交换与虚拟局域网
局域网,交换式以太网,拓扑结构,虚拟局域网
作业描述1.局域网的主要特点是什么？2.局域网一般采用哪些拓扑结构？如何选择拓扑结构？3.什么是交换式以太网？4.虚拟局域网的主要优点有哪些?解：1.局域网的主要特点是什么？局域网是将小范围的通信设备连在一起的通信网。
一般说来，局域网有以下特点：1）为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限；2）较高的通信速率。
局域网的传输速率在每秒10Mbps的数量级以上，可达到Gbps；3）较低的时延和误码率，一般为10-8到10-11；4）各站点为平等关系而不是主从关系；5）能支持简单的点对点或多点通信；6）支持多种传输介质。
2.局域网一般采用哪些拓扑结构？如何选择拓扑结构？1.星型拓扑结构2.环型拓扑结构3.总线型拓扑结构选择：需考虑以下几个方面（1）经济性：网络安装和维护的费用。
（2）灵活性:灵活性以及可扩充性也是选择网络拓扑结构时充分重视的问题（3）可靠性：网络的可靠性是任何一个网络的生命。
总之，选择局域网拓扑时，需要考虑的因素很多，这些因素同时影响网络的运行速度和网络软硬件接口的复杂程度等。
3.什么是交换式以太网？交换机以太网利用以太网交换机组网，既可以将计算机直连到交换机的端口上，也可以将它们连入一个网段，然后将这个网段连到交换机的端口。
如果将计算机直接连到交换机的端口，那么它将独享该端口的带宽；如果计算机通过以太网连入交换机，那么该以太网上的所有计算机共享交换机端口提供的宽带。
4.虚拟局域网的主要优点有哪些?（1）提供了一种控制网络广播的方法（2）提高了网络的安全性（3）简化了网络管理（4 提供了基于第二层的通信优先级服务总之，VLAN是交换式网络的灵魂，其不仅从逻辑上对网络用户和资源进行有效灵活简便管理提供了手段，同时提供了极高的网络扩展和移动性。
什么是计算机网络局域网常见的计算机网络局域网技术有哪些
什么是计算机网络局域网常见的计算机网络局域网技术有哪些计算机网络局域网（Local Area Network，LAN）是指在地理范围较小的范围内，由计算机、服务器、交换机等网络设备组成，通过局域网技术进行连接和通信的网络形式。
它可以用于家庭、办公室、学校等小范围的网络环境中，为用户提供资源共享、信息传输等功能。
常见的计算机网络局域网技术有以太网、Wi-Fi、局域网虚拟化等。
一、以太网以太网是最常用的局域网技术之一，基于以太网技术的局域网速度通常为10Mbps、100Mbps或1000Mbps。
以太网使用双绞线作为传输介质，采用CSMA/CD（载波侦听多路接入/冲突检测）技术进行数据传输，具有简单、稳定、成本低廉等优点。
以太网常用于家庭网络、小型办公室等场景。
二、Wi-FiWi-Fi是一种无线局域网技术，通过无线信号进行数据传输和通信。
Wi-Fi技术基于IEEE 802.11系列无线标准，可以提供高速无线网络连接。
Wi-Fi技术广泛应用于家庭、学校、咖啡厅、酒店等场所，用户可以通过Wi-Fi无线接入点（Access Point，AP）连接到无线局域网并访问互联网。
三、局域网虚拟化局域网虚拟化是一种将物理局域网划分为多个逻辑局域网的技术。
通过虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）技术，可以实现逻辑上的隔离和分割，提高网络的安全性和灵活性。
VLAN技术基于交换机进行配置和管理，可以将不同的用户、部门或应用划分到不同的虚拟局域网中。
四、局域网交换技术局域网交换技术是指使用交换机进行局域网数据转发和通信的技术。
与传统的集线器相比，交换机能够基于MAC地址进行数据帧的转发，提高了局域网的传输效率和安全性。
常见的局域网交换技术包括以太网交换、虚拟局域网交换等。
五、局域网安全技术局域网安全技术是保护局域网网络安全的一系列技术手段。
