第十讲局域网(三) - 滁州学院计算机网络省级精品课程

第十讲局域网（三）
一、教学目标
⑴掌握交换机地址学习、数据转发等基本工作原理；
⑵理解生成树协议的应用场景，了解配置方法；
⑶理解VLAN基本概念，掌握基本配置方法；
⑷了解以太网的常见类型和无线局域网的基本概念。

二、重点与难点分析
重点：交换机的工作原理、VLAN应用和配置
难点：生成树协议的原理及应用
三、教学内容与教学过程
1. 回顾上讲的内容（3 minutes）
2. 本讲主要内容。

【教学提示】本讲采用PPT演示、Packetracer动画及配置、板书等多种教学形式，通过讲授、集中讨论及提问等方法激发学生的积极性，提高学习效率。

同时，加强各知识点的衔接和连贯性，使学生易于掌握。

2.1交换机基本工作原理（30 minutes）
⑴交换机、集线器及网桥的比较
①交换机与集线器
【教学提示】从上讲集线器扩展局域网，说明其缺陷引入本节内容，并通过Packetracer工具，动画演示集线器、交换机的数据转发过程。

集线器工作在物理层，所有端口处于同一个冲突域，每个端口工作于半双工模式，连接在集线器上的所有用户共享带宽。

交换机工作在数据链路层，每个端口一个冲突域，端口可工作于全双工模式，连接在端口上的用户独占带宽。

②交换机与网桥
网桥与交换机的工作原理基本相似，但交换机通常有多个端口，每个端口都可与主机直接相连，使用专用的交换芯片，其速率有明显提升。

⑶交换机的工作原理
【教学提示】此知识点通过循序渐进的方式展开，先讲述CAM表满情况下数据转发的过程，然后表未见相应条目，再然后表空，最后承转到地址学习部分。

具体方法通过图片和Packetracer动画结合讲述。

另，提问数据帧格式问题。

①交换机数据转发，分为四种情况：
若收到帧的目的地址在CAM中找到，则转发帧到相应端口(forward)；若目的地址在CAM中找到，且目的端口和源端口相同，帧被丢弃(filter)；若目的地址在CAM中未找到，则转发帧给除源端口外的所有端口(flooding)—泛洪；若目的地址是广播或组播，则泛洪该帧。

【教学提示】和学生讨论—为什么交换机不分割广播。

此处设问：当交换机连接的用户达到一定规模后，如何处理广播—以便引入VLAN技术。

②交换机地址学习
学习MAC地址的过程就是构建CAM表的过程。

读收到的每个帧的源MAC地址，并记录下这个帧的进入端口。

【教学提示】和学生讨论—时间戳和超时的重要性。

⑶交换机“透明”传输及其转发方式
“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个交换机，交换机对各站来说是看不见的。

交换机的转发方式包括：直通式（Cut Through）、存储转发式（Store and Forward）、自适应（直通/存储转发）。

⑷交换机级联及环路——案例教学
【教学提示】此处采用案例教学：设计5台交换机互连案例，并在黑板上演示各案例的优缺点。

注意：交换机端口所映射MAC地址的特点。

在上述案例的基础上，利用Packetracer设计交换机环路案例，通过动画展示环路中数据包的传输特征，总结交换机环路带来的广播风暴、重复帧、MAC地址表不稳定的缺点，从而引入生成树协议。

2.2生成树协议（15 minutes）
【教学提示】承接2.1交换机环路知识点，直接在Packetracer中配置并启用生成树，引导学生观察：生成树协议是否可以解决交换环路带来的问题。

生成树协议的作用——避免交换环路，提供冗余路径。

采用的方法——生成树算法选择一个交换机作为生成树的根，然后以最短路径为依据，找到树上的每个结点。

当互连局域网的数目非常大时，生成树的算法很花费时间。

这时可划分为多个较小的子网，然后得出多个生成树。

2.3 VLAN （25 minutes）
⑴ VLAN的基本概念
【教学提示】联系2.1的知识点，从广播会对交换网络产生较大影响这一问题引入VLAN知识点。

用交换机建立虚拟网就是使原来的一个大广播域（交换机的所有端口）逻辑地分为若干个“子广播域”，广播只会在子广播域里传送，而其他的广播域则收不到。

⑵ VLAN的配置——案例教学
【教学提示】设计VLAN案例，在Packetracer中设计多个交换机互连的网络，并根据端口划分VLAN，分别验证VLAN内、间的单播、广播通信，引导学生掌握如下内容：①VLAN基本原理—划分广播，将广播限制在VLAN内，提高交换网络效率。

不影响VLAN内单播通信，但影响VLAN间的单播通信；②VLAN基本配置。

2.4以太网类型和无线局域网（15 minutes）
⑴以太网类型：介绍现有常见的以太网类型、特点及相关标准。

⑵无线局域网：介绍无线局域网的相关协议、类别与组成。

【教学提示】此知识点简单讲授，要求学生自主阅读，并强调后续将开设专门无线网络技术课程。

2.5小结（2 minutes）
本讲包括两条主线：①交换机工作原理→交换机级联产生环路→生成树协议；②交换机工作原理→不分割广播→级联后广播流量增加→VLAN技术，划分广播，提高安全性。

通过学习，掌握交换机基本工作原理、生成树协议及VLAN 技术，并了解以太网的基本类型和无线局域网相关技术等。

四、作业
⑴课后习题P107, 3-27,3-28,3-29,3-30,3-32。

⑵上网查找资料，完成下列问题：
比较100M/1000M/10G/100G以太网的帧格式，最大、最小帧长，使用协议，在使用双较线情况下的传输距离。

⑶设计并配置基于VLAN技术的交换网络，写出其配置。

基本要求：
①至少包括4个VLAN，4台交换机；
②使用Trunk技术互连各交换机；
③一个交换机上包括4个VLAN，一个VLAN跨越4台交换机。