《计算机网络教学资料》第5章-局域网.ppt

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1、1 1 1、局域网的特点、局域网的特点、局域网的特点、局域网的特点 地域范围小：地域范围小：局域网用于办公室、机关、工厂、学局域网用于办公室、机关、工厂、学校等内部联网校等内部联网,其范围没有严格的定义，但一般认为距离为其范围没有严格的定义，但一般认为距离为0.10.125km25km。误码率低：误码率低：局域网具有较高的数据传输速率，传输局域网具有较高的数据传输速率，传输速率一般为速率一般为100M100M1000Mbit/s1000Mbit/s，误码率在，误码率在1010-8-81010-11-11之间。之间。传输延时小：传输延时小：局域网中的传输延时很小，一般在几局域网中的传输延时很小，

2、一般在几毫秒几十毫秒之间。毫秒几十毫秒之间。传输速率高：传输速率高：目前目前,局域网的传输速率在局域网的传输速率在100Mbit/s100Mbit/s以上以上,如如155Mbit/s155Mbit/s、655Mbit/s655Mbit/s、Gbit/sGbit/s、10Gbit/s10Gbit/s等。等。支持多种传输介质：支持多种传输介质：可根据不同的性能需要选用价可根据不同的性能需要选用价格低廉的双绞线、同轴电缆或价格较贵的光纤格低廉的双绞线、同轴电缆或价格较贵的光纤,以及无线传以及无线传输介质。输介质。第第5 5章章 局域网局域网5.1 5.1 局域网概述局域网概述2第第5 5章章 局域网

3、局域网5.1 5.1 局域网概述局域网概述v局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，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。且地理范围和站点数目均有限。v局域网具有如下的一些主要优点：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。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。可灵活调整和改变。3局域网的拓扑局域网的拓扑 匹配电

4、阻匹配电阻集线器集线器干线耦合器干线耦合器总线网总线网星形网星形网环形网环形网4局域网的性能特点 2 2、局域网的性能、局域网的性能、局域网的性能、局域网的性能 决定局域网特性的主要技术有决定局域网特性的主要技术有3个方面：连接各种设备个方面：连接各种设备的拓扑结构、数据传输介质和介质访问控制方法。的拓扑结构、数据传输介质和介质访问控制方法。拓扑结构拓扑结构:局域网及城域网的典型拓扑结构为星型、局域网及城域网的典型拓扑结构为星型、环型、总线型和树型结构等。环型、总线型和树型结构等。传输介质：传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤、电磁波等。同轴电缆、双绞线、光纤、电磁波等。对于不便使用有线介质的场合

5、，可以采用微波、卫星、红外对于不便使用有线介质的场合，可以采用微波、卫星、红外线等作为局域网的传输介质，已获得广泛应用的无线局域网线等作为局域网的传输介质，已获得广泛应用的无线局域网就是其典型例子。就是其典型例子。介质访问控制方法：介质访问控制方法：也称为网络的访问控制方式也称为网络的访问控制方式,是是指网络中各结点之间的信息通过介质传输时如何控制、如何指网络中各结点之间的信息通过介质传输时如何控制、如何合理完成对传输信道的分配、如何避免冲突合理完成对传输信道的分配、如何避免冲突,同时同时,又使网络又使网络有最高的工作效率及高可靠性等。有最高的工作效率及高可靠性等。5介质访问控制方法介质访问控

6、制方法v将传输介质的频带有效地分配给网络上各结点的将传输介质的频带有效地分配给网络上各结点的方法称为介质访问控制方法方法称为介质访问控制方法。v适合总线结构的带冲突检测的适合总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问载波监听多路访问（CSMA/CDCSMA/CD）方法。）方法。v适合环型结构的适合环型结构的令牌环（令牌环（Token RingToken Ring）方法）方法。v适合环型结构的适合环型结构的令牌总线（令牌总线（Token BusToken Bus）方法）方法。v 评价一个介质访问控制方法的好坏有评价一个介质访问控制方法的好坏有3 3个基本要个基本要素：素：协议是否简单；信道利用率是否

7、高效；网络协议是否简单；信道利用率是否高效；网络上各结点是否公平。上各结点是否公平。6vDIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。（以太网）的规约。vIEEE IEEE 的的 802.3 802.3 标准。标准。vDIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 标准与标准与 IEEE IEEE 的的 802.3 802.3 标标准只有很小的差别，因此可以将准只有很小的差别，因此可以将 802.3 802.3 局域局域网简称为网简称为“以太网以太网”。v严格说来，严格说来，“以太网以太网”应当

