计算机局域网4学时.ppt

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1、第第4 4章章 计算机局域网计算机局域网本章内容（本章内容（P P29-3529-35,46-5746-57）局域网的概念、特点及组成局域网的概念、特点及组成局域网的体系结构局域网的体系结构局域网的关键技术（拓扑结构、信号的传输形式、介局域网的关键技术（拓扑结构、信号的传输形式、介质访问控制方法）质访问控制方法）以太网以太网Ethernet Ethernet 传统以太网传统以太网（同轴电缆以太网、（同轴电缆以太网、双绞线以太网双绞线以太网、光纤以太网、全双工以太网）光纤以太网、全双工以太网）高速以太网（快速以太网、千兆以太网、万兆以高速以太网（快速以太网、千兆以太网、万兆以 太网、太网、FDD

2、IFDDI）14.1.14.1.1 局域网的概念和特点局域网的概念和特点 在一个较小的范围（一个办公室、一幢楼、一家企业、一在一个较小的范围（一个办公室、一幢楼、一家企业、一个校园等）内，利用通信线路将众多计算机（一般为微型计算个校园等）内，利用通信线路将众多计算机（一般为微型计算机）及外设连接起来，达到数据通信和资源共享目的的一种网机）及外设连接起来，达到数据通信和资源共享目的的一种网络。络。美国电子电气工程师协会（美国电子电气工程师协会（Institute of Electrical Institute of Electrical and Electronics Engineersand

3、Electronics Engineers，IEEEIEEE）对局域网做了如下定义：）对局域网做了如下定义：局域网中的局域网中的数据通信被限制在几米至几千米的地理范围内数据通信被限制在几米至几千米的地理范围内，例如，一幢办公楼、一座工厂或一所学校，能够例如，一幢办公楼、一座工厂或一所学校，能够使用具有中等使用具有中等或较高数据传输速率的物理信道或较高数据传输速率的物理信道，并且，并且具有较低的误码率具有较低的误码率，由，由单一组织机构所专用单一组织机构所专用。这一定义确定了局域网在这一定义确定了局域网在地理范围、经营管理规模和数据地理范围、经营管理规模和数据传输速率等传输速率等方面的主要特征。

4、方面的主要特征。4.1 4.1 局域网概述局域网概述2 特点：特点：覆盖有限的地理范围（一般覆盖有限的地理范围（一般0.125km0.125km）传输速率高（通常在传输速率高（通常在10Mb/s1000Mb/s10Mb/s1000Mb/s之之 间间)、传输延时小；误码率低（一般、传输延时小；误码率低（一般1010-8-8 10 10-11-11）结构简单，易于实现；成本低结构简单，易于实现；成本低 可使用多种传输介质连接可使用多种传输介质连接 目的：目的：为连接在网上的所有计算机或其它设备之间提供一条为连接在网上的所有计算机或其它设备之间提供一条传输速率较高、误码率较低和价格低廉的通信信道，从

5、而传输速率较高、误码率较低和价格低廉的通信信道，从而实现相互通信及资源共享。实现相互通信及资源共享。34.1.24.1.2 局域网的基本组成局域网的基本组成 局域网由局域网由网络硬件网络硬件和和网络软件网络软件两大部分组成。两大部分组成。1 1、网络硬件、网络硬件 网络服务器、网络工作站、网络接口卡、网络设备网络服务器、网络工作站、网络接口卡、网络设备（交换机、集线器、中继器、网桥等）、传输介质及介（交换机、集线器、中继器、网桥等）、传输介质及介质连接部件，以及各种适配器等质连接部件，以及各种适配器等。2 2、网络软件、网络软件 网络软件是一种在网络环境下运行和使用的软件。网络软件是一种在网络

6、环境下运行和使用的软件。根据其功能与作用，分为根据其功能与作用，分为网络系统软件网络系统软件和和网络应用软件网络应用软件。或者说一种是或者说一种是控制与管理网络运行的软件控制与管理网络运行的软件；另一种是；另一种是使使通信双方能够交流信息的软件通信双方能够交流信息的软件。4 图例：采用图例：采用100Mbps100Mbps交换以太网技术组建一个局域网，交换以太网技术组建一个局域网，其硬件设备包括计算机系统、其硬件设备包括计算机系统、100Mbps100Mbps网络接口卡网络接口卡(网卡网卡)、快速以太网交换机快速以太网交换机(Switch)(Switch)、非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)(

