计算机通信与网络CH04局域网与广域网.ppt

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1、计算机通信与网络Computer Telecommunications&Networks南京邮电大学计算机学院“计算机通信与网络”国家精品课程组第第4 4章章 局域网与广域网局域网与广域网n n局域网概述局域网概述n n以太网技术以太网技术n n以太网的以太网的MAC层层n n以太网的连接方法以太网的连接方法n n局域网的扩展局域网的扩展n n高速以太网高速以太网n n虚拟局域网虚拟局域网n n无线局域网无线局域网n n广域网广域网内容纲要内容纲要内容纲要内容纲要n n局域网概述局域网概述n n以太网技术以太网技术n n以太网的以太网的MAC层层n n以太网的连接方法以太网的连接方法n n局域

2、网的扩展局域网的扩展n n高速以太网高速以太网n n虚拟局域网虚拟局域网n n无线局域网无线局域网n n广域网广域网4.1局域网概述局域网概述1、局域网的定义、局域网的定义局域网局域网是指将分散在一个局部地理范围是指将分散在一个局部地理范围(如一栋大楼等如一栋大楼等)的多台计算机通过传输媒的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络。体连接起来的通信网络。4.1局域网概述局域网概述2、局域网的特点、局域网的特点网络覆盖的区域相对较小，通常传输距离在网络覆盖的区域相对较小，通常传输距离在网络覆盖的区域相对较小，通常传输距离在网络覆盖的区域相对较小，通常传输距离在0.1km0.1km 25km25k

3、m。传输速率高，局域网的传输速率一般为传输速率高，局域网的传输速率一般为传输速率高，局域网的传输速率一般为传输速率高，局域网的传输速率一般为1 1Mbit/sMbit/s 100Mbit/s100Mbit/s。目前，目前，目前，目前，1010Mbit/sMbit/s，100100Mbit/sMbit/s，10001000Mbit/sMbit/s的以太网得到了广泛的应用，正在推出的以太网得到了广泛的应用，正在推出的以太网得到了广泛的应用，正在推出的以太网得到了广泛的应用，正在推出1010Gbit/sGbit/s的以太网。的以太网。的以太网。的以太网。误误误误码码码码率率率率低低低低，局局局局域域

4、域域网网网网的的的的误误误误码码码码率率率率一一一一般般般般在在在在1010-8-8 1010-11-11范范范范围围围围内内内内，传输质量高。传输质量高。传输质量高。传输质量高。局域网具有专用性质。局域网具有专用性质。局域网具有专用性质。局域网具有专用性质。局域网大多采用广播方式传输数据，一个站发出数据，局域网大多采用广播方式传输数据，一个站发出数据，局域网大多采用广播方式传输数据，一个站发出数据，局域网大多采用广播方式传输数据，一个站发出数据，其它所有站都能接收到。因此，局域网不需要考虑路其它所有站都能接收到。因此，局域网不需要考虑路其它所有站都能接收到。因此，局域网不需要考虑路其它所有站

5、都能接收到。因此，局域网不需要考虑路由选择问题。由选择问题。由选择问题。由选择问题。4.1局域网概述局域网概述3、局域网的四个技术特性、局域网的四个技术特性传输媒体传输媒体，指用于连接网络设备的介质类指用于连接网络设备的介质类型，常用的有双绞线、同轴电缆、光纤，型，常用的有双绞线、同轴电缆、光纤，以及微波、红外线和激光等无线传输媒体。以及微波、红外线和激光等无线传输媒体。传输技术传输技术，指借助传输媒体进行数据通信，指借助传输媒体进行数据通信的技术，常用的有基带传输和宽带传输两的技术，常用的有基带传输和宽带传输两种。种。网络拓扑网络拓扑，物理结构和形状，物理结构和形状媒体访问控制方法媒体访问控

6、制方法，指多台计算机对传输，指多台计算机对传输媒体的访问控制方法媒体的访问控制方法4.1局域网概述局域网概述4、局域网的传输媒体、局域网的传输媒体局域网的传输媒体包括有线媒体和无线媒局域网的传输媒体包括有线媒体和无线媒体两类。体两类。有线传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤。有线传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤。无线传输媒体有微波、红外线和激光等。无线传输媒体有微波、红外线和激光等。4.1局域网概述局域网概述5、局域网的传输技术、局域网的传输技术利用传输媒体进行数据传输的技术，可以利用传输媒体进行数据传输的技术，可以分为基带传输和宽带传输两种。分为基带传输和宽带传输两种。n n基带传输基带传输基带

