第4章局域网[

1、第四章 局域网2022年年4月月8日日第四章局域网2022-4-82本章主要内容本章主要内容4.1 局域网概述局域网概述4.2 传统以太网传统以太网4.3 以太网的以太网的MAC层层4.4 扩展的局域网扩展的局域网4.5 虚拟局域网虚拟局域网4.6 高速局域网高速局域网4.7 其他种类的高速局域网其他种类的高速局域网4.8 无线局域网无线局域网重点：重点：4.14.4 4.6难点：以太网的工作原理和无线局域网难点：以太网的工作原理和无线局域网第四章局域网2022-4-834.1 局域网概述局域网概述一、局域网的特点一、局域网的特点地理范围小地理范围小属于某个单位或部门属于某个单位或部门数据传输

2、率高数据传输率高差错率较低差错率较低不用穿越公共设施不用穿越公共设施能进行广播或多播能进行广播或多播第四章局域网2022-4-844.1 局域网概述局域网概述一、局域网的优点一、局域网的优点 - 能方便地共享昂贵的外部设备、主能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。访问全网。 - 便于系统的扩展和逐渐地演变，各便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。设备的位置可灵活调整和改变。 提高了系统的可靠性、可用性和生存提高了系统的可靠性、可用性和生存性。性。第四章局域网2022-4-85决定局域网特性的主要技术因素决定局域网

3、特性的主要技术因素网络拓扑结构网络拓扑结构传输介质传输介质介质访问控制协议介质访问控制协议第四章局域网2022-4-864.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构总线型总线型环型环型 星型星型混合型混合型树型树型第四章局域网2022-4-874.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构总线型：总线型：一条电缆（总线）连接所有的机器一条电缆（总线）连接所有的机器。第四章局域网2022-4-88总线型数据的发送总线型数据的发送 每次只有一台机器可以发送数据。每次只有一台机器可以发送数据。 数据以电信号的方式发送到网络中的数据以电信号的方式发送到网络中的所有站点，但仅有与数据中目标地址匹所有站点，但仅有与

4、数据中目标地址匹配的机器接收该信息。配的机器接收该信息。总总线线型型第四章局域网2022-4-89信号的反射信号的反射信号在电缆的末端会反弹回来，信号在电缆的末端会反弹回来，将会阻止其他计算机发送数据。将会阻止其他计算机发送数据。总总线线型型第四章局域网2022-4-810信号的反射的解决方法信号的反射的解决方法 解决方法解决方法 电缆的两端安装端结头，以吸收多电缆的两端安装端结头，以吸收多余的信号。余的信号。总总线线型型第四章局域网2022-4-811出错的影响出错的影响 总线是一种被动的拓扑结构，总线上的总线是一种被动的拓扑结构，总线上的计算机仅仅是计算机仅仅是“听听”网络上的数据，并网络

5、上的数据，并不负责将数据不负责将数据“移交移交”给下一台机器，给下一台机器，一台机器出了故障，并不影响局域网的一台机器出了故障，并不影响局域网的其他部分。其他部分。总总线线型型第四章局域网2022-4-812出错的影响出错的影响电缆的故障将会影响信号传播的路径，电缆的故障将会影响信号传播的路径，一旦电缆出了故障将会影响信号传播的一旦电缆出了故障将会影响信号传播的路径路径总总线线型型第四章局域网2022-4-8134.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构星型：星型：所有的机器通过电缆连接到一个中心所有的机器通过电缆连接到一个中心部件（通常是集线器部件（通常是集线器hub），一台计算机发送），一台

6、计算机发送的信号要通过该部件送往目标计算机。的信号要通过该部件送往目标计算机。第四章局域网2022-4-814星型数据发送星型数据发送 计算机发送的信号都要经过计算机发送的信号都要经过hub。hub负责广播该信号负责广播该信号星星型型第四章局域网2022-4-815出错的影响出错的影响如果星型网络中一台计算机出了故障，如果星型网络中一台计算机出了故障，该计算机无法发送和接收信息，但其他该计算机无法发送和接收信息，但其他计算机不受影响。计算机不受影响。星星型型第四章局域网2022-4-816出错的影响出错的影响 如果如果hub出了问题，所有的计算机将是出了问题，所有的计算机将是孤立的，相互之间无

