計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 課件 第4章 局域網(wǎng)技術(shù)

打造人工智能共享實(shí)訓(xùn)基地，我校專業(yè)集群協(xié)調(diào)發(fā)展

系第4章局域網(wǎng)技術(shù)第4章局域網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)的特性、種類和發(fā)展？以太網(wǎng)的產(chǎn)生、種類和發(fā)展各種高速局域網(wǎng)的種類及技術(shù)特點(diǎn)？網(wǎng)絡(luò)交換的概念及交換是以太網(wǎng)？虛擬局域網(wǎng)的概念、特點(diǎn)及劃分方法？局域網(wǎng)的連接設(shè)備及應(yīng)用？【內(nèi)容巡航】第4章局域網(wǎng)技術(shù)4.1局域網(wǎng)概述4.2共享式以太網(wǎng)4.3以太網(wǎng)的擴(kuò)展4.4

高速以太網(wǎng)技術(shù)4.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)4.1局域網(wǎng)概述4.1.1局域網(wǎng)的特點(diǎn)4.1.2局域網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)4.1.3媒體接入控制4.1.4

網(wǎng)絡(luò)適配器4.1.5

MAC地址4.1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)（LAN）是在一個(gè)較小的范圍，比如一個(gè)辦公室、一棟樓或一個(gè)校園，利用通信線路將眾多計(jì)算機(jī)及其外設(shè)連接起來，以達(dá)到數(shù)據(jù)通信和資源共享的目的。局域網(wǎng)使用的是廣播信道。廣播信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復(fù)雜。4.1.1局域網(wǎng)的特點(diǎn)

（1）網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍比較小。通常不超過幾十公里，甚至只在一個(gè)園區(qū)、一幢建筑或一個(gè)房間內(nèi)。

（2）數(shù)據(jù)的傳輸速率比較高，從最初的1Mbps到后來的10Mbps、100Mbps，近年來已達(dá)到1000Mbps、10Gbps。

（3）具有較低的延遲和誤碼率，其誤碼率一般為10-8~10-10。

（4）局域網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)營權(quán)和管理權(quán)屬于某個(gè)單位所有，與廣域網(wǎng)通常由服務(wù)提供商提供形成鮮明對照。

（5）便于安裝、維護(hù)和擴(kuò)充，建網(wǎng)成本低、周期短。4.1.1局域網(wǎng)的特點(diǎn)

局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可恨方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

（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。

（3）提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性。4.1.2局域網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)

IEEE802LAN參考模型與ISO/OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系如圖4.1所示。

由于局域網(wǎng)是個(gè)通信子網(wǎng)，只涉及有關(guān)的通信功能，因此，在IEEE802局域網(wǎng)參考模型中主要涉及OSI參考模型物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。4.1.2局域網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)

局域網(wǎng)的物理層是和OSI七層模型的物理層功能相當(dāng)。1.IEEE802LAN物理層采用基帶信號傳輸。數(shù)據(jù)的編碼采用曼徹斯特編碼。傳輸介質(zhì)可以采用雙絞線、同軸電纜、光纜甚至是無線傳輸介質(zhì)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、樹形、星型和環(huán)型等。傳輸速率有10Mb/s以太網(wǎng)、100M/s快速以太網(wǎng)、1000Mb/s千兆位以太網(wǎng)和10Gb/s萬兆位以太網(wǎng)。4.1.2局域網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)邏輯鏈路控制子層（LLC）2.IEEE802LAN數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)組成幀，進(jìn)行傳輸，并對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行順序控制、差錯(cuò)控制和流量控制，使不可靠的物理鏈路變?yōu)榭煽康逆溌?。介質(zhì)訪問控制子層（MAC）局域網(wǎng)可以支持多重訪問，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的單播、廣播和組播。4.1.2局域網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)3.IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列4.1.2局域網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)3.IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)：定義了CSMA/CD媒體接入控制方式和相關(guān)物理層規(guī)范。IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn):100Mbps快速以太網(wǎng)。IEEE802.3z標(biāo)準(zhǔn):1000Mbps以太網(wǎng)(光纖、同軸電纜)。IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn):1000Mbps以太網(wǎng)(雙絞線)。IEEE802.3ae標(biāo)準(zhǔn):10Gbps以太網(wǎng)。4.1.3

媒體接入控制1.靜態(tài)劃分信道如何協(xié)調(diào)多個(gè)發(fā)送主機(jī)和接收主機(jī)對一個(gè)共享傳輸媒體的占用，即媒體接入控制（MediumAccessControl）或多址接入（MultipleAccess）。典型技術(shù)主要有頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址。該方法通常在無線網(wǎng)絡(luò)的物理層中使用，而不是在數(shù)據(jù)鏈路層使用。4.1.3

