第4章 局域网组网技术

1、 1. 局域网概述 2. 局域网的组成 3. 局域网拓扑结构 4. 局域网体系结构 7. 无线局域网 5. 局域网介质访问控制方式 6. 以太网技术第第4章章 局域网组网技术局域网组网技术 局域网概述局域网概述局域网的发展和技术局域网的发展和技术局域网的特点局域网的特点4.1 局域网概述局域网概述局域网的发展和技术局域网的发展和技术 局域网（局域网（Local Area Network，LAN）是）是20世纪世纪70年代后迅速发展起来的计算机网络，局域网技术已经涵年代后迅速发展起来的计算机网络，局域网技术已经涵盖共享访问技术、交换技术、高速网络技术等多种技术。盖共享访问技术、交换技术、高速网络

2、技术等多种技术。4.1 局域网概述局域网概述v交换技术交换技术v高速共享网络技术高速共享网络技术局域网的发展和技术局域网的发展和技术4.1 局域网概述局域网概述局域网的特点局域网的特点局域网的特点局域网的特点: :(1)(1)地理范围一般不超过几公里地理范围一般不超过几公里(2)(2)通信速率高通信速率高(3)(3)多采用分布式控制和广播式通信，可靠多采用分布式控制和广播式通信，可靠性高性高(4)(4)可采用多种通信介质可采用多种通信介质(5)(5)易于安装、组建与维护。易于安装、组建与维护。4.1 局域网概述局域网概述局域网的组成局域网的组成网络服务器网络服务器工作站工作站网络设备网络设备通

3、信介质通信介质4.2 局域网的组成局域网的组成网络服务器（一）网络服务器（一）v 网上可以配置不同数量的服务器，有网上可以配置不同数量的服务器，有些服务器提供相同的服务，有些提供不同些服务器提供相同的服务，有些提供不同的服务。对于专用的服务器，其技术性能的服务。对于专用的服务器，其技术性能的优势主要体现在通信处理能力、内存容的优势主要体现在通信处理能力、内存容量、磁盘空间、系统容错能力、并发处理量、磁盘空间、系统容错能力、并发处理能力及高速缓存能力等方面。能力及高速缓存能力等方面。4.2 局域网的组成局域网的组成(1)(1)文件服务器文件服务器(2)(2)应用服务器应用服务器(3)(3)打印服

4、务器打印服务器网络服务器（二）网络服务器（二）4.2 局域网的组成局域网的组成工作站工作站v 网络工作站是指连接到计算机网络上并运行网络工作站是指连接到计算机网络上并运行应用程序来实现网络应用的计算机，它是数据处应用程序来实现网络应用的计算机，它是数据处理的主要场所。用户通过工作站与网络交换信息，理的主要场所。用户通过工作站与网络交换信息，共享网络资源。根据工作站有无外部存储器，可共享网络资源。根据工作站有无外部存储器，可将其分为无盘工作站和有盘工作站；根据应用环将其分为无盘工作站和有盘工作站；根据应用环境的不同，可将其分为事务处理工作站和图形工境的不同，可将其分为事务处理工作站和图形工作站；

5、根据操作系统的不同，又可分为作站；根据操作系统的不同，又可分为DOSDOS工作站、工作站、WindowsWindows工作站、工作站、UNIXUNIX工作站和工作站和LinuxLinux工作站等多工作站等多种工作站。种工作站。 4.2 局域网的组成局域网的组成网络设备网络设备 网络设备是指用于网络通信的设备，网络设备是指用于网络通信的设备，包括网络接口卡、中继器（包括网络接口卡、中继器（RepeaterRepeater）、）、集线器（集线器（HUBHUB）、网桥（）、网桥（BridgeBridge）、交）、交换机（换机（SwitchSwitch）、路由器（）、路由器（RouterRouter）

6、、）、网关（网关（GatewayGateway）等多种设备。）等多种设备。4.2 局域网的组成局域网的组成网络接口卡（网络接口卡（NIC） 网络接口卡，又称网络适配器（网络接口卡，又称网络适配器（AdapterAdapter），），简称网卡。它是组成局域网的主要器件，用于网简称网卡。它是组成局域网的主要器件，用于网络服务器或工作站与通信介质的连接。网卡的种络服务器或工作站与通信介质的连接。网卡的种类很多，根据其支持的网络标准可分为以太网卡、类很多，根据其支持的网络标准可分为以太网卡、ATMATM网卡、网卡、FDDIFDDI网卡、快速以太网卡和千兆位以太网卡、快速以太网卡和千兆位以太网卡；根据网

