第8讲局域网ppt课件

1、第 8讲 局域网2知识回想l 局域网拓扑构造局域网拓扑构造l CSMA/CD协议协议l 二进制退避算法二进制退避算法本讲内容l 了解局域网体系构造了解局域网体系构造l 了解以太网的信道利用率了解以太网的信道利用率l 了解了解MAC地址地址l 掌握以太网的帧格式掌握以太网的帧格式l 了解在物理层运用集线器扩展以太网的原理了解在物理层运用集线器扩展以太网的原理传统以太网的衔接方法 l 传统以太网可运用的传输媒体有四种：传统以太网可运用的传输媒体有四种：l 铜缆粗缆或细缆铜缆粗缆或细缆l 铜线双绞线铜线双绞线l 光缆光缆l 这样，以太网就有四种不同的物理层。这样，以太网就有四种不同的物理层。 10B

2、ASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制 MAC传统以太网的衔接方法-cont.l 铜缆或铜线衔接到以太网的表示图铜缆或铜线衔接到以太网的表示图主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNC T 型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI维护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15衔接器BNC 衔接器插口RJ-45插头以太网的最大作用间隔 250 m750 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m网段 1转发器网段 2网段 3转发器转发器转发器细缆以太网 10BASE2 l 用更廉价的直径为用更廉价的直径为 5 mm 的细同轴电缆的细同轴

3、电缆(特性阻抗特性阻抗仍为仍为 50 W)，可替代粗同轴电缆。，可替代粗同轴电缆。 l 将媒体衔接单元将媒体衔接单元 MAU 和媒体相关接口和媒体相关接口 MDI都安都安装在网卡上，取消了外部的装在网卡上，取消了外部的 AUI电缆。电缆。 l 细缆直接用规范细缆直接用规范 BNC T 型接头衔接到网卡上的型接头衔接到网卡上的 BNC 衔接器的插口。衔接器的插口。 运用广播信道的以太网l 运用集线器的星形拓扑运用集线器的星形拓扑l 传统以太网最初是运用粗同轴电缆，后来演进到传统以太网最初是运用粗同轴电缆，后来演进到运用比较廉价的细同轴电缆，最后开展为运用更运用比较廉价的细同轴电缆，最后开展为运用

4、更廉价和更灵敏的双绞线。廉价和更灵敏的双绞线。l 这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心那么添这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心那么添加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub) 运用集线器的双绞线以太网 集线器集线器两对双绞线两对双绞线站点站点RJ-45 插头插头星形网 10BASE-T l 不用电缆而运用无屏蔽双绞线。每个站需求用两对不用电缆而运用无屏蔽双绞线。每个站需求用两对双绞线，分别用于发送和接纳。双绞线，分别用于发送和接纳。l 集线器运用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬集线器运用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了

5、。件设备的可靠性已大大提高了。 以太网在局域网中的统治位置l 10BASE-T 的通讯间隔稍短，每个站到集线器的间的通讯间隔稍短，每个站到集线器的间隔不超越隔不超越 100 m。l 这种这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了本钱，又提高了可靠性。既降低了本钱，又提高了可靠性。 l 10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网开展史双绞线以太网的出现，是局域网开展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治位置奠定了结实的根底。中的统治位置奠定了结实的根底。 集线器的一些特点 l 集线

6、器是运用电子器件来模拟实践电缆线的任务，集线器是运用电子器件来模拟实践电缆线的任务，因此整个系统依然像一个传统的以太网那样运转。因此整个系统依然像一个传统的以太网那样运转。 l 运用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，运用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各任务站运用的还是各任务站运用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻协议，并共享逻辑上的总线。辑上的总线。 l 集线器很像一个多接口的转发器，任务在物理层。集线器很像一个多接口的转发器，任务在物理层。 具有三个接口的集线器 集线器网卡任务站网卡任务站网卡任务站双绞线局域网体系构造l 局域网参考模型局域网参考模型以太网.l 1990年推出

7、了以双绞线作为传输介质的物理层规范年推出了以双绞线作为传输介质的物理层规范10Base-T。l 1993年推出了以光纤作为传输介质的物理层规范年推出了以光纤作为传输介质的物理层规范10Base-F。l 2019年推出了以双绞线和光纤作为传输介质的年推出了以双绞线和光纤作为传输介质的Fast Ethernet规范，数据速率到达了规范，数据速率到达了100Mbps。l 2019年推出了以屏蔽双绞线和光纤作为传输介质的年推出了以屏蔽双绞线和光纤作为传输介质的Gigabit Ethernet规范，数据速率到达了规范，数据速率到达了1000Mbps。以太网的物理层l 以太网的物理层主要是对传输介质进展规

