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  • 共享局域网和交换局域网

    千次阅读 2012-03-16 09:24:44
    交换局域网即交换式局域网。传统的以太网中,在任意一个时刻网络中只能有一个站点发送数据,其他站点只可以接收信息,若想...交换式局域网的功能:交换式局域网可向用户提供共享式局域网不能实现的一些功能,主要包括以
    交换局域网即交换式局域网。传统的以太网中,在任意一个时刻网络中只能有一个站点发送数据,其他站点只可以接收信息,若想发送数据,只能退避等待。因此,共享式以太网的固定带宽被网络上所有站点共享,随机占用,网络中的站点越多,每个站点平均可以使用的带宽就越窄,网络的响应速度就越慢。交换式局域网的出现解决了这个问题。

    交换式局域网的功能:交换式局域网可向用户提供共享式局域网不能实现的一些功能,主要包括以下几个方面:(1)隔离冲突域在共享式以太网中,使用CSMA/CD算法来进行介质访问控制。如果两个或者更多站点同时检测到信道空闲而有帧准备发送,它们将发生冲突。一组竞争信道访问的站点称为冲突域。显然同一个冲突域中的站点竞争信道,便会导致冲突和退避。而不同冲突域的站点不会竞争公共信道,它们则不会产生冲突。在交换式局域网中,每个交换机端口就对应一个冲突域,端口就是冲突域终点,由于交换机具有交换功能,不同端口的站点之间不会产生冲突。如果每个端口只连接一台计算机站点,那么在任何一对站点之间都不会有冲突。若一个端口连接一个共享式局域网,那么在该端口的所有站点之间会产生冲突,但该端口的站点和交换机其他端口的站点之间将不会产生冲突。因此,交换机隔离了每个端口的冲突域。

    交换局域网-全双工局域网

    交换局域网
    1.全双工局域网的概念所有共享式局域网都是半双工方式的,即信道在任何时候只能在一个方向上传输数据,要么就是发送数据,要么就是接收数据,不能二者兼而有之。因为共享式局域网中所有的用户都依赖单条共享介质,所以在技术上不可能同时发送和接收数据。全双工局域网每个站点可以同时发送和接收数据,一对线用于发送数据,另一对线用于接收数据。交换技术是全双工以太网的必要前提,因为全双工要求只有两个站的点对点的连接。但有一点要注意,交换式局域网并不自动就是全双工操作,只有在交换器中设置了全双工端口以及做一些相应的改进,交换式局域网才是全双工局域网。

    2.全双工局域网的优点由于同时发送和接收,这在理论上可以使传输速度翻一番。例如工作于全双工模式的10BASE-T双绞线链路速率可达20Mbit/s。网段长度不再受共享介质半双工局域网计时要求的限制,它只受介质系统本身传输信号能力的限制。例如,在半双工模式下,100BASE-FX光纤网段长度限制为412m,而同样的介质系统在全双工模式下的长度可达2000m。3.全双工局域网标准IEEE与1997年3月正式制定了802.3x全双工局域网标准。该标准规定了全双工操作的使用方法以及全双工流量控制机制。IEEE802.3x标准规定全双工操作应该满足以下要求:物理介质必须不受干扰地支持同步发送和接收信号;全双工点对点链路必须连接两个站点;局域网上的两个站点都可以而且已配置成使用全双工模式。这意味着两个局域网接口必须可以同时发送和接收帧。
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  •    网络互连设备可以将网络划分为不同的冲突域、广播域。...如中继器工作在物理层,网桥交换机工作在数据链路层,路由器工作在网络层,而网关工作在OSI模型的上三层。而每一层的网络互连设备...

