局域网（课堂PPT）

1、1 局域网局域网 局域网局域网(LAN)(LAN)是在小范围内将许多数据设备互相连接是在小范围内将许多数据设备互相连接进行数据通信的计算机网络或信息系统。数据设备包括进行数据通信的计算机网络或信息系统。数据设备包括各类计算机、终端或外围设备。各类计算机、终端或外围设备。IEEE802IEEE802局域网标准委员局域网标准委员会对局域网作了如下定义：会对局域网作了如下定义：“局域网是一个数据通信系局域网是一个数据通信系统，其传输范围在中等地理区域，使用中等或高的数据统，其传输范围在中等地理区域，使用中等或高的数据传输速率，可连接大量独立设备在物理通信信道上相互传输速率，可连接大量独立设备在物理通

2、信信道上相互通信通信”。21 1、局域网、局域网 LANLAN一般由三部分组成：计算机系统和终端设一般由三部分组成：计算机系统和终端设备（包括各类大中小型机、备（包括各类大中小型机、PCPC机、机、I/OI/O设备设备等），通信传输设备（包括传输介质、通信设备等），通信传输设备（包括传输介质、通信设备及通信控制设备等）和网络软件（包括通信协及通信控制设备等）和网络软件（包括通信协议、网络操作系统和网络数据库等）。在议、网络操作系统和网络数据库等）。在LANLAN中，决定网络传输特性的主要有三个技术：中，决定网络传输特性的主要有三个技术：（1 1）网络拓朴结构；（）网络拓朴结构；（2 2）传输介

3、质；（）传输介质；（3 3）介）介质访问控制协议。质访问控制协议。3局域网的特点局域网的特点n局域网是一个通信网络，它仅提供通信功局域网是一个通信网络，它仅提供通信功能。从能。从OSI/RMOSI/RM看，它仅包含了低两层看，它仅包含了低两层( (物理物理层和数据链路层层和数据链路层) )的功能，所以连到局域网的功能，所以连到局域网的数据通信设备必须加上高层协议和网络的数据通信设备必须加上高层协议和网络软件才能组成计算机网络。软件才能组成计算机网络。n网络为一个单位所拥有，且地理范围和站网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。点数目均有限。 4局域网的特点局域网的特点n局域网传输距离

4、有限，网络覆盖的范围小。局域网传输距离有限，网络覆盖的范围小。n数据传输速率高数据传输速率高, ,传输延时小。传输延时小。n出错率低。出错率低。 5局域网的分类局域网的分类 n按拓扑结构分类按拓扑结构分类 n按传输的信号分类按传输的信号分类 n按网络使用的传输介质分类按网络使用的传输介质分类 n按介质访问控制方式分类按介质访问控制方式分类 6媒体共享技术媒体共享技术n静态划分信道静态划分信道n频分复用频分复用n时分复用时分复用n波分复用波分复用n码分复用码分复用 n动态媒体接入控制（多点接入）动态媒体接入控制（多点接入）n随机接入随机接入n受控接入受控接入 ，如多点线路探询，如多点线路探询(p

5、olling)，或轮询。或轮询。 72 2、网络的传输介质、网络的传输介质 信道信道是指以传输介质为基础的信号通路，它是指以传输介质为基础的信号通路，它是传输数据的物理基础。局域网是传输数据的物理基础。局域网LANLAN的传输介质的传输介质是指是指LANLAN中发送设备和接收设备之间的物理通中发送设备和接收设备之间的物理通道。通常使用的传输介质分为两类：道。通常使用的传输介质分为两类： a)a)有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和光纤。光纤。 b)b)无线传输介质：包括无线电、微波、卫无线传输介质：包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。星、移动通信

6、等各种通信介质。8 双绞线双绞线 每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，每根每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，每根铜线的直径大约铜线的直径大约1mm1mm。可减少电磁干扰，提高传输质量。可减少电磁干扰，提高传输质量。 双绞线可以用于模拟传输或数字传输。双绞线可以用于模拟传输或数字传输。 计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP(STP，Shielded Twisted Pair)Shielded Twisted Pair)： 抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到

