数据链路层基础与应用第4章

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高等院校计算机专业精选教材,.,网络与通信技术,第一篇：网络基础篇,第,4,章,数据链路层基础与应用,尚晓航 编著,清华大学出版社,本章内容与要求,掌握：数据链路层的基本概念,了解：数据链路层的功能和作用,了解：局域网的工作原理,掌握：以太网的基础知识和常用标准,掌握：数据链路层的部件,掌握：数据链路层的设备,掌握：虚拟局域网技术,掌握：交换式局域网技术,4.1,数据链路层的基本概念,4.1,数据链路层的基本概念,1.,数据链路层传输的数据单元,作用：将可能有差错的物理信道改造成逻辑上无差错的数据链路。,数据单元：为,“,数据帧（,frame,）,”,。,2.,数据链路层使用的两种通信信道类型,位于,OSI,模型或,TCP/IP,模型的低层。在应用中，会遇到两种信道类型：广播通信信道和点,-,点通信信道；使用不同信道的网络，数据链路层的处理就会不同。,（,1,）广播式的通信信道,确定使用广播信道的通信对象；,解决多结点争用公用通信信道的问题。,（,2,）点,-,点式的通信信道,在广域网中，通常采用点,-,点式的通信信道。如何解决和选择路径是重要问题。,4.1,数据链路层的基本概念,3.,数据链路层要解决的主要问题,（,1,）封装成帧,是指在数据的首位添加必要的控制信息。参见图,4-1,。,（,2,）透明传输,:,是传输信道像一个透明的通道。,（,3,）差错检测,在帧尾封装差错检验码用来检查此次发送的数据帧是否发生了差错。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,5,4.1,数据链路层的基本概念,4.,数据链路层的功能,（,1,）负责点到点的通信,两个相邻结点可能是,PC-PC,、,PC-,路由器传递的数据流如图,4-1,。,第,4,章 数据链路层基础与应用,6,4.1,数据链路层的基本概念,（,2,）数据链路层的专业功能,链路管理；,帧同步；,流量控制；,差错控制；,帧的透明传输；,寻址；,数据链路层协议。,（,3,）数据链路层的协议,：,IEEE,802,、,ATM,、,帧中继,4.1,数据链路层的基本概念,5.,数据链路层的设备与部件,最常见的产品有：,网卡、,网桥,第,2,层交换机。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,8,4.2,差错控制技术,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,9,4.2,差错控制技术,1.,什么是差错？,收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为,“,传输差错,”,。,2.,差错的分类与差错出现的可能原因,（,1,）,热噪声差错,:,是由传输介质的内部因素引起的差错。,（,2,）,冲击噪声差错：,是由外部因素引起的差错。,3.,无差错传输通常采用的两种控制技术,在差错控制技术中，通常包括,“,差错的检查,”,和,“,差错的纠正,”,两个主要内容。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,10,4.2,差错控制技术,（,1,）检错法,检错法与检错码。,检错法的特点：通过,“,检错码,”,检错，通过,“,重传机制,”,纠正差错。,（,2,）纠错法（又称为正向纠错法）,纠错法与纠错码。,纠错法的特点：使用纠大量的,“,附加位,”,。,适用场合适用于：第一，没有反向信道，无法发回,ACK,或,NAK,信息的场合。第二，线路传输时间长，要求重发不经济的场合。,1.,奇校验和偶检验,VRC,奇偶校验就是通过其附加位的设置，来保证传输数据中,“,1,”,的个数为,“,奇数,”,个或者是,“,偶数,”,个。如：表,4-1,。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,11,4.2.1,奇偶校验,2.,奇偶校验的工作原理,奇偶检验十分简单，但并不是一种安全的差错控制方法。如，表,4-2,。,3.,奇偶校验的特点与适用场合,常用在低速通信的场合。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,12,4.2.2,方块校验,1.,方块校验,LRC,对方块的,“,行,”,与,“,列,”,都进行奇偶校验。