7、卡适用的主机总线类型可分为网卡；根据网卡适用的主机总线类型可分为ISAISA网网卡、卡、PCIPCI网卡和网卡和PCMCIAPCMCIA网卡；根据网卡提供的电缆网卡；根据网卡提供的电缆接口类型可分为接口类型可分为RJ-45RJ-45接口网卡、接口网卡、BNCBNC接口网卡、接口网卡、AUIAUI接口网卡和光纤接口网卡等。接口网卡和光纤接口网卡等。 4.2 局域网的组成局域网的组成中继器中继器v中继器又叫转发器，是两个网络在物理层上的中继器又叫转发器，是两个网络在物理层上的连接，用于连接具有相同物理层协议的局域网，连接，用于连接具有相同物理层协议的局域网，是局域网互连的最简单的设备。是局域网互连

8、的最简单的设备。v连接局域网的传输介质有双绞线、同轴电缆和连接局域网的传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤。光纤。 变弱的信号中继器 再生的信号4.2 局域网的组成局域网的组成v集线器（集线器（HUBHUB）是一种特殊的中继器，它作为多）是一种特殊的中继器，它作为多个网络电缆段的中间转换设备将各个网段连接个网络电缆段的中间转换设备将各个网段连接起来。起来。v集线器可以分为无源集线器、有源集线器和智集线器可以分为无源集线器、有源集线器和智能集线器三种。能集线器三种。 4.2 局域网的组成局域网的组成网桥是在数据链路层上连接两个网络，即网桥是在数据链路层上连接两个网络，即网络的数据链路层不同而网络层相

9、同时要用网络的数据链路层不同而网络层相同时要用网桥连接。网桥连接。 令牌环网 以太网 网络1 网桥 网桥网桥4.2 局域网的组成局域网的组成路由器路由器v路由器是网络层上的连接，即不同网络与网络之间路由器是网络层上的连接，即不同网络与网络之间的连接。的连接。 v路由器和网桥的区别路由器和网桥的区别 v路由器的主要工作是接收来自一端的报文分组，根路由器的主要工作是接收来自一端的报文分组，根据目的地址和当时的网络情况，找出正确的路径，据目的地址和当时的网络情况，找出正确的路径，发往另一个通信子网。发往另一个通信子网。 4.2 局域网的组成局域网的组成路由器路由器4.2 局域网的组成局域网的组成协议

10、转换器（网关）协议转换器（网关）v若要使两个完全不同的网络连接在一起，一般要使若要使两个完全不同的网络连接在一起，一般要使用网关。用网关。 v电子邮件网关电子邮件网关 vIBM主机网关主机网关 vInternet网关网关 v局域网网关局域网网关 4.2 局域网的组成局域网的组成协议转换器（网关）协议转换器（网关）4.2 局域网的组成局域网的组成通信介质通信介质 在局域网中，常用的通信介质有同轴电缆、双绞电在局域网中，常用的通信介质有同轴电缆、双绞电缆和光缆，有的场合还采用无线介质（缆和光缆，有的场合还采用无线介质（Wireless Wireless MediumMedium）如微波、激光、红外

11、线和无线电等。）如微波、激光、红外线和无线电等。(1) (1) 同轴电缆同轴电缆(2) (2) 双绞电缆双绞电缆(3) (3) 光缆光缆(4) (4) 无线介质无线介质4.2 局域网的组成局域网的组成局域网拓扑结构局域网拓扑结构v构成局域网的拓扑结构有很多，主要有构成局域网的拓扑结构有很多，主要有v总线拓扑总线拓扑v星型拓扑星型拓扑v环型拓扑环型拓扑v树型拓扑等树型拓扑等4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构a）总线型 b）星型 d）树型 c）环型 4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构总线型总线拓扑总线拓扑4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构总线拓扑总线拓扑1.1.总线拓扑的优点总线拓扑的优点

12、a.a.结构简单、易于扩充结构简单、易于扩充 b.b.电缆长度短、布线容易电缆长度短、布线容易2. 2. 总线拓扑的缺点总线拓扑的缺点 故障诊断困难：由于不是集中控制，故障检测需故障诊断困难：由于不是集中控制，故障检测需在网上各个站点上进行。在网上各个站点上进行。4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构星型星型拓扑星型拓扑4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构1. 星型拓扑的优点星型拓扑的优点v方便服务方便服务v集中控制和故障诊断集中控制和故障诊断 v简单的访问协议简单的访问协议 2. 星型拓扑的缺点星型拓扑的缺点v依赖于中央节点依赖于中央节点 v电缆长度长电缆长度长 星型拓扑星型拓扑4.3 局域网

