第4章局域網

基本內容：介紹局域網的基本概念、拓樸結構、常用的局域網傳輸媒體，局域網的共享媒體技術，傳統以太網的工作原理及連接方法、CSMA/CD協議、碰撞退避算法、MAC地址、MAC幀，局域網的擴展，高速以太網技術。局域網的拓樸結構以太網的工作原理、CSMA/CD協議、MAC幀以太網的連接方法局域網的擴展技術高速以太網技術重點掌握：第4章局域網基本內容：介紹局域網的基本概念、拓4.1局域網概述4.1.1局域網的概念局域網(LocalAreaNetwork,簡稱LAN)是計算機網絡的一種。局域網是在一個較小的范圍(一個辦公室、一幢樓、一家工廠等)，利用通信線路將眾多計算機(一般為微機)及外圍設備連接起來，達到數據通信和資源共享的目的。

局域網最主要的特點是：網絡通常為一個單位所擁有，地理范圍幾米到幾公里。局域網具有較高的數據率、較低的時延和較小的誤碼率。

決定局域網特性的主要技術：設備互聯的拓撲結構；用于傳輸數據的媒體；由于信道共享而采用的媒體接入控制方法。

4.1局域網概述4.1.1局域網的概念局域網(Local4.1.2局域網的拓樸結構最常見的局域網拓樸結構有星型、環型、總線型和樹型。如圖4-2所示。集線器(a)星型網*(b)環型網(c)總線網(d)樹型網圖4-2局域網的拓樸結構注：圖(a)在物理上是一個星型網，但在邏輯上仍是一個總線網干線耦合器匹配電阻4.1.2局域網的拓樸結構最常見的局域網拓樸結構有星型、環（1）星型拓樸每一個站點通過點-點鏈路連至中心節點，所有的通信都由中心節點控制，一般采用線路交換。中心節點也可以有數據處理能力并提供共享資源。近年來由于集線器(hub)的出現和雙絞線大量用于局域網中,星形網以及多級結構的星形網獲得了非常廣泛的應用。基本特性優點建網容易，配置方便；每個連接的故障容易排除，不影響全網；控制協議相對簡單。缺點在同樣覆蓋面積內；所用電纜量較大；擴展不方便，需要預留或增設電纜；對中心節點要求非常高，一旦中心節點產生故障,全網將不能工作。集線器或交換機（1）星型拓樸每一個站點通過點-點鏈路連至中心節點，所有的通（2）環型拓樸由一些中繼器通過點到點鏈路連成的一個閉合環。入網設備連到中繼器上。中繼器是較簡單的設備，無存儲轉發功能。它從一條鏈路上接收數據,以相同速率在另一條鏈路上輸出。數據在環上是單向傳輸的。由于所有站點共享一個環，因此要對站點對環的訪問進行控制。控制采用分布的辦法，即每個站都有控制發送和接收的訪問邏輯。基本特性優點電線長度較短，與總線拓撲類似；適于采用光纜連接，從而提高數據速率。缺點某段鏈路或某個中繼器有故障會使全網不能工作；站點離網、入網都較困難。（2）環型拓樸由一些中繼器通過點到點鏈路連成的一個閉合環。入（3）總線拓樸將所有站點通過硬件接口連接到單根傳輸介質——共享總線上。在IEEE802標準中IEEE802.3(即以太網)和IEEE802.4(令牌總線)都是總線拓撲。基本特性優點與星型拓撲相比，所需電纜長度較短；結構簡單，可靠性高；擴充(如增加站點、延長電纜等)較容易。缺點故障檢測不很容易，如總線有故障需分段查找，如站點有故障需一個一個查；站點需要提供訪問控制功能。（3）總線拓樸將所有站點通過硬件接口連接到單根傳輸介質——共4.1.3常用的局域網傳輸媒體雙絞線：價格便宜、安裝方便，在局域網中使用最多。但抗干擾能力較差，傳輸距離較短。適用于建筑物內部的布線系統。同軸電纜：分為粗纜和細纜，價格中等、安裝較方便，有較高的數據傳輸率，在早期的局域網中使用較多。抗干擾能力較好，傳輸距離較遠。光纜：損耗低、抗干擾能力強，傳輸率高，傳輸距離遠，是環型網或主干網的主要傳輸媒體。但價格貴，技術復雜。無線傳輸：采用無線電波、紅外線、微波等作為媒體，傳輸距離遠，不受空間限制。但設備價格昂貴，技術復雜。4.1.3常用的局域網傳輸媒體雙絞線：價格便宜、安裝方便，4.1.4局域網的媒體共享技術——可分為兩大類：靜態劃分信道和動態媒體接入控制。（1）靜態劃分信道：如頻分復用、時分復用、波分復用、碼分復用等。用戶只要得到了信道就不會和別的用戶發生沖突。但這種劃分信道的方法代價較高，不適合于局域網。（2）動態媒體接入控制：又稱為多點接入（multipleaccess），其特點是信道并非在用戶通信時固定分配給用戶。又分為兩類：隨機接入：其特點是所有的用戶可隨機地發送信息。但如果有兩個或更多的用戶在同一時刻發送信息，那么就會在共享媒體上產生碰撞（發生了沖突），使得這些用戶的發送都失敗。因此必須有解決碰撞的網絡協議。受控接入：其特點是用戶不能隨機地發送信息而必須服從一定的控制。最常用的局域網——以太網的媒體接入控制方法是：CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection載波監聽多點接入/沖突檢測）。4.1.4局域網的媒體共享技術——可分為兩大類：靜態劃分信4.2傳統以太網——特指最早進入市場的10Mbps速率的以太網。