计算机局域网

1、q第五章第五章 计算机局域网计算机局域网5.1 5.1 局域网的特点及类型局域网的特点及类型5.2 5.2 局域网的层次结构局域网的层次结构5.3 5.3 以太网及介质访问控制方法以太网及介质访问控制方法5.4 5.4 令牌环网及介质访问控制方法令牌环网及介质访问控制方法5.5 5.5 局域网资源共享模式局域网资源共享模式5.6 5.6 虚拟局域网虚拟局域网5.7 5.7 无线局域网无线局域网5.1 5.1 局域局域网概网概述述 局域网的概念局域网的概念局域网局域网(Local Area Network)(Local Area Network)是在一个是在一个局部的地理范围内局部的地理范围内(

2、 (如一个学校、工厂和如一个学校、工厂和机关内机关内) )，将各种计算机、外部设备和数，将各种计算机、外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信据库等互相联接起来组成的计算机通信网，简称网，简称LANLAN。5.1 5.1 局域网的特点及类型局域网的特点及类型局域网形成与发展：局域网形成与发展：回忆：局域网的快速发展由哪两个因素促成的？回忆：局域网的快速发展由哪两个因素促成的？9090年代局域网发展更加迅速。年代局域网发展更加迅速。办公室简单局域网办公室简单局域网5.1 5.1 局域局域网网的特点及的特点及类类型型 特点特点 覆盖范覆盖范围围小小 房房间间、建筑物、建筑物、园区园区范范围围

3、 距离距离25km25km 高高传输传输速率速率 10Mb/s10Mb/s1000Mb/s1000Mb/s 低低误码误码率率 1010-8-8 1010-11-11 拓扑：拓扑：总线总线型、星形、型、星形、环环形形 介介质质：UTPUTP、FiberFiber、COAXCOAX 私有性：自建、自管、自用私有性：自建、自管、自用5.1 5.1 局域网的特点及类型局域网的特点及类型5.1.1 5.1.1 局域网的优点局域网的优点 具有较高的数据通信速率。现在常见的以太网的具有较高的数据通信速率。现在常见的以太网的数据传输速率为数据传输速率为100Mbps100Mbps或或1000Mbps1000M

4、bps。 从一个站点可以访问全网，从而方便地共享昂贵从一个站点可以访问全网，从而方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据等资源。的外部设备、主机以及软件、数据等资源。 构建局域网时一般不使用公用通信线路，而是自构建局域网时一般不使用公用通信线路，而是自行布设专用线路。行布设专用线路。 系统易于扩展和演变，各类设备的位置可以灵活系统易于扩展和演变，各类设备的位置可以灵活调整。调整。 系统具有可靠性和开放性，局域网的体系结构符系统具有可靠性和开放性，局域网的体系结构符合合ISOISO的的OSIOSI标准，能与任何符合标准，能与任何符合OSIOSI标准的系统进行标准的系统进行通信。通信。拓扑拓扑

5、将所有站点通过适配器连接到单根传输介质将所有站点通过适配器连接到单根传输介质共享总共享总线上。线上。总线末端都有一个总线末端都有一个50欧姆的电阻，称为终结器。作用：欧姆的电阻，称为终结器。作用：阻止信号发射阻止信号发射基本特性基本特性优点优点与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；结构简单，可靠性高；结构简单，可靠性高；扩充扩充(如增加站点、延长电缆等如增加站点、延长电缆等)较容易。较容易。缺点缺点故障检测不很容易，如总线有故障需分段查找，如站点故障检测不很容易，如总线有故障需分段查找，如站点有故障需一个一个查；有故障需一个一个查；容错能力差，产生冲突。容错能力差

6、，产生冲突。5.1 5.1 局域网的特点及类型局域网的特点及类型拓扑拓扑由一些中继器通过点到点链路连成的一个闭合环。入网设由一些中继器通过点到点链路连成的一个闭合环。入网设备连到中继器上。它从一条链路上接收数据备连到中继器上。它从一条链路上接收数据, ,以相同速率以相同速率在另一条链路上输出。数据在环上是在另一条链路上输出。数据在环上是单向单向传输的。传输的。基本特性基本特性缺点缺点某段链路或某个中继器有故障会使全网某段链路或某个中继器有故障会使全网不能工作；不能工作；站点离网、入网都较困难。站点离网、入网都较困难。拓扑拓扑每一个站点通过点每一个站点通过点- -点链路连至中心节点，所有的通信都

