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1、 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网第第4 4章章 局局 域域 网网 基基本本内内容容：介介绍绍局局域域网网的的基基本本概概念念、拓拓朴朴结结构构、常常用用的的局局域域网网传传输输媒媒体体，局局域域网网的的共共享享媒媒体体技技术术，传传统统以以太太网网的的工工作作原原理理及及连连接接方方法法、CSMA/CD协协议议、碰碰撞撞退退避避算算法法、MAC地地址址、MAC帧帧，局局域域网网的的扩扩展展，高高速速以以太网技术。太网技术。局域网的拓朴结构局域网的拓朴结构 以太网的工作原理、以太网的工作原理、CSMA/CDCSMA/CD协议、协议、MACMAC帧帧
2、以太网的连接方法以太网的连接方法 局域网的扩展技术局域网的扩展技术 高速以太网技术高速以太网技术重点掌握重点掌握：海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.1 4.1 局域网概述局域网概述4.1.1 4.1.1 局域网的概念局域网的概念局域网局域网(Local Area Network,(Local Area Network,简称简称LAN)LAN)是计算机网络的一种。局是计算机网络的一种。局域网是在一个较小的范围域网是在一个较小的范围(一个办公室、一幢楼、一家工厂一个办公室、一幢楼、一家工厂等等)，利用通信线路将众多计算机，利用通信线路将众多计算机(一般
3、为微机一般为微机)及外围设备及外围设备连接起来，达到数据通信和资源共享的目的。连接起来，达到数据通信和资源共享的目的。局域网最主要的特点局域网最主要的特点是：网络通常为一个单位所拥有，地理范围几是：网络通常为一个单位所拥有，地理范围几米到几公里。局域网具有较高的数据率、较低的时延和较小米到几公里。局域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。的误码率。决定局域网特性的主要技术决定局域网特性的主要技术：设备互联的拓扑结构；用于传输数据：设备互联的拓扑结构；用于传输数据的媒体；由于信道共享而采用的媒体接入控制方法。的媒体；由于信道共享而采用的媒体接入控制方法。海南大学 信息科学技术学院计算机网
4、络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.1.2 4.1.2 局域网的拓朴结构局域网的拓朴结构最常见的局域网拓朴结构有星型、环型、总线型和树型。如图最常见的局域网拓朴结构有星型、环型、总线型和树型。如图4-24-2所示。所示。集线器(a)星型网星型网*(b)环型环型网网(c)总线总线网网(d)树型树型网网图图4-2 局域网的拓朴结构局域网的拓朴结构注：图注：图(a)在物理上是一个星型网，但在逻辑上仍是一个总线网在物理上是一个星型网，但在逻辑上仍是一个总线网干线耦合器匹配电阻 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网（1 1）星型拓朴）星型拓朴每每一一个个
5、站站点点通通过过点点-点点链链路路连连至至中中心心节节点点，所所有有的的通通信信都都由由中中心心节节点点控控制制，一一般般采采用用线线路路交交换换。中中心心节节点点也也可可以以有有数数据据处处理理能能力力并并提提供供共共享享资源。资源。近近年年来来由由于于集集线线器器(hub)(hub)的的出出现现和和双双绞绞线线大大量量用用于于局局域域网网中中,星星形形网网以以及及多级结构的星形网多级结构的星形网获得了非常广泛的应用。获得了非常广泛的应用。基本特性基本特性优点优点建网容易，配置方便；建网容易，配置方便；每个连接的故障容易排除，不影响全网；每个连接的故障容易排除，不影响全网；控制协议相对简单。
6、控制协议相对简单。缺点缺点在同样覆盖面积内；所用电缆量较大；在同样覆盖面积内；所用电缆量较大；扩展不方便，需要预留或增设电缆；扩展不方便，需要预留或增设电缆；对对中中心心节节点点要要求求非非常常高高，一一旦旦中中心心节节点点产产生生故障故障,全网将不能工作。全网将不能工作。集线器集线器或交换机或交换机 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网（2 2）环型拓朴）环型拓朴由由一一些些中中继继器器通通过过点点到到点点链链路路连连成成的的一一个个闭闭合合环环。入入网网设设备备连连到到中中继继器器上上。中中继继器器是是较较简简单单的的设设备备，无无存存储储转转发发功