8、是指符合应当是指符合 DIX DIX Ethernet V2 Ethernet V2 标准的局域网标准的局域网 局域网的参考模型与标准7局域网的参考模型与标准物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层物理层物理层MACMAC子层子层LLCLLC子层子层高层协议高层协议OSIOSI参考模型参考模型物理层物理层MACMAC子层子层LLCLLC子层子层高层协议高层协议高层协议高层协议传输媒体传输媒体传输媒体传输媒体 1 1、局域网参考模型局域网参考模型局域网参考模型局域网参考模型 局域网的体系结构只包含了局域网的体系结构只包含了数据链路层和物理层数据

9、链路层和物理层,其中，其中，数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层。数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层。8局域网的参考模型与标准802.1 体系结构与网络互联体系结构与网络互联802.4令牌总线令牌总线802.6局域网局域网802.11无线局域网无线局域网802.5令牌环网令牌环网802.3CSMA/CD802.2 逻辑链路控制子层（逻辑链路控制子层（LLC）高层高层LLCMAC物理层物理层图图 IEEE 802IEEE 802标准系列内部关系标准系列内部关系 2 2、局域网的标准、局域网的标准、局域网的标准、局域网的标准 19801980年年2 2月，电器和电子工

10、程师协会月，电器和电子工程师协会(IEEE)IEEE)成立了局域网成立了局域网标准委员会标准委员会,专门从事局域网标准化工作专门从事局域网标准化工作,并制订了并制订了IEEE 802IEEE 802标准。标准。IEEE 802IEEE 802系列标准之间的内部关系如图所示。系列标准之间的内部关系如图所示。9数据链路层的两个子层数据链路层的两个子层 v为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：层：逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC(Logical Link

11、Control)子子层层媒体接入控制媒体接入控制 MAC(Medium Access Control)子层。子层。v与接入到传输媒体有关的内容都放在与接入到传输媒体有关的内容都放在 MACMAC子层，子层，而而 LLC LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对协议的局域网对 LLC LLC 子层来说都是透明的子层来说都是透明的 10局域网对局域网对 LLC LLC 子层是透明的子层是透明的 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MACMAC数据数据

12、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11以后一般不考虑以后一般不考虑 LLC LLC 子层子层 v由于由于 TCP/IP TCP/IP 体系经常使用的局域网是体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 而不是而不是 802.3 802.3 标准标准中的几种局域网，因此现在中的几种局域网，因此现在 802 802 委员委员会制定的逻辑链路控制子层会制定的逻辑链路控制子层 LLCLLC（即（即 802.2 802.2 标准）的作用已经不大了。标准）的作用已经不大了

13、。v很多厂商生产的适配器上就仅装有很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC MAC 协议而没有协议而没有 LLC LLC 协议。协议。125.1.4 5.1.4 适配器的作用适配器的作用 v网络接口板又称为网络接口板又称为通信适配器通信适配器(adapter)(adapter)或或网络网络接口卡接口卡 NIC(Network Interface Card)NIC(Network Interface Card)，或，或“网卡网卡”。v适配器的重要功能：适配器的重要功能：进行串行进行串行/并行转换。并行转换。对数据进行缓存。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。在计算机的操作系统安装设

14、备驱动程序。实现以太网协议。实现以太网协议。13计算机通过适配器计算机通过适配器和局域网进行通信和局域网进行通信 硬件地址硬件地址至局域网至局域网适配器适配器（网卡）（网卡）串行通信串行通信CPU 和和存储器存储器生成发送的数据生成发送的数据处理收到的数据处理收到的数据把帧发送到局域网把帧发送到局域网从局域网接收帧从局域网接收帧计算机计算机IP 地址地址并行并行通信通信14课件制作人：谢希仁课件制作人：谢希仁v最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总最初的以太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，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

15、。因为总线上没有有源器件。5.1.5 CSMA/CD 5.1.5 CSMA/CD 协议协议 B向向 D发送数据发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻匹配电阻不接受不接受不接受不接受不接受不接受接受接受B只有只有 D 接受接受B 发送的数据发送的数据15以太网的广播方式发送以太网的广播方式发送 v总线上的每一个工作的计算机都能检测到总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B B 发送的数据信号。发送的数据信号。v由于只有计算机由于只有计算机 D D 的地址与数据帧首部写入的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有的地址一致，因此只有

