1、【学习目标学习目标】n掌握局域网的参考模型和介质访问控制方法掌握局域网的参考模型和介质访问控制方法n掌握以太网组网技术掌握以太网组网技术n熟练掌握交换机的工作原理、帧转发方式、互连方熟练掌握交换机的工作原理、帧转发方式、互连方式式n掌握使用交换机组建小型交换式对等网的方法掌握使用交换机组建小型交换式对等网的方法n掌握掌握Windows 7Windows 7对等网中文件夹共享、打印机共享对等网中文件夹共享、打印机共享的设置方法和使用的设置方法和使用 2.1 2.1 网络常用连接设备网络常用连接设备 u局域网一般由服务器、用户工作站和通信设局域网一般由服务器、用户工作站和通信设备等组成。备等组成。
2、u通信设备主要是实现物理层和介质访问控制通信设备主要是实现物理层和介质访问控制(MAC)(MAC)子层的功能，在网络节点间提供数据子层的功能，在网络节点间提供数据帧的传输，包括中继器、集线器、网桥、交帧的传输，包括中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关等。换机、路由器、网关等。1 1中继器中继器u信号在传输介质中传递时，由于传输介质的阻抗会使信号在传输介质中传递时，由于传输介质的阻抗会使信号越来越弱，导致信号衰减失真。当网线的长度超信号越来越弱，导致信号衰减失真。当网线的长度超过一定限度后，若想再继续传递下去，必须将信号整过一定限度后，若想再继续传递下去，必须将信号整理放大，恢复成原来的强
3、度和形状。理放大，恢复成原来的强度和形状。u中继器中继器(Repeater)(Repeater)的主要功能就是将收到的信号重新的主要功能就是将收到的信号重新整理，使其恢复到原来的波形和强度，然后继续传递整理，使其恢复到原来的波形和强度，然后继续传递下去，以实现更远距离的信号传输。它工作在下去，以实现更远距离的信号传输。它工作在OSIOSI参参考模型的最底层考模型的最底层(物理层物理层)，在以太网中最多可使用，在以太网中最多可使用4 4个中继器。个中继器。2 2集线器集线器u集线器集线器(Hub)(Hub)是单一总线共享式设备，提供很多网络接是单一总线共享式设备，提供很多网络接口，负责将网络中多
4、个计算机连在一起，如图所示。所口，负责将网络中多个计算机连在一起，如图所示。所谓共享，是指集线器所有端口共用一条数据总线。谓共享，是指集线器所有端口共用一条数据总线。u用集线器组建的网络在物理上属于星形拓扑结构，在逻用集线器组建的网络在物理上属于星形拓扑结构，在逻辑上属于总线型拓扑结构。辑上属于总线型拓扑结构。3 3网桥网桥u网桥网桥(Bridge)(Bridge)在数据链路层实现同类网络的互联，它在数据链路层实现同类网络的互联，它有选择地将数据从某一网段传向另一网段。有选择地将数据从某一网段传向另一网段。u网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器，然而它网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器，
5、然而它能提供智能化连接服务，即根据数据帧的目的地址处能提供智能化连接服务，即根据数据帧的目的地址处于哪一网段来进行转发和过滤。网桥对站点所处网段于哪一网段来进行转发和过滤。网桥对站点所处网段的了解是靠的了解是靠“自学习自学习”实现的。实现的。4 4交换机交换机u交换机交换机(Switch)(Switch)，也称为交换式集线器，是一种工作，也称为交换式集线器，是一种工作在数据链路层上的、基于在数据链路层上的、基于MACMAC地址识别、具有封装转地址识别、具有封装转发数据包功能的网络设备。发数据包功能的网络设备。u交换机是集线器的升级产品，每一端口都可视为独立交换机是集线器的升级产品，每一端口都可
6、视为独立的网段，连接在其上的网络设备共同享有该端口的全的网段，连接在其上的网络设备共同享有该端口的全部带宽。部带宽。u由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口传送至目的端口，而不会向所有息包独立地从源端口传送至目的端口，而不会向所有端口广播发送，避免了和其它端口发生冲突，从而提端口广播发送，避免了和其它端口发生冲突，从而提高了传输效率。高了传输效率。交换机与集线器的区别：交换机与集线器的区别：OSIOSI体系结构上的区别。集线器属于体系结构上的区别。集线器属于OSIOSI的的第一层第一层(物物理层理层)设备，而交换机属于设备
7、，而交换机属于OSIOSI的的第二层第二层(数据链路层数据链路层)设备。设备。工作方式上的区别。集线器的工作机理是工作方式上的区别。集线器的工作机理是广播广播，无，无论是从哪一个端口接收到信息包，都以广播的形式将论是从哪一个端口接收到信息包，都以广播的形式将信息包发送给其余的所有端口，这样很容易产生广播信息包发送给其余的所有端口，这样很容易产生广播风暴，当网络规模较大时网络性能会受到很大的影响；风暴，当网络规模较大时网络性能会受到很大的影响；交换机工作时，只有发出请求的端口和目的端口之间交换机工作时，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应，不影响其他端口，因此交换机能够相互响应，不影响其他端
