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1、第5章局域网技术 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第第5 章章 局域网技术局域网技术5.1 5.1 局域网概述局域网概述5.2 IEEE8025.2 IEEE802标准标准 5.3 5.3 介质访问控制介质访问控制 5.4 5.4 共享式以太网和交换式以太网共享式以太网和交换式以太网 5.5 5.5 高速以太网高速以太网5.6 5.6 其他种类的高速局域网其他种类的高速局域网 5.7 5.7 无线局域网无线局域网 5.8 5.8 虚拟局域网虚拟局域网
2、 5.9 5.9 网络操作系统网络操作系统 11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述5.1.1 局域网的特点局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题，也是目前局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题，也是目前技术发展最快的领域之一。局域网具有如下特点：技术发展最快的领域之一。局域网具有如下特点：(1)网络所覆盖的地理范围比较小。网络所覆盖的地理范围比较小。(2)数据的传输速率比较高，近年来已达到数据的传输速率比较高，近年来已达到1000Mbps、10000Mbps。(3)具有较低的延迟和误码率。具有较低的延迟和误码率。(4)局域网络的
3、经营权和管理权属于某个单位所有，与广域网通常由服局域网络的经营权和管理权属于某个单位所有，与广域网通常由服务提供商提供形成鲜明对照。务提供商提供形成鲜明对照。(5)便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述5.1.2 常见的局域网拓扑结构常见的局域网拓扑结构在计算机网络中，把计算机、终端、通信处理机等设备在计算机网络中，把计算机、终端、通信处理机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的拓扑称
4、为网络拓扑结构。网络拓扑结这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。网络拓扑结构反映出网络的结构关系，它对于网络的性能、可靠性以构反映出网络的结构关系，它对于网络的性能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响，因此网络拓扑结构及建设管理成本等都有着重要的影响，因此网络拓扑结构的设计在整个网络设计中占有十分重要的地位，在网络构的设计在整个网络设计中占有十分重要的地位，在网络构建时，网络拓扑结构往往是首先要考虑的因素之一。建时，网络拓扑结构往往是首先要考虑的因素之一。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述1星形拓扑（Star-Topology）星形拓扑是由
5、中央结点和通过点对点链路接到中央结点的各站点（网络工作站等）组成，如图5.1所示。星形拓扑以中央结点为中心，执行集中式通信控制策略，因此，中央结点相当复杂，而各个站的通信处理负担都很小，又称集中式网络。中央控制器是一个具有信号分离功能的“隔离”装置，它能放大和改善网络信号，外部有一定数量的端口，每个端口连接一个站点，如Hub集线器、交换机等。采用星形拓扑的交换方式有线路交换和报文交换，尤以线路交换更为普遍，现有的数据处理和声音通信的信息网大多采用这种拓扑。一旦建立了通信的连接，可以没有延迟地在两个连通的站点之间传输数据。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域
6、网概述配线架图5.1 星形拓扑结构 图5.2 带有配线架的星形拓扑 星形拓扑的优点是结构简单，管理方便，可扩充性强，组星形拓扑的优点是结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。利用中央结点可方便地提供网络连接和重新配置；且网容易。利用中央结点可方便地提供网络连接和重新配置；且单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，容易检测单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，容易检测和隔离故障，便于维护。和隔离故障，便于维护。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述星形拓扑的缺点是：每个站点直接与中央结点相连，需星形拓扑的缺点是：每个站点直接与中央结点相连
