第七講局域網(wǎng)技術(shù)(二)

1、濰坊學(xué)院 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院第七講 局域網(wǎng)技術(shù)（二）2本講主要內(nèi)容n交換式以太網(wǎng)n虛擬局域網(wǎng)VLANn高速局域網(wǎng)技術(shù)n無線局域網(wǎng)35.4交換式以太網(wǎng)n由于傳統(tǒng)共享媒體局域網(wǎng)的共享特性（在一時(shí)間段，只有一臺(tái)機(jī)器有權(quán)發(fā)送信息），網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效率隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加和應(yīng)用的深入而大大降低。n將交換技術(shù)引入局域網(wǎng)，可以使局域網(wǎng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)并行地、安全地、同時(shí)地相互傳送信息，且交換以太網(wǎng)的帶寬可以隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的增加而擴(kuò)充，較好地解決局域網(wǎng)的帶寬問題。4交換式以太網(wǎng)集線器集線器集線器一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s萬維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件 服務(wù)器以太網(wǎng)交換機(jī)

2、路由器5以太網(wǎng)交換機(jī)n交換式以太網(wǎng)的核心設(shè)備是以太網(wǎng)交換機(jī)。n以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多端口的網(wǎng)橋，工作在數(shù)據(jù)鏈路層。n此外，以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)端口都直接與主機(jī)相連，工作在全雙工方式。當(dāng)主機(jī)需要通信時(shí)，交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)端口，每一對(duì)相互通信的主機(jī)都像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)，通信完成后就斷開連接。n以太網(wǎng)交換機(jī)由于使用了專用的交換機(jī)芯片，因此其交換速率較高。6交換式以太網(wǎng)提高了網(wǎng)絡(luò)總帶寬n對(duì)于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個(gè)用戶，則每個(gè)用戶占有的平均帶寬只有總帶寬（10Mb/s）的N 分之一。n在使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然在每個(gè)端口到主機(jī)的數(shù)據(jù)率還是10Mb/s，但

3、由于一個(gè)用戶在通信時(shí)是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此擁有N對(duì)端口的交換機(jī)的總?cè)萘繛镹10Mb/s。這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。75.5虛擬局域網(wǎng)VLANn虛擬局域網(wǎng)是物理局域網(wǎng)虛擬化的結(jié)果。虛擬化就是把局域網(wǎng)的成員(主機(jī)、網(wǎng)橋/交換機(jī))按照一定分組規(guī)則劃分到不同的集合中，每一個(gè)集合就是一個(gè)VLAN。n為了討論上的方便，我們把前面介紹的局域網(wǎng)稱為物理LAN。8VLAN與物理LAN之間的關(guān)系如圖5-15所示。9VLAN與物理LAN的區(qū)別包括：n(1）位于不同物理LAN中的主機(jī)可以屬于同一個(gè)VLAN中，而位于同一個(gè)物理LAN的主機(jī)可以屬于不同的VLAN中。n（2）同一VLAN中的不同物

4、理LAN上的主機(jī)可以直接通信，而位于同一物理LAN的屬于不同VLAN的主機(jī)不能直接通信。105.5.1為什么要?jiǎng)澐諺LANnVLAN的引入出于以下原因：（1）安全管理方面的需要： （2）節(jié)省布線成本的需要： （3）VLAN可以限制LAN中的廣播通信量： 115.5.2 VLAN的主要類型n從概念上講，可以根據(jù)各種分組規(guī)則劃分VLAN。但是，得到實(shí)際應(yīng)用的分組規(guī)則包括三個(gè)，即基于端口分類、基于MAC地址分類和基于IP地址分類。121.基于端口的VLANn如果根據(jù)LAN成員位于的交換機(jī)的端口進(jìn)行分組，這樣得到的VLAN稱為基于端口的VLAN(Port Based)。端口12345678VIDxxy

5、xyyyy(a)基于端口VLAN的VMIB132.基于MAC地址的VLANn如果根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口的MAC地址進(jìn)行分組，這樣得到的VLAN稱為基于MAC地址的VLAN。 MAC地址ABCDEFGHVIDxxxyxyyy143.基于IP地址的VLANn如果根據(jù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口卡關(guān)聯(lián)的IP地址進(jìn)行分組，這樣得到的VLAN稱為基于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高速局域網(wǎng)技術(shù)n這里指的高速局域網(wǎng)主要區(qū)別于傳統(tǒng)以太網(wǎng)，