常见的局域网安全技术包括网络防火墙、入侵检测系统（Intrusion Detection System，IDS）、入侵防御系统（Intrusion Prevention System，IPS）等。
交换与虚拟局域网
第四章交换与虚拟局域网学习本章应掌握：1. 交换机以太网的特点2. 以太网交换机的工作过程和数据传输方式3. 以太网交换机的通信过滤、地址学习和生成树协议4. VLAN的组网方法和特点§ 4.1 交换式以太网的提出引入：以太网变得越来越拥塞和不堪重负。
这一方面是由于网络应用和网络用户的迅速增长，另一方面则是由于快速CPU及快速网络操作系统的出现。
现在，处于同一个以太网上的两个工作站就很容易使网络饱和。
为了提高局域网的效率，交换技术应运而生了。
4.1.1共享式以太网存在的问题传统的共享式以太网是最简单、最便宜、最常用的一种组网方式。
但是，在网络应用和组网过程中，共享式以太网暴露出它的缺点,主要有以下几个方面:（1）覆盖的地理范围有限。
按照CSMA/CD的有关规定，以太网覆盖的地理范围随网络速度的增加而减小。
只要两个节点处于同一个以太网中，它们之间的最大距离就不能超过这一固定值，不管他们之间的连接跨越一个集线器还是多个集线器。
如果超过这个值，网络通信就会出现问题。
（2）网络总带宽容量固定。
传统的以太网是共享式的以太局域网。
网络上的所有节点共享同一传输介质。
在一个节点使用传输介质的过程中，另一节点必须等待。
共享式以太网的固定带宽容量被网络上的所有节点共同拥有，随机占用。
网络中的节点越多，每个节点平均可以使用的带宽越窄，网络的响应速度也会越慢。
举例：对于一个使用100BASE-TX技术的100Mb/s以太网，如果连接10个节点，则每个节点平均带宽发送节点竞争共享介质的过程中，冲突和碰撞是不可避免的。
冲突和碰撞会造成发送节点随机延迟和重发，进而浪费网络带宽。
随着网络中节点数的增加，冲突和碰撞必然加大，相应的带宽浪费也会越大。
（3）不能支持多种速率。
网络应用是多种多样的，不同速率的混合型组网不但有其存在的客观要求，而且也可以提高组网的传输速率，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。
交换与虚拟局域网教案
交换与虚拟局域网
5.2.2数据转发方式
1．直接交换
2．存储转发交换
3．改进的直接交换
5.2.3地址学习
5.2.4通信过滤
5.2.5生成树协议
5.3 虚拟局域网VLAN
虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。
每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。
利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN。
5.3.1共享式以太网与VLAN
5.3.2 VLAN的组网方法
1.静态VLAN
静态VLAN就是静态地将以太网交换机上的一些端口划分给一个VLAN。
这些端口一直保持这种配置关系直到人工改变它们。
2.动态VLAN
所谓的动态VLAN是指交换机上VLAN端口是动态分配的。
5.3.3 VLAN的优点
1.减少网络管理开销
2.控制广播活动
3.提供较好的网络安全性
4.利用现有的集线器以节省开支
教学环节及组织1．新课引入
通过大家对局域网的深入学习，提出交换与虚拟局域网。
2．讲授新课
第5章交换与虚拟局域网
（1）交换式以太网的提出
（2）以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作过程
数据转发方式
地址学习
通信过滤
生成树协议。
虚拟局域网的工作原理
虚拟局域网的工作原理VLAN（Virtual Local Area Network）又称虚拟局域网，是指在交换局域网的基础上，采用网络管理软件构建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。
