第4章 计算机局域.ppt

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1、第4章 计算机局域网,本章内容,知识结构,局域网组网方法,计算机局域网,局域网概述,无线局域网,集线器,网络接口卡,交换机,高速局域网,局域网的连接设备及其工作原理,WLAN的组建方式,WLAN的网络类型,WLAN的协议标准,WLAN的特点与应用,局域网的基本类型,局域网的性能特点,局域网的参考模型与标准,局域网介质访问控制方法,局域网的产生与发展,局域网的扩展,传统以太网,万兆以太网(10 Gigabit Ethernet ),千兆以太网(Gigabit Ethernet),快速以太网(Fast Ehernet),光纤颁数据接口(FDDI)主干网,虚拟局域网,交换以太网(Switching

2、Ethernet),4.1 局域网概述,4.1.1 局域网的产生与发展,1、局域网的产生局域网技术是在远程分组交换通信网络基础上发展起来的。从1969年第一个计算机网络远程通信交换网ARPAnet诞生到20世纪70年代后期,分组交换通信网络得到很大发展,并积累了很多经验。1972年Bell公司提出了两种环型局域网技术，1973年以太网（Ethernet）问世。1973年，Metcalfe和David Boggs将“AltoAloha”改名为“以太网”，由此，Ethernet网络便诞生了。,4.1.1 局域网的产生与发展,2、局域网的发展1979年，Bob Metcalfe开始了以太网标准化的研

3、制工作。 1981年6月，IEEE 802工程决定组成802.3分委员会,以办公室环境为主要目标产生基于DIX工作成果的国际公认标准。 1990年,为了提高以太网的传输速率,在10M以太网的基础上,开发了快速以太网技术,并在1995年6月通过了100 Base-T快速以太网标准IEEE802.3u。从1993年开始,在开发快速以太网的同时,开始研究交换式网络技术，并先后推出了交换以太网、交换令牌环和交换FDDI技术。随着交换式网络技术的研究与发展，又相继推出了异步传输模式（ATM）、千兆位以太网和万兆位以太网。目前局域网的带宽已达到10Gbit/s。,4.1.2 局域网的性能特点,1、局域网的

4、性能决定局域网特性的主要技术有3个方面：连接各种设备的拓扑结构、数据传输介质和介质访问控制方法。 拓扑结构:局域网及城域网的典型拓扑结构为星型、环型、总线型和树型结构等。 传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤、电磁波等。 对于不便使用有线介质的场合，可以采用微波、卫星、红外线等作为局域网的传输介质，已获得广泛应用的无线局域网就是其典型例子。 介质访问控制方法：也称为网络的访问控制方式,是指网络中各结点之间的信息通过介质传输时如何控制、如何合理完成对传输信道的分配、如何避免冲突,同时,又使网络有最高的工作效率及高可靠性等。,4.1.2 局域网的性能特点,2、局域网的特点 地域范围小：局域网用于办公室

5、、机关、工厂、学校等内部联网,其范围没有严格的定义，但一般认为距离为0.125km。 误码率低：局域网具有较高的数据传输速率，传输速率一般为100M1000Mbit/s，误码率在10-810-11之间。 传输延时小：局域网中的传输延时很小，一般在几毫秒几十毫秒之间。 传输速率高：目前,局域网的传输速率在100Mbit/s以上, 如155Mbit/s、655Mbit/s、Gbit/s、10Gbit/s等。 支持多种传输介质：可根据不同的性能需要选用价格低廉的双绞线、同轴电缆或价格较贵的光纤,以及无线传输介质。,4.1.3 局域网的基本类型,局域网有多种类型,如果按照网络转接方式不同,可分为共享式

6、局域网和交换式局域网两种，如图4-1所示。,图 4-1 局域网分类,传统以太网,高速以太网,FDDI ,以太网,令牌总线,令牌环,FDDI,局域网,虚拟局域网,交换以太网,ATM局域网,交换式局域网,共享介质局域网,无线局域网,4.1.3 局域网的基本类型,1、共享介质局域网共享式局域网是指所有结点共享一条公共通信传输介质的局域网技术。共享介质局域网可分为以太网、令牌总线、令牌环、FDDI以及在此基础上发展起来的高速以太网和FDDI等。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，同有线局域网一样，可采用共享方式。2、交换式局域网交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元为数据交换单

7、位，以以太网交换机（Ethernet Switch）为核心的交换式局域网技术。交换式局域网可分为交换以太网、ATM网以及在此基础上发展起来的虚拟局域网，但近年来已很少用ATM技术组建局域网。,4.1.4 局域网的参考模型与标准,图 4-2 OSI与IEEE 802的对应关系,1、 局域网参考模型局域网的体系结构只包含了数据链路层和物理层,其中，数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层。,4.1.4 局域网的参考模型与标准,2、局域网的标准 1980年2月，电器和电子工程师协会(IEEE)成立了局域网标准委员会,专门从事局域网标准化工作,并制订了IEEE 802标准。IEEE 802系

