網(wǎng)絡通訊與信息安全課件 04局域網(wǎng)

第4章局域網(wǎng)

4.1局域網(wǎng)概述

4.2傳統(tǒng)以太網(wǎng)

4.2.1以太網(wǎng)的工作原理

4.2.2傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法

4.2.3局域網(wǎng)常用傳輸媒體

4.3以太網(wǎng)的

MAC

層

4.3.1MAC層的硬件地址

4.3.2兩種不同的MAC幀格式1第4章局域網(wǎng)（續(xù)）4.4擴展的局域網(wǎng)

4.4.1在物理層擴展局域網(wǎng)

4.4.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)

4.5虛擬局域網(wǎng)

4.5.1虛擬局域網(wǎng)的概念

4.5.2虛擬局域網(wǎng)使用的以太網(wǎng)幀格式2第4章局域網(wǎng)（續(xù)）

4.6高速以太網(wǎng)

4.6.1100BASE-T以太網(wǎng)

4.6.2吉比特以太網(wǎng)

4.6.310吉比特以太網(wǎng)

4.7其他種類的高速局域網(wǎng)

4.7.1100VG-AnyLAN局域網(wǎng)

4.7.2光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI 4.7.3高性能并行接口HIPPI 4.7.4光纖通道

4.8無線局域網(wǎng)

4.8.1無線局域網(wǎng)的組成

4.8.2802.11標準中的物理層

4.8.3802.11標準中的MAC層34.1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點：能方便地共享昂貴的外部設備、主機以及軟件、數(shù)據(jù)。從一個站點可訪問全網(wǎng)。便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。4局域網(wǎng)的拓撲匹配電阻集線器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)5媒體共享技術靜態(tài)劃分信道頻分復用時分復用波分復用碼分復用

動態(tài)媒體接入控制（多點接入）隨機接入受控接入，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。

64.2傳統(tǒng)以太網(wǎng)

4.2.1以太網(wǎng)的工作原理

1.兩個標準DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)產品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標準。DIXEthernetV2標準與IEEE的802.3標準只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴格說來，“以太網(wǎng)”應當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網(wǎng)

7數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網(wǎng)標準，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。與接入到傳輸媒體有關的內容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的8局域網(wǎng)對LLC子層

是透明的局域網(wǎng)網(wǎng)絡層物理層站點1網(wǎng)絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)9以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標準）的作用已經不大了。很多廠商生產的網(wǎng)卡上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。102.網(wǎng)卡的作用網(wǎng)絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡接口卡

NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。網(wǎng)卡的重要功能：進行串行/并行轉換。對數(shù)據(jù)進行緩存。在計算機的操作系統(tǒng)安裝設備驅動程序。實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。

11計算機通過網(wǎng)卡

和局域網(wǎng)進行通信CPU高速緩存存儲器I/O總線計算機至局域網(wǎng)網(wǎng)絡接口卡（網(wǎng)卡）串行通信并行通信12網(wǎng)卡13網(wǎng)卡的安裝14最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。CSMA/CD協(xié)議

載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)

C

D

A

E匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)15以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送總線上的每一個工作的計算機都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。由于只有計算機D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有D才接收這個數(shù)據(jù)幀。其他所有的計算機（A,C和E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。16為了通信的簡便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認。這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的。

17以太網(wǎng)提供的服務以太網(wǎng)提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。18載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。“多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監(jiān)聽”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。19碰撞檢測“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產生了碰撞。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。20檢測到碰撞后在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。21電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。A向B發(fā)出的信息，要經過一定的時間后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結果是兩個幀都變得無用。221kmABt碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞

t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞

t=t=0單程端到端傳播時延記為

231kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞

t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞

t=ABABAB

t=0A檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=B檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為

24重要特性使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。254.爭用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經過時間2（兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口。經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。26二進制指數(shù)類型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義重傳次數(shù)k

，k10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當重傳達16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。

