计算机网络_局域网

1、计算机网络第 5 章 局域网第 5 章 局域网5.1 局域网概述5.1.1 局域网的主要特点与功能5.1.2局域网的组成5.1.3局域网的拓扑结构与传输介质5.1.4局域网的工作模式5.2 局域网体系结构5.2.1 IEEE 802参考模型5.2.2 IEEE 802系列标准5.3 局域网中的介质访问控制5.3.1 信道分配问题5.3.2 载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）5.3.3 令牌环访问控制5.3.4令牌总线5.4 以太网5.4.1 以太网特征及分类5.4.2 以太网组网技术5.4.3 高速以太网5.4.4千兆位以太网技术5.4.5万兆位以太网技术5.4.6 异步传输模式网络

2、ATM5.5 无线局域网5.5.1无线局域网的技术标准5.5.2无线局域网设备5.5.3无线局域网的组网模式5.6 虚拟局域网5.6.1透明和虚拟5.6.2虚拟局域网使用的以太网帧格式5.6.3虚拟局域网的优点5.6.4虚拟局域网的工作方式5.6.5 虚拟局域网的实现5.6.6 VLAN 间的互连方法5.7网络操作系统5.7.1 网络操作系统概述5.7.2常见的网络操作系统5.1.1 局域网的主要特点与功能n局域网最主要的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。n局域网特点：网络所覆盖的地理范围比较小。数据的传输速率比较高局域网有较低的时延和较低的误码率局域网络的经营权和管理权

3、属于某个单位所有，与广域网通常由服务提供商提供形成鲜明对照。局域网一般采用广播技术而非交换技术便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。n尽管局域网地理覆盖范围小，但这并不意味着它们必定是小型的或简单的网络。随着网络互联技术的发展与网络互联设备性能的提高，局域网可以扩展得相当大或者非常复杂，具有成千上万用户的局域网是很常见的事。 n局域网的主要优点：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。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。提高了系统的可靠性、可用性。局域网的功能概括起来就是资源共享、数据交换，具体而言：n文件共享在不同计算机之间插拔闪存或移

4、动硬盘比较麻烦，刻成光盘又需要光盘刻录机，而使用局域网，文件的传输就轻松多了，100Mb/s局域网传输文件的速度可以达到每秒13MB，相当于普通光驱的速度。只要将要传输的文件设为共享，传输是非常容易的。n互联网接入共享建立局域网之后，局域网内的计算机可以以共享连接的方式，统统接入互联网，可以浏览网页，可以收发邮件，可以在局域网内安全、快速、廉价地享受网上冲浪的乐趣。n内部网站和BBS有了局域网之后，可以架设在局域网内部使用的网站，供内部人员浏览；可以建立内部的BBS系统，大家可以在此交流、发布信息等。n电子邮件在局域网内，可以架设自己的电子邮件服务器，可以在不经过互联网的情况下实现内部电子邮件

5、的发送和接收，非常快捷；也可以收发来自互联网上的邮件。n网络打印给每台计算机配备打印机在当前的国情下是不太现实的。如果架设了局域网，就可以通过网络共享一台或若干台打印机，这样就会经济地实现打印资源的共享。n基于网络的其他应用以上仅是局域网的通用功能，是对局域网最基本的应用。针对每个局域网用户的实际情况，还可以通过局域网和相关硬件及软件系统，实现各种信息化。如可以实现“一卡通”，只要安装必要的软件和硬件，就可以在局域网覆盖的地方持一个IC卡实现购物、借阅、餐饮等功能。在局域网的基础上，还可以实现各种办公自动化，如考勤、请假、报销、公文流转和报批、通知等。注：局域网只是为信息化提供基础。企事业的信

6、息化更多的内容在网络应用软件方面，而不是局域网的基本硬件和软件。5.1.2局域网的组成组成LAN的5种基本结构：n计算机（特别是PC机）n传输介质n网络适配器n网络连接设备n网络操作系统5.1.3 局域网的拓扑结构与传输介质局域网的拓扑结构主要有四种：总线网、环形网、星形网、树形网。n总线网中，各站直接连在总线上，一般可以使用两种协议，一种是以太网使用的CSMA/CD，另一种是令牌传递总线协议。n环形网中最典型的是令牌环。n星形网采用的是集中控制，由于集线器（HUB）和双绞线大量应用于局域网，使得星形网以及多级星形网络获得了广泛使用。n树形网只是总线网的变形，可以说是总线网的一种扩展。局域网的

7、拓扑 （匹配电阻）集线器总线网星形网树形网 环形网选择拓扑时，应该考虑的主要因素：n经济性n网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的费用。不管选用什么样的传输介质，都需要进行安装。例如，安装电线沟、安装电线管道等。最理想的情况是建楼以前先进行安装，并考虑今后扩建的要求。安装费用的高低与拓扑结构的选择以及传输介质的选择、传输距离的确定有关。n灵活性任何一个网络，随着用户数的增加，网络应用的深入和扩大，网络新技术的不断涌现，特别是应用方式和要求的改变，网络经常需要加以调整。网络的可调整性与灵活性以及可扩充性都与网络拓扑直接相关。一般说来，总线型拓扑和环形拓扑要比星形拓扑的可扩充性好得多。n可靠性n

