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1、第四章 局域网4.1局域网概述4.2局域网的介质访问控制4.3局域网的参考模型和协议4.4光纤分布数据接口FDDI14.1 局域网概述1.地理覆盖范围小，一般数百米；2.数据传输输率高，一般10M，100M，1000Mbps；3.信息传播方式，广播；4.所属情况：一般为一个单位所有；5.PC机为主，拓扑结构简单，协议简单，成本少，易管理等；6.误码率低（10-11-10-8）；一.局域网的特点：24.1 局域网概述1.工作组网：一个房间内，科研小组。2.园区网：几个工作组网连接在一起，例如：学校每个系的网络3.企业网（即Intranet）：几个园区网连接在一起，例如：校园网二.局域网的分类：3
2、4.1 局域网概述1.总线型结构2.环形结构3.星形结构4.树状结构三.局域网的拓扑结构：下一节4总线型结构特点：n所有计算机都直接连在总线上，简单；n基带传输；n广播方式；n无源介质；n共享介质，如何控制介质的使用返回5环形结构特点：n所有计算机都连在闭合的环上；n基带传输，广播方式；n有源介质；n共享介质，如何控制介质的使用；n覆盖范围大，实时性环接口返回6星型结构特点：中心结点脆弱，不稳定HUB返回特点：连接方便，易于管理；连接方便，易于管理；7树状结构返回HUBHUBHUBHUB一级二级三级四级级连最多五级84.2 局域网的介质访问控制总线型网络：所有主机共享总线，如何共享？环形网络：
3、所有主机共享环，如何共享？9站模型n由N个独立的站（计算机、电话、个人通信设备）组成n每个站都可产生待发送的帧n在时间t内，一帧生成的概率为t，其中是常量（新帧到达速率）n一旦生成一帧，就等待发送，直到成功发送各站都是相互独立地、以固定速率产生数据各站都是相互独立地、以固定速率产生数据帧。某站被阻塞，则不会有新的帧产生。即帧。某站被阻塞，则不会有新的帧产生。即每个站只有一个用户每个站只有一个用户10单通道假设n所有通信，包括发送和接收，都通过单通道进行n所有的站都在该通道上发送或接收信息n所有站都是平等的各站没有主从之分，任何时刻只允许一个站可以发送，都是通过任何时刻只允许一个站可以发送，都是
4、通过争用才能取得发送权。（如有主从之分，则争用才能取得发送权。（如有主从之分，则存在单点故障）存在单点故障）11冲突假设n如两帧同时发送，则发生冲突n所有的站都能检测到冲突n冲突的帧必须重发除了冲突引起的差错外，没有其它差错由于每个站都是通过争用才能取得发送权，由于每个站都是通过争用才能取得发送权，所以冲突是不可避免的，但也有采用某些竞所以冲突是不可避免的，但也有采用某些竞争机制来消除冲突（令牌网）争机制来消除冲突（令牌网）12时间假设n时间连续（ContinuousTime）：帧的发送可在任意时刻n时间分时隙（SlottedTime）：时间被分为时隙，帧在时隙的开始处发送一个时隙中可发送0、
5、1或多帧帧在空闲时隙中发送成功或发生冲突把时间分片或不分片都是可能的，但任何把时间分片或不分片都是可能的，但任何一个系统都只能采取一种一个系统都只能采取一种13侦听假设n载波侦听（Carriersense）：所有的站在使用信道前，都可检测到当前信道是否正被使用如信道正忙，则等待n非载波侦听（noCarriersense）：所有的站在使用信道前，都不检测当前信道是否正被使用只是盲目发送在局域网中，常采用载波侦听；而在无线网在局域网中，常采用载波侦听；而在无线网中则不采用载波侦听中则不采用载波侦听14一、总线型网络介质访问控制方法竞争机制：当某一用户要传输信息时，就与总线上的其他用户进行竞争，以达
6、到占用传输介质。侦听15一、总线型网络介质访问控制方法1.ALOHA协议：基本思想就是利用完全随机的方法来解决多个用户争夺传输介质的冲突。无线网络，争夺波段(波段公用)缺点：效率低，不关心别人；旁如无人的工作16纯ALOHA的原理 n假设，任何一个站都可以在帧生成后即发送，（可能冲突）通过广播的反馈，侦听信道，以确定发送是否成功。如发送失败，则经随机延时后再发送17分隙ALOHA的原理n分隙ALOHA是把时间分成时隙（时间片）n时隙的长度对应一帧的传输时间，其起点由专门的信号来标志n新帧的产生是随机的，但分隙ALOHA不允许随机发送，凡帧的发送必须在时隙的起点，即冲突危险区是原来的一半冲突主要
