第5章网络连接与主干网络技术

1、第第5章章 网络连接与主干网络技术网络连接与主干网络技术局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案5.1 主干网络技术概述主干网络技术概述目前在局域网的组建和管理中应用最多的是以目前在局域网的组建和管理中应用最多的是以太网。光纤分布式数字接口（太网。光纤分布式数字接口（FDDI）及异步）及异步传输模式（传输模式（ATM）技术也被用于不同的计算机）技术也被用于不同的计算机主干网络环境中。主干网络环境中。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案5.1.1FDDI简介简介FDDI（Fiber Distributed Data Interface），即光纤分布式数据接口，是以），即光纤分布式数据接口，是

2、以光纤为传输介质的局域网标准，由美国国家标光纤为传输介质的局域网标准，由美国国家标准协会准协会ANSI X3T9.5委员会制定，传输速率委员会制定，传输速率高达高达100Mbps。FDDI是基于令牌环标准的一种令牌传递环协是基于令牌环标准的一种令牌传递环协议，用光纤作为传输介质，环路长度可扩展到议，用光纤作为传输介质，环路长度可扩展到200公里，连接的站点数可以达到公里，连接的站点数可以达到1000个。个。沿用沿用IEEE 802系列局域网的设计规范，系列局域网的设计规范，IEEE 802.5 Token Ring令牌环网络技术令牌环网络技术加以改进。加以改进。局域网设计与组建教案局域网设计与

3、组建教案1. 1. 使用使用802.2LLC802.2LLC协议，与协议，与802802局域网兼容；局域网兼容；2. 2. 使用基于使用基于IEEE802.5IEEE802.5的的MACMAC协议；协议；3. 3. 使用双环拓扑结构；使用双环拓扑结构；4. 4. 使用多模、单模光纤或双绞线作为传输媒体；使用多模、单模光纤或双绞线作为传输媒体；5. 5. 数据率为数据率为100Mbps100Mbps；6. 6. 连接站数小于等于连接站数小于等于10001000个，若都是个，若都是双连接站双连接站，为，为500500站站7. 7. 最大站距离为最大站距离为2000m2000m，环路长环路长100k

4、m100km，光纤总长，光纤总长200km200km8. 8. 多令牌和多消息多令牌和多消息9. 9. 通道的灵活利用通道的灵活利用10.10.最大报文长度最大报文长度4500字节字节主要特点主要特点局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案nFDDI是一种高冗余的光纤局域网技术是一种高冗余的光纤局域网技术n高速局域网（数据中心环境、办公室、建筑高速局域网（数据中心环境、办公室、建筑物环境）；物环境）；n城域网（较小网络的互联）；城域网（较小网络的互联）；n主干网（校园网环境、多校园网环境）。主干网（校园网环境、多校园网环境）。 适用范围适用范围局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案双环拓扑结

5、构双环拓扑结构A类站2主环备用环A类站3A类站1集线器路由器WANB类站6B类站5B类站4FDDI的的网网络络拓拓扑扑结结构构局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案双通道结构可如下实现：双通道结构可如下实现：一个节点可以通过一个或两个通道进行通信。标准一个节点可以通过一个或两个通道进行通信。标准并不要求在两具通道上都通信，因此可设置低成本、并不要求在两具通道上都通信，因此可设置低成本、单通道的设备。单通道的设备。FDDI节点有两种类型：节点有两种类型：双接入站双接入站（DAS）和和单接入站（单接入站（SAS）。双接入站至少有两个端口双接入站至少有两个端口A端口（主环进，备端口（主环进，备用环

6、出）和用环出）和B端口（备用环进，主环出）。一个节端口（备用环进，主环出）。一个节点也可以有许多点也可以有许多M端口，用以连接到单连接节点。端口，用以连接到单连接节点。至少具有至少具有1个个M端口的节点称为端口的节点称为集线器集线器。如果一个节点在两个通道上通信而其中一个通道有如果一个节点在两个通道上通信而其中一个通道有故障，则通常此节点仍然能够在另一通道上通信。故障，则通常此节点仍然能够在另一通道上通信。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案当环上的两个通道都出现中断时（要么是由于节点当环上的两个通道都出现中断时（要么是由于节点失效，要么是由于链路损坏），中断中两端的节点失效，要么是由于链

7、路损坏），中断中两端的节点会把两个通道连接在一起，有效把它们变成一个更会把两个通道连接在一起，有效把它们变成一个更长的环。这使得工作得以继续，直至故障排除。长的环。这使得工作得以继续，直至故障排除。双环网络中的每个双接入站，不管它是在一个通道双环网络中的每个双接入站，不管它是在一个通道上还是在两个通道上通信，必须保持与两个通道连上还是在两个通道上通信，必须保持与两个通道连接，以提供并联电路，便于故障恢复。接，以提供并联电路，便于故障恢复。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案多令牌和多消息多令牌和多消息FDDI标准规定，在单个标准规定，在单个FDDI环上允许多个环上允许多个令牌和消息循环。令

