第五章局域網(wǎng)ppt課件

1、第五章局域網(wǎng)n5.1 局域網(wǎng)概述n5.2 傳統(tǒng)以太網(wǎng)n5.3 以太網(wǎng)MAC層n5.4 擴(kuò)展局域網(wǎng)n5.5 高速以太網(wǎng)n5.6 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)5.1 局域網(wǎng)概述n局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。n局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：n（1能方便地共享昂貴的外部設(shè)備、主機(jī)以及軟件、數(shù)據(jù)。從一個(gè)站點(diǎn)可訪(fǎng)問(wèn)全網(wǎng)。n（2便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。n（3提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。n圖5-1(a)是星形網(wǎng)。近年來(lái)由于集線(xiàn)器(hub)的出現(xiàn)和雙絞線(xiàn)大量用于局域網(wǎng)中，星形以太網(wǎng)以及多級(jí)星形結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)獲得了非常廣泛的應(yīng)用。圖5-1(b)是環(huán)

2、形網(wǎng)，最典型的就是令牌環(huán)形網(wǎng)(token ring)，它又稱(chēng)為令牌環(huán)。圖5-1(c)為總線(xiàn)網(wǎng)，各站直接連在總線(xiàn)上?？偩€(xiàn)網(wǎng)可使用兩種協(xié)議。一種是傳統(tǒng)以太網(wǎng)使用的CSMA/CD，另一種是令牌傳遞總線(xiàn)網(wǎng)。圖5-1(d)是樹(shù)形網(wǎng)，它是總線(xiàn)網(wǎng)的變型。局域網(wǎng)需要解決的重大問(wèn)題n局域網(wǎng)需要解決的重大問(wèn)題：n如何使眾多用戶(hù)能夠合理且方便地共享信道媒體資源， 即信道分配策略，也就是局域網(wǎng)的廣播信道的共享技術(shù)n1、靜態(tài)劃分信道n包括頻分多路復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用和碼分復(fù)用等。n特點(diǎn)是：n預(yù)先將信道固定的分配給各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)之間不會(huì)產(chǎn)生沖突。n這種協(xié)議簡(jiǎn)單，信道利用率高，但不夠靈活，不適合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的

3、隨時(shí)增加或退出、以及數(shù)據(jù)的突發(fā)傳輸特點(diǎn)。n2、動(dòng)態(tài)分配策略n包括隨機(jī)接入和受控接入或稱(chēng)控制訪(fǎng)問(wèn)）n隨機(jī)接入：又稱(chēng)“爭(zhēng)用”，所有用戶(hù)可隨機(jī)的發(fā)送信息n 必須解決“碰撞/沖突問(wèn)題。n受控接入：用戶(hù)只有獲得信道的使用權(quán)才能發(fā)送信息。n 不會(huì)出現(xiàn)碰撞，特別適合網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重的情況。5.2 傳統(tǒng)以太網(wǎng)n“傳統(tǒng)以太網(wǎng)表示最早進(jìn)入市場(chǎng)的10 Mbit/s速率的以太網(wǎng)。5.2.1 以太網(wǎng)的工作原理 n1. 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) （了解）n82年，形成DIX Ethernet V2 是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品以太網(wǎng)的規(guī)約。n83年，IEEE以 DIX Ethernet V2為基礎(chǔ)制定了一個(gè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 802.3。nDIX E

4、thernet V2 標(biāo)準(zhǔn)與 IEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此可以將 802.3 局域網(wǎng)簡(jiǎn)稱(chēng)為“以太網(wǎng)”。局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802標(biāo)準(zhǔn)nIEEE:Institute of Electrical and Electronics Engineers 電器和電子工程師協(xié)會(huì)n802：1980年2月成立局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)nIEEE802.1A：概述及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)nIEEE802.1B：尋址、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)際互連nIEEE802.2：邏輯鏈路控制協(xié)議nIEEE802.3：CSMA/CDnIEEE802.4：令牌總線(xiàn)nIEEE802.5：令牌環(huán)nIEEE802.7：寬帶技術(shù)nIEEE802

5、.8：光纖技術(shù)nIEEE802.11：無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) 共14個(gè)局域網(wǎng)參考模型nIEEE802參考模型：n只有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層：局域網(wǎng)只是局部地區(qū)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，不存在路由選擇問(wèn)題，因此它不需要網(wǎng)絡(luò)層。n鏈路層劃分為MAC子層和 LLC子層：局域網(wǎng)種類(lèi)繁多，其介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方法也各不相同。為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，將鏈路層劃分為兩個(gè)子層：.n邏輯鏈路控制子層LLC (Logical Link Control)n媒體接入控制子層MAC (Medium Access Control)局域網(wǎng)參考模型局局 域域 網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層物理層物理層站點(diǎn)站點(diǎn) 1網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層物理層物理層邏輯鏈路控制邏

6、輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層鏈路層站點(diǎn)站點(diǎn) 2鏈路層的劃分 nMAC子層：負(fù)責(zé)處理鏈路層中與接入各種傳輸媒體有關(guān)的問(wèn)題，主要功能：n數(shù)據(jù)幀的封裝與解封、MAC協(xié)議的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)、比特差錯(cuò)檢測(cè)、尋址。nLLC子層：負(fù)責(zé)處理鏈路層中與傳輸介質(zhì)無(wú)關(guān)的問(wèn)題，主要功能：n邏輯連接的建立和釋放、向高層提供服務(wù)接口、差錯(cuò)控制、幀編號(hào)n劃分結(jié)果：n局域網(wǎng)不管采用何種標(biāo)準(zhǔn)，對(duì) LLC 子層來(lái)說(shuō)都是透明的 。由此使得IEEE802標(biāo)準(zhǔn)具有良好的可擴(kuò)充性n本章介紹的以太網(wǎng)主要都是假定數(shù)據(jù)鏈路層只有一個(gè)MAC層而不考慮LLC子層。這樣做對(duì)以太網(wǎng)工作原理的討論會(huì)更加簡(jiǎn)潔。n2、

