任務(wù)１認識局域網(wǎng)一、局域網(wǎng)的特點局域網(wǎng)（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ，ＬＡＮ）是指在某一區(qū)域內(nèi)一般是方圓幾千米以內(nèi)由多臺計算機互聯(lián)成的計算機組。以太網(wǎng)是當(dāng)今占主導(dǎo)地位的局域網(wǎng)（ＬＡＮ）技術(shù)。以太網(wǎng)的基本特征是：物理介質(zhì)（電纜）將信息傳送到所有站點?，F(xiàn)在以太網(wǎng)已經(jīng)從一種共享介質(zhì)、有爭議的數(shù)據(jù)通信技術(shù)發(fā)展成為現(xiàn)在的高帶寬、全雙工網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。下一頁返回任務(wù)１認識局域網(wǎng)二、以太網(wǎng)的發(fā)展歷程以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)最早起步于１９７０年，是在一個叫作Ａｌｏｈａｎｅｔ的計劃中提出來的。Ａｌｏｈａｎｅｔ是一個數(shù)字無線電網(wǎng)絡(luò)，用于通過夏威夷群島之間共享的無線電頻率發(fā)送信息。Ａｌｏｈａｎｅｔ要求所有電臺都遵循一個協(xié)議，該協(xié)定規(guī)定，未經(jīng)確認的發(fā)送在短時間等待后需要重新發(fā)送。以這種方式共用介質(zhì)的技術(shù)后來通過以太網(wǎng)的形式應(yīng)用到有線技術(shù)領(lǐng)域。其第一個版本融入了一種稱為載波偵聽多路訪問／沖突檢測（ＣＳＭＡ／ＣＤ）的介質(zhì)訪問方法。ＣＳＭＡ／ＣＤ負責(zé)管理多臺設(shè)備通過一個共享物理介質(zhì)通信時產(chǎn)生的問題。上一頁下一頁返回任務(wù)１認識局域網(wǎng)１.早期的以太網(wǎng)早期的以太網(wǎng)使用同軸電纜連接計算機，拓撲結(jié)構(gòu)為總線型。每臺計算機都直接連接到主干總線上。根據(jù)采用的傳輸介質(zhì)不同，這些早期以太網(wǎng)分為粗纜以太網(wǎng)（１０Ｂａｓｅ－５）和細纜以太網(wǎng)（１０Ｂａｓｅ－２）兩種。粗纜以太網(wǎng)（１０Ｂａｓｅ－５）：使用直徑為１０ｍｍ、阻抗為５０Ω的同軸粗纜，拓撲結(jié)構(gòu)為總線型，網(wǎng)中傳輸?shù)男畔⒉捎寐鼜厮固鼐幋a，傳輸５００ｍ的距離而不需要信號中繼器。組網(wǎng)時，首先把網(wǎng)卡插入到微機的擴展槽中，然后把一個收發(fā)器通過一條不超過１５ｍ長的收發(fā)器電纜（ＡＵＩ電纜）連接到網(wǎng)卡上的１５芯插座上，而收發(fā)器則直接與粗纜連接，如圖３－１所示。上一頁下一頁返回任務(wù)１認識局域網(wǎng)２.傳統(tǒng)以太網(wǎng)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是指１０Ｂａｓｅ－Ｔ網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)時采用的傳輸介質(zhì)是雙絞線（ＵＴＰ），它的物理拓撲結(jié)構(gòu)是一種星型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)段的中心點通常是集線器，通常也稱作ＨＵＢ，上面裝有ＲＪ－４５接口，接口數(shù)量一般為４、８、１２、１６、２４個，一般還設(shè)有同軸電纜接口作為擴展用，如圖３－２所示。３.快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)又稱為１００Ｂａｓｅ－ＴＸ網(wǎng)，與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比，快速以太網(wǎng)用交換機取代了集線器，從而大大增強了局域網(wǎng)的性能，如圖３－３所示。上一頁下一頁返回任務(wù)１認識局域網(wǎng)４.高速以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)鏈路上每天的應(yīng)用流量如此巨大，即使是最強大的網(wǎng)絡(luò)也不堪重負。例如，ＩＰ語音（ＶｏＩＰ）使用和多媒體服務(wù)的日益增長，需要速度超過１００Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)的連接。千兆以太網(wǎng)用于描述提供１０００Ｍｂ／ｓ（１Ｇｂ／ｓ）或以上帶寬的以太網(wǎng)。這種功能建立在全雙工功能以及早期以太網(wǎng)的ＵＴＰ和光纖介質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)上。當(dāng)潛在吞吐量從１００Ｍｂ／ｓ增長到１Ｇｂ／ｓ及以上時，網(wǎng)絡(luò)性能的提高非常明顯。升級到１Ｇｂ／ｓ以太網(wǎng)并不一定意味著必須完全取代電纜和交換機的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。上一頁下一頁返回任務(wù)１認識局域網(wǎng)三、以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)是一個通信網(wǎng)，只涉及相當(dāng)于ＯＳＩ模型第一層以及第二層下半層的功能需求，內(nèi)部采用共享信道技術(shù)，不單獨設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層，如圖３－４所示。