第五章局域网ppt课件

1、第五章局域网n5.1 局域网概述n5.2 传统以太网n5.3 以太网MAC层n5.4 扩展局域网n5.5 高速以太网n5.6 无线局域网5.1 局域网概述n局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。n局域网具有如下的一些主要优点：n（1能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。n（2便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。n（3提高了系统的可靠性、可用性和残存性。n图5-1(a)是星形网。近年来由于集线器(hub)的出现和双绞线大量用于局域网中，星形以太网以及多级星形结构的以太网获得了非常广泛的应用。图5-1(b)是环

2、形网，最典型的就是令牌环形网(token ring)，它又称为令牌环。图5-1(c)为总线网，各站直接连在总线上。总线网可使用两种协议。一种是传统以太网使用的CSMA/CD，另一种是令牌传递总线网。图5-1(d)是树形网，它是总线网的变型。局域网需要解决的重大问题n局域网需要解决的重大问题：n如何使众多用户能够合理且方便地共享信道媒体资源， 即信道分配策略，也就是局域网的广播信道的共享技术n1、静态划分信道n包括频分多路复用、时分复用、波分复用和码分复用等。n特点是：n预先将信道固定的分配给各个网络节点，各节点之间不会产生冲突。n这种协议简单，信道利用率高，但不够灵活，不适合计算机网络中节点的

3、随时增加或退出、以及数据的突发传输特点。n2、动态分配策略n包括随机接入和受控接入或称控制访问）n随机接入：又称“争用”，所有用户可随机的发送信息n 必须解决“碰撞/冲突问题。n受控接入：用户只有获得信道的使用权才能发送信息。n 不会出现碰撞，特别适合网络负载较重的情况。5.2 传统以太网n“传统以太网表示最早进入市场的10 Mbit/s速率的以太网。5.2.1 以太网的工作原理 n1. 以太网标准 （了解）n82年，形成DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品以太网的规约。n83年，IEEE以 DIX Ethernet V2为基础制定了一个以太网标准 802.3。nDIX E

4、thernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。局域网标准：IEEE802标准nIEEE:Institute of Electrical and Electronics Engineers 电器和电子工程师协会n802：1980年2月成立局域网标准化委员会nIEEE802.1A：概述及网络体系结构nIEEE802.1B：寻址、网络管理和网际互连nIEEE802.2：逻辑链路控制协议nIEEE802.3：CSMA/CDnIEEE802.4：令牌总线nIEEE802.5：令牌环nIEEE802.7：宽带技术nIEEE802

5、.8：光纤技术nIEEE802.11：无线局域网 共14个局域网参考模型nIEEE802参考模型：n只有物理层和数据链路层：局域网只是局部地区的计算机通信网，不存在路由选择问题，因此它不需要网络层。n链路层划分为MAC子层和 LLC子层：局域网种类繁多，其介质访问控制方法也各不相同。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，将链路层划分为两个子层：.n逻辑链路控制子层LLC (Logical Link Control)n媒体接入控制子层MAC (Medium Access Control)局域网参考模型局局 域域 网网网络层网络层物理层物理层站点站点 1网络层网络层物理层物理层逻辑链路控制逻

6、辑链路控制LLCLLC媒体接入控制媒体接入控制MACMAC数据数据链路层链路层站点站点 2链路层的划分 nMAC子层：负责处理链路层中与接入各种传输媒体有关的问题，主要功能：n数据帧的封装与解封、MAC协议的实现和维护、比特差错检测、寻址。nLLC子层：负责处理链路层中与传输介质无关的问题，主要功能：n逻辑连接的建立和释放、向高层提供服务接口、差错控制、帧编号n划分结果：n局域网不管采用何种标准，对 LLC 子层来说都是透明的 。由此使得IEEE802标准具有良好的可扩充性n本章介绍的以太网主要都是假定数据链路层只有一个MAC层而不考虑LLC子层。这样做对以太网工作原理的讨论会更加简洁。n2、

7、网卡作用n网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC (Network Interface Card)，但现在更多的人愿意使用更为简单的名称“网卡”。网卡和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行的，如图5-3所示。n网卡不是完全自治的单元，通常称为半自治单元。当网卡收到一个有差错的帧时，它就丢弃此帧而不必通知它所插入的计算机。当网卡收到一个正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机并交付给网络层。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装成帧后发送到局域网。n以太网为以太网为“总线结构总线结构”，通信方式为，通信方式为“广播通信广播通

