1、*計算機網絡1介質訪問控制子層介質訪問控制子層*計算機網絡2本章學習要求本章學習要求了解：局域網的分類與特點。了解：局域網的分類與特點。理解：理解：IEEE 802參考模型與介質訪問控制子層參考模型與介質訪問控制子層的基本概念。的基本概念。掌握：掌握：Ethernet局域網的基本工作原理。局域網的基本工作原理。掌握：高速局域網、交換局域網與虛擬局域網的掌握：高速局域網、交換局域網與虛擬局域網的基本工作原理。基本工作原理。掌握：無線局域網掌握：無線局域網WLAN與與802.11標準的基本標準的基本概念。概念。掌握：網絡互聯基本概念與網橋基本工作原理。掌握：網絡互聯基本概念與網橋基本工作原理。*計

2、算機網絡3本章知識點結構本章知識點結構*計算機網絡45.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變5.1.1決定局域網與城域網性能的三要素決定局域網與城域網性能的三要素決定局域網特征的主要技術主要有：連接各種設備的拓撲結構；傳輸介質；介質訪問控制方法。這三種技術在很大程度上決定了傳輸數據的類型、網絡的響應時間、吞吐量、利用率以及網絡應用等各種網絡特征。*計算機網絡55.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變*計算機網絡65.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變5.1.2 局域網拓撲結構類型與特點局域網拓撲結構類型與特點網絡拓撲結構：總線型、環型、星型。總線型拓撲結構

3、總線型拓撲結構可以實行集中控制，但較多的是采用分布控制。總線拓撲的重要特征是可采用廣播式多路訪問方法，它的典型代表是著名的以太網(Ethernet)。總線結構是局域網中采用最多的拓撲形式，其優點是可靠性高，擴充方便。*計算機網絡75.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變星型拓撲結構星型拓撲結構中集中控制方式較少采用，而分布式星型結構在現代的局域網中采用較多，交換技術的發展使星型結構被廣為采用。環型拓撲結構環型拓撲結構是一種有效結構形式，也是一種分布式控制，它控制簡便，結構對稱性好，傳輸速率高，應用較為廣泛，IBM令牌環網(Token Ring)和劍橋環網均為環型拓撲結構。*計算機網

4、絡85.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變1. 總線型拓撲結構總線型拓撲結構介質訪問控制方法采用“共享介質”方式；所有結點都連接到公共傳輸介質的總線上；總線傳輸介質通常采用同軸電纜或雙絞線；所有結點都通過總線以“廣播”方式發送或接收數據，因此出現“沖突”是不可避免的；“沖突”會造成傳輸失敗；必須解決多個結點訪問總線的介質訪問控制(MAC，medium access control)問題。*計算機網絡9總線結構總線結構*計算機網絡10總線結構沖突的發生總線結構沖突的發生*計算機網絡115.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變介質訪問控制方法要解決的問題：介質訪問控制方法

5、要解決的問題：該哪個結點發送數據？發送時會不會出現沖突？出現沖突怎么辦？總線型拓撲的優點：總線型拓撲的優點：結構簡單，實現容易；易于擴展，可靠性較好。*計算機網絡125.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變2. 環型拓撲結構環型拓撲結構結點使用點點線路連接，構成閉合的物理的環型結構；環中數據沿著一個方向繞環逐站傳輸；多個結點共享一條環通路；環建立、維護、結點的插入與撤出。環型拓撲的實現技術中要解決介質訪問控制方法問題。*計算機網絡13環型局域網的拓撲結構環型局域網的拓撲結構 *計算機網絡145.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變3. 星型拓撲結構星型拓撲結構 存在著中

6、心結點；每個結點通過點到點線路與中心結點連接；任何兩個結點之間的通信都要通過中心結點轉接。邏輯結構是指局域網的結點間相互關系與介質訪問控制方法，而物理結構是指局域網外部連接形式。邏輯結構屬于總線型與環型的局域網，在物理結構上也可以被看成星型的。*計算機網絡15交換局域網的物理結構*計算機網絡165.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變5.1.3 傳輸介質類型與介質訪問控制方傳輸介質類型與介質訪問控制方法法1. 局域網傳輸介質類型局域網傳輸介質類型傳輸形式：傳輸形式：基帶傳輸與寬帶傳輸。傳輸介質：傳輸介質：同軸電纜、雙絞線、光纖和無線通信信道。雙絞線用于數據傳輸速率為100Mbps、

7、1Gbps 的高速局域網中；在局部范圍內的中、高速局域網中使用雙絞線，在遠距離傳輸中使用光纖，在有移動結點的局域網中采用無線技術。 *計算機網絡175.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變同軸電線同軸電線既可用于基帶系統又可用于寬帶系統，具有吞吐量大、可鏈接設備多、性能價格比較高、安裝和維護較方便等優點。光導纖維光導纖維（簡稱光纖）具有高達幾百Mbps的傳輸速率，誤碼率極低（可達10-9以下），傳輸延遲可忽略不計。光纖具有良好的抗干擾性，不受任何強電磁的影響，安全性好。在特殊的應用場合，需采用微波、無線電、衛星等通信媒體傳輸信號。*計算機網絡185.1 局域網技術的發展與演變局域網

