计网(城轨供电)第4讲 局域网

1、第第4 4讲讲 局域网局域网 n本章主要内容本章主要内容 局域网（LAN）概述 介质访问控制方法 传统以太网（Ethernet） 局域网扩展 *高速局域网 *无线局域网（WLAN） 4.1 局域网局域网（LAN）概述概述 n1. LAN的特点的特点 覆盖范围小覆盖范围小 n房间、建筑物、园区范围房间、建筑物、园区范围 n距离距离25km 高传输速率高传输速率 n10Mb/s1000Mb/s 低误码率低误码率 n10-8 10-11 私有性：自建、自管、自用私有性：自建、自管、自用 n2. LAN的的技术特征技术特征 介质：介质：UTP、Fiber、COAX 拓扑结构（逻辑、物理）拓扑结构（逻辑

2、、物理） n总线型总线型、星形星形、环形、树形、环形、树形 介质访问方法介质访问方法 nCSMA/CD、Token-passing 信号传输形式信号传输形式 n基带基带、宽带、宽带 3. 局域网体系结构局域网体系结构 n局域网的标准：局域网的标准：IEEE802（ISO8802） IEEE802是一个标准系列：是一个标准系列：IEEE802, IEEE802.1IEEE802.14 n其体系结构只包含了两个层次：其体系结构只包含了两个层次：数据链路层、物理层数据链路层、物理层 数据链路层又分为逻辑链路控制逻辑链路控制和介质访问控制介质访问控制两个子层 (Logic Link Contol, M

3、edium Access control) 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC 介质访问控制介质访问控制 MAC 高层高层 OSI IEEE 802 物理层物理层PHY 由由TCP/IP和和NOS实现实现 IEEE802描述了最低 两层的功能以及它们 为网络层提供的服务 和接口 nIEEE802.1标准提供了一个对整个IEEE802 系列协议的概述，描述了IEEE802标准和开 放系统基本参照模型（即ISO的OSI7层模 型）之间的联系 . IEEE802系列中的主要标准系列中的主要标准 n802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制 n802.3 n8

4、02.4 n802.5 n802.6 n802.8 n802.11 WLAN（无线局域网）（无线局域网） IEEE802体系结构示意图体系结构示意图 n数据链路层在不同的子标准中定义 分别对应于LLC子层和MAC子层 802.3 CSMA/CD 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 DQDB 802.8 FDDI 802.2 LLC 数据链路层数据链路层 物理层物理层 LLC MAC 802.1D Bridge 8 0 2 体系结构 体系结构 PHY 网际互联网际互联 局域网的物理层局域网的物理层 n功能：功能： 位流的传输；位流的传输； 同步前序的产生

5、与识别；同步前序的产生与识别； 信号编码和译码。信号编码和译码。 nIEEE802定义了多种物理层，以适应不同的网络介质定义了多种物理层，以适应不同的网络介质 和不同的介质访问控制方法。和不同的介质访问控制方法。 n两个接口：两个接口： 接入单元接口（接入单元接口（AUI， Attachment Unit Interface） 可选，仅用于粗同轴电缆可选，仅用于粗同轴电缆 介质相关接口（介质相关接口（MDI, Medium Dependent Interface） n屏蔽不同介质的特性，随介质不同而改变，使之不影响屏蔽不同介质的特性，随介质不同而改变，使之不影响MAC子层的子层的 操作操作 局

6、域网的数据链路层局域网的数据链路层 n按功能划分为两个子层：按功能划分为两个子层：LLC和和MAC n功能分解的目的：功能分解的目的： 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分 分开，以适应不同的传输介质。分开，以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，使的介质访问控制问题，使 帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。 nLLC： 与介质、拓扑无关；与介质、拓扑无关； nMAC：与介质、拓扑相关。与介质、拓扑相关。 n局域网局域网的数据链路层的特点：的数据链路层的特

7、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； 提供某些控制的功能，如多路复用、流量控制、提供某些控制的功能，如多路复用、流量控制、 差错控制差错控制 nMAC子层功能：实现、维护子层功能：实现、维护MAC协议，差错协议，差错 检测，寻址。检测，寻址。 nLLC子层功能：向高层提供统一的链路访问子层功能：向高层提供统一的链路访问 形式，组帧形式，组帧/拆帧、建立拆帧、建立/释放逻辑连接，差错释放逻辑连接，差错 控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。 对不同的LAN