四、以太網(wǎng)ＭＡＣ子層的功能ＭＡＣ子層主要有兩項職責(zé)：數(shù)據(jù)封裝、介質(zhì)訪問控制。１.數(shù)據(jù)封裝（見圖３－５）數(shù)據(jù)封裝提供三項主要功能：幀定界；編址；錯誤檢測。上一頁下一頁返回任務(wù)１認識局域網(wǎng)數(shù)據(jù)封裝的另一項功能是錯誤檢測。每個以太網(wǎng)幀都包含幀尾，其中含有幀內(nèi)容的循環(huán)冗余校驗（ＣＲＣ）。在收到幀后，接收節(jié)點將會創(chuàng)建一個ＣＲＣ，與幀中的ＣＲＣ進行比較。如果兩個ＣＲＣ的計算一致，就可以相信已正確無誤地收到該幀。２.介質(zhì)訪問控制（見圖３－６）ＭＡＣ子層控制幀在介質(zhì)中的位置以及從介質(zhì)中刪除幀。顧名思義，其功能是管理介質(zhì)訪問控制，包括啟動幀的發(fā)送以及從沖突引起的發(fā)送故障中恢復(fù)。上一頁下一頁返回任務(wù)１認識局域網(wǎng)五、以太網(wǎng)ＬＬＣ子層的功能在以太網(wǎng)的第一層上涉及信號、介質(zhì)中傳輸?shù)谋忍亓鳌⑿盘柗诺浇橘|(zhì)上的物理組件以及各種拓撲，它在設(shè)備之間的通信中扮演主要角色，但其各項功能都有局限性，如圖３－７所示。對于以太網(wǎng)，ＩＥＥＥ８０２.２標準規(guī)范ＬＬＣ子層的功能，而８０２.３標準規(guī)范ＭＡＣ子層和物理層的功能。ＬＬＣ處理與上層（網(wǎng)絡(luò)軟件）以及下層（通常是硬件）之間的通信。ＬＬＣ子層獲取網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)（通常是ＩＰｖ４數(shù)據(jù)包）并加入控制信息，幫助將數(shù)據(jù)包傳送到目的節(jié)點（如圖３－８所示）。上一頁下一頁返回任務(wù)１認識局域網(wǎng)ＬＬＣ可為網(wǎng)絡(luò)用戶提供兩種服務(wù)：無確認無連接服務(wù)和面向連接的服務(wù)。（１）無確認無連接服務(wù)它提供無須建立數(shù)據(jù)鏈路級連接而網(wǎng)絡(luò)層實體能交換鏈路服務(wù)數(shù)據(jù)單元的手段。數(shù)據(jù)傳送方式可以是點到點、點到多點式，也可以是廣播式。這是一種數(shù)據(jù)報服務(wù)。（２）面向連接的服務(wù)在這種服務(wù)方式下，必須先建立鏈路連接，才能進行幀的傳送。它提供了建立、維持、復(fù)位和終止數(shù)據(jù)鏈路層連接的手段。還提供了數(shù)據(jù)鏈路層的定序、流控和錯誤恢復(fù)，這是一種虛電路服務(wù)。上一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)一、什么是介質(zhì)訪問控制在共享介質(zhì)環(huán)境中，所有設(shè)備都可以訪問介質(zhì)，如果多臺設(shè)備同時發(fā)送，但它們沒有確定優(yōu)先順序，就會帶來問題。也就是說多臺設(shè)備同時發(fā)送物理信號時，這些物理信號就會碰撞而發(fā)生沖突，沖突后的網(wǎng)絡(luò)必須恢復(fù)才能繼續(xù)通信。介質(zhì)訪問控制（ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）簡稱ＭＡＣ。當(dāng)局域網(wǎng)中共用信道的使用產(chǎn)生競爭時，通過介質(zhì)訪問控制解決如何分配信道的使用權(quán)問題。下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)１.爭用型介質(zhì)訪問控制又稱隨機型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議，如：ＣＳＭＡ／ＣＤ（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓｗｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）———載波偵聽多路訪問／沖突檢測協(xié)議方式。因為以太網(wǎng)中的所有計算機都在同一介質(zhì)上發(fā)送報文，所以使用分布式協(xié)調(diào)方案（ＣＳＭＡ）來檢測電纜中的電信號活動。然后，設(shè)備可以確定能夠發(fā)送的時間。當(dāng)設(shè)備檢測到?jīng)]有其他計算機在傳送幀或載波信號時，就會發(fā)送其要發(fā)送的內(nèi)容，如圖３－９所示。上一頁下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)（１）載波偵聽在ＣＳＭＡ／ＣＤ訪問方法中，要發(fā)送報文的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在發(fā)送之前必須進行偵聽。如果設(shè)備檢測到來自其他設(shè)備的信號，就會等待指定的時間后嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)報文。在發(fā)送報文的過程中，該發(fā)送設(shè)備仍會繼續(xù)偵聽局域網(wǎng)中的通信或沖突。報文發(fā)送之后，該設(shè)備將恢復(fù)其默認偵聽模式———先聽后發(fā)。（２）多路訪問如果設(shè)備之間的距離導(dǎo)致一臺設(shè)備的信號延時，則另一臺設(shè)備可能沒有檢測到信號，從而也開始發(fā)送信號。那么，現(xiàn)有兩臺設(shè)備同時在介質(zhì)中發(fā)送信號。