第7章局域网技术(1)

1、第第7 7章章 局域网技术局域网技术 17.1 7.1 局域网络概述局域网络概述7.2 IEEE 8027.2 IEEE 802标准与局域网络体系结构标准与局域网络体系结构7.3 7.3 以太网络以太网络(Ethernet)(Ethernet)7.4 7.4 高速局域网高速局域网7.5 7.5 交换式局域网交换式局域网第第7 7章章 局域网技术局域网技术 27.1.1 7.1.1 局域网络的概念局域网络的概念7.1.2 7.1.2 局域网的组成局域网的组成7.1.3 7.1.3 局域网络的拓扑结构局域网络的拓扑结构 7.1.4 7.1.4 局部网络的介质访问控制方式局部网络的介质访问控制方式第

2、第7 7章章 局域网技术局域网技术 3l概念：概念：局部地区网络在下列方面与其它类型的数据网局部地区网络在下列方面与其它类型的数据网络不同：通信一般被限在络不同：通信一般被限在中等规模中等规模的地理区域的地理区域内内, ,例如例如, ,一座办公楼一座办公楼, ,一个仓库或一所学校；一个仓库或一所学校；能够依靠具有从中等到较高数据率的物理通信能够依靠具有从中等到较高数据率的物理通信信道信道, ,而且这种信道具有始终一致的低误码率而且这种信道具有始终一致的低误码率；局部地区网是专用的；局部地区网是专用的, ,由单一组织机构所使由单一组织机构所使用。用。局域网是一个数据通信系统，它在一个局域网是一个

3、数据通信系统，它在一个适中的适中的地理范围地理范围内，把若干内，把若干独立的数据通信设备独立的数据通信设备连接连接起来，以起来，以较高的数据传输率较高的数据传输率实现各独立设备之实现各独立设备之间的通信。间的通信。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 4l特点：特点：局域网是一个通信网络，它仅提供通信功能。从局域网是一个通信网络，它仅提供通信功能。从IS0IS0参考模型的协议层角度看，它仅包含了低两层参考模型的协议层角度看，它仅包含了低两层( (物理物理层和数据链路层层和数据链路层) )的功能，所以连到局域网的数据通的功能，所以连到局域网的数据通信设备必须加上高层协议和网络软件才能组成计算机信

4、设备必须加上高层协议和网络软件才能组成计算机网络。网络。局域网连接的是数据通信设备，这里的数据通信设备局域网连接的是数据通信设备，这里的数据通信设备是广义的，包括：微型计算机、高档工作站、服务器是广义的，包括：微型计算机、高档工作站、服务器等大、中小型计算机、终端设备和各种计算机外围设等大、中小型计算机、终端设备和各种计算机外围设备。备。局域网覆盖的地理范围有限，通常在几公里的范围内局域网覆盖的地理范围有限，通常在几公里的范围内，一般不超过几十公里。，一般不超过几十公里。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 5局域网具有较高数据传输率局域网具有较高数据传输率, ,目前的局域网的数据传目前的局域

5、网的数据传输率一般在输率一般在10Mbps10Mbps左右，最高可达到左右，最高可达到1Gbps1Gbps。数据传。数据传输可靠输可靠, ,误码率低，一般为误码率低，一般为1010-8-81010-12-12。局域网大多采用局域网大多采用总线、环型或星型拓扑结构总线、环型或星型拓扑结构。传输。传输媒体通常是双绞线、同轴电缆、光纤等。一般采用媒体通常是双绞线、同轴电缆、光纤等。一般采用多路访问技术来访问信道。多路访问技术来访问信道。通常网络归一个单一组织所拥有和使用通常网络归一个单一组织所拥有和使用, ,容易进行设容易进行设备的更新和新技术的引用备的更新和新技术的引用, ,不断增强网络的功能。不

6、断增强网络的功能。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 6l组成：组成：网络硬件网络硬件+ +网络软件网络软件网络硬件用于访问网络、数据处理和管理共享资网络硬件用于访问网络、数据处理和管理共享资源，实现局域网的物理连接，为连在局域网上的源，实现局域网的物理连接，为连在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理通道。计算机之间的通信提供一条物理通道。网络软件用来控制并具体实现通信双方的信息传网络软件用来控制并具体实现通信双方的信息传递和网络资源的分配与共享。递和网络资源的分配与共享。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 7l组成：组成：计算机系统计算机系统+ +通信系统通信系统计算机系统：计算机系统

7、：网络服务器网络服务器网络工作站网络工作站通信系统通信系统网络设备网络设备网络接口卡网络接口卡传输介质传输介质介质连接设备介质连接设备第第7 7章章 局域网技术局域网技术 8第第7 7章章 局域网技术局域网技术 9l功能：功能：提供网络通信功能，有管理网络服务器与网提供网络通信功能，有管理网络服务器与网络工作站之间通信的能力；络工作站之间通信的能力；存储和管理网络中的共享资源；存储和管理网络中的共享资源；提供各种网络应用服务；提供各种网络应用服务；监控网络的情况；监控网络的情况；第第7 7章章 局域网技术局域网技术 10l分类：分类： 不同的服务器可以提供不同的功能不同的服务器可以提供不同的功