媒體接入控制2.動態(tài)接入控制特點(diǎn)是各主機(jī)動態(tài)占用信道發(fā)送數(shù)據(jù)，而不是使用預(yù)先固定分配好的信道。（1）隨機(jī)接入。所有主機(jī)通過競爭，隨機(jī)地在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。要解決的關(guān)鍵問題是如何盡量避免沖突及在發(fā)生沖突后如何盡快恢復(fù)通信。著名的共享式以太網(wǎng)采用的就是隨機(jī)接入。4.1.3

媒體接入控制2.動態(tài)接入控制（2）受控接入。主機(jī)不能隨機(jī)地發(fā)送信息而必須服從一定的控制。這類協(xié)議的典型代表有集中控制的多點(diǎn)輪詢協(xié)議和分散控制的令牌傳遞協(xié)議。采用令牌傳遞協(xié)議的典型網(wǎng)絡(luò)有令牌環(huán)網(wǎng)（IEEE802.5）、令牌總線網(wǎng)（IEEE802.4）和光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）。不過這些網(wǎng)絡(luò)由于市場競爭已逐步推出了歷史舞臺。4.1.4網(wǎng)絡(luò)適配器網(wǎng)絡(luò)適配器（NetworkAdapter），也稱網(wǎng)絡(luò)接口卡（Network

InterfaceCard，NIC），簡稱網(wǎng)卡。網(wǎng)卡是組建局域網(wǎng)的主要部件。適配器有自己的處理器和存儲器（RAM和ROM），是一個(gè)半自治的設(shè)備。適配器和局域網(wǎng)之間的通信是通過電纜（如雙絞線）以串行傳輸方式進(jìn)行。而適配器和計(jì)算機(jī)之間的通信則是通過計(jì)算機(jī)主板上的I/O總線以并行傳輸方式進(jìn)行。因此，適配器的一個(gè)重要功能就是進(jìn)行數(shù)據(jù)串行傳輸和并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換。4.1.4網(wǎng)絡(luò)適配器適配器接收和發(fā)送各種幀時(shí)不使用計(jì)算機(jī)的CPU。當(dāng)適配器收到有差錯(cuò)的幀時(shí)，就把這個(gè)幀丟棄而不必通知計(jì)算機(jī)。當(dāng)適配器收到正確的幀時(shí)，它就使用中斷來通知計(jì)算機(jī)并交付給協(xié)議棧中的網(wǎng)絡(luò)層。當(dāng)計(jì)算機(jī)要發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就由協(xié)議棧把IP數(shù)據(jù)報(bào)向下交給網(wǎng)卡，組裝成幀后發(fā)送到局域網(wǎng)。計(jì)算機(jī)的硬件地址在適配器的ROM中，而計(jì)算機(jī)的軟件地址（IP地址）則在計(jì)算機(jī)的存儲器中。4.1.4網(wǎng)絡(luò)適配器4.1.4網(wǎng)絡(luò)適配器

適配器是工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的網(wǎng)絡(luò)組件，是局域網(wǎng)中連接計(jì)算機(jī)和傳輸介質(zhì)的接口。

物理層功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡和網(wǎng)絡(luò)的連接、數(shù)字信號同步、數(shù)據(jù)的編碼與解碼。

數(shù)據(jù)鏈路層功能是幀的發(fā)送與接收、幀的封裝與拆封、幀的差錯(cuò)校驗(yàn)、介質(zhì)訪問控制（以太網(wǎng)使用CSMA/CD協(xié)議）等功能。4.1.5

MAC地址1.MAC地址的組成IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）規(guī)定了一種6字節(jié)（48位）的全球地址。在生產(chǎn)適配器時(shí)，這種6字節(jié)的MAC地址已固化在網(wǎng)絡(luò)適配器的ROM中。因此，MAC地址也叫作硬件地址（HardwareAddress）或物理地址。當(dāng)這個(gè)適配器插入或嵌入每臺計(jì)算機(jī)后，適配器中的MAC地址就是這臺計(jì)算機(jī)的MAC地址了，當(dāng)更換適配器后，計(jì)算機(jī)的MAC也隨之改變，而不隨計(jì)算機(jī)的位置改變而更換。4.1.5

MAC地址

注冊管理機(jī)構(gòu)RA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MAC地址字段中的6個(gè)字節(jié)中前三個(gè)字節(jié)（即高位24位）。

世界上凡要生產(chǎn)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器的廠家都必須向IEEE購買由這三個(gè)字節(jié)構(gòu)成的號（及地址塊），即組織唯一標(biāo)識符OUI（OrganizationallyUniqueIdentifier），即高位24位地址塊，也稱公司標(biāo)識符（Company_id）。

MAC地址字段中的6個(gè)字節(jié)中后三個(gè)字節(jié)（即低位24位）則是由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識符（Extended_id），只要保證生產(chǎn)出的網(wǎng)絡(luò)適配器沒有重復(fù)地址即可。4.1.5

MAC地址2.MAC地址管理IEEE規(guī)定地址字段第一個(gè)字節(jié)的最低位為I/G（Individual/Group）。當(dāng)I/G位為0時(shí)，地址字段表示一個(gè)單個(gè)站地址。當(dāng)I/G位為1時(shí)表示組地址，用來進(jìn)行多播（以前稱組播）。