7、UTP)及及RJ-45RJ-45标准接口部件。标准接口部件。54.2.1 4.2.1 局域网参考模型局域网参考模型(IEEE802(IEEE802参考模型参考模型)IEEE802IEEE802局域网参考模型局域网参考模型 4.2 4.2 局域网体系结构局域网体系结构61.1.局域网的物理层（与前类似）局域网的物理层（与前类似）2.2.局域网的数据链路层局域网的数据链路层 局域网的数据链路层按功能划分为两个子层，即局域网的数据链路层按功能划分为两个子层，即逻辑链路控逻辑链路控制子层（制子层（LLCLLC，Logical Link ControlLogical Link Control）和介质访问

8、控制子层）和介质访问控制子层（MACMAC，Media Access ControlMedia Access Control）。（1 1）划分子层的目的：）划分子层的目的：将数据链路功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分将数据链路功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，分开，使使LANLAN体系结构能适应不同的传输介质体系结构能适应不同的传输介质。解决共享信道解决共享信道(如总线如总线)的介质访问控制问题的介质访问控制问题，使帧的传输，使帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。独立于传输介质和介质访问控制方法。LLCLLC：与介质、拓扑无关；：与介质、拓扑无关；MACMAC：与介质、

9、拓扑有关。与介质、拓扑有关。（2 2）局域网）局域网的数据链路层的特点：的数据链路层的特点：局域网局域网链路支持多路访问，支持成组地址和广播；链路支持多路访问，支持成组地址和广播；支持介质访问控制功能；支持介质访问控制功能；提供某些网络层的功能，如网络服务访问点提供某些网络层的功能，如网络服务访问点(SAP)(SAP)、多路复、多路复用、流量控制、差错控制、用、流量控制、差错控制、.7（3 3）MACMAC子层子层 介质访问控制子层介质访问控制子层(MAC)(MAC)是数据链路层的一个功能子层，是数据链路层的一个功能子层，MACMAC子层构成了数据链路层的下半部，子层构成了数据链路层的下半部，

10、它直接与物理层相邻它直接与物理层相邻。MACMAC子层子层是与传输介质有关的一个数据链路层的功能子层，它主要制定是与传输介质有关的一个数据链路层的功能子层，它主要制定管管理和分配信道的协议规范理和分配信道的协议规范。MACMAC子层功能：实现和维护子层功能：实现和维护MACMAC协议，差错检测，寻址等。协议，差错检测，寻址等。MACMAC地址（物理地址）地址（物理地址）:作用：局域网上的计作用：局域网上的计 算机利用算机利用MACMAC地址表地址表 示自己和他人的身份；示自己和他人的身份；MACMAC地址通常存储在地址通常存储在 网络接口卡网络接口卡NICNIC中；中；MACMAC地址位于地址

11、位于OSIOSI参考参考 模型的数据链路层模型的数据链路层8（4 4）LLCLLC子层子层 逻逻辑辑链链路路控控制制子子层层(LLC)(LLC)也也是是数数据据链链路路层层的的一一个个功功能能子子层层。它它构构成成了了数数据据链链路路层层的的上上半半部部，与与网网络络层层和和MACMAC子子层层相相邻邻。LLCLLC子子层层在在MACMAC子子层层的的支支持持下下向向网网络络层层提提供供服服务务。它它可可运运行行于于所所有有IEEE802IEEE802局域网和城域网的协议之上。局域网和城域网的协议之上。LLCLLC子子层层与与传传输输介介质质无无关关，它它独独立立于于介介质质访访问问控控制制方

12、方法法，隐隐藏藏了了各各种种局局域域网网技技术术之之间间的的差差别别，向向网网络络层层提提供供一一个个统统一一的的格格式式与与接口。接口。*LLCLLC子子层层的的作作用用：在在MACMAC子子层层提提供供的的介介质质访访问问控控制制和和物物理理层层提提供供的的比比特特服服务务的的基基础础上上，将将不不可可靠靠的的信信道道处处理理为为可可靠靠的的信信道道，确保数据帧的正确传输。确保数据帧的正确传输。*LLCLLC子层的功能子层的功能：向高层提供统一的链路访问形式，组帧：向高层提供统一的链路访问形式，组帧/拆帧、建立拆帧、建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网释放逻辑连接，差错控制