8、技術的發展與演變2. 介質訪問控制方法介質訪問控制方法介質訪問控制方法有五類：固定分配、需要分配、適應分配、探詢訪問和隨機訪問。介質訪問控制協議有三個基本目標：協議要簡單、獲得有效的通道利用率、對網上各站點的用戶公平合理。IEEE802標準定義的有：標準定義的有：帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD令牌總線 token bus令牌環 token ring*計算機網絡195.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變5.1.4 IEEE 802參考模型參考模型開展局域絡標準化研究和制定的機構有： 美國電氣與電子工程師協會 (Institute of Electrical and E

9、lectronic Engineers) IEEE802委員會； 歐洲計算機制造廠商協會ECMA； 國際電工委員會IEC等。 其中 IEEE 802與ECMA主要致力于辦公自動化與輕工業局域網的標準化研究，而重工業、工業生產過程分布控制方面的局域網標準化工作主要由IEC進行。*計算機網絡205.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變1. IEEE 802參考模型參考模型1980年2月，IEEE成立了局域網標準委員會IEEE 802IEEE802標準遵循 OSI參考模型的原則，解決物理層和數據鏈路層的功能以及與網絡層的接口服務、網際互連有關的高層功能。物理層的功能是：實現位（亦稱比特流

10、）的傳輸與接收、同步前序的產生與刪除等。該層規定了所使用的信號、編碼和介質，規定了有關的拓撲結構和傳輸速率。*計算機網絡21IEEE802與與OSI對應關系對應關系*計算機網絡225.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變數據鏈路層分為：數據鏈路層分為：邏輯鏈路控制（LLC）子層介質訪問控制（MAC）子層這種功能分解主要是為了使數據鏈路功能中與硬件有關的部分和與硬件無關的部分分開，降低研制互連不同類型物理傳輸接口數據設備的費用。*計算機網絡235.1 局域網技術的發展與演局域網技術的發展與演變變LLC子層向高層提供一個或多個邏輯接口，具有幀的接收、發送功能。發送時把要發送的數據加上地

11、址和循環冗余校驗CRC字段等構成LLC幀；接收時把幀拆封，執行地址識別和CRC校驗功能，并且有幀順序、差錯控制和流量控制等功能。LLC子層還包括某種網絡層的功能，如數據報、虛電路和多路復用等。*計算機網絡245.1 局域網技術的發展與演變局域網技術的發展與演變2IEEE 802標準標準IEEE 802委員會為局域網制定了一系列標準，它們統稱為IEEE 802標準；之間的關系如下： *計算機網絡25IEEE 802標準標準1）IEEE 802.1標準，定義了局域網體系結構、網絡互聯以及網絡管理與性能測試。 2）IEEE 802.2標準，定義了邏輯鏈路控制LLC的功能與服務。 3）IEEE 802

12、.3 標準，定義了CSMA/CD總線訪問控制方法及物理層規范。 4）IEEE 802.4標準，定義了令牌總線訪問控制方法及物理層規范。 5）IEEE 802.5標準，定義了令牌環網訪問控制方法及物理層規范。*計算機網絡26IEEE 802標準標準6）IEEE 802.6標準，定義了城域網訪問控制方法及物理層規范。7）IEEE 802.7標準，定義了寬帶網絡規范。 8）IEEE 802.8標準，定義了光纖傳輸規范。 9）IEEE 802.9標準，定義了綜合語音與數據局域網規范。 10）IEEE 802.10標準，定義了可互操作的局域網安全性規范。*計算機網絡27IEEE 802標準標準11）IE

13、EE 802.11標準，定義了無線局域網規范。12）IEEE 802.12標準，定義了100VG-AnyLAN快速局域網訪問控制方法和物理層規范。 13）IEEE 802.14標準，定義了協調混合光纖同軸網絡的前端和用戶站點間數據通信的協議。 14）IEEE802.15標準，定義了近距離個人無線網絡訪問控制子層與物理層的標準。15）IEEE802.16標準，定義了寬帶無線局域網標準。*計算機網絡285.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理5.2.1 Ethernet 的發展的發展以太網是最早的局域網，也是目前最暢銷的局域網。交換式及快速型以太網將確保以太網保持旺盛的生命力。以太網的核心

14、思想是：使用共享的公共傳輸信道。共享數據傳輸信道思想來源于夏威夷大學。20世紀60年代末，該校的Norman Abramson及其同事研制了一個名為ALOHA系統的無線電網絡。這個地面無線電廣播系統，是為了把該校位于Oahu島上的校園內的IBM 360主機與分布在其他島上和海洋船舶上的讀卡機和終端連接起來而開發的。*計算機網絡295.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理以太網的核心技術是CSMA/CD介質訪問控制方法；隨機爭用技術起源于夏威夷大學校園網ALOHA；1972年：Xerox公司開始Ethernet實驗網的研究；1979年：Xerox公司宣布了Ethernet產品；1980年

15、：Xerox、DEC與Intel聯合宣布Ethernet V2.0規范 ； 20世紀90年代，10Base-T標準使得Ethernet性能價格比大大提高。*計算機網絡305.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理5.2.2 Ethernet幀結構與工作流程分析幀結構與工作流程分析 1.Ethernet數據發送流程的分析數據發送流程的分析*計算機網絡31*計算機網絡325.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理通過判斷總線電平是否出現跳變來確定總線的忙閑狀態。總線忙：電平按曼徹思特碼規律出現跳變總線空閑：電平不發生跳變*計算機網絡33 最初的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上。當