,2.LRC,校验的工作原理：见表,4-3,。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,13,4.2.3,循环冗余校验,1.CRC,的工作过程,（,1,）,CRC,码的工作原理,（,2,）发送方的处理,（,3,）发送形成的比特序列,（,4,）接收方的处理：用生成多项式,G,（,x,）进行验证。,2.CRC,的工作示例,例题：试通过计算求出,CRC,校验码，并写出实际传输的比特序列。,4.2.4,差错控制机制,在检错法中，通过附加在帧尾的检错码对接收到的数据帧进行检查。当发现传输错误时，再采用差错控制机制进行纠正。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,14,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,15,4.3,局域网的数据链路层,10/2/2024,第,4,章 数据链路层基础与应用,16,4.3.1,局域网的定义,1.,局域网,LAN,的定义,LAN,是一种小范围内，以实现资源共享、数据传递和彼此通信为基本目的，由网络结点（计算机或网络连接）设备和通信线路等硬件按照某种网络结构连接而成的，配有相应软件的高速计算机网络。,10/2/2024,第,4,章 数据链路层基础与应用,17,4.3.1,局域网的定义,2.,局域网的特点,（,1,）共享传输信道,（,2,）高传输速率,（,3,）有限传输距离,（,4,）低误码率,（,5,）连接规范整齐,（,6,）用户集中，归属与管理单一,（,7,）采用多种传输介质及相应的访问控制技术,（,8,）一般采用分布式控制和广播式通信,（,9,）简单的低层协议,（,10,）易于安装、组建和维护,10/2/2024,第,4,章 数据链路层基础与应用,18,4.3.2 IEEE 802,局域网的模型与标准,IEEE802,局域网参考模型分为：,物理层,MAC,子层,LLC,子层,IEEE802,参考模型与,OSI/RM,的比较,4.3.2 IEEE 802,局域网的模型与标准,1.,物理层,IEEE802,物理层的功能有：编码、解码、时钟的提取、发送、接收和载波检测功能；提供与数据链路层的接口。,比特信号传输。,信号类型。,数据编码方式。,传输介质的类型,.,拓扑结构及访问控制类型：总线型,CSMA/CD,、环型,token-ring,等,传输速率：有,10Mb/s10Gb/s,多种。,4.3.2 IEEE 802,局域网的模型与标准,2.IEEE 802,的数据链路层，分为：,介质存取控制子层（,MAC,）,逻辑链路控制子层（,LLC,）,与接入各种传输媒体有关的问题都放在,MAC,子层。,数据链路层中与媒体接入无关部分都集中在逻辑链路,LLC,子层,4.3.2 IEEE 802,局域网的模型与标准,（,1,）,MAC,地址,IEEE,是世界上局域网全局地址的法定管理机构，负责分配高,24,位的地址，而低,24,位由生产厂商自己决定。,定义：,MAC,地址又被称为硬件地址，它用来定义网络节点（计算机或设备）的位置。,组成与表示：由,共六个字节,(,48,位,),二进制数组成。,如：,00-50-BA-75-75,网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的,EPROM,。,它是,传输数据时,真正赖以标识发出数据和,接收数据的主机的地址。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,22,4.3.2 IEEE 802,局域网的模型与标准,（,2,）,MAC,的主要功能：,将上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反的过程，将帧拆卸 ）,实现和维护,MAC,协议,位差错检测,寻址,4.3.2 IEEE 802,局域网的模型与标准,（,3,）划分,LLC,和,MAC,子层的原因：,由于面对多种媒体,局域网的数据链路层必须设置媒体访问控制功能，而局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为了使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法。