8、口，因此交换机能够隔离冲隔离冲突域和有效地抑制广播风暴突域和有效地抑制广播风暴的产生。的产生。带宽占用方式上的区别。带宽占用方式上的区别。u集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口在发送或接收数据，宽，在同一时刻只能有两个端口在发送或接收数据，其他端口只能等待，同时集线器只能工作在半双工模其他端口只能等待，同时集线器只能工作在半双工模式下；式下；u而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当某两个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时当某两个端口工作时并不影响其他端
9、口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下，而且可以工作交换机不但可以工作在半双工模式下，而且可以工作在全双工模式下。在全双工模式下。5 5路由器路由器u路由器工作在第三层路由器工作在第三层(网络层网络层)，这意味着它可以在多，这意味着它可以在多个网络之间交换和路由数据包。个网络之间交换和路由数据包。u比起网桥，路由器不但能过滤和分隔网络信息流、连比起网桥，路由器不但能过滤和分隔网络信息流、连接网络分支，还能访问数据包中更多的信息，并用来接网络分支，还能访问数据包中更多的信息，并用来提高数据包的传输效率。常见的家用路由器如图所示。提高数据包的传输效率。常见的家用路由器如图所示。6 6网关网
10、关u网关通过把信息重新包装来适应不同的网络环网关通过把信息重新包装来适应不同的网络环境。网关能互连异类的网络，网关从一个网境。网关能互连异类的网络，网关从一个网络中读取数据，剥去数据的老协议，然后用络中读取数据，剥去数据的老协议，然后用目的网络的新协议进行重新包装。目的网络的新协议进行重新包装。u网关的一个较为常见的用途是，在局域网的微网关的一个较为常见的用途是，在局域网的微机和小型机或大型机之间进行机和小型机或大型机之间进行“翻译翻译”，从，从而连接两个而连接两个(或多个或多个)异类的网络。网关的典异类的网络。网关的典型应用是当作网络专用服务器。型应用是当作网络专用服务器。2.2 2.2 局
11、域网的参考模型局域网的参考模型 u在将在将OSIOSI模型应用于局域网时，将数据链路层划分为两个子层：模型应用于局域网时，将数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制（逻辑链路控制（Logical Link ControlLogical Link Control，LLCLLC）子层和介质访问）子层和介质访问控制（控制（Medium Access ControlMedium Access Control，MACMAC）子层，如图所示。）子层，如图所示。uMACMAC子层处理局域网中各站点对通信介质的争子层处理局域网中各站点对通信介质的争用问题，对于不同的传输介质、不同的网络用问题，对于不同的传输介质
12、、不同的网络拓扑结构可以采用不同的介质访问控制方法。拓扑结构可以采用不同的介质访问控制方法。uLLCLLC子层屏蔽各种子层屏蔽各种MACMAC子层的具体实现，将其改子层的具体实现，将其改造成为统一的造成为统一的LLCLLC界面，从而向网络层提供统界面，从而向网络层提供统一的服务。一的服务。1 1MACMAC子层（介质访问控制子层）子层（介质访问控制子层）uMACMAC子层是数据链路层的一个功能子层，是数据链路子层是数据链路层的一个功能子层，是数据链路层的下半部分，它直接与物理层相邻。层的下半部分，它直接与物理层相邻。MACMAC子层为不子层为不同的物理介质定义了不同的介质访问控制方法。其主同的
13、物理介质定义了不同的介质访问控制方法。其主要功能如下。要功能如下。（1 1）传送数据时，将传送的数据组装成）传送数据时，将传送的数据组装成MACMAC帧，帧中包帧，帧中包含地址和差错检测字段。含地址和差错检测字段。（2 2）接收数据时，将接收的数据分解成）接收数据时，将接收的数据分解成MACMAC帧，并进行帧，并进行地址识别和差错检测。地址识别和差错检测。（3 3）管理和控制对局域网传输介质的访问。）管理和控制对局域网传输介质的访问。2 2LLLLC C子层（逻辑链路控制子层）子层（逻辑链路控制子层）uLLCLLC子层位于数据链路层的上半部分，在子层位于数据链路层的上半部分，在MACMAC子层
14、的支子层的支持下向网络层提供服务，它可运行于所有持下向网络层提供服务，它可运行于所有802802局域网局域网和城域网协议之上。和城域网协议之上。uLLCLLC子层与传输介质无关，它独立于介质访问控制方子层与传输介质无关，它独立于介质访问控制方法，隐蔽了各种法，隐蔽了各种802802网络之间的差别，并向网络层提网络之间的差别，并向网络层提供一个统一的格式和接口。供一个统一的格式和接口。uLLCLLC子层的功能包括差错控制、流量控制和顺序控制，子层的功能包括差错控制、流量控制和顺序控制，并为网络层提供面向连接和无连接的两类服务。并为网络层提供面向连接和无连接的两类服务。2.3 IEEE 8022.