16、初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。 CSMA/CD 協議協議 B向 D發送數據 C D A E匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 發送的數據*計算機網絡34以太網的廣播方式發送以太網的廣播方式發送 總線上的每一個工作的計算機都能檢測到 B 發送的數據信號。 由于只有計算機 D 的地址與數據幀首部寫入的地址一致，因此只有 D 才接收這個數據幀。 其他所有的計算機（A, C 和 E）都檢測到不是發送給它們的數據幀，因此就丟棄這個數據幀而不能夠收下來。 具有廣播特性的總線上實現了一對一的通信。 *計算機網絡35CSMA/CD的

17、工作過程的工作過程CSMA/CD的發送流程可以概括為： 先聽后發、邊聽邊發、沖突停止、延遲先聽后發、邊聽邊發、沖突停止、延遲重發重發。（1）載波偵聽過程）載波偵聽過程 一個站要發送，首先需偵聽總線，以確定介質上是否存在其他站的發送信號。 如果介質是空閑的，則可以發送。 如果介質是忙的，則等待一定間隔后重試。*計算機網絡36CSMA/CD的工作過程的工作過程（2）堅持退避算法）堅持退避算法 有三個CSMA堅持退避算法：不堅持不堅持CSMA 如果介質是空閑的，則發送。如果介質是忙的，等待一段隨機時間，重復第一步。1-堅持堅持CSMA 如果介質是空閑的，則發送。如果介質是忙的，繼續監聽，直到介質空閑

18、，立即發送。*計算機網絡37CSMA/CD的工作過程的工作過程如果沖突發生，則等待一段隨機時間，重復第一步。 P-堅持堅持CSMA 如果介質是空閑的，則以P的概率發送，而以（1-P）的概率延遲一個時間單位。時間單位等于最大的傳播延遲。 如果介質是忙的，繼續監聽直到介質空閑，重復第一步。 如果發送被延遲一個時間單位，則重復第一步。*計算機網絡38CSMA堅持退避算法堅持退避算法*計算機網絡395.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理（3）沖突檢測方法）沖突檢測方法如局域網上的兩個相隔最遠的結點A和B相距1km。那么結點A向結點B發送一幀數據而要經過大約5s的傳播延遲時間。這也就是說，在結

19、點A開始發送數據5s之后，結點B才有可能接收到該數據。那么在這個5s的時間段內，結點B并不知道結點A已經發送了數據，它就有可能也向結點A發送數據。出現這種情況，結點A與結點B的此次發送就發生了“沖突”。因此，在多個結點共享公共傳輸介質發送數據時，需要進行“沖突檢測”。*計算機網絡401 kmABt碰撞t = 2 A 檢測到發生碰撞 t = B 發送數據B 檢測到發生碰撞 t = t = 0單程端到端傳播時延記為 *計算機網絡411 kmABt碰撞t = B 檢測到信道空閑發送數據t = / 2發生碰撞t = 2 A 檢測到發生碰撞 t = B 發送數據B 檢測到發生碰撞 t = ABABAB

20、t = 0 A 檢測到信道空閑發送數據ABt = 0t = B 檢測到發生碰撞停止發送STOPt = 2 A 檢測到發生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為 *計算機網絡425.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理所謂的“沖突”是指總線上同時出現兩個或兩個以上的發送信號，它疊加后的信號波形將不等于任何發送結點輸出的信號波形。例如，總線上同時出現了結點A與結點B的發送信號，那么它們疊加后的信號波形將既不是結點A的信號，也不是結點B的信號。結點A的信號與結點B的信號都是采用曼徹斯特編碼的，那么疊加后的信號波形將不會符合曼徹斯特編碼的信號波形。根據這個道理，沖突檢測可以有兩種方法：比較法和

21、編碼違例判決法。*計算機網絡43比較法比較法比較法是發送結點在發送幀的同時，將其發送信號波形與從總線上接收到信號波形進行比較。當發送結點發現自己發送的信號波形與從總線上接收到的信號波形不一致時，表示總線上有多個結點在同時發送數據，沖突已經發生。總線上如果同時現兩個或兩個以上的發送信號用么它們疊加后的信號波形將不等于任意一個結點的發送信號波形。*計算機網絡44編碼違例判決法編碼違例判決法編碼違例判決法是檢查從總線上接收的信號波形。接收的信號波形不符合曼徹斯特編碼規律，就說明已經出現了沖突。因為總線上如果同時出現兩個或兩個以上的發送信號，那么它們疊加后的信號波形將不符合曼徹斯特編碼規律。如果在發送

22、數據過程中沒有檢測出沖突，就順序發送所有的數據。結束時發送流程報告“發送成功”，進入接收正常結束狀態。*計算機網絡45編碼違例判決法編碼違例判決法*計算機網絡465.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理（4）發現沖突，停止發送）發現沖突，停止發送如果在發送數據過程中檢測出沖突，為了解決信道爭用沖突，發送結點要進入停止發送數據、隨機延遲后重發的流程。隨機延遲后重發流程的第一步是發送“沖突加強信號”。發送沖突加強信號的目的是確保有足夠的沖突持續時間，使得網中所有結點都能檢測出沖突存在，并立即丟棄沖突幀，減少因沖突浪費的時間，提高信道利用率。*計算機網絡475.2 Ethernet基本工作原