一个VLAN组成一个逻辑子网，即一个逻辑广播域，它可以覆盖多个网络设备，允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中。
有一个重要问题不可回避：VLAN之间如何通信？显然不能再通过第2层交换机。
那样的话，广播域又合并到一起了，其必经之路是路由器。
这样的结果是，本来企图通过VLAN的划分，来使用交换机代替路由器组建大型网络，以提高网络的性能，可是又回到路由器上来了，这就是VLAN的一大矛盾。
目前，VLAN之间的通讯大多是通过中心路由器完成的。
这也是保证VLAN 组网灵活性的惟一办法。
所有的VLAN都经过中心路由器（当然可以配置备份的中心路由器），也就是所有的广播都经过中心路由器，这样中心路由器就承受了更大的压力。
当VLAN之间的通讯量较大时，中心路由器就成了网络的瓶颈，并且一旦中心路由器失效，所有VLAN之间的通讯将无法进行。
这是VLAN存在的另一个矛盾多个VLAN可不可以处于同一个网段中。
这个的答案是可以的。
无论按照何种VLAN划分方法，多个VLAN完全可以处于同一个网段中。
多VLAN通信问题，如果多VLAN处于同一个网段中（可以想象一个A类地址），他们之间显然在二层是不能通信的，这个就是VLAN隔离。
要使这些VLAN能够进行通信，必须为这些VLAN建立路由。
VLAN，是英文Virtual Local Area Network的缩写，中文名为"虚拟局域网"，VLAN是一种将局域网（LAN）设备从逻辑上划分（注意，不是从物理上划分）成一个个网段（或者说是更小的局域网LAN），从而实现虚拟工作组（单元）的数据交换技术。
VLAN这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中，但目前主流应用还是在交换机之中。
虚拟局域网技术在计算机网络中的应用
虚拟局域网技术在计算机网络中的应用虚拟局域网技术（Virtual Local Area Network，VLAN）是一种利用交换机技术实现的局域网划分技术，可以将一个物理局域网划分成多个逻辑上的局域网，从而实现不同部门或功能组的隔离和管理。
虚拟局域网技术在计算机网络中有着广泛的应用，可以提高网络的安全性、灵活性和管理效率，本文将详细探讨虚拟局域网技术在计算机网络中的应用。
一、虚拟局域网技术概述虚拟局域网技术是一种基于交换机技术实现的局域网划分技术，可以将同一台交换机上的不同端口划分成多个逻辑上的局域网。
在虚拟局域网中，相互通信的设备并不要求连接在同一个物理网段上，而是通过交换机将彼此连接起来，从而实现了网络的逻辑划分和管理。
1. 提高网络的安全性虚拟局域网技术可以提高网络的安全性，主要体现在以下几个方面：虚拟局域网技术可以将不同部门或功能组的设备划分到不同的虚拟局域网中，实现彼此之间的隔离。
这样一来，即使是在同一物理网络中，也可以阻止不同部门或功能组之间的直接通信，从而有效减少了内部网络攻击的可能性。
虚拟局域网技术还可以通过VLAN间的ACL（Access Control List）来限制不同虚拟局域网之间的通信，从而进一步提高了网络的安全性。
管理员可以通过ACL来配置不同VLAN 之间的通信规则，只允许必要的通信流量通过，拦截潜在的安全威胁。
2. 灵活实现业务划分虚拟局域网技术可以根据不同的业务需求，将网络划分成多个虚拟局域网，并保持彼此之间的隔离。
在企业网络中，通过虚拟局域网技术可以很灵活地实现不同部门或业务之间的隔离和管理，满足企业对网络管理和安全的需求。
3. 简化网络管理虚拟局域网技术可以帮助管理员更加方便地进行设备的添加、删除和移动。
在传统的网络中，设备的变动可能需要重新调整物理拓扑结构，而通过虚拟局域网技术，管理员可以直接通过交换机端口上的VLAN配置来实现设备的移动和管理，极大地简化了网络管理的难度。