,所以，,IEEE 802,标准特意把,LLC,独立出来，形成一个单独子层，使,LLC,子层与媒体无关,，,仅让,MAC,子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法,。,4.3.2 IEEE 802,局域网的模型与标准,（,4,）,LLC,的主要功能：,建立和释放数据链路层的逻辑连接,提供与高层的接口,差错控制,给帧加上序号,LLC,子层与,MAC,子层的区别：,在,LLC,子层的上面看不到具体的局域网。即，局域网对,LLC,子层是透明的。只有下到,MAC,子层才能看见所连接的是采用什么标准的局域网。,即不同的局域网采用不同的,MAC,子层，而所有局域网的,LLC,子层均是一致的。,局域网低两层的功能一般由硬件实现，它就是网络适配器，参见下页图。,4.3.2 IEEE 802,局域网的模型与标准,IEEE802,参考模型与具体功能,/,设备对应关系,4.3.3,局域网的访问控制方式及分类,3.IEEE 802,的标准：,参见,P87,(,1)MAC,介质存取（访问）控制,网络上,MAC,协议的使用就是为了保证数据在彼此传送时没有障碍，而且不会遗失。,(2),介质存取控制访问方式的分类,（,1,）集中式控制方式,（,2,）,分布式控制方式,：著名的有以下两种：,IEEE802.3,争用型介质访问控制协议,: CSMA/CD,协议。,IEEE802.5,确定型介质访问控制协议,: Token-Ring,协议。,(3),分布式控制访问方式的分类,（,1,）,“,争用,”,型,：使用,CSMA/CD,访问方式是基于,“,争用,”,的存取方法。,（,2,）,“,定时,”,型：,分配给每个站点一个可采用的带宽片，并确保当时间到来时对局域网进行存取。,IEEE802,已经公布的主要标准如表所示,。,4.3.3,局域网的访问控制方式及分类,IEEE,各标准之间及与,OSI,参考模型之间的关系,4.3.4,以太网的,MAC,算法和工作原理,IEEE802.3,的标准制定的,CSMA/CD,协议主要用于物理拓扑结构为总线（,bus,）、星型或树型（,tree,）的以太网中。,1.,载波侦听与多路访问（,CSMA,）,查看信道上有无数字信号传输称为,“,载波侦听,”,。,2.,冲突检测（,CD,）,采用,“,随机数,”,时间延迟控制法。,4.3.4,以太网的,MAC,算法和工作原理,3.CSMA/CD,算法的工作原理可简单概括为：,先听后发。,边听边发。,冲突停止。,随机延迟后重发。,具体工作过程如下：,CSMA/CD,发送,工作过程,当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即监听信道是否空闲。,如果信道忙，则等待，直到信道空闲。,如果信道闲，站点就传输数据。,在发送数据的同时，站点继续监听网络确信没有其他站点在同时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。,当一个传输结点识别出一个冲突，它就发送一个拥塞信号，这个信号使得冲突的时间足够长，让其他的结点都有能发现。,其他结点收到拥塞信号后，都停止传输，等待一个随机产生的时间间隙后重发,。,可概括为：,先听后发、边发边听、冲突停止、随机延迟后,重发,CSMA/CD,接收,工作过程,信道上连接的每个站点时间都在监听总线，如果有信息帧到来则接收；,得到,MAC,帧后再查看该帧的目的地址是不是本站点的地址,如果是则复制再做下一步处理，否则，就丢弃该帧。,4.3.4,以太网的,MAC,算法和工作原理,4.,使用,CSMA/CD,的以太网的工作特点,在低负荷时，响应较快，具有较高的工作效率；,在高负荷（结点激增）时，随着冲突的急剧增加，传输延时剧增，导致网络性能的急剧下降；,不适合控制型网络。,4.3.4,以太网的,MAC,算法和工作原理,5.,以太网传递的数据帧：组成结构如图,4-4,。,4.3.4,以太网的,MAC,算法和工作原理,6.,以太网中数据的发送与接收,如图,4-5,所示，在,A,站向,B,站发送数据帧时：,仅当数据帧中的目的地址（,MAC,B,）与计算机（,MAC,B,）的地址一致时，计算机才会接收；,否则，不会接收，并丢弃收到的数据帧。,4.3.5,令牌环的工作原理和访问控制方法,令牌环技术适用于环形网络，其技术基础是令牌。是一种无争用的介质访问控制方法。