第2章局域網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)

第2章

局域網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目1雙機(jī)互連對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的組建

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握局域網(wǎng)的參考模型和介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。掌握以太網(wǎng)技術(shù)。熟練掌握交換機(jī)的工作原理、幀轉(zhuǎn)發(fā)方式和互連方式。掌握使用交換機(jī)組建小型交換式對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的方法。掌握對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中文件夾共享和打印機(jī)共享的設(shè)置方法。2.1局域網(wǎng)常用連接設(shè)備局域網(wǎng)一般由服務(wù)器、用戶工作站和通信設(shè)備等組成。通信設(shè)備主要是實(shí)現(xiàn)物理層和介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)子層的功能，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間提供數(shù)據(jù)幀的傳輸，包括中繼器、集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器、網(wǎng)關(guān)等。1．中繼器信號(hào)在傳輸介質(zhì)中傳遞時(shí)，由于傳輸介質(zhì)的阻抗會(huì)使信號(hào)越來(lái)越弱，導(dǎo)致信號(hào)衰減失真。當(dāng)網(wǎng)線的長(zhǎng)度超過(guò)一定限度后，若想再繼續(xù)傳遞下去，必須將信號(hào)整理放大，恢復(fù)成原來(lái)的強(qiáng)度和形狀。中繼器(Repeater)的主要功能就是將收到的信號(hào)重新整理，使其恢復(fù)到原來(lái)的波形和強(qiáng)度，然后繼續(xù)傳遞下去，以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸。它工作在OSI參考模型的最底層(物理層)，在以太網(wǎng)中最多可使用4個(gè)中繼器。2．集線器集線器(Hub)是單一總線共享式設(shè)備，提供很多網(wǎng)絡(luò)接口，負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)計(jì)算機(jī)連在一起，如圖所示。所謂共享，是指集線器所有端口共用一條數(shù)據(jù)總線。用集線器組建的網(wǎng)絡(luò)在物理上屬于星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在邏輯上屬于總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3．網(wǎng)橋網(wǎng)橋(Bridge)在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)同類網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，它有選擇地將數(shù)據(jù)從某一網(wǎng)段傳向另一網(wǎng)段。網(wǎng)橋的功能在延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)跨度上類似于中繼器，然而它能提供智能化連接服務(wù)，即根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的地址處于哪一網(wǎng)段來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾。網(wǎng)橋?qū)φ军c(diǎn)所處網(wǎng)段的了解是靠“自學(xué)習(xí)”實(shí)現(xiàn)的。4．交換機(jī)交換機(jī)(Switch)，也稱為交換式集線器，是一種工作在數(shù)據(jù)鏈路層上的、基于MAC地址識(shí)別、具有封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)是集線器的升級(jí)產(chǎn)品，每一端口都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共同享有該端口的全部帶寬。由于交換機(jī)根據(jù)所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨(dú)立地從源端口傳送至目的端口，而不會(huì)向所有端口廣播發(fā)送，避免了和其它端口發(fā)生沖突，從而提高了傳輸效率。交換機(jī)與集線器的區(qū)別：①OSI體系結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。集線器屬于OSI的第一層(物理層)設(shè)備，而交換機(jī)屬于OSI的第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)設(shè)備。②工作方式上的區(qū)別。集線器的工作機(jī)理是廣播，無(wú)論是從哪一個(gè)端口接收到信息包，都以廣播的形式將信息包發(fā)送給其余的所有端口，這樣很容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)受到很大的影響；交換機(jī)工作時(shí)，只有發(fā)出請(qǐng)求的端口和目的端口之間相互響應(yīng)，不影響其他端口，因此交換機(jī)能夠隔離沖突域和有效地抑制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。