現在以太網已經發展到100Mbps、1Gbps、10Gbps的速率。4.2.1以太網的工作原理以太網的兩個標準以太網誕生于1975年，美國Xerox公司，2.94Mbps，無源電纜。1980年9月DEC公司、Intel公司、Xerox公司聯合推出10Mbps以太網規約的第一版DIXV1。1982年修改推出第二版DIXEthernetV2。成為世界上局域網產品的第一個規約。1983年IEEE802委員會制訂局域網標準：IEEE802.3，兩個標準差別很小。4.2傳統以太網——特指最早進入市場的10Mbps速率的2.網卡的作用計算機與局域網的連接和通信是通過網絡接口卡來實現的，網絡接口卡又稱為通信適配器，簡稱為網卡。網卡和局域網之間的通信是以串行方式進行的，如圖4-3所示。計算機CPU高速緩存存儲器網絡接口卡（網卡）至局域網串行通信并行通信I/O總線當網卡收到一個有差錯的幀時，就將該幀丟棄；當收到一個正確的幀時就用中斷來通知計算機并交付給協議棧中的網絡層。當計算機要發送一個IP數據報時，就由協議棧向下交給網卡組裝成幀后發送到局域網。2.網卡的作用計算機與局域網的連接和通信是通過網絡接口卡來實3.CSMA/CD協議傳統以太網采用的媒體接入協調方法是CSMA/CD協議。CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection載波監聽多點接入/碰撞檢測多點接入許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上，是總線型網絡。載波監聽是指每一個站在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據；如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。碰撞檢測就是計算機邊發送數據邊檢測信道上的信號電壓大小，由信號電壓擺動值的大小來判斷是否發生了碰撞。正常發送時，計算機發送的數據都是使用曼徹斯特編碼的信號；發生碰撞時，信號會產生嚴重的失真。一旦發生碰撞，就立即停止發送。3.CSMA/CD協議傳統以太網采用的媒體接入協調方法是CS為什么會發生碰撞？每個站點都是在監聽到信道“空閑”時才發送數據的，為什么還會發生碰撞？根本原因是因為電磁波在媒體上的傳播速度總是有限的。假設局域網兩端的站A和站B相距1km（電磁波在1km電纜上的傳播時延約為5μs），單程傳播時延記為τ。ABAAABBBAt=0A發送數據Bt=2τ－δA檢測到發生碰撞t=τ－δB檢測到信道空閑發送數據t=τ－δ/2發生碰撞t=τB檢測到碰撞停止發送A和B發送數據均失敗，它們都要推遲一段時間后再重新發送為什么會發生碰撞？每個站點都是在監聽到信道“空閑”時才發送數4.爭用期最先發送數據幀的站點，在發送數據幀后至多經過2τ就可以知道該幀是否發生了碰撞。以太網的端到端往返時延2τ稱為爭用期，又稱為碰撞窗口。？問題？考慮這樣的一種情形：當某站正在發送數據時，另外兩個站有數據要發送。這兩個站進行載波監聽，發現總線忙，于是就等待；當它們發現總線變為空閑時，就立即發送自己的數據。但這必然再次發生碰撞；經檢測發現了碰撞，就停止發送。然后再重新發送，……，這樣下去，一直不能發送成功。解決這一問題，需要采用所謂的退避算法。4.爭用期最先發送數據幀的站點，在發送數據幀后至多經過2τ退避算法——就是讓發生碰撞的站在停止發送數據后，不是立即再發送數據，而是推遲（這叫做退避）一個隨機時間。具體做法是：（1）確定基本退避時間，一般是取為爭用期2τ。（2）定義參數k，它等于重傳次數，但k不超過10，即k=Min(重傳次數，10)。（3）從離散整數集合[0,1,2,…,(2k-1)]中隨機地取出一個數，記為r。重傳輸所需的時間就是r倍的基本退避時間。（4）當重傳達16次仍不能成功時，則丟棄該幀，并向高層報告。這樣做是為了減小再次發生碰撞的概率。說明想發送數據的站太多，以致連續發生碰撞。退避算法——就是讓發生碰撞的站在停止發送數據后，不是立4.2.2傳統以太網的連接方法傳統以太網的傳輸媒體有四種：10BASE5粗纜10BASE2細纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜中繼器收發器端接器（50Ω）接地（1）粗纜以太網的連接4.2.2傳統以太網的連接方法傳統以太網的傳輸媒體有四種：粗纜以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊提供AUI接口的以太網卡或PCMCIA卡。2）收發器：每個結點通過安裝在干線電纜上的收發器與網絡進行連接。3）收發器電纜：用于連接結點和收發器,通常稱為AUI電纜。4）電纜系統：包括：粗纜(RG-11A/U)：直徑為10毫米，特征阻抗為50歐姆，每隔2.5米有一個標記；N-系列連接器插頭：安裝在粗纜段的兩端；