13、拓扑结构局域网拓扑结构环型环型 环型拓扑环型拓扑4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构1.环型拓扑的优点环型拓扑的优点v结构简单、容易实现、无路径选择。结构简单、容易实现、无路径选择。v信息传输的延迟时间相对稳定。信息传输的延迟时间相对稳定。v所需电缆长度和总线拓扑相似，但比星型拓扑要所需电缆长度和总线拓扑相似，但比星型拓扑要短得多。短得多。2. 环型拓扑的缺点环型拓扑的缺点v可靠性较差可靠性较差 v故障诊断困难故障诊断困难 环型拓扑环型拓扑4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构树型拓扑树型拓扑v 树型拓扑可以从星型拓扑或总线拓扑演变而树型拓扑可以从星型拓扑或总线拓扑演变而来，形状像一棵倒置的树，

14、顶端有一个带分支来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。的根，每个分支还可延伸出子分支。4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构树型拓扑树型拓扑1. 树型拓扑的优点树型拓扑的优点a.易于扩展易于扩展 从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子分支，新的节点和新的分支很容易加入网内。分支，新的节点和新的分支很容易加入网内。b.故障容易隔离故障容易隔离 如果某一分支的节点或线路发生故障，很如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将该分支和整个系统隔离开来。容易将该分支和整个系统隔离开来。 2. 树型拓扑的缺点树型拓扑的缺点v树型拓扑

15、的缺点是对根的依赖性大，如果根发生故障，则树型拓扑的缺点是对根的依赖性大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性和星型结构相全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性和星型结构相似。似。4.3 局域网拓扑结构局域网拓扑结构局域网体系结构局域网体系结构v 局域网的参考模型局域网的参考模型 vIEEE 802标准标准4.4 局域网体系结构局域网体系结构局域网的参考模型局域网的参考模型v 电气电子工程师协会（电气电子工程师协会（IEEE）下设的）下设的IEEE 802委委员会在局域网的标准制定方面做了卓有成效的工作，员会在局域网的标准制定方面做了卓有成效的工作，该委员会根据局域网介质访

16、问控制方法适用的传输介该委员会根据局域网介质访问控制方法适用的传输介质、网络拓扑结构、性能及实现难易等考虑因素，为质、网络拓扑结构、性能及实现难易等考虑因素，为局域网制定了一系列的标准，称为局域网制定了一系列的标准，称为IEEE 802标准。标准。它已被它已被ISO采纳作为局域网的国际标准系列，称为采纳作为局域网的国际标准系列，称为ISO8802标准。标准。4.4 局域网体系结构局域网体系结构局域网的参考模型局域网的参考模型在将在将OSI模型应用于局域网时，就将数据链路层划分模型应用于局域网时，就将数据链路层划分为两个子层：为两个子层：v逻辑链路控制（逻辑链路控制（Logical Link C

17、ontrol，LLC）子层）子层v介质访问控制（介质访问控制（Medium Access Control，MAC）子层子层4.4 局域网体系结构局域网体系结构下面简单介绍局域网各层的功能下面简单介绍局域网各层的功能 表示层 应用层 会话层 网络层 传输层 数据链路层 物理层 MAC 子层 LLC 子层 物理层 高层 图4-2 IEEE 802模型与OSI模型的对应关系4.4 局域网体系结构局域网体系结构MAC子层（介质访问控制层子层（介质访问控制层 )vMAC子层是数据链路层的一个功能子层，是数据链子层是数据链路层的一个功能子层，是数据链路层的下半部分，它直接与物理层相邻。路层的下半部分，它直

18、接与物理层相邻。MAC子层子层为不同的物理介质定义了介质访问控制标准。主要为不同的物理介质定义了介质访问控制标准。主要功能如下：功能如下：a.传送数据时，将传送的数据组装成传送数据时，将传送的数据组装成MAC帧，帧，帧中包括地址和差错检测字段。帧中包括地址和差错检测字段。b.接收数据时，将接收的数据分解成接收数据时，将接收的数据分解成MAC帧，帧，并进行地址识别和差错检测字段。并进行地址识别和差错检测字段。c.管理和控制对局域网传输介质的访问。管理和控制对局域网传输介质的访问。4.4 局域网体系结构局域网体系结构LLC子层（逻辑链路控制子层）子层（逻辑链路控制子层）vLLC子层（逻辑链路控制子

19、层）子层（逻辑链路控制子层） v 该层在数据链路层的上半部分，在该层在数据链路层的上半部分，在MAC层的支持层的支持下向网络层提供服务。可运行于所有下向网络层提供服务。可运行于所有802局域网和城局域网和城域网协议之上。域网协议之上。LLC子层与传输介质无关。它独立子层与传输介质无关。它独立于介质访问控制方法。隐蔽了各种于介质访问控制方法。隐蔽了各种802网络之间的差网络之间的差别，并向网络层提供一个统一的格式和接口。别，并向网络层提供一个统一的格式和接口。v LLC子层的功能包括差错控制、流量控制和顺序子层的功能包括差错控制、流量控制和顺序控制，并为网络层提供面向连接和无连接的两类服控制，并

