计算机局域网课件

第五章局域网技术局域网概述Chapter5-1本章教学目标局域网的特点、功能主要的局域网组网设备常见的局域网拓朴结构局域网的介质访问控制方式局域网的特点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。局域网具有如下的一些主要优点：具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。

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、可用性和残存性。局域网的特点通信速率高：达Mbit/s通信质量高：误码率在10-7—10-12支持多种传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤、无线介质成本低、安装、扩充及维护方便

通常属于某个部门、企业或单位所有

采用宽带局域网技术后，可实现高带宽的应用：语音、数据和视频局域网的功能资源共享

--硬件、软件资源相互通信：

--数据传送与电子邮件提高计算机系统的可靠性分布式计算

高性能计算环境

匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网环形网常见局域网拓朴结构静态划分信道频分复用时分复用波分复用码分复用动态媒体接入控制（多点接入）随机接入受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。媒体共享技术IEEE802标准Chapter5-2IEEE802标准的制订者IEEE802委员会通信介质分会：负责研究局域网中对应于ISO/OSI物理层的功能，包括局域网通信的物理传输特性、与数据链路层的接口信号访问控制分会：负责研究局域网中对应于ISO/OSI数据链路层的功能，主要涉及逻辑链路控制协议、介质访问控制协议及和网络层的接口高层接口分会：负责研究局域网中对应于ISO/OSI中网络层以上的高层的功能。IEEE802标准概述IEEE802为局域网制定了一系列标准，主要有：IEEE802.1:概述，局域网体系结构及寻址、网络管理和网络互连。IEEE802.2:定义了逻辑链路控制子层LLC的功能与服务。IEEE802.3:定义了CSMA/CD介质访问控制协议和相应物理层技术规范。IEEE802.4:Token-Bus介质访问控制方法和物理层技术规范。IEEE802.5:Token-Ring介质访问控制方法和物理层技术规范。IEEE802.6:城域网（MAN）的介质访问控制协议和物理层技术规范。IEEE802.7:宽带局域网的推荐实践。IEEE802.8:光纤局域网/城域网的推荐实践。IEEE802.9:综合服务局域网介质访问控制和物理层接口。IEEE802.10:可互操作局域网/城域网安全标准。IEEE802.11:无线网介质访问控制方法和物理层技术规范。IEEE802.12:需求优先访问控制方法和物理层技术规范。IEEE802.15:无线个人域网（WPAN）介质访问控制方法和物理层技术规范。IEEE802.16:宽带无线局域网标准。IEEE802标准是一个标准体系，包含一系列不同的标准或协议。随着局域网技术的发展，该体系中在不断地增加新的标准和协议。802.10安全与加密802.1局域网概述、体系结构、网络互连与网络管理802.2逻辑链路控制LLC802.3CSMA/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802.8FDDI802.11无线局域网数据链路层物理层802.3、802.4及802.5的比较

802.3

优点使用最为广泛；算法简单；站点可以在网络运行中安装；使用无源电缆；轻负载时，延迟为0。缺点使用模拟器件，每个站点在发送的同时要检测冲突；最短帧长64字节，对于短数据来讲开销太大；无优先级，发送是非确定性的，不适合于实时工作；电缆最长2500米（使用中继器）；速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变（2），效率降低；重负载时，冲突严重。

802.4

优点：发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；使用宽带电缆，支持多信道；重负载时，吞吐量和效率较高。缺点：使用大量的模拟装置；协议复杂；轻负载时，延迟大；很难用光纤实现。

802.5

优点：使用点到点连接，完全数字化；使用线路中心，自动检测和消除电缆故障；支持优先级，允许短帧，但受令牌持有时间限制，不允许任意长的帧；重负载时，吞吐量和效率较高。缺点：中央监控；轻负载时，延迟大。局域网的体系结构OSI参考模型传输媒体应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输媒体媒体访问控制子层逻辑链路控制子层IEEE802参考模型IEEE802标准范围高层协议服务访问点SAP物理层局域网模型的有关说明物理层：与OSI对应层类似，主要规定比特流的传输与接收，描述所使用的信号电平的编码及解码，规定网络的拓朴结构，传输介质及介质的传输速率等。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：LLC子层与MAC子层。媒体访问控制层（MAC,MediumAccessControl）逻辑链路控制层（LLC,LogicLinkControl）局域网物理层制定的标准规范主要有如下一些内容：局域网传输媒体。物理接口的机械特性、电气特性、性能特性和规程特性。传输信号的编码方案，局域网常用的编码方案有：曼彻斯特码、差分曼彻斯特码、非归零码、4B/5B码、8B/6T和8B/10B等。同步信号的产生与删除。拓扑结构1、物理层物理层的主要作用是确保二进制位信号的正确传输，包括位流的正确传送与正确接收。数据链路层的主要功能就是数据链路的管理(建立、撤销、标识)和链路复用。另外，数据链路层还具有差错校验功能，以发现数据发送过程中出现的误码。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。2数据链路层为什么数据链路层会有两个子层首先，从功能上看，数据链路层的任务是在点到点的物理线路上形成数据帧的通道。这个通道称为数据链路，它是一种逻辑链路。一般情况下，一条物理链路上可以存在多条逻辑链路。因此，逻辑链路的控制是数据链路层相对独立的一组功能。另外，数据链路层紧挨着物理层，它要直接与物理介质打交道，具体讲，就是向介质发送数据(存)和从介质接收数据(取)，因此数据链路层还存在一个介质存取问题。在LAN中各站共享网络公共信道，因此首先必须解决如何避免信道争用问题，即数据链路层必须有解决冲突的介质访问控制功能。又由于LAN采用的拓扑结构不同，传输介质各异，相应的介质访问控制方法也有多种。导致数据链路层存在与传输介质有关的和无关的两部分。所以可将LAN的数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制子层LLC和介质存取控制子层MAC。为什么数据链路层会有两个子层划分子层的原因保持与OSI模型的一致性解决OSI中的数据链路层不具备局域网所需的介质访问控制功能问题。使整个标准具有良好的可扩展性，以备将来接受新的介质与介质访问控制方法。数据链路层的两个子层