8、牌和消息循环。在在FDDI环中，当一个节点消息发送结束而又环中，当一个节点消息发送结束而又没有接收到任何信息时，就立即发出一个空闲没有接收到任何信息时，就立即发出一个空闲令牌，从本质上讲就是在没有令牌的时候创建令牌，从本质上讲就是在没有令牌的时候创建新的空令牌。这个令牌能被环中下一个要发送新的空令牌。这个令牌能被环中下一个要发送信息的节点捕获，此时环上将有不止一个令牌信息的节点捕获，此时环上将有不止一个令牌同时传输数据。同时传输数据。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案通道的灵活利用通道的灵活利用FDDI环的数据传输容量，其中一部分可用来环的数据传输容量，其中一部分可用来传送同步流量，如电

9、话业务。这实质上是在环传送同步流量，如电话业务。这实质上是在环上分出一个或多个高速通信信道。上分出一个或多个高速通信信道。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案FDDIFDDI网络的结构网络的结构FDDI 网络的组成：网络的组成： 构成构成FDDI的构件至少应具有下述部分：的构件至少应具有下述部分： 1、光纤电缆、光纤电缆2、FDDI适配器适配器3、FDDI适配器与光纤相连的连接器适配器与光纤相连的连接器4、FDDI集中器集中器局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案FDDIFDDI使用光纤作为最主要的传输介质，使用光纤作为最主要的传输介质，不过不过也也可以在铜质线缆上实现。使用铜质线缆的可

10、以在铜质线缆上实现。使用铜质线缆的FDDIFDDI被称被称为为CDDICDDI。与铜质介质相比，光纤具有一些明显的优与铜质介质相比，光纤具有一些明显的优势。因为光纤不会向外界辐射电子信号，所以使用势。因为光纤不会向外界辐射电子信号，所以使用光纤介质的网络无论是在光纤介质的网络无论是在安全性，可靠性还是网络安全性，可靠性还是网络性能性能方面都有了很大的提高。方面都有了很大的提高。 、光纤电缆、光纤电缆局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 FDDIFDDI定义了两种不同类型的光纤，分别是单模定义了两种不同类型的光纤，分别是单模光纤和多模光纤。光纤和多模光纤。 所谓模就是指以一定的角度进入光纤的

11、一束光所谓模就是指以一定的角度进入光纤的一束光线。多模光纤使用发光二极管（线。多模光纤使用发光二极管（LEDLED）作为发光设）作为发光设备，而单模光纤使用的则是激光二极管（备，而单模光纤使用的则是激光二极管（LDLD）。）。 局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案多模光纤多模光纤允许多束光线穿过光纤。因为不同光线进允许多束光线穿过光纤。因为不同光线进入光纤的角度不同，所以到达光纤末端的时间也不入光纤的角度不同，所以到达光纤末端的时间也不同。这就是我们通常所说的模色散。色散从一定程同。这就是我们通常所说的模色散。色散从一定程度上限制了多模光纤所能实现的

12、带宽和传输距离。度上限制了多模光纤所能实现的带宽和传输距离。正是基于这种原因，多模光纤正是基于这种原因，多模光纤一般被用于同一办公一般被用于同一办公楼或距离相对较近的区域内的网络连接。楼或距离相对较近的区域内的网络连接。单模光纤单模光纤只允许一束光线穿过光纤。因为只有一种只允许一束光线穿过光纤。因为只有一种模态，所以不会发生色散。使用单模光纤传递数据模态，所以不会发生色散。使用单模光纤传递数据的质量更高，传输距离更长。单模光纤的质量更高，传输距离更长。单模光纤通常被用来通常被用来连接办公楼之间或地理分散更广的网络。连接办公楼之间或地理分散更广的网络。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 F

13、DDIFDDI标准对如何与光纤的连接规定了一些规标准对如何与光纤的连接规定了一些规则则, ,旨在防止构成错误的拓扑结构。旨在防止构成错误的拓扑结构。2 2、FDDIFDDI端口类型端口类型局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案同时具备这四种端口类型的同时具备这四种端口类型的FDDIFDDI设备是集中器，设备是集中器，如图所示。如图所示。端口端口A A用于连接用于连接FDDIFDDI的主环入和备用环出；的主环入和备用环出； 端口端口B B用于连接用于连接FDDIFDDI双环中主环出和备用环入；端口用于连接单连接站双环中主环出和备用环入；端口用于连接单连接站（SASSAS）、双连接站（）、双连接

14、站（DASDAS）或另外的集中器；）或另外的集中器； 局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案DASDAS：dual attachment stationdual attachment station（双连接站）。所谓（双连接站）。所谓DASDAS是是具有两个具有两个FDDIFDDI端口，因而能直接与双环相连的工作站。端口，因而能直接与双环相连的工作站。正常正常情况下，只有一个方向的环路（主环）工作另一个环（次环）情况下，只有一个方向的环路（主环）工作另一个环（次环）不工作，当环路的链路出现故障时，不工作，当环路的链路出现故障时，FDDIFDDI自动重新配置，启自动重新配置，启动次环，让网络继

15、续工作。其拓扑结构为动次环，让网络继续工作。其拓扑结构为逆向双环。逆向双环。 用双连接站组成用双连接站组成FDDIFDDI网络网络局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案SAS single attachment station (SAS single attachment station (单连接站单连接站) )， SASSAS只有一个只有一个FDDIFDDI端口端口, ,要与要与FDDIFDDI环相连必须经过环相连必须经过集集中器中器（集中器：又被称为双连接集中器，是（集中器：又被称为双连接集中器，是FDDIFDDI网网络的重要组成部分，可以直接与主环路和备用环路络的重要组成部分，可以直接

