使用廣播信道的以太網(wǎng).ppt

1、課件制作人：謝希仁,計算機網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）,第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層,課件制作人：常革新,3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.2 CSMA/CD 協(xié)議 3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng) 3.4.1 使用集線器的星形拓撲 3.4.2 以太網(wǎng)的信道利用率 3.4.3 以太網(wǎng)的 MAC 層,第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層,課件制作人：常革新,課前提問 局域網(wǎng)有那些特點？哪些種拓撲結(jié)構(gòu)？ 共享信道有哪兩種介質(zhì)訪問控制技術(shù)？ 試解釋CSMA/CD協(xié)議？ 以太網(wǎng)的爭用期是多少？ 擴展局域網(wǎng)需要哪些設(shè)備？,第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層,課件制作人：常革新,3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

2、3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層,局域網(wǎng)最主要的特點： 網(wǎng)絡(luò)為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。 局域網(wǎng)具有的主要優(yōu)點： （1）能方便地共享信道、共享外部設(shè)備、主機以及軟件、數(shù)據(jù)。從一個站點可訪問全網(wǎng)。 （2）便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，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、可用性和殘存性。,課件制作人：常革新,3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層,局域網(wǎng)最主要的特點： 網(wǎng)絡(luò)為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。 局域網(wǎng)的技術(shù)要素： （1）網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) （2）介質(zhì)訪問控制方法,課件制作人：常革新,局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu),星形網(wǎng),樹形網(wǎng),共

3、享媒體,課件制作人：常革新,靜態(tài)劃分信道 頻分復(fù)用、時分復(fù)用、波分復(fù)用和碼分復(fù)用 動態(tài)媒體接入控制（多點接入） 隨機接入隨機接入的特點是所有的用戶可隨機地發(fā)送信息。如以太網(wǎng)的CSMA/CD。 受控接入受控接入的特點是用戶不能隨機地發(fā)送信息而必須服從一定的控制。如令牌環(huán)網(wǎng)的Token Ring。,共享媒體技術(shù),課件制作人：常革新,B向 D 發(fā)送數(shù)據(jù),C,D,A,E,匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）,匹配電阻,不接受,不接受,不接受,接受,B,只有 D 接受 B 發(fā)送的數(shù)據(jù),最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總線上。當(dāng)初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。,總線拓撲的以

4、太網(wǎng),課件制作人：常革新,最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總線上。當(dāng)初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。 總線的特點 當(dāng)一臺計算機發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的所有計算機都能檢測到這個數(shù)據(jù)。這種通信方式是廣播通信。 僅當(dāng)數(shù)據(jù)幀中的目的地址與計算機的地址一致時，該計算機才能接收這個數(shù)據(jù)幀。計算機對不是發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)幀，則一律不接收。 具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。,總線拓撲的以太網(wǎng),課件制作人：常革新,CSMA/CD 協(xié)議,CSMA/CD 表示 載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測。 “多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。 “載波監(jiān)聽”是指每一個站在發(fā)送

5、數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。 “碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上是否有“碰撞”發(fā)生。,課件制作人：常革新,CSMA/CD 協(xié)議,實際上“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上信號的電壓值的變化。 當(dāng)幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。 當(dāng)一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。 所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。,課件制作人：常革新,CSMA/CD 協(xié)議,“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送

6、數(shù)據(jù)邊檢測信道上是否有“碰撞”發(fā)生。 在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。 每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。,課件制作人：常革新,CSMA/CD 協(xié)議,在有了“載波監(jiān)聽”的信道上為什么還會發(fā)生“碰撞”呢？這是由于電磁波在總線上的有限傳播速率的影響。 當(dāng)某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。 A向B發(fā)出的信息要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到B。 B若在A發(fā)送的信息到達B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)