27爭用期的長度以太網(wǎng)取51.2s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。28最短有效幀長如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內。由于一檢測到沖突就立即中止發(fā)送，這時已經發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。29強化碰撞當發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時，除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經發(fā)生了碰撞。30數(shù)據(jù)幀干擾信號TJ人為干擾信號ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到沖突開始沖突信道占用時間A發(fā)送數(shù)據(jù)B也能夠檢測到沖突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出A發(fā)送干擾信號的情況。314.2.2傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜，細纜）銅線（雙絞線）光纜這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。10BASE5粗纜10BASE2細纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜以太網(wǎng)媒體接入控制MAC32銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)

的示意圖主機箱主機箱主機箱雙絞線集線器BNCT型接頭收發(fā)器電纜網(wǎng)卡插入式分接頭MAUMDI保護外層外導體屏蔽層內導體收發(fā)器DB-15連接器BNC連接器插口RJ-45插頭33星形網(wǎng)10BASE-T不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。在星形網(wǎng)的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub)。集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大提高了。34以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位10BASE-T的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過100m。這種10Mb/s速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎。35集線器的一些特點集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個多端口的轉發(fā)器，工作在物理層。36具有三個端口的集線器集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線374.2.3局域網(wǎng)常用傳輸媒體同軸電纜雙絞線雙絞線的制作步驟38同軸電纜同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導體環(huán)繞，網(wǎng)外又覆蓋一層保護性材料。有兩種廣泛使用的同軸電纜。一種是50歐姆電纜，用于數(shù)字傳輸，由于多用于基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜（細纜）；另一種是75歐姆電纜，用于模擬傳輸，寬帶同軸電纜（粗纜）。細纜的最大傳輸距離是185米，粗纜的最大傳輸距離是500米，無論是細纜還是粗纜都最多只能連5段。在局域網(wǎng)中很多地方同軸電纜已經被光纜所取代，但是在某些網(wǎng)絡中還是以同軸電纜為主，比如：有線電視等。39同軸電纜40同軸電纜41雙絞線（一般長度不超過100米）雙絞線是由兩股互相絕緣的導線絞合在一起并封裝在另一個絕緣護套里，絞合的金屬線對產生互相屏蔽作用。（1）屏蔽雙絞線（ShieldedTwisted-pair）：外層包一層皺紋狀的屏蔽金屬物質，抗干擾效果好但價格昂貴。（2）非屏蔽雙絞線（unshieldedTwisted-pair）42屏蔽雙絞線

(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少

干擾和串音EIA/TIA為非屏蔽雙絞線制定了布線標準,雙絞線外沒有任何附加屏蔽43（2）非屏蔽雙絞線的接線方法：有四對細銅線組成，它們的顏色分別是：第一對（白藍/藍）、第二對（白橙/橙）、第三對（白綠/綠）、第四對（白棕/棕）。質量比較好的雙絞線CAT5電纜第二對和第三對絞的多為4次/inch，第一對和第四對絞的少為3次/inch，絞的越多，屏蔽效果越好，抗干擾性能就越好。實際上在標準的以太網(wǎng)中用雙絞線通信的過程中白橙/橙和白綠/綠這兩對線在起作用。（3）RJ-45頭（水晶頭）：在用雙絞線連接的網(wǎng)絡中，雙絞線和網(wǎng)絡設備的連接處用RJ-45頭。44(3)RJ-45頭45(3)RJ-45頭46RJ-45插座47（4）RJ-45頭和CAT5的連接（網(wǎng)線的連接標準）ANSI：（AmericanNationalStandardsInstitute）美國國家標準協(xié)會TIA：（TelecommunicationIndustriesAssociation）電信工業(yè)協(xié)會EIA：（ElectronicIndustriesAssociation）電子工業(yè)協(xié)會我們在使用UTP制作網(wǎng)線時，遵循ANSI/TIA/EIA－568A（T568A）和ANSI/TIA/EIA－568B（T568B）標準。網(wǎng)線的制作有兩種方法：其中：一種是兩個頭都按568B的線序來制作稱為“直通線”，用于連接計算機和其他交換設備；另一種是一頭做568A另一頭做568B稱為“交叉線”。交叉線現(xiàn)在較少使用，一般是用在雙機互聯(lián)上面（網(wǎng)卡接網(wǎng)卡）48（4）RJ-45頭和CAT5的連接（網(wǎng)線的連接標準）T568A排線線序T568B排線線序49（4）RJ-45頭和CAT5的連接（網(wǎng)線的連接標準）八根芯線的作用對應網(wǎng)卡的八角50(4)網(wǎng)線制作151(4)網(wǎng)線制作252詳解如何制作雙絞線雙絞線兩端頭通過RJ-45水晶頭連接網(wǎng)卡和集線器，需在雙絞線兩端壓制水晶頭，壓制水晶頭需使用專用卡線鉗制作。下圖是已經制作好的雙絞線：53如何制作雙絞線首先，我們要了解一下制作雙絞線的材料和工具：雙絞線、RJ-45水晶頭、壓線鉗、測線儀（如下圖）