8、标准，它们的LLC子层都是一样的， 区别仅在MAC子层（和物理层）。 PA LLC的帧结构的帧结构 DSAPSSAP 控制域控制域数据数据 111/2长度可变长度可变 单位：字节单位：字节 高层高层PDU LLC首部首部 LLC数据数据 IEEE802 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 局域网的网络层和高层局域网的网络层和高层 nIEEE 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： 没有路由选择功能没有路由选择功能 n局域网拓

9、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、差错控制等功能由数据流量控制、寻址、排序、差错控制等功能由数据 链路层完成链路层完成 n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/IP 协议、协议、IPX/SPX协议）和网络操作系统来实协议）和网络操作系统来实 现。现。 4.2 介质访问控制方法介质访问控制方法 n局域网使用广播信道（多点访问、随机访问），多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。问题：个站点共享同一信道。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

10、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）？ n解决以上问题的方法称为解决以上问题的方法称为介质访问控制方法介质访问控制方法。 n两类介质共享技术：两类介质共享技术： 静态分配（静态分配（FDM、WDM、TDM、CDM） n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） nCSMA/CD、Token-Passing 局域网中的介质访问控制方法局域网中的介质访问控制方法 n常见的有两种：常见的有两种： 载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测（冲突检测（CSMA/CD） nCarrier Sense Multiple Acces

11、s/Collision Detect n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 Passing） Token Ring Token Bus FDDI n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方法介质访问控制方法 1. CSMA / CD n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：发送前先检测一下其它站点是最简单的思路：发送前先检测一下其它站点是 否正在发送（即信道忙否）。否正在发送（即信道忙否）。 基本的基本的CSMA 访问算法访问算法 n1. 一个站

12、点要发送前，总是侦听总线，以 确定是否有其他的站点在发送信息。 n2. 如果信道空闲，立刻发送消息。（会不 会引起冲突？） n3. 如果信道忙，则等待一段时间后重试。 （时间长短如何确定？） 坚持退避，由间隔的时间可以有不同的坚坚持退避，由间隔的时间可以有不同的坚 持算法持算法 效率取决于帧的长度与传播时间效率取决于帧的长度与传播时间 坚持退避算法 n一. 非坚持CSMA n 1.1 如果介质空闲，立即发送 n 1.2 如果介质忙，则等待随机的一段时间， 重复1.1 n优点：优点： 利用随机时间等待来降低发生冲突利用随机时间等待来降低发生冲突 的概率。的概率。 n缺点：可能介质利用率较低。缺点

13、：可能介质利用率较低。 n二. 1-坚持CSMA n 2.1 如果介质空闲，立即发送 n 2.2 如果介质忙，则继续侦听，直到介质空 闲立即发送。 n优点：优点： 提高了非坚持算法的利用率。提高了非坚持算法的利用率。 n缺点：如果多个站点同时检查到介质空闲，缺点：如果多个站点同时检查到介质空闲， 则冲突不可避免。则冲突不可避免。 n三. P-坚持CSMA n 3.1 如果介质空闲，则以概率P发送,以（1-P） 的概率延时一个时间单位，重复3.1。 n 3.2 如果介质忙，则继续侦听，直到介质空 闲重复3.1. n优点：优点： 减低了减低了1-坚持中发生冲突的概率，又坚持中发生冲突的概率，又 部

14、分的解决了非坚持算法中的利用率问题。部分的解决了非坚持算法中的利用率问题。 n难点：取一个合适的难点：取一个合适的P。 nCSMA/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IEEE802.3以太网以太网 工作原理：工作原理： n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； n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； n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，然后发送冲突强化信号（即停止发送数据，然后发送冲

15、突强化信号（Jam）；）； 发送发送Jam信号的目的是使所有的站点都能检测到冲突信号的目的是使所有的站点都能检测到冲突 n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： n发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。 CSMA/CD操作的流程图操作的流程图 媒体忙？媒体忙？ 发送帧发送帧 碰撞？碰撞？发送完？发送完？ 发送发送JamJam N16?N16? YesYes NoNo NoNo YesYes 发送成功发送成功 YesYes 发送失败发送失败 NoNo 延迟随机时间