23、理基本工作原理（5）隨機延遲重發）隨機延遲重發Ethernet規定一個幀的最大重發次數為16。如果重發次數超過16，則認為線路故障，系統進入“沖突過多”結束狀態。如重發次數n16，則允許結點隨機延遲再重發。為了公平地解決信道爭用問題，需要確定后退延遲算法。最典型的 CSMA/CD后退延遲算法是截止二進制指數后退延遲算法。*計算機網絡485.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理該算法可以表示為：=2kR為結點重新發送需要的后退延遲時間，a為沖突窗口值，R為隨機數。限定k的范圍，k=min(n,10)如果重發次數n10，則取k=n；如果重發次數n10時，則k取值為10。 第n次重發延遲是分

24、布在0與2min(n,10) -1個時間片之間，最大可能延遲時間為1023個時間片。*計算機網絡495.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理在到后退延遲時間之后，結點將重新判斷總線忙、閑狀態，重復發送流程;當沖突次數超過16時，表示發送失敗，放棄該幀發送。其過程如下： （1）對每個幀，當第一次發生沖突時，設置參量為L=2。 （2）退避間隔取1到L個時間片中的一個隨機數。1個時間片等于2a。 （3）當幀重復發生一次沖突時，將參量L加倍。 （4）設置一個最大重傳次數，超過這個次數，則不再重傳，并報告出錯。 *計算機網絡505.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理2.Ethernet

25、幀結構幀結構以太網不提供任何確認收到幀的機制，確認由高層來進行。DIX幀結構由6部分組成，而802.3標準的以太幀結構有7部分組成。*計算機網絡51MAC 幀幀開始定界符MAC 幀物理層MAC 層10101010101010 10101010101010101011前同步碼7 字節1 字節8 字節插入IP 層目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報以太網以太網MAC幀的組成幀的組成*計算機網絡52MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報以太網以太網 MAC 幀格式幀格式目的地址字段

26、 6 字節*計算機網絡53MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報以太網以太網 MAC 幀格式幀格式源地址字段 6 字節*計算機網絡54以太網 V2 MAC 幀以太網以太網 MAC 幀格式幀格式MAC 幀物理層物理層MAC 層層IP 層層目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報類型字段 2 字節類型字段用來標志上一層上一層使用的是什么協議，以便把收到的 MAC 幀的數據上交給上一層的這個協議。 *計算機網絡55以太網 V2 MAC 幀以太網以太網 MAC 幀格式幀格式MAC 幀物理

27、層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報數據字段 46 1500 字節數據字段的正式名稱是 MAC 客戶數據字段最小長度 64 字節 18 字節的首部和尾部 = 數據字段的最小長度 *計算機網絡56MAC 幀物理層物理層MAC 層層IP 層層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報以太網以太網 MAC 幀格式幀格式FCS 字段 4 字節當傳輸媒體的誤碼率為 1108 時，MAC 子層可使未檢測到的差錯小于 11014。 當數據字段的長度小于 46 字節時，應在數據字段的后面加入整數字節的填充字段

28、，以保證以太網的 MAC 幀長不小于 64 字節。 *計算機網絡57幀校驗字段幀校驗字段幀校驗字段FCS采用32位的CRC校驗。校驗的范圍是：目的地址、源地址、類型、數據等字段。CRC校驗的生成多項式為：G(X)=X32X26X23X22X16X12X11X10X8X7X5X4X2X1*計算機網絡58MAC 幀物理層物理層MAC 層層IP 層層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報以太網以太網 MAC 幀格式幀格式10101010101010 10101010101010101011前同步碼幀開始定界符7 字節1 字節8 字節字節插入在幀的

29、前面插入的 8 字節中的第一個字段共 7 個字節，是前同步碼，用來迅速實現 MAC 幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC 幀。 為了達到比特同步，為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的在傳輸媒體上實際傳送的要比要比 MAC 幀還多幀還多 8 個字節個字節*計算機網絡59第 1最高位最先發送最低位最高位最低位最后發送00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001最低位最先發送最高位最低位最高位最后發送機構惟一標志符 OUI擴展標志符高位在前低位在前十六進制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00

30、-00-80二進制表示的 EUI-48 地址：第 1 字節第 6 字節I/G 比特I/G 比特字節順序第 2第 3第 4第 5第 6第 1字節順序第 2第 3第 4第 5第 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4802.5802.6物理地址的概念物理地址的概念*計算機網絡60網卡上的硬件地址網卡上的硬件地址 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-F

31、6路由器由于同時連接到兩個網絡上，因此它有兩塊網卡和兩個硬件地址。 *計算機網絡615.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理5.2.3 Ethernet實現方法實現方法構成以太網連接的設備由三部分組成：網絡接口卡、收發器和收發器電纜。*計算機網絡625.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理主要包括：發送與接收信號的收發器、曼徹斯特編碼與解碼器、以太網數據鏈路控制、幀裝配及主機的接口。*計算機網絡635.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理以太網收發器實現結點與總線電信號的連接，完成數據發送與接收、沖突檢測功能。網卡的一端通過收發器與總線傳輸介質連接，另一端通過主機接口電

32、路與聯網主機連接。網卡實現發送數據的編碼、接收數據的解碼、CRC產生與校驗、幀裝配與拆封，以及CSMA /CD介質訪問控制等功能。實際的網卡均采用可以實現介質訪問控制、CRC校驗、曼徹斯特編碼與解碼、收發器與沖突檢測功能的專用VLSI芯片構成。*計算機網絡645.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理*計算機網絡655.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理5.2.4 Ethernet物理地址物理地址1. 網絡中地址的基本類型網絡中地址的基本類型網絡地址具有以下幾個特點。 （1）不同層次都存在地址與尋址問題網絡中的任何通信實體都需要用地址或名字來標識；網絡中兩個結點要實現通信，它們