7、網(wǎng)卡作用n網(wǎng)絡(luò)接口板又稱(chēng)為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC (Network Interface Card)，但現(xiàn)在更多的人愿意使用更為簡(jiǎn)單的名稱(chēng)“網(wǎng)卡”。網(wǎng)卡和計(jì)算機(jī)之間的通信則是通過(guò)計(jì)算機(jī)主板上的I/O總線(xiàn)以并行傳輸方式進(jìn)行的，如圖5-3所示。n網(wǎng)卡不是完全自治的單元，通常稱(chēng)為半自治單元。當(dāng)網(wǎng)卡收到一個(gè)有差錯(cuò)的幀時(shí)，它就丟棄此幀而不必通知它所插入的計(jì)算機(jī)。當(dāng)網(wǎng)卡收到一個(gè)正確的幀時(shí)，它就使用中斷來(lái)通知該計(jì)算機(jī)并交付給網(wǎng)絡(luò)層。當(dāng)計(jì)算機(jī)要發(fā)送一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就由協(xié)議棧向下交給網(wǎng)卡組裝成幀后發(fā)送到局域網(wǎng)。n以太網(wǎng)為以太網(wǎng)為“總線(xiàn)結(jié)構(gòu)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)”，通信方式為，通信方式為“廣播通信廣播通

8、信”。n如何實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的通信？如何實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的通信？n必須在發(fā)送幀首部寫(xiě)明接收站的地址，僅當(dāng)數(shù)據(jù)幀的目的必須在發(fā)送幀首部寫(xiě)明接收站的地址，僅當(dāng)數(shù)據(jù)幀的目的地址與計(jì)算機(jī)的地址一致時(shí)，該機(jī)才接收此幀。如圖：地址與計(jì)算機(jī)的地址一致時(shí)，該機(jī)才接收此幀。如圖：3. CSMA/CD 協(xié)議 B向向 D發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) C D A E匹配電阻用來(lái)吸收總線(xiàn)上傳播的信號(hào)）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只需 D 接受B 發(fā)送的數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)的廣播方式下實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的通信 n總線(xiàn)上的每一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到 B 發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。 n由于只有計(jì)算機(jī) D 的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫(xiě)入的地址一致，因此只有 D 才接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀

9、。 n其他所有的計(jì)算機(jī)A, C 和 E都檢測(cè)到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來(lái)。n通過(guò)在數(shù)據(jù)幀首部加入地址，在具有廣播特性的總線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。 以太網(wǎng)中為簡(jiǎn)化通信采取的措施 n采用較為靈活的無(wú)連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。 n以太網(wǎng)對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)。n理由：局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯(cuò)的概率是很小的。 以太網(wǎng)提供的服務(wù) n以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。n當(dāng)目的站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯(cuò)的糾正由高層來(lái)決定。n如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳，但以

10、太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的幀，而是當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來(lái)發(fā)送。 載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CDn問(wèn)題：如何協(xié)調(diào)總線(xiàn)上所有計(jì)算機(jī)的工作？即如何解決共享總線(xiàn)帶來(lái)的碰撞/沖突？n解決方法：采用CSMA/CD 技術(shù)nCSMA/CD ： Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。n譯文：帶有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)nCSMA/CD的基本思想：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先監(jiān)聽(tīng)信道；如果信道空閑就發(fā)送數(shù)據(jù)，并繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)；如果在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中監(jiān)聽(tīng)到了沖突，則立刻停止數(shù)據(jù)發(fā)送，等待一段隨機(jī)的時(shí)間后，重新開(kāi)始嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。關(guān)于CSMA/C

11、D的要點(diǎn)：n“多點(diǎn)接入”：表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線(xiàn)上，即總線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。n“載波監(jiān)聽(tīng)”：指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測(cè)一下總線(xiàn)上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。 n“載波就是總線(xiàn)上計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。n“碰撞檢測(cè)就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上是否發(fā)生了沖突。碰撞檢測(cè)的方法n方法一：檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小。n當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線(xiàn)上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線(xiàn)上的信號(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大互相疊加）。當(dāng)檢測(cè)到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過(guò)一定的門(mén)限值時(shí)，就認(rèn)為總線(xiàn)上至少有兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。n此法適合短距離傳輸n方法二：在發(fā)送幀的同時(shí)進(jìn)行接收

12、，將接收的信號(hào)逐比特與發(fā)送信號(hào)比較，若有不符的，則發(fā)生了沖突。適合長(zhǎng)距離傳輸碰撞產(chǎn)生的原因n問(wèn)題：利用“載波監(jiān)聽(tīng)”，每個(gè)站在信道“空閑時(shí)才發(fā)送數(shù)據(jù)，為什么還會(huì)產(chǎn)生沖突？n情況1：當(dāng)A和B 同時(shí)監(jiān)聽(tīng)到總線(xiàn)是空閑時(shí)，同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)產(chǎn)生沖突。 n情況2：電磁波在總線(xiàn)上的傳播速率是有限的即有傳播時(shí)延） 。當(dāng)A 發(fā)出的信息還未傳送到 B之前，B的載波監(jiān)聽(tīng)檢測(cè)不到 A 所發(fā)送的信息，于是B 發(fā)送了自己的幀，則必然要在某個(gè)時(shí)間和 A 發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。如下圖n碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無(wú)用。 1 kmABt碰撞t = 2 A 檢測(cè)到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù)B 檢測(cè)到發(fā)生碰撞 t = t = 0單程端到

