第3章局域網(wǎng)課件

第3章局域網(wǎng)局域網(wǎng)發(fā)展史始于20世紀(jì)70年代；20世紀(jì)80年代后期，進(jìn)入專業(yè)化生產(chǎn)和商品化的成熟階段；20世紀(jì)90年代，在速度、帶寬、服務(wù)質(zhì)量等指標(biāo)方面有了更大進(jìn)展；是網(wǎng)絡(luò)研究與應(yīng)用中的一個活躍領(lǐng)域3.1局域網(wǎng)基本概念地理覆蓋范圍小：

通常不超過幾十公里，甚至只在一幢建筑或一個房間內(nèi)。數(shù)據(jù)的傳輸速率高：

最高可達(dá)10Gbit/s。通信質(zhì)量高：

誤碼率在10-8~10-11

支持多種傳輸介質(zhì)：

同軸電纜、雙絞線、光纖、無線介質(zhì)成本低、安裝、擴(kuò)充及維護(hù)方便

通常屬于某個部門、企業(yè)或單位所有局域網(wǎng)的功能與應(yīng)用功能：資源共享（硬件、軟件資源）相互通信（數(shù)據(jù)傳送與電子郵件）提高計算機(jī)系統(tǒng)的可靠性分布式計算和高性能計算環(huán)境應(yīng)用：辦公自動化生產(chǎn)自動化管理信息化銀行業(yè)務(wù)處理軍事指揮控制商務(wù)管理……問題：與局域網(wǎng)特性有關(guān)的主要技術(shù)要素有哪些？A：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法3.1.1常見局域網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)性能；局域網(wǎng)設(shè)計的目標(biāo)是覆蓋“有限的地理范圍”基本通信機(jī)制上選擇了“共享介質(zhì)”方式和“交換”方式。在傳輸介質(zhì)的物理連接、介質(zhì)訪問取控制方法上形成了自己的特點；在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系幕窘Y(jié)構(gòu)總線型環(huán)型（包括雙環(huán)型）星型（包括擴(kuò)展星型）局域網(wǎng)分類3.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802（ISO8802）IEEE802是一個標(biāo)準(zhǔn)系列：IEEE802,IEEE802.1～I(xiàn)EEE802.14其體系結(jié)構(gòu)只包含了兩個層次：數(shù)據(jù)鏈路層，物理層數(shù)據(jù)鏈路層又分為邏輯鏈路控制和介質(zhì)訪問控制兩個子層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯鏈路控制LLC介質(zhì)訪問控制MAC

高層

OSI

IEEE802物理層PHY由TCP/IP和NOS實現(xiàn)IEEE802描述了最低兩層的功能以及它們?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)和接口3.2.1IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生為了促進(jìn)局域網(wǎng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化以增加產(chǎn)品的互操作性，1980年2月，美國電氣和電子工程師學(xué)會（IEEE）成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會，簡稱IEEE802委員會，研究并制定了關(guān)于局域網(wǎng)的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

通信介質(zhì)分會：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對應(yīng)于ISO/OSI物理層的功能，包括局域網(wǎng)通信的物理傳輸特性、與數(shù)據(jù)鏈路層的接口信號訪問控制分會：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對應(yīng)于ISO/OSI數(shù)據(jù)鏈路層的功能，主要涉及邏輯鏈路控制協(xié)議、介質(zhì)訪問控制協(xié)議及和網(wǎng)絡(luò)層的接口高層接口分會：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對應(yīng)于ISO/OSI中網(wǎng)絡(luò)層以上的高層的功能。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的說明IEEE802標(biāo)準(zhǔn)是一個標(biāo)準(zhǔn)體系，包含一系列不同的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。隨著局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，該體系中在不斷地增加新的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。目前主要有IEEE802.1－IEEE802.12等12種標(biāo)準(zhǔn)?！璉EEE802.1A綜述與體系結(jié)構(gòu)(說明與OSI/ISO的對應(yīng)關(guān)系)IEEE802.2邏輯鏈路控制(LLC)規(guī)范與協(xié)議802.3CSMA/CDPhysicalLayer802.4TokenBusPhysicalLayer802.5TokenRingPhysicalLayer802.6MANPhysicalLayer802.7FDDIPhysicalLayer802.8寬帶網(wǎng)PhysicalLayer802.11無線網(wǎng)PhysicalLayerIEEE802.1B尋址、網(wǎng)絡(luò)互連和網(wǎng)絡(luò)管理IEEE802標(biāo)準(zhǔn)是一個標(biāo)準(zhǔn)體系，并且隨著局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，該體系中在不斷地增加新的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列中的主要標(biāo)準(zhǔn)802.2-邏輯鏈路控制802.3-CSMA/CD（以太網(wǎng)）

802.4-TokenBus（令牌總線）802.5-TokenRing（令牌環(huán)）802.6-分布隊列雙總線DQDB--MAN標(biāo)準(zhǔn)802.8–FDDI（光纖分布數(shù)據(jù)接口）802.11–WLAN（無線局域網(wǎng)）IEEE局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)注點

只關(guān)注OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

首先，LAN是一種通信網(wǎng)，只涉及到有關(guān)的通信功能，至多與OSI七層模型中的下三層有關(guān)。其次，LAN基本上采用共享信道的技術(shù)，可以不設(shè)立單獨的網(wǎng)絡(luò)層。

不同局域網(wǎng)技術(shù)的區(qū)別主要在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；當(dāng)不同技術(shù)的LAN需要在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)互連時，可以借助其他已有的通用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議如第7章中要介紹的IP協(xié)議。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)ISO/OSI的對應(yīng)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯鏈路控制（LLC）介質(zhì)訪問控制（MAC）物理信號（PS）物理介質(zhì)連接設(shè)備（PMA）物理介質(zhì)

連接單元接口（AUI）介質(zhì)訪問單元（MAU）局域網(wǎng)模型局域網(wǎng)模型的有關(guān)說明物理層：

與OSI的物理層類似，主要規(guī)定比特流的傳輸與接收，描述所使用的信號電平的編碼及解碼，規(guī)定網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)，傳輸介質(zhì)及介質(zhì)的傳輸速率等。數(shù)據(jù)鏈路層：被分為LLC子層與MAC子層。