33、的物理層之間就存在著數據交換；高層的相同層次之間就會通過報頭進行虛擬通信，各層只處理各層的地址。*計算機網絡66地址的概念地址的概念數據鏈路層地址數據鏈路層地址：在幀頭之中，通信的兩個數據鏈路層通過幀地址來確定通信關系，實現數據鏈路層之間的虛擬通信。網絡層地址網絡層地址：根據源結點與目的結點的網絡層地址，通過路由選擇，為報文分組穿過復雜的互聯網絡選擇一條合適的路徑。傳輸層地址傳輸層地址：為計算機之間的進程通信提供服務，顯然進程在通信過程中也需要分配進程地址。應用層地址應用層地址：需要為客戶機與服務器分配名字。因此，網絡中的每一層都需要解決通信實體的地址標識與尋址問題。*計算機網絡675.2 E

34、thernet基本工作原理基本工作原理（2）網絡中的地址分為物理地址與邏輯地址兩類局域網的MAC層地址是由硬件來處理的，因此通常將它叫做物理地址或硬件地址；硬件地址是指固化在網卡EPROM中的地址，這個地址應該保證在全網是唯一的；網絡層的地址、傳輸層的端口號叫做邏輯地址。邏輯地址一般是由軟件來處理的。*計算機網絡685.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理（3）網絡中的編址方案 靜態編址方案靜態編址方案由硬件廠商對每一個網絡接口硬件分配一個惟一的物理地址。靜態物理地址不會改變，除非硬件被更換。該方案保證每個硬件設備都有一個在全世界惟一的物理地址。 可配置編址方案可配置編址方案提供由用戶

35、設置地址的機制。該機制允許手工為一個聯網的結點分配一個地址。配置通常在計算機或其他設備第一次安裝到網絡時完成。*計算機網絡695.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理動態編址方案動態編址方案在結點啟動時，自動給該結點分配一個地址。動態編址的主要缺點是缺乏永久性，而且存在潛在沖突的可能。每次計算機啟動時，它都得到一個新地址，其他計算機在通信前必須知道這個新地址。*計算機網絡705.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理2. Ethernet物理地址的特點物理地址的特點局域網的物理地址是一個重要的概念。最簡單的情況是一臺計算機通過一個網卡接入一個局域網，成為局域網中的一個結點。按照4

36、8位的連續Ethernet物理地址的編碼方法，允許分配的Ethernet物理地址應該有247個，這個物理地址的數量可以保證全球所有 Ethernet物理地址的需求。為了統一管理 Ethernet的物理地址，保證每一塊以太網卡的地址是惟一的，不會出現重復。*計算機網絡715.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理IEEE注冊管理委員會為每一個網卡生產商分配Ethernet物理地址的前三字節，即公司標識，也叫做機構惟一標識符。后面的三字節由網卡的廠商自行分配。當一家網卡生產商獲得一個前三字節地址的分配權后，它可以生產的網卡數量是224（16777216）塊。Ethernet物理地址的前三字節

37、是0060 08。在局域網地址中，標準的表示方法為00-60-08，那么公司就可以給它所生產的每塊Ethernet同卡分配一個后三字節的地址值，假如為00-A6-38。這塊Ethernet網卡的物理地址應該是00-60-08-00-A6-38。48位的地址稱做EUI-48。*計算機網絡725.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理Ethernet地址地址 = Manufacture ID + NIC ID 24bit + 24bit Cisco 00-00-0c Novell 00-00-1B 00-00-D8 3Com00-20-AF00-60-8CIBM 08-00-5A典型的Eth

38、ernet地址 ： 00-60-8C-01-28-12000000001010000010001100 000000010010100000010010*計算機網絡735.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理*計算機網絡745.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理5.2.5 網絡協儀分析器及其應用網絡協儀分析器及其應用網絡分析器或網絡監視器是一種用來測試網絡系統運行狀態的設備。當分析器連接到網絡上后，它能監控特定的事件，并且能報告諸如每秒平均接收幀數或平均幀長度等統計數據。例如，為CSMA/CD網絡設計的分析器可能會報告發生的沖突數，為令牌環網設計的分析器可能會報告令牌到達的平

39、均延遲時間或者令牌環中傳輸站點的數目。大多數分析器是網絡管理者分析介質訪問控制MAC子層、邏輯鏈路控制(LLC)子層，尤其是分析網絡層、傳輸層與應用層協議的一個重要工具。*計算機網絡755.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理網絡分析器或網絡監視器是一種用來測試網絡系統運行狀態的設備 ；當網絡分析器連接到被測試的網絡時，它能監控特定的事件，并且報告諸如每秒平均接收幀數或平均幀長度等統計數據；網絡分析器的另外一個重要的作用是對特定協議（TCP/IP、FTP、HTTP）的解碼，它按照指定的協議規則加以解釋，然后將協議分析的結果顯示出來。 *計算機網絡765.2 Ethernet基本工作原理

