开销q一个VLAN就好像是一个孤立的网段，VLAN间不能 直接通信，实现VLAN间互联必须借助于路由器。4.3.5 虚拟局域网(续)n抑制广播流量，使其不会溢出到另外的VLAN中;n可以建立自己的私有安全网络;n在网络中添加、移动设备时，或设备的配置发生变化时，能够减轻网络管理人员的负担;n实现虚拟工作组，使不同地点的用户就好像是在一个单独的LAN上那样通信.VLAN的优点.5 虚拟局域网(续)两个分离的广播域两