它們的報文將在介質(zhì)中傳播，直到相互碰頭。此時，兩者的信號就會混合，報文被毀壞。雖然報文已損壞，但剩余信號會混雜在一起繼續(xù)沿介質(zhì)傳播。上一頁下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)（３）沖突檢測當(dāng)設(shè)備處于偵聽模式時，可以檢測共享介質(zhì)中發(fā)生的沖突。沖突檢測之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，是因為當(dāng)信號量超過正常水平時，所有設(shè)備都可以檢測到。一旦發(fā)生沖突，處于偵聽模式的其他設(shè)備以及所有正在發(fā)送的設(shè)備，將會檢測到信號量的增長。檢測到?jīng)_突之后，各臺設(shè)備將繼續(xù)發(fā)送，以確保網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都檢測到?jīng)_突。（４）堵塞信號和隨機回退發(fā)送設(shè)備檢測到?jīng)_突之后，將發(fā)出堵塞信號。這種堵塞信號用于通知其他設(shè)備發(fā)生了沖突，以便它們調(diào)用回退算法?；赝怂惴▽⑹顾性O(shè)備在隨機時間內(nèi)停止發(fā)送，以讓沖突消除。上一頁下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)２.確定型介質(zhì)訪問控制確定型介質(zhì)訪問控制又稱有序的訪問控制協(xié)議，如Ｔｏｋｅｎ（令牌）方式。令牌訪問控制方法可分為令牌環(huán)訪問控制和令牌總線訪問控制兩類。目前已較少采用令牌總線訪問控制。令牌環(huán)訪問控制的工作原理如下。令牌環(huán)上傳輸一種特殊的數(shù)據(jù)（三個字節(jié)的一種特殊幀）稱為令牌，只有有令牌的設(shè)備才有傳輸權(quán)限。如果環(huán)上的某個工作站收到令牌并且有信息發(fā)送，它就改變令牌中的一位（該操作將令牌變成一個幀開始序列），添加想傳輸?shù)男畔?，然后將整個信息發(fā)往環(huán)中的下一工作站。當(dāng)這個信息幀在環(huán)上傳輸時，網(wǎng)絡(luò)中沒有令牌，這就意味著其他工作站想傳輸數(shù)據(jù)就必須等待，因此令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)中不會發(fā)生傳輸沖突，如圖３－１０所示。上一頁下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)二、通信方式對于點對點之間的通信，按照消息傳送的方向與時間關(guān)系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。１.單工通信（ＳｉｍｐｌｅｘＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）單工通信是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞健Ｔ趩喂ねㄐ胖?，通信的信道是單向的，發(fā)送端與接收端也是固定的，即發(fā)送端只能發(fā)送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能發(fā)送信息?；谶@種情況，數(shù)據(jù)信號從一端傳送到另外一端，信號流是單方向的，如圖３－１１所示。上一頁下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)２.半雙工通信（Ｈａｌｆ－ｄｕｐｌｅｘＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）半雙工通信可以實現(xiàn)雙向的通信，但不能在兩個方向上同時進行，必須輪流交替地進行。在這種工作方式下，發(fā)送端可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮斩耍幌鄳?yīng)地，接收端也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)送端。但是在同一個時刻，信息只能在一個方向上傳輸，因此，也可以將半雙工通信理解為一種切換方向的單工通信。３.全雙工通信（Ｆｕｌｌ－ｄｕｐｌｅｘＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）全雙工通信是指在通信的任意時刻，線路上存在Ａ到Ｂ和Ｂ到Ａ的雙向信號傳輸。全雙工通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，又稱為雙向同時通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，如圖３－１２所示。上一頁下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)三、單播、組播、廣播在通信網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)信息接收者的數(shù)量和所在范圍，網(wǎng)絡(luò)通信可分為單播、組播和廣播。①單播：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的通信就好像是人們之間的對話一樣。如果一個人對另外一個人說話，那么用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的術(shù)語來描述就是“單播”，此時信息的接收和傳遞只在兩個節(jié)點之間進行。