,令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。,当环正常工作时，令牌总是沿着物理环路单向逐结点传送，传送顺序与结点在环路中的排列顺序相同。,令牌格式,令牌由,IEEE802,5,帧中的,SD,、,AC,和,ED,字段组成，其中,AC,字节的第,4,位是令牌标志位。令牌标志位指出这是一个令牌，还是一个数据帧：,“,0,”,为闲，则是令牌，,“,1,”,为忙，则是数据帧。,如下页图所示,。,令牌格式与工作原理,令牌环中主要的,3,种操作（,1,）,截获令牌并且发送数据帧。,如果没有结点需要发送数据，令牌就由各个结点沿固定的顺序逐个传递；,如果某个结点需要发送数据，它要等待令牌的到来，当空闲令牌传到这个结点时，该结点修改令牌帧中的标志，使其变为,“,忙,”,的状态，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，该结点就比较数据帧中的目的地址，如果不属于本结点，则转发出去；,如果属于本结点，则复制到本结点的计算机中，同时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。,由于环网在物理上是个闭环，一个帧可能在环中不停地流动，所以必须清除。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。,如果发现数据帧没有被复制（传输失败），则重发该数据帧；,如果发现传输成功，则清除该数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。,令牌环中主要的,3,种操作（,2,）,4.4,数据链路层设备与部件,10/2/2024,第,4,章 数据链路层基础与应用,43,该层的,主要部件有：,网卡,主要互连设备有：,网桥、交换机、无线网桥,4.4.1,网络适配器,1.,网络适配器的组成与连接,网卡的组成：如图,4-7,所示，网卡与计算机以并行方式传输信号；而与外部传输介质，则是以串行方式传输信号。,网卡与,LAN,的连接：通过传输介质的接口连接。,网卡与计算机的连接：通过主板上的,I/O,总线与计算机连接。,网卡的硬件地址：,MAC,地址又称为,“,物理地址,”,。,MAC,地址的前,24,位标识厂商，后,24,位是由厂商指定的网卡序列号。,4.4.1,网络适配器,1.,网络适配器的组成与连接,4.4.1,网络适配器,2.,网络适配器的基本功能,实现,“,物理层,”,和,“,数据链路层,”,的功能。,（,1,）网卡的工作流程,发送端计算机：将待发送的数据转换为能够通过传输介质传送的数据信号，并通过传输介质传递到目的设备。,接收端的计算机：网卡负责接收传输介质中传递给本网卡的数据帧信号，并将其重新组合、还原为原数据。,（,2,）网卡的功能,-,参见,P94,4.4.1,网络适配器,3.,选购网络适配器时应考虑的因素,速率。,计算机中的总线插槽和连接类型。,有线网卡。,无线网卡。,4.4.2,数据链路层的设备,1.,理论作用,学习功能：,根据读出的端口和物理（,MAC,）地址信息自动学习、建立起,“,转发表,”,（,MAC,地址表）；并依据转发表中的数据转发数据帧。,过滤和转发：,根据学习到的转发表和目的的地址，进行数据帧的过滤或转发。,例如，图,4-8,。,4.4.2,数据链路层的设备,例如，图,4-8,。,过滤：,当,PC1PC2,发送数据时，,MAC_1,、,MAC_2,的端口号都是,1,，执行过滤，不转发数据帧；,转发：,当,PC1,PC3,发送,数据时，,MAC_1,、,MAC_3,的,端口,号为,1,、,2,，执行发,数据帧,；,4.4.2,数据链路层的设备,2.,冲突域和广播域,冲突域定义：,就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围,。即在,同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧,。,冲突,域是由,hub,组织的。一个,hub,就是一个冲突域。交换机的每个端口都是一个冲突域,。,冲突,域是基于第一层（物理层,）。,广播,域定义：网络,中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合,。