7、法传递信号。孤立的，相互之间无法传递信号。星星型型第四章局域网2022-4-8174.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构环型环型：所有的计算机连接到一个环上，没有所有的计算机连接到一个环上，没有末端。信号沿着环的某个方向经过每个计末端。信号沿着环的某个方向经过每个计算机。与总线拓扑的被动方式不同，每台算机。与总线拓扑的被动方式不同，每台计算机都推动信号的传递。计算机都推动信号的传递。第四章局域网2022-4-818物理星型逻辑环型物理星型逻辑环型实现时，来自每个计算机的电缆都接到实现时，来自每个计算机的电缆都接到hub，计算机要发送的所有信息在送往，计算机要发送的所有信息在送往目标计算机之前

8、必须经过目标计算机之前必须经过hub。环环型型第四章局域网2022-4-819物理星型逻辑环型物理星型逻辑环型信号从一个计算机送往信号从一个计算机送往hub，接着到下，接着到下个计算机，按照顺序，信号从每个计算个计算机，按照顺序，信号从每个计算机发往机发往hub，然后按照顺时针方向到达，然后按照顺时针方向到达环上的下个计算机环上的下个计算机环环型型第四章局域网2022-4-820令牌的传递令牌的传递环环型型一台计算机获得令牌才能发送数一台计算机获得令牌才能发送数据据令牌沿着环在计算机之间传递，令牌沿着环在计算机之间传递，直到某个计算机有数据要发送。直到某个计算机有数据要发送。第四章局域网202

9、2-4-821数据的传输数据的传输 信号沿着环传递信号沿着环传递到达接收数据的计算机后，数据被复制到达接收数据的计算机后，数据被复制到该计算机上，继续沿着环传递到该计算机上，继续沿着环传递直到回到发送的计算机，产生一个新的直到回到发送的计算机，产生一个新的令牌放到环上。令牌放到环上。环环型型第四章局域网2022-4-8224.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构 一旦某台计算机出现故障，令牌环网会一旦某台计算机出现故障，令牌环网会检测到环上有检测到环上有“死死”的计算机并将其的计算机并将其“抛弃抛弃”。其他计算机可以继续正常工。其他计算机可以继续正常工作作环环型型第四章局域网2022-4-82

10、34.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构混合型混合型：多种网络拓扑的组合。如星总拓扑，多种网络拓扑的组合。如星总拓扑，是将许多星型网络通过总线连接在一起是将许多星型网络通过总线连接在一起。HubHostsHost10Base2Thin Ethernet10Base5Thick Ethernet10BaseTTwisted Pair第四章局域网2022-4-8244.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构在星总线拓扑中，如果某台计算机出现在星总线拓扑中，如果某台计算机出现故障，将不会影响网络中的其他部分。故障，将不会影响网络中的其他部分。其他计算机之间仍可以继续通信。其他计算机之间仍可以继续通信

11、。混混合合型型第四章局域网2022-4-8254.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构如果如果hub出现问题，该出现问题，该hub上的所上的所有计算机将无法进行通信。有计算机将无法进行通信。混混合合型型第四章局域网2022-4-8264.1.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构如果出故障的如果出故障的hub连接了其他连接了其他hub，混混合合型型第四章局域网2022-4-827局域网拓扑结构总结：局域网拓扑结构总结：所有的计算机连接到一根总线的电缆上；所有的计算机连接到一根总线的电缆上；一次只有一个计算机可以发送数据；一次只有一个计算机可以发送数据；信号送往整个网络，从总线的一端到另信号送往整个网

12、络，从总线的一端到另一端；一端；总线末端都使用端结头吸收信号，防止总线末端都使用端结头吸收信号，防止信号的反射；信号的反射；总线是被动的拓扑；总线是被动的拓扑；电缆断开会引起整个网络无法工作。电缆断开会引起整个网络无法工作。总总线线型型第四章局域网2022-4-828局域网拓扑结构总结：局域网拓扑结构总结：所有的机器通过电缆连接到一个中心部所有的机器通过电缆连接到一个中心部件（通常是集线器件（通常是集线器hub）；）；一台计算机发送的信号要通过一台计算机发送的信号要通过hub送往送往目标计算机。目标计算机。如果一台计算机出了故障，该计算机无如果一台计算机出了故障，该计算机无法发送和接收信息，但

13、网络中其他计算法发送和接收信息，但网络中其他计算机不受影响。机不受影响。如果如果hub出现问题，计算机仍具有孤立出现问题，计算机仍具有孤立的计算机功能，但网络无法工作。的计算机功能，但网络无法工作。星星型型第四章局域网2022-4-829局域网拓扑结构总结：局域网拓扑结构总结： 所有机器通过电缆连到一个中心所有机器通过电缆连到一个中心hub； 信号按照顺时针方向沿一个逻辑环移动。信号按照顺时针方向沿一个逻辑环移动。与被动的总线拓扑不同，每个计算机都与被动的总线拓扑不同，每个计算机都会推动信号沿着环移动。会推动信号沿着环移动。令牌沿着环传递，直到某个机器有信息令牌沿着环传递，直到某个机器有信息要