8、列标准之间的内部关系如图4-3所示。,4.1.4 局域网的参考模型与标准,802.3：定义了局域网CSMA/CD总线介质访问控制子层及物理层规范,802.1：A定义了局域网体系结构;B定义了网络互连、网络管理与性能测试,802.7：定义了局域网宽带技术（咨询和物理层课题与建议实施）,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,802.2：定义了局域网逻辑链路控制LLC子层的功能与服务,802.4：定义了局域网令牌总线介质访问控制子层及物理层规范,802.5：定义了局域网令牌环介质访问控制子层及物理层规范,802.6：定义了局域网MAN介质访问控制子层及物理层规范,802.8：定义了局域网光

9、纤传输技术（咨询和物理层课题）,802.9：定义了局域网综合语音/数据服务的访问方法和物理规范,802.10：定义了局域网安全与加密访问方法和物理层规范,802.11：定义了无线局域网访问方法和物理层规范,IEEE 802标准系列中的主要标准,4.1.5 局域网介质访问控制方法,1、介质访问控制方法概念将传输介质的频带有效地分配给网络上各结点的方法称为介质访问控制方法。介质访问控制方法是分配介质使用权限的机理、策略和算法，也是一项关键技术，它对局域网的体系结构、工作过程和网络性能产生决定性的影响。目前，在总线型和环型局域网中大都采用分布式控制方法。基于分布式的介质访问控制方法有3种： 适合总线

10、结构的带冲突检测的载波监听多路访问 （CSMA/CD）方法。 适合环型结构的令牌总线（Token Bus）方法。 适合环型结构的令牌环（Token Ring）方法。评价一个介质访问控制方法的好坏有3个基本要素：协议是否简单；信道利用率是否高效；网络上各结点是否公平。,4.1.5 局域网介质访问控制方法,2、带冲突检测的载波监听多路访问带冲突检测的载波监听多路访问是一种随机争用的介质访问控制方法，如图4-4所示。它的控制过程包括4个步骤: 载波侦听：是指用电子技术检测总线上有没有其它计算机发送的数据信号，以免发生碰撞。 冲突检测：在每个站发送帧期间,同时具有检测首先冲突的能力。一旦遇到冲突，则立

11、即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通报总线上各站点已发生冲突。 多路访问：当检测到冲突并在发完阻塞信号后,需要等待一个随机时间，然后再用CSMA的算法重新发送。 争用方式：在总线上的每个结点都能随时发送信息，但在同一时刻只允许一对结点可以通信，否则，就会导致信号相互叠加，造成数据错误，这就是线路争用带来的问题。,4.1.5 局域网介质访问控制方法,图 4-4 CSMA/CD的工作流程图,4.1.5 局域网介质访问控制方法,3、令牌环访问控制令牌环（Token Ring）网的拓扑结构是环型，网络中的计算机通过传输线路连成一个闭环,所有结点共享一条环路,属于共享介质的局域网。令牌环网是通过在环

12、型网上传递令牌的方式来实现对介质访问控制的。在令牌环网中，在某一时刻也只允许一个结点发送数据。为了不产生冲突，在环中有一个特殊格式的帧沿固定方向不停地流动，这个帧称为令牌，是用来控制各个结点介质访问权限的控制帧。如果某个结点需要发送数据，需先截获令牌，然后方可发送一个数据帧。数据帧中含有目的地址和源地址，数据帧沿与令牌相同的方向传送，只有地址与帧中的目的地址相同的结点才接收这个数据帧，其它结点则转发这个数据帧。当数据帧发送完毕，令牌继续流动。,4.1.5 局域网介质访问控制方法,令牌环网的工作流程如图4-5所示。,4.1.5 局域网介质访问控制方法,令牌环网的具体工作流程可概括为3个步骤： 截

13、获令牌并且发送数据帧：网络空闲时各结点都没有帧发送,只有令牌在环路上绕行,此时令牌标记00000000，称为空标记。当空闲令牌传到这个结点时，将空标记换为11111111，称为忙标记，然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据帧，发送到下一个结点。 接收与转发数据：数据帧每经过一个结点时比较数据帧中的目的地址，如果不属于本结点则转发出去；否则,在帧中设置已经复制的标志，然后向下一结点转发。 取消数据帧并且重发令牌：当数据帧通过闭环重新传到发送结点时,发送结点不再转发，而是检查发送是否成功。如果数据帧传输失败则重发；如果传输成功,则清除该数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。,4.1.5 局域