7、送的幀發(fā)生碰撞。 碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。,課件制作人：常革新,CSMA/CD 協(xié)議,在有了“載波監(jiān)聽”的信道上為什么還會發(fā)生“碰撞”呢？這是由于電磁波在總線上的有限傳播速率的影響。,1 km,A,B,t,t = 0,單程端到端 傳播時延記為,傳播時延對載波監(jiān)聽的影響,1 km,A,B,t,t = B 檢測到信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù),t = / 2 發(fā)生碰撞,A,B,A,B,t = 0 A 檢測到 信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù),A,B,t = 0,A,B,單程端到端 傳播時延記為,課件制作人：常革新,CSMA/CD 協(xié)議,強化碰撞 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；再繼續(xù)發(fā)送若干比特

8、的人為干擾信號，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。,課件制作人：常革新,CSMA/CD 協(xié)議,強化碰撞,A,B,t,信 道 占 用 時 間,課件制作人：常革新,使用CSMA/CD的以太網(wǎng),重要特征 使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。 每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。 這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。,課件制作人：常革新,以太網(wǎng)的爭用期,爭用期 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)過時間 2 （兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。 以太網(wǎng)的端到端

9、往返時延 2 稱為爭用期，或碰撞窗口。 經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。,課件制作人：常革新,以太網(wǎng)的爭用期,以太網(wǎng)的爭用期 以太網(wǎng)取 51.2 s 為爭用期的長度。 對于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。 以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前 64 字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。 以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為 64 字節(jié)，凡長度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。,課件制作人：常革新,二進制指數(shù)類型退避算法,發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)采用一種“二進制

10、指數(shù)類型退避算法” 確定基本退避時間，一般是取為爭用期 2。 定義重傳次數(shù) k ，k 10，即 k = Min重傳次數(shù), 10 從整數(shù)集合0,1, (2k 1)中隨機地取出一個數(shù)，記為 r。重傳所需的時延就是 r 倍的基本退避時間。 當(dāng)重傳達 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。,課件制作人：常革新,以太網(wǎng)的信道利用率,以太網(wǎng)的信道被占用的情況： 爭用期長度為 2，即端到端傳播時延的兩倍。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號。 幀長為 L (bit)，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為 C (b/s)，因而幀的發(fā)送時間為 L/C = T0 (s)。,發(fā) 送 成 功,爭用期,爭用期,爭用期,2,2,2,T0,t,占

11、用期,發(fā)生碰撞,發(fā)送一幀所需的平均時間,課件制作人：常革新,在理想化的情況下，以太網(wǎng)上的各站發(fā)送數(shù)據(jù)都不會產(chǎn)生碰撞（這顯然已經(jīng)不是CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調(diào)度方法），即總線一旦空閑就有某一個站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。 發(fā)送一幀占用線路的時間是 T0 + ，而幀本身的發(fā)送時間是 T0。于是我們可計算出理想情況下的極限信道利用率 Smax為：,信道利用率的最大值 Smax,課件制作人：常革新,以太網(wǎng)的信道利用率,參數(shù)：= / T0 以太網(wǎng)的發(fā)送時延與單程端到端時延 和幀的發(fā)送時間 T0有關(guān)： 在T0 確定時，0，表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測出來，并立即停止發(fā)送，因而信道利用率很高；反之，越大，

12、 值越大，表明爭用期所占的比例增大，每發(fā)生一次碰撞就浪費許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。,課件制作人：常革新,以太網(wǎng)的信道利用率,參數(shù)：= / T0 以太網(wǎng)的發(fā)送時延與單程端到端時延 和幀的發(fā)送時間 T0有關(guān)。 當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時，以太網(wǎng)的連線的長度受到限制，否則 的數(shù)值會太大。 以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則 T0 的值會太小，使 值太大。,課件制作人：常革新,星形拓撲的以太網(wǎng),傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。,這種以太網(wǎng)采用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub),集線器,站點,課件制

13、作人：常革新,星形拓撲的以太網(wǎng),集線器的特點： 使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。 使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協(xié)議，并共享邏輯上的總線。 集線器很像一個多 接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作 在物理層。,課件制作人：常革新,星形拓撲的以太網(wǎng),10BASE-T 的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過 100 m。 這種 10 Mb/s 速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。 10BASE-T 雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了

