《计算机局域网络》PPT课件.ppt

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1、第第4章章 计算机局域网络计算机局域网络本章内容局域网的特点及关键技术局域网的体系结构共享信道的介质访问控制方法以太网（Ethernet）*高速局域网*无线局域网（WLAN）4.1 局域网局域网（LAN）概述概述hubhubhubhubhubhubSwitchSwitchServerServerfarmfarmstationstationstationsstationsstationsstations1.特点特点覆盖范围小覆盖范围小房间、建筑物、园区范围房间、建筑物、园区范围距离距离25km高传输速率高传输速率10Mb/s1000Mb/s低误码率低误码率10-8 10-11拓扑：总线、星形、环

2、形拓扑：总线、星形、环形介质：介质：UTP、Fiber、COAX私有性：自建、自管、自用私有性：自建、自管、自用2.局域网的局域网的关键技术关键技术拓扑结构（逻辑、物理）拓扑结构（逻辑、物理）总线型总线型、星形星形、环形、树形、环形、树形介质访问方法介质访问方法CSMA/CD、Token-passing信号传输形式信号传输形式基带基带、宽带、宽带以上三种技术决定了局域网的特征以上三种技术决定了局域网的特征LAN典型拓扑结构典型拓扑结构n总线型总线型:所有结点都直接连接到共享信道所有结点都直接连接到共享信道n星型星型:所有结点都连接到中央结点所有结点都连接到中央结点n环型环型:节点通过点到点链路

3、与相邻节点连接节点通过点到点链路与相邻节点连接BusStarRingABCADCBABCAT3.局域网体系结构局域网体系结构局域网的标准：局域网的标准：IEEE802（ISO8802）IEEE802是一个标准系列：是一个标准系列：其体系结构只包含了两个层次：其体系结构只包含了两个层次：数据链路层，物理层数据链路层，物理层数据链路层又分为逻辑链路控制逻辑链路控制和介质访问控制介质访问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 IEEE 802物理层物理层PHY由由TCP/IP和和NOS实现实现IEEE

4、802描述了最低两层的功能以及它们为网络层提供的服务和接口IEEE802标准系列中的主要标准标准系列中的主要标准802.2-逻辑链路控制逻辑链路控制802.3-CSMA/CD（以太网）以太网）802.4-Token Bus（令牌总线）令牌总线）802.5-Token Ring（令牌环）令牌环）802.6-分布队列双总线分布队列双总线DQDB-MAN标准标准802.8 FDDI（光纤分布数据接口）光纤分布数据接口）802.11 WLAN（无线局域网）无线局域网）IEEE802体系结构示意图体系结构示意图数据链路层在不同的子标准中定义分别对应于LLC子层和MAC子层 802.3CSMA/CD802

5、.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB802.8FDDI802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1D Bridge8 0 2 体体系系结结构构PHY网际互联网际互联局域网的物理层局域网的物理层功能：功能：位流的传输；位流的传输；同步前序的产生与识别；同步前序的产生与识别；信号编码和译码。信号编码和译码。IEEE802定义了多种物理层，以适应不同的网络介定义了多种物理层，以适应不同的网络介质和不同的介质访问控制方法。质和不同的介质访问控制方法。两个接口：两个接口：连接单元接口（连接单元接口（AUI）可选，仅用于粗同轴电缆可选，仅用于

6、粗同轴电缆介质相关接口（介质相关接口（MDI）屏蔽不同介质的特性，使之不影响屏蔽不同介质的特性，使之不影响MAC子层的操作子层的操作局域网的数据链路层局域网的数据链路层按功能划分为两个子层：按功能划分为两个子层：LLC和和MAC功能分解的目的：功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，以适应不同的传输介质。分开，以适应不同的传输介质。解决共享信道解决共享信道(如总线如总线)的介质访问控制问题，使的介质访问控制问题，使帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。LLC：与介质、拓扑无关；与介质

7、、拓扑无关；MAC：与介质、拓扑相关。与介质、拓扑相关。LLC子层功能：子层功能：建立建立/释放逻辑连接释放逻辑连接成帧成帧/拆帧拆帧差错控制差错控制帧序号处理帧序号处理提供某些网络层功能提供某些网络层功能MAC子层功能：子层功能：成帧成帧/拆帧拆帧实现、维护实现、维护MAC协议协议差错检测差错检测寻址寻址对不同的对不同的LAN标准，它们的标准，它们的LLC子层都是一样的，区别仅子层都是一样的，区别仅在在MAC子层（和物理层）。子层（和物理层）。PALLC的帧结构的帧结构DSAPSSAP控制域控制域数据数据 111/2长度可变长度可变 单位：字节单位：字节高层高层PDU LLC首部首部 LLC