7、，需要大量电缆，因此费用较高；要大量电缆，因此费用较高；如果中央结点产生故障，则全网不能工作，所以对中央如果中央结点产生故障，则全网不能工作，所以对中央结点的可靠性和冗余度要求很高。结点的可靠性和冗余度要求很高。2总线拓扑（总线拓扑（Bus Topology）总线拓扑采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都总线拓扑采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上。任何通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上。任何一个站点发送的信息都可以沿着介质传播，而且能被所有一个站点发送的信息都可以沿着介质传播，而且能被所有其他的站点接收。图其他的站点接收。图5.3是
8、总线拓扑，如图是总线拓扑，如图5.4所示是带有所示是带有中继器的总线拓扑。中继器的总线拓扑。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述中继器图5.3 典型的总线拓扑结构图5.4 带有中继器的总线拓扑11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述总线拓扑的优点是：结构简单，实现容易；易于安装和总线拓扑的优点是：结构简单，实现容易；易于安装和维护；价格低廉，用户站点入网灵活。维护；价格低廉，用户站点入网灵活。总线拓朴结构的缺点是：传输介质故障难以排除，并且总线拓朴结构的缺点是：传输介质故障难以排除，并且由于所有结点都直接连接在
9、总线上，因此任何一处故障都由于所有结点都直接连接在总线上，因此任何一处故障都会导致整个网络的瘫痪。会导致整个网络的瘫痪。不过，对于站点不多（不过，对于站点不多（10个站点以下）的网络或各个站个站点以下）的网络或各个站点相距不是很远的网络，采用总线拓扑还是比较适合的。点相距不是很远的网络，采用总线拓扑还是比较适合的。但随着在局域网上传输多媒体信息的增多，目前这种网络但随着在局域网上传输多媒体信息的增多，目前这种网络正在被淘汰。正在被淘汰。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述3环形拓扑（环形拓扑（Ring Topology）环形拓扑由一些中继器和连接中环
10、形拓扑由一些中继器和连接中继器的点到点链路首尾相连形成一个继器的点到点链路首尾相连形成一个闭合的环。如图闭合的环。如图5.5所示，每个中继所示，每个中继器都与两条链路相连，它接收一条链器都与两条链路相连，它接收一条链路上的数据，并以同样的速度串行地路上的数据，并以同样的速度串行地把该数据送到另一条链路上，而不在把该数据送到另一条链路上，而不在中继器中缓冲。这种链路是单向的，中继器中缓冲。这种链路是单向的，也就是说，只能在一个方向上传输数也就是说，只能在一个方向上传输数据，而且所有的链路都按同一方向传据，而且所有的链路都按同一方向传输，数据就在一个方向上围绕着环进输，数据就在一个方向上围绕着环进
11、行循环。行循环。图图5.5 环环形拓扑形拓扑结结构构11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述4树形结构（树形结构（Tree Topology）树形拓扑是从总线拓树形拓扑是从总线拓扑演变而来的，它把星扑演变而来的，它把星形和总线形结合起来，形和总线形结合起来，形状像一棵倒置的树，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，顶端有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出每个分支还可以延伸出子分支，如图子分支，如图5.6所示。所示。图5.6 树形网络拓扑结构11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述5星形环拓扑星形环拓扑星形环拓
12、扑是将星形拓扑和环形拓扑混合起来的一种拓星形环拓扑是将星形拓扑和环形拓扑混合起来的一种拓扑，试图取这两种拓扑的优点于一个系统中，克服了典型扑，试图取这两种拓扑的优点于一个系统中，克服了典型的星形和典型的环形两个拓扑的不足和缺陷。这种拓扑的的星形和典型的环形两个拓扑的不足和缺陷。这种拓扑的配置是由一批接在环上的连接集中器（实际上是指安装在配置是由一批接在环上的连接集中器（实际上是指安装在楼内各层的配线架）组成，从每个集中器按星形结构接至楼内各层的配线架）组成，从每个集中器按星形结构接至每个用户站上。如图每个用户站上。如图5.7所示。所示。星形环拓扑的优点是故障诊断和隔离，易于扩展，安装星形环拓扑