16、延迟随机时间 NoNo YesYes 发送发送 碰撞次数碰撞次数N+1N+1 站点 1 站点 2 距离 L t a 0t 2ta 传 播 时 延t t CSMA/CD协议的时间槽协议的时间槽 n时间槽时间槽能够检测到冲突的时间区间能够检测到冲突的时间区间（也称为（也称为争用时隙争用时隙或或 碰撞窗口碰撞窗口） n若两站点之间传播时延为若两站点之间传播时延为a，则时间槽，则时间槽2a。如。如下图下图所示：所示： t a 站点2 发送帧 碰撞 站点1在t0时发送帧 2 ta 站点2 停止发送 当0时，将不会再发生冲突。这时，时间槽2a。 n时间槽的意义：时间槽的意义： 一个站点开始发送后，若在时间

17、槽内没有检测到冲一个站点开始发送后，若在时间槽内没有检测到冲 突，则本次发送不会再发生冲突突，则本次发送不会再发生冲突 n以太网中，常用的时间槽以太网中，常用的时间槽51.2s 传输速率为传输速率为10Mb/s时，时，一个时间槽内可发送一个时间槽内可发送512 bit，即，即64字节（所以也称一个时间槽长度为字节（所以也称一个时间槽长度为64字字 节）节） 。 由此可知：由此可知： n1. 冲突只可能在一帧的前冲突只可能在一帧的前64字节内发生；字节内发生； n2. 帧长度小于帧长度小于64字节时，将无法检测出冲突；字节时，将无法检测出冲突； 所以，以太网规定的最小帧长度为所以，以太网规定的最

18、小帧长度为64字节字节 n3. 长度小于长度小于64字节的帧（碎片帧）都是无效帧。字节的帧（碎片帧）都是无效帧。 与时间槽相关的几个网络参数与时间槽相关的几个网络参数 n采用采用CSMA/CD的局域网中，由于时间槽的的局域网中，由于时间槽的 限制，限制，传输速率传输速率R、网络跨距网络跨距S、最小帧长最小帧长 Fmin三者之间必须满足一定的关系：三者之间必须满足一定的关系： FminkSR k:系数系数 可以看出可以看出： n最小帧长度不变时，传输速率与网络跨距成反比；最小帧长度不变时，传输速率与网络跨距成反比； n传输率固定时，网络跨距与最小帧长度成正比；传输率固定时，网络跨距与最小帧长度成

19、正比； n网络跨距固定时，传输率与最小帧长度成正比。网络跨距固定时，传输率与最小帧长度成正比。 退避时间的确定（退避算法）退避时间的确定（退避算法） nCSMA/CD采用了采用了截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法 n算法如下：算法如下： 1. 令基本退避时间令基本退避时间T=2a（即时间槽长度）；（即时间槽长度）； 2. k=min（重传次数，（重传次数，10）；）； 3. r=在在 0, 1, , (2k-1) 中随机取一个数；中随机取一个数； 4. 退避时间退避时间=rT。 n最大重传次数限定为最大重传次数限定为16，若发送，若发送16次仍不成次仍不成 功，则发送失败。功，则发送

20、失败。 CSMA/CD的优缺点的优缺点 n控制简单，易于实现；控制简单，易于实现； n网络负载轻（网络负载轻（40以内）时，有较好的性能以内）时，有较好的性能 延迟较小延迟较小 n网络负载重时，性能急剧下降网络负载重时，性能急剧下降 冲突数量增加冲突数量增加 n各工作站需要频繁执行重发操作各工作站需要频繁执行重发操作 n大量的重发操作反过来又使冲突率进一步增加大量的重发操作反过来又使冲突率进一步增加 网络延迟增大，延迟时间不可预计（非确定性延网络延迟增大，延迟时间不可预计（非确定性延 迟）迟） n网络跨距网络跨距S不能太大不能太大 2. 令牌传递（令牌传递（Token Passing） A B

21、 D C 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 n主要用于主要用于IEEE802.5令牌环网令牌环网 n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 Token Ring/802.5的操作的操作 n哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为 “令牌令牌”（Token）的特殊帧来控制的。）的特殊帧来控制的。只有持有只有持有 令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等 待待； n拿到令牌的站将令牌转换成数据帧头，后面加挂上拿到令牌的站将令牌转换成数据