②組播：組播可以稱為多播，在現(xiàn)實生活中，人們用手機群發(fā)信息，將要發(fā)送的信息一次性的發(fā)給特定的一群人，這是組播在生活中的應(yīng)用。上一頁下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)③廣播：廣播在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用較多，如客戶機通過ＤＨＣＰ自動獲得ＩＰ地址的過程就是通過廣播來實現(xiàn)的。但是同單播和多播相比，廣播幾乎占用了子網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的所有帶寬。四、集線器和沖突域１.什么是沖突域（ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｏｍａｉｎ）在以太網(wǎng)中，如果某個ＣＳＭＡ／ＣＤ網(wǎng)絡(luò)上的兩臺計算機同時通信會發(fā)生沖突，那么這個ＣＳＭＡ／ＣＤ網(wǎng)絡(luò)就是一個沖突域。如果以太網(wǎng)中的各個網(wǎng)段以中繼器連接，因為不能避免沖突，所以它們?nèi)匀皇且粋€沖突域，如圖３－１３所示。上一頁下一頁返回任務(wù)２了解以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)２.集線器與沖突集線器是傳統(tǒng)以太網(wǎng)中用得最多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用集線器連接的節(jié)點經(jīng)常發(fā)生沖突的現(xiàn)象。集線器是傳統(tǒng)局域網(wǎng)中普遍使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，集線器可讓更多節(jié)點連接到共享的介質(zhì)。它將收到的數(shù)據(jù)信號重新發(fā)送到所有連接的設(shè)備（向集線器發(fā)送信號的設(shè)備除外）。由于集線器在物理層運行，只處理介質(zhì)中的信號，因此它們連接的設(shè)備之間以及集線器本身內(nèi)部可能會發(fā)生沖突。上一頁返回任務(wù)３熟悉ＭＡＣ地址一、什么是ＭＡＣ地址起初，以太網(wǎng)用總線拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，每臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都連接到同一個共享介質(zhì)———總線上。在流量小的網(wǎng)絡(luò)或小型網(wǎng)絡(luò)中，這是可以接受的。對于這種網(wǎng)絡(luò)，需要解決的主要問題是如何標識網(wǎng)絡(luò)上的每臺設(shè)備（見圖３－１４）。信號被發(fā)送給每臺設(shè)備，但接收設(shè)備如何標識自己為接收方呢？這個問題是通過源地址和目的地址來解決的。為確定以太網(wǎng)中的源地址和目的地址，創(chuàng)建了地址的唯一標識符，稱為介質(zhì)訪問控制（ＭＡＣ）地址。下一頁返回任務(wù)３熟悉ＭＡＣ地址二、ＭＡＣ地址的構(gòu)成以太網(wǎng)ＭＡＣ地址是６個字節(jié)４８位二進制數(shù)組成。這６個字節(jié)分成兩部分，前３個字節(jié)是由ＩＥＥＥ的注冊管理機構(gòu)ＲＡ分配給不同廠家的代碼（高位２４位），稱為組織唯一標識符（ＯＵＩ），后３個字節(jié)（低位２４位）由各廠家自行指派給生產(chǎn)的適配器接口，稱為擴展標識符（唯一性），如圖３－１５所示。ＩＥＥＥ要求廠商遵守兩條簡單的規(guī)定：分配給網(wǎng)卡或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的所有ＭＡＣ地址都必須使用廠商分配的ＯＵＩ作為前３個字節(jié)；ＯＵＩ相同的所有ＭＡＣ地址的最后３個字節(jié)必須是互不重復(fù)的唯一值（廠商代碼或序列號）。上一頁下一頁返回任務(wù)３熟悉ＭＡＣ地址三、查看ＭＡＣ查看計算機的ＭＡＣ地址的工具是ｉｐｃｏｎｆｉｇ／ａｌｌ或ｉｆｃｏｎｆｉｇ命令。在圖３－１６中，請注意該計算機的ＭＡＣ地址。如果用戶有訪問權(quán)限，可以在自己的計算機上試一下。通過ｉｆｃｏｎｆｉｇ命令，還可以研究ＭＡＣ地址的ＯＵＩ來確定網(wǎng)卡的制造商。四、在以太網(wǎng)的單播、組播和廣播使用的ＭＡＣ地址在以太網(wǎng)中，第二層單播、組播和廣播通信會使用不同的ＭＡＣ地址。上一頁下一頁返回任務(wù)３熟悉ＭＡＣ地址１.單播ＭＡＣ地址單播ＭＡＣ地址是幀從一臺發(fā)送設(shè)備發(fā)送到一臺目的設(shè)備時使用的唯一地址。在圖３－１７中的示例中，ＩＰ地址為１９２.１６８.１.５的主機（源）向ＩＰ地址為１９２.１６８.１.２００的服務(wù)器請求網(wǎng)頁。要傳送和接收單播數(shù)據(jù)包，目的ＩＰ地址必須包含于ＩＰ數(shù)據(jù)包頭中。相應(yīng)的目的ＭＡＣ地址也必須出現(xiàn)于以太網(wǎng)幀頭中。只有ＩＰ地址和ＭＡＣ地址相結(jié)合，才能將數(shù)據(jù)傳送到特定的目的主機。上一頁下一頁返回任務(wù)３熟悉ＭＡＣ地址２.廣播ＭＡＣ地址發(fā)送廣播時，數(shù)據(jù)包目的ＩＰ地址的主機部分全部為“１”。這種地址表示本地網(wǎng)絡(luò)（廣播域）中的所有主機都將接收和處理該數(shù)據(jù)包。