7、点链路连至中心节点，所有的通信都由中心节点控制，一般采用线路交换。由中心节点控制，一般采用线路交换。基本特性基本特性优点优点建网容易，配置方便；建网容易，配置方便；每个连接的故障容易排除，不影响全网；每个连接的故障容易排除，不影响全网；控制协议相对简单。控制协议相对简单。缺点缺点对中心节点要求非常高，一旦中心节点产生故障对中心节点要求非常高，一旦中心节点产生故障, ,全网将全网将不能工作。不能工作。5.1 5.1 局域网的特点及类型局域网的特点及类型拓扑拓扑为总线型变形，或者可以看做为总线型变形，或者可以看做多级星形结构，是一种使用广多级星形结构，是一种使用广播的信道。播的信道。5.2 5.2

8、 局域局域网网的的层层次次结构结构 局域局域网网的的标标准：准：IEEE802IEEE802（ISO8802ISO8802） IEEE802IEEE802是一是一个标个标准系列：准系列：IEEE802.X, IEEE802.1IEEE802.X, IEEE802.1IEEE802.14IEEE802.14 其体系其体系结构结构只包含了只包含了两个层两个层次：次：数数据据链链路路层层、物理、物理层层 数据链路层又分为逻辑链逻辑链路控制路控制和介介质访问质访问控制控制两个子层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

9、 IEEE 802物理层物理层PHY由由TCP/IP和和NOS实现实现IEEE802描述了描述了最低两层的功能最低两层的功能以及它们为网络以及它们为网络层提供的服务和层提供的服务和接口接口5.2 5.2 局域网的层次结构局域网的层次结构5.2.1 5.2.1 局域网的层次模型局域网的层次模型 数据链路层协议结构数据链路层协议结构IEEE802IEEE802体系体系结构结构示意示意图图 数数据据链链路路层层在不同的子在不同的子标标准中定准中定义义 分分别对应别对应于于LLCLLC子子层层和和MACMAC子子层层 802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring8

10、02.6DQDB802.8FDDI802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1D Bridge8 0 2 体系结构体系结构PHY网际互联网际互联局域局域网网的的数数据据链链路路层层 按功能按功能划划分分为两个为两个子子层层：LLCLLC和和MACMAC 功能分解的目的：功能分解的目的： 将将功能中功能中与与硬件相硬件相关关的部分和的部分和与与硬件无硬件无关关的部分的部分分分开开，以适，以适应应不同的不同的传输传输介介质质。 解解决决共享信道共享信道( (如如总线总线) )的介的介质访问质访问控制控制问题问题，使，使帧帧的的传输独传输独立于立于传输传输介介质质和介和

11、介质访问质访问控制方法。控制方法。LLCLLC： 与与介介质质、拓扑无、拓扑无关关； MACMAC：与与介介质质、拓扑相、拓扑相关关。5.2 5.2 局域网的层次结构局域网的层次结构5.2.1 5.2.1 局域网的层次模型局域网的层次模型1 1LLCLLC子层子层 LLC(Logic Link Control) LLC(Logic Link Control)逻辑链路控制子层，逻辑链路控制子层，即即IEEE802.2IEEE802.2标准标准 作用作用：流量控制、差错控制等：流量控制、差错控制等 软件中实现软件中实现5.2 5.2 局域网的层次结构局域网的层次结构LLCLLC子层的作用子层的作用

12、u由于不同的网络类型有不同的介质访问子层与之由于不同的网络类型有不同的介质访问子层与之对应，而逻辑链路控制子层对应，而逻辑链路控制子层LLCLLC则则掩盖了不同物理网掩盖了不同物理网络之间的差别，以统一的格式为网络层提供服务络之间的差别，以统一的格式为网络层提供服务uLLCLLC子层把网络层的分组（在子层把网络层的分组（在TCP/IPTCP/IP中即中即IPIP数据包）数据包）加上加上LLCLLC头，交给头，交给MACMAC子层组成相应的子层组成相应的802.X802.X帧发送帧发送5.2 5.2 局域网的层次结构局域网的层次结构LLCLLC提供的三种服务提供的三种服务u不可靠的数据报服务不可