40、基本工作原理*計算機網絡775.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理*計算機網絡785.2 Ethernet基本工作原理基本工作原理*計算機網絡79抓包實例抓包實例*計算機網絡80使用集線器的雙絞線以太網使用集線器的雙絞線以太網 集線器兩對雙絞線站點RJ-45 插頭*計算機網絡81具有三個接口的集線器具有三個接口的集線器 集線器網卡工作站網卡工作站網卡工作站雙絞線*計算機網絡82在物理層擴展局域網在物理層擴展局域網 主機使用光纖和一對光纖調制解調器連接到集線器 以太網集線器光纖光纖調制解調器光纖調制解調器*計算機網絡83 某大學有三個系，各自有一個局域網用多個集線器連成更大的局域網用多

41、個集線器連成更大的局域網三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域*計算機網絡84用集線器組成更大的局域用集線器組成更大的局域網都在一個碰撞域中網都在一個碰撞域中一系三系二系主干集線器一個更大的碰撞域碰撞域*計算機網絡85 在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋網橋。 網橋工作在數據鏈路層，它根據 MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉發。 網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個接口 在數據鏈路層擴展局域網在數據鏈路層擴展局域網 *計算機網絡86網橋的內部結構網橋的內部結構 站表接口管理 軟件網橋協議

42、實體緩存接口 1接口 2網段 B網段 A111222站地址 接口網橋網橋接口 1接口 212*計算機網絡87 過濾通信量。 擴大了物理范圍。 提高了可靠性。 可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如10 Mbps 和 100 Mbps 以太網）的局域網。 使用網橋帶來的好處使用網橋帶來的好處 *計算機網絡88網橋隔離各網段的碰撞域網橋隔離各網段的碰撞域 B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF*計算機網絡895.3 令牌環與令牌環與FDDI 5.3.1 令牌環令牌環(Token Ring)的工作原理的工作原理 1令牌環操作原理令牌環操作原理 這種介質訪問使用一個沿著環循環的令牌。當各站

43、都沒有幀發送時，稱空令牌。當一個站要發送到環上時，由于令牌是忙狀態，所以其他站不能發送幀，必須等待。發送的幀在環上循環一周后再回到發送站，將該幀從環上移去。同時將令牌改為空令牌，傳到后面的站，使之獲得發送幀的許可權。環的長度用位計算，環上每個中繼器引入一位延遲，環好似一個循環緩沖器。 *計算機網絡905.3 令牌環與令牌環與FDDI*計算機網絡915.3 令牌環與令牌環與FDDI2優先級策略 令牌環網上的各點可以設置成不同的優先級，采用分布式的調度算法管理。訪問控制域的格式如下： P：指示令牌的優先級T：指示空令牌還是滿令牌M：監視位R：預約位，允許具有較高優先權的站申請下一個令牌。 PTMR

44、*計算機網絡925.3 令牌環與令牌環與FDDI3.令牌環的數據幀在令牌環協議指明三種類型的幀：數據、令牌和異常中止。在令牌環中，數據幀是惟一能夠攜帶數據的一種幀。數據幀的9個字段如下：起始定界符（SD）。1個字節，提醒接收站有一個幀到達了。接入控制（AC）。 1個字節，包括關于優先級和預留的信息。幀控制（FC）。 1個字節，定義包含在數據字段中的信息類型。*計算機網絡935.3 令牌環與令牌環與FDDI目的地址（DA）。6個字節，是下一站的物理地址。源地址（SA）。 6個字節，是前一站的物理地址。*計算機網絡945.3 令牌環與令牌環與FDDI數據。這個字段是數據。數據可多到4500字節。幀

45、校驗（CRC）。4個字節，包含CRC-32檢錯序列。結束定界符（ED）。這個1字節字段指出發送器的數據結束，同時還包含更多的控制信息。幀狀態（FS）。這個FS字段由接收器設置，指出幀已被讀取，或由監督站設置，指出該幀已在環上轉了一圈。*計算機網絡955.3 令牌環與令牌環與FDDI令牌幀包括三個字段：SD、AC和ED。異常中止幀只有兩個字段：SD和ED。當出現一些問題時，監督站使用異常中止幀來中止令牌傳遞機制。令牌環的環路由許多150歐姆的STP線段將每一個站鏈接到緊挨著它的鄰站所組成。每一個線段將一個站的輸出瑞口連接到下一個站的輸入端口，因而產生了單向流量的環路。最后一個站的輸出再連接到第一

46、個站的輸入以完成一個環路。一個幀按序傳遞到下一個站，并在該站被檢查、再生，然后再發送到下一個站。*計算機網絡965.3 令牌環與令牌環與FDDI將網絡配置成一個環路可能會引起一些的問題，一個失效的或已經斷開連接的結點會使環繞整個網絡通信流量停止。為解決此問題，每一個站要連接到一個自動開關。這個開關能夠將不工作的站旁路掉。當一個站不工作時，此開關閉合環路以旁路掉這個站。當這個站再次工作時，由該站的NIC發出的信號驅動此開關，使該站接入到環路上。為了實用的方便，所有的單個的自動開關都合并到一個叫做多站接入單元（MAU）的集線器中。*計算機網絡975.3 令牌環與令牌環與FDDI*計算機網絡985.