N-系列桶型連接器：用于連接兩段粗纜；N-系列終端匹配器：安裝在干線電纜段的兩端,用于防止電子信號的反射；干線電纜段兩端的終端匹配器必須有一個接地。5）中繼器：每個干線段的長度不超過500米。可以用中繼器連接兩個干線段，以擴充主干電纜的長度。每個以太網中最多可以使用四個中繼器，連接五段干線段電纜。粗纜以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊提供AUI接口粗纜以太網的技術參數最大干線段長度：500米

最大網絡干線電纜長度（使用4個中繼器）：2500米每條干線段支持的最大結點數：100個收發器之間最小距離：2.5米收發器電纜的最大長度：50米粗纜以太網的技術參數最大干線段長度：500米（2）細纜以太網的連接中繼器端接器（50Ω）接地BNCT型接頭（2）細纜以太網的連接中繼器端接器接地BNCT型接頭細纜以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊提供BNC接口的以太網卡或PCMCIA卡。2）BNC-T型連接器：每個結點通過T型連接器與網絡進行連接,它水平方向的兩個插頭用于連接兩段細纜,與之垂直的插口與網絡接口適配器上的BNC連接器相連。3）電纜系統：包括：細纜(RG-58A/U)：直徑為5毫米,特征阻抗為50歐姆；

BNC連接器插頭：安裝在細纜段的兩端；BNC桶型連接器：用于連接兩段細纜；BNC終端匹配器：BNC50歐姆的終端匹配器安裝在干線段的兩端,用于防止電子信號的反射。干線段電纜兩端的終端匹配器必須有一個接地。4）中繼器：每個干線段的長度不能超過185米,可以用中繼器連接兩個干線段,以擴充主干電纜的長度。每個以太網中最多可以使用四個中繼器,連接五個干線段電纜。細纜以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊提供BNC接口細纜以太網的技術參數最大干線段長度：185米

最大網絡干線電纜長度（使用4個中繼器）：925米每條干線段支持的最大結點數：30個BNC-T型連接器之間的最小距離:0.5米細纜以太網的技術參數最大干線段長度：185米（3）雙絞線以太網的連接集線器集線器集線器（3）雙絞線以太網的連接集線器集線器集線器雙絞線以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊具有一個RJ-45連接器的Ethernet網卡。如果安裝一個無盤工作站，必須使用一個遠程引導的PROM。2）集線器（Hub）：可能的端口數：8、10、12或24個。有些包括與同軸電纜或光纖主干相連的端口。3）電纜系統：10BASE2非屏蔽雙絞線；RJ-45連接器，針1、2用于發送，針3、6用于接收。雙絞線以太網的技術參數從集線器到集線器的距離不能超過100m；集線器級聯最多4個。一個集線器能夠連接多達24個工作站；集線器到站點距離最多100米。中心集線器能夠連接最多12個集線器；集線器可提供與同軸電纜或光纖相連的端口；無需使用網橋在網絡上連接多達1023個工作站雙絞線以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊具有一個RJ4.3以太網的MAC層4.3.1IEEE802局域網模型4.3以太網的MAC層4.3.1IEEE802局域網模型4.3.2MAC層的功能對共享介質的局域網要解決介質訪問控制問題。因此將數據鏈路層分為兩個子層,即介質訪問控制MAC(MediumAccessControl)子層和邏輯鏈路控制LLC(LogicallinkControl)子層。MAC子層的主要功能是:幀的封裝和拆封、物理介質傳輸差錯的檢測、尋址、實現介質訪問控制協議。LLC子層的主要功能是:連接管理(建立和釋放連接)、與高層的接口、幀的可靠、按序傳輸及流量控制。4.3.2MAC層的功能對共享介質的局域網要解決介質訪問控4.3.3MAC地址在局域網中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址，這一地址被固化在每個網卡的ROM中，每個網卡在出廠時都賦于了一個全世界范圍內唯一的地址編號，地址為6字節（即48位）。所有網卡制造商對網卡地址范圍達成協議，每個制造商只能使用許可范圍內的地址，這樣可保證生產出來的網卡不使用重復的地址。IEEE的注冊管理委員會RAC負責分配地址6個字節中的前3個字節（稱為地址塊），大約1250美元可以買一塊，一個地址塊中的24位可以生產224=16777216個網卡地址。后三個字節的地址由制造廠家自行安排。例如，3Com公司生產的網卡的MAC地址的前3個字節為02-60-8C。