13、的优点是故障诊断和隔离，易于扩展，安装电缆方便。电缆方便。星形环拓扑的缺点是需要智能的集中器，电缆安装电缆星形环拓扑的缺点是需要智能的集中器，电缆安装电缆长，安装不方便等。长，安装不方便等。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述子分支主干环图图5.7 星形星形环环拓扑拓扑11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.1 局域网概述局域网概述6拓扑的选择拓扑的选择拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑时，应该考虑的主要因素有以下几点。确定紧密相关。选择拓扑时
14、，应该考虑的主要因素有以下几点。（1）经济性）经济性:网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的费用。费用。（2）灵活性）灵活性:灵活性以及可扩充性也是选择网络拓扑结构时灵活性以及可扩充性也是选择网络拓扑结构时应充分重视的问题。网络的可调整性与灵活性以及可扩充性都应充分重视的问题。网络的可调整性与灵活性以及可扩充性都与网络拓扑直接相关。与网络拓扑直接相关。（3）可靠性）可靠性:网络的可靠性是任何一个网络的生命。网络拓网络的可靠性是任何一个网络的生命。网络拓扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性。扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性。总之，选择局域网拓扑时
15、，需要考虑的因素很多，这些因素总之，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。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。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准5.2.1 IEEE 802标准概述标准概述1985年年IEEE公布了公布了IEEE 802标准的五项标准文本，同年为标准的五项标准文本，同年为美国国家标准局（美国国家标准局（ANSI）采纳作为美国国家标准。后来，国际标）采纳作为美国国家标准。后来，国际标准化组织（准化组织（ISO）经过讨论，建议将）经过讨论，建议将802标准定为局
16、域网国际标准。标准定为局域网国际标准。IEEE 802为局域网制定了一系列标准，主要有如下几种。为局域网制定了一系列标准，主要有如下几种。IEEE 802.1：描述局域网体系结构以及寻址、网络管理和：描述局域网体系结构以及寻址、网络管理和网络互连（网络互连（1997）。）。IEEE 802.1G：远程：远程MAC桥接（桥接（1998）。规定本地）。规定本地MAC网桥操作远程网桥的方法。网桥操作远程网桥的方法。IEEE 802.1H：在局域网中以太网：在局域网中以太网2.0版版MAC桥接桥接（1997）。）。IEEE 802.1Q：虚拟局域网（：虚拟局域网（1998）。）。11/16/2022计
17、算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准 IEEE 802.2：定义了逻辑链路控制（：定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能与服务）子层的功能与服务（1998）。）。IEEE 802.3：描述带冲突检测的载波监听多路访问（：描述带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）的访问方法和物理层规范（的访问方法和物理层规范（1998）。）。IEEE 802.3ab：描述：描述1000Base-T访问控制方法和物理层技术规访问控制方法和物理层技术规范（范（1999）。）。IEEE 802.3ac：描述：描述VLAN的帧扩展（的帧扩展（1998）。）。IEEE 802.3ad：描述多
18、重链接分段的聚合协议（：描述多重链接分段的聚合协议（Aggregation of Multiple Link Segments）（）（2000）。）。IEEE 802.3i：描述：描述10Base-T访问控制方法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.3u：描述：描述100Base-T访问控制方法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.3z：描述：描述1000Base-X访问控制方法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.3ae：描述：描述10GBase-X访问控制方法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。
