1、計算機網絡第 5 章 局域網第 5 章 局域網5.1 局域網概述5.1.1 局域網的主要特點與功能5.1.2局域網的組成5.1.3局域網的拓撲結構與傳輸介質5.1.4局域網的工作模式5.2 局域網體系結構5.2.1 IEEE 802參考模型5.2.2 IEEE 802系列標準5.3 局域網中的介質訪問控制5.3.1 信道分配問題5.3.2 載波監聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）5.3.3 令牌環訪問控制5.3.4令牌總線5.4 以太網5.4.1 以太網特征及分類5.4.2 以太網組網技術5.4.3 高速以太網5.4.4千兆位以太網技術5.4.5萬兆位以太網技術5.4.6 異步傳輸模式網絡

2、ATM5.5 無線局域網5.5.1無線局域網的技術標準5.5.2無線局域網設備5.5.3無線局域網的組網模式5.6 虛擬局域網5.6.1透明和虛擬5.6.2虛擬局域網使用的以太網幀格式5.6.3虛擬局域網的優點5.6.4虛擬局域網的工作方式5.6.5 虛擬局域網的實現5.6.6 VLAN 間的互連方法5.7網絡操作系統5.7.1 網絡操作系統概述5.7.2常見的網絡操作系統5.1.1 局域網的主要特點與功能n局域網最主要的特點：網絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數目均有限。n局域網特點：網絡所覆蓋的地理范圍比較小。數據的傳輸速率比較高局域網有較低的時延和較低的誤碼率局域網絡的經營權和管理權

3、屬于某個單位所有，與廣域網通常由服務提供商提供形成鮮明對照。局域網一般采用廣播技術而非交換技術便于安裝、維護和擴充，建網成本低、周期短。n盡管局域網地理覆蓋范圍小，但這并不意味著它們必定是小型的或簡單的網絡。隨著網絡互聯技術的發展與網絡互聯設備性能的提高，局域網可以擴展得相當大或者非常復雜，具有成千上萬用戶的局域網是很常見的事。 n局域網的主要優點：能方便地共享昂貴的外部設備、主機以及軟件、數據，從一個站點可訪問全網。便于系統的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。提高了系統的可靠性、可用性。局域網的功能概括起來就是資源共享、數據交換，具體而言：n文件共享在不同計算機之間插拔閃存或移

4、動硬盤比較麻煩，刻成光盤又需要光盤刻錄機，而使用局域網，文件的傳輸就輕松多了，100Mb/s局域網傳輸文件的速度可以達到每秒13MB，相當于普通光驅的速度。只要將要傳輸的文件設為共享，傳輸是非常容易的。n互聯網接入共享建立局域網之后，局域網內的計算機可以以共享連接的方式，統統接入互聯網，可以瀏覽網頁，可以收發郵件，可以在局域網內安全、快速、廉價地享受網上沖浪的樂趣。n內部網站和BBS有了局域網之后，可以架設在局域網內部使用的網站，供內部人員瀏覽；可以建立內部的BBS系統，大家可以在此交流、發布信息等。n電子郵件在局域網內，可以架設自己的電子郵件服務器，可以在不經過互聯網的情況下實現內部電子郵件

5、的發送和接收，非?？旖?；也可以收發來自互聯網上的郵件。n網絡打印給每臺計算機配備打印機在當前的國情下是不太現實的。如果架設了局域網，就可以通過網絡共享一臺或若干臺打印機，這樣就會經濟地實現打印資源的共享。n基于網絡的其他應用以上僅是局域網的通用功能，是對局域網最基本的應用。針對每個局域網用戶的實際情況，還可以通過局域網和相關硬件及軟件系統，實現各種信息化。如可以實現“一卡通”，只要安裝必要的軟件和硬件，就可以在局域網覆蓋的地方持一個IC卡實現購物、借閱、餐飲等功能。在局域網的基礎上，還可以實現各種辦公自動化，如考勤、請假、報銷、公文流轉和報批、通知等。注：局域網只是為信息化提供基礎。企事業的信

6、息化更多的內容在網絡應用軟件方面，而不是局域網的基本硬件和軟件。5.1.2局域網的組成組成LAN的5種基本結構：n計算機（特別是PC機）n傳輸介質n網絡適配器n網絡連接設備n網絡操作系統5.1.3 局域網的拓撲結構與傳輸介質局域網的拓撲結構主要有四種：總線網、環形網、星形網、樹形網。n總線網中，各站直接連在總線上，一般可以使用兩種協議，一種是以太網使用的CSMA/CD，另一種是令牌傳遞總線協議。n環形網中最典型的是令牌環。n星形網采用的是集中控制，由于集線器（HUB）和雙絞線大量應用于局域網，使得星形網以及多級星形網絡獲得了廣泛使用。n樹形網只是總線網的變形，可以說是總線網的一種擴展。局域網的

7、拓撲 （匹配電阻）集線器總線網星形網樹形網 環形網選擇拓撲時，應該考慮的主要因素：n經濟性n網絡拓撲的選擇直接決定了網絡安裝和維護的費用。不管選用什么樣的傳輸介質，都需要進行安裝。例如，安裝電線溝、安裝電線管道等。最理想的情況是建樓以前先進行安裝，并考慮今后擴建的要求。安裝費用的高低與拓撲結構的選擇以及傳輸介質的選擇、傳輸距離的確定有關。n靈活性任何一個網絡，隨著用戶數的增加，網絡應用的深入和擴大，網絡新技術的不斷涌現，特別是應用方式和要求的改變，網絡經常需要加以調整。網絡的可調整性與靈活性以及可擴充性都與網絡拓撲直接相關。一般說來，總線型拓撲和環形拓撲要比星形拓撲的可擴充性好得多。n可靠性n