③帶寬占用方式上的區(qū)別。集線器不管有多少個(gè)端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時(shí)刻只能有兩個(gè)端口在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時(shí)集線器只能工作在半雙工模式下；而對(duì)于交換機(jī)而言，每個(gè)端口都有一條獨(dú)占的帶寬，當(dāng)某兩個(gè)端口工作時(shí)并不影響其他端口的工作，同時(shí)交換機(jī)不但可以工作在半雙工模式下，而且可以工作在全雙工模式下。5．路由器路由器工作在第三層(網(wǎng)絡(luò)層)，主要用于網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，這意味著它可以在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間交換和路由數(shù)據(jù)包。比起網(wǎng)橋，路由器不但能過(guò)濾和分隔網(wǎng)絡(luò)信息流、連接網(wǎng)絡(luò)分支，還能訪問(wèn)數(shù)據(jù)包中更多的信息，并用來(lái)提高數(shù)據(jù)包的傳輸效率。常見的家用路由器如圖所示。6．網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)通過(guò)把信息重新包裝來(lái)適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。網(wǎng)關(guān)能互連異類的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)關(guān)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中讀取數(shù)據(jù)，剝?nèi)?shù)據(jù)的老協(xié)議，然后用目的網(wǎng)絡(luò)的新協(xié)議進(jìn)行重新包裝。網(wǎng)關(guān)的一個(gè)較為常見的用途是，在局域網(wǎng)的微機(jī)和小型機(jī)或大型機(jī)之間進(jìn)行“翻譯”，從而連接兩個(gè)(或多個(gè))異類的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)的典型應(yīng)用是當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)專用服務(wù)器。2.2局域網(wǎng)的參考模型在將OSI模型應(yīng)用于局域網(wǎng)時(shí)，將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制（LogicalLinkControl，LLC）子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制（MediumAccessControl，MAC）子層，如圖所示。MAC子層處理局域網(wǎng)中各站點(diǎn)對(duì)通信介質(zhì)的爭(zhēng)用問(wèn)題，對(duì)于不同的傳輸介質(zhì)、不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以采用不同的MAC方法。LLC子層屏蔽各種MAC子層的具體實(shí)現(xiàn)，將其改造成為統(tǒng)一的LLC界面，從而向網(wǎng)絡(luò)層提供統(tǒng)一的服務(wù)。1．MAC子層（介質(zhì)訪問(wèn)控制子層）MAC子層是數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)功能子層，是數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分，它直接與物理層相鄰。MAC子層為不同的物理介質(zhì)定義了不同的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。其主要功能如下。（1）傳送數(shù)據(jù)時(shí)，將傳送的數(shù)據(jù)組裝成MAC幀，幀中包含地址和差錯(cuò)檢測(cè)字段。（2）接收數(shù)據(jù)時(shí)，將接收的數(shù)據(jù)分解成MAC幀，并進(jìn)行地址識(shí)別和差錯(cuò)檢測(cè)。（3）管理和控制對(duì)局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)。2．LLC子層（邏輯鏈路控制子層）LLC子層位于數(shù)據(jù)鏈路層的上半部分，在MAC子層的支持下向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，它可運(yùn)行于所有802局域網(wǎng)和城域網(wǎng)協(xié)議之上。LLC子層與傳輸介質(zhì)無(wú)關(guān)，它獨(dú)立于介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，隱蔽了各種802網(wǎng)絡(luò)之間的差別，并向網(wǎng)絡(luò)層提供一個(gè)統(tǒng)一的格式和接口。LLC子層的功能包括差錯(cuò)控制、流量控制和順序控制，并為網(wǎng)絡(luò)層提供面向連接和無(wú)連接的兩類服務(wù)。2.