20、为网络层提供面向连接和无连接的两类服务。务。4.4 局域网体系结构局域网体系结构IEEE 802标准标准v IEEE 802委员会认为，由于局域网只是一个计委员会认为，由于局域网只是一个计算机通信网，而且不存在路由选择问题，因此它不算机通信网，而且不存在路由选择问题，因此它不需要网络层，有最低的两个层次就可以；但与此同需要网络层，有最低的两个层次就可以；但与此同时，由于局域网的种类繁多，其介质访问控制方法时，由于局域网的种类繁多，其介质访问控制方法也各不相同，因此有必要将局域网分解为更小而且也各不相同，因此有必要将局域网分解为更小而且更容易管理的子层。同时，因为用户需求各异，不更容易管理的子层

21、。同时，因为用户需求各异，不可能使用一种单一的技术就能满足所有的需求，因可能使用一种单一的技术就能满足所有的需求，因此局域网技术中存在多种传输介质和多种网络拓扑，此局域网技术中存在多种传输介质和多种网络拓扑，相应地介质访问控制方法就有多种，相应地介质访问控制方法就有多种，IEEE 802委员委员会决定把几个建议都制订为标准，而不是仅形成一会决定把几个建议都制订为标准，而不是仅形成一个标准。个标准。4.4 局域网体系结构局域网体系结构v IEEE 802标准系列间的关系如图标准系列间的关系如图4-3所示。根据网所示。根据网络发展的需要，新的协议还在不断补充进络发展的需要，新的协议还在不断补充进I

22、EEE 802标准。标准。IEEE 802局域网标准包括：局域网标准包括：802.7 物 理 802.6 物 理 802.5 物 理 802.4 物 理 802.3 物 理 802.7 MAC 802.3 MAC 802.4 MAC 802.6 MAC 802.5 MAC 802.2 逻 辑 链 路 控 制 802.1 网 际 互 连 802.1 体系结构 802.1 寻址、管理 网 际 互 连 逻 辑 链 路 介 质 访 问 控物 理 图4-3 IEEE 802标准系列4.4 局域网体系结构局域网体系结构IEEE 802标准标准（1）IEEE 802.1 综述和体系结构。综述和体系结构。（2

23、）IEEE 802.2 逻辑链路控制。逻辑链路控制。（3）IEEE 802.3 带冲突检测的载波侦听多路访问（带冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）控制方法和物理层规范。）控制方法和物理层规范。（4）IEEE 802.4 令牌总线（令牌总线（Token Bus）访问控制方法和物）访问控制方法和物理层规范。理层规范。（5）IEEE 802.4 令牌环（令牌环（Token Ring）访问控制方法和物理）访问控制方法和物理层规范。层规范。（6）IEEE 802.6 城市区域网（城市区

24、域网（Metropolitan Area Network，MAN）访问控制方法和物理层规范。）访问控制方法和物理层规范。（7）IEEE 802.7 时隙环（时隙环（Slotted Ring）访问控制方法和物）访问控制方法和物理层规范。理层规范。4.4 局域网体系结构局域网体系结构v 局域网使用的是广播信道，即众多用户共享通信局域网使用的是广播信道，即众多用户共享通信媒体，为了保证每个用户不发生冲突，能正常通信，媒体，为了保证每个用户不发生冲突，能正常通信，关键问题是如何解决对信道争用。解决信道争用的协关键问题是如何解决对信道争用。解决信道争用的协议称为介质访问控制协议（议称为介质访问控制协议（

25、Medium Access Control，MAC），是数据链路层协议的一部分。），是数据链路层协议的一部分。v 局域网常用的介质访问控制协议有载波侦听多路访局域网常用的介质访问控制协议有载波侦听多路访问问/冲突检测（冲突检测（CSMA/CD）、令牌环（）、令牌环（Token Ring）访问控制和令牌总线访问控制。采用访问控制和令牌总线访问控制。采用CSMA/CD的以太的以太网已是局域网的网已是局域网的 主流，本书重点介绍。主流，本书重点介绍。4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式v载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法 v令牌环访问控制方式令牌环访问控制方式 4

26、.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法 v (CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection）是一种适合于总线结）是一种适合于总线结 构的具有信构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法。最初的以太网道检测功能的分布式介质访问控制方法。最初的以太网是基于总线拓扑结构的，是基于总线拓扑结构的， 使用的是粗同轴电缆，所有站使用的是粗同轴电缆，所有站点共享总线，一个站点发送数据帧给某个特定站点时，点共享总线，一个站点发送数据帧给某个特定站点时，总线上的所有