4.3.3MAC地址在局域網中，硬件地址又稱為物理地址或M4.3.4MAC幀的格式目的地址2或6字節源地址2或6字節類型2字節數據46-1500字節幀校驗序列4字節IEEE802.3標準的MAC幀和EthernetV2的MAC幀相似，不同點在第三字段，在EthernetV2中該字段表示LLC的上層所使用的協議類型，而在802.3標準中該字段表示后面數據字段的長度。MAC幀數據字段至少46字節，長度不夠時，則應加以填充，內容不限，這樣，MAC幀的最小長度是64字節。

4.3.4MAC幀的格式目的地址源地址類型數據幀校驗序列I4.4擴展的局域網4.4.1在物理層擴展局域網集線器集線器集線器三個獨立的碰撞域（a）三個獨立的局域網集線器集線器集線器集線器一個更大的碰撞域中心集線器（b）一個擴展的局域網圖4-18用多個集線器連成更大的局域網4.4擴展的局域網4.4.1在物理層擴展局域網集線器集線4.4.2在數據鏈路層擴展局域網網段A網段B網橋MAC1MAC2MAC3MAC4MAC5MAC612站地址端口MAC11MAC21MAC31MAC42MAC52MAC62端口管理軟件網橋協議實體緩存端口2端口112站表1.網橋4.4.2在數據鏈路層擴展局域網網段A網段B網橋MAC1M2.多端口網橋——以太網交換機集線器集線器集線器以太網交換機路由器InternetWWW服務器E-mail服務器10BASE-T100Mb/s100Mb/s100Mb/s用以太網交換機擴展局域網2.多端口網橋——以太網交換機集線器集線器集線器以太網交換4.5高速以太網——傳輸速率達到或超過100Mb/s的以太網。4.5.1100BASE-T以太網——100BASE-T是在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓樸以太網。又稱為快速以太網。——用戶只要更換一個網卡，再配上一個100Mb/p的集線器，就可以方便地由10BASE-T升級到100BASE-T，而不必改變網絡的拓樸結構。快速以太網的MAC幀仍然使用IEEE802.3規定的格式。——半雙工方式下仍然使用CSMA/CD協議，全雙工方式則不需要CSMA/CD協議1.由10BASE-T升級到100BASE-T4.5高速以太網——傳輸速率達到或超過100Mb/s的以太2.快速以太網的物理層標準——快速以太網的國際標準代號是IEEE802.3u。新標準規定了三種不同的物理層標準：（1）100BASE-TX使用2對UTP5或STP5類雙絞線，其中一對用于發送，另一對用于接收。信號編碼采用MLT-3（多電平傳輸-3）的編碼方法，即用正、負和零三種電平傳送信號。其編碼規則是：當輸入一個0時，下一個輸出值不變。當輸入一個1時，下一個輸出值要變：若前一個輸出值為正值或負值，則下個輸出值為零；若前一個輸出值為零，則下一個輸出值與上次的一個非零輸出值的符號相反。2.快速以太網的物理層標準——快速以太網的國際標準代號是I（2）100BASE-FX使用2根光纖，其中一根用于發送，另一根用于接收。信號的編碼采用4B/5B-NRZI編碼。NRZI即不歸零1制（當“1”出現時信號電平在正值與負值之間變化一次），4B/5B編碼是將數據流中每4bit作為一組（Block），然后按編碼規則將每一組轉換成5bit，其中至少有2個“1”，保證信號碼元至少發生兩次跳變。（2）100BASE-FX使用2根光纖，其中一根用于發送，另（3）100BASE-T4使用4對UTP3類或5類雙絞線。信號的編碼采用8B6T-NRZ編碼。8B6T編碼是將數據流中每8bit作為一組，然后按編碼規則將每一組轉換成6bit的三元制碼元。同時使用三對線傳送數據（每對線以的速率傳送數據），用一對線作為碰撞檢測的接收信道。（3）100BASE-T4使用4對UTP3類或5類雙絞線。4.5.2吉比特以太網——即千兆以太網，其標準代號為IEEE802.3z。技術要點：1.技術要點允許在1Gb/s下全雙工和半雙工兩種方式工作。使用802.3協議規定的幀格式。在半雙工方式下使用CSMA/CD協議，全雙工方式下不需要使用CSMA/CD協議。與10BASE-T和100BASE-T技術向后兼容。4.5.2吉比特以太網——即千兆以太網，其標準代號為IEE2.吉比特以太網的物理層標準——有兩個：1000BASE-X和1000BASE-T（1）1000BASE-X（802.3z標準)——基于光纖通道的物理層，使用的媒體有三種：1000BASE-SX SX表示短波長（使用850nm激光器），使用纖 芯直徑為62.5μm和50μm的多模光纖時， 傳輸距離分別為275m和550m。1000BASE-LX LX表示度波長（使用1300nm激光器），使用 纖芯直徑為62.5μm和50μm的多模光纖時， 傳輸距離為550m。使用纖芯直徑為10μm的單 模光纖時，傳輸距離為5km。1000BASE-CX CX表示銅線，使用2對屏蔽雙絞線，傳輸距離 為25m。2.吉比特以太網的物理層標準——有兩個：1000BASE-（2）1000BASE-T（802.3ab標準)——使用4對5類UTP雙絞線，傳送距離100m。（3）吉比特以太網的配置舉例百兆比特或吉比特集線器吉比特交換集線器中央服務器100Mb/s鏈路1Gb/s鏈路（2）1000BASE-T（802.3ab標準)——使用4對4.5.310吉比特以太網——即萬兆以太網，標準代號IEEE802.3ae技術要點：幀的格式和10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s完全一樣。只使用光纖作為傳輸媒體。使用單模光纖傳輸距離超過40km，多模光纖為65~300m。只工作在全雙工方式，不需要CSMA/CD協議。物理層：采用全新的物理層技術。局域網物理層LANPHY，數據率為10.000Gb/s。可選的廣域網物理層WANPHY，數據率為9.95328Gb/s，目的為了與SONET/SDH相連接。4.5.310吉比特以太網——即萬兆以太網，標準代號IEE作業教材：P135題4-02、4-04、4-06、4-08、4-09、4-12、4-17思考題1、DIX以太網和IEEE802.3以太網的幀有什么區別？2、10Mb/s以太網升級到100Mb/s、1Gb/s、10Gb/s時，都需要解決哪些技術問題？這些技術的競爭優勢體現在哪？3、為什么早期的以太網采用總線拓樸而不使用星型拓樸？而現在卻改為使用星型拓樸？作業教材：P135題4-02、4-04、4-06、4-第4章局域網