7、传输基带传输，即不经过调制，直接将数字信号，即不经过调制，直接将数字信号，即不经过调制，直接将数字信号，即不经过调制，直接将数字信号波形加载到传输媒体上进行传输。数字信号波形加载到传输媒体上进行传输。数字信号波形加载到传输媒体上进行传输。数字信号波形加载到传输媒体上进行传输。数字信号通常采用经过曼彻斯特或差分曼彻斯特编码通常采用经过曼彻斯特或差分曼彻斯特编码通常采用经过曼彻斯特或差分曼彻斯特编码通常采用经过曼彻斯特或差分曼彻斯特编码的信号。的信号。的信号。的信号。n n宽带传输宽带传输宽带传输宽带传输，即将待传输的数字信号波形调制，即将待传输的数字信号波形调制，即将待传输的数字信号波形调制，即

8、将待传输的数字信号波形调制到合适的中心频率上，宽带传输可以支持信到合适的中心频率上，宽带传输可以支持信到合适的中心频率上，宽带传输可以支持信到合适的中心频率上，宽带传输可以支持信道的频分复用和信号的多路传输。道的频分复用和信号的多路传输。道的频分复用和信号的多路传输。道的频分复用和信号的多路传输。n n局域网中通常采用局域网中通常采用局域网中通常采用局域网中通常采用基带传输基带传输基带传输基带传输技术。技术。技术。技术。4.1局域网概述局域网概述6、局域网典型的拓扑结构、局域网典型的拓扑结构星（星（星（星（StarStar）型型型型n n局域网所有站点的通信都通过中心站点进行局域网所有站点的通

9、信都通过中心站点进行局域网所有站点的通信都通过中心站点进行局域网所有站点的通信都通过中心站点进行环（环（环（环（RingRing）型型型型n n控制简便，结构对称性好，传输速率高。如：控制简便，结构对称性好，传输速率高。如：控制简便，结构对称性好，传输速率高。如：控制简便，结构对称性好，传输速率高。如：IBMIBM令牌环网令牌环网令牌环网令牌环网总线（总线（总线（总线（BusBus）型型型型n n采用广播式多路访问方法，结构简单，可靠性高，采用广播式多路访问方法，结构简单，可靠性高，采用广播式多路访问方法，结构简单，可靠性高，采用广播式多路访问方法，结构简单，可靠性高，扩展性好。如：采用集线器

10、扩展性好。如：采用集线器扩展性好。如：采用集线器扩展性好。如：采用集线器(HUB)(HUB)组网组网组网组网树（树（树（树（TreeTree）型型型型n n分层结构，扩展性好，寻址方便分层结构，扩展性好，寻址方便分层结构，扩展性好，寻址方便分层结构，扩展性好，寻址方便4.1局域网概述局域网概述各种拓扑结构各种拓扑结构匹配电阻匹配电阻交换机交换机干线耦合器干线耦合器总线网总线网星形网星形网树形网树形网 环形网环形网交换机交换机交换机交换机交换机交换机4.1局域网概述局域网概述7、局域网的媒体访问控制技术、局域网的媒体访问控制技术为了协调多个站点对共享的传输媒体资源为了协调多个站点对共享的传输媒体

11、资源的使用，即规定局域网中的站点什么时的使用，即规定局域网中的站点什么时间能向网络中发送数据的问题。有三类间能向网络中发送数据的问题。有三类媒体访问控制方法媒体访问控制方法。基于信道划分的媒体访问控制基于信道划分的媒体访问控制基于随机访问的媒体访问控制基于随机访问的媒体访问控制基于轮询的媒体访问控制基于轮询的媒体访问控制8、IEEE802局域网标准局域网标准4.1局域网概述局域网概述近年来出现的系列标准近年来出现的系列标准近年来出现的系列标准近年来出现的系列标准 802.3ac802.3ac802.3ac802.3ac：虚拟局域网虚拟局域网虚拟局域网虚拟局域网VLANVLANVLANVLAN（

12、1998199819981998）。）。）。）。802.3ab802.3ab802.3ab802.3ab：1000Base-T1000Base-T1000Base-T1000Base-T物理层参数和规范（物理层参数和规范（物理层参数和规范（物理层参数和规范（1999199919991999）。）。）。）。802.3ad802.3ad802.3ad802.3ad：多重链接分段的聚合协议（多重链接分段的聚合协议（多重链接分段的聚合协议（多重链接分段的聚合协议（2000200020002000）。）。）。）。802.3u802.3u802.3u802.3u：100Mbit/s100Mbit/s100