,广播,域是机于第二层（数据链路层,）,如图,4-8,，交换机互连了,2,个网段，具有,1,个广播域和个冲突域。,4.4.2,数据链路层的设备,2.,冲突域和广播域,该层的设备：,互连的网络处于多个冲突域和同一广播域。,这层设备与物理层设备类似，经常用于互连使用相同网络号的,IP,子网。,4.4.2,数据链路层的设备,3.,实际作用,组网。,增加冲突域的个数，减小冲突域的范围。,通过,VLAN,作用划分多个广播域，近一步提高网络的性能。,4.4.2,数据链路层的设备,4.,交换机与集线器,（,1,）不同之处：在,OSI,模型中所处的位置不同。,工作原理不同。,网络工作方式不同。,带宽不同。,端口通信模式和速率不同。,冲突域数目不同。,（,2,）相同之处,其它方面均相同。如：连线方式、物理拓扑结构、故障指示、组网功能及网卡、传输介质等均同。,系统带宽为,10Mb/s,每个连接的带宽为,10/4=2.5Mbps,系统带宽为,n*10=40Mb/s,每个连接的带宽为,10Mbps,举例：带宽不同,当集线器和交换机带宽都是,10Mb/s,时,交换机,集线器,集线器,1,口,广播,MAC,MAC,端口应答,9,口,1,12,9,集线器示意图,1,12,9,交换器,1,口,交换器,CPU,检索,MAC,端口,9,口,交换机示意图,4.4.2,数据链路层的设备,（,3,）交换机端口类型与参数,单,/,多,MAC,地址,专用端口和共享端口。,端口密度：能够提供的主要端口的数目。,高速端口。,管理端口。,其他连接端口。,4.4.2,数据链路层的设备,（,3,）交换机端口类型与参数,单,/,多,MAC,地址,专用端口和共享端口。,端口密度：能够提供的主要端口的数目。,高速端口。,管理端口,其他连接端口。,4.4.2,数据链路层的设备,（,4,）按照外型分类,独立型式,：适合小型独立的工作小组、部门或者办公室使用。,堆叠式：,采用了背板技术来支持多个网段，适用于未来可能会迅速增长的场合。,模块式：,配有机架或卡箱，带多个卡槽。每个卡的作用就相当于一个独立型交换机。,4.5,以太网技术,10/2/2024,第,4,章 数据链路层基础与应用,60,4.5,以太网技术,以太网技术起源于一个实验网络，该实验网络的目的是把几台个人计算机以,2.95Mb/s,的速率连接起来。,由于该实验网络的成功建立和突出表现引起了,DEC,、,Intel,、,Xerox,公司的注意，这,3,家公司借助该实验网络的经验最终在,1980,年发布了第一个以太网协议标准建议书。,该建议书的核心思想是在一个,10Mb/s,的共享物理介质上把最多,1025,个计算机和其他数字设备进行连接，当然这些设备之间的距离不能太大（最大,2.5,千米）。,之后以太网技术在,1980,年建议书的基础上逐渐成熟和完善，并逐渐占据了局域网的主导地位。,4.5,以太网技术,以太网是典型的总线局域网，网中没有控制节点，任何结点发送信息都是随机的，网中结点都只能平等地争用发送时间，以太网的介质访问控制方法采用带冲突检测的载波监听多路访问（,CSMA/CD,）方法。它是以太网的核心技术是随机争用型介质访问控制方法。,由于,802.3,是依据以太网制定的，所以人们把,802.3,标准称为以太网标准。,下页表列出了一些以太网规范的发展情况。,4.5,以太网技术,4.5,以太网技术,1.,以太网的拓扑结构,共享式以太网的,逻辑,拓扑结构是,“,总线型,”,，最常用的是星型拓扑。,2.,以太网的介质访问控制方式,采用,CSMA/CD,方式，采用,IEEE802.3,系列标准。,前导同步码,SFD,目的地址,源地址,数据长度,协议首部,数据和填充字节,帧校验,图,IEEE 802.3,帧结构,7,1,6,6,2,20,0,1500,5,字节,4.5,以太网技术,3.,以太网的产品标准与分类,（,1,）低速产品的常见标准,传统以太网可使用的传输媒体有四种，这样，以太网就有四种不同的物理层。 最常用的以太网有以下四种。,10Base-5,，是最初的粗同轴电缆以太网标准。,10Base-2,，是细同轴电缆以太网标准。,10Base-T,，是,10 Mbps,的双绞线以太网标准。,10Base-F,，是,10 Mbps,的光缆以太网标准。,10BASE5,粗缆,10BASE2,细缆,10BASE-T,双绞线,10BASE-F,光缆,以太网媒体接入控制,MAC,4.5,以太网技术,（,2,）其他以太网标准,100BASE,系列：快速以太网，详细标准参见表,4-5,。