13、，帧序号处理，提供某些网络层功能。络层功能。对不同的对不同的LANLAN标准，它们的标准，它们的LLCLLC子层都是一样的，区别仅在子层都是一样的，区别仅在MACMAC子层（和物理层）。子层（和物理层）。9PA高层高层PDU LLC首部首部 LLC数据数据IEEE802 LANIEEE802 LAN的封装过程：的封装过程：LLC帧帧MAC帧帧MAC数据数据分组分组介质上传介质上传输的帧输的帧MAC首部首部MAC尾部尾部MAC尾部尾部MAC数据数据MAC首部首部103.3.局域网的网络层和高层局域网的网络层和高层IEEE 802IEEE 802标准没有定义网络层和更高层标准没有定义网络层和更高层

14、：没有路由选择功能（不需要路由器）没有路由选择功能（不需要路由器）局域网拓扑结构比较简单，一般不需中间转接局域网拓扑结构比较简单，一般不需中间转接流量控制、寻址、排序、差错控制等功能由流量控制、寻址、排序、差错控制等功能由数据链数据链路层路层完成完成网络层和更高层通常由协议软件（如网络层和更高层通常由协议软件（如TCP/IPTCP/IP协议、协议、IPX/SPXIPX/SPX协议）和网络操作系统来实现。协议）和网络操作系统来实现。114.2.2 IEEE8024.2.2 IEEE802局域网协议标准局域网协议标准 IEEE802IEEE802各分委员会结构关系与局域网标准图各分委员会结构关系与

15、局域网标准图为了使不同厂商生产的网络设备之间具有为了使不同厂商生产的网络设备之间具有兼容性、互换性兼容性、互换性和互操作性和互操作性，急需建立一个统一的标准，局域网标准化委员会，急需建立一个统一的标准，局域网标准化委员会(IEEE802(IEEE802委员会委员会美国电气与电子工程师协会美国电气与电子工程师协会)应运而生，制应运而生，制定了一系列局域网标准，称为定了一系列局域网标准，称为IEEE802IEEE802标准。标准。12 IEEE802IEEE802标准系列中的主要标准标准系列中的主要标准802.2-逻辑链路控制子层（LLC）功能与服务802.3-CSMA/CDCSMA/CD（以太网

16、）以太网）802.4-Token BusToken Bus（令牌总线）（令牌总线）802.5-Token RingToken Ring（令牌环）令牌环）802.8 FDDIFDDI（光纤分布数据接口）光纤分布数据接口）802.11 WLAN（无线局域网）IEEE802IEEE802标准主要描述了局域网网络体系结构中最低两标准主要描述了局域网网络体系结构中最低两层（物理层和数据链路层）的功能以及网络层的接口服务层（物理层和数据链路层）的功能以及网络层的接口服务，其编号从其编号从IEEE802.1IEEE802.1到到IEEE802.13IEEE802.13。134.3 4.3 局域网的关键技术局

17、域网的关键技术拓扑结构（逻辑、物理）拓扑结构（逻辑、物理）总线型、星型、环型总线型、星型、环型信号传输形式信号传输形式基带、宽带基带、宽带介质访问方法介质访问方法CSMA/CDCSMA/CD、Token-passingToken-passing 这些技术共同决定了局域网传输数据的类型、网络这些技术共同决定了局域网传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络的响应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络特征。特征。14n总线型总线型:所有结点都直接连接到共享信道所有结点都直接连接到共享信道n星星 型型:所有结点都连接到中央结点所有结点都连接到中央结点n环环 型型:节点通

18、过点到点链路与相邻节点连接节点通过点到点链路与相邻节点连接BusStarRingABCADCBABCAT4.3.1 4.3.1 局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构151.1.总线型拓扑结构总线型拓扑结构 所有节点都连接到一条作为公共传输介质的总所有节点都连接到一条作为公共传输介质的总线上，信息的传输以线上，信息的传输以“共享介质共享介质”方式进行。方式进行。16（1 1）所有节点都通过相应的网卡直接连接到一条作为公）所有节点都通过相应的网卡直接连接到一条作为公 共传输介质的总线上；共传输介质的总线上；（2 2）传输介质：同轴电缆和双绞线传输介质：同轴电缆和双绞线；（3 3）信道的通信方式：半双工

19、，信道的通信方式：半双工，即所有节点都可以发送即所有节点都可以发送 和接收数据，但一段时间内只允许一个节点发送数和接收数据，但一段时间内只允许一个节点发送数 据，当一个节点以据，当一个节点以“广播广播”方式发送数据时，其他节方式发送数据时，其他节 点可以用点可以用“收听收听”方式接收数据；方式接收数据；（4 4）可能出现可能出现“冲突冲突”（collisioncollision）现象）现象，即同一时刻，即同一时刻有有 两个或两个以上节点通过总线发送数据，会造成传两个或两个以上节点通过总线发送数据，会造成传 输失败，需要解决多结点访问总线的介质访问控制输失败，需要解决多结点访问总线的介质访问控制

