計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信 張?jiān)?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信 第5章

第5章局域網(wǎng)

第5章局域網(wǎng)

5.1IEEE802局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

5.2以太網(wǎng)工作原理

5.3傳統(tǒng)以太網(wǎng)

5.4高速以太網(wǎng)

5.5交換式以太網(wǎng)

5.6虛擬局域網(wǎng)

5.7無(wú)限局域網(wǎng)

5.8非主流局域網(wǎng)

5.1IEEE802局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

02局域網(wǎng)參考模型

■IEEE802LAN/RM分為兩層：

-數(shù)據(jù)鏈路層；

-物理層。

它們分別與OSI的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層相對(duì)應(yīng)。

■IEEE802SN/RM的數(shù)據(jù)鏈路層又分成兩個(gè)子層:

■邏輯鏈路控制(LogicalLinkControl,LLC)子層；

■媒體接入控制(MediumAccessControl,MAC)子層。

5.1.1IEEE802局域網(wǎng)參考模型

j5.1.2媒體接入控制子層

■LAN拓?fù)浜托诺捞攸c(diǎn)

-LAN主要采用總線(Bus)、環(huán)形(Ring)及星形(Star)拓?fù)?/p>

(Topology)o

-LAN的一個(gè)顯著特點(diǎn)是網(wǎng)上的所有計(jì)算機(jī)使用一條共享信

道進(jìn)行廣播式通信。如果多個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)爭(zhēng)用信道，就會(huì)產(chǎn)

生發(fā)送沖突(Collision),必須解決如何進(jìn)行信道爭(zhēng)用問

題。即媒體接入控制問題。

■LAN媒體接入控制方式

-受控接入：分為分集中式控制和分散式控制兩種；

■隨機(jī)接入。

J5.12媒體接入控制子層

■MAC地址

-目的地址有三種類型：

■單播地址(UnicastAddress)。

■多播地址(MidticastAddress)。

■廣播地址(BroadcastAddress)。

■IEEE的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)一管理分配6個(gè)字節(jié)全球地址。

前3個(gè)字節(jié)是組織唯一標(biāo)識(shí)符(OrganizationallyUnique

Identifier,OUI);后3個(gè)字節(jié)稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符(Extended

Identifier),由生產(chǎn)廠家指派。

■通用名稱EUI?48,EUI(ExtendedUniqueIdentifier)o

■l/G(Individual/Group)比特，即單地址/組地址比特。

■0L(Globe/Local)比特，即全球/本地比特。

5.1.2媒體接入控制子層

以太網(wǎng)地址在網(wǎng)上的傳送順序

十六進(jìn)制MAC地址：FC2E161A708B

組織唯一標(biāo)識(shí)符(OUI)擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符

第1字節(jié)第2字節(jié)第3字節(jié)第4字節(jié)第5字節(jié)第6字節(jié)

U/G比利FC2E161A708B

....

「“001111110111010001101000010110000000111000110001%

\發(fā)送的

1期鯉刃，

|G/L比特］

發(fā)送順序：自左至右(字節(jié)：第1=第6；字節(jié)內(nèi)：低位A高位)

.5.1.3邏輯鏈路控制子層

■LLC>址

-LLC子層地址：SARI*址，LLC服務(wù)訪問點(diǎn)，標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)層

的通信進(jìn)程。

■u_c層提供的服務(wù)

-類型1——LLC1,不確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)；

-類型2——LLC2,可靠的面向連接的服務(wù);

-類型3——LLC3,帶確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù).

■LL，貞格式比特1717

I/GC/R

DSAPSSAP控制數(shù)據(jù)

字節(jié)11/2不定長(zhǎng)

5.2以太網(wǎng)工作原理

$5.2.1以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

■1975年RobertMetcalfe和DavidBoggs研制成功了

以太網(wǎng)。

■1980年DIX1.0版以太網(wǎng)規(guī)范。1982年口供以2.0版作

為終結(jié)，稱為DIX以太網(wǎng)。

■1983年底10Base5標(biāo)準(zhǔn)面世，IEEE802.3的第一個(gè)以

太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

RobertMetcalfe

最初的以太網(wǎng)設(shè)計(jì)

j5.2.1以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

以太網(wǎng)傳輸速率增長(zhǎng)（b/s）

12000M

10000M

8000M

6000M

4000M

2000M

2.94M

0

19751983199519982002

52.1以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

IEEE規(guī)批準(zhǔn)速度站/拓?fù)渚W(wǎng)段長(zhǎng)