MAC子層--處理局域網(wǎng)中各站點對通信介質(zhì)的爭用問題，不同類型的局域網(wǎng)使用不同的介質(zhì)訪問控制協(xié)議；LLC子層--屏蔽MAC子層的具體實現(xiàn)，將其變成統(tǒng)一的LLC界面，從而向網(wǎng)絡(luò)層提供一致的服務(wù)。3.2.2劃分LLC與MAC子層的原因OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層不具備局域網(wǎng)所需的介質(zhì)訪問控制功能；局域網(wǎng)基本上采用共享介質(zhì)環(huán)境，從而數(shù)據(jù)鏈路層必須考慮介質(zhì)訪問控制機(jī)制；介質(zhì)訪問控制機(jī)制與物理介質(zhì)、物理設(shè)備和物理拓?fù)涞壬婕坝布崿F(xiàn)的部分直接有關(guān)；分為兩個子層，可保證層服務(wù)的透明性，在形式上保持與OSI模型的一致性。使整個體系結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性更好，以備將來接受新的介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法。局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層按功能劃分為兩個子層：LLC和MAC功能分解的目的：將功能中與硬件相關(guān)的部分和與硬件無關(guān)的部分分開，以適應(yīng)不同的傳輸介質(zhì)。解決共享信道(如總線)的介質(zhì)訪問控制問題，使幀的傳輸獨立于傳輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問控制方法。LLC：與介質(zhì)、拓?fù)錈o關(guān)；MAC：與介質(zhì)、拓?fù)湎嚓P(guān)。局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層的特點：局域網(wǎng)鏈路支持多路訪問，支持成組地址和廣播；支持介質(zhì)訪問控制功能；提供某些網(wǎng)絡(luò)層的功能，如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問點(SAP)、多路復(fù)用、流量控制、差錯控制、...MAC子層功能：實現(xiàn)、維護(hù)MAC協(xié)議，差錯檢測，尋址。LLC子層功能：向高層提供統(tǒng)一的鏈路訪問形式，組幀/拆幀、建立/釋放邏輯連接，差錯控制，幀序號處理，提供某些網(wǎng)絡(luò)層功能。對不同的LAN標(biāo)準(zhǔn)，它們的LLC子層都是一樣的，區(qū)別僅在MAC子層（和物理層）。PA3.3LLC的幀結(jié)構(gòu)DSAPSSAP控制域數(shù)據(jù)

111/2長度可變單位：字節(jié)高層PDU

LLC首部

LLC數(shù)據(jù)IEEE802LAN的封裝過程：LLC幀MAC幀MAC數(shù)據(jù)分組介質(zhì)上傳輸?shù)膸琈AC首部MAC尾部MAC尾部MAC數(shù)據(jù)MAC首部面向連接服務(wù)與面向無連接

服務(wù)的比較面向連接就是指在數(shù)據(jù)傳輸之前雙方需要為此建立一種連接，然后在該連接上實現(xiàn)有次序的分組傳輸，直到數(shù)據(jù)傳送完畢連接才被釋放；面向無連接則不需要為數(shù)據(jù)傳輸事先建立連接，其只提供簡單的源和目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收功能。面向連接服務(wù)的實現(xiàn)：虛電路

（VirtualCircuit）通信子網(wǎng)借以實現(xiàn)面向連接服務(wù)的工作方式，需要源與目標(biāo)之間建立一條邏輯上的通信鏈路。涉及虛電路邏輯連接的三個階段：

①虛電路對立②數(shù)據(jù)傳輸③虛電路拆除

在建立連接時，將從源端機(jī)器到目標(biāo)機(jī)器的路由作為連接建立的一部分加以保存。在虛電路上傳送的分組總是取相同的路徑（路由）通過通信子網(wǎng)。虛電路分為永久虛電路(PVC)和呼叫虛電路(SVC)。ThereisconnectionestablishmentbeforetransmissionPacketscanarrivethedestinationthroughthesamepath.ThereisconnectionreleaseafterfinishingtransmissionDTEDCEDCEDTEDCEDCEDCEDCESourceDestination虛電路示例事先不需要在源與目標(biāo)之間建立任何的連接。為每個分組選擇獨立的路由，不同的分組可以走不同的路由。DTEDCEDCEDTEDCEDCEDCEDCESourceDestination面向無連接服務(wù)的實現(xiàn)：數(shù)據(jù)報(Datagram)虛電路與數(shù)據(jù)報的比較

包交換方式數(shù)據(jù)報虛電路電路設(shè)置NOYES（建立、傳輸、拆除）地址每個Packet需完整的源/目的地址每個Packet僅含虛電路號狀態(tài)信息有路由表，無連接表連接表路由選擇每個包自由選擇建立后勿需路由路由器失敗的影響丟失失敗時的分組所有經(jīng)過失敗路由器的VC失效傳輸質(zhì)量同一報文的不同分組會出現(xiàn)亂序、重復(fù)、丟失同一報文的不同分組不會出現(xiàn)亂序/重復(fù)/丟失LLC的操作類別和類型LLC類別（Class）LLC操作類型（OperationType）

LLC1LLC2LLC3

Ⅰ支持

Ⅱ支持支持

Ⅲ支持支持Ⅳ支持支持支持通過服務(wù)訪問點進(jìn)行通信3.4局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制CSMA/CDToken

共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與沖突共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是指網(wǎng)絡(luò)上的所有的設(shè)備通過一條公用的信道來傳輸數(shù)據(jù)。又稱廣播網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)同一時刻這些設(shè)備中的多個節(jié)點試圖發(fā)送數(shù)據(jù)時，就會發(fā)生沖突。沖突會使其所涉及的各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生失敗。通常將可能發(fā)生沖突的所有設(shè)備和與之相關(guān)的共享介質(zhì)稱為一個沖突域。信道共享技術(shù)分類信道共享技術(shù)TDMFDMSTDMATDM隨機(jī)訪問受控訪問CSMACSMA/CD集中控制分散控制輪詢令牌靜態(tài)分配動態(tài)分配以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)WDMCDM3.4.1物理地址/硬件地址/MAC地址MAC地址的長度為48位的二進(jìn)制數(shù)，或12位的十六進(jìn)制數(shù)前24比特代表廠商標(biāo)識，后24比特為產(chǎn)品的序列號。3.4.1局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制：

解決共享或廣播網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)信道的使用產(chǎn)生競爭時，如何分配信道的使用權(quán)。在局域網(wǎng)中，特從數(shù)據(jù)鏈路層中分出介質(zhì)訪問控制子層，用以完成信道分配或介質(zhì)訪問控制功能。使網(wǎng)絡(luò)有更高的工作效率、可靠性和可擴(kuò)展性。介質(zhì)訪問控制的類型集中式：

有一個單獨的集中控制器或一個具有控制整個網(wǎng)絡(luò)能力的節(jié)點來管理網(wǎng)絡(luò)的通信。分布式：

無集中控制節(jié)點，各節(jié)點均處于平等地位。節(jié)點間的通信由各節(jié)點自身控制。進(jìn)一步分為：

1)爭用型介質(zhì)訪問控制協(xié)議，又稱隨機(jī)型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議，如CSMA/CD。2)確定型介質(zhì)訪問控制協(xié)議，又稱有序的訪問控制協(xié)議，如令牌法。CSMA的流程圖有待發(fā)幀？載波監(jiān)聽策略（分時隙）延遲到下一個時隙的開始發(fā)送等待2t收到ACK？出口NY延遲隨機(jī)時間NYALOHA

lp?YN非堅持CSMA信道忙？選擇0-1之間的隨機(jī)數(shù)l信道忙？延遲tNNYYP堅持CSMACSMA/CD為“帶沖突檢測的載波偵聽多點訪問(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)”