8、网络的可靠性是任何一个网络的生命。网络拓扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性。总之，选择局域网拓扑时，需要考虑的因素很多，这些因素同时影响网络的运行速度和网络软硬件接口的复杂程度等。局域网的传输介质n局域网可使用的传输媒体有三种：n双绞线n同轴电缆n光纤n主要有线传输介质：n双绞线（TP）分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。局域网中UTP分为3类，4类，5类和超5类四种。n同轴电缆由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成，两导体间用绝缘材料隔开。按直径分为粗缆和细缆。按传输频带分为基带和宽带传输。 基带：数字信号，信号占整个信道，同一时间内能传送一种信号。 宽带：传

9、送的是不同频率的信号。n光纤应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。分为单模光纤和多模光纤。单模光纤：由激光作光源，仅有一条光通路，传输距离长，2公里以上。多模光纤：由二极管发光，低速短距离，2公里以内。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5.1.4局域网的工作模式n专用服务器结构（ServerBased） 又称为“工作站文件

10、服务器”结构，由若干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来组成工作站存取服务器文件，共享存储设备。n客户机/服务器模式（clientserver） 其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器，而将其他的应用处理工作分散到网络中其他微机上去做，构成分布式的处理系统,服务器控制管理数据的能力由文件管理方式上升为数据库管理方式。n对等式网络：（PeertoPeer） 没有专用服务器，每一个工作站既可以起客户机作用，也可以起服务器作用。5.2 局域网体系结构 IEEE 802 局域网实现模型n局域网只涉及OSI的物理层和数据链路层。n不涉及网络层及网络层以上各

11、层的原因：局域网是一种通信网，只涉及有关的通信功能，所以至多与OSI 参考模型中的下3 层有关。由于局域网基本上采用共享信道的技术，所以也可以不设立单独的网络层。n不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链路层，当这些不同的局域网需要在网络层实现互连时，可以借助其他已有的通用网络层协议（如IP 协议）实现。n局域网的物理层功能主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传输，定义局域网物理层的机械、电气、规程和功能特性。n物理层还规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、拓扑结构和传输速率。n物理层由4 个部分组成： 物理介质（PMD）：提供与线缆的物理连接。 物理介质连接设备（PMA）：生成发送到线路

12、上的信号，并接收线路上的信号。 连接单元接口（AUI）。 物理信号（PS）。n冲突（collision）由于共享信道上同时有两个或两个以上的结点发送数据而导致信道上的信号波形不等于任何发送结点原始信号的情形。n局域网基本上采用的共享介质环境，共享介质环境中的多个结点同时发送数据时会产生冲突，导致数据传输的失效，因而需要提供解决冲突的介质访问控制机制。不同的局域网技术在介质访问控制上会有明显的差异。而这种差异是与计算机网络分层模型所要求的下层为上层提供服务、但必须屏蔽掉服务实现细节（即服务的透明性）是相违背的。为解决上述问题，IEEE 802标准的制订者们考虑将局域网的数据链路层一分为二，分别为

13、MAC子层和LLC子层局域网对 LLC 子层是透明的 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 2LLC 子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网nMAC 子层负责介质访问控制机制的实现，即处理局域网中各站点对共享通信介质的争用问题，不同类型的局域网通常使用不同的介质访问控制协议，另外MAC 子层还涉及局域网中的物理寻址；nLLC 子层负责屏蔽掉MAC 子层的不同实现，将其变成统一的LLC 界面，从而向网络层提供一致的服务，LLC 子层向网络层提供的服务通过与网络层之间的逻辑接口实现，这些逻辑接口又被称为服务访问点（SAP，S

14、ervice Access Point）。n尽管将局域网的数据链路层分成了LLC 和MAC 两个子层，但这两个子层都要参与数据的封装和拆封过程。发送方：n网络层下来的数据分组加上DSAP（Destination Service Access Point）和SSAP（Source Service Access Point）等控制信息在LLC 子层被封装成LLC 帧。n由LLC 子层将其交给MAC 子层，加上MAC 子层相关的控制信息后被封装成MAC帧。n由MAC 子层交局域网的物理层完成物理传输；接收方：n将物理的原始比特流还原成MAC 帧。n在MAC 子层完成帧检测和拆封后变成LLC 帧交给L

15、LC 子层LLC 子层完成相应的帧检验和拆封工作将其还原成网络层的分组上交给网络层。 局域网数据链路层有两种不同的数据单元：LLC帧和MAC帧。通常提到“帧”时是指MAC帧，而不是LLC帧。下图为LLC帧和MAC帧的关系示意图。LLC帧和MAC帧的关系5.2.2 IEEE 802系列标准nIEEE在1980年2月成立了局域网标准化委员会（简称IEEE 802 委员会），专门从事局域网的协议制订，形成了一系列的标准，称为IEEE 802标准。nIEEE 802 为局域网制定了一系列标准，主要有如下几种：n IEEE 802.1：描述局域网体系结构以及寻址、网络管理和网络互联（1997）。IEEE