16、与主环路和备用环路连接，并确保任何单连接节点出现的故障都不会扩连接，并确保任何单连接节点出现的故障都不会扩散到整个环路。）散到整个环路。）按照按照FDDIFDDI的标准，可使用多种拓扑结构，其中下述的标准，可使用多种拓扑结构，其中下述四种极为重要：四种极为重要：、独立集中器型。、独立集中器型。 、逆向双环。、逆向双环。、集中器树。、集中器树。 、树型双环。、树型双环。 用集中器组成用集中器组成FDDIFDDI网络网络局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 由一个集中器和连接站组成，如图所示，连接站可以是由一个集中器和连接站组成，如图所示，连接站可以是SASSAS也可以是也可以是DASDAS，

17、看上去像，看上去像EthernetEthernet中中HubHub所构成的结构。所构成的结构。独立集中器型通常用来连接高性能的设备，或用来连接多个独立集中器型通常用来连接高性能的设备，或用来连接多个LANLAN。 独立集中器型独立集中器型局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案FDDI介质访问控制（介质访问控制（MAC）FDDI的令牌在网络中不停地传递，从一个节的令牌在网络中不停地传递，从一个节点到另一个节点。当节点需要发送数据时，需点到另一个节点。当节点需要发送数据时，需要先捕获令牌，再把信息以要先捕获令牌，再把信息以FDDI帧的格式发帧的格式发送出去，然后释放令牌。这些帧的帧头包含复送出去

18、，然后释放令牌。这些帧的帧头包含复制该帧的节点的地址。制该帧的节点的地址。一帧在环中循环时，所有的节点都要阅读该帧，一帧在环中循环时，所有的节点都要阅读该帧，以确定自己是不是该帧的目的节点。如果是目以确定自己是不是该帧的目的节点。如果是目的节点，则从帧中复制数据，将帧尾中的帧状的节点，则从帧中复制数据，将帧尾中的帧状态位复位，并将该帧重发到环中的下一节点。态位复位，并将该帧重发到环中的下一节点。当帧回到源节点时，源节点将其删除并重发空当帧回到源节点时，源节点将其删除并重发空闲令牌。这样，令牌访问控制机制保证了所有闲令牌。这样，令牌访问控制机制保证了所有的节点能顺序而有效地共享网络带宽。的节点能

19、顺序而有效地共享网络带宽。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案FDDI FDDI 网络的优点网络的优点局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案为了使得为了使得FDDIFDDI能够更加有用，在此基础上又制能够更加有用，在此基础上又制定了铜缆分布式数据接口定了铜缆分布式数据接口CDDICDDI标准。铜线分布式数标准。铜线分布式数据接口据接口(CDDI)(CDDI)是是FDDIFDDI的一种变型，可以在不昂贵的的一种变型，可以在不昂贵的铜线电缆上运行而使用相同的协议。铜线电缆上运行而使用相同的协议。 铜缆分布式数据接口是铜缆分布式数据接口是FDDIFDDI协议在铜轴双绞线协议在铜轴双绞线（5 5

20、类类UTPUTP或或STPSTP）上的实现。与）上的实现。与FDDIFDDI一样，它的速一样，它的速率为率为100Mbps100Mbps，也采用了双环体系结构提供冗余特，也采用了双环体系结构提供冗余特性。性。CDDICDDI支持的工作站与集线器间的最大距离为支持的工作站与集线器间的最大距离为100100米。米。 铜缆分布式数据接口铜缆分布式数据接口CDDICDDI局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案5.1.2ATM介绍介绍ATM网是一种提供对时间敏感型数据、话音和网是一种提供对时间敏感型数据、话音和视频的突破性网络。视频的突破性网络。ATM允许用户对话音、视允许用户对话音、视频和数据进行无

21、间断的发送，提供保证的服务频和数据进行无间断的发送，提供保证的服务质量，支持广泛的速率质量，支持广泛的速率.ATM有利于时延敏感的声音有利于时延敏感的声音/视频流量和突发视频流量和突发流量的传输流量的传输.传送模式阐明了在网络中传输、复用和交换数传送模式阐明了在网络中传输、复用和交换数据的方法。在网络中，交换技术传送模式通常据的方法。在网络中，交换技术传送模式通常有：有：同步传送模式同步传送模式（STM）、）、分组传送模式分组传送模式（PTM）和）和异步传送模式异步传送模式（ATM）。）。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案同步传送模式（同步传送模式（STM） STM技术将每一个传输帧划分

22、到一系列时隙当中，接技术将每一个传输帧划分到一系列时隙当中，接着为每一位用户分配一个对应时隙。着为每一位用户分配一个对应时隙。STM交换是在固定时交换是在固定时隙之间进行的。在这种固定时隙的传输及交换模式中，若隙之间进行的。在这种固定时隙的传输及交换模式中，若在通信过程中的某一时刻，用户无数据传递，但其固定占在通信过程中的某一时刻，用户无数据传递，但其固定占用的时隙仍属其所有用的时隙仍属其所有(尽管此刻处于空闲状态尽管此刻处于空闲状态)；相反，若；相反，若其有大量突发性数据要求传送其有大量突发性数据要求传送(尽管这有可能造成信号的延尽管这有可能造成信号的延时甚至是信元的丢失时甚至是信元的丢失)