8、網絡的可靠性是任何一個網絡的生命。網絡拓撲決定了網絡故障檢測和故障隔離的方便性?？傊x擇局域網拓撲時，需要考慮的因素很多，這些因素同時影響網絡的運行速度和網絡軟硬件接口的復雜程度等。局域網的傳輸介質n局域網可使用的傳輸媒體有三種：n雙絞線n同軸電纜n光纖n主要有線傳輸介質：n雙絞線（TP）分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）。局域網中UTP分為3類，4類，5類和超5類四種。n同軸電纜由一根空心的外圓柱導體和一根位于中心軸線的內導線組成，兩導體間用絕緣材料隔開。按直徑分為粗纜和細纜。按傳輸頻帶分為基帶和寬帶傳輸。 基帶：數字信號，信號占整個信道，同一時間內能傳送一種信號。 寬帶：傳

9、送的是不同頻率的信號。n光纖應用光學原理，由光發送機產生光束，將電信號變為光信號，再把光信號導入光纖，在另一端由光接收機接收光纖上傳來的光信號，并把它變為電信號，經解碼后再處理。分為單模光纖和多模光纖。單模光纖：由激光作光源，僅有一條光通路，傳輸距離長，2公里以上。多模光纖：由二極管發光，低速短距離，2公里以內。銅纜或銅線連接到以太網的示意圖 主機箱主機箱主機箱雙絞線集線器BNC T 型接頭收發器電纜網卡插入式分接頭MAUMDI保護外層外導體屏蔽層內導體收發器DB-15連接器BNC 連接器插口RJ-45插頭5.1.4局域網的工作模式n專用服務器結構（ServerBased） 又稱為“工作站文件

10、服務器”結構，由若干臺微機工作站與一臺或多臺文件服務器通過通信線路連接起來組成工作站存取服務器文件，共享存儲設備。n客戶機/服務器模式（clientserver） 其中一臺或幾臺較大的計算機集中進行共享數據庫的管理和存取，稱為服務器，而將其他的應用處理工作分散到網絡中其他微機上去做，構成分布式的處理系統,服務器控制管理數據的能力由文件管理方式上升為數據庫管理方式。n對等式網絡：（PeertoPeer） 沒有專用服務器，每一個工作站既可以起客戶機作用，也可以起服務器作用。5.2 局域網體系結構 IEEE 802 局域網實現模型n局域網只涉及OSI的物理層和數據鏈路層。n不涉及網絡層及網絡層以上各

11、層的原因：局域網是一種通信網，只涉及有關的通信功能，所以至多與OSI 參考模型中的下3 層有關。由于局域網基本上采用共享信道的技術，所以也可以不設立單獨的網絡層。n不同局域網技術的區別主要在物理層和數據鏈路層，當這些不同的局域網需要在網絡層實現互連時，可以借助其他已有的通用網絡層協議（如IP 協議）實現。n局域網的物理層功能主要涉及局域網物理鏈路上原始比特流的傳輸，定義局域網物理層的機械、電氣、規程和功能特性。n物理層還規定了局域網所使用的信號、編碼、傳輸介質、拓撲結構和傳輸速率。n物理層由4 個部分組成： 物理介質（PMD）：提供與線纜的物理連接。 物理介質連接設備（PMA）：生成發送到線路

12、上的信號，并接收線路上的信號。 連接單元接口（AUI）。 物理信號（PS）。n沖突（collision）由于共享信道上同時有兩個或兩個以上的結點發送數據而導致信道上的信號波形不等于任何發送結點原始信號的情形。n局域網基本上采用的共享介質環境，共享介質環境中的多個結點同時發送數據時會產生沖突，導致數據傳輸的失效，因而需要提供解決沖突的介質訪問控制機制。不同的局域網技術在介質訪問控制上會有明顯的差異。而這種差異是與計算機網絡分層模型所要求的下層為上層提供服務、但必須屏蔽掉服務實現細節（即服務的透明性）是相違背的。為解決上述問題，IEEE 802標準的制訂者們考慮將局域網的數據鏈路層一分為二，分別為

13、MAC子層和LLC子層局域網對 LLC 子層是透明的 局 域 網網絡層物理層站點 1網絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數據鏈路層站點 2LLC 子層看不見子層看不見下面的局域網下面的局域網nMAC 子層負責介質訪問控制機制的實現，即處理局域網中各站點對共享通信介質的爭用問題，不同類型的局域網通常使用不同的介質訪問控制協議，另外MAC 子層還涉及局域網中的物理尋址；nLLC 子層負責屏蔽掉MAC 子層的不同實現，將其變成統一的LLC 界面，從而向網絡層提供一致的服務，LLC 子層向網絡層提供的服務通過與網絡層之間的邏輯接口實現，這些邏輯接口又被稱為服務訪問點（SAP，S

14、ervice Access Point）。n盡管將局域網的數據鏈路層分成了LLC 和MAC 兩個子層，但這兩個子層都要參與數據的封裝和拆封過程。發送方：n網絡層下來的數據分組加上DSAP（Destination Service Access Point）和SSAP（Source Service Access Point）等控制信息在LLC 子層被封裝成LLC 幀。n由LLC 子層將其交給MAC 子層，加上MAC 子層相關的控制信息后被封裝成MAC幀。n由MAC 子層交局域網的物理層完成物理傳輸；接收方：n將物理的原始比特流還原成MAC 幀。n在MAC 子層完成幀檢測和拆封后變成LLC 幀交給L

15、LC 子層LLC 子層完成相應的幀檢驗和拆封工作將其還原成網絡層的分組上交給網絡層。 局域網數據鏈路層有兩種不同的數據單元：LLC幀和MAC幀。通常提到“幀”時是指MAC幀，而不是LLC幀。下圖為LLC幀和MAC幀的關系示意圖。LLC幀和MAC幀的關系5.2.2 IEEE 802系列標準nIEEE在1980年2月成立了局域網標準化委員會（簡稱IEEE 802 委員會），專門從事局域網的協議制訂，形成了一系列的標準，稱為IEEE 802標準。nIEEE 802 為局域網制定了一系列標準，主要有如下幾種：n IEEE 802.1：描述局域網體系結構以及尋址、網絡管理和網絡互聯（1997）。IEEE