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)IEEE802參考模型是美國(guó)電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)在1980年2月制訂的，因此稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802委員會(huì)認(rèn)為，由于局域網(wǎng)只是一個(gè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，而且不存在路由選擇問(wèn)題，因此它不需要網(wǎng)絡(luò)層，有最低的兩個(gè)層次（數(shù)據(jù)鏈路層和物理層）就可以；但與此同時(shí)，由于局域網(wǎng)的種類繁多，其介質(zhì)訪問(wèn)控制方法也各不相同，因此有必要將局域網(wǎng)分解為更小而且容易管理的子層。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列間的關(guān)系如圖所示。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，新的標(biāo)準(zhǔn)還在不斷地補(bǔ)充進(jìn)來(lái)。

IEEE802為局域網(wǎng)制訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)，主要有以下幾種。IEEE802.1標(biāo)準(zhǔn)：局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以及尋址、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)：邏輯鏈路控制(LLC)子層。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)：帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)(CSMA/CD)。IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)：100Mbps快速以太網(wǎng)。IEEE802.3z標(biāo)準(zhǔn)：1000Mbps以太網(wǎng)(光纖、同軸電纜)。IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)：1000Mbps以太網(wǎng)(雙絞線)。IEEE802.3ae標(biāo)準(zhǔn)：10000Mbps以太網(wǎng)。IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)：令牌總線網(wǎng)(TokenBus)。IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)：令牌環(huán)網(wǎng)(TokenRing)。IEEE802.6標(biāo)準(zhǔn)：城域網(wǎng)(MAN)。IEEE802.7標(biāo)準(zhǔn)：寬帶技術(shù)。IEEE802.8標(biāo)準(zhǔn)：光纖技術(shù)。IEEE802.9標(biāo)準(zhǔn)：綜合語(yǔ)音數(shù)據(jù)網(wǎng)。IEEE802.10標(biāo)準(zhǔn)：安全與加密。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)線局域網(wǎng)。IEEE802.12標(biāo)準(zhǔn)：100VG-AnyLAN優(yōu)先高速局域網(wǎng)(100Mbps)。IEEE802.13標(biāo)準(zhǔn)：有線電視網(wǎng)(Cable-TV)。IEEE802.14標(biāo)準(zhǔn)：有線調(diào)制解調(diào)器(已廢除)。IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(藍(lán)牙)。IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)：寬帶無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(WiMAX，微波)。IEEE802.17標(biāo)準(zhǔn)：彈性分組環(huán)(RPR)可靠個(gè)人接入技術(shù)。IEEE802.18標(biāo)準(zhǔn)：寬帶無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE802.19標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)線共存技術(shù)。IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)：移動(dòng)寬帶無(wú)線訪問(wèn)。IEEE802.21標(biāo)準(zhǔn)：符合802標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)與非802網(wǎng)絡(luò)之間的互通。IEEE802.22標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)線地域性區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WRANs)。以太網(wǎng)使用CSMA/CD作為介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，其協(xié)議為IEEE802.3；令牌總線網(wǎng)使用令牌總線作為介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，其協(xié)議為IEEE802.4；令牌環(huán)網(wǎng)使用令牌環(huán)作為介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，其協(xié)議為IEEE802.5；FDDI是一種令牌環(huán)網(wǎng)，采用雙環(huán)拓?fù)?