23、，也仍只能借助于固定的时隙来传输，也仍只能借助于固定的时隙来传输和交换。和交换。时隙时隙1时隙时隙2时隙时隙3时隙时隙n局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案分组传送模式分组传送模式PTM PTM网络将数据划分成长度可变的数据单元（包、数网络将数据划分成长度可变的数据单元（包、数据报或者帧）。每一个数据单元都包含用户数据和信头，据报或者帧）。每一个数据单元都包含用户数据和信头，其中信头提供路由、流控制及纠错等信息。其中信头提供路由、流控制及纠错等信息。PTM 网络经网络经常在多条并行通路中，从一个节点到另一节点转发包，直常在多条并行通路中，从一个节点到另一节点转发包，直到到达最终目的节点，而

24、不是在源节点与目的节点之间提到到达最终目的节点，而不是在源节点与目的节点之间提供专门的物理连接。供专门的物理连接。PTM在处理突发数据流时表现优异，在处理突发数据流时表现优异，因为节点仅仅在需要发送数据时才会占用带宽。因为节点仅仅在需要发送数据时才会占用带宽。PTM不提不提供在保障的网络访问。供在保障的网络访问。主机主机A主机主机B数数 据据数数 据据局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案异步传送模式异步传送模式ATM ATM把把STM（恒定传输时延及容量保障）和（恒定传输时延及容量保障）和PTM（具有灵活处理间歇流量的能力）的长处结合到一种传送（具有灵活处理间歇流量的能力）的长处结合到一种

25、传送模式中，同时满足了声音、视频和数据传输的需要。模式中，同时满足了声音、视频和数据传输的需要。 ATM面向连接，它需要在通信双方向建立连接面向连接，它需要在通信双方向建立连接,通信通信结束后再由信令拆除连接。结束后再由信令拆除连接。 与与STM相比之下，在相比之下，在ATM中，其信元传输所占用的中，其信元传输所占用的时隙并不固定，为信元异步复用。在一帧中占用的时隙数时隙并不固定，为信元异步复用。在一帧中占用的时隙数也不固定，可以有也不固定，可以有1至多个时隙，完全根据当时用户通信至多个时隙，完全根据当时用户通信的情况而定，而且各时隙之间并不要求连续，纯粹是的情况而定，而且各时隙之间并不要求连

26、续，纯粹是“见见缝插针缝插针”，在交换时，也是类似的。，在交换时，也是类似的。ATM具有动态分配带具有动态分配带宽的特点，可以充分地利用带宽资源，并且能很好地满足宽的特点，可以充分地利用带宽资源，并且能很好地满足传输突发性数据的要求，因而不致出现在传输突发性数据的要求，因而不致出现在ATM中的延时或中的延时或信元丢失的情况。信元丢失的情况。 信道信道1信道信道3信道信道1信道信道6信道信道4局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案ATM的信元格式：在分组交换体制中，数据往往是被的信元格式：在分组交换体制中，数据往往是被分成一个个的数据组。在分成一个个的数据组。在ATM中，数据分组取为固定中，数

27、据分组取为固定长度，并将其称为长度，并将其称为ATM信元，信元的长度为信元，信元的长度为53个字节。个字节。采用不长的字节数有助于提高采用不长的字节数有助于提高ATM信元的处理速度，信元的处理速度，因为传输这样一个信元，在因为传输这样一个信元，在155 Mb/s的系统中仅需的系统中仅需2.8 s。从交换的实现来看，采用固定长的信元便于。从交换的实现来看，采用固定长的信元便于采用硬件来实现。采用硬件来实现。传送模式小结传送模式小结 见书见书P：70表表5.1（STM，PTM和和ATM的比较）的比较）局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案5.2 以太网技术以太网技术载波监听多路访问载波监听多路访

28、问/ /冲突检测（冲突检测（CSMA/CDCSMA/CD）Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波侦听载波侦听(CS)(CS)：发送结点在发送信息帧之前，必须：发送结点在发送信息帧之前，必须侦听媒体是否处于空闲状态。侦听媒体是否处于空闲状态。多路访问多路访问(MA)(MA)：具有两种含义，既表示多个结点可具有两种含义，既表示多个结点可以同时访问媒体，也表示一个结点发送的信息帧可以同时访问媒体，也表示一个结点发送的信息帧可以被多个结点所接收。以被多个结点所接收。冲突检测冲突检测(CD)(CD)：发送结点在发出信息帧的同时，还

29、发送结点在发出信息帧的同时，还必须监听媒体，判断是否发生冲突（同一时刻，有必须监听媒体，判断是否发生冲突（同一时刻，有无其他结点也在发送信息帧）。无其他结点也在发送信息帧）。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 CSMA/CD方法是一种争用型的介质访问控制协议。方法是一种争用型的介质访问控制协议。网中的各个站（节点）都能独立地决定数据帧的发送与接网中的各个站（节点）都能独立地决定数据帧的发送与接收。每个站在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只收。每个站在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。这时，如果两个以上的站有介质空闲时，才允许发送帧。这时，如果两个以上的

30、站同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。每个站必须发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。每个站必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。5.2.1以太网的工作机制以太网的工作机制局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案CSMA/CD的帧发送过程的