另外，IEEE把地址字段第一字節(jié)的次低位規(guī)定為G/L（Global/Local）位。當(dāng)G/L位為0表示全球管理（保證在全球沒有相同的地址），廠商向IEEE購買的OUI都屬于全球管理。G/L位為1表示本地管理，這時(shí)用戶可任意分配網(wǎng)絡(luò)上的地址。但以太網(wǎng)幾乎不使用這個(gè)G/L位。4.1.5

MAC地址3.MAC地址分類（1）單播（unicast）幀（一對一）：即收到的幀的MAC地址與本主機(jī)的MAC地址相同。（2）廣播（broadcast）幀（一對全體）：即發(fā)送給本局域網(wǎng)上所有主機(jī)的幀（全1地址）。（3）多播（multicast）幀（一對多）：即發(fā)送給本局域網(wǎng)上一部分主機(jī)的幀。4.2共享式以太網(wǎng)4.2.1廣播信道的局域網(wǎng)4.2.2令牌環(huán)（TokenRing）技術(shù)4.2.1廣播信道的局域網(wǎng)第一個(gè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3，數(shù)據(jù)率為10Mbit/s。最初的局域網(wǎng)使用同軸電纜進(jìn)行組網(wǎng)，采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)鏈路上的兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，如主機(jī)A給主機(jī)B發(fā)送一個(gè)幀，同軸電纜會把承載該幀的數(shù)字信號傳輸?shù)剿兄鳈C(jī)，鏈路上的所有主機(jī)都能收到（所以稱為廣播信道）。要在這樣的一個(gè)廣播信道實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，就需要給發(fā)送的數(shù)據(jù)幀添加目的地址和源地址，這就要求網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)的適配器都有唯一的一個(gè)物理地址（MAC地址），僅當(dāng)幀的目的MAC地址和主機(jī)的適配器的MAC地址相同時(shí)，適配器才接收該幀；對于不是發(fā)給自己的幀，則丟棄。這樣，具有廣播特性的總線上就實(shí)現(xiàn)了一對一的通信。4.2.1廣播信道的局域網(wǎng)4.2.2CSMA/CD協(xié)議

CSMA/CD協(xié)議即具有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD，CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）協(xié)議，是最常用的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議之一，是局域網(wǎng)的典型代表-以太網(wǎng)使用的介質(zhì)訪問控制方法，它采用的是隨機(jī)訪問和競爭機(jī)制（“爭用型”），用于總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。載波偵聽多路訪問沖突沖突域沖突檢測4.2.2CSMA/CD協(xié)議載波偵聽:也就是檢測信道。不管在發(fā)送前，還是在發(fā)送中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須不停地檢測信道。多路訪問:允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一信道發(fā)送信號沖突:是指兩個(gè)或更多節(jié)點(diǎn)同時(shí)從一條共享的傳輸介質(zhì)上發(fā)送數(shù)據(jù)，造成不同信號的疊加互相破壞而變成無意義的噪聲。沖突域:在一個(gè)共享介質(zhì)中所有相互之間可能發(fā)生沖突的節(jié)點(diǎn)的集合沖突檢測:也稱“碰撞檢測”，也就是“邊發(fā)送邊偵聽”，4.2.1CSMA/CD協(xié)議電磁波在1km電纜的傳播時(shí)延約為5

s。單程端到端傳播時(shí)延記為

。端到端往返傳播時(shí)延最多是兩倍的總線端到端的傳播時(shí)延（2

）4.2.2CSMA/CD協(xié)議4.2.2CSMA/CD協(xié)議在t=0時(shí)，主機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)B檢測到信道為空閑。在=

-

時(shí)（這里

＞

＞0），主機(jī)A發(fā)送的數(shù)據(jù)還沒有到達(dá)主機(jī)B時(shí)，由于主機(jī)B檢測到信道是空閑，因此主機(jī)B發(fā)送數(shù)據(jù)。經(jīng)過時(shí)間

/2后，即在t=

-

/2時(shí)，主機(jī)A發(fā)送的數(shù)據(jù)和主機(jī)B發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)生了碰撞。但這時(shí)主機(jī)A和主機(jī)B都不知道發(fā)生了碰撞。在t=

時(shí)，主機(jī)B檢測到發(fā)生了故障，于是停止發(fā)送數(shù)據(jù)。在t=2

-

A時(shí)，主機(jī)A也檢測到發(fā)生了碰撞，因而也停止發(fā)送數(shù)據(jù)。4.2.2CSMA/CD協(xié)議3.截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)間2