的英文縮寫：載波偵聽CS是指網(wǎng)絡(luò)中的各個站點都具備一種對總線上所傳輸?shù)男盘柣蜉d波進(jìn)行監(jiān)測的功能。多點訪問MA指總線上的一個站點占用總線發(fā)送信號時，所有連到同一總線上的其他站點都可以通過各自的接收器收聽，只不過目標(biāo)節(jié)點會對所接收的信號進(jìn)行進(jìn)一步的處理，而非目標(biāo)節(jié)點則忽略所收到的信號。沖突檢測CD指一種檢測或識別沖突的機(jī)制，是實現(xiàn)沖突退避的前提。CSMA/CD多個站點如何安全地使用共享信道？最簡單的思路：發(fā)送前先檢測一下其它站點是否正在發(fā)送（即信道忙否）。若信道空閑，是否可以立即發(fā)送？若有多個站點都在等待發(fā)送，必然沖突！解決：等待一段隨機(jī)時間后再發(fā)（降低了沖突概率）若信道忙，如何處理？繼續(xù)監(jiān)聽：等到信道空閑后立即發(fā)送等到信道空閑后等待隨機(jī)時間后再發(fā)送等待一段隨機(jī)時間后再重新檢測信道一旦出現(xiàn)兩個站點同時發(fā)送的情況，如何處理？以上方法均無法處理！CSMA/CD—帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問用于IEEE802.3以太網(wǎng)工作原理：發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送；如果信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，一旦空閑就立即發(fā)送；在發(fā)送過程中，仍需繼續(xù)監(jiān)聽。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，然后發(fā)送一串干擾信號（Jam）；發(fā)送Jam信號的目的是強化沖突，以便使所有的站點都能檢測到發(fā)生了沖突。等待一段隨機(jī)時間（稱為退避）以后，再重新嘗試。歸結(jié)為四句話：發(fā)前先聽，空閑即發(fā)送，邊發(fā)邊聽，沖突時退避。站點1站點2距離L傳播時延tCSMA/CD協(xié)議的時間槽時間槽——能夠檢測到?jīng)_突的時間區(qū)間（也稱為爭用時隙或碰撞窗口）若兩站點之間傳播時延為a，則時間槽＝2a。如下圖所示：站點2發(fā)送幀碰撞站點1在t＝0時發(fā)送幀站點2停止發(fā)送當(dāng)δ→0時，將不會再發(fā)生沖突。這時，時間槽→2a。時間槽的意義：一個站點開始發(fā)送后，若在時間槽內(nèi)沒有檢測到?jīng)_突，則本次發(fā)送不會再發(fā)生沖突；時間槽與網(wǎng)絡(luò)跨距、傳輸速率、最小幀長有密切的關(guān)系！以太網(wǎng)中，時間槽＝51.2μs傳輸速率＝10Mb/s時，一個時間槽內(nèi)可發(fā)送512bits，即64字節(jié)（所以也稱一個時間槽長度為64字節(jié)）。由此可知：1.沖突只可能在一幀的前64字節(jié)內(nèi)發(fā)生；2.幀長度小于64字節(jié)時，將無法檢測出沖突；∴以太網(wǎng)規(guī)定，最小幀長度為64字節(jié)3.長度小于64字節(jié)的幀（碎片幀）都是無效幀。想一想：什么情況下會產(chǎn)生碎片幀？與時間槽相關(guān)的幾個網(wǎng)絡(luò)參數(shù)采用CSMA/CD的局域網(wǎng)中，由于時間槽的限制，傳輸速率R、網(wǎng)絡(luò)跨距S、最小幀長Fmin三者之間必須滿足一定的關(guān)系：

Fmin＝kSR

k:系數(shù)可以看出：最小幀長度不變時，傳輸率越高，網(wǎng)絡(luò)跨距就越?。粋鬏斅使潭〞r，網(wǎng)絡(luò)跨距越大，最小幀長度就應(yīng)該越大；網(wǎng)絡(luò)跨距固定時，傳輸率越高，最小幀長度就應(yīng)該越大。

非常重要的結(jié)論！退避時間的確定（退避算法）CSMA/CD采用了截斷二進(jìn)制指數(shù)退避算法算法如下：1.令基本退避時間T=2a（即時間槽長度）；2.k=min（重傳次數(shù)，10）；3.r=在[0,1,…,(2k-1)]中隨機(jī)取一個數(shù)；4.退避時間=rT。限定最大重傳次數(shù)＝16，若發(fā)送16次仍不成功，則發(fā)送失敗。CSMA/CD的優(yōu)缺點控制簡單，易于實現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕時，有較好的性能：30％－40％以內(nèi)延遲時間短、速度快網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時，性能急遽下降：70％－80％以上沖突數(shù)量的增長使網(wǎng)絡(luò)速度大幅度下降令牌控制法又稱令牌(Token)傳遞機(jī)制或許可證法；令牌是一種特殊的控制幀，用來控制各個結(jié)點介質(zhì)訪問權(quán)限。令牌在環(huán)中沿固定方向逐站傳送，只有獲得令牌的節(jié)點才能啟動幀的發(fā)送。CABD發(fā)送節(jié)點截獲令牌并發(fā)送數(shù)據(jù)幀；其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)或接收數(shù)據(jù)；發(fā)送節(jié)點取消數(shù)據(jù)幀并且重發(fā)令牌。

令牌環(huán)工作原理的詳細(xì)說明各站點通過環(huán)接口連接成物理環(huán)型拓?fù)洌钆圃谠摥h(huán)中逐站傳送。當(dāng)一個站點想發(fā)送幀時，必須截獲空閑令牌，并在啟動數(shù)據(jù)幀的發(fā)送前將令牌幀中的忙/閑狀態(tài)位置于“忙”。然后去掉令牌的尾部，加上數(shù)據(jù)，成為數(shù)據(jù)幀，發(fā)送到下一個結(jié)點。由于只存在一個令牌，所以任何時候，環(huán)中只能有一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，而其余站點只能允許接收幀。數(shù)據(jù)幀沿與令牌相同的方向傳送，當(dāng)數(shù)據(jù)幀沿途經(jīng)過各站的環(huán)接口時，各站將該幀的目的地址與本站地址進(jìn)行比較，若不相符，則轉(zhuǎn)發(fā)該幀；若相符，則放入接收BUFFER以送入本站，并修改環(huán)上幀的接收狀態(tài)位，然后向下一結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)。修改后的幀在環(huán)上繼續(xù)流動直到回到發(fā)送站，發(fā)送結(jié)點檢查發(fā)送是否成功。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀沒有被復(fù)制（傳輸失?。?，則重發(fā)該數(shù)據(jù)幀；如果傳輸成功，則清除該數(shù)據(jù)幀。若發(fā)送站數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，則釋放令牌。