許多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如動態(tài)主機配置協(xié)議（ＤＨＣＰ）和地址解析協(xié)議（ＡＲＰ）等，都使用廣播。如圖３－１８所示，網(wǎng)絡(luò)的廣播ＩＰ地址需要在以太網(wǎng)幀中包含相應(yīng)的廣播ＭＡＣ地址。在以太網(wǎng)中，廣播ＭＡＣ地址為４８位，全部為“１”，以十六進制顯示時則為ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ。上一頁下一頁返回任務(wù)３熟悉ＭＡＣ地址３.組播ＭＡＣ地址源設(shè)備通過組播地址向一組設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包。屬于同一組的播組設(shè)備都被分配了該組組播ＩＰ地址。組播地址的范圍為２２４.０.０.０～２３９.２５５.２５５.２５５。由于組播地址代表一組地址（有時稱為主機組），因此只能用作數(shù)據(jù)包的目的地址。源地址始終為單播地址。組播地址常用于遠程游戲中，許多玩家遠程連接同一個游戲并玩該游戲；通過視頻會議遠程學(xué)習(xí)也使用組播地址，許多學(xué)生連接到同一個課程。如圖３－１９中例子所示，目的ＩＰ地址為２２４.０.０.１０，低２３位為０.０.１０，換算得出十六進制０１－００－５Ｅ－００－００－０Ａ。每個十六進制字符均為４個二進制位。上一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機一、用交換機組建以太網(wǎng)在過去幾年中，交換機迅速成為大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分。交換機可以將ＬＡＮ細分為多個單獨的沖突域，其每個端口都代表一個單獨的沖突域，為該端口連接的節(jié)點提供完全的介質(zhì)帶寬。由于每個沖突域中的節(jié)點減少了，各個節(jié)點可用的平均帶寬就增多了，沖突也隨之減少。局域網(wǎng)可以用一臺中心交換機連接到仍然為節(jié)點提供連通性的集線器，也可以直接將所有節(jié)點連接到交換機。這些拓撲如圖３－２０所示。下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機二、用交換機組網(wǎng)的優(yōu)點在局域網(wǎng)中用交換機組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量會大幅增加。這種增加主要緣于三個原因：每個端口有專用的帶寬；沒有沖突的環(huán)境；全雙工操作。這些物理星型拓撲實質(zhì)上是點到點鏈路。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機１.專用帶寬每個節(jié)點在節(jié)點與交換機的連接中都有全部介質(zhì)帶寬可供使用。由于集線器會復(fù)制收到的信號并發(fā)送到所有其他端口，因此傳統(tǒng)的以太網(wǎng)集線器將形成邏輯總線。這意味著所有節(jié)點都必須共享此總線的帶寬。而使用交換機時，每臺設(shè)備在其與交換機的連接中都能有效地建立專用的點到點連接，不必競爭介質(zhì)。２.沒有沖突的環(huán)境（見圖３－２１）與交換機之間的專用點到點連接同時也消除了設(shè)備之間的介質(zhì)競爭，使節(jié)點很少甚至不會發(fā)生沖突。在使用集線器的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，一個中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)有４０％～５０％的帶寬用于沖突恢復(fù)；而在幾乎沒有沖突的交換以太網(wǎng)中，基本上沒有任何開銷用于沖突恢復(fù)。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機３.全雙工操作交換還使網(wǎng)絡(luò)在全雙工以太網(wǎng)環(huán)境中運行。在引入交換之前，以太網(wǎng)只支持半雙工模式。這意味著，在任何指定時間，某個點要么發(fā)送，要么接收。而交換以太網(wǎng)中啟用全雙工之后，直接連接到交換機端口的設(shè)備可以使用全部介質(zhì)帶寬同時發(fā)送和接收（見圖３－２２）。三、交換機的交換原理以太網(wǎng)交換機選擇性地將幀從接收端口轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點的端口。這一選擇性轉(zhuǎn)發(fā)過程可被視為在發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點之間建立短暫的點到點連接。連接長度只夠轉(zhuǎn)發(fā)一個幀。在此瞬間，兩個節(jié)點之間的連接可以使用全部帶寬，代表一種邏輯點到點連接。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機通過存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換，交換機將接收整個幀，檢查ＦＳＣ是否有錯誤，然后將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點的適當(dāng)端口。因為節(jié)點無須等待介質(zhì)空閑，所以節(jié)點能夠以介質(zhì)全速發(fā)送和接收，而不會有沖突引起的損失，也不會產(chǎn)生與管理沖突相關(guān)的開銷。