13、端傳播時(shí)延記為 1 kmABt碰撞t = B 檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t = / 2發(fā)生碰撞t = 2 A 檢測(cè)到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù)B 檢測(cè)到發(fā)生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt = 0t = B 檢測(cè)到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt = 2 A 檢測(cè)到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時(shí)延記為 闡明n運(yùn)用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信半雙工通信）。n每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。 n這種發(fā)送的不確定性使整個(gè)以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。 4. 爭(zhēng)用期n問(wèn)題：n 發(fā)

14、送端經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能確定已發(fā)送的數(shù)據(jù)幀傳輸成功，即沒(méi)有發(fā)生碰撞 ？n答案：n 最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過(guò)時(shí)間 2 （兩倍的端到端的傳播時(shí)延，即往返時(shí)延就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。n以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延 2 稱(chēng)為爭(zhēng)用期，或碰撞窗口。n爭(zhēng)用期的意義：經(jīng)過(guò)爭(zhēng)用期這段時(shí)間還沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。 n問(wèn)題：如何在產(chǎn)生碰撞后盡量避免再次發(fā)生碰撞？ n解決方法：推遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再重試，比如采用“截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法”截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)類(lèi)型退避算法 (truncated binary exponential type)n發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲退避

15、一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。n確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭(zhēng)用期 2。n定義重傳次數(shù) k ，k 10，即n k = Min重傳次數(shù), 10n從整數(shù)集合0,1, (2k 1)中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為 r。重傳所需的時(shí)延就是 r 倍的基本退避時(shí)間。n當(dāng)重傳達(dá) 16 次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。 n比如，爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度與最短有效幀長(zhǎng) n以太網(wǎng)的爭(zhēng)用期為 51.2 s n對(duì)于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。n以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前 64 字節(jié)沒(méi)有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生沖突。如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。 n因此，以太網(wǎng)

16、規(guī)定了最短有效幀長(zhǎng)為 64 字節(jié)，凡長(zhǎng)度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無(wú)效幀或稱(chēng)為碎片）。強(qiáng)化碰撞 n當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)，除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jamming signal)，以便讓所有用戶(hù)都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。 如下圖：數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào) TJ人為干擾信號(hào) ABTBt B 發(fā)送數(shù)據(jù)A 檢測(cè)到?jīng)_突開(kāi)始沖突信道占用時(shí)間A 發(fā)送數(shù)據(jù)B 也能夠檢測(cè)到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號(hào)。這里為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只畫(huà)出 A 發(fā)送干擾信號(hào)的情況。5.2.2 使用集線(xiàn)器的星型拓?fù)鋘傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：n同軸電纜粗纜或細(xì)

17、纜）n雙絞線(xiàn)n光纜n這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。 10BASE5粗纜10BASE2細(xì)纜10BASE-T雙絞線(xiàn)10BASE-F光纜以太網(wǎng)媒體接入控制 MAC銅纜或銅線(xiàn)連接到以太網(wǎng)的示意圖 主機(jī)箱主機(jī)箱主機(jī)箱雙絞線(xiàn)集線(xiàn)器BNC T 型接頭收發(fā)器電纜網(wǎng)卡插入式分接頭MAUMDI保護(hù)外層外導(dǎo)體屏蔽層內(nèi)導(dǎo)體收發(fā)器DB-15連接器BNC 連接器插口RJ-45插頭粗纜以太網(wǎng)粗纜以太網(wǎng)10BASE5細(xì)纜以太網(wǎng)細(xì)纜以太網(wǎng)10BASE2雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)10BASE-T星形網(wǎng) 10BASE-T n不用電纜而使用無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)。每個(gè)站需要用兩對(duì)雙絞線(xiàn)，分別用于發(fā)送和接收。n在星形網(wǎng)的中心則增加了一種可靠性

18、非常高的設(shè)備，叫做集線(xiàn)器(hub)。 n集線(xiàn)器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。 圖圖5-6 5-6 使用集線(xiàn)器的雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)使用集線(xiàn)器的雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位n10BASE-T 的通信距離稍短，每個(gè)站到集線(xiàn)器的距離不超過(guò) 100 m。n這種 10 Mb/s 速率的無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。 n10BASE-T 雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個(gè)非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。 雙絞線(xiàn)以太網(wǎng) 10BASETn工作速率為10Mbps，采用基帶信號(hào)，T表示傳輸媒體式雙絞線(xiàn)Twis