TokenRing/802.5的操作舉例AT=0T（c）幀循環(huán)一圈后,A將數(shù)據(jù)幀回收并放出空令牌AT=0TData（a）A有數(shù)據(jù)要發(fā)送,它抓住空令牌（b）AT=1A將令牌修改為數(shù)據(jù)幀頭,并加掛數(shù)據(jù)發(fā)送TDataCData目的站點從環(huán)上拷貝數(shù)據(jù)TDataCTDataCTDataC令牌的附加功能數(shù)據(jù)幀中的幀狀態(tài)字節(jié)可為幀自動提供確認(rèn)。提供優(yōu)先級預(yù)定位：當(dāng)站點要發(fā)送優(yōu)先級為n的幀時，其必須等到捕獲了優(yōu)先級小于或等于n的令牌。當(dāng)數(shù)據(jù)幀經(jīng)過某站時，該站可通過將為其想發(fā)送的幀的優(yōu)先級寫入數(shù)據(jù)幀中的預(yù)訂位的方法為其的待發(fā)幀預(yù)訂下一個令牌。但若預(yù)訂位已被具有更高優(yōu)先級的站點所預(yù)訂，則該站放棄預(yù)訂。在當(dāng)前幀傳完后，可產(chǎn)生一個具有預(yù)訂優(yōu)先級的新令牌。兩種介質(zhì)訪問控制方式的比較

CSMA/CDToken隨機(jī)MAC控制確定MAC控制協(xié)議簡單，易于實現(xiàn)（有VLSI來實現(xiàn)CSMA/CD算法）

協(xié)議復(fù)雜，需維護(hù)環(huán)（初始化、新結(jié)點的加入、結(jié)點的刪除、環(huán)恢復(fù)等）

不適合實時通信，無優(yōu)先級

適合實時通信，支持優(yōu)先級，支持非任意長度的短幀

適合于低負(fù)載環(huán)境，重負(fù)荷時，沖突增加，傳輸延遲增大，吞吐率下降

適合于重負(fù)荷環(huán)境，在重負(fù)荷時，有良好的延遲特性和吞吐率

802.3802.53.5常見局域網(wǎng)3.5.1傳統(tǒng)以太網(wǎng)以太網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展70年代中期由施樂公司（BobMetcalfe）提出，數(shù)據(jù)率為2.94Mb/s，稱為Ethernet（以太網(wǎng)）最初人們認(rèn)為電磁波是通過“以太”來傳播的經(jīng)DEC,Intel和Xerox公司改進(jìn)為10Mb/s標(biāo)準(zhǔn)（DIX標(biāo)準(zhǔn)）DIXV1（1980）、DIXV2（1982）－EthernetII特征：基帶傳輸、總線拓?fù)?、CSMA/CD、同軸電纜1985年被采納為IEEE802.3，支持多種傳輸媒體?！皫в袥_突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范”EthernetII和IEEE802.3二者區(qū)別很小僅是幀格式和支持的傳輸介質(zhì)略有不同目前已發(fā)展到萬兆以太網(wǎng)，仍在繼續(xù)發(fā)展…

教材P108一種在以前被假定為電磁波的傳播介質(zhì)，具有絕對連續(xù)性、高度彈性、極其稀薄等特性。IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（主要的）傳統(tǒng)以太網(wǎng)：10Mb/s802.3——粗同軸電纜802.3a——細(xì)同軸電纜802.3i——雙絞線802.3j——光纖快速以太網(wǎng)（FE）：100Mb/s802.3u——雙絞線，光纖千兆以太網(wǎng)（GE）：1000Mb/s（1Gb/s）802.3z——屏蔽短雙絞線、光纖802.3ab——雙絞線萬兆以太網(wǎng)（10GE）：10Gb/s802.3ae——光纖以太網(wǎng)的物理層選項與標(biāo)識方法速率、信號方式、介質(zhì)類型速率（Mb/s）基帶或?qū)拵ase，Broad每段最大長度（單位:百米）或介質(zhì)類型（T，F(xiàn)，X）10

Base

5傳統(tǒng)以太網(wǎng)10Base5粗同軸10Base2細(xì)同軸10Base-TUTP

10Base-FMMF快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)100Base-TUTP100Base-FMMF/SMF1000Base-XSTP/MMF/SMF1000Base-TUTPEthernet/802.3操作任何站點發(fā)送數(shù)據(jù)時都要遵循CSMA/CD協(xié)議；每個站點都可以接收到所有來自其他站點的數(shù)據(jù)（廣播信道）；只有地址與幀的目的地址相同的站點才接收數(shù)據(jù)；目的站點將復(fù)制該幀，其他站點則忽略該幀。ABCAC發(fā)送幀，目的地址為AABCA復(fù)制該幀A信號由終端電阻吸收ABC

C發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空閑終端電阻ABCB忽略該幀AEthernet/IEEE802.3幀格式PR：前導(dǎo)碼

-10101010序列，用于使接收方與發(fā)送方同步SFD：幀首定界符

–10101011，表示一幀的開始DA/SA：目的/源MAC地址LEN：數(shù)據(jù)長度（數(shù)據(jù)部分的字節(jié)數(shù)），取值范圍：0-1500Type：類型，高層協(xié)議標(biāo)識LLC-PDU（Data）：數(shù)據(jù)，最少46字節(jié),最多1500字節(jié)，不夠時以Pad填充Pad：填充字段（可選），其作用是保證幀長不小于64字節(jié)FCS：幀校驗序列（CRC-32）66246-15004字節(jié)FCSSATypeDADataPadEthernetIEEE802.32/62/6246-15004字節(jié)FCSSALENDALLC-PDUPad校驗區(qū)間64-1518字節(jié)PRSFD

71PRSFD

71用途：保證幀長≥64字節(jié)MAC地址又稱為物理地址，它是網(wǎng)絡(luò)站點的全球唯一的標(biāo)識符，與其物理位置無關(guān)。注意：MAC地址是在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行處理，而不是在物理層。網(wǎng)絡(luò)站點的每一個網(wǎng)絡(luò)接口都有一個MAC地址。MAC地址大多固化在網(wǎng)絡(luò)站點的硬件中。一個站點允許有多個MAC地址，個數(shù)取決于該站點網(wǎng)絡(luò)接口的個數(shù)。例如：安裝有多塊網(wǎng)卡的計算機(jī)；有多個以太網(wǎng)接口的路由器。網(wǎng)絡(luò)接口的MAC地址可以認(rèn)為就是宿主設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：MAC地址的長度為6個字節(jié)，共48位；可表示246≈70萬億個地址（有2位用于特殊用途）高24位稱為機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)識符OUI