7、抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里。但成本也较高，所以一直没有广泛使用。十几公里。但成本也较高，所以一直没有广泛使用。非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP(UTP，Unshielded Twisted Pair)Unshielded Twisted Pair)： 非屏蔽双绞线的传输距离一般为非屏蔽双绞线的传输距离一般为100100米。由于它较好的性能价格米。由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。非屏蔽双绞线有比，目前被广泛使用。非屏蔽双绞线有1 1、2 2、3 3、4 4、5 5五类，常用的五类，常用的是是5 5类线，类线，5 5类线可支持类线可支持100Mbps10

8、0Mbps的快速以太网连接，是连接桌面设备的的快速以太网连接，是连接桌面设备的首选传输介质。首选传输介质。9双绞线最便宜的传输媒介易受环境中电信号的干扰通常用于较短距离的连接 双绞线双绞线10 同轴电缆同轴电缆 同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根圆柱形的套管，一般是细金属根金属线，外导体是一根圆柱形的套管，一般是细金属线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。 另外，同轴电缆的两端需要有终结器另外，同轴电缆的两端需要有终结器( (用用5050欧姆或欧姆或7575欧姆的电阻连接内

9、外导体欧姆的电阻连接内外导体) )，中间连接需要收发器、，中间连接需要收发器、T T形形头、筒形连接器等器件。头、筒形连接器等器件。绝缘层绝缘层内导体(铜芯)外导体(编织状)外保护层(塑料)外保护层(塑料)外导体(编织状)11 同轴电缆同轴电缆同轴电缆比较便宜绝缘层保护外层绝缘层外导体12 同轴电缆同轴电缆 同轴电缆支持点到点连接，也支持多点同轴电缆支持点到点连接，也支持多点连接。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。连接。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。 基带同轴电缆一般用于二进制数据信号基带同轴电缆一般用于二进制数据信号的传输，多用于计算机局域网；宽带同轴电的传输，多用于计算机局域网；宽带同轴电

10、缆主要用于高带宽数据通信，支持多路复缆主要用于高带宽数据通信，支持多路复用。用。 宽带系统常常是指采用了频分复用和模宽带系统常常是指采用了频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。拟传输技术的同轴电缆网络。13光缆光缆1 1、 光纤通信的原理光纤通信的原理 入射角入射角逐渐增大，逐渐增大，1212是折射是折射角，光纤通信的原理，是基于光线由光密介质进入光疏角，光纤通信的原理，是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射的特性。介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射的特性。当入射角达到当入射角达到33时，发生全反射，即光波能量几乎全部时，发生全反射，即光波能量几乎全部反

11、射，这样才可以达到长距离高速传输的目的。光导纤反射，这样才可以达到长距离高速传输的目的。光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编码的信号光。其维通过内部的全反射来传输一束经过编码的信号光。其发射端使用两种不同型的光源：发光二极管发射端使用两种不同型的光源：发光二极管LEDLED和注入型和注入型激光二极管激光二极管ILDILD。接收端用来把光转换为电能的检波器。接收端用来把光转换为电能的检波器（一个光电二极管）。（一个光电二极管）。入射光1122折射光折射光反射光3光密介质光疏介质14光纤光纤 昂贵的传输媒介（发展最为迅速）昂贵的传输媒介（发展最为迅速） 不受电信号的干扰不受电信号的干扰 使用于

12、长距离、高速率的信号传输使用于长距离、高速率的信号传输15 无线通信无线通信n无线电波广泛地用于通信，属于一种全方向传无线电波广泛地用于通信，属于一种全方向传播，不需计算机间的直接的物理连接。播，不需计算机间的直接的物理连接。 n微波通信是指用频率在微波通信是指用频率在100MHz100MHz到到10GHz10GHz的微波的微波信号进行通信。它在数据通信中占有重要的地信号进行通信。它在数据通信中占有重要的地位。其特点是：沿直线传播，只能进行可视范位。其特点是：沿直线传播，只能进行可视范围内的通信。长距离传输需要隔段加中继站。围内的通信。长距离传输需要隔段加中继站。 微波通信主要用于几公里范围内

13、，不适合微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信。点的通信。16 无线通信无线通信n红外线进行数据通信。红外线链路只需一对发送接收红外线进行数据通信。红外线链路只需一对发送接收器（收发器）。收发器处于视线范围内，一般局限于器（收发器）。收发器处于视线范围内，一般局限于一个很小的区域即短距离范围内的通信，并且要求发一个很小的区域即短距离范围内的通信，并且要求发送器直接指向接收器（很强的方向性）。送器直接指向接收器（很强的方向性）。n激光也能用于传输数据。站点要拥有发送和接收装置。激光也能用于传输数据。站点要拥有发