16、 D D 才接收这个数据帧。才接收这个数据帧。v其他所有的计算机（其他所有的计算机（A,C A,C 和和 E E）都检测到不）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据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。帧而不能够收下来。v具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。16为了通信的简便为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施以太网采取了两种重要的措施 v采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建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。立连接就可以直接发送数据。v以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求

17、对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。方发回确认。这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信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。道质量产生差错的概率是很小的。17以太网提供的服务以太网提供的服务 v以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。力的交付。v当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其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。他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。v如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以

18、太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个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。新的数据帧来发送。18载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测 CSMA/CD CSMA/CD vCSMA/CD CSMA/CD 表示表示 Carrier Sense Multiple Carrier Sense Multiple Access with Collision DetectionAccess with Collision Detection。v“多点接入多点接入”表示许多计算机以多点接入的方表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。式连接在一根总线上。v“载波监听

19、载波监听”是指每一个站在发送数据之前先是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。碰撞。v总线上并没有什么总线上并没有什么“载波载波”。因此，。因此，“载波载波监听监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他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。计算机发送的数据信号。19碰撞检测碰撞检测v“碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。道上的信号电压大小。v当几个站同时在总线上发送数据

20、时，总线上的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）。信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。v当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的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。发送数据，表明产生了碰撞。v所谓所谓“碰撞碰撞”就是发生了冲突。因此就是发生了冲突。因此“碰撞检碰撞检测测”也称为也称为“冲突检测冲突检测”。20检测到碰撞后检测到碰撞后v在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的在发生碰撞时，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

21、。失真，无法从中恢复出有用的信息来。v每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现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。资源，然后等待一段随机时间后再次发送。21局域网介质访问控制方法 带冲突检测的载波监听多路访问带冲突检测的载波监听多路访问带冲突检测的载波监听多路访问带冲突检测的载波监听多路访问 带冲突检测的载波监听多路访问是一种带冲突检测的载波监听多路访问是一种随机争用随机争用的介质的介质访问控制方法。它的控制过程包括访问控制方法。它的控制过程包括3 3个步骤个步骤:

22、载波侦听：载波侦听：是指用电子技术检测总线上有没有其它计是指用电子技术检测总线上有没有其它计算机发送的数据信号，以免发生碰撞。算机发送的数据信号，以免发生碰撞。冲突检测：冲突检测：在每个站发送帧期间在每个站发送帧期间,同时具有检测冲突同时具有检测冲突的能力。一旦遇到冲突，则立即停止发送，并向总线上发一的能力。一旦遇到冲突，则立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通报总线上各站点已发生冲突。串阻塞信号，通报总线上各站点已发生冲突。多路访问：多路访问：当检测到冲突并在发完阻塞信号后当检测到冲突并在发完阻塞信号后,需要需要等待一个随机时间，然后再用等待一个随机时间，然后再用CSMACSMA的算法重

23、新发送。的算法重新发送。争用方式：争用方式：在总线上的每个结点都能随时发送信息，但在同在总线上的每个结点都能随时发送信息，但在同一时刻只允许一对结点可以通信，否则，就会导致信号相互一时刻只允许一对结点可以通信，否则，就会导致信号相互叠加，造成数据错误，这就是线路争用带来的问题。叠加，造成数据错误，这就是线路争用带来的问题。22电磁波在总线上的电磁波在总线上的有限传播速率的影响有限传播速率的影响 v当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并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。非真正是空闲的。vA A 向向 B B 发出的信息，要经过一定的时间后才发出的信息，要经过一定的时间后才

24、能传送到能传送到 B B。vB B 若在若在 A A 发送的信息到达发送的信息到达 B B 之前发送自己的之前发送自己的帧帧(因为这时因为这时 B B 的载波监听检测不到的载波监听检测不到 A A 所发所发送的信息送的信息)，则必然要在某个时间和，则必然要在某个时间和 A A 发送的发送的帧发生碰撞。帧发生碰撞。v碰撞的结果是两个帧都变得无用。碰撞的结果是两个帧都变得无用。231 kmABt碰撞碰撞t=2 A 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 t=B 发送数据发送数据B 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 t=t=0单程端到端单程端到端传播时延记为传播时延记为 传播时延对载波监听的影响传播时延对载波监听