14、网介质访问控制方法,令牌环网的实际结构星型环路,4.1.5 局域网介质访问控制方法,4、令牌总线访问控制令牌总线（Token Bus）访问控制也属于共享介质的局域网，所有计算机都连接在总线上，在物理总线上建立一个逻辑环，令牌在逻辑环路中依次传递，其工作原理与令牌环相同。它同时具有上述两种方法的优点，既具有总线网的接入方便和可靠性较高的优点，也具有令牌环网的无冲突和发送时延有确定的上限值的优点。令牌总线是一种简单、公平、性能良好的介质访问控制方法,令牌总线的工作流程如图4-6示。其中，图4-6（a）是各结点的物理连接，图4-6（b）是各结点形成的逻辑环，在图中结点G没有加入到逻辑环中。,4.1.

15、5 局域网介质访问控制方法,图 4-6 令牌总线的工作原理,令牌总线的物理结构是总线结构，总线上的各个结点按一定顺序形成一个逻辑环，逻辑环中结点的顺序与结点在总线上连接的位置无关，每个结点上都要保存它的上一个结点和下一个结点的逻辑地址或序号，并且可以动态地设置。,4.1.5 局域网介质访问控制方法,为了保证总线上不会出现多个结点同时试图发送信息而产生冲突,令牌总线访问控制的工作流程可概括为3个步骤： 截获令牌。当逻辑环中的一个结点要发送数据时，必须等待令牌的到来。 地址转载。当环中的上一个结点（例如D）在传出令牌时，把下一个结点A的地址加到令牌中。令牌在总线上广播，只有地址相符的结点A才接受令

16、牌,其它结点不予理睬。 令牌转发。如果A结点没有数据需要发送，就发出一个含有下一结点F地址的令牌；如果A结点有数据要发送，这时就可使用总线发送一个或多个数据帧，数据发送完毕或到达规定的时间，就发出含有下一结点地址的令牌。,4.1.6 局域网的网络模式,网络模式（Network Model）也称计算模式或应用模式,它是计算机网络处理信息的方式。不同的网络模式具有不同的工作特点和服务方式。目前，局域网最常用的计算模式有客户机/服务器模式、浏览器/服务器模式和对等服务器模式。1、客户机/服务器模式（Client/Server，C/S）是一种开放式结构、集中式管理、协作式处理的主从式网络应用模式。C/

17、S模式把计算任务分成服务器部分和客户机部分,分别由服务器和客户机完成，数据库在服务器上。客户机接收用户请求，进行适当处理后，把请求发送给服务器，服务器完成相应的数据处理功能后，把结果返回给客户机，客户机以方便用户的方式把结果提供给用户。C/S模式如图4-7所示。,4.1.6 局域网的网络模式,4.1.6 局域网的网络模式,2、 浏览器/服务器模式随着Internet的广泛应用，基于局域网的企业网开始采用Web技术构筑和改建自己的企业网（Intranet）。于是，浏览器/服务器（B/S）新型结构模式应运而生。B/S三层模式的体系结构如图4-8所示。,4.1.6 局域网的网络模式,3、 对等服务器

18、网络模式对等服务器网络模式中没有专用服务器,每一台计算机的地位平等，在网上的每一台计算机既可以充当服务器,又可以充当客户机,彼此之间进行互相访问,平等地进行通信。典型对等局域网结构如图4-9所示。,4.2 局域网的连接设备及其工作原理,1、网卡的主要功能网卡的功能是与网络操作系统配合工作，负责将要发送的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，如图4-10所示。,4.2.1 网络接口卡,图 4-10 网卡的基本功能示意图,在局域网中的连接设备有网络接口卡、集线器、交换机等。 网络接口卡 简称为网卡,插在计算机总线插槽内或外部接口上。,4.2.1 网络接口卡,2、网卡的工作原理网卡工作在数据链路层

19、，主要完成物理层和数据链路层的大部分功能。主机与网卡通过控制总线来传输控制命令与响应，通过数据总线来发送与接收数据。主机通过地址总线和控制总线,根据地址与中断号INT识别网卡和其中的寄存器写入或读出命令或响应。,3、网卡的基本类型如果按以太网网卡所支持的总线类型,可分为3种类型： 16位。适用于符合工业总线标准ISA的网卡。 32位。适用于符合扩展的工业总线标准EISA、MAC、VL-BUS、PCI的网卡。 特殊总线。适用于符合MCIA、并行口、USB的网卡。,system4 system5 system6,4.2.2 集线器,集线器(Hub)是局域网中重要的部件之一，其实质是一个多端口的中继