１.轉(zhuǎn)發(fā)基于目的ＭＡＣ交換機維護著一個表，稱為ＭＡＣ表。該表將目的ＭＡＣ地址與用于連接節(jié)點的端口進行比對。對于每個收到的幀，交換機都會將幀頭中的ＭＡＣ地址與ＭＡＣ表中的地址列表進行比對。如果找到匹配項，表中與ＭＡＣ地址配對的端口號將用作幀的退出端口。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機ＭＡＣ表可能有許多不同的名稱，通常稱為交換表（如圖３－２３所示）。因為交換源自一種稱為透明橋接的早期技術(shù)，所以該表有時也稱為網(wǎng)橋表?；诖嗽?，局域網(wǎng)交換機執(zhí)行的許多處理名稱中可能含有網(wǎng)橋或橋接字樣。２.交換機的操作以太網(wǎng)交換機采用五種基本操作來實現(xiàn)其用途：獲取；過期；泛洪；選擇性轉(zhuǎn)發(fā)；過濾。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機（１）獲?。停粒帽碇斜仨毺钊耄停粒玫刂芳捌鋵?yīng)的端口。獲取過程可以在正常操作期間動態(tài)獲取這些映射。當(dāng)每個幀進入交換機時，交換機將會檢查源ＭＡＣ地址。通過查詢過程，交換機將確定表中是否已經(jīng)包含該ＭＡＣ地址的條目。如果未包含，交換機將使用源ＭＡＣ地址在ＭＡＣ表中新建一個條目（如圖３－２４所示），然后將地址與條目到達的端口進行配對?，F(xiàn)在，交換機可以使用此映射將幀轉(zhuǎn)發(fā)到該節(jié)點。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機（２）過期通過獲取過程獲取的ＭＡＣ表條目具有時間戳。此時間戳用于從ＭＡＣ表中刪除舊條目。當(dāng)某個條目在ＭＡＣ表中創(chuàng)建之后，就會使用其時間戳作為起始值開始遞減計數(shù)。值計數(shù)到０后，交換機下一次從該節(jié)點的相同端口接收幀時，將會刷新表中的該條目。（３）泛洪如果目的ＭＡＣ地址不在ＭＡＣ表中，交換機就不知道哪一個端口發(fā)送幀，此時它會將幀發(fā)送到除發(fā)送端口以外的所有其他端口（如圖３－２５所示）。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機（４）選擇性轉(zhuǎn)發(fā)選擇性轉(zhuǎn)發(fā)是檢查幀的目的ＭＡＣ地址后將幀從適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去的過程。這是交換機的核心功能。當(dāng)節(jié)點發(fā)送幀到交換機時，如果交換機知道該節(jié)點的ＭＡＣ地址，交換機會將此地址與ＭＡＣ表中的條目比對，然后將幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。此時交換機不是將幀泛洪到所有端口，而是通過其指定端口發(fā)送到目的節(jié)點，此操作稱為轉(zhuǎn)發(fā)。（５）過濾在某些情況下，幀不會被轉(zhuǎn)發(fā)，此過程稱為幀過濾。過濾的作用：使交換機不將幀轉(zhuǎn)發(fā)到接收幀的端口，丟棄損壞的幀。如果幀沒有通過ＣＲＣ檢查，就會被丟棄。對幀進行過濾的另一個原因是安全。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機四、檢查ＭＡＣ地址與端口關(guān)聯(lián)通過使用ＣｉｓｃｏＩＯＳｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅ命令，可以檢查ＭＡＣ地址與端口關(guān)聯(lián)。（１）查看ｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅ命令的選項發(fā)出命令ｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅ？＜ＥＮＴＥＲ＞。將會輸出命令的所有選項。（２）檢查動態(tài)ＭＡＣ地址表條目發(fā)出命令ｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅ。此命令將顯示靜態(tài)（ＣＰＵ）和動態(tài)條目或獲取的條目。列出ＭＡＣ地址和相應(yīng)的交換機端口填入表３－１。上一頁下一頁返回任務(wù)４熟悉以太網(wǎng)與交換機（３）檢查ＭＡＣ地址表過期時間發(fā)出命令ｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅａｇｉｎｇ－ｔｉｍｅ。此命令將以秒為單位顯示ＭＡＣ地址條目存儲的默認時間。上一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層一、以太網(wǎng)的電纜類型標準以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)與萬兆以太網(wǎng)之間的差異在于物理層，通常稱作以太網(wǎng)ＰＨＹ。以太網(wǎng)遵守ＩＥＥＥ８０２.３標準。目前為通過光纜和雙絞線電纜的運行定義了四種數(shù)據(jù)速率：１０Ｍｂ／ｓ———１０Ｂａｓｅ－Ｔ以太網(wǎng)；１００Ｍｂ／ｓ———快速以太網(wǎng)；１０００Ｍｂ／ｓ———千兆以太網(wǎng)；１０Ｇｂ／ｓ———萬兆以太網(wǎng)。雖然這些不同的數(shù)據(jù)速率會實現(xiàn)許多不同的以太網(wǎng)，但此處只介紹較常用的以太網(wǎng)實現(xiàn)方法。