7、发生在时隙的起点，一旦发送成功，冲突主要发生在时隙的起点，一旦发送成功，则不会出现冲突。即生成新帧并等待发送的这则不会出现冲突。即生成新帧并等待发送的这一帧时内，是冲突危险区，为原来的一半一帧时内，是冲突危险区，为原来的一半18纯ALOHA和分隙ALOHA的比较n纯ALOHA中，一旦产生新帧，就立即发送，全然不顾是否有用户正在发送，所以发生冲突的可能伴随着发送的整个过程n分隙ALOHA中，规定发送行为必须在时隙的开始，一旦在发送开始时没有冲突，则该帧将成功发送19一、总线型网络介质访问控制方法2.CSMA：载波侦听多重访问。特点：发送之前，先侦听信道是否已被占有，如信道空闲，立即发送；如信道已
8、被占有，等待一段时间。202.CSMA的类型的类型n1坚持CSMA:侦听到信道空闲后，立即发送。（1是指以100的概率立即发送)nP坚持CSMA:侦听到信道空闲后，以概率P立即发送；以（1P）的概率，等待一段时间后在发送。n不坚持CSMA：如侦听到信道忙，不坚持侦听 改进：进行冲突检测重叠改进：进行冲突检测重叠问题：可能有冲突（多个用户发送的信息的重叠问题：可能有冲突（多个用户发送的信息的重叠）213.CSMA/CD（具有冲突检测的具有冲突检测的CSMA）基本思想：1.发送前先侦听信道是否空闲，2.如信道空闲，立即发送信息；如信道忙，坚持侦听，3.发送后检测是否有冲突发生。若没有冲突，发送成功
9、；若有冲突，将卷入冲突的站点立即停止发送，并等待一段时间后（退避），重复上面的1到3。问题：问题：1.1.冲突检测时间多长和方法；冲突检测时间多长和方法；2.2.退避时间多长退避时间多长 ；223.CSMA/CD：冲突检测时间冲突检测时间冲突检测时间：假设：电信号从总线的一端传输到另一端的时间为d；ABCDE检测时间冲突A点的冲突检测时间冲突检测方法：冲突检测方法：回路回路电信号从总线的一端传输到另一端的时间为电信号从总线的一端传输到另一端的时间为d d冲突检测时间为：冲突检测时间为：2 2d d（冲突时间片，争用时间片冲突时间片，争用时间片）233.CSMA/CD：退避时间退避时间截止二进制
10、指数退避算法：T=2i2d其中：2d为冲突检测时间；（以冲突时间片为单位退避）i为冲突的次数，即第一次冲突，退避的时间为212d第二次冲突，退避的时间为222d当i大于等于10时，i取10（所以叫截止）T为最大退避时间，实际时0T随机取值243.CSMA/CD：工作过程工作过程用户数据用户数据用户数据t(时间)冲突、退避传输、冲突和退避的过程25冲突的检测n信号电平法n过零点检测法n自收发检测法基于基带传输。两个帧信号叠加后，电压大一倍基于基带传输。两个帧信号叠加后，电压大一倍在发送数据的同时也在接收，并逐比特比较在发送数据的同时也在接收，并逐比特比较用曼切斯特编码时，零点在每比特的正中央。有
11、用曼切斯特编码时，零点在每比特的正中央。有干扰时，则可能偏移干扰时，则可能偏移263.CSMA/CD：特点特点CSMA/CD的特点：特点：竞争机制，站点越多，负载越重，冲突的可能性越大；反之负载越轻，冲突的可能性越小不宜设立优先级不宜实时控制后进现出的特性274.应答式CSMA/CD问题提出：总线式网络的应答信号的传输：如果应答信号也和其他信息一样，也要参与争夺信道，将会导致应答时间加长，使不该重发的信息也重发，影响网络的效率。问题解决问题解决：应答式应答式CSMA/CDCSMA/CD工作过程：检测到信道空闲后，再等待一段时间，称为基工作过程：检测到信道空闲后，再等待一段时间，称为基本等待时间
12、。本等待时间。一般基本等待时间大于或等于一般基本等待时间大于或等于冲突时间片冲突时间片 28二、环形网的介质访问控制方法通过令牌实现环形网的介质访问控制，即令牌环网。令牌：特殊格式的帧。任一用户要信息传输，必须先截获令牌，即只有拥有令牌才能进行信息传输。当用户截获令牌后，会将令牌由闲的状态变为忙的状态环接口令牌29令牌环网的工作过程：1.1.无优先级无优先级空闲令牌源目的源目的源目的释放令牌(a)a)源站截获令源站截获令牌，然后将令牌牌，然后将令牌置为忙令牌，并置为忙令牌，并携带用户数据传携带用户数据传输出去输出去(b)b)目的站接收目的站接收数据（复制），数据（复制），并转发数据，数并转发数
13、据，数据继续绕运行环据继续绕运行环（c c）源站吸收源站吸收数据，同时释放数据，同时释放令牌，即将令牌令牌，即将令牌置为空闲状态置为空闲状态30令牌环网的工作过程：2.2.有优先级有优先级ABCDEA发送，D接收，E预约DACEBAEDBCA发送完毕，释放令牌，并记录E预约E截获令牌，并发送数据AEDBCAEDBCAEBCDE发送完毕，释放令牌A接受E释放的令牌A释放令牌3132令牌环网：3.令牌的特点和管理令牌是特殊的帧，令牌的结构：令牌的管理：令牌的管理：监控站的监控监控站的监控 监控站通过超时重发检测令牌的丢失监控站通过超时重发检测令牌的丢失 通过令牌的监控位，撤销无效的数据帧通过令牌的