14、发送；要发送；如果没有空令牌，任何机器都无法发送如果没有空令牌，任何机器都无法发送信息。信息。环环型型第四章局域网2022-4-8304.1.2 局域网的传输介质局域网的传输介质双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤光纤无线无线第四章局域网2022-4-8314.1.3 局域网的信道共享局域网的信道共享? 如何分配信道的使用权如何分配信道的使用权静态划分信道静态划分信道动态划分信道动态划分信道局域网通常使用共享信道局域网通常使用共享信道存在问题：存在问题：竞争冲突竞争冲突解决办法：信道分配解决办法：信道分配第四章局域网2022-4-8324.1.3 局域网的信道共享局域网的信道共享一、静态划分一、静

15、态划分 频分多路复用（频分多路复用（FDM） 时分多路复用（时分多路复用（TDM） 波分多路复用（波分多路复用（WDM）优点：用户一旦分得信道不会冲突优点：用户一旦分得信道不会冲突缺点：缺点：代价高、不适合广播代价高、不适合广播第四章局域网2022-4-8334.1.3 局域网的信道共享局域网的信道共享二、动态划分二、动态划分多点接入多点接入信道不固定分配信道不固定分配接入方式接入方式 受控接入受控接入用户不能任意接入信道，必须用户不能任意接入信道，必须服从一定的控制服从一定的控制(如：轮询如：轮询)。 随机接入随机接入所有的用户都可以根据自己的意所有的用户都可以根据自己的意愿，随机地发送信息

16、愿，随机地发送信息。存在冲突问题存在冲突问题第四章局域网2022-4-8344.2 传统以太网传统以太网早期的早期的10Mb/s以太网以太网第四章局域网2022-4-835传统以太网（传统以太网（ETHERNET）传统传统ETHERNET指早期的指早期的10Mb/s以太网以太网Ethernet的核心技术是的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法；介质访问控制方法；随机争用技术起源于夏威夷大学校园网随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHA；1972年，年，Xerox公司开始公司开始Ethernet实验网的研究；实验网的研究；1979年，年，Xerox公司宣布了公司宣布了Ethernet产品

17、；产品；1980年，年，Xerox、DEC与与Intel联合宣布联合宣布Ethernet V2.0规范规范 ； 20世纪世纪90年代，年代，10Base-T标准使得标准使得Ethernet性能价性能价格比大大提高；格比大大提高；目前，交换式目前，交换式Ethernet与最高速率为与最高速率为10Gb/s的高速的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。第四章局域网2022-4-836一、以太网的两个标准一、以太网的两个标准1980年，提出了年，提出了10Mb/s规约的第一个版本规约的第一个版本DIX Ethernet V1;1982年，

18、修改为第二个版本年，修改为第二个版本DIX V2；1983年，年，IEEE以此为基础制定了以此为基础制定了802.3标准标准DIX Ethernet V2DIX Ethernet V2标准与标准与IEEEIEEE的的802.3802.3标准只标准只有很小的差别，因此可以将有很小的差别，因此可以将802.3802.3局域网简称为局域网简称为“以太网以太网”。严格说来，严格说来，“以太网以太网”应当是指符合应当是指符合DIX DIX Ethernet V2 Ethernet V2 标准的局域网标准的局域网 第四章局域网2022-4-8374.2.1 以太网原理以太网原理局域网的局域网的层次结构层次

19、结构：物理层和数据链路层物理层和数据链路层数据链路层数据链路层物理层物理层上层上层媒体访问子层媒体访问子层MAC逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层LLC与接入到传输媒体有关的内容第四章局域网2022-4-838局域网的局域网的层次结构层次结构物理层物理层 编码与译码编码与译码 前同步码的产生与去除前同步码的产生与去除 比特比特的传输与接收的传输与接收第四章局域网2022-4-839局域网的局域网的层次结构层次结构MAC：处理有关媒体的访问控制：处理有关媒体的访问控制 将上层交来的数据封装成帧进行发送将上层交来的数据封装成帧进行发送 实现和维护实现和维护MAC协议协议 比特差错检测比特差错检测 实