20、器。中继器通常带有两个端口,用于连接一对同轴电缆，而随着双绞线以太网的出现,中继器被做成具有多个端口的装置，用在星型布线系统中,并称其为集线器。集线器在网络中的连接如4-11图所示。,HUB1,Server system1 system2 system3,HUB2,图 4-11 集线器在网络中的连接,4.2.2 集线器,1、集线器的主要功能在使用10Base-T的以太网协议组网时，集线器的作用就显得十分重要，它主要有以下5个方面的功能。,4.2.2 集线器,2、线器的工作原理集线器作为以太网的中心连接设备时，所有结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接。在物理结构是星型结构，在逻辑上仍然是总线型结构，

21、并且在MAC层仍然使用CSMA/CD介质访问控制方法。集线器的基本结构如图4-12所示。,4.2.2 集线器,3、集线器的基本类型集线器有多种不同的类型，并有多种不同的分类方法。 按网络类型分类，可分为：以太网Hub、令牌环网Hub、FDDI Hub等。 按集线器端口连接介质不同分类，可分为：同轴电缆、双绞线和光纤三种类型。 按集线器支持的传输速率不同分类，可分为：10Mbit/s、100Mbit/s和10/100Mbit/s。 按集线器结构不同分类，可分为：独立式集线器、堆叠式集线器和模块式集线器三种。,4.2.3 交换机,交换机(Switch)也称为交换器活交换式集线器，是专门为计算机之间

22、能够相互通信且独享带宽而设计的一种包交换设备。目前交换机已取代传统集线器在网络连接中的霸主地位，成为组建和升级以太局域网的首选设备。1、交换机的主要功能交换机大多工作数据链路层,其功能是对封装数据进行转发，在端口之间建立并行的连接，以缩小冲突域，并隔离广播风暴。交换机的最大特点是可以将一个局域网划分成多个端口,每个端口可以构成一个网段，扮演着一个网桥的角色,而且每一个连接到交换机上的设备都可以享用自己的专用带宽。交换机与各网段的连接如图4-13所示。,4.2.3 交换机,交换机的最大特点是可以将一个局域网划分成多个端口,每个端口可以构成一个网段,扮演着一个网桥的角色,而且每一个连接到交换机上的

23、设备都可以享用自己的专用带宽。,4.2.3 交换机,2、交换机的工作原理交换机之所以比集线器的性能优越，其关键是交换机中的MAC地址表，并有先进的转发方式。(1) MAC地址表：集线器虽然也能组网,但仅起到物理层的电信号放大作用，需要通过网络上层的帮助才能完成将数据帧转发到目的计算机，这样会降低数据传输的效率。交换机通过专用集成电路(ASIC)能够完成一定智能的功能，通过查看每个端口接收的帧的源地址,迅速建立一个端口和MAC地址的映射关系,并存储在内容关联存储器(CAM)里形成一个端口和MAC地址的对应表，即MAC地址表，然后根据这个表转发数据帧。下面以实例说明交换机MAC地址表的建立过程。,

24、4.2.3 交换机, 假设有一台交换机的4个端口分别连到4台用户终端，它们有不同的MAC地址，开始交换机的MAC地址表是空的，如图4-14所示。,4.2.3 交换机, 当终端A第一次向终端C发送数据帧时，由于首次发送时不知道终端C在何处，所以向其它各端口复制转发这个数据帧，这个过程称为泛洪，如图4-15所示。,4.2.3 交换机, 当终端D第一次向终端C发送数据帧时，交换机将E3端口和帧的源地址写入表中。交换机获得到了所有终端的MAC地址，并建立了对应关系表，如图4-16所示。,4.2.3 交换机, 当下一次终端A向终端C发送数据帧时，交换机查看帧的目的地址，并查找MAC地址表，找到对应E2端

25、口，直接将这个数据帧转发到E2端口，如图4-17所示。,4.2.3 交换机, 交换机的帧转发方式：早期的交换机采用静态交换方式，即端口连接通道是不变的,它由人工预先进行配置。现在各厂家的以太网交换机产品几乎全部采用动态交换方式，目前常用的动态交换方式可分为3类：直接交换方式、存储转发方式、改进的直接交换方式。按应用领域划分：,1,直接交换方式,2,存储转发方式,改进的直接交换方式,3,4.2.3 交换机,3、交换机的基本类型自1993年局域网交换机出现后,随着交换机技术的发展，其产品的类型也越来越多，通常分类方法有3种。 按应用领域划分:可分为广域网和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领

