第3章高速局域网

网络工程设计与系统集成杨威人民邮电出版社（第3版）NetworkEngineeringDesignandSystemIntegration（3ndEdition）“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材普通高等教育“十一五”国家级规划教材©人民邮电出版社2014.10第2页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20网络化学习场景资源开发网络课堂电子阅览网络实训©人民邮电出版社2014.10第3页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20问题思考网络通信系统的任务是什么？大学校园网采用什么技术构建？高速以太网技术、交换以太网技术→数据→信号→介质上传输→信号→数据→信息©人民邮电出版社2014.10第4页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20问题思考一个完整的网络系统包括哪些要素？路=通信介质车=通信平台货=资源系统驾驶员=网管员你如何成为园区网络管理者？学习局域网组建、管理维护技术©人民邮电出版社2014.10第5页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20学习目标：了解以太网发展过程，理解以太网通信原理，交换机原理。了解10Gbit/s以太网技术，理解多层交换技术，VLAN间的信息传递，以及交换机的性能与连接技术.基本掌握802.3规范与介质标准，以太网卡的功能结构，100Mbit/s/1Gbit/s技术，VLAN虚拟局域网的设计。掌握以太网卡安装与调试，交换机安装与调试，交换机连接技术，基于802.1Q协议的多层网络组建技术。不同VALN之间的路由配置技术。熟悉高速局域网技术与主流产品，能够依据用户组网需求，设计整体解决方案。第3章高速局域网与系统集成©人民邮电出版社2014.10第6页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20重点知识：以太网通信原理，交换机原理，多层交换技术交换机安装与调试，交换机连接技术基于802.1Q协议的多层网络组建技术虚拟局域网的设计，VLAN间路由配置依据用户组网需求，设计整体解决方案难点知识：交换机工作原理10Gbit/s以太网技术虚拟局域网的设计，VLAN间路由配置技术第3章高速局域网与系统集成©人民邮电出版社2014.10第7页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20以太网技术概述低层设备性能与使用交换机基本技术与配置VLAN技术与路由配置大学校园网系统集成第3章高速局域网与系统集成©人民邮电出版社2014.10第8页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/203.1以太网技术概述计算机应用需求的增长和计算机成本的不断降低，使用计算机的用户数量在不断上升。人们希望能够将一个局部范围，如一个办公室、一栋写字楼、一个学校、一个企业的计算机通过一定的方法连接起来，以实现计算机之间数据交换，共享网络硬件和软件资源。这样，计算机局域网（LocalAreaNetwork，LAN）技术得到了广泛的应用和发展。©人民邮电出版社2014.10第9页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/203.1.1以太网技术标及发展1973年，2.98Mbit/s，Xerox1980年，10Mbit/s，Xerox、Digital和Intel1983年，以太网技术（802.3）、令牌总线（802.4）、令牌环（802.5）共同成为局域网领域的三大标准1995年，802.3u快速以太网标准1998年，802.3z千兆以太网标准2002年，IEEE通过了802.3ae万兆以太网标准3.1以太网技术概述©人民邮电出版社2014.10第10页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/203.1.1以太网技术标准及发展表3.1IEEE802.3规范和布线介质标分类802.3规范通信介质介质标准传统以太网802.3同轴粗电缆10Base5802.3a同轴细电缆10Base2802.3i三类双绞线10BaseT802.3jMMF光缆10BaseF快速以太网FE802.3u五类双绞线100BaseTMMF/SMF光纤100BaseF千兆以太网GE802.3ab超五类双绞线1000BaseT802.3z850nm短波光缆1000BaseSX1310nm长波光缆1000BaseLX/LH万兆以太网TE802.3ae850nm短波光缆10GBaseS1310nm长波光缆10GBaseL1550nm长波光缆10GBaseE©人民邮电出版社2014.10第11页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/203.1.2以太网技术标准及发展……802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6DQDB802.8FDDI802.2LLC数据链路层物理层LLCMAC802.1DBridge802.1A体系结构IEEE802体系结构示意图PHY©人民邮电出版社2014.10第12页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20以太网的发展的主要原因：开放标准，获得众多服务提供商的支持结构简单，管理方便，价格低廉持续技术改进，满足用户不断增长的需求网络可平滑升级，保护用户投资3.1.1以太网技术标准及发展©人民邮电出版社2014.10第13页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/203.1.2以太网介质访问控制技术1.IEEE802.3数据帧结构前导符帧开始界定符目的物理地址源物理地址长度或类型数据和填充CRC字节数：7166246~150041或0交替10101011最短64字节，最长1500字节©人民邮电出版社2014.10第14页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20载波监听策略（三种类型）：非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲。1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据（以概率1-p延迟一段时间后再发送）CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。工作原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能发送，需等待一段时间后重试。CSMA类型与CSMA/CD工作原理©人民邮电出版社2014.10第15页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多点访问•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。•CSMA/CD可归结为四句话：发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避。©人民邮电出版社2014.10第16页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20CSMA/CD的流程图媒体忙？发送帧碰撞？发送完？发送JamN≥16?YesNoNoYes发送成功Yes发送失败No延迟随机时间NoYes发送帧碰撞次数N++©人民邮电出版社2014.10第17页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20Ethernet/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ABCABCABCABCAA(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©人民邮电出版社2014.10第18页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20高速以太网技术100Mbit/s以太网技术1Gbit/s以太网技术10Gbit/s以太网技术©人民邮电出版社2014.10第19页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/203.1.3100Mbit/s快速以太网技术快速以太网体系结构数据连路层数据连路层物理信令子层传输介质LLC子层MAC子层OSIIEEE802MAC子层100BaseTX100BaseFX100BaseT4100BaseT22对5类UTP4对3类UTP2对3类UTP光缆©人民邮电出版社2014.10第20页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20快速以太网系统组成PCPCPCPC收发器收发器光缆100BaseTX100BaseTX网络组成部分包括：网卡（外置或内置收发器），收发器（外置）与收发器电缆和光缆，集线器，双绞线及光缆媒体。收发器称为光钎收发器，收发器与集线器连接的端口为UTP/RJ-45，采用光缆连接的两个收发器的端口为100BaseFX。所有媒体上均传输100Mbit/s的信息。©人民邮电出版社2014.10第21页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20快速以太网自动协商网卡和集线器的端口RJ-45上可能支持多种工作模式，可能是100BaseTX、T2或T4，也可能是10BaseT，还可能是全双工模式。因此当两个设备端口间进行连接时，为了达到逻辑上的互通，可以人工进行工作模式的配置。对于设备所支持的工作模式必须进行自动协商的优先级排队。优先级别可定为7级，100baseT2全双工为最高优先级，100BaseTX全双工为第二优先级等。两个支持自动协商功能的设备，其端口间在UTP连接并进行加电后，首先就在端口间进行自动协商，协商的结果获得了两者所拥有的共同最佳工作模式。例如，如果双方都具有10BaseT和100BaseTX工作模式，则自动协商后，按共同的高优先级工作模式进行自动配置，最后端口间确定按100BaseTX工作模式进行工作。©人民邮电出版社2014.10第22页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/20快速以太网10/100Mbit/s自适应端口间10Mbit/s与100Mbit/s传输率的自动匹配功能，或称为10Mbit/s/100Mbit/s自适应功能显然能满足以上的要求。当一个原有的10BaseT系统欲过渡或升级到100BaseTX系统，并非所有的站都需要升级而置换成100BaseTX的网卡。在过渡的系统中，一部分的站为了得到高带宽而置换成100Mbit/s网卡，而大部站可能仍处在10BaseT工作模式上。此时必须更换10BaseT集线器，而新的100BaseTX集线器的端口必须具有自动协商功能才能达到过渡的目的。10Mbit/s/100Mbit/s自适应的处理过程就会发生在原有10BaseT网卡和新的100BaseTX集成器的端口间UTP上。©人民邮电出版社2014.10第23页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/201Gbit/s以太网技术的产生1Gbit/s以太网在作为骨干网络时能够在不降低性能的前提下支持更多的网络分段和结点。首先它能够聚集下层交换机，提供超高速交换路径；其次，它能将主服务器资源与各分支设备连接，以解决现存的快速以太网转发的瓶颈问题。网络主干上有了1Gbit/s以太网交换机的支持，可以把原来的100BaseT系统设备迁移到低层，这样主干上实现了无阻塞，低层又能分享到更多的带宽。1Gbit/s以太网是10M/100Mbit/s以太网的自然“进化”，它不仅仅使系统增加了带宽，而且还带来了通信服务质量，这一切都是在低开销的条件下实现的。3.1.41Gbit/s以太网技术©人民邮电出版社2014.10第24页“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材2019/12/201Gbit/