20、 问题。问题。总线型特点：总线型特点：17总线型的优点：总线型的优点：一个节点失效不影响其他一个节点失效不影响其他节点的工作，节点的增删不影节点的工作，节点的增删不影响全网的运行。响全网的运行。u 结构简单结构简单u 接入灵活接入灵活u 扩展容易扩展容易u 可靠性高可靠性高182.2.星型拓扑结构星型拓扑结构特点：特点：u存在一个中心节点存在一个中心节点u每个节点通过点到点的链路与中心节点连接每个节点通过点到点的链路与中心节点连接u所有通信都通过中心节点进行所有通信都通过中心节点进行优缺点：优缺点：结构简单，但中心节点一旦出现故障，整个系统不能工作。结构简单，但中心节点一旦出现故障，整个系统不

21、能工作。交换局域网是一种典型的星型拓扑结构交换局域网是一种典型的星型拓扑结构193.3.环型拓扑结构环型拓扑结构特点：特点：u以共享介质方式进行数据传输以共享介质方式进行数据传输u每个节点都与两个相邻的节点相连每个节点都与两个相邻的节点相连u节点之间采用点到点的链路节点之间采用点到点的链路u网络中的所有节点构成一个闭合的环网络中的所有节点构成一个闭合的环u环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输20环型结构优缺点：环型结构优缺点：结构简单，容易实现，传输延迟确定，适应传输负荷结构简单，容易实现，传输延迟确定，适应传输负荷较重、实时性要求较高的应用环境。但较重、实时性

22、要求较高的应用环境。但可靠性差、故障诊可靠性差、故障诊断困难，若环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪。断困难，若环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪。21局域网拓朴结构的选择需考虑如下因素：局域网拓朴结构的选择需考虑如下因素：1 1、局域网既要、局域网既要易于安装易于安装，又要，又要易于扩展易于扩展；2 2、局域网的、局域网的可靠性可靠性是考虑选择局城网的重要因素。是考虑选择局城网的重要因素。要要易于故降诊断和隔离易于故降诊断和隔离，以使得局域网的主体在，以使得局域网的主体在局部发生故障时仍然能够正常运行；局部发生故障时仍然能够正常运行；3 3、局域网拓扑结构的选择还会影响、局域网拓扑结构的选

23、择还会影响传输媒体的选传输媒体的选择和介质访问控制方法的确定择和介质访问控制方法的确定，这些因素又会影，这些因素又会影响各个结点运行速度和局域网软、硬件接口的复响各个结点运行速度和局域网软、硬件接口的复杂性。杂性。221 1、基带传输基带传输：把数字脉冲信号直接在传输介质上传输。：把数字脉冲信号直接在传输介质上传输。所使用的典型传输介质有双绞线、基带同轴电缆、光纤。所使用的典型传输介质有双绞线、基带同轴电缆、光纤。2 2、宽带传输宽带传输：把数字脉冲信号经调制后再在传输介质：把数字脉冲信号经调制后再在传输介质上传输。所使用的典型传输介质有宽带同轴电缆、无线上传输。所使用的典型传输介质有宽带同轴

24、电缆、无线电波等。电波等。传统局域网中主要的传输形式是传统局域网中主要的传输形式是基带传输，宽带传基带传输，宽带传输输主要使用在无线局域网中。主要使用在无线局域网中。4.3.2 4.3.2 信号的传输形式信号的传输形式23 局域网使用广播信道（多点访问，随机访问），多个局域网使用广播信道（多点访问，随机访问），多个站点共享同一信道（共享介质）会如下出现问题：站点共享同一信道（共享介质）会如下出现问题：各站点如何访问共享信道？各站点如何访问共享信道？如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？解决以上问题的方法解决以上问题的方法称为称为介质访问控制介质访问控制

25、方法方法。（1 1）介质访问控制方法：）介质访问控制方法：控制网络中各个节点之间信息的合理传输，对信道进控制网络中各个节点之间信息的合理传输，对信道进行合理分配的方法，也就是网络中的多个站点如何共享通行合理分配的方法，也就是网络中的多个站点如何共享通信媒体。信媒体。（2 2）两类介质共享技术：）两类介质共享技术：静态分配（静态分配（FDMFDM、WDMWDM、TDMTDM、CDMCDM）复用技术复用技术不适用于局域网不适用于局域网动态分配（随机接入、受控接入）动态分配（随机接入、受控接入）CSMA/CDCSMA/CD、Token-PassingToken-Passing4.3.3 4.3.3