为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的逻辑链路控制层（LLC，LogicLinkControl）屏蔽MAC子层的具体实现，将其变成统一的LLC界面，从而向网络层提供一致的服务（面向连接的虚电路服务和无连接的数据报服务，数据帧的封装与拆卸，网络服务访问点）。媒体访问控制层（MAC，MediumAccessControl）处理局域网中各站点对通信介质的争用问题，不同类型的局域网使用不同的介质访问控制协议。局域网数据链路层的两个子层OSI/RM的数据链路层与局域网模型的LLC+MAC相当。（1）LLC层与传输媒体无关，对于各种不同类型的局域网都是适合的。LLC层的主要作用：为高层协议提供相应的接口，并进行差错和流量控制。（2）MAC层与传输媒体有关，它和网络的拓扑形式、传输媒体的类型有直接关系。MAC层的主要作用：媒体接入控制和对信道资源的分配；装/拆帧、CRC校验。用户数据用户数据LLC头MAC头MAC尾LLC头LLC层MAC层LLC帧和MAC帧的关系用户数据高层LLCPDUMAC帧MAC是数据链路层的下半部分，它直接与物理层相邻，是将传输媒体的带宽有效地分配给网上各站点用户的方法。MAC子层集中了与接入介质有关的部分，负责在物理层的基础上进行无差错通信，维护数据链路功能，并为LLC子层提供服务，支持CSMA/CD、Token-Bus、Token-Ring等介质访问控制方式。媒体访问控制子层MAC在传输时，将要传输的数据组装成帧，帧中包含有地址和差错检测等字段。在接收时，将收到的帧解包，进行地址识别和差错检测。管理和控制对于局域网传输媒体的访问。为高层协议提供相应的接口，即一个或多个服务访问点（SAP），并且进行流量和差错控制。媒体访问控制层MAC功能DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。IEEE的802.3标准。DIXEthernetV2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”。严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网以太网的两个标准

常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIXEthernetV2标准IEEE的802.3标准最常用的MAC帧是以太网V2的格式。MAC帧的格式

MAC帧格式

由于采用不同的MAC协议，各MAC帧的确切定义不尽相同。但是所有的MAC帧的格式都大致类似。包括18个字节的帧头和帧尾在内的最大帧长为1518个字节。从帧结构可以看出，MAC层协议在LLC层PDU的外面，加上帧头和帧尾，组装成完整的MAC帧，然后经物理层传送出去。以太网MAC帧物理层MAC层1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报MAC帧以太网的MAC帧格式

MAC帧物理层MAC层IP层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1010101010101010101010101010101011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域共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MAC帧格式

帧同步序列，其格式为连续7个字节的“10101010”二进制序列，它的作用是使接收节点的接收电路在正式开始接收帧之前达到稳定的同步状态，但它不作为帧的有效成份。MAC帧格式

表示一个有效帧的开始，其格式为“10101011”二进制序列，它也不作为帧的有效成份。MAC帧物理层MAC层IP层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帧格式目的地址字段6字节MAC帧物理层MAC层IP层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字节在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。802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。但鉴于大家都早已习惯了将这种48位的“名字”称为“地址”，所以也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。MAC层的硬件地址

IEEE的注册管理机构RA

负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位24位)。地址字段中的后三个字节(即低位24位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。一个地址块可以生成224个不同的地址。这种48位地址称为MAC-48，它的通用名称是EUI-48。“MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。48位的MAC地址MAC地址的结构图占1比特，称为单个或组地址标志(IndividualorGroupaddressflag)。它指明该MAC地址是单个的地址(0)，还是组地址。当I/G=1时，MAC地址的其余47比特用于编码组地址，此时U/L、OUI和OUA字段不存在。MAC地址的结构图占1比特，称为通用或局部管理标志(UniversalorLocaladministrationflag)。它指明该MAC地址是全局唯一的(U/L=0)，还是局部唯一的(U/L=1)。由非网络接口设备厂商生产的设备，其U/L=1，此类设备一般专用于局部网络。MAC地址的结构图占22比特，称为组织唯一标识(OrganizationallyUniqueIdentifier)。它指明具有该MAC地址的设备是由哪个供应商生产的。OUI由IEEE分配给厂商，一个厂商可以得到1个或几个OUI。MAC地址的结构图占24比特，称为组织唯一地址(OrganizationallyUniqueAddress)。它是厂商给自己生产的接口设备分配的编号。同一厂商设备的OUA两两不同。因此任意两个MAC地址都不相同。单个通用MAC地址：该MAC地址的I/G=0且U/L=0，它全局唯一地寻址一个接口设备。当局域网数据帧只能发给一个接口设备时(此方式称为单播)，该帧的目的地址必须使用这种MAC地址。这种地址又称单播地址。广播MAC地址：48比特全为1的MAC地址称为广播MAC地址。当局域网帧要发给网上所有接口设备时，该帧的目的地址必须使用这种地址。它可以看成是一种特殊的组地址。