，以光纖作為傳輸介質(zhì)，傳輸速度為100Mbps；城域網(wǎng)為分布式隊(duì)列雙總線（DQDB）結(jié)構(gòu)，采用的協(xié)議為IEEE802.6標(biāo)準(zhǔn)，采用的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法為先進(jìn)先出（FIFO）2.4局域網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法常見的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法有：CSMA/CD、令牌環(huán)和令牌總線。①CSMA/CD。CSMA/CD即帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)控制方法，是一種爭(zhēng)用型的介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，它只適用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的LAN，能有效解決總線LAN中介質(zhì)共享、信道分配和信道沖突等問(wèn)題。CSMA/CD的工作原理可概括為16個(gè)字“先聽后發(fā),邊聽邊發(fā),沖突停止,延時(shí)重發(fā)”，其具體工作過(guò)程概括如下。發(fā)送數(shù)據(jù)前，先偵聽信道是否空閑，若空閑，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。若信道忙，則繼續(xù)偵聽，直到信道空閑時(shí)立即發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，邊發(fā)送邊繼續(xù)偵聽，若偵聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并向總線上發(fā)出一串阻塞信號(hào)，通知總線上各站點(diǎn)已發(fā)生沖突，使各站點(diǎn)重新開始偵聽與競(jìng)爭(zhēng)信道。已發(fā)出信息的各站點(diǎn)收到阻塞信號(hào)后，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新進(jìn)入偵聽發(fā)送階段。CSMA/CD的工作過(guò)程如圖所示。CSMA/CD的優(yōu)點(diǎn)是：原理比較簡(jiǎn)單，技術(shù)上易實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位，不需集中控制，不提供優(yōu)先級(jí)控制。CSMA/CD的缺點(diǎn)是：需要沖突檢測(cè)，存在錯(cuò)誤判斷和最小幀長(zhǎng)度（64字節(jié)）限制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)增多，網(wǎng)絡(luò)流量增大時(shí)，各站點(diǎn)間的沖突概率增加，發(fā)送效率急劇下降，網(wǎng)絡(luò)性能變差，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。②令牌環(huán)。令牌環(huán)(TokenRing)適用于環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的LAN，在令牌環(huán)網(wǎng)中有一個(gè)令牌(Token)沿著環(huán)形總線在入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)間依次傳遞。令牌實(shí)際上是一個(gè)特殊格式的控制幀，本身并不包含信息，僅控制信道的使用，確保在同一時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獨(dú)占信道。當(dāng)環(huán)上節(jié)點(diǎn)都空閑時(shí)，令牌繞環(huán)行進(jìn)。節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)只有取得令牌后才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀，因此不會(huì)發(fā)生“碰撞”。由于令牌在網(wǎng)環(huán)上是按順序依次單向傳遞的，因此對(duì)所有入網(wǎng)計(jì)算機(jī)而言，訪問(wèn)權(quán)是公平的。③令牌總線。令牌總線類似于令牌環(huán)，但其采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。令牌總線是在總線的基礎(chǔ)上，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間有序地傳遞令牌來(lái)分配各節(jié)點(diǎn)對(duì)共享型總線的訪問(wèn)權(quán)，形成閉合的邏輯環(huán)路。2.5以太網(wǎng)技術(shù)1976年7月，Bob在ALOHA網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出總線型局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)思想，并提出沖突檢測(cè)、載波偵聽與隨機(jī)后退延遲算法，將這種局域網(wǎng)命名為以太網(wǎng)(Ethernet)。以太網(wǎng)的核心技術(shù)是介質(zhì)訪問(wèn)控制方法CSMA/CD，它解決了多結(jié)點(diǎn)共享公用總線的問(wèn)題。