31、帧发送过程 局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 一个站要发送信息帧，首先要监听总线，以确一个站要发送信息帧，首先要监听总线，以确定介质是否有其他站点正在发送信息。定介质是否有其他站点正在发送信息。 如果介质是空闲的，则可以发送；如果介质是如果介质是空闲的，则可以发送；如果介质是忙碌的，则要继续监听，一直等到介质空闲时方可发送忙碌的，则要继续监听，一直等到介质空闲时方可发送。 在发送信息帧的同时，还要继续监听总线。一在发送信息帧的同时，还要继续监听总线。一旦监听到冲突发生，便立即停止发送，并向总线发出一旦监听到冲突发生，便立即停止发送，并向总线发出一串阻塞信号来加强冲突，以便通知总线上各个

32、站点已发串阻塞信号来加强冲突，以便通知总线上各个站点已发生冲突。这样，通道的容量不致因传送已损坏的帧而白生冲突。这样，通道的容量不致因传送已损坏的帧而白白浪费。白浪费。 冲突发生后，应随机延迟一个时间量，再去争冲突发生后，应随机延迟一个时间量，再去争用总线。通常采用的延迟算法是二进制指数退避算法用总线。通常采用的延迟算法是二进制指数退避算法。 局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案CSMA/CD的帧接收过程的帧接收过程 局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 CSMA/CD的帧接收过程中总线上的非发送站点总是的帧接收过程中总线上的非发送站点总是处于监听总线状态。当总线上有信号时，则启动帧接

33、收过程。处于监听总线状态。当总线上有信号时，则启动帧接收过程。对于接收到的帧，要进行如下的帧有效性检查：对于接收到的帧，要进行如下的帧有效性检查：（1）滤除因冲突而产生的）滤除因冲突而产生的“帧碎片帧碎片”，即当接收的帧长度小，即当接收的帧长度小于最小帧长限制时，则认为是不完整的帧而将它丢弃掉。于最小帧长限制时，则认为是不完整的帧而将它丢弃掉。（2）检查帧的目的地址字段（）检查帧的目的地址字段（DA）是否与本站地址相匹配）是否与本站地址相匹配。如果不匹配，则说明不是发送给本站的而将它丢弃掉。如果不匹配，则说明不是发送给本站的而将它丢弃掉。（3）进行帧的）进行帧的CRC校验。如果校验。如果CRC

34、校验有错，则丢弃该帧。校验有错，则丢弃该帧。（4）进行帧长度检验。接收到的帧长必须是）进行帧长度检验。接收到的帧长必须是8位的整数倍，位的整数倍，否则丢弃掉。否则丢弃掉。（5）最后将有效的帧提交给）最后将有效的帧提交给LLC子层。子层。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案5.2.2以太网的发展以太网的发展以太网以太网/IEEE 802.3，传统上的共享式以太，传统上的共享式以太网，采用同轴电缆作为通信介质，传输速率达网，采用同轴电缆作为通信介质，传输速率达到到10Mbps。100Mbps以太网，快速以太网，采用双绞线以太网，快速以太网，采用双绞线作为通信介质，传输速率达到作为通信介质，传输

35、速率达到100Mbps。1000Mbps以太网，吉比特以太网，采用光以太网，吉比特以太网，采用光纤或双绞线作为通信介质，传输速率达到纤或双绞线作为通信介质，传输速率达到1000Mbps（1Gbps）。）。10吉比特以太网吉比特以太网下一代以太网发展的目标下一代以太网发展的目标局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案以太网的发展历史：以太网的发展历史：（1）20世纪世纪70年代中期，年代中期，Xerox公司制定了以太网协议公司制定了以太网协议并进行实验，速率为并进行实验，速率为2.94Mbps；（2）1980年，年，Xerox、Intel和和DEC三公司联合发表三公司联合发表DIX80，即以太网

36、的标准；，即以太网的标准；（3）1981年年6月，月，IEEE802 LAN标准委员会成立；标准委员会成立；（4）1985年，年，IEEE802 LAN标准委员会正式通过了局标准委员会正式通过了局域网标准。域网标准。（5）传统的以太网的核心思想是在共享的公共传输媒体上）传统的以太网的核心思想是在共享的公共传输媒体上以半双工传输模式工作，网络的站点在同一时刻要么以半双工传输模式工作，网络的站点在同一时刻要么发送数据，要么接收数据，而不能同发送和接收。发送数据，要么接收数据，而不能同发送和接收。（6）交换型和全双工以太网的出现，实现了站点独占传输）交换型和全双工以太网的出现，实现了站点独占传输媒体

37、并同时收发数据。媒体并同时收发数据。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案表表5.3以太网主要技术及其标准的发展以太网主要技术及其标准的发展1982年年 10BASE5（DIX） 802.3 粗同轴电缆粗同轴电缆1985年年 10BASE2 802.3a 细同轴电缆细同轴电缆1990年年 10BASET 802.3j 双绞线双绞线1993年年 10BASEF 802.3j 光纤光纤1995年年 100BASET 802.3u 双绞线双绞线1997年年 全双工以太网全双工以太网 802.3x 双绞线、光纤双绞线、光纤1998年年 1000BASEX 802.3z 短屏蔽双绞线、光纤短屏蔽双绞线

38、、光纤1999年年 1000BASET 802.3ab 双绞线双绞线局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案（1）10BASE510BASE5又称粗缆以太网，采用直径又称粗缆以太网，采用直径10mm、阻抗、阻抗50 的同轴电缆作为传输媒体，数据速率为的同轴电缆作为传输媒体，数据速率为10Mbps。每段电缆。每段电缆（称一个网段）的最大长度为（称一个网段）的最大长度为500米，最多可支持米，最多可支持100个节点，个节点，节点间距不能小于节点间距不能小于2.5米。可以使用中继器来连接不同的网米。可以使用中继器来连接不同的网段，但任意两个站之间的路径上最多只允许有四个中继器，段，但任意两个站之间的