20、现物理寻址实现物理寻址第四章局域网2022-4-840LAN的的LLC层层功能：执行通常的数据链路功能。功能：执行通常的数据链路功能。 建立和释放数据链路层的逻辑连接建立和释放数据链路层的逻辑连接; 提供与高层的接口提供与高层的接口 差错控制差错控制 给帧加序号给帧加序号使数据链路层能更好地适应多种局域网标准使数据链路层能更好地适应多种局域网标准 LLC 子层与传输媒体无关，不管采用何种协子层与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的子层来说都是透明的与接入到传输媒体有关的内容都放在与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子子层层以太网没有以太网没有LL

21、CLLC层层很多厂商生产的网卡上就仅装有很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC MAC 协议协议而没有而没有 LLC LLC 协议。协议。 第四章局域网2022-4-841局域网对局域网对 LLC 子层是透明的子层是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2第四章局域网2022-4-842IEEE802标准标准802.1:桥接桥接/体系结构体系结构/网络互连网络互连/网络管理网络管理 /性能测量性能测量802.2：逻辑链路控制：逻辑链路控制LLC协议协议802.3：基于：基于CSMA/CD的的 MAC层和物理层层和物理层8

22、02.4：令牌总线：令牌总线802.5：基于令牌环的：基于令牌环的MAC层和物理层层和物理层802.6: 城域网的城域网的 MAC层和物理层层和物理层802.7 宽带技术宽带技术第四章局域网2022-4-843IEEE802标准标准802.8 光纤技术光纤技术802.9 综合语音数据局域网综合语音数据局域网802.10 可互操作的局域网的安全可互操作的局域网的安全802.11 无线局域网无线局域网802.12 优先级高速局域网优先级高速局域网802.14 Cable-TV802.15 无线个人网无线个人网802.16 宽带无线接入宽带无线接入802.17 弹性分组环弹性分组环第四章局域网202

23、2-4-844IEEE 802标准之间的关系标准之间的关系不同的局域网有不同的物理层和媒体访问子层；不同的局域网有不同的物理层和媒体访问子层；局域网有共同的逻辑链路控制子层。局域网有共同的逻辑链路控制子层。802.10 可互操作的局域网安全802.2 逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网 802.1 体系结构与网络互联第四章局域网2022-4-8454.2.1 以太网原理以太网原理二、网卡二、网卡网卡也叫网络适配器或网络接口卡网卡也叫网络适配器或网络接口卡。第四章局域网2022-4-846

24、CPU高速缓存存储器I/O 总线计算机至局域网网络接口卡（网卡）串行通信并行通信通过网卡和局域网进行通信第四章局域网2022-4-8474.2.1 以太网原理以太网原理二、网卡二、网卡功能：完成低两层的功能功能：完成低两层的功能进行串行进行串行/ /并行转换并行转换对数据进行缓存对数据进行缓存在计算机的操作系统安装设备驱动程序在计算机的操作系统安装设备驱动程序实现以太网协议实现以太网协议将计算机与局域网相连接将计算机与局域网相连接第四章局域网2022-4-8484.2.1 以太网原理以太网原理 拓扑：总线型拓扑：总线型 接入方式：随机接入接入方式：随机接入 冲突检测：冲突检测：CSMA/CD（

25、 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ）三、三、CSMA/CD协议协议第四章局域网2022-4-849媒体访问控制方法要解决的问媒体访问控制方法要解决的问题题该哪个结点发送数据？该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办出现冲突怎么办第四章局域网2022-4-850最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。因为总线上没有有源器件。 CSMA/

26、CD 协议协议 B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据第四章局域网2022-4-851以太网的广播方式发送以太网的广播方式发送 总线上的每一个工作的计算机都能检测到总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。发送的数据信号。 由于只有计算机由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。才接收这个数据帧。 其他所有的计算机（其他所有的计算机（A, C 和和 E）都检测到不是）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就

27、丢弃这个数据帧发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。而不能够收下来。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。 第四章局域网2022-4-852以太网简化通信的措施以太网简化通信的措施 采用较为灵活的无连接的工作方式，即采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。不必先建立连接就可以直接发送数据。 以太网对发送的数据帧不进行编号，也以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。不要求对方发回确认。 这样做的理由是局域网信道的质量很好，因这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。信

28、道质量产生差错的概率是很小的。 第四章局域网2022-4-853以太网提供的服务以太网提供的服务 以太网提供的服务是不可靠的交付，即以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。尽最大努力的交付。当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。高层来决定。如果高层发现丢失了一些数据而进行重如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。帧，而是当作一个新的数据帧来发送。 第四章局域网2022-4-854

