计算机网络5 (简5.5-5.8)

1、第五章第五章 局域网局域网 5.5 5.5 局域网的扩展局域网的扩展 5.5 5.5 局域网的扩展局域网的扩展 一、用集线器扩展局域网一、用集线器扩展局域网 集线器的特点：集线器的特点： 集线器工作在物理层 多端口 物理上星型，逻辑上总线网（用CSMA/CD） 用专门芯片，进行自适应串音回波抵消。 用多Hub连成多级星型结构LAN： 优点：优点： 缺点：缺点： 使不同系LAN上结点能进行跨系通信 扩展了结点之间的距离 冲突域扩大，最大吞吐量不变 只可连接采用相同技术的LAN 第五章第五章 局域网局域网 5.5 5.5 局域网的扩展局域网的扩展 二、用以太网交换机扩展局域网二、用以太网交换机扩展

2、局域网 特点：特点： 多端口，支持全双工，不同速率 可连通多对端口，使通信主机无冲突传输 易于从共享总线LAN升级至交换式LAN 交换方式：交换方式： 存储转发方式基于软件，适用于进行线路速率匹配、 协议转换、差错检测 直通交换方式接收帧同时，按目的MAC决定转发端口， 提高帧转发速度，其缺点是未检查CRC，可能转发出无效帧 扩展LAN 结构化布线 提供虚拟局域网VLAN服务 帧过滤功能 作用：作用： 站地址 端口 1 1 1 2 2 2 第五章第五章 局域网局域网 5.5 5.5 局域网的扩展局域网的扩展 三、用网桥扩展局域网三、用网桥扩展局域网 网桥的内部结构网桥的内部结构 端 口 管理软

3、件 网 桥 协议实体 站表 端口1 缓冲区 端口2 网段A网段B 网桥工作原理 网桥 第五章第五章 局域网局域网 5.5 5.5 局域网的扩展局域网的扩展 优点：优点： 缺点：缺点： 过滤通信量 扩大物理范围 互连不同物理层、MAC子层、速率的LAN 提高可靠性 时延增加 负载重时，缓存溢出，导致帧丢失 协议转换延时 用户数、通信量限制 第五章第五章 局域网局域网 5.5 5.5 局域网的扩展局域网的扩展 网桥类型网桥类型 透明网桥 源路由网桥 扩散算法：建表 支撑树算法 思路：源站点自己选路由，并把信息以所要经 过的路由上的LAN和桥标识序列形式放在要传的 帧中。 前提：假定各站清楚到目的站

4、的路由。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 一、一、100BASE-T100BASE-T技术技术 背景背景 FDDI由于协议复杂且价格昂贵，除了在主干网市场外，它很难成为桌 面用户的标准配置。1992年IEEE重新召集了802.3委员会，指示他们制定一 个快速的LAN 协议。但在IEEE 内部出现了两种截然不同的观点： 一种观点是建议重新设计MAC协议和物理层协议，使用一种“请求优先级” 的介质访问控制策略。它采用一种具有优先级、集中控制的介质访问控制法， 所以比我们熟悉的CSMA/CD方法更适合于多媒体信息的传输。支持这种

5、观点 的人组成自己的委员会，建立了他们自己的LAN标准，即IEEE 802.12，常被 称为100VG-AnyLAN。但由于它不兼容原先的以太网，所以后来的发展不大。 另一种观点则建议保留原来以太网的CSMA/CD 协议及帧格式，同时为了节 省时间，在物理层没有重新设计新协议，而是“嫁接”了FDDI 物理层协议。 只是后来为了兼容原先10兆以太网的布线系统，又设计了可以使用3 类非屏 蔽双绞线的物理层协议。 l1995年6月IEEE正式采纳了快速以太网(Fast Ethernet)标准，该标准被命名为802.3 u。 l保留802.3的帧格式和CSMA/CD 协议，只是将数据传 输率从10Mb

6、ps提高到100Mbps ，相应的位时从100ns 减小到10ns。 l从技术上讲，快速以太网可以完全照搬原来的 10Base5和10Base2标准，只将最大电缆长度减少到原 来的1/10并仍能检测到冲突。 l由于使用UTP的快速以太网标准10Base-T的优点如此 突出，所以快速以太网是完全基于集线器的，不再使 用带有插入式分接头或BNC接头的同轴电缆。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 基本思想基本思想 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 100BASE-TX:100BASE-TX:使用2对UTP5类线或STP，其中一对用于 发