19、ted Pair)n采用100歐姆的UTP雙絞線(xiàn)n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：表面上為星型實(shí)際上為總線(xiàn)型），即所有站點(diǎn)均連接到一個(gè)中心集線(xiàn)器上n每個(gè)電纜段不超過(guò)100mn整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)遵循5-4-3原則，網(wǎng)絡(luò)的最大跨度不超過(guò)500m最多只能有5個(gè)網(wǎng)段，4個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，而其中只允許3個(gè)網(wǎng)段有設(shè)備，其他兩個(gè)只是傳輸距離的延長(zhǎng)。）n邏輯上仍是總線(xiàn)網(wǎng)，各工作站使用CSMA/CD協(xié)議，因此又稱(chēng)“星型總線(xiàn)網(wǎng)或“盒中總線(xiàn)網(wǎng)”集線(xiàn)器n集線(xiàn)器：使用電子器件來(lái)模擬實(shí)際電纜線(xiàn)的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。 n集線(xiàn)器有如下一些特點(diǎn)。n（1從表面上看，使用集線(xiàn)器的局域網(wǎng)在物理上是一個(gè)星型網(wǎng)，但由于集線(xiàn)器是使用電子器件來(lái)模

20、擬實(shí)際電纜線(xiàn)的工作，因此，整個(gè)系統(tǒng)仍像一個(gè)傳統(tǒng)以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。n也就是說(shuō)，使用集線(xiàn)器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線(xiàn)網(wǎng)，各站共享邏輯上的總線(xiàn)，使用的還是CSMA/CD協(xié)議更具體些，是各站中的適配器執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議）。n網(wǎng)絡(luò)中的各站必須競(jìng)爭(zhēng)對(duì)傳輸媒體的控制，并且在一個(gè)特定時(shí)間至多只有一個(gè)站能夠發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，這種10BASE-T以太網(wǎng)又稱(chēng)為星型總線(xiàn) (star-shaped bus) 或盒中總線(xiàn) (bus in a box)。n（2一個(gè)集線(xiàn)器有許多端口，一個(gè)集線(xiàn)器很像一個(gè)多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器。n（3集線(xiàn)器工作在物理層，它的每個(gè)端口都具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)集線(xiàn)器的某個(gè)端口接收到工作站發(fā)來(lái)的比特時(shí)

21、，不進(jìn)行碰撞檢測(cè)，而是簡(jiǎn)單地把這個(gè)比特向所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)。n 若兩個(gè)端口同時(shí)有信號(hào)輸入即發(fā)生碰撞），那么，所有的端口都收不到正確的幀。如圖5-7所示是具有3個(gè)端口的集線(xiàn)器的示意圖。集線(xiàn)器適 配 器工 作 站適 配 器工 作 站適 配 器工 作 站雙 絞 線(xiàn)圖圖5-7 5-7 具有具有3 3個(gè)端口的集線(xiàn)器個(gè)端口的集線(xiàn)器n （4集線(xiàn)器采用了專(zhuān)門(mén)的芯片，進(jìn)行自適應(yīng)串音回波抵消。 5.2.3以太網(wǎng)的信道利用率 n一個(gè)幀從開(kāi)始發(fā)送，經(jīng)碰撞后再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑(即再經(jīng)過(guò)時(shí)間 使得信道上無(wú)信號(hào)在傳播)時(shí)為止，共需平均時(shí)間為 Tav。 發(fā) 送 成 功 爭(zhēng)用期 爭(zhēng)用期 爭(zhēng)用期 222T0t占用

22、期 爭(zhēng)用期的平均個(gè)數(shù) NR 發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間 Tav反映信道利用率的參數(shù) a= / T0 其中， 為以太網(wǎng)單程端到端的傳播時(shí)延 T0 為發(fā)送一幀需要的時(shí)間 結(jié)論：a越小，信道利用率越高 所以，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率一定時(shí)，以太網(wǎng)的幀不能太短，連線(xiàn)長(zhǎng)度不能太長(zhǎng) 極限信道利用率： Smax = T0 / (T0 + ) = 1/(1+a)5.3 以太網(wǎng)的MAC層5.3.1 MAC層的硬件地址n在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱(chēng)為物理地址，或 MAC 地址。 n802 標(biāo)準(zhǔn)所說(shuō)的“地址嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個(gè)站的“名字或標(biāo)識(shí)符。 n但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種 48 bit 的“名字稱(chēng)為“地址”，所以本書(shū)也采用這種

23、習(xí)慣用法，盡管這種說(shuō)法并不太嚴(yán)格n現(xiàn)在IEEE的注冊(cè)管理委員會(huì)RAC (Registration Authority Committee)是局域網(wǎng)全球地址的法定管理機(jī)構(gòu)，它負(fù)責(zé)分配地址字段的六個(gè)字節(jié)中的前三個(gè)字節(jié)(即高位24 bit)。世界上凡要生產(chǎn)局域網(wǎng)網(wǎng)卡的廠家都必須向IEEE購(gòu)買(mǎi)由這三個(gè)字節(jié)構(gòu)成的一個(gè)號(hào)(即地址塊)，這個(gè)號(hào)的正式名稱(chēng)是機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)識(shí)符OUI (Organizationally Unique I d e n t i f i e r ) ， 通 常 也 叫 做 公 司 標(biāo) 識(shí) 符(company_id)。目前的價(jià)格是1250美元買(mǎi)一個(gè)地址塊。例如，3Com公司生產(chǎn)的網(wǎng)卡的MAC

24、地址的前六個(gè)字節(jié)是02-60-8C。地址字段中的后三個(gè)字節(jié)(即低位24 bit)則是由廠家自行指派，稱(chēng)為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符(extended identifier)，只要保證生產(chǎn)出的網(wǎng)卡沒(méi)有重復(fù)地址即可。第 1最高位最先發(fā)送最低位最高位最低位最后發(fā)送00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001最低位最先發(fā)送最高位最低位最高位最后發(fā)送機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)志符 OUI擴(kuò)展標(biāo)志符高位在前低位在前十六進(jìn)制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80二進(jìn)制表示的 EUI-48 地址：第 1 字節(jié)第 6 字節(jié)I/G 比特I/G 比特字節(jié)順序第