MAC地址被分成三类组播MAC地址：I/G=1，但其余47位不全为1的组地址。当局域网帧发给网上多个接口设备时，就要在该帧的目的地址字段中填入代表这些设备的组地址。

MAC地址被分成三类由于MAC地址是协议参考模型第二层协议(MAC协议)使用的地址，它用于寻址网络接口，而且被固化在网络接口的物理硬件中，不能被重新设置，因此它又经常被称为第二层地址、物理地址或硬件地址。局域网硬件在识别MAC地址时，实际上只关心它是单播地址还是组地址，而不去处理U/L、OUI或OUA字段。说明适配器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.单播(unicast)帧（一对一）广播(broadcast)帧（一对全体）多播(multicast)帧（一对多）“发往本站的帧”包括以下三种帧：如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。适配器检查MAC地址

MAC帧格式

DA，SA表示分别目的节点和源节点（发送节点）地址，可以选择16位或48位地址长度，但这两个地址长度必须保持一致。DA可以是单地址、多播地址或广播地址；而SA必须是单地址。在选用48位地址时，可用特征位来指示该地址是作为局部地址，还是作为全局地址。MAC帧物理层MAC层IP层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帧格式

以字节为单位来表示PDU数据的实际长度。MAC帧物理层MAC层IP层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帧格式

MAC帧要求有最小帧长限制，最小帧长为64个字节，其中包括18个字节固定长度的帧头（帧头为DA、SA、FL和FCS等4个字段，共18个字节）在内。如果实际的PDU数据长度小于46个字节，必须在PAD字段上填充若干字节的0，使PDU和PAD字段的总长度不小于46个字节；否则，接收节点会把超短帧作为“帧碎片”滤掉，不予接收。MAC帧格式

表示要传送的LLC层数据，LLC层数据应是一个字节序列，最大数据长度为1500个字节。MAC帧物理层MAC层IP层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。MAC帧格式

采用32位CRC校验，用规定的生成多项式去除数据信息，获得的余数作为校验序列填入FCS字段。数据字段的长度与长度字段的值不一致；帧的长度不是整数个字节；用收到的帧检验序列FCS查出有差错；数据字段的长度不在46~1500字节之间。有效的MAC帧长度为64~1518字节之间。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

帧间最小间隔为9.6s，相当于96bit的发送时间。一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6s才能再次发送数据。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

①MAC与LLC之间的接口。MAC层通过该接口向LLC层提供LLC帧的发送与接收服务。该接口定义了两个功能，即帧发送和帧接收。LLC层可以通过该接口使用MAC层设施来发送和接收LLC帧。②MAC与物理层之间的接口。物理层通过该接口向MAC层提供MAC帧的发送与接收服务。该接口定义了两个功能:位发送与位接收，以及三个状态变量:冲突检测、载波监听和发送正在进行中。MAC层通过该接口使用物理层设施，并根据物理层提供的介质状态，对介质访问实施相应的控制。MAC层定义了两个与相邻层的接口LLC是数据链路层的一个功能子层。LLC协议是根据局域网的特点，对HDLC通信规程进行了适当的简化和重定义而制定的。LLC子层集中了与介质接入无关的部分，并将网络层的服务访问点SAP设在LLC子层与高层的交界面上。LLC子层功能：数据帧的组装、拆卸、收发；差错控制、流量控制；为网络层提供服务。逻辑链路控制子层LLC在IEEE802局域网体系结构中，数据链路层功能由LLC和MAC两个子层实现，LLC帧必须封装在MAC帧中进行传输，而不能单独地通过物理层传输。因此，LLC帧中没有用于帧同步的标志字段以及用于验证帧正确性的帧校验字段；这些字段由MAC协议添加在MAC帧中，而LLC帧被封装在MAC帧的信息字段中。MAC协议则与局域网类型有关。LLC协议与HDLC协议的区别LLC地址就是数据链路层的服务访问点。LLC地址实际上是主机中某个上层协议实体的地址。一个主机中可以同时有多个上层协议进程，因而就有多个服务访问点。1、LLC帧格式

DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

1、LLC帧DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

SAP提供了多个高层协议进程共同使用一个LLC层实体进行通信的机制。在一个网络节点上，一个LLC层实体可能同时为多个高层协议提供服务。为此，LLC协议定义了一种逻辑地址SAP及其编码机制，允许多个高层协议进程使用不同的SAP地址来共享一个LLC层实体进行通信，而不会发生冲突。SAP机制还允许高层协议进程同时使用多个SAP进行通信，但在某一时刻一个SAP只能由一个高层协议进程使用，一次通信结束并释放了SAP后，才能被其它高层协议进程使用。1、LLC帧DDDDDDDI/GSSSSSSSSC/RDSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