，由IEEE統(tǒng)一分配給設(shè)備生產(chǎn)廠商；如3COM公司的OUI=02608C低24位稱為擴(kuò)展標(biāo)識符EI，由廠商自行分配給每一塊網(wǎng)卡或設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)硬件接口。也可以是2個字節(jié)，但這種格式的地址很少使用。I/GOUI（22位）G/LEI（24位）0=全局管理地址1=本地管理地址（一般不用）0=單播地址1=組播地址MAC地址的三種類型：單播地址：（I/G＝0）擁有單播地址的幀將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中惟一一個由單播地址指定的站點?！c對點傳輸多播地址：（I/G＝1）擁有多播地址的幀將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中由組播地址指定的一組站點。——點對多點傳輸廣播地址：（全1地址，F(xiàn)F-FF-FF-FF-FF-FF）擁有廣播地址的幀將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中所有的站點?！獜V播傳輸注意，以上分類只適用于目的地址。同軸電纜以太網(wǎng)粗纜以太網(wǎng)（10BASE5）粗同軸電纜，可靠性好，抗干擾能力強收發(fā)器

:發(fā)送/接收,沖突檢測,電氣隔離總線型拓?fù)?/p>

粗纜收發(fā)器AUI電纜NICVampiretap最大段長度500m每段最多站點數(shù)100≥2.5m網(wǎng)絡(luò)最大跨度

2.5km

網(wǎng)絡(luò)最多5個段

終端匹配器細(xì)纜BNC接頭NIC細(xì)纜以太網(wǎng)（10Base2

）細(xì)同軸電纜，可靠性稍差

無外置收發(fā)器

輕便、靈活、成本較低總線型拓?fù)涿慷巫畲箝L度185m每段最多站點數(shù)30≥0.5m網(wǎng)絡(luò)最大跨度

925m網(wǎng)絡(luò)最多5個段

終端匹配器

雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)在以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)中，10Mbps與100Mbps雙絞線系統(tǒng)采用相同的線序：1、2兩根線為一對，3、6兩根線為另一對。色標(biāo) Pin# Signal白橙

1 TD+橙

2 TD-白綠

3 RD+藍(lán)

4 不用白藍(lán)

5 不用綠

6 RD-白棕

7 不用棕

8 不用12345678當(dāng)兩個Hub連接時，要使用交叉連接方法。兩臺微機(jī)直接連接時，也可參考此接法。光纖以太網(wǎng)

使用光纖介質(zhì)；兩根62.5/125μm多模光纖，收發(fā)各一根

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；通常用于遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)連接；

主要類型：

FOIRL（光纖中繼器間鏈路）用于連接兩個HUB（或中繼器）鏈路間最大距離1km10Base-FL（用以替代FOIRL）

鏈路間最大距離2km

任意兩節(jié)點間的中繼器數(shù)≤6個光纖與其他介質(zhì)可使用介質(zhì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換介質(zhì)轉(zhuǎn)換器是可連接不同介質(zhì)的中繼器全雙工以太網(wǎng)只能在雙絞線和光纖鏈路上實現(xiàn)；收、發(fā)使用了不同的物理信道不再使用CSMA/CD機(jī)制，因此傳輸距離不受時間槽的限制；但要受到信號衰減的影響全雙工操作的條件：使用雙絞線或光纖；鏈路兩端的設(shè)備都必須支持全雙工操作；支持全雙工的設(shè)備包括全雙工網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。局域網(wǎng)擴(kuò)展什么情況下需要擴(kuò)展？網(wǎng)絡(luò)范圍擴(kuò)大更多的站點加入網(wǎng)絡(luò)多個獨立的局域網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)如何擴(kuò)展？主要在三個層次上物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層在物理層上進(jìn)行局域網(wǎng)擴(kuò)展設(shè)備：總線網(wǎng)：中繼器星形/環(huán)形網(wǎng)：集線器特點：一個網(wǎng)段上的信號不加選擇地被復(fù)制到另一個網(wǎng)段；擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)仍是一個沖突域。優(yōu)缺點：簡單、成本低網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不能太大站點數(shù)量：沖突隨站點數(shù)量的增多而變得越來越嚴(yán)重地域范圍：時間槽的限制只能互聯(lián)相同類型的網(wǎng)絡(luò)例：從分離的部門網(wǎng)絡(luò)到統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)集線器人力資源部集線器市場部集線器技術(shù)開發(fā)部集線器財務(wù)部在數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行局域網(wǎng)擴(kuò)展設(shè)備：網(wǎng)橋、交換機(jī)特點：一個網(wǎng)段上的幀有條件地被轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)段；擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)被網(wǎng)橋/交換機(jī)隔離成多個沖突域；擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)仍是一個廣播域。優(yōu)缺點：沖突被限制在小范圍內(nèi)，甚至可被消除；地域范圍不再受時間槽的限制；遠(yuǎn)程網(wǎng)橋可將局域網(wǎng)的范圍擴(kuò)展到幾十公里以上轉(zhuǎn)發(fā)速度有所降低；不能隔離廣播幀。在鏈路層上擴(kuò)展局域網(wǎng)網(wǎng)橋/交換機(jī)獨立的沖突域網(wǎng)段1HUB網(wǎng)段2HUB廣播域在網(wǎng)絡(luò)層上進(jìn)行局域網(wǎng)擴(kuò)展設(shè)備：路由器特點：一個網(wǎng)絡(luò)上的分組有條件地被轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)；擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)被路由器分隔成多個子網(wǎng)。優(yōu)缺點：隔離廣播域，限制了廣播幀的泛濫；地域范圍可以任意擴(kuò)展；能根據(jù)最佳路由轉(zhuǎn)發(fā)分組；可以互聯(lián)不同類型的網(wǎng)絡(luò)；轉(zhuǎn)發(fā)速度低，成本較高，維護(hù)復(fù)雜。財務(wù)部集線器技術(shù)開發(fā)部集線器市場部集線器人力資源部集線器在網(wǎng)絡(luò)層上擴(kuò)展局域網(wǎng)技術(shù)開發(fā)部路由器集線器財務(wù)部路由器集線器市場部路由器集線器路由器人力資源部集線器企業(yè)網(wǎng)/廣域網(wǎng)3.5.2高速局域網(wǎng)10Mb/s滿足應(yīng)用要求嗎？從10Mb/s向100Mb/s、1000Mb/s遷移起因：對主干帶寬的需求80年代末開始，直到今天仍未停止主要產(chǎn)品FDDI快速以太網(wǎng)100VG-AnyLAN千兆以太網(wǎng)、萬兆以太網(wǎng)最終勝利者是誰？關(guān)鍵：兼容(保護(hù)投資)、靈活、簡易、技術(shù)成熟1.快速以太網(wǎng)（FastEthernet，F(xiàn)E）傳輸速率為100Mb/s的以太網(wǎng)，比傳統(tǒng)以太網(wǎng)快10倍標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3u拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基于集線器的星形結(jié)構(gòu)；傳輸介質(zhì)只支持雙絞線和光纖；幀結(jié)構(gòu)和介質(zhì)訪問控制方式沿用IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。提供了10/100Mb/s自適應(yīng)功能；IEEE802.3u定義了4種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)（p128）100Base-TX：使用兩對5類雙絞線100Base-FX：使用62.5/125μm多模光纖100Base-T4：使用四對3類雙絞線100Base-T2：使用兩對3類雙絞線100Base-TX的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)max.5mHUBHUB任意兩個站點間最多允許3個鏈路段工作站工作站max.100m快速以太網(wǎng)的應(yīng)用主干連接需要高帶寬的服務(wù)器和高性能工作站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、圖形工作站、工程工作站、網(wǎng)管工作站向桌面系統(tǒng)普及10Mb/s10MHUB企業(yè)網(wǎng)100Mb/s100MHUB100Mb/s服務(wù)器100Mb/s小型機(jī)100Mb/s100MHUB2.千兆位以太網(wǎng)和萬兆位以太網(wǎng)千兆位以太網(wǎng)（GigabitEthernet，GE）技術(shù)進(jìn)步的必然新的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分布計算、計算機(jī)視頻、網(wǎng)絡(luò)存儲快速以太網(wǎng)的迅速普及要求主干有更高的帶寬兩個主要標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3z，1998.6正式公布1000Base-SX，MMF/550m1000Base-LX，SMF/5000m1000Base-CX，屏蔽短銅纜/25mIEEE802.3ab，1999.6正式公布1000Base-T，UTP/100m千兆位以太網(wǎng)的特征1000Mb/s，全雙工或半雙工沿用10Mb/s傳統(tǒng)以太網(wǎng)幀格式半雙工仍使用CSMS/CD協(xié)議兼容10Base-T和100Base-T節(jié)點能力的自動協(xié)商速率提高到1000Mb/s時的網(wǎng)絡(luò)跨距問題：為保持兼容，半雙工時的最小幀長度仍規(guī)定為64字節(jié)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)跨距縮短為不足20米，實用價值大大降低！解決方法：1.將時間槽擴(kuò)展為512字節(jié)（是以前的8倍）；2.“載波擴(kuò)展”技術(shù)：幀長不足512字節(jié)時，在其后填充特殊的符號至512字節(jié)；（想一想，是否完美？）“幀突發(fā)”技術(shù)：允許站點連續(xù)發(fā)送多個短幀解決短幀較多時網(wǎng)絡(luò)傳輸效率低的問題短幀較多時將使網(wǎng)絡(luò)傳輸效率大大降低。極端情況下，只有正常時的12%。使用“幀突發(fā)”技術(shù)后，效率可提高到72%，達(dá)到快速以太網(wǎng)的95％。鏈路兩端的節(jié)點必須各自向?qū)Ψ酵ǜ孀约旱哪芰Γㄋ俣?、物理層類型、?全雙工）并自動選擇合適的工作模式。千兆以太網(wǎng)的工作參數(shù)2/62/6246-150040-448字節(jié)≥64字節(jié)≥512字節(jié)FCSSALEN/TypeDALLC-PDU/DataPad載波擴(kuò)展參數(shù)千兆以太網(wǎng)