16、 802.1G：遠程MAC 橋接（1998）。規定本地MAC 網橋操作遠程網橋的方法。IEEE 802.1H：在局域網中以太網2.0 版MAC 橋接（1997）。IEEE 802.1Q：虛擬局域網（1998）。n IEEE 802.2：定義了邏輯鏈路控制（LLC）子層的功能與服務（1998）。nIEEE 802.3：描述帶沖突檢測的載波監聽多路訪問（CSMA/CD）的訪問方法和物理層規范（1998）。IEEE 802.3ab：描述1000Base-T 訪問控制方法和物理層技術規范（1999）。IEEE 802.3ac：描述VLAN 的幀擴展（1998）。IEEE 802.3ad：描述多重鏈接分

17、段的聚合協議（Aggregation of Multiple Link Segments）（2000）。 IEEE 802.3i：描述10Base-T 訪問控制方法和物理層技術規范IEEE 802.3u：描述100Base-T 訪問控制方法和物理層技術規范。 IEEE 802.3z：描述1000Base-X 訪問控制方法和物理層技術規范。IEEE 802.3ae：描述10GBase-X 訪問控制方法和物理層技術規范。nIEEE 802.4：描述Token-Bus 訪問控制方法和物理層技術規范。nIEEE 802.5：描述Token-Ring 訪問控制方法和物理層技術規范（1997）。IEEE

18、802.5t：描述100 Mb/s 高速標記環訪問方法（2000）nIEEE 802.6：描述城域網（MAN）訪問控制方法和物理層技術規范（1994）。1995年又附加了MAN 的DQDB 子網上面向連接的服務協議。nIEEE 802.7：描述寬帶網訪問控制方法和物理層技術規范。nIEEE 802.8：描述FDDI 訪問控制方法和物理層技術規范。nIEEE 802.9：描述綜合語音、數據局域網技術（1996）。n IEEE 802.10：描述局域網網絡安全標準（1998）。nIEEE 802.11：描述無線局域網訪問控制方法和物理層技術規范（1999）。nIEEE 802.12：描述100VG

19、-AnyLAN 訪問控制方法和物理層技術規范。nIEEE 802.14：描述利用CATV 寬帶通信的標準（1998）。n IEEE 802.15：描述無線私人網（Wireless Personal Area Network，WPAN）。nIEEE 802.16：描述寬帶無線訪問標準（Broadband Wireless Access Standards），由兩部分組成。IEEE 802標準內部關系5.3 局域網中的介質訪問控制n介質訪問控制方法將傳輸介質的頻帶有效地分配給網上各站點用戶的方法。n設計介質訪問控制協議的基本目標：協議要簡單獲得有效的通道利用率公平合理地對待網上各站點的用戶n介質訪

20、問控制方法主要是解決介質使用權的算法或機構問題，從而實現對網絡傳輸信道的合理分配。n常用的媒體訪問控制方法具有沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD令牌環（Token Ring）令牌總線（Token Bus）5.3.1 信道分配問題信道分配方法劃分為兩類：靜態分配方法和動態分配方法。靜態分配方法，也是傳統的分配方法，它采用頻分多路復用或時分多路復用的辦法將單個信道劃分后靜態地分配給多個用戶。動態分配方法就是動態地為每個用戶站點分配信道使用權。 動態分配方法通常有3 種：輪轉、預約和爭用。u輪轉：使每個用戶站點輪流獲得發送的機會，適合于交互式終端對主機的通信。u預約：將傳輸介質上的時間分隔成時

21、間片，網上用戶站點若要發送，必須事先預約能占用的時間片。適用于數據流的通信。u爭用：所有用戶站點都能爭用介質。它實現起來簡單，對輕負載或中等負載的系統比較有效，適合于突發式通信。爭用方法屬于隨機訪問技術，而輪轉和預約的方法則屬于控制訪問技術。nCSMA/CD是一種常用爭用的方法來決定對媒體訪問權的協議，只適用于邏輯上屬于總線拓撲結構的網絡。n在總線網絡中，每個站點都能獨立地決定幀的發送，若兩個或多個站同時發送幀，就會產生沖突，導致所發送的幀都出錯。n一個用戶發送信息成功與否，在很大程度上取決于監測總線是否空閑的算法，以及當兩個不同結點同時發送的分組發生沖突后所使用的中斷傳輸的方法。n總線爭用技

22、術可分為載波監聽多路訪問CSMA和具有沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD兩大類。載波監聽多路訪問CSMAn要傳輸數據的站點首先對介質媒體上有無載波進行監聽，以確定是否有別的站點在傳輸數據。如果介質媒體空閑，該站點便可傳輸數據；否則，該站點將避讓一段時間后再做嘗試。n常用的退避算法非堅持1堅持P堅持n非堅持算法算法規則：n 如果介質媒體是空閑的，則可以立即發送。n 如果介質媒體是忙的，則等待一個由概率分布決定的隨機重發延遲后，再重復前一步驟。缺點：即使有幾個站點都有數據要發送，但由于大家都在延遲等待過程中，致使介質媒體仍可能處于空閑狀態，使用率降低。n堅持算法算法規則：n 如果介質媒體空閑