14、牢固的基礎(chǔ)。,課件制作人：常革新,令牌環(huán)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu),令牌環(huán)(Token Ring)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)是環(huán)形網(wǎng)，各站點通過多站訪問單元(MAU)與環(huán)連接，MAU的兩個末端端口分別稱為入環(huán)和出環(huán)端口。在使用屏蔽雙絞線條件下的一個網(wǎng)絡(luò)上最多可連接260個工作站。,課件制作人：常革新,令牌環(huán)的工作原理,只有持有令牌的結(jié)點才能發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌是一種特殊的MAC控制幀，有忙/閑兩種標志。當(dāng)環(huán)正常工作時，令牌總是沿著物理環(huán)單向逐站傳送，某一結(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須等待空閑的令牌環(huán)的到來。這時，將令牌置為忙，然后傳送數(shù)據(jù)，網(wǎng)中個站都會依次收到數(shù)據(jù)幀。當(dāng)目標站正確收到數(shù)據(jù)后，給出確認標志。當(dāng)發(fā)送站收到自己發(fā)出的數(shù)據(jù)幀時

15、，將令牌置回閑，轉(zhuǎn)向下一結(jié)點。,持有令牌方發(fā)送幀碼位,非目標結(jié)點讓碼位通過,目標結(jié)點復(fù)制碼位并讓其通過,非目標結(jié)點數(shù)據(jù)幀通過,接收幀碼位令牌發(fā)往下一結(jié)點,課件制作人：常革新,令牌環(huán)的特點,網(wǎng)中結(jié)點兩次獲得令牌之間的最大間隔時間是確定的，因此適用于對數(shù)據(jù)傳輸實時性要求較高的應(yīng)用環(huán)境，如過程控制領(lǐng)域。 在網(wǎng)絡(luò)通信負荷較重時表現(xiàn)出很好的吞吐率與較低的傳輸延遲，因此適用于通信負荷較重的應(yīng)用環(huán)境。 令牌環(huán)的維護工作非常復(fù)雜，有環(huán)的初始化、結(jié)點的加入和撤出、環(huán)的恢復(fù)和優(yōu)先級等。所以實現(xiàn)起來較困難。,課件制作人：常革新,令牌總線(Token Bus)技術(shù),拓撲結(jié)構(gòu) 總線型拓撲物理拓撲為總線型拓撲，而邏輯拓撲

16、為令牌環(huán)拓撲。 工作原理 仍由令牌控制發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌的傳遞是由高地址向底地址傳遞，從而在總線上形成一個邏輯環(huán)。,總線,課件制作人：常革新,3.5 擴展的局域網(wǎng),3.5.1 在物理層擴展局域網(wǎng) 3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,3.5.1 在物理層擴展局域網(wǎng),主機使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線器，實現(xiàn)遠距離連接。,課件制作人：常革新,某大學(xué)有三個系，各自有一個局域網(wǎng),3.5.1 在物理層擴展局域網(wǎng),三個獨立的碰撞域,一系,二系,三系,碰撞域,碰撞域,碰撞域,用主干集線器可連成更大的局域網(wǎng),主干集線器,更大的碰撞域,課件制作人：常革新,用集線器擴展局域網(wǎng)的優(yōu)點 使原來

17、屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。 擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。 用集線器擴展局域網(wǎng)的缺點 碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。 如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。,3.5.1 在物理層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(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行轉(zhuǎn)發(fā)。 網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉(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)到哪一個接口,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu),3.5

18、.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,使用網(wǎng)橋帶來的好處 過濾通信量。 擴大了物理范圍。 提高了可靠性。 可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如10Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,使用網(wǎng)橋帶來的好處 網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔離開的碰撞域。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),B2,B1,碰撞域,碰撞域,碰撞域,A,B,C,D,E,F,課件制作人：常革新,使用網(wǎng)橋帶來的缺點 存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。 在MAC 子層并沒有流量控制功能。 具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。 網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不