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)支持的媒體

范時(shí)間(b/s)網(wǎng)段結(jié)構(gòu)（m）

10Base5802.3198310M100總線型50050。同軸電纜（粗）

10Base2802.3a198810M3Q總線型18550。同軸電纜（細(xì)）

lBase5802.3c1988IM星型250100。2對(duì)線3類

lOBaseT802.3i199010M1024星型100100Q2對(duì)線3類

10Broad36802.3b198810M100總線型180075Q同軸電纜

lOBaseF802.3i199210M星型2000多模光纜

對(duì)線類/

lOOBaseT802.3u1995100M星型100/2100Q5

100/4對(duì)線100。3/4/5類/多

(TX/T4/FX)2000模/單模光纜

lOOOBaseT802.3ab1000M星型100UTP,4對(duì)5類

25/屏蔽電纜/

lOOOBaseX802.3z19981000M星型

550/多模光纜/

(CX/SX/LX)550/5000多/單模光纜

lOGBaseR/W/X802.3ae200210G星型65-40k多模/單模光纜

5.22以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CD

■帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多點(diǎn)接入(CarrierSense

MultipleAccesswithCollisionDetection,

CSMA/CD)o

■隨機(jī)接入技術(shù)的先驅(qū)——ALOHA

■ALOHA的改進(jìn)——CSMA

-增加了發(fā)前監(jiān)聽的機(jī)制，減少了發(fā)送沖突。

-CSMA有三種方式：

-非堅(jiān)持CSMA。

-1堅(jiān)持CSMA。

.P堅(jiān)持CSMA。

CSMA的改進(jìn)——CSMA/CD

■傳播時(shí)延仍會(huì)引起發(fā)送沖突。

5.2.2以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CD

■CSMA/CD工作流程

-CSMA/CD在CSMA的基礎(chǔ)上增加了沖突檢測(cè)的功能。

■幀間隙時(shí)間(InterFrameGap,IFG)O

CSMA/CD

工作流程圖

出口J

?52.2以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CD

■截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法(TruncatedBinary

ExponentialBack-off)

沖突次數(shù)11=11+1

if1<n<16

thanm=min(n,10)

k在｛0,1,2,2m—1｝中隨機(jī)取1個(gè)數(shù)

后退時(shí)間取為kX2T

elseifn>16

than放棄本次發(fā)送

5.2.2以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CD

■CSMA/CD沖突過程分析

■沖突過程

-沖突窗口(CollisionWindow)。2丁:信道的往返傳播時(shí)延

(Round-TripPropagationDelay)

-沖突占用信道的時(shí)間。沖突占用信道的最大時(shí)間為：3C+7；

■沖突檢測(cè)方法

■CSMA/CD時(shí)槽(TimeSlot)

■舊￡￡802.3將時(shí)槽取為發(fā)送512位的時(shí)間，稱為512位時(shí)。

■沖突域(CollisionDomain)

CSMA/CD沖突過程

ABC

bus

a）離散時(shí)空?qǐng)Db）連續(xù)時(shí)空?qǐng)D

*5.22以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CD

-一個(gè)CSMA/CD以太網(wǎng)區(qū)域，同一個(gè)沖突域中的兩個(gè)或多

個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)就會(huì)產(chǎn)生沖突，CSMA/CD在沖突域

內(nèi)能正常進(jìn)行沖突檢測(cè)，超出沖突域就不能正常工作。

■以太網(wǎng)接收處理

-站點(diǎn)若不處于發(fā)送狀態(tài)則處于接收狀態(tài)。

-判斷是否沖突碎片，若是丟棄之。

-識(shí)別目的地址。若與本站地址不符就丟棄此幀。

-傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)和處理。

-判斷是DIX以太網(wǎng)幀，還是IEEE802.3以太網(wǎng)幀，并進(jìn)行

相應(yīng)處理。

■以太網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)

5.2.2以太網(wǎng)媒體接入控制方式CSMA/CD

以太網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)

參數(shù)（單位）10Mb/s100Mb/sIGb/s10Gb/s

位時(shí)（ns）1001010.1

時(shí)槽（位時(shí)/ys）512/51.2512/5.124096/4.096—

幀間距（比特怏）96/9.696/0.9696/0.09696/0.096

沖突重試限制（次）161616—

沖突回退限制（次）101010—

沖突阻塞信號(hào)（比特）323232—

最大幀長(zhǎng)（字節(jié)）1518151815181518

最小幀長(zhǎng)（字節(jié)）64646464

幀突發(fā)限制（字節(jié)）——8192—

5.2.3以太網(wǎng)傳輸特點(diǎn)

■半雙工傳輸方式

■IEEE802.3X標(biāo)準(zhǔn)中有定義了全雙工以太網(wǎng)

.共享總線帶寬

-傳輸?shù)牟淮_定性

■無(wú)連接、不可靠的傳輸服務(wù)