快速以太網(wǎng)

傳統(tǒng)以太網(wǎng)

時間槽(載波擴(kuò)展)512字節(jié)時間64字節(jié)時間64字節(jié)時間幀間間隔

0.096μs0.96μs9.6μs重發(fā)上限

161616回退上限

101010擁塞序列長度

32位

32位

32位

最大幀長度

1518字節(jié)

1518字節(jié)

1518字節(jié)

最小幀長度64字節(jié)64字節(jié)64字節(jié)突發(fā)長度上限

8192字節(jié)

－－當(dāng)幀長小于512字節(jié)時，需填充“載波擴(kuò)展”符號千兆以太網(wǎng)的物理層技術(shù)1000Base-X信號編碼與解碼1000Base-T信號編碼與解碼1000Base-CX短銅纜收發(fā)器1000Base-LX1300nm長波光纖收發(fā)器1000Base-SX850nm短波光纖收發(fā)器1000Base-TUTP收發(fā)器25米2對短屏蔽銅纜5000米9μm單模光纖550/220米50/62.5μm多模光纖100米4對5類UTPMAC子層（全雙工/半雙工）更高層千兆位介質(zhì)無關(guān)接口（GMII）千兆以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在半雙工方式時，網(wǎng)絡(luò)跨距減小很多：任意兩個站點間最多只能有一個中繼器（p139圖4.42）在全雙工方式時，網(wǎng)絡(luò)跨距僅與介質(zhì)和收發(fā)器的特性有關(guān)：站點間允許有多臺千兆設(shè)備，可以構(gòu)造較大范圍的網(wǎng)絡(luò)（p140圖4.43）千兆位交換機(jī)千兆位交換機(jī)千兆位路由器千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用交換機(jī)到交換機(jī)的連接或園區(qū)網(wǎng)之間的主干連接，例如兩個校區(qū)之間的鏈路；將網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間的10/100M鏈路用1000M鏈路代替，可以顯著地提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

具有高帶寬需求的服務(wù)器集群或某些高性能工作站與網(wǎng)絡(luò)主干之間的連接；通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中配置的千兆以太網(wǎng)卡，可以建立與交換機(jī)之間的1000M連接，極大地提高了服務(wù)器的傳輸帶寬。

企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的主干；千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)能同時支持多臺100Mbit/s交換機(jī)、路由器、集線器和服務(wù)器等設(shè)備。同時，以千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)為核心的主干網(wǎng)絡(luò)能支撐更多的網(wǎng)段，每個網(wǎng)段有更多的節(jié)點及更高的帶寬。

多機(jī)系統(tǒng)主機(jī)之間的互聯(lián)。千兆位以太網(wǎng)應(yīng)用舉例(1)含千兆位以太網(wǎng)模塊的交換機(jī)服務(wù)器服務(wù)器10/100M以太網(wǎng)交換機(jī)

100M共享集線器千兆位以太網(wǎng)模塊提高關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的速度服務(wù)器服務(wù)器含千兆位以太網(wǎng)模塊的交換機(jī)千兆位以太網(wǎng)應(yīng)用舉例(2)千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)10/100/1000M以太網(wǎng)交換機(jī)10/100/1000M以太網(wǎng)交換機(jī)10/100/1000M以太網(wǎng)交換機(jī)10/100/1000M以太網(wǎng)交換機(jī)千兆位以太網(wǎng)用于城域網(wǎng)主干千兆位以太網(wǎng)應(yīng)用舉例(3)1000Mbps千兆位以太網(wǎng)第三層交換機(jī)10/100/1000M以太網(wǎng)交換機(jī)交換機(jī)1000M以太網(wǎng)第二層交換機(jī)集線器100M交換式集線器網(wǎng)管工作站主服務(wù)器10Base-T以太交換機(jī)100Base-T共享集線器10M集線器FTP服務(wù)器WWW服務(wù)器DNS服務(wù)器MAIL服務(wù)器遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器PSTNINTERNET千兆以太網(wǎng)校園網(wǎng)方案1000Mbps1000Mbps1000Mbps防火墻路由器防火墻10Mbps100Mbps10/100Mbps10/100Mbps100Mbps千兆位以太網(wǎng)應(yīng)用舉例(4)萬兆位以太網(wǎng)萬兆位以太網(wǎng)的特征傳輸速率為10Gb/s；保留了802.3的幀格式、最大幀長度和最小幀長度；不再使用CSMA/CD協(xié)議；只能工作在全雙工方式；只使用光纖（多?；騿文＃┳鳛閭鬏斀橘|(zhì)；支持兩種類型的物理層：10Gbit/s局域網(wǎng)物理層和10Gbit/s廣域網(wǎng)物理層：多個萬兆位以太網(wǎng)可以通過SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)廣域連接，使用單模光纖時端到端的傳輸距離可達(dá)上百公里。