19、11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准 IEEE 802.4：描述：描述Token-Bus访问控制方法和物理层技术访问控制方法和物理层技术规范。规范。IEEE 802.5：描述：描述Token-Ring访问控制方法和物理层技术访问控制方法和物理层技术规范（规范（1997）。）。IEEE 802.5t：描述：描述100 Mbps高速标记环访问方法高速标记环访问方法（2000）。）。IEEE 802.6：描述城域网（：描述城域网（MAN）访问控制方法和物理层技）访问控制方法和物理层技术规范（术规范（1994）。）。1995年又附加了年又附加了MAN的的DQ
20、DB子网上面向连接子网上面向连接的服务协议。的服务协议。IEEE 802.7：描述宽带网访问控制方法和物理层技术规范。：描述宽带网访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.8：描述：描述FDDI访问控制方法和物理层技术规范。访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.9：描述综合语音、数据局域网技术（：描述综合语音、数据局域网技术（1996）。）。IEEE 802.10：描述局域网网络安全标准（：描述局域网网络安全标准（1998）。）。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准 IEEE 802.11：描述无线局域网访问控制方法和物理：描述无线局
21、域网访问控制方法和物理层技术规范（层技术规范（1999）。）。IEEE 802.12：描述：描述100VG-AnyLAN访问控制方访问控制方法和物理层技术规范。法和物理层技术规范。IEEE 802.14：描述利用：描述利用CATV宽带通信的标准宽带通信的标准（1998）。）。IEEE 802.15：描述无线私人网（：描述无线私人网（Wireless Personal Area Network，WPAN）。）。IEEE 802.16：描述宽带无线访问标准：描述宽带无线访问标准（Broadband Wireless Access Standards），由），由两部分组成。两部分组成。11/16/2
22、022计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准5.2.2 局域网的体系结构局域网的体系结构局域网的体系结构与局域网的体系结构与OSI模型有相当大的区别，如图模型有相当大的区别，如图5.9所示，局域网只涉及所示，局域网只涉及OSI的物理层和数据链路层。为的物理层和数据链路层。为什么没有网络层及网络层以上的各层呢？首先局域网是一什么没有网络层及网络层以上的各层呢？首先局域网是一种通信网，只涉及到有关的通信功能，所以至多与种通信网，只涉及到有关的通信功能，所以至多与OSI参参考模型中的下考模型中的下3层有关。其次，由于局域网基本上采用共层有关。其次，由于局域网基本上采用共享信道的
23、技术，所以也可以不设立单独的网络层。也就是享信道的技术，所以也可以不设立单独的网络层。也就是说，不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链路层，说，不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链路层，当这些不同的局域网需要在网络层实现互连时，可以借助当这些不同的局域网需要在网络层实现互连时，可以借助其他已有的通用网络层协议（如其他已有的通用网络层协议（如IP协议）实现。协议）实现。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准IEEE 802标准逻辑链路子层（LLC）介质访问控制子层（MAC）物理信号（PS）物理介质连接设备（PMA）物理介质连接单元接口（AUI）介质
24、访问控制（MAU）ISO/OSI高层物理层数据链路层图5.9 IEEE 802局域网实现模型11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 802标准1物理层物理层局域网的物理层是和局域网的物理层是和OSI参考模型的物理层功能相当的，参考模型的物理层功能相当的，主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传输，定义局域主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传输，定义局域网物理层的机械、电气、规程和功能特性。如信号的传输网物理层的机械、电气、规程和功能特性。如信号的传输与接收、同步序列的产生和删除等，物理连接的建立、维与接收、同步序列的产生和删除等，物理连接的建立、维护、撤销等。护、