7、送，另一对用于接收。采用集线器方式，传输距离 100m。 100BASE-FX:100BASE-FX:使用2对光纤，其中一对用于发送，另一 对用于接收。100BASE-FX将站点与服务器的最大距离 增加到185米，服务器和工作站之间(无集线器)的最大 距离增加到约400米；而使用单模光纤时可达2公里。 在标准中100BASE-TX和100BASE-TX统称为100Base-X。 100BASE-T4:100BASE-T4:使用4对UTP3类线或5类线，一对专用于 发送，一对专用于接收，另两对则是双向的其是通过 增加传输线数来提高速度的。 物理标准物理标准 100Base-TX100Base-T

8、X100Base-FX100Base-FX100Base-T4100Base-T4 支持全双工支持全双工是是否 电缆对数电缆对数两对双绞线二对光纤四对双绞线 电缆类型电缆类型 UTP Cat 5, STP Type 1 多模/单模光纤UTP Cat 3 最大距离最大距离100m200m/2km100m 接口类型接口类型RJ-45, DB9MIC, ST, SCRJ-45 快速以太网3种物理层标准 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 采用请求优先技术，这种技术可以在用户要求带 宽的情况下一直保持，直到

9、这一任务完成为止。 按照100VG-AnyLan的方案，几乎没冲突发生，因 而具有较好的带宽利用率。 可以在3类非屏蔽双绞线上传输，这就意味着用户 无需进行电缆更换就可以实现该项技术，但这种技 术需要占用所有的四对导线。 采用单一接口控制设备实现了高速传输，其速率 可达100Mb/s，且代价比FDDI低很多。 二、二、100VG-AnyLAN100VG-AnyLAN技术技术802.12802.12 三、光纤分布式数据接口三、光纤分布式数据接口FDDIFDDI l光纤LAN和电缆LAN的差别在于传输介质不同，因此差 异只出现在物理层及MAC子层 lFDDI标准由4个部分组成：MAC(Media

10、Access Control) 子层，PHY(Physical)子层，PMD(Physical Media Dependent)子层，SMT(Station Management)。它们实 现了OSI参考模型的PH层和DL层功能。 l物理层物理层分成PHY子层和PMD子层两部分。 PMDPMD，是网络中唯一真正与介质打交道的层次，定义光 纤和连接器的规格型号以及光传输的接口特性要求等 内容。 PHYPHY，规定了线路的状态、时钟处理和编码技术等方面 的细节。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 FDDI与与OSI的关系的关系 FDDI与OSI参考模型关系图 数 据

11、 链 路 层 物理层 IEEE 802.1 IEEE 802.2 逻辑链路控制子层 IEEE 802.3 CSM A/CD IEEE 802.4 令牌 总线 IEEE 802.5 令牌 环网 PMD PHY SMT MAC 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 lFDDI数据链路层功能由两个子层实现，即MAC和LLC。 l较低子层MACMAC，主要完成令牌管理、差错检测、寻址、介 质访问和数据帧结构定义等功能。 l较高子层IEEE 802.2LLC子层。该子层不属FDDI标准范围。 lFDDI站管理SMT的作用是实现对上述几个层次的有 效控制，加强网络管理能力。FD

12、DI提供了专门的站 管理功能，包括连接管理、结点配置、故障恢复等 内容。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 帧校验 序列 FCS 4 源地址 SA 2/6 FSEDINFODAFCSDPA 帧控制 1 帧状态帧结束 定界符 数据目的地 址 帧开始 定界符 前导码 110 任意2/617 前导码 PA 7bytes 帧开始定界 符 SD 1byte EDAC 帧结束定 界符 存取控制 1byte1byte 令牌格式 帧格式 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 帧格式帧格式 FDDI令牌和帧格式中各个字段的的含义与 IEEE802.5令