29、载波侦听载波侦听（carrier sense) 网络站点侦听载波是否存在（即有网络站点侦听载波是否存在（即有无传输无传输 ，信道忙或闲）。，信道忙或闲）。总总线线忙忙总总线线空空闲闲v(t)t01第四章局域网2022-4-855载波侦听载波侦听忙：坚持侦听，直到信道空闲。忙：坚持侦听，直到信道空闲。闲：发送一帧。闲：发送一帧。是否会出现冲突？是否会出现冲突？两个站几乎同时检测到信道空闲两个站几乎同时检测到信道空闲第四章局域网2022-4-8564.2.1 以太网原理以太网原理 两个站几乎同时检测到信道空闲两个站几乎同时检测到信道空闲 信道并非真正空闲。信道并非真正空闲。冲突原因：冲突原因：第四

30、章局域网2022-4-8574.2.1 以太网原理以太网原理 冲突检测（冲突检测（ collision detection ）也叫碰撞检测也叫碰撞检测 边发边听，一旦检测到冲突立即停止发送数边发边听，一旦检测到冲突立即停止发送数据。据。冲突检测方法冲突检测方法 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。电压摆动值将会增大（互相叠加）。 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明

31、产生了碰撞。表明产生了碰撞。 第四章局域网2022-4-858强化碰撞强化碰撞 当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。经发生了碰撞。 第四章局域网2022-4-859数据帧干扰信号 TJ人为干扰信号人为干扰信号 ABTBt B 发送数据A 检测到冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号

32、。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。第四章局域网2022-4-860四、争用期四、争用期从帧开始发送到确认不会发生冲突的时间称从帧开始发送到确认不会发生冲突的时间称为争用期为争用期4.2.1 以太网原理以太网原理问题问题：听到什么时候才能保证不会出现冲突？：听到什么时候才能保证不会出现冲突？第四章局域网2022-4-861传播时延对载波监听的影响传播时延对载波监听的影响1 kmABt碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = t = 0单程端到端传播时延记为 1 kmABt碰撞t = B 检测到信道空闲发送数据t = / 2发生碰撞t =

33、 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 检测到信道空闲发送数据ABt = 0t = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 第四章局域网2022-4-8644.2.1 以太网原理以太网原理争用期如何确定？争用期如何确定？ 通常默认是通常默认是2（ 0） 以太网的争用期以太网的争用期=51.2s(大于大于2) 最小帧长为最小帧长为512bit（64字节）字节） 小于小于64字节的帧为无效帧字节的帧为无效帧第四章局域网2022-4-8654.2.1 以太网原理以太网原理在争用

34、期内发生冲突的解决在争用期内发生冲突的解决:冲突后如何重新开始冲突后如何重新开始? 选择选择一段时间重发一段时间重发选择固定时间还是随机时间？选择固定时间还是随机时间？ 随机时间随机时间随机数如何选择？随机数如何选择？ 二进指数退避算法二进指数退避算法第四章局域网2022-4-8664.2.1 以太网原理以太网原理截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法: 确定基本退避时间，一般取一个争用期确定基本退避时间，一般取一个争用期2 定义参数定义参数k，它等于重传次数（，它等于重传次数（k10） 从离散的整数集合从离散的整数集合 0,1,2,3,4, . , 2k 1中，随机选择中，随机选择一个

35、数一个数r ，重传所需的时延为，重传所需的时延为r倍的基本退避时间。倍的基本退避时间。 当重传次数达到当重传次数达到16时仍不成功，则丢弃该帧，并向高时仍不成功，则丢弃该帧，并向高层报告。层报告。第四章局域网2022-4-867例如：例如：第第i i次冲突后等待随机选择的范围是次冲突后等待随机选择的范围是0到到2i-1个时槽个时槽 （1时槽时槽= 2 ）第第1次冲突，各站等待次冲突，各站等待0或或1个时槽再侦听；个时槽再侦听；第第2次冲突，各站等待次冲突，各站等待0、1、2或或3个时槽再侦听；个时槽再侦听；第第10次冲突，随机等待最大时槽固定为次冲突，随机等待最大时槽固定为1023个；个；第第

36、16次冲突，控制器向计算机报告传送失败。次冲突，控制器向计算机报告传送失败。4.2.1 以太网原理以太网原理第四章局域网2022-4-8684.2.1 以太网原理以太网原理 退避算法带来的捕获效应：退避算法带来的捕获效应：某些站不公平地获得总线的使用权某些站不公平地获得总线的使用权 例如：例如：A、B冲突，在冲突，在0、1间选择等待时间；间选择等待时间；假定假定A选择选择0，B选择选择1，A立即发送；立即发送；A发送完一帧，又有帧发送，再次冲突；发送完一帧，又有帧发送，再次冲突；A的延迟时间在的延迟时间在0、1间选择，间选择，B在在0、1、2、3间选择；间选择；假定假定A又得到发送机会，下次选