47、3 令牌環與令牌環與FDDI5.4.2 IEEE 802.5標準標準 IEEE 802.5標準對以上技術進行了一些改進，它主要表現在以下幾點。（1）單令牌協議環中只能存在一個有效令牌，單令牌協議可以簡化優先級與環出錯恢復功能的實現。（2）優先級位令牌環支持多優先級方案，它通過優先級位來設定令牌的優先級。（3）監控站環中設置一個中央監控站，通過令牌監控位執行環維護功能。*計算機網絡995.3 令牌環與令牌環與FDDI（4）預約指示器通過預約指示器進行令牌預約，可以控制每個結點利用空閑令牌發送不同優先級的數據幀所占用的時間。IEEE802.5標準定義了25種MAC幀，用以完成環維護功能，這些功能主

48、要是：環監控器競爭、環恢復、環查詢、新結點入環、令牌丟失處理、多令牌處理、結點撤出、優先級控制等。802.5標準定義的令牌環網幀與802.4標準令牌總線幀、802.3標準的Ethernet幀的結構都是不同的。*計算機網絡1005.3 令牌環與令牌環與FDDI5.4.3 光纖分布式數據接口光纖分布式數據接口光纖分布式數據接口（Fiber Distributed Data Interface ，FDDI ）是一種以光纖作為傳輸介質的高速主干網，它可以用來互連局域網與計算機。FDDI標準采用了IEEE 802的體系結構和邏輯鏈路控制 LLC協議。在 1992年，完成了FDDI與SONET互聯的接口標

49、準研究。 FDDI是為數據傳輸設計的。為了傳輸語音、圖像與視頻業務，FDDI標準從支持分組交換的FDDI的基本模式擴展到混合模式。混合模式可同時支持分組交換與線路交換。*計算機網絡1015.3 令牌環與令牌環與FDDIFDDI主要有以下幾個技術特點： 使用基于 IEEE 802.5的單令牌的環網介質訪問控制 MAC協議；使用 IEEE 802.2協議，與符合 IEEE 802標準的局域網兼容； 數據傳輸速率為100Mbps，聯網的結點數1000，環路長度為100km；可以使用雙環結構，具有容錯能力；可以使用多模或單模光纖；具有動態分配帶寬的能力，能支持同步和異步數據傳輸。*計算機網絡1025.

50、3 令牌環與令牌環與FDDIFDDI主要應用于以下幾種環境中：計算機機房網（后端網絡），用于計算機機房中大型計算機與高速外設之間的連接；辦公室或建筑物群的主干網（前端網絡），用于連接大量的小型機、工作站、個人計算機與各種外設；校園網的主干網，用于連接分布在校園中各個建筑物中的小型機、服務器、工作站和個人計算機以及多個局域網；多校園的主干網，用于連接地理位置相距幾千米的多個校園網、企業網，成為一個區域性的互聯多個校園網、企業網的主干網。*計算機網絡1034B/5B編碼編碼FDDI采用了獨特的4B/5B編碼。這種編碼的特點是將欲發送的數據流每bit作為一個組，然后按照4B/5B編碼規則將其轉換成相

51、應5bit碼。發送碼流先進行4B/5B編碼，再進行MLT-3編碼，最后再上線路傳輸。5bit碼共有32種組合，但只采用其中的24種，16種對應4bit碼的16種，8種用作控制碼，以表示幀的開始和結束、光纖線路的狀態（靜止、空閑、暫停）等。*計算機網絡1044B/5B編碼編碼每個每個5比特碼組中不含多于比特碼組中不含多于3個個“0”；或者或者5比特碼組中包含不少于比特碼組中包含不少于2個個“1”；*計算機網絡1055.3 令牌環與令牌環與FDDI*計算機網絡106FDDI的令牌傳遞的令牌傳遞FDDI的接入方法也稱為令牌傳遞。在令牌環的網絡中，一個站在捕獲令牌后只能發送一幀。在FDDI中，接入是受

52、時間的限制。每一個站保持一個計時器，用來指出令牌應在何時離開此站。如果一個站在這個指定的時間之前就收到了令牌，那么它就可以保留這個令牌和發送數據，直到令牌離開的預定時間為止。但反過來，如果一個站正好在上述的令牌離開時間或在此之后才收到令牌，那么它就只能把令牌放走，并等待下一輪。*計算機網絡1075.3 令牌環與令牌環與FDDIFDDI使用2或6字節的地址。FDDI使用兩種類型的幀格式：數據和令牌。幀格式的8個字段如下：*計算機網絡1085.3 令牌環與令牌環與FDDISD。這個1字節字段定義開始標志。FC。這個1字節字段定義幀的類型。目的地址。這個字段是下一站的物理地址。源地址。這個字段是前一

53、站的物理地址。數據。每個數據幀可攜帶多達4500字節的數據。CRC。FDDI使用標準的IEEE的4字節循環冗余檢驗。ED。這個字段在數據幀中是半個字節，而在令牌幀中是一個字節。它指示數據的結束和控制信息。*計算機網絡1095.3 令牌環與令牌環與FDDIFS。幀狀態這個字段與令牌環中的相似。它只包含在數據幀中并具有1.5字節。 FDDI用雙環來實現。在大多數情況下，數據在主環中傳輸。次環是在主環出故障時才工作，因而使FDDI具有自恢復功能。當主環出現問題時，次環就被激活以完成數據的回路和維持服務。各結點使用媒體接口連接器（MIC）連接到單個環或雙環上。每一個MIC有兩個光纖端口，允許它連接到這

54、兩個環的光纜上。*計算機網絡1105.3 令牌環與令牌環與FDDIFDDI定義了三種類型的結點：定義了三種類型的結點：雙連接結點(DAS)、單連接結點（SAS）和雙連接集中器（DAC）。DAS有兩個MIC（叫做MIC A和MIC B），可連接到兩個環。要做到這一點，需要使用具有兩個輸入和兩個輸出的網絡接口卡NIC。連接到雙環可提高可靠性和吞吐量，然而這些改進是假定了站點仍保持為活躍的（即工作的）。當出現故障時，站點就進行從主環到次環的環繞連接以旁路故障，然后將信號從一個輸入送到另一個輸出。但對于DAS站來說，站點必須是活躍的才行。*計算機網絡111*計算機網絡1125.4 令牌總線令牌總線5.