稱為爭用期（ContentionPeriod），又稱為碰撞窗口10Mbit/s以太網(wǎng)把爭用期定為512比特時(shí)間。即51.2

s，因此其總線長度不能超過5120m，以太網(wǎng)規(guī)定總線長度不能超過2500m。4.2.2CSMA/CD協(xié)議4.以太網(wǎng)最短幀數(shù)據(jù)幀能夠重傳的一個(gè)條件：以太網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)重傳，必須保證這個(gè)站在收到?jīng)_突信號的時(shí)候這個(gè)幀沒有傳完。以太網(wǎng)規(guī)定了一個(gè)最短幀的長度為64個(gè)字節(jié)，即512bit。以太網(wǎng)還規(guī)定了幀間最小間隔為96比特時(shí)間（9.6us），即所有主機(jī)在發(fā)送幀之前要等信道空閑96比特時(shí)間。4.2.2CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD協(xié)議的工作原理可概括成四句話，即先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停止，隨機(jī)延時(shí)后重發(fā)。CSMA/CD協(xié)議的要點(diǎn)歸納入下:（1）準(zhǔn)備發(fā)送：網(wǎng)絡(luò)適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個(gè)分組，加上以太網(wǎng)的首部和尾部，組成以太網(wǎng)幀，放入網(wǎng)絡(luò)適配器的緩存中。但在發(fā)送之前，必須先檢測信道。（2）檢測信道：若檢測到信道忙，則應(yīng)不停地檢測，一直等待信道轉(zhuǎn)為空閑。若檢測到信道空閑，并在96比特時(shí)間內(nèi)信道保持空閑（保證了幀間最小間隔），就發(fā)送這個(gè)幀。4.2.2CSMA/CD協(xié)議一是發(fā)送成功：在爭用期內(nèi)一直未檢測到碰撞。這個(gè)幀肯定能夠發(fā)送成功。發(fā)送完畢后，其他什么也不做。然后回到（1）。二是發(fā)送失?。涸跔幱闷趦?nèi)檢測到碰撞，這時(shí)立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并按規(guī)定發(fā)送人為干擾信號。網(wǎng)絡(luò)適配器接著就執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待倍512比特時(shí)間后，返回到步驟（2），繼續(xù)檢測信道。但若重傳達(dá)16次仍不能成功，則停止重傳而向上報(bào)錯(cuò)。（3）在發(fā)送過程中仍不停地檢測信道，即網(wǎng)絡(luò)適配器要邊發(fā)送邊偵聽。這里只有兩種可能性。以太網(wǎng)每發(fā)送完一幀，一定要把已發(fā)送的幀暫時(shí)保留一下。4.2.2CSMA/CD協(xié)議4.2.3

以太網(wǎng)的信道利用率4.2.3

以太網(wǎng)的信道利用率要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小

與T0之比。以太網(wǎng)中定義了參數(shù)

，它是要以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延

與幀的發(fā)送時(shí)間T0之比：

=

/T0要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小

與T0之比，也就是分子

的數(shù)值要小些，分母T0的數(shù)值要大些。也就是說，當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時(shí)，以太網(wǎng)的連線的長度受到限制（否則

的數(shù)值會太大），同時(shí)以太網(wǎng)的幀不能太短（否則的T0值會太小，使

值太大）。4.2.4以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)以太網(wǎng)也稱標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、十兆位以太網(wǎng)10Base-510:傳輸速率為10Mbps邏輯信道Base:基帶傳輸10Base-210Base-T10Base-F5:粗同軸電纜，500m2:細(xì)同軸電纜，185mT:雙絞線，100mF:光纜，2km4.2.4標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)規(guī)范4.2.4以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（1）使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各主機(jī)共享邏輯上的總線，使用的還是CSMA/CD協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)中的各主機(jī)必須競爭對傳輸媒體的控制，并且在同一時(shí)刻至多允許一個(gè)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，稱為共享式以太網(wǎng)。這種10Base-T以太網(wǎng)又稱為星型總線。（2）一個(gè)集線器有多個(gè)接口。（3）集線器工作在物理層，它的每個(gè)接口僅僅簡單地轉(zhuǎn)發(fā)比特（收到1就轉(zhuǎn)發(fā)1，收到0就轉(zhuǎn)發(fā)0）。（4）集線器采用了專門的芯片，進(jìn)行自適應(yīng)串音回波抵消。4.2.5以太網(wǎng)幀格式4.2.5以太網(wǎng)幀格式4.2.5標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)規(guī)范(1)IEEE802.3規(guī)定的MAC幀的第三個(gè)字段是“長度/類型”。

當(dāng)這個(gè)字段值大于0x0600時(shí)（相當(dāng)于十進(jìn)制的1536），就表示“類型”。這樣的幀和以太網(wǎng)V2幀完全一樣。當(dāng)這個(gè)字段值小于0x0600時(shí)才表示“長度”，即MAC幀的數(shù)據(jù)部分長度。(2)當(dāng)“長度/類型”字段值小于0x0600時(shí)，數(shù)據(jù)字段必須裝入上面的邏輯鏈路控制LLC子層的LLC幀。