8、范。以太网的物理层主要是对传输介质进展规范。l IEEE为同轴电缆、屏蔽双绞线为同轴电缆、屏蔽双绞线STP、非屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线UTP和光纤定义了一套规范。和光纤定义了一套规范。IEEE运用了以下命名规运用了以下命名规范，它有三个部分：范，它有三个部分：l 速率：表示每秒兆位的数据速率。速率：表示每秒兆位的数据速率。l 信号：表示信道上传输的是基带信号或宽带信号。信号：表示信道上传输的是基带信号或宽带信号。l PHY：表示物理介质的质地，以及早期版本中电缆段的最：表示物理介质的质地，以及早期版本中电缆段的最大长度，四舍五入到最近的大长度，四舍五入到最近的100米的倍数。米的倍数。l 如，

9、如，10BASE2表示任务在表示任务在10Mbps，BASE代表采用基带信代表采用基带信号，号，2表示每个网段最长为表示每个网段最长为185米四舍五入到米四舍五入到200米。米。Ethernet CablingThe most common kinds of Ethernet cabling. Ethernet Cabling (2)Three kinds of Ethernet cabling. (a) 10Base5, (b) 10Base2, (c) 10Base-T.Ethernet Cabling (3)Cable topologies. (a) Linear, (b) Spine,

10、 (c) Tree, (d) Segmented.Ethernet Cabling (4)(a) Binary encoding, (b) Manchester encoding, (c) Differential Manchester encoding.以太网的信道利用率 l 以太网的信道被占用的情况以太网的信道被占用的情况l 争用期长度为争用期长度为 2，即端到端传播时延的两倍。检，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。测到碰撞后不发送干扰信号。l 帧长为帧长为 L (bit)，数据发送速率为，数据发送速率为 C (b/s)，因此帧的，因此帧的发送时间为发送时间为 L/C =

11、 T0 (s)。 以太网的信道利用率 l 一个帧从开场发送，经能够发生的碰撞后，将再重传数次，一个帧从开场发送，经能够发生的碰撞后，将再重传数次，到发送胜利且信道转为空闲到发送胜利且信道转为空闲(即再经过时间即再经过时间 使得信道上使得信道上无信号在传播无信号在传播)时为止，是发送一帧所需的平均时间。时为止，是发送一帧所需的平均时间。 发 送 成 功 争用期 争用期 争用期 2 2 2T0t占用期 发生碰撞 发送一帧所需的平均时间参数 a l 要提高以太网的信道利用率，就必需减小要提高以太网的信道利用率，就必需减小 与与 T0 之比。之比。在以太网中定义了参数在以太网中定义了参数 a，它是以太

12、网单程端到端时延，它是以太网单程端到端时延 与帧的发送时间与帧的发送时间 T0 之比：之比： 0Ta0Ta(3-2) a0 表示一发生碰撞就立刻可以检测出来， 并立刻停顿发送，因此信道利用率很高。 a 越大，阐明争用期所占的比例增大，每发 生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道 利用率明显降低。 对以太网参数的要求l 当数据率一定时，以太网的连线的长度遭到限制，当数据率一定时，以太网的连线的长度遭到限制，否那么否那么 的数值会太大。的数值会太大。l 以太网的帧长不能太短，否那么以太网的帧长不能太短，否那么 T0 的值会太小，的值会太小，使使 a 值太大。值太大。 l 在理想化的情况下，以太网上

13、的各站发送数据都不会产在理想化的情况下，以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞这显然曾经不是生碰撞这显然曾经不是 CSMA/CD，而是需求运用一，而是需求运用一种特殊的调度方法，即总线一旦空闲就有某一个站立种特殊的调度方法，即总线一旦空闲就有某一个站立刻发送数据。刻发送数据。l 发送一帧占用线路的时间是发送一帧占用线路的时间是 T0 + ，而帧本身的发送时，而帧本身的发送时间是间是 T0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率率 Smax为：为： 信道利用率的最大值 Smax aTTS1100max(3-3)MAC层的硬件地址 l 在局域网中，硬件地