7、功能能。它它从从一一条条链链路路上上接接收收数数据据,以相同速率在另一条链路上输出。数据在环上是单向传输的。以相同速率在另一条链路上输出。数据在环上是单向传输的。由由于于所所有有站站点点共共享享一一个个环环，因因此此要要对对站站点点对对环环的的访访问问进进行行控控制制。控控制制采采用分布的办法，即每个站都有控制发送和接收的访问逻辑。用分布的办法，即每个站都有控制发送和接收的访问逻辑。基本特性基本特性优点优点电线长度较短，与总线拓扑类似；电线长度较短，与总线拓扑类似；适于采用光缆连接，从而提高数据速率。适于采用光缆连接，从而提高数据速率。缺点缺点某段链路或某个中继器有故障会使全网不能工作；某段链
8、路或某个中继器有故障会使全网不能工作；站点离网、入网都较困难。站点离网、入网都较困难。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网（3 3）总线拓朴）总线拓朴将将所所有有站站点点通通过过硬硬件件接接口口连连接接到到单单根根传传输输介介质质共共享享总总线线上上。在在IEEE802IEEE802标标准准中中IEEE802.3(IEEE802.3(即即以以太太网网)和和IEEE802.4(IEEE802.4(令令牌牌总总线线)都都是是总线拓扑。总线拓扑。基本特性基本特性优点优点与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；结构简单，可靠性高；结构
9、简单，可靠性高；扩充扩充(如增加站点、延长电缆等如增加站点、延长电缆等)较容易。较容易。缺点缺点故故障障检检测测不不很很容容易易，如如总总线线有有故故障障需需分分段段查查找找，如站点有故障需一个一个查；如站点有故障需一个一个查；站点需要提供访问控制功能。站点需要提供访问控制功能。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.1.3 4.1.3 常用的局域网传输媒体常用的局域网传输媒体双绞线双绞线：价格便宜、安装方便，在局域网中使用最多。但抗干扰能价格便宜、安装方便，在局域网中使用最多。但抗干扰能力较差，传输距离较短。适用于建筑物内部的布线系统。力较差，传输距离
10、较短。适用于建筑物内部的布线系统。同轴电缆同轴电缆：分为粗缆和细缆，价格中等、安装较方便，有较高的数分为粗缆和细缆，价格中等、安装较方便，有较高的数据传输率，在早期的局域网中使用较多。抗干扰能力较好，据传输率，在早期的局域网中使用较多。抗干扰能力较好，传输距离较远。传输距离较远。光光 缆缆：损耗低、抗干扰能力强，传输率高，传输距离远，是环型损耗低、抗干扰能力强，传输率高，传输距离远，是环型网或主干网的主要传输媒体。但价格贵，技术复杂。网或主干网的主要传输媒体。但价格贵，技术复杂。无线传输无线传输：采用无线电波、红外线、微波等作为媒体，传输距离远，采用无线电波、红外线、微波等作为媒体，传输距离远
11、，不受空间限制。但设备价格昂贵，技术复杂。不受空间限制。但设备价格昂贵，技术复杂。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.1.4 4.1.4 局域网的媒体共享技术局域网的媒体共享技术可分为两大类：静态划分信道和动态媒体接入控制。可分为两大类：静态划分信道和动态媒体接入控制。（1）静态划分信道：）静态划分信道：如频分复用、时分复用、波分复用、码分复用等。用如频分复用、时分复用、波分复用、码分复用等。用户只要得到了信道就不会和别的用户发生冲突。但这种划分信道的方户只要得到了信道就不会和别的用户发生冲突。但这种划分信道的方法代价较高，不适合于局域网。法代价较高
12、，不适合于局域网。（2）动态媒体接入控制：）动态媒体接入控制：又称为多点接入（又称为多点接入（multiple access），其特点是），其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。又分为两类：信道并非在用户通信时固定分配给用户。又分为两类：随机接入：随机接入：其特点是所有的用户可随机地发送信息。但如果有两个或其特点是所有的用户可随机地发送信息。但如果有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那么就会在共享媒体上产生更多的用户在同一时刻发送信息，那么就会在共享媒体上产生碰撞碰撞（发生了冲突），使得这些用户的发送都失败。因此必须有解决碰撞（发生了冲突），使得这些用户的发送都失败。因此必须有解决碰撞