22、帧头，后面加挂上 自己的数据进行发送；自己的数据进行发送； n目的站点从环上复制该帧，帧则沿环继续往下循环；目的站点从环上复制该帧，帧则沿环继续往下循环； n数据帧循环一周后由源站点回收，并送出一个空令数据帧循环一周后由源站点回收，并送出一个空令 牌，使其余的站点能获得帧的发送权。牌，使其余的站点能获得帧的发送权。 Token Ring/802.5的操作举例 A T （c） 帧循环一圈后帧循环一圈后, A将数据帧回收将数据帧回收 并放出空令牌并放出空令牌 A T Data （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） A A将令牌修改为将令牌修改为 数据帧头数据帧

23、头, 并加并加 挂数据发送挂数据发送 TDataC Data 目的站点从环目的站点从环 上拷贝数据上拷贝数据 TDataC TDataC TDataC n1. 删除数据帧只是发送该帧的站点责任。 n2. 错误处理交给上层软件。 n3. 不允许任何站点独占令牌。 n4. 对于CSMA/CD的改进。 IEEE802.5的帧结构 令牌帧令牌帧 数据帧数据帧/控制帧控制帧起始起始 访问控制访问控制 帧控制帧控制目的地址目的地址源地址源地址数据数据FCS结束结束帧状态帧状态 1112/62/6 04 1 1 P P P T M R R R 优优 先先 级级 位位 令令 牌牌 位位 监监 督督 位位 预预

24、 约约 位位 起始起始 访问控制访问控制结束结束 111 访问控制字段包括：访问控制字段包括： 优先级位优先级位与与优先级预约位优先级预约位。 令牌位令牌位：帧类型标识。：帧类型标识。 0：令牌帧；：令牌帧； 1：信息：信息/控制帧控制帧 监督位监督位：防止无效帧无限循环。：防止无效帧无限循环。 令牌环网的实际结构星形环路 A B C DE 集线器集线器 4.3 传统以太网传统以太网 20世纪世纪70年代中期由施乐公司（年代中期由施乐公司（Bob Metcalfe）提出，数据）提出，数据 率为率为2.94Mb/s，称为，称为Ethernet（以太网）（以太网） n最初人们认为电磁波是通过最初人

25、们认为电磁波是通过“以太以太”来传播的来传播的 经经DEC, Intel和和Xerox公司改进为公司改进为10Mb/s标准（标准（DIX标准）标准） n特征：基带传输、总线拓扑、特征：基带传输、总线拓扑、CSMA/CD IEEE 802.3，支持多种传输媒体。，支持多种传输媒体。 n“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波监听多路访问方法和物理层技术规范” Ethernet II和和IEEE 802.3二者区别很小二者区别很小 n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

26、续发展 传统以太网：传统以太网：10Mb/s 802.3 粗粗同同轴电缆轴电缆 802.3a 细细同同轴电缆轴电缆 802.3i 双绞线双绞线 802.3j 光纤光纤 快速以太网（快速以太网（FE）：）：100Mb/s 802.3u 双绞线，光纤双绞线，光纤 千兆以太网（千兆以太网（GbE）：）：1000Mb/s（1Gb/s） 802.3z 屏蔽短双绞线、光纤屏蔽短双绞线、光纤 802.3ab 双绞线双绞线 万兆以太网：万兆以太网：10Gb/s 802.3ae 光纤光纤 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、信号方式、介质类型速率、信号方式、介质类型 速率（速率（Mb

27、/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） 10 Base 5 传统以太网传统以太网 10Base5 粗同轴粗同轴 10Base2 细同轴细同轴 10Base-T UTP 10Base-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 UTP 100Base-F MMF/SMF 1000Base-X STP/MMF/SMF 1000Base-T UTP Ethernet/802.3操作操作 任何站点发送数据时都要遵循任何站点发送数据时都要遵循CSMA/CD协议；协议； 每

28、个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据（广播信道）；每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据（广播信道）； 只有地址与帧的目的地址相同的站点才接收数据；只有地址与帧的目的地址相同的站点才接收数据； 目的站点将复制该帧，其他站点则忽略该帧。目的站点将复制该帧，其他站点则忽略该帧。 ABC A C 发送帧，目的地址为发送帧，目的地址为A ABC A 复制该帧复制该帧 A 信号由终端电阻吸收信号由终端电阻吸收 ABC C 发现网络空闲发现网络空闲 终端电阻终端电阻 ABC B 忽略该帧忽略该帧 A Ethernet / IEEE802.3帧格式帧格式 PR： 前导码前导码 - 10101010序