5.2.4以太網(wǎng)信道利用率

-假定：

■總線上有n個(gè)站，每個(gè)站在一個(gè)爭(zhēng)用期內(nèi)發(fā)送幀的概率均為p。

-幀長(zhǎng)均為L(zhǎng)(bit),數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C(bit/s),因而幀的發(fā)送時(shí)間

T0=L/C(s)o

V—爭(zhēng)用信道，平均K個(gè)爭(zhēng)用期一AV--------占用信道

幀的平均

發(fā)送時(shí)間2T2T???2r發(fā)送數(shù)據(jù)，7()T

發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間入

假定一個(gè)幀是平均經(jīng)K次沖突后發(fā)送成功的，那么令A(yù)］為在一個(gè)時(shí)槽內(nèi)某

n1

一個(gè)特定的站發(fā)送成功的概率：A1=p(1-p)-

在一個(gè)時(shí)槽內(nèi)有一個(gè)站發(fā)送成功的概率A=nA1=np(1-p)向

顯然在一個(gè)時(shí)槽內(nèi)發(fā)送失敗的概率是1-A。爭(zhēng)用期為i個(gè)的概率：P［爭(zhēng)用

期為i個(gè)］=(18?

那么，平均的爭(zhēng)用期次數(shù)即平均的幀重發(fā)次數(shù)K為i的均值：

00001_A

K=［爭(zhēng)用期為i個(gè)］=￡i(l-A)zA=

z=0i=0A

$5.2.4以太網(wǎng)信道利用率

■以太網(wǎng)信道利用率S：

=T°—1T

a——

）

Tav2TK+TQ+T1+Q（2AT-1

其中a是歸一化的傳播時(shí)延。

-當(dāng)P=l/〃時(shí)A取極大值，ax。

不同n卜的Amax和Kmin

n2481632641282565121024

A

max0.50.4220.3930.3800.3740.3710.3690.3690.3680.368

一11.3701.5451.6321.6741.6951.7101.7101.7171.717

■信道利用率的最大值：$"=擊

?參數(shù)a對(duì)以太網(wǎng)性能的影響

a=c/4=cC/及。=總線單程比特長(zhǎng)度/幀的比特長(zhǎng)度

5.2.4以太網(wǎng)信道利用率

不同幀長(zhǎng)下Smax—n關(guān)系

11024B幀，。=0.03125

512B幀，。=0.0625

0.8256B版，4=0.125

0.6128B幀，4=0.25

64B幀，。=0.5

0.4

0.2

0416642561024n

j5.2.4以太網(wǎng)信道利用率

a=0.01時(shí)總線利用率a=4時(shí)總線利用率

$5.2.5以太網(wǎng)幀格式和數(shù)據(jù)封裝

■以太網(wǎng)幀格式

DSAPSSAP控制數(shù)據(jù)

前導(dǎo)SFDDASA長(zhǎng)度/類型數(shù)據(jù)PADFCS

字節(jié)712/62/620-15004

-長(zhǎng)度/類型：2個(gè)字節(jié)，指明數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度或數(shù)據(jù)的

協(xié)議類型。DIX以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中指定一位類型字段。老的

IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)定義為長(zhǎng)度字段。1997年后新的IEEE

802.3標(biāo)準(zhǔn)修改為長(zhǎng)度/類型字段。

j5.2.5以太網(wǎng)幀格式和數(shù)據(jù)封裝

-以太網(wǎng)數(shù)據(jù)封裝

-子網(wǎng)接入?yún)f(xié)議SNAP

IEEE802.3以太網(wǎng)使用長(zhǎng)度字段時(shí)無(wú)法標(biāo)識(shí)其數(shù)據(jù)字段

封裝的網(wǎng)絡(luò)層PDU的協(xié)議類型，有兩種解決方案：

.由LLO頭部中SAP實(shí)現(xiàn)，用于IEEE802體系。

-用于為DIX以太網(wǎng)開發(fā)的一些網(wǎng)絡(luò)層軟件定義了一個(gè)

5個(gè)字節(jié)的子網(wǎng)接入?yún)f(xié)議，用來(lái)標(biāo)識(shí)所攜帶數(shù)據(jù)的協(xié)

議類型，稱為隱式幀類型(ImplicitFrameType)o

j5.2.5以太網(wǎng)幀格式和數(shù)據(jù)封裝

-以太網(wǎng)數(shù)據(jù)封裝

46~1500B以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)字段

DASA類型數(shù)據(jù)(46-1500)FCS

6624

類型=0800IP數(shù)據(jù)報(bào)(4J1500)

2

類型=0806ARP請(qǐng)求/應(yīng)答PDA

22818

a)D1X以太網(wǎng)中的封裝格式(RFC894)

y-----------------------------------------------46-1500B以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)字段-

y--------LLC頭---—y——SNAP----------a

DSAPSSAPCntlOrgCode

DASA長(zhǎng)度類型數(shù)據(jù)(38~1492)FCS

AAAA0300

662111324

類型=0800IP數(shù)據(jù)報(bào)(387492)