8、能文件服务器文件服务器通信服务器通信服务器打印服务器打印服务器数据库服务器数据库服务器应用服务器应用服务器WebWeb服务器服务器(HTTP)(HTTP)、邮件服务器、邮件服务器(SMTP)(SMTP)、文件传输服务器文件传输服务器(FTP)(FTP)、域名服务器、域名服务器(DNS)(DNS)第第7 7章章 局域网技术局域网技术 11通常又被称为客户机通常又被称为客户机(Client)(Client)，是网络用户的工作平，是网络用户的工作平台台, ,用户通过工作站来访问网络的共享资源。用户通过工作站来访问网络的共享资源。在局域网中，工作站可以是一台计算机或终端。在局域网中，工作站可以是一台计

9、算机或终端。工作站通过插在其扩展槽中的工作站通过插在其扩展槽中的网络接口板网络接口板( (网卡网卡) )与传与传输介质相连，成为局域网中的一个站点。输介质相连，成为局域网中的一个站点。工作站有自已独立的操作系统工作站有自已独立的操作系统, ,可独立工作可独立工作, ,但与网络但与网络相连后相连后, ,要入网工作时要入网工作时, ,还需运行已经安装在工作站上还需运行已经安装在工作站上的有关网络协议软件的有关网络协议软件( (如：如：TCP/IPTCP/IP、IPXIPX协议软件协议软件) )，网，网络应用软件（如络应用软件（如InternetInternet各种信息服务的客户软件）各种信息服务的

10、客户软件）或网络操作系统的客户端软件（如或网络操作系统的客户端软件（如NetWareNetWare的工作站入的工作站入网软件）。网软件）。用户通过工作站向局域网请求服务和访问共享资源。用户通过工作站向局域网请求服务和访问共享资源。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 12l网络接口卡又叫网络适配器，简称网卡网络接口卡又叫网络适配器，简称网卡l网卡的功能：网卡的功能：传输介质的物理连接传输介质的物理连接介质访问控制介质访问控制( (如：如：CSMACSMACD) CD) 数据帧的拆装、帧的发送与接收数据帧的拆装、帧的发送与接收错误校验错误校验数据信号的编解码数据信号的编解码即曼彻斯特编码与译码即

11、曼彻斯特编码与译码第第7 7章章 局域网技术局域网技术 13l网卡的种类：网卡的种类：网卡支持的网络协议：网卡支持的网络协议：以太网卡以太网卡快速以太网卡快速以太网卡千兆以太网卡千兆以太网卡FDDIFDDI网卡网卡ATMATM网卡网卡第第7 7章章 局域网技术局域网技术 14网卡提供的总线接口网卡提供的总线接口ISAISA网卡网卡vIndustrial Standard Architecture PCI(Peripheral Component Interconnect)PCI(Peripheral Component Interconnect)网卡网卡USBUSB（Universal Ser

12、ial Bus)Universal Serial Bus)网卡网卡PCMCIAPCMCIA网卡网卡v“PERSONAL COMPUTER MEMORY CARD INTERNATIONAL ASSOCIATION”的缩写的缩写vPCMCIA是专门用在笔记本或是专门用在笔记本或PDA、数码相机等便携设备上的、数码相机等便携设备上的一种接口规范（总线结构）。一种接口规范（总线结构）。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 15第第7 7章章 局域网技术局域网技术 16网卡提供的网线接口网卡提供的网线接口BNCBNC网卡网卡RJ45RJ45网卡网卡AUIAUI网卡网卡无线网卡无线网卡第第7 7章章 局

13、域网技术局域网技术 17l传输介质传输介质无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线(UTP)(UTP)屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)(STP)同轴电缆同轴电缆光纤光纤第第7 7章章 局域网技术局域网技术 18l附属设备附属设备BNCBNC插头插头T T型插头型插头RJ45RJ45插头插头终端匹配器终端匹配器收发器收发器调制解调器等调制解调器等第第7 7章章 局域网技术局域网技术 19中继器中继器集线器集线器网桥网桥路由器路由器交换机交换机网关网关第第7 7章章 局域网技术局域网技术 20l总线型总线型l星型星型l环型环型l树型树型第第7 7章章 局域网技术局域网技术 21 1 1、 总线型在一条总线上连接所有