26、域,提供通信基础平台；局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备。 按传输速率划分：可分为以太网交换机、100M交换机和1000M交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机。 按结构形式划分：可分为独立式交换机、堆叠式交换机和模块式交换机。,4.2.3 交换机,4、交换机与集线器的比较交换机与集线器的外形和连接方式是相似的，它们之间的区别主要体现在以下3个方面。,工作方式,工作带宽,4.3 局域网组网方法,4.3.1 传统以太网,以太网(Ethernet)是基于总线型的广播式网络，在现有的局域网标准中，它是最早标准化的局域网，也是目前最成熟、最成功、应用最广泛的一种局域网技术。对于

27、10Mbit/s传统以太网，IEEE 802.3定义了4种规范,如图4-18所示。,4.3.1 传统以太网,1、粗缆以太网（ 10Base-5 ）用粗同轴电缆组建的网络称为粗缆以太网，又可表示为10Base-5，它是最早出现的以太网。,粗缆以太网粗同轴电缆、收发器、收发器电缆、网络适配卡、终接器等5部分组成，其结构如图4-19所示。,4.3.1 传统以太网,2、细缆以太网（10Base-2）10Base-2是总线型细同轴电缆以太网的简略标示符。,10Base-2主要由细同轴电缆、网络 适配卡、BNC电缆连接器等3部分组成，其结构组成如图4-20所示。,4.3.1 传统以太网,3、双绞线以太网（

28、 10Base-T ）10Base-T是IEEE 802委员会于1990年9月正式建立的非屏蔽双绞线传输10Mbit/s基带以太网标准，逻辑上为总线型拓扑的网络，称为共享式集线器。实际上，双绞线以太网是一个物理上的星型拓扑结构，所以当一条电缆出现故障时只影响它所连接的那台计算机。10Base-T由双绞线、双绞线连接器、网络适配卡、集线器等组成,其结构组成如图4-21所示。,4.3.1 传统以太网,4、光纤以太网（10Base-F）10Base-F是10Mbit/s光纤以太网，它使用多模光纤传输介质，在介质上传输的是光信号而不是电信号。因此，它具有传输距离长、安全可靠、可避免电击等优点。10Ba

29、se-T由双绞线、双绞线连接器、网络适配卡、集线器等组成,其结构组成如图4-22所示。,4.3.2 局域网的扩展,网络互联可在四个层次上实现：物理层、链路层、网络层和更高层。就局域网而言，其扩展主要在物理层和数据链路层，并且通常利用集线器和交换机来实现。1、利用集线器进行扩展在物理层利用集线器对小型局域网连接，其连接方法有多集线器级联结构和堆叠式级联结构,其结构如图4-23所示。,图 4-23 用集线器扩展局域网,2、利用交换机进行扩展在链路层上扩展局域网通常使用交换机或网桥。利用交换机扩展局域网时，类同集线器一样，交换机可以与交换机互联，也可以直接与终端机相连，还可以通过交换机连接集线器的方

30、式相连。使用交换机的基本结构如图4-24所示。,4.3.2 局域网的扩展,3、关于生成树协议图利用交换机可以扩展局域网,但带来了“广播风暴问题”。当网络中存在环路时,交换机可能会再次接收到同一数据帧，由于交换机中没有该数据帧的转发记录，因此继续转发该数据帧，下面以图4-25所示结构中数据的转发为例进行说明。,4.3.2 局域网的扩展,图4-25所示拓扑结构表示一个存在环路的局域网络，当PCA还没有发送过任何数据时,则B1、B2和B3都不会学习到PCA的MAC地址；当PCA发送了一个到LAN2的数据帧时，此时三个网桥都接收这个数据帧,并将PCA地址记录在LAN1上，排队等待将这个数据帧转发到LA

31、N2上。假设网桥B1首先成功地发送数据帧到LAN2上，那么B2和B3将再次收到这个数据帧。因为B1对B2和B3来说是透明的,这个数据帧就好像是PCA在LAN2上发送的一样。于是，B2和B3记录PCA在LAN2上，排队等待将这个新接收到得数据帧转发到LAN1。假设这时网桥B2成功将最初的数据帧转发到LAN1，那么B1和B3都接收到这个数据帧排队等待转发该数据帧到LAN2。,4.3.2 局域网的扩展,4.4 高速局域网,前面讨论的局域网均属传统局域网，传统局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，随着局域网的迅速普及，上网用户越来越多,因而必然存在以下问题: 大量用于办公自动化与信息处理的PC机都需