13、Mbit/s100Mbit/s快速以太网。快速以太网。快速以太网。快速以太网。802.1Q:802.1Q:802.1Q:802.1Q:虚拟桥接以太网虚拟桥接以太网虚拟桥接以太网虚拟桥接以太网(1998)(1998)(1998)(1998)。802.14802.14802.14802.14：利用：利用：利用：利用CATVCATVCATVCATV宽带通信标准（宽带通信标准（宽带通信标准（宽带通信标准（1998199819981998）。）。）。）。802.15802.15802.15802.15：无线个人网：无线个人网：无线个人网：无线个人网 （WPAN:Wireless Personal Are

14、a NetworkWPAN:Wireless Personal Area NetworkWPAN:Wireless Personal Area NetworkWPAN:Wireless Personal Area Network）。）。）。）。802.16802.16802.16802.16：宽带无线访问标准。宽带无线访问标准。宽带无线访问标准。宽带无线访问标准。4.1局域网概述局域网概述n n局域网概述局域网概述n n以太网技术以太网技术n n以太网的以太网的MAC层层n n以太网的连接方法以太网的连接方法n n局域网的扩展局域网的扩展n n高速以太网高速以太网n n虚拟局域网虚拟局域网n

15、n无线局域网无线局域网n n广域网广域网内容纲要内容纲要4.2以太网技术以太网技术1、以太网概述、以太网概述以以太太网网是是以以CSMA/CD方方式式工工作作的的一一种种总总线式局域网线式局域网IEEE802委委员员会会在在局局域域网网的的数数据据链链路路层层定定义义了了两两个个子子层层，即即逻逻辑辑链链路路控控制制LLC(LogicalLinkControl)子子层层和和媒媒体体接接入入控控制制MAC(MediumAccesscontrol)子层子层局局 域域 网网网络层网络层物理层物理层站点站点 1网络层网络层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制媒体接入控制MACM

16、AC数据数据链路层链路层站点站点 2LLC LLC 子层看不见子层看不见子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网下面的局域网下面的局域网4.2以太网技术以太网技术1、以太网概述、以太网概述4.2以太网技术以太网技术n nEthernet，1973年由年由Xerox公司的公司的Metcalfe提出。提出。n n1980年，年，DEC、Intel和和Xerox联手推出联手推出DIXEthernet1.0标准，标准，DIXEthernet2.0标准与标准与IEEE802.3标准只有很小的区别标准只有很小的区别(帧格式帧格式中两个字节的定义有区别中两个字节的定义有区别)。n n严格说来，严格说来，

17、“以太网以太网”应当是指符合应当是指符合DIXEthernet2.0标准的局域网。标准的局域网。4.2以太网技术以太网技术以太网工作原理以太网工作原理采采用用了了第第三三章章所所介介绍绍的的载载波波监监听听多多路路访访问问/冲冲突突检检测测(CSMA/CD)的的方方法法进进行行信道访问控制。信道访问控制。参参数数数数值值争用期时隙争用期时隙(Slottime)51.2us帧间隔帧间隔(InterFrameGap)9.6us尝试次数尝试次数(AttemptLimit)16退避限制数退避限制数(BackoffLimit)10阻塞信号阻塞信号(JamSize)32bits最大帧长最大帧长(MaxFr

18、ameSize)1518bytes最小帧长最小帧长(MinFrameSize)64bytes地址长度地址长度(AddressSize)6bytesCSMA/CD方式的主要参数方式的主要参数以太网的系列标准（规范）以太网的系列标准（规范）传统以太网标准传统以太网标准n n10 Base-5 1983 10Mbps 500m AUI 10 Base-5 1983 10Mbps 500m AUI 10 Base-5 1983 10Mbps 500m AUI 10 Base-5 1983 10Mbps 500m AUI 粗缆以太网粗缆以太网粗缆以太网粗缆以太网n n10 Base-2 1988 10M

19、bps 185m BNC10 Base-2 1988 10Mbps 185m BNC10 Base-2 1988 10Mbps 185m BNC10 Base-2 1988 10Mbps 185m BNC细缆以太网细缆以太网细缆以太网细缆以太网n n10 Base-T 1990 10Mbps 100m RJ4510 Base-T 1990 10Mbps 100m RJ4510 Base-T 1990 10Mbps 100m RJ4510 Base-T 1990 10Mbps 100m RJ45双绞线以太网双绞线以太网双绞线以太网双绞线以太网n nBASE BASE BASE BASE 表示表示