現(xiàn)在市場上流行的都是以太網(wǎng)V2幀，但大家也常常不嚴(yán)格地把它稱為IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀。4.3以太網(wǎng)的擴(kuò)展

當(dāng)局域網(wǎng)的覆蓋范圍超過傳輸介質(zhì)的傳輸距離限制時(shí)，可以通過以太網(wǎng)擴(kuò)展來達(dá)到擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x。下面我們將從使用物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備來擴(kuò)展以太網(wǎng)。但這種擴(kuò)展的以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層看來仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。4.3擴(kuò)展的以太網(wǎng)4.3.1以太網(wǎng)中繼器4.3.2以太網(wǎng)集線器4.3.3網(wǎng)橋4.3.4多端口網(wǎng)橋-以太網(wǎng)交換機(jī)4.3.1以太網(wǎng)中繼器中繼器和集線器

使用中繼器應(yīng)遵守以下兩條原則：

一是用中繼器連接的以太網(wǎng)不能形成環(huán)形網(wǎng)；

另一個(gè)必須遵守MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議的定時(shí)特性，即用中繼器將電纜連接起來的網(wǎng)段數(shù)是有限的。對于以太網(wǎng)，最多只能使用4個(gè)中繼器，意味著只能連接5個(gè)網(wǎng)段，即遵守以太網(wǎng)的5-4-3-2-1規(guī)則。物理層4.3.1以太網(wǎng)中繼器（1）從任一個(gè)發(fā)送端到接收端之間只能有5個(gè)網(wǎng)段；（2）從任一個(gè)發(fā)送端到接收端之間只能經(jīng)過4個(gè)中繼器；（3）其中的3個(gè)網(wǎng)段可增加站點(diǎn)；（4）另兩個(gè)網(wǎng)段只能作為中繼鏈路，不能連接站點(diǎn)；（5）整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成了1個(gè)沖突域。以太網(wǎng)的5-4-3-2-1規(guī)則：4.3.2以太網(wǎng)集線器

集線器是一種共享的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，即每個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)端口在發(fā)送數(shù)據(jù)，采用集線器組建的以太網(wǎng)就是共享式以太網(wǎng)。1、集線器的工作原理

集線器不需任何軟件配置，是一種完全即插即用的純硬件式設(shè)備。

集線器并不處理或檢查其上的通信量，僅通過將一個(gè)端口接收的信號重復(fù)分發(fā)給其他端口來擴(kuò)展物理介質(zhì)。4.3.2以太網(wǎng)集線器

所有連接到集線器的設(shè)備共享同一介質(zhì)，其結(jié)果是它們也共享同一沖突域、廣播和帶寬。因此集線器和它所連接的設(shè)備組成了一個(gè)單一的沖突域。1、集線器的工作原理

如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)廣播信息，集線器會將這個(gè)廣播傳輸給所有同它相連的節(jié)點(diǎn)，因此它也是一個(gè)單一的廣播域。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，將會產(chǎn)生沖突。4.3.2以太網(wǎng)集線器4.3.2以太網(wǎng)集線器集線器是一種共享的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，即每個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)接口在發(fā)送數(shù)據(jù)，采用集線器組建的以太網(wǎng)就是共享式以太網(wǎng)。。所有連接到集線器的設(shè)備共享同一介質(zhì)，其結(jié)果是它們也共享同一沖突域、廣播和帶寬。因此集線器和它所連接的設(shè)備組成了一個(gè)單一的沖突域。

共享式以太網(wǎng)采用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制協(xié)議來獲得信道的訪問使用權(quán)。4.3.2使用網(wǎng)橋優(yōu)先以太網(wǎng)網(wǎng)橋

網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。透明網(wǎng)橋源路由網(wǎng)橋也稱生成樹網(wǎng)橋，標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.1D。以太網(wǎng)上的主機(jī)都看不見以太網(wǎng)上的網(wǎng)橋是在發(fā)送幀時(shí)，把詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。4.3.2網(wǎng)橋

透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備（plug-and-playdevice），即只要把網(wǎng)橋接入局域網(wǎng)，不用人工配置轉(zhuǎn)發(fā)表網(wǎng)橋就能工作。轉(zhuǎn)發(fā)過濾將幀送到最終的目的地。丟棄目的地與源主機(jī)在同一網(wǎng)絡(luò)上的幀。自學(xué)習(xí)當(dāng)網(wǎng)橋接收到一幀，而在網(wǎng)橋表中不包含該幀目的地主機(jī)的地址時(shí)，網(wǎng)橋具有自學(xué)習(xí)該目的主機(jī)地址的能力。4.3.2網(wǎng)橋