39、路径上最多只允许有四个中继器，也就是说网络跨度最长为也就是说网络跨度最长为2.5公里（公里（5 500米）。网段的两端米）。网段的两端必须使用必须使用50 的终端匹配器来防止信号反射。收发器与网卡的终端匹配器来防止信号反射。收发器与网卡之间用收发器电缆（之间用收发器电缆（AUI电缆即粗缆接口）连接。电缆即粗缆接口）连接。10BASE5名称的含义是：运行于名称的含义是：运行于10Mbps的速率（的速率（10），），采用基带传输方式（采用基带传输方式（BASE），每个网段的最大长度为），每个网段的最大长度为500米（米（5）。）。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案（2）10BASE210BA

40、SE2又称细缆以太网，采用直径又称细缆以太网，采用直径5mm、阻抗、阻抗50 的的同轴电缆作为传输媒体，数据速率为同轴电缆作为传输媒体，数据速率为10Mbps。一个网段的。一个网段的最大长度近似为最大长度近似为200米（实际为米（实际为185米），最多可支持米），最多可支持30个节个节点，节点间距不能小于点，节点间距不能小于0.5米。和粗缆以太网一样，也可以米。和粗缆以太网一样，也可以使用中继器来连接不同的网段，并且任意两个站之间的路径使用中继器来连接不同的网段，并且任意两个站之间的路径上最多也只允许有四个中继器，也就是说网络跨度最长为上最多也只允许有四个中继器，也就是说网络跨度最长为925米

41、（米（5 185米）。网段的两端也需要使用米）。网段的两端也需要使用50 的终端匹配的终端匹配器。器。细缆以太网价格便宜，易于安装，但从网上增加或去除细缆以太网价格便宜，易于安装，但从网上增加或去除站点时，必须中断网络的运行，另外接头的地方很容易松动，站点时，必须中断网络的运行，另外接头的地方很容易松动，经常会因接触不好引起网络故障，因而网络的可靠性比较差。经常会因接触不好引起网络故障，因而网络的可靠性比较差。细缆同轴电缆通过细缆同轴电缆通过BNC-T型连接器（细缆接口）与网卡连型连接器（细缆接口）与网卡连接。接。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案（3）10BASET10BASE5和和1

42、0BASE2的一个共同缺点是网络维护比较的一个共同缺点是网络维护比较困难，当电缆某处中继或某个连接器松动或连接器发生故障困难，当电缆某处中继或某个连接器松动或连接器发生故障时，很难定位或隔离故障。为此，人们采用了一种全新的组时，很难定位或隔离故障。为此，人们采用了一种全新的组网方式，将所有计算机通过双绞线连接到一个中央集线器网方式，将所有计算机通过双绞线连接到一个中央集线器（HUB）上，这种方式称为）上，这种方式称为10BASET。每段双绞线电缆的。每段双绞线电缆的最大长度为最大长度为100米，双绞线两端需使用米，双绞线两端需使用RJ-45的接插件（双绞的接插件（双绞线接口）。线接口）。采用集

43、线器后，在网上增加或去除一个站点，只需简单采用集线器后，在网上增加或去除一个站点，只需简单的插拔即可，既方便又不需要中断网络运行；其次，共享信的插拔即可，既方便又不需要中断网络运行；其次，共享信道实际上是由电路实现的，极少出现故障，再加上机器的故道实际上是由电路实现的，极少出现故障，再加上机器的故障不会涉及到网络，因而网络的可靠性极高；另外，面板上障不会涉及到网络，因而网络的可靠性极高；另外，面板上的指示灯显示各个站点的连通情况，据此可以很容易判断哪的指示灯显示各个站点的连通情况，据此可以很容易判断哪台机器发生了故障。台机器发生了故障。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案（4）10BASE

44、F10BASEF使用光纤作为传输媒体，具有很好的抗干扰使用光纤作为传输媒体，具有很好的抗干扰性，但由于光纤连接器昂贵，使得网络的费用很高。性，但由于光纤连接器昂贵，使得网络的费用很高。包括包括10BASEFP、10BASEFB和和10BASEFL。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 10BASE-510BASE-210BASE-T10BASE-FL收发器收发器外置设备外置设备内置芯片内置芯片内置芯片内置芯片内置芯片内置芯片媒体媒体10,50同轴电缆同轴电缆5,50同轴电缆同轴电缆3、4、5类类UTP62.5/125um多模光缆多模光缆最长媒体段最长媒体段500m185m100m2km拓扑

45、结构拓扑结构公共总线形公共总线形公共总线形公共总线形星形星形星形星形中继器中继器/集线器集线器中继器中继器中继器中继器集线器集线器集线器集线器最大跨距最大跨距/媒体段数媒体段数2.5km/5925m/5500m/54km/2连接器连接器15针针D型型AUIBNC，T头头RJ45ST，SC四种四种10BASE以太网物理性能比较以太网物理性能比较 局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 以太网分为共享式以太网和交换式以太网。以太网分为共享式以太网和交换式以太网。 共享式以太网共享式以太网共享式连接设备构成的局域网，采共享式连接设备构成的局域网，采用载波检测多路侦听（用载波检测多路侦听（CSMA/