16、 802.1G：远程MAC 桥接（1998）。规定本地MAC 网桥操作远程网桥的方法。IEEE 802.1H：在局域网中以太网2.0 版MAC 桥接（1997）。IEEE 802.1Q：虚拟局域网（1998）。n IEEE 802.2：定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能与服务（1998）。nIEEE 802.3：描述带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）的访问方法和物理层规范（1998）。IEEE 802.3ab：描述1000Base-T 访问控制方法和物理层技术规范（1999）。IEEE 802.3ac：描述VLAN 的帧扩展（1998）。IEEE 802.3ad：描述多重链接分

17、段的聚合协议（Aggregation of Multiple Link Segments）（2000）。 IEEE 802.3i：描述10Base-T 访问控制方法和物理层技术规范IEEE 802.3u：描述100Base-T 访问控制方法和物理层技术规范。 IEEE 802.3z：描述1000Base-X 访问控制方法和物理层技术规范。IEEE 802.3ae：描述10GBase-X 访问控制方法和物理层技术规范。nIEEE 802.4：描述Token-Bus 访问控制方法和物理层技术规范。nIEEE 802.5：描述Token-Ring 访问控制方法和物理层技术规范（1997）。IEEE

18、802.5t：描述100 Mb/s 高速标记环访问方法（2000）nIEEE 802.6：描述城域网（MAN）访问控制方法和物理层技术规范（1994）。1995年又附加了MAN 的DQDB 子网上面向连接的服务协议。nIEEE 802.7：描述宽带网访问控制方法和物理层技术规范。nIEEE 802.8：描述FDDI 访问控制方法和物理层技术规范。nIEEE 802.9：描述综合语音、数据局域网技术（1996）。n IEEE 802.10：描述局域网网络安全标准（1998）。nIEEE 802.11：描述无线局域网访问控制方法和物理层技术规范（1999）。nIEEE 802.12：描述100VG

19、-AnyLAN 访问控制方法和物理层技术规范。nIEEE 802.14：描述利用CATV 宽带通信的标准（1998）。n IEEE 802.15：描述无线私人网（Wireless Personal Area Network，WPAN）。nIEEE 802.16：描述宽带无线访问标准（Broadband Wireless Access Standards），由两部分组成。IEEE 802标准内部关系5.3 局域网中的介质访问控制n介质访问控制方法将传输介质的频带有效地分配给网上各站点用户的方法。n设计介质访问控制协议的基本目标：协议要简单获得有效的通道利用率公平合理地对待网上各站点的用户n介质访

20、问控制方法主要是解决介质使用权的算法或机构问题，从而实现对网络传输信道的合理分配。n常用的媒体访问控制方法具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD令牌环（Token Ring）令牌总线（Token Bus）5.3.1 信道分配问题信道分配方法划分为两类：静态分配方法和动态分配方法。静态分配方法，也是传统的分配方法，它采用频分多路复用或时分多路复用的办法将单个信道划分后静态地分配给多个用户。动态分配方法就是动态地为每个用户站点分配信道使用权。 动态分配方法通常有3 种：轮转、预约和争用。u轮转：使每个用户站点轮流获得发送的机会，适合于交互式终端对主机的通信。u预约：将传输介质上的时间分隔成时

21、间片，网上用户站点若要发送，必须事先预约能占用的时间片。适用于数据流的通信。u争用：所有用户站点都能争用介质。它实现起来简单，对轻负载或中等负载的系统比较有效，适合于突发式通信。争用方法属于随机访问技术，而轮转和预约的方法则属于控制访问技术。nCSMA/CD是一种常用争用的方法来决定对媒体访问权的协议，只适用于逻辑上属于总线拓扑结构的网络。n在总线网络中，每个站点都能独立地决定帧的发送，若两个或多个站同时发送帧，就会产生冲突，导致所发送的帧都出错。n一个用户发送信息成功与否，在很大程度上取决于监测总线是否空闲的算法，以及当两个不同结点同时发送的分组发生冲突后所使用的中断传输的方法。n总线争用技

22、术可分为载波监听多路访问CSMA和具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD两大类。载波监听多路访问CSMAn要传输数据的站点首先对介质媒体上有无载波进行监听，以确定是否有别的站点在传输数据。如果介质媒体空闲，该站点便可传输数据；否则，该站点将避让一段时间后再做尝试。n常用的退避算法非坚持1坚持P坚持n非坚持算法算法规则：n 如果介质媒体是空闲的，则可以立即发送。n 如果介质媒体是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤。缺点：即使有几个站点都有数据要发送，但由于大家都在延迟等待过程中，致使介质媒体仍可能处于空闲状态，使用率降低。n坚持算法算法规则：n 如果介质媒体空闲

23、的，则可以立即发送。n如果介质媒体是忙的，则继续监听，直至检测到介质媒体是空闲，立即发送。n如果有冲突（在一段时间内未收到肯定的回复），则等待一随机量的时间，重复步骤。优点：只要介质媒体空闲，站点就立即可发送，避免了介质媒体利用率的损失；缺点：假若有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。nP-坚持算法算法规则：n监听总线，如果介质媒体是空闲的，则以P的概率发送，而以（1-P）的概率延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传播时延的2倍。n 延迟一个时间单位后，再重复步骤。n如果媒体是忙的，继续监听直至媒体空闲并重复步骤。 P-坚持算法是一种既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像坚持