標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3ae，2002年公布局域網(wǎng)物理層：10GBase-X和10GBase-R，MMF:300m，SMF:幾十km；廣域網(wǎng)物理層：10GBase-W，SMF:幾百km以上。速度提高到10Gb/s所遇到的問題：不采用特殊措施，網(wǎng)絡(luò)跨距將只有2米；若使用“載波擴(kuò)展”（幀長至少4096字節(jié)），短幀的傳輸效率將降低到1.5％；同時使用“幀突發(fā)”，最大效率也只能達(dá)到30％；“載波擴(kuò)展”的額外開銷使吞吐率下降，沖突概率增大。解決方法：前提：保持與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容、低功耗和低成本拋棄CSMA/CD，只工作在全雙工方式；只使用光纖介質(zhì)（雙絞線目前成本太高）。萬兆位以太網(wǎng)的應(yīng)用主要是作為大型網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)連接，目前尚不支持與端用戶的直接連接。

3.5.3令牌環(huán)網(wǎng)（TokenRing)由IBM公司研制開發(fā)，其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.5環(huán)型拓樸，令牌訪問控制數(shù)據(jù)傳輸速率為4M或16M傳輸介質(zhì)采用UTP或STP已被淘汰令牌幀數(shù)據(jù)/命令幀令牌環(huán)網(wǎng)在MAC子層采用令牌傳送的介質(zhì)訪問控制方法

令牌環(huán)網(wǎng)（TokenRing)3.5.4FDDI（FiberDistributedDataInterface）FDDI是英文FiberDistributedDataInterface的縮寫美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）于1989年制定的一種用于高速局域網(wǎng)的MAC標(biāo)準(zhǔn)，其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.8采用光纖作為傳輸介質(zhì)、反向旋轉(zhuǎn)雙環(huán)拓樸結(jié)構(gòu)，令牌訪問方式光信號碼元傳輸率為125MBaud，采用４B/5B編碼方法，所以相應(yīng)的最大數(shù)據(jù)傳輸率為100Mbps。

FDDI的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)集中器集中器服務(wù)器主環(huán)次環(huán)FDDIDASSASSAS:單連站DAS:雙連站

FDDI環(huán)的連接方式FDDI的性能特點較高數(shù)據(jù)傳輸速率大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍：

站點間的最大距離為2KM，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍可達(dá)200／100KM，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了局域網(wǎng)的覆蓋范圍，進(jìn)入了大型校園網(wǎng)或城域網(wǎng)的領(lǐng)域

可提供特殊的服務(wù)高可靠性與安全性：

可靠性來源于其采用的雙環(huán)拓樸結(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)以及一些相應(yīng)的控制措施；光纖具有良好的抗干擾性和保密性?；ゲ僮餍詮姡?/p>

先有標(biāo)準(zhǔn)后有產(chǎn)品FDDI自愈環(huán)FDDI的優(yōu)缺點主要優(yōu)點：令牌傳遞協(xié)議消除了數(shù)據(jù)沖突；雙環(huán)結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)秀的容錯能力；內(nèi)建的網(wǎng)絡(luò)管理能力；令牌傳遞協(xié)議能保證預(yù)知的、確定的時延；在現(xiàn)有的100Mbit/s的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最大，適用于大型LAN和MAN。主要缺點：協(xié)議比較復(fù)雜；安裝和管理相對困難；價格昂貴，與快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)相比，性能價格比低；與廣泛使用的以太網(wǎng)之間進(jìn)行互聯(lián)比較困難。目前正逐漸被快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)所替代。網(wǎng)橋FDDI集中器網(wǎng)橋網(wǎng)橋HUBPCPCswitchPCPCHUBPCPCHUBPCPCSERVER網(wǎng)管工作站網(wǎng)橋PCPCPC路由器WAN雙環(huán)結(jié)構(gòu)的FDDI校園主干網(wǎng)共享式以太網(wǎng)所存在的問題以集線器為中心的以太網(wǎng)，當(dāng)連網(wǎng)的計算機(jī)數(shù)目增長時，每個主機(jī)獲得的帶寬急劇地減少，不能滿足某些帶寬要求較高的應(yīng)用。以集線器擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，仍為一個沖突域，當(dāng)節(jié)點數(shù)目增大時，沖突域也隨之增長，重負(fù)荷下可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。為解決共享式以太網(wǎng)所存在的上述問題，交換式以太網(wǎng)應(yīng)運而生。3.5.5交換式以太網(wǎng)采用交換機(jī)為以太網(wǎng)中心。交換機(jī)的每個端口具有專用的帶寬，常見的端口數(shù)有16，24，48或更多。支持星型拓樸或擴(kuò)展星型拓樸改變了集線器的半雙工工作模式，既可支持半雙工，也可支持全雙工傳送。以太網(wǎng)發(fā)展史上的另一個里程碑。以交換機(jī)為中心的以太網(wǎng)，交換機(jī)為每個端口提供專用的帶寬。交換式以太網(wǎng)還減少了沖突域的大小100M100M100M100M交換以太網(wǎng)

3層交換機(jī)3層交換技術(shù)解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。

什么是3層交換？

3層交換（也稱多層交換技術(shù)或IP交換技術(shù)）是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）進(jìn)行操作的，而3層交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)模型中的第3層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)報的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單地說，3層交換技術(shù)就是：2層交換技術(shù)3層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。三層交換原理

假設(shè)兩個使用IP協(xié)議的站點A、B通過第三層交換機(jī)進(jìn)行通信，發(fā)送站點A在開始發(fā)送時，把自己的IP地址與B站的IP地址比較，判斷B站是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的站B與發(fā)送站A在同一子網(wǎng)內(nèi)，則進(jìn)行二層的轉(zhuǎn)發(fā)。若兩個站點不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送站A要與目的站B通信，發(fā)送站A要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP(地址解析)封包，而“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址其實是三層交換機(jī)的三層交換模塊。當(dāng)發(fā)送站A對“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個ARP請求時，如果三層交換模塊在以前的通信過程中已經(jīng)知道B站的MAC地址，則向發(fā)送站A回復(fù)B的MAC地址。否則三層交換模塊根據(jù)路由信息向B站廣播一個ARP請求，B站得到此ARP請求后向三層交換模塊回復(fù)其MAC地址，三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送站A,同時將B站的MAC地址發(fā)送到二層交換引擎的MAC地址表中。從這以后，當(dāng)A向B發(fā)送的數(shù)據(jù)報便全部交給二層交換處理，信息得以高速交換。由于僅僅在路由過程中才需要三層處理，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)都通過二層交換轉(zhuǎn)發(fā)，因此三層交換機(jī)的速度很快，接近二層交換機(jī)的速度，同時比相同路由器的價格低很多。3層交換機(jī)種類