20、表示表示基带传输基带传输基带传输基带传输4.2以太网技术以太网技术4.3以太网的以太网的MAC层层1、MAC地址地址2、MAC帧格式帧格式3、CSMA/CD的工作过程的工作过程4、以太网的信道利用率、以太网的信道利用率内容纲要内容纲要n n局域网概述局域网概述n n以太网技术以太网技术n n以太网的以太网的MAC层层n n以太网的连接方法以太网的连接方法n n局域网的扩展局域网的扩展n n高速以太网高速以太网n n虚拟局域网虚拟局域网n n无线局域网无线局域网n n广域网广域网1、MAC地址地址n n在在局局域域网网中中，硬硬件件地地址址又又称称为为物物理理地地址址，或或MAC地址地址。n n

21、802 标标准准所所说说的的“地地址址”严严格格地地讲讲应应当当是是每一个站的每一个站的“名字名字”或标识符。或标识符。n n但但鉴鉴于于大大家家都都早早已已习习惯惯了了将将这这种种48bit的的“名名字字”称称为为“地地址址”，所所以以本本书书也也采采用用这种习惯用法，这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格尽管这种说法并不太严格。4.3以太网的以太网的MAC层层第第1最高位最高位最先发送最先发送最低位最低位最高位最高位最低位最低位最后发送最后发送001101010111101100010010000000000000000000000001最低位最低位最先发送最先发送最高位最高位最低位最低位最

22、高位最高位最后发送最后发送机构惟一标志符机构惟一标志符OUI扩展标志符扩展标志符高位高位在前在前低位低位在前在前十六进制表示的十六进制表示的EUI-48地址：地址：AC-DE-48-00-00-80二进制表示的二进制表示的EUI-48地址：地址：第第1字节字节第第6字节字节I/G比特比特I/G比特比特字节顺序字节顺序第第2第第3第第4第第5第第6第第1字节顺序字节顺序第第2第第3第第4第第5第第6101011001101111001001000000000000000000010000000802.5802.6802.3802.4802.5802.6路由器由于同时连接路由器由于同时连接到两个网

23、络上，因此到两个网络上，因此它有两块网卡和两个它有两块网卡和两个硬件地址。硬件地址。网卡上的硬件地址网卡上的硬件地址路由器路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F64.3以太网的以太网的MAC层层1、MAC地址地址n n网卡从网络上每收到一个网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先帧就首先用硬件检查用硬件检查MAC帧中的帧中的MAC地址地址.如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他

24、处理。如果是发往本站的帧则收下，然后进行其他处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。n n“发往本站的帧发往本站的帧”包括以下三种帧：包括以下三种帧：单播单播单播单播(unicastunicast)帧（一对一）帧（一对一）帧（一对一）帧（一对一）广播广播广播广播(broadcast)(broadcast)帧（一对全体）帧（一对全体）帧（一对全体）帧（一对全体）多播多播多播多播(multicast)(multicast)帧（一对多）帧（一对多）帧（一对多）帧（一对多）网卡检查网卡

25、检查 MAC MAC 地址地址4.3以太网的以太网的MAC层层1、MAC地址地址2、MAC帧格式帧格式n n常用的以太网常用的以太网MAC帧格式有两种标准帧格式有两种标准：DIXEthernetV2标准标准IEEE的的802.3标准标准n n最常用的最常用的MAC帧是帧是以太网以太网V2的格式的格式。两种不同的两种不同的 MACMAC 帧格式帧格式4.3以太网的以太网的MAC层层MAC帧帧字节字节6624IP层层物理层物理层目的地址目的地址源地址源地址长度长度/类型类型FCSMAC层层1010101010101010101010101010101011前同步码前同步码帧开始帧开始定界符定界符7

26、字节字节1字节字节8字节字节插入插入数数据据MAC子层子层IP层层LLC子层子层802.2LLC帧帧当当长度长度/类型字段类型字段表示长度时表示长度时802.3MAC帧帧以太网以太网V2MAC帧帧这种这种802.3+802.2帧已经较少使用帧已经较少使用目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数据据FCS6624字节字节461500431497111DSAP SSAP111控制控制数数据据字节字节DSAPSSAP控制控制IP数据报数据报IP数据报数据报MAC帧帧物理层物理层MAC层层1010101010101010101010101010101011前同步码前同步码帧开始帧开始定界符定界符7字节