13、靠的数据报服务u可靠的数据报服务可靠的数据报服务u面向连接的服务面向连接的服务对于不同的数据帧和控制帧有不同的格式对于不同的数据帧和控制帧有不同的格式有确认的数据报服务和面向连接的服务，在有确认的数据报服务和面向连接的服务，在帧格式中包含源地址、目的地址、序列号、确帧格式中包含源地址、目的地址、序列号、确认号等认号等无确认的数据包服务的帧格式中不包含序列无确认的数据包服务的帧格式中不包含序列号和确认号号和确认号5.2 5.2 局域网的层次结构局域网的层次结构5.2.1 5.2.1 局域网的层次模型局域网的层次模型2 2MACMAC子层子层 MAC MAC（Media Access Contro

14、lMedia Access Control）介质访问控制）介质访问控制子层子层 作用作用：介质访问控制等：介质访问控制等 主要由硬件（网卡）实现主要由硬件（网卡）实现 提供了提供了LLCLLC子层与物理层之间的接口子层与物理层之间的接口5.2 5.2 局域局域网网的的层层次次结构结构 功能：功能： 位流的位流的传输传输； 同步前序的同步前序的产产生生与识别与识别； 信信号编码号编码和和译码译码。 IEEE802IEEE802定定义义了多了多种种物理物理层层，以适，以适应应不同的不同的网络网络介介质质和不同的介和不同的介质访问质访问控制方法。控制方法。 两个两个接口：接口： 连连接接单单元接口（

15、元接口（AUIAUI）可）可选选，仅仅用于粗同用于粗同轴电缆轴电缆 介介质质相相关关接口（接口（MDIMDI） 屏屏蔽不同介蔽不同介质质的特性，使之不影的特性，使之不影响响MACMAC子子层层的操作的操作3 .3 .物理层物理层5.2 局域网网的层层次结构结构5.2.2 IEEE 802标标准体系-LMSC 802.10 安全与加密 802.1 局域网概述、体系结构、网络互联与网络管理 802.2 逻辑链路控制 LLC 802.3 CSMA/CD 物理层 802.4 令牌 总线 物理层 802.5 令牌环 物理层 802.6 城域网 物理层 802.9 语音数 据综合 局域网 802.11 无

16、线 局域网 802.12 100VG- AnyLAN 802.7 宽带技术 802.8 光纤技术 数据 链路层 物理层 5.3 5.3 以太网及介质访问控制方法以太网及介质访问控制方法LANLAN的结构类型的结构类型LANLAN的结构主要有三种类型：的结构主要有三种类型：以太网（以太网（EthernetEthernet）令牌环（令牌环（Token RingToken Ring）令牌总线令牌总线(Token Bus(Token Bus） 另外还包括：作为这三种网的骨干网另外还包括：作为这三种网的骨干网光纤分布数据接口（光纤分布数据接口（FDDIFDDI）5.3 5.3 以太网及介质访问控制方法以

17、太网及介质访问控制方法一、以太网（一、以太网（EthernetEthernet）局域网经过了近三十年的发展，尤其是在局域网经过了近三十年的发展，尤其是在快速以太网快速以太网（100Mbps100Mbps）和）和吉比特以太网吉比特以太网，1010吉比特以太网吉比特以太网进入市进入市场后，以太网已经在局域网市场中占据绝对的优势。以场后，以太网已经在局域网市场中占据绝对的优势。以至于很多人将局域网和以太网视为同一个概念。至于很多人将局域网和以太网视为同一个概念。以太网在逻辑上是以太网在逻辑上是总线型总线型的，其中心设备相当于一根总的，其中心设备相当于一根总线，因此每个站点发送数据是通过线，因此每个站

18、点发送数据是通过“广播广播”方式方式将数据送将数据送往共享介质。任何站点都没有预约发送时间，发送是往共享介质。任何站点都没有预约发送时间，发送是随机随机的的。这样就有可能会出现两个或多个站点同时发送数据，。这样就有可能会出现两个或多个站点同时发送数据，而信号在总线上相互干扰的情况，即发生而信号在总线上相互干扰的情况，即发生“冲突冲突”。介介质访问质访问控制方法控制方法 局域局域网网使用广播信道（使用广播信道（多点多点访问访问、随随机机访问访问），多），多个个站点共享同一信道。站点共享同一信道。 提出提出问题问题： 各站点如何各站点如何访问访问共享信道？共享信道？ 如何解如何解决决同同时访问时访