8、信”。n如何实现一对一的通信？如何实现一对一的通信？n必须在发送帧首部写明接收站的地址，仅当数据帧的目的必须在发送帧首部写明接收站的地址，仅当数据帧的目的地址与计算机的地址一致时，该机才接收此帧。如图：地址与计算机的地址一致时，该机才接收此帧。如图：3. CSMA/CD 协议 B向向 D发送数据发送数据 C D A E匹配电阻用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只需 D 接受B 发送的数据在以太网的广播方式下实现一对一的通信 n总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。 n由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧

9、。 n其他所有的计算机A, C 和 E都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。n通过在数据帧首部加入地址，在具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。 以太网中为简化通信采取的措施 n采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。 n以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。n理由：局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。 以太网提供的服务 n以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。n当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。n如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以

10、太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。 载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CDn问题：如何协调总线上所有计算机的工作？即如何解决共享总线带来的碰撞/冲突？n解决方法：采用CSMA/CD 技术nCSMA/CD ： Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。n译文：带有冲突检测的载波监听多路访问nCSMA/CD的基本思想：当一个节点要发送数据时，首先监听信道；如果信道空闲就发送数据，并继续监听；如果在数据发送过程中监听到了冲突，则立刻停止数据发送，等待一段随机的时间后，重新开始尝试发送数据。关于CSMA/C

11、D的要点：n“多点接入”：表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上，即总线型拓扑结构。n“载波监听”：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，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 n“载波就是总线上计算机发送的数据信号。n“碰撞检测就是计算机边发送数据边检测信道上是否发生了冲突。碰撞检测的方法n方法一：检测信道上的信号电压大小。n当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大互相叠加）。当检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。n此法适合短距离传输n方法二：在发送帧的同时进行接收

12、，将接收的信号逐比特与发送信号比较，若有不符的，则发生了冲突。适合长距离传输碰撞产生的原因n问题：利用“载波监听”，每个站在信道“空闲时才发送数据，为什么还会产生冲突？n情况1：当A和B 同时监听到总线是空闲时，同时发送数据，会产生冲突。 n情况2：电磁波在总线上的传播速率是有限的即有传播时延） 。当A 发出的信息还未传送到 B之前，B的载波监听检测不到 A 所发送的信息，于是B 发送了自己的帧，则必然要在某个时间和 A 发送的帧发生碰撞。如下图n碰撞的结果是两个帧都变得无用。 1 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

13、端传播时延记为 1 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 阐明n运用 CSMA/CD 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）。n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。 n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。 4. 争用期n问题：n 发

14、送端经过多长时间才能确定已发送的数据帧传输成功，即没有发生碰撞 ？n答案：n 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 （两倍的端到端的传播时延，即往返时延就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。n以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。n争用期的意义：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。 n问题：如何在产生碰撞后尽量避免再次发生碰撞？ n解决方法：推迟一个随机时间后再重试，比如采用“截断二进制指数退避算法”截断二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type)n发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟退避

15、一个随机时间才能再发送数据。n确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。n定义重传次数 k ，k 10，即n k = Min重传次数, 10n从整数集合0,1, (2k 1)中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。n当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。 n比如，争用期的长度与最短有效帧长 n以太网的争用期为 51.2 s n对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，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。如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之内。 n因此，以太网

16、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或称为碎片）。强化碰撞 n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，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。 如下图：数据帧干扰信号 TJ人为干扰信号 ABTBt 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。5.2.2 使用集线器的星型拓扑n传统以太网可使用的传输媒体有四种：n同轴电缆粗缆或细

17、缆）n双绞线n光缆n这样，以太网就有四种不同的物理层。 10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制 MAC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BNC T 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插头粗缆以太网粗缆以太网10BASE5细缆以太网细缆以太网10BASE2双绞线以太网双绞线以太网10BASE-T星形网 10BASE-T n不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。n在星形网的中心则增加了一种可靠性

18、非常高的设备，叫做集线器(hub)。 n集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。 图图5-6 5-6 使用集线器的双绞线以太网使用集线器的双绞线以太网以太网在局域网中的统治地位n10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。n这种 10 Mb/s 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。 n10BASE-T 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，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。 双绞线以太网 10BASETn工作速率为10Mbps，采用基带信号，T表示传输媒体式双绞线Twis

19、ted Pair)n采用100欧姆的UTP双绞线n拓扑结构：表面上为星型实际上为总线型），即所有站点均连接到一个中心集线器上n每个电缆段不超过100mn整个网络设计遵循5-4-3原则，网络的最大跨度不超过500m最多只能有5个网段，4个转发器，而其中只允许3个网段有设备，其他两个只是传输距离的延长。）n逻辑上仍是总线网，各工作站使用CSMA/CD协议，因此又称“星型总线网或“盒中总线网”集线器n集线器：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样运行。 n集线器有如下一些特点。n（1从表面上看，使用集线器的局域网在物理上是一个星型网，但由于集线器是使用电子器件来模