13、的网络协议。的网络协议。受控接入受控接入：其特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。：其特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。最常用的局域网最常用的局域网以太网的媒体接入控制方法是：以太网的媒体接入控制方法是：CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection载波监听多点接入载波监听多点接入/冲突检测）。冲突检测）。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.2 4.2 传统以太网传统以太网 特指最早进入市场的特指最早进入市场的10Mbps速率的以太网。现在以太网已经发展到
14、速率的以太网。现在以太网已经发展到100Mbps、1Gbps、10Gbps的速率。的速率。4.2.1 4.2.1 以太网的工作原理以太网的工作原理1.以太网的两个标准以太网的两个标准以太网诞生于以太网诞生于1975年，美国年，美国Xerox公司，公司，2.94Mbps，无源电缆。，无源电缆。1980年年9月月DEC公司、公司、Intel公司、公司、Xerox公司联合推出公司联合推出10 Mbps以太网规约的第一版以太网规约的第一版DIX V1。1982年修改推出第二版年修改推出第二版DIX Ethernet V2。成为世界上局域网。成为世界上局域网产品的第一个规约。产品的第一个规约。1983年
15、年IEEE 802委员会制订局域网标准：委员会制订局域网标准：IEEE 802.3，两个标，两个标准差别很小。准差别很小。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网2.2.网卡的作用网卡的作用计算机与局域网的连接和通信是通过计算机与局域网的连接和通信是通过网络接口卡网络接口卡来实现的，网来实现的，网络接口卡又称为通信适配器，简称为网卡。网卡和局域网之间的通络接口卡又称为通信适配器，简称为网卡。网卡和局域网之间的通信是以串行方式进行的，如图信是以串行方式进行的，如图4-3所示。所示。计算机计算机CPU高速缓存高速缓存存储器存储器网络接口卡网络接口卡（网卡）（网卡
16、）至局域网至局域网串行通信串行通信并行通信并行通信I/O总线总线 当网卡收到一个有差错的帧时，就将该帧丢弃；当收到一个正当网卡收到一个有差错的帧时，就将该帧丢弃；当收到一个正确的帧时就用中断来通知计算机并交付给协议栈中的网络层。确的帧时就用中断来通知计算机并交付给协议栈中的网络层。当计算机要发送一个当计算机要发送一个IP数据报时，就由协议栈向下交给网卡组数据报时，就由协议栈向下交给网卡组装成帧后发送到局域网。装成帧后发送到局域网。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网3.CSMA/CD3.CSMA/CD协议协议传统以太网采用的媒体接入协调方法是传统以太网采
17、用的媒体接入协调方法是CSMA/CD协议。协议。CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测多点接入多点接入许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上，是总线型网络。是总线型网络。载波监听载波监听是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据；如果有，则暂时不是否有其他计算机在发送数据；如果有，则暂时不要发送数据，以免发生要发送数据，以免发生碰撞碰撞。碰撞检
18、测碰撞检测就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，由信号电压摆动值的大小来判断是否发生了碰小，由信号电压摆动值的大小来判断是否发生了碰撞。正常发送时，计算机发送的数据都是使用曼彻撞。正常发送时，计算机发送的数据都是使用曼彻斯特编码的信号；发生碰撞时，信号会产生严重的斯特编码的信号；发生碰撞时，信号会产生严重的失真。一旦发生碰撞，就立即停止发送。失真。一旦发生碰撞，就立即停止发送。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网为什么会发生碰撞？为什么会发生碰撞？每个站点都是在监听到信道每个站点都是在监听到信道“空闲
19、空闲”时才发送数据的，为什么还会发生时才发送数据的，为什么还会发生碰撞？根本原因是因为电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。碰撞？根本原因是因为电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。假设局域网两端的站假设局域网两端的站A和站和站B相距相距1km（电磁波在（电磁波在1km电缆上的传播时延电缆上的传播时延约为约为5s），单程传播时延记为），单程传播时延记为。ABAAABBBAt=0 A发送数据发送数据 Bt=2 A检测到检测到 发生碰撞发生碰撞 t=B检测到信道空闲检测到信道空闲发送数据发送数据 t=/2 发生碰撞发生碰撞 t=B检测到碰撞检测到碰撞停止发送停止发送 A和和B发送数据均失败，发送数据均