15、3 IEEE 802标准标准uIEEE 802IEEE 802参考模型是美国电气电子工程师协会参考模型是美国电气电子工程师协会(IEEE)(IEEE)在在19801980年年2 2月制订的，因此称为月制订的，因此称为IEEE 802IEEE 802标准。标准。uIEEE 802IEEE 802委员会认为，由于局域网只是一个计算机通委员会认为，由于局域网只是一个计算机通信网，而且不存在路由选择问题，因此它不需要网络信网，而且不存在路由选择问题，因此它不需要网络层，有最低的两个层次（数据链路层和物理层）就可层，有最低的两个层次（数据链路层和物理层）就可以；以；u但与此同时，由于局域网的种类繁多，其
16、介质访问控但与此同时，由于局域网的种类繁多，其介质访问控制方法也各不相同，因此有必要将局域网分解为更小制方法也各不相同，因此有必要将局域网分解为更小而且容易管理的子层。而且容易管理的子层。uIEEE 802IEEE 802标准系列间的关系如图所示。随着网络发展标准系列间的关系如图所示。随着网络发展的需要，新的标准还在不断地补充进来。的需要，新的标准还在不断地补充进来。IEEE 802IEEE 802为局域网制订了一系列标准，主要有以下几种。为局域网制订了一系列标准，主要有以下几种。uIEEE 802.1 IEEE 802.1 标准：局域网体系结构以及寻址、网络管理和网络互联等标准：局域网体系结
17、构以及寻址、网络管理和网络互联等uIEEE 802.2 IEEE 802.2 标准：逻辑链路控制标准：逻辑链路控制(LLC)(LLC)子层。子层。uIEEE 802.3 IEEE 802.3 标准：带冲突检测的载波侦听多路访问标准：带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)(CSMA/CD)。uIEEE 802.3u IEEE 802.3u 标准：标准：100Mbps100Mbps快速以太网。快速以太网。uIEEE 802.3z IEEE 802.3z 标准：标准：1000Mbps1000Mbps以太网以太网(光纤、同轴电缆光纤、同轴电缆)。uIEEE 802.3ab IEEE 802.3
18、ab 标准：标准：1000Mbps1000Mbps以太网以太网(双绞线双绞线)。uIEEE 802.3aeIEEE 802.3ae标准：标准：10000Mbps10000Mbps以太网。以太网。uIEEE 802.4 IEEE 802.4 标准：令牌总线网标准：令牌总线网(Token Bus)(Token Bus)。uIEEE 802.5 IEEE 802.5 标准：令牌环网标准：令牌环网(Token Ring)(Token Ring)。uIEEE 802.6 IEEE 802.6 标准：城域网标准：城域网(MAN)(MAN)。uIEEE 802.7 IEEE 802.7 标准：宽带技术。标准
19、：宽带技术。uIEEE 802.8 IEEE 802.8 标准：光纤技术。标准：光纤技术。uIEEE 802.9 IEEE 802.9 标准：综合语音数据网。标准：综合语音数据网。uIEEE 802.10 IEEE 802.10 标准：安全与加密。标准：安全与加密。uIEEE 802.11 IEEE 802.11 标准：无线局域网。标准：无线局域网。uIEEE 802.12 IEEE 802.12 标准：标准：100VG-AnyLAN100VG-AnyLAN优先高速局域网优先高速局域网(100Mbps)(100Mbps)。uIEEE 802.13 IEEE 802.13 标准：有线电视网标准：
20、有线电视网(Cable-TV)(Cable-TV)。uIEEE 802.14 IEEE 802.14 标准：有线调制解调器标准：有线调制解调器(已废除已废除)。uIEEE 802.15 IEEE 802.15 标准：无线个人区域网络标准：无线个人区域网络(蓝牙蓝牙)。uIEEE 802.16 IEEE 802.16 标准：宽带无线标准：宽带无线MANMAN标准标准(WiMAX(WiMAX，微波，微波)。uIEEE 802.17 IEEE 802.17 标准：弹性分组环标准：弹性分组环(RPR)(RPR)可靠个人接入技术。可靠个人接入技术。uIEEE 802.18 IEEE 802.18 标准：