表３－２中所示為以太網(wǎng)ＰＨＹ的部分特征。下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層二、１０Ｍｂ／ｓ和１００Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)物理層１０Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)主要有以下幾種：使用同軸粗纜的１０Ｂａｓｅ－５；使用同軸細纜的１０Ｂａｓｅ－２；使用三類／五類非屏蔽雙絞線電纜的１０Ｂａｓｅ－Ｔ。早期的以太網(wǎng)１０Ｂａｓｅ－５和１０Ｂａｓｅ－２在物理總線中使用同軸電纜。這些實現(xiàn)方法現(xiàn)在已不再使用，新版８０２.３標準也不再支持它們。上一頁下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層（１）１０Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)———１０Ｂａｓｅ－Ｔ１０Ｂａｓｅ－Ｔ采用曼徹斯特編碼，通過兩條非屏蔽雙絞線電纜傳送。早期的１０Ｂａｓｅ－Ｔ使用三類電纜。但現(xiàn)在一般使用五類或更高規(guī)格的電纜。１０Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)使用物理星型拓撲。１０Ｂａｓｅ－Ｔ以太網(wǎng)鏈路長度在１００ｍ以內(nèi)都不需要集線器或中繼器。使用兩對四線對電纜，并且在每個終端以８引腳ＲＪ－４５連接器端接。連接到引腳１和２的線對用于發(fā)送，連接到引腳３和６的線對用于接收。圖３－２６中所示為用于１０Ｂａｓｅ－Ｔ以太網(wǎng)的ＲＪ－４５引腳。上一頁下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層（２）１００Ｍｂ／ｓ———快速以太網(wǎng)２０世紀９０年代中后期建立了幾個新的８０２.３標準，用于規(guī)范通過以太網(wǎng)介質(zhì)以１００Ｍｂ／ｓ速度發(fā)送數(shù)據(jù)的方法。這些標準使用不同的編碼要求來實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。１００Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)也稱為快速以太網(wǎng)，可以使用雙絞線銅纜或光纖介質(zhì)來實現(xiàn)。最常見的１００Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)有：使用五類或更高規(guī)格ＵＴＰ電纜的１００Ｂａｓｅ－ＴＸ；使用光纜的１００Ｂａｓｅ－ＦＸ。由于快速以太網(wǎng)使用的較高頻率的信號更易于產(chǎn)生噪聲，因此１００Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)采用兩個獨立的編碼步驟來增強信號的完整性。上一頁下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層１００Ｂａｓｅ－ＦＸ標準使用的通信步驟與１００Ｂａｓｅ－ＴＸ相同，但它是通過光纖介質(zhì)而不是ＵＴＰ銅纜來傳送。這兩種介質(zhì)雖然編碼、解碼和時鐘恢復(fù)步驟都相同，但信號發(fā)送不同———銅纜是電子脈沖，而光纜是光脈沖。１００Ｂａｓｅ－ＦＸ使用低成本光纖接口連接器（通常稱為雙工ＳＣ連接器，見圖３－２７）。三、１０００Ｍｂ／ｓ以太網(wǎng)物理層千兆以太網(wǎng)標準的開發(fā)產(chǎn)生了ＵＴＰ銅纜、單模光纜和多模光纜的規(guī)格。在千兆以太網(wǎng)中，傳送相同比特的數(shù)據(jù)所需的時間，是１００Ｍｂ／ｓ網(wǎng)絡(luò)和１０Ｍｂ／ｓ網(wǎng)絡(luò)的幾分之一。由于信號傳送的時間更短，比特更容易產(chǎn)生雜信，因此定時非常關(guān)鍵。上一頁下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層（１）１０００Ｂａｓｅ－Ｔ以太網(wǎng)１０００Ｂａｓｅ－Ｔ以太網(wǎng)使用全部四對五類或更高規(guī)格的ＵＴＰ電纜提供全雙工發(fā)送。使用銅線的千兆以太網(wǎng)可使每個線對的速度從１００Ｍｂ／ｓ上升到１２５Ｍｂ／ｓ，四個線對的總速度將升到５００Ｍｂ／ｓ。又由于每個線對的信號都是全雙工，因此５００Ｍｂ／ｓ再度翻番而上升到１０００Ｍｂ／ｓ。１０００Ｂａｓｅ－Ｔ使用４Ｄ－ＰＡＭ５線路編碼來獲?。保牵猓蟮臄?shù)據(jù)吞吐量。這種編碼方案可讓四個線對同時發(fā)送信號。它將八位字節(jié)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為四個代碼符號（４Ｄ），在介質(zhì)上作為五級脈沖幅度調(diào)制（ＰＡＭ５）信號同時發(fā)送，每個線對發(fā)送一個。這意味著每個符號對應(yīng)兩位數(shù)據(jù)。上一頁下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層因為信息同時通過兩條路徑傳輸，所以電路必須在傳送方分割幀，然后在接收方重新組合。圖３－２８中所示為１０００Ｂａｓｅ－Ｔ以太網(wǎng)使用的電路示意圖。（２）使用光纖的１０００Ｂａｓｅ－ＳＸ和１０００Ｂａｓｅ－ＬＸ以太網(wǎng)與ＵＴＰ相比，光纖千兆以太網(wǎng)———１０００Ｂａｓｅ－ＳＸ和１０００Ｂａｓｅ－ＬＸ有以下優(yōu)勢：無雜信、體積小，并且無須中繼的距離遠，帶寬高。