14、站点和其它共享设备。在一条总线上连接所有站点和其它共享设备。这种网络结构在局域网中用得最多。这种网络结构在局域网中用得最多。busABCC优点：优点：结构简单，连接方便，容易扩网结构简单，连接方便，容易扩网缺点：缺点：总线容易阻塞，故障诊断困难总线容易阻塞，故障诊断困难。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 22每个节点每个节点( (计算机或终端计算机或终端) )均以一条单独线路与中心均以一条单独线路与中心相连。如电话交换系统就是一个典型的星型拓扑。相连。如电话交换系统就是一个典型的星型拓扑。starABC优点：优点：结构简单容易建网，各节点间相互结构简单容易建网，各节点间相互独立。独立。缺点

15、：缺点：线路太多，如果中心机发生故线路太多，如果中心机发生故障，全网停止工作。障，全网停止工作。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 23 各节点经过环接口连成一个环形，在这各节点经过环接口连成一个环形，在这种结构中每个节点地位平等，传输速度种结构中每个节点地位平等，传输速度快，适合组建光纤高速环形传输网络。快，适合组建光纤高速环形传输网络。ringADCBC优点：优点：路由选择控制简单。路由选择控制简单。电缆长度短。电缆长度短。适用于光纤适用于光纤。缺点：缺点：结点故障引起整个网结点故障引起整个网络瘫痪。络瘫痪。诊断故障困难诊断故障困难。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 24 树型拓扑是

16、从总线拓扑演变过来的，形状树型拓扑是从总线拓扑演变过来的，形状象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根，每象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的根，每个分支还可延伸出子分支。个分支还可延伸出子分支。 树型拓扑是一种分层的结构，适用于分级管树型拓扑是一种分层的结构，适用于分级管理和控制系统。这种拓扑与其它拓扑的主要区别理和控制系统。这种拓扑与其它拓扑的主要区别在于其根的存在。在于其根的存在。集线器集线器交换机优点：优点：易于扩展。易于扩展。故障隔离容易故障隔离容易。 缺点：缺点： 对根的依赖性太大对根的依赖性太大第第7 7章章 局域网技术局域网技术 25 每个节点至少有二条链路与其它节点相连，任每个

17、节点至少有二条链路与其它节点相连，任何一条链路出故障时，数据报文可由其它链路何一条链路出故障时，数据报文可由其它链路传输，可靠性较高。大型广域网均属于这种类传输，可靠性较高。大型广域网均属于这种类型。型。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 26混合方式比较常见的有星型混合方式比较常见的有星型/ /总线拓扑和星型环总线拓扑和星型环拓扑。拓扑。1、星型/总线拓扑综合星型拓扑和总线拓扑的优点，它用一条或多条总综合星型拓扑和总线拓扑的优点，它用一条或多条总线把多组设备连接起来，而这相连的每组设备本身又呈线把多组设备连接起来，而这相连的每组设备本身又呈星型分布。对于星型星型分布。对于星型/ /总线拓扑

18、，用户很容易配置和重新总线拓扑，用户很容易配置和重新配置网络设备。配置网络设备。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 27取星型和环型这两种拓扑的优点于一体。取星型和环型这两种拓扑的优点于一体。 这种星型环拓扑主要用于这种星型环拓扑主要用于IEEE802.5IEEE802.5的令的令牌网。从电路上看，星型环结构完全和一牌网。从电路上看，星型环结构完全和一般的环型结构相同，只是物理走线安排成般的环型结构相同，只是物理走线安排成星型连接，星型环拓扑的优点：故障诊断星型连接，星型环拓扑的优点：故障诊断方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆方便而且隔离容易；网络扩展简便；电缆安装方便安装方便。集 线 器

19、集 线 器令 牌 环第第7 7章章 局域网技术局域网技术 28l传输媒体访问控制方式传输媒体访问控制方式冲突检测的载波侦听多路访问冲突检测的载波侦听多路访问令牌环令牌环令牌总线令牌总线第第7 7章章 局域网技术局域网技术 29l工作原理：工作原理：当某一节点要发送信息时当某一节点要发送信息时, , 首先要侦听网络中有无其它首先要侦听网络中有无其它节点正发送信息节点正发送信息, ,若没有则立即发送：否则若没有则立即发送：否则, ,即网络中已即网络中已有某节点发送信息（信道被占用）有某节点发送信息（信道被占用）, ,该节点就需等待一该节点就需等待一段时间段时间, ,再侦听再侦听, ,直至信道空闲直

20、至信道空闲, ,开始发送开始发送, , 载波侦听多载波侦听多路访问是指多个节点共同使用同一条线路路访问是指多个节点共同使用同一条线路, , 任何节点发任何节点发送信息前都必须先检查网络的线路是否有信息传输。送信息前都必须先检查网络的线路是否有信息传输。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 30l适用范围：适用范围：总线型总线型树型树型lCSMACSMA技术中需要解决的问题技术中需要解决的问题解决信道被占用时等待时间的确定解决信道被占用时等待时间的确定信息冲突信息冲突第第7 7章章 局域网技术局域网技术 31l确定等待时间的方法：确定等待时间的方法：当某节点检测到信道被占用后当某节点检测到信道被