29、列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步 SFD： 帧首定界符帧首定界符 10101011，表示一帧的开始，表示一帧的开始 DA/SA：目的：目的/源源MAC地址地址 LEN： 数据长度（数据部分的字节数），取值范围：数据长度（数据部分的字节数），取值范围：0-1500 Type： 类型，高层协议标识类型，高层协议标识 LLC-PDU（Data）：数据，最少）：数据，最少46字节字节, 最多最多1500字节，不够时以字节，不够时以Pad填充填充 Pad： 填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于64字节字节 FCS： 帧校验序列（帧校验

30、序列（CRC-32） 6 6 2 46-1500 4字节字节 FCSSATypeDADataPadEthernet IEEE 802.3 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节字节 FCSSALENDALLC-PDUPad 校验区间校验区间 64-1518 字节字节 PR SFD 7 1 PRSFD 7 1 用途：保证帧 长64字节 MAC地址地址 n又称为又称为物理地址物理地址，它是网络站点的全球唯一的标识符，它是网络站点的全球唯一的标识符， 与其物理位置无关。与其物理位置无关。 注意：注意：MACMAC地址是在数据链路层进行处理，而不是在物理层。地址是在数据链路层进行处理，而不是在物

31、理层。 n网络站点的每一个网络接口都有一个网络站点的每一个网络接口都有一个MACMAC地址。地址。 MACMAC地址大多固化在网络站点的硬件中地址大多固化在网络站点的硬件中 n一个站点允许有多个一个站点允许有多个MACMAC地址，个数取决于该站点网地址，个数取决于该站点网 络接口的个数。例如络接口的个数。例如 安装有多块网卡的计算机；安装有多块网卡的计算机； 有多个以太网接口的路由器。有多个以太网接口的路由器。 n网络接口的网络接口的MACMAC地址可以认为就是宿主设备的网络地地址可以认为就是宿主设备的网络地 址。址。 nIEEE802.3IEEE802.3标准规定：标准规定： MACMAC地

32、址的长度为地址的长度为6 6个字节个字节，共，共4848位；位； n可表示可表示2 246 4670 70万亿个地址（有万亿个地址（有2 2位用于特殊用途）位用于特殊用途） 高高2424位称为机构惟一标识符位称为机构惟一标识符OUIOUI ，由，由IEEEIEEE统一分统一分 配给设备生产厂商；配给设备生产厂商； n如如3COM3COM公司的公司的OUI=02608COUI=02608C 低低2424位称为扩展标识符位称为扩展标识符EIEI，由厂商自行分配给所，由厂商自行分配给所 生产的每一块网卡或设备的网络接口。生产的每一块网卡或设备的网络接口。 也可以是也可以是2 2个字个字 节，但节，但

33、2 2字节的字节的 地址很少使用。地址很少使用。 I/GOUI（22位）位）G/LEI（24位）位） 0=全局管理地址全局管理地址 1=本地管理地址（一般不用）本地管理地址（一般不用） 0=单播地址单播地址 1=组播地址组播地址 nMAC地址的三种类型：地址的三种类型： 单播地址单播地址：（I/G0） n拥有单播地址的帧将发送给网络中惟一一个由单播地 址指定的站点。点对点传输点对点传输 多播地址多播地址：（I/G1） n拥有多播地址的帧将发送给网络中由组播地址指定的 一组站点。点对多点传输点对多点传输 广播地址广播地址：（全1地址，FF-FF-FF-FF-FF-FF） n拥有广播地址的帧将发送

34、给网络中所有的站点。 广播传输广播传输 n注意，以上分类只适用于注意，以上分类只适用于目的地址目的地址。 同轴电缆以太网同轴电缆以太网 粗缆以太网（粗缆以太网（10BASE5） 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器收发器 : 发送发送/接收接收, 冲突检测冲突检测, 电气隔离电气隔离 总线型拓扑总线型拓扑 粗缆粗缆 收发器收发器 AUI 电缆电缆 NIC 最大段长度最大段长度 500m 每段最多站点数每段最多站点数 100 2.5m 网络最大跨度网络最大跨度 2.5km 网络最多网络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器 细缆细缆 BNC接头接头 NIC