14、监控位，撤销无效的数据帧令牌环网的故障令牌环网的故障：令牌的丢失令牌的丢失 数据帧的无法撤销数据帧的无法撤销 PPP PPP为优先级，为优先级，T T为令牌的状态，为令牌的状态，M M为令牌的监控，为令牌的监控，RRRRRR为预约优为预约优先级先级 PPPT MRRR33令牌环网：4.环接口环接口的特点：一位延迟：环接口必须检测通过它的每一位。三种工作状态：a)监听状态：监听通过的位流、改变令牌的状态、复制每一位的数据。b)发送状态：抓住令牌，发送信息c)旁通状态：环接口34令牌环网：5.环网的延迟环网的延迟：电信号的延迟环接口的延迟环接口环的长度电信号的速率环接口至少一位延迟例如：环长例如：
15、环长1010KmKm，数据速率数据速率4 4MbpsMbps，环路上有环路上有50 50 个站点。（电信号个站点。（电信号的速率是光速的的速率是光速的2/32/3，即，即2102108 8m/sm/s）环网的延迟（位数）：环网的延迟（位数）：电信号的延迟：电信号的延迟：（1010Km Km 2102108 8m/s m/s）44MbpsMbps200200（位）位）环接口的延迟：环接口的延迟：50 50个站点，个站点，5050位延迟位延迟 环网的延迟电信号的延迟环接口的延迟环网的延迟电信号的延迟环接口的延迟2002005050250250（位）（位）环网的延迟通常用位数计算环网的延迟通常用位数
16、计算。35令牌环网：6.令牌环网的特点1.不是竞争机制，使用令牌，所以站点越多，工作效率越高。2.可设立优先级3.可用于实时控制4.覆盖范围大一些。5.自动应答的功能。环接口令牌36三、令牌总线技术特点：物理上是总线型，逻辑上环形网可设立优先级缺点：对令牌的管理1234567令牌令牌令牌令牌令牌令牌令牌令牌37n令牌总线控制也比较复杂，主要有下列管理操作：环初始化：即生成一个顺序访问的次序。网络开始启动时，需要进行逻辑环的初始化，初始化的过程是一个争用的过程，争用的结果只有个站取得令牌，其他的站点用站插入的算法插入。令牌传递算法：逻辑环按递减的站地址次序组成，则发完帧的站点将令牌传递给后继站，
17、后继站应立即发送数据或令牌。原先释放令牌的站监听到总线上的信号，便可确认后继站已取得令牌。站插入算法：必须周期地给未加入环的站点以机会，将它们插入到逻辑环的适当位置中。如果同时有几个站要求插入可采用带有响应窗口的争用处理算法。站退出算法：可以通过将其前驱站和后继站连在一起的办法，将不活动的站退出逻辑环。并修正逻辑环递减的站地址次序。故障处理：网络可能出现故障，包括令牌的丢失、重复地址、多个令牌等、网络要对这些故障作出相应处理。384.3 局域网的参考模型和协议4.3.1局域网的参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型()()LSAPMACLLCLLCMAC()()M
18、SAP局域网的参考模型局域网的参考模型局域网的参考模型局域网的参考模型物理层物理层()()PSAP网际层网际层394.3.1 局域网的参考模型局域网的参考模型的特点：局域网的参考模型的特点：1.局域网只是一个通信子网，所以模型很简单2.数据链路层又分为LLC子层（逻辑链路控制子层）和MAC子层（介质访问控制子层）；LLC子层完成相当于OSI模型的数据链路层的功能，MAC子层完成共享信道的功能3.广播式发送信息，不需路由选择和拥挤控制，所以没有单独设立网络层；4.涉及到网络之间的互联，所以设置了网际层实现不同的局域网的传输5.服务访问点：PSAP,MSAP,LSAP404.3.2 局域网的协议1
19、980年2月由IEEE制定了一系列的局域网的标准：802系列协议物理层数据链路层网际层IEEE802.2 逻辑链路控制子层LLCIEEE802.1体系结构、网络的管理和互连802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6城域网802.7宽带网802.8光纤网802.11无线网物 理 层 协 议1.8021.802协议协议41n目前IEEE已经制定局域网标准有10多个，主要的标准如下：IEEE802.1A：局域网体系结构，并定义接口原语；IEEE802.1B：寻址、网间互连和网络管理；IEEE802.2：描述逻辑链路控制（LLC）协议，提供OSI数据链路层