21、占用后, ,继续检测下去继续检测下去, ,待发现信道空闲时待发现信道空闲时, ,立即发送立即发送当某点检测到信道被占用后就延迟一个随机的当某点检测到信道被占用后就延迟一个随机的时间时间, ,然后再检测。重复这一过程然后再检测。重复这一过程, ,直到信道空直到信道空闲闲, ,开始发送。开始发送。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 32l解决冲突的方法：解决冲突的方法：当某节点开始占用网络信道发送信息时当某节点开始占用网络信道发送信息时, ,该点该点再继续对网络检测一段时间再继续对网络检测一段时间, ,也就是说该点一也就是说该点一边发送一边接收边发送一边接收, ,且把收到的信息和自己发送且把收到

22、的信息和自己发送的信息进行比较的信息进行比较, ,若比较结果相同若比较结果相同, ,说明发送正说明发送正常进行常进行, ,可以继续发送；若比较结果不同可以继续发送；若比较结果不同, ,说明说明网络上还有其它节点发送信息网络上还有其它节点发送信息, ,引起数据混乱引起数据混乱, , 发生冲突发生冲突, ,此时应立即停止发送此时应立即停止发送, ,等待一个随机等待一个随机时间后时间后, ,再重复以上过程。再重复以上过程。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 331 kmABt碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = t = 0单程端到端传播时延记为 第第7

23、 7章章 局域网技术局域网技术 341 kmABt碰撞t = B 检测到信道空闲发送数据t = / 2发生碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 检测到信道空闲发送数据ABt = 0t = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 35l使用使用 CSMA/CD CSMA/CD 协议的以太网不能进行全协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。双工通信）。l每个站在发送

24、数据之后的一小段时间内每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。，存在着遭遇碰撞的可能性。 l这种发送的不确定性使整个以太网的平这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。均通信量远小于以太网的最高数据率。 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 36l最先发送数据帧的站，在发送数据帧后最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间至多经过时间2 2 （两倍的端到端往返时（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。碰撞。l以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延 2 2 称为争用期称为争用期，或碰撞窗

25、口。，或碰撞窗口。l经过争用期这段时间还没有检测到碰撞经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。，才能肯定这次发送不会发生碰撞。 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 37l当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)(jamming signal)，以便让所有用户都，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。知道现在已经发生了碰撞。 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 38数据帧干扰信号 T

26、JABTBt B 发送数据A 检测到冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 39l工作原理：工作原理：在这种方式中在这种方式中, ,令牌是控制标志令牌是控制标志, ,网中只设一张令牌网中只设一张令牌, ,只只有获得令牌的节点才能发送信息有获得令牌的节点才能发送信息, ,发送完后发送完后, ,令牌又传令牌又传给相邻的另一节点。给相邻的另一节点。l令牌传递的方法是：令牌传递的方法是：令牌依次沿每个节点传送令牌依次沿每个节点传送, ,使每个节点都有平等发

27、送信使每个节点都有平等发送信息包的机会。令牌有息包的机会。令牌有“空空”和和“忙忙”两个状态。两个状态。“空空”表示令牌没有被占用表示令牌没有被占用, ,即网中没有信息发送；即网中没有信息发送；“忙忙”表示令牌已被占用表示令牌已被占用, ,即令牌正在携带信息发送。当即令牌正在携带信息发送。当“空空”的令牌传送至正待发送信息的节点时该节点立即的令牌传送至正待发送信息的节点时该节点立即发送信息并置令牌为发送信息并置令牌为“忙忙”状态。在一个节点占令牌状态。在一个节点占令牌期间期间, ,其它节点只能处于接收状态。当所发信息绕环一其它节点只能处于接收状态。当所发信息绕环一周周, ,并由发送节点清除并由

28、发送节点清除, ,“忙忙”令牌又被置为令牌又被置为“空空”状状态态, ,绕环传送令牌。当下一节点要发送信息时绕环传送令牌。当下一节点要发送信息时, ,则下一则下一节点便得到这一令牌节点便得到这一令牌, ,并可发送信息。并可发送信息。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 40l适用范围：适用范围：环型网络环型网络l优点优点能提供可调整的访问控制方式能提供可调整的访问控制方式, ,能提供优先能提供优先权服务权服务, ,有较强的实时性。有较强的实时性。l缺点缺点需要对令牌进行维护需要对令牌进行维护, ,且空闲令牌的丢失将且空闲令牌的丢失将会降低环路的利用率。会降低环路的利用率。第第7 7章章 局域网