RJ-45水晶頭雙絞線54

壓線鉗55

測線儀56接下來以EIA/TIA568B標準來制作步驟：

（1)利用斜口錯剪下所需要的雙絞線長度，然后再利用雙絞線剝線切口將雙絞線的外皮除去2－3厘米。有一些雙絞線電纜上含有一條柔軟的尼龍繩，如果您在剝除雙絞線的外皮時，覺得裸露出的部分太短，而不利于制作RJ－45接頭時，可以緊握雙絞線外皮，再捏住尼龍線往外皮的下方剝開，就可以得到較長的裸露線。（如下圖）

575859（2)接下來就要進行撥線的操作。將裸露的雙絞線中的橙色對線撥向自己的左方，棕色對線撥向右方向，綠色對線撥向前方，藍色對線撥向后方，如下圖所示。

左：橙，前：綠，后：藍，右：棕

60

（3）小心的剝開每一對線，因為我們是遵循EIA／TIA568B的標準(白橙－橙－白綠－藍－白藍－綠－白棕－棕）排列好（如下圖所示）。61（4）將裸露出的雙絞線用剪刀或斜口鉗剪齊。最后再將雙絞線的每一根線依序放入RJ－45接頭的引腳內，第一只引腳內應該放白橙色的線，其余類推，如下圖：62（5)確定雙絞線的每根線是否按正確順序放置，并查看每根線是否進入到水晶頭的底部位置，如下圖所示：63(6)用RJ－45壓線鉗壓接RJ－45接頭，把水晶頭里的八塊小銅片壓下去后，使每一塊銅片的尖角都觸到一根銅線。如下圖所示64

（6)重復步驟1到步驟6,再制作另一端的RJ－45接頭。因為工作站與集線器之間是直接對接，所以另一端RJ－45接頭的引腳接法完全一樣。

（7）最后用測線儀測試網(wǎng)線和水晶頭是否連接正常，如果兩組1、2、3、4、5、6、7、8指標燈對應的燈同時亮，剛表示制作雙絞線制作成功。（如下圖所示）65網(wǎng)線制作線序簡單記水晶頭制作方法分兩種:一種是兩個頭都按568B的線序來制作稱為“直通線”,另一種是一頭做568A另一頭做568B稱為“交叉線”。交叉線現(xiàn)在較少使用，一般是用在雙機互聯(lián)上面（網(wǎng)卡接網(wǎng)卡）。大家只要掌握568B（橙綠藍棕）的制作方法就行了，學校機房的交換機與電腦都是使用568B的直通線。不管做568A或者是568B都可以用以下最簡單的記憶方法：(適用于568B和568A)1.橙綠藍棕(568B,直通線制作方法,568A是綠橙藍棕)2.混色在左.(4組線中分為純色和混色兩種,把它們按上述的線序一對對拆開)3.四六對調(在第二步的基礎上將第4條線與第6條線交換位置,實際上已經達到1-3,2-6互絞目的了.即568B的藍-綠,或者是568A的藍-橙)4.銅片朝臉(水晶頭有卡片的朝外,有8個銅片的向臉,將網(wǎng)線理直,插到底)網(wǎng)線制時難點是:線序不要搞錯。其它的一些注意事項是：網(wǎng)線外皮要有一部份套在水晶頭中間,具體長度要在實踐中慢慢體味。664.2.4集線器集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個多端口的轉發(fā)器，工作在物理層。67集線器（HUB）功能：放大接收到的信號以太網(wǎng)的集中連接點缺點：無過濾無路徑檢測、交換功能不同速率的不能級聯(lián)68集線器