25、 2第 3第 4第 5第 6第 1字節(jié)順序第 2第 3第 4第 5第 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4網(wǎng)卡上的硬件地址 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-F6路由器由于同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，因此它有兩塊網(wǎng)卡和兩個(gè)硬件地址。 網(wǎng)卡檢查 MAC 地址 n網(wǎng)卡從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè) MAC 幀就首先用硬件檢查 MAC 幀中的 MAC 地址.n如果是發(fā)往本

26、站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。n否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。n“發(fā)往本站的幀包括以下三種幀： n單播(unicast)幀一對(duì)一）n廣播(broadcast)幀一對(duì)全體）n多播(multicast)幀一對(duì)多）5.3.2以太網(wǎng)V2的MAC幀格式n以太網(wǎng)的MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)，一種是DIX Ethernet V2標(biāo)準(zhǔn)，另一種是IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)。圖5-9畫(huà)出了這兩種不同的MAC幀格式。n現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的都是以太網(wǎng)V2的MAC幀MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類(lèi)型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC

27、幀格式目的地址字段 6 字節(jié)MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類(lèi)型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式源地址字段 6 字節(jié)MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類(lèi)型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式類(lèi)型字段 2 字節(jié)類(lèi)型字段用來(lái)標(biāo)志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的 MAC 幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個(gè)協(xié)議。 MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類(lèi)型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)

28、據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式數(shù)據(jù)字段 46 1500 字節(jié)數(shù)據(jù)字段的正式名稱(chēng)是 MAC 客戶(hù)數(shù)據(jù)字段最小長(zhǎng)度 64 字節(jié) 18 字節(jié)的首部和尾部 = 數(shù)據(jù)字段的最小長(zhǎng)度 MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類(lèi)型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式FCS 字段 4 字節(jié)當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為 1108 時(shí)，MAC 子層可使未檢測(cè)到的差錯(cuò)小于 11014。 當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度小于 46 字節(jié)時(shí)，應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的 MAC 幀長(zhǎng)不小于 64 字節(jié)。 MAC 幀物理層MAC 層I

29、P 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類(lèi)型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式10101010101010 10101010101010101011前同步碼幀開(kāi)始定界符7 字節(jié)1 字節(jié)8 字節(jié)插入在幀的前面插入的 8 字節(jié)中的第一個(gè)字段共 7 個(gè)字節(jié)，是前同步碼，用來(lái)迅速實(shí)現(xiàn) MAC 幀的比特同步。第二個(gè)字段是幀開(kāi)始定界符，表示后面的信息就是MAC 幀。 為了達(dá)到比特同步，在傳輸媒體上實(shí)際傳送的要比 MAC 幀還多 8 個(gè)字節(jié)n幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；n用收到的幀檢驗(yàn)序列 FCS 查出有差錯(cuò)；n數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在 46 1500 字節(jié)之間。n

30、有效的 MAC 幀長(zhǎng)度為 64 1518 字節(jié)之間。n對(duì)于檢查出的無(wú)效 MAC 幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。 無(wú)效的 MAC 幀 n幀間最小間隔為 9.6 s，相當(dāng)于 96 bit 的發(fā)送時(shí)間。n一個(gè)站在檢測(cè)到總線(xiàn)開(kāi)始空閑后，還要等待 9.6 s 才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。n這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來(lái)得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。 幀間最小間隔 5.4 擴(kuò)展的局域網(wǎng)5.4.1 在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)n一個(gè)學(xué)院的三個(gè)系各有一個(gè)10BASE-T局域網(wǎng)(如圖5-10(a)所示)，可通過(guò)一個(gè)主干集線(xiàn)器互相連接起來(lái)，成為一個(gè)更大的擴(kuò)展的局域網(wǎng)(如圖5-10(b)所示)。圖圖5-10

31、 5-10 用多個(gè)集線(xiàn)器連成更大的局域網(wǎng)用多個(gè)集線(xiàn)器連成更大的局域網(wǎng)n優(yōu)點(diǎn)n使原來(lái)屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨碰撞域的通信。n擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。n缺陷n碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。n如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線(xiàn)器將它們互連起來(lái)。 用集線(xiàn)器擴(kuò)展局域網(wǎng) n在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。n網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù) MAC 幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。n網(wǎng)橋具有過(guò)濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，并不是向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)端口 5.4.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng) 1. 網(wǎng)橋

32、的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 站表端口管理 軟件網(wǎng)橋協(xié)議 實(shí)體端口 1端口 2緩存網(wǎng)段 B網(wǎng)段 A111222站地址 端口網(wǎng)橋網(wǎng)橋n過(guò)濾通信量。 n擴(kuò)大了物理范圍。n提高了可靠性。n可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)的局域網(wǎng)。 使用網(wǎng)橋帶來(lái)的好處 n存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)增加了時(shí)延。 n在MAC 子層并沒(méi)有流量控制功能。 n具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一起時(shí)時(shí)延更大。n網(wǎng)橋只適合于用戶(hù)數(shù)不太多(不超過(guò)幾百個(gè))和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時(shí)還會(huì)因傳播過(guò)多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。這就是所謂的廣播風(fēng)暴。 使用網(wǎng)橋帶來(lái)的缺點(diǎn) 用戶(hù)層IPMAC站 1用戶(hù)層IPMAC站