20、失败，它们都要推迟一段时间它们都要推迟一段时间后再重新发送后再重新发送 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.4.争用期争用期最先发送数据帧的站点，在发送数据帧后至多经过最先发送数据帧的站点，在发送数据帧后至多经过2 就可以知道就可以知道该帧是否发生了碰撞。该帧是否发生了碰撞。以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延2 称为争用期，又称为碰撞窗口称为争用期，又称为碰撞窗口。？问问 题题？考虑这样的一种情形：当某站正在发送数据时，另外两个站有考虑这样的一种情形：当某站正在发送数据时，另外两个站有数据要发送。这两个站进行载波监听，发现总线忙，于是就等待
21、；数据要发送。这两个站进行载波监听，发现总线忙，于是就等待；当它们发现总线变为空闲时，就立即发送自己的数据当它们发现总线变为空闲时，就立即发送自己的数据。但这必然再次。但这必然再次发生碰撞；经检测发现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送，发生碰撞；经检测发现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送，这样，这样下去，一直不能发送成功。下去，一直不能发送成功。解决这一问题，需要采用解决这一问题，需要采用所谓的退避算法。所谓的退避算法。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网退退 避避 算算 法法就是让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即再发送就是让发生碰撞的站在停止发
22、送数据后，不是立即再发送数据，而是推迟（这叫做退避）一个随机时间。具体做法是：数据，而是推迟（这叫做退避）一个随机时间。具体做法是：（1）确定基本退避时间，一般是取为争用期）确定基本退避时间，一般是取为争用期2 。（2）定义参数）定义参数k，它等于重传次数，但，它等于重传次数，但k不超过不超过10，即，即k=Min(重传重传次数，次数，10)。（3）从离散整数集合）从离散整数集合0,1,2,(2 k-1)中随机地取出一个数，记中随机地取出一个数，记为为r。重传输所需的时间就是。重传输所需的时间就是r倍的基本退避时间。倍的基本退避时间。（4）当重传达）当重传达16次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向
23、高层报告。次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。这样做是为了减小这样做是为了减小 再再次发生碰撞的概率。次发生碰撞的概率。说明想发送数据的站太多，说明想发送数据的站太多，以致连续发生碰撞。以致连续发生碰撞。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.2.2 4.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法传统以太网的传输媒体有四种：传统以太网的传输媒体有四种：10BASE5 10BASE5 粗缆粗缆10BASE2 10BASE2 细缆细缆10BASE-T 10BASE-T 双绞线双绞线10BASE-F 10BASE-F 光缆光缆中继器中继器收发器收发
24、器端接器端接器（50）接接 地地（1 1）粗缆以太网的连接）粗缆以太网的连接 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网粗缆以太网的硬件配置粗缆以太网的硬件配置1 1）网卡：每个结点需要一块提供）网卡：每个结点需要一块提供AUIAUI接口的以太网卡或接口的以太网卡或PCMCIAPCMCIA卡。卡。2 2）收发器：每个结点通过安装在干线电缆上的收发器与网络进行连接。）收发器：每个结点通过安装在干线电缆上的收发器与网络进行连接。3 3）收发器电缆：用于连接结点和收发器）收发器电缆：用于连接结点和收发器,通常称为通常称为AUIAUI电缆。电缆。4 4）电电缆缆系系统
25、统：包包括括：粗粗缆缆(RG-11(RG-11 A/U)A/U)：直直径径为为1010毫毫米米，特特征征阻阻抗抗为为5050欧欧姆姆，每每隔隔2.52.5米米有有一一个个标标记记；N-N-系系列列连连接接器器插插头头：安安装装在在粗粗缆缆段段的的两两端端；N-N-系系列列桶桶型型连连接接器器：用用于于连连接接两两段段粗粗缆缆；N-N-系系列列终终端端匹匹配配器器：安安装装在在干干线线电电缆缆段段的的两两端端,用用于于防防止止电电子子信信号号的的反反射射；干干线电缆段两端的终端匹配器线电缆段两端的终端匹配器必须有一个接地必须有一个接地。5 5）中继器：每个干线段的长度不超过）中继器：每个干线段的