21、宽带无线局域网技术咨询组。标准：宽带无线局域网技术咨询组。uIEEE 802.19 IEEE 802.19 标准：无线共存技术咨询组。标准：无线共存技术咨询组。uIEEE 802.20 IEEE 802.20 标准：移动宽带无线访问。标准：移动宽带无线访问。uIEEE 802.21 IEEE 802.21 标准：符合标准：符合802802标准的网络与非标准的网络与非802802网络之间的互通。网络之间的互通。uIEEE 802.22 IEEE 802.22 标准：无线地域性区域网络标准：无线地域性区域网络(WRANs)(WRANs)工作组。工作组。u以太网使用以太网使用CSMA/CDCSMA/
22、CD作为介质访问控制方法，其协议作为介质访问控制方法，其协议为为IEEE 802.3IEEE 802.3；u令牌总线网使用令牌总线作为介质访问控制方法，其令牌总线网使用令牌总线作为介质访问控制方法，其协议为协议为IEEE 802.4IEEE 802.4；u令牌环网使用令牌环作为介质访问控制方法，其协议令牌环网使用令牌环作为介质访问控制方法，其协议为为IEEE 802.5IEEE 802.5；uFDDIFDDI是一种令牌环网，采用双环拓扑，以光纤作为传是一种令牌环网，采用双环拓扑，以光纤作为传输介质，传输速度为输介质，传输速度为100Mbps100Mbps；u城域网的标准为城域网的标准为IEEE
23、 802.6IEEE 802.6，分布式队列双总线，分布式队列双总线(DQDB)(DQDB)，广播式连接，介质访问控制方法为先进先出，广播式连接，介质访问控制方法为先进先出(FIFO)(FIFO)。2.4 2.4 局域网介质访问控制方法局域网介质访问控制方法 常见的介质访问控制方法有：常见的介质访问控制方法有：CSMA/CDCSMA/CD、令牌、令牌环和令牌总线。环和令牌总线。2.4.1 2.4.1 带冲突检测的载波侦听多路访问带冲突检测的载波侦听多路访问 带冲突检测的载波侦听多路访问控制方法带冲突检测的载波侦听多路访问控制方法（CSMA/CDCSMA/CD），是一种争用型的介质访问控制），是
24、一种争用型的介质访问控制协议，它只适用于总线拓扑结构的协议，它只适用于总线拓扑结构的LANLAN，能有，能有效解决总线效解决总线LANLAN中介质共享、信道分配和信道中介质共享、信道分配和信道冲突等问题。冲突等问题。CSMA/CD CSMA/CD的工作原理可概括为的工作原理可概括为1616个字个字“先听后发先听后发,边听边发边听边发,冲突冲突停止停止,延时重发延时重发”，其具体工作过程概括如下。，其具体工作过程概括如下。（1 1）发送数据前，先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。）发送数据前，先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。（2 2）若信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发
25、送数据。）若信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送数据。（3 3）在发送数据时，边发送边继续侦听，若侦听到冲突，则立即停）在发送数据时，边发送边继续侦听，若侦听到冲突，则立即停止发送数据，并向总线上发出一串阻塞信号，通知总线上各站点止发送数据，并向总线上发出一串阻塞信号，通知总线上各站点已发生冲突，使各站点重新开始侦听与竞争信道。已发生冲突，使各站点重新开始侦听与竞争信道。（4 4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，再）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，再重新进入侦听发送阶段。重新进入侦听发送阶段。uCSMA/CDCSMA/CD的工作过程描述如下图所示。
26、的工作过程描述如下图所示。uCSMA/CDCSMA/CD的优点是：原理比较简单，技术上易实现，的优点是：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。供优先级控制。uCSMA/CDCSMA/CD的缺点是：需要冲突检测，存在错误判断和的缺点是：需要冲突检测，存在错误判断和最小帧长度（最小帧长度（6464字节）限制，网络负载增大时，发送字节）限制，网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。时间增长，发送效率急剧下降。2.4.2 2.4.2 令牌环令牌环 令牌环令牌环(Token Ring)(Token R