29、技术局域网技术 41l工作原理工作原理受令牌环的影响受令牌环的影响, ,它把总线或树型传输介质上它把总线或树型传输介质上的各个节点形成一个逻辑环的各个节点形成一个逻辑环, ,即人为地给各节即人为地给各节点规定一个顺序。逻辑环中的控制方式类同于点规定一个顺序。逻辑环中的控制方式类同于令牌环。不同的是令牌总线中令牌环。不同的是令牌总线中, ,信息可以双向信息可以双向传送传送, ,任何节点都能检测到其它节点发出的信任何节点都能检测到其它节点发出的信息。为此息。为此, ,节点发送的信息中要有指出下一个节点发送的信息中要有指出下一个要控制的节点的地址。由于只有获得令牌的节要控制的节点的地址。由于只有获得

30、令牌的节点才可发送信息（此时其它节点只收不发）。点才可发送信息（此时其它节点只收不发）。因此该方式不要检测冲突就可以避免冲突。因此该方式不要检测冲突就可以避免冲突。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 42l特点特点操作简单操作简单网络管理功能复杂。网络管理功能复杂。逻辑环的初始化功能，以便建立一个顺序逻辑环的初始化功能，以便建立一个顺序访问的次序；访问的次序；故障恢复功能，以便出现令牌丢失或令牌故障恢复功能，以便出现令牌丢失或令牌重复时产生一个新令牌；重复时产生一个新令牌；站点插入、站点删除功能等。站点插入、站点删除功能等。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 43l7.2.1 7.2.1

31、局域网参考模型局域网参考模型 l7.2.2 IEEE 8027.2.2 IEEE 802局域网络标准局域网络标准第第7 7章章 局域网技术局域网技术 44LANLAN只是一个计算机通信网，不存在路由选择问题，只是一个计算机通信网，不存在路由选择问题，因此局域网可以不要网络层。因此局域网可以不要网络层。局域网的种类繁多，其媒体接入控制的方法也各不相局域网的种类繁多，其媒体接入控制的方法也各不相同，为了使局域网中的数据链路层不致过于复杂，同同，为了使局域网中的数据链路层不致过于复杂，同时也为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准时也为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准。就应当将局域网的数据

32、链路层划分为两个子层，即。就应当将局域网的数据链路层划分为两个子层，即：媒体接入控制或媒体访问控制：媒体接入控制或媒体访问控制MACMAC（Medium Access Medium Access ControlControl）子层和逻辑链路控制）子层和逻辑链路控制LLCLLC（Logical Link Logical Link ControlControl）子层，而网络的服务访问点）子层，而网络的服务访问点SAPSAP则在则在LLCLLC子子层与高层的交界面上。层与高层的交界面上。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 45与接入到传输媒体有关的内容都放在与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC

33、 MAC子层，而子层，而 LLC LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对局域网对 LLC LLC 子层来说都是透明的。子层来说都是透明的。IEEE802IEEE802参考模型（包括对传输媒体和拓扑结构的规参考模型（包括对传输媒体和拓扑结构的规格说明）格说明）局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2第第7 7章章 局域网技术局域网技术 46第第7 7章章 局域网技术局域网技术 47l各层功能各层功能物理层：物理层：主要处理物理媒体上比特流的传输，即建主要处理物理媒体上比特

34、流的传输，即建立、维持、撤销物理链路，定义了传输媒立、维持、撤销物理链路，定义了传输媒体接口机械的、电气的、功能的和规程的体接口机械的、电气的、功能的和规程的特性。特性。信号的编码与译码信号的编码与译码前同步位的产生与去除前同步位的产生与去除第第7 7章章 局域网技术局域网技术 48MACMAC子层：子层：控制对传输媒体的访问。每一种类型的控制对传输媒体的访问。每一种类型的LANLAN，都有其相对应的，都有其相对应的MACMAC子层和媒体访问子层和媒体访问控制方法，例如，总线网使用控制方法，例如，总线网使用CSMACSMACDCD，环型网使用环型网使用Token RingToken Ring等

35、。等。流量控制：协调收发双方的数据传输速率流量控制：协调收发双方的数据传输速率比特差错检测比特差错检测寻址寻址第第7 7章章 局域网技术局域网技术 49LLCLLC子层：子层：在该层提供两种逻辑链路控制类型，一种在该层提供两种逻辑链路控制类型，一种是不连接的数据报服务；另一种是面向连是不连接的数据报服务；另一种是面向连接的虚电路服务。其主要功能是完成数据接的虚电路服务。其主要功能是完成数据帧的装封和拆封，为高层协议提供服务访帧的装封和拆封，为高层协议提供服务访问的接口。问的接口。提供与高层的接口提供与高层的接口第第7 7章章 局域网技术局域网技术 50lIEEE 802IEEE 802标准：标

36、准：概念：概念：IEEE802IEEE802委员会开发的一系列局域网和城域委员会开发的一系列局域网和城域网的标准的统称。网的标准的统称。标准：标准：802.1802.1局域网概述、体系结构、网络管理局域网概述、体系结构、网络管理和网络互连。和网络互连。802.2-802.2-逻辑链路控制逻辑链路控制LLCLLC。802.3-CSMA802.3-CSMACDCD总线媒体访问控制子层和总线媒体访问控制子层和物理层规范。物理层规范。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 51802.4-802.4-令牌总线网媒体访问控制子层和物理层规范。令牌总线网媒体访问控制子层和物理层规范。802.5-802.5-