8、数据数据MAC数据数据IEEE802 LAN的封装过程的封装过程：LLC帧帧MAC帧帧分组分组介质上传介质上传输的帧输的帧MAC首部首部MAC尾部尾部MAC尾部尾部MAC数据数据MAC首部首部局域网的网络层和高层局域网的网络层和高层IEEE 802标准没有定义网络层和更高层标准没有定义网络层和更高层：没有路由选择功能没有路由选择功能局域网拓扑结构比较简单，一般不需中间转接局域网拓扑结构比较简单，一般不需中间转接流量控制、寻址、排序、差错控制等功能由数据流量控制、寻址、排序、差错控制等功能由数据链路层完成链路层完成网络层和更高层通常由协议软件（如网络层和更高层通常由协议软件（如TCP/IP协议、

9、协议、IPX/SPX协议）和网络操作系统来实协议）和网络操作系统来实现。现。4.2 介质访问控制方法介质访问控制方法局域网使用广播信道（多点访问，随机访问），多局域网使用广播信道（多点访问，随机访问），多个站点共享同一信道。问题：个站点共享同一信道。问题：各站点如何访问共享信道？各站点如何访问共享信道？如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？解决以上问题的方法称为解决以上问题的方法称为介质访问控制方法介质访问控制方法。两类介质共享技术：两类介质共享技术：静态分配（静态分配（FDM、WDM、TDM、CDM）不适用于局域网不适用于局域网动态分配（随机接入、受

10、控接入）动态分配（随机接入、受控接入）CSMA/CD、Token-Passing信道共享技术分类信道共享技术分类信道共享技术信道共享技术TDMFDMATDMSTDM随机访问随机访问受控访问受控访问CSMACSMA/CD集中控制集中控制分散控制分散控制轮询轮询令牌令牌静态分配静态分配动态分配动态分配以太网以太网令牌环网令牌环网WDMCDM局域网中的介质访问控制方法局域网中的介质访问控制方法常见的有两种：常见的有两种：载波检测多路访问载波检测多路访问/冲突检测（冲突检测（CSMA/CD）Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 采用采用随机访问技

11、术随机访问技术的的竞争型竞争型介质访问控制方法介质访问控制方法令牌传递（令牌传递（Token Passing）Token RingToken BusFDDI采用采用受控访问技术受控访问技术的的分散控制型分散控制型介质访问控制方法介质访问控制方法1.CSMA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：发送前先检测一下其它站点是否正在发最简单的思路：发送前先检测一下其它站点是否正在发送（即信道忙否）。送（即信道忙否）。不坚持的不坚持的CSMA空闲则发送，忙则等待随机时间等待时不监听若有多个站点都在等待发送，必然冲突！1-坚持的坚持的CSMA空闲则发送，忙则等待等待

12、时继续监听p-坚持的坚持的CSMA空闲则以p的概率发送，以1-p的概率延迟一个时间单位等待时继续监听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！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用于以太网用于以太网工作原理：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，则立。若监听到冲突，则立即停止发送数据，然

13、后发送一串干扰信号（即停止发送数据，然后发送一串干扰信号（Jam）；）；发送发送Jam信号的目的是强化冲突，以便使所有的站点都能检信号的目的是强化冲突，以便使所有的站点都能检测到发生了冲突。测到发生了冲突。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。归结为四句话：归结为四句话：发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。CSMA/CD操作的流程图操作的流程图媒体忙？媒体忙？发送帧发送帧碰撞？碰撞？发送完？发送完？发送发送JamJamN16?N16?YesYesNoNoNoNoYesYes发送成功发送成功