37、择更不公平。又得到发送机会，下次选择更不公平。 解决：解决：1994年提出了新的退避算法：二进对数仲裁年提出了新的退避算法：二进对数仲裁法（法（BLAM） 但但BLAM不是不是ETHERNET标准标准第四章局域网2022-4-8694.2.1 以太网原理以太网原理CDMA/CD总结总结发前先听发前先听空闲发送空闲发送边发边听边发边听冲突退避冲突退避第四章局域网2022-4-8704.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法Base：表示基带传输：表示基带传输T：表示双绞线：表示双绞线 F：表示光纤：表示光纤介质介质 同轴缆同轴缆 双绞线双绞线 光纤光纤 标准标准 10Base2 10B

38、aseT 10BaseFX 10Base5 100BaseT 100BaseFX 最大传输最大传输 200米米 100米米 400米米 距离距离 500米米 500米米 拓朴拓朴 总线型总线型 星型星型 点对点点对点 速率速率 10M 10M/100M 100M/1000M 连接器连接器 AUI RJ-45 ST/CT 第四章局域网2022-4-8714.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法以太网媒体接入控制以太网媒体接入控制MAC10BASE5 10BASE210BASE-T 10BASE-F第四章局域网2022-4-8724.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法一、

39、一、10BASE5粗同轴电缆（粗以太电缆），每段电缆的最大长度为粗同轴电缆（粗以太电缆），每段电缆的最大长度为500米。米。计算机收发器电缆收发器电缆接口板第四章局域网2022-4-8734.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法 第四章局域网2022-4-874第四章局域网2022-4-8754.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法收发器的功能：收发器的功能： 从计算机接收数据向电缆发送，从电缆接收从计算机接收数据向电缆发送，从电缆接收数据向计算机发送；数据向计算机发送； 处理载波侦听和冲突检测；处理载波侦听和冲突检测； 在同轴电缆和电缆接口的电子设备之间进行在同轴电缆

40、和电缆接口的电子设备之间进行电气隔离；电气隔离； 当连接的计算机故障时，保护同轴电缆不受当连接的计算机故障时，保护同轴电缆不受影响。影响。第四章局域网2022-4-8764.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法收发器电缆收发器电缆 用于连接收发器和计算机。用于连接收发器和计算机。 有有5对线：数据输入、数据输出、控对线：数据输入、数据输出、控制信号输入、控制信号输出、计算制信号输入、控制信号输出、计算机给收发器加电。机给收发器加电。 最大允许长度为最大允许长度为50米；米；第四章局域网2022-4-8774.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法网卡的功能：网卡的功能：

41、把数据组合成帧格式；把数据组合成帧格式； 链路管理；链路管理； 编码译码。编码译码。第四章局域网2022-4-8784.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法转发器（转发器（Repeater）：）：用于连接多根电缆。是一个物理层用于连接多根电缆。是一个物理层设备，它设备，它双向双向接收、放大并重发信接收、放大并重发信号。号。第四章局域网2022-4-879使用转发器扩展使用转发器扩展 10BASE5 以太网以太网（1）任意两个站之间最多有三段电缆）任意两个站之间最多有三段电缆（2）接到转发器的点到点链路的总长度不超过）接到转发器的点到点链路的总长度不超过1000米米（3）以太网的跨距

42、为）以太网的跨距为2500m（站点间的最大距离为（站点间的最大距离为2800m）第四章局域网2022-4-8804.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法一、一、10BASE5粗同轴电缆（粗以太电缆），每段电缆的最大长度为粗同轴电缆（粗以太电缆），每段电缆的最大长度为500米。米。第四章局域网2022-4-881以太网的最大作用距离以太网的最大作用距离 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第四章局域网2022-4-8824.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法规定规定 10BASE5以太

43、网的最大站数为以太网的最大站数为1024， 按照以太网的规约，每个同轴电缆段最多按照以太网的规约，每个同轴电缆段最多只能接只能接100个站。个站。10BASE5方式的缺点：方式的缺点： 安装、维护不方便安装、维护不方便 价格贵价格贵第四章局域网2022-4-8834.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法二、二、 10BASE2 接头处采用工业标准的接头处采用工业标准的BNC连接器组成连接器组成T型型插座，它使用灵活，可靠性高。插座，它使用灵活，可靠性高。 电缆价格低廉，安装方便；电缆价格低廉，安装方便； 但是使用范围只有但是使用范围只有185m。 收发收发器电路在控制板上，并且每个