37、令牌环形网媒体访问控制子层和物理层规范。令牌环形网媒体访问控制子层和物理层规范。802.6-802.6-城域网媒体访问控制子层和物理层规范。城域网媒体访问控制子层和物理层规范。802.7-802.7-宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。802.8-802.8-光纤技术咨询和物理层课题。光纤技术咨询和物理层课题。802.9-802.9-综合话音综合话音/ /数据服务的访问控制方法和物理层数据服务的访问控制方法和物理层规范。规范。802.10-802.10-局域网的安全性规范。局域网的安全性规范。802.11-802.11-无线局域网访问控制方法和物理层规范。无

38、线局域网访问控制方法和物理层规范。802.12802.12100VG-AnyLAN100VG-AnyLAN快速局域网访问控制方法和物快速局域网访问控制方法和物理层规范。理层规范。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 52802.14802.14协调混合光纤同轴（协调混合光纤同轴（HFCHFC）网络的前）网络的前端和用户站点间数据通信的协议。端和用户站点间数据通信的协议。802.15802.15无线个人网技术标准，其代表技术是无线个人网技术标准，其代表技术是蓝牙。蓝牙。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 53l7.3.1 7.3.1 以太网络的发展以太网络的发展l7.3.2 7.3.2 以太网

39、络的物理层标准以太网络的物理层标准l.3以太网络以太网络MACMAC帧帧 l7.3.4 7.3.4 以太网络的工作流程分析以太网络的工作流程分析l7.3.5 7.3.5 以太网络物理地址以太网络物理地址第第7 7章章 局域网技术局域网技术 54l以太网：以太网：是一种基带总线是一种基带总线LANLAN，最初由，最初由XeroxXerox公司和斯坦福大学公司和斯坦福大学于于19751975年研制成功年研制成功19801980年，年，XeroxXerox、DECDEC和和IntelIntel联合公布了联合公布了EthernetEthernet物物理层和数据链路层的规范。成为了第一个

40、局域网络的理层和数据链路层的规范。成为了第一个局域网络的工业标准。工业标准。在此基础上，在此基础上，19851985年年IEEE 802IEEE 802委员会颁布了委员会颁布了802.3802.3标标准。最早的准。最早的802.3802.3标准为标准为10Mbps10Mbps的基带实现提供必要的基带实现提供必要的技术说明和有关参数值。后来版本的标准又为别的的技术说明和有关参数值。后来版本的标准又为别的实现提供类似的技术说明。实现提供类似的技术说明。 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 55l两个标准两个标准 ：DIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域

41、网产是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。品（以太网）的规约。IEEE IEEE 的的 802.3 802.3 标准。标准。DIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 标准与标准与 IEEE IEEE 的的 802.3 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 802.3 局域网简称为局域网简称为“以太网以太网”。严格说来，严格说来，“以太网以太网”应当是指符合应当是指符合 DIX DIX Ethernet V2 Ethernet V2 标准的局域网标准的局域网 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 56l以太网标准：以太网标

42、准：10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-FL光缆以太网媒体接入控制 MACn base m:n base m:n n表示传输速率为表示传输速率为nMbpsnMbps。BaseBase表示基带表示基带BroadBroad表示宽带表示宽带M M表示缆线的最大长度表示缆线的最大长度第第7 7章章 局域网技术局域网技术 57第第7 7章章 局域网技术局域网技术 58n 分插头：插入电缆分插头：插入电缆n 收发器：发送收发器：发送/接收接收, 冲突检测冲突检测, 电气隔离，超长控制电气隔离，超长控制n AUI：连接件单元接口：连接件单元接口 n 转发器转发器/中继器的

43、作用：扩充信号传输距离。将信号放中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的大并整形后再转发，消除信号传输的 失真和衰减。是物失真和衰减。是物理层设备理层设备粗缆粗缆vampire tapBNC端子端子收发器收发器AUI 电缆电缆NIC最大段长度最大段长度 500米米每段最多站点数每段最多站点数 100两站点间最小距离两站点间最小距离 2.5米米网络最大跨度网络最大跨度 2.8公里公里 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 59lAUIAUI端口是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种端口是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种DD型型1515针接口，这在令牌环网或总线

44、型网络中是一种针接口，这在令牌环网或总线型网络中是一种比较常见的端口之一。路由器可通过粗同轴电缆收发比较常见的端口之一。路由器可通过粗同轴电缆收发器实现与器实现与10Base-510Base-5网络的连接，但更多的是借助于外网络的连接，但更多的是借助于外接的收发转发器（接的收发转发器（AUI-to-RJ-45AUI-to-RJ-45），实现与），实现与10Base-T10Base-T以太网络的连接。当然也可借助于其他类型的收发转以太网络的连接。当然也可借助于其他类型的收发转发器实现与细同轴电缆（发器实现与细同轴电缆（10Base-210Base-2）或光缆（）或光缆（10Base-10Base