14、YesYes发送失败发送失败NoNo延迟随机时间延迟随机时间NoNoYesYes发送发送碰撞次数碰撞次数N+1N+1站点1站点2距离L传播时延t tCSMA/CD协议的时间槽协议的时间槽时间槽时间槽能够检测到冲突的时间区间能够检测到冲突的时间区间（也称为（也称为争用时隙争用时隙或或碰撞窗口碰撞窗口）若两站点之间传播时延为若两站点之间传播时延为a，则时间槽则时间槽2a。如如下图下图所示：所示：站点2发送帧碰撞站点1在t0时发送帧站点2停止发送当0时，将不会再发生冲突。这时，时间槽2a。时间槽的意义：时间槽的意义：一个站点开始发送后，若在时间槽内没有检测到冲突，一个站点开始发送后，若在时间槽内没有

15、检测到冲突，则本次发送不会再发生冲突；则本次发送不会再发生冲突；时间槽与网络跨距、传输速率、最小帧长有密切的关系！时间槽与网络跨距、传输速率、最小帧长有密切的关系！s传输速率传输速率10Mb/s时，一个时间槽内可发送时，一个时间槽内可发送512bits，即即64字节（所以也称一个时间槽长度为字节（所以也称一个时间槽长度为64字节）字节）。由此可知：由此可知：1.冲突只可能在一帧的前冲突只可能在一帧的前64字节内发生；字节内发生；2.帧长度小于帧长度小于64字节时，将无法检测出冲突；字节时，将无法检测出冲突；以太网规定，最小帧长度为以太网规定，最小帧长度为64字节字节3.长度小于长度小于64字节

16、的帧（碎片帧）都是无效帧。字节的帧（碎片帧）都是无效帧。与时间槽相关的几个网络参数与时间槽相关的几个网络参数采用采用CSMA/CD的局域网中，由于时间槽的限的局域网中，由于时间槽的限制，制，传输速率传输速率R、网络跨距网络跨距S、最小帧长最小帧长Fmin三三者之间必须满足一定的关系：者之间必须满足一定的关系：FminkSR k:系数系数可以看出可以看出：最小帧长度不变时，传输率越高，网络跨距就越小；最小帧长度不变时，传输率越高，网络跨距就越小；传输率固定时，网络跨距越大，最小帧长度就应该越大；传输率固定时，网络跨距越大，最小帧长度就应该越大；网络跨距固定时，传输率越高，最小帧长度就应该越大。网

17、络跨距固定时，传输率越高，最小帧长度就应该越大。非常重要的结论！非常重要的结论！CSMA/CD采用了采用了截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法算法如下：算法如下：1.令基本退避时间令基本退避时间T=2a（即时间槽长度）；即时间槽长度）；2.k=min（重传次数，重传次数，16）；）；3.r=在在 0,1,(2k-1)中随机取一个数；中随机取一个数；4.退避时间退避时间=rT。限定最大重传次数限定最大重传次数16，若发送，若发送16次仍不成次仍不成功，则发送失败。功，则发送失败。退避时间的确定（退避算法）退避时间的确定（退避算法）CSMA/CD的优缺点的优缺点控制简单，易于实现；控制简单

18、，易于实现；网络负载轻时，有较好的性能：网络负载轻时，有较好的性能：延迟时间短、速度快延迟时间短、速度快网络负载重时，性能急遽下降：网络负载重时，性能急遽下降：冲突数量的增长使网络速度大幅度下降冲突数量的增长使网络速度大幅度下降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令牌环网主要用于令牌环网 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）的特殊帧来控制的。的

19、特殊帧来控制的。只有持只有持有令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能有令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待等待；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。的操作举例AT=0T=0T（c）帧循环一圈后帧循环一圈后,A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并

20、放出空令牌AT=0T=0TData（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）AT=1T=1A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TDataCTDataCTDataC令牌环网的实际结构星型环路ABCDE集线器集线器4.3 传统以太网传统以太网以太网的产生与发展以太网的产生与发展70年代中期由施乐公司（年代中期由施乐公司（Bob Metcalfe）Mb/s，称为称为Ethernet（以太网）以太网）最初人们认为电磁波是通过最初人们认为电磁波是通过“以太以太”来传播的来传播的经经D

21、EC,Intel和和Xerox公司改进为公司改进为10Mb/s标准（标准（DIX标准）标准）DIX V1DIX V1（19801980）、）、）、）、DIX V2DIX V2（19821982）Ethernet IIEthernet II特征：基带传输、总线拓扑、特征：基带传输、总线拓扑、CSMA/CD、同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆 19851985年被采纳为年被采纳为年被采纳为年被采纳为，支持多种传输媒体。支持多种传输媒体。“带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范”Ethernet II和二者区别很小和二者区别很小仅是帧格式和