19、问造成的冲突（信道造成的冲突（信道争争用）？用）？ 解解决决以上以上问题问题的方法的方法称为称为介介质访问质访问控制方法控制方法。 两类两类介介质质共享技共享技术术： 静态静态分配（分配（FDMFDM、WDMWDM、TDMTDM、CDMCDM） 不适用于局域不适用于局域网网 动态动态分配（分配（随随机接入、受控接入）机接入、受控接入） CSMA/CDCSMA/CD、Token-PassingToken-Passing5.3 5.3 以太网及介质访问控制方法以太网及介质访问控制方法5.3.1 CSMA/CD介质访问质访问控制方法 一、信道分配方法分析：一、信道分配方法分析： 在多个竞争用户之间分

20、配单个信道传统方法为在多个竞争用户之间分配单个信道传统方法为频分多路复频分多路复用（用（FDMFDM）。）。 FDM FDM适用于用户数量比较少而且固定不变，并且每个用户适用于用户数量比较少而且固定不变，并且每个用户都有都有繁重的流量负担繁重的流量负担的时候。的时候。 对于发送方数量非常多且经常不断变化，或者流量突发性对于发送方数量非常多且经常不断变化，或者流量突发性大的，如果同样使用频分大的，如果同样使用频分N N等分：等分：第一种情况第一种情况只有很少的用户需要进行通信，则大量宝贵的频谱只有很少的用户需要进行通信，则大量宝贵的频谱被浪费掉。被浪费掉。第二种情况第二种情况如果希望进行通信的用

21、户数超过了如果希望进行通信的用户数超过了N N个，则有些用个，则有些用户将被拒绝；户将被拒绝；第三种情况第三种情况即使有些已经被分配了频段的用户并不发送或者接即使有些已经被分配了频段的用户并不发送或者接收数据，他们也无法将自己的频段转给其他用户。收数据，他们也无法将自己的频段转给其他用户。 既然传统的静态信道分配方法不能适应突发性流量，以太既然传统的静态信道分配方法不能适应突发性流量，以太网使用网使用动态分配方法动态分配方法: :CSMA/CDCSMA/CD5.3.1 CSMA/CD介质访问控制方法介质访问控制方法 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

22、：发送前先检测一下其它站点是否最简单的思路：发送前先检测一下其它站点是否正在发送（即信道忙否）。正在发送（即信道忙否）。 若信道空闲，是否可以立即发送？若信道空闲，是否可以立即发送？若有多个站点都在等待发送，必然冲突！解决：等待一段随机时间随机时间后再发（降低了冲突概率） 若信道忙，如何处理？若信道忙，如何处理？继续监听： 等到信道空闲后立即发送 等到信道空闲后等待随机时间后再发送等待一段随机时间后再重新检测信道 一旦出现两个站点同时发送的情况，如何处理？一旦出现两个站点同时发送的情况，如何处理？ 以上方法均无法处理！载波监听多路访问协议载波监听多路访问协议CSMA 载波监听协议（载波监听协议

23、（Carrier Sense Protocol） 持续和非持续持续和非持续CSMA（Carrier Sense Multiple Access ，载波监听多路访问），载波监听多路访问） 它检测其他站的活动情况，据此调整自己的它检测其他站的活动情况，据此调整自己的行为行为1、1-持续持续CSMA(1-persistent CSMA）2 、非持续、非持续CSMA(Nonpersistent CSMA)3、 p-持续持续CSMA(p-persistent CSMA) 1-持续持续CSMA 每个站在发送前，先侦听信道，当信道忙或每个站在发送前，先侦听信道，当信道忙或发生冲突时，要发送帧的站，则等待并持

24、续发生冲突时，要发送帧的站，则等待并持续侦听，一旦信道空闲，便立即发送，即侦听，一旦信道空闲，便立即发送，即发送发送的概率为的概率为1；如冲突，则延时一随机时隙数后；如冲突，则延时一随机时隙数后，重新发送。，重新发送。 其中，长的传播延迟和同时发送帧，会导致其中，长的传播延迟和同时发送帧，会导致多次冲突，降低系统性能。多次冲突，降低系统性能。非持续非持续CSMA（ Nonpersistent CSMA ） 每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙或发生冲突时，则不再继续侦听，它并不持或发生冲突时，则不再继续侦听，它并不持续侦听信道，而是在冲突时，延时一随机的

