Page 12010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
第六章 计算机局域网络
本章重点
● 局域网的特点及关键技术
● 信道共享技术
● 以太网技术
● 高速局域网
● 虚拟局域网 VLAN
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6.1 局域网 (LAN)概述
1,LAN的特点
? 覆盖范围小
房间、建筑物、园区范围
距离 ≤25km
? 高传输速率
10Mbps～ 1000Mbps
? 低误码率
10-8 ～ 10-10
? 采用总线、星形、环形拓扑
? 双绞线、同轴电缆、光纤
? 为一个单位所拥有，自行建
设，不对外提供服务
hub
hub
hub
Switch
Server
farm
station
stations
stations
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2,局域网的关键技术
?拓扑结构（逻辑、物理）
总线型, 星型,环型、树型
?介质访问方法
按协议实现信道共享,
CSMA/CD和 Token-passing
?信号传输形式
基带,宽带
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LAN典型拓扑结构
?总线型, 所有结点都直接连接到共享信道
?星型, 所有结点都连接到中央结点
?环型, 结点通过点到点链路与相邻结点连接
Bus
Star
Ring
A B C
C A
D
C
B
A B C
A
T
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3,LAN参考模型
IEEE802标准
网络层
数据链路层
物理层
逻辑链路控制 LLC
介质访问控制 MAC
高层
OSI
IEEE 802
物理层 PHY
由 NOS来实现
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IEEE802标准的主要成员
802.2 - 逻辑链路控制 LLC
802.3 - CSMA/CD（以太网）
802.4 - Token Bus （令牌总线）
802.5 - Token Ring（令牌环）
802.6 - 分布队列双总线 DQDB -- MAN标准
802.8 – FDDI（光纤分布数据接口）
802.11 – 无线 LAN
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……802.3CSMA/CD
802.4
Token
Bus
802.5
Token
Ring
802.6
DQDB
802.8
FDDI
802.2 LLC
数据链路层
物理层
LLC
MAC
802.1D Bridge80
2.
1A
体
系
结
构
IEEE802体系结构示意图
PHY
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6.2 LAN的数据链路层
按功能划分为两个子层,LLC和 MAC
?功能分解的目的：
? 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的
部分分开，降低实现的复杂度。
? 局网特点：共享信道 (如总线 )。需要解决介
质访问控制 (MAC)问题。分层可以使帧的传输
独立于介质和 MAC方法。
LLC,与介质、拓扑无关；
MAC：与介质、拓扑相关。
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LAN的链路层与传统的数据链路层的区别：
? LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播；
? 支持 MAC介质访问控制功能；
? 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复
用、流量控制、差错控制,..
?MAC子层功能：成帧 /拆帧,实现、维护 MAC协议，位
差错检测，寻址。
?LLC子层功能：向高层提供统一的链路访问形式，建立 /
释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层
功能。
LAN对 LLC子层透明，仅在 MAC子层才可见 LAN的标
准 (对不同的 LAN标准，区别在 MAC子层 )
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LLC的帧结构
DSAP SSAP 控制 数据
1 1 1/2 可变长度 单位：字节
高层 PDU
LLC数据LLC首部
MAC首部 MAC尾部MAC数据
LLC帧和
MAC帧
的关系
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MAC子层的地址
?IEEE802标准为每个 DTE规定了一个 48位的全
局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物
理位置无关。 ——MAC地址（物理地址）
?MAC地址为 6Byte（ 48位）。
?MAC地址的前 3个字节（高 24位）由 IEEE统一
分配给厂商，低 24位由厂商分配给每一块网卡。
?网卡的 MAC地址可以认为就是该网卡所在站点
的 MAC地址。
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6.3 LAN的网络层和高层
由于 IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般
不需中间转接，所以网络层的很多功能 (如路由
选择等 )是没有必要的，而流量控制、寻址、排
序、差错控制等功能可在数据链路层完成，故
IEEE 802标准没有单独设立网络层。需要时，
由网络操作系统（ NOS）内含的 TCP/IP、
IPX/SPX等来实现。
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6.4 局域网中的介质访问控制方法
? 局域网使用广播信道 (多路访问信道，随
机访问信道 )，多个站点共享同一信道。
? 问题：如何解决广播信道站点对信道的争
用？
? 解决信道争用的协议称为介质访问控制
(Medium Access Control)协议。
? 信道分配方法有两种
― 静态分配 (FDM,WDM,TDM、
CDM)
― 动态分配 (随机接入、受控接入 )
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信道共享技术分类
信道共享
TDM FDM
STDM ATDM
随机接入 受控接入
CATV
CBX
CSMA CSMA/CD 集中控制 分散控制
轮询 令牌
静态分配
动态分配
以太网 令牌环网
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局域网中的介质访问控制方法
? 载波侦听多路访问 /冲突检测 (CSMA/CD)
Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect
? 令牌传递 (Token Passing)
Token Ring
Token Bus
FDDI(双环 )
常见的有两种：
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1.CSMA/CD
— 带冲突检测的载波监听多点访问
?用于 IEEE802.3以太网
?工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲
则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若
监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间
（称为退避）以后，再重新尝试。
?归结为四句话：
发前先侦听，空闲即发送，
边发边检测，冲突时退避。
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CSMA/CD的流程图
媒体忙？
发送帧
碰撞？发送完？
发送 Jam
N≥16?