    本文转自http://cisco.chinaitlab.com/Cisco/38689.html

     

      网络互连设备可以将网络划分为不同的冲突域、广播域。但是,由于不同的网络互连设备可能工作在OSI模型的不同层次上。因此,它们划分冲突域、广播域的效果也就各不相同。如中继器工作在物理层,网桥和交换机工作在数据链路层,路由器工作在网络层,而网关工作在OSI模型的上三层。而每一层的网络互连设备要根据不同层次的特点完成各自不同的任务。  
      下面我们讨论常见的网络互连设备的工作原理以及它们在划分冲突域、广播域时各自的特点。

      
      1、传统以太网操作 
      传统共享式以太网 的典型代表是总线型以太网。在这种类型的以太网中,通信信道只有一个,采用介质共享(介质争用)的访问方法。每个站点在发送数据之前首先要侦听网络是否空闲,如果空闲就发送数据。否则,继续侦听直到网络空闲。如果两个站点同时检测到介质空闲并同时发送出一帧数据,则会导致数据帧的冲突,双方的数据帧均被破坏。这时,两个站点将采用"二进制指数退避 "的方法各自等待一段随机的时间再侦听、发送。
      在图1中,主机A只是想要发送一个单播数据包给主机B。但由于传统共享式以太网的广播性质,接入到总线上的所有主机都将收到此单播数据包。同时,此时如果任何第二方,包括主机B也要发送数据到总线上都将冲突,导致双方数据发送失败。我们称连接在总线上的所有主机共同构成了一个冲突域 (Sam: 即使A发送单播数据包也能接收到的所有主机 )。

      当主机A发送一个目标是所有主机的广播类型数据包时,总线上的所有主机都要接收该广播数据包,并检查广播数据包的内容,如果需要的话加以进一步的处理。我们称连接在总线上的所有主机共同构成了一个广播域 (Sam: 能够接收A发送的广播数据包的所有主机 )。

    图1、传统以太网

     

     

      2、中继器(Repeater) 
      中继器(Repeater)作为一个实际产品出现主要有两个原因:
      第一,扩展网络距离,将衰减信号经过再生。
      第二,实现粗同轴电缆以太网和细同轴电缆以太网的互连。
      通过中继器虽然可以延长信号传输的距离、实现两个网段的互连。但并没有增加网络的可用带宽。如图2所示,网段1和网段2经过中继器连接后构成了一个单个的冲突域和广播域。(Sam: 中继器相当于普通的传输介质 )

    图2、中继器连接的网络

     

     

      3、集线器(HUB)  
      集线器实际上相当于多端口 (在本章,我们常用"端口"一词代替"接口"这个术语)的中继器 。集线器通常有8个、16个或24个等数量不等的接口。
      集线器同样可以延长网络的通信距离,或连接物理结构不同的网络,但主要还是作为一个主机站点的汇聚点,将连接在集线器上各个接口上的主机联系起来使之可以互相通信。
      如图3所示,所有主机都连接到中心节点的集线器上构成一个物理上的星型连接但实际上,在集线器内部,各接口都是通过背板总线连接在一起的,在逻辑上仍构成一个共享的总线 。因此,集线器和其所有接口所接的主机共同构成了一个冲突域和一个广播域。

    图3、集线器连接的网络

     

     

      4、网桥(Bridge)  
      网桥(Bridge)又称为桥接器 。和中继器类似,传统的网桥只有两个端口,用于连接不同的网段。和中继器不同的是,网桥具有一定的"智能"性,可以"学习"网络上主机的地址,同时具有信号过滤的功能。  
      如图4所示,网段1的主机A发给主机B的数据包不会被网桥转发到网段2。因为,网桥可以识别这是网段1内部的通信数据流。同样,网段2的主机X发给主机Y的数据包也不会被网桥转发到网段1。可见,网桥可以将一个冲突域分割为两个。其中,每个冲突域共享自己的总线信道带宽。

      但是,如果主机C发送了一个目标是所有主机的广播类型数据包时,网桥要转发这样的数据包。网桥两侧的两个网段总线上的所有主机都要接收该广播数据包。因此,网段1和网段2仍属于同一个广播域。

    图4、网桥连接的网络

     

     