13、牌和帧格式中各个字段的含义非常 类似。 l定时令牌协议 lFDDI 的MAC子层采用定时令牌循环协议定时令牌循环协议(Timer Token Rotation Protocol, TTRP)控制站点对环的访问。 l定时令牌协议规定每个站点设有三个定时器： 目标令牌循环时间目标令牌循环时间(Target Token Rotation Time, TTRT)定时器、 令牌循环时间令牌循环时间(Token Rotation Time, TRT)定时器 令牌保持时间令牌保持时间(Token Holding Time, THT）定时器。 lTTRT是指一个站点连续两次获得令牌的时间间隔， 其值在环初始化

14、设置 lTRT是指一个站点发送完数据到下次获得令牌的时 间间隔， TRT的大小反映了网络当前的负载状况。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 MAC协议协议 l定时令牌协议（续续） lTHT是指站点在抓住令牌后可以发送数据的时间。 当THT时间片到，站点必须立即释放令牌。它们 三者之间的关系是： THTTTRTTRT 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 l介质访问控制介质访问控制 lFDDI的介质访问控制涉及到三个方面的问题：帧的发送、帧帧的发送、帧 的接收和帧的删除的接收和帧的删除。 l根据FDDI的定时令牌协议，当所有站点都没有数

15、据要发送时， 令牌就绕环不停地循环。 l需要发送数据的站点必须等到令牌经过它并将令牌吸收后， 才能开始发送数据。当发送完数据或令牌保持时间定时器 超时后，站点立即产生一个新的令牌并将其发送到环上 l环上的其他站点根据帧的目的地址判别是否接收该帧。 l数据帧绕环旋转一周后，由发送站点负责将该帧移去。 l定时令牌协议规定获取令牌的站点在发送完数据后，便可 立即产生一个新的令牌发送到环上，而不必等到吸收完本 站发送的数据。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 lFDDI数据传输 l发送：想要发送数据的站点必须将令牌捕获后，才能发送数 据帧，直到所有数据发送完或THT超时

16、为止。最后，站点释放 一个新令牌到环。 l接收：每一个站点随时都在监听经过本站点的帧，站点通过 比较帧中的目的地址来决定是否接收该帧。 l如果该帧的目的地址与站点地址匹配，站点接收该帧，同 时将此帧FS字段的“A”标志位置“ 1”，表示目的站点 存在。 l在接收该帧的同时，站点还对该帧进行差错校验。如果没 有发现错误，则站点将帧中的数据字段复制下来，并在该 帧FS字段的“C”标志位置“ 1”，表示该帧已被目的站 点接收；如果发现CRC错，则在该帧FS字段的“E”标志位 置“1”。 l在F D D I环网中，站点在接收帧的同时，还要把该帧转 发到下一站点。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5

17、.6 高速局域网高速局域网 lFDDI数据传输（续续） l删除：发送站点在发送完数据后继续监听经过站点的 帧。当检测到某数据帧的源地址与本站点的地址相同 时，立即停止转发该帧并将其置为无效帧。发送站点 负责将该帧剩余部分从环上删除，并同时检查帧中的 FS字段 l如果FS字段中“A”和“C”标志位都为“1”，则 说明该帧已被目的站点成功接收 l如果只有“ A”标志位为“ 1”则说明目的站点 存在但没有接收该帧，这说明帧在传输过程中发 生了错误 l如果“ A”和“C”标志位都为“ 0”，则说明帧 中的目的地址有错 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 lFDDI站点捕获

18、令牌不是通过改变令牌的 某一个位来实现，而是把令牌“吸收” 掉。FDDI的令牌不再与数据帧一起发送 到环上。 lFDDI站点一旦完成其数据帧的发送，立 即生成新的令牌发送到环上。因此，在 FDDI网络中，可能有多个站点发送的数 据帧在环上绕行。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 FDDIFDDI与与IEEE 802.5IEEE 802.5相比有相比有MACMAC两个新的特点两个新的特点： l自愈环：FDDI一般采用反向双环的拓扑结构。在FDDI双环中， 一个主环，一个辅环，两个环的数据传输方向相反。正常情 况下，只有主环工作，而辅环作为备份。一旦网络发生故障，