27、ing)适用于环型拓扑结构的适用于环型拓扑结构的LANLAN，在，在令牌环网中有一个令牌环网中有一个令牌令牌(Token)(Token)沿着环形总线在入网沿着环形总线在入网节点计算机间依次传递。节点计算机间依次传递。u令牌实际上是一个特殊格式的控制帧，本身并不包含令牌实际上是一个特殊格式的控制帧，本身并不包含信息，仅控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个信息，仅控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。节点能够独占信道。u当环上节点都空闲时，令牌绕环行进。当环上节点都空闲时，令牌绕环行进。u节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧，因此不节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧，因此
28、不会发生会发生“碰撞碰撞”。由于令牌在网环上是按顺序依次单。由于令牌在网环上是按顺序依次单向传递的，因此对所有入网计算机而言，访问权是公向传递的，因此对所有入网计算机而言，访问权是公平的。平的。2.4.3 2.4.3 令牌总线令牌总线令牌总线类似于令牌环，但其采用总线型拓扑结构。令牌总线类似于令牌环，但其采用总线型拓扑结构。u令牌总线是在总线的基础上，通过在网络结点之间有令牌总线是在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递令牌来分配各节点对共享型总线的访问权，序地传递令牌来分配各节点对共享型总线的访问权，形成闭合的逻辑环路。形成闭合的逻辑环路。2.5 2.5 以太网技术以太网技术u19761
29、976年年7 7月，月，BobBob在在ALOHAALOHA网络的基础上，提出总线型网络的基础上，提出总线型局域网的设计思想，并提出冲突检测、载波侦听与随局域网的设计思想，并提出冲突检测、载波侦听与随机后退延迟算法，将这种局域网命名为以太网机后退延迟算法，将这种局域网命名为以太网(Ethernet)(Ethernet)。u以太网的核心技术是介质访问控制方法以太网的核心技术是介质访问控制方法CSMA/CDCSMA/CD，它，它解决了多结点共享公用总线的问题。每个站点都可以解决了多结点共享公用总线的问题。每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据，目的站点将该帧复接收到所有来自其他站点的数据，目的
30、站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧。制，其他站点则丢弃该帧。2.5.1 MAC2.5.1 MAC地址地址u为了标识以太网上的每台主机，需要给每台主机上的为了标识以太网上的每台主机，需要给每台主机上的网络适配器网络适配器(网卡网卡)分配一个全球唯一的通信地址，即分配一个全球唯一的通信地址，即MACMAC地址、地址、EthernetEthernet地址或称为网卡的物理地址。地址或称为网卡的物理地址。uMACMAC地址长度为地址长度为4848比特，共比特，共6 6个字节，如个字节，如00-0D-88-47-00-0D-88-47-58-2C58-2C，其中，前，其中，前3 3个字节为个字节为IEEE
31、IEEE分配给厂商的厂商代分配给厂商的厂商代码码(00-0D-88)(00-0D-88)，后，后3 3个字节为厂商自己设置的网络适个字节为厂商自己设置的网络适配器编号配器编号(47-58-2C)(47-58-2C)。uMACMAC广播地址为广播地址为FF-FF-FF-FF-FF-FFFF-FF-FF-FF-FF-FF。如果。如果MACMAC地址地址（二进制）的第（二进制）的第8 8位是位是1 1，则表示该，则表示该MACMAC地址是组播地地址是组播地址，如址，如01-00-5E-37-55-4D01-00-5E-37-55-4D。2.5.2 2.5.2 以太网的帧格式以太网的帧格式u以太网的帧
32、是数据链路层的封装，网络层的数以太网的帧是数据链路层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧尾成为可以被数据链路据包被加上帧头和帧尾成为可以被数据链路层识别的数据帧层识别的数据帧(成帧成帧)。u以太网的帧长度是以太网的帧长度是646415181518字节字节(不算不算8 8个字节个字节的前导字符的前导字符)。u以太网的帧格式有多种，在每种格式的帧开始以太网的帧格式有多种，在每种格式的帧开始处都有处都有6464比特比特(8(8字节字节)的前导字符，其中前的前导字符，其中前7 7个字节为前同步码个字节为前同步码(7(7个个10101010)10101010)，第，第8 8个字个字节为帧起始标志节为帧起