27、字节1字节字节8字节字节插入插入IP层层以太网以太网V2MAC帧帧目的地址目的地址源地址源地址类型类型数数据据FCS6624字节字节461500IP数据报数据报 以太网以太网 V2 V2 的格式的格式4.3以太网的以太网的MAC层层2、MAC帧格式帧格式 以太网以太网 V2 V2 的格式的格式n目的地址目的地址字段字段6字节，字节，源地址源地址字段字段6字节字节n类类型型字字段段2字字节节：类类型型字字段段用用来来标标志志上上一一层层使使用用的的是是什什么么协协议议，以以便便把把收收到到的的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议帧的数据上交给上一层的这个协议n数数据据字字段段的的正正式式名名称称

28、是是MAC客客户户数数据据字字段段最最小小长长度度64字字节节 18字字节节的的首首部部和和尾尾部部=数据字段的最小长度（数据字段的最小长度（46字节字节）4.3以太网的以太网的MAC层层2、MAC帧格式帧格式n数数据据字字段段的的长长度度461500字字节节。当当数数据据字字段段的的长长度度小小于于46字字节节时时，应应在在数数据据字字段段的的后后面面加加入入整整数数字字节节的的填填充充字字段段，以以保保证证以太网的以太网的MAC帧长不小于帧长不小于64字节字节n n帧帧校校验验序序列列FCS4字字节节：当当传传输输媒媒体体的的误误码码率率为为1 10 8时时，MAC子子层层可可使使未未检检

29、测到的差错小于测到的差错小于1 10 14 以太网以太网 V2 V2 的格式的格式4.3以太网的以太网的MAC层层2、MAC帧格式帧格式n n为为了了达达到到比比特特同同步步，在在传传输输媒媒体体上上实实际际传传送的要比送的要比MAC帧还多帧还多8个字节个字节n n在在帧帧的的前前面面插插入入的的8字字节节中中的的第第一一个个字字段段共共7个个字字节节，是是前前同同步步码码，用用来来迅迅速速实实现现MAC帧帧的的比比特特同同步步。第第二二个个字字段段是是帧帧开开始定界符始定界符，表示后面信息就是，表示后面信息就是MAC帧。帧。以太网以太网 V2 V2 的格式的格式4.3以太网的以太网的MAC层

30、层2、MAC帧格式帧格式3 3、CSMA/CDCSMA/CD的工作过程的工作过程的工作过程的工作过程n nCSMA/CDCSMA/CD方式的发送方工作过程方式的发送方工作过程 ：n n(1)(1)当某个结点的当某个结点的LLCLLC协议实体希望发送数据时，将协议实体希望发送数据时，将LLCLLC帧传给下层的帧传给下层的MACMAC协议实体，协议实体，MACMAC协议实体将协议实体将LLCLLC帧封帧封装在用户数据字段，形成装在用户数据字段，形成MACMAC帧。帧。n n(2)(2)MACMAC协议实体监听传输媒体，检查是否有信号正在传协议实体监听传输媒体，检查是否有信号正在传输。输。n n(3

31、)(3)如果媒体上有信号在传输，则转如果媒体上有信号在传输，则转(2)(2)继续监听，否则，继续监听，否则，发送数据，同时对媒体继续监听。发送数据，同时对媒体继续监听。n n(4)(4)如果在发送数据过程中没有检测到冲突，则本次发送如果在发送数据过程中没有检测到冲突，则本次发送任务成功完成。否则，立即终止本次发送过程，并向媒体任务成功完成。否则，立即终止本次发送过程，并向媒体发送一个冲突加强的信号。以使其它结点都能感知到发生发送一个冲突加强的信号。以使其它结点都能感知到发生冲突，冲突，MACMAC协议实体计算发送失败的次数。协议实体计算发送失败的次数。n n(5)(5)如果在发送失败次数小于等

32、于某个阈值，根据失败次如果在发送失败次数小于等于某个阈值，根据失败次数执行二进制指数退避算法，计算得到某个退避时间值，数执行二进制指数退避算法，计算得到某个退避时间值，等待该退避时间，转等待该退避时间，转(2)(2)准备重新发送。否则，停止发送准备重新发送。否则，停止发送尝试，通知上层尝试，通知上层LLCLLC实体，报告可能出现网络故障。实体，报告可能出现网络故障。4.3以太网的以太网的MAC层层n nCSMA/CDCSMA/CD方式的接收方工作过程方式的接收方工作过程 ：n n(1)(1)局域网上的每个站点的局域网上的每个站点的MACMAC协议实体都监听传输媒体，协议实体都监听传输媒体，如果

