計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：第四章 局域網(wǎng)基本工作原理1

4.6.1交換式局域網(wǎng)的關(guān)鍵:交換機(jī)（1990）

利用專用的

交換結(jié)構(gòu)芯片提供在多個站點(diǎn)間多條并行的連接，任何兩站點(diǎn)間可獨(dú)享介質(zhì)4.6交換式局域網(wǎng)端口n端口3端口2端口1存儲模塊交換控制模塊交換模塊交換機(jī)1.交換機(jī)的結(jié)構(gòu)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀為每個端口設(shè)置獨(dú)立的緩存控制端口間數(shù)據(jù)幀的交換根據(jù)控制模塊的傳輸決策在相關(guān)端口間建立臨時的數(shù)據(jù)幀傳輸路徑2.交換機(jī)工作原理地址映射表123456DADAMAC幀DA=結(jié)點(diǎn)CMAC幀DA=結(jié)點(diǎn)BABECD局域網(wǎng)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)構(gòu)緩沖器端口地址映射表端口MAC地址1A234B,E5C6D地址映射表地址映射表存儲在每個端口，每個端口要有足夠的緩存容量以記住MAC地址和MAC地址數(shù)量

MAC地址數(shù)量：可存儲在交換機(jī)的地址映射表中的MAC地址的最大數(shù)量

，該值越大，速度越快，轉(zhuǎn)發(fā)的效率越高

不同類型的交換機(jī)每個端口的MAC地址數(shù)量不同交換機(jī)能記住1024個MAC地址就可以滿足一般需要交換機(jī)采用地址學(xué)習(xí)的方法建立和維護(hù)地址映射表地址映射表的建立和維護(hù)地址學(xué)習(xí):在數(shù)據(jù)幀進(jìn)入交換機(jī)的端口時，讀取源地址及數(shù)據(jù)以獲得MAC地址和端口間的對應(yīng)關(guān)系,檢查地址映射表，如果該地址不存在，加入地址表，如果已經(jīng)存在，就更新地址映射表123456DADAMAC幀DA=CMAC幀DA=BABECD交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)構(gòu)緩沖器端口地址映射表端口MAC地址1A234B,E5C6DFFDC數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)方式

直接交換方式:獲取目的地址并立即傳送出去

延遲少

不進(jìn)行差錯控制

沒有緩沖,不支持兩個不同速率端口間的直接連接

當(dāng)交換機(jī)中的端口數(shù)量增加,交換矩陣會越來越復(fù)雜，越難以實(shí)現(xiàn)存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式:存儲，差錯控制，提取目的地址，檢查ＭＡＣ地址映射表，將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口延遲長差錯控制支持不同速率間兩個端口間的直接連接改進(jìn)直接交換方式或碎片隔離式直接交換方式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式相結(jié)合在轉(zhuǎn)發(fā)前檢查數(shù)據(jù)幀長度