----分類按端口數(shù)量分這是最基本的分類標準之一目前主流集線器主要有8口、16口和24口等幾大類69集線器

----分類按提供的帶寬劃分10Mbps集線器100Mbps集線器10/100Mbps雙速集線器也稱：10/100Mbps自適應集線器70隨著計算機技術的發(fā)展，Hub又分為切換式、共享式和可堆疊共享式三種。（1）切換式Hub

一個切換式Hub重新生成每一個信號并在發(fā)送前過濾每一個包，而且只將其發(fā)送到目的地址。切換式Hub可以使10Mbps和100Mbps的站點用于同一網(wǎng)段中。

（2）共享式Hub共享式Hub提供了所有連接點的站點間共享一個最大頻寬。例如，一個連接著幾個工作站或服務器的100Mbps共享式Hub所提供的最大頻寬為100Mbps，與它連接的站點共享這個頻寬。共享式Hub不過濾或重新生成信號，所有與之相連的站點必須以同一速度工作（10Mbps或100Mbps）。所以共享式Hub比切換式Hub價格便宜。

（3）堆疊共享式Hub堆疊共享式Hub是共享式Hub中的一種，當它們級連在一起時，可看作是網(wǎng)中的一個大Hub。當6個8口的Hub級連在一起時，可以看作是1個48口的Hub集線器（Hub）71集線器72集線器734.3以太網(wǎng)的

MAC

層

4.3.1MAC

層的硬件地址

在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802

標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字”或標識符。但鑒于大家都早已習慣了將這種48bit的“名字”稱為“地址”，所以本課程也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。74第1最高位最先發(fā)送最低位最高位最低位最后發(fā)送001101010111101100010010000000000000000000000001最低位最先發(fā)送最高位最低位最高位最后發(fā)送機構惟一標志符OUI擴展標志符高位在前低位在前十六進制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80二進制表示的EUI-48地址：第1字節(jié)第6字節(jié)字節(jié)順序第2第3第4第5第6第1字節(jié)順序第2第3第4第5第6101011001101111001001000000000000000000010000000802.5802.6802.3802.475網(wǎng)卡上的硬件地址路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同時連接到兩個網(wǎng)絡上，因此它有兩塊網(wǎng)卡和兩個硬件地址。76網(wǎng)卡檢查MAC地址網(wǎng)卡從網(wǎng)絡上每收到一個MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：單播(unicast)幀（一對一）廣播(broadcast)幀（一對全體）多播(multicast)幀（一對多）774.3.2兩種不同的MAC

幀格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。78MAC幀字節(jié)6624IP層物理層目的地址源地址長度/類型FCSMAC層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入數(shù)據(jù)MAC子層IP層LLC子層802.2LLC幀當長度/類型字段表示長度時