22、支持的传输介质略有不同仅是帧格式和支持的传输介质略有不同目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展 一种在以前被假定为电一种在以前被假定为电磁波的传播介质，具有磁波的传播介质，具有绝对连续性、高度弹性、绝对连续性、高度弹性、极其稀薄等特性。极其稀薄等特性。IEEE 802.3 以太网标准（主要的）以太网标准（主要的）传统以太网：传统以太网：10Mb/s802.3 粗粗同同轴电缆轴电缆a 细细同同轴电缆轴电缆i 双绞线双绞线j 光纤光纤快速以太网（快速以太网（FE）：）：100Mb/s802.3u 双绞线，光纤双绞线，光纤千兆以太网（千兆以太网（GE）：）：1000

23、Mb/s（1Gb/s）802.3z 屏蔽短双绞线、光纤屏蔽短双绞线、光纤ab 双绞线双绞线万兆以太网（万兆以太网（10GE）：）：10Gb/s802.3ae 光纤光纤传统以太网传统以太网10Base5 粗同轴粗同轴10Base2 细同轴细同轴10Base-T UTP 10Base-F MMF快速以太网和千兆以太网快速以太网和千兆以太网100Base-T UTP100Base-F MMF/SMF1000Base-X STP/MMF/SMF1000Base-T UTP以太网的物理层选项与标识方法以太网的物理层选项与标识方法速率、信号方式、介质类型速率、信号方式、介质类型速率（速率（Mb/s）基带或

24、宽带基带或宽带Base，Broad每段最大长度（单位每段最大长度（单位:百米）或百米）或介质类型（介质类型（T，F，X）10 Base 5传统以太网的四种物理层选项的特征见教材传统以太网的四种物理层选项的特征见教材p109，操作操作任何站点发送数据时都要遵循任何站点发送数据时都要遵循CSMA/CD协议；协议；每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据（广播信道）；每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据（广播信道）；只有地址与帧的目的地址相同的站点才接收数据；只有地址与帧的目的地址相同的站点才接收数据；目的站点将复制该帧，其他站点则忽略该帧。目的站点将复制该帧，其他站点则忽略该帧。ABCAC

25、 发送帧，目的地址为发送帧，目的地址为A ABCA 复制该帧复制该帧A信号由终端电阻吸收信号由终端电阻吸收ABC C 发现网络空闲发现网络空闲终端电阻终端电阻ABCB 忽略该帧忽略该帧A帧格式帧格式PR：前导码前导码-10101010序列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步SFD：帧首定界符帧首定界符 10101011，表示一帧的开始，表示一帧的开始DA/SA：目的目的/源源MAC地址地址LEN：数据长度（数据部分的字节数），取值范围：数据长度（数据部分的字节数），取值范围：0-1500Type：类型，高层协议标识类型，高层协议标识LLC-PDU（Data）：）：数据，最少

26、数据，最少46字节字节,最多最多1500字节，不够时以字节，不够时以Pad填充填充 Pad：填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于64字节字节FCS：帧校验序列（帧校验序列（CRC-32）6 6 2 46-1500 4字节字节 FCSSATypeDADataPadEthernetIEEE 802.3 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节字节FCSSALENDALLC-PDUPad 校验区间校验区间64-1518 字节字节PR SFD 7 1PRSFD 7 1用途：保证帧长64字节MAC地址地址又称为又称为物理地址物理地址，是网络站点的全球唯一的

27、标识符。，是网络站点的全球唯一的标识符。MAC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,如网卡如网卡。网络站点的每一个网络接口都有一个网络站点的每一个网络接口都有一个MAC地址。地址。一个站点允许有多个一个站点允许有多个MAC地址，地址，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。注意：注意：MAC地址是在数据链路层进行处理，而不是在地址是在数据链路层进行处理，而不是在物理层。物理层。标准规定：标准规定：MAC地址的长度为地址的长度为6个字节个字节，共，共48位；位；可表示可表示246 70万亿个地址（有万亿个地址（有