14、址又称为物理地址，或在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。地址。 l 802 规范所说的规范所说的“地址严厉地讲该当是每一个站地址严厉地讲该当是每一个站的的“名字或标识符。名字或标识符。 l 但鉴于大家都早已习惯了将这种但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 bit 的的“名字名字称为称为“地址，所以本书也采用这种习惯用法，虽地址，所以本书也采用这种习惯用法，虽然这种说法并不太严厉。然这种说法并不太严厉。48 位的 MAC 地址l IEEE 的注册管理机构的注册管理机构 RA 担任向厂家分配地址担任向厂家分配地址字段的前三个字节字段的前三个字节(即高位即高位 24 位位)。l 地址

15、字段中的后三个字节地址字段中的后三个字节(即低位即低位 24 位位)由厂家自由厂家自行指派，称为扩展标识符，必需保证消费出的适行指派，称为扩展标识符，必需保证消费出的适配器没有反复地址。配器没有反复地址。l 一个地址块可以生成一个地址块可以生成224个不同的地址。这种个不同的地址。这种 48 位地址称为位地址称为 MAC-48，它的通用称号是，它的通用称号是EUI-48。l “MAC地址实践上就是适配器地址或适配器地址实践上就是适配器地址或适配器标识符标识符EUI-48。适配器检查 MAC 地址 l 适配器从网络上每收到一个适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬帧就首先用硬件检查件检查

16、 MAC 帧中的帧中的 MAC 地址地址.l 假设是发往本站的帧那么收下，然后再进展其他假设是发往本站的帧那么收下，然后再进展其他的处置。的处置。l 否那么就将此帧丢弃，不再进展其他的处置。否那么就将此帧丢弃，不再进展其他的处置。l “发往本站的帧包括以下三种帧：发往本站的帧包括以下三种帧： l 单播单播(unicast)帧一对一帧一对一l 广播广播(broadcast)帧一对全体帧一对全体l 多播多播(multicast)帧一对多帧一对多第 1最高位最先发送最低位最高位最低位最后发送00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001最低

17、位最先发送最高位最低位最高位最后发送机构独一标志符 OUI扩展标志符高位在前低位在前十六进制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80二进制表示的 EUI-48 地址：第 1 字节第 6 字节I/G 比特I/G 比特字节顺序第 2第 3第 4第 5第 6第 1字节顺序第 2第 3第 4第 5第 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4网卡上的硬件地址 路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-0

18、0-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同时衔接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。 两种不同的 MAC 帧格式 l 常用的以太网常用的以太网MAC帧格式有两种规范帧格式有两种规范 ：l DIX Ethernet V2 规范规范l IEEE 的的 802.3 规范规范l 最常用的最常用的 MAC 帧是以太网帧是以太网 V2 的格式。的格式。以太网 MAC 帧物理层MAC层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开场定界符7 字节1 字节8 字节插入IP层目的地址 源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP

19、 数据报以太网的 MAC 帧格式 MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式目的地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式源地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式类型字段 2 字节类型字段用来标志上一层运用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。在以太网中

20、，多种协议可以在局域网中同时共存，例如：类型字段取值为十六进制0800的帧将被辨以为IP协议帧，而类型字段取值为十六进制8的帧将被辨以为IPX和SPX传输协议帧。 MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式数据字段 46 1500 字节数据字段的正式称号是 MAC 客户数据字段最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度 MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式FCS 字段 4 字节当传

21、输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测到的过失小于 11014。 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面参与整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。 MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开场定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段是帧开场定界符，表示后面

22、的信息就是MAC 帧。 为了到达比特同步，在传输媒体上实践传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节MAC 帧字节6624IP 层物理层目的地址源地址长度/类型FCSMAC 层10101010101010 10101010101010101011前同步码前同步码帧开场定界符帧开场定界符7 字节1 字节8 字节插入数 据MAC 子层IP 层LLC 子层802.2LLC 帧当长度/类型字段表示长度时 802.3MAC 帧以太网 V2 MAC 帧这种 802.3 + 802.2 帧曾经较少运用目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 150043 1497111DSAP SSAP111 控制 数 据字节DSAPSSAP控制IP 数据报IP 数据报l 数据字段的长度与长度字段的值不一致；数据字段的长度与长度字段的值不一致；l 帧的长度不是整数个字节；帧的长度不是整数个字节；l 用收到的帧检验序列用收到的帧检验序列 FCS 查出有过失；查出有过失；l 数据字段的长度不在数据字段的长度不在 46 1500 字节之间。字节之间。l 有效的有效的 MAC 帧长度为帧长度为 64