      5、交换机(Switch) 
      交换机(Switch)也被称为交换式集线器。它的出现是为了解决连接在集线器上的所有主机共享可用带宽的缺陷。
      交换机是通过为需要通信的两台主机直接建立专用的通信信道来增加可用带宽的。从这个角度上来讲,交换机相当于多端口网桥
      如图5所示,交换机为主机A和主机B建立一条专用的信道,也为主机C和主机D建立一条专用的信道。只有当某个接口直接连接了一个集线器,而集线器又连接了多台主机时,交换机上的该接口和集线器上所连的所有主机才可能产生冲突,形成冲突域。换句话说,交换机上的每个接口都是自己的一个冲突域

      但是,交换机同样没有过滤广播通信的功能。如果交换机收到一个广播数据包后,它会向其所有的端口转发此广播数据包。因此,交换机和其所有接口所连接的主机共同构成了一个广播域 。 
      我们将使用交换机作为互连设备的局域网称为交换式局域网

    图5、交换机连接的网络

     

     

      6、路由器(Router)
      路由器工作在网络层,可以识别网络层的地址——IP地址,有能力过滤第3层的广播消息。实际上,除非做特殊配置,否则路由器从不转发广播类型的数据包。因此,路由器的每个端口所连接的网络都独自构成一个广播域 。如图6所示,如果各网段都是共享式局域网,则每网段自己构成一个独立的冲突域。

    图6、路由器连接的网络

     

     

    7、网关(Gateway) 
      网关工作在OSI参考模型的高三层 ,因此,并不使用冲突域、广播域的概念。网关主要用来进行高层协议之间的转换。例如,充当LOTUS 1-2-3邮件服务和Microsoft Exchange邮件服务之间的邮件网关。 
      注意,这里网关的概念完全不同于PC主机以及路由器上配置的默认网关(default gateway)

     

     

     

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  • 基本要求:理解集线器的工作原理、 ...理解 虚拟局域网的概念、优点、帧格式,掌握虚拟局域网的组网方法。 教学重点难点: l集线器的工作原理、特点 l交换机的工作原理 l交换机之间的连接 l三层交换的原理 l...

     

    基本要求:理解集线器的工作原理、 特点;掌握交换机的工作原理,了解交换机的分类,掌握交换机之间的连接;理解三层交换的原理;理解 虚拟局域网的概念、优点、帧格式,掌握虚拟局域网的组网方法。

    教学重点和难点:

    l         集线器的工作原理、特点

    l         交换机的工作原理

    l         交换机之间的连接

    l         三层交换的原理

    l         虚拟局域网的概念、优点、帧格式

    l         虚拟局域网的组网方法

     

    任务1:以太网交换机的配置

     

    任务分解:为了配置交换机,首先 需要了解如下内容:

    l 二、三层交换机的工作原理。

    l 虚拟局域网的概念、帧格式。

    l 虚拟局域网的组网方法。

    下面首先从介绍开始共享式以太网入手。

    7.1 共享式以太网

    共享式以太网(即使用集线器或共用一条总线的以太网)采 用了载波检测多路侦听(Carries Sense Multiple Access with Collision Detection,简称CSMA/CD)机制来进行传输控制。共享式以太网的典型代表是使用10Base2、10Base5的总线型网络和以集线器为核心的10Base- T星型网络。在使用集线器的以太网中,集线器将很多以太网设备( 如计算机)集中到一台中心设备上,这些设备都连接到集线器中的同一物理总线结构中。从本质上讲,以 集线器为核心的以太网同原先的总线型以太网无根本区别。

    7.1.1 集线器的工作原理

    集线器也就是常说的Hub,是一个物理层设备。集线器是一种共享的网络设备,即每个 时刻只能有一个端口在发送数据。集线器并不处理或检查其上的通信量,仅通过将一个端口接收的信号重 复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质,其结果是它们也共享同一冲 突域、广播和带宽。因此集线器和它所连接的设备组成了一个单一的冲突域。如果一个结点发出一个广播 信息,集线器会将这个广播传输给所有同它相连的结点,因此它也是一个单一的广播域。当网络中有两个 或多个站点同时进行数据传输时,将会产生冲突。如图7.1和图7.2所示。