26、介质访问控制方法介质访问控制方法24信道共享技术分类信道共享技术分类信道共享技术信道共享技术TDMFDMSTDMATDM随机访问随机访问受控访问受控访问CSMACSMA/CD集中控制集中控制分散控制分散控制轮询轮询令牌令牌静态分配静态分配动态分配动态分配以太网以太网令牌环网令牌环网WDMCDM25常见的方法有两种：常见的方法有两种：载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测冲突检测（CSMA/CDCSMA/CD）Carrier Sense Multiple Access/Collision Carrier Sense Multiple Access/Collision DetectDetect

27、 采用采用随机访问技术随机访问技术的的竞争型竞争型介质访问控制方法介质访问控制方法令牌传递令牌传递（Token PassingToken Passing）Token RingToken Ring（令牌环）（令牌环）Token BusToken Bus（令牌总线）（令牌总线）FDDIFDDI（光纤分布式数据接口）（光纤分布式数据接口）采用采用受控访问技术受控访问技术的的分散控制型分散控制型介质访问控制介质访问控制方法方法26CSMA/CDCSMA/CD被广泛地应用于局域网的被广泛地应用于局域网的MACMAC子层，是子层，是IEEE802.3IEEE802.3的核心协议，也是以太网所采用的协议。它

28、是典的核心协议，也是以太网所采用的协议。它是典型的随机访问技术，也是一种争用型技术。型的随机访问技术，也是一种争用型技术。CSMA/CDCSMA/CD主要是主要是为解决为解决如何争用一个广播型的共享传输信道而设计的，它能如何争用一个广播型的共享传输信道而设计的，它能够决定该谁使用信道够决定该谁使用信道。1.CSMA/CD1.CSMA/CD（载波监听多路访问（载波监听多路访问/冲突检测）冲突检测）27多个站点如何安全地使用共享信道？多个站点如何安全地使用共享信道？最简单的思路：最简单的思路：发送前先检测一下其它站点是否正在发送（即信道发送前先检测一下其它站点是否正在发送（即信道忙否）。忙否）。若

29、信道空闲，是否可以立即发送？若信道空闲，是否可以立即发送？若有多个站点都在等待发送，必然冲突！若有多个站点都在等待发送，必然冲突！解决：等待一段解决：等待一段随机时间随机时间后再发（降低了冲突概后再发（降低了冲突概率）率）若信道忙，如何处理？若信道忙，如何处理？继续监听：继续监听：等到信道空闲后立即发送等到信道空闲后立即发送等到信道空闲后等待随机时间后再发送等到信道空闲后等待随机时间后再发送等待一段随机时间后再重新检测信道等待一段随机时间后再重新检测信道真的一旦出现两个站点同时发送的情况，如何处理？真的一旦出现两个站点同时发送的情况，如何处理？以上方法均无法处理！以上方法均无法处理！28（1

30、1）CSMACSMA载波监听多路访问载波监听多路访问 基本方法：基本方法：发送前先监听信道，确定是否有其他站发送的信号；发送前先监听信道，确定是否有其他站发送的信号；若空闲则可以发送；若空闲则可以发送；如果信道忙，等待一定间隔后重试。如果信道忙，等待一定间隔后重试。“等待一定间隔等待一定间隔”称为称为“坚持退避坚持退避”，算法：，算法：i.i.不坚持不坚持CSMACSMA （1 1）若空闲，则立即发送。）若空闲，则立即发送。（2 2）若忙，）若忙，等待一段随机时间等待一段随机时间，重复第一步。，重复第一步。ii.1-ii.1-坚持坚持CSMACSMA （1 1）若空闲，则立即发送。）若空闲，则

31、立即发送。（2 2）若忙，）若忙，继续监听，直到空闲继续监听，直到空闲，然后立即发送。，然后立即发送。iii.P-iii.P-坚持坚持CSMACSMA （1 1）若空闲，则以）若空闲，则以概率概率P P发送，以发送，以（1-P1-P）的概率）的概率延迟一个延迟一个时间单位。延迟后重复第一步。时间单位。延迟后重复第一步。（2 2）若忙，）若忙，继续监听直到空闲继续监听直到空闲，重复第一步。，重复第一步。29三种三种“坚持退避坚持退避”方法的缺点：方法的缺点：i.i.不坚持不坚持CSMACSMA的缺点：的缺点：即使有几个站点有数据要发送，介质仍然可能处于空闲状态，因即使有几个站点有数据要发送，介质