24、算法那样减少介质媒体空闲时间的折中方案。 P-坚持算法的问题在于如何选择P的值，这要考虑到避免重负载下系统处于的不稳定状态。假如介质媒体是忙时，有N个站有数据等待发送，一旦当前的发送完成时，将要试图传输的站的总期望数为NP。如果选择P过大，使NP1，表明有多个站点试图发送，冲突就不可避免。 最坏的情况是，随着冲突概率的不断增大，而使吞吐量降低到零。所以必须选择适当P值使NP1。当然P值选得过小，则介质媒体利用率又会大大降低。具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CDn概念：发送站点传输过程中仍继续监听媒体，以检测是否存在冲突。如果发生冲突，信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信号的幅度

25、，由此判断出冲突的存在。一于检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，用以通知总线上其他各有关站点。n“载波侦听”指以太网的网络接口卡侦听网络，直到没有结点正在发送时，才开始发送数据；n“多路访问”指多个结点连接到同一个网络上，并能同时检测信道，线路空闲时任何结点都能发送数据。nCSMA/CD的代价是用于检测冲突所花费的时间。对于基带总线而言，最坏情况下用于检测一个冲突的时间等于任意两个站之间传播时延的两倍。n信号传播时延：从一个站点开始发送数据到另一个站点开始接收数据，也即载波信号从一端传播到另一端所需的时间。信号传播时延（s）=两站点的距离（m）/信号传播速度（200m/s）。

26、n最坏情况下，对于基带CSMA/CD来说，检测出一个冲突的时间等于任意两个站之间最大传播时延的两倍（2tp）。n数据传输时延：数据帧从一个站点开始发送，到该数据帧发送完毕所需的时间。数据传输时延（s）=数据帧长度（bit）/数据传输速率（b/s）u若不考虑中继器引入的延迟，数据帧从一个站点开始发送，到该数据帧被另一个站点全部接收所需的总时间，等于数据传输时延与信号传播时延之和。n为了确保发送数据站点在传输时能检测到可能存在的冲突，数据帧的传输时延至少要两倍于传播时延。换句话说，要求分组的长度不短于某个值，否则在检测出冲突之前传输已经结束，但实际上分组已被冲突所破坏。n冲突检测设计中注意两个问题

27、：帧的大小和传输距离。若帧过大，站点将独占介质。另一方面，冲突检测要求帧不能太小，以确保站点在一个帧发完之前能够检测到一次冲突。如果在发送完毕之后才检测冲突，它就无法判断该冲突是否与它发送出去的帧有关。帧可能已经到达了目的地，而另外两个帧冲突了。n在最坏情况下，检测到一次冲突所需要的时间等于信号在介质中经过最长距离所需要时间的两倍。n例：如下假设： 站点在一条速率为10Mb/s的同轴电缆上发送帧 电缆上两个站点的最远距离时2KM 信号在电缆上的传播速度为200m/s 最坏情况下，一个帧与另一个帧相撞之前传播了2km（耗时10s）。接着被破坏的帧再走2km回到发送站点。来回共耗时20s。所以发送

28、一个帧的最少时间是20s。10Mb/s的数据速率相当于每微秒发送10个比特。20s就是200b。这意味着一个帧至少应该有200b，即200/825B。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

29、时延记为 在CSMA/CD算法中，一旦检测到冲突并发完阻塞信号后，为了降低再次冲突的概率，需要等待一个随机时间，然后再使用CSMA方法试图传输。为了保证这种退避操作维持稳定采用了一种称为二进制指数退避算法。规则如下：n对每个数据帧，当第一次发生冲突时，设置一个参量L=2；n退避间隔取1到L个时间片中的一个随机数，1个小时片等于两站之间的最大传播时延的两倍；n当数据帧再次发生冲突，由将参量L加倍；n设置一个最大重传次数，超过该次数，则不再重传，并报告出错u注：二进制指数退避算法是按后进先出LIFO（List In First Out）的次序控制的，即未发生冲突或很少发生冲突的数据帧，具有优先发送

30、的概率；而发生过多次冲突的数据帧，发送成功的概率就更少。5.3.3 令牌环访问控制n令牌环介质访问控制方法，是通过在环形网上传输令牌的方式来实现对介质的访问控制。只有当令牌传输至环中某站点时，它才能利用环路发送或接收只有当令牌传输至环中某站点时，它才能利用环路发送或接收信息。信息。n在系统负载较轻时，由于站点需等待令牌到达才能发送或接收数据，因此效率不高。但若系统负载较重，则各站点可公平共享介质，效率较高。为避免所传输数据与标记形式相同而造成混淆，可采用位填入为避免所传输数据与标记形式相同而造成混淆，可采用位填入技术，以区别数据和标记。技术，以区别数据和标记。n使用令牌环介质访问控制方法的网络

31、，需要有维护数据帧和令牌的功能。令牌环中主要的3 种操作：n截获令牌并且发送数据帧。如果没有结点需要发送数据，令牌就由各个结点沿固定的顺序逐个传递；如果某个结点需要发送数据，它要等待令牌的到来，当空闲令牌传到这个结点时，该结点修改令牌帧中的标志，使其变为“忙”的状态，然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据帧，发送到下一个结点。n接收与转发数据。数据帧每经过一个结点，该结点就比较数据帧中的目的地址，如果不属于本结点，则转发出去；如果属于本结点，则复制到本结点的计算机中，同时在帧中设置已经复制的标志，然后向下一结点转发。n取消数据帧并且重发令牌。由于环网在物理上是个闭环，一个帧可能在环中不停地流动