20、的上部子层功能，以及介质接入控制（MAC）子层与LLC子层协议间的一致接口；IEEE802.3：描述CSMA/CD介质接入控制方法和物理层技术规范；IEEE802.4：描述令牌总线网标准；IEEE802.5：描述令牌环网标准；IEEE802.6：描述城域网DQDB标准；IEEE802.7：描述宽带局域网技术；IEEE802.8：描述光纤局域网技术；IEEE802.9：描述综合话音/数据局域网（IVDLAN）标准；IEEE802.10：描述可互操作局域网安全标准（SILS），定义提供局域网互连的安全机制；IEEE802.11：描述无线局域网标准；IEEE802.12：描述交换式局域网标准，定义1
21、00Mb/s高速以太网按需优先的介质接入控制协议100VG-ANYLAN。IEEE802.14：描述交互式电视网（包括cablemodem）422.逻辑链路控制子层 LLC逻辑链路控制子层的服务：无连接的服务：请求和指示原语环形网的服务：环形网的服务：面相连接的服务：面相连接的服务：请求、指示、证实三种原语请求、指示、证实三种原语面向连接的服务：面向连接的服务：请求、指示、响应和证实原语请求、指示、响应和证实原语AB请求响应证实AB请求指示AB请求指示证实指示43逻辑链路控制子层的服务访问点LLC SAP n一个主机中可能有多个进程在运行，它们可能同时与其他一些进程进行通信，因而一个主机的LL
22、C层应设有多个服务访问点（L-SAP），即在网络层与LLC子层的界面上提供多个逻辑接口。来自多个L-SAP的服务在LLC子层中进行复用。n所谓复用是指利用L-SAP在任一对网络节点之间同时建立多条逻辑链路连接，然后经统一的服务访问点M-SAP与MAC子层交互。所以，MAC子层向上只需提供一个服务访问点M-SAP，也即单一的逻辑接口。MAC子层与物理层之间也只需提供单一的服务访问点（P-SAP）。44LLC服务访问点在图中所示的局域网上共有三个站，站A的一个进程x欲向站C中的某个进程发送文件，它必须通过站A的LLC层的一个服务访问点SAP1请求与站C的服务访问点SAP1建立连接，在此过程中，需要
23、有以下两种地址：MAC地址SAP地址45nMAC地址：即某站在网络中的物理地址，它由MAC帧进行传送。IEEE为每个站都规定了一个48位的全局地址，当一个站搬移到另一个局域网时，并不改变其全局地址。在48位的地址中，高24位由IEEE分配，世界上凡是生产局域网网卡的厂家都必须向IEEE购买这相应的高24位地址。低24位用于不同厂商或网络管理员对不同的网卡进行配置。这样，对于共享同一传输介质的局域网来说，物理地址不仅指明了数据发送和接收的网卡，还可以过滤那些不属于本主机接收但又必须处理的数据帧信息，并且能有效地处理广播方式的数据传输。46nSAP地址：即进程在站中的地址，由LLC帧负责传送。由此
24、可见，局域网中的寻址要分两步走，第一步是用MAC帧的地址信息找到网络中的某一个站，第二步是用LLC帧的地址信息找到该站中的某个SAP。这样，从站A发出的连接请求帧的源地址和目的地址分别表示为A(1)和C(1)，其中A和C都是MAC地址，括号中的数字则是相应站中LLC层上的SAP地址。当站C同意建立连接时，就向站A返回一个接受连接的帧，从此以后，所有由站A的进程x发往站C的帧，都包括源地址A(1)和目的地址C(1)。凡是发给地址C(1)的帧，若其源地址不是A(1)，都将被过滤掉（拒收）。同样，凡不是由地址C(1)发给A(1)的帧也被过滤掉。现在如果站A上还有一个进程y和SAP2连接上，并且要和站
25、B的SAP1交换数据。这时，从A(2)到B(1)也可以建立一条连接。同理，进程z还可以从地址B(2)与A(3)建立连接。可见，多个SAP是可以复用一条数据链路的。正是因为有了SAP的概念，才使得LLC层具有复用功能。当一个LLC层有很多的服务访问点时，不同的用户使用不同的SAP就可以请求不同的服务。例如，某些用户通过某些SAP使用互联网协议IP，另外一些用户使用IPX协议，还有的可以使用CLNS，这些不同类型的用户同时使用同一站的LLC服务，在一个局域网上互不干扰地同时工作着。472.逻辑链路控制子层 LLC逻辑链路控制子层帧结构：SSAPCINFODSAPLLC帧结构：I/G DDDDDDD
26、0：单目地址单目地址1：多目地址多目地址C/S SSSSSSS0：命令命令1：响应响应0N(S)P/FN(R)1 00000P/FN(R)1 1MP/FM482.逻辑链路控制子层 LLCLLC帧结构与HDLC帧对比：FACINFOFCSFHDLC帧结构：SSAPCINFODSAPLLC帧结构：LLCLLC帧结构与帧结构与HDLCHDLC帧不同之处：帧不同之处：LLCLLC帧的地址有源地址和目的地址，而帧的地址有源地址和目的地址，而HDLCHDLC是点到点的协议，是点到点的协议，无需源地址。无需源地址。LLCLLC帧没有帧标记和帧效验，它的帧标记和帧效验移至了帧没有帧标记和帧效验，它的帧标记和帧