每個(gè)站點(diǎn)都可以接收到所有來(lái)自其他站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，目的站點(diǎn)將該幀復(fù)制，其他站點(diǎn)則丟棄該幀。2.5.1MAC地址為了標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)上的每臺(tái)主機(jī)，需要給每臺(tái)主機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)適配器(網(wǎng)卡)分配一個(gè)全球唯一的通信地址，即MAC地址、Ethernet地址或稱為網(wǎng)卡的物理地址。MAC地址長(zhǎng)度為48比特，共6個(gè)字節(jié)，如00-0D-88-47-58-2C，其中，前3個(gè)字節(jié)為IEEE分配給廠商的廠商代碼(00-0D-88)，后3個(gè)字節(jié)為廠商自己設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)適配器編號(hào)(47-58-2C)。MAC廣播地址為FF-FF-FF-FF-FF-FF。如果MAC地址（二進(jìn)制）的第8位是1，則表示該MAC地址是組播地址，如01-00-5E-37-55-4D。2.5.2以太網(wǎng)的幀格式以太網(wǎng)的幀是數(shù)據(jù)鏈路層的封裝，網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包被加上幀頭和幀尾成為可以被數(shù)據(jù)鏈路層識(shí)別的數(shù)據(jù)幀(成幀)。以太網(wǎng)的幀長(zhǎng)度是64～1518字節(jié)(不算8字節(jié)的前導(dǎo)字)。以太網(wǎng)的幀格式有多種，在每種格式的幀開始處都有64比特(8字節(jié))的前導(dǎo)字符，其中前7個(gè)字節(jié)為前同步碼(7個(gè)10101010)，第8個(gè)字節(jié)為幀起始標(biāo)志(10101011)。圖2-7所示為EthernetⅡ的幀格式(未包括前導(dǎo)字符)。最小幀長(zhǎng)度為64字節(jié)（6＋6＋2＋46＋4＝64），最大幀長(zhǎng)度為1518字節(jié)（6＋6＋2＋1500＋4＝1518）。前12字節(jié)分別標(biāo)識(shí)出發(fā)送數(shù)據(jù)幀的源節(jié)點(diǎn)MAC地址和接收數(shù)據(jù)幀的目的節(jié)點(diǎn)MAC地址。接下來(lái)的2個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)出以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型，如十六進(jìn)制數(shù)0x0800代表IP協(xié)議數(shù)據(jù)，十六進(jìn)制數(shù)0x0806代表ARP協(xié)議數(shù)據(jù)。在不定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)字段后是4個(gè)字節(jié)的幀校驗(yàn)序列（FrameCheckSequence，F(xiàn)CS），采用32位CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)，對(duì)從“目的MAC地址”字段到“數(shù)據(jù)”字段的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。2.5.310Mbps以太網(wǎng)以前，以太網(wǎng)只有10Mbps的吞吐量，采用CSMA/CD的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法和曼徹斯特編碼，這種早期的10Mbps以太網(wǎng)稱之為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。以太網(wǎng)可以使用粗同軸電纜、細(xì)同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和光纖等多種傳輸介質(zhì)進(jìn)行連接，并且在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中，為不同的傳輸介質(zhì)制訂了不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，前面的數(shù)字表示傳輸速度，單位是“Mbps”，最后的一個(gè)數(shù)字表示單段網(wǎng)線長(zhǎng)度(基準(zhǔn)單位是100m)，Base表示“基帶”的意思。在局域網(wǎng)發(fā)展歷史中，10Base-T技術(shù)是現(xiàn)代以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的里程碑。使用集線器時(shí)，10Base-T需要CSMA/CD，但使用交換機(jī)時(shí)，在大多數(shù)情況下不需要CSMA/CD。2.6高速局域網(wǎng)技術(shù)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠“公平”使用公共傳輸介質(zhì)。如果網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目增多，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配的帶寬將越來(lái)越少，沖突和重發(fā)現(xiàn)象將大量增加，網(wǎng)絡(luò)效率急劇下降，數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量下降。為了進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能，較好的解決方案如下。