20、拟实际电缆线的工作，因此，整个系统仍像一个传统以太网那样运行。n也就是说，使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议更具体些，是各站中的适配器执行CSMA/CD协议）。n网络中的各站必须竞争对传输媒体的控制，并且在一个特定时间至多只有一个站能够发送数据。因此，这种10BASE-T以太网又称为星型总线 (star-shaped bus) 或盒中总线 (bus in a box)。n（2一个集线器有许多端口，一个集线器很像一个多端口的转发器。n（3集线器工作在物理层，它的每个端口都具有发送和接收数据的功能。当集线器的某个端口接收到工作站发来的比特时

21、，不进行碰撞检测，而是简单地把这个比特向所有其他端口转发。n 若两个端口同时有信号输入即发生碰撞），那么，所有的端口都收不到正确的帧。如图5-7所示是具有3个端口的集线器的示意图。集线器适 配 器工 作 站适 配 器工 作 站适 配 器工 作 站双 绞 线图图5-7 5-7 具有具有3 3个端口的集线器个端口的集线器n （4集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。 5.2.3以太网的信道利用率 n一个帧从开始发送，经碰撞后再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间 使得信道上无信号在传播)时为止，共需平均时间为 Tav。 发 送 成 功 争用期 争用期 争用期 222T0t占用

22、期 争用期的平均个数 NR 发送一帧所需的平均时间 Tav反映信道利用率的参数 a= / T0 其中， 为以太网单程端到端的传播时延 T0 为发送一帧需要的时间 结论：a越小，信道利用率越高 所以，当数据传输速率一定时，以太网的帧不能太短，连线长度不能太长 极限信道利用率： Smax = T0 / (T0 + ) = 1/(1+a)5.3 以太网的MAC层5.3.1 MAC层的硬件地址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 48 bit 的“名字称为“地址”，所以本书也采用这种

23、习惯用法，尽管这种说法并不太严格n现在IEEE的注册管理委员会RAC (Registration Authority Committee)是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段的六个字节中的前三个字节(即高位24 bit)。世界上凡要生产局域网网卡的厂家都必须向IEEE购买由这三个字节构成的一个号(即地址块)，这个号的正式名称是机构惟一标识符OUI (Organizationally Unique I d e n t i f i e r ) ， 通 常 也 叫 做 公 司 标 识 符(company_id)。目前的价格是1250美元买一个地址块。例如，3Com公司生产的网卡的MAC

24、地址的前六个字节是02-60-8C。地址字段中的后三个字节(即低位24 bit)则是由厂家自行指派，称为扩展标识符(extended identifier)，只要保证生产出的网卡没有重复地址即可。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： AC-DE-48-00-00-80二进制表示的 EUI-48 地址：第 1 字节第 6 字节I/G 比特I/G 比特字节顺序第

25、 2第 3第 4第 5第 6第 1字节顺序第 2第 3第 4第 5第 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4网卡上的硬件地址 路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。 网卡检查 MAC 地址 n网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址.n如果是发往本

26、站的帧则收下，然后再进行其他的处理。n否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。n“发往本站的帧包括以下三种帧： n单播(unicast)帧一对一）n广播(broadcast)帧一对全体）n多播(multicast)帧一对多）5.3.2以太网V2的MAC帧格式n以太网的MAC帧格式有两种标准，一种是DIX Ethernet V2标准，另一种是IEEE的802.3标准。图5-9画出了这两种不同的MAC帧格式。n现在市场上流行的都是以太网V2的MAC帧MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC

27、帧格式目的地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式源地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式类型字段 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。 MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数

28、据报以太网 V2 的 MAC 帧格式数据字段 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 MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式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。 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。 MAC 帧物理层MAC 层I

29、P 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。 为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节n帧的长度不是整数个字节；n用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；n数据字段的长度不在 46 1500 字节之间。n

30、有效的 MAC 帧长度为 64 1518 字节之间。n对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。 无效的 MAC 帧 n帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。n一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 s 才能再次发送数据。n这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。 帧间最小间隔 5.4 扩展的局域网5.4.1 在物理层扩展局域网n一个学院的三个系各有一个10BASE-T局域网(如图5-10(a)所示)，可通过一个主干集线器互相连接起来，成为一个更大的扩展的局域网(如图5-10(b)所示)。图图5-10