25、撤销等。物理层还规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、物理层还规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、拓扑结构和传输速率。例如，信号编码可以采用曼彻斯特拓扑结构和传输速率。例如，信号编码可以采用曼彻斯特编码，传输介质可采用双绞线、同轴电缆、光缆甚至是无编码，传输介质可采用双绞线、同轴电缆、光缆甚至是无线传输介质。拓扑结构则支持总线形、星形、环形和混合线传输介质。拓扑结构则支持总线形、星形、环形和混合形等，可提供多种不同的数据传输率。物理层由以下形等，可提供多种不同的数据传输率。物理层由以下4个个部分组成。部分组成。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.2 IEEE 80
26、2标准 物理介质（物理介质（PMD）：提供与线缆的物理连接。）：提供与线缆的物理连接。物理介质连接设备（物理介质连接设备（PMA）：生成发送到线路上的）：生成发送到线路上的信号，并接收线路上的信号。信号，并接收线路上的信号。连接单元接口（连接单元接口（AUI）。）。物理信号（物理信号（PS）。）。2数据链路层数据链路层局域网的数据链路层分为逻辑链路控制（局域网的数据链路层分为逻辑链路控制（LLC，Logical Link Control）和介质访问控制（）和介质访问控制（MAC，Medium Access Control）两个功能子层。）两个功能子层。11/16/2022计算机网络技术实用教程
27、(第3版)5.2 IEEE 802标准其中，其中，MAC子层负责介质访问控制机制的实现，即处理子层负责介质访问控制机制的实现，即处理局域网中各站点对共享通信介质的争用问题，不同类型的局域网中各站点对共享通信介质的争用问题，不同类型的局域网通常使用不同的介质访问控制协议，另外局域网通常使用不同的介质访问控制协议，另外MAC子层子层还涉及局域网中的物理寻址；而还涉及局域网中的物理寻址；而LLC子层负责屏蔽掉子层负责屏蔽掉MAC子层的不同实现，将其变成统一的子层的不同实现，将其变成统一的LLC界面，从而向网络界面，从而向网络层提供一致的服务，层提供一致的服务，LLC子层向网络层提供的服务通过与子层向
28、网络层提供的服务通过与网络层之间的逻辑接口实现，这些逻辑接口又被称为服务网络层之间的逻辑接口实现，这些逻辑接口又被称为服务访问点（访问点（SAP，Service Access Point）。这样的局）。这样的局域网体系结构不仅使得域网体系结构不仅使得IEEE 802标准更具有可扩充性，标准更具有可扩充性，有利于其将来接纳新的介质访问控制方法和新的局域网技有利于其将来接纳新的介质访问控制方法和新的局域网技术，同时也不会使局域网技术的发展或变革影响到网络层。术，同时也不会使局域网技术的发展或变革影响到网络层。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法5.3.1 信
29、道分配问题信道分配问题通常，可将信道分配方法划分为两类：静态分配方法和通常，可将信道分配方法划分为两类：静态分配方法和动态分配方法。动态分配方法。1静态分配方法静态分配方法所谓静态分配方法，也是传统的分配方法，它采用频分所谓静态分配方法，也是传统的分配方法，它采用频分多路复用或时分多路复用的办法将单个信道划分后静态地多路复用或时分多路复用的办法将单个信道划分后静态地分配给多个用户。分配给多个用户。当用户站数较多或使用信道的站数在不断变化或者通信当用户站数较多或使用信道的站数在不断变化或者通信量的变化具有突发性时，静态频分多路复用方法的性能较量的变化具有突发性时，静态频分多路复用方法的性能较差，
30、因此，传统的静态分配方法，不完全适合计算机网络。差，因此，传统的静态分配方法，不完全适合计算机网络。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法2动态分配方法动态分配方法所谓动态分配方法就是动态地为每个用户站点分配信道使用所谓动态分配方法就是动态地为每个用户站点分配信道使用权。权。轮转：使每个用户站点轮流获得发送的机会，这种技术称轮转：使每个用户站点轮流获得发送的机会，这种技术称为轮转。它适合于交互式终端对主机的通信。为轮转。它适合于交互式终端对主机的通信。预约：预约是指将传输介质上的时间分隔成时间片，网上预约：预约是指将传输介质上的时间分隔成时间片，网上用户站
31、点若要发送，必须事先预约能占用的时间片。这种技术用户站点若要发送，必须事先预约能占用的时间片。这种技术适用于数据流的通信。适用于数据流的通信。争用：若所有用户站点都能争用介质，这种技术称为争用。争用：若所有用户站点都能争用介质，这种技术称为争用。它实现起来简单，对轻负载或中等负载的系统比较有效，适合它实现起来简单，对轻负载或中等负载的系统比较有效，适合于突发式通信。于突发式通信。争用方法属于随机访问技术，而轮转和预约的方法则属于控争用方法属于随机访问技术，而轮转和预约的方法则属于控制访问技术。制访问技术。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法5.3.2 介