35、细缆以太网（细缆以太网（ 10Base2 ） 细同轴电缆，可靠性稍差细同轴电缆，可靠性稍差 无外置收发器无外置收发器 轻便、灵活、成本较低轻便、灵活、成本较低 总线型拓扑总线型拓扑 每段最大长度每段最大长度 185m 每段最多站点数每段最多站点数 30 0.5 m 网络最大跨度网络最大跨度 925 m 网络最多网络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器 双绞线（双绞线（UTP），两头压接），两头压接RJ45连接器；连接器； 所有站点都与所有站点都与HUB （集线器）相连接；（集线器）相连接； HUB的作用：信号放大与整形的作用：信号放大与整形 星形拓扑，但逻辑拓扑结构仍然是总线。星形拓扑，但逻辑

36、拓扑结构仍然是总线。 轻便、安装密度高、便于维护轻便、安装密度高、便于维护 NIC HUB 每段最大长度每段最大长度 100m 多台多台HUB级连级连 可以支持更多站点可以支持更多站点 双绞线以太网（双绞线以太网（10Base-T） n双绞线的连接标准双绞线的连接标准 在以太网的标准中，10Mb/s与100Mb/s双绞线 系统采用相同的线序：1、2两根线为一对，3、 6两根线为另一对。 色标色标 Pin# Signal 白橙白橙 1 TD+ 橙橙 2 TD- 白绿白绿 3 RD+ 蓝 4 不用 白蓝 5 不用 绿绿 6 RD- 白棕 7 不用 棕 8 不用 1 2 3 4 5 6 7 81 2

37、 3 4 5 6 7 8 光纤以太网光纤以太网 使用光纤介质；使用光纤介质； 两根两根62.5/125m多模光纤，收发各一根多模光纤，收发各一根 星形拓扑结构；星形拓扑结构； 通常用于远距离网络连接；通常用于远距离网络连接； 主要类型：主要类型： FOIRL（光纤中继器间链路）（光纤中继器间链路） 用于连接两个用于连接两个HUB（或中继器）（或中继器） 链路间最大距离链路间最大距离1 km 10Base-FL（用以替代（用以替代FOIRL） 链路间最大距离链路间最大距离2 km 任意两节点间的中继器数任意两节点间的中继器数6个个 光纤与其他介质可使用介质转换器进行转换光纤与其他介质可使用介质转

38、换器进行转换 介质转换器是可连接不同介质的中继器介质转换器是可连接不同介质的中继器 全双工以太网全双工以太网 n收、发使用不同的物理信道 n不再使用CSMA/CD机制，因此传输距离不受 时间槽的限制； 但要受到信号衰减的影响 n全双工操作的条件： 发送或者接受信道使用分离的传输介质； 两个站点之间有专用的链路； 链路两端的设备都必须支持全双工操作； n支持全双工的设备包括全双工网卡、网络交换机。 4.4 局域网扩展局域网扩展 n 什么情况下需要扩展？ 网络范围扩大 更多的站点加入网络 多个独立的局域网进行互联 n如何扩展？ 主要在三个层次上 n物理层 n数据链路层 n网络层 n在物理层上进行局

39、域网扩展 设备： n总线网：中继器 n星形/环形网：集线器 特点： n一个网段网段上的信号信号不加选择地被复制复制到另一个网段网段； n扩展后的网络仍是一个冲突域冲突域。 优缺点： n简单、成本低 n网络规模不能太大 站点数量：冲突随站点数量的增多而变得越来越严重 地域范围：时间槽的限制 n只能互联相同类型的网络 例：从分离的部门网络到统一的企业网络例：从分离的部门网络到统一的企业网络 集线器 人力资源部 集线器 市场部 集线器 技术开发部 集线器 财务部 n在数据链路层上进行局域网扩展 设备： n网桥、交换机 特点： n一个网段网段上的帧帧有条件地被转发转发到另一个网段网段； n扩展后的网络

40、被网桥/交换机隔离成多个冲突冲突 域域； n扩展后的网络仍是一个广播域广播域。 优缺点： n冲突被限制在小范围内，甚至可被消除； n地域范围不再受时间槽的限制； 远程网桥可将局域网的范围扩展到几十公里以上 n转发速度有所降低； 在链路层上扩展局域网在链路层上扩展局域网 网桥网桥/交换机交换机 独立的冲突域独立的冲突域 网段网段1 HUB 网段网段2 HUB 广播域广播域 n在网络层上进行局域网扩展 设备： n路由器 特点： n一个网络网络上的分组分组有条件地被转发转发到另一个网网 络络； n扩展后的网络被路由器分隔成多个子网子网。 优缺点： n地域范围可以任意扩展； n能根据最佳路由转发分组；