46、CD）机制来进行传输控制。）机制来进行传输控制。它以集线器（中继器）为中央节点，所有站点均在争用媒它以集线器（中继器）为中央节点，所有站点均在争用媒体而共同分割带宽。体而共同分割带宽。共享式以太网共享式以太网局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案基于共享式集线器（基于共享式集线器（HUB）的以太网）的以太网同一个冲突域同一个冲突域共享同一带宽共享同一带宽局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 共享共享/竞争机制：在局域网中，数据都是以竞争机制：在局域网中，数据都是以“帧帧”的形式传输的。共享式以太网是基于广播的方式来发送的形式传输的。共享式以太网是基于广播的方式来发送数据的，因为集线器不能

47、识别帧，所以它就不知道一个数据的，因为集线器不能识别帧，所以它就不知道一个端口收到的帧应该转发到哪个端口，它只好把帧发送到端口收到的帧应该转发到哪个端口，它只好把帧发送到除源端口以外的所有端口，这样网络上所有的主机都可除源端口以外的所有端口，这样网络上所有的主机都可以收到这些帧。这就造成了只要网络上有一台主机在发以收到这些帧。这就造成了只要网络上有一台主机在发送帧，网络上所有其他的主机都只能处于接收状态，无送帧，网络上所有其他的主机都只能处于接收状态，无法发送数据。也就是说，在任何一时刻，所有的带宽只法发送数据。也就是说，在任何一时刻，所有的带宽只分配给了正在传送数据的那台主机。分配给了正在传

48、送数据的那台主机。 也正因为如此，在也正因为如此，在所有主机之间也就存在了对带宽的竞争。所有主机之间也就存在了对带宽的竞争。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案冲突检测冲突检测/避免机制：在基于竞争的以太网中，只要避免机制：在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任何一主机均可发送数据。如果同一时间内网网络空闲，任何一主机均可发送数据。如果同一时间内网络上有两台主机发现网络空闲同时发送数据，那么就会产络上有两台主机发现网络空闲同时发送数据，那么就会产生生“碰撞碰撞”（Collision），也称为），也称为“冲突冲突”，这时两个传，这时两个传送操作都将遭到破坏，此时送操作都将遭到破坏，此时CSM

49、A/CD机制将会让其中机制将会让其中的一台主机发出一个的一台主机发出一个“通道拥挤通道拥挤”信号，这个信号将使冲信号，这个信号将使冲突时间延长至该局域网上所有主机均检测到此碰撞。然后，突时间延长至该局域网上所有主机均检测到此碰撞。然后，两台发生冲突的主机都将随机等待一段时间后再次尝试发两台发生冲突的主机都将随机等待一段时间后再次尝试发送数据，避免再次发生数据碰撞的情况。送数据，避免再次发生数据碰撞的情况。 共享式以太网这种共享式以太网这种“带宽竞争带宽竞争”的机制使得冲突的机制使得冲突（或碰撞）几乎不可避免。而且网络中的主机越多，碰撞（或碰撞）几乎不可避免。而且网络中的主机越多，碰撞的几率越大

50、。的几率越大。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 共享式以太网的缺点：首先，通信时占用整个传输通共享式以太网的缺点：首先，通信时占用整个传输通道，将极大浪费网络带宽；其次，由于网卡在某一时刻要道，将极大浪费网络带宽；其次，由于网卡在某一时刻要么发送数据，要么接收数据，或者处于等待状态，这将降么发送数据，要么接收数据，或者处于等待状态，这将降低网络的效率。低网络的效率。 局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 1、交换式以太网的特点、交换式以太网的特点 交换式以太网交换式以太网采用以太网交换机作为连接设备的采用以太网交换机作为连接设备的交换式局域网。采用交换机（器）（交换式局域网。采用交

51、换机（器）（Switch Hub）为中）为中央节点，数据传输采用多通道交换技术而不再共同分割带央节点，数据传输采用多通道交换技术而不再共同分割带宽。宽。 由于采用交换机制形成了多个数据通道，端口之间帧由于采用交换机制形成了多个数据通道，端口之间帧的输入与输出不再受的输入与输出不再受CSMA/CD的约束。的约束。 交换式以太网交换式以太网局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案基于交换式集线器（基于交换式集线器（Switch）的以太网）的以太网减少冲突减少冲突提升带宽提升带宽总线局域网总线局域网局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 优点：优点： 1. 每个端口上无论连接站点，还是连接一个网段

52、，每个端口上无论连接站点，还是连接一个网段，均独占该端口的带宽（均独占该端口的带宽（10M，或，或100Mbps） 2. 系统的最大带宽可以达到端口带宽的系统的最大带宽可以达到端口带宽的N倍，倍，N为端为端口数。设每个端口的带宽为口数。设每个端口的带宽为10Mbps，有，有10个端口，那么个端口，那么系统的最大带宽是：系统的最大带宽是：10*10。 可成倍拓宽带宽是交换型以可成倍拓宽带宽是交换型以太网的最明显的优点。太网的最明显的优点。 3. 交换机连接了多个网段，每个网段被隔离，也可交换机连接了多个网段，每个网段被隔离，也可被连接。被连接。 4. 被交换机隔离的独立网段上的数据信息不会广播被