,1000BASE,系列：千兆位以太网，详细标准参见表,4-5,。,交换式以太网系列：,10Mb/s,、,100Mb/s,和,1000Mb/s,。,4.5,以太网技术,（,3,）共享以太网的总结,传输速度：,10,、,100,或,1000Mb/s,介质访问控制方法：,CSMA/CD,拓扑结构：,逻辑拓扑,为,“,总线,”,结构；,物理拓扑,为,“,总线,”,和,“,星型,”,结构,传输类型：帧交换,4.5,以太网技术,3.,以太网的主要设计特点,简易性。,低成本。,兼容性。,扩展性。,均等性，采用,“,争用,”,的方式取得发送信息的权力，并以广播方式传递信息。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,68,4.5.1,共享式以太网,1.,共享式双绞线以太网的硬件结构,集线器,组网所用设备：,带有,RJ-45,接口的以太网卡,集成器,3,类或,5,类非屏蔽双绞线,RJ-45,连接头,4.5.1,共享式以太网,2.,双绞线以太网的组建方法：,分为,以下几种,：,单一集成器,结构,所有,结点通过非屏蔽双绞线与集成器连接，构成物理上的星型拓扑。从结点到集成器的非屏蔽双绞线的最大长度为,100,米,。,多,集成器级联,结构,多集成器的级联结构时，通常采用以下两种方法,：,通过,集成器的,RJ-45,端口实现级,联,；,通过集成,器提供的向上连接端口实现级联。,堆叠,式集成器,结构,堆叠式集成器适用于中小型企业网环境,。,通过,在基础集成器上堆叠多个扩展集成器，一方面可以增加以太网的结点数，另一方面可以实现对网中结点的网络管理功能。,4.5.2,交换式以太网,使用以交换机作为中央连接设备的以太网称为交换式以太网。,由于交换机只须识别帧中,MAC,地址，直接根据,MAC,地址产生选择转发端口算法简单，便于实现，故转发速度极高。这是交换机的最大好处。,交换式以太网技术的优点,允许多对站点同时通信,，每个站点可以独占传输通道和带宽。,在交换机各端口之间同时可以建立多条通信链路,(,虚连接,),，允许多对站点同时通信，每对站点都可以独享一条数据通道进行数据帧的交换，如图所示。,在,交换式网络中，随着用户的增多，系统带宽会不断拓宽，即使是在网络负载很重的情况下，也不会导致网络性能下降。,4.5.2,交换式以太网,因此，在交换机各端口之间帧的转发已不再受,CSMA,CD,的约束。其系统带宽已不再是固定不变的,10Mbps,或,100Mbps,，而,系统的总带宽通常为各个交换端口带宽之和,，即系统带宽,=,端口带宽*,n,。这一点是交换式以太网最明显的特点。,灵活的接口速率。在交换网络中，由于站点独享介质和带宽，,用户可以按需配置端口速率,。在一台交换机上可以配置,10Mbps,，,100Mbps,，,10Mbps,100Mbps,自适应，,1Gbps,和,10Gbps,不同速率的交换端口，用于连接不同速率的站点，接口速率的配置有极大的灵活性。,4.5.2,交换式以太网,4.5.2,交换式以太网,1.,利用,10 /100 Mb/s,交换机与低速共享以太网组网方案：如图,4-9,所示的方式。,2.,利用,10 /100 Mb/,和,10 Mb/s,交换机组建单位网络是图,4-9,的改良和扩展方案。,将网络的瓶颈点（网络服务器）连入上层交换机的最高速率的端口，如,100Mb/s,；,将其中的,10Mb/s,集线器改换为,10Mb/s,交换机,；,尽可能多地将有固定带宽要求的高性能计算机结点接入交换机而不是集线器。,3.,利用具有部分,100Mb/s,端口的交换机与原有的,100Mb/s,快速以太网用户组网,4.5.2,交换式以太网,4.,利用具有部分,1000Mb/s,端口的交换机与多个,100BASET,交换机组网,5.,千兆交换式,以太网组网方案,-,如,图,4-10,。,（,1,）千兆以太网的层次设计,企业级采用速率为,1000Mb/s,千兆交换式以太网作为主干网。,部门采用速率为,100Mb/s,交换式双绞线以太网。,桌面采用速率为,10Mb/s,的交换式双绞线以太网。,（,2,）千兆以太网的瓶颈设计,将网络的瓶颈点（网络服务器）连入上层交换机的最高速率端口；,将网络的瓶颈点（下级交换机）连入上层交换机的最高速率端口；,更换网络瓶颈结点的网卡、介质，使其与所连接的速率匹配。