6、“高速”相對(duì)于傳統(tǒng)以太網(wǎng)的傳輸速度。主要有以下幾種：n100Mb/s以太網(wǎng)n1000Mb/s以太網(wǎng)n10吉比特以太網(wǎng)165.6.1 100Mb/s以太網(wǎng)n1.100BASE-T技術(shù)n100BASE-T又稱為快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet），它是使用10BASE-T的CSMA/CD媒體訪問控制方法在雙絞線上傳送100Mbps基帶信號(hào)的星形拓?fù)湟蕴W(wǎng)。n100BASE-T的網(wǎng)卡有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，能夠自動(dòng)識(shí)別10Mbps和100Mbps,所有在100BASE-T上的應(yīng)用軟件和網(wǎng)絡(luò)軟件都可以保持不變。nIEEE于1995年正式通過了100BASE-T快速以太網(wǎng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即802.3u標(biāo)準(zhǔn)。1

7、7100BASE-T規(guī)定了以下三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)，如表5-3所示。名稱名稱傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)最大距離最大距離100Base-T4100Base-T43 3類（類（4 4類、類、5 5類）類）UTPUTP100100米米100Base-TX100Base-TX5 5類類UTPUTP或或1 1類類STPSTP100100米米100Base-FX100Base-FX光纖光纖20002000米米182. 100BASE-VG技術(shù)n100BASE-VG是一種使用集線器的100Mbps高速局域網(wǎng)，它的含義是指在語(yǔ)音級(jí)UTP電纜上進(jìn)行100Mbps速率傳輸，且適合于以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)，因此100BASE-VG

8、也稱為100VG-AnyLAN，其中VG代表Voice Grade，而Any則表示能使用多種傳輸媒體。100BASE-VG常簡(jiǎn)寫為100VG，它的IEEE標(biāo)準(zhǔn)為802.12。195.6.2 1000Mb/s以太網(wǎng)nIEEE在1997年通過了關(guān)于吉比以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)802.3z，并在1998年將其定為正式標(biāo)準(zhǔn)。n吉比特以太網(wǎng)仍使用原有以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)、幀長(zhǎng)及CSMA/CD協(xié)議，僅在底層將數(shù)據(jù)速率提高到了1Gbps，因此與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及快速以太網(wǎng)兼容。20吉比特以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)802.3z考慮以下幾個(gè)要點(diǎn)：（1）允許在1Gbit/s下全雙工和半雙工兩種方式工作。（2）使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。（3）在半

9、雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議（全雙工方式不需要使用CSMA/CD協(xié)議）。（4）在10BASE-T和100BASE-T技術(shù)向后兼容。21吉比特以太網(wǎng)的物理層n吉比特以太網(wǎng)的物理層使用兩種成熟的技術(shù)：一種來自現(xiàn)有的以太網(wǎng)，另一種則是ANSI制定的光纖通道。采用成熟技術(shù)就能大大縮短吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)時(shí)間。n吉比特以太網(wǎng)的物理層包括兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。1.1000BASE-X（802.3z標(biāo)準(zhǔn)） 2.1000BASE-T（802.3ab標(biāo)準(zhǔn)）225.6.3 10吉比特以太網(wǎng)n10吉比以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)由IEEE802.3ae委員會(huì)進(jìn)行制定，10吉比以太網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)在2002年完成。10吉比以太網(wǎng)又叫萬兆以太網(wǎng)

10、。n10吉比以太網(wǎng)并非將吉比以太網(wǎng)的速率簡(jiǎn)單地提高到10倍，這里有許多技術(shù)上的問題要解決。 2310吉比特以太網(wǎng)中的技術(shù)問題n10吉比以太網(wǎng)的幀格式于10Mbit/s、100Mbit/s和1Gbit/s以太網(wǎng)的幀格式完全相同。10吉比以太網(wǎng)還保留了802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小和最大幀長(zhǎng)。這就使用戶在將其已有的以太網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)時(shí)，仍能和較低速率的以太網(wǎng)很方便地通信。n由于數(shù)據(jù)速率很高，10吉比以太網(wǎng)不再使用銅線而只是使用光纖作為傳輸媒體。它使用長(zhǎng)距離（超過40km）的光收發(fā)器與單模光纖接口，以便能夠在廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)的范圍工作。10吉比以太網(wǎng)也可使用較便宜得多模光纖，但傳輸距離為65300m。2410吉