     

    当网络中结点过多时,冲突将会很频繁,利用Hub连网并不适合,这也限制了以太网的可扩展性。 下节要介绍的交换机采用将冲突区域分割的方法解决了这个问题。

    7.1.2 共享式以太网的工作特点

    1. 带宽共享

    在局域网中,数据都是以“帧” 的形式传输的。共享式以太网是基于广播的方式来发送数据的,因为集线器不能识别帧,所以它就不知道 一个端口收到的帧应该转发到哪个端口,它只好把帧发送到除源端口以外的所有端口,这样网络上所有的 主机都可以收到这些帧,如图7.1和7.2所示。这就造成了只要网络上有一台主机在发送帧,网络上所有其 他的主机都只能处于接收状态,无法发送数据。也就是说,在任何一时刻,所有的带宽只分配给了正在传 送数据的那台主机。举例来说,虽然一台100Mbps的集线器连接了20台主机,表面上看起来这20台主机平 均分配5Mbps带宽。但是实际上在任何一时刻只能有一台主机在发送数据,所以带宽都分配给它了,其他主机只能处于等待状态。之所以说每台主机平均分配有5Mbps带宽,是指较长一段时间内的各主机获得的 平均带宽,而不是任何一时刻主机都有5Mbps带宽。

    2. 带宽竞争

    在共享式以太网中,带宽是如何分配的呢?共享式以太网是一种基于“竞争”的网络技术,也就是说网络中的主机将会“尽其所能”地“ 占用”网络发送数据。因为同时只能有一台主机发送数据,所以相互之间就产生了“竞争”。

    3. 冲突检测/避免机制

     

    在基于竞争的以太网中,只要网络空闲,任何一主机均可发送数据。当两个主机发现网络空闲而同时发出数据时,即如果同一时间内网络上有两台主机同时发送数据,那么就会产生“碰撞”(Collision),也称为“冲突”,如图7.3所示。这时两个传送 操作都遭到破坏,此时CSMA/CD机制将会让其中的一台主机发出一个“通道拥挤”信号,这个信号将使冲 突时间延长至该局域网上所有主机均检测到此碰撞。然后,两台发生冲突的主机都将随机等待一段时间后 再次尝试发送数据,避免再次发生数据碰撞的情况。

    共享式以太网这种“带宽竞争” 的机制使得冲突(或碰撞)几乎不可避免。而且网络中的主机越多,碰撞的几率越大

    虽然任何一台主机在任何一时刻都可以访问网络,但是在发送数据前,主机都要侦听网络是否空闲。假如共享式以太网上有一台主机想要传输数据,但是它检测到网上已经有数据了,那么它必须等一段时间,只有检测到网络空闲时,主机才能发送数据。

    4. 不能支持多种速率

    在共享式以太局域网中的网络设备必须保持相同的传输速率,否则一个设备发送的信息,另一个设备不可能收到。 单一的共享式以太网不可能提供多种速率的设备支持。

    转载于:https://www.cnblogs.com/laojie4321/archive/2012/04/10/2440073.html

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    共享局域网:一个局域网被多个站点共享,同一时刻只能有一台个站点发送数据。共享式以太网的固定带宽被网络上所有站点共享,随机占用,网络中的站点越多,每个站点平均可以使用的带宽就越窄,网络的响应速度就越慢。例如所有站点通过Hub连接的方式。

    交换局域网:所有站点通过交换机连接,局域网交换机具有交换功能,它们的特点是:所有端口平时都不连通,当工作站需要通信时,交换式集线器或局域网交换机能同时连通许多端口,使每一对端口都能像独占通信媒体那样无冲突的传输数据,通信完成后断开连接。

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