27、站点都会收到此数据帧，每个站点根据数总线上的所有站点都会收到此数据帧，每个站点根据数据帧的目的地址决定是丢弃还是处理该帧。据帧的目的地址决定是丢弃还是处理该帧。4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法v 总线上只能有一台计算机发送数据，否则数据信总线上只能有一台计算机发送数据，否则数据信号在信道中会叠加，相互干扰，产生数据冲突，使发号在信道中会叠加，相互干扰，产生数据冲突，使发出数据无效。由于站点都是随机发送数据的，如果没出数据无效。由于站点都是随机发送数据的，如果没有一个协议来规范，所有站点都来争用同一个站点，有一个协议来规范

28、，所有站点都来争用同一个站点，必然会发生冲突。必然会发生冲突。v 载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测（冲突检测（CSMA/CD）正是解）正是解决这种冲突的协议。该协议实际上可分为决这种冲突的协议。该协议实际上可分为“载波侦听载波侦听”和和“冲突检测冲突检测”。4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法1. 工作过程工作过程v CSMA/CD又被称之为又被称之为“先听后讲，边听边讲先听后讲，边听边讲”，其具，其具体工作过程概括如下：体工作过程概括如下：（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。）先侦听信道，如果信道空闲则发送

29、信息。（2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。（3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线发出一串阻塞信号（连续几个字节全并向总线发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。（4）已发出信息的站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，）已发出信息的站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。重新进入侦听发送阶段。4.5 局域网介质访问控制方

30、式局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法 站点要求发送有载波？发送一帧信息有冲突？发出阻塞信号冲突 16？延时处理放弃发送另作处理一次发送结束图4.3 CSMA/CD发送过程流程图YNYNNYCSMA/CD流程图4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式二进制指数后退算法二进制指数后退算法v实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与距离该送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与距离该站点最远站点信息传输时延的站点最远站点信息传输时延的2倍。假设倍。假设A站点与距站点

31、与距离离A站最远站最远B站点的传输时延为站点的传输时延为T（图（图4-5所示），所示），那么那么2T就作为一个时间单位。若该站点在信息发送就作为一个时间单位。若该站点在信息发送后后2T时间内无冲突，则该站点取得使用信道的权利。时间内无冲突，则该站点取得使用信道的权利。可见，要检测是否冲突，每个站点发送的最小信息可见，要检测是否冲突，每个站点发送的最小信息长度必须大于长度必须大于2T。图4-5 传输延时示意图4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法v 在标准以太网中，在标准以太网中，2T取取51.2s。在。在51.2s的时间的时间

32、内，对内，对10Mbps的传输速率，可以发送的传输速率，可以发送512bit，即，即64字节数据。因此以太网发送数据，如果发送字节数据。因此以太网发送数据，如果发送64字节还字节还没发生冲突，那么后续的数据将不会发生冲突。为了没发生冲突，那么后续的数据将不会发生冲突。为了保证每一个站点都能检测到冲突，以太网规定最短的保证每一个站点都能检测到冲突，以太网规定最短的数据帧为数据帧为64字节。在接收到的小于字节。在接收到的小于64字节的帧都是由字节的帧都是由于发生冲突后站点停止发送的数据片，是无效的，应于发生冲突后站点停止发送的数据片，是无效的，应该丢弃。反过来说，如果以太网的帧小于该丢弃。反过来说

33、，如果以太网的帧小于64字节，那字节，那么有可能某个站点数据发送完毕后，没有检测到冲突，么有可能某个站点数据发送完毕后，没有检测到冲突，但冲突实际已经发生。但冲突实际已经发生。4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法v为了检测冲突，在每个站点的网络接口单元（为了检测冲突，在每个站点的网络接口单元（NIU）中设置有相应电路，当有冲突发生时，该站点延迟中设置有相应电路，当有冲突发生时，该站点延迟一个随机时间（一个随机时间（2T*随机数），再重新侦听。与延迟随机数），再重新侦听。与延迟相应的随机数一般取（相应的随机数一般取（0,M）之

34、间，）之间，M=2min(10,N)。其。其中中N为已检测到的冲突次数：冲突大于为已检测到的冲突次数：冲突大于16，则放弃发，则放弃发送，另作处理。这种延迟算法称为二进制指数后退送，另作处理。这种延迟算法称为二进制指数后退算法。算法。4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法v该算法有下面三种不同的存在方式：该算法有下面三种不同的存在方式：（1）非）非-坚持坚持CSMA（2）1-坚持坚持CSMA（3）P-坚持坚持CSMA 4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式令牌环访问控制方式令牌环访问控制方式v令牌环访问控制方式令

35、牌环是一种适用于环形令牌环访问控制方式令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE 802委员会建议成为局域网控制协议标准之一，委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即即IEEE 802.5标准。标准。 4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式BACD（a）BACD（b）BACD（c）FreeToken站点BusyTokenFreeToken 令牌环网实时性较强，适合负载较重的网络；而以太网令牌环网实时性较强，适合负载较重的网络；而以太网实时性差，适合负载较轻的网络。实时性差，适合负载较轻的网络。图4-6 令牌环控制方式工作原理