（1）增加公共線路的帶寬。優(yōu)點(diǎn)是：仍然保護(hù)局域網(wǎng)用戶已有的投資。（2）將大型局域網(wǎng)劃分成若干個(gè)用網(wǎng)橋或路由器連接的子網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)是：每個(gè)子網(wǎng)作為小型局域網(wǎng)，隔離子網(wǎng)間的通信量，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。（3）將共享介質(zhì)改為交換介質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)是：交換式局域網(wǎng)的設(shè)備是交換機(jī)，可以在多個(gè)端口之間建立多個(gè)并發(fā)連接。交換方式出現(xiàn)后，局域網(wǎng)分為共享式局域網(wǎng)和交換式局域網(wǎng)。2.6.1100Mbps快速以太網(wǎng)100Mbps快速以太網(wǎng)與10Mbps標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相比，仍然采用相同的幀格式、相同的介質(zhì)訪問(wèn)控制和組網(wǎng)方法，可將速率從10Mbps提高到100Mbps。在MAC子層仍然使用CSMA/CD，在物理層進(jìn)行必要的調(diào)整，定義新的物理層標(biāo)準(zhǔn)?？焖僖蕴W(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3u。有關(guān)100Mbps快速以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)主要有3種：①100base-TX：支持2對(duì)5類非屏蔽雙絞線或2對(duì)1類屏蔽雙絞線；其中1對(duì)用來(lái)發(fā)送，1對(duì)用來(lái)接收。采用4B/5B編碼方式?？梢圆捎萌p工傳輸方式，每個(gè)結(jié)點(diǎn)可同時(shí)以100Mbps速率發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，即200Mbps帶寬。②100base-T4：支持4對(duì)3類非屏蔽雙絞線，其中3對(duì)用于數(shù)據(jù)傳輸，1對(duì)用于沖突檢測(cè)。采用8B/6T編碼方式。③100base-FX：支持2芯的單?；蚨嗄９饫w，主要用于高速主干網(wǎng)，從結(jié)點(diǎn)到集線器的距離可達(dá)2km。采用4B/5B編碼方式和全雙工傳輸方式。2.6.2千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)是建立在以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上的技術(shù)。千兆以太網(wǎng)與大量使用的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)完全兼容，并利用了原以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的全部技術(shù)規(guī)范，其中包括CSMA/CD協(xié)議、以太網(wǎng)幀、全雙工、流量控制以及IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中所定義的管理對(duì)象。IEEE802.3z標(biāo)準(zhǔn)定義了1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-CX三種千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)定義了1000Base-T千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。這四種千兆以太網(wǎng)的特性如表2-2所示。

2.6.3萬(wàn)兆以太網(wǎng)萬(wàn)兆以太網(wǎng)技術(shù)與千兆以太網(wǎng)類似，仍然保留了以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)。通過(guò)不同的編碼方式或波分復(fù)用技術(shù)提供10Gbps傳輸速度。萬(wàn)兆以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3ae，它只支持光纖作為傳輸介質(zhì)，不存在介質(zhì)爭(zhēng)用問(wèn)題，不再使用CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，僅支持全雙工傳輸方式。IEEE802.3ae標(biāo)準(zhǔn)定義了10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-ER這3種10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。（1）10GBase-SR：850nm短距離模塊（現(xiàn)有多模光纖上最長(zhǎng)傳輸距離為85m，新型2000MHz/km多模光纖上最長(zhǎng)傳輸距離為300m）。（2）10GBase-LR：1310nm長(zhǎng)距離模塊（單模光纖上最長(zhǎng)傳輸距離為10km）。（3）10GBase-ER：1550nm超長(zhǎng)距離模塊（單模光纖上最長(zhǎng)傳輸距離為40km）。2.6.4十萬(wàn)兆以太網(wǎng)技術(shù)1996年，40Gbps波分復(fù)用（WDM）技術(shù)出現(xiàn)。2004年，該技術(shù)在局部范圍開始商用，同時(shí)路由器開始提供40Gbps接口。2007年，多個(gè)廠商開始提供40Gbps波分復(fù)用設(shè)備。