交换式和虚拟局域网的配置
交换式和虚拟局域网的配置介绍交换式和虚拟局域网（VLAN）是计算机网络中常用的两种配置方式。
交换式网络利用交换机进行数据包的转发，而VLAN则可以将一台交换机划分为多个逻辑上独立的子网。
本文将介绍交换式和VLAN的配置方法及其应用场景。
交换式网络的配置步骤1.确认网络拓扑：在配置交换式网络之前，首先需要了解网络拓扑结构，包括交换机的位置、连接的设备以及网络流量的需求。
2.设置交换机的基本参数：配置交换机的基本参数，包括IP地址、子网掩码、默认网关等。
这些参数将用于交换机与其他网络设备之间的通信。
3.虚拟局域网的划分：根据实际需求，将交换机划分成不同的VLAN。
可以按照部门、功能或物理位置等因素来划分VLAN。
4.VLAN接口的配置：为每个VLAN分配一个接口，并进行相应的配置。
可以配置VLAN接口的IP地址、子网掩码、VLAN标识和端口成员关系等。
5.端口的配置：将交换机的端口划分到相应的VLAN中。
可以根据需要将一个或多个端口分配给某个VLAN。
6.交换机之间的互联：如果存在多台交换机，需要进行交换机之间的互联。
可以使用链路聚合技术（如LACP）或者配置特定的端口作为交换机之间的连线。
7.测试和优化：配置完成后，需要进行测试，确保各个VLAN 之间的通信正常。
如果出现问题，可以进一步优化配置，例如检查VLAN接口的配置、端口成员关系以及网络流量的分布等。
VLAN的配置步骤1.确认交换机的支持：在配置VLAN之前，需要确保所使用的交换机支持VLAN功能。
大多数企业级交换机都支持VLAN，但是一些低端交换机可能不支持。
2.VLAN的划分：根据实际需求，确定需要划分的VLAN数量和名称。
可以按照部门、功能或物理位置等因素进行划分。
3.VLAN接口的配置：为每个VLAN分配一个接口，并进行相应的配置。
可以配置VLAN接口的IP地址、子网掩码、VLAN 标识和端口成员关系等。
4.端口的配置：将交换机的端口划分到相应的VLAN中。
使用交换机搭建局域网的步骤
使用交换机搭建局域网的步骤在今天的信息时代，网络已经成为人们生活和工作中必不可少的一部分。
而局域网（Local Area Network，LAN）作为连接多台计算机并实现资源共享的基本网络形式，被广泛应用于家庭、办公室、学校等各种环境中。
本文将介绍使用交换机搭建局域网的具体步骤，并对一些常见的问题进行解答。
1. 选择合适的交换机首先，我们需要选择一台适合的交换机来搭建局域网。
交换机是实现局域网内设备连接的核心设备，根据实际需求选择合适的型号和端口数量。
一般来说，如果需要连接的设备较多，例如超过十台计算机，建议选择端口数量较多的交换机。
2. 连接交换机将交换机的电源线插入电源插座，并确保交换机的电源开关已打开。
然后，使用网线将交换机的一个端口与路由器或宽带猫连接，以接入互联网。
另外，将需要连接的计算机、打印机或其他网络设备使用网线连接到交换机的其他端口上。
3. 配置交换机基本参数进入交换机的管理界面，一般通过打开浏览器，在地址栏中输入交换机的默认IP地址进行访问。
初次登录时，会要求输入默认的用户名和密码。
登录成功后，根据交换机的使用说明，进行基本参数的配置，如设定交换机的IP地址、子网掩码、网关等。
4. 设定VLAN（虚拟局域网）如果需要将局域网划分为不同的网络段或实现对不同用户的分组管理，可以通过设定VLAN来实现。
在交换机的管理界面中，找到VLAN设置的选项，并根据需求创建各个VLAN，并将相应的端口划分到对应的VLAN中。
5. 配置端口参数交换机的端口参数配置非常重要，可以对局域网的性能和安全性产生重要影响。
通过设置端口速率、双工模式和流控等参数，可以提高数据传输的效率和可靠性。
此外，还可以使用交换机提供的ACL （Access Control List）功能，对端口进行访问控制和安全限制。