幀長度?64字節(jié),丟棄

幀長度≥64字節(jié),檢查地址字段和控制字段并轉(zhuǎn)發(fā)緩沖這類交換機(jī)使用特定的緩沖器---FIFO（FirstInFirstOut,先進(jìn)先出)比特位從一端進(jìn)入緩沖器，從另一端以相同順序出來如果數(shù)據(jù)幀結(jié)束時，小于?512位,緩沖器中的信息會被丟棄b6b7b8b9b10b1b2b3b4b5混合交換方式：利用自適應(yīng)交換機(jī)根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇不同的轉(zhuǎn)發(fā)方式當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通暢時，采用直接交換方式，以使轉(zhuǎn)發(fā)時間最短當(dāng)網(wǎng)絡(luò)阻塞時，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，以降低轉(zhuǎn)發(fā)速率自適應(yīng)交換機(jī)的每個端口有適應(yīng)不同速率的能力，支持10,100和1000Mbps間的交換.4.6.3交換機(jī)的技術(shù)特征交換機(jī)協(xié)議協(xié)議物理標(biāo)準(zhǔn)10M-10G以太網(wǎng)端口端口數(shù)每個端口支持的物理標(biāo)準(zhǔn)方式和速率速率半雙工或全雙工介質(zhì)STP、UTP、單模、多模性能MFR最大轉(zhuǎn)發(fā)速率：一秒內(nèi)兩個端口間可以轉(zhuǎn)發(fā)的最大的數(shù)據(jù)幀數(shù)量AFR匯集轉(zhuǎn)發(fā)速率：一秒內(nèi)所有端口可以轉(zhuǎn)發(fā)的最大的數(shù)據(jù)幀數(shù)量FLT轉(zhuǎn)發(fā)等待時間：交換機(jī)過濾和轉(zhuǎn)發(fā)決策所需要的時間交換機(jī)的優(yōu)點(diǎn)低延遲支持不同速率工不同工作模式（半雙工或全雙工）支持虛擬局域網(wǎng)4.6.4交換式局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)4.7虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)是建立在交換式局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上用軟件劃分和管理邏輯工作組邏輯工作組中的節(jié)點(diǎn)不受其物理位置的限制，或可分散在不同的物理網(wǎng)段節(jié)點(diǎn)間可相互通信，好似在一個相同的物理網(wǎng)段中如果將網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)按工作性質(zhì)與需要劃分成若干邏輯工作組，則每個邏輯工作小組就是一個虛擬網(wǎng)絡(luò)4.7.1虛擬局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)(a)物理結(jié)構(gòu)(b)邏輯結(jié)構(gòu)例：VLAN能夠隔離（限制）廣播域在劃分前，整個網(wǎng)絡(luò)是一個廣播域VLAN能夠隔離（限制）廣播域劃分后,網(wǎng)絡(luò)分成幾個小的廣播域主干(Trunk)的概念主干線用于通過交換機(jī)建立VLAN,即在交換機(jī)間連接多個VLAN在骨干線上傳遞的數(shù)據(jù)分組需要加特殊標(biāo)簽（通常采用802.1q）---貼標(biāo)簽VLAN的Tagging操作虛擬網(wǎng)中以太數(shù)據(jù)幀的格式802.3MACFB66246~15004MAC幀目的地址源地址長度/類型數(shù)據(jù)校驗(yàn)長度/類型=802.1Q控制信息

1000000100000000虛擬網(wǎng)標(biāo)識

2B2BVLAN標(biāo)簽:

4字節(jié)4優(yōu)先級典型格式標(biāo)識4.7.2虛擬網(wǎng)的組網(wǎng)方式交換機(jī)端口.MAC地址IP地址IP廣播組利用交換機(jī)端口號組建VLAN通過端口號劃分虛擬網(wǎng)，端口可在一個或不同的交換機(jī)中每個端口或網(wǎng)段只能屬于一個虛擬網(wǎng)當(dāng)用戶從一個端口移至另一個端口時，需要重新設(shè)置利用MAC地址定義虛擬網(wǎng)成員后，當(dāng)用戶從一個網(wǎng)段移到另一個網(wǎng)段時，其虛擬局域網(wǎng)成員身分不變在初始時間，所有用戶需要劃分進(jìn)至少一個虛擬網(wǎng)當(dāng)虛擬網(wǎng)規(guī)模太大時，很難一個一個配置利用MAC地址建立虛擬網(wǎng)用戶可隨意移動節(jié)點(diǎn)

可按照協(xié)議類型組成基于應(yīng)用的虛擬局域網(wǎng)

不需要重新設(shè)置，只要IP地址不變性能最差，低速-----相比MAC地址，需要更多的時間檢查IP地址利用IP地址建立虛擬局域網(wǎng)

代理負(fù)責(zé)管理虛擬網(wǎng)成員

廣播廣播組信息，IP節(jié)點(diǎn)反應(yīng)并加入組

代理和多個IP組成偶然和動態(tài)的廣播組虛擬網(wǎng)利用IP廣播組建立虛擬局域網(wǎng)4.7.3虛擬局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)用戶管理當(dāng)節(jié)點(diǎn)的物理位置發(fā)生變化時，不必要進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)和重新設(shè)置通過軟件可方便地將用戶從一個虛擬網(wǎng)劃分到另一個虛擬網(wǎng)更安全：在一個邏輯子網(wǎng)中，同一組的用戶數(shù)據(jù)只能在虛擬局域網(wǎng)網(wǎng)的內(nèi)部進(jìn)行改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量：隔離不同的用戶組，控制同一類型用戶的通信