14、送和接收装置。红外线和激光对环境干扰较敏感如雨和雾使它的使用红外线和激光对环境干扰较敏感如雨和雾使它的使用受到限制。受到限制。 n卫星通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。商卫星通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。商用的通信卫星一般被发射在赤道上方用的通信卫星一般被发射在赤道上方3.63.6万公里的同步万公里的同步轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信，轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信， 其特点是：适合与很长距离的传输，如国际之间、其特点是：适合与很长距离的传输，如国际之间、洲际之间；传输延时较大，一般为洲际之间；传输延时较大，一般为500ms500ms左右；费用较左右；费用较高。高。

15、173 3、网络互连设备、网络互连设备中继器中继器网桥网桥路由器路由器网关网关18 中继器中继器 n工作于网络的物理层，用于互连两个相工作于网络的物理层，用于互连两个相同类型的网段（例如：两个以太网段），同类型的网段（例如：两个以太网段），它在物理层内实现二进制比特复制，补它在物理层内实现二进制比特复制，补偿信号衰减。即中继器接收从一个网段偿信号衰减。即中继器接收从一个网段传来的所有信号，进行放大后发送到下传来的所有信号，进行放大后发送到下一个网段。一个网段。 19中继器中继器n中继器具有如下特性：中继器具有如下特性：（1 1）中继器仅作用于物理层。）中继器仅作用于物理层。 （2 2）只具有简

16、单的放大、再生物理信号的功能。）只具有简单的放大、再生物理信号的功能。（3 3）由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是物）由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是物 理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。（4 4）中继器可以连接相同或不同传输介质的同类局域）中继器可以连接相同或不同传输介质的同类局域 网。网。（5 5）中继器将多个独立的物理网连接起来，组成一个大）中继器将多个独立的物理网连接起来，组成一个大 的物理网络。的物理网络。（6 6）由于中继器在物理层实现互连，所以它对物理层以）由于中继器在物理层实现互连，所以它对物理层以 上各层协议

17、完全透明，也就是说，中继器支持数据上各层协议完全透明，也就是说，中继器支持数据 链路及其以上各层的所有协议。链路及其以上各层的所有协议。20 网桥网桥 n网桥是用于连接两个或两个以网桥是用于连接两个或两个以上具有相同通信协议、寻址结上具有相同通信协议、寻址结构的局域网间的互连设备，能构的局域网间的互连设备，能实现网段间或实现网段间或LANLAN与与LANLAN之间互之间互连，互连后成为一个逻辑网络。连，互连后成为一个逻辑网络。21网桥的工作过程网桥的工作过程 n如果如果LAN2LAN2中地址为中地址为201201的计算机与同一局域网的的计算机与同一局域网的202202计算机通信，网桥就可以接收

18、到发送帧，在进行地计算机通信，网桥就可以接收到发送帧，在进行地址过滤时，网桥会不转发并丢弃帧；如果要与不同址过滤时，网桥会不转发并丢弃帧；如果要与不同局域网的计算机，例如同局域网的计算机，例如同LAN1LAN1中的中的105105通信，网桥检通信，网桥检查帧的源地址和目标地址，目的地址和源地址不在查帧的源地址和目标地址，目的地址和源地址不在同一个网络段上，就把帧转发到另一个网段上，这同一个网络段上，就把帧转发到另一个网段上，这样计算机样计算机105105就能接到信息。就能接到信息。22网桥的功能网桥的功能 （1 1）帧转发和过滤功能）帧转发和过滤功能（2 2）源地址跟踪）源地址跟踪（3 3）存

19、储转发功能）存储转发功能23 网桥带来的问题网桥带来的问题 （1 1）广播风暴）广播风暴（2 2）增加网络时延）增加网络时延（3 3）帧丢失）帧丢失24 路由器路由器 n路由器工作在网络层，用于连接多个逻辑上分开的路由器工作在网络层，用于连接多个逻辑上分开的网络。为了给用户提供最佳的通信路径，路由器利网络。为了给用户提供最佳的通信路径，路由器利用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单，路由器利用路由表址以及各地址之间距离的清单，路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。路查找数据包从当前位置到目的地址的正