802.3MAC幀以太網(wǎng)V2MAC幀這種802.3+802.2幀已經較少使用目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~150043~1497111DSAPSSAP111控制數(shù)據(jù)字節(jié)DSAPSSAP控制IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報79從以太網(wǎng)到IEEE802.31976年，Xerox公司建成世界上第一個CSMA/CD局域網(wǎng)（2.94Mbps），在一公里長的粗同軸電纜上連接了100多個個人工作站，此系統(tǒng)被稱作以太網(wǎng)（Ethernet）。以太網(wǎng)的成功促使Xerox、DEC和Intel聯(lián)合開發(fā)該產品，并制定了一個10Mbps的以太網(wǎng)標準。IEEE802.3標準正是建立在此標準之上。80IEEE802和EthernetII局域網(wǎng)中的多種幀格式產生的原因1980DEC,Intel,Xerox制訂了EthernetI的標準1982DEC,Intel,Xerox又制訂了EhternetII的標準1982IEEE開始研究Ethernet的國際標準802.31983Novell基于IEEE的802.3的原始版開發(fā)了專用的Ethernet幀格式1985IEEE推出IEEE802.3規(guī)范后來為解決EthernetII與802.3幀格式的兼容問題推出折衷的EthernetSNAP格式81局域網(wǎng)擴展方式按介質訪問控制方式分類共享介質局域網(wǎng)（用集線器擴展局域網(wǎng)）交換局域網(wǎng)目前在實際應用中大都采用交換局域網(wǎng)82共享式以太網(wǎng)的缺點網(wǎng)絡內節(jié)點共享信道帶寬例如：信道容量=10Mbps，如果網(wǎng)絡內有10個節(jié)點，則每個節(jié)點平均只能擁有1/10的信道帶寬。因此，網(wǎng)絡內節(jié)點增加將導致網(wǎng)絡通信速率急速下降。83提高網(wǎng)絡性能的方法減小沖突域減小網(wǎng)絡內廣播的范圍。將一個大的沖突域劃分為多個小的沖突域。例如：使用網(wǎng)橋、交換機隔離沖突域將介質訪問控制方法從共享式轉變?yōu)榻粨Q式例如：使用交換機84用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)4.4擴展的局域網(wǎng)

4.4.1在物理層擴展局域網(wǎng)

集線器集線器一系二系集線器三系三個獨立的碰撞域85碰撞域也稱沖突域，就是同一時間內不允許同時發(fā)送數(shù)據(jù)的機器的范圍，如使用HUB連接多臺機器，由于這些機器在任一時間內只有一臺機器可以對外發(fā)送數(shù)據(jù)，所以使用HUB連接的所有機器都在同一沖突域內，包括級聯(lián)出去的。100m100m5m100m100m86用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)一系二系三系集線器集線器集線器集線器主干集線器87優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。

用集線器擴展局域網(wǎng)88在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發(fā)到哪一個端口4.4.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)891.網(wǎng)橋的內部結構站表端口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實體端口1端口2緩存①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥9091過濾通信量。擴大了物理范圍。提高了可靠性?？苫ミB不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。使用網(wǎng)橋帶來的好處92存儲轉發(fā)增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網(wǎng)絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。使用網(wǎng)橋帶來的缺點93集線器在轉發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網(wǎng)橋在轉發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進行退避。在這一點上網(wǎng)橋的接口很像一個網(wǎng)卡。網(wǎng)橋和集線器（或轉發(fā)器）不同94目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparentbridge)，各網(wǎng)橋自己決定如何選路。“透明”是指局域網(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋對各站來說是看不見的。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設備，其標準是IEEE802.1D。2.透明網(wǎng)橋95透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。3.源路由網(wǎng)橋961990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個端口。因此，以太網(wǎng)交換機實質上就是一個多端口的網(wǎng)橋，可見交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層。4.多端口網(wǎng)橋——以太網(wǎng)交換機97交換機與集線器的區(qū)別交換機的作用是對封裝的數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)，并減少沖突域，隔離廣播風暴。從組網(wǎng)的形式看，交換機與集線器非常類似，但實際工作原理有很大的不同。