33、始标志(10101011)(10101011)。图。图2-72-7所示为所示为Ethernet Ethernet 的帧格式的帧格式(未包括前导字符未包括前导字符)。u最小帧长度为最小帧长度为6464字节（字节（6 66 62 246464 46464），最大），最大帧长度为帧长度为15181518字节（字节（6 66 62 2150015004 415181518）。）。u前前1212字节分别标识出发送数据帧的源节点字节分别标识出发送数据帧的源节点MACMAC地址和地址和接收数据帧的目的节点接收数据帧的目的节点MACMAC地址。地址。u接下来的接下来的2 2个字节标识出以太网帧所携带的上层数据
34、个字节标识出以太网帧所携带的上层数据类型，如十六进制数类型，如十六进制数0 x08000 x0800代表代表IPIP协议数据，十六进协议数据，十六进制数制数0 x08060 x0806代表代表ARPARP协议数据。协议数据。u在不定长的数据字段后是在不定长的数据字段后是4 4个字节的帧校验序列个字节的帧校验序列（Frame Check SequenceFrame Check Sequence，FCSFCS），采用），采用3232位位CRCCRC循环循环冗余校验，对从冗余校验，对从“目的目的MACMAC地址地址”字段到字段到“数据数据”字字段的数据进行校验。段的数据进行校验。2.5.3 10Mb
35、ps2.5.3 10Mbps标准以太网标准以太网u以前，以太网只有以前，以太网只有10Mbps10Mbps的吞吐量，采用的吞吐量，采用CSMA/CDCSMA/CD的的介质访问控制方法和曼彻斯特编码，这种早期的介质访问控制方法和曼彻斯特编码，这种早期的10Mbps10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网称之为标准以太网。u以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接，绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接，并且在并且在IEEE 802.3IEEE 802.3标准中，为不同的传输介质制订了标准中，为
36、不同的传输介质制订了不同的物理层标准。不同的物理层标准。u在这些标准中，前面的数字表示传输速度，单位是在这些标准中，前面的数字表示传输速度，单位是“MbpsMbps”，最后的一个数字表示单段网线长度，最后的一个数字表示单段网线长度(基准基准单位是单位是100m)100m)，BaseBase表示表示“基带基带”的意思。的意思。u在局域网发展历史中，在局域网发展历史中，10Base-T10Base-T技术是现代以太网技术是现代以太网技术发展的里程碑。技术发展的里程碑。u使用集线器时，使用集线器时，10Base-T10Base-T需要需要CSMA/CDCSMA/CD，但使用交换，但使用交换机时，在大
37、多数情况下不需要机时，在大多数情况下不需要CSMA/CDCSMA/CD。u使用集线器来设计使用集线器来设计10Base-510Base-5、10Base-210Base-2、10Base-T10Base-T网络，最关键的一点是遵循网络，最关键的一点是遵循 5-4-3-2-15-4-3-2-1规则。规则。n5 5：允许最多：允许最多5 5个网段。个网段。n4 4：在同一信道上允许最多连接：在同一信道上允许最多连接4 4个中继器或集线器。个中继器或集线器。n3 3：在其中的：在其中的3 3个网段上可以增加节点。个网段上可以增加节点。n2 2：在另外：在另外2 2个网段上，除了做中继器链路外，不能接
38、任何个网段上，除了做中继器链路外，不能接任何节点。节点。n1 1：上述将组建：上述将组建1 1个大型的冲突域。个大型的冲突域。2.6 2.6 高速局域网技术高速局域网技术u介质访问控制方法使得每个节点都能够介质访问控制方法使得每个节点都能够“公平公平”使用公共传输介质。使用公共传输介质。u如果网络中节点数目增多，每个节点分配的带如果网络中节点数目增多，每个节点分配的带宽将越来越少，冲突和重发现象将大量增加，宽将越来越少，冲突和重发现象将大量增加，网络效率急剧下降，数据传输的延迟增长，网络效率急剧下降，数据传输的延迟增长，网络服务质量下降。网络服务质量下降。u为了进一步提高网络性能，较好的解决方