網(wǎng)橋剛接入以太網(wǎng)時(shí)，其轉(zhuǎn)發(fā)表是空的。這時(shí)若網(wǎng)橋收到一個(gè)幀，網(wǎng)橋就按照自學(xué)習(xí)（Self-learning）算法處理收到的幀（這樣就逐步建立起轉(zhuǎn)發(fā)表），并且按照轉(zhuǎn)發(fā)表把幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。網(wǎng)橋只要每收到一個(gè)幀，就記下其源地址和接入網(wǎng)橋的端口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個(gè)項(xiàng)目。而在轉(zhuǎn)發(fā)表中并沒有“源地址”這一欄，而只有“地址”一欄。在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)吧幀首部中的源地址寫在“地址”這一欄的下面。在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)的。1.自學(xué)習(xí)4.3.2網(wǎng)橋

查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀中的目的地址有無相匹配的項(xiàng)目。如沒有，則通過所有其他端口（但進(jìn)入網(wǎng)橋的端口除外）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的端口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的端口，則應(yīng)丟棄這個(gè)（這時(shí)不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。2.轉(zhuǎn)發(fā)幀4.3.4多端口網(wǎng)橋-以太網(wǎng)交換機(jī)（1）端口獨(dú)享帶寬。交換機(jī)的每個(gè)接口獨(dú)享帶寬，1.交換機(jī)的特點(diǎn)（2）全雙工通信。

（3）安全（4）全雙工模式不使用CSMA/CD協(xié)議（5）接口可以工作在不同的速率下。（6）轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀（7）交換機(jī)的沖突域僅局限于交換機(jī)的一個(gè)端口上。用交換機(jī)連接起來的以太網(wǎng)是一個(gè)廣播域。網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備路由器負(fù)責(zé)在不同網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，廣播數(shù)據(jù)報(bào)不能跨越路由器，路由器隔絕廣播。4.3.4多端口網(wǎng)橋-以太網(wǎng)交換機(jī)2.交換機(jī)自動構(gòu)建MAC地址表（1）自學(xué)習(xí)2.轉(zhuǎn)發(fā)幀。交換機(jī)接口收到一個(gè)幀，就檢查MAC地址表中有沒有與該幀的目的AMC地址相對應(yīng)的接口，如果有，就按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果沒有，則通過所有其他接口（但進(jìn)入交換機(jī)的端口除外）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的端口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，則應(yīng)丟棄這個(gè)幀（這時(shí)不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。4.34.4多端口網(wǎng)橋-以太網(wǎng)交換機(jī)4.3.4多端口網(wǎng)橋-以太網(wǎng)交換機(jī)3.生成樹協(xié)議交換機(jī)組建的網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)大的廣播域，交換機(jī)會把廣播幀發(fā)送到全部接口（除了發(fā)送接口），有了環(huán)路以后，只要有主機(jī)發(fā)送一個(gè)廣播幀，該幀就在環(huán)路中進(jìn)行無數(shù)次轉(zhuǎn)發(fā)，這就形成了廣播風(fēng)暴。4.3.4多端口網(wǎng)橋-以太網(wǎng)交換機(jī)3.生成樹協(xié)議交換機(jī)組建的網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)大的廣播域，交換機(jī)會把廣播幀發(fā)送到全部接口（除了發(fā)送接口），有了環(huán)路以后，只要有主機(jī)發(fā)送一個(gè)廣播幀，該幀就在環(huán)路中進(jìn)行無數(shù)次轉(zhuǎn)發(fā)，這就形成了廣播風(fēng)暴。4.4高速以太網(wǎng)技術(shù)4.4.1快速以太網(wǎng)4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)4.4.3萬兆位以太網(wǎng)技術(shù)4.4.440GB/100GB以太網(wǎng)4.4.1快速以太網(wǎng)1995年頒布的IEEE802.3u（100Base），可支持100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。與10Base-T相比，有很多相同的地方，主要包括：支持CAMA/CD和半雙工；支持自動協(xié)商；用相同的五類／超五類線纜；有相同的線纜長度的限制（100m）；有相同的幀格式；RJ-45連接器的線序相同；在相同條件下可以關(guān)閉CSMA/CD，用全雙工取代（802.3X）。1.快速以太網(wǎng)概述4.4.1快速以太網(wǎng)1995年6月，發(fā)布快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u。4.快速以太網(wǎng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)傳輸介質(zhì)傳輸距離100Base-TX5類或超5類級別或更高雙絞線100m采用兩對芯線的雙絞線電纜一對用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對用于接收數(shù)據(jù)100Base-FX多模光纖（62.5um）LED，820nm2km(全雙工)兩條光纖一條用于發(fā)送數(shù)據(jù)，一條用于接收數(shù)據(jù)。412（節(jié)點(diǎn)直連，半雙工）單模光纖（9um）激光，1300nm10km一條光纖同時(shí)用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)100Base-T43、4、5類非屏蔽雙絞線100m使用四對線三對用于一起發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)第四對用于沖突檢測。4.4.1快速以太網(wǎng)一個(gè)以太網(wǎng)幀可以由一種類型的以太網(wǎng)設(shè)備發(fā)送，然后毫無問題地沿不同類型的以太網(wǎng)鏈路傳送－因?yàn)樗麄兪褂孟嗤膸?.在不同類型的以太網(wǎng)上發(fā)送幀4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)千兆位以太網(wǎng)是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，在保持與以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)設(shè)備兼容的同時(shí)，提供1000Mb/s的數(shù)據(jù)帶寬。1998年6月，IEEE802.3委員會推出了千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)-IEEE802.3z，1999年6月，發(fā)布千兆位以太網(wǎng)IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸率均達(dá)到了1000Mbps即1Gbps，因此也稱吉比特以太網(wǎng)。4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)吉比特以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3Z有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）允許在1Gbit/s以下全雙工和半雙工兩種模式工作。（2）使用IEEE802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。（3）在半雙工模式下，使用CSMA/CD協(xié)議，全雙工模式下不需要使用CSMA/CD協(xié)議。（4）與10Base-T和100Base-T技術(shù)向后兼容。1.千兆位以太網(wǎng)的特點(diǎn)4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)千兆位以太網(wǎng)對傳輸介質(zhì)的訪問，可以采用半雙工或全雙工兩種方式進(jìn)行通信2.吉比特以太網(wǎng)的MAC幀（1）半雙工方式下的千兆位以太網(wǎng)的AMC幀。半雙工千兆位以太網(wǎng)工作在半雙工方式下，還是遵循以太網(wǎng)的CSMA/CD介質(zhì)訪問控制協(xié)議，但千兆位以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)相比，速度提高了10倍，如果其MAC幀的長度還是和原來一樣，保持最小幀長度為64字節(jié)，那么網(wǎng)絡(luò)沖突域直徑將會降到20m，這會給實(shí)際應(yīng)用帶來了麻煩。4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)為了使千兆位以太網(wǎng)在保持吉比特速率的條件下仍能維持200多米的網(wǎng)絡(luò)直接，采用了載體擴(kuò)展和數(shù)據(jù)包突發(fā)技術(shù)兩種技術(shù)。