32、，所以必须清除。当数据帧通过闭环重新传到发送结点时，发送结点不再转发，而是检查发送是否成功。如果发现数据帧没有被复制（传输失败），则重发该数据帧；如果发现传输成功，则清除该数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。u令牌环主要优点：提供对传输介质访问的灵活控制。而且在负载很重的情况下，这种令牌环的控制策略是高效和公平的。u主要缺点：一是在轻负载的情况下，由于传输信包前必须要等待一个空令牌的到来，这样造成了一些低效率，二是需要对令牌进行维护，一旦令牌丢失，环网便不能再运行，所以在环路上要设置一个站点作为环上的监控站点，来保证环上有且仅有一个令牌。令牌在环中传输A删除令牌，发给帧给C发送帧回到A

33、，A清除该帧A发送完成，释放令牌5.3.4令牌总线 令牌总线使所有的站接入一个线性电缆，并在逻辑上组织为一个环。当逻辑环初始化时，最高地址的站可以发送第一个帧，以后它传一个称为令牌的特殊的帧给它的邻居，允许它去发送。令牌沿环环行，只有令牌的持有者允许发送帧，不会有拥塞发生。令牌总线令牌总线（续）令牌总线工作示意图网上各工作站按一定顺序形成一个逻辑环。每个工作站在环中均有一个指定逻辑位置，末站的后站就是首站（即首尾相连），每站都了解其先行站和后继站的地址，总线上各站的物理位置与逻辑位置无关令牌总线（续）n从物理上看，所有站点都挂到一根总线上。但在逻辑上，所有工作的站点都被组织在一个逻辑环内。和令

34、牌环不同之处是总线网中的令牌需要携带地址。并且操作比较复杂。n令牌传送顺序仅取决各站在逻辑环上的位置，而与其在总线上的物理位置无关。n令牌总线网为不同负载提供不同的优先级别服务，当一个站点得到令牌后，按优先级别发送数据。而且优先级别越高，分配发送的时间越长。n站点连到电缆上的实际顺序并不重要。电缆是固有的广播介质，所以每个站点都可以收到所有的帧，但把不是发给它的帧丢掉。当站点传递令牌时，只要向环上的逻辑邻居发送一令牌帧，无需考虑该邻居实际上位于电缆何处。n称为令牌的控制帧调整访问的权利。令牌总线的主要操作环初始化，即生成一个顺序访问的次序。网络开始启动时，或由于某种原因，在运行中所有站点不活动

35、的时间超过规定的时间，都需要进行逻辑环的初始化。初始化的过程是一个争用的过程，争用结果只有一个站能取得令牌，其他的站台点用站插入的算法插入。令牌传递算法。逻辑环按递减的站地址次序组成，刚发完帧的站点将令牌传递给后继站，后继站应立即发送数据或令牌帧，原先释放令牌的站监听到总线上的信号，便可确认后继站已获得令牌。 站插队入环算法。必须周期性地给未加入环的站点以机会，将它们插入到逻辑环的适当位置中。如果同时有几个站要插入时，可采用带有响应窗口的争用处理算法。令牌总线的主要操作（续） 站退出环算法。可以通过将其前趋站和后继站连到一起的办法，使不活动的站退出逻辑环，并修正逻辑环递减的站地址次序。故障处理

36、网络可能出现错误，这包括令牌丢失引起断环，重复地址、产生多个令牌等。网络需对这些故障做出相应的处理。令牌总线介质访问控制方法的特点：能够保证每个工作站在某一定时间间隔内访问介质；可以用数种方法建立优先权；送去时间是确定的，适用于实时性较强的场合，但是实现起来比CSMA/CD复杂。5.4.1 以太网特征及分类以太网的主要技术特征：以太网是基带网，它采用基带传输技术以太网的标准是IEEE 802.3，使用CSMA/CD访问方法以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体和带宽以太网是广播式网络以太网的数字信号采用曼彻斯特编码方案，快速以太网采用4B/5B编码方案以太网支持传输介质类型有50

37、 基带同轴电缆、无屏蔽双绞线和光纤以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星形有多种以太网标准，传输速率为10 Mb/s、100 Mb/s、1000 Mb/s、1000Mb/s以及更高以太网是可变长帧，长度为641514字节以太网技术先进，价格低廉、易扩展、易维护、易管理以太网分类n标准以太网在下列标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mb/s”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。10Base5:使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法10Base2:使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法10Base

38、T:使用双绞线电缆，最大网段长度为100m1Base5:使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mb/s；10Broad36:使用同轴电缆（RG59U CATV），最大网段长度为3600m，是一种宽带传输方式；10BaseF:使用光纤传输介质，传输速率为10Mb/s；以太网分类（续）n快速以太网（Fast Ethernet）100BASETX使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用4B5B编码方式，信号频率为125MHz。使用RJ45连接器。最大网段长度为100米。支持全双工的数据传输。100BASEFX