39、案如下。为了进一步提高网络性能，较好的解决方案如下。（1 1）增加公共线路的带宽。优点是：仍然保护局域网）增加公共线路的带宽。优点是：仍然保护局域网用户已有的投资。用户已有的投资。（2 2）将大型局域网划分成若干个用网桥或路由器连接）将大型局域网划分成若干个用网桥或路由器连接的子网。优点是：每个子网作为小型局域网，隔离子的子网。优点是：每个子网作为小型局域网，隔离子网间的通信量，提高网络的安全性。网间的通信量，提高网络的安全性。（3 3）将共享介质改为交换介质。优点是：交换式局域）将共享介质改为交换介质。优点是：交换式局域网的设备是交换机，可以在多个端口之间建立多个并网的设备是交换机，可以在多
40、个端口之间建立多个并发连接。交换方式出现后，局域网分为共享式局域网发连接。交换方式出现后，局域网分为共享式局域网和交换式局域网。和交换式局域网。2.6.1 100Mbps2.6.1 100Mbps快速以太网快速以太网u100Mbps100Mbps快速以太网与快速以太网与10Mbps10Mbps标准以太网相比，标准以太网相比，仍然采用相同的帧格式、相同的介质访问控仍然采用相同的帧格式、相同的介质访问控制和组网方法，可将速率从制和组网方法，可将速率从10Mbps10Mbps提高到提高到100Mbps100Mbps。u在在MACMAC子层仍然使用子层仍然使用CSMA/CDCSMA/CD，在物理层进行
41、必，在物理层进行必要的调整，定义新的物理层标准。快速以太要的调整，定义新的物理层标准。快速以太网的标准为网的标准为IEEE 802.3uIEEE 802.3u。有关有关100Mbps100Mbps快速以太网的传输介质标准主要有快速以太网的传输介质标准主要有3 3种：种：100base-TX100base-TX：支持：支持2 2对对5 5类非屏蔽双绞线或类非屏蔽双绞线或2 2对对1 1类屏蔽双类屏蔽双绞线；其中绞线；其中1 1对用来发送，对用来发送，1 1对用来接收。采用对用来接收。采用4B/5B4B/5B编码编码方式。可以采用全双工传输方式，每个结点可同时以方式。可以采用全双工传输方式，每个结
42、点可同时以100Mbps100Mbps速率发送和接收数据，即速率发送和接收数据，即200Mbps200Mbps带宽。带宽。100base-T4100base-T4：支持：支持4 4对对3 3类非屏蔽双绞线，其中类非屏蔽双绞线，其中3 3对用于对用于数据传输，数据传输，1 1对用于冲突检测。采用对用于冲突检测。采用8B/6T8B/6T编码方式。编码方式。100base-FX100base-FX：支持：支持2 2芯的单模或多模光纤，主要用于高芯的单模或多模光纤，主要用于高速主干网，从结点到集线器的距离可达速主干网，从结点到集线器的距离可达2km2km。采用。采用4B/5B4B/5B编码方式和全双工
43、传输方式。编码方式和全双工传输方式。2.6.2 2.6.2 千兆以太网千兆以太网u千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术。千千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术。千兆以太网与大量使用的标准以太网和快速以太网完全兆以太网与大量使用的标准以太网和快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括其中包括CSMA/CDCSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控协议、以太网帧、全双工、流量控制以及制以及IEEE 802.3IEEE 802.3标准中所定义的管理对象。标准中所定义的管理对象。uIEEE 802.3zIEEE
44、802.3z标准定义了标准定义了1000Base-SX1000Base-SX、1000Base-LX1000Base-LX、1000Base-CX1000Base-CX三种千兆以太网标准，三种千兆以太网标准，IEEE 802.3abIEEE 802.3ab标标准定义了准定义了1000Base-T1000Base-T千兆以太网标准。这四种千兆以千兆以太网标准。这四种千兆以太网的特性如表太网的特性如表2-22-2所示。所示。2.6.3 2.6.3 万兆以太网万兆以太网u万兆以太网技术与千兆以太网类似，仍然保留万兆以太网技术与千兆以太网类似，仍然保留了以太网帧结构。通过不同的编码方式或波了以太网帧结