27、效验移至了MACMAC子子层。层。原因：原因：原因：原因：LLCLLC与与MACMAC共同完成数据链路层的功能，而且共同完成数据链路层的功能，而且LLCLLC还完成还完成一部分网络功能。一部分网络功能。493.介质访问控制子层 MAC介质访问控制子层主要是完成介质访问控制问题：n以太网介质访问控制是：CSMA/CDn令牌环网的介质访问控制是：令牌介质访问控制子层的服务：介质访问控制子层的服务：MACMAC子层只是向子层只是向LLCLLC子层提供数据传输服务。子层提供数据传输服务。有三种原语实现服务：有三种原语实现服务：请求请求 指示指示 证实证实503.介质访问控制子层 MAC以太网介质访问控
28、制子层的帧结构：以太网介质访问控制子层的帧结构：PASFDDASALINFOPADFCS PAPA：前导码，前导码，7 7个字节，为个字节，为1010101010101010，用于收发的同步，用于收发的同步 SFDSFD：帧开始定界符，有效帧的开始，为帧开始定界符，有效帧的开始，为1010101110101011 DA,SADA,SA：目的地址和源地地址，一般是目的地址和源地地址，一般是4848位位 L L：数据字段的长度数据字段的长度 INFOINFO：数据字段数据字段 PADPAD：填充字段。当数据字段过短时，填充若干字节，满足最短填充字段。当数据字段过短时，填充若干字节，满足最短长度要求
29、（冲突时间片：长度要求（冲突时间片：2 2d d时间能传输的帧的长度时间能传输的帧的长度 ）FCSFCS：帧效验序列，帧效验序列，3232位循环冗余码位循环冗余码（生成多项式位：（生成多项式位：x x3232+x+x2626+x+x2323+x+x2222+x+x1616+x+x1212+x+x1111+x+x10 10+x x8 8+x+x7 7+x+x5 5+x+x4 4+x+x2 2+x+1+x+1）513.介质访问控制子层 MAC令牌环网介质访问控制子层的帧结构：令牌环网介质访问控制子层的帧结构：SFS SFS 帧首序列：帧首序列：SDSD，ACAC SDSD：帧首定界符帧首定界符 A
30、CAC：访问控制访问控制FCSFCS作用范围：作用范围：FCFC，DA DA，SASA，INFOINFO，FCS FCS FCFC：帧控制帧控制 DADA，SASA：目的地址和源地地址目的地址和源地地址 FCSFCS：帧效验序列帧效验序列EFSEFS帧尾序列：帧尾序列：EDED，FSFS EDED：帧尾定界符帧尾定界符 FSFS：帧状态，帧状态，SDACFCSAINFODAFCS EDFSSFSFCS作用范围EFS523.介质访问控制子层 MAC令牌环网介质访问控制子层的帧结构：令牌环网介质访问控制子层的帧结构：SDACFCSAINFODAFCS EDFSSFSFCS作用范围EFSJK0JK0
31、00SDSD：JK1JK111EDED：开始结束定界符，差分曼彻斯特编码开始结束定界符，差分曼彻斯特编码物理违例编码法物理违例编码法FFFCFC：ZZZZZZACrrFSFS：ACrrPPPACAC：TRRRM优先级0:闲1:忙预约优先级监控位令牌的结构令牌的结构目前只使用了前两位目前只使用了前两位FF(00),FF(00),表示表示MACMAC帧帧 FF(01),FF(01),表示表示LLCLLC帧帧只有只有A,CA,C两位有用，两位有用，AA为地址位：目的是否识别为地址位：目的是否识别CC为复制位：目的是否复制了该帧为复制位：目的是否复制了该帧534.物理层物理层传输的是比特流（即二进制的
32、位）编码：曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码物理层协议：不同传输介质及接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性54FDDI体系结构及其与IEEE802标准的关系55nMAC层协议是FDDI标准的核心，MAC服务规范从功能上定义了FDDI向LLC或其他较高层用户提供的服务以及MAC帧结构和在MAC实体间所发生的交互作用。与IEEE802.5一样FDDI也采用令牌环协议，但两者也有所不同，具体区别在后面描述。FDDI与802.5的主要区别就在于其物理层介质特性的差别，以及MAC层令牌环的控制。物理层协议（PHY）是物理层中与介质无关的部分，它包括与MAC子层间的服务接口规范。另外还定义了PHY与P