SSAP和DSAP地址字段分别定义了SSAP地址和DSAP地址，其中DSAP的最高位为地址类型标志（I/G）位，I/G=0表示DSAP地址是一个单地址，LLC帧由DSAP标识的惟一目的LLCSAP接收；I/G=1表示DSAP地址是一个组地址，LLC帧由DSAP标识的一组目的LLCSAP接收。SSAP的最高位为命令/响应标志（C/R）位，C/R=0表示LLC帧是命令帧；C/R=1表示LLC帧是响应帧。1、LLC帧DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

用于定义LLC帧类型。LLC定义了如下三种帧：信息帧（I帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（U帧），其含义与HDLC帧相同，但它根据局域网特点进行了调整和简化。LLC帧中的控制字段可以扩展为两个字节，扩展后的控制字段主要增加了N（S）和N（R）的长度，即由原来的3位增加到7位，序号的模数由原来的8增加到128。1、LLC帧N（S）0P/FN（R）SS1P/FN（R）00000MM1P/F1MMM信息帧监控帧无编号帧DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

1100*111无确认无连接的测试1、LLC帧DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

用于传送用户数据。信息字段长度为8的整数（M）倍，M上限取决于所采用的MAC协议。不确认无连接的服务，它是在无连接的数据链路上提供数据传输服务的，无需任何形式的确认，也无需流量和差错控制。因此不保证数据传输的正确性。数据传输模式可以是单播（点对点）方式、组播（点对多点）方式和广播（点对全体）方式。这是一种数据报服务，相当简单。面向连接方式的服务，这种服务类似于HDLC提供的服务，它是在面向连接的数据链路上提供数据传输服务的，因此它必须提供建立、使用、终止以及复位数据链路层连接所需的操作手段，并且还要提供数据链路层的定序、流控和错误恢复等功能。这是一种虚电路服务。2、LLC服务LLC协议通过不同的操作类型来标识这两种服务：2、LLC服务类型Ⅰ操作：采用不确认无连接的服务方式，使用无编号的信息（UI）帧实现数据传输。与类型Ⅰ操作有关的LLC帧有UI、XID和TEST。类型Ⅱ操作:采用面向连接的服务方式，在建立连接时使用SABME帧；在数据传输时使用有编号的信息（I）帧；在断开连接时使用DISC帧；在数据传输过程中使用RR、RNR和REJ帧实施定序、流控和错误恢复等功能。除了UI、XID和TEST三种帧外，其余的LLC帧都是在类型Ⅱ操作中使用的。LLC协议的实现可采用两种方法：只支持类型Ⅰ操作的LLC和同时支持两种类型操作的LLC，具体取决于网络产品开发商。在一般网络系统中，LLC协议只支持类型Ⅰ操作。面向连接的服务通常是由高层协议（如传输层协议）实现的。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子层看不见下面的局域网由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIXEthernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2标准）的作用已经不大了。很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。以后一般不考虑LLC子层

局域网介质访问控制Chapter5-3本节教学目标介质访问控制CSMA/CDToken最初的局域网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。B向

D发送数据CDAE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只有D接受B发送的数据局域网的广播方式发送

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。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。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。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。局域网的广播方式发送

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。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。这样做的理由是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。

为了通信的简便

以太网采取了两种重要的措施以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。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。如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以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。以太网提供的服务

局域网介质访问控制介质访问控制：在共享或广播网络中，当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。在局域网中，特意从数据链路层中分出介质访问控制子层，用以完成信道分配或介质访问控制功能。使网络有更高的工作效率和可靠性。

介质访问控制策略在介质访问控制技术中，最关键的是控制地点和控制方法。

1）在什么地方对媒体访问进行控制集中式控制、分布式控制

2）怎样对共享媒体进行控制访问同步机制：如FDM、TDM等。异步机制：如时间片轮转、预约、竞争等。介质访问控制的类型集中式：

有一个单独的集中控制器或一个具有控制整个网络的节点来管理网络的通信分布式：

无集中控制节点，各节点均处于平等地位。节点间的通信由各节点自身控制

CSMA/CD

令牌法时隙法（TimeSlot）1、访问控制方式缺点：如果控制点不能工作，则会导致整个网络瘫痪。由于所有访问要经过控制点的允许，可能会形成瓶颈，降低效率。（1）集中方式：指定某个控制器拥有控制网络访问的权利。优点：能提供除了对媒体访问外的其他更高级的功能，如优先级控制、可靠性等。每个站点的访问控制逻辑简单。避免进行分布合作可能带来的协调问题。（2）分布方式：由各个站点共同完成媒体访问控制功能，动态地确定站点的发送顺序。2、时间片轮转每个站点按照一定的时间顺序得到传输时间。如果站点利用这个机会发送，则对其发送时间或发送的数据总量有一定限制，超过这个限制的数据只能在下一轮中发送。

在一段时间内有多个节点要传输数据时，此方式是有效的。当要传输数据的节点较少时，时间开销就显得很大。

这种顺序控制可能是集中式的，也可能是分布式的。

3、预约式一般来说，这种技术把传输媒体的使用时间划分为一些时槽。一个节点要传输数据时，就可以预约一些时槽进行连续传输。

流式通信就是长时间连续传输，例如话音通信、遥测通信和长文件的传输等。适合于传输连续数据的情况。可以是集中式的，也可以是分布式的。4、竞争式这种技术并不对各个工作站点的发送权限进行控制，而是由各个工作站点自由竞争发送机会。对突发性的数据传输，竞争是最常用的机制。突发式通信就是短时间的少量传输，例如终端和主机之间的通信就是这样的。在低负荷时，性能不错。是分布式的。媒体访问控制技术CSMA/CD和它之前的ALOHA、CSMA技术都是随机访问和竞争发送协议。随机访问意味着对任何节点都无法预计其发送的时刻；竞争发送是指所有发送的节点自由竞争信道的使用权。ALOHA协议访问方式：不监听—随机重发，即“发送—冲突—再发送”分槽ALOHA各用户节点只能在下一时间片的起始时刻开始发送信息。信道利用率最多为37%信道利用率最多为18%CSMA