41、 n可以互联不同类型的网络； n转发速度低，成本较高，维护复杂。 财务部 集线器 技术开发部 集线器 市场部 集线器 人力资源部 集线器 在网络层上扩展局域网在网络层上扩展局域网 技术开发部 路由器 集线器 财务部 路由器 集线器 市场部 路由器 集线器 路由器 人力资源部 集线器 企业网企业网 / 广域网广域网 n10Mb/s满足应用要求吗？ n从10Mb/s向100Mb/s、1000Mb/s迁移 起因：对主干带宽的需求 20世纪80年代末开始，直到今天仍未停止 主要产品 nFDDI n快速以太网快速以太网 n100VG-AnyLAN n千兆以太网千兆以太网、万兆以太网万兆以太网 最终胜利者

42、是谁？ n关键：兼容 (保护投资)、灵活、简易、技术成熟 1. 快速以太网（快速以太网（Fast Ethernet，FE） n传输速率为传输速率为100Mb/s的以太网，比的以太网，比传统以太网传统以太网快快10倍倍 标准为IEEE802.3u 拓扑结构为基于集线器的星形结构； 传输介质只支持双绞线双绞线和光纤光纤； 帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3标准。 n提供了提供了10/100Mb/s自适应功能；自适应功能； nIEEE802.3uIEEE802.3u定义了定义了4种不同的物理层标准种不同的物理层标准 100Base-TX：使用两对5类双绞线（最常用） 100Base-FX

43、：使用62.5/125m多模光纤 100Base-T4：使用四对3类双绞线 100Base-T2：使用两对3类双绞线 n100Base-TX的拓扑结构的拓扑结构 max. 5m HUBHUB 任意两个站点任意两个站点 间最多允许间最多允许3个个 链路段链路段 工作站工作站工作站工作站 max. 100m n快速以太网的应用快速以太网的应用 主干连接主干连接 需要高带宽的服务器和高性能工作站需要高带宽的服务器和高性能工作站 n网络服务器、图形工作站、工程工作站、网管工作站 向桌面系统普及向桌面系统普及 10Mb/s 10M HUB 企业网企业网 100Mb/s 100M HUB 100Mb/s

44、服务器 100Mb/s 小型机 100Mb/s 100M HUB 2.千兆位以太网和万兆位以太网千兆位以太网和万兆位以太网 n千兆位以太网（千兆位以太网（Gigabit Ethernet，GbE） 为什么需要千兆以太网 n新的应用 网络分布计算、计算机视频、网络存储 n快速以太网的迅速普及 要求主干有更高的带宽 两个主要标准 nIEEE 802.3z，1998.6正式公布 1000Base-SX，MMF/550m 1000Base-LX，SMF/5000m 1000Base-CX，屏蔽短铜缆/25m nIEEE 802.3ab，1999.6正式公布 1000Base-T，UTP/100m 千兆

45、位以太网的特征千兆位以太网的特征 n1000Mb/s，全双工或半双工 n沿用10Mb/s传统以太网帧格式 n半双工仍使用CSMA/CD协议 n兼容10Base-T和100Base-T n节点能力的自动协商节点能力的自动协商 速率提高到速率提高到1000Mb/s时的时的网络跨距网络跨距问题：问题： n为保持兼容，半双工时的最小帧长度仍规定为64字节， 导致网络跨距缩短为不足20米，实用价值大大降低！ 解决方法：解决方法： n1. 将时间槽扩展为512字节（是以前的8倍）； n2. “载波扩展”技术：帧长不足512字节时，在其后填 充特殊的符号至512字节；（物理层物理层） “帧突发帧突发”技术：

46、允许站点连续发送多个短帧技术：允许站点连续发送多个短帧 n解决短帧较多时网络传输效率低的问题 短帧较多时将使网络 传输效率大大降低。 极端情况下，只有正 常时的12%。 使用“帧突发”技 术后，效率可提高 到72%，达到快速 以太网的95。 链路两端的节点必须各 自向对方通告自己的能 力（速度、物理层类型、 半/全双工）并自动选 择合适的工作模式。 千兆以太网的工作参数千兆以太网的工作参数 2/6 2/6 2 46-1500 4 0-448字节字节 64字节字节 512字节字节 FCSSALEN/TypeDALLC-PDU/DataPad 载波扩展载波扩展 参数参数千兆以太网千兆以太网 快速以