20、确路径。路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径，如果某一网络路径发生故障或堵塞，传递的路径，如果某一网络路径发生故障或堵塞，路由器可选择另一条路径，以保证信息的正常传输。路由器可选择另一条路径，以保证信息的正常传输。路由器可进行数据格式的转换，成为不同协议之间路由器可进行数据格式的转换，成为不同协议之间网络互连的必要设备。网络互连的必要设备。 25 路由器的功能路由器的功能 （1 1）路由选择）路由选择（2 2）协议转换）协议转换（3 3）实现网络层的一些功能）实现网络层的一些功能（4 4）网络管理与安全）网络管理与安全26 网关网

21、关 n网关用于类型不同且差网关用于类型不同且差别较大的网络系统间的别较大的网络系统间的互连。主要用于不同体互连。主要用于不同体系结构的网络或者局域系结构的网络或者局域网与主机系统的连接。网与主机系统的连接。在互连设备中，它最为在互连设备中，它最为复杂，一般只能进行一复杂，一般只能进行一对一的转换，或是少数对一的转换，或是少数几种特定应用协议的转几种特定应用协议的转换。换。 27 工作过程工作过程n如果一个如果一个NetWareNetWare结点要与结点要与TCP/IPTCP/IP的主机通信，因的主机通信，因为为NetWareNetWare和和TCP/IPTCP/IP协议是不同的，所以局域网中协

22、议是不同的，所以局域网中的的NetWareNetWare结点不能直接访问。它们之间的通信必结点不能直接访问。它们之间的通信必须由网关来完成。网关的作用是为须由网关来完成。网关的作用是为NetWareNetWare产生的产生的报文加上必要的控制信息，将它转换成报文加上必要的控制信息，将它转换成TCP/IPTCP/IP主主机支持的报文格式。当需要反方向通信时，网关机支持的报文格式。当需要反方向通信时，网关同样要完成同样要完成TCP/IPTCP/IP报文格式到报文格式到NetWareNetWare报文格式的报文格式的转换转换 28网关的主要变换项目网关的主要变换项目 （1 1）格式变换）格式变换（2

23、 2）地址变换）地址变换 （3 3）协议变换）协议变换29互连设备互连设备互连层次互连层次适用场合适用场合功能功能优点优点缺点缺点中继器中继器物理层物理层互连相同互连相同LANLAN的多个网段的多个网段信号放信号放大大延长信延长信号传输号传输距离距离互连简单互连简单费用低费用低基本无延迟基本无延迟互连规模有限互连规模有限不能隔离不必要的不能隔离不必要的流量流量无法控制信息的传无法控制信息的传输输网桥网桥数据链路数据链路层层各种各种LANLAN互连互连连接连接LANLAN改善改善LANLAN性能性能互连简单互连简单协议透明协议透明隔离不必要的信号隔离不必要的信号交换效率高交换效率高可能产生数据风

24、暴可能产生数据风暴不能完全隔离不必不能完全隔离不必要的流量要的流量管理控制能力有限管理控制能力有限有延迟有延迟路由器路由器网络层网络层LANLAN与与LANLAN互连互连LANLAN与与WANWAN互连互连WANWAN与与WANWAN互连互连路由选路由选择择过滤信过滤信息息网络管网络管理理适用于大规模复杂网适用于大规模复杂网络互连络互连管理控制能力强管理控制能力强充分隔离不必要的流充分隔离不必要的流量量安全性好安全性好网络设置复杂网络设置复杂费用较高费用较高延迟大延迟大网关网关传输层传输层应用层应用层互连高层协议互连高层协议不同的网络不同的网络在高层在高层转换协转换协议议互连差异很大的网络互连

25、差异很大的网络安全性好安全性好通用性差通用性差不易实现不易实现30 4、传统以太网、传统以太网 以太网的工作原理以太网的工作原理 (1). 两个标准两个标准 nDIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。品（以太网）的规约。nIEEE 的的 802.3 标准。标准。nDIX Ethernet V2 标准与标准与 IEEE 的的 802.3 标标准只有很小的差别，因此可以将准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域局域网简称为网简称为“以太网以太网”。n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 Ethernet