载波侦听多路访问（CSMA，CarrierSenseMultipleAccess）是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法，其控制手段称之为“载波侦听”。该协议的一般描述非常简单。如果一个站点有一个帧要发送，它遵循下面的规则：（1）侦听介质的活动。（2）如果没有活动，则立即传送，否则等待。CSMA按其算法的不同分为三种方式载波监听策略：非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲。

1-坚持CSMAp-坚持CSMA非坚持CSMA协议NonpersistentCSMA，欲传输的站点监听介质并遵循以下规则：1）介质空闲就传输，否则，转到第（2）步。2）介质忙，等待一段随机的重传延迟时间，重复第（1）步。优点：降低了冲突发生的概率；缺点：信道利用率降低；

1坚持CSMA协议欲传输的站点监听介质并遵循以下规则：1）介质空闲就传输，否则，转到第2）步。2）介质忙则继续监听，直到检测到信道空闲，然后立即传输。3）如果冲突，则等待一段随机的时间后重复第一步。优点：有利于抢占信道，减少信道空闲时间；缺点：冲突概率较大。

非坚持CSMA协议中的站点是尊重别人的，而1坚持方式是自私的。试图既能如非坚持算法那样减少冲突而又像1坚持算法那样减少空闲时间的一种折衷方案是P坚持协议。欲传输的站点监听并遵循以下规则：1、若介质空闲，以概率P传输，以概率（1－P）延迟一个时间单位，该时间单位通常等于最大传播延迟的两倍。2、若介质忙，继续监听直到信道空闲，并重复第1步。3、若传输延迟了一个时间单位，则重复第1步。P坚持CSMA协议用户就绪?信道忙?等到下一个时间槽发送帧等待一个时间槽信道忙?成功?等待一段随机时间NYY概率P概率1-PNNYY入口在信道忙时不会有其他主机打乱正在进行的发送。由于采用了信道侦听，因此在一定程度上减少了冲突发生的次数，从而提高了信道的利用率和整个网络的吞吐量。CSMA不能完全避免冲突的原因：当主机A认为信道空闲时，主机B也可能认为信道空闲，因此，两台主机差不多同时发送数据，导致冲突发生。CSMA能够做到载波监听多点接入/碰撞检测，CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。“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。载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD总线上并没有什么“载波”。因此，“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CDCSMA/CD工作原理先听后发：每个站在发送数据之前先检测总线上是否空闲。如果信道是空闲的，立即抢占总线发送信息。如果信道忙，则退避一段时间再尝试。边听边发：当一个节点将开始发送数据后，在传送的过程中发送者要边发送边监听(listenwhiletalking)。冲突停止：如果检测到的信息与发出的不一致，说明发生了冲突，则停止发送，并发送一串阻塞信号以加强冲突。随机延迟后重发：延迟一个随机时间片后再去侦听总线，延迟时间短的节点先抢占总线。发送者把从信道上收到的信号的特性，如电压值、脉冲宽度等，与发送的信号的特性作比较，如果一致，则认为无冲突，否则认为发生了冲突。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）。当一个站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。碰撞检测在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。检测到碰撞后当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。A向B发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到B。B若在A发送的信息到达B之前发送自己的帧(因为这时B的载波监听检测不到A所发送的信息)，则必然要在某个时间和A发送的帧发生碰撞。碰撞的结果是两个帧都变得无用。电磁波在总线上的

有限传播速率的影响1kmABt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

传播时延对载波监听的影响1kmABt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=ABABABt=0A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

使用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）。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。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。重要特性最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间2（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网的端到端往返时延2

称为争用期，或碰撞窗口。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。争用期确定发生冲突要花多少时间？传输周期：该时间内信道上有数据在传输。竞争周期：有数据要发送的主机在这段时间内侦听信道。空闲周期：该时间内信道上没有数据传输，也没有主机侦听信道。工作状态假设在t0时刻，A的第一个比特离开A开始向B传输，经过τ后到达B。如图所示，如果B在t0到t0+τ之间发送数据，就会导致冲突。讨论冲突在t0到t0+τ之间发生冲突检测时间冲突信号需要经过2ε到达A，此时A才能检测出冲突。从t0时刻起，要想避免与A发生冲突，其他主机至少要在t0+τ之后发送数据。而A最晚可能在t0+2τ时刻检测到冲突。显然，τ与A到B之间距离d和信号传输速度r有关，即τ=d/r而传输速度r又与信道有关。对于UTP电缆信道，电磁波在电缆中的传播速度r最大只有在自由空间的65%左右。因此，1km电缆的τ≈51.2×10-6s=51.2μs。结论显然，数据的发送时间与数据的长度L和比特率R有关(R又与数据编码方式有关)。数据帧的最小长度Lmin应该满足关系：2τ=Lmin/R即Lmin=2τR又由于τ=d/r所以Lmin=2dR/r其中d为网络共享链路的长度，常被称为网络直径，R是数据率，r是信号传输速率。结论（1）共享信道上的主机要在A发送数据后的τ时间后发送数据才可能避免冲突。（2）A发送数据的长度要大于2Τr，才能避免潜在的冲突。（3）从以上公式可以看出，为了避免冲突、提高信道的效率，应该在d、R、r之间做出合理的匹配。换句话说，当网络规模(d)不同时，使用的信道(r)和采用的编码方式(R)也要做相应的调整。结论二进制指数类型退避算法