47、太网快速以太网 传统以太网传统以太网 时间槽(载波扩展)512512字节字节时间时间64字节时间64字节时间 帧间间隔 0.096s0.096s0.96s9.6s 重发上限 161616 回退上限 101010 拥塞序列长度 32位 32位 32位 最大帧长度 1518字节 1518字节 1518字节 最小帧长度64字节64字节64字节 突发长度上限 8192字节字节 当帧长小于512字 节时，需填充 “载波扩展”符 号 千兆以太网的拓扑结构千兆以太网的拓扑结构 n在半双工方式时，网络跨距减小很多： 任意两个站点间最多只能有一个中继器 n在全双工方式时，网络跨距仅与介质和收发器的特性 有关：

48、站点间允许有多台千兆设备，可以构造较大范围的网络 千兆位交换机千兆位交换机千兆位交换机千兆位交换机 千兆位路由器千兆位路由器 千兆以太网的应用千兆以太网的应用 n交换机到交换机的主干连接； 将网络交换机之间的10/100M链路用1000M链 路代替，可以显著地提高网络的整体性能。 n具有高带宽需求的服务器集群或某些高性能工作站与网 络主干之间的连接； 通过网络服务器中配置的千兆以太网卡，可 以建立与交换机之间的1000M连接，极大地提 高了服务器的传输带宽。 n企业网络或园区网络的主干； 千兆位以太网交换机能同时支持多台100Mb/s 交换机、路由器、集线器和服务器等设备。 n万兆位以太网万兆

49、位以太网 万兆位以太网的特征万兆位以太网的特征 n传输速率为10Gb/s； n保留了802.3的帧格式、最大帧长度和最小帧长 度； n不再使用CSMA/CD协议； n只能工作在全双工方式； n只使用光纤（多模或单模）作为传输介质； 标准：标准：IEEE 802.3ae，2002年年公布公布 速度提高到速度提高到10Gb/s所遇到的问题所遇到的问题 n不采用特殊措施，网络跨距将只有2米 n若使用“载波扩展”（帧长至少4096字节），短帧的传 输效率将降低到1.5 同时使用“帧突发”，最大效率也只能达到30 “载波扩展”的额外开销使吞吐率下降，冲突概率增 大 解决方法解决方法 n前提：保持与现有以

50、太网的兼容、低功耗和低成本 n抛弃抛弃CSMA/CD，只工作在全双工方式只工作在全双工方式 n只使用光纤介质只使用光纤介质 万兆位以太网的应用万兆位以太网的应用 n主要是作为大型网络的主干网连接，目前尚不支持与端 用户的直接连接。 3. FDDI（Fiber Distributed Data Interface） 传输速率为传输速率为100Mb/s； 网络由光纤介质的双环构成，可靠性高；网络由光纤介质的双环构成，可靠性高； 介质访问控制方法采用介质访问控制方法采用Token Passing； 网络覆盖范围较大（几十网络覆盖范围较大（几十km几百几百km ）。）。 FDDI的的拓扑结构拓扑结构

51、集中器集中器 集中器集中器 服务器服务器 主环 次环 FDDI DAS SAS SAS: 双连站双连站 DAS: 双连站双连站 FDDI环的连接方式环的连接方式 nFDDI的自修复功能 正常情况下，仅主环工作，次环用于备份。当主环出现 故障时，FDDI在能够自动重新配置，使网络流量绕过主 环中的故障点从备份环中通过。 FDDI AC B D 正常情况下数据通过主环传输 FDDI AC B D 主环故障时数据从次环绕过 FDDI AC B D 站点故障时数据从次环绕过 nFDDI的优缺点 主要优点： n双环结构提供了优秀的容错能力； n令牌传递协议消除了数据冲突； n令牌传递协议能保证预知的、确定的时延； n在现有的100Mb/s的网络技术中，其网络覆盖范围最大， 适用于大型LAN和MAN。 主要缺点： n协议比较复杂； n安装和管理相对困难； n价格昂贵，与快速以太网和千兆以太网相比，性能价 格比低； n与广泛使用的以太网之间进行互联比较困难。 目前正逐渐被目前正逐渐被快速以太网和千兆以太网快速以太网和千兆以太网所替代。所替代。 n为什么需要无线网络? 有线网络的缺点 n临时组网不方便 如运动会、军事演习 n网络互联要跨越公共场合时布线很麻烦 n难于解决移动站点问题 无线网络可以很好地解决以上问题 无线网络类型很多，如电信移动网络、