19、无论是线路故障还是站点故障， FDDI网络都会通过卷绕自动 将双环重构为一个单环，从而保证网络不会中断。 FDDI网络重构的几种情况 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 拓扑结构拓扑结构 技术指标技术指标 100km最大环型网总长度最大环型网总长度 2公里(多模光纤)，100公里(单模光纤)最大站间距离最大站间距离 500个网上最大结点数网上最大结点数 4500字节最大帧尺寸最大帧尺寸 99.5%有效负荷有效负荷 10200ms延时时间延时时间 定时令牌协议介质访问方式介质访问方式 100Mbps数据传输率数据传输率 125MHz物理频宽物理频宽 树型、双环、混合

20、型拓扑结构拓扑结构 FDDI的主要技术指标 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 五、千兆位以太网五、千兆位以太网 l千兆位以太网是IEEE802.3 以太网标准的扩展，编 号为802.3z ，其数据传输率为1000Mbps l千兆位以太网基本保留了原以太网MAC 层CSMA/CD 协议，但它对CSMA/CD协议进行了一些改动，增加了 一些新的特性(载波延伸、分组突发) l为节省标准制定时间，千兆位以太网的物理层没有 重新设计新协议，而是“嫁接”了ANSI X3T11的光 纤通道(Fiber Channel, FC)的物理层协议(FC标准 中关于物理介质和接口的FC

21、-0 和关于编码解码的 FC-1 这两部分) 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 基本思想基本思想 l千兆以太网其功能没有ATM好，但对80的用户来说，已经 足够了。 l千兆以太网发展起来后，ATM就退出了局域网市场。 l与ATM相比，千兆以太网优点： l更大众化、成本更低 l互连性好 l升级容易 l组网简单 l技术支撑厂家多、技术发展快 l千兆网技术处于局域网技术的主导地位，其85的市场份 额已成为局域网的代名词。 l快速以太网将走向万兆(10G)，并将最终延伸到每个用户的 桌面(美国极进网络公司)。 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局

22、域网 与与ATMATM比较比较 l1000Base-CX：150欧姆的STP，传输距离为25m l1000Base-T： 5类UTP，传输距离为100m。 l1000Base-SX：短波长光源，物理层标准支持62.5 m和50m 两种直径的多模光纤，传输距离分别为440m和550m。 l1000Base-LX：长波长光源，物理层标准支持62.5 m和50m 两种直径的多模光纤和直径为5m的单模光纤，传输距离分别 为250m、550m和3km。 250, 550, 300062.5, 50, 5多模，单模1000Base-LX 440, 55062.5, 50多模1000Base-SX 100U

23、TP Cat 51000Base-T 25STP1000Base-CX 传输距离传输距离(m)(m)光纤直径光纤直径(m)(m)介质类型介质类型标标 准准 千兆位以太网物理层接口标准 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 传输介质传输介质 第五章第五章 局域网局域网 5.6 5.6 高速局域网高速局域网 四、其他种类的高速局域网四、其他种类的高速局域网 等时以太网（Isochronous Ethernet） 全双工以太网 全双工令牌环 高性能并行接口HIPPI（High-Performance Parallel Interface） 光纤通道（Fibre Chann

24、el） 第五章第五章 局域网局域网 5.7 IEEE 802.65.7 IEEE 802.6标准标准 5.7 IEEE 802.65.7 IEEE 802.6标准：标准：DQDBDQDB 一、一、DQDBDQDB概述（分布式队列双总线）概述（分布式队列双总线） IEEE 802.6综合了LAN和ATM的优越性，具有下列特点： DQDB与其他LAN标准最大区别是采用两条分离的单向总线两条分离的单向总线， 用于同时传递数据。 高速。IEEE 802.6支持速率1.544155Mb/s，覆盖了LAN和 ATM技术。 共享媒体媒体容量单台设备需求，即支持稳定同步服 务，也支持突发的异步服务。 固定分组

25、53byte信元（48字节数据），称为时隙。 支持LLC支持LLC无确认无连接服务。 寻址识别LAN所用16位/48位地址和ISDN兼容的60位地址 选择项。 第五章第五章 局域网局域网 5.7 IEEE 802.65.7 IEEE 802.6标准标准 基本工作原理基本工作原理 总线的头端负责产生53字节信元流，用于站点间传输数据。 信元（忙位、请求字段） 传信元时，站点应知道目的站方位，即左、右。 MAC DQDB的MAC中，若一站点开始传数，它不会有冲突或其他 故障，所有站点通过排队FIFO传输，维护此分布式队列。 DQDB基本原则要求每站点在下游站点有传输请求时， 延缓自己的传输要求。