39、使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤。多模光纤连接的最大距离为550米。单模光纤连接的最大距离为3000米。在传输中使用4B5B编码方式，信号频率为125MHz。它使用MICFDDI连接器、ST连接器或SC连接器。最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10公里，这与所使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。以太网分类（续）100BASET4一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用4对双绞线，3对用于传送数据，1对用于检测冲突信号。在传输中使用8B6T编码方式，信

40、号频率为25MHz，符合EIA586结构化布线标准。它使用与10BASET相同的RJ45连接器，最大网段长度为100米。n千兆以太网千兆以太网技术有两个标准：IEEE 802.3z和IEEE 802.3abIEEE 802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准，目前已完成了标准制定工作。IEEE 802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。以太网的帧格式与接收过程IEEE 802.3帧格式：先导字段：长度为7个字节，每个字节的内容为10101010，用于接收方与发送方的时钟同步。帧开始标志：长度为1个字节，内容为10101011，标志着帧的开始目的地址和源地址：分别表示接收结点和

41、目标结点的MAC地址。当目的地址为二进制全“1” 时，表示该帧要被传送至网络上的所有结点，即所谓的“广播”帧。长度：指明数据字段中的字节数，取值范围为01500。数据：为了区分有效帧和残余帧，802.3规定有效帧中从目的地址到校验和字段的最短长度为64字节。如果帧的数据部分少于46字节，必须使用填充字段以达到所要求的最短长度。先导字段先导字段帧开始标识帧开始标识目的地址目的地址源地址源地址长度长度数据数据校验和校验和716624615004Ethernet结点数据接收流程n接收结点要判断接收帧的长度。若所接收到的帧长小于以太网所定义的最小帧长度，则表明有冲突发生，应丢弃该帧，并重新等待接收；如

42、果接收到的帧长大于所规定的最小帧长度，则检查帧中的目的地址是否与本结点的MAC地址匹配。 n如果目的地址为单播地址，且目的地址为本结点的地址，则匹配；如果目的地址为组播地址，且本结点地址是组播组中的一员，则匹配；如果目的地址为广播地址，那么也匹配。注意，只有目的地址与本结点地址匹配的帧才被结点所接收。n结点接收帧之后，进行CRC校验。如果CRC校验正确，则进一步检验LLC数据长度是否正确。如果CRC正确但LLC数据长度不正确，则报告“帧长度错”，如果CRC校验与LLC数据长度都正确，则将帧中LLC数据送LLC子层，报告“成功接收”，进入结束状态。n如果CRC校验中发现错误，则首先判断接收帧是不

43、是8位的整数倍，如果是8位的整数倍，则表示传输过程中没有发现比特丢失或对位错，此时应记录“帧校验错”并进入结束状态。如果帧长度不是8位的整数倍，则报告“帧比特位错”并进入结束状态。接收帧启动接收接收完成？帧太短地址正确？帧校验正确？帧长度正确？8位的整数倍帧拆卸结束：成功接收结束：帧长度错结束：帧校验错结束：帧比特错否是否否是是是否否是是否n物理配置简明的表示方法：数据传输率（Mb/s） u10BASE5（粗缆以太网）网卡通过DB-15型连接器与收发器电缆（又称AUI电缆）相连，然后再连接到收发器上，收发器再和粗缆连接。这里“10”表示信号在电缆上的传输速率为10Mb/s，“BASE”表示电缆

44、上的信号是基带信号，“5”表示每一段电缆的最大长度为500m。由于采用的传输媒体是特性阻抗为50、直径为10mm的同轴电缆，所以这种以太网通常称为粗缆以太网。10Base-5的技术规范如下：每个网段的最大距离为500 m。在每个网段可以使用中继器扩充网络覆盖范围。最多使用4个中继器，连接5个线段，使整个10Base-5网络的最大长度达到2500 m在每个线段中连接的工作站的数目最多为100个，其中中继器也算为结点数目。两个收发器之间的最短距离为2.5 m，收发器电缆最长为50 m。10Base-5网络由于采用粗缆作为传输介质，并且在每一个结点处需要收发器，因此一般很少在局域网中采用纯粹的10B

45、ase-5组成网络，但是由于其传输距离较远，因此有时我们可以采用混合连接的方法，用粗缆来延长网络的覆盖范围。u10Base-2（细缆以太网）用BNC T型连接器（它有三个头，外观像“T”，简称T型头），其两个反向头连接两段电缆，中间的一个头连接到网卡外露的BNC插座上。它采用50、直径为5mm的细同轴电缆，通常称为细缆以太网。“2”表示每个网段长度约为200m，准确的为185m。10Base-2的技术规范：一个10Base-2以太网段的最大长度是185 m（607英尺）。10Base-2网络使用两个50 电阻器终止网络的两端以防止信号反射每个网络段最多包含30个结点，其中每个结点通过一个BNC

46、连接器连接到总线上。BNC T形连接器附着在10Base-2网络专用网络接口卡上的BNC连接件上。每个BNC T形连接器之间的距离应至少是0.5米。多个细缆网段可通过中继器连接。但一个完整的10Base-2以太网最多能包括4个中继器，从而最多连接5个网络段，使整个网络的范围达到925 m。从以上的技术规范可见，10Base-2的规模和速度受到很大的限制，因此这种网络只适合小范围使用，并不能很好地适用于大型局域网。使用10Base-2的主要优点是它的低成本和易安装性。u10BASE-T（双绞线网络）10Base-T标准使用了集线器（HUB）代替公用电缆，这种协议使得设置和维护网络容易些。10Ba