25、续侦听信道，而是在冲突时，延时一随机的时隙数后，再侦听信道时隙数后，再侦听信道 它有更好的信道利用率，但导致更长延迟。它有更好的信道利用率，但导致更长延迟。p-持续持续CSMA（p-persistent CSMA） 它应用于分槽信道它应用于分槽信道 每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙，则等到下一时隙；如信道空闲，则以概率，则等到下一时隙；如信道空闲，则以概率p发送帧，即信道空闲时，这个时槽，按照欲发送帧，即信道空闲时，这个时槽，按照欲发送的站发送的站P概率发送，而以概率概率发送，而以概率q=1-p不发送不发送，把本次发送延至下一时隙。若不发送，下，把本

26、次发送延至下一时隙。若不发送，下一时槽仍空闲，同理进行发送。若信道忙，一时槽仍空闲，同理进行发送。若信道忙，则等待下一时槽，若冲突，则等待随机的一则等待下一时槽，若冲突，则等待随机的一段时间，重新开始段时间，重新开始5.3 5.3 以太网及介质访问控制方法以太网及介质访问控制方法以太网采用以太网采用IEEE 802.3IEEE 802.3定义的载波监听多点接入定义的载波监听多点接入/ /碰撞检测碰撞检测CSMA/CDCSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with CollisioCarrier Sense Multiple Access with Coll

27、ision Detectionn Detection）技术来避免冲突的发生，使多个站点能够共）技术来避免冲突的发生，使多个站点能够共享信道。享信道。CSMA/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MAMA（ Multiple Access Multiple Access ）总线型特点：多点接入）总线型特点：多点接入CS(Carrier Sense )CS(Carrier Sense )载波监听：发送前监听线路载波监听：发送前监听线路CD(Collision Detection)CD(Collision Detection)碰撞检测碰撞检测核心核心5.3 5.3 以太网及介

28、质访问控制方法以太网及介质访问控制方法用于用于IEEE802.3以太网以太网工作原理工作原理： 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； 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； 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。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（立即停止发送数据，然后发送冲突强化信号（JamJam）；）； 发送发送JamJam信号的目的是使所有的站点都能检测到信号的目的是使所有的站点都能检测到冲突冲突 等待一段随机时间（称为退避）以后，再

29、重新尝试。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。CSMA/CDCSMA/CD的工作流程可以概况为的工作流程可以概况为“先听后发，边发边听，冲突停止，延迟重发先听后发，边发边听，冲突停止，延迟重发”。载波监听载波监听碰撞检测碰撞检测JAMJAM阻塞信号：特殊字节来强化冲阻塞信号：特殊字节来强化冲突，以便让总线上所有设备都知突，以便让总线上所有设备都知道发生冲突道发生冲突回退算法：将所有回退算法：将所有设备停止发送一段设备停止发送一段随机时间，然后尝随机时间，然后尝试发送数据试发送数据 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后最多经过最先发送数据帧的站，在发送数据帧后最多经过时间时间 2 2 （

30、两倍的端到端往返时延）（两倍的端到端往返时延）就可知道发就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。送的数据帧是否遭受了碰撞。 以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延 2 2 称为称为争用期争用期，或，或碰碰撞窗口。撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次成功发送数据。定这次成功发送数据。5.3 5.3 以太网及介质访问控制方法以太网及介质访问控制方法站点1站点2距离Lt a0t2ta传播时延t tCSMA/CDCSMA/CD协议协议的的时间时间槽槽 时间时间槽槽能能够检测够检测到冲突的到冲突的时间区间时间区间（也（也称为称为争争用用时

31、时隙隙或或碰碰撞窗口撞窗口） 若若两两站点之站点之间传间传播播时时延延为为a a，则时间则时间槽槽2a2a。如。如下下图图所示：所示：t a 站点2发送帧碰撞站点1在t0时发送帧2ta站点2停止发送当0时，将不会再发生冲突。这时，时间槽2a。5.3 5.3 以太网及介质访问控制方法以太网及介质访问控制方法总结总结CSMA/CD:CSMA/CD:显然，在使用显然，在使用CSMA/CDCSMA/CD协议时，一个站不能同时协议时，一个站不能同时进行发送和接收。进行发送和接收。因此，使用因此，使用CSMA/CDCSMA/CD协议的以太网只能进行协议的以太网只能进行半双半双工通信工通信。每个站在发送数据