28、2位用于特殊用途）位用于特殊用途）高高24位称为机构惟一标识符位称为机构惟一标识符OUI，由由IEEE统一分配统一分配给设备生产厂商；给设备生产厂商；如如3COM公司的公司的OUI=02608C低低24位称为扩展标识符位称为扩展标识符EI，由厂商自行分配给每一由厂商自行分配给每一块网卡或设备的网络硬件接口。块网卡或设备的网络硬件接口。也可以是也可以是2 2个字节，个字节，但这种格式的地址但这种格式的地址很少使用。很少使用。I/GOUI（22位）位）G/LEI（24位）位）0=全局管理地址全局管理地址1=本地管理地址（一般不用）本地管理地址（一般不用）0=单播地址单播地址1=组播地址组播地址MA

29、C地址的三种类型：地址的三种类型：单播地址单播地址：（I/G0）拥有单播地址的帧将发送给网络中惟一一个由单播地址指定的站点。点对点传输点对点传输多播地址多播地址：（I/G1）拥有多播地址的帧将发送给网络中由组播地址指定的一组站点。点对多点传输点对多点传输广播地址广播地址：（全1地址，FF-FF-FF-FF-FF-FF）拥有广播地址的帧将发送给网络中所有的站点。广播传输广播传输注意，以上分类只适用于注意，以上分类只适用于目的地址目的地址。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

30、/接收接收,冲突检测冲突检测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

31、络最多5个段个段 终端匹配器终端匹配器 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）双绞线的连接标准双绞线的连接标准在以太网的标准中，10Mbps与100Mbps双绞线系统采用相同的线序：1

32、、2两根线为一对，3、6两根线为另一对。色标色标 Pin#Signal白橙白橙 1 TD+橙橙 2 TD-白绿白绿 3 RD+蓝蓝 4 不用不用白蓝白蓝 5 不用不用绿绿 6 RD-白棕白棕 7 不用不用棕棕 8 不用不用1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8当两个HUB连接时，要使用交叉连接交叉连接方法。两台微机直接连接时，也可参考此接法。光纤以太网光纤以太网 使用光纤介质；使用光纤介质；m多模光纤，收发各一根多模光纤，收发各一根 星形拓扑结构；星形拓扑结构；通常用于远距离网络连接；通常用于远距离网络连接；主要类型：主要类型：FOIRL（光纤中继器间链路）光纤中继器间链

33、路）用于连接两个用于连接两个HUB（或中继器）或中继器）链路间最大距离链路间最大距离1 km 10Base-FL（用以替代用以替代FOIRL）链路间最大距离链路间最大距离2 km 任意两节点间的中继器数任意两节点间的中继器数6个个 光纤与其他介质可使用介质转换器进行转换光纤与其他介质可使用介质转换器进行转换介质转换器是可连接不同介质的中继器介质转换器是可连接不同介质的中继器全双工以太网全双工以太网只能在双绞线和光纤链路上实现；收、发使用了不同的物理信道不再使用CSMA/CD机制，因此传输距离不受时间槽的限制；但要受到信号衰减的影响全双工操作的条件：使用双绞线或光纤；链路两端的设备都必须支持全双

34、工操作；支持全双工的设备包括全双工网卡、网络交换机。4.4 局域网扩展局域网扩展 什么情况下需要扩展？网络范围扩大更多的站点加入网络多个独立的局域网进行互联如何扩展？主要在三个层次上物理层数据链路层网络层在物理层上进行局域网扩展设备：总线网：中继器星形/环形网：集线器特点：一个网段网段上的信号信号不加选择地被复制复制到另一个网段网段；扩展后的网络仍是一个冲突域冲突域。优缺点：简单、成本低网络规模不能太大站点数量：冲突随站点数量的增多而变得越来越严重地域范围：时间槽的限制只能互联相同类型的网络 例：从分离的部门网络到统一的企业网络例：从分离的部门网络到统一的企业网络集线器人力资源部集线器市场部集

35、线器技术开发部集线器财务部在数据链路层上进行局域网扩展设备：网桥、交换机特点：一个网段网段上的帧帧有条件地被转发转发到另一个网段网段；扩展后的网络被网桥/交换机隔离成多个冲突域冲突域；扩展后的网络仍是一个广播域广播域。在链路层上扩展局域网在链路层上扩展局域网网桥网桥/交换机交换机独立的冲突域独立的冲突域网段网段1HUB网段网段2HUB广播域广播域优缺点：冲突被限制在小范围内，甚至可被消除；地域范围不再受时间槽的限制；远程网桥可将局域网的范围扩展到几十公里以上转发速度有所降低；不能隔离广播帧。在网络层上进行局域网扩展设备：路由器特点：一个网络网络上的分组分组有条件地被转发转发到另一个网络网络；扩