33、有信号传输，则接收信息，得到如果有信号传输，则接收信息，得到MACMAC帧；其中，对帧；其中，对于因冲突造成的长度不足最小有效帧长的残帧，于因冲突造成的长度不足最小有效帧长的残帧，MACMAC实实体不予理会。体不予理会。n n(2)(2)MACMAC实体分析帧中的目的地址，如果目的地址为本站实体分析帧中的目的地址，如果目的地址为本站点地址，就复制接收该帧。否则，简单丢弃该帧。特别地，点地址，就复制接收该帧。否则，简单丢弃该帧。特别地，对于具有组播地址和广播地址的数据帧，将会有多个站点对于具有组播地址和广播地址的数据帧，将会有多个站点复制和接收该帧。复制和接收该帧。n n其中，其中，CSMA/C

34、DCSMA/CD方式在发生冲突时采用二进制指数退避方式在发生冲突时采用二进制指数退避算法算法。4.3以太网的以太网的MAC层层3 3、CSMA/CDCSMA/CD的工作过程的工作过程的工作过程的工作过程4、以太网的信道利用率、以太网的信道利用率n n采用采用采用采用CSMA/CDCSMA/CD作为媒体访问控制方法，无法避免冲突的作为媒体访问控制方法，无法避免冲突的作为媒体访问控制方法，无法避免冲突的作为媒体访问控制方法，无法避免冲突的发生。冲突必然造成本次发送过程失败，从而浪费网络总发生。冲突必然造成本次发送过程失败，从而浪费网络总发生。冲突必然造成本次发送过程失败，从而浪费网络总发生。冲突必

35、然造成本次发送过程失败，从而浪费网络总线信道资源，造成信道利用率的下降。线信道资源，造成信道利用率的下降。线信道资源，造成信道利用率的下降。线信道资源，造成信道利用率的下降。n n从统计平均的角度看，从统计平均的角度看，从统计平均的角度看，从统计平均的角度看，CSMA/CDCSMA/CD方式下信道利用率究竟方式下信道利用率究竟方式下信道利用率究竟方式下信道利用率究竟可以达到多高呢？可以达到多高呢？可以达到多高呢？可以达到多高呢？n n假设：争用期长度为假设：争用期长度为假设：争用期长度为假设：争用期长度为2 2 ，帧长为，帧长为，帧长为，帧长为L Lbitbit，数据发送速率为，数据发送速率为

36、，数据发送速率为，数据发送速率为Cbit/sCbit/s，帧间间隔为，帧间间隔为，帧间间隔为，帧间间隔为 ，即发送成功后要经过时间，即发送成功后要经过时间，即发送成功后要经过时间，即发送成功后要经过时间 使信道使信道使信道使信道转为空闲才发送下一帧。假设检测到冲突后并不发送冲突转为空闲才发送下一帧。假设检测到冲突后并不发送冲突转为空闲才发送下一帧。假设检测到冲突后并不发送冲突转为空闲才发送下一帧。假设检测到冲突后并不发送冲突加强信号。总线局域网上共有加强信号。总线局域网上共有加强信号。总线局域网上共有加强信号。总线局域网上共有N N个站，每个站发送帧的概个站，每个站发送帧的概个站，每个站发送帧

37、的概个站，每个站发送帧的概率都是率都是率都是率都是p p。帧发送时延为。帧发送时延为。帧发送时延为。帧发送时延为T T0=L/C(s)0=L/C(s)。争用期平均个数为。争用期平均个数为。争用期平均个数为。争用期平均个数为NcNc。4.3以太网的以太网的MAC层层n n一个帧从开始发送，然后经过若干次冲突检测和一个帧从开始发送，然后经过若干次冲突检测和重传，到最后发送成功的整个过程中信道占用时重传，到最后发送成功的整个过程中信道占用时间如图所示间如图所示：4.3以太网的以太网的MAC层层4、以太网的信道利用率以太网的信道利用率n n发送一帧所需的平均时间为发送一帧所需的平均时间为发送一帧所需的

