《计算机网络》教案（第五章）

《第五章计算机局域网

■§5」局域网概述

■§5.2Ethernet局域网

■§5.3令牌环网与FDDI

■§5.4令牌总线

■§5.5高速局域网

■§5-6交换局域网

■§57虚拟局域网

■§5.8无线局域网

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j§5」局域网概述

ACE

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j§5.J■局域网概述

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IEEE802标准

802.10可互操作的局域网安全规范

802.1LAN网络体系结构、网络互连

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j§5」局域网概述

■IEEE802标准一各层功能

■物理层

■编码/译码、提取时钟、发送/接收、载波检测等其它功能。

当然需要向上层提供相应的服务

■逻辑链路控制子层LLC

■完成在网络的两个节点之间的一条点一点或多点链路上的

数据帧传输控制；差错控制、流量控制、数据报服务、虚

电路服务等功能

■是HDLC协议的子集

■介质访问控制子层MAC

■介质接入控制和对信道资源的分配

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§5.1局域网概述

/11EEE802标准——总览

■802.1一定义网络体系、网络互联、网络管理和性能测试

■802.2一定义逻辑链路控制子层LLC功能和服务

■802.3一定义CSMA/CD总线介质访问控制子层和物理层规范

■802.4一定义令牌总线介质访问控制子层和物理层规范

■802.5一定义令牌环介质访问控制子层和物理层规范

802.11一定义无线局域网规范

■802.15一定义近距离个人无线网络标准

■802.16—定义宽带无线局域网标准

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j§5.J■局域网概述

■局域网特点

■传输信道的共享

■具有“冲突”

■局域网性能决定因素

■拓扑结构

■传输介质

■介质访问

■指控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数

据的方法

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j§5.2Ethernet局域网

■Ethernet的发展

■20世纪60年代一ALOHA无线分组广播网

■20世纪70年代一提出总线局域网思想

■1973年一Ethernet网络名字

■1976年7月一发表奠基论文

uEthernet:DistributedPacketSwitchingfor

LocalComputerNetwork/7

■1980年一Xerox.DEC、Intel公布规范

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j§5.2EthernetsMH

■Ethernet的发展（续）

■19814—IEEE802目隹出IEEE802.3

■1982年一Ethernet控制器才隹出

■1990年一推出采用普通双绞线

■1993年一推出采用光纤

■1995年一目隹出W0MBPS速率

■19984—推出1GBPS速率标准

■1999年一孑隹出1GBPS速率产品

■目前——研究10GBPS速率标准和产品

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§5.2Ethernet^域网

■Ethernet基本工作流程

ABCDE

不接受）B向D［不接受］］接受［不接受

发送数据-------------------

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y§5.2Ethernet^域网

■Ethernet网络标准

■LLC子层采用HDLC协议

■MAC子层采用IEEE802.3协议

■CSMA/CD技术

■CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection

■带冲突检测的载波侦听多路访问

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、§5.2Ethernet^域网

■CSMA/CD

•工作原理:

•先听后发，

•边听边发，

•冲突停止，

•延迟重发。

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§5.2Etherne愠域网

MAC子层采用的帧结构

格式PASFDDASALLLC-PDUPADFCS

字节数：712/62/620^1500；0~464

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§5.2Etherne愠域网

MAC子层采用的帧结构一前导码（PA）

PASFDDASALLLC-PDUPADFCS

■前导码由7个字节组成

■其每个字节编码者口为：10101010"

■用于使物理介质稳定和建立位同步。

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§5.2Ethernet局域网

MAC子层采用的帧结构—帧起始定界符（SFD）

PASFDDASALLLC-PDUPADFCS

■帧起始定界符由工个字节组成

其编码为：1010101V

■用于表示一个有效帧的开

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§5.2Ethernet^域网

♦MAC子层采用的帧结构——目的地址（DA）

PASFDDASALLLC-PDUPADFCS

■目的地址由2个字节或6个字节组成

■用于表示帧接收的目的站地址

■当第“0〃位数据为“0”时，表示目的地址是单个地

址

■如果地址部分全部为“工”，表示广播地址

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p§5.2Etherne愠域网

・■MAC子层采用的帧结构—源地址（SA）

PASFDDASALLLC-PDUPADFCS

■源地址由2个字节或6个字节组成

■用于表示发送站的地址

■不能全部为“工”