36、展后的网络被路由器分隔成多个子网子网。优缺点：隔离广播域，限制了广播帧的泛滥；地域范围可以任意扩展；能根据最佳路由转发分组；可以互联不同类型的网络；转发速度低，成本较高，维护复杂。财务部集线器技术开发部集线器市场部集线器人力资源部集线器在网络层上扩展局域网在网络层上扩展局域网技术开发部路由器集线器财务部路由器集线器市场部路由器集线器路由器人力资源部集线器企业网企业网/广域网广域网4.5 高速局域网高速局域网10Mb/s满足应用要求吗？从10Mb/s向100Mb/s、1000Mb/s迁移起因：对主干带宽的需求80年代末开始，直到今天仍未停止主要产品FDDI快速以太网快速以太网100VG-AnyL

37、AN千兆以太网千兆以太网、万兆以太网万兆以太网最终胜利者是谁？关键：兼容(保护投资)、灵活、简易、技术成熟1.快速以太网（快速以太网（Fast Ethernet，FE）传输速率为传输速率为100Mb/s的以太网，的以太网，比比传统以太网传统以太网快快10倍倍标准为IEEE802.3u，100Base-T帧结构和介质访问控制方式沿用标准。拓扑结构为基于集线器的星形结构；传输介质只支持双绞线双绞线和光纤光纤；提供了提供了10/100Mb/s自适应功能；自适应功能；定义了定义了4种不同的物理层标准（种不同的物理层标准（p128）100Base-TX：使用两对5类双绞线100Base-FX：使用m多模

38、光纤100Base-T4：使用四对3类双绞线100Base-T2：使用两对3类双绞线100Base-TX的拓扑结构的拓扑结构max.5mHUBHUB任意两个站点任意两个站点间最多允许间最多允许3个个链路段链路段工作站工作站工作站工作站max.100m快速以太网的应用快速以太网的应用主干连接主干连接需要高带宽的服务器和高性能工作站需要高带宽的服务器和高性能工作站网络服务器、图形工作站、工程工作站、网管工作站向桌面系统普及向桌面系统普及10Mb/s10M HUB企业网企业网100Mb/s100M HUB100Mb/s服务器100Mb/s小型机100Mb/s100M HUB2.千兆位以太网和万兆位以

39、太网千兆位以太网和万兆位以太网千兆位以太网，千兆位以太网，1000Mb/s，（Gigabit Ethernet，GE）技术进步的必然新的应用网络分布计算、计算机视频、网络存储快速以太网的迅速普及要求主干有更高的带宽两个主要标准正式公布1000Base-SX，MMF/550m1000Base-LX，SMF/5000m1000Base-CX，屏蔽短铜缆/25m正式公布1000Base-T，UTP/100m千兆以太网的物理层技术千兆以太网的物理层技术1000Base-X 信号编码与解码信号编码与解码1000Base-T信号编码与解码信号编码与解码1000Base-CX短铜缆收发器短铜缆收发器1000

40、Base-LX1300nm长波光纤收发器长波光纤收发器1000Base-SX850nm短波光纤收发器短波光纤收发器1000Base-TUTP收发器收发器25米2对短屏蔽铜缆5000米9m单模光纤550/220米50/62.5 m多模光纤100米4对5类UTPMAC子层（全双工/半双工）更高层千兆位介质无关接口（GMII）千兆位以太网特征千兆位以太网特征 全双工或半双工沿用10Mb/s传统以太网帧格式半双工仍使用CSMS/CD协议兼容10Base-T和100Base-T节点能力的自动协商节点能力的自动协商速率提高到速率提高到1000Mb/s时的时的网络跨距网络跨距问题：问题：为保持兼容，半双工时

41、的最小帧长度仍规定为64字节，导致网络跨距缩短为不足20米，实用价值大大降低！解决方法：解决方法：1.将时间槽扩展为512字节（是以前的8倍），帧间隔96ns；2.“载波扩展”技术：帧长不足512字节时，在其后填充特殊的符号至512字节；（是否完美？是否完美？）“帧突发帧突发”技术：允许站点连续发送多个短帧技术：允许站点连续发送多个短帧解决短帧较多时网络传输效率低的问题短帧较多时将使网络传输效率大大降低。极端情况下，只有正常时的12%。使用“帧突发”技术后，效率可提高到72%，达到快速以太网的95。链路两端的节点必须各自向对方通告自己的能力（速度、物理层类型、半/全双工）并自动选择合适的工作模