53、交换机隔离的独立网段上的数据信息不会广播到其它端口上，具有一定的数据安全性。到其它端口上，具有一定的数据安全性。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 2、交换机的工作原理、交换机的工作原理 检测从以太端口来的数据包的源和目的地的检测从以太端口来的数据包的源和目的地的MAC（介（介质访问层）地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较。质访问层）地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较。如果数据包的如果数据包的MAC层地址不在查找表中，则将该地址加入层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口。查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口。 如果表中有与这目的如果表中有

54、与这目的MAC地址对应的端口，则把数据地址对应的端口，则把数据包直接复制到这端口上，如果在表中找不到相应的端口则把包直接复制到这端口上，如果在表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习这一目的换机又可以学习这一目的MAC地址与哪个端口对应，在下地址与哪个端口对应，在下次传送数据时，就不需要对所有端口进行广播了。次传送数据时，就不需要对所有端口进行广播了。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 采用非屏蔽双绞线（采用非屏蔽双绞线（UTP）或屏蔽双绞线（）或屏蔽双绞线（STP）作为）作为网络介质，

55、媒体访问控制（网络介质，媒体访问控制（MAC）层与）层与IEEE 802.3协议所协议所规定的规定的MAC层兼容。层兼容。 100 Base T沿用了沿用了IEEE 802.3规范所采用的规范所采用的CSMA/CD技术，无论是帧的结构、长度还是错误检测机制技术，无论是帧的结构、长度还是错误检测机制等都没有做任何的改动。等都没有做任何的改动。 100BASE T快速以太网是由快速以太网是由10BASE-T以太网标准发展以太网标准发展而来的，保留了以太网的观念，网络速度提高了十倍。而来的，保留了以太网的观念，网络速度提高了十倍。5.2.5100M位快速以太网位快速以太网局域网设计与组建教案局域网设

56、计与组建教案 100 Base T还提供了还提供了10 Mbit/s和和100 Mbit/s两种两种网络传输速率的自适应功能，网络设备之间可以通过发送网络传输速率的自适应功能，网络设备之间可以通过发送链路脉冲（链路脉冲（FLP）进行自动协商，从而实现了）进行自动协商，从而实现了10 Base T和和100 Base T两种不同网络环境的共存和平滑过渡。两种不同网络环境的共存和平滑过渡。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 100 Base T主要根据使用网络介质的不同类型，分主要根据使用网络介质的不同类型，分为为100 Base TX、100 Base FX、100 Base T4和和10

57、0 Base T2四种。四种。 1、 100 Base TX 5类类UTP快速以太网快速以太网 使用两对非屏蔽双绞线（使用两对非屏蔽双绞线（5类或类或5类以上）作为传输类以上）作为传输介质（即介质（即1-2、3-6两对）两对） ，一对用来发送数据，一对用，一对用来发送数据，一对用来接收数据。采用标准化布线方法，各计算机通过墙座来接收数据。采用标准化布线方法，各计算机通过墙座连入网中。连入网中。 在在100 Base TX网络中，只允许对网络中，只允许对2个个100M Hub进行进行级联，并且两个级联，并且两个Hub之间的连接长度不能超过之间的连接长度不能超过5m。与。与10 Base T网络一

58、样，工作站与集线器之间的距离不能超过网络一样，工作站与集线器之间的距离不能超过100m（最长媒体段）。因此，（最长媒体段）。因此，100 Base TX网络的最大网络的最大长度为长度为205m（跨距）。（跨距）。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 2、100 Base FX 光纤快速以太网光纤快速以太网 使用多模光纤或单模光纤作为传输介质使用使用多模光纤或单模光纤作为传输介质使用ST或或SC连连接器连接网卡、集线器或交换机。接器连接网卡、集线器或交换机。 100BASE-FX的通信介质采用两芯的通信介质采用两芯62.5/125微米的微米的光纤（单模或多模）。使用光纤（单模或多模）。使用S

59、T或或SC连接器连接网卡、集连接器连接网卡、集线器或交换机。线器或交换机。 光纤传输距离远远大于光纤传输距离远远大于UTP线路，用于连接主干和跨线路，用于连接主干和跨楼宇间的连接。楼宇间的连接。 光纤连接的最大长度是可变的，一般可以达到光纤连接的最大长度是可变的，一般可以达到200米，米，单模可以达到单模可以达到10KM。局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 3、100 Base T4 UTP与与100 BaseT2 UTP快速以太网快速以太网 100 Base T4 使用使用4对对3类或类或3类以上的非屏蔽双绞线作类以上的非屏蔽双绞线作为传输介质（即为传输介质（即1-2、3-6、4-5、

60、7-8四对线），其中四对线），其中3对对线用来同时传送数据，第线用来同时传送数据，第4对线则用作冲突检测时的接收信对线则用作冲突检测时的接收信道。但由于没有专用的发送和接收线，所以不能实现全双工道。但由于没有专用的发送和接收线，所以不能实现全双工通信。通信。 局域网设计与组建教案局域网设计与组建教案 100 Base T4存在的缺点：一是它要求使用存在的缺点：一是它要求使用4对对3类以类以上的上的UTP，但早期的，但早期的UTP却只提供了两对线；二是参与数却只提供了两对线；二是参与数据传输的据传输的3对线只能同时接收或者发送数据，而无法实现全对线只能同时接收或者发送数据，而无法实现全双工通信。