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§5.2EthernetsMH

MAC子层采用的帧结构一数据长度（L）

PASFDDASALLLC-PDUPADFCS

■数据长度由2个字节组成

■用于表示该帧所携带的LLC数据量的字节数（N）

■其取值范围为46WNW1500

■确定整个帧的最小长度为64个字节，最大为1518个字节

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§5.2EthernetsMH

・MAC子层采用的帧结构一检验序列(FCS)

PASFDDASALLLC-PDUPADFCS

■检验序列由4个字节组成

■用于存放CRC检验所产生的检验码

■生成多项式为：

G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+

42

x+x+x+lo

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§5.2EthernetsMH

MAC子层采用的帧结构一

数据域（LLCPDU）和填充字段（PAD）

PASFDDASALLLC-PDUPADFCS

■数据域用于携带LLC层实体传输下来的数据单元。

■数据域长度在0个字节一工500个字节之间。

■如果数据域中没有LLC数据单元，则需要用PAD部分

来填充，使其达到最小的长度单位，即46个字节

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j§5.2Ethernet局域网

■MAC子层采用的帧一最短帧长设定

■以太网取51.2海为争用期的长度。

■■对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit,即64

字节。

,以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续

的数据就不会发生冲突

■如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。

J由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数

据一定小于64字节。

,以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字

节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧

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j§5.2EthernetsMH

■MAC子层采用的地址

■称为网络物理地址，共48位长度

■可以有248个网卡数量

■通常封装在网卡的ROM中。

■在世界范围内唯一标识一个网卡

■前24位为IEEE统一分配的生产厂商标识

■后24位为厂商自定

■通常写法为00・51・20・81・00・12

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y§5.2Ethernet^域网

■MAC子层帧的发送和接收

■发送过程

■接收过程

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开始接收帧

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§5.2Ethernet^域网

■物理层标准

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y§5.2Ethernet^域网

■Ethernet网络的“黄金规则”

■最多只允许有5个网段（每段500米）

■最多只允许使用4个中继器

■其中3个网段上可以有数据节点

■另2个网段上不能有节点

■以上形成一个冲突域

■简称为:5-4-3-2-1

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§5.2Ethernet^域网

■Ethernet网络网卡结构

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,§5.3令牌环网与FDDI

■令牌环网络标准

■LLC子层采用IEEE802.2协议

■MAC子层采用IEEE802.5协议

■TokenRing技术

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&§5.3令牌环网与FDDI

■令牌环网络的基本概念

■令牌的概念

■用于控制、管理及传输数据帧的一种数据格式

■令牌的格式

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&§5.3令牌环网与FDDI

令牌环网络的工作过程玷AC

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,§5.3令牌环网与FDDI

■令牌环网络的特点

■用传输介质组成一个封闭的环

■所有站点连接到这个封闭环上

■一次只能有一个站点进行数据发送

■当没有站点进行数据发送时，在环上传输令牌

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j§5.3令牌环网与FDDI

■■采用的帧结构一帧起始定界符

SDACFCDASAINFOFCSEDFS

♦大小为工个字节

■指示令牌或帧的开始。

■编码为“JKOJKOOO”

■采用曼彻斯特编码技术表示“0”,采用无电平变换

的比特表示J或K。

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§5.3令牌环网与FDDI

■MAC子层采用的帧结构——地址部分

SDACFCDASAINFOFCSEDFS

■DA是目的地址，大小为2个字节或6个字节

■目的地址中第“0"位为"0",表示单个目的地址

■目的地址内容中全为“工”，表示广播地址

■SA是源地址，大小与目的地址一致

■源地址中第"0”位必须为"0”

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§5.3令牌环网与FDDI

■MAC子层采用的帧结构一访问控制字段

SDACFCDASAINFOFCSEDFS

■大小为工个字节，编码为“PPPTMRRR”

■PPP表示优先级（前三位）

■RRR表示预留位（后三位）

■T表示令牌位用用来来防防止止帧帧在在环环中中连连续续运运行行

■M表示监控位当当将将帧帧中中MM置置为为““工1〃”时，，则则抛弃该帧

通常该位为“0〃

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站3令牌环网与FDDI

■MAC子层采用的帧结构一帧控制字段

SDACFCDASAINFOFCSEDFS

■大小为1个字节，编码为“FFZZZZZZ”