(truncatedbinaryexponentialtype)发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。确定基本退避时间，一般是取为争用期2。定义重传次数k，k10，即

k=Min[重传次数,10]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。当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。

以太网取51.2s

为争用期的长度。对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。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。争用期的长度如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。以太网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。最短有效帧长

重要原则：帧必须足够长，使冲突能在帧传输完之前被检测到。当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：立即停止发送数据；再继续发送若干比特的人为干扰信号(jammingsignal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。

强化碰撞数据帧干扰信号TJ人为干扰信号

ABTBtB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。CSMA/CD帧发送过程流程图若干说明如何判断信道忙或空闲？

以差分Machester编码为例，若信道存在电平跳变，则判断为忙，否则判为空闲

如何检测冲突？比较法----将侦听信号与原始的发送信号进行比较以判断是否发生冲突编码违例判决法----分析侦听到的信号是否符合原始的编码规律，如差分Manchester编码规律

如何随机延迟？采用二进制指数后退算法：一般地，第n次冲突后的等待时间从0到2n-1中选取；达到10次后，随机等待的最大时隙固定在1023；16次冲突后，控制器不再动作，报告发送失败CSMA/CD的特点优点：每个节点都处于平等地位去竞争传输介质，实现的算法简单；网络维护方便，增删节点容易；负载较少时，要发送信息的节点可以“立即”获得对介质的访问权，执行发送操作，效率较高。缺点：不具有某些场合要求的优先权；负载重时，容易出现冲突，使传输效率和有效带宽大为降低，不确定的等待时间和延迟可能在过程控制应用中产生严重问题。令牌访问控制法在令牌环网中，令牌是一种特殊的控制帧，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种状态。令牌在网络中传送，只有获得令牌的节点才能启动帧的发送令牌法又称许可证法。令牌访问控制方法又可分为令牌环（tokenRing）访问控制和令牌总线（tokenbus）访问控制。令牌环访问控制法是令牌环网采用的媒体访问控制方法。令牌环网由IBM公司提出，拓扑结构是环型，遵循IEEE802.5标准。令牌环工作原理各站点通过站接口连接成物理环型拓朴，令牌在物理环中逐站单向传送，不存在路径选择问题。当一个站点想发送帧时，必须获得空闲令牌，并在启动数据帧的传送前将令牌帧中的忙/闲状态位置于“忙”。由于只存在一个令牌，所以任何时候，环中只能有一个节点发送数据，而其余站点只能允许接收帧。令牌环工作原理当数据帧沿途经过各站的环接口时，各站将该帧的目的地址与本站地址进行比较，若不相符，则转发该帧；若相符，则放入接收BUFFER以送入本站，并修改环上帧的接收状态位，修改后的帧在环上继续流动直到循环一周后回到发送站，由发送站将帧移去。若发送站数据发送完毕，则释放令牌。

令牌环访问控制令牌环中各站点的三种主要操作：1、截获令牌并且发送数据帧2、接受与转发数据3、取消数据帧并且重发令牌

在单令牌体制下，整个环路只有一个站工作在发送方式，其它所有的站只能处于监听方式而不能发送数据。截获令牌的站要负责在发送数据帧完毕后再将令牌恢复过来，发送数据帧的站要负责从环路上收回它所发送的数据帧。ACDB数据ACDB数据ACDB令牌ACDB令牌令牌的附加功能数据帧中的帧状态字节可为帧自动提供确认。提供优先级预定位：当站点要发送优先级为n的帧时，其必须等到捕获了优先级小于或等于n的令牌。当数据帧经过某站时，该站可通过将为其想发送的帧的优先级写入数据帧中的预订位的方法为其的待发帧预订下一个令牌。但若预订位已被具有更高优先级的站点所预订，则该站放弃预订。在当前帧传完后，可产生一个具有预订优先级的新令牌。令牌总线访问控制（4）故障管理：由令牌持有者发现故障并管理故障恢复过程，可能有各种偶然因素影响这种管理过程。维护包括下面一些功能：（2）加入环：环中的站在得到令牌后必须提供一个新站加入逻辑环的机会。（1）环初始化：当一个或多个站在一段持续时间（即令牌循环一周的时间）内，没有检测到网络活动，就可断定令牌已丢失，这种情况可能发生在网络初始上电或者持有令牌的站失效时。（3）离开环：一个站要离开环必须等收到令牌后，向它的前导站发送set_successor帧（这种帧中含有它的后继站的地址），然后照常把令牌向后继站传送。两种介质访问控制方式的比较