23、的，則可以立即發送。n如果介質媒體是忙的，則繼續監聽，直至檢測到介質媒體是空閑，立即發送。n如果有沖突（在一段時間內未收到肯定的回復），則等待一隨機量的時間，重復步驟。優點：只要介質媒體空閑，站點就立即可發送，避免了介質媒體利用率的損失；缺點：假若有兩個或兩個以上的站點有數據要發送，沖突就不可避免。nP-堅持算法算法規則：n監聽總線，如果介質媒體是空閑的，則以P的概率發送，而以（1-P）的概率延遲一個時間單位。一個時間單位通常等于最大傳播時延的2倍。n 延遲一個時間單位后，再重復步驟。n如果媒體是忙的，繼續監聽直至媒體空閑并重復步驟。 P-堅持算法是一種既能像非堅持算法那樣減少沖突，又能像堅持

24、算法那樣減少介質媒體空閑時間的折中方案。 P-堅持算法的問題在于如何選擇P的值，這要考慮到避免重負載下系統處于的不穩定狀態。假如介質媒體是忙時，有N個站有數據等待發送，一旦當前的發送完成時，將要試圖傳輸的站的總期望數為NP。如果選擇P過大，使NP1，表明有多個站點試圖發送，沖突就不可避免。 最壞的情況是，隨著沖突概率的不斷增大，而使吞吐量降低到零。所以必須選擇適當P值使NP1。當然P值選得過小，則介質媒體利用率又會大大降低。具有沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CDn概念：發送站點傳輸過程中仍繼續監聽媒體，以檢測是否存在沖突。如果發生沖突，信道上可以檢測到超過發送站點本身發送的載波信號的幅度

25、，由此判斷出沖突的存在。一于檢測到沖突，就立即停止發送，并向總線上發一串阻塞信號，用以通知總線上其他各有關站點。n“載波偵聽”指以太網的網絡接口卡偵聽網絡，直到沒有結點正在發送時，才開始發送數據；n“多路訪問”指多個結點連接到同一個網絡上，并能同時檢測信道，線路空閑時任何結點都能發送數據。nCSMA/CD的代價是用于檢測沖突所花費的時間。對于基帶總線而言，最壞情況下用于檢測一個沖突的時間等于任意兩個站之間傳播時延的兩倍。n信號傳播時延：從一個站點開始發送數據到另一個站點開始接收數據，也即載波信號從一端傳播到另一端所需的時間。信號傳播時延（s）=兩站點的距離（m）/信號傳播速度（200m/s）。

26、n最壞情況下，對于基帶CSMA/CD來說，檢測出一個沖突的時間等于任意兩個站之間最大傳播時延的兩倍（2tp）。n數據傳輸時延：數據幀從一個站點開始發送，到該數據幀發送完畢所需的時間。數據傳輸時延（s）=數據幀長度（bit）/數據傳輸速率（b/s）u若不考慮中繼器引入的延遲，數據幀從一個站點開始發送，到該數據幀被另一個站點全部接收所需的總時間，等于數據傳輸時延與信號傳播時延之和。n為了確保發送數據站點在傳輸時能檢測到可能存在的沖突，數據幀的傳輸時延至少要兩倍于傳播時延。換句話說，要求分組的長度不短于某個值，否則在檢測出沖突之前傳輸已經結束，但實際上分組已被沖突所破壞。n沖突檢測設計中注意兩個問題

27、：幀的大小和傳輸距離。若幀過大，站點將獨占介質。另一方面，沖突檢測要求幀不能太小，以確保站點在一個幀發完之前能夠檢測到一次沖突。如果在發送完畢之后才檢測沖突，它就無法判斷該沖突是否與它發送出去的幀有關。幀可能已經到達了目的地，而另外兩個幀沖突了。n在最壞情況下，檢測到一次沖突所需要的時間等于信號在介質中經過最長距離所需要時間的兩倍。n例：如下假設： 站點在一條速率為10Mb/s的同軸電纜上發送幀 電纜上兩個站點的最遠距離時2KM 信號在電纜上的傳播速度為200m/s 最壞情況下，一個幀與另一個幀相撞之前傳播了2km（耗時10s）。接著被破壞的幀再走2km回到發送站點。來回共耗時20s。所以發送

28、一個幀的最少時間是20s。10Mb/s的數據速率相當于每微秒發送10個比特。20s就是200b。這意味著一個幀至少應該有200b，即200/825B。1 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 1 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 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

29、時延記為 在CSMA/CD算法中，一旦檢測到沖突并發完阻塞信號后，為了降低再次沖突的概率，需要等待一個隨機時間，然后再使用CSMA方法試圖傳輸。為了保證這種退避操作維持穩定采用了一種稱為二進制指數退避算法。規則如下：n對每個數據幀，當第一次發生沖突時，設置一個參量L=2；n退避間隔取1到L個時間片中的一個隨機數，1個小時片等于兩站之間的最大傳播時延的兩倍；n當數據幀再次發生沖突，由將參量L加倍；n設置一個最大重傳次數，超過該次數，則不再重傳，并報告出錯u注：二進制指數退避算法是按后進先出LIFO（List In First Out）的次序控制的，即未發生沖突或很少發生沖突的數據幀，具有優先發送

30、的概率；而發生過多次沖突的數據幀，發送成功的概率就更少。5.3.3 令牌環訪問控制n令牌環介質訪問控制方法，是通過在環形網上傳輸令牌的方式來實現對介質的訪問控制。只有當令牌傳輸至環中某站點時，它才能利用環路發送或接收只有當令牌傳輸至環中某站點時，它才能利用環路發送或接收信息。信息。n在系統負載較輕時，由于站點需等待令牌到達才能發送或接收數據，因此效率不高。但若系統負載較重，則各站點可公平共享介質，效率較高。為避免所傳輸數據與標記形式相同而造成混淆，可采用位填入為避免所傳輸數據與標記形式相同而造成混淆，可采用位填入技術，以區別數據和標記。技術，以區別數據和標記。n使用令牌環介質訪問控制方法的網絡