26、长度不超过500500米。可以用中继器连接两个干米。可以用中继器连接两个干线段，以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中线段，以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器，连接五段干线段电缆。继器，连接五段干线段电缆。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网粗缆以太网的技术参数粗缆以太网的技术参数最大干线段长度：最大干线段长度：500500米米 最大网络干线电缆长度（使用最大网络干线电缆长度（使用4 4个中继器）：个中继器）：25002500米米每条干线段支持的最大结点数：每条干线段支持的最大结点数：100 100 个个收发器之间最小
27、距离：收发器之间最小距离：2.52.5米米收发器电缆的最大长度：收发器电缆的最大长度：5050米米 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网（2 2）细缆以太网的连接）细缆以太网的连接中继器中继器端接器端接器（50）接接 地地BNC T型接头型接头 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网细缆以太网的硬件配置细缆以太网的硬件配置1 1）网卡：每个结点需要一块提供）网卡：每个结点需要一块提供BNCBNC接口接口的以太网卡或的以太网卡或PCMCIAPCMCIA卡。卡。2 2）B BNC-TNC-T型型连连接接器器：每每个个结结
28、点点通通过过T T型型连连接接器器与与网网络络进进行行连连接接,它它水水平平方方向向的的两两个个插插头头用用于于连连接接两两段段细细缆缆,与与之之垂垂直直的的插插口口与与网网络络接接口口适适配配器上的器上的BNCBNC连连接器相接器相连连。3 3）电电缆缆系系统统：包包括括：细细缆缆(RG-58(RG-58 A/U)A/U)：直直径径为为5 5毫毫米米,特特征征阻阻抗抗为为5050欧欧姆姆；BNCBNC连连接接器器插插头头：安安装装在在细细缆缆段段的的两两端端；BNCBNC桶桶型型连连接接器器：用用于于连连接接两两段段细细缆缆；BNC BNC 终终端端匹匹配配器器：BNC BNC 5050欧欧
29、姆姆的的终终端端匹匹配配器器安安装装在在干干线线段段的的两两端端,用用于于防防止止电电子子信信号号的的反反射射。干干线线段段电电缆缆两两端端的的终终端匹配器必端匹配器必须须有一个接地有一个接地。4 4）中继器：）中继器：每个干每个干线线段的段的长长度不能超度不能超过过185185米米,可以用中可以用中继继器器连连接两个接两个干干线线段段,以以扩扩充主干充主干电缆电缆的的长长度。每个以太网中最多可以使用四个度。每个以太网中最多可以使用四个中中继继器器,连连接五个干接五个干线线段段电缆电缆。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网细缆以太网的技术参数细缆以太网的
30、技术参数最大干线段长度：最大干线段长度：185185米米 最大网络干线电缆长度（使用最大网络干线电缆长度（使用4 4个中继器）：个中继器）：925925米米每条干线段支持的最大结点数：每条干线段支持的最大结点数：30 30 个个BNC-TBNC-T型型连连接器之接器之间间的最小距离的最小距离:0.5:0.5米米 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网（3 3）双绞线以太网的连接）双绞线以太网的连接集线器集线器集线器集线器集线器集线器 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网双绞线以太网的硬件配置双绞线以太网的硬件配置1
31、1）网卡：每个结点）网卡：每个结点需要一需要一块块具有一个具有一个RJ-45RJ-45连连接器的接器的EthernetEthernet网卡。如果安装网卡。如果安装一个无一个无盘盘工作站，必工作站，必须须使用一个使用一个远远程程引导的引导的PROM PROM。2 2）集集线线器器（HubHub）：可可能能的的端端口口数数：8 8、1010、1212或或2424个个。有有些些包包括括与与同同轴轴电电缆缆或或光光纤纤主干相主干相连连的端口的端口。3 3）电电缆缆系系统统：10BASE210BASE2非非屏屏蔽蔽双双绞绞线线；RJ-45RJ-45连连接接器器，针针1 1、2 2用用于于发发送送，针针3