33、MD、SMT之间的服务接口规范。这一接口规范定义了在MAC与PHY之间传递一对串行比特流所需的设施。PHY还规定了数字数据传输用的编码。PMD子层（物理介质相关子层）是物理层中与介质相关的部分，它对用于光纤的激励器和接收器的特性作了规定，同时还对站到环的连接、环所用的光缆和连接器等与介质相关的特性作了规定。发送器将从PHY发送来的表示数据的电脉冲信号变成调制信号，该信号通过FDDI连接器进入传输介质。经过传输后，调制信号经FDDI连接器进入接收器。接收器负责将调制信号变成表示数据的电脉冲信号，交给PHY。层管理（LMT）提供了一个站对FDDI各层中正在进行的进程进行管理所必需的控制功能，从而使
34、站在环上能协调地工作。LMT是一种更广泛的，称作站管理（SMT）的概念的一部分，后者包括对LLC子层及更高层中的进程的管理。564.4 局域网发展局域网的发展：q网络的结构和速度：10M,100M,1000Mbpsq网络的软件：主要是网络操作系统以太网的发展：以太网的发展：普通以太网：普通以太网：1010MbpsMbps 快速以太网：快速以太网：100100MbpsMbps 千兆以太网：千兆以太网：10001000MbpsMbps57以太网主要技术发展情况58传统以太网的连接方法 n传统以太网可使用的传输媒体有四种：q铜缆（粗缆或细缆）q铜线（双绞线）q光缆n这样，以太网就有四种不同的物理层。
35、10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制MAC59铜缆或铜线连接到以太网的示意图 主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNCT型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15连接器BNC连接器插口RJ-45插头60以太网的发展：普通以太网 10Mbps1.10BASE5：10Mbps，基带传输，网段长度为100m的5倍pcpcpcpc收发器端接器收发器电缆接地端LLCMACPLS物理收发信号介质MAU介质连接单元单元AUI高层特点：总线一般为粗同轴电缆 抗干扰性好 收发器可以防止信号衰减 布线不方便61以太
36、网的发展：普通以太网 10BASE5网络的物理限制限制项目限制值收发器之间的最小距离2.5m收发器电缆的最大距离50m网段的最大距离500m网络的最大长度2500m网段及中继器5个网段/4个中继器每个网段上的节点数100个可连计算机的网段数3个62以太网的发展：普通以太网54321方法5个网段4中继器（R：中继器）3个网段可以连接计算机2个网段不可以连接计算机1个网络RHUBHUBHUBHUBHUBRRR63以太网的发展：普通以太网2.10BASE2：10Mbps，基带传输，网段长度为100m的2倍（即185米）pcpcpcpcT型头端接器接地端特点：总线一般为细 同轴电缆将MAU和AUI集成
37、到网卡，采用T型头 布线方便限制项目限制值网站之间的最小距离0.5m网段的最大距离185m网络的最大长度925m网段及中继器5个网段/4个中继器每个网段上的节点数30个可连计算机的网段数3个 10BASE2网络的物理限制64以太网的发展：普通以太网2.10BASE_T：10Mbps，基带传输，采用双绞线和星型结构特点：采用双绞线和星型结构全部集成到网卡布线更方便，结构化布线限制项目限制值站点距集线器的最大距离100m级连的最大集线器的个数4网段及中继器5个网段/4个中继器每个网段上的节点数512个 10BASE_T网络的物理限制HUB双绞线6566争用期的长度 n以太网取51.2s为争用期的长
38、度。n对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。n以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。67最短有效帧长 n如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。n由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。n以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。68以太网的发展：快速以太网 100Mbps快速以太网的发展：快速以太网的发展：100VG_AnyLAN，100BASE_T1.100VG_AnyLAN：100Mbps very good特点：不使用CSMA/CD协议，