45、构。通过不同的编码方式或波分复用技术提供分复用技术提供10Gbps10Gbps传输速度。传输速度。u万兆以太网的标准为万兆以太网的标准为IEEE 802.3aeIEEE 802.3ae，它只支持，它只支持光纤作为传输介质，不存在介质争用问题，光纤作为传输介质，不存在介质争用问题，不再使用不再使用CSMA/CDCSMA/CD介质访问控制方法，仅支持介质访问控制方法，仅支持全双工传输方式。全双工传输方式。uIEEE 802.3aeIEEE 802.3ae标准定义了标准定义了10GBase-SR10GBase-SR、10GBase-LR10GBase-LR、10GBase-ER10GBase-ER这
46、这3 3种种10G10G以太网标准。以太网标准。（1 1）10GBase-SR10GBase-SR：850nm850nm短距离模块（现有多模光纤上短距离模块（现有多模光纤上最长传输距离为最长传输距离为85m85m，新型，新型2000MHz/km2000MHz/km多模光纤上最多模光纤上最长传输距离为长传输距离为300m300m）。）。（2 2）10GBase-LR10GBase-LR：1310nm1310nm长距离模块（单模光纤上最长距离模块（单模光纤上最长传输距离为长传输距离为10km10km）。）。（3 3）10GBase-ER10GBase-ER：1550nm1550nm超长距离模块（单
47、模光纤上超长距离模块（单模光纤上最长传输距离为最长传输距离为40km40km）。）。2.7 2.7 局域网交换技术局域网交换技术 2.7.1 2.7.1 交换机的工作原理交换机的工作原理 1.1.交换机工作的具体流程交换机工作的具体流程（1 1）当交换机从某个端口接收到一个数据帧时，它先读取帧头）当交换机从某个端口接收到一个数据帧时，它先读取帧头中的源中的源MACMAC地址，这样它就知道源地址，这样它就知道源MACMAC地址的机器是连接在哪个地址的机器是连接在哪个端口上的。端口上的。（2 2）读取帧头中的目的）读取帧头中的目的MACMAC地址，并在地址，并在MACMAC地址表中查找相应的地址表
48、中查找相应的端口。端口。（3 3）如果在）如果在MACMAC地址表中找不到相应的端口，则把数据帧广播到地址表中找不到相应的端口，则把数据帧广播到除了源端口之外的所有其他端口上。当目的机器对源机器回应除了源端口之外的所有其他端口上。当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习到该目的时，交换机又可以学习到该目的MACMAC地址与哪个端口对应，在地址与哪个端口对应，在下次转发数据时就不再需要对所有端口进行广播了。下次转发数据时就不再需要对所有端口进行广播了。（4 4）如果在）如果在MACMAC地址表中有与这目的地址表中有与这目的MACMAC地址相对应的端口，则地址相对应的端口，则把数据包直接转发到这
49、个端口上，而不向其他端口广播。把数据包直接转发到这个端口上，而不向其他端口广播。2.2.交换机的工作原理交换机的工作原理u交换机的工作原理交换机的工作原理2.7.2 2.7.2 交换机的帧转发方式交换机的帧转发方式 直接交换方式直接交换方式(直通方式直通方式)。提供线速处理能力，交。提供线速处理能力，交换机只读出帧的前换机只读出帧的前1414个字节，便将帧传送到相应的端个字节，便将帧传送到相应的端口上，不用判断是否出错，帧出错检测由目的节点完口上，不用判断是否出错，帧出错检测由目的节点完成。直接交换方式的优点：交换延迟小；缺点：缺乏成。直接交换方式的优点：交换延迟小；缺点：缺乏错误检查，不支持
50、不同速率端口之间的帧转发。错误检查，不支持不同速率端口之间的帧转发。存储转发交换方式。交换机需要完整接收帧并进行存储转发交换方式。交换机需要完整接收帧并进行差错检测。存储转发交换方式的优点：具有差错检测差错检测。存储转发交换方式的优点：具有差错检测能力，并支持不同速率端口间的帧转发；缺点：交换能力，并支持不同速率端口间的帧转发；缺点：交换延迟将会增大。延迟将会增大。改进的直接交换方式改进的直接交换方式(免碎片转发方式免碎片转发方式)。结。结合上述两种方式，接收到前合上述两种方式，接收到前6464个字节后，判个字节后，判断帧头是否正确，如果正确则转发。对短帧断帧头是否正确，如果正确则转发。对短帧