2

類型=0806ARP請(qǐng)求/應(yīng)答PDA

22810

b)IEEE802.3以太網(wǎng)中的封裝格式(RFC1042)

5.3傳統(tǒng)以太網(wǎng)

5.3.1物理層

10Mb/s以太網(wǎng)物理層、網(wǎng)絡(luò)接口卡和中繼器

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線

總線接口

MAC

PLS中繼單元

--AUI

物理層

PMA

媒體>MAU

MDI

￥5.3.1物理層

■媒體連接單元(MediumAttachmentUnit,MAU),

也稱為收發(fā)器(transceiver)。主要功能如下：

■連接傳輸媒體。

-信號(hào)發(fā)送與接收。

■沖突檢測(cè)。

■超長(zhǎng)控制。

■物理層信號(hào)(PhysicLayerSignaling,PLS)

主要功能如下：

■編碼解碼。

-載波監(jiān)聽。

■連接單元接口(AttachmentUnitInterface,ALII)

連接PLS和MALI。

*5.3.2網(wǎng)絡(luò)接口卡

■網(wǎng)絡(luò)接口卡(NetworkInterfaceCard,NIC)

主要涉及物理層和MAC層，包括五個(gè)部分：

-媒體接入單元(MAU)。

-物理層信號(hào)(PLS)。

-連接單元接口(AUI)。

.MAC子層。

-計(jì)算機(jī)總線接口。

j5.3.3中繼器和集線器

■中繼器工作在IEEE802.3的物理層，接收、恢復(fù)

并轉(zhuǎn)發(fā)物理信號(hào)，以擴(kuò)展以太網(wǎng)。

中繼器包括了MAU、AUI以及中繼單元。

中繼器擴(kuò)展以太網(wǎng)受到CSMA/CD沖突域最大跨距

的限制。

■集線器(Hub)：多個(gè)端口的中繼器即多口中繼器，

使以太網(wǎng)形成星形結(jié)構(gòu)，但邏輯上是總線結(jié)構(gòu)，

因此被稱為星形總線(Star-Shaped-Bus)。

5.3.4傳統(tǒng)以太網(wǎng)及其聯(lián)網(wǎng)方式

■粗纜以太網(wǎng)10Base5

AUI連接器

j5.3.4傳統(tǒng)以太網(wǎng)及其聯(lián)網(wǎng)方式

■細(xì)纜以太網(wǎng)10Base2

■光纖以太網(wǎng)10BaseF

■雙絞線以太網(wǎng)1OBaseT

-引發(fā)的星形布線結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)發(fā)展中的重大進(jìn)展，

線路的設(shè)計(jì)安裝類似普通的電話系統(tǒng)并可同時(shí)進(jìn)

行。

-雙絞線以太網(wǎng)擴(kuò)展：hub間的級(jí)連和堆疊。

5.3.4傳統(tǒng)以太網(wǎng)及其聯(lián)網(wǎng)方式

10BaseT以太網(wǎng)連網(wǎng)不意圖RJ45連接器

ITThub

旦旦旦__tzi—旦?_izzM

Hub堆疊

hub級(jí)連

,,l|hub/i"單元?

、------------------Y底板總線

色廣

MmM■M同A力「hub單元3

5.4高速以太網(wǎng)

54110OBaseT

■1OOBaseT的特點(diǎn)

-MAC子層：

■保持了與1OMbit/s以太網(wǎng)同樣的MAC子層；

.時(shí)槽變?yōu)?.12us,沖突域減小至i]200m。

-物理層：

與10Mb計(jì)/s以太網(wǎng)物理層的結(jié)構(gòu)有所不同：

■媒體無(wú)關(guān)接口(MediumIndependentInterface,MH)

?協(xié)調(diào)子層(ReconciliationSublayer,RS)

?物理編碼子層(PhysicalCodingSublayer,PCS)

■物理媒體連接(PhysicalMediumAttachment,PMA)

■物理媒體相關(guān)(PhysicalMediumDependent,PMD)

■媒體相關(guān)接口(MediumDependentInterface,MDI)