26、V2 标准的局域网标准的局域网 31数据链路层的两个子层数据链路层的两个子层 n为了使数据链路层能更好地适应多种局域为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，网标准，802 委员会就将局域网的数据链委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：路层拆成两个子层：逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层子层媒体接入控制媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。子层。n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子层，而子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议

27、的局域网对管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说子层来说都是透明的都是透明的 32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 233以后一般不考虑以后一般不考虑 LLC 子层子层 n由于由于TCP/IP 体系经常使用的局域体系经常使用的局域网是网是 DIX Ethernet V2 而不是而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此标准中的几种局域网，因此现在现在 802 委员会制定的逻辑链路委员会制定的逻辑链路控制子层控制子层 LLC（即（即 802.2 标准）标准）的作用已经

28、不大了。的作用已经不大了。n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 协议而没有协议而没有 LLC 协议。协议。 34(2)网卡的作用网卡的作用 n网络接口板又称为网络接口板又称为通信适配器通信适配器(adapter)或或网络接口卡网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或，或“网卡网卡”。 n网卡的重要功能：网卡的重要功能：n进行串行进行串行/ /并行转换。并行转换。n对数据进行缓存。对数据进行缓存。n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。n实现以太网协议。实现以太网协议。 35计算机通过网卡和局域网进行

29、通信计算机通过网卡和局域网进行通信 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36(3) (3) 局域网介质访问控制方式局域网介质访问控制方式n载波监听多路访问载波监听多路访问/ /冲突检测冲突检测(CSMA/CD)(CSMA/CD)C Carrier arrier S Sense ense M Multiple ultiple A Access/ccess/C Collision ollision D Detect etect n令牌传递令牌传递(Token Passing)(Token Passing) Token Ring Token Ring To

30、ken Bus Token Bus 37n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/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38以太网的广播方式发送以太网的广播方式发送 n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 发发送的数据信号。送的数据信号。 n由于只有计算机由于只有计算机

31、 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。 n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。n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。 39为了通信的简便为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施以太网采取了两种重要的措施 n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

32、据。不必先建立连接就可以直接发送数据。 n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。n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。信道质量产生差错的概率是很小的。 40以太网提供的服务以太网提供的服务 n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。n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。

33、n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。 41载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测CSMA/CDnCSMA/CD 表示表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。n“多点接入多点接入”表示许多计算机以多点接入的方表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。式连接在一根总线上。n“载波监听载波监听”是指每一个站在发送数据之前先是指每一个站在发送

34、数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。碰撞。 n总线上并没有什么总线上并没有什么“载波载波”。因此，。因此， “载波载波监听监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。计算机发送的数据信号。 42碰撞检测碰撞检测n“碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。道上的信号电压大小。n当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的当几个站同时在总线上发送数据时，总线上

35、的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。n当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的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门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。发送数据，表明产生了碰撞。n所谓所谓“碰撞碰撞”就是发生了冲突。因此就是发生了冲突。因此“碰撞检碰撞检测测”也称为也称为“冲突检测冲突检测”。43载波监听多路访问载波监听多路访问/ /冲突检测冲突检测(CSMA/CD)(CSMA/CD)1.1.载波监听总线，即先听后发载波监听总线，即先听后发2.2.总线冲突检测，即边发边听总线冲突检测，

36、即边发边听 44电磁波在总线上的有限传输速率的影响电磁波在总线上的有限传输速率的影响 n当某个站监听到总线是空闲时，也可能当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。总线并非真正是空闲的。 nA 向向 B 发出的信息，要经过一定的时间发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到后才能传送到 B。nB 若在若在 A 发送的信息到达发送的信息到达 B 之前发送自之前发送自己的帧己的帧(因为这时因为这时 B 的载波监听检测不到的载波监听检测不到 A 所发送的信息所发送的信息)，则必然要在某个时间，则必然要在某个时间和和 A 发送的帧发生碰撞。发送的帧发生碰撞。n碰撞的结果是两个帧都变得无用。

37、碰撞的结果是两个帧都变得无用。 45检测到碰撞后检测到碰撞后n在发生碰撞时，总线上传输的信号产生在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。信息来。n每一个正在发送数据的站，一旦发现总每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源。免得继续浪费网络资源。46重要特性重要特性n使用使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。工通信）。n每个站在发送数据之