32、 3、6 6用于接收。用于接收。双绞线以太网的技术参数双绞线以太网的技术参数从集线器到集线器的距离不能超过从集线器到集线器的距离不能超过100m100m；集线器级联最多；集线器级联最多4 4个。个。一个集线器能够连接多达一个集线器能够连接多达2424个工作站；集线器到站点距离最多个工作站；集线器到站点距离最多100100米。米。中心集线器能够连接最多中心集线器能够连接最多1212个集线器；个集线器；集线器可提供与同轴电缆或光纤相连的端口；集线器可提供与同轴电缆或光纤相连的端口；无需使用网无需使用网桥桥在网在网络络上上连连接多达接多达10231023个工作站个工作站 海南大学 信息科学技术学院计
33、算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.3 4.3 以太网的以太网的MACMAC层层4.3.1 IEEE8024.3.1 IEEE802局域网模型局域网模型 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.3.2 MAC4.3.2 MAC层的功能层的功能对对共共享享介介质质的的局局域域网网要要解解决决介介质质访访问问控控制制问问题题。因因此此将将数数据据链链路路层层分分为为两两个个子子层层,即即介介质质访访问问控控制制MAC(Medium MAC(Medium Access Access Control)Control)子层和逻辑链路控制子层和逻辑链
34、路控制LLC(Logical link Control)LLC(Logical link Control)子层。子层。MACMAC子子层层的的主主要要功功能能是是:帧帧的的封封装装和和拆拆封封、物物理理介介质质传传输输差差错错的的检检测、寻址、实现介质访问控制协议。测、寻址、实现介质访问控制协议。LLCLLC子子层层的的主主要要功功能能是是:连连接接管管理理(建建立立和和释释放放连连接接)、与与高高层层的的接接口、帧的可靠、按序传输及流量控制。口、帧的可靠、按序传输及流量控制。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.3.3 MAC4.3.3 MAC地址地
35、址在局域网中，在局域网中，硬件地址硬件地址又称为又称为物理地址物理地址或或MACMAC地址地址，这一地址，这一地址被固化在每个网卡的被固化在每个网卡的ROMROM中，每个网卡在出厂时都赋于了一个全世界中，每个网卡在出厂时都赋于了一个全世界范围内范围内唯一的唯一的地址编号，地址编号，地址为地址为6字节（即字节（即48位）位）。所有网卡制造商对网卡地址范围达成协议，每个制造商只能使所有网卡制造商对网卡地址范围达成协议，每个制造商只能使用许可范围内的地址，这样可保证生产出来的网卡不使用重复的地用许可范围内的地址，这样可保证生产出来的网卡不使用重复的地址。址。IEEE的注册管理委员会的注册管理委员会R
36、AC负责分配地址负责分配地址6个字节中的前个字节中的前3个字个字节（称为地址块），大约节（称为地址块），大约1250美元可以买一块，一个地址块中的美元可以买一块，一个地址块中的24位可以生产位可以生产224=16777216个网卡地址。后三个字节的地址由制造厂个网卡地址。后三个字节的地址由制造厂家自行安排。例如，家自行安排。例如，3Com3Com公司生产的网卡的公司生产的网卡的MACMAC地址的前地址的前3 3个字节为个字节为02-60-8C02-60-8C。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.3.4 MAC4.3.4 MAC帧的格式帧的格式目的地址
37、目的地址2 2或或6 6字节字节源地址源地址2 2或或6 6字节字节类型类型2 2字节字节数据数据46-150046-1500字节字节帧校验序列帧校验序列4 4字节字节IEEE802.3IEEE802.3标标准准的的MACMAC帧帧和和Ethernet Ethernet V2V2的的MACMAC帧帧相相似似，不不同同点点在在第第三三字字段段，在在Ethernet Ethernet V2V2中中该该字字段段表表示示LLCLLC的的上上层层所所使使用用的的协协议议类类型型，而而在在802.3802.3标标准准中中该该字字段段表表示示后后面面数数据据字字段的段的长度长度。MAC帧帧数数据据字字段段至