CSMA/CDToken随机MAC控制确定MAC控制协议简单，易于实现（有VLSI来实现CSMA/CD算法）

协议复杂，需维护环（初始化、新结点的加入、结点的删除、环恢复等）

不适合实时通信，无优先级

适合实时通信，支持优先级，支持非任意长度的短帧

适合于低负载环境，重负荷时，冲突增加，传输延迟增大，吞吐率下降

适合于重负荷环境，在重负荷时，有良好的延迟特性和吞吐率

802.3802.5

Homework复习本章内容两种介质访问控制方式的比较为令牌控制访问方法制作一个动画局域网的主要组网设备计算机：

服务器、客户机、工作站中继器(Reapter)和集线器（Hub)网桥(Bridge)交换机(Switch)

网络适配器网卡/NIC局域网组网的两种方式对等方式：主从方式（C/S模式）服务器主从式局域网中的核心控制部件。一般由高档的PC机或专用服务器组成。主从模式的局域网中至少有一台服务器，也可有多台服务器主要功能：

网络服务（文件服务、打印服务、邮件服务等）网络管理（共享资源管理、用户管理等）客户机/工作站客户机：

C/S模式下提出服务请求并接受服务的计算机，通常为PC机或专用工作站。工作站：对等网络环境下的所有计算机，它们地位平等，只能相互提供简单的共享。主机与OSI模型网络中的计算机统称为主机主机不属于OSI的某一特定层，而是被视为是一种涵盖了OSI所有七层的设备.网卡概述网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“网卡”。局域网中提供主机与通信介质相连的接口。其性能和质量直接影响网络的性能和网上所运行软件的效果

网卡与OSI模型网卡的功能包括了物理层与数据链路层，我们通常将其归入数据链路层设备。计算机通过适配器和局域网进行通信

硬件地址至局域网适配器（网卡）串行通信CPU和存储器生成发送的数据处理收到的数据把帧发送到局域网从局域网接收帧计算机IP地址并行通信网卡的主要功能帧的封装与拆卸，实现以太网协议。

发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。链路管理,介质访问控制主要是CSMA/CD协议的实现。对数据进行缓存实现数据的发送与接收数据缓冲区越大越好，一般为2-64KB编码与解码

曼彻斯特或差分曼彻斯特编码

进行串行/并行转换。网卡的分类按照网络技术不同可分为：按照传输速度不同可分为：按照总线类型可分为：按照所支持的传输介质可分为：按照网卡的使用对象可分为：网卡NIC的组成帧的装配与拆卸数据缓冲MAC子层协议控制电路编码与解码电路收发电路内部总线BNC/RJ-45AUI1、网卡的结构和功能

网卡(networkinterfacecard,NIC)网卡地址每一块网卡在出厂时均获得一个唯一的地址，称为网卡地址网卡地址有许多别名：

物理地址/硬件地址/MAC地址MAC地址的长度为48位的二进制数，或12位的十六进制数前24比特代表厂商标识，后24比特为产品的序列号。中继器/集线器中继器：用于当网络段传输超出网络拓朴结构/网络传输介质决定的最大传输距离时，起中继、放大及整形作用，将其按原方向重新发送。在物理上对网络进行扩展。集线器：多端口中继器，起集中器作用。两者均为物理层网络设备。HubAPDUPPDUFrameBitsPacketSPDUSegment集线器的一些特点

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样运行。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CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。具有三个接口的集线器

集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线中继器的5-4-3-2-1规则5个网络段4个中继器(或集线器)3个网段有主机2个网段为连接网段1个冲突域.5-4-3的含义（1）“5”是指网段的最大个数；（2）“4”是指连接网段的中继器的最大个数；（3）“3”是指只有3个网段上有主机。5-4-3规则的示意图如图所示。以太网互联的5-4-3规则共享网络环境与冲突共享网络环境是指网络上的所有的设备通过一条公用的信道来传输数据，又称广播网络。当同一时刻这些设备中的多个节点试图发送数据时，就会发生冲突。冲突会使其所涉及的各节点的数据传输发生失败。通常将可能发生冲突的所有设备和与之相关的共享介质称为一个冲突域。中继器作为物理层的网络互连设备，不具备任何流量过滤功能，所以采用中继器互连的网络将会是一个更大的冲突域。集线器作为多端口中继器，也会扩大冲突域的规模。任何以中继器或集线器互连而成的网络段处于同一个冲突域中，对各个主机而言，冲突的几率进一步增加Question＆Answer除介质访问控制机制外，是否有其他解决冲突的方法？不是所有的网络互连设备均具有隔离冲突的作用网络互连设备物理上扩展网络逻辑上划分冲突域

网络分段使用智能网络互连设备可以减少冲突域的大小(增加冲突域的个数)智能网络互连设备包括：网桥/交换机(第二层设备)路由器(第三层设备)网桥与OSI模型网桥基于第二层地址进行工作，所以被归于数据链路层设备网桥（Bridges）网桥（Bridge）也叫桥接器，是在数据链路层实现两个或两个以上LAN互连的一种存储转发设备。用以连接两个不同的局域网网段