同時(shí)，電信業(yè)對(duì)40Gbps波分復(fù)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求增多。40Gbps技術(shù)將大量應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）、高性能計(jì)算機(jī)、高性能服務(wù)器集群與云計(jì)算平臺(tái)。2004年前后，100Gbps技術(shù)開始出現(xiàn)并受到廣泛的關(guān)注。100Gbps技術(shù)不是一個(gè)單項(xiàng)技術(shù)的研究，而是一系列技術(shù)的綜合，包括相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、Ethernet技術(shù)、密集波分利用（DWDM）技術(shù)等方面。100Gbps以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.3ba，該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)僅支持全雙工操作，保留了802.3MAC的以太網(wǎng)幀格式；定義了多種物理介質(zhì)接口規(guī)范，其中有1m背板連接、7m銅纜線、100m并行多模光纖和10km單模光纖（基于WDM技術(shù)），最大傳輸距離40km，目前主要用在高速主干網(wǎng)上。2.7局域網(wǎng)交換技術(shù)2.7.1交換機(jī)的工作原理交換機(jī)中MAC地址表的建立和維護(hù)：當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，它先讀取幀頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是連接在哪個(gè)端口上的。讀取幀頭中的目的MAC地址，并在MAC地址表中查找相應(yīng)的端口。如果在MAC地址表中找不到相應(yīng)的端口，則把數(shù)據(jù)幀廣播到除了源端口之外的所有其他端口上。當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)到該目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。如果在MAC地址表中有與這目的MAC地址相對(duì)應(yīng)的端口，則把數(shù)據(jù)包直接轉(zhuǎn)發(fā)到這個(gè)端口上，而不會(huì)向其他端口廣播。交換機(jī)的工作原理交換機(jī)的工作原理2.7.2交換機(jī)的幀轉(zhuǎn)發(fā)方式①直接交換方式(直通方式)。提供線速處理能力，交換機(jī)只讀出幀的前14個(gè)字節(jié)，便將幀傳送到相應(yīng)的端口上，不用判斷是否出錯(cuò)，幀出錯(cuò)檢測(cè)由目的節(jié)點(diǎn)完成。直接交換方式的優(yōu)點(diǎn)：交換延遲小；缺點(diǎn)：缺乏錯(cuò)誤檢查，不支持不同速率端口之間的幀轉(zhuǎn)發(fā)。②存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。交換機(jī)需要完整接收幀并進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式的優(yōu)點(diǎn)：具有差錯(cuò)檢測(cè)能力，并支持不同速率端口間的幀轉(zhuǎn)發(fā)；缺點(diǎn)：交換延遲將會(huì)增大。③改進(jìn)的直接交換方式(免碎片轉(zhuǎn)發(fā)方式)。結(jié)合上述兩種方式，接收到前64個(gè)字節(jié)后，判斷幀頭是否正確，如果正確則轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)短幀而言，交換延遲同直接交換延遲；對(duì)長(zhǎng)幀而言，因?yàn)橹粚?duì)幀頭(地址和控制字段)檢測(cè)，交換延遲將會(huì)減小。2.7.3沖突域和廣播域所有使用同一共享總線進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的站點(diǎn)就構(gòu)成了一個(gè)沖突域。因此，集線器的所有端口處于同一個(gè)沖突域中。廣播域是指能夠接收同一個(gè)廣播消息的站點(diǎn)集合。在該集合中，任一站點(diǎn)發(fā)送的一個(gè)廣播消息，處于該廣播域中的所有站點(diǎn)都能接收到該廣播消息。所有工作在OSI第一層和第二層的站點(diǎn)處于同一個(gè)廣播域中。在集線器中，所有的端口處于同一個(gè)沖突域中，也處于同一個(gè)廣播域中。在交換機(jī)中，所有的端口處于同一個(gè)廣播域中，交換機(jī)每個(gè)端口均是不同的沖突域。由于路由器的每個(gè)端口并不轉(zhuǎn)發(fā)廣播消息，因此路由器的每個(gè)端口均是不同的廣播域。2.7.4交換機(jī)的互連方式1．交換機(jī)級(jí)聯(lián)常見的三層網(wǎng)絡(luò)是交換機(jī)級(jí)聯(lián)的典型例子。(1)使用級(jí)聯(lián)端口(Uplink)級(jí)聯(lián)(2)使用普通端口級(jí)聯(lián)(3)使用光纖端口級(jí)聯(lián)2．交換機(jī)堆疊堆疊與級(jí)聯(lián)的不同之處主要有：①使用堆疊技術(shù)互連的交換機(jī)之間距離必須非常近，一般在幾米范圍內(nèi)，相對(duì)于級(jí)聯(lián)(一般是100m，采用光纖級(jí)聯(lián)時(shí)距離可更遠(yuǎn))來(lái)說(shuō)要小得多。②堆疊只能使用專用的模塊和線纜，不是所有的交換機(jī)都可以進(jìn)行堆疊，只有相同品牌的交換機(jī)才能使用堆疊技術(shù)進(jìn)行互連。