47、se-T使用双绞线作为传输介质，在连接距离远的集线器和建筑物时，它可以是一种选择。10Base-T要求的技术规范如下：每个结点使用RJ 45连接器，在工作站端用于连接网络电缆和网络接口卡，在网络端用于连接电缆和集线器。一个10Base-T段跨越的最大距离是100 m。可以通过集线器或交换机扩展网络的覆盖范围，但同样最多允许连接5个连续的网络段。10Base-T一般可以适用于大多数工作场合，对于工作结点的物理分布没有什么要求，另外由于其出色的可靠性和易维护性，使得这种网络技术成为现在局域网设计的首选方案。特性特性10Base-510Base-210Base-T10Base-F速率Mb/s1010

48、1010传输方法基带基带基带基带最大网段长度m5001851002000站间最小距离m2.50.5传输介质50粗同轴电缆50 细同轴电缆UTP多模光缆网络拓扑总线型总线型星形点对点 IEEE 802.3 以太网的基本特性5.4.3 高速以太网高速以太网的基本特性：速率达到或超过100 Mb/s 可支持共享式与交换式两种使用环境，在交换式以太网环境中可以实现全双工通信。IEEE 802.3u 在MAC 子层仍采用CSMA/CD作为介质访问控制协议，并保留了IEEE 802.3 的帧格式。但是，为了实现100 Mb/s 的传输速率，在物理层作了一些重要的改进。例如，在编码上，采用了效率更高的编码方

49、式。采用4B/5B 编码100Base-T 协议结构物理层协议物理层协议线缆类型线缆类型线缆对数线缆对数最大分段长度最大分段长度编码方式编码方式优点优点100BASE-T43/4/5类UTP4对100m8B/6T3类UTP100BASE-TX5类UTP/RJ-45接头1类STP/DB-9接头2对100m4B/5B全双工100BASE-FX62.5m单模/125m多模光纤2对2000m4B/5B全双工长距离100BASE-T的三种不同的物理层协议100Base-TXn100Base-TX 介质接口在两对双绞线电缆上运行，其中一对用于发送数据，另一对用于接收数据。n100Base-TX 介质接口支

50、持两对5 类以上非屏蔽双绞线电缆和两对1 类屏蔽双绞线电缆。n100Base-TX 链路与介质相关的接口有两种：对非屏蔽双绞线电缆，MDI 连接器必须是兼容5 类及5 类以上的8 脚RJ-45 连接器；对屏蔽双绞线电缆，MDI 连接器必须是IBM的STP 连接器，使用屏蔽DB-9 型连接器。100Base-TX（续）管脚号管脚号信号名信号名电缆颜色电缆颜色1发送_白色/橙色2发送_橙色/白色3接收_白色/绿色4保留5保留6接收_绿色/白色7保留8保留100BASE-TX的UTP MDI连接器管脚分配表100Base-TX（续）管脚号管脚号信号名信号名电缆颜色电缆颜色1接收_橙色2保留3保留4保

51、留5发送_红色6接收_黑色7保留8保留9发送_绿色10底盘电缆外壳100Base- TX 9 脚STP MDI 连接器管脚分配表100Base-TX（续）管脚号管脚号5 类类UTP 电缆电缆1类类STP电缆电缆无交叉信号名交叉信号名无交叉信号名交叉信号名1发送_接收_接收_发送_2发送_接收_保留保留3接收_发送_保留保留4保留保留保留保留5保留保留发送_接收_6接收_发送_接收_发送_7保留保留保留保留8保留保留保留保留9N/AN/A发送_接收_10N/AN/A底盘底盘100Base-TX 交叉连接管脚分配表100Base-FXn光缆是100Base-FX 指定支持的一种介质，而且容易安装、

52、重量轻、体积小、灵活性好、不受EMI 干扰。n100Base-FX 标准指定了两条多状态光纤，一条用于发送数据，一条用于接收数据。当工作站的NIC 以全双工模式运行时能超过2 km。光缆可分为两类：多模和单模。多模光缆：这种光缆为62.5/125 m，采用基于LED 的收发器将波长为820 nm的光信号发送到光纤上。当连在两个设置为全双工模式的交换机端口之间时，支持的最大距离为2 km。单模光缆：这种光缆为9/125 m，采用基于激光的收发器将波长为1300 nm 的光信号发送到光纤上。单模光缆率损耗小，较之多模光缆能使光信号传输到更远的距离。100Base-T4n100Base-T4 是10

53、0Base-T 标准中唯一全新的PHY 标准。100Base-T4 标准是用来帮助那些已经安装了第3 类或第4 类电缆的用户的。n100Base-T4 链路与介质相关的接口是基于3、4、5 类非屏蔽双绞线。n100Base-T4 标准使用4 对线。用于100Base-T 的RJ-45 连接器也可用于100Base-T4。 4对中的3 对用于一起发送数据，同时第4 对用于冲突检测。每对线都是极化的，每对中的一条线传输正（+）信号而另一条线传输负（）信号。100Base-T4（续）管脚号管脚号信号名信号名电缆编码电缆编码1TX_D1_白色/橙色2TX_D1_橙色/白色3RX_D2_白色/绿色4BI