55、4.1 令牌總線的工作原理令牌總線的工作原理 令牌總線訪問控制是在物理總線上建立一個邏輯環。從物理上看，這是一種總線結構的局域網，站點共享的傳輸介質為總線。但是，從邏輯上看，這是一種環型結構的局域網，接在總線上的站組成一個邏輯環，每個站被賦于一個順序的邏輯位置。站點只有取得令牌才能發送幀，令牌在邏輯環上依次傳遞。在正常運行時，當站點完成了它的發送時，就將令牌送給下一個站。*計算機網絡1135.4 令牌總線令牌總線*計算機網絡1145.4 令牌總線令牌總線從邏輯上看，令牌是按地址的遞減順序傳送至下一個站點。但從物理上看，帶有目的地址的令牌幀是廣播到總線上所有的站點，當目的站識別出符合它的地址時，

56、即把該令牌幀接收。令牌幀含有一個目的地址，接收到令牌幀的結點可以在令牌持有最大時間內發送一個或多個幀。當結點沒有數據幀等待發送或已經完成所有待發送的數據幀或該結點持有令牌的最大時間到了。該結點必須要交出數據幀。*計算機網絡1155.4 令牌總線令牌總線5.4.2 令牌總線的環維護工作令牌總線的環維護工作邏輯環按遞減的站地址次序組成，剛發完幀的站將令牌傳給后繼站，后繼站應立即發送數據或令牌幀，原先釋放令牌的站監聽到總線上的信號后，便可以確認后繼站已獲得令牌。 令牌總線介質訪問控制應具備以下幾項功能： （1）環的初始化）環的初始化網絡開始啟動時，或由于某種原因，在運行中所有站點不活動的時間超過規定

57、的時間時，都需要進行邏輯環的初始化。初始化的過程是一個爭用的過程，爭用的結果只有一個站能獲得令牌，其他的站用插入的算法插入。*計算機網絡1165.4 令牌總線令牌總線（2）站插入）站插入邏輯環上的每個站應周期性地使新的站有機會插入環中。當同時有幾個站要插入時，可以采用帶有響應窗口的爭用處理算法。 （3）站刪除）站刪除將不活動的站從邏輯環上除去，并修正邏輯環遞減的站地址次序。（4）環恢復）環恢復當環中出現令牌丟失或多個令牌的情況時，令牌總線應能完成環恢復工作。*計算機網絡1175.4 令牌總線令牌總線（5）優先級）優先級令牌總線方法能支持優先級服務要求，并以一種算法將共享總線的通信容量分配給不同

58、優先級的幀，以確保高優先級與低優先級服務的通信容量的合理分配問題。5.4.3 令牌總線的主要特點令牌總線的主要特點 令牌總線方法有以下幾個主要特點： 介質訪問延遲時間有確定值； 通過令牌協調各結點之間的通信關系，各結點之間不會發生沖突，在重負載情況下信道的利用率高； 支持優先級服務。*計算機網絡1185.5 交換局域網與虛擬網交換局域網與虛擬網5.5.1 交換式局域網的基本結構交換式局域網的基本結構傳統的局域網技術是建立在“共享介質”的基礎上，網中所有結點共享一條公共通信傳輸介質。例如 Ethernet的傳輸介質上數據傳輸速率為10Mbps，那么它的帶寬是10Mbps。如果網中有N個結點，那么

59、每個結點平均能分配到的帶寬為10Mbps/N。當網絡結點數N增大、網絡通信負荷加重時，沖突和重發現象將大量發生，網絡效率急劇下降，網絡傳輸延遲增長，網絡服務質量下降。*計算機網絡119典型的局域網交換機典型的局域網交換機*計算機網絡120三種解決方案三種解決方案為了克服網絡規模與網絡性能之間的矛盾，人們提出了三種解決方案： 第一種方案第一種方案是提高Ethernet數據傳輸速率。第二種方案第二種方案是將一個大型局域網劃分成多個用網橋或路由器互連的子網。網橋與路由器可以隔離子網之間的交通量，使每個子網作為一個獨立的小型Ethernet。第三種方案第三種方案是將“共享介質方式”改為“交換方式”。這

60、就促進了“交換局域網”技術的發展。交換局域網的核心設備是局域網交換機。*計算機網絡1215.5 交換局域網與虛擬網交換局域網與虛擬網交換局域網的核心部件是它的局域網交換機。局域網交換機一般是針對某一類局域網，如802.3的Ethernet或802.5標準的Token Ring而設計的。典型的交換局域網是交換式以太網，它的核心部件是以太網交換機（Ethernet Switch），Ethernet Switch可以有多個端口，每個端口可以單獨與一個結點連接，也可以與一個共享式Ethernet的集線器HUB連接。*計算機網絡1225.5 交換局域網與虛擬網交換局域網與虛擬網對于傳統的共享介質Ethe