45、-F F）的连接。）的连接。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 60l用更便宜的细同轴电缆用更便宜的细同轴电缆( (特性阻抗仍为特性阻抗仍为50W) 50W) 代替粗同轴电缆。代替粗同轴电缆。 l将媒体连接单元将媒体连接单元MAUMAU和媒体相关接口和媒体相关接口MDIMDI都安都安装在网卡上，取消了外部的装在网卡上，取消了外部的 AUI AUI电缆。电缆。 l细缆直接用标准细缆直接用标准 BNC T BNC T型接头连接到网卡上型接头连接到网卡上的的 BNC BNC 连接器的插口。连接器的插口。 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 61v BNC T型接头型接头 v 无需插入电缆无需插入

46、电缆v 用于办公室用于办公室LAN细缆细缆BNC 接头接头NIC段最大长度段最大长度 185m每段最多站点数每段最多站点数 30两站点间最短距离两站点间最短距离 0.5 m网络最大跨度网络最大跨度 925 m 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 62不用电缆而使用不用电缆而使用无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线。每个站需要。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。用两对双绞线，分别用于发送和接收。在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做的设备，叫做集线器集线器(hub)(hub)。 HubHub（集线器）相当于多端口转发器。（集线器）相当于多端口转发

47、器。多用于办公室多用于办公室LANLAN拓扑结构为星形或树型，逻辑上仍然是总线拓扑结构为星形或树型，逻辑上仍然是总线形形 媒体访问控制方法是冲突检测的载波侦听多媒体访问控制方法是冲突检测的载波侦听多路访问路访问第第7 7章章 局域网技术局域网技术 63l10BASE-T10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过离不超过 100 m 100 m。l这种这种10Mb/s 10Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。既降低了成本，又提高了可靠性。 l10BASE-T 10BASE-T 双

48、绞线以太网的出现，是局域网发展史双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。网中的统治地位奠定了牢固的基础。 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 64l集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。样运行。 l使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是，各工作站使用的还是 CSMA/CD CSMA/CD 协议，

49、并共协议，并共享逻辑上的总线。享逻辑上的总线。 l集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层。层。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 65集线器网卡工作站B网卡工作站A网卡工作站C双绞线l网卡的发送信号线为网卡的发送信号线为1 1、2 2，接收信号线为，接收信号线为3,63,6lHUBHUB的接收信号线为的接收信号线为1 1、2 2，发送信号线为，发送信号线为3,63,6MACMAC：00:00:b4:91:8c:6a00:00:b4:91:8c:6aMACMAC：00:d0:b7:37:55:0000:d0:b7:37:55:00第第7 7章章 局域

50、网技术局域网技术 66l集线器是一个集线器是一个物理层设备物理层设备，随着此帧中的每一个，随着此帧中的每一个bitbit通通过双绞线向集线器的发送，集线器只是把收到的信号整过双绞线向集线器的发送，集线器只是把收到的信号整形放大后从其它端口发出，连接在集线器上的所有节点形放大后从其它端口发出，连接在集线器上的所有节点的以太网卡同时开始接收该帧每一个的以太网卡同时开始接收该帧每一个bitbit，当接收完帧，当接收完帧的目的以太网地址字段（此例中为的目的以太网地址字段（此例中为MACCMACC）后，所有的接）后，所有的接收网卡都将此收网卡都将此MACMAC地址与自身地址与自身MACMAC地址进行比较

51、，若不同地址进行比较，若不同则将帧丢弃，若相同，则接收整个帧并通过相应机制（则将帧丢弃，若相同，则接收整个帧并通过相应机制（例如中断机制）将帧交由操作系统处理。此例中只有例如中断机制）将帧交由操作系统处理。此例中只有C C节点的操作系统会收到节点的操作系统会收到A A发送的帧。发送的帧。l从上述过程可以看出，连接在集线器上的各节点同时只从上述过程可以看出，连接在集线器上的各节点同时只能有一对节点进行通信，而且只能进行半双工通信，即能有一对节点进行通信，而且只能进行半双工通信，即发送和接收不能同时进行。因此对于发送和接收不能同时进行。因此对于10/100M10/100M集线器来集线器来说是所有节

52、点分享了说是所有节点分享了10/100M10/100M的速率。的速率。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 67第第7 7章章 局域网技术局域网技术 68l前导码：前导码：此字段的内容按照发送此字段的内容按照发送顺序排列为顺序排列为10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 1010101010101010 10101010，接口卡将其，接口卡将其进行串行发送时的顺序为从左到进行串行发送时的顺序为从左到右。前同步码的作用是通过连续右。前同步码