38、平均时间为发送一帧所需的平均时间为TavTav，则，则，则，则n n(4-3)(4-3)n n一帧的发送时延为一帧的发送时延为一帧的发送时延为一帧的发送时延为T0T0，所以，所以，所以，所以CSMA/CDCSMA/CD方式下局域网平均方式下局域网平均方式下局域网平均方式下局域网平均信道利用率信道利用率信道利用率信道利用率(也称为归一化吞吐量也称为归一化吞吐量也称为归一化吞吐量也称为归一化吞吐量)为：为：为：为：n n(4-4)(4-4)n n令令令令PAPA为为为为N N个站中有一个站发送帧，而其它个站中有一个站发送帧，而其它个站中有一个站发送帧，而其它个站中有一个站发送帧，而其它(N-1)(

39、N-1)个站均不发个站均不发个站均不发个站均不发送帧，此时，没有冲突，发送数据成功。发送成功的概率送帧，此时，没有冲突，发送数据成功。发送成功的概率送帧，此时，没有冲突，发送数据成功。发送成功的概率送帧，此时，没有冲突，发送数据成功。发送成功的概率为为为为n n(4-5)(4-5)以太网的信道利用率n n在成功发送一帧之前，所经过的争用期个数是一个随机变在成功发送一帧之前，所经过的争用期个数是一个随机变在成功发送一帧之前，所经过的争用期个数是一个随机变在成功发送一帧之前，所经过的争用期个数是一个随机变量，其值为量，其值为量，其值为量，其值为0 0到某阈值之间的随机整数，我们可以求出其数到某阈值

40、之间的随机整数，我们可以求出其数到某阈值之间的随机整数，我们可以求出其数到某阈值之间的随机整数，我们可以求出其数学期望值。学期望值。学期望值。学期望值。n n争用期个数为争用期个数为争用期个数为争用期个数为i i的概率为：的概率为：的概率为：的概率为：n nPP争用期个数为争用期个数为争用期个数为争用期个数为i i=P=P前前前前(i i-1)-1)次发送失败次发送失败次发送失败次发送失败 且第且第且第且第i i次发送成功次发送成功次发送成功次发送成功 n n=(1=(1P P A A)i i-1-1P PA A(4-6)(4-6)n n为了简单起见，假定争用期个数没有限制。那么，可以计为了简

41、单起见，假定争用期个数没有限制。那么，可以计为了简单起见，假定争用期个数没有限制。那么，可以计为了简单起见，假定争用期个数没有限制。那么，可以计算出争用期个数的数学期望算出争用期个数的数学期望算出争用期个数的数学期望算出争用期个数的数学期望(平均个数平均个数平均个数平均个数)为为为为n n(4-(4-7)7)n n将式将式将式将式(4-7)(4-7)代入式代入式代入式代入式(4-4)(4-4)，可得，可得，可得，可得CSMA/CDCSMA/CD方式下局域网平均方式下局域网平均方式下局域网平均方式下局域网平均信道利用率为：信道利用率为：信道利用率为：信道利用率为：n n(4-8)(4-8)以太网

42、的信道利用率n n其中，其中，其中，其中，表示总线的端到端传播时延与帧的发表示总线的端到端传播时延与帧的发表示总线的端到端传播时延与帧的发表示总线的端到端传播时延与帧的发送时延的比值。送时延的比值。送时延的比值。送时延的比值。n n在总线式局域网中，端到端传播时延通常是确定的。在总线式局域网中，端到端传播时延通常是确定的。在总线式局域网中，端到端传播时延通常是确定的。在总线式局域网中，端到端传播时延通常是确定的。如果帧长越长，帧的发送时延如果帧长越长，帧的发送时延如果帧长越长，帧的发送时延如果帧长越长，帧的发送时延T T0 0就越大，就越大，就越大，就越大，a a值就越值就越值就越值就越小，由

43、式小，由式小，由式小，由式(5-8)(5-8)，局域网的平均信道利用率就越大。，局域网的平均信道利用率就越大。，局域网的平均信道利用率就越大。，局域网的平均信道利用率就越大。n n假设总线长度为假设总线长度为假设总线长度为假设总线长度为1km1km，信号传播速率为，信号传播速率为，信号传播速率为，信号传播速率为2108m/s2108m/s，数据传输速率为数据传输速率为数据传输速率为数据传输速率为5Mb/s5Mb/s。n n对于各种不同的帧长情况，如对于各种不同的帧长情况，如对于各种不同的帧长情况，如对于各种不同的帧长情况，如128128，256256，512512和和和和1024bit1024