基本內容：介紹局域網的基本概念、拓樸結構、常用的局域網傳輸媒體，局域網的共享媒體技術，傳統以太網的工作原理及連接方法、CSMA/CD協議、碰撞退避算法、MAC地址、MAC幀，局域網的擴展，高速以太網技術。局域網的拓樸結構以太網的工作原理、CSMA/CD協議、MAC幀以太網的連接方法局域網的擴展技術高速以太網技術重點掌握：第4章局域網基本內容：介紹局域網的基本概念、拓4.1局域網概述4.1.1局域網的概念局域網(LocalAreaNetwork,簡稱LAN)是計算機網絡的一種。局域網是在一個較小的范圍(一個辦公室、一幢樓、一家工廠等)，利用通信線路將眾多計算機(一般為微機)及外圍設備連接起來，達到數據通信和資源共享的目的。

局域網最主要的特點是：網絡通常為一個單位所擁有，地理范圍幾米到幾公里。局域網具有較高的數據率、較低的時延和較小的誤碼率。

決定局域網特性的主要技術：設備互聯的拓撲結構；用于傳輸數據的媒體；由于信道共享而采用的媒體接入控制方法。

4.1局域網概述4.1.1局域網的概念局域網(Local4.1.2局域網的拓樸結構最常見的局域網拓樸結構有星型、環型、總線型和樹型。如圖4-2所示。集線器(a)星型網*(b)環型網(c)總線網(d)樹型網圖4-2局域網的拓樸結構注：圖(a)在物理上是一個星型網，但在邏輯上仍是一個總線網干線耦合器匹配電阻4.1.2局域網的拓樸結構最常見的局域網拓樸結構有星型、環（1）星型拓樸每一個站點通過點-點鏈路連至中心節點，所有的通信都由中心節點控制，一般采用線路交換。中心節點也可以有數據處理能力并提供共享資源。近年來由于集線器(hub)的出現和雙絞線大量用于局域網中,星形網以及多級結構的星形網獲得了非常廣泛的應用。基本特性優點建網容易，配置方便；每個連接的故障容易排除，不影響全網；控制協議相對簡單。缺點在同樣覆蓋面積內；所用電纜量較大；擴展不方便，需要預留或增設電纜；對中心節點要求非常高，一旦中心節點產生故障,全網將不能工作。集線器或交換機（1）星型拓樸每一個站點通過點-點鏈路連至中心節點，所有的通（2）環型拓樸由一些中繼器通過點到點鏈路連成的一個閉合環。入網設備連到中繼器上。中繼器是較簡單的設備，無存儲轉發功能。它從一條鏈路上接收數據,以相同速率在另一條鏈路上輸出。數據在環上是單向傳輸的。由于所有站點共享一個環，因此要對站點對環的訪問進行控制。控制采用分布的辦法，即每個站都有控制發送和接收的訪問邏輯。基本特性優點電線長度較短，與總線拓撲類似；適于采用光纜連接，從而提高數據速率。缺點某段鏈路或某個中繼器有故障會使全網不能工作；站點離網、入網都較困難。（2）環型拓樸由一些中繼器通過點到點鏈路連成的一個閉合環。入（3）總線拓樸將所有站點通過硬件接口連接到單根傳輸介質——共享總線上。在IEEE802標準中IEEE802.3(即以太網)和IEEE802.4(令牌總線)都是總線拓撲。基本特性優點與星型拓撲相比，所需電纜長度較短；結構簡單，可靠性高；擴充(如增加站點、延長電纜等)較容易。缺點故障檢測不很容易，如總線有故障需分段查找，如站點有故障需一個一個查；站點需要提供訪問控制功能。（3）總線拓樸將所有站點通過硬件接口連接到單根傳輸介質——共4.1.3常用的局域網傳輸媒體雙絞線：價格便宜、安裝方便，在局域網中使用最多。但抗干擾能力較差，傳輸距離較短。適用于建筑物內部的布線系統。同軸電纜：分為粗纜和細纜，價格中等、安裝較方便，有較高的數據傳輸率，在早期的局域網中使用較多。抗干擾能力較好，傳輸距離較遠。光纜：損耗低、抗干擾能力強，傳輸率高，傳輸距離遠，是環型網或主干網的主要傳輸媒體。但價格貴，技術復雜。無線傳輸：采用無線電波、紅外線、微波等作為媒體，傳輸距離遠，不受空間限制。但設備價格昂貴，技術復雜。4.1.3常用的局域網傳輸媒體雙絞線：價格便宜、安裝方便，4.1.4局域網的媒體共享技術——可分為兩大類：靜態劃分信道和動態媒體接入控制。（1）靜態劃分信道：如頻分復用、時分復用、波分復用、碼分復用等。用戶只要得到了信道就不會和別的用戶發生沖突。但這種劃分信道的方法代價較高，不適合于局域網。（2）動態媒體接入控制：又稱為多點接入（multipleaccess），其特點是信道并非在用戶通信時固定分配給用戶。又分為兩類：隨機接入：其特點是所有的用戶可隨機地發送信息。但如果有兩個或更多的用戶在同一時刻發送信息，那么就會在共享媒體上產生碰撞（發生了沖突），使得這些用戶的發送都失敗。因此必須有解決碰撞的網絡協議。受控接入：其特點是用戶不能隨機地發送信息而必須服從一定的控制。最常用的局域網——以太網的媒體接入控制方法是：CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection載波監聽多點接入/沖突檢測）。4.1.4局域網的媒體共享技術——可分為兩大類：靜態劃分信4.2傳統以太網——特指最早進入市場的10Mbps速率的以太網。