53、的作用是通过连续的的“1 1”“”“0 0”序列使接收方达到序列使接收方达到电路稳定状态。电路稳定状态。l帧首定界符：帧首定界符：此字段的内容为此字段的内容为1010101110101011，它的作用是标识帧有，它的作用是标识帧有效部分的正式开始。效部分的正式开始。l目的地址：目的地址：帧要发往的站点地址帧要发往的站点地址。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 69l源地址：源地址：发送帧的站点地址。发送帧的站点地址。l类型：类型：此字段是一个整数，若此整数的值小于此字段是一个整数，若此整数的值小于0 x5dc0 x5dc（十（十进制进制15001500），则用于表示此帧中所携带的数据的按字节

54、），则用于表示此帧中所携带的数据的按字节计算的长度，否则表示所携带数据采用的协议类型。在计算的长度，否则表示所携带数据采用的协议类型。在InternetInternet通信中，此字段总是作为通信中，此字段总是作为“类型类型”使用，常用使用，常用的字段值及其含义如下：的字段值及其含义如下：0 x0800 0 x0800 表示所携带的数据遵循表示所携带的数据遵循IPIP协议规定的格式，协议规定的格式，或者说携带的是或者说携带的是IPIP包。包。0 x0806 0 x0806 表示所携带的数据遵循表示所携带的数据遵循ARPARP协议规定的格式，协议规定的格式，或者说携带的是或者说携带的是ARPARP

55、包。包。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 70l数据区：数据区：字段指明帧要携带的用户数据，其范围在字段指明帧要携带的用户数据，其范围在4646字节至字节至15001500字节之间。字节之间。l填充字节：填充字节：如果数据段小于如果数据段小于4646个字节，则发送站的个字节，则发送站的MACMAC子层自动填子层自动填“0 0”代码于填充段代码于填充段PADPAD中，把数据段填充中，把数据段填充到到4646字节最小长度，目的是为了适应碰撞检测的需要字节最小长度，目的是为了适应碰撞检测的需要，保证网上所有站点都能检测到该帧。，保证网上所有站点都能检测到该帧。l帧校验系列：帧校验系列：是长度为是

56、长度为4 4个字节的循环冗余检验码，用个字节的循环冗余检验码，用于检验帧在传输过程中有无差错，检测范围包括：目于检验帧在传输过程中有无差错，检测范围包括：目的地址、源地址、类型、数据区。是的地址、源地址、类型、数据区。是3232位的循环冗余位的循环冗余校验码校验码CRC-32 = xCRC-32 = x3232+x+x2525+x+x2323+x+x2222+x+x1616+x+x1212+X+X1111+x+x1010+x+x8 8+x+x7 7+x+x5 5+x+x4 4+x+x2 2+x+1+x+1 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 71l常用的以太网常用的以太网MACMAC帧格式有

57、两种标准帧格式有两种标准 ：DIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 标准标准IEEE IEEE 的的 802.3 802.3 标准标准l最常用的最常用的MACMAC帧是以太网帧是以太网V2V2的格式。的格式。第第7 7章章 局域网技术局域网技术 72MAC 帧帧字节6624IP 层物理层物理层目的地址目的地址源地址源地址长度长度/类型类型FCSMAC 层层10101010101010 10101010101010101011前同步码前同步码帧开始帧开始定界符定界符7 字节字节1 字节字节8 字节插插入入数数 据据MAC 子层IP 层层LLC 子层802.2LLC 帧当长

58、度/类型字段表示长度时 802.3MAC 帧以太网以太网 V2 MAC 帧帧这种 802.3 + 802.2 帧已经较少使用目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节46 150043 1497111DSAP SSAP111 控制控制 数数 据据字节DSAPSSAP控制控制IP 数据报数据报IP 数据报第第7 7章章 局域网技术局域网技术 73MAC 帧物理层物理层MAC 层层IP 层层以太网以太网 V2 MAC 帧帧目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节字节46 1500IP 数据报目的地址字段 6 字节第第7 7章章 局域网技术局域网技术 7

59、4MAC 帧物理层物理层MAC 层层IP 层层以太网以太网 V2 MAC 帧帧目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节字节46 1500IP 数据报源地址字段 6 字节第第7 7章章 局域网技术局域网技术 75MAC 帧物理层物理层MAC 层层IP 层层以太网以太网 V2 MAC 帧帧目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节字节46 1500IP 数据报类型字段 2 字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 76MAC 帧物理层物理层MAC 层层IP

60、层层以太网以太网 V2 MAC 帧帧目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节字节46 1500IP 数据报数据字段 46 1500 字节数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度 第第7 7章章 局域网技术局域网技术 77MAC 帧物理层物理层MAC 层层IP 层层以太网以太网 V2 MAC 帧帧目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节字节46 1500IP 数据报FCS 字段 4 字节当传输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。 当数据字