31、 5-10 用多个集线器连成更大的局域网用多个集线器连成更大的局域网n优点n使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。n扩大了局域网覆盖的地理范围。n缺陷n碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。n如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。 用集线器扩展局域网 n在数据链路层扩展局域网是使用网桥。n网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。n网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口 5.4.2 在数据链路层扩展局域网 1. 网桥

32、的内部结构 站表端口管理 软件网桥协议 实体端口 1端口 2缓存网段 B网段 A111222站地址 端口网桥网桥n过滤通信量。 n扩大了物理范围。n提高了可靠性。n可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网的局域网。 使用网桥带来的好处 n存储转发增加了时延。 n在MAC 子层并没有流量控制功能。 n具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大。n网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。 使用网桥带来的缺点 用户层IPMAC站 1用户层IPMAC站

33、 2物理层网桥 1网桥 2AB用户数据IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理层DLRMAC物理层物理层DLRMAC物理层物理层LANLAN两个网桥之间还可使用一段点到点链路 RR中继机制中继机制 H H首部首部 T T尾部尾部图图5-12 5-12 两个网桥之间有点到点的链路两个网桥之间有点到点的链路n集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。n网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。n若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。n在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。 n由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。 网桥和集线器或转发器不同 n

34、目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)。 n“透明是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。 n透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1D。 2. 透明网桥(1) 从端口 x 收到无差错的帧如有差错即丢弃），在转发表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口 d，然后进行(3)，否则转到(5)。(3) 如到这个 MAC 地址去的端口 d = x，则丢弃此帧因为这表示不需要经过网桥进行转发）。否则从端口 d 转发此帧。(4) 转到(6)。(5) 向网桥除 x 以外的

35、所有端口转发此帧这样做可保证找到目的站）。(6) 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到(8)。如源站在转发表中，则执行(7)。(7) 更新计时器。(8) 等待新的数据帧。转到(1)。网桥应当按照以下算法处理收到的帧和建立转发表 n站地址：登记收到的帧的源 MAC 地址。n端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。n时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。n转发表中的 MAC 地址是根据源 MAC 地址写入的，但在进行转发时是将此 MAC 地址当作目的地址。n如果网桥现在能够从端口 x 收到从源地址 A 发来的帧，那么以后就可以从端口 x

36、 将帧转发到目的地址 A。 网桥在转发表中登记以下三个信息 透明网桥使用了支撑树算法n透明网桥使用了一个支撑树(spanning tree)算法，即互连在一起的网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集，在这个子集里整个连通的网络中不存在回路，即在任何两个站之间只有一条路径。n这是为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。 透明网桥使用了支撑树算法 局域网 2局域网 1网桥 2网桥 1 AFF2F1不停地兜圈子A 发出的帧网桥 1 转发的帧网桥 2 转发的帧网络资源白白消耗了假定帧F的目的地址均不在这两个网桥的转发表中n每隔几秒钟每一个网桥要广播其标识号(由生产网桥的厂家设定的一个

37、惟一的序号)和它所知道的其他所有在网上的网桥。 n支撑树算法选择一个网桥作为支撑树的根(例如，选择一个最小序号的网桥)，然后以最短路径为依据，找到树上的每一个结点。 n当互连局域网的数目非常大时，支撑树的算法很花费时间。这时可将大的互连网划分为多个较小的互连网，然后得出多个支撑树。 支撑树的得出n透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。n源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。n源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。n发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路

38、由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。 3. 源路由网桥n1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。n交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机表明此交换机工作在数据链路层）。n以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。4. 多端口网桥以太网交换机 n以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。n交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。 n以太网交换

39、机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。 以太网交换机的特点n对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。n使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对端口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。 独占传输媒体的带宽 用以太网交换机扩展局域网 集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服

40、务器以太网交换机路由器n虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。n这些网段具有某些共同的需求。n每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。n虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。 5.4.3 虚拟局域网以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机

41、以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 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。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 V

42、LAN3 的构成 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(即“广播风暴”)而引起性能恶化。 5.5 高速以太网5.5.1 100BASE-T 以太网n速率达到或超过 100 Mb/s 的以太网称为高速以太网。n在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星型拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 协议。100BASE-T 以太网又称为快速以太网(Fast Ethernet)。 100BASE-T 以太网的特点n可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用 CSMA/CD 协议。nMAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。n保持最短帧长

43、不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 m。n帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的 0.96 s。 三种不同的物理层标准 n100BASE-TXn运用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP。 n100BASE-FX n运用 2 对光纤。 n100BASE-T4n运用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。 5.5.2 吉比特以太网n吉比特以太网标准802.3标准考虑以下内个要点n (1)允许在1Gbit/s下的全双工和半双工两种方式工作n (2)运用 802.3 协议规定的帧格式。n (3)在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议全双工方式不需要使用 CSMA/CD 协