5.4.110OBaseT

物理層

媒體

54110OBaseT

1OOBaseT包括4個(gè)不同的物理層規(guī)范，支持多種媒體。

不再采用統(tǒng)一的曼徹斯特編碼。

增加了10/10OMbit/sg動(dòng)協(xié)商功能。

定義了I類和II類兩種類型的中繼器。

■100BaseT的物理層規(guī)范

-100BaseTX

與10BaseT有許多相似之處。使用5類UTP。采用4B/5B-

MLT3編碼。

■100BaseT4

■100BaseT2

■100BaseFX

54110OBaseT

■1OOMbit/s以太網(wǎng)擴(kuò)展

當(dāng)傳輸媒體長(zhǎng)度達(dá)到?jīng)_突域的最大跨距時(shí)，系統(tǒng)只能使用一

個(gè)I類中繼器或兩個(gè)11類中繼器。

1OOBaseT最大網(wǎng)絡(luò)跨距（m）

中繼器類型銅纜光纖混合媒體

無(wú)中繼器，計(jì)算機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接100412不使用

1個(gè)I類中繼器200272260（lOOmTX力口FX）

1個(gè)n類中繼器200320308（lOOmTX力口FX）

2個(gè)n類中繼器205228216（105mTX加FX）

:?5.4.1WOBaseT

■10/1OOMbit/s自動(dòng)協(xié)商(Auto-Negotiation)模式

-自動(dòng)協(xié)商功能位于物理層中PMD之下。

-準(zhǔn)靜態(tài)機(jī)制。

-工作在點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

■快速鏈路突發(fā)脈沖(FLP)序列。

-鏈路代碼字(LCW)包含了自己的鏈路類型及流量控制配

置等信息。

-協(xié)商的內(nèi)容包括：10M/1OOMbit/s線路速率、全雙工/半

雙工模式、不使用/使用全雙工以太網(wǎng)的流量控制。

5.4.2千兆以太網(wǎng)

■千兆以太網(wǎng)的特點(diǎn)

-MAC子層

.與10Mbit/s和10OMbit/s以太網(wǎng)相同的幀格式和基本相同的

CSMA/CD協(xié)議。

■時(shí)槽增大到4096位，最大網(wǎng)絡(luò)跨距可達(dá)到200m。

■增加了載波擴(kuò)展措施。

-增加了幀突發(fā)的功能。

-物理層

和100Mb巾s以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能相似，有如下變化：

■Mil擴(kuò)展為千兆位媒體無(wú)關(guān)接口(GMII)。

-包括多個(gè)不同的物理層規(guī)范。

■主要使用8B/10B-NRZ編碼方式。

■只能使用一個(gè)中繼器。

45.4.2千兆以太網(wǎng)

.5.4.2千兆以太網(wǎng)

■千兆以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)

-1000BaseX(802.32)

-100BaseLX

■10OBaseSX

■10OBaseCX

-1000BaseT(802.3ab)

千兆以太網(wǎng)各種物理層的鏈路長(zhǎng)度限制(m)

50umMMF62.5umMMF10umSMF150QSTP5類UTP

物理層標(biāo)準(zhǔn)

半雙工/全雙工半雙工/全雙工半雙工/全雙工半雙工/全雙工半雙工/全雙工

WOOBaseSX110/550110/275

lOOOBaseLX110/550110/550110/5000

lOOOBaseCX25/25

lOOOBaseT100/100

$5.4.2千兆以太網(wǎng)

■載波擴(kuò)展(CarrierExtension)

最小幀長(zhǎng)的傳輸時(shí)間遠(yuǎn)小于時(shí)槽，不能正常進(jìn)行沖突檢測(cè),

在MAC子層定義了載波擴(kuò)展機(jī)制。

866246?49344487字節(jié)

前導(dǎo)

目的地址源地址

SFD長(zhǎng)度數(shù)據(jù)FCS載波擴(kuò)展

V-----------------------最小幀長(zhǎng)64B------------------------------L

v---------------------------------------------512B時(shí)槽----------------------------------------

■幀突發(fā)(FrameBursting)

為改善短幀的傳輸效率，在MAC子層又定義了幀突發(fā)機(jī)制。

最大長(zhǎng)度8192B

前導(dǎo)擴(kuò)展位前導(dǎo)前導(dǎo)前導(dǎo)

幀IFG幀2IFG幀3???幀

SFD1(如需要)SFDSFDSFDn

512B

時(shí)槽

*5.4.2千兆以太網(wǎng)

■1000BaseX自動(dòng)協(xié)商

-1OOOBaseTUT阡兆以太網(wǎng)

支持UTP自動(dòng)協(xié)商功能。

■1OOOBaseX光纖千兆以太網(wǎng)

自動(dòng)協(xié)商的特點(diǎn)是：

.只用于配置1OOOBaseX類型；

■是物理編碼子層(PCS)的一個(gè)功能；

-重新定義了16比特的交換信息的格式。

5.4.3萬(wàn)兆以太網(wǎng)

-萬(wàn)兆以太網(wǎng)的特點(diǎn)