32、仍然可能处于空闲状态，因此介质的利用率低。此介质的利用率低。ii.1-ii.1-坚持坚持CSMACSMA的缺点：的缺点：如果有两个或两个以上的站点同时发送，冲突就不可避免如果有两个或两个以上的站点同时发送，冲突就不可避免。iii.P-iii.P-坚持坚持CSMACSMA的缺点：的缺点：如何有效选择概率如何有效选择概率P P值值。CSMACSMA的最大缺点是不能处理以下情况：的最大缺点是不能处理以下情况：若要发送信息的多个站点同时发现介质空闲，他们就会同时发送若要发送信息的多个站点同时发现介质空闲，他们就会同时发送信息，于是发生冲突。信息，于是发生冲突。此问题发生的原因，各站点监测到介质空闲后的

33、发送过程中不会此问题发生的原因，各站点监测到介质空闲后的发送过程中不会再监测有无冲突产生。再监测有无冲突产生。如何解决此问题？如何解决此问题？30（2 2）CSMA/CDCSMA/CD带冲突检测的带冲突检测的载波监听多路访问载波监听多路访问用于用于IEEE802.3IEEE802.3以太网以太网工作原理：工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送；发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送；如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送；如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送；在发送过程中，仍需继续监听在发送过程中，仍需继续监听。若监听到冲突，则立。若监听到冲突，则立即停止发送数据，

34、然后发送一串干扰信号（即停止发送数据，然后发送一串干扰信号（JamJam）；）；发送发送JamJam信号的目的是信号的目的是强化冲突强化冲突，以便使所有的站点都能检测，以便使所有的站点都能检测到发生了冲突。到发生了冲突。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。归结为四句话：归结为四句话：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。举例说明！举例说明！31工作原理：工作原理：先听后发，先听后发，边听边发，边听边发，冲突停止冲突停止,延迟重发。延迟重发。32(a)(a)CSMA/CDCSMA/CD发送工作过程发

35、送工作过程 CSMA/CDCSMA/CD发送时的工作过程分为两部分：发送时的工作过程分为两部分：载波监听载波监听总线和总线总线和总线冲突检测冲突检测。使用使用CSMA/CDCSMA/CD方法时，总线上要发送信息的各节点在方法时，总线上要发送信息的各节点在发送前都要监听总发送前都要监听总线线，即检测总线上是否有其他节点发送的信息。，即检测总线上是否有其他节点发送的信息。如果总线空闲如果总线空闲，即没有检，即没有检测到总线上有信息在传输，则测到总线上有信息在传输，则本节点可启动发送本节点可启动发送；如果监听到总线忙如果监听到总线忙，即，即检测到总线上正有信息在传输，则检测到总线上正有信息在传输，则

36、该节点不可再发送信息该节点不可再发送信息，以免破坏正传，以免破坏正传输的信息，需要输的信息，需要等一段时间等一段时间在总线空闲时再启动发送。这个过程就是在总线空闲时再启动发送。这个过程就是载波载波监听监听。某一节点一旦启动发送，（某一节点一旦启动发送，（此时会有两个或更多节点发送数据此时会有两个或更多节点发送数据）它还）它还要要继续对总线进行检测继续对总线进行检测，即，即边发送边监听边发送边监听，这是为了判断本节点的传输信，这是为了判断本节点的传输信息是否与其他节点的传输信息发生冲突。如果检测表明总线上的信息与本息是否与其他节点的传输信息发生冲突。如果检测表明总线上的信息与本节点发送的信息一致

37、，即未发生冲突，则说明该节点此次抢占总线成功，节点发送的信息一致，即未发生冲突，则说明该节点此次抢占总线成功，继续发送信息直至信息发送完毕。如果检测到总线上信息与本节点所发的继续发送信息直至信息发送完毕。如果检测到总线上信息与本节点所发的信息不一致，则说明发生了冲突，此次抢占总线未成功，这时就要停止发信息不一致，则说明发生了冲突，此次抢占总线未成功，这时就要停止发送。为了送。为了确保其他站点能够检测到冲突确保其他站点能够检测到冲突，该站要发送一串短的阻塞该站要发送一串短的阻塞(Jam)(Jam)信信号，加强冲突号，加强冲突；然后停止发送并等待一个随机周期后该站点再尝试发送信；然后停止发送并等待