■FF=O表示为MAC帧

■FF=1表示为LLC帧

■zzzzzz不同的取值，表示不同帧的不同功能

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站3令牌环网与FDDI

■MAC子层采用的帧结构一信息和检验字段

SDACFCDASAINFOFCSEDFS

■信息字段大小为n个字节

■包括LLC数据帧或与MAC协议控制有关的信息

■帧检验字段大小为4个字节

■采用循环冗余检验技术

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站3令牌环网与FDDI

■MAC子层采用的帧结构一帧的结束定界符

SD|AC|FC|DASAINFOFCSEDFS

■大小为1个字节,编码为JK1JK1IE/Z

■表示一个帧或令牌的结束

■I为中间帧位_

1=0表示最后帧或唯一帧

■E为差错检验位

发送站将其置“0”

在传输过程中，如果错，则由其它站置“工〃

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§5.3令牌环网与FDDI

■MAC子层采用的帧结构一帧状态字

SDACFCDASAINFOFCSEDFS

■大小为1个字节,编码为“ACrrACrr”

■A为地址识别位

■C为帧拷贝位发过

为保留部分因为FS字段位于FCS检验码外

■rr目你“1〃

因此在一个字节中AC重复了一次

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,§5.3令牌环网与FDDI

■MAC子层帧的发送和接收

■发送过程

■接收过程

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)§5.3令牌环网与FDDI

■物理层标准

■令牌环路采用屏蔽双绞线

■速率为1MBps或4MBps

■基带信号传输，采用曼彻斯特编码

■每个站使用两对双绞线与“线路中心”连接

■一对用于入线，一对用于出线

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,§5.3令牌环网与FDDI

FDDI网络

FiberDistributedDataInterface

■光纤分布数据接口

，是一个全光纤通信网络

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,§5.3令牌环网与FDDI

■FDDI网络——网络结构

■FDDI网络是一个双环结构

■使用节点中继器和光纤构成封闭的环路

■各个网络工作站或网络设备和节点中继器相连

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,§5.3令牌环网与FDDI

FDDI网络——采用技术

■采用IEEE802.5协议

■环路上有多个令牌在游动

■在帧前加了一个前导序列PA

■每个站设置3个计数器（令牌保持计数器、令牌轮转计数器、

有效传输计数器）

■提高可靠性方面

■当有一个环出现故障时，使用另一个环完成数据传输

■当两个环都有故障时，则将两个环连接成一个环

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§5.3令牌环网与FDDI

■FDDI网络——物理层标准

■FDDI使用多模光纤

■由2个光纤环构成

■FDDI网络----技术性能

■最大传输速率lOOMBps

■线路总长200公里

■最大节点数1000

■最大帧长度4500字节

■误码率小于2.5x10-1。

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J§5.4令牌总线网

■令牌总线网络的标准

■LLC子层采用IEEE802.2协议

■MAC子层采用IEEE802.4协议

■Token技术

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站点A站点B

站点C站点D

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J§5.4令牌总线网

令牌总线网络的特点

■物理为总线型结构，逻辑为环型结构

■使用令牌完成数据帧的传输

■介质访问延迟时间有确定值

■不会出现冲突

■支持优先级服务

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问题?