現在以太網已經發展到100Mbps、1Gbps、10Gbps的速率。4.2.1以太網的工作原理以太網的兩個標準以太網誕生于1975年，美國Xerox公司，2.94Mbps，無源電纜。1980年9月DEC公司、Intel公司、Xerox公司聯合推出10Mbps以太網規約的第一版DIXV1。1982年修改推出第二版DIXEthernetV2。成為世界上局域網產品的第一個規約。1983年IEEE802委員會制訂局域網標準：IEEE802.3，兩個標準差別很小。4.2傳統以太網——特指最早進入市場的10Mbps速率的2.網卡的作用計算機與局域網的連接和通信是通過網絡接口卡來實現的，網絡接口卡又稱為通信適配器，簡稱為網卡。網卡和局域網之間的通信是以串行方式進行的，如圖4-3所示。計算機CPU高速緩存存儲器網絡接口卡（網卡）至局域網串行通信并行通信I/O總線當網卡收到一個有差錯的幀時，就將該幀丟棄；當收到一個正確的幀時就用中斷來通知計算機并交付給協議棧中的網絡層。當計算機要發送一個IP數據報時，就由協議棧向下交給網卡組裝成幀后發送到局域網。2.網卡的作用計算機與局域網的連接和通信是通過網絡接口卡來實3.CSMA/CD協議傳統以太網采用的媒體接入協調方法是CSMA/CD協議。CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection載波監聽多點接入/碰撞檢測多點接入許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上，是總線型網絡。載波監聽是指每一個站在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據；如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。碰撞檢測就是計算機邊發送數據邊檢測信道上的信號電壓大小，由信號電壓擺動值的大小來判斷是否發生了碰撞。正常發送時，計算機發送的數據都是使用曼徹斯特編碼的信號；發生碰撞時，信號會產生嚴重的失真。一旦發生碰撞，就立即停止發送。3.CSMA/CD協議傳統以太網采用的媒體接入協調方法是CS為什么會發生碰撞？每個站點都是在監聽到信道“空閑”時才發送數據的，為什么還會發生碰撞？根本原因是因為電磁波在媒體上的傳播速度總是有限的。假設局域網兩端的站A和站B相距1km（電磁波在1km電纜上的傳播時延約為5μs），單程傳播時延記為τ。ABAAABBBAt=0A發送數據Bt=2τ－δA檢測到發生碰撞t=τ－δB檢測到信道空閑發送數據t=τ－δ/2發生碰撞t=τB檢測到碰撞停止發送A和B發送數據均失敗，它們都要推遲一段時間后再重新發送為什么會發生碰撞？每個站點都是在監聽到信道“空閑”時才發送數4.爭用期最先發送數據幀的站點，在發送數據幀后至多經過2τ就可以知道該幀是否發生了碰撞。以太網的端到端往返時延2τ稱為爭用期，又稱為碰撞窗口。？問題？考慮這樣的一種情形：當某站正在發送數據時，另外兩個站有數據要發送。這兩個站進行載波監聽，發現總線忙，于是就等待；當它們發現總線變為空閑時，就立即發送自己的數據。但這必然再次發生碰撞；經檢測發現了碰撞，就停止發送。然后再重新發送，……，這樣下去，一直不能發送成功。解決這一問題，需要采用所謂的退避算法。4.爭用期最先發送數據幀的站點，在發送數據幀后至多經過2τ退避算法——就是讓發生碰撞的站在停止發送數據后，不是立即再發送數據，而是推遲（這叫做退避）一個隨機時間。具體做法是：（1）確定基本退避時間，一般是取為爭用期2τ。（2）定義參數k，它等于重傳次數，但k不超過10，即k=Min(重傳次數，10)。（3）從離散整數集合[0,1,2,…,(2k-1)]中隨機地取出一個數，記為r。重傳輸所需的時間就是r倍的基本退避時間。（4）當重傳達16次仍不能成功時，則丟棄該幀，并向高層報告。這樣做是為了減小再次發生碰撞的概率。說明想發送數據的站太多，以致連續發生碰撞。退避算法——就是讓發生碰撞的站在停止發送數據后，不是立4.2.2傳統以太網的連接方法傳統以太網的傳輸媒體有四種：10BASE5粗纜10BASE2細纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜中繼器收發器端接器（50Ω）接地（1）粗纜以太網的連接4.2.2傳統以太網的連接方法傳統以太網的傳輸媒體有四種：粗纜以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊提供AUI接口的以太網卡或PCMCIA卡。2）收發器：每個結點通過安裝在干線電纜上的收發器與網絡進行連接。3）收發器電纜：用于連接結點和收發器,通常稱為AUI電纜。4）電纜系統：包括：粗纜(RG-11A/U)：直徑為10毫米，特征阻抗為50歐姆，每隔2.5米有一個標記；N-系列連接器插頭：安裝在粗纜段的兩端；