3層交換機(jī)可以根據(jù)其處理數(shù)據(jù)的不同而分為純硬件和純軟件兩大類。純硬件的3層技術(shù)相對來說技術(shù)復(fù)雜，成本高，但是速度快，性能好，帶負(fù)載能力強。其原理是，采用ASIC芯片，采用硬件的方式進(jìn)行路由表的查找和刷新，如圖7.20所示。當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進(jìn)來以后，首先在2層交換芯片中查找相應(yīng)的目的MAC地址，如果查到，就進(jìn)行2層轉(zhuǎn)發(fā)，否則將數(shù)據(jù)送至3層引擎。在3層引擎中，ASIC芯片查找相應(yīng)的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的IP地址相對比，然后發(fā)送ARP數(shù)據(jù)報到目的主機(jī)，得到該主機(jī)的MAC地址，將MAC地址發(fā)到2層芯片，由2層芯片轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報。

ASIC

路由表

MAC地址表

端口A

端口B

查路由表

三層引擎

三層交換式芯片

查MAC地址表

1

4

3

2

純硬件三層交換機(jī)原理

①端口A向三層交換模塊發(fā)出ARP請求

②三層交換模塊向端口B所在網(wǎng)段廣播ARP請求

③端口B的ARP應(yīng)答

④更新MAC地址表

當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進(jìn)來以后，首先在二層交換芯片中查找相應(yīng)的目的MAC地址，如果查到，就進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)，否則將數(shù)據(jù)送至三層引擎。在三層引擎中，ASIC芯片查找相應(yīng)的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的IP地址相比對，然后發(fā)送ARP數(shù)據(jù)報到目的主機(jī)，得到該主機(jī)的MAC地址，將MAC地址發(fā)到二層芯片，由二層芯片轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報。

基于軟件的3層交換機(jī)技術(shù)較簡單，但速度較慢，不適合作為主干。其原理是，CPU用軟件的方式查找路由表。

當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進(jìn)來以后，首先在2層交換芯片中查找相應(yīng)的目的MAC地址，如果查到，就進(jìn)行2層轉(zhuǎn)發(fā)，否則將數(shù)據(jù)送至CPU。CPU查找相應(yīng)的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的IP地址相對比，然后發(fā)送ARP數(shù)據(jù)報到目的主機(jī)，得到該主機(jī)的MAC地址，將MAC地址發(fā)到2層芯片，由2層芯片轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報。因為低價CPU處理速度較慢，因此這種3層交換機(jī)處理速度較慢。

3.5.6ATM的產(chǎn)生背景N-ISDN的問題：不能真正提供電視信號、視頻業(yè)務(wù)等許多高速率業(yè)務(wù)。作為在數(shù)字電話網(wǎng)基礎(chǔ)上演變而來的技術(shù)，其主要業(yè)務(wù)仍是64kbps的電路業(yè)務(wù)，對技術(shù)發(fā)展的適應(yīng)性很差。盡管用戶通過標(biāo)準(zhǔn)用戶－網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了多種業(yè)務(wù)的綜合接入，但在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，針對不同的業(yè)務(wù)，實際還是采用不同的交換方法，并未實現(xiàn)真正統(tǒng)一的綜合交換。B-ISDN(BroadbandISDN)

被提了出來：以光纖為傳輸介質(zhì)，提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一次群速率的傳輸信道，并針對不同的業(yè)務(wù)采用相同的交換方法，即致力于真正做到用統(tǒng)一的方式來支持不同的業(yè)務(wù)。ATM作為其中的關(guān)鍵技術(shù)卻被保留了下來并成為高速廣域網(wǎng)傳輸技術(shù)的重要基礎(chǔ)。參考模型

包括三個面：用戶面、控制面和管理面，而在每個面中又是分層的，分為物理層、ATM層、AAL層和高層。

用戶平面：采用分層結(jié)構(gòu)，提供用戶信息流的傳送，同時也具有一定的控制功能，如流量控制、差錯控制等；控制平面：采用分層結(jié)構(gòu)，完成呼叫控制和連接控制功能，利用信令進(jìn)行呼叫和連接的建立、監(jiān)視和釋放；管理平面：包括層管理和面管理。其中層管理采用分層結(jié)構(gòu)，完成與各協(xié)議層實體的資源和參數(shù)相關(guān)的管理功能，如元信令。同時層管理還處理與各層相關(guān)的OAM信息流；面管理不分層，它完成與整個系統(tǒng)相關(guān)的管理功能，并對所有平面起協(xié)調(diào)作用。物理層ATM層ATM適配層ATM適配層高層協(xié)議高層協(xié)議控制面用戶面管理面面管理層管理ATM的實現(xiàn)綜合了電路交換的可靠性與分組交換的高效性，借鑒了兩種交換方式的優(yōu)點，采用了基于信元的統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)。電路交換：采用時分復(fù)用方式，通信雙方周期性地占用重復(fù)出現(xiàn)的時隙，信道以其在一幀中的時隙來區(qū)分，而且在通信過程中無論是否有信息發(fā)送，所分配的信道（時隙）均為相應(yīng)的兩端獨占。該模式的實時性好，適合于發(fā)送對延遲敏感的數(shù)據(jù)，但信道帶寬的浪費較大；分組交換：不分配任何時隙，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，屬于統(tǒng)計復(fù)用。該交換方式的靈活性好，適合突發(fā)性業(yè)務(wù)，且信道帶寬的利用率高，但分組間不同的延時會導(dǎo)致傳輸抖動，因此不適合實時通信。

ATM的實現(xiàn)（續(xù)）綜合信元(cell)是ATM用于傳送信息的基本單元：采用53字節(jié)的固定長度。其中，前５個字節(jié)為信頭，載有信元的地址信息和其他一些控制信息，后48個字節(jié)為信息段，裝載來自各種不同業(yè)務(wù)的用戶信息。固定長度的短信元可以充分利用信道的空閑帶寬。信元在統(tǒng)計時分復(fù)用的時隙中出現(xiàn)，即不采用固定時隙，而是按需分配，只要時隙空閑，任何允許發(fā)送的單元都能占用。信元在底層采用面向連接方式傳送，并對信元交換采用硬件以并行處理方式去實現(xiàn)，減少了結(jié)點的時延，其交換速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過總線結(jié)構(gòu)的交換機(jī)。ATM的組成ATM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由ATM