32、质访问控制方法介质访问控制方法介质访问控制方法的主要内容有两个方面：一是要确定介质访问控制方法的主要内容有两个方面：一是要确定网络上每一个结点能够将信息发送到介质上去的特定时刻；网络上每一个结点能够将信息发送到介质上去的特定时刻；二是要解决如何对共享介质访问和利用加以控制。常用的二是要解决如何对共享介质访问和利用加以控制。常用的介质访问控制方法有介质访问控制方法有3种：总线结构的带冲突检测的载波种：总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问监听多路访问CSMA/CD方法、环形结构的令牌环方法、环形结构的令牌环（Token Ring）访问控制方法和令牌总线（）访问控制方法和令牌总线（Token Bu
33、s）访问控制方法。）访问控制方法。1带冲突检测的载波监听多路访问带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CDCSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）是采用争用技术的一）是采用争用技术的一种介质访问控制方法。种介质访问控制方法。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法CSMA/CD通常用于总线形拓扑结构和星形拓扑结构的通常用于总线形拓扑结构和星形拓扑结构的局域网中。它的每个站点都能独立决定发送帧，若两个或局域网中。它的每个站点都能独立决定发送帧，若两个或多个站同时发送，即产生冲突。每个站
34、都能判断是否有冲多个站同时发送，即产生冲突。每个站都能判断是否有冲突发生，如冲突发生，则等待随机时间间隔后重发，以避突发生，如冲突发生，则等待随机时间间隔后重发，以避免再次发生冲突。免再次发生冲突。CSMA/CD的工作原理可概括成四句话，即先听后发，的工作原理可概括成四句话，即先听后发，边发边听，冲突停止，随机延迟后重发。具体过程如下：边发边听，冲突停止，随机延迟后重发。具体过程如下：当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即监听信道是否空闲。否有其他站点正在传输，即监听信道是否空闲。如果信道忙，则等待，直到信道空闲。如
35、果信道忙，则等待，直到信道空闲。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法 如果信道闲，站点就传输数据。如果信道闲，站点就传输数据。在发送数据的同时，站点继续监听网络确信没有其他在发送数据的同时，站点继续监听网络确信没有其他站点在同时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时站点在同时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。当一个传输结点识别出一个冲突，它就发送一个拥塞当一个传输结
36、点识别出一个冲突，它就发送一个拥塞信号，这个信号使得冲突的时间足够长，让其他的结点都信号，这个信号使得冲突的时间足够长，让其他的结点都有能发现。有能发现。其他结点收到拥塞信号后，都停止传输，等待一个随其他结点收到拥塞信号后，都停止传输，等待一个随机产生的时间间隙（回退时间，机产生的时间间隙（回退时间，Backoff Time）后重发。）后重发。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法2令牌环（令牌环（Token Ring）访问控制）访问控制Token Ring是令牌传输环（是令牌传输环（Token Passing Ring）的简写。令牌环介质访问控制方法，是
37、通过在环形）的简写。令牌环介质访问控制方法，是通过在环形网上传输令牌的方式来实现对介质的访问控制。只有当令网上传输令牌的方式来实现对介质的访问控制。只有当令牌传输至环中某站点时，它才能利用环路发送或接收信息。牌传输至环中某站点时，它才能利用环路发送或接收信息。当环线上各站点都没有帧发送时，令牌标记为当环线上各站点都没有帧发送时，令牌标记为01111111，称为空标记。当一个站点要发送帧时，需，称为空标记。当一个站点要发送帧时，需等待令牌通过，并将空标记置换为忙标记等待令牌通过，并将空标记置换为忙标记01111110，紧跟着令牌，用户站点把数据帧发送至环上。由于是忙标紧跟着令牌，用户站点把数据帧