44、bit，可以计算得到，局域网的最大平均信道利，可以计算得到，局域网的最大平均信道利，可以计算得到，局域网的最大平均信道利，可以计算得到，局域网的最大平均信道利用率用率用率用率 maxmax随站点个数随站点个数随站点个数随站点个数N N变化的趋势如图所示。变化的趋势如图所示。变化的趋势如图所示。变化的趋势如图所示。以太网的信道利用率以太网的连接方法以太网的连接方法4.4以太网的连接方法以太网的连接方法n n网络接口卡（网卡）网络接口卡（网卡）AUIAUI（AttachmentUnitInterfaceAttachmentUnitInterface）接入单元接接入单元接接入单元接接入单元接口口口口

45、n n收发器收发器(Transceiver)实现信号驱动、接收，连接电缆最长实现信号驱动、接收，连接电缆最长实现信号驱动、接收，连接电缆最长实现信号驱动、接收，连接电缆最长5050米。米。米。米。n n最多最多4个中继器，实现信号中继放大。个中继器，实现信号中继放大。n n粗同轴电缆粗同轴电缆，直径，直径1.016cm，单段电缆最大单段电缆最大长度长度500米。米。n n终接器终接器：50欧电阻，其中一端接地。欧电阻，其中一端接地。4.4以太网的连接方法以太网的连接方法10BASE-5n n网络接口卡（网卡）网络接口卡（网卡）BNC接口，网卡上自带驱动器。接口，网卡上自带驱动器。最多最多4个中

46、继器，实现信号中继放大。个中继器，实现信号中继放大。细同轴电缆，直径细同轴电缆，直径0.508cm，单段电缆单段电缆最大长度最大长度185米。米。站点接入网络时，通过站点接入网络时，通过T型头连接。型头连接。n n终接器终接器50欧电阻，其中一端接地。欧电阻，其中一端接地。4.4以太网的连接方法以太网的连接方法10BASE-210Base2以太网和BNC接口10Base2以太网10Base-Tn n双绞线，双绞线，UTP(UnshieldedTwistedPaired)3类（类（2对），对），5类（类（4对）对）n n集线器集线器HUB，8口，口，12口，口，24口等口等接口：接口：RJ-45

47、，也有也有BNC或光纤接口，或光纤接口，站点和集线器距离应小于站点和集线器距离应小于100m4.4以太网的连接方法以太网的连接方法RJ45 接口和双绞线n n局域网概述局域网概述n n以太网技术以太网技术n n以太网的以太网的MAC层层n n以太网的连接方法以太网的连接方法n n局域网的扩展局域网的扩展n n高速以太网高速以太网n n虚拟局域网虚拟局域网n n无线局域网无线局域网n n广域网广域网内容纲要内容纲要在许多情况下，一个单位可能拥有多在许多情况下，一个单位可能拥有多个局域网。因而需要实现局域网之间的通个局域网。因而需要实现局域网之间的通信。本节要讨论的时在信。本节要讨论的时在物理层物

48、理层或者或者数据链数据链路层路层将将局域网进行扩展局域网进行扩展。这种扩展的局域。这种扩展的局域网在网络层看来仍然是一个网络。网在网络层看来仍然是一个网络。4.5局域网的扩展局域网的扩展 1、在物理层扩展局域网、在物理层扩展局域网 用多个集线器可连成更大的局域网用多个集线器可连成更大的局域网集线器集线器集线器集线器一系一系二系二系集线器集线器三系三系三个独立的碰撞域三个独立的碰撞域4.5局域网的扩展局域网的扩展 1、在物理层扩展局域网、在物理层扩展局域网 用多个集线器可连成更大的局域网用多个集线器可连成更大的局域网一系一系二系二系三系三系集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器主干集线

49、器主干集线器4.5局域网的扩展局域网的扩展 n n优点优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。行跨碰撞域的通信。行跨碰撞域的通信。行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。n n缺点缺点碰撞域增大碰撞域增大碰撞域增大碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。了，但总的吞吐量并未提高。了，但总的吞吐量并未提高。了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同

50、的数据率，那么就不能如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。用集线器将它们互连起来。用集线器将它们互连起来。用集线器将它们互连起来。用集线器扩展局域网用集线器扩展局域网4.5局域网的扩展局域网的扩展 1、在物理层扩展局域网、在物理层扩展局域网2、在数据链路层扩展局域网、在数据链路层扩展局域网n n在在数据链路层扩展局域网数据链路层扩展局域网是使用是使用网桥网桥。n n网网桥桥工工作作在在数数据据链链路路层层，它它根根据据MAC帧帧的的目的地址目的地址对收到的帧进行转发。对收到的帧