N-系列桶型連接器：用于連接兩段粗纜；N-系列終端匹配器：安裝在干線電纜段的兩端,用于防止電子信號的反射；干線電纜段兩端的終端匹配器必須有一個接地。5）中繼器：每個干線段的長度不超過500米。可以用中繼器連接兩個干線段，以擴充主干電纜的長度。每個以太網中最多可以使用四個中繼器，連接五段干線段電纜。粗纜以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊提供AUI接口粗纜以太網的技術參數最大干線段長度：500米

最大網絡干線電纜長度（使用4個中繼器）：2500米每條干線段支持的最大結點數：100個收發器之間最小距離：2.5米收發器電纜的最大長度：50米粗纜以太網的技術參數最大干線段長度：500米（2）細纜以太網的連接中繼器端接器（50Ω）接地BNCT型接頭（2）細纜以太網的連接中繼器端接器接地BNCT型接頭細纜以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊提供BNC接口的以太網卡或PCMCIA卡。2）BNC-T型連接器：每個結點通過T型連接器與網絡進行連接,它水平方向的兩個插頭用于連接兩段細纜,與之垂直的插口與網絡接口適配器上的BNC連接器相連。3）電纜系統：包括：細纜(RG-58A/U)：直徑為5毫米,特征阻抗為50歐姆；

BNC連接器插頭：安裝在細纜段的兩端；BNC桶型連接器：用于連接兩段細纜；BNC終端匹配器：BNC50歐姆的終端匹配器安裝在干線段的兩端,用于防止電子信號的反射。干線段電纜兩端的終端匹配器必須有一個接地。4）中繼器：每個干線段的長度不能超過185米,可以用中繼器連接兩個干線段,以擴充主干電纜的長度。每個以太網中最多可以使用四個中繼器,連接五個干線段電纜。細纜以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊提供BNC接口細纜以太網的技術參數最大干線段長度：185米