11、比特以太網(wǎng)中的技術(shù)問題n10吉比以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，因此不存在爭(zhēng)用問題，也不使用CSMA/CD協(xié)議。這就使得10吉比以太網(wǎng)的傳輸距離不再受進(jìn)行碰撞檢測(cè)的限制而大大提高了。n吉比以太網(wǎng)的物理層是使用以有的光纖通道技術(shù)，而10吉比以太網(wǎng)的物理層則是新開發(fā)的。10吉比以太網(wǎng)由下述兩種不同的物理層。（1）局域網(wǎng)物理層LAN PHY（2）可選的廣域網(wǎng)物理層WAN PHY255.7無線局域網(wǎng)WLAN5.7.1WLAN組網(wǎng)方式nWLAN包括兩種組網(wǎng)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，主機(jī)可以在無線通信覆蓋范圍內(nèi)移動(dòng)并自動(dòng)建立點(diǎn)到點(diǎn)的連接。主機(jī)之間通過爭(zhēng)用信道直接進(jìn)行數(shù)

12、據(jù)通信，而無需其他設(shè)備參與控制。 262.集中控制方式n在集中控制方式中，所有無線節(jié)點(diǎn)及有線局域網(wǎng)要與一個(gè)稱為接入點(diǎn)(Access Point，AP)的設(shè)備連接。接入點(diǎn)設(shè)備的基本作用如下：（1）一是負(fù)責(zé)無線通信管理工作，例如給無線節(jié)點(diǎn)分配無線信道的使用權(quán)。（2）二是在實(shí)現(xiàn)無線通信與有線通信的轉(zhuǎn)換。（3）三是起到與有線局域網(wǎng)網(wǎng)橋和路由器相似的作用。27圖 WLAN的兩種基本組網(wǎng)方式28BSS、DS、ESSn在IEEE制定的無線局域標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11中，如圖所示的WLAN被稱為基本服務(wù)集(Basic Service Set，BSS)。一個(gè)BSS是WLAN的最小組成單元。當(dāng)一個(gè)WLAN包含若干

13、個(gè)BSS時(shí)，這些BSS要與一個(gè)稱為分布系統(tǒng)(Distribution System，DS)連接。DS可以是有線局域網(wǎng)也可以是WLAN。這些連接在一起的BSS稱為擴(kuò)展服務(wù)集(Extended Service Set，ESS)，如圖所示。29BSS、DS、ESS30一個(gè)BSS與有線局域網(wǎng)DS連接的方案如圖所示。有線局域網(wǎng)DS起到連接骨干的作用，它也要包含AP設(shè)備。315.7.2 WLAN硬件n從WLAN的組網(wǎng)方式可以看到，WLAN的組成除了包括主機(jī)系統(tǒng)之外，還需要以下基本設(shè)備，即無線網(wǎng)卡、接入點(diǎn)AP和無線通信介質(zhì)。321.無線網(wǎng)卡nWLAN網(wǎng)卡的作用與有線網(wǎng)卡一樣，WLAN主機(jī)通過WLAN網(wǎng)卡發(fā)送

14、和接收無線信號(hào)。無線網(wǎng)卡主要包括NIC單元、擴(kuò)頻通信機(jī)和天線三個(gè)功能模塊。nNIC單元完成數(shù)據(jù)鏈路層功能，如建立主機(jī)與物理層之間的連接、載波偵聽。擴(kuò)頻通信機(jī)實(shí)現(xiàn)無線電信號(hào)的接收與發(fā)射，同時(shí)負(fù)責(zé)無線信號(hào)的差錯(cuò)判斷與處理。332.AP設(shè)備nAP設(shè)備具有與主機(jī)無線網(wǎng)卡通信、橋接以及介質(zhì)轉(zhuǎn)換功能。目前，AP設(shè)備主要包括以下兩種，即AP接入點(diǎn)和LAN-LAN無線網(wǎng)橋。以3Com公司產(chǎn)品為例，3Com AP接入點(diǎn)設(shè)備主要用于辦公室內(nèi)和樓內(nèi)的無線連接。產(chǎn)品外觀如圖所示。 34樓到樓WLAN網(wǎng)橋353.無線傳輸技術(shù)n無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信需要無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)。無線傳輸是指不使用有線通信介質(zhì)而通過電磁波在自由空間的傳播實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。能夠傳輸數(shù)據(jù)的電磁波包括無線電、微波和紅外線等。36電磁波的頻譜及應(yīng)用領(lǐng)域如圖所示，適用于WLAN的電磁波主要包括微波和紅外線374.WLAN設(shè)備選型（1）是選擇AP設(shè)備還是WLAN網(wǎng)橋：如果是小范圍內(nèi)的集中方式組網(wǎng)