早期局域网速率10Mb/s

■存在的问题

■介质共用问题

■网络带宽均分

■冲突增加

如何提高局域网速率？

■提高数据传输速率

■修介质共享方式改为交换方式

■划分子网，减少冲突

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j§5.5高速局域网

■快速以太网

■与早期以太网基本相同

■数据传输速率达到工OOMb/s

■改进方法

■缩短发送帧间隔时间

■原来为9.6jus

■现在为0.96jus

■标准名称

■IEEE802.3U

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§5.5高速局域网

，快速以太网----协议结构

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„§5.5高速局域网

十

■快速以太网---物理层标准

■100BASE—TX

■100BASE—T4

100BASE—FX

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j§5.5高速局域网

■快速以太网---物理层标准（一）

■100BASE—TX

■采用5类UTP

■使用两对线路进行数据传输

■一对用于发送，速率为100Mb/s

■另一对用于接收，速率为100Mb/s

■结点到结点之间距离100m

■全双工系统

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j§5.5高速局域网

■快速以太网——物理层标准（二）

■100BASE—T4

■采用3类UTP

■使用四对线路进行数据传输

■三对用于发送与接收，速率为100Mb/s

n另一对用于冲突检测

■结点到结点之间距离100m

■非全双工系统

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j§5.5高速局域网

■快速以太网---物理层标准（三）

100BASE—FX

■采用单模或多模光纤

■使用2芯线路进行数据传输

■一芯用于发送，速率为100Mb/s

■另一芯用于接收，速率为100Mb/s

■结点到结点之间距离可以为2Km

■全双工系统

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j§5.5高速局域网

■千兆以太网

GigabitEtheernet

■1995年工1月成立研究组

■1996年8月成立80Z3z工作组

■研究多模光纤和屏蔽双绞线

■1997年初，成立802.3ab工作组

■研究单模光纤和非屏蔽双绞线

■1998年2月。正式推出标准IEEE802.3Z

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j§5.5高速局域网

■千兆以太网

■数据传输速率达到1000Mb/s

■改进方法

■缩短发送帧间隔时间

■原来为0.96jus

■现在为0.096g

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j§5.5高速局域网

千兆以太网协议结构

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j§5.5高速局域网

■千兆以太网---物理层标准

■1000BASE—T

■1000BASE—CX

■1000BASE—LX

■1000BASE—SX

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j§5.5高速局域网

■千兆以太网—物理层标准（一）

■1000BASE—T

■使用超5类UTP

■UTP长度为100米

■1000BASE—CX

■使用STP

■STP长度25米

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j§5.5高速局域网

■千兆以太网——物理层标准（二）

■1000BASE—LX

■使用波长为1300nm的单模光纤

■光纤长度为3000米

■1000BASE—SX

■使用波长为850mli的多模光纤

■光纤长度300-550米

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j§5.5高速局域网

■10Gb/sEthernet

■1999年3月成立HSSG研究组

■2002年完成制定

■特点

■帧格式与前面的以太网一致

■保留最小帧长和最大帧长

■只使用光纤

■只使用全双工方式

■不使用CSMA/CD协议

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j§5.5高速局域网

■lOGb/sEthernet----物理层标准

■局域网物理层（LANPHY）标准

■速率为1OGb/s

■交换机可支持10个千兆以太网接口

■广域网物理层（WANPHY）标准

■速率为9・95328Gb/s

■符合SONET/SDH的0O192/STM-64标准

，传输的帧插入至UOC-192/STM-64帧的有效载荷中

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j§5.5高速局域网

■lOGb/sEthernet-----物理层特点

■使用单模光纤，传输距离可以达到40Km

■使用多模光纤，传输距离限制在65m~300m

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问题?

早期局域网速率10Mb/s

■存在的问题

■介质共用问题

■网络带宽均分

■冲突增加

如何提高局域网速率？

■提高数据传输速率

■将介质共享方式改为交换方式

■划分子网，减少冲突

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§5.6交换局域网

■交换式局域网结构

■组成

■局域网交换机

■网络线路

■网络结点

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交换机内部逻辑结构图

端口MAC地址

缓

冲1A

控制芯片区

2B

3C

4D/

站点A站点B站点C站点D

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&§5.6交换局域网

■交换式局域网工作原理

■交换机建立端口号/MAC地址映射表

■交换机接收一个端口传输的数据

■根据地址映射表，将数据转发到另一个端口

■如果地址映射表中没有对应的，则向所有端口转发,

并在收到答复帧后，建立对应关系

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&§5.6交换局域网

■"端口号/MAC地址映射表”建立与维护

■通过手工方式建立

■通过“地址学习”法建立

■根据答复帧，找到映射关系

■更新原来的映射表

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j§5.6交换局域网

■交换机转发方式

■直接转发

■只接收目的地址后，就直接转发

■存储转发

■接收完整的帧后，通过差错检验和判断目的地址后转发

■改进的直接转发

■只接收帧中前64个字节，通过差错检验和判断目的地址

后转发

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&§5.6交换局域网

■交换式局域网中交换机特点

■低延迟

■支持不同的传输速率和工作模式

■自动识别端口速率和工作模式

■支持虚拟局域网服务

■可以建立端口之间多个并发连接，实现多个结点之

间数据的并发传输

□可以隔离本地数据帧

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J§5.7虚拟局域网

■虚拟局域网(VirtualLAN)概念

■将工作性质相同或相似的网络结点

■在网络交换机的支持下

■利用软件技术划分成多个“逻辑工作组”