31、，需要有維護數據幀和令牌的功能。令牌環中主要的3 種操作：n截獲令牌并且發送數據幀。如果沒有結點需要發送數據，令牌就由各個結點沿固定的順序逐個傳遞；如果某個結點需要發送數據，它要等待令牌的到來，當空閑令牌傳到這個結點時，該結點修改令牌幀中的標志，使其變為“忙”的狀態，然后去掉令牌的尾部，加上數據，成為數據幀，發送到下一個結點。n接收與轉發數據。數據幀每經過一個結點，該結點就比較數據幀中的目的地址，如果不屬于本結點，則轉發出去；如果屬于本結點，則復制到本結點的計算機中，同時在幀中設置已經復制的標志，然后向下一結點轉發。n取消數據幀并且重發令牌。由于環網在物理上是個閉環，一個幀可能在環中不停地流動

32、，所以必須清除。當數據幀通過閉環重新傳到發送結點時，發送結點不再轉發，而是檢查發送是否成功。如果發現數據幀沒有被復制（傳輸失敗），則重發該數據幀；如果發現傳輸成功，則清除該數據幀，并且產生一個新的空閑令牌發送到環上。u令牌環主要優點：提供對傳輸介質訪問的靈活控制。而且在負載很重的情況下，這種令牌環的控制策略是高效和公平的。u主要缺點：一是在輕負載的情況下，由于傳輸信包前必須要等待一個空令牌的到來，這樣造成了一些低效率，二是需要對令牌進行維護，一旦令牌丟失，環網便不能再運行，所以在環路上要設置一個站點作為環上的監控站點，來保證環上有且僅有一個令牌。令牌在環中傳輸A刪除令牌，發給幀給C發送幀回到A

33、，A清除該幀A發送完成，釋放令牌5.3.4令牌總線 令牌總線使所有的站接入一個線性電纜，并在邏輯上組織為一個環。當邏輯環初始化時，最高地址的站可以發送第一個幀，以后它傳一個稱為令牌的特殊的幀給它的鄰居，允許它去發送。令牌沿環環行，只有令牌的持有者允許發送幀，不會有擁塞發生。令牌總線令牌總線（續）令牌總線工作示意圖網上各工作站按一定順序形成一個邏輯環。每個工作站在環中均有一個指定邏輯位置，末站的后站就是首站（即首尾相連），每站都了解其先行站和后繼站的地址，總線上各站的物理位置與邏輯位置無關令牌總線（續）n從物理上看，所有站點都掛到一根總線上。但在邏輯上，所有工作的站點都被組織在一個邏輯環內。和令

34、牌環不同之處是總線網中的令牌需要攜帶地址。并且操作比較復雜。n令牌傳送順序僅取決各站在邏輯環上的位置，而與其在總線上的物理位置無關。n令牌總線網為不同負載提供不同的優先級別服務，當一個站點得到令牌后，按優先級別發送數據。而且優先級別越高，分配發送的時間越長。n站點連到電纜上的實際順序并不重要。電纜是固有的廣播介質，所以每個站點都可以收到所有的幀，但把不是發給它的幀丟掉。當站點傳遞令牌時，只要向環上的邏輯鄰居發送一令牌幀，無需考慮該鄰居實際上位于電纜何處。n稱為令牌的控制幀調整訪問的權利。令牌總線的主要操作環初始化，即生成一個順序訪問的次序。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

35、的時間超過規定的時間，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，爭用結果只有一個站能取得令牌，其他的站臺點用站插入的算法插入。令牌傳遞算法。邏輯環按遞減的站地址次序組成，剛發完幀的站點將令牌傳遞給后繼站，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，便可確認后繼站已獲得令牌。 站插隊入環算法。必須周期性地給未加入環的站點以機會，將它們插入到邏輯環的適當位置中。如果同時有幾個站要插入時，可采用帶有響應窗口的爭用處理算法。令牌總線的主要操作（續） 站退出環算法。可以通過將其前趨站和后繼站連到一起的辦法，使不活動的站退出邏輯環，并修正邏輯環遞減的站地址次序。故障處理

36、網絡可能出現錯誤，這包括令牌丟失引起斷環，重復地址、產生多個令牌等。網絡需對這些故障做出相應的處理。令牌總線介質訪問控制方法的特點：能夠保證每個工作站在某一定時間間隔內訪問介質；可以用數種方法建立優先權；送去時間是確定的，適用于實時性較強的場合，但是實現起來比CSMA/CD復雜。5.4.1 以太網特征及分類以太網的主要技術特征：以太網是基帶網，它采用基帶傳輸技術以太網的標準是IEEE 802.3，使用CSMA/CD訪問方法以太網是一種共享型網絡，網絡上的所有站點共享傳輸媒體和帶寬以太網是廣播式網絡以太網的數字信號采用曼徹斯特編碼方案，快速以太網采用4B/5B編碼方案以太網支持傳輸介質類型有50

37、 基帶同軸電纜、無屏蔽雙絞線和光纖以太網所構成的拓撲結構主要是總線型和星形有多種以太網標準，傳輸速率為10 Mb/s、100 Mb/s、1000 Mb/s、1000Mb/s以及更高以太網是可變長幀，長度為641514字節以太網技術先進，價格低廉、易擴展、易維護、易管理以太網分類n標準以太網在下列標準中前面的數字表示傳輸速度，單位是“Mb/s”，最后的一個數字表示單段網線長度（基準單位是100m），Base表示“基帶”的意思，Broad代表“帶寬”。10Base5:使用粗同軸電纜，最大網段長度為500m，基帶傳輸方法10Base2:使用細同軸電纜，最大網段長度為185m，基帶傳輸方法10Base