32、要连网,会造成局域网规模的不断增大，网络通信量大大增加，因此局域网网络带宽与性能已不能适应要求。 当网络结点数增大时，网络通信负荷加重，冲突和重发现象大量发生，网络效率急剧下降，网络传输延迟增大，网络服务质量下降。 基于Web的Internet/Intranet应用要求更高的通信带宽,如果数据传输率仍为10Mbit/s，显然是不能适应的。这些因素促使人们研究高速局域网技术，改善局域网性能，以适应各种新的应用环境的要求。,4.4 高速局域网,我们把数据传输速率在100Mbit/s以上的局域网称为高速局域网。为了提高局域网的带宽,克服网络规模与网络性能之间的矛盾，改善局域网的性能以适应新的应用环境

33、的要求,人们开展了对高速网络技术的研究,提出了以下几种解决方案。,1,2,3,4,提高以太网数据传输速率，增加绝对带宽。,采用网络分段，将一个大型局域网划分成多个子网。,使用交换机，将“共享介质方式”改为“交换方式”。,采用先进的网络技术。,4.4 高速局域网,在上述4种方案中,由于ATM技术复杂等原因,近年来新建的局域网已经很少使用，目前使用最多的是前3项技术方案。今天的以太网已发展到快速以太网、千兆以太网、万兆以太网、乃至10万兆以太网。高速局域网的发展如图4-26所示。,1985 1989 1994 1995 1998 2002 （年）,10Mbit/s 100Mbit/s 100Mbi

34、t/s 100Mbit/s 1000Mbit/s 10000Mbit/s IEEE 802 FDDI 100VG FE GE 10GE,图 4-26 高速局域网的发展,随着计算机网络技术的飞速发展和用户对网络速率与带宽的要求，现在大多使用千兆以上的以太网。,4.4.1 光纤分布式数据接口（FDDI）主干网,1、光纤分布式数据接口的概念光纤分布式数据接口（FDDI）是第一个高速局域网技术，是一种以光纤作为传输介质、传输速率为100Mbit/s的高速主干网。用以连接不同的局域网，如以太网、令牌环网等。FDDI网络覆盖的最大距离可达200km，最多可连接1000个结点。,4.4.1 光纤分布式数据接

35、口（FDDI）主干网,2、FDDI的主要应用FDDI作为一种主干网技术,曾经在较大地理范围的园区主干网络领域中获得了广泛的应用,主要用于以下4种应用环境。 机房主干网：用于计算机机房中大、中型计算机与高速外设之间的连接,以及对可靠性、传输速度与系统容错要求较高的环境。 机群主干网：用于连接办公室或建筑物群中大量的小型机、工作站、服务器、个人计算机与各种外设。 校园主干网：用于连接分布在校园各个建筑物中的小型机、服务器、工作站、个人计算机，以及多个局域网。 区域主干网：用于连接地理位置相距几公里的多个校园网或企业网，成为一个区域性的主干网。FDDI作为主干网互联多个局域网的结构如图4-27所示,

36、4.4.1 光纤分布式数据接口（FDDI）主干网,FDDI曾是主干网的主流技术之一。随着计算机网络技术的发展，FDDI-和交换式FDDI技术已投入使用，它们能更好地支持实时性业务。,4.4.2 快速以太网（Fast Ethernet）,1、快速以太网的概念面对用户对局域网带宽的要求，其解决方案一是重新设计新的局域网体系结构与介质访问控制方法；二是保持局域网体系结构与介质控制方法不变，设法提高传输速率。对于目前已大量存在的以太网来说，既要保护用户的已有投资，又要增加网络带宽，而快速以太网就是符合后一种要求的新一代高速局域网。快速以太网主要解决网络带宽在局域网应用中的问题。100Base-T是10

37、Base-T的扩展,它保留着传统的10Mbit/s速率以太网的所有特征，即相同的数据格式、相同的介质访问控制方法和相同的组网方法,只是把以太网的发送时间由100ns降低到10ns，而将传输速率从10Mbit/s提高到100Mbit/s。,4.4.2 快速以太网（Fast Ethernet）,2、协议标准快速以太网的MAC层可以支持多种传输介质，目前制定了4种传输介质的标准，Fast以太网的协议结构如图4-28所示 。,4.4.2 快速以太网（Fast Ethernet）,3、快速以太网的拓扑结构 100Base-TX的拓扑结构及网络连接技术要求如下图所示。,100Base-TX的拓扑结构示意图

38、,4.4.2 快速以太网（Fast Ethernet）,4、应用实例在网络设计中，快速以太网通常采用快速以太网集线器作为中央设备（100Base-TX)，使用非屏蔽5类双绞线以星型连接的方式连接网结点(工作站或服务器)以及另一个快速以太网集线器和10Base-T的共享集线器，其连接如图4-29所示。,4.4.3 千兆以太网（Gigabit Ethernet）,1、千兆以太网的概念尽管快速以太网具有高可靠性、易扩展性、低成本等优点,并且成为高速局域网方案中的首选技术，但由于网络数据库、多媒体通信和视频技术的广泛应用，人们不得不寻求更高带宽的局域网，千兆以太网就是在这种背景下产生的。与快速以太网的