■每个逻辑工作组称为虚拟局域网

■英文缩写为：VLAN

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§5.7虚拟局域网

'■虚拟局域网（VLAN）的含义

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,§57虚拟局域网

■虚拟局域网（VLAN）的实现（之一）

■用交换机端口号实现划分

■修某些端口划分为一个VLAN

■一个端口属于一个VLAN,就不能属于另一个

VLAN

■用户的移动需要重新配置VLAN

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3§57虚拟局域网

■虚拟局域网（VLAN）的实现（之二）

■用MAC地址划分

■修某些MAC地址划分为一个VLAN

■一个MAC地址可以属于两个不同的VLAN

■用户的移动不需要重新配置VLAN

■但需要网络初始建立阶段就完成划分

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J§5.7虚拟局域网

■虚拟局域网（VLAN）的实现（之三）

■用网络层地址划分

■将某些IP地址划分为一个VLAN

■一个IP地址可以属于两个不同的VLAN

■用户的移动不需要重新配置VLAN

■可以建立服务目的明确的VLAN

■检查IP地址花费的费用比检查帧地址要大

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3§57虚拟局域网

■虚拟局域网（VLAN）的实现（之四）

・用IP广播组划分

■使用一个代理设备

■通过发送和接收IP广播包动态建立

■一个IP地址可以属于两个不同的VLAN

■用户的移动不需要重新配置VLAN

■可以建立服务目的明确的VLAN

■可以跨越更大的范围，具有更大的灵活性

■检查IP地址花费的费用比检查帧地址要大

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J§5.7虚拟局域网

■虚拟局域网（VLAN）的特点

■方便网络管理，减少网络管理开销

■提供更好的安全性

■改善网络服务质量

■减少网络中存在的广播风暴

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产生了广播风暴

站点A站点B站点C站点D站点E站点G

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j§5.8无线局域网

应用范围

■作为传统局域网的扩充

工建筑物之间的连接

■漫游访问

特殊的网络（临时的）

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j§5.8无线局域网

发展历程

■1987年开夕台研究

■1990年建立IEEE802.11研究组

■1997年建立IEEE802J1标准

■随后才隹出IEEE802.：lla、

IEEE802.11b

■目前最新的是IEEE802.11J

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j§5.8无线局域网

■采用的技术—分类

■红外无线技术

■扩频无线技术

■“蓝牙”技术

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■采用的技术---红外无线技术

■利用红外线较宽的频带传输

■传输速率为1M〜2Mb/s

■可视方式传输，点对点传输

■不会穿越不透明物体，保密性好

■频率高，抗干扰能力强

■利用房间天花板反射，可以覆盖整个房间

■系统安装简单，易于管理

■信号受阳光、雪、雾、尘埃等影响

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■采用的技术一扩频无线技术

■分类

■跳频扩频通信FHSS

■FrequenceHoppingSpreadSpectrum

■直接序列扩频通信DSSS

DirectSequenceSpreadSpectrum

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§5.8无线局域网

采用的技术一跳频扩频通信FHSS技术

■传输的数据信号按照一定的时间间隔从一个频率跳到另一个频率

■每个频率会驻留一段时间，在每个驻留的频率上发送数据帧

■频率跳动的过程中不发送数据帧

■频率驻留的时间（时间间隔）称为驻留时间

■IEEE802.il规定使用2.4G~2.4835GHz频率范围

■IEEE802.il规定3主留时间为400ms

■IEEE802.il规定传输速率为IMb/s或2Mb/s

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j§5.8无线局域网

■采用的技术一直接序列扩频通信DSSS

■传输的数据信号与一个伪随机码信号经过模二加

■在伪随机码信号的频率上进行传输

■IEEE802.11规定使用2・4G~2.4835GHz频率范围

♦IEEE802.11规定传输速率为工Mb/s或2Mb/s

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■采用的技术----蓝牙(Bluetooth)技术

■低成本、短距离语音和数据通信的开放无线技术

■1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM、Inte

五家公司联合制定研究计划

■1999年下半年，微软、摩托罗拉、3coM、朗讯

与以上五家公司联合成立“蓝牙”技术推广组

■21世纪被评为“十年来十大热门技术”之一

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■采用的技术----蓝牙(Bluetooth)技术特点

■是一种短程无线通信技术

■范围指定为10m,可扩展到100m

■提供低价、大容量的语音与数据网络

■工作在245GHz频段，速率为工Mb/s,使用快速

跳频技术(1600跳/s)

支持点对点或点对多点的连接

■每个设备配置符合IEEE802标准的48位地址

■采用TDM方案实现全双工通信，支持电路交换和分组交换

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■采用的技术---