38、T:使用雙絞線電纜，最大網段長度為100m1Base5:使用雙絞線電纜，最大網段長度為500m，傳輸速度為1Mb/s；10Broad36:使用同軸電纜（RG59U CATV），最大網段長度為3600m，是一種寬帶傳輸方式；10BaseF:使用光纖傳輸介質，傳輸速率為10Mb/s；以太網分類（續）n快速以太網（Fast Ethernet）100BASETX使用5類數據級無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網技術。它使用兩對雙絞線，一對用于發送，一對用于接收數據。在傳輸中使用4B5B編碼方式，信號頻率為125MHz。使用RJ45連接器。最大網段長度為100米。支持全雙工的數據傳輸。100BASEFX

39、使用光纜的快速以太網技術，可使用單模和多模光纖。多模光纖連接的最大距離為550米。單模光纖連接的最大距離為3000米。在傳輸中使用4B5B編碼方式，信號頻率為125MHz。它使用MICFDDI連接器、ST連接器或SC連接器。最大網段長度為150m、412m、2000m或更長至10公里，這與所使用的光纖類型和工作模式有關，它支持全雙工的數據傳輸。適合于有電氣干擾的環境、較大距離連接、或高保密環境等情況下的適用。以太網分類（續）100BASET4一種可使用3、4、5類無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網技術。它使用4對雙絞線，3對用于傳送數據，1對用于檢測沖突信號。在傳輸中使用8B6T編碼方式，信

40、號頻率為25MHz，符合EIA586結構化布線標準。它使用與10BASET相同的RJ45連接器，最大網段長度為100米。n千兆以太網千兆以太網技術有兩個標準：IEEE 802.3z和IEEE 802.3abIEEE 802.3z制定了光纖和短程銅線連接方案的標準，目前已完成了標準制定工作。IEEE 802.3ab制定了五類雙絞線上較長距離連接方案的標準。以太網的幀格式與接收過程IEEE 802.3幀格式：先導字段：長度為7個字節，每個字節的內容為10101010，用于接收方與發送方的時鐘同步。幀開始標志：長度為1個字節，內容為10101011，標志著幀的開始目的地址和源地址：分別表示接收結點和

41、目標結點的MAC地址。當目的地址為二進制全“1” 時，表示該幀要被傳送至網絡上的所有結點，即所謂的“廣播”幀。長度：指明數據字段中的字節數，取值范圍為01500。數據：為了區分有效幀和殘余幀，802.3規定有效幀中從目的地址到校驗和字段的最短長度為64字節。如果幀的數據部分少于46字節，必須使用填充字段以達到所要求的最短長度。先導字段先導字段幀開始標識幀開始標識目的地址目的地址源地址源地址長度長度數據數據校驗和校驗和716624615004Ethernet結點數據接收流程n接收結點要判斷接收幀的長度。若所接收到的幀長小于以太網所定義的最小幀長度，則表明有沖突發生，應丟棄該幀，并重新等待接收；如

42、果接收到的幀長大于所規定的最小幀長度，則檢查幀中的目的地址是否與本結點的MAC地址匹配。 n如果目的地址為單播地址，且目的地址為本結點的地址，則匹配；如果目的地址為組播地址，且本結點地址是組播組中的一員，則匹配；如果目的地址為廣播地址，那么也匹配。注意，只有目的地址與本結點地址匹配的幀才被結點所接收。n結點接收幀之后，進行CRC校驗。如果CRC校驗正確，則進一步檢驗LLC數據長度是否正確。如果CRC正確但LLC數據長度不正確，則報告“幀長度錯”，如果CRC校驗與LLC數據長度都正確，則將幀中LLC數據送LLC子層，報告“成功接收”，進入結束狀態。n如果CRC校驗中發現錯誤，則首先判斷接收幀是不

43、是8位的整數倍，如果是8位的整數倍，則表示傳輸過程中沒有發現比特丟失或對位錯，此時應記錄“幀校驗錯”并進入結束狀態。如果幀長度不是8位的整數倍，則報告“幀比特位錯”并進入結束狀態。接收幀啟動接收接收完成？幀太短地址正確？幀校驗正確？幀長度正確？8位的整數倍幀拆卸結束：成功接收結束：幀長度錯結束：幀校驗錯結束：幀比特錯否是否否是是是否否是是否n物理配置簡明的表示方法：數據傳輸率（Mb/s） u10BASE5（粗纜以太網）網卡通過DB-15型連接器與收發器電纜（又稱AUI電纜）相連，然后再連接到收發器上，收發器再和粗纜連接。這里“10”表示信號在電纜上的傳輸速率為10Mb/s，“BASE”表示電纜

44、上的信號是基帶信號，“5”表示每一段電纜的最大長度為500m。由于采用的傳輸媒體是特性阻抗為50、直徑為10mm的同軸電纜，所以這種以太網通常稱為粗纜以太網。10Base-5的技術規范如下：每個網段的最大距離為500 m。在每個網段可以使用中繼器擴充網絡覆蓋范圍。最多使用4個中繼器，連接5個線段，使整個10Base-5網絡的最大長度達到2500 m在每個線段中連接的工作站的數目最多為100個，其中中繼器也算為結點數目。兩個收發器之間的最短距離為2.5 m，收發器電纜最長為50 m。10Base-5網絡由于采用粗纜作為傳輸介質，并且在每一個結點處需要收發器，因此一般很少在局域網中采用純粹的10B

45、ase-5組成網絡，但是由于其傳輸距離較遠，因此有時我們可以采用混合連接的方法，用粗纜來延長網絡的覆蓋范圍。u10Base-2（細纜以太網）用BNC T型連接器（它有三個頭，外觀像“T”，簡稱T型頭），其兩個反向頭連接兩段電纜，中間的一個頭連接到網卡外露的BNC插座上。它采用50、直徑為5mm的細同軸電纜，通常稱為細纜以太網。“2”表示每個網段長度約為200m，準確的為185m。10Base-2的技術規范：一個10Base-2以太網段的最大長度是185 m（607英尺）。10Base-2網絡使用兩個50 電阻器終止網絡的兩端以防止信號反射每個網絡段最多包含30個結點，其中每個結點通過一個BNC