25、的影响 241 kmABt碰撞碰撞t=B 检测到检测到信道空闲信道空闲发送数据发送数据t=/2发生碰撞发生碰撞t=2 A 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 t=B 发送数据发送数据B 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 t=ABABAB t=0 A 检测到检测到信道空闲信道空闲发送数据发送数据ABt=0t=B 检测到发生碰撞检测到发生碰撞停止发送停止发送STOPt=2 A 检测到检测到发生碰撞发生碰撞STOPAB单程端到端单程端到端传播时延记为传播时延记为 25重要特性重要特性v使用使用 CSMA/CD CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通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

26、双工通信）。信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。v每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着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。遭遇碰撞的可能性。v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量使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。远小于以太网的最高数据率。26碰撞窗口碰撞窗口v最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间时间 2 2 （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。v以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时

27、延 2 2 称为称为争用期争用期，或，或碰碰撞窗口撞窗口。v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，才能肯定这次发送不会发生碰撞。定这次发送不会发生碰撞。27二进制指数类型退避算法二进制指数类型退避算法 (truncated binary(truncated binary exponential type)exponential type)v发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）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。一个随机时间才能再发送数据。基本退避时间取为争用期基本退避时间取为争用期 2。从整数集合从整数集合0,

28、1,(2k 1)中随机地取出一个数，记中随机地取出一个数，记为为 r。重传所需的时延就是。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。倍的基本退避时间。参数参数 k 按下面的公式计算：按下面的公式计算：k=Min重传次数重传次数,10当当 k 10 时，参数时，参数 k 等于重传次数。等于重传次数。当重传达当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。告。28争用期的长度争用期的长度 v以太网取以太网取 51.2 51.2 s s 为争用期的长度。为争用期的长度。v对于对于 10 Mb/s 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送以太网，在争用期内可

29、发送512 512 bitbit，即，即 64 64 字节。字节。v以太网在发送数据时，若前以太网在发送数据时，若前 64 64 字节没有发生冲字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。突，则后续的数据就不会发生冲突。29How to select the size of the random delay How to select the size of the random delay after a collision?after a collision?vIf a packet has collided If a packet has collided n n successive

30、 successive times(n15)then the node chooses a random times(n15)then the node chooses a random number number K K with equal probabilities from the with equal probabilities from the set set 0,1,2,0,1,2,.,2.,2m m-1-1 where m:=min10,n;the where m:=min10,n;the node then wait for node then wait for K512 b

31、it timesK512 bit times(K51.2 K51.2 usus)当冲突产生后，时间被分割成当冲突产生后，时间被分割成离散离散的时间片的时间片。对于。对于802.3802.3，时间片为，时间片为51.2 us51.2 usAfter the first collision(After the first collision(n=1n=1)0,10,1 512 bit 512 bit times times 第一次冲突后，站点等待第一次冲突后，站点等待0 0或或1 1个时间片后重新尝个时间片后重新尝试发送试发送3030collisioncollisionAfter the two

32、collisions(After the two collisions(n=2n=2)0,1,2,30,1,2,3 512 bit times 512 bit times 第二次冲突后，站点从第二次冲突后，站点从0 0，1 1，2 2，3 3随机选择随机选择1 1个并等待相应时间片后重新尝试发送个并等待相应时间片后重新尝试发送After the three collisions(After the three collisions(n=3n=3)0,1,2,3,4,5,6,70,1,2,3,4,5,6,7 512 bit times512 bit timesAfter After i i su

33、ccessive collisions(successive collisions(n=in=i)0,1,2,0,1,2,2,2i i-1-1 512 bit times512 bit timesn10n10，0,1,2,0,1,2,1023,1023 512 bit times512 bit timesn=16,the protocol gives up the transmission n=16,the protocol gives up the transmission attempt after 16 successive collisions attempt after 16 suc

34、cessive collisions 发生发生1616次冲突后，表明有硬件冲突，次冲突后，表明有硬件冲突，CSMA/CDCSMA/CD协议控制协议控制器将不再采取任何动作，而是通过主机发出中断报告错器将不再采取任何动作，而是通过主机发出中断报告错误，进一步的恢复留待高层软件完成。误，进一步的恢复留待高层软件完成。31最短有效帧长最短有效帧长 v如果发生冲突，就一定是在发送的前如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 64 字节之内。字节之内。v由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出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去的数据一定小于 64 64 字节。字节。v以