-MAC子層仍使用IEEE802.3幀格式。

-不再使用CSMA/8,只定義了全雙工方式。

-定義了兩種物理層：LAN物理層和WAN物理層。

-采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，支持星形拓?fù)浜徒Y(jié)構(gòu)化布線技術(shù)。

-物理層與千兆以太網(wǎng)物理層結(jié)構(gòu)相似，GMII變?yōu)槿f(wàn)兆

位媒體無(wú)關(guān)接口(XGMII)oWAN物理層10GbaseW增加

了廣域網(wǎng)接口子層(WANInterfaceSublayer,WIS)O

45.4.3萬(wàn)兆以太網(wǎng)

邏輯鏈路層（LLC）

媒體接入控制層（MAC）

RSRSRS

物理層

物理媒體lOGbaseXlOGbaseRlOGbaseW

j5.4.3萬(wàn)兆以太網(wǎng)

?萬(wàn)兆以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)

■10GbaseX

-LAN類型的物理層，使用8W10B編碼。

-只包含一個(gè)規(guī)范：并行的SN物理層10GbaseLX4。使用稀疏波

分復(fù)用(CWDM)技術(shù)，并列第配置了4對(duì)激光發(fā)送器/接收器，

組成了4條通道。

■并行物理層技術(shù)將原來(lái)速率很高的比特流拆分成多列，處理速

度降低，降低了對(duì)器件的要求。

■10GbaseR

■串行的SN類型的物理層，使用64B/66B編碼。

■串行方式是指數(shù)據(jù)流發(fā)送接收直接進(jìn)行，不拆分。在邏輯上比

并行技術(shù)簡(jiǎn)單，但對(duì)物理層器件的要求更高。

-包含3個(gè)規(guī)范：10GDaseSR>10GbaseLRff10GbaseERo

j5.4.3萬(wàn)兆以太網(wǎng)

-10GbaseW

-串行的WAN類型的物理層，采用64B/66B編碼，使用與

SDH/SONET基本一致的幀格式以及與OC192c相同的

9.58464GDit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率?？梢詫?duì)SDH/SONET基礎(chǔ)設(shè)

施提供訪問能力。

-包含三個(gè)規(guī)范：

10GDaseSW;

10GDaseLW;

10GbaseEWo

■為實(shí)現(xiàn)萬(wàn)兆以太網(wǎng)和00192c幀格式和數(shù)據(jù)傳輸速率的轉(zhuǎn)換

和適配，加入了一個(gè)WIS。

Jl5.4.3萬(wàn)兆以太網(wǎng)

■萬(wàn)兆以太網(wǎng)應(yīng)用

PMD光纖類型傳輸距離應(yīng)用

850nm串行50/125微米MMF65m數(shù)據(jù)中心

1310nmCWDM62.5/125微米MMF300m企業(yè)網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)

1310nmCWDM9.0微米SMF10km園區(qū)網(wǎng)、城域網(wǎng)

1310nm串行9.0微米SMF10km園區(qū)網(wǎng)、城域網(wǎng)

1550nm串行9.0微米SMF40km城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)

5.5交換式以太網(wǎng)

1|5.5.1簡(jiǎn)介

■CSMA/CD以太網(wǎng)有下述問題：

-任何時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)工作站發(fā)送信息。

-各站點(diǎn)共享網(wǎng)絡(luò)固定的帶寬。

-由于沖突域的限制，難以構(gòu)造較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。

■20世紀(jì)90年代以太網(wǎng)交換機(jī)(Switch)能增加以太

網(wǎng)的帶寬和規(guī)模，同時(shí)又能與傳統(tǒng)的電纜線和網(wǎng)

絡(luò)適配卡協(xié)調(diào)工作。

交換機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)高速的多口網(wǎng)橋(Midtiport

Bridge),工作在數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層，每個(gè)端

口都包含一個(gè)MA篌體，但不使用MAC地址。

&5.5.2網(wǎng)橋

站地址端口

橋接表MAC-I1

■工作原理MAC-21

MAC-31

MAC-42

MAC-52

??????

網(wǎng)段A網(wǎng)段B

沖突域A沖突域B

站：①②③④⑤

a）網(wǎng)橋橋接不同的網(wǎng)段

站點(diǎn)站點(diǎn)

高層網(wǎng)橋高層

LLC橋接LLC

MACMAC"^MACMAC

PHPHPHPH

網(wǎng)段A網(wǎng)段B

b）網(wǎng)橋工作在MAC層

5.5.2網(wǎng)橋

網(wǎng)橋一般有兩個(gè)端口，橋接兩個(gè)網(wǎng)段。每個(gè)端口都有一塊

網(wǎng)卡，有自己的MAC子層和物理層?；竟δ苁窃诓煌琇AN

網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)幀。網(wǎng)橋主要特點(diǎn)：

-工作在MAC子層。

■進(jìn)行幀過濾減少了通信量。

-隔離了沖突域，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)跨距。

-可連接不同類型的LAN。

■地址學(xué)習(xí)