46、連接器連接到總線上。BNC T形連接器附著在10Base-2網絡專用網絡接口卡上的BNC連接件上。每個BNC T形連接器之間的距離應至少是0.5米。多個細纜網段可通過中繼器連接。但一個完整的10Base-2以太網最多能包括4個中繼器，從而最多連接5個網絡段，使整個網絡的范圍達到925 m。從以上的技術規范可見，10Base-2的規模和速度受到很大的限制，因此這種網絡只適合小范圍使用，并不能很好地適用于大型局域網。使用10Base-2的主要優點是它的低成本和易安裝性。u10BASE-T（雙絞線網絡）10Base-T標準使用了集線器（HUB）代替公用電纜，這種協議使得設置和維護網絡容易些。10Ba

47、se-T使用雙絞線作為傳輸介質，在連接距離遠的集線器和建筑物時，它可以是一種選擇。10Base-T要求的技術規范如下：每個結點使用RJ 45連接器，在工作站端用于連接網絡電纜和網絡接口卡，在網絡端用于連接電纜和集線器。一個10Base-T段跨越的最大距離是100 m。可以通過集線器或交換機擴展網絡的覆蓋范圍，但同樣最多允許連接5個連續的網絡段。10Base-T一般可以適用于大多數工作場合，對于工作結點的物理分布沒有什么要求，另外由于其出色的可靠性和易維護性，使得這種網絡技術成為現在局域網設計的首選方案。特性特性10Base-510Base-210Base-T10Base-F速率Mb/s1010

48、1010傳輸方法基帶基帶基帶基帶最大網段長度m5001851002000站間最小距離m2.50.5傳輸介質50粗同軸電纜50 細同軸電纜UTP多模光纜網絡拓撲總線型總線型星形點對點 IEEE 802.3 以太網的基本特性5.4.3 高速以太網高速以太網的基本特性：速率達到或超過100 Mb/s 可支持共享式與交換式兩種使用環境，在交換式以太網環境中可以實現全雙工通信。IEEE 802.3u 在MAC 子層仍采用CSMA/CD作為介質訪問控制協議，并保留了IEEE 802.3 的幀格式。但是，為了實現100 Mb/s 的傳輸速率，在物理層作了一些重要的改進。例如，在編碼上，采用了效率更高的編碼方

49、式。采用4B/5B 編碼100Base-T 協議結構物理層協議物理層協議線纜類型線纜類型線纜對數線纜對數最大分段長度最大分段長度編碼方式編碼方式優點優點100BASE-T43/4/5類UTP4對100m8B/6T3類UTP100BASE-TX5類UTP/RJ-45接頭1類STP/DB-9接頭2對100m4B/5B全雙工100BASE-FX62.5m單模/125m多模光纖2對2000m4B/5B全雙工長距離100BASE-T的三種不同的物理層協議100Base-TXn100Base-TX 介質接口在兩對雙絞線電纜上運行，其中一對用于發送數據，另一對用于接收數據。n100Base-TX 介質接口支

50、持兩對5 類以上非屏蔽雙絞線電纜和兩對1 類屏蔽雙絞線電纜。n100Base-TX 鏈路與介質相關的接口有兩種：對非屏蔽雙絞線電纜，MDI 連接器必須是兼容5 類及5 類以上的8 腳RJ-45 連接器；對屏蔽雙絞線電纜，MDI 連接器必須是IBM的STP 連接器，使用屏蔽DB-9 型連接器。100Base-TX（續）管腳號管腳號信號名信號名電纜顏色電纜顏色1發送_白色/橙色2發送_橙色/白色3接收_白色/綠色4保留5保留6接收_綠色/白色7保留8保留100BASE-TX的UTP MDI連接器管腳分配表100Base-TX（續）管腳號管腳號信號名信號名電纜顏色電纜顏色1接收_橙色2保留3保留4保

51、留5發送_紅色6接收_黑色7保留8保留9發送_綠色10底盤電纜外殼100Base- TX 9 腳STP MDI 連接器管腳分配表100Base-TX（續）管腳號管腳號5 類類UTP 電纜電纜1類類STP電纜電纜無交叉信號名交叉信號名無交叉信號名交叉信號名1發送_接收_接收_發送_2發送_接收_保留保留3接收_發送_保留保留4保留保留保留保留5保留保留發送_接收_6接收_發送_接收_發送_7保留保留保留保留8保留保留保留保留9N/AN/A發送_接收_10N/AN/A底盤底盤100Base-TX 交叉連接管腳分配表100Base-FXn光纜是100Base-FX 指定支持的一種介質，而且容易安裝、

52、重量輕、體積小、靈活性好、不受EMI 干擾。n100Base-FX 標準指定了兩條多狀態光纖，一條用于發送數據，一條用于接收數據。當工作站的NIC 以全雙工模式運行時能超過2 km。光纜可分為兩類：多模和單模。多模光纜：這種光纜為62.5/125 m，采用基于LED 的收發器將波長為820 nm的光信號發送到光纖上。當連在兩個設置為全雙工模式的交換機端口之間時，支持的最大距離為2 km。單模光纜：這種光纜為9/125 m，采用基于激光的收發器將波長為1300 nm 的光信號發送到光纖上。單模光纜率損耗小，較之多模光纜能使光信號傳輸到更遠的距離。100Base-T4n100Base-T4 是10

53、0Base-T 標準中唯一全新的PHY 標準。100Base-T4 標準是用來幫助那些已經安裝了第3 類或第4 類電纜的用戶的。n100Base-T4 鏈路與介質相關的接口是基于3、4、5 類非屏蔽雙絞線。n100Base-T4 標準使用4 對線。用于100Base-T 的RJ-45 連接器也可用于100Base-T4。 4對中的3 對用于一起發送數據，同時第4 對用于沖突檢測。每對線都是極化的，每對中的一條線傳輸正（+）信號而另一條線傳輸負（）信號。100Base-T4（續）管腳號管腳號信號名信號名電纜編碼電纜編碼1TX_D1_白色/橙色2TX_D1_橙色/白色3RX_D2_白色/綠色4BI