32、之后的一小段时间内，存在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。着遭遇碰撞的可能性。 这种这种发送的不确定性发送的不确定性使整个以太网的平均通信使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。量远小于以太网的最高数据率。CSMA/CD的优缺点的优缺点 控制简单，易于实现；控制简单，易于实现； 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 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 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 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

33、反过来又使冲突率进一步增加 网络延迟增大网络延迟增大 延迟时间不可预计（非确定性延迟）延迟时间不可预计（非确定性延迟）5.3 以太网网及介质访问质访问控制方法5.3.2 典型的以太网网5.3.2 典型的以太网网主机箱主机箱收发器电缆收发器电缆网卡网卡AUI保护外层保护外层外导体屏蔽层外导体屏蔽层内导体内导体收发器收发器RJ-45连接器连接器1 1、10BASE510BASE5（粗缆以太网）（粗缆以太网）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

34、, 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NICVampire tap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 1002.5m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5.3.2 典型的以太网网2 2、10BASE210BASE2（细缆以太网）（细缆以太网）主机箱主机箱BNC T 型接头型接头BNC 连接器连接器插口插口BNC网卡网卡BNC插头插头细缆细缆BNC接头接头NIC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

35、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 300.5 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 5.3.2 典型的以太网网3 3、10BASE-T10BASE-T（以太网）（以太网）主机箱主机箱双绞线双绞线集线器集线器RJ-45插头插头5.3.2 典型的以太网网 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

36、结构仍然是总线。星形拓扑，但逻辑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NICHUB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） 在在双绞线双绞线上上传传送送 100 Mb/s 100 Mb/s 基基带带信信号号的星型拓扑的星型拓扑以太以太网网，仍使用，仍使用 IEEE 802.3 IEEE 802.3 的的CSMA/CD CSMA/CD 协议协议。100BASE-T 100BASE-T 以太以太网网又又称为称为快速以太快速以太网网(Fast (Fast Ethernet

37、)Ethernet)。5.3.2 典型的以太网网3 3、100BASE-T100BASE-T（快速以太网）（快速以太网）100BASE-T 100BASE-T 以太以太网网的特点的特点100Base-T100Base-T沿用了沿用了IEEE 802.3IEEE 802.3规范所采用的规范所采用的CSMA/CDCSMA/CD技术。无论是帧的结构、长度还是技术。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。错误检测机制等都没有做任何的改动。此外，此外，100Base-T100Base-T支持所有能够在支持所有能够在IEEE802.3IEEE802.3网络环境下运行的软件和应用。网络环境

38、下运行的软件和应用。100Base-T100Base-T提供了提供了10 Mbps10 Mbps和和100 Mbps100 Mbps两种网络传输速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率的自适应功能，网络设备之间可以通过发送快速链路脉冲（送快速链路脉冲（FLPFLP）进行自动协商，从）进行自动协商，从而实现而实现10Base-T10Base-T和和100Base-T100Base-T两种不同网络两种不同网络环境的共存和平滑过度。环境的共存和平滑过度。三种不同的物理层标准 根据使用的根据使用的传输传输介介质质的不同，定的不同，定义义了三了三种种不同的物理不同的物理层标层标准：准：

39、100BASE-TX 使用 2 对 UTP 5 类线（超5类）或屏蔽双绞线 STP。 100BASE-FX 使用 2 对光纤。 100BASE-T4 使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。 吉比特以太网允许在 1 Gb/s 下全双工和半双工两种方式工作。使用 802.3 协议规定的帧格式。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 协议）。与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容。吉比特以太网的物理层 1000BASE-X1000BASE-X基于光基于光纤纤通道的物理通道的物理层层：1000BASE-SX SX表示短波长1000BAS

40、E-LX LX表示长波长1000BASE-CX CX表示铜线1000BASE-T 1000BASE-T 使用 4对 5 类线 UTP 5.3.3 以太网网的MAC层层MACMAC地址又称作地址又称作“物理地址物理地址”或者或者“硬件地址硬件地址”，作用：在网络中标识计算机身份。，作用：在网络中标识计算机身份。MAC地址地址 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，而不是在物理层。 网络站点的每一个网络接口都有一

41、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 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络地址，个数取决于该站点网络接口的个数。例如接口的个数。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。 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址地址可以认为就是宿主设备的网络地址 IEEE802.3IEEE802.3标准规定：标准规定： MACMAC地址的长度为地址的长度为6 6个字节个字节，共，共484