54、_D3_蓝色/白色5BI_D3_白色/蓝色6RX_D2_绿色/白色7BI_D4_白色/棕色8BI_D4_棕色/白色100Base-T4 UTP MDI 管脚分配表100Base-T4（续）管脚号管脚号信号名信号名管脚号管脚号信号名信号名1TX_D1_1RX_D2_2TX_D1_2RX_D2_3RX_D2_3TX_D1_4BI_D3_4BI_D4_5BI_D3_5BI_D4_6RX_D2_6TX_D1_7BI_D4_7BI_D3_8BI_D4_8BI_D3_100Base-T4 交叉连接管脚分配表5.4.4千兆位以太网技术n千兆位以太网标准是对以太网技术的再次扩展，其数据传输率为1000 Mb/

55、s 即1Gb/s，因此也称吉比特以太网。n千兆位以太网基本保留了原有以太网的帧结构，所以向下和以太网与快速以太网完全兼容，从而原有的10 Mb/s 以太网或快速以太网可以方便地升级到千兆位以太网。n千兆位以太网标准包括支持光纤传输的IEEE 802.3z 和支持铜缆传输的IEEE 802.3ab 两大部分。千兆位以太网技术（续）标准的千兆位以太网协议体系千兆位以太网技术（续）千兆位以太网的物理层包括1000BaseSX、1000Base-LX、1000 Base-CX 和1000 Base-T 4 个协议标准。n1000 Base-SX 标准1000 Base-SX 采用芯径为62.5 m 和

56、50 m 的多模光纤，工作波长为850 nm，传输距离为260 m 和525 m。数据编码方法为8B/10B，适用于作为大楼网络系统的主干通路。n1000 Base-LX 标准多模光纤1000 Base-LX 可采用芯径为50 m 和62.5 m 的多模光纤，工作波长为850 nm，传输距离为550 m，数据编码方法为8B/10B，适用于作为大楼网络系统的主干通路。单模光纤1000 Base-LX 可采用芯径为9 m 的单模光纤，工作波长为1300 nm 或1550 nm，数据编码方法采用8B/10B，适用于校园或城域主干网。n1000 Base-CX 标准1000 Base-CX 标准采用1

57、50 平衡屏蔽双绞线（STP），传输距离为25 m，传输速率为1.25 Gb/s，数据编码方法采用8B/10B，适用于集群网络设备的互连，例如机房内连接网络服务器。n1000 Base-T 标准1000 Base-T 采用4 对5 类UTP 双绞线，传输距离为100 m，传输速率为1 Gb/s，主要用于结构化布线中同一层建筑的通信，从而可以利用以太网或快速以太网已铺设的UTP 电缆，也可被用做大楼内的网络主干。在千兆位以太网的MAC 子层，除了支持以往的CSMA/CD 协议外，还引入了全双工流量控制协议。其中，CSMA/CD 协议用于共享信道的争用问题，即支持以集线器作为星形拓扑中心的共享以太

58、网组网；全双工流量控制协议适用于交换机到交换机或交换机到站点之间的点-点连接，两点间可以同时进行发送与接收，即支持以交换机作为星形拓扑中心的交换以太网组网。千兆位以太网的主要优点:简易性：千兆位以太网保持了经典以太网的技术原理、安装实施和管理维护的简易性。技术过渡的平滑性：千兆位以太网保持了经典以太网的主要技术特征，采用CSMA/CD 介质管理协议，采用相同的帧格式及帧的大小，支持全双工、半双工工作方式，以确保平滑过渡。 网络可靠性：保持经典以太网的安装、维护方法，采用中央集线器和交换机的星形结构和结构化布线方法，以确保千兆位以太网的可靠性。 可管理性和可维护性：采用简单网络管理协议（SNMP

59、）即经典以太网的故障查找和排除工具，以确保千兆位以太网的可管理性和可维护性。网络成本包括设备成本、通信成本、管理成本、维护成本及故障排除成本。由于继承了经典以太网的技术，使千兆位以太网的整体成本下降。支持新应用与新数据类型千兆位以太网的应用举例5.4.5万兆位以太网技术万兆位以太网相对于千兆位以太网的优势和特点:把物理层进一步划分为物理介质关联层（PMD）和物理代码子层（PCS）。光学转换器属于PMD 层。PCS 层由信息的编码方式（如64B/66B）、串行或多路复用等功能组成。万兆位以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网及千兆位以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上

60、皆占有极大的引进优势。具有更高的带宽（10 Gb/s）和更远的传输距离（最长传输距离可达40km）。在企业网中采用万兆位以太网可以最好地连接企业网骨干路由器，这样大大简化了网络拓扑结构，提高了网络性能。提供了更多的更新功能，大大提升了QoS。因此，能更好地满足网络安全、服务质量、链路保护等多个方面需求。为三网发展与融和提供新的动力万兆位以太网的应用特征：万兆位以太网结构简单、管理方便、价格低廉。由于没有采用访问优先控制技术，简化了访问控制的算法，从而简化了网络的管理，并降低了部署的成本，因而得到了广泛的应用。过去有时需采用数个千兆位捆绑在一起以满足交换机互连所需的高带宽，因而浪费了更多的光纤资