所有１０００Ｂａｓｅ－ＳＸ和１０００Ｂａｓｅ－ＬＸ版本都支持通過兩股光纜以１２５０Ｍｂ／ｓ的速度進行全雙工二進制發(fā)送。發(fā)送編碼基于８Ｂ／１０Ｂ編碼方案。這種編碼的開銷大，所以數(shù)據(jù)傳輸速度仍為１０００Ｍｂ／ｓ。上一頁下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層在發(fā)送之前，每個數(shù)據(jù)幀都將在物理層進行封裝，鏈路同步通過在幀間隙期間發(fā)送ＩＤＬＥ代碼組的連續(xù)流來維護。１０００Ｂａｓｅ－ＳＸ與１０００Ｂａｓｅ－ＬＸ光纖版本之間的主要差異在于鏈路介質(zhì)、連接器和光信號的波長，如圖３－２９所示。四、以太網(wǎng)的未來及發(fā)展ＩＥＥＥ８０２.３ａｅ標準經(jīng)過改編，納入了１０Ｇｂ／ｓ———通過光纜進行的全雙工發(fā)送。原始以太網(wǎng)的８０２.３ａｅ標準和８０２.３標準非常類似。萬兆以太網(wǎng)（１０ＧｂＥ）在不斷發(fā)展，不僅用于局域網(wǎng)，而且用于廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)。上一頁下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層由于幀格式及其他以太網(wǎng)第二層規(guī)格與之前的標準兼容，因此１０ＧｂＥ可以為那些能與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)交互操作的個別網(wǎng)絡(luò)提供更高的帶寬。１０Ｇｂ／ｓ以太網(wǎng)在以下方面能與以太網(wǎng)的其他變體相比擬：幀格式相同，支持傳統(tǒng)、快速、千兆及萬兆以太網(wǎng)之間的交互操作，無須重新成幀或進行協(xié)議轉(zhuǎn)換；比特時間目前為０.１ｎｓ，所有其他時間也按相應(yīng)的比例變化；上一頁下一頁返回任務(wù)５熟悉以太網(wǎng)的物理層由于只使用全雙工光纖連接，因此無須介質(zhì)競爭和ＣＳＭＡ／ＣＤ；ＯＳＩ模型第一層和第二層中的ＩＥＥＥ８０２.３子層基本被保留，只是稍作增改以支持４０ｋｍ光纖鏈路并與其他光纖技術(shù)交互操作。上一頁返回任務(wù)６熟悉網(wǎng)絡(luò)模擬器ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒＰＴ提供可視化、可交互的用戶圖形界面，來模擬各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其網(wǎng)絡(luò)處理過程，使得實驗更直觀、更靈活、更方便。一、ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的下載安裝ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ安裝包網(wǎng)上較多，可直接在網(wǎng)上搜索并下載，建議用戶到思科官方網(wǎng)站下載。解壓下載好的安裝包，點擊安裝程序，如圖３－３０所示，并按提示進行安裝即可。下一頁返回任務(wù)６熟悉網(wǎng)絡(luò)模擬器ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ安裝完成后，單擊Ｆｉｎｉｓｈ按鈕，關(guān)閉如圖３－３１所示窗口。二、ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的界面操作簡介安裝完成后，在主機桌面上會出現(xiàn)ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的圖標，如圖３－３２所示。雙擊ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的圖標啟動，出現(xiàn)ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的工作界面，如圖３－３３所示。上一頁下一頁返回任務(wù)６熟悉網(wǎng)絡(luò)模擬器ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的工作界面中提供兩個工作區(qū)：邏輯工作區(qū)（ＬｏｇｉｃａｌＷｏｒｋｐｌａｃｅ）與物理工作區(qū)（ＰｈｙｓｉｃａｌＷｏｒｋｐｌａｃｅ）。邏輯工作區(qū)（中間最大塊的地方）：主要工作區(qū)，用來完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的邏輯連接及配置，顯示當(dāng)前的拓撲結(jié)構(gòu)和各個設(shè)備的狀態(tài)，如圖３－３４所示。物理工作區(qū)：該區(qū)域提供了辦公地點（城市、辦公室、工作間等）和設(shè)備的直觀圖，可以對它們進行相應(yīng)配置，如圖３－３５所示。上一頁下一頁返回任務(wù)６熟悉網(wǎng)絡(luò)模擬器ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ單擊左上角可以切換這兩個工作區(qū)域。ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的工作界面中提供兩種工作模式：實時模式（Ｒｅａｌｔｉｍｅ）與模擬模式（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）。實時模式：默認模式。提供實時的設(shè)備配置和ＣｉｓｃｏＩＯＳＣＬＩ（ＣｏｍｍａｎｄＬｉｎｅＩｎ