44、站点都器电路在控制板上，并且每个站点都有自己的收发器。有自己的收发器。第四章局域网2022-4-8844.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法使用细以太电缆使用细以太电缆第四章局域网2022-4-8854.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法第四章局域网2022-4-886BNC连接器连接器第四章局域网2022-4-887第四章局域网2022-4-8884.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法三、三、10BASE-T所有站点均连接到一个所有站点均连接到一个中心集线器（中心集线器（hub）上。）上。DCBA第四章局域网2022-4-8894.2.2 传统以太网

45、的连接方法传统以太网的连接方法第四章局域网2022-4-8904.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法UTP的连接的连接直通连接直通连接两端线序相同两端线序相同81188 18 1T568A第四章局域网2022-4-8914.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法UTP的连接的连接交叉连接交叉连接1-3，2-6交换其他线序不变交换其他线序不变18188181T568BT568A第四章局域网2022-4-8924.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法优点优点：易于维护（增加、删除节点容易，检：易于维护（增加、删除节点容易，检测故障容易）测故障容易）缺点缺点：电缆

46、的最大有效长度为距集线器：电缆的最大有效长度为距集线器100 m，即使是高质量的双绞线（即使是高质量的双绞线（5类线），最大类线），最大长度可能也只有长度可能也只有150 m。另外，大集线器。另外，大集线器的价格也较高。的价格也较高。第四章局域网2022-4-8934.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法集线器的特点：集线器的特点：物理上是星型结构，实际上是总线结构物理上是星型结构，实际上是总线结构一个集线器相当于一个多端口的转发器一个集线器相当于一个多端口的转发器集线器和转发器都工作在物理层集线器和转发器都工作在物理层,对信号进行对信号进行放大、整形，最后转发。放大、整形，最后转

47、发。集线器采用专门的芯片，进行自适应串音回集线器采用专门的芯片，进行自适应串音回波抵消波抵消第四章局域网2022-4-8944.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法说明说明10BASE-T物理上是星型结构，逻辑物理上是星型结构，逻辑上认为上认为HUB内部是共享总线，仍采内部是共享总线，仍采用用CSMA/CD协议。协议。通过双绞线连接到各个站点，接口处通过双绞线连接到各个站点，接口处均采用均采用RJ45头。头。第四章局域网2022-4-8954.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法四、四、10BASE-F 采用光纤媒体；采用光纤媒体； 有极好的抗干扰性；有极好的抗干扰性；

48、 连接器和终止器的费用十分昂贵；连接器和终止器的费用十分昂贵； 常用于办公大楼或相距较远的集线器常用于办公大楼或相距较远的集线器间的点到点连接。间的点到点连接。第四章局域网2022-4-896SC插头插头ST插头插头第四章局域网2022-4-8974.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法五、五、10BROAD36 10BROAD3610BROAD36采用双电缆带宽或中分带宽采用双电缆带宽或中分带宽的的7575欧姆欧姆CATVCATV同轴电缆。同轴电缆。 从端出发的段的最大长度为从端出发的段的最大长度为1800m,1800m,由由于是单向传输，所以最大的端端距于是单向传输，所以最大的

49、端端距离为离为3600m3600m。第四章局域网2022-4-898 寻址寻址 封装数据帧封装数据帧4.3 以太网的以太网的MAC层层第四章局域网2022-4-8994.3 以太网的以太网的MAC层层硬件标识硬件标识网卡的地址。也叫物理网卡的地址。也叫物理地址地址。固化在固化在ROM中的地址。中的地址。一、一、MAC层的硬件地址层的硬件地址第四章局域网2022-4-81004.3 以太网的以太网的MAC层层MAC地址的分配地址的分配 802802标准为局域网规定了一种标准为局域网规定了一种4848位位的全球地的全球地址，即网卡地址址，即网卡地址。 IEEE的注册管理委员会的注册管理委员会RAC