Yes
No
No
Yes
发送成功
Yes
发送失败
No
延迟随机时间
No
Yes
发送帧
碰撞次数 N++
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2,令牌环（ Token Ring）
A
B
D
C
站点
干线耦合器
单向环
? IEEE802.5
? 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环
发送缓冲区 接收缓冲区
接收 发送
线路
驱动
线路
接收控制器
DTE
环路
输入
环路
输出
干线耦合器的结构
? 传输媒体,STP、光纤，速率 4/16Mbps；
TCU
高层软件
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干线耦合器（ Trunk Couple Unit）
?工作状态：
收听 /转发方式
发送方式（站点发送数据时）
?收听方式下,TCU与 DTE断开
TCU对位流再生并转发，同时监视帧中是否出
现本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关
K闭合,TCU与 DTE接通，位流复制到 DTE，同时
继续转发；若出现令牌且有数据要发送，则截获
令牌，转为发送方式，发送数据帧。
?发送方式下，数据以帧为单位从 TCU的
输出端发送到下一个 TCU的输入端。
DTE
TCU
收听方式
KK
DTE
TCU
发送方式
KK
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Token Ring/802.5的操作
1） 谁可以发送帧, 是由一个沿着环旋转的称为
,令牌, （ TOKEN） 的特殊帧来控制的 。 只有
拿到令牌的站可以发送帧, 而没有拿到令牌的
站只能等待 。
2） 拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头, 后
面加挂上自己的数据进行发送 。
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3） 数据帧通过任何一个站点 (除源站点外 )时, 该
站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：
a)如果地址相符合, 则将帧拷贝到接收缓冲器,
供高层软件处理, 同时将帧送回环中；
b)如果地址不符合, 则直接将帧送回环中 。
4） 数据循环一周后由发送站回收 。 即发送的帧在
环上循环一周后再回到发送站时, 发送站将该帧
从环上移去, 同时再放一个空令牌到环上, 使其
余的站点能获得发送帧的许可权 。
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Token Ring/802.5的操作举例
A T = 0
T
A T = 0T
A T = 1
T DataC
T DataC
T DataC T DataC
Data
（ a）
（ b）
（ c）
帧循环一圈后
A将数据帧回收
并放出空令牌
A有数据要发
送，它抓住空
令牌
A将令牌修改
为数据帧，并
加挂数据
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IEEE802.5的帧结构
?访问控制字段包括：
起始 访问控制 结束
1B 1B 1B
令牌帧
非令牌帧（信息帧 /控制帧）
起始 访问控制 帧控制 目的地址 源地址 数据 FCS 结束帧状态
1 1 1 2/6 2/6 ≥ 0 4 1 1B
P P P T M R R R
优先级位 令牌位
监督位
预约位
? 优先级与预约及优先级限制位。
?令牌位：帧类型标识。 0 - 令牌； 1 - 信息 /控制帧
?监督位：防止无效帧在环路中无限循环。
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实际结构 —— 星型环路
A B C
D E
集线器
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3,令牌总线（ Token Bus）
?IEEE 802.4
?特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网
?物理层：传输媒体为 75?宽带同轴电缆，数据
速率为 1Mb/s,5Mb/s或 10Mb/s；
?传输机制为以太网和令牌环的结合：
? 物理传输采用广播方式；
? 介质访问控制采用令牌方式。
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6.5 以太网 —— 采用 CSMA/CD技术的 LAN
? 70年代中期由施乐公司 (Bob Metcalfe) 提出，
数据率为 2.94M，称为 Ethernet（以太网）。
? 经 DEC,Intel and Xerox公司改进为 10M标准
(DIX 标准 ) 。
? 1985年被采纳为 IEEE 802.3,即使用 1坚持的
CAMA/CD协议的 LAN标准,数据率从 1M到
10M (现已发展到 1000M)，支持多种传输媒体。
? Ethernet是指基带总线 LAN。
? Ethernet和 IEEE 802.3的帧格式略有不同。
1,Ethernet和 IEEE 802.3二者区别很小
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IEEE 802.3 以太网标准
?传统以太网
? 802.3 —— 同 轴电缆 Ethernet
? 802.3a —— 细缆 Ethernet
? 802.3i —— 双绞线
? 802.3j —— 光纤
?快速以太网 FE
? 802.3u —— 双绞线，光纤
?千兆以太网 GE
? IEEE802.3z —— 屏 蔽短双绞线、光纤
? IEEE802.3ab —— 双绞线
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802.3的介质与网络拓扑规范
10Base5 粗同轴
10Base2 细同轴
10BaseT 双绞线
10BaseF MMF
100BaseT 双绞线
100BaseF MMF/SMF
1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
1000BaseT 双绞线
数据率（ Mbps） 基带或宽带
Base,Broad
段最大长度（百米）或
介质类型（ T,F,X）
10 Base 5
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2.10Base5
? 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强
? 收发器, 发送 /接收,冲突检测,电气隔离
? AUI, 连接件单元接口
? 总线型拓扑
? 用于网络骨干连接
最大段长度 500米
每段最多站点数 100
两站点间最小距离 2.5米
粗缆
Vampire tap
BNC端子
收发器
AUI 电缆
NIC
网络最大跨度 2.5公里
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3,10Base2
? 细同轴电缆，可靠性稍差
? BNC T型接头连接
? 总线型拓扑
? 用于办公室 LAN
细缆
BNC 接头
NIC
每段最大长度 185m
每段最多站点数 30
两站点间最短距离 0.5 m
网络最大跨度 925 m
网络最多 5个段
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4,10BaseT
? 双绞线介质（ UTP）
? 以 Hub （集线器）为中心节点。 Hub－多端口转发器。
? 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。
? 转发器 /中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除
信号传输的失真和衰减。
? 转发器 /中继器 /HUB—— 物理层设备 (工作在物理层 )。
? 用于小型 LAN。
NIC
HUB
段最大长度 100m
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? HUB原理
? 1,HUB从某一端口 A将收到的帧发送到所有端口
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? 2.非广播帧时，地址与帧目的 MAC地址相同的站响
应用户 A
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? 3.广播帧时，所有用户都响应用户 A
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? HUB有 4端口,8端口,12端口和 24端口，一
个用作网络连接，其余接计算机；
? 当接入的计算机比较多时，可以用几个集线器
进行级联。
? 所有使用 HUB级联的计算机共享一个接入带宽
和所谓的“碰撞域”
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以太网
? RJ45接头
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? RJ45接头
在以太网的标准中,10Mbps与 100Mbps双绞线系统采用
相同的线序：一到八号线中，一、二两根线为一对，三
、六根线为另一对，如下表所示。
线色 Pin# Signal
白橙 1 TD+
橙 2 TD-
白绿 3 RD+
蓝 4 不用
白蓝 5 不用
绿 6 RD-
白棕 7 不用
棕 8 不用
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? 当两个 HUB连接时，注意要进行交叉连接。
? (两台微机直接使用 RJ45连接，可参考此接法 )
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5,10BaseF
? 使用光纤长距离连接，最适于建筑物间的连接。
? 星形拓扑结构
?最常见的布线标准：
10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长 2 km
? 使用 75?电缆连接，拓扑结构为树形
? 用于宽带 LAN
6,10Broad36
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7,Ethernet/802.3操作
? 每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据
? 为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点
? 目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧
A B C A B C
A B C A B C
A
A
(1)C 发现总线空闲 (2)C发送帧，目的地址为 A
(3)B 忽略该帧 (4)A复制该帧
A
信号由终端电阻吸收
终端电阻
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8,IEEE802.3/Ethernet帧格式
PA,前同步码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步
SFD,帧首定界 -- 10101011
DA,目的 MAC地址； SA,源 MAC地址
LEN：数据长度（数据部分的字节数）（ 0-1500B）
Type,类型。高层协议标识
LLC PDU+pad -- 最少 46字节,最多 1500字节
Pad：填充字段，保证帧长不少于 64字节 (若 Data域 ≥46字节，则无 Pad)
FCS,帧校验序列（ CRC-32）
8 6 6 2 46-1500 4字节
FCSSA TypePA DA Data Pad Ethernet
IEEE 802.3
7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节
FCSPA SA LENSFD DA LLC PDU Pad
校验区间
64-1518 字节
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帧间隔
? 在相继发送的两帧之间强制插入 9.6ms的间隔
目的：确保其他站点也能占用信道
FCSSA TypePA DA Data Pad PA
帧间隔
> 9.6 ms
帧 n 帧 n+1
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1,100Mbps 快速以太网
?又称快速以太网 (Fast Ethernet,FE),包括 100Base-TX
和 100Base-FX。
?与 10Mbps网络的比较：
?拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；
?传输率快 10倍；
?帧结构和介质访问控制方式沿用 IEEE802.3。
? 3种不同的物理层标准：
MAC子层
100BaseFX100BaseTX
2对 5类 UTP 光纤 4对 3类 UTP
100BaseT4
6.6 高速局域网
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快速以太网组成实例
?网卡 (外置或内置收发器 )、收发器 (外置 )与收发器电缆
?集线器（双绞线或光纤接口）
?双绞线及光缆
外置光纤收发器
光纤
100Base FX集线器
100BaseTX集线器 100Base TX集线器
光纤
插有光纤接口网卡
UTP5UTP5UTP5UTP5
光纤
UTP5
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3.FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
?网络由双环构成, 可靠性高 。
?传输速率为 100Mbps。
?介质访问控制方法采用 Token Passing,类似于令牌环 。
?传输介质主要为光纤, 网络覆盖范围较大 (几十 km)。
集中器 集中器
令牌
服务器
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4.千兆以太网 (Gigabit Ethernet,GE)
?两种标准,802.3z和 802.3ab
802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线 (5类,6类 )
?连接距离较短：
1000BaseX:双绞线 - 25米； MMF- 550米； SMF - 3km
1000BaseT,5类双绞线 － 100米
? 拓扑结构和媒体布线方法同 10/100BaseT相同；
? 传输速率比 100BaseT快 10倍；
? 帧结构和介质访问控制方式仍沿用 IEEE802.3。
? 允许网络平滑升级到千兆主干, 具有较好的兼容性 。
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6.7 LAN的扩展（ LAN互连） — 网桥
? LAN互连的必要性：
地域限制、负载问题、互通问题、安全问题
? LAN互连的困难：
帧格式、传输速率、最大帧长的差异
? LAN互连的实现途径：
?中继器 /HUB － 在物理层上实现互联
?网桥 /交换机 － 在数据链路层上实现互联
?路由器 － 在网络层上实现互联
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互联的问题（集线器）
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
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1.网桥的定义
网桥是一种存储 -转发装置。一个在网络 N1
和网络 N2之间的网桥 B定义为这样一种设备，它
完成以下工作：
? 读取网络 N1上的所有帧并接收那些指向 N2的帧；
? 将接收的帧送到数据链路层，在该层上计算校验和
并计算到达 N2的路由；
? 将接受的帧用 N2的 MAC协议转发到 N2上；
? 对从 N2到 N1的信息流完成相同的功能。
Page 502010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
● 使用网桥连接三个 LAN的实例
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
桥 接 器
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2.网桥协议体系结构
MAC
PHY
MAC
PHYPHY PHY
网桥
MAC
LLC
User
LLC
User
LAN2LAN1
站点 1 站点 2
用户数据LLC-H MAC-TMAC-H
用户数据LLC-H
用户数据R1,R8
R2,R7
R3,R4,R5,R6
R1
R2
R3 R4 R5 R6
R7
R8
参考点 帧结构
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3.两种类型的网桥
? 透明网桥（ Transparency Bridge）
也称为 生成树 （ Spanning Tree）网桥。由网
桥实现路由选择，网桥对站点完全透明。用于以
太网。
? 源选径网桥（ Source Routing Bridge）
由源站点进行路由选择，网桥和路由对站点不
透明，用于令牌网。
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?IEEE802透明网桥
? 三项基本功能：帧转发、地址学习、消除拓扑循环
? 网桥具有 路由选择 能力，路由选择采用查表法：网桥
内的 路由选择表（或称转发表） 描述了到达每个站点的
路由。
下图是一个三端口网桥和它的路由选择表,
端口号 MAC地址
1
2
3
11 12
21
31 32 33
连接三个 LAN的网桥 相应路由选择表的内容
321
21
32311211
33
LANx LANy LANz
网桥
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? 帧转发方法 （参考上图）
假定网桥在某一时刻从端口 1接收到来自 LANx的帧，
它就查找路由选择表：
? 若目的 MAC地址在本端口的表项中，则丢弃此帧
? 若目的 MAC地址在其他端口的 表项中，则把帧转
发到相应端口所在的 LAN
? 若目的 MAC地址 不在表中，则用洪泛法转发，即
向 端口 1外的其他所有端口 广播该帧 。
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? 路由选择表的 建立：
刚加电时表为空。网桥利用学习过程来动态创建并维护
路由选择表。
逆向学习法 —若收到的帧的 源地址 不在表中，则插入到
表中，作为以后转发的路径。
每个路由项都有有限的 生存期 TTL，以适应网络拓扑的
变化及连接到网段上的站地址的变化。
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Bridges Spanning Tree
for increased reliability,desirable to have redundant,alternate
paths from source to dest
with multiple simultaneous paths,cycles result - bridges may
multiply and forward frame forever
solution,organize bridges in a spanning tree by disabling
subset of interfaces
Disabled
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?透明网桥工作原理归纳为：
丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧 ；
学习源地址以建立路由 ；
根据生成树算法消除重复路径。
?透明网桥的优缺点：
优点,容易配置、安装，无需管理（即插即用）
缺点,不能保证最佳路由
?透明网桥的应用场合：以太网为主
Page 582010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
?用网桥进行 LAN扩展的不足之处
? 存储转发导致 时延 增加
? 无流量控制功能，负载重时会丢失帧
? 不能防止广播风暴（广播消息仍会泛滥到
网桥所连接的各个网段）
Page 592010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
?以网络交换机为主干的以太网
?拓扑仍为星形结构 （ 总线 /HUB→ LAN_SWITCH）
?为何要使用网络交换机？ 以太网 ——共享介质网络,
共享介质网络中站点数的增加将导致 LAN的性能降低，
相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段 (减少站
点数 )→ 网络交换
◆总线网络或基于集线器的网络：
网络总带宽 =10Mbps,n个站点共享，每站点平均带宽 10/n Mbps；
◆基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受
CSMA/CD的限制,网络总带宽 =（ n/2～ n） *10Mbps，每个连接
的带宽为 10Mbps ；
交换式以太网
Page 602010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
交换式以太网
? 几路信号同时通过交换机
Page 612010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
使用交换机后，可建立多个并发
的通信。例如：
8个端口可建立 4个并发通信，
总带宽 = (8/2)*10Mbps
= 40 Mbps
在访问服务器的流量非常大的网
络中，可在交换机上设置 1-2个
高速端口 (100Mbps/1Gbps)，把
服务器与该高速端口相连，便可
大大提高服务器访问的速度。这
种连接服务器的方法又称为 Big-
Pipe。
10Mbps 网络交换机
Page 622010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
交换机的两种用法 (以 10Mbps网络交换机为例 )：
(1) 端口下接站点：站点独占 10Mbps带宽
(2) 端口下接网段：网段中所有站点共享 10Mbps带宽
共享 10M
独享 10M
共享 10M
独享 10M
网络交换机 Switch
HUB HUB
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5.8 虚拟局域网 VLAN
?什么是 VLAN？
? VLAN是一个广播域，是由一些局域网网段构成的
与物理位置无关的逻辑组
?为什么要使用 VLAN？
? 便于进行网络的管理
? 增强了网络安全性
? 抑制广播数据的泛滥
? 减少了处理用户站点移动所带来的开销
?一个 VLAN就好像是一个孤立的网段,VLAN间不能
直接通信，实现 VLAN间互联必须借助于路由器。
?VLAN建立在网络交换机基础上
Page 642010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
两个分离的广播域
HUBHUB
HUB HUB
Switch
财务室 开发部
财务室 开发部
合并广播域既有好处
，但也带来了问题。
不必要的广播流量会
泛滥到整个广播域，
同时也带来了安全性
问题。
开发部和财务室的计算机
互相不能访问，流量完全
隔离
开发部和财务室的计算机
互相可以访问，降低了安
全性，广播流量会泛滥到
整个广播域
经交换机连接后
变成一个广播域
Page 652010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
HUB HUB
Switch
划分 VLAN后分
割成两个广播域
财务室 开发部
划分 VLAN
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Switch
Switch Switch Switch
当一个部门位于多个地点时，分隔的广播域设计会给布线
带来很大困难。但用 VLAN可很方便地解决这个问题。
1楼 3楼 6楼
VLAN 1
VLAN 2
VLAN 3财务
办公
开发
Page 672010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
? VLAN操作
? VLAN的标准在 IEEE802.1Q中定义
? VLAN帧中增加了一个 VLAN标记,它插入在原始以
太网帧的源地址域和类型 /长度与之间 (4个字节 )。
带有 VLAN标记的帧称为 标记帧 。
? 当帧从一个逻辑组输出时，支持 VLAN的交换机就
会在帧中插入 VLAN标记，其中携带了该 VLAN的编
号。
? 当支持 VLAN交换机收到一个标记帧时，就根据其
中的 VLAN的编号把它映射到相应 VLAN网段，然后
再按通常的方法进行交换。 (标记同时被删除 )
SA VLAN标记协议标识符,=8100H VLAN标识符 长度 /类型
12位16位 4位
Page 682010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
? VLAN划分的方法
? 按交换机端口号 (最常用 )。例如 1,2,3,6号端口
划分为 VLAN1，则凡是连接到这几个端口的计算机
都属于 VLAN1。
? 按 MAC地址
? 按 IP地址 (或协议 )
? VLAN的优点
? 抑制广播流量，使其不会溢出到另外的 VLAN中
? 可以建立自己的私有安全网络
? 在网络中添加、移动设备时，或设备的配置发生变
化时，能够减轻网络管理人员的负担
? 实现虚拟工作组，使不同地点的用户就好像是在一
个单独的 LAN上那样通信
Page 692010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
本章小结
? 局域网的特点及关键技术
? 信道共享技术
? 以太网技术
? 高速局域网
? 虚拟局域网 VLAN
第六章 计算机局域网络
本章重点
● 局域网的特点及关键技术
● 信道共享技术
● 以太网技术
● 高速局域网
● 虚拟局域网 VLAN
Page 22010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
6.1 局域网 (LAN)概述
1,LAN的特点
? 覆盖范围小
房间、建筑物、园区范围
距离 ≤25km
? 高传输速率
10Mbps～ 1000Mbps
? 低误码率
10-8 ～ 10-10
? 采用总线、星形、环形拓扑
? 双绞线、同轴电缆、光纤
? 为一个单位所拥有，自行建
设，不对外提供服务
hub
hub
hub
Switch
Server
farm
station
stations
stations
Page 32010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
2,局域网的关键技术
?拓扑结构（逻辑、物理）
总线型, 星型,环型、树型
?介质访问方法
按协议实现信道共享,
CSMA/CD和 Token-passing
?信号传输形式
基带,宽带
Page 42010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
LAN典型拓扑结构
?总线型, 所有结点都直接连接到共享信道
?星型, 所有结点都连接到中央结点
?环型, 结点通过点到点链路与相邻结点连接
Bus
Star
Ring
A B C
C A
D
C
B
A B C
A
T
Page 52010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
3,LAN参考模型
IEEE802标准
网络层
数据链路层
物理层
逻辑链路控制 LLC
介质访问控制 MAC
高层
OSI
IEEE 802
物理层 PHY
由 NOS来实现
Page 62010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
IEEE802标准的主要成员
802.2 - 逻辑链路控制 LLC
802.3 - CSMA/CD（以太网）
802.4 - Token Bus （令牌总线）
802.5 - Token Ring（令牌环）
802.6 - 分布队列双总线 DQDB -- MAN标准
802.8 – FDDI（光纤分布数据接口）
802.11 – 无线 LAN
Page 72010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
……802.3CSMA/CD
802.4
Token
Bus
802.5
Token
Ring
802.6
DQDB
802.8
FDDI
802.2 LLC
数据链路层
物理层
LLC
MAC
802.1D Bridge80
2.
1A
体
系
结
构
IEEE802体系结构示意图
PHY
Page 82010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
6.2 LAN的数据链路层
按功能划分为两个子层,LLC和 MAC
?功能分解的目的：
? 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的
部分分开，降低实现的复杂度。
? 局网特点：共享信道 (如总线 )。需要解决介
质访问控制 (MAC)问题。分层可以使帧的传输
独立于介质和 MAC方法。
LLC,与介质、拓扑无关；
MAC：与介质、拓扑相关。
Page 92010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
LAN的链路层与传统的数据链路层的区别：
? LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播；
? 支持 MAC介质访问控制功能；
? 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复
用、流量控制、差错控制,..
?MAC子层功能：成帧 /拆帧,实现、维护 MAC协议，位
差错检测，寻址。
?LLC子层功能：向高层提供统一的链路访问形式，建立 /
释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层
功能。
LAN对 LLC子层透明，仅在 MAC子层才可见 LAN的标
准 (对不同的 LAN标准，区别在 MAC子层 )
Page 102010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
LLC的帧结构
DSAP SSAP 控制 数据
1 1 1/2 可变长度 单位：字节
高层 PDU
LLC数据LLC首部
MAC首部 MAC尾部MAC数据
LLC帧和
MAC帧
的关系
Page 112010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
MAC子层的地址
?IEEE802标准为每个 DTE规定了一个 48位的全
局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物
理位置无关。 ——MAC地址（物理地址）
?MAC地址为 6Byte（ 48位）。
?MAC地址的前 3个字节（高 24位）由 IEEE统一
分配给厂商，低 24位由厂商分配给每一块网卡。
?网卡的 MAC地址可以认为就是该网卡所在站点
的 MAC地址。
Page 122010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
6.3 LAN的网络层和高层
由于 IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般
不需中间转接，所以网络层的很多功能 (如路由
选择等 )是没有必要的，而流量控制、寻址、排
序、差错控制等功能可在数据链路层完成，故
IEEE 802标准没有单独设立网络层。需要时，
由网络操作系统（ NOS）内含的 TCP/IP、
IPX/SPX等来实现。
Page 132010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
6.4 局域网中的介质访问控制方法
? 局域网使用广播信道 (多路访问信道，随
机访问信道 )，多个站点共享同一信道。
? 问题：如何解决广播信道站点对信道的争
用？
? 解决信道争用的协议称为介质访问控制
(Medium Access Control)协议。
? 信道分配方法有两种
― 静态分配 (FDM,WDM,TDM、
CDM)
― 动态分配 (随机接入、受控接入 )
Page 142010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
信道共享技术分类
信道共享
TDM FDM
STDM ATDM
随机接入 受控接入
CATV
CBX
CSMA CSMA/CD 集中控制 分散控制
轮询 令牌
静态分配
动态分配
以太网 令牌环网
Page 152010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
局域网中的介质访问控制方法
? 载波侦听多路访问 /冲突检测 (CSMA/CD)
Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect
? 令牌传递 (Token Passing)
Token Ring
Token Bus
FDDI(双环 )
常见的有两种：
Page 162010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
1.CSMA/CD
— 带冲突检测的载波监听多点访问
?用于 IEEE802.3以太网
?工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲
则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若
监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间
（称为退避）以后，再重新尝试。
?归结为四句话：
发前先侦听，空闲即发送，
边发边检测，冲突时退避。
Page 172010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
CSMA/CD的流程图
媒体忙？
发送帧
碰撞？发送完？
发送 Jam
N≥16?
Yes
No
No
Yes
发送成功
Yes
发送失败
No
延迟随机时间
No
Yes
发送帧
碰撞次数 N++
Page 182010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
2,令牌环（ Token Ring）
A
B
D
C
站点
干线耦合器
单向环
? IEEE802.5
? 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环
发送缓冲区 接收缓冲区
接收 发送
线路
驱动
线路
接收控制器
DTE
环路
输入
环路
输出
干线耦合器的结构
? 传输媒体,STP、光纤，速率 4/16Mbps；
TCU
高层软件
Page 192010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
干线耦合器（ Trunk Couple Unit）
?工作状态：
收听 /转发方式
发送方式（站点发送数据时）
?收听方式下,TCU与 DTE断开
TCU对位流再生并转发，同时监视帧中是否出
现本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关
K闭合,TCU与 DTE接通，位流复制到 DTE，同时
继续转发；若出现令牌且有数据要发送，则截获
令牌，转为发送方式，发送数据帧。
?发送方式下，数据以帧为单位从 TCU的
输出端发送到下一个 TCU的输入端。
DTE
TCU
收听方式
KK
DTE
TCU
发送方式
KK
Page 202010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
Token Ring/802.5的操作
1） 谁可以发送帧, 是由一个沿着环旋转的称为
,令牌, （ TOKEN） 的特殊帧来控制的 。 只有
拿到令牌的站可以发送帧, 而没有拿到令牌的
站只能等待 。
2） 拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头, 后
面加挂上自己的数据进行发送 。
Page 212010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
3） 数据帧通过任何一个站点 (除源站点外 )时, 该
站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：
a)如果地址相符合, 则将帧拷贝到接收缓冲器,
供高层软件处理, 同时将帧送回环中；
b)如果地址不符合, 则直接将帧送回环中 。
4） 数据循环一周后由发送站回收 。 即发送的帧在
环上循环一周后再回到发送站时, 发送站将该帧
从环上移去, 同时再放一个空令牌到环上, 使其
余的站点能获得发送帧的许可权 。
Page 222010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
Token Ring/802.5的操作举例
A T = 0
T
A T = 0T
A T = 1
T DataC
T DataC
T DataC T DataC
Data
（ a）
（ b）
（ c）
帧循环一圈后
A将数据帧回收
并放出空令牌
A有数据要发
送，它抓住空
令牌
A将令牌修改
为数据帧，并
加挂数据
Page 232010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
IEEE802.5的帧结构
?访问控制字段包括：
起始 访问控制 结束
1B 1B 1B
令牌帧
非令牌帧（信息帧 /控制帧）
起始 访问控制 帧控制 目的地址 源地址 数据 FCS 结束帧状态
1 1 1 2/6 2/6 ≥ 0 4 1 1B
P P P T M R R R
优先级位 令牌位
监督位
预约位
? 优先级与预约及优先级限制位。
?令牌位：帧类型标识。 0 - 令牌； 1 - 信息 /控制帧
?监督位：防止无效帧在环路中无限循环。
Page 242010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
实际结构 —— 星型环路
A B C
D E
集线器
Page 252010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
3,令牌总线（ Token Bus）
?IEEE 802.4
?特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网
?物理层：传输媒体为 75?宽带同轴电缆，数据
速率为 1Mb/s,5Mb/s或 10Mb/s；
?传输机制为以太网和令牌环的结合：
? 物理传输采用广播方式；
? 介质访问控制采用令牌方式。
Page 262010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
6.5 以太网 —— 采用 CSMA/CD技术的 LAN
? 70年代中期由施乐公司 (Bob Metcalfe) 提出，
数据率为 2.94M，称为 Ethernet（以太网）。
? 经 DEC,Intel and Xerox公司改进为 10M标准
(DIX 标准 ) 。
? 1985年被采纳为 IEEE 802.3,即使用 1坚持的
CAMA/CD协议的 LAN标准,数据率从 1M到
10M (现已发展到 1000M)，支持多种传输媒体。
? Ethernet是指基带总线 LAN。
? Ethernet和 IEEE 802.3的帧格式略有不同。
1,Ethernet和 IEEE 802.3二者区别很小
Page 272010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
IEEE 802.3 以太网标准
?传统以太网
? 802.3 —— 同 轴电缆 Ethernet
? 802.3a —— 细缆 Ethernet
? 802.3i —— 双绞线
? 802.3j —— 光纤
?快速以太网 FE
? 802.3u —— 双绞线，光纤
?千兆以太网 GE
? IEEE802.3z —— 屏 蔽短双绞线、光纤
? IEEE802.3ab —— 双绞线
Page 282010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
802.3的介质与网络拓扑规范
10Base5 粗同轴
10Base2 细同轴
10BaseT 双绞线
10BaseF MMF
100BaseT 双绞线
100BaseF MMF/SMF
1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
1000BaseT 双绞线
数据率（ Mbps） 基带或宽带
Base,Broad
段最大长度（百米）或
介质类型（ T,F,X）
10 Base 5
Page 292010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
2.10Base5
? 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强
? 收发器, 发送 /接收,冲突检测,电气隔离
? AUI, 连接件单元接口
? 总线型拓扑
? 用于网络骨干连接
最大段长度 500米
每段最多站点数 100
两站点间最小距离 2.5米
粗缆
Vampire tap
BNC端子
收发器
AUI 电缆
NIC
网络最大跨度 2.5公里
Page 302010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
3,10Base2
? 细同轴电缆，可靠性稍差
? BNC T型接头连接
? 总线型拓扑
? 用于办公室 LAN
细缆
BNC 接头
NIC
每段最大长度 185m
每段最多站点数 30
两站点间最短距离 0.5 m
网络最大跨度 925 m
网络最多 5个段
Page 312010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
4,10BaseT
? 双绞线介质（ UTP）
? 以 Hub （集线器）为中心节点。 Hub－多端口转发器。
? 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。
? 转发器 /中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除
信号传输的失真和衰减。
? 转发器 /中继器 /HUB—— 物理层设备 (工作在物理层 )。
? 用于小型 LAN。
NIC
HUB
段最大长度 100m
Page 322010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
? HUB原理
? 1,HUB从某一端口 A将收到的帧发送到所有端口
Page 332010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
? 2.非广播帧时，地址与帧目的 MAC地址相同的站响
应用户 A
Page 342010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
? 3.广播帧时，所有用户都响应用户 A
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? HUB有 4端口,8端口,12端口和 24端口，一
个用作网络连接，其余接计算机；
? 当接入的计算机比较多时，可以用几个集线器
进行级联。
? 所有使用 HUB级联的计算机共享一个接入带宽
和所谓的“碰撞域”
Page 362010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
以太网
? RJ45接头
Page 372010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
? RJ45接头
在以太网的标准中,10Mbps与 100Mbps双绞线系统采用
相同的线序：一到八号线中，一、二两根线为一对，三
、六根线为另一对，如下表所示。
线色 Pin# Signal
白橙 1 TD+
橙 2 TD-
白绿 3 RD+
蓝 4 不用
白蓝 5 不用
绿 6 RD-
白棕 7 不用
棕 8 不用
Page 382010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
? 当两个 HUB连接时，注意要进行交叉连接。
? (两台微机直接使用 RJ45连接，可参考此接法 )
Page 392010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
5,10BaseF
? 使用光纤长距离连接，最适于建筑物间的连接。
? 星形拓扑结构
?最常见的布线标准：
10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长 2 km
? 使用 75?电缆连接，拓扑结构为树形
? 用于宽带 LAN
6,10Broad36
Page 402010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
7,Ethernet/802.3操作
? 每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据
? 为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点
? 目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧
A B C A B C
A B C A B C
A
A
(1)C 发现总线空闲 (2)C发送帧，目的地址为 A
(3)B 忽略该帧 (4)A复制该帧
A
信号由终端电阻吸收
终端电阻
Page 412010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
8,IEEE802.3/Ethernet帧格式
PA,前同步码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步
SFD,帧首定界 -- 10101011
DA,目的 MAC地址； SA,源 MAC地址
LEN：数据长度（数据部分的字节数）（ 0-1500B）
Type,类型。高层协议标识
LLC PDU+pad -- 最少 46字节,最多 1500字节
Pad：填充字段，保证帧长不少于 64字节 (若 Data域 ≥46字节，则无 Pad)
FCS,帧校验序列（ CRC-32）
8 6 6 2 46-1500 4字节
FCSSA TypePA DA Data Pad Ethernet
IEEE 802.3
7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节
FCSPA SA LENSFD DA LLC PDU Pad
校验区间
64-1518 字节
Page 422010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
帧间隔
? 在相继发送的两帧之间强制插入 9.6ms的间隔
目的：确保其他站点也能占用信道
FCSSA TypePA DA Data Pad PA
帧间隔
> 9.6 ms
帧 n 帧 n+1
Page 432010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
1,100Mbps 快速以太网
?又称快速以太网 (Fast Ethernet,FE),包括 100Base-TX
和 100Base-FX。
?与 10Mbps网络的比较：
?拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；
?传输率快 10倍；
?帧结构和介质访问控制方式沿用 IEEE802.3。
? 3种不同的物理层标准：
MAC子层
100BaseFX100BaseTX
2对 5类 UTP 光纤 4对 3类 UTP
100BaseT4
6.6 高速局域网
Page 442010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
快速以太网组成实例
?网卡 (外置或内置收发器 )、收发器 (外置 )与收发器电缆
?集线器（双绞线或光纤接口）
?双绞线及光缆
外置光纤收发器
光纤
100Base FX集线器
100BaseTX集线器 100Base TX集线器
光纤
插有光纤接口网卡
UTP5UTP5UTP5UTP5
光纤
UTP5
Page 452010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
3.FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
?网络由双环构成, 可靠性高 。
?传输速率为 100Mbps。
?介质访问控制方法采用 Token Passing,类似于令牌环 。
?传输介质主要为光纤, 网络覆盖范围较大 (几十 km)。
集中器 集中器
令牌
服务器
Page 462010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
4.千兆以太网 (Gigabit Ethernet,GE)
?两种标准,802.3z和 802.3ab
802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线 (5类,6类 )
?连接距离较短：
1000BaseX:双绞线 - 25米； MMF- 550米； SMF - 3km
1000BaseT,5类双绞线 － 100米
? 拓扑结构和媒体布线方法同 10/100BaseT相同；
? 传输速率比 100BaseT快 10倍；
? 帧结构和介质访问控制方式仍沿用 IEEE802.3。
? 允许网络平滑升级到千兆主干, 具有较好的兼容性 。
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6.7 LAN的扩展（ LAN互连） — 网桥
? LAN互连的必要性：
地域限制、负载问题、互通问题、安全问题
? LAN互连的困难：
帧格式、传输速率、最大帧长的差异
? LAN互连的实现途径：
?中继器 /HUB － 在物理层上实现互联
?网桥 /交换机 － 在数据链路层上实现互联
?路由器 － 在网络层上实现互联
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互联的问题（集线器）
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
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1.网桥的定义
网桥是一种存储 -转发装置。一个在网络 N1
和网络 N2之间的网桥 B定义为这样一种设备，它
完成以下工作：
? 读取网络 N1上的所有帧并接收那些指向 N2的帧；
? 将接收的帧送到数据链路层，在该层上计算校验和
并计算到达 N2的路由；
? 将接受的帧用 N2的 MAC协议转发到 N2上；
? 对从 N2到 N1的信息流完成相同的功能。
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● 使用网桥连接三个 LAN的实例
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
集 线 器
I B M 兼 容 机
I B M 兼 容 机I B M 兼 容 机
桥 接 器
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2.网桥协议体系结构
MAC
PHY
MAC
PHYPHY PHY
网桥
MAC
LLC
User
LLC
User
LAN2LAN1
站点 1 站点 2
用户数据LLC-H MAC-TMAC-H
用户数据LLC-H
用户数据R1,R8
R2,R7
R3,R4,R5,R6
R1
R2
R3 R4 R5 R6
R7
R8
参考点 帧结构
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3.两种类型的网桥
? 透明网桥（ Transparency Bridge）
也称为 生成树 （ Spanning Tree）网桥。由网
桥实现路由选择，网桥对站点完全透明。用于以
太网。
? 源选径网桥（ Source Routing Bridge）
由源站点进行路由选择，网桥和路由对站点不
透明，用于令牌网。
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?IEEE802透明网桥
? 三项基本功能：帧转发、地址学习、消除拓扑循环
? 网桥具有 路由选择 能力，路由选择采用查表法：网桥
内的 路由选择表（或称转发表） 描述了到达每个站点的
路由。
下图是一个三端口网桥和它的路由选择表,
端口号 MAC地址
1
2
3
11 12
21
31 32 33
连接三个 LAN的网桥 相应路由选择表的内容
321
21
32311211
33
LANx LANy LANz
网桥
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? 帧转发方法 （参考上图）
假定网桥在某一时刻从端口 1接收到来自 LANx的帧，
它就查找路由选择表：
? 若目的 MAC地址在本端口的表项中，则丢弃此帧
? 若目的 MAC地址在其他端口的 表项中，则把帧转
发到相应端口所在的 LAN
? 若目的 MAC地址 不在表中，则用洪泛法转发，即
向 端口 1外的其他所有端口 广播该帧 。
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? 路由选择表的 建立：
刚加电时表为空。网桥利用学习过程来动态创建并维护
路由选择表。
逆向学习法 —若收到的帧的 源地址 不在表中，则插入到
表中，作为以后转发的路径。
每个路由项都有有限的 生存期 TTL，以适应网络拓扑的
变化及连接到网段上的站地址的变化。
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Bridges Spanning Tree
for increased reliability,desirable to have redundant,alternate
paths from source to dest
with multiple simultaneous paths,cycles result - bridges may
multiply and forward frame forever
solution,organize bridges in a spanning tree by disabling
subset of interfaces
Disabled
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?透明网桥工作原理归纳为：
丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧 ；
学习源地址以建立路由 ；
根据生成树算法消除重复路径。
?透明网桥的优缺点：
优点,容易配置、安装，无需管理（即插即用）
缺点,不能保证最佳路由
?透明网桥的应用场合：以太网为主
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?用网桥进行 LAN扩展的不足之处
? 存储转发导致 时延 增加
? 无流量控制功能，负载重时会丢失帧
? 不能防止广播风暴（广播消息仍会泛滥到
网桥所连接的各个网段）
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?以网络交换机为主干的以太网
?拓扑仍为星形结构 （ 总线 /HUB→ LAN_SWITCH）
?为何要使用网络交换机？ 以太网 ——共享介质网络,
共享介质网络中站点数的增加将导致 LAN的性能降低，
相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段 (减少站
点数 )→ 网络交换
◆总线网络或基于集线器的网络：
网络总带宽 =10Mbps,n个站点共享，每站点平均带宽 10/n Mbps；
◆基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受
CSMA/CD的限制,网络总带宽 =（ n/2～ n） *10Mbps，每个连接
的带宽为 10Mbps ；
交换式以太网
Page 602010/5/16 第六章 计算机局域网 68-
交换式以太网
? 几路信号同时通过交换机
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使用交换机后，可建立多个并发
的通信。例如：
8个端口可建立 4个并发通信，
总带宽 = (8/2)*10Mbps
= 40 Mbps
在访问服务器的流量非常大的网
络中，可在交换机上设置 1-2个
高速端口 (100Mbps/1Gbps)，把
服务器与该高速端口相连，便可
大大提高服务器访问的速度。这
种连接服务器的方法又称为 Big-
Pipe。
10Mbps 网络交换机
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交换机的两种用法 (以 10Mbps网络交换机为例 )：
(1) 端口下接站点：站点独占 10Mbps带宽
(2) 端口下接网段：网段中所有站点共享 10Mbps带宽
共享 10M
独享 10M
共享 10M
独享 10M
网络交换机 Switch
HUB HUB
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5.8 虚拟局域网 VLAN
?什么是 VLAN？
? VLAN是一个广播域，是由一些局域网网段构成的
与物理位置无关的逻辑组
?为什么要使用 VLAN？
? 便于进行网络的管理
? 增强了网络安全性
? 抑制广播数据的泛滥
? 减少了处理用户站点移动所带来的开销
?一个 VLAN就好像是一个孤立的网段,VLAN间不能
直接通信，实现 VLAN间互联必须借助于路由器。
?VLAN建立在网络交换机基础上
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两个分离的广播域
HUBHUB
HUB HUB
Switch
财务室 开发部
财务室 开发部
合并广播域既有好处
，但也带来了问题。
不必要的广播流量会
泛滥到整个广播域，
同时也带来了安全性
问题。
开发部和财务室的计算机
互相不能访问，流量完全
隔离
开发部和财务室的计算机
互相可以访问，降低了安
全性，广播流量会泛滥到
整个广播域
经交换机连接后
变成一个广播域
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HUB HUB
Switch
划分 VLAN后分
割成两个广播域
财务室 开发部
划分 VLAN
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Switch
Switch Switch Switch
当一个部门位于多个地点时，分隔的广播域设计会给布线
带来很大困难。但用 VLAN可很方便地解决这个问题。
1楼 3楼 6楼
VLAN 1
VLAN 2
VLAN 3财务
办公
开发
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? VLAN操作
? VLAN的标准在 IEEE802.1Q中定义
? VLAN帧中增加了一个 VLAN标记,它插入在原始以
太网帧的源地址域和类型 /长度与之间 (4个字节 )。
带有 VLAN标记的帧称为 标记帧 。
? 当帧从一个逻辑组输出时，支持 VLAN的交换机就
会在帧中插入 VLAN标记，其中携带了该 VLAN的编
号。
? 当支持 VLAN交换机收到一个标记帧时，就根据其
中的 VLAN的编号把它映射到相应 VLAN网段，然后
再按通常的方法进行交换。 (标记同时被删除 )
SA VLAN标记协议标识符,=8100H VLAN标识符 长度 /类型
12位16位 4位
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? VLAN划分的方法
? 按交换机端口号 (最常用 )。例如 1,2,3,6号端口
划分为 VLAN1，则凡是连接到这几个端口的计算机
都属于 VLAN1。
? 按 MAC地址
? 按 IP地址 (或协议 )
? VLAN的优点
? 抑制广播流量，使其不会溢出到另外的 VLAN中
? 可以建立自己的私有安全网络
? 在网络中添加、移动设备时，或设备的配置发生变
化时，能够减轻网络管理人员的负担
? 实现虚拟工作组，使不同地点的用户就好像是在一
个单独的 LAN上那样通信
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本章小结
? 局域网的特点及关键技术
? 信道共享技术
? 以太网技术
? 高速局域网
? 虚拟局域网 VLAN