19、太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。這就是所謂的廣播風(fēng)暴。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同 集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。 網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進行退避。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,用戶層,IP,MAC,站 1,用戶層,IP,MAC,站 2,物理層,網(wǎng)橋 1,網(wǎng)橋 2,A,B,用戶數(shù)據(jù),IP-H,MAC-H,MAC-T,PPP-H,PPP-T, , , ,物理層,DL,R,MAC

20、,物理層,物理層,DL,R,物理層,物理層,LAN,LAN,兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路,網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址,課件制作人：常革新,透明網(wǎng)橋 目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent bridge)。 “透明”是指局域網(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。 透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標準是 IEEE 802.1D。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,透明網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)表的建立和對收到幀的處理 網(wǎng)橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個項目。 在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時是把幀首部中的源地址寫在“地

21、址”這一欄的下面。 在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)的。這時就把在“地址”欄下面已經(jīng)記下的源地址當(dāng)作目的地址，而把記下的進入接口當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)接口。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,地址 接口,轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例,B2,B1,A,B,C,D,E,F,1,2,1,2,地址 接口,課件制作人：常革新,網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個信息 在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進入該網(wǎng)橋的時間。 把每個幀到達網(wǎng)橋的時間登記下來，就可以在轉(zhuǎn)發(fā)表中只保留網(wǎng)絡(luò)拓撲的最新狀態(tài)信息。這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最新拓撲狀態(tài)。因為以太網(wǎng)的拓撲可能經(jīng)常會發(fā)生

22、變化。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟歸納 自學(xué)習(xí)。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的源地址有無相匹配的項目。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個項目（源地址、進入的接口和時間）。如有，則把原有的項目進行更新。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟歸納 自學(xué)習(xí)。 轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項目。 如沒有，則通過所有其他接口（但進入網(wǎng)橋的接口除外）按進行轉(zhuǎn)發(fā)。 如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進行轉(zhuǎn)發(fā)。 若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進入網(wǎng)橋的接口，則應(yīng)丟棄這個幀（因為這時不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)）。,

23、3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件制作人：常革新,在有多個網(wǎng)橋的局域網(wǎng)中，可能會產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子的現(xiàn)象。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),局域網(wǎng) 2,局域網(wǎng) 1,網(wǎng)橋 2,網(wǎng)橋 1,A,F,不停地 兜圈子,A 發(fā)出的幀,網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了,課件制作人：常革新,透明網(wǎng)橋采用生成樹的方法，將互連一起的網(wǎng)橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓撲的一個子集。在這個子集里，整個連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個站之間只有一條路徑。 為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化時的生成樹，在生成樹上的根網(wǎng)橋每隔一段時間還要對生成樹的拓撲進行更新。,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),課件

24、制作人：常革新,透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。 源路由(source route)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。 源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。 發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時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最佳路由。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,課件制作人：常革新,交換式集線器(switching hub) 1990 年問世的，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。 交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機

25、工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。 以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網(wǎng)交換機實質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋，可見交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層。,4. 多接口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機,課件制作人：常革新,以太網(wǎng)交換機的每個接口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。 交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。 以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，其交換速率就較高。,以太網(wǎng)交換機的特點,課件制作人：常革新,對于普通 10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng)，若共有 N 個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。 使用以太網(wǎng)交換機

26、時，雖然在每個接口到主機的帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有 N 對接口的交換機的總?cè)萘繛?N10 Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。,獨占傳輸媒體的帶寬,課件制作人：常革新,用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng),一系,三系,二系,10BASE-T,至因特網(wǎng),100 Mb/s,100 Mb/s,100 Mb/s,萬維網(wǎng) 服務(wù)器,電子郵件 服務(wù)器,以太網(wǎng) 交換機,路由器,課件制作人：常革新,虛擬局域網(wǎng) VLAN 是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組。 這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。 每一個 VLAN 的幀都有一個明確的標識符，指

27、明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個 VLAN。 虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。,利用以太網(wǎng)交換機可以很方便地實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng),以太網(wǎng) 交換機,A4,B1,以太網(wǎng) 交換機,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太網(wǎng) 交換機,以太網(wǎng) 交換機,三個虛擬局域網(wǎng): VLAN1, VLAN2 和 VLAN3,以太網(wǎng) 交換機,A4,B1,以太網(wǎng) 交換機,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太網(wǎng) 交換機,以太網(wǎng) 交換機,三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2 和 VLAN3