38、发送至环上。由于是忙标记，所以其他站点不能发送帧，必须等待。记，所以其他站点不能发送帧，必须等待。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法发送出去的帧将随令牌沿环路传输下去。在循环一周又发送出去的帧将随令牌沿环路传输下去。在循环一周又回到原发送站点时，由发送站点将该帧从环上移去，同时回到原发送站点时，由发送站点将该帧从环上移去，同时将忙标记换为空标记，令牌传至后面站点，使之获得发送将忙标记换为空标记，令牌传至后面站点，使之获得发送的许可权。发送站点在从环中移去数据帧的同时还要检查的许可权。发送站点在从环中移去数据帧的同时还要检查接收站载入该帧的应答信息，若为
39、肯定应答，说明发送的接收站载入该帧的应答信息，若为肯定应答，说明发送的帧已被正确接收，完成发送任务。若为否定应答，说明对帧已被正确接收，完成发送任务。若为否定应答，说明对方未能正确收到所发送的帧，原发送站点需在带空标记的方未能正确收到所发送的帧，原发送站点需在带空标记的令牌第二次到来时，重发此帧。采用发送站从环上收回帧令牌第二次到来时，重发此帧。采用发送站从环上收回帧的策略，不仅具有对发送站点自动应答的功能，而且还具的策略，不仅具有对发送站点自动应答的功能，而且还具有广播特性，即可有多个站点接收同一数据帧。有广播特性，即可有多个站点接收同一数据帧。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第
40、3版)5.3 介质访问控制方法接收帧的过程与发送帧不同，当令牌及数据帧通过环上接收帧的过程与发送帧不同，当令牌及数据帧通过环上站点时，该站将帧携带的目标地址与本站地址相比较。若站点时，该站将帧携带的目标地址与本站地址相比较。若地址符合，则将该帧复制下来放入接收缓冲器中，待接收地址符合，则将该帧复制下来放入接收缓冲器中，待接收站正确接收后，即在该帧上载入肯定应答信号；若不能正站正确接收后，即在该帧上载入肯定应答信号；若不能正确接收则载入否定应答信号，之后再将该帧送入环上，让确接收则载入否定应答信号，之后再将该帧送入环上，让其继续向下传输。若地址不符合，则简单地将数据帧重新其继续向下传输。若地址不
41、符合，则简单地将数据帧重新送入环中。所以当令牌经过某站点而它既不发送信息，又送入环中。所以当令牌经过某站点而它既不发送信息，又无处接收时，会稍经延迟，继续向前传输。无处接收时，会稍经延迟，继续向前传输。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法归纳起来，在令牌环中主要有下面归纳起来，在令牌环中主要有下面3种操作：种操作：截获令牌并且发送数据帧。如果没有结点需要发送数截获令牌并且发送数据帧。如果没有结点需要发送数据，令牌就由各个结点沿固定的顺序逐个传递；如果某个据，令牌就由各个结点沿固定的顺序逐个传递；如果某个结点需要发送数据，它要等待令牌的到来，当空闲令牌传结
42、点需要发送数据，它要等待令牌的到来，当空闲令牌传到这个结点时，该结点修改令牌帧中的标志，使其变为到这个结点时，该结点修改令牌帧中的标志，使其变为“忙忙”的状态，然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据的状态，然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据帧，发送到下一个结点。帧，发送到下一个结点。接收与转发数据。数据帧每经过一个结点，该结点就接收与转发数据。数据帧每经过一个结点，该结点就比较数据帧中的目的地址，如果不属于本结点，则转发出比较数据帧中的目的地址，如果不属于本结点，则转发出去；如果属于本结点，则复制到本结点的计算机中，同时去；如果属于本结点，则复制到本结点的计算机中，同时在帧中设置已经复制的
43、标志，然后向下一结点转发。在帧中设置已经复制的标志，然后向下一结点转发。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法 取消数据帧并且重发令牌。由于环网在物理上是个闭取消数据帧并且重发令牌。由于环网在物理上是个闭环，一个帧可能在环中不停地流动，所以必须清除。当数环，一个帧可能在环中不停地流动，所以必须清除。当数据帧通过闭环重新传到发送结点时，发送结点不再转发，据帧通过闭环重新传到发送结点时，发送结点不再转发，而是检查发送是否成功。如果发现数据帧没有被复制（传而是检查发送是否成功。如果发现数据帧没有被复制（传输失败），则重发该数据帧；如果发现传输成功，则清除输失败）