6. 测试网络连接在完成交换机的基本配置后，需要进行网络连接的测试，以确保局域网的正常运行。
可以尝试访问互联网、共享文件夹、打印机等，观察是否能够正常连接和通信。
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第四章交换与虚拟局域网
学习本章应掌握：
1. 交换机以太网的特点
2. 以太网交换机的工作过程和数据传输方式
3. 以太网交换机的通信过滤、地址学习和生成树协议
4. VLAN的组网方法和特点
§ 4.1 交换式以太网的提出
引入：以太网变得越来越拥塞和不堪重负。
这一方面是由于网络应用和网络用户的迅速增长，另一方面则是由于快速CPU及快速网络操作系统的出现。
现在，处于同一个以太网上的两个工作站就很容易使网络饱和。
为了提高局域网的效率，交换技术应运而生了。
4.1.1共享式以太网存在的问题
传统的共享式以太网是最简单、最便宜、最常用的一种组网方式。
但是，在网络应用和组网过程中，共享式以太网暴露出它的缺点,主要有以下几个方面:
（1）覆盖的地理范围有限。
按照CSMA/CD的有关规定，以太网覆盖的地理范围随网络速度的增加而减小。
只要两个节点处于同一个以太网中，它们之间的最大距离就不能超过这一固定值，不管他们之间的连接跨越一个集线器还是多个集线器。
如果超过这个值，网络通信就会出现问题。
（2）网络总带宽容量固定。
传统的以太网是共享式的以太局域网。
网络上的所有节点共享同一传输介质。
在一个节点使用传输介质的过程中，另一节点必须等待。
共享式以太网的固定带宽容量被网络上的所有节点共同拥有，随机占用。
网络中的节点越多，每个节点平均可以使用的带宽越窄，网络的响应速度也会越慢。
举例：对于一个使用100BASE-TX技术的100Mb/s以太网，如果连接10个节点，则每个节点平均带宽发送节点竞争共享介质的过程中，冲突和碰撞是不可避免的。
冲突和碰撞会造成发送节点随机延迟和重发，进而浪费网络带宽。
随着网络中节点数的增加，冲突和碰撞必然加大，相应的带宽浪费也会越大。
（3）不能支持多种速率。
网络应用是多种多样的，不同速率的混合型组网不但有其存在的客观要求，而且也可以提高组网的传输速率，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。
4.1.2 交换的提出
一、"分段"的概念的提出
通常，人们利用的方法解决共享以太网存在的问题。
分段----就是将一个大型的以太网分割成两个或多个
小型的以太网，每个段（分割后的每个小以太网）使用CSMA/CD 介质访问控制方法维持段内用户的通信。
段与段之间通过一种"交换"设备进行沟通。
这种交换设备可以将在一段接收到的信息，经过简单的处理转发给另一段。
二、举例：对一个较大的以太网进行了分段。
（见图
其中图4.1(a)给出了一个通过集线器级联组成的大型以太网。
尽管部门1、部门2和部门3都通过各自的集线器组网，但是，由于使用共享式集线器连接各个部门的集线器，因此，所构成的网络仍然属于一个大的以太网。
这样，每台计算机发送的信息，将在全网流动，即使它访问的是本部门的服务器也是如此。
为了限制部门内部信息在全网流动，图4.1(b)将整个大以太网分段，每个部门组成一个小的以太网，部门之间通过交换设备相互连接。
分段的功能：
1、可以保证部门内部信息不会流至其他部门。
2、可以保证部门之间的信息交互。
以太网节点的减少使冲突和碰撞的几率更小，网络的效率更高。
3、各段可按需要选择自己的网络速率，组成性能价格比更高的网络。
交换设备的类型：局域网交换机、路由器等都可以作为交换设备。
各种交换设备工作的层：交换机工作于数据链路层，用于连接较为相似的网络（例如以太网－以太网）；而路由器工作于互联层，可以实现异型网络的互联（例如以太网－帧中继）。
§4.2 交换式以太网的工作原理
引入：典型的局域网交换机是以太网交换机。