①載體擴(kuò)展。MAC的載體擴(kuò)展是將MAC幀長度擴(kuò)展到512字節(jié)（4096位），如圖4.18所示。當(dāng)MAC幀長度小于512字節(jié)時(shí)，在MAC幀的FCS后面發(fā)送擴(kuò)展位（0~448字節(jié)），大于512字節(jié)的包則不做擴(kuò)充。例如幀長度為120字節(jié)時(shí)，發(fā)送擴(kuò)展位392位，但原來的幀格式不改變。4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)4.5.3吉比特以太網(wǎng)技術(shù)（1）半雙工方式下的千兆位以太網(wǎng)的AMC幀

②數(shù)據(jù)包突發(fā)技術(shù)。為了進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能和帶寬利用率，在CSMA/CD算法中加入數(shù)據(jù)包突發(fā)技術(shù)。數(shù)據(jù)包突發(fā)技術(shù)是允許發(fā)送端每次發(fā)送多個(gè)幀，如果幀的長度太短，只需要在第一幀添加載體擴(kuò)展信號。如果第一幀發(fā)送成功，后續(xù)幀可連續(xù)發(fā)送，而不需要添加載體擴(kuò)展信號。數(shù)據(jù)包突發(fā)技術(shù)允許服務(wù)器、交換機(jī)和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送較短的幀，充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)3.千兆位以太網(wǎng)規(guī)范千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3zIEEE802.3ab1000Base-SX1000Base-LX1000Base-CX1000Base-T工業(yè)應(yīng)用規(guī)范1000Base--LH1000Base-ZX1000Base-LX101000Base-BX101000Base-TX4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)千兆位以太網(wǎng)規(guī)范使用的傳輸介質(zhì)波長有效距離1000Base-CX150W雙絞線

25m1000Base-SX

多模光纖62.5mm850nm275m多模光纖50mm850550m1000Base-LX

單模光纖1310nm5km多模光纖62.5mm和50mm1310nm550m1000Base-LH單模光纖1300nm/1310nm10km4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)千兆位以太網(wǎng)規(guī)范使用的傳輸介質(zhì)波長有效距離1000Base-ZX單模光纖1550nm70km1000Base-LX10單模光纖1310nm10km1000Base-BX10單模光纖下行方向（從網(wǎng)絡(luò)中心到網(wǎng)絡(luò)邊緣）波長1490nm上行方向波長1310nm10km1000Base-T用5類、超5類、6類或者7類雙絞線全部4對（每對都可以同時(shí)進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)收發(fā)）100m1000Base-TX6類、7類雙絞線兩對線發(fā)送，兩對線接收100m4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)1000Base-T標(biāo)準(zhǔn)

采用5類、超5類、6類或者7類雙絞線的全部四對芯線作為傳輸介質(zhì)的千兆以太網(wǎng)規(guī)范，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3ab。它的最大傳輸距離為100m。在全部的四對雙絞芯線中，每對都可以同時(shí)進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)收發(fā)，所以即使是相同設(shè)備間的連接，也無須制作交叉線，兩端都用相同的布線標(biāo)準(zhǔn)即可。4.5.3吉比特以太網(wǎng)技術(shù)4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)1000Base-TX標(biāo)準(zhǔn)