44、，则重发该数据帧；如果发现传输成功，则清除该数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。该数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。3令牌总线（令牌总线（Token Bus）访问控制）访问控制令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，令令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，令牌在逻辑环路中依次传递，其操作原理与令牌环相同。它牌在逻辑环路中依次传递，其操作原理与令牌环相同。它同时具有上述两种方法的优点，是一种简单、公平、性能同时具有上述两种方法的优点，是一种简单、公平、性能良好的介质访问控制方法。良好的介质访问控制方法。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介
45、质访问控制方法5.3.3 以太网以太网以太网（以太网（Ethernet）是一种产生较早且使用相当广泛）是一种产生较早且使用相当广泛的局域网，美国的局域网，美国Xerox（施乐）公司（施乐）公司1975年推出了他们年推出了他们的第一个局域网。的第一个局域网。1980年美国年美国Xerox、DEC与与Intel三三家公司联合提出了以太网规范，这是世界上第一个局域网家公司联合提出了以太网规范，这是世界上第一个局域网的技术标准。后来的以太网国际标准的技术标准。后来的以太网国际标准IEEE 802.3就是参就是参照以太网的技术标准建立的，两者基本兼容。为了与后来照以太网的技术标准建立的，两者基本兼容。为
46、了与后来提出的快速以太网相区别，通常又将这种按提出的快速以太网相区别，通常又将这种按IEEE 802.3规范生产的以太网产品简称为以太网。规范生产的以太网产品简称为以太网。1IEEE 802.3帧结构帧结构图图5.10给出了给出了IEEE 802.3帧结构，各字段的功能如帧结构，各字段的功能如下。下。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法 前导同步码由前导同步码由7个同步字节组成，用于收发之间的定个同步字节组成，用于收发之间的定时同步；时同步；SFD是帧起始定界符；是帧起始定界符；目的地址是帧发往的站点地址，每个站点都有自己惟目的地址是帧发往的站点地址，每
47、个站点都有自己惟一的地址；一的地址；源地址是帧发送的站点地址；源地址是帧发送的站点地址；前导同步码7字节SFD1字节目的地址6字节源地址6字节数据长度2字节协议首部20字节数据和填充字节01500字节帧校验4字节图5.10 IEEE 802.3帧结构11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法 数据长度是要传输数据的总长度；数据长度是要传输数据的总长度；协议首部是数据字段的一部分，含有更高层协议嵌入协议首部是数据字段的一部分，含有更高层协议嵌入数据字段中的信息；数据字段中的信息；数据字节的长度可从数据字节的长度可从0到到1518个字节，但必须保证个字节，但必须保
48、证帧不得小于帧不得小于64个字节，否则就要填入填充字节；个字节，否则就要填入填充字节；帧校验占用帧校验占用4个字节，采用个字节，采用CRC码，用于校验帧传输码，用于校验帧传输中的差错。中的差错。2以太网地址以太网地址以太网使用的是以太网使用的是MAC地址，即地址，即IEEE 802.3以太网帧以太网帧结构中定义的地址。每块网卡出厂时，都被赋予一个结构中定义的地址。每块网卡出厂时，都被赋予一个MAC地址，网卡的实际地址共有地址，网卡的实际地址共有6个字节。个字节。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法3 3以太网以太网MACMAC子层子层IEEE 802.3
49、IEEE 802.3以太网，是一种总线型局域网，使用的介质访以太网，是一种总线型局域网，使用的介质访问控制子层方法是问控制子层方法是CSMA/CDCSMA/CD（载波监听多路访问冲突检测）（载波监听多路访问冲突检测），帧格式采用以太网格式，即，帧格式采用以太网格式，即802.3802.3帧格式，以太网是基带帧格式，以太网是基带系统，使用曼彻斯特编码，通过检测通道上的信号存在与否系统，使用曼彻斯特编码，通过检测通道上的信号存在与否来实现载波检测。来实现载波检测。4 4以太网分类以太网分类有有4 4种正式的种正式的10 Mbps10 Mbps以太网标准。以太网标准。10Base-5 10Base-
50、5：10Base-510Base-5是最初的粗同轴电缆以太网标准。是最初的粗同轴电缆以太网标准。10Base-2 10Base-2：10Base-210Base-2是细同轴电缆以太网标准。是细同轴电缆以太网标准。11/16/2022计算机网络技术实用教程(第3版)5.3 介质访问控制方法 10Base-T：10Base-T是是10 Mbps的双绞线以的双绞线以太网标准。太网标准。10Base-F：10Base-F是是10 Mbps的光缆以太的光缆以太网标准。网标准。5以太网物理层以太网物理层以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