（见图4.2）
一、以太网交换机的特点:可以通过交换机端口之间的多个并发连接，实现多节点之间数据的并发传输。
这种并发数据传输方式与共享式以太网在某一时刻只允许一个节点占用共享信道的方式完全不同。
交换式以太网建立在以太网基础之上。
利用以太网交换机组网，既可以将计算机直接连接到交换机的端口上，也可以将他们连入一个网段，然后将这个网段连到交换机的端口。
二、举例：（见图4.2）
利用以太网交换机将两台服务器和两个以太网连成了一个交换式的局域网。
如果将计算机直接连到交换机的端口，那么它将独享该端口提供的带宽；如果计算机通过以太网连入交换机，那么该以太网上的所有计算机共享交换机端口提供的带宽。
4.2.1 以太网交换机的工作过程（见图4.3）
典型的交换机结构与工作过程如下：
图中的交换机有6个端口，其中端口1、5、6分别连接了节点A、节点D和节点E。
节点B和节点C通过共享式以太网连入交换机的端口4。
于是，交换机"端口/MAC地址映射表"就可以根据以上端口与节点MAC地址的对应关系建立连接。
1、当节点A需要节点D发送信息时，节点A首先将目的MAC地址指向节点D的帧发往交换机端口1。
交换机接收该帧，并在检测到其目的MAC地址后，在交换机的"端口/MAC地址映射
表"中查找节点D所连接的端口号。
一旦查到节点D所连接的端口号5，交换机将在端口1与端口5之间建立连接，将信息转发到端口5。
2、与此同时，节点E需要节点B发送信息。
于是，交换机的端口6与端口4也建立一条连接，并将端口6接收到的信息转发至端口4。
3、这样，交换机在端口1至端口5和端口6至端口4之间建立了两条并发的连接。
节点A和节点E可以同时发送信息，节点D和接入交换机端口4的以太网可以同时接收信息。
根据需要，交换机的各端口之间可以建立多条并发连接。
交换机利用这些并发连接，对通过交换机的数据信息进行转发和交换。
4.2.2 数据转发方式
以太网交换机的数据交换与转发方式有三种：直接交换、存储转发交换和改进的直接交换。
1. 直接交换
在直接交换方式中，交换机边接收边检测。
一旦检测到目的地址字段，就立即将该数据转发出去，而不管这一数据是否出错，出错检测任务由节点主机完成。
优点：交换延迟时间短。
缺点：缺乏差错检测能力，不支持不同输入/输出速率的端口之间的数据转发。
2. 存储转发交换
在存储转发方式中，交换机首先要完整地接收站点发送的数据，并对数据进行差错检测。
如接收数据是正确的，再根据目的地址确定输出端口号，将数据转发出去。
优点：具有差错检测能力，并能支持不同输入/输出速率端口之间的数据转发。
缺点：交换延迟时间相对较长。
3. 改进的直接交换
改进的直接交换方式将直接交换与存储转发交换结合起来，在接收到数据的前64字节之后，判断数据的头部字段是否正确，如果正确则转发出去。
这种方法对于短数据来说，交换延迟与直接交换方式比较接近；而对于长数据来说，由于它只对数据前部的主要字段进行差错检测，因此交换延迟将会明显减少。
4.2.3 地址学习
问题提出：以太网交换机利用"端口/MAC地址映射表"进行信息的交换，因此，端口/MAC地址映射表的建立和维护显得相当重要。
一旦地址映射表出现问题，就可能造成信息转发错误。
那么，交换机中的地址映射表是怎样建立和维护的呢？
有两个问题需要解决：
1、是交换机如何知道哪台计算机连接到哪个端口；
2、是当计算机在交换机的端口之间移动时，交换机如何维护地址映射表。
显然，通过人工建立交换机的地址映射表是不切实际的，交换机应该自动建立地址映射表。
但是，如果站点A需要向站点G发送信息，交换机在端口1读取信息后检索地址映射表，结果发现站点G在地址映射表中并不存在。
在这种情况下，为了保证信息能够到达正确的目的地，交换将向除端口1之外的所有端口转发信息。
当然，一旦站点G发送信息，交换机就会捕获到它与端口的连接关系，并将得到的结果存储到地址映射表中。
4.2.4 通信过滤（如图4.4）。