從OSI體系結構看，集線器工作在

OSI/RM的第一層，是一種物理層的連接設備，因而它只對數(shù)據(jù)的傳輸進行同步、放大和整形處理，不能對數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩處?、碎片等進行有效的處理，不進行差錯處理，不能保證數(shù)據(jù)的完整性和正確性。交換機工作在OSI的第二層，屬于數(shù)據(jù)鏈路層的連接設備，不但可以對數(shù)據(jù)的傳輸進行同步、放大和整形處理，還提供數(shù)據(jù)的完整性和正確性的保證。98交換機與集線器的區(qū)別從工作方式和帶寬來看，集線器是一種廣播模式，一個端口發(fā)送信息，所有的端口都可以接收到，容易發(fā)生廣播風暴；同時集線器共享帶寬，當兩個端口間通信時，其它端口只能等待。交換機是一種交換方式，一個端口發(fā)送信息，只有目的端口可以接收到，能夠有效的隔離沖突域，抑制廣播風暴；同時每個端口都有自己的獨立帶寬，兩個端口間的通信不影響其它端口間的通信。99以太網(wǎng)交換機的每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。以太網(wǎng)交換機的特點100對于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10Mb/s)的N分之一。使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個端口到主機的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對端口的交換機的總容量為N10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。獨占傳輸媒體的帶寬101102103用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)集線器集線器集線器一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網(wǎng)服務器電子郵件服務器以太網(wǎng)交換機路由器104交換式以太網(wǎng)的提出共享式以太網(wǎng)存在的問題覆蓋的地理范圍有限網(wǎng)絡總帶寬容量固定不能支持多種速率“交換”的提出交換：網(wǎng)絡連接設備從一個端口得到的信息只復制到目的端口集線器->交換機使用交換設備將網(wǎng)絡分段將一個大型的以太網(wǎng)分割成2個或多個小型的以太網(wǎng)每個段使用CSMA/CD介質訪問控制方法維持段內用戶的通信段與段之間通過一種“交換”設備進行溝通這種“交換”設備可以將在一段接收到的信息，經過簡單的處理轉發(fā)給另一段105以太網(wǎng)交換機的工作過程交換式以太網(wǎng)的核心是一個以太網(wǎng)交換機。交換機有一個高速背板，此背板通常被劃分成多個以太網(wǎng)段，每個網(wǎng)段由一個模塊支持并構成一個沖突域（collisiondomain）。當某個站點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀到達交換機時，交換機上的以太網(wǎng)模塊首先檢查該幀的目的地址所指向的站點是否在同一個以太網(wǎng)模塊上。如果是，就復制該幀，并把它復制到對應的端口上；否則，就將該幀通過交換機的高速背板轉發(fā)到另一個連接著目的站點的以太網(wǎng)模塊上。106交換式以太網(wǎng)107交換式以太網(wǎng)108第三層交換技術簡單的說，第三層交換技術就是“第二層交換技術+第三層轉發(fā)”。第三層交換技術的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后網(wǎng)段中的子網(wǎng)必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復雜所造成的網(wǎng)絡瓶頸問題。一個具有第三層交換功能的設備，是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是兩者的有機結合，而不是簡單地把路由器設備的硬件及軟件疊加在局域網(wǎng)交換機上。109虛擬局域網(wǎng)VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構成的與物理位置無關的邏輯組。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務，而并不是一種新型局域網(wǎng)。4.5虛擬局域網(wǎng)

4.5.1虛擬局域網(wǎng)的概念110以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成111以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成當B1

向VLAN2

工作組內成員發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站B2和B3將會收到廣播的信息。112以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成B1發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站A1,A2和C1都不會收到B1發(fā)出的廣播信息。113以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風暴”)而引起性能惡化。114虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個4字節(jié)的標識符，稱為VLAN標記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域網(wǎng)。4.5.2虛擬局域網(wǎng)使用的

以太網(wǎng)幀格式

802.3MAC幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數(shù)據(jù)FCS長度/類型=802.1Q標記類型標記控制信息

1000000100000000VID2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標記4用戶優(yōu)先級CFI1154.6高速以太網(wǎng)

4.6.1100BASE-T以太網(wǎng)速率達到或超過100Mb/s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓撲以太網(wǎng)，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD協(xié)議。100BASE-T以太網(wǎng)又稱為快速以太網(wǎng)(FastEthernet)。116100BASE-T以太網(wǎng)的特點可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，不使用CSMA/CD協(xié)議。MAC幀格式仍然是802.3標準規(guī)定的。保持最短幀長不變，但將一個網(wǎng)段的最大電纜長度減小到100m。117三種不同的物理層標準100BASE-TX使用2對UTP5類線或屏蔽雙絞線STP。