最大網絡干線電纜長度（使用4個中繼器）：925米每條干線段支持的最大結點數：30個BNC-T型連接器之間的最小距離:0.5米細纜以太網的技術參數最大干線段長度：185米（3）雙絞線以太網的連接集線器集線器集線器（3）雙絞線以太網的連接集線器集線器集線器雙絞線以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊具有一個RJ-45連接器的Ethernet網卡。如果安裝一個無盤工作站，必須使用一個遠程引導的PROM。2）集線器（Hub）：可能的端口數：8、10、12或24個。有些包括與同軸電纜或光纖主干相連的端口。3）電纜系統：10BASE2非屏蔽雙絞線；RJ-45連接器，針1、2用于發送，針3、6用于接收。雙絞線以太網的技術參數從集線器到集線器的距離不能超過100m；集線器級聯最多4個。一個集線器能夠連接多達24個工作站；集線器到站點距離最多100米。中心集線器能夠連接最多12個集線器；集線器可提供與同軸電纜或光纖相連的端口；無需使用網橋在網絡上連接多達1023個工作站雙絞線以太網的硬件配置1）網卡：每個結點需要一塊具有一個RJ4.3以太網的MAC層4.3.1IEEE802局域網模型4.3以太網的MAC層4.3.1IEEE802局域網模型4.3.2MAC層的功能對共享介質的局域網要解決介質訪問控制問題。因此將數據鏈路層分為兩個子層,即介質訪問控制MAC(MediumAccessControl)子層和邏輯鏈路控制LLC(LogicallinkControl)子層。MAC子層的主要功能是:幀的封裝和拆封、物理介質傳輸差錯的檢測、尋址、實現介質訪問控制協議。LLC子層的主要功能是:連接管理(建立和釋放連接)、與高層的接口、幀的可靠、按序傳輸及流量控制。4.3.2MAC層的功能對共享介質的局域網要解決介質訪問控4.3.3MAC地址在局域網中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址，這一地址被固化在每個網卡的ROM中，每個網卡在出廠時都賦于了一個全世界范圍內唯一的地址編號，地址為6字節（即48位）。所有網卡制造商對網卡地址范圍達成協議，每個制造商只能使用許可范圍內的地址，這樣可保證生產出來的網卡不使用重復的地址。IEEE的注冊管理委員會RAC負責分配地址6個字節中的前3個字節（稱為地址塊），大約1250美元可以買一塊，一個地址塊中的24位可以生產224=16777216個網卡地址。后三個字節的地址由制造廠家自行安排。例如，3Com公司生產的網卡的MAC地址的前3個字節為02-60-8C。

4.3.3MAC地址在局域網中，硬件地址又稱為物理地址或M4.3.4MAC幀的格式目的地址2或6字節源地址2或6字節類型2字節數據46-1500字節幀校驗序列4字節IEEE802.3標準的MAC幀和EthernetV2的MAC幀相似，不同點在第三字段，在EthernetV2中該字段表示LLC的上層所使用的協議類型，而在802.3標準中該字段表示后面數據字段的長度。MAC幀數據字段至少46字節，長度不夠時，則應加以填充，內容不限，這樣，MAC幀的最小長度是64字節。

4.3.4MAC幀的格式目的地址源地址類型數據幀校驗序列I4.4擴展的局域網4.4.1在物理層擴展局域網集線器集線器集線器三個獨立的碰撞域（a）三個獨立的局域網集線器集線器集線器集線器一個更大的碰撞域中心集線器（b）一個擴展的局域網圖4-18用多個集線器連成更大的局域網4.4擴展的局域網4.4.1在物理層擴展局域網集線器集線4.4.2在數據鏈路層擴展局域網網段A網段B網橋MAC1MAC2MAC3MAC4MAC5MAC612站地址端口MAC11MAC21MAC31MAC42MAC52MAC62端口管理軟件網橋協議實體緩存端口2端口112站表1.網橋4.4.2在數據鏈路層擴展局域網網段A網段B網橋MAC1M2.多端口網橋——以太網交換機集線器集線器集線器以太網交換機路由器InternetWWW服務器E-mail服務器10BASE-T100Mb/s100Mb/s100Mb/s用以太網交換機擴展局域網2.多端口網橋——以太網交換機集線器集線器集線器以太網交換4.5高速以太網——傳輸速率達到或超過100Mb/s的以太網。4.5.1100BASE-T以太網——100BASE-T是在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓樸以太網。又稱為快速以太網。——用戶只要更換一個網卡，再配上一個100Mb/p的集線器，就可以方便地由10BASE-T升級到100BASE-T，而不必改變網絡的拓樸結構。快速以太網的MAC幀仍然使用IEEE802.3規定的格式。——半雙工方式下仍然使用CSMA/CD協議，全雙工方式則不需要CSMA/CD協議1.由10BASE-T升級到100BASE-T4.5高速以太網——傳輸速率達到