38、至少少46字字节节，长长度度不不够够时时，则则应应加加以以填填充充，内容不限，这样，内容不限，这样，MAC帧的最小长度是帧的最小长度是64字节。字节。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.4 4.4 扩展的局域网扩展的局域网4.4.1 4.4.1 在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网集线器集线器集线器集线器集线器集线器三个独立的碰撞域三个独立的碰撞域（a）三个独立的局域网）三个独立的局域网集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器一个更大的碰撞域一个更大的碰撞域中心集线器中心集线器（b）一个扩展的局域网）一个扩展的局域网图图4-18 用多个集线器
39、连成更大的局域网用多个集线器连成更大的局域网 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.4.2 4.4.2 在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网网段网段A网段网段B网桥网桥MAC1MAC2 MAC3MAC4MAC5 MAC612站地址站地址端口端口MAC11MAC21MAC31MAC42MAC52MAC62 端口管理软端口管理软件件 网桥协议实网桥协议实体体缓存缓存端口端口2端口端口112站表站表1.1.网桥网桥 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网2.2.多端口网桥多端口网桥以太网交换机以太网交换机集线器集
40、线器集线器集线器集线器集线器以太网以太网交换机交换机路由器路由器InternetE-mail服务器服务器10BASE-T100Mb/s100Mb/s100Mb/s用以太网交换机扩展局域网用以太网交换机扩展局域网 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.5 4.5 高速以太网高速以太网传输速率达到或超过传输速率达到或超过100Mb/s100Mb/s的以太网。的以太网。4.5.1 100BASE-T4.5.1 100BASE-T以太网以太网100BASE-T100BASE-T是在双绞线上传送是在双绞线上传送100Mb/s100Mb/s基带信号的星型拓朴以太基
41、带信号的星型拓朴以太网。又称为快速以太网。网。又称为快速以太网。用户只要更换一个网卡，再配上一个用户只要更换一个网卡，再配上一个100Mb/p100Mb/p的集线器，就可的集线器，就可以方便地由以方便地由10BASE-T10BASE-T升级到升级到100BASE-T100BASE-T，而不必改变网络的拓朴结，而不必改变网络的拓朴结构。快速以太网的构。快速以太网的MACMAC帧仍然使用帧仍然使用IEEE802.3IEEE802.3规定的格式。规定的格式。半双工方式下仍然使用半双工方式下仍然使用CSMA/CDCSMA/CD协议，全双工方式则不需要协议，全双工方式则不需要CSMA/CDCSMA/CD
42、协议协议1.1.由由10BASE-T10BASE-T升级到升级到100BASE-T100BASE-T 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网2.2.快速以太网的物理层标准快速以太网的物理层标准快速以太网的国际标准代号是快速以太网的国际标准代号是IEEE802.3uIEEE802.3u。新标准规定。新标准规定了三种不同的物理层标准：了三种不同的物理层标准：（1 1）100BASE-TX100BASE-TX 使用使用2 2对对UTP5UTP5或或STP5STP5类双绞线，其中类双绞线，其中一对用于发送，另一对用于接收。信号编码采用一对用于发送，另一对用于接收。
43、信号编码采用MLT-3MLT-3（多电平（多电平传输传输-3-3）的编码方法，即用正、负和零三种电平传送信号。其编）的编码方法，即用正、负和零三种电平传送信号。其编码规则是：码规则是：当输入一个当输入一个0 0时，下一个输出值不变。时，下一个输出值不变。当输入一个当输入一个1 1时，下一个输出值要变：若前一个输出值为正时，下一个输出值要变：若前一个输出值为正值或负值，则下个输出值为零；若前一个输出值为零，则下一个值或负值，则下个输出值为零；若前一个输出值为零，则下一个输出值与上次的一个非零输出值的符号相反。输出值与上次的一个非零输出值的符号相反。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第
44、四章第四章 局局 域域 网网（2 2）100BASE-FX100BASE-FX使用使用2根光纤，其中一根用于发送，另一根用于接收。根光纤，其中一根用于发送，另一根用于接收。信号的编码采用信号的编码采用4B/5B-NRZI编码。编码。NRZI即不归零即不归零1制（当制（当“1”出现时信号电平在正值与负值之间变化一次），出现时信号电平在正值与负值之间变化一次），4B/5B编编码是将数据流中每码是将数据流中每4bit作为一组（作为一组（Block），然后按编码规则将），然后按编码规则将每一组转换成每一组转换成5bit，其中至少有，其中至少有2个个“1”，保证信号码元至少，保证信号码元至少发生两次跳变