28、的構(gòu)成,當(dāng) B1 向 VLAN2 工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時， 工作站 B2 和 B3 將會收到廣播的信息。,以太網(wǎng) 交換機,A4,B1,以太網(wǎng) 交換機,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太網(wǎng) 交換機,以太網(wǎng) 交換機,三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的構(gòu)成,B1 發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站 A1, A2 和 C1 都不會收到 B1 發(fā)出的廣播信息。,以太網(wǎng) 交換機,A4,B1,以太網(wǎng) 交換機,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太網(wǎng) 交換機,以太網(wǎng) 交換機,三個虛擬局域網(wǎng) VLA

29、N1, VLAN2 和 VLAN3 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) 不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風(fēng)暴”)而引起性能惡化。,課件制作人：常革新,虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入4 字節(jié)的標識符，稱為 VLAN 標記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域網(wǎng)。,虛擬局域網(wǎng)使用的以太網(wǎng)幀格式,802.3 MAC 幀,字節(jié),6,6,2,46 1500,4,目地地址,源地址,長度/類型,數(shù) 據(jù),FCS,長度/類型 = 802.1Q 標記類型 標記控制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID,2 字節(jié),2 字節(jié),插入

30、 4 字節(jié)的 VLAN 標記,4,用戶優(yōu)先級,CFI,課件制作人：常革新,傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種，即粗纜、細纜、銅線和光纜。其物理層標準如表所示：,傳統(tǒng)以太網(wǎng)的物理層標準,課件制作人：常革新,傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種，即粗纜、細纜、銅線和光纜。其連線如圖所示：,以太網(wǎng)的物理層標準,課件制作人：常革新,傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種，即粗纜、細纜、銅線和光纜。其布線如圖所示：,以太網(wǎng)的物理層標準,課件制作人：常革新,高速以太網(wǎng),高速以太網(wǎng)：速率達到100 Mb/s以上的以太網(wǎng)稱為。 100M以太網(wǎng)（又稱為快速以太網(wǎng)）。 吉比特以太網(wǎng) 10吉比特以太網(wǎng),課件制作人：常革新,高速

31、以太網(wǎng),100BASE-T（又稱為快速以太網(wǎng)）。其特點： 在雙絞線上傳送 100 Mb/s 基帶信號的星型拓撲以太網(wǎng)。使用IEEE 802.3u協(xié)議。MAC 幀格式仍然是 802.3 標準規(guī)定的。 保持最短幀長不變，一個網(wǎng)段的最大電纜長度仍是100 m。幀間時間間隔從原來的 9.6 s 改為現(xiàn)在的 0.96 s。 可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，不使用 CSMA/CD 協(xié)議。,課件制作人：常革新,高速以太網(wǎng),三種不同的物理層標準 100BASE-TX 使用 2 對 UTP 5 類線或屏蔽雙絞線 STP。 100BASE-FX 使用 2 對光纖。 100BASE-T4 使用 4 對 UT

32、P 3 類線或 5 類線。,課件制作人：常革新,吉比特以太網(wǎng),使用IEEE 802.3z和802.3ab 協(xié)議。 與 10BASE-T 和 100BASE-T 技術(shù)向后兼容。 可工作在全雙工和半雙工兩種方式下。 在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協(xié)議，并在協(xié)議中增加了載波延伸和分組突發(fā)機制。 載波延伸就是將爭用期增大為512字節(jié)，但最短幀仍是64字節(jié)； 分組突發(fā)就是允許多個短幀連接成一個幀。,在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協(xié)議。,課件制作人：常革新,吉比特以太網(wǎng),吉比特以太網(wǎng)的物理層 1000BASE-X 1000BASE-SX SX表示短波長 1000BASE-LX LX表示長波長 1000BASE-CX CX表示銅線 1000BASE-T 使用