35、太网规定了最短有效帧长为以太网规定了最短有效帧长为 64 64 字节，凡长度小于字节，凡长度小于 64 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。无效帧。32强化碰撞强化碰撞 v当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：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；立即停止发送数据；再继续发送若干比特的再继续发送若干比特的人为干扰信号人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。在已经发生了碰撞。33数据帧数据帧干扰信号干扰信号 TJ人为干扰信号人为干扰信号 ABTBt B 发送数据发送数据A

36、 检测检测到冲突到冲突开始冲突开始冲突信信道道占占用用时时间间A 发送数据发送数据B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接也能够检测到冲突，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。发送干扰信号的情况。34CSMA/CDCSMA/CD的流程图的流程图媒体忙？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发送帧发送帧碰撞次数碰撞

37、次数N+N+355.2 局域网组网方法 传统以太网传统以太网传统以太网传统以太网 以太网以太网(Ethernet)Ethernet)是基于总线型的广播式网络，在现有的是基于总线型的广播式网络，在现有的局域网标准中，它是最早标准化的局域网，也是目前最成熟、局域网标准中，它是最早标准化的局域网，也是目前最成熟、最成功、应用最广泛的一种局域网技术。对于最成功、应用最广泛的一种局域网技术。对于10Mbit/s10Mbit/s传统以传统以太网，太网，IEEE 802.3IEEE 802.3定义了定义了4 4种规范。种规范。介质访问控制子层介质访问控制子层802.3 MAC802.3 MAC10Base-

38、510Base-5粗同轴电缆粗同轴电缆10Base-210Base-2细同轴电缆细同轴电缆10Base-T10Base-T双绞线电缆双绞线电缆10Base-F10Base-F光纤光纤MACMAC子层子层物理层物理层传统以太网的四种物理层选项传统以太网的四种物理层选项36数据传输速率（数据传输速率（数据传输速率（数据传输速率（MbpsMbps）基带基带基带基带BaseBase网段最大长度（百米）或介质类型（网段最大长度（百米）或介质类型（网段最大长度（百米）或介质类型（网段最大长度（百米）或介质类型（T T，F F）10 Base-537 传统以太网 1 1、粗缆以太网（、粗缆以太网（、粗缆以太

39、网（、粗缆以太网（10Base-510Base-5 ）用粗同轴电缆组建的网络称为粗缆以太网，又可表示用粗同轴电缆组建的网络称为粗缆以太网，又可表示为为10Base-510Base-5，它是最早出现的以太网。，它是最早出现的以太网。粗缆粗缆收发器收发器AUIAUI电缆电缆NICNIC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Vampire tapVampire tap图图 粗缆以太网的结构组成粗缆以太网的结构组成 粗缆以太网粗同轴电缆、收发器、收粗缆以太网粗同轴电缆、收发器、收发

40、器电缆、网络适配卡、终接器等发器电缆、网络适配卡、终接器等5 5部分部分组成。组成。38网段网段 1转发器转发器转发器转发器转发器转发器转发器转发器网段网段 2网段网段 3网段网段 4网段网段 5最大网段长度最大网段长度最大网段长度最大网段长度 500500米米米米每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数 10010039 传统以太网 2 2、细缆以太网（、细缆以太网（、细缆以太网（、细缆以太网（10Base-210Base-2）10Base-2 10Base-2是总线型细同轴电缆以太网的简略标示符。是总线型细同轴电缆以太网的简略标示符。细缆细缆BNC接头接头NIC每段最大长度

41、每段最大长度 185m185m每段最多站点数每段最多站点数 30300.5 m网络最大跨度网络最大跨度925m925m 网络最多网络最多5 5个段个段 终端匹配器终端匹配器 图图 细缆以太网的结构组成细缆以太网的结构组成10Base-210Base-2主要由细同轴电缆、网络主要由细同轴电缆、网络适配卡、适配卡、BNCBNC电缆连接器等电缆连接器等3 3部分组部分组成。成。40v传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。便宜和更灵活的双绞线。v这种以

42、太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器集线器(hub)(hub)41 传统以太网 3 3、双绞线以太网（、双绞线以太网（、双绞线以太网（、双绞线以太网（10Base-T10Base-T ）10Base-T10Base-T是是IEEE 802IEEE 802委员会于委员会于19901990年年9 9月正式建立的非屏月正式建立的非屏蔽双绞线传输蔽双绞线传输10Mbit/s10Mbit/s基带以太网标准，基带以太网标准，逻辑上为总线型拓逻辑上为总线型拓扑的网络，称为共享式集线器扑的网络，称为共享