39、而是采用DPAM （按需优先级存取方法）星状拓扑结构，支持3，4，5类双绞线 采用4对双绞线，4对同时传输数据 采用5B/6B编码方法缺点：没有相应的设备；不支持全双工，不能使用光纤 69以太网的发展：快速以太网1.100VG_AnyLAN：100Mbps very goodDPAM（按需优先级存取方法）：a)集线器充当管理员，每个站点要先向集线器发出请求b)请求有两个优先级：一般请求和高优先级请求c)当网络空闲时，允许站点进行发送；网络忙时，站点等待发送d)管理员先处理优先级高的站点；但一般请求会随着等待时间的加长，会被当作高优先级来处理e)集线器将信息只在目的端口转发，而不是所有端口。70
40、以太网的发展：快速以太网1.100BASE_T：2.100BASE_TX,100BASE_T4,100BASE_FX 100BASE_TX 使用两对5类UTP，一对用于发送数据；另一对用于接收（或者1类STP）采用4B/5B编码方法采用MIL-3多电平传输波形法，可以降低信号的频率这样100Mbps的传输速率只需125MHz的数据流来传输。71以太网的发展：快速以太网 100BASE_T4 使用4对3,4,5类UTP，3对用于发送接收数据，1对用于控制采用8B/6T编码方法(8位二进制转换为6位三进制)如何达到100Mbps的速率规定3类UTP的信号频率为25MHz4对3类UTP2538/6=
41、100 72以太网的发展：快速以太网 100BASE_FX使用光纤的规范，范围大，距离远，安全，强抗干扰采用单模光纤或多模光纤 73以太网的发展：千兆以太网 1000Mbps 1000BASE_SX：主要用于短距离主干网采用多模光纤（芯为50及62.5um，波长为850nm）采用8B/10B编码，传输距离为260m和525m1000BASE_LX：主要用于校园主干网采用单模或多模光纤（芯为50及62.5um，波长为1300nm）采用8B/10B编码，传输距离为525m,550m和3000m 1000BASE_CX：一个交换机房间内采用STP，采用8B/10B编码，传输距离为25m1000BAS
42、E_T：同一建筑物内，结构化布线采用4对5类UTP，传输距离为100m 74载波延伸(carrier extension)n吉比特以太网在工作在半双工方式时，就必须进行碰撞检测。n由于数据率提高了，因此只有减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，才能使参数a 保持为较小的数值。n吉比特以太网仍然保持一个网段的最大长度为100m，但采用了“载波延伸”的办法，使最短帧长仍为64字节（这样可以保持兼容性），同时将争用时间增大为512字节。75在短 MAC 帧后面加上载波延伸 n凡发送的MAC帧长不足512字节时，就用一些特殊字符填充在帧的后面，使MAC帧的发送长度增大到512字节，但这对有效载荷并无影响
43、。n接收端在收到以太网的MAC帧后，要将所填充的特殊字符删除后才向高层交付。目地地址源地址数据长度数据FCSMAC帧的最小值=64字节载波延伸前同步码加上载波延伸使MAC帧长度=争用期长度512字节在以太网上实际传输的帧长76分组突发 n当很多短帧要发送时，第一个短帧要采用上面所说的载波延伸的方法进行填充。n随后的一些短帧则可一个接一个地发送，只需留有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成可一串分组的突发，直到达到1500字节或稍多一些为止。发送的数据分组#1RRRRRRRR分组#2RRRR 分组#3RRR分组#4争用期512字节将突发计时器设定为1500字节载波延伸载波监听77全双工方式 n当吉
44、比特以太网工作在全双工方式时（即通信双方可同时进行发送和接收数据），不使用载波延伸和分组突发。78吉比特以太网的配置举例 1Gb/s链路吉比特交换集线器百兆比特或吉比特集线器100Mb/s链路中央服务器794.6.3 10 吉比特以太网n10吉比特以太网与10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同。n10吉比特以太网还保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级。n10吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。n10吉比特以太网只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用CSMA/CD协议。80 吉比特以太网的物理层 n局域网物理层LANPHY。局域网