1000Base-TX也是基于四對雙絞線，但卻采用快速以太網(wǎng)中100Base-TX標(biāo)準(zhǔn)類似的傳輸機(jī)制，是以兩對線發(fā)送，兩對線接收。

在5類和超5類的系統(tǒng)中不能支持該類型的網(wǎng)絡(luò)。一定需要6類或者7類雙絞線系統(tǒng)的支持。4.4.2吉比特以太網(wǎng)技術(shù)4.5.4萬兆位以太網(wǎng)技術(shù)1.萬兆以太網(wǎng)的技術(shù)特色

在物理層面上。萬兆以太網(wǎng)是一種采用全雙工與光纖的技術(shù)

萬兆以太網(wǎng)技術(shù)基本承襲了以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)及千兆以太網(wǎng)技術(shù),升級簡單

萬兆標(biāo)準(zhǔn)意味著以太網(wǎng)將具有更高的帶寬（10Gbps）和更遠(yuǎn)的傳輸距離（最長傳輸距離可達(dá)40km）。4.4.3

10吉比特以太網(wǎng)技術(shù)1.萬兆以太網(wǎng)的特點(diǎn)（1）10吉比特以太網(wǎng)的幀格式與以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、吉比特以太網(wǎng)的幀格式完全相同。（2）10吉比特以太網(wǎng)只工作在全雙工模式，因此不存在爭用問題，也不使用CSMA/CD協(xié)議，（3）在物理拓?fù)渖希?0吉比特以太網(wǎng)既支持星型連接或擴(kuò)展星型連接，也支持點(diǎn)到點(diǎn)連接及星型連接與點(diǎn)到點(diǎn)連接的組合。4.4.3

10吉比特以太網(wǎng)技術(shù)1.萬兆以太網(wǎng)的特點(diǎn)（4）以太網(wǎng)能夠適應(yīng)多種傳輸媒體，如銅纜、雙絞線以及各種光纜。（5）在廣域網(wǎng)中使用以太網(wǎng)時(shí)，其價(jià)格大約只有同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET）的1/5和ATM的1/10。（6）802.3ae不支持自協(xié)商，可簡化故障定位，并提供廣域網(wǎng)物理層接口。4.4.3萬兆位以太網(wǎng)技術(shù)2.萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范萬兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3aeIEEE802.3ak10GBase-SR10GBase-LR10GBase-ERIEEE

802.3an10GBase-T10GBase-LRM10GBase-KRIEEE

802.3aqIEEE

802.3ap10GBase-LX410GBase-SW10GBase-LW/EW10GBase-CX410GBase-KX44.5.4萬兆位以太網(wǎng)技術(shù)萬兆位以太網(wǎng)規(guī)范使用的傳輸介質(zhì)波長有效距離應(yīng)用領(lǐng)域10GBase-SR多模光纖，50μm的OM3光纖850nm300m局域網(wǎng)10GBase-LR單模光纖1310nm10km10GBase-LRM62.5μm多模光纖，OM3光纖

260m10GBase-ER單模光纖1550nm40km10GBase-ZR單模光纖1550nm80km10GBase-LX4

多模光纖1300nm300m單模光纖1300nm10km10GBase-CX4屏蔽雙絞線（CX4銅纜）

15m10GBase-T

6類雙絞線

55m6a類雙絞線

100m4.4.3萬兆位以太網(wǎng)技術(shù)萬兆位以太網(wǎng)規(guī)范使用的傳輸介質(zhì)波長有效距離應(yīng)用領(lǐng)域10GBase-KX4銅線（并行接口）

1m背板以太網(wǎng)

10GBase-KR銅線（串行接口）

1m10GBase-SW多模光纖，50μm的OM3光纖850nm300mSDH/SONET廣域網(wǎng)10GBase-LW單模光纖1310nm10km10GBase-EW單模光纖1550nm40km10GBase-ZW單模光纖1550nm80km4.4.440GB/100GB以太網(wǎng)

40G/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在2010年中制定完成,IEEE802.3ba。

40GBASE-KR4：背板方案，最少距離1米。40GBASE-CR4/100GBASE-CR10：短距離銅纜方案，最大長度大約7米。40GBASE-SR4/100GBASE-SR10：用于短距離多模光纖，長度至少在100米以上。40GBASE-LR4/100GBASE-LR10：使用單模光纖，距離超過10公里。100GBASE-ER4--使用單模光纖，距離超過40公里。4.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)4.5.1虛擬局域網(wǎng)的概念4.5.2VLAN的組網(wǎng)方法4.5虛擬局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)交換機(jī)的一個(gè)重要特性是能建立虛擬局域網(wǎng)（VLAN）。VLAN是一個(gè)能夠跨越多重物理區(qū)域的邏