42、式。千兆以太网的拓扑结构千兆以太网的拓扑结构在半双工方式时，网络跨距减小很多：任意两个站点间最多只能有一个中继器（p139图4.42）在全双工方式时，网络跨距仅与介质和收发器的特性有关：站点间允许有多台千兆设备，可以构造较大范围的网络（p140）千兆位交换机千兆位交换机千兆位交换机千兆位交换机千兆位路由器千兆位路由器千兆以太网的应用千兆以太网的应用交换机到交换机的连接或园区网之间的主干连接，例如两个校区之间的链路（P141图4.44）；将网络交换机之间的10/100M链路用1000M链路代替，可以显著地提高网络的整体性能。具有高带宽需求的服务器集群或某些高性能工作站与网络主干之间的连接（P14

43、1图4.45）；通过网络服务器中配置的千兆以太网卡，可以建立与交换机之间的1000M连接，极大地提高了服务器的传输带宽。企业网络或园区网络的主干（P142图4.46）；千兆位以太网交换机能同时支持多台100Mbit/s交换机、路由器、集线器和服务器等设备。同时，以千兆位以太网交换机为核心的主干网络能支撑更多的网段，每个网段有更多的节点及更高的带宽。多机系统主机之间的互联。万兆位以太网万兆位以太网万兆位以太网的特征万兆位以太网的特征传输速率为10Gb/s；保留了802.3的帧格式、最大帧长度和最小帧长度，（64B，1518B）；不再使用CSMA/CD协议；只能工作在全双工方式；只使用光纤（多模或

44、单模）作为传输介质；支持两种类型的物理层：10Gbit/s局域网物理层和10Gbit/s广域网物理层：多个万兆位以太网可以通过SONET/SDH网络实现广域连接，使用单模光纤时端到端的传输距离可达上百公里。标准：标准：IEEE 802.3ae，2002年年公布公布局域网物理层：10GBase-X和10GBase-R，MMF:300m，SMF:几十km；广域网物理层：10GBase-W，SMF:几百km以上。速度提高到速度提高到10Gb/s所遇到的问题：所遇到的问题：不采用特殊措施，网络跨距将只有2米；若使用“载波扩展”（帧长至少4096字节），短帧的传输效率将降低到1.5；同时使用“帧突发”，

45、最大效率也只能达到30；“载波扩展”的额外开销使吞吐率下降，冲突概率增大。解决方法：解决方法：前提：保持与现有以太网的兼容、低功耗和低成本抛弃CSMA/CD，只工作在全双工方式；只使用光纤介质。万兆位以太网的应用万兆位以太网的应用主要是作为大型网络的主干网连接，目前尚不支持与端用户的直接连接。3.FDDI（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

46、百几百km）。）。FDDI的的拓扑结构拓扑结构集中器集中器集中器集中器服务器服务器主环次环FDDIDASSASSAS:双连站双连站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在能够自动重新配置，使网络流量绕过主环中的故障点从备份环中通过。FDDI的优缺点主要优点：令牌传递协议消除了数据冲突；双环结构提供了优秀的容错能力；内建的网络管理能力；令牌传递协议能保证预知的、确定的时延；在现有的100Mbit/s的网络技术中，其网络覆盖范围最大，适用于大型LAN和MAN。主要缺点：协议比较复杂；安装和管理相对困难；价格昂贵，与快速以太网和千兆以太网相比，性能价格比低；与广泛使用的以太网之间进行互联比较困难。目前正逐渐被快速以太网和千兆以太网所替代。本章小结本章小结局域网的体系结构：物理层和数据链路层(及两个子层)局域网的特点以及局域网具有的技术特征。介质访问控制方法：CSMA/CD、Token Passing以太网的工作原理，MAC地址。局域网的扩展：在不同层次上实现的优缺点？高速局域网技术：快速以太网、千兆/万兆以太网。速度提升需要解决哪些问题？如何解决？作 业P1631、2、5、6，9，10，11，15