■透明網(wǎng)橋(TransparentBridge),IEEE802.1d或

1908802.1do

-網(wǎng)橋剛剛連接到LAN上時(shí)，其橋接表是空的，采用洪泛法

(Flooding)轉(zhuǎn)發(fā)它。

■逆向?qū)W習(xí)法(BackwardLearning),在轉(zhuǎn)發(fā)過程中通過學(xué)

習(xí)把橋接表逐步建立起來(lái)。

j5.5.3交換機(jī)

-2層交換機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)多口網(wǎng)橋，工作在MAC子層。通過

學(xué)習(xí)生成并維護(hù)一個(gè)包含端口-MAC地址映射的交換表，根

據(jù)交換表進(jìn)行幀的轉(zhuǎn)發(fā)。

-多個(gè)端口可以并行地工作，〃個(gè)端口數(shù)據(jù)傳輸率為尺M(jìn)bit/s

的以太網(wǎng)交換機(jī)最大可提供0.5x〃xRMbit/s的總帶寬。

-網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)有四個(gè)基本部分組成：

■端口

-端口緩沖器

■幀轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)構(gòu)

?存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換(Store-Forward)

■直通交換(Cut-Through)

>無(wú)碎片交換(Fragment-Free)

-底板體系結(jié)構(gòu)

5.5.3交換機(jī)

ABCDEFGH

a）工作原理b）體系結(jié)構(gòu)

$5.5.4交換式以太網(wǎng)及其特點(diǎn)

■小規(guī)模的工作組級(jí)交換式以太網(wǎng)

-大規(guī)模的交換式以太網(wǎng)：接入層、匯聚層和核心層

-跨距突破了單個(gè)沖突域的限制，可以構(gòu)造更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)

■廣播域(BroadcastDomain)和廣播風(fēng)暴(BroadcastStorm)

交換機(jī)隔離

了5個(gè)獨(dú)立

的沖突域

交換機(jī)

集線器

沖突域F

5.6虛擬局域網(wǎng)

￥5.6.1VLAN(VirtualLAN)及其特點(diǎn)

-不是一種新型的網(wǎng)絡(luò)，只是給用戶提供一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

-建立在交換式網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上，由一些交換機(jī)連接的以太

網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理連接和地理位置無(wú)關(guān)的邏輯工作組，是

一個(gè)廣播域。

-比一般的LAN有更好的安全性。

-VLAN的劃分可以控制通信流量，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。

VSN示例

5.6.2VLAN的劃分

■基于端口(Port-Based)

■基于MAC地址(MACAddress-Based)

■基于協(xié)議(Protocol-Based)

5.6.3VLAN的幀格式

■IEEE802.3Q標(biāo)準(zhǔn)

■IEEE802.3ac標(biāo)準(zhǔn)

VLAN標(biāo)記(Tag),最大幀長(zhǎng)擴(kuò)大到1522B,只適用于VSN。

VLAN幀格式

字節(jié)

字節(jié)

$5.6.4VLAN運(yùn)行

■相關(guān)概念

■標(biāo)記端口(TaggedPort)和非標(biāo)記端口(UntaggedPort)

■標(biāo)記幀(TaggedFrame)和非標(biāo)記幀(UntaggedFrame)

■中繼線(Trunk)

y5.6.4VLAN運(yùn)行

■跨VLAN的訪問

-VLAN之間的通信采用路由技術(shù)。一般采用單臂路由方

式(RouterOnaStick),路由器到交換機(jī)只有一個(gè)物理

連接，使用標(biāo)記端口，形成trunk,支持多個(gè)邏輯連

接。

■子接口(Subinterface)：只有一個(gè)MAC地址，每個(gè)子接

口對(duì)應(yīng)一個(gè)VLAN,并分配一個(gè)IR地址。

-每個(gè)VLAN都構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)應(yīng)的路由器接口

的子接口作為該VLAN的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)(Defau11Gateway)o

5.6.4VLAN運(yùn)行

跨VSN訪問示例

r5.6.4VLAN運(yùn)行

表⑴交換機(jī)1端口信息表(2)交換機(jī)2端口信息

連接結(jié)點(diǎn)的端口類型，連接節(jié)點(diǎn)的端口類型，

端口端口

MAC地址所屬VLANMAC地址所屬VLAN

1MAC1-1非標(biāo)記端口，11MAC1-3非標(biāo)記端口，1

2MAC1-2非標(biāo)記端口，12MAC1-4非標(biāo)記端口，1

3MAC2-1非標(biāo)記端口，23MAC2-3非標(biāo)記端口，2

4MAC2-2非標(biāo)記端口，24MAC2-4非標(biāo)記端口，2

5MAC-R標(biāo)記端口，1和25—標(biāo)記端口，1和2

6——6——

7——7——

8—標(biāo)記端口，1和28——

5.7無(wú)線局域網(wǎng)