45、。发生两次跳变。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网（3 3）100BASE-T4100BASE-T4使用使用4对对UTP3类或类或5类双绞线。类双绞线。信号的编码采用信号的编码采用8B6T-NRZ编码。编码。8B6T编码是将数据流中编码是将数据流中每每8bit作为一组，然后按编码规则将每一组转换成作为一组，然后按编码规则将每一组转换成6bit的三元制的三元制码元。同时使用三对线传送数据（每对线以码元。同时使用三对线传送数据（每对线以 的速率传的速率传送数据），用一对线作为碰撞检测的接收信道。送数据），用一对线作为碰撞检测的接收信道。海南大学 信息科学技
46、术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.5.2 4.5.2 吉比特以太网吉比特以太网即千兆以太网，其标准代号为即千兆以太网，其标准代号为IEEE802.3zIEEE802.3z。技术要点：。技术要点：1.1.技术要点技术要点允许在允许在1Gb/s1Gb/s下全双工和半双工两种方式工作。下全双工和半双工两种方式工作。使用使用802.3802.3协议规定的帧格式。协议规定的帧格式。在半双工方式下使用在半双工方式下使用CSMA/CDCSMA/CD协议，全双工方式下不需协议，全双工方式下不需要使用要使用CSMA/CDCSMA/CD协议。协议。与与10BASE-T10BASE-T和和
47、100BASE-T100BASE-T技术向后兼容。技术向后兼容。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网2.2.吉比特以太网的物理层标准吉比特以太网的物理层标准有两个：有两个：1000BASE-X1000BASE-X和和1000BASE-T1000BASE-T（1 1）1000BASE-X1000BASE-X（802.3z802.3z标准标准)基于光纤通道的物理层，使用的媒体有三种：基于光纤通道的物理层，使用的媒体有三种：1000BASE-SX1000BASE-SXSXSX表示短波长（使用表示短波长（使用850nm 850nm 激光器），使用纤激光器），使用
48、纤芯直径为芯直径为62.5m62.5m和和50m50m的多模光纤时，的多模光纤时，传输距离分别为传输距离分别为275m275m和和550m550m。1000BASE-LX1000BASE-LXLXLX表示度波长（使用表示度波长（使用1300nm 1300nm 激光器），使用激光器），使用纤芯直径为纤芯直径为62.5m62.5m和和50m50m的多模光纤时，的多模光纤时，传输距离为传输距离为550m550m。使用纤芯直径为。使用纤芯直径为10m10m的单的单模光纤时，传输距离为模光纤时，传输距离为5km5km。1000BASE-CX1000BASE-CXCXCX表示铜线，使用表示铜线，使用2 2
49、对屏蔽双绞线，传输距离对屏蔽双绞线，传输距离为为25m25m。海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网（2 2）1000BASE-T1000BASE-T（802.3ab802.3ab标准标准)使用使用4 4对对5 5类类UTPUTP双绞线，传送距离双绞线，传送距离100m100m。（3 3）吉比特以太网的配置举例）吉比特以太网的配置举例百兆比特或吉比特集线器百兆比特或吉比特集线器 吉比特吉比特 交换集线器交换集线器中央服务器中央服务器100 Mb/s链路链路1Gb/s链路链路 海南大学 信息科学技术学院计算机网络基础课程组第四章第四章 局局 域域 网网4.5
50、.3 104.5.3 10吉比特以太网吉比特以太网即万兆以太网，标准代号即万兆以太网，标准代号IEEE802.3aeIEEE802.3ae技术要点：技术要点：帧的格式和帧的格式和10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s完全一样。完全一样。只使用光纤作为传输媒体。使用单模光纤传输距离只使用光纤作为传输媒体。使用单模光纤传输距离超过超过40km，多模光纤为，多模光纤为 65300m。只工作在全双工方式，不需要只工作在全双工方式，不需要CSMA/CD协议。协议。物理层：物理层：采用全新的物理层技术。采用全新的物理层技术。局域网物理层局域网物理层LAN PHY，数据率为，数据率为10.000Gb/s。