39、相同之处是：千兆以太网同样保留着传统的100Base-T的所有特征，即相同的数据格式、相同的介质访问控制方法CSMA/CD和相同的组网方法，而只是把以太网每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。千兆以太网发展很快,目前已被广泛地应用于大型局域网的主干网中。,4.4.3 千兆以太网（Gigabit Ethernet）,2、协议标准千兆以太网标准化的工作是从1995年开始的,千兆以太网中的MAC子层仍然采用CSMA/CD的方法,物理层标准可以支持多种传输介质，目前制定了4种传输介质的标准。千兆以太网的协议结构如图4-30所示。,3、应用实例在网络设计中，通常用一个或多个千兆以太网交换机构成主干

40、网，以保证主干网的带宽；用快速以太网交换机,4.4.3 千兆以太网（Gigabit Ethernet）,构成楼内局域网。组网时，采用层次结构,将几种不同性能的交换机结合使用,千兆以太网的协议结构如图4-31所示。,图 4-31 千兆交换以太网应用实例,4.4.4 万兆以太网（10Gigabit Ethernet）,1、万兆以太网的概念 万兆以太网（10Gigabit Ethernet,10GE）是以太网系列的最新技术,传输速率比千兆以太网提高了10倍，通信距离可延伸到40km，在应用范围上得到了更多的扩展,它不仅适合所有传统局域网的应用场合,更能延伸到传统以太网技术受到限制的城域网和广域网范围

41、。2、协议标准万兆以太网标准主要包括：兼容802.3标准中定义的最小和最大以太网帧长度；仅支持全双工方式；使用点对点链路,结构化布线组建星型物理结构的局域网；支持802.3ad链路汇聚协议；在MAC/PLS服务接口上实现10Gbit/s的传输速率等。万兆以太网的层次结构如图4-32所示。,4.4.4 万兆以太网（10Gigabit Ethernet）,4.4.4 万兆以太网（10Gigabit Ethernet）,3、主要产品随着万兆以太网标准的制定，市场上出现了许多支持万兆以太网的产品。从其产品体系结构来看，万兆以太网产品可以分为以下两大类： 万兆以太网交换模块：是直接在千兆产品上增加万兆以

42、太网模块。 万兆以太网交换机路由器：是在（模块）带宽、交换能力、ASIC处理能力、数据包转发能力等方面真正为万兆以太网技术而重新设计体系结构的交换机/路由器。,4.4.4 万兆以太网（10Gigabit Ethernet）,4、万兆以太网的应用万兆以太网技术突破了传统以太网近距离传输的限制，除了可应用在局域网和园区网外，也能够方便地应用在城域甚至广域范围。万兆以太网技术不但提供了更丰富的带宽和处理能力，而且保持了以太网一贯的兼容性和简单易用、升级容易的特点。目前万兆以太网的应用主要在校园网和企业网、宽带IP城域网、数据信息中心、超级计算中心等方面。 在校园网中的应用：随着高校多媒体网络教学、数

43、字图书馆等应用的展开，高校校园网已成为万兆以太网的重要应用场所。利用10GE高速链路构建校园网的骨干链路与各教学区(分校)之间的连接，可以实现端到端的以太网访问，以提高传输效率，有效保证远程多媒体教学和数字图书馆等业务的开展。,4.4.4 万兆以太网（10Gigabit Ethernet）,图 4-33 10GE在校园网中的应用,10GE高速链路构建校园网的骨干链路如图4-33所示。,4.4.4 万兆以太网（10Gigabit Ethernet）, 在城域网中的应用：随着流媒体视频、多媒体互动游戏的应用,对城域网的带宽提出了更高的要求。在城域网骨干层部署10GE，可简化网络结构、降低成本、便于

44、维护。用10GE直接作为城域网骨干的结构如图4-34所示。,4.4.4 万兆以太网（10Gigabit Ethernet）, 在数据中心的应用随着服务器纷纷采用千兆链路连接网络, 汇聚这些服务器的上行宽带将逐渐成为业务瓶颈。因此，使用10GE高速链路可以为数据中心出口提供充分的带宽保障。随着计算机网络技术的飞速发展，万兆网络和千兆桌面已成为网络交换市场的主流，万兆以太网技术将得到更加广泛的应用,现已出现了10万兆以太网，并已投入市场应用。,4.4.5 交换式以太网（Switching Ethernet）,1、交换式以太网的概念局域网从介质访问控制方式的角度可以分为共享式局域网与交换式局域网。对