36、4.5 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式v局域网发展到现在，已占据绝对地位，特别万兆以局域网发展到现在，已占据绝对地位，特别万兆以太网（太网（10Gbit/s）的出现，使以太网的工作范围扩）的出现，使以太网的工作范围扩展到城域网，甚至广域网，实现了端到端的以太网展到城域网，甚至广域网，实现了端到端的以太网的连接。的连接。v 以太网的以太网的MAC帧格式帧格式 v 以太网的组网技术以太网的组网技术 v 快速以太网快速以太网 v 千兆位以太网千兆位以太网 v 10Gbps以太网以太网4.6 以太网技术以太网技术以太网的以太网的MAC帧格式帧格式 总线局域网MAC了层的帧结构4.6 以太

37、网技术以太网技术以太网的以太网的MAC帧格式帧格式v数据：数据：47-1500字节，上层传下来的数据。字节，上层传下来的数据。46字字节是以太网帧的最小字节节是以太网帧的最小字节64字节减去前后的固定字节减去前后的固定字段字节和字段字节和18字节而得到的。字节而得到的。v填充字段：保证帧长不少于填充字段：保证帧长不少于64字节。当上层数据字节。当上层数据小于小于46字，会自动添加字节。字，会自动添加字节。v FCS：帧校验序列，这是一个：帧校验序列，这是一个32位的循环冗余码位的循环冗余码（CRC-32）。）。4.6 以太网技术以太网技术以太网的组网技术以太网的组网技术Ethernet的主要技

38、术规范：的主要技术规范：v拓扑结构：总线型。拓扑结构：总线型。v 介质访问控制方式：介质访问控制方式：CSMA/CD。 v传输速率：传输速率：10Mbps。v传输介质：同轴电缆（传输介质：同轴电缆（50）或双绞线。）或双绞线。v最大工作站数：最大工作站数：1024个。个。v 最大传输距离：最大传输距离：2.5km（采用中继器）。（采用中继器）。 v 报文长度：报文长度：64-1518 Byte（不计报文前的同步序（不计报文前的同步序序序)。4.6 以太网技术以太网技术细缆以太网（细缆以太网（10BASE-2）10BASE-2以太网连接4.6 以太网技术以太网技术2. 双绞线以太网（双绞线以太网

39、（10BASE-T）v 10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为输速率为10mbps的以太网。的以太网。10BASE-T以太网连接4.6 以太网技术以太网技术快速以太网快速以太网1快速以太网（快速以太网（100BASE-T）简介）简介 快速以太网具有以下特点：快速以太网具有以下特点：v协议采用与协议采用与10BASE-T相似的层次结构，其中相似的层次结构，其中LLC子层子层完全相同，但在完全相同，但在MAC子层与物理层之间采用了介质无子层与物理层之间采用了介质无关接口。关接口。v数据帧格式与数据帧格式与10BASE-T相同，包括最小帧

40、长为相同，包括最小帧长为64字字节，最大帧长节，最大帧长1518字节。字节。v介质访问控制方式仍然是介质访问控制方式仍然是CSMA/CD。v传输介质采用传输介质采用UTP和光纤，传输速率为和光纤，传输速率为100Mbit/s。v拓扑结构为星型结构，网络节点间最大距离为拓扑结构为星型结构，网络节点间最大距离为205米。米。4.6 以太网技术以太网技术2. 快速以太网分类快速以太网分类v 快速以太网标准分为：快速以太网标准分为：100BASE-TX、100BASE-FX和和100BASE-T4三个子类。三个子类。名称名称线缆线缆最大距离最大距离优点优点100BASE-T4双绞线双绞线100m可以使

41、用可以使用3类双绞线类双绞线100BASE-TX双绞线双绞线100m全双工、全双工、5类双绞线类双绞线100BASE-FX光纤光纤200m全双工、长距离全双工、长距离表表5-1 快速以太网标准快速以太网标准4.6 以太网技术以太网技术3. 快速以太网接线规则快速以太网接线规则v 快速以太网对快速以太网对MAC层的接口有所拓展，它的接线规则有相层的接口有所拓展，它的接线规则有相应变化，如图所示。应变化，如图所示。快速以太网接线规则快速以太网接线规则站点距离中心节点的站点距离中心节点的UTP最大长度依然是最大长度依然是100m。增加了增加了I级和级和II级中继器规范。级中继器规范。4.6 以太网技