38、一个随机周期后该站点再尝试发送信息息(该等待的随机时间周期是按一定算法计算出来的该等待的随机时间周期是按一定算法计算出来的)。这个过程就是。这个过程就是冲突冲突检测检测。33(b)CSMAb)CSMA/CD/CD接收工作过程接收工作过程 CSMA/CDCSMA/CD方法的数据接收过程相对简单：网上每个节点都在监听方法的数据接收过程相对简单：网上每个节点都在监听总线，如果有信息传输，则接收信息，得到总线，如果有信息传输，则接收信息，得到MACMAC帧；再分析和判断帧帧；再分析和判断帧中的接收地址，如果接收地址为本节点地址，则中的接收地址，如果接收地址为本节点地址，则复制接收该帧复制接收该帧；否；

39、否则，简单丢弃该帧。则，简单丢弃该帧。接收帧时342.2.令牌传递（令牌传递（Token PassingToken Passing）ABDC站点站点干线耦合器干线耦合器单向环单向环点到点链路点到点链路（1 1）IEEE802.5IEEE802.5令牌环网令牌环网 （Token RingToken Ring）拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环35令牌环（令牌环（Token RingToken Ring）基本工作原理基本工作原理:网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行 a.a.发送站点：发送站点：必须等待，直到捕获到令牌必

40、须等待，直到捕获到令牌 发送数据帧发送数据帧释放令牌释放令牌 吸收数据帧（绕环一周后）吸收数据帧（绕环一周后）b.b.中间站点（数据帧的目的地址与自己不同）：中间站点（数据帧的目的地址与自己不同）：转发环上的数据帧转发环上的数据帧 c.c.接收站点（数据帧的目的地址与自己相同）：接收站点（数据帧的目的地址与自己相同）：拷贝环上的数据帧拷贝环上的数据帧 转发环上的数据帧转发环上的数据帧 目前，令牌环技术已成为流行的环访问技术。这种介质访目前，令牌环技术已成为流行的环访问技术。这种介质访问方法的基础是问方法的基础是令牌令牌(Token)(Token)。令牌是一种特殊的帧令牌是一种特殊的帧(3(3字

41、节字节)，用于控制网络站点的发送权，只有抓住令牌的网络站点才能发用于控制网络站点的发送权，只有抓住令牌的网络站点才能发送数据。送数据。拿到令牌的站点将令牌转换成数据帧头，后面加挂上自己拿到令牌的站点将令牌转换成数据帧头，后面加挂上自己的数据进行发送；的数据进行发送；由于只有一个令牌，一次只能有一个站点发由于只有一个令牌，一次只能有一个站点发送，因此令牌环技术不存在争用现象，是一种送，因此令牌环技术不存在争用现象，是一种无争用型无争用型介质访介质访问控制方法。问控制方法。36Token Ring/IEEE802.5的操作举例AT=0T=0T（c）帧帧循环一圈后循环一圈后,A A将数据帧回收将数据

42、帧回收并放出空令牌并放出空令牌AT=0T=0TData（a）A A有数据要发有数据要发送送,它抓住空它抓住空令牌令牌（b）AT=1T=1A A将令牌修改为将令牌修改为数据帧头数据帧头,并加并加挂数据发送挂数据发送TDataCData目的站点从环目的站点从环上拷贝上拷贝数据数据TDataCTDataCTDataC37数据传输实例数据传输实例站点站点A A、B B分别向站点分别向站点C C、D D发送数据发送数据38数据传输实例（续）数据传输实例（续）站点站点A A、B B分别向站点分别向站点C C、D D发送数据发送数据39数据传输实例（续）数据传输实例（续）站点站点A A、B B分别向站点分别

43、向站点C C、D D发送数据发送数据40数据传输实例（续）数据传输实例（续）站点站点A A、B B分别向站点分别向站点C C、D D发送数据发送数据41（2 2）IEEE802.4IEEE802.4令牌总线（令牌总线（Token BusToken Bus）在物理上令牌总线是一根线型或树型的电缆，其上在物理上令牌总线是一根线型或树型的电缆，其上连接各个站点；在逻辑上，所有站点构成一个环连接各个站点；在逻辑上，所有站点构成一个环 。令牌总线 42小结：小结：1 1、CSMA/CDCSMA/CD属于属于随机型介质访问控制方法，采用总线争用的随机型介质访问控制方法，采用总线争用的 方式方式。具有结构简