45、于使用共享式集线器的用户，在某一时刻只能有一对用户进行通信，即在某一时刻只有一个结点可以发送数据，所有结点共享网络带宽。集线器的带宽被一个结点所独占，其它结点之间不能传输数据。这样，集线器就成为了网络的瓶颈。为了提高网络的性能和通信效率，交换式局域网采用了以太网交换机为核心的技术。交换机提供了多个通道，它允许多个用户之间同时进行数据传输，因而解决了由集线器构成的网络的瓶颈。,4.4.5 交换式以太网（Switching Ethernet）,交换式局域网可分为交换式以太网与ATM局域网以及在此基础上发展起来的虚拟局域网。其中，交换式以太网应用最为广泛，已成为当前局域网技术的主流。共享介质局域网与

46、交换式局域网的工作原理与两者之间的主要区别如图4-35所示。,4.4.5 交换式以太网（Switching Ethernet）,2、交换式以太网的基本结构以太网交换机可以有多个端口，每个端口可以单独与个结点连接,也可以与一个共享介质式的以太网集线器连接，交换机与工作站之间组成星型拓扑结构。典型的交换式以太网的结构如图4-36所示。,4.4.5 交换式以太网（Switching Ethernet）,3、交换式以太网的主要特点 兼顾性：交换式以太网能保留现有以太网的基础设施，而不必淘汰现有设备，只需要将共享式集线器更换为交换机。 兼容性：以太网交换机可以与现有的以太网集线器相结合，实现各类广泛的应

47、用。 易用性：以太网交换技术是基于以太网的技术，对用户有较好的熟悉度，易学易用。 灵活性：使用以太网交换机可以支持虚拟局域网应用,使网络的管理更加灵活。 支持性：交换式以太网可以使用各种传输介质,支持3类/5类UTP以及同轴电缆，尤其是使用光缆，可以使交换式以太网作为网络的主干。,4.4.5 交换式以太网（Switching Ethernet）,4、交换式以太网的应用实例在实际应用中,通常将一台或多台快速交换以太网交换机连接起来，构成园区的主干网,再下连交换以太网交换机或自适应交换以太网交换机，组成全交换的快速交换式以太网。通常,用以太网交换机构成星型结构，主干交换机可以连接共享式快速以太网设

48、备，其连接结构如图4-37所示。,4.4.6 虚拟局域网,虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，对简化校园网的管理、保证校园网的高速可靠运行起到了非常重要的作用。1、VLAN的概念所谓虚拟，是指在逻辑上可以通过网络管理来划分逻辑工作组的物理网络，物理用户可以根据自己的需求，而不是根据用户在网络中的物理位置来划分网络。VLAN技术出现以前，为了在对网络进行分段的同时，还要达到抑制网络中的广播信息的目的，采用的方法是根据路由器端口将用户分成若干个逻辑组，每个组以本楼层的集线器或交换机为核心构成一个子网。,4.4

49、.6 虚拟局域网,图 4-39 路由器把用户按集线器/交换机组织为逻辑工作群组,假如整个网络按部门被划分为三个VLAN，分别是工程部VLAN、市场部VLAN及技术部VLAN，而每个部门中的工作站可能位于不同的楼层，则可设计成如图4-39所示结构。,4.4.6 虚拟局域网,2、VLAN协议标准 802.10标准：1995年,Cisco公司提倡使用IEEE 802.10协议。然而，大多数802委员会的成员都反对推广802.10。因为该协议是基于Frame Tagging方式的，这样将导致不定长的数据帧，使ASCII字符的传输变得非常困难。 802.1Q标准：1996年3月，IEEE 802.10

50、Internet工作委员会结束了对VLAN初期标准的修订工作，新出台的标准进一步完善了VLAN的体系结构802.1Q,统一了Frame Tagging方式中不同厂商的标签格式，并制定了VLAN标准在未来一段时间内的发展方向。,4.4.6 虚拟局域网,3、VLAN的划分划分VLAN的基本方法取决于VLAN的划分策略,而这些策略是需要VLAN交换机上管理软件的支持的。下面介绍3种常用的虚拟网络划分方法。 基于交换机端口划分：最初，许多厂商都是利用交换机的端口号来划分VLAN,即把一个或多个交换机上的几个端口划分在一个逻辑组。例如，交换机端口的1、2、3、7和8设置为VLANl，其余端口设置为VLAN2，那么连接到端口1-3，7-8的工作站都属于VLANl，连接到其余端口的工作站都属于VLAN2,如图4-40(a)所示。基于端口的VLAN划分也可以跨越多台交换机，如图4-40（b）所示。,