50、是局域网全球是局域网全球地址的法定管理机构，负责分配地址字段地址的法定管理机构，负责分配地址字段6个字节中的前三个字节。称为个字节中的前三个字节。称为OUI（机构唯（机构唯一标识符）。一标识符）。第四章局域网2022-4-81014.3 以太网的以太网的MAC层层MAC地址格式：地址格式：I/G U/L22bit24bitIEEEIEEE指派的子网地址指派的子网地址当地分配的物理地址当地分配的物理地址说明说明I/G(individual/group) 0:I/G(individual/group) 0:个人地址，个人地址，1 1：组地址：组地址 U/L(universal/local) 0:I

51、EEEU/L(universal/local) 0:IEEE指派，指派，1 1：当地指派：当地指派第四章局域网2022-4-81024.3 以太网的以太网的MAC层层MAC地址表示：地址表示： 16进制表示：每字节用进制表示：每字节用2位位16进制表示进制表示例如：例如：AC-DC-48-00-00-80 2进制表示：进制表示：2种方法种方法 高位在前。如：高位在前。如：802.5和和802.6 低位在前。如：低位在前。如：802.3和和802.4第四章局域网2022-4-810310101100 11011110 01001000 00000000 00000000 100000000011

52、0101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001高位在前高位在前802.5和802.6 ：低位在前低位在前802.3和和802.4 ：I/G位位4.3 以太网的以太网的MAC层层第四章局域网2022-4-8104第四章局域网2022-4-8105网卡检查网卡检查 MAC 地址地址 网卡用硬件检查收到的每一个网卡用硬件检查收到的每一个 帧的目的帧的目的 MAC 地址地址. 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。“发往本站的帧发往本站的帧”的三种帧：的三种帧： 单播(unicast)帧（一对一） 广

53、播(broadcast)帧（一对全体） 多播(multicast)帧（一对多）广播地址和多播地址只能出现在帧的目的广播地址和多播地址只能出现在帧的目的MAC字段字段第四章局域网2022-4-81064.3 以太网的以太网的MAC层层二、两种不同的二、两种不同的MAC帧格式帧格式DIX Ethernet V2DIX Ethernet V2标准（常用）标准（常用）IEEEIEEE的的802.3802.3标准标准MAC 帧字节6624IP 层物理层目的地址源地址长度/类型FCSMAC 层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节

54、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 帧已经较少使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MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式目的地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的

55、地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式源地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式类型字段 2 字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。 MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式数据字段 4

56、6 1500 字节数据字段的正式名称是 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 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式FCS 字段 4 字节当传输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入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 层以太网 V2 MAC 帧目的

57、地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符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。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。 为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节第四章局域网2022-4-8114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；帧的长度不是整数个字节；帧的长度

58、不是整数个字节；用收到的帧检验序列用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；查出有差错；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。（有效的（有效的 MAC 帧长度为帧长度为 64 1518 字节之间）字节之间）无效的无效的 MAC 帧帧 以太网只简单地丢弃无效以太网只简单地丢弃无效 MAC 帧。帧。第四章局域网2022-4-8115为了使刚刚收到数据帧的站点有能力接收新的为了使刚刚收到数据帧的站点有能力接收新的数据帧（需清理接收缓存）数据帧（需清理接收缓存）MAC子层标准规定帧间最小间隔为子层标准规定帧间最小间隔为 9.6 s（相当于（相当于 96 bit 的发送

59、时间）的发送时间）一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 s 才能再次发送数据。才能再次发送数据。帧间最小间隔帧间最小间隔 第四章局域网2022-4-81164.4 扩展的局域网扩展的局域网 物理层：物理层： 转发器转发器 集线器集线器放大、整形、转发放大、整形、转发缺点：缺点：组成了更大的组成了更大的碰撞域碰撞域不同的以太网无法互连不同的以太网无法互连碰撞域（冲突域）碰撞域（冲突域） 在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。第四章局域网2022-4-81174.4.2在数据链路层扩展在数据链路层扩展网桥的功能：网桥的功能：过滤过滤 收

60、到数据帧后先将其缓存下来收到数据帧后先将其缓存下来 再检查目的再检查目的MAC地址，最后确定将地址，最后确定将该帧转发到哪一个端口该帧转发到哪一个端口。 数据链路层：数据链路层：网桥网桥交换机交换机 选择性的转发帧选择性的转发帧一一. 网桥的内部结构网桥的内部结构 站表端口管理 软件网桥协议 实体端口 1端口 2缓存网段 B网段 A111222站地址 端口网桥网桥第四章局域网2022-4-81194.4.2在数据链路层扩展在数据链路层扩展网桥的优点：网桥的优点：过滤通信量。过滤通信量。 扩大了物理范围。扩大了物理范围。提高了可靠性。提高了可靠性。可互连不同物理层、不同可互连不同物理层、不同 M