43、式集线器。实际上，双绞线以太网是一。实际上，双绞线以太网是一个个物理上的星型拓扑结构物理上的星型拓扑结构，所以当一条电缆出现故障时只影，所以当一条电缆出现故障时只影响它所连接的那台计算机。响它所连接的那台计算机。10Base-T10Base-T由双绞线、双绞线连接由双绞线、双绞线连接器器、网络适配卡网络适配卡、集线器等组成。集线器等组成。图图 双绞线以太网的基本组成双绞线以太网的基本组成中心集线器中心集线器42使用集线器的星形拓扑使用集线器的星形拓扑v不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。分别用于发送和接收。

44、v集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。可靠性已大大提高了。集线器集线器两对双绞线两对双绞线RJ-45 插头插头43以太网在局域网中的统治地位以太网在局域网中的统治地位v10BASE-T 10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过离不超过 100 m100 m。v这种这种 10 Mb/s 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。既降低了成本，又提高了可靠性。v10BASE-T 10BASE

45、-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。中的统治地位奠定了牢固的基础。44集线器的一些特点集线器的一些特点 v集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因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。此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。v使用集线器的以太网在使用集线器的以太网在逻辑上逻辑上仍是一个总线网，各工仍是一个总线网，各工作站使用的还是作站使用的还是 CSMA/CD CSMA/CD 协议，

46、并共享逻辑上的总线。协议，并共享逻辑上的总线。v集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。T T它它的每个接口仅仅简单转发比特，的每个接口仅仅简单转发比特，不进行碰撞检测不进行碰撞检测。45具有三个接口的集线器具有三个接口的集线器 集集线线器器网卡网卡工作站工作站网卡网卡工作站工作站网卡网卡工作站工作站双绞线双绞线465.3 5.3 以太网的以太网的 MAC MAC 层层1.MAC 1.MAC 层的硬件地址层的硬件地址 v在局域网中，在局域网中，硬件地址硬件地址又称为又称为物理地址物理地址，或，或 MAC MAC 地址。地址。v802 802 标准

47、所说的标准所说的“地址地址”严格地讲应当是每一个严格地讲应当是每一个站的站的“名字名字”或或标识符标识符。v但鉴于大家都早已习惯了将这种但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 48 位的位的“名字名字”称为称为“地址地址”，所以本书也采用这种习惯用法，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。尽管这种说法并不太严格。4747平面地址平面地址(flat address)(flat address)和和层次地址层次地址(hierarchical address)(hierarchical address)v平面地址也叫作非层次地址，就是在分配地址平面地址也叫作非层次地址，就是在分配地址时按顺

48、序号一个个地挨着分配。时按顺序号一个个地挨着分配。v层次地址是将整个地址再划分为几个部分，而层次地址是将整个地址再划分为几个部分，而每部分按一定的规律分配号码。像我们的电话每部分按一定的规律分配号码。像我们的电话号码就是一种层次号码。号码就是一种层次号码。v局域网的局域网的 6 6 字节的地址是一种平面地址。适字节的地址是一种平面地址。适配器根据全部的配器根据全部的 48 48 位地址决定接收或丢弃所位地址决定接收或丢弃所收到的收到的 MAC MAC 帧。帧。4848EthernetEthernet物理地址物理地址vEthernetEthernet地址地址 网络物理地址网络物理地址 物理网络地

49、址物理网络地址 ;vEthernetEthernet地址地址 =Manufacture ID+NIC ID=Manufacture ID+NIC ID 24bit+24bit 24bit+24bit 公司：公司：Cisco 00-00-0cCisco 00-00-0c Novell 00-00-1B Novell 00-00-1B 00-00-D8 00-00-D8 3Com 00-20-AF 3Com 00-20-AF 00-60-8C00-60-8C IBM 08-00-5A IBM 08-00-5Av典型的典型的EthernetEthernet地址地址 ：0 00-60-8C0-60-8

50、C-01-28-12-01-28-12vEthernetEthernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。4949I/G I/G 位位vIEEE IEEE 规定地址字段的规定地址字段的第一字节的最低位第一字节的最低位为为 I/G I/G 位。位。I/G I/G 表示表示 Individual/GroupIndividual/Group。v当当 I/G I/G 位位 =0=0时，地址字段表示一个单个站时，地址字段表示一个单个站地址。地址。v当当 I/G I/G 位位 =1=1时表示组地址，用来进行多播时表示组地址，用来进行多播（以前曾译为组播）。（以前曾