42、8位；位； 可表示可表示2 246467070万亿个地址（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； 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2 2字节的字节的地址很少使用地址很少使用5.3 5.3 以太网及介质

43、访问控制方法以太网及介质访问控制方法Ethernet Ethernet 帧结构帧结构-mac-mac帧帧MAC 帧物理层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入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0 x800 0 x800 IPIP数据报数据报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 数据报以太以太网网 V2 V2 的的 MAC MAC 帧帧格式格式目的地址字段 6 字节MAC

44、 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 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格

45、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 1106 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IP 层以太网 V2 MAC 帧目的

46、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5.4 5.4 令牌环网及介质访问控制方法令牌环网及介质访问控制方法5.4.1 5.4.1 令牌环网令牌环网令牌环网最初是由令牌环网最初是由IBMIBM

47、公司在公司在2020世纪世纪8080年代开发的一种网年代开发的一种网络传输系统。在络传输系统。在2020世纪世纪9090年代初，令牌环网体系结构与以年代初，令牌环网体系结构与以太网进行了激烈的竞争并成为最流行的连网技术。但是后太网进行了激烈的竞争并成为最流行的连网技术。但是后来以太网不断改进它的实用性、速度和可靠性，并最终超来以太网不断改进它的实用性、速度和可靠性，并最终超过了令牌环网。过了令牌环网。IEEE802.5IEEE802.5描述了令牌环网技术的规范。令牌网通过屏蔽描述了令牌环网技术的规范。令牌网通过屏蔽或非屏蔽双绞线以或非屏蔽双绞线以4Mbps4Mbps或或16Mbps16Mbps

48、速率传输数据，使用令速率传输数据，使用令牌传递机制和星型环状混合物理结构，通常令牌环网比以牌传递机制和星型环状混合物理结构，通常令牌环网比以太网实现起来更昂贵。太网实现起来更昂贵。2. 令牌传递（令牌传递（Token Passing）ABDC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 主要用于主要用于IEEE802.5令牌环网令牌环网 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 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

49、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； 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； 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； 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AT（c）帧循环一圈后帧循环一圈后,A将

50、数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌ATData（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）AA将令牌修改为将令牌修改为数据帧头数据帧头, 并加并加挂数据发送挂数据发送TDataCData目的站点从环目的站点从环上拷贝数据上拷贝数据TDataCTDataCTDataCIEEE802.5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 1P 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约约位位起始起始 访问控制访

51、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ABCDE集线器集线器5.4 5.4 令牌环网及介质访问控制方法令牌环网及介质访问控制方法5.4.3 FDDIFDDIFDDI的拓扑结构类似于环形网。它使用令牌环网所采用的拓扑结构类似于环形网。它使用令牌环网所采用的令牌传递方式。在这种方式下，令牌沿着网络传递，当的令牌传递方式。在这种方式下，令牌沿着网络传递，当一

52、个设备需要传送数据时，它就截取令牌并把它所要发送一个设备需要传送数据时，它就截取令牌并把它所要发送的数据添加进令牌，这样就形成了一个帧。该帧沿着网络的数据添加进令牌，这样就形成了一个帧。该帧沿着网络循环传播，直到它的目标站点接受它。循环传播，直到它的目标站点接受它。与令牌环技术不一样的是：与令牌环技术不一样的是：FDDIFDDI将它的令牌环网设计成将它的令牌环网设计成双环结构，在两个完整的环上运行。主环承载数据，次环双环结构，在两个完整的环上运行。主环承载数据，次环作为备份，而且双环是逆向旋转的。当所有器件都正常时，作为备份，而且双环是逆向旋转的。当所有器件都正常时，使用主环发送数据，具有使用

53、主环发送数据，具有自恢复功能自恢复功能，如图所示，当线路，如图所示，当线路或站点出现故障时，可以将主环和次环连接起来使用。这或站点出现故障时，可以将主环和次环连接起来使用。这种冗余措施使得采用了种冗余措施使得采用了FDDIFDDI的网络非常可靠。的网络非常可靠。5.4 令令牌环网环网及介质访问质访问控制方法5.4.3 FDDIFDDI（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 ）。）。集中器集中器集中器集中器服务器服务器主环次环FDDIDASSASSAS: 单连站单连站DAS: 双连站双连站 FDDI环的连接方式环的连接方式 FDDI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