-----网络互连功能（物理上扩展），它能将一个较大的LAN分割为多个网段，或将两个以上的LAN互连成一个逻辑LAN，使LAN上的所有用户都可访问服务器。网桥（Bridges）网桥的扩展网络范围功能类似于中继器，但它还能提供智能化连接服务。它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。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。1.网桥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①②③网段B网段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口网桥网桥④⑤⑥网桥功能物理上扩展网络:将多个不同的网段互连数据过滤：当网桥收到一个MAC帧时，它检查该帧的源地址和目的地址，如果目的站点和源站点是在同一个网络上，则不对其进行转发，从而正确地完成了对网络地隔离。逻辑上划分网络：物理网络内部通信的相互隔离数据推进：如果目的站点和源站点不在同一个网络上，则根据该站点所保持的路由表选择正确的网络来进行“转发”。帧格式转换：将一种帧格式转换为另一种帧格式网桥的工作示意图A001CD201B56LAN1/PORT120017D201B96LAN1/PORT179E17D2019B6LAN2/PORT2LAN1LAN2port1port2以网桥互连的两个网段属于两个不同的冲突域网桥带来的好处

过滤通信量。扩大了物理范围。提高了可靠性。可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。网桥带来的缺点存储转发增加了时延。在MAC子层并没有流量控制功能。具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。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。用户层IPMAC站1用户层IPMAC站2物理层网桥1网桥2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨用户数据IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T①⑨②⑧③④⑥⑦⑤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网桥和集线器（或转发器）不同集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。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。透明网桥目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparentbridge)。“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。透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。网桥应当按照以下算法

处理收到的帧和建立转发表

(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)。网桥应当按照以下算法

处理收到的帧和建立转发表

(5)向网桥除x以外的所有端口转发此帧（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)。网桥在转发表中登记以下三个信息

站地址：登记收到的帧的源MAC地址。端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。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。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将帧转发到目的地址A。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1AFF2④F1③不停地兜圈子①②A发出的帧⑤网桥1转发的帧⑥网桥2转发的帧网络资源白白消耗了支撑树的得出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惟一的序号)和它所知道的其他所有在网上的网桥。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。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。源路由网桥透明网桥容易安装但网络资源的利用不充分。源路由(sourceroute)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。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。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。交换机与OSI模型交换机与网桥一样，基于第二层地址进行工作，所以也被归于数据链路层设备。交换机（Switch)交换机由网桥发展而来，与网桥类似，属于数据链路层上的网络互连设备，基于第二层地址进行流量的过滤。多端口的网桥，在其内部配备大容量的交换式背板实现高速数据交换。将网桥的第二层过滤功能与集线器所具有的集中功能集成到了一起。所有端点都要通过交换机连接起来，交换机为端点提供存储转发和路由选择功能，使端点间能沿着指定的路径传输数据，而不是像共享式网络那样把数据广播到每个节点。SwitchAPDUPPDUFrameBitsPacketSPDUSegment交换机工作示意图LAN1LAN2LAN3LAN4A001CD201B56LAN1/PORT120017D201B96LAN2/PORT2…………79E17D2019B6LAN4/PORT12洪泛（flood）交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。以太网交换机的特点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。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。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。独占传输媒体的带宽

对于普通10Mb/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(10Mb/s)的N分之一。使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是10Mb/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N10Mb/s。这正是交换机的最大优点。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100Mb/s100Mb/s100Mb/s万维网服务器电子邮件服务器以太网交换机路由器交换机的每个端口都连接了一个网络分段（冲突域）交换机的每个端口都关连了一个冲突域交换机的转发方式1、直接交换模式快速转发交换（fast-forwardswitching）：收到目的地址就查找相应输出端口，迅速把帧转发出去。无碎片交换（fragment-freeswitching）：只转发帧长度大于64B的帧，任何长度小于64B的帧会被立即丢弃。2、存储转发技术：是将需要发送的信息帧存储起来，直到完全接收后再进行CRC检验，确认正确后再取出帧头的目的地址，通过查找交换表发送至目的端口。交换机的3种帧转发模式712/62/6246-15004字节FCSPASALENSFDDALLCPDUPad快速转发，具有最小的延时，不提供帧的错误检测。无碎片交换低延时，可过滤碎片帧存贮转发高延时，可过滤所有错误帧交换机与集线器的比较不同点集线器为物理层设备，只关注原始比特流的传送，不具备流量过滤功能。会增加冲突。交换机为数据链路层设备，基于MAC地址在不同网段间进行流量过滤。能隔离冲突。集线器提供共享带宽，交换机提供专用带宽

e.g.24口/100M集线器，每个端口带宽100/24M24口/100M交换机，每个端口带宽100M相同点：

均具有集中器功能基于硬件地址实现网桥与交换机的比较不同点网桥基于软件实现，交换机基于硬件实现，所以速度更快交换机比网桥拥有更多的端口和更高的带宽--多端口网桥交换机具有VLAN功能相同点：

OSI第二层的网络互连设备基于硬件地址的流量过滤功能主机1向主机2发送一个数据包，尽管两者在同一网段，但网络中的集线器会不加选择地向所有端口转发流量，从而引发广播风暴。集线器不具过滤功能21红色的箭头表示所有的主机都有收到了集线器转发的数据，但只有主机2才会给予回应网桥具有流量过滤功能21假定主机1仍向主机器2发送数据包，则只在与其在同一网段中的设备能看到该数据包，但不可能通过网桥到达其他网段。交换机同样具有流量过滤功能121位于同一网段的主机1到主机2的数据流量将不会通过交换机到达其他网段交换机作为多端口网桥的交换机可以取代多个网桥的作用，且具有更高的带宽以太网系列Chapter5-5当前应用最广泛的局域网是以太网家族。以太网系列技术是目前局域网组网首选的网络技术。“以太网”是英文ethernet翻译过来的。以太是物理学名词，