以預(yù)防潛在的

廣播風(fēng)暴4.8無線局域網(wǎng)工作原理4.8.1無線局域網(wǎng)的應(yīng)用傳統(tǒng)局域網(wǎng)的補(bǔ)充建筑物間的互聯(lián)漫游訪問特殊網(wǎng)絡(luò)：自組WLAN，AdHoc4.8.2無線局域網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)4.8.3特殊無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(adhoc)臨時性對等無線網(wǎng)絡(luò),沒有中央服務(wù)器軍事用途會議連接個人電子設(shè)備（無線個人區(qū)域網(wǎng)：WPAN，10m）應(yīng)急處置4.8.4無線局域網(wǎng)的分類紅外局域網(wǎng)擴(kuò)頻無線局域網(wǎng)窄帶微波無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)紅外無線局域網(wǎng)定向光束全方位

漫射點(diǎn)對點(diǎn)基站漫反射區(qū)SRSRSR紅外無線局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)比微波更安全頻譜寬，速率高每個房間獨(dú)立簡單、便宜（強(qiáng)度調(diào)制）將信號擴(kuò)展至更高的頻率以預(yù)防擁塞和干擾跳頻通信直接序列擴(kuò)頻

擴(kuò)頻無線局域網(wǎng)

Frequencyhoppingspreadspectrum,FHSS

跳頻通信FT頻譜變化以固定間隔隨機(jī)變化，從一個頻譜跳到另一個頻譜IEEE802.11跳頻通信標(biāo)準(zhǔn)

2.4GHz通用ISM頻譜速率:1Mb/s或2Mb/s

固定間隔:300ms偽隨機(jī)碼用于決定頻率變化的順序

兩個節(jié)點(diǎn)以同樣的順序（同步）發(fā)送或接收信號FSK或PSK(2P)

ISM:工業(yè),科學(xué)，醫(yī)學(xué)偽隨機(jī)碼：結(jié)構(gòu)可以預(yù)先確定，可重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)制，具有某種隨機(jī)序列隨機(jī)特性的序列碼X0=345Xn=(Xn-1*A+B)/C直接序列擴(kuò)頻Directsequencespreadspectrum,DSSS2.4GHz通用ISM頻譜速率:1Mb/s或2Mb/s系統(tǒng)實(shí)際發(fā)送的信號d(t)是發(fā)送數(shù)據(jù)a(t)與偽隨機(jī)碼c(t)模二加的結(jié)果;窄帶微波無線局域網(wǎng)需要執(zhí)照(FCC:

每個執(zhí)照覆蓋兩個頻率，28KM內(nèi)5個執(zhí)照)

不需要執(zhí)照(RadioLAN,1995,點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò))(FederalCommunicationsCommission)(美國聯(lián)邦通信委員會(認(rèn)證),FCC)IEEE802.4工作組:旨在開發(fā)無線令牌總線MAC協(xié)議1990IEEE802.11工作組:開發(fā)MAC子層協(xié)議和物理介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)4.8.6無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)1.IEEE802.11基本結(jié)構(gòu)模型MAC協(xié)議IEEE802.11無線LAN

BSS:

無線主機(jī)基站

當(dāng)安裝基站時，網(wǎng)絡(luò)管理員需要為其分配服務(wù)集標(biāo)識(≤32B)和一條信道擴(kuò)展服務(wù)集由多個BSS組成，并使用門橋與主干局域網(wǎng)相聯(lián)