33、 2物理層網(wǎng)橋 1網(wǎng)橋 2AB用戶(hù)數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個(gè)網(wǎng)橋之間還可使用一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 RR中繼機(jī)制中繼機(jī)制 H H首部首部 T T尾部尾部圖圖5-12 5-12 兩個(gè)網(wǎng)橋之間有點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路兩個(gè)網(wǎng)橋之間有點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路n集線(xiàn)器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對(duì)傳輸媒體進(jìn)行檢測(cè)。n網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。n若在發(fā)送過(guò)程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進(jìn)行退避。n在這一點(diǎn)上網(wǎng)橋的接口很像一個(gè)網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒(méi)有網(wǎng)卡。 n由于網(wǎng)橋沒(méi)有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址。 網(wǎng)橋和集線(xiàn)器或轉(zhuǎn)發(fā)器不同 n

34、目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent bridge)。 n“透明是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛?lái)說(shuō)是看不見(jiàn)的。 n透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.1D。 2. 透明網(wǎng)橋(1) 從端口 x 收到無(wú)差錯(cuò)的幀如有差錯(cuò)即丟棄），在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，則查找出到此 MAC 地址應(yīng)當(dāng)走的端口 d，然后進(jìn)行(3)，否則轉(zhuǎn)到(5)。(3) 如到這個(gè) MAC 地址去的端口 d = x，則丟棄此幀因?yàn)檫@表示不需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。否則從端口 d 轉(zhuǎn)發(fā)此幀。(4) 轉(zhuǎn)到(6)。(5) 向網(wǎng)橋除 x 以外的

35、所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀這樣做可保證找到目的站）。(6) 如源站不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則將源站 MAC 地址加入到轉(zhuǎn)發(fā)表，登記該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的端口號(hào)，設(shè)置計(jì)時(shí)器。然后轉(zhuǎn)到(8)。如源站在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則執(zhí)行(7)。(7) 更新計(jì)時(shí)器。(8) 等待新的數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)到(1)。網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)按照以下算法處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表 n站地址：登記收到的幀的源 MAC 地址。n端口：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的端口號(hào)。n時(shí)間：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。n轉(zhuǎn)發(fā)表中的 MAC 地址是根據(jù)源 MAC 地址寫(xiě)入的，但在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)是將此 MAC 地址當(dāng)作目的地址。n如果網(wǎng)橋現(xiàn)在能夠從端口 x 收到從源地址 A 發(fā)來(lái)的幀，那么以后就可以從端口 x

36、 將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址 A。 網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個(gè)信息 透明網(wǎng)橋使用了支撐樹(shù)算法n透明網(wǎng)橋使用了一個(gè)支撐樹(shù)(spanning tree)算法，即互連在一起的網(wǎng)橋在進(jìn)行彼此通信后，就能找出原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€(gè)子集，在這個(gè)子集里整個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個(gè)站之間只有一條路徑。n這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。 透明網(wǎng)橋使用了支撐樹(shù)算法 局域網(wǎng) 2局域網(wǎng) 1網(wǎng)橋 2網(wǎng)橋 1 AFF2F1不停地兜圈子A 發(fā)出的幀網(wǎng)橋 1 轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)橋 2 轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了假定幀F(xiàn)的目的地址均不在這兩個(gè)網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中n每隔幾秒鐘每一個(gè)網(wǎng)橋要廣播其標(biāo)識(shí)號(hào)(由生產(chǎn)網(wǎng)橋的廠家設(shè)定的一個(gè)

37、惟一的序號(hào))和它所知道的其他所有在網(wǎng)上的網(wǎng)橋。 n支撐樹(shù)算法選擇一個(gè)網(wǎng)橋作為支撐樹(shù)的根(例如，選擇一個(gè)最小序號(hào)的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹(shù)上的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)。 n當(dāng)互連局域網(wǎng)的數(shù)目非常大時(shí)，支撐樹(shù)的算法很花費(fèi)時(shí)間。這時(shí)可將大的互連網(wǎng)劃分為多個(gè)較小的互連網(wǎng)，然后得出多個(gè)支撐樹(shù)。 支撐樹(shù)的得出n透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。n源路由(source route)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時(shí)將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。n源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個(gè)發(fā)現(xiàn)幀，每個(gè)發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過(guò)的路由。n發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的站時(shí)就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個(gè)最佳路

38、由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。 3. 源路由網(wǎng)橋n1990 年問(wèn)世的交換式集線(xiàn)器(switching hub)，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。n交換式集線(xiàn)器常稱(chēng)為以太網(wǎng)交換機(jī)(switch)或第二層交換機(jī)表明此交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。n以太網(wǎng)交換機(jī)通常都有十幾個(gè)端口。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多端口的網(wǎng)橋，可見(jiàn)交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。4. 多端口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機(jī) n以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)端口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式。n交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)的端口，使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無(wú)碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。 n以太網(wǎng)交換

39、機(jī)由于使用了專(zhuān)用的交換結(jié)構(gòu)芯片，其交換速率就較高。 以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)n對(duì)于普通 10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng)，若共有 N 個(gè)用戶(hù)，則每個(gè)用戶(hù)占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。n使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然在每個(gè)端口到主機(jī)的帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個(gè)用戶(hù)在通信時(shí)是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)共享傳輸媒體的帶寬，因此對(duì)于擁有 N 對(duì)端口的交換機(jī)的總?cè)萘繛?N10 Mb/s。這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。 獨(dú)占傳輸媒體的帶寬 用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng) 集線(xiàn)器集線(xiàn)器集線(xiàn)器一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件 服