45、物理层的数据率是10.000Gb/s。n可选的广域网物理层WANPHY。广域网物理层具有另一种数据率，这是为了和所谓的“Gb/s”的SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相连接。q为了使10吉比特以太网的帧能够插入到OC-192/STM-64帧的有效载荷中，就要使用可选的广域网物理层，其数据率为9.95328Gb/s。81端到端的以太网传输 n10吉比特以太网的出现，以太网的工作范围已经从局域网（校园网、企业网）扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。n这种工作方式的好处是：q成熟的技术q互操作性很好q在广域网中使用以太网时价格便宜。q统一的帧格式简化了操作和管理。82
46、以太网从 10 Mb/s 到10 Gb/s 的演进 n以太网从10Mb/s到10Gb/s的演进证明了以太网是：n可扩展的（从10Mb/s到10Gb/s）。n灵活的（多种传输媒体、全/半双工、共享/交换）。n易于安装。n稳健性好。83虚拟局域网（虚拟局域网（VLAN）n利用交换式集线器可以很方便的实现虚拟局域网VLAN（VirtualLAN）。虚拟局域网其实只是给用户提供的-种服务，而并不是一种新型局域网。下图中的是使用了四个交换式集线器的网络拓扑。设有10个工作站分配在三个楼层中，构成了三个局域网，即：LAN1：（Al，A2，B1，C1）LAN2：（A3，B2，C2）LAN3：（A4，B3，C
47、3）但这10个用户划分为3个工作组，即：A1-A4；B1-B3；Cl-C3。从图中可看出，每一个工作组的工作站都处在不同的局域网中，也不在同一层楼中。8485n可以利用交换集线器将这10个工作站划分为三个虚拟局域网：VLAN1、VLAN2和VLAN3。在虚拟局域网上的每一个站都可以听到同一个虚拟局域网上的其他成员所发出的广播。例如，工作站B1B3同属于虚拟局域网VLAN2。当B1向工作组内成员发送数据时，工作站B2和B3将会收到广播的信息，虽然它们没有和B1连在向一个集线器上，相反，Bl发送数据时，工作站A1，A2和C1郁不会收到B1发出的广播信息，虽然它们都与BI连接在同一个集线器上。交换式
48、集线器不向虚拟局域网以外的工作站传送B1的广播信息。这样，虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息而引起性能恶化。即所谓的广播风暴。在共享传输介质的局域网中，网络总带宽的绝大部分都是由广播帧消耗的。由于虚拟局域网是用户和网络资源的逻辑组合，因此可按照需要将有关设备和资源非常方便地重新组合，使用户从不同的服务器或数据库中存取所需的资源。目前使用虚拟局域网的最大问题是当网络要跨越三个以上的集线器时，就变得难以维护。此外，不同厂商生产的具有虚拟局域网功能的集线器之间还缺少互操作性。864.5 网络互联设备n网卡n中继器n集线器n网桥n交换机n路由器n网关871.网卡
49、n网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“网卡”。n网卡的重要功能：q进行串行/并行转换。q对数据进行缓存。q在计算机的操作系统安装设备驱动程序。q实现以太网协议。88计算机通过网卡和局域网进行通信 CPU高速缓存存储器I/O总线计算机至局域网网络接口卡（网卡）串行通信并行通信89网卡的功能 n数据的封装与解封发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。n链路管理主要是CSMA/CD协议的实现。n编码与译码即曼彻斯特编码与译码。90网卡的功能PC总线DATA转
50、换DATA数据拆封装DATA缓存访问控制编/译码收发器电缆连接器91网卡上的MAC 层n在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。n802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。n但鉴于大家都早已习惯了将这种48bit的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。92第 1最高位最先发送最低位最高位最低位最后发送00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001最低位最先发送最高位最低位最高位最后发送机构惟一标志符 OUI扩展标志符高位在前低位在前十六进制表示的 EUI-48 地址