44、议）。n (4)与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容。n吉比特以太网的物理层使用两种成熟的技术：一种来自现有的以太网，另一种则是ANSI制定的光纤通道(fibre channel)。采用成熟技术就能大大缩短吉比特以太网标准的开发时间。吉比特以太网的物理层 n1000BASE-X(802.3Z) 基于光纤通道的物理层：n1000BASE-SX SX表示短波长n1000BASE-LX LX表示长波长n1000BASE-CX CX表示铜线n1000BASE-T (802.3ab)n运用 4对 5 类线 UTP n吉比特以太网工作在半双工方式时，就必须进行碰撞检测。由于数据传输率

45、提高了，若保持参数a为较小的值，只有减速小最大电缆长度或增大帧的最小长度。n吉比特以太网仍然保持网段最大长度为100m，但采用载波延伸的办法，使最短帧长仍为64字节，但将争用时间增大为512字节。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，如图5-25所示。n吉比特以太网还增加一种功能称为分组突发(packet bursting)。这就是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。但随后的一些短帧则可一个接一个地发送，它们之间只需留有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成了一串分组的突

46、发，直到达到1500字节或稍多一些为止，如图5-26所示。n图5-27是吉比特以太网的一种配置举例。吉比特以太网的配置举例 1 Gb/s 链路吉比特交换集线器百兆比特或吉比特集线器100 Mb/s 链路中央服务器5.5.3 10 吉比特以太网n10 吉比特以太网与 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1 Gb/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。 10吉比特以太网的物理层

47、 n局域网物理层 LAN PHY。局域网物理层的数据率是 10.000 Gb/s。n可选的广域网物理层 WAN PHY。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。n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 9.95328 Gb/s。 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： n成熟的技术n互操作性很好n在广域网中使用

48、以太网时价格便宜。n统一的帧格式简化了操作和管理。 以太网从 10 Mb/s 到10 Gb/s 的演进 n以太网从 10 Mb/s 到 10 Gb/s 的演进证明了以太网是：n可扩展的从 10 Mb/s 到 10 Gb/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。 5.6 无线局域网5.6.1无线局域网构造n便携站(portable station)和移动站(mobile station)表示的意思并不一样。便携站当然是便于移动的，但便携站在工作时其位置是固定不变的。而移动站不仅能够移动，而且还可以在移动的过程中进行通信。移动站一般都是使用电池供电。n2019

49、年IEEE制定出无线局域网的协议标准802.11。n无线局域网可分为两大类。第一类是有固定基础设施的，第二类是无固定基础设施的。n在802.11标准中，基本服务集里面的基站使用了一个新名词，叫做接入点AP (Access Point)。一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS (Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展的服务集ESS，如图5-29所示。n802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS (Basic Service Set)。一个基本服务集BSS所覆盖的地理范围叫作一个基本服务区BSA

50、 (Basic Service Area)。n基本服务区BSA和无线移动通信的蜂窝小区相似。在无线局域网中，一个基本服务区BSA的范围可以有几十米的直径。n一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS (Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展的服务集ESS，如图5-17所示。图图5-17 IEEE802.115-17 IEEE802.11的基本服务集的基本服务集BSSBSS和扩展服务集和扩展服务集ESSESSn另一类无线局域网是无固定基础设施的无线局域网，它又叫作自组网络(ad hoc network)。这种自组

51、网络没有上述基本服务集中的接入点AP而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络，如图5-18所示。移动自组网络也就是移动分组无线电网络。图图5-18 5-18 由处于平等状态的一些便携机构成的自组网络由处于平等状态的一些便携机构成的自组网络n留意：移动自组网络和移动IP并不相同。移动IP技术是指漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。漫游的主机可以直接连接到或通过无线链路连接到固定网络上的另一个子网。5.8.3 802.11标准中的MAC层n无线局域网不能简单地搬用CSMA/CD协议。这里主要有两个原因：n第一，CSMA/CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时还必须不间断地检测信道，以便发现是否有其他的站也在发送数据，这样才能实现“碰撞检测的功能。但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。n第二，更重要的是，即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。n图5-19所示的例子表示了无线局域网的特殊问题。n图5-19 (a) 表示站A和C都想和B通信。但A和C相距较远，彼此都接收不到对方发送的信号。当A和C检测不到无线信号时，就都以为B是空闲的，因而都向B发送自己的数据。结果B同时收到A和C发来的数据，发生了碰撞。n可见，在无线局域网中，在发送数据前未