40、務(wù)器以太網(wǎng)交換機(jī)路由器n虛擬局域網(wǎng) VLAN 是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無(wú)關(guān)的邏輯組。n這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。n每一個(gè) VLAN 的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符，指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè) VLAN。n虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶(hù)提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。 5.4.3 虛擬局域網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)

41、以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 當(dāng) B1 向 VLAN2 工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站 B2 和 B3 將會(huì)收到廣播的信息。以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 B1 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站 A1, A2 和 C1都不會(huì)收到 B1 發(fā)出的廣播信息。 以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 V

42、LAN3 的構(gòu)成 虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因傳播過(guò)多的廣播信息(即“廣播風(fēng)暴”)而引起性能惡化。 5.5 高速以太網(wǎng)5.5.1 100BASE-T 以太網(wǎng)n速率達(dá)到或超過(guò) 100 Mb/s 的以太網(wǎng)稱(chēng)為高速以太網(wǎng)。n在雙絞線(xiàn)上傳送 100 Mb/s 基帶信號(hào)的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 協(xié)議。100BASE-T 以太網(wǎng)又稱(chēng)為快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet)。 100BASE-T 以太網(wǎng)的特點(diǎn)n可在全雙工方式下工作而無(wú)沖突發(fā)生。因此，不使用 CSMA/CD 協(xié)議。nMAC 幀格式仍然是 802.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。n保持最短幀長(zhǎng)

43、不變，但將一個(gè)網(wǎng)段的最大電纜長(zhǎng)度減小到 100 m。n幀間時(shí)間間隔從原來(lái)的 9.6 s 改為現(xiàn)在的 0.96 s。 三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn) n100BASE-TXn運(yùn)用 2 對(duì) UTP 5 類(lèi)線(xiàn)或屏蔽雙絞線(xiàn) STP。 n100BASE-FX n運(yùn)用 2 對(duì)光纖。 n100BASE-T4n運(yùn)用 4 對(duì) UTP 3 類(lèi)線(xiàn)或 5 類(lèi)線(xiàn)。 5.5.2 吉比特以太網(wǎng)n吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3標(biāo)準(zhǔn)考慮以下內(nèi)個(gè)要點(diǎn)n (1)允許在1Gbit/s下的全雙工和半雙工兩種方式工作n (2)運(yùn)用 802.3 協(xié)議規(guī)定的幀格式。n (3)在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協(xié)議全雙工方式不需要使用 CSMA/CD 協(xié)

44、議）。n (4)與 10BASE-T 和 100BASE-T 技術(shù)向后兼容。n吉比特以太網(wǎng)的物理層使用兩種成熟的技術(shù)：一種來(lái)自現(xiàn)有的以太網(wǎng)，另一種則是ANSI制定的光纖通道(fibre channel)。采用成熟技術(shù)就能大大縮短吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。吉比特以太網(wǎng)的物理層 n1000BASE-X(802.3Z) 基于光纖通道的物理層：n1000BASE-SX SX表示短波長(zhǎng)n1000BASE-LX LX表示長(zhǎng)波長(zhǎng)n1000BASE-CX CX表示銅線(xiàn)n1000BASE-T (802.3ab)n運(yùn)用 4對(duì) 5 類(lèi)線(xiàn) UTP n吉比特以太網(wǎng)工作在半雙工方式時(shí)，就必須進(jìn)行碰撞檢測(cè)。由于數(shù)據(jù)傳輸率

45、提高了，若保持參數(shù)a為較小的值，只有減速小最大電纜長(zhǎng)度或增大幀的最小長(zhǎng)度。n吉比特以太網(wǎng)仍然保持網(wǎng)段最大長(zhǎng)度為100m，但采用載波延伸的辦法，使最短幀長(zhǎng)仍為64字節(jié)，但將爭(zhēng)用時(shí)間增大為512字節(jié)。n凡發(fā)送的MAC幀長(zhǎng)不足512字節(jié)時(shí)，就用一些特殊字符填充在幀的后面，使MAC幀的發(fā)送長(zhǎng)度增大到512字節(jié)，但這對(duì)有效載荷并無(wú)影響，如圖5-25所示。n吉比特以太網(wǎng)還增加一種功能稱(chēng)為分組突發(fā)(packet bursting)。這就是當(dāng)很多短幀要發(fā)送時(shí)，第一個(gè)短幀要采用上面所說(shuō)的載波延伸的方法進(jìn)行填充。但隨后的一些短幀則可一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送，它們之間只需留有必要的幀間最小間隔即可。這樣就形成了一串分組的突

46、發(fā)，直到達(dá)到1500字節(jié)或稍多一些為止，如圖5-26所示。n圖5-27是吉比特以太網(wǎng)的一種配置舉例。吉比特以太網(wǎng)的配置舉例 1 Gb/s 鏈路吉比特交換集線(xiàn)器百兆比特或吉比特集線(xiàn)器100 Mb/s 鏈路中央服務(wù)器5.5.3 10 吉比特以太網(wǎng)n10 吉比特以太網(wǎng)與 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1 Gb/s 以太網(wǎng)的幀格式完全相同。n10 吉比特以太網(wǎng)還保留了 802.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長(zhǎng)，便于升級(jí)。n10 吉比特以太網(wǎng)不再使用銅線(xiàn)而只使用光纖作為傳輸媒體。n10 吉比特以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，因此沒(méi)有爭(zhēng)用問(wèn)題，也不使用 CSMA/CD 協(xié)議。 10吉比特以太網(wǎng)的物理層