移動結(jié)點(diǎn)無跳變結(jié)點(diǎn)固定或只在一個BSS的直接通信范圍內(nèi)移動BSS跳變在同一擴(kuò)展服務(wù)集的不同BSS中移動結(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)時，需要尋址來辨識結(jié)點(diǎn)ESS跳變從一個ESS的某個BSS移動到另一個ESS的某個BSS2.IEEE802.11服務(wù)聯(lián)系:在結(jié)點(diǎn)和訪問點(diǎn)間建立初始聯(lián)系重新聯(lián)系:將已建立的結(jié)點(diǎn)從一個訪問點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個訪問點(diǎn)，從而使結(jié)點(diǎn)能夠從一個BSS轉(zhuǎn)移到另一個BSS終止聯(lián)系:結(jié)點(diǎn)離開一個ESS或關(guān)機(jī)以前，首先需要通知訪問點(diǎn)終止聯(lián)系認(rèn)證:用于在互相通信的結(jié)點(diǎn)之間建立彼此識別身份的標(biāo)志隱私權(quán):加密選項(xiàng)用于防止信息被竊聽，以保證隱私移動站與AP建立關(guān)聯(lián)的方法被動掃描，即移動站等待接收接入站周期性發(fā)出的信標(biāo)幀。其中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標(biāo)識符SSID以及支持的速率等）。主動掃描，即移動站主動發(fā)出探測請求幀，然后等待從AP發(fā)回的探測響應(yīng)幀。熱點(diǎn)：向公眾提供有償或無償接入無線網(wǎng)的服務(wù)的地點(diǎn)熱區(qū)：由許多熱點(diǎn)和AP連接起來的區(qū)域無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者：WirelessInternetServiceProvider，WISP這一名詞。用戶可以通過無線信道接入到WISP，然后再經(jīng)過無線信道接入到因特網(wǎng)。WISP互聯(lián)網(wǎng)幾種不同的接入固定接入在作為網(wǎng)絡(luò)用戶期間，用戶設(shè)置的地理位置保持不變移動接入用戶設(shè)置能夠以車輛速度移動時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)發(fā)生切換時，通信仍然是連續(xù)的便攜接入在受限的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積中，用戶設(shè)備能夠在以步行速度移動時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，提供有限的切換能力游牧接入用戶設(shè)備的地理位置至少在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時保持不變。如用戶設(shè)備移動了位置，則再次進(jìn)行通信時可能還要尋找最佳的基站3.物理介質(zhì)規(guī)范數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps和2Mbps，波長在850nm和950nm之間的紅外線運(yùn)行在2.4GHz的ISM頻帶上的直接序列擴(kuò)展頻譜，可使用7條信道，每條信道的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps或2Mbps運(yùn)行在2.4GHz的ISM頻帶上的跳頻通信，數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps或2Mbps邏輯鏈路控制分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)2.4GHz直接序列擴(kuò)頻1Mbps2Mbps紅外線1Mbps2Mbps……2.4GHz跳頻通信1Mbps2Mbps無沖突服務(wù)有沖突服務(wù)MAC層CSMA輪詢主4.IEEE802.11協(xié)議體系結(jié)構(gòu)幾種常用的802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻段數(shù)據(jù)速率優(yōu)缺點(diǎn)802.11b2.4GHz最高為11Mb/s最高數(shù)據(jù)率較低，價格最低，信號傳播距離最遠(yuǎn)，且不易受阻礙802.11a5GHz最高為54Mb/s最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時上網(wǎng)，價格最高，信號傳播距離較短，且易受阻礙802.11g2.4GHz最高為54Mb/s最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時上網(wǎng)，信號傳播距離最遠(yuǎn)，且不易受阻礙，價格比802.11b貴無線局域網(wǎng)中的隱蔽站問題隱蔽站:A站點(diǎn)和C站點(diǎn)不能互相聽見障礙物,信號衰減在B站點(diǎn)發(fā)生沖突

無線局域網(wǎng)的特殊問題B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實(shí)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)暴露站問題ADCB？B的作用范圍C的作用范圍有信號，可能沖突CSMACSMA/CA:信道預(yù)留訪問點(diǎn)輪詢802.11MAC設(shè)計(jì)目標(biāo)：避免沖突802.11CSMA:發(fā)送方監(jiān)聽介質(zhì),如果空閑時間達(dá)到最長幀間間隔（DIFS）,迅速傳輸數(shù)據(jù)幀，不做沖突檢測

如果介質(zhì)忙，

二進(jìn)制避退接收方: