局域网技术讲座
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第五章局域网
• 第一节:局域网概述 • 第二节:传统的以太网 • 第三节:以太网的MAC层 • 第四节:扩展的局域网 • 第五节:虚拟局域网 • 第六节:高速以太网
1
本节教学目标 • 局域网的特点、功能 ➢主要的局域网组网设备 ➢常见的局域网拓朴结构
2
局域网的特点
• 通信速率高：达Mbit/s • 通信质量高：误码率在10-7—10-12 • 支持多种传输介质：同轴电缆、双绞线、
光纤、无线介质 • 成本低、安装、扩充及维护方便 • 通常属于某个部门、企业或单位所有 • 采用宽带局域网技术后，可实现高带宽
的应用：语音、数据和视频
3
局域网的功能
• 资源共享
--硬件、软件资源
• 相互通信：
--数据传送与电子邮件
• 提高计算机系统的可靠性 • 分布式计算 • 高性能计算环境
4
局域网的主要组网设备
• 计算机：
服务器、客户机、工作站
• 中继器(Reapter) 和集线器（Hub) • 网桥(Bridge)
• 交换机(Switch) • 网络适配器
网卡/NIC
5
局域网组网的两种方式 • 对等方式： • 主从方式（C/S模式）
6
服务器
• 主从式局域网中的核心控制部件。一般由 高档的PC机或专用服务器组成。
• 主从模式的局域网中至少有一台服务器， 也可有多台服务器
• 主要功能： ➢ 网络服务（文件服务、打印服务、邮件服务等）
➢ 网络管理（共享资源管理、用户管理等）
7
客户机/工作站
• 客户机：
C/S模式下提出服务请求并接受服务的 计算机，通常为PC机或专用工作站。
• 工作站：
对等网络环境下的所有计算机，它们 地位平等，只能相互提供简单的共享。
8
主机与OSI模型
• 网络中的计算机统称为主机 • 主机不属于OSI的某一特定层，而是被视为是
一种涵盖了OSI所有七层的设备.
9
主机与OSI模型
网络中的计算机统称为主机 主机不属于OSI的某一特定层，而是被视为是 一种涵盖了OSI所有七层的设备.
10
网卡
• 局域网中提供主机与通信介质相连 的接口。
• 其性能和质量直接影响网络的性能 和网上所运行软件的效果
11
12
网卡的主要功能
• 数据的发送与接收 数据缓冲区越大越好，一般为2-64KB
➢ 编码与解码： 曼彻斯特或差分曼彻斯特编码
➢ 帧的封装与拆卸 以太网帧、FDDI帧 。
➢ 介质访问控制 下次课讲解
13
网卡与OSI模型
• 网卡的功能包括了物理层与数据链路层 ，我 们通常将其归入数据链路层设备。
14
网卡的组成
帧的装配与 拆卸
数据缓冲
MAC子层协 议控制电路
编码与解码 电路
收发电 路
内部总线
AUI BNC/RJ-45
15
网卡地址
• 每一块网卡在出厂时均获得一个唯 一的地址，称为网卡地址
• 网卡地址有许多别名：
物理地址/硬件地址/MAC地址
• MAC地址的长度为48位的二进制数，或12 位的十六进制数
• 前24比特代表厂商标识，后24比特为产 品的序列号。
16
17
网卡的选购
• 网络类型： e.g. Ethernet, Token Ring, or FDDI
• 网络介质 e.g. twisted-pair, coaxial, or fiber-optic cable
• 计算机总线结构 e.g. PCI or ISA
• 价格与品牌： e.g. INTEL、3COM、D-LINK、NOVELL
18
中继器/集线器
• 中继器：
用于当网络段传输超出网络拓朴结构/网 络传输介质决定的最大传输距离时，起中继、 放大及整形作用，将其按原方向重新发送。在 物理上对网络进行扩展。
• 集线器：
多端口中继器，起集中器作用。
• 两者均为物理层网络设备。
19
Hub
APDU PPDU SPDU
Segment
Packet
Frame Bits
20
网桥（Bridges）
• 数据链路层上的网络互连设备 • 用以连接两个不同的局域网网段
-----网络互连功能（物理上扩展） • 依据第二层地址进行网络流量过滤，忽略
关于本地网络的所有流量，转发目标地址 不在本地的数据流量。 • 通过维持一个关于网卡地址（MAC）的连 接表来实现过滤功能
21
网桥的工作示意图
port1
port2
LAN1
A001CD201B56 20017D201B96 79E17D2019B6
LAN1/PORT1 LAN1 /PORT1 LAN2 /PORT2
LAN2
22
网桥与OSI模型
网桥基于第二层地址进行工作，所以被归于 数据链路层设备
23
交换机（Switch)
• 与网桥类似，属于数据链路层上的网络互连设 备。 基于第二层地址进行流量的过滤
• 多端口网桥： 可连接多个局域网段
• 将网桥的第二层过滤功能与集线器所具有的集 中功能集成到了一起。
24
Switch
APDU PPDU SPDU
Segment
Packet
Frame Bits
25
交换机工作示意 图
A001CD201B56 20017D201B96
…… 79E17D2019B6
LAN1/PORT1 LAN2 /PORT2
…… LAN4 /PORT12
LAN1
LAN2
LAN3
LAN4
26
交换机与OSI模型
交换机与网桥一样，基于第二层地址进行工 作，所以也被归于数据链路层设备
27
网桥与交换机的比较
• 相同点：
➢ OSI第二层的网络互连设备 ➢ 基于硬件地址的流量过滤功能
• 不同点
➢ 网桥基于软件实现，交换机基于硬件实现， 所以速度更快
➢ 交换机比网桥拥有更多的端口和更高的带宽-多端口网桥
➢ 交换机具有VLAN功能
28
交换机与集线器的比较
• 相同点：
➢ 均具有集中器功能
➢ 基于硬件地址实现
• 不同点
➢ 集线器为物理层设备，只关注原始比特流的传送， 不具备流量过滤功能。
➢ 交换机为数据链路层设备，基于MAC地址在不同 网段间进行流量过滤。
➢ 集线器提供共享带宽，交换机提供专用带宽
e.g. 24口/100M集线器，每个端口带宽100/24M 24口/100M交换机，每个端口带宽100M
29
集线器不具过 滤功能
1 2
在此，主机1向主机2发送一个数据包， 尽管两者在同一网段，但网络中的集 线器会将会不加选择地向所有端口转
发流量，从而引发广播风暴。
• 第一节:局域网概述 • 第二节:传统的以太网 • 第三节:以太网的MAC层 • 第四节:扩展的局域网 • 第五节:虚拟局域网 • 第六节:高速以太网
1
本节教学目标 • 局域网的特点、功能 ➢主要的局域网组网设备 ➢常见的局域网拓朴结构
2
局域网的特点
• 通信速率高：达Mbit/s • 通信质量高：误码率在10-7—10-12 • 支持多种传输介质：同轴电缆、双绞线、
光纤、无线介质 • 成本低、安装、扩充及维护方便 • 通常属于某个部门、企业或单位所有 • 采用宽带局域网技术后，可实现高带宽
的应用：语音、数据和视频
3
局域网的功能
• 资源共享
--硬件、软件资源
• 相互通信：
--数据传送与电子邮件
• 提高计算机系统的可靠性 • 分布式计算 • 高性能计算环境
4
局域网的主要组网设备
• 计算机：
服务器、客户机、工作站
• 中继器(Reapter) 和集线器（Hub) • 网桥(Bridge)
• 交换机(Switch) • 网络适配器
网卡/NIC
5
局域网组网的两种方式 • 对等方式： • 主从方式（C/S模式）
6
服务器
• 主从式局域网中的核心控制部件。一般由 高档的PC机或专用服务器组成。
• 主从模式的局域网中至少有一台服务器， 也可有多台服务器
• 主要功能： ➢ 网络服务（文件服务、打印服务、邮件服务等）
➢ 网络管理（共享资源管理、用户管理等）
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客户机/工作站
• 客户机：
C/S模式下提出服务请求并接受服务的 计算机，通常为PC机或专用工作站。
• 工作站：
对等网络环境下的所有计算机，它们 地位平等，只能相互提供简单的共享。
8
主机与OSI模型
• 网络中的计算机统称为主机 • 主机不属于OSI的某一特定层，而是被视为是
一种涵盖了OSI所有七层的设备.
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主机与OSI模型
网络中的计算机统称为主机 主机不属于OSI的某一特定层，而是被视为是 一种涵盖了OSI所有七层的设备.
10
网卡
• 局域网中提供主机与通信介质相连 的接口。
• 其性能和质量直接影响网络的性能 和网上所运行软件的效果
11
12
网卡的主要功能
• 数据的发送与接收 数据缓冲区越大越好，一般为2-64KB
➢ 编码与解码： 曼彻斯特或差分曼彻斯特编码
➢ 帧的封装与拆卸 以太网帧、FDDI帧 。
➢ 介质访问控制 下次课讲解
13
网卡与OSI模型
• 网卡的功能包括了物理层与数据链路层 ，我 们通常将其归入数据链路层设备。
14
网卡的组成
帧的装配与 拆卸
数据缓冲
MAC子层协 议控制电路
编码与解码 电路
收发电 路
内部总线
AUI BNC/RJ-45
15
网卡地址
• 每一块网卡在出厂时均获得一个唯 一的地址，称为网卡地址
• 网卡地址有许多别名：
物理地址/硬件地址/MAC地址
• MAC地址的长度为48位的二进制数，或12 位的十六进制数
• 前24比特代表厂商标识，后24比特为产 品的序列号。
16
17
网卡的选购
• 网络类型： e.g. Ethernet, Token Ring, or FDDI
• 网络介质 e.g. twisted-pair, coaxial, or fiber-optic cable
• 计算机总线结构 e.g. PCI or ISA
• 价格与品牌： e.g. INTEL、3COM、D-LINK、NOVELL
18
中继器/集线器
• 中继器：
用于当网络段传输超出网络拓朴结构/网 络传输介质决定的最大传输距离时，起中继、 放大及整形作用，将其按原方向重新发送。在 物理上对网络进行扩展。
• 集线器：
多端口中继器，起集中器作用。
• 两者均为物理层网络设备。
19
Hub
APDU PPDU SPDU
Segment
Packet
Frame Bits
20
网桥（Bridges）
• 数据链路层上的网络互连设备 • 用以连接两个不同的局域网网段
-----网络互连功能（物理上扩展） • 依据第二层地址进行网络流量过滤，忽略
关于本地网络的所有流量，转发目标地址 不在本地的数据流量。 • 通过维持一个关于网卡地址（MAC）的连 接表来实现过滤功能
21
网桥的工作示意图
port1
port2
LAN1
A001CD201B56 20017D201B96 79E17D2019B6
LAN1/PORT1 LAN1 /PORT1 LAN2 /PORT2
LAN2
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网桥与OSI模型
网桥基于第二层地址进行工作，所以被归于 数据链路层设备
23
交换机（Switch)
• 与网桥类似，属于数据链路层上的网络互连设 备。 基于第二层地址进行流量的过滤
• 多端口网桥： 可连接多个局域网段
• 将网桥的第二层过滤功能与集线器所具有的集 中功能集成到了一起。
24
Switch
APDU PPDU SPDU
Segment
Packet
Frame Bits
25
交换机工作示意 图
A001CD201B56 20017D201B96
…… 79E17D2019B6
LAN1/PORT1 LAN2 /PORT2
…… LAN4 /PORT12
LAN1
LAN2
LAN3
LAN4
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交换机与OSI模型
交换机与网桥一样，基于第二层地址进行工 作，所以也被归于数据链路层设备
27
网桥与交换机的比较
• 相同点：
➢ OSI第二层的网络互连设备 ➢ 基于硬件地址的流量过滤功能
• 不同点
➢ 网桥基于软件实现，交换机基于硬件实现， 所以速度更快
➢ 交换机比网桥拥有更多的端口和更高的带宽-多端口网桥
➢ 交换机具有VLAN功能
28
交换机与集线器的比较
• 相同点：
➢ 均具有集中器功能
➢ 基于硬件地址实现
• 不同点
➢ 集线器为物理层设备，只关注原始比特流的传送， 不具备流量过滤功能。
➢ 交换机为数据链路层设备，基于MAC地址在不同 网段间进行流量过滤。
➢ 集线器提供共享带宽，交换机提供专用带宽
e.g. 24口/100M集线器，每个端口带宽100/24M 24口/100M交换机，每个端口带宽100M
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集线器不具过 滤功能
1 2
在此，主机1向主机2发送一个数据包， 尽管两者在同一网段，但网络中的集 线器会将会不加选择地向所有端口转
发流量，从而引发广播风暴。