而級(jí)聯(lián)可使用普通端口和Uplink端口，交換機(jī)級(jí)聯(lián)沒(méi)有品牌和類型的限制。③使用堆疊技術(shù)互連的交換機(jī)形成一個(gè)堆疊單元，這不僅增加了交換端口，還將提供比級(jí)聯(lián)更好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)性能，這是因?yàn)槎询B單元將堆疊交換機(jī)背板帶寬聚集在一起，而級(jí)聯(lián)只能共享級(jí)聯(lián)端口的帶寬。交換機(jī)通常有二個(gè)堆疊端口，分別命名為“UP”和“DOWN”，表示對(duì)應(yīng)于向上和向下堆疊連接。堆疊是一種集中管理的端口擴(kuò)充技術(shù)，無(wú)法提供拓?fù)涔芾?，沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，且兼容性較差。但在需要大量端口的局域網(wǎng)中，堆疊可以提供比較優(yōu)良的轉(zhuǎn)發(fā)性能，并且方便管理。

2.8本章實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn):小型交換式對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的組建1．實(shí)訓(xùn)目標(biāo)掌握使用交換機(jī)組建小型交換式對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的方法。掌握掌握文件夾共享、打印機(jī)共享的設(shè)置方法。2．完成實(shí)訓(xùn)所需的設(shè)備和軟件安裝了Windows10操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)2臺(tái)（PC1、PC2）。交換機(jī)1臺(tái)，直通線2根，打印機(jī)1臺(tái)。3．網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4．實(shí)施步驟(1)硬件連接步驟1：如圖2-21所示，將2條直通雙絞線的兩端分別插入每臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的RJ-45接口和集線器的RJ-45接口中，檢查網(wǎng)卡和集線器的相應(yīng)指示燈是否亮起，判斷網(wǎng)絡(luò)是否正常聯(lián)通。步驟2：將打印機(jī)與PC1連接。(2)TCP/IP協(xié)議配置步驟1：設(shè)置PC1計(jì)算機(jī)的IP地址為192.168.1.10，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0；設(shè)置PC2計(jì)算機(jī)的IP地址為192.168.1.20，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。步驟2：在PC1和PC2之間用ping命令測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的連通性。(3)設(shè)置計(jì)算機(jī)名和工作組名步驟1：右擊PC1桌面上的“此電腦”圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇“屬性”命令，在打開的“系統(tǒng)”窗口中，單擊“更改設(shè)置”鏈接，打開“系統(tǒng)屬性”對(duì)話框，如圖所示。步驟2：在“計(jì)算機(jī)名”選項(xiàng)卡中，單擊“更改”按鈕，打開“計(jì)算機(jī)名/域更改”對(duì)話框，如圖所示。步驟3：在“計(jì)算機(jī)名”文本框中輸入PC1作為本機(jī)名，選中“工作組”單選按鈕，默認(rèn)為“WORKGROUP”。步驟４：?jiǎn)螕簟按_定”按鈕后，系統(tǒng)會(huì)提示重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，重啟后，更改的“計(jì)算機(jī)名”和“工作組”就生效了。（4）設(shè)置有共享權(quán)限的用戶步驟1：右擊PC1桌面上的“此電腦”圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇“管理”命令，打開“計(jì)算機(jī)管理”窗口，依次展開“本地用戶和組”→“用戶”，右擊“Guest”，在彈出的快捷菜單中選擇“屬性”命令，打開“Guest屬性”對(duì)話框，取消選中“賬戶已禁用”復(fù)選框。步驟3：選擇桌面右下角的“網(wǎng)絡(luò)”→“網(wǎng)絡(luò)和Internet設(shè)置”→“共享選項(xiàng)”，打開“高級(jí)共享設(shè)置”對(duì)話框，在“來(lái)賓或公用（當(dāng)前配置文件）”區(qū)域中，選中“啟用網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)”和“啟用文件和打印機(jī)共享”單選按鈕，如圖所示。步驟4：在“所有網(wǎng)絡(luò)”區(qū)域中，選中“無(wú)密碼保護(hù)的共享”單選按鈕，如圖所示，單擊“保存更改”按鈕。(5)設(shè)置文件夾共享步驟1：右擊需要共享的文件夾，如share文件夾（也可以是某一磁盤，如D盤），在彈出的快捷菜單中選擇“授予訪問(wèn)權(quán)限”

→“特定用戶”命令，打開“網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)”對(duì)話框，如圖所示。步驟2：?jiǎn)螕簟凹^”下拉按鈕，在打開的下拉列表中選擇Guest用戶，單擊“添加”按鈕，單擊“共享”按鈕，再單擊“完成”按鈕，完成文件夾共享的設(shè)置，如圖所示。

(6)使用共享文件夾步驟1：在其他計(jì)算機(jī)中，如PC2中，在資源管理器或?yàn)g覽器的地址欄中輸入共享