42、术以太网技术快速以太网快速以太网v在在10Mbit/s标准以太网中对所有介质采用同一中继器标准以太网中对所有介质采用同一中继器定义。定义。100Mbit/s以太网定义了以太网定义了I级和级和II级两类中继器，级两类中继器，两类中继器靠传输延时来划分，延时两类中继器靠传输延时来划分，延时0.7s的为的为I级中级中继器，在继器，在0.46s以下的为以下的为II级中继器。级中继器。v在一条链路上只能使用一个在一条链路上只能使用一个I级中继器，两端的链路为级中继器，两端的链路为100m。最多可以使用。最多可以使用2个个II级中继器，可以用两段级中继器，可以用两段100m的链路和的链路和5m的中继器间的

43、链路。两个站点间或的中继器间的链路。两个站点间或站点与交换机间的最大距离为站点与交换机间的最大距离为205m。4.6 以太网技术以太网技术快速以太网快速以太网v当采用光纤布线时，交换机与中继器（集线器）连当采用光纤布线时，交换机与中继器（集线器）连接，如果采用半双工通信，两者之间的光纤最大距接，如果采用半双工通信，两者之间的光纤最大距离为离为225m。如果采用全双工通信，站点到交换机间。如果采用全双工通信，站点到交换机间的距离可以达到的距离可以达到2000m或更长。或更长。v快速以太网仍然是基于载波侦听多路访问快速以太网仍然是基于载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测（CSMA/CD）技术，当网络

44、负载较重时，会造成效）技术，当网络负载较重时，会造成效率低下。率低下。4.6 以太网技术以太网技术千兆位以太网千兆位以太网v千兆位以太网技术有两个标准：千兆位以太网技术有两个标准：IEEE 802.3z和和IEEE 802.3ab。IEEE 802.3z制定了光纤和短程铜线连接方制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。案的标准。IEEE 802.3ab制定了五类双绞线上较长距制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。离连接方案的标准。1. IEEE 802.3z（1）1000Base-SXv 1000Base-SX只支持多模光纤，可以采用直径只支持多模光纤，可以采用直径62.5m和和50m 的多模

45、光纤，工作波长为的多模光纤，工作波长为770nm-860nm，传输距离为，传输距离为550m左右。左右。4.6 以太网技术以太网技术千兆位以太网千兆位以太网（2）1000Base-LXv 1000Base-LX既可以使用多模光纤，也可以使用单既可以使用多模光纤，也可以使用单模光纤。模光纤。v 多模光纤采用直径多模光纤采用直径62.5m和和50m，工作波长为，工作波长为1270nm- 1355nm，传输距离为，传输距离为550m左右。左右。v 单模光纤采用直径单模光纤采用直径9m和和10m，工作波长为，工作波长为1270nm-860nm，传输距离为，传输距离为5km左右左右（3）1000Base

46、-CXv 1000Base-CX采用采用150屏蔽双绞线（屏蔽双绞线（STP），传），传输距离为输距离为25m。4.6 以太网技术以太网技术千兆位以太网千兆位以太网2. IEEE 802.3abv IEEE 802.3ab工作组负责制定基于工作组负责制定基于UTP的半双工链的半双工链路的千兆以太网标准。路的千兆以太网标准。IEEE 802.3ab定义了基于定义了基于5类类UTP的的1000Base-T标准，是标准，是100Base-T的自然扩的自然扩展，与展，与10Base-T、100Base-T完全兼容，其目的是完全兼容，其目的是在在5类类UTP上以上以1000Mbit/s速率传输速率传输1

47、00m，保护用，保护用户在户在5类类UTP布线上的投资。布线上的投资。v 1000Base-T的其他一些重要规范使成为一种价格的其他一些重要规范使成为一种价格低低 廉、不易被破坏并具有良好性能的技术。廉、不易被破坏并具有良好性能的技术。 4.6 以太网技术以太网技术千兆位以太网千兆位以太网2. IEEE 802.3ab有如下优点：有如下优点：（1）它支持以太网）它支持以太网MAC，而且可以后向兼容，而且可以后向兼容10/100Mbit/s以太网技术。以太网技术。（2）很多的）很多的1000Base-T产品都支持产品都支持100/1000Mbit/s自动自动协商功能，协商功能，1000Base-

48、T因此可以直接在快速以太网中通因此可以直接在快速以太网中通过升级实现。过升级实现。 （3）1000Base-T是一种高性能技术，它每传送是一种高性能技术，它每传送100亿比亿比 特，其中错误位不会超过特，其中错误位不会超过1个（误码率低于个（误码率低于11-10，这与，这与 100Base-T的误率相当）。的误率相当）。4.6 以太网技术以太网技术10Gbps以太网以太网v2002年年6月正式发布了月正式发布了IEEE 802.3ae 10Gbps标准，标准，将将802.3协议扩展到协议扩展到10Gbps的工作速度，并扩展以的工作速度，并扩展以太网的应用空间，使之能够包括太网的应用空间，使之能