54、_D3_藍色/白色5BI_D3_白色/藍色6RX_D2_綠色/白色7BI_D4_白色/棕色8BI_D4_棕色/白色100Base-T4 UTP MDI 管腳分配表100Base-T4（續）管腳號管腳號信號名信號名管腳號管腳號信號名信號名1TX_D1_1RX_D2_2TX_D1_2RX_D2_3RX_D2_3TX_D1_4BI_D3_4BI_D4_5BI_D3_5BI_D4_6RX_D2_6TX_D1_7BI_D4_7BI_D3_8BI_D4_8BI_D3_100Base-T4 交叉連接管腳分配表5.4.4千兆位以太網技術n千兆位以太網標準是對以太網技術的再次擴展，其數據傳輸率為1000 Mb/

55、s 即1Gb/s，因此也稱吉比特以太網。n千兆位以太網基本保留了原有以太網的幀結構，所以向下和以太網與快速以太網完全兼容，從而原有的10 Mb/s 以太網或快速以太網可以方便地升級到千兆位以太網。n千兆位以太網標準包括支持光纖傳輸的IEEE 802.3z 和支持銅纜傳輸的IEEE 802.3ab 兩大部分。千兆位以太網技術（續）標準的千兆位以太網協議體系千兆位以太網技術（續）千兆位以太網的物理層包括1000BaseSX、1000Base-LX、1000 Base-CX 和1000 Base-T 4 個協議標準。n1000 Base-SX 標準1000 Base-SX 采用芯徑為62.5 m 和

56、50 m 的多模光纖，工作波長為850 nm，傳輸距離為260 m 和525 m。數據編碼方法為8B/10B，適用于作為大樓網絡系統的主干通路。n1000 Base-LX 標準多模光纖1000 Base-LX 可采用芯徑為50 m 和62.5 m 的多模光纖，工作波長為850 nm，傳輸距離為550 m，數據編碼方法為8B/10B，適用于作為大樓網絡系統的主干通路。單模光纖1000 Base-LX 可采用芯徑為9 m 的單模光纖，工作波長為1300 nm 或1550 nm，數據編碼方法采用8B/10B，適用于校園或城域主干網。n1000 Base-CX 標準1000 Base-CX 標準采用1

57、50 平衡屏蔽雙絞線（STP），傳輸距離為25 m，傳輸速率為1.25 Gb/s，數據編碼方法采用8B/10B，適用于集群網絡設備的互連，例如機房內連接網絡服務器。n1000 Base-T 標準1000 Base-T 采用4 對5 類UTP 雙絞線，傳輸距離為100 m，傳輸速率為1 Gb/s，主要用于結構化布線中同一層建筑的通信，從而可以利用以太網或快速以太網已鋪設的UTP 電纜，也可被用做大樓內的網絡主干。在千兆位以太網的MAC 子層，除了支持以往的CSMA/CD 協議外，還引入了全雙工流量控制協議。其中，CSMA/CD 協議用于共享信道的爭用問題，即支持以集線器作為星形拓撲中心的共享以太

58、網組網；全雙工流量控制協議適用于交換機到交換機或交換機到站點之間的點-點連接，兩點間可以同時進行發送與接收，即支持以交換機作為星形拓撲中心的交換以太網組網。千兆位以太網的主要優點:簡易性：千兆位以太網保持了經典以太網的技術原理、安裝實施和管理維護的簡易性。技術過渡的平滑性：千兆位以太網保持了經典以太網的主要技術特征，采用CSMA/CD 介質管理協議，采用相同的幀格式及幀的大小，支持全雙工、半雙工工作方式，以確保平滑過渡。 網絡可靠性：保持經典以太網的安裝、維護方法，采用中央集線器和交換機的星形結構和結構化布線方法，以確保千兆位以太網的可靠性。 可管理性和可維護性：采用簡單網絡管理協議（SNMP

59、）即經典以太網的故障查找和排除工具，以確保千兆位以太網的可管理性和可維護性。網絡成本包括設備成本、通信成本、管理成本、維護成本及故障排除成本。由于繼承了經典以太網的技術，使千兆位以太網的整體成本下降。支持新應用與新數據類型千兆位以太網的應用舉例5.4.5萬兆位以太網技術萬兆位以太網相對于千兆位以太網的優勢和特點:把物理層進一步劃分為物理介質關聯層（PMD）和物理代碼子層（PCS）。光學轉換器屬于PMD 層。PCS 層由信息的編碼方式（如64B/66B）、串行或多路復用等功能組成。萬兆位以太網技術基本承襲了以太網、快速以太網及千兆位以太網技術，因此在用戶普及率、使用方便性、網絡互操作性及簡易性上

60、皆占有極大的引進優勢。具有更高的帶寬（10 Gb/s）和更遠的傳輸距離（最長傳輸距離可達40km）。在企業網中采用萬兆位以太網可以最好地連接企業網骨干路由器，這樣大大簡化了網絡拓撲結構，提高了網絡性能。提供了更多的更新功能，大大提升了QoS。因此，能更好地滿足網絡安全、服務質量、鏈路保護等多個方面需求。為三網發展與融和提供新的動力萬兆位以太網的應用特征：萬兆位以太網結構簡單、管理方便、價格低廉。由于沒有采用訪問優先控制技術，簡化了訪問控制的算法，從而簡化了網絡的管理，并降低了部署的成本，因而得到了廣泛的應用。過去有時需采用數個千兆位捆綁在一起以滿足交換機互連所需的高帶寬，因而浪費了更多的光纖資