47、 n局域網(wǎng)物理層 LAN PHY。局域網(wǎng)物理層的數(shù)據(jù)率是 10.000 Gb/s。n可選的廣域網(wǎng)物理層 WAN PHY。廣域網(wǎng)物理層具有另一種數(shù)據(jù)率，這是為了和所謂的“Gb/s的 SONET/SDH即OC-192/STM-64相連接。n為了使 10 吉比特以太網(wǎng)的幀能夠插入到 OC-192/STM-64 幀的有效載荷中，就要使用可選的廣域網(wǎng)物理層，其數(shù)據(jù)率為 9.95328 Gb/s。 端到端的以太網(wǎng)傳輸 n10 吉比特以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的工作范圍已經(jīng)從局域網(wǎng)校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)擴(kuò)大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了端到端的以太網(wǎng)傳輸。n這種工作方式的好處是： n成熟的技術(shù)n互操作性很好n在廣域網(wǎng)中使用

48、以太網(wǎng)時(shí)價(jià)格便宜。n統(tǒng)一的幀格式簡(jiǎn)化了操作和管理。 以太網(wǎng)從 10 Mb/s 到10 Gb/s 的演進(jìn) n以太網(wǎng)從 10 Mb/s 到 10 Gb/s 的演進(jìn)證明了以太網(wǎng)是：n可擴(kuò)展的從 10 Mb/s 到 10 Gb/s）。n靈活的多種傳輸媒體、全/半雙工、共享/交換）。n易于安裝。n穩(wěn)健性好。 5.6 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)5.6.1無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)構(gòu)造n便攜站(portable station)和移動(dòng)站(mobile station)表示的意思并不一樣。便攜站當(dāng)然是便于移動(dòng)的，但便攜站在工作時(shí)其位置是固定不變的。而移動(dòng)站不僅能夠移動(dòng)，而且還可以在移動(dòng)的過(guò)程中進(jìn)行通信。移動(dòng)站一般都是使用電池供電。n2019

49、年IEEE制定出無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)802.11。n無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)可分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)是有固定基礎(chǔ)設(shè)施的，第二類(lèi)是無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)施的。n在802.11標(biāo)準(zhǔn)中，基本服務(wù)集里面的基站使用了一個(gè)新名詞，叫做接入點(diǎn)AP (Access Point)。一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過(guò)接入點(diǎn)AP連接到一個(gè)主干分配系統(tǒng)DS (Distribution System)，然后再接入到另一個(gè)基本服務(wù)集，這樣就構(gòu)成了一個(gè)擴(kuò)展的服務(wù)集ESS，如圖5-29所示。n802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的最小構(gòu)件是基本服務(wù)集BSS (Basic Service Set)。一個(gè)基本服務(wù)集BSS所覆蓋的地理范圍叫作一個(gè)基本服務(wù)區(qū)BSA

50、 (Basic Service Area)。n基本服務(wù)區(qū)BSA和無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的蜂窩小區(qū)相似。在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中，一個(gè)基本服務(wù)區(qū)BSA的范圍可以有幾十米的直徑。n一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過(guò)接入點(diǎn)AP連接到一個(gè)主干分配系統(tǒng)DS (Distribution System)，然后再接入到另一個(gè)基本服務(wù)集，這樣就構(gòu)成了一個(gè)擴(kuò)展的服務(wù)集ESS，如圖5-17所示。圖圖5-17 IEEE802.115-17 IEEE802.11的基本服務(wù)集的基本服務(wù)集BSSBSS和擴(kuò)展服務(wù)集和擴(kuò)展服務(wù)集ESSESSn另一類(lèi)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，它又叫作自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network)。這種自組

51、網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有上述基本服務(wù)集中的接入點(diǎn)AP而是由一些處于平等狀態(tài)的移動(dòng)站之間相互通信組成的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)，如圖5-18所示。移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)也就是移動(dòng)分組無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)。圖圖5-18 5-18 由處于平等狀態(tài)的一些便攜機(jī)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)由處于平等狀態(tài)的一些便攜機(jī)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)n留意：移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)IP并不相同。移動(dòng)IP技術(shù)是指漫游的主機(jī)可以用多種方式連接到因特網(wǎng)。漫游的主機(jī)可以直接連接到或通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路連接到固定網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)子網(wǎng)。5.8.3 802.11標(biāo)準(zhǔn)中的MAC層n無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)不能簡(jiǎn)單地搬用CSMA/CD協(xié)議。這里主要有兩個(gè)原因：n第一，CSMA/CD協(xié)議要求一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時(shí)還必須不間斷地檢測(cè)信道，以便發(fā)現(xiàn)是否有其他的站也在發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣才能實(shí)現(xiàn)“碰撞檢測(cè)的功能。但在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過(guò)大。n第二，更重要的是，即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測(cè)的功能，并且當(dāng)我們?cè)诎l(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。n圖5-19所示的例子表示了無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的特殊問(wèn)題。n圖5-19 (a) 表示站A和C都想和B通信。但A和C相距較遠(yuǎn)，彼此都接收不到對(duì)方發(fā)送的信號(hào)。當(dāng)A和C檢測(cè)不到無(wú)線(xiàn)信號(hào)時(shí)，就都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。結(jié)果B同時(shí)收到A和C發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，發(fā)生了碰撞。n可見(jiàn)，在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中，在發(fā)送數(shù)據(jù)前未