5.7.1IEEI02.11WLAN

■網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

-IEEE802.11WLAN是目前最有影響的WLAN。IEEE

802.11a>IEEE802.11b和IEEE802.11g等。

-基本服務(wù)集(BasicServiceSet,BSS)O包括一個(gè)基站和

若干個(gè)移動(dòng)站?；疽卜Q為接入點(diǎn)(AccessPoint,

AP)O基本服務(wù)區(qū)(BasicServiceArea,BSA),有100m

左右。

■分布系統(tǒng)(DistributionSystem,DS),一個(gè)有線或無(wú)線

的主干LAN。

■擴(kuò)展服務(wù)集(ExtendedServiceSet,ESS)。

5.7.1IEEI02.11WLAN

IEEE802.11WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

■自組網(wǎng)絡(luò)(adhocnetwork)o

事5.7.1IEEI02.11WLAN

■IEEE802.11WLAN體系結(jié)構(gòu)

無(wú)爭(zhēng)用服務(wù)PLCP為各種物理層

生成相應(yīng)格式的幀

MAC頭LLCPDUCRCMPDU

PLCP頭MPDUPPDU

5.7.1IEEI02.11WLAN

■PMD直接面向無(wú)連接媒體，主要功能如下：

-檢查媒體狀態(tài)實(shí)現(xiàn)載波偵聽。

■進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制。

-通過無(wú)線信道進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收。

■PLCP的主要功能如下：

■為各種物理層生成相應(yīng)格式的幀。

■進(jìn)行載波監(jiān)聽信號(hào)分析，發(fā)出信道評(píng)價(jià)信號(hào)。

-DCF向上提供爭(zhēng)用服務(wù)，CSMA/CD協(xié)議。

-PCF使用幾種控制方式，向上提供無(wú)爭(zhēng)用服務(wù)。

5.7.1IEEI02.11WLAN

移動(dòng)站通過A腺入以太網(wǎng)的通信協(xié)議結(jié)構(gòu)

802.11移動(dòng)站AP802.3主機(jī)

5.7.2IEEE802J1物理層

■FHSS、DSSS和IR

■跳頻擴(kuò)頻(FrequencyHoppingSpreadSpectrum,FHSS)

.使用2.4GHz(2.4-2.4835GHz)的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)藥(Industry,

ScientificandMedical,ISM)頻段。

-發(fā)射信號(hào)的頻率按某種隨機(jī)模式不斷跳變，不易受到干擾。

■每1MHz帶寬有一個(gè)跳頻頻道，共78個(gè)頻道，分為3組，每組26

個(gè)，一個(gè)BSS可選擇其中一組，2.5跳/秒。

-每個(gè)頻道上采用二級(jí)或四級(jí)高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制方式對(duì)信號(hào)

進(jìn)行調(diào)制，可提供1Mbit/s或2Mbit/s的傳輸速率。

FHSS方式的PLCPli貞格式

比特801612416可變長(zhǎng)

同步SFD長(zhǎng)度信令CRCMPDU

PLCP前導(dǎo)碼PLCP頭

當(dāng)直5.接7.2序IEE列E8擴(kuò)02J頻1物*理Se層quenceM

Spectrum,DSSS)

-使用ISM頻段

-將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)比特?cái)U(kuò)展成n個(gè)0/1表示的碼片序

歹U,n為擴(kuò)展率,802.11標(biāo)準(zhǔn)n=11。

-使用差分二級(jí)相移鍵控(DBPSK)和差分四級(jí)相移鍵控

(DQPSK)調(diào)制，分別可提供1Mb計(jì)/s和2Mb讓/s的數(shù)據(jù)

傳輸速率。

DSSS方式的PLC碑貞格式

比特12816881616可變長(zhǎng)

同步SFD信令業(yè)務(wù)長(zhǎng)度CRCMPDU

PLCP前導(dǎo)碼PLCP頭

5.7.2IEEI02.11物理層

■紅外線IR(lnfraRed)

■使用波長(zhǎng)為850~950nm的紅外線，用于室內(nèi)傳輸,

距離在10?20m。

-使用脈沖位置調(diào)制(PPM)方式,把二進(jìn)制數(shù)據(jù)映射成

一組包含脈沖的時(shí)隙。

■16-PPM和4-PPM兩種方式:分別對(duì)數(shù)據(jù)中的每4和2

比特進(jìn)行編碼，映射成16和4個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙間隔都

是250ns,分別可提