49、够包括WAN链接。链接。4.6 以太网技术以太网技术万兆位以太网标准的目标万兆位以太网标准的目标v保留保留IEEE 802.3帧格式不变帧格式不变v保留保留IEEE 802.3最小最小/最大帧长不变最大帧长不变v 只支持全双工运行模式只支持全双工运行模式v 不需要进行冲突检测，不再使用不需要进行冲突检测，不再使用CSMA/CD协议。协议。v 仅使用光缆作为传输介质仅使用光缆作为传输介质v 可提供可提供10Gb/s的城域网或局域网数据传输速率，的城域网或局域网数据传输速率，也可也可 以支持以支持10.59 Gb/s的广域网数据传输速率（支的广域网数据传输速率（支持持SONET/SDH）4.6 以

50、太网技术以太网技术IEEE 802.3ae标准的分类标准的分类（1）10GBase-SR Serial：850nm短距离模块（现短距离模块（现有 多 模 光 纤 上 最 长 传 输 距 离有 多 模 光 纤 上 最 长 传 输 距 离 8 5 米 ， 新 型米 ， 新 型2000MHz/km多模光纤上最长传输距离多模光纤上最长传输距离300 米）。米）。（2）10GBase-LR Serial：1310nm长距离模块（单长距离模块（单模光纤上最长传输距离模光纤上最长传输距离10公里）。公里）。（3）10GBase-ER Serial：1550nm超长距离模块超长距离模块（单模光纤上最长传输距离

51、（单模光纤上最长传输距离40公里）公里）4.6 以太网技术以太网技术v有线网络所存在的使用限制：有线网络所存在的使用限制： 具有空旷场地的建筑物内；具有空旷场地的建筑物内； 具有复杂周围环境的制造业工厂、货物仓库内；具有复杂周围环境的制造业工厂、货物仓库内； 机场、车站、码头、股票交易场所等一些用户频繁移机场、车站、码头、股票交易场所等一些用户频繁移动的公共场所内；动的公共场所内； 缺少网络电缆而又不能打洞布线的历史建筑物内；缺少网络电缆而又不能打洞布线的历史建筑物内；4.7 无线局域网无线局域网v有线网络所存在的使用限制：有线网络所存在的使用限制： 受自然条件影响而无法实施布线的环境，如存在

52、河道；受自然条件影响而无法实施布线的环境，如存在河道； 在一些需要临时增设网络节点的场合，如体育比赛场在一些需要临时增设网络节点的场合，如体育比赛场地、展示会等。地、展示会等。v无线局域网的应用走上前台。无线局域网的应用走上前台。v无线局域网无线局域网(Wireless Local Area Network，)就是就是指采用无线传输介质的局域网，简称指采用无线传输介质的局域网，简称WLAN。4.7 无线局域网无线局域网无线局域网标准无线局域网标准v支持无线局域网的技术标准主要有：支持无线局域网的技术标准主要有： 蓝牙技术：手机或蓝牙技术：手机或PDA为主要设计对象为主要设计对象 HomeRF技

53、术：主要服务为家庭无线网络技术：主要服务为家庭无线网络 IEEE 802.11系列：无线局域网标准系列：无线局域网标准v以以 IEEE 802.11为例介绍为例介绍4.7 无线局域网无线局域网IEEE 802.11标准的组成标准的组成v覆盖无线局域网的物理层和覆盖无线局域网的物理层和MAC子层：子层：v物理层标准规定了无线传输信号等基础规范，如物理层标准规定了无线传输信号等基础规范，如802.11a、802.11b、802.11d、802.11g、802.11h 。 MAC子层标准包括子层标准包括802.11e、802.11f、802.11i。 IEEE 802.11系列：无线局域网标准系列：

54、无线局域网标准4.7 无线局域网无线局域网无线局域网物理实现无线局域网物理实现v红外线红外线(IR)v采用波长小于采用波长小于1的红外线作为传输媒体，有较的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，受阳光干扰大。它支持强的方向性，受阳光干扰大。它支持12Mbit/s数据速率，适于近距离通信。数据速率，适于近距离通信。v无线电波方式无线电波方式(具有覆盖范围大，抗干扰、抗噪声、具有覆盖范围大，抗干扰、抗噪声、抗衰减和保密性好的优点抗衰减和保密性好的优点) 直接序列式扩频（直接序列式扩频（DSSS）：）：支持支持12Mbit/s数数据速率据速率 跳频扩展频谱（跳频扩展频谱（FHSS） ：支持支持1Mbit/s数据速率数据速率 4.7 无线局域网无线局域网无线局域网的无线局域网的MAC子层子层v采 用 带 冲 突 避 免 的 载 波 侦 听 多 路 访 问 ：采 用 带 冲 突 避 免 的 载 波 侦 听 多 路 访 问 ：（Carrier SenseMultiple Access/Co