26、每站点有两计数器： RC（请求计数器）:跟踪该站点有帧要传前，所有下游站 点的传输请求数。 CD（反计数器）:当站点有帧要传时，CD保存RC值，并使 RC=0，重新计数。 pkt 总线总线A 总线总线B 头端头端 BACDE RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 （a） 头端头端 BACDE RC=1 CD=0 RC=1 CD=0 RC=1 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 （c） REQ pktBACDE RC=2 CD=0 RC=0 CD=1 RC=1 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 REQ （

27、b） DQDB媒体控制协议媒体控制协议 （d） pktBACDE RC=1 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 DATA BACDE RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 RC=0 CD=0 DATA （e） DQDB媒体控制协议媒体控制协议 无线网最小单元：基本服务集BSS 主干分配系统DS（分布式主干网络） 扩展服务集ESS 第五章第五章 局域网局域网 5.8 IEEE 802.115.8 IEEE 802.11标准标准 5.8 IEEE 802.115.8 IEEE 802.11标准：无线局域

28、网标准：无线局域网 一、无线局域网概述一、无线局域网概述 二、二、IEEE 802.11IEEE 802.11参考模型参考模型 站点 扩展服务集服务器 基站 站点 站点 访问点 站点 站点 基本服务集基本服务集 IEEE 802.11体系结构 第五章第五章 局域网局域网 5.8 IEEE 802.115.8 IEEE 802.11标准标准 根据各个站点的移动特性，可以分为三种类型： 按照所使用的传输技术，可以分为以下三种类型： 无转移 BSS转移 ESS转移 红外线局域网 扩展频谱局域网 窄带微波局域网 第五章第五章 局域网局域网 5.8 IEEE 802.115.8 IEEE 802.11标

29、准标准 三、三、IEEE 802.11IEEE 802.11的的MACMAC 无线无线LANLAN中特殊问题中特殊问题 隐蔽站问题 暴露站问题 冲突检测无法实施 CSMA/CA CSMA/CA工作原理工作原理 MAC MAC子层子层 DCF PCF MAC层 物 理 层 分布式协调功能（DCF） 点协调功能 （PCF） 竞争服务 无竞争服务 IEEE 802.11协议结构 第五章第五章 局域网局域网 5.9 5.9 局域网的网络操作系统局域网的网络操作系统 5.9 5.9 局域网的网络操作系统局域网的网络操作系统 一、网络操作系统概述一、网络操作系统概述 局域网的网络操作系统是网络用户和计算机

30、网络 之间的接口。网络用户通过网络操作系统请求网络服 务。网络操作系统具有处理机管理、存储器管理、设 备、文件管理、作业管理以及网络管理等功能。 文件服务器模式 客户/服务器模式 对等模式 中间件结构 文件服务器模式文件服务器模式NetWareNetWare l该结构网络中各工作站不能相互访问，只能通过 服务器间接交换数据，服务器可以作为工作站的 逻辑盘。 l在这种模式下，数据共享多以文件形式通过对文 件的加锁、解锁来实现控制的。 l服务器磁盘采用智能化管理模式，统一对工作站 的文件访问进行最短路径访问。 l用一台容量大，磁盘访问速度快的机器作为文件 服务器，其目的是为工作站保存大量的文件以便

31、 共享。 第五章第五章 局域网局域网 5.9 5.9 局域网的网络操作系统局域网的网络操作系统 客户客户/ /服务器模式服务器模式( (Client/Server)Windows NT l服务器不再是简单的作为大型运行程序或数据库文 件的集中保存设备，而是为客户端完成确切的操作， 且仅将操作结果传送给客户端。 lServer是一个向请求进程提供服务的逻辑进程。它 可以是一个进程，也可以由多个分布进程组成。 l请求响应用户数与响应时间（事务处理能力）是对 服务器性能的衡量 lClient和Server之间的通信可以涉及到许多机制。 lClient和Server可以处在同一台机器。 lClient和Server将处理功能分为两