,4.5.2,交换式以太网,4.6,虚拟局域网基础,10/2/2024,第,4,章 数据链路层基础与应用,77,4.6.1,虚拟局域网概述,在,IEEE802.1Q,标准中是这样对它,定义,的：虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个,VLAN,的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工组是属于哪一个,VLAN,。,4.6.1,虚拟局域网概述,1.VLAN,虚拟局域网的基本概念,（,1,）虚拟局域网的定义与基本概念,虚拟局域网是以局域网交换机为基础，通过交换机软件实现根据功能、部门、应用等因素将设备或用户组成虚拟工作组或逻辑网段的技术。,其最大的特点是在组成逻辑网时,无须考虑,用户或设备在网络中的,物理位置,。,VLAN,可以在一个交换机或者跨交换机实现。,需求环境：现在企业内部因为保密或者其他原因，要求各业务部门独立成为一个局域网，而各业务部门人员不一定是在同一个办公地点，同时还要求各网络之间不允许互相访问。,4.6.1,虚拟局域网概述,虚拟局域网,VLAN,的示例,VLAN1,VLAN2,VLAN3,A2,A1,B3,B2,B1,C1,C2,C3,A3,LAN1,LAN2,LAN3,4.6.1,虚拟局域网概述,（,2,）,VLAN,使用的技术标准：,IEEE 802.1Q,。,（,3,）,VLAN,的分类与技术基础：,交换技术,。,（,4,）,VLAN,的适用场合：,几百台以上的大型局域网中，彼此的数据需要隔离。,4.6.1,虚拟局域网概述,2.,建立,VLAN,的技术条件,（,1,）硬件条件：具有,VLAN,功能的交换机。,（,2,）软件条件：网络设备中的,VLAN,管理软件。,4.6.1,虚拟局域网概述,3.,虚拟局域网的功能特点,（,1,）使用,VLAN,技术的优点,提高网络性能。,简化网络管理。,能够控制广播风暴。,提高了网络安全性。,（,2,）使用,VLAN,技术的缺点,进行初始配置。,端口划分,VLAN,成员的方法时，不便于移动计算机。,需要专职的网络管理员和必要的专业技术支持。,4.6.1,虚拟局域网概述,4.,虚拟局域网实现的基本原则,（,1,）兼容性：应尽量使用同一厂家的,VLAN,交换机。,（,2,）尽可能的使用支持,VLAN,的交换机,（,3,）尽可能的采用树型拓扑结构,（,4,）按需选择,VLAN,技术,4.6.2,虚拟局域网划分的基本方法,1.,基于交换机端口的,VLAN,基于交换机端口划分的,VLAN,的方法如图,4-11,和表,4-5,所示。同一,VLAN,的结点既可以位于同一交换机，也可以跨越多个交换机的多个不同端口。,4.6.2,虚拟局域网划分的基本方法,2.,基于,MAC,地址的,VLAN,根据网卡或网络设备的,MAC,地址来决定隶属的虚拟网。如图,4-12,和表,4-6,所示。,4.6.2,虚拟局域网划分的基本方法,3.,基于网络层地址的,VLAN,根据网络设备的网络层地址来确定的,VLAN,成员。参见图,4-13,和表,4-7,。,4.6.2,虚拟局域网划分的基本方法,4.,基于网络层协议的,VLAN,根据网络设备所使用的网络层协议来确定,VLAN,的成员，见图,4-14,和表,4-8,。,5.,其他划分,VLAN,的方法,还有按照,IP,组播、用户定义、非用户授权等很多种划分,VLAN,的方法。,交换机工作在,OSI,模型的层次越高，设备的智能化程度就较高；划分也就越灵活；管理就越简单；所支持设备的价格就越贵；速度就越慢。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,88,4.6.3,双绞线以太网的扩展组网方案,1.,独立集线器提供的端口类型,级联端口。普通,RJ-45,端口。其他介质连接端口。,2.,多集线器,/,交换机的级联结构,（,1,）级联的目的：为了组成更大规模的网络。,（,2,）级联的方法：是指将两台或多台设备连接的方法，,参见,P110,图,4-15,和图,4-16,。,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,89,4.6.3,双绞线以太网的扩展组网方案,3.,可叠加集线器,/,交换机的以太网结构,-,图,4-17,堆叠的目的；堆叠的条件。,堆叠设备的管理。堆叠设备的特点：,参见,P111.,4.,双绞线以太网的应用特点：,参见,P112,2024/10/2,第,4,章 数据链路层基础与应用,90,