100BASE-FX使用2對光纖。

100BASE-T4使用4對UTP3類線或5類線。

1184.6.2吉比特以太網(wǎng)允許在1Gb/s

下全雙工和半雙工兩種方式工作。使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議（全雙工方式不需要使用CSMA/CD協(xié)議）。與10BASE-T和100BASE-T技術向后兼容。119吉比特以太網(wǎng)的物理層1000BASE-X基于光纖通道的物理層：1000BASE-SXSX表示短波長1000BASE-LXLX表示長波長1000BASE-CXCX表示銅線1000BASE-T使用4對5類線UTP

120吉比特以太網(wǎng)的配置舉例1Gb/s

鏈路吉比特交換集線器百兆比特或吉比特集線器100Mb/s鏈路中央服務器1214.6.310

吉比特以太網(wǎng)10吉比特以太網(wǎng)與10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s

以太網(wǎng)的幀格式完全相同。10吉比特以太網(wǎng)還保留了802.3標準規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長，便于升級。10吉比特以太網(wǎng)不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸媒體。10吉比特以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，因此沒有爭用問題，也不使用CSMA/CD協(xié)議。122吉比特以太網(wǎng)的物理層局域網(wǎng)物理層LANPHY。局域網(wǎng)物理層的數(shù)據(jù)率是10.000Gb/s?？蛇x的廣域網(wǎng)物理層WANPHY。廣域網(wǎng)物理層具有另一種數(shù)據(jù)率，這是為了和所謂的“Gb/s”的SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相連接。為了使10吉比特以太網(wǎng)的幀能夠插入到OC-192/STM-64幀的有效載荷中，就要使用可選的廣域網(wǎng)物理層，其數(shù)據(jù)率為9.95328Gb/s。

123端到端的以太網(wǎng)傳輸10吉比特以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的工作范圍已經從局域網(wǎng)（校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)）擴大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，從而實現(xiàn)了端到端的以太網(wǎng)傳輸。這種工作方式的好處是：成熟的技術互操作性很好在廣域網(wǎng)中使用以太網(wǎng)時價格便宜。統(tǒng)一的幀格式簡化了操作和管理。

124以太網(wǎng)從10Mb/s到

10Gb/s

的演進以太網(wǎng)從10Mb/s到10Gb/s

的演進證明了以太網(wǎng)是：可擴展的（從10Mb/s到10Gb/s）。靈活的（多種傳輸媒體、全/半雙工、共享/交換）。易于安裝。穩(wěn)健性好。1254.7其他種類的高速局域網(wǎng)4.7.1100VG-AnyLAN局域網(wǎng)使用集線器的100Mb/s高速局域網(wǎng)

4.7.2光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI(FiberDistributedDataInterface)使用光纖作為傳輸媒體的令牌環(huán)形網(wǎng)

4.7.3高性能并行接口HIPPI(HIgh-PerformanceParallelInterface)主要用于超級計算機與一些外圍設備（如海量存儲器、圖形工作站等）的高速接口4.7.4光纖通道(FibreChannel)1264.8無線局域網(wǎng)

4.8.1無線局域網(wǎng)的組成有固定基礎設施的無線局域網(wǎng)基本服務集

BSS擴展的服務集ESS基本服務集

BSSAB漫游接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)Roaming127有固定基礎設施的無線局域網(wǎng)基本服務集BSS擴展的服務集ESS基本服務集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)一個基本服務集BSS包括一個基站和若干個移動站，所有的站在本BSS以內都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信時都要通過本BSS的基站。128有固定基礎設施的無線局域網(wǎng)基本服務集BSS擴展的服務集ESS基本服務集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)基本服務集中的基站叫做接入點AP(AccessPoint)其作用和網(wǎng)橋相似。129擴展的服務集ESS基本服務集BSS基本服務集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)一個基本服務集可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個主干分配系統(tǒng)

DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一個基本服務集，構成擴展的服務集ESS(ExtendedServiceSet)。130擴展的服務集ES