44、单、在轻负载下延迟小等优点，但随。具有结构简单、在轻负载下延迟小等优点，但随 着负载的增加，冲突概率增加，性能将明显下降，适用着负载的增加，冲突概率增加，性能将明显下降，适用 于对数据传输实时性要求不严格的应用环境。于对数据传输实时性要求不严格的应用环境。2 2、Token RingToken Ring属于属于确定型介质访问控制方法确定型介质访问控制方法，具有重负载，具有重负载 下利用率高、网络性能对距离不敏感以及具有公平访问下利用率高、网络性能对距离不敏感以及具有公平访问 等优越性能，但环形网结构复杂，存在检错和可靠性等等优越性能，但环形网结构复杂，存在检错和可靠性等 问题，适用于对数据传输

45、实时性要求较高的环境。问题，适用于对数据传输实时性要求较高的环境。3 3、Token BusToken Bus也属于也属于确定型介质访问控制方法确定型介质访问控制方法，是在综合以，是在综合以 上两种介质访问控制方法优点的基础上形成的一种介质上两种介质访问控制方法优点的基础上形成的一种介质 访问控制方法。访问控制方法。434.4 4.4 传统以太网传统以太网4.4.1 4.4.1 以太网的产生与发展以太网的产生与发展7070年代中期由施乐公司（年代中期由施乐公司（Bob MetcalfeBob Metcalfe）提出，数据率提出，数据率为为2.94Mb/s2.94Mb/s，称为称为Etherne

46、tEthernet（以太网）以太网）最初人们认为电磁波是通过最初人们认为电磁波是通过“以太以太”来传播的来传播的,物理介质物理介质（比如电缆）将比特流传输到各个站点，就像古老的（比如电缆）将比特流传输到各个站点，就像古老的“以以太理论太理论”（luminiferousluminiferous ether ether）所阐述的那样，古代的）所阐述的那样，古代的“以太理论以太理论”认为认为“以太以太”通过电磁波充满了整个空间。通过电磁波充满了整个空间。经经DEC,IntelDEC,Intel和和XeroxXerox公司改进为公司改进为10Mb/s10Mb/s标准（标准（DIXDIX标准）标准）DI

47、X V1DIX V1DIX V1DIX V1（1980198019801980）、）、）、）、DIX V2DIX V2DIX V2DIX V2（1982198219821982）Ethernet IIEthernet IIEthernet IIEthernet II特征：基带传输、总线拓扑、特征：基带传输、总线拓扑、CSMA/CDCSMA/CD、同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆 1985198519851985年被采纳为年被采纳为年被采纳为年被采纳为IEEE 802.3IEEE 802.3，支持多种传输媒体。支持多种传输媒体。“带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范带有冲突检测的载

48、波监听多路访问方法和物理层技术规范”Ethernet IIEthernet II和和IEEE 802.3IEEE 802.3二者区别很小二者区别很小仅是帧格式和支持的传输介质略有不同仅是帧格式和支持的传输介质略有不同目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展 一种在以前被假定为电一种在以前被假定为电磁波的传播介质，具有磁波的传播介质，具有绝对连续性、高度弹性、绝对连续性、高度弹性、极其稀薄等特性。极其稀薄等特性。44IEEE 802.3 IEEE 802.3 以太网标准（主要的）以太网标准（主要的）传统以太网：传统以太网：10Mb/s10Mb/s802.3 802

49、.3 粗粗同同轴电缆轴电缆802.3a 802.3a 细细同同轴电缆轴电缆802.3i 802.3i 双绞线双绞线802.3j 802.3j 光纤光纤快速以太网（快速以太网（FEFE）：）：100Mb/s100Mb/s802.3u 802.3u 双绞线，光纤双绞线，光纤千兆以太网（千兆以太网（GEGE）：）：1000Mb/s1000Mb/s（1Gb/s1Gb/s）802.3z 802.3z 屏蔽短双绞线、光纤屏蔽短双绞线、光纤802.3ab 802.3ab 双绞线双绞线万兆以太网（万兆以太网（10GE10GE）：）：10Gb/s10Gb/s802.3ae 802.3ae 光纤光纤454.4.2

50、 4.4.2 以太网的物理层选项与标识方法以太网的物理层选项与标识方法速率、信号传输方式、介质类型速率、信号传输方式、介质类型速率速率（Mb/s）基带或宽带基带或宽带Base，Broad每段最大长度（单位每段最大长度（单位:百米）或百米）或介质类型介质类型（T，F，X）10Base5传统以太网传统以太网10Base5 10Base5 粗同轴粗同轴10Base2 10Base2 细同轴细同轴10Base-T 10Base-T UTPUTP 10Base-F MMF10Base-F MMF快速以太网和千兆以太网快速以太网和千兆以太网100Base-T 100Base-T UTPUTP100Base