38、后的一小段时间内，每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。存在着遭遇碰撞的可能性。 n这种这种发送的不确定性发送的不确定性使整个以太网的平均使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。通信量远小于以太网的最高数据率。 47二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type)n发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。（退避）一个随机时间才能再发送数据。n确定基本退避时间，一般是取为争用期确定基本退避时间，一般是取为争用期 2 。n定义参数定义参数 k ，k 10

39、，即，即 k = Min重传次数重传次数, 10n从整数集合从整数集合0,1, (2k 1)中随机地取出一个中随机地取出一个数，记为数，记为 r。重传所需的时延就是。重传所需的时延就是 r 倍的基本倍的基本退避时间。退避时间。n当重传达当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。向高层报告。 48争用期的长度争用期的长度 n以太网取以太网取 51.2 s 为争用期的长度。为争用期的长度。n对于对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发以太网，在争用期内可发送送512 bit，即，即 64 字节。字节。n以太网在发送数据时，若前以太网在发送数据时，若前

40、64 字节没有字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 49最短有效帧长最短有效帧长 n如果发生冲突，就一定是在发送的前如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之内。字节之内。 n由于一检测到冲突就立即中止发送，这时由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于已经发送出去的数据一定小于 64 字节。字节。 n以太网规定了最短有效帧长为以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，字节，凡长度小于凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而字节的帧都是由于冲突而异常中止的异常中止的无效帧无效帧。 50强化碰撞强化碰撞 n当发送数据的站一旦发

41、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，还要再继续发除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的送若干比特的人为干扰信号人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。发生了碰撞。 51数据帧干扰信号 TJ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。这里为了简单起见，只画出着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。发送

42、干扰信号的情况。52CSMA/CDCSMA/CD流程图流程图 53令牌环访问控制（令牌环访问控制（Token-RingToken-Ring） n这种介质访问技术的基础是令牌。令牌是一种这种介质访问技术的基础是令牌。令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。由于发送结点持有令牌的结点才能发送数据。由于发送结点在获得发送权后就将令牌删除，在环路上不会在获得发送权后就将令牌删除，在环路上不会再有令牌出现，其它结点也不可能再得到令牌，再有令牌出现，其它结点也不可能再得到令牌，保证环路上某一时刻只有一个结点发送数据，保证环路上某

43、一时刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术不存在争用现象，它是一种典因此令牌环技术不存在争用现象，它是一种典型的无争用型介质访问控制方式。型的无争用型介质访问控制方式。 54令牌环的基本过程令牌环的基本过程 55令牌总线访问控制（令牌总线访问控制（Token-BusToken-Bus） n令牌总线综合令牌总线综合CSMA/CDCSMA/CD与令牌环两种介质访问与令牌环两种介质访问方式的优点的基础上而形成的一种介质访问控方式的优点的基础上而形成的一种介质访问控制方式。制方式。 n各结点共享的传输介质是总线形的，每一结点各结点共享的传输介质是总线形的，每一结点都有一个本站地址，并知道上一个结点地址

44、和都有一个本站地址，并知道上一个结点地址和下一个结点地址，令牌传递规定由高地址向低下一个结点地址，令牌传递规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。 56令牌总线的物理结构令牌总线的物理结构57CSMA/CDCSMA/CD与与Token BusToken Bus、Token Token RingRing的比较的比较 nCSMA/CDCSMA/CD方法有以下几个特点：方法有以下几个特点：（1 1）CSMA/CDCSMA/CD介质访问控制方法算法简单，易于实介质访问

45、控制方法算法简单，易于实现。目前有多种现。目前有多种VLSIVLSI可以实现可以实现CSMA/CDCSMA/CD方法，这对方法，这对降低降低EthernetEthernet成本，扩大应用范围是非常有利的。成本，扩大应用范围是非常有利的。（2 2）CSMA/CDCSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的随是一种用户访问总线时间不确定的随机竞争总线的方法，适用于办公自动化等对数据机竞争总线的方法，适用于办公自动化等对数据传输实时性要求不严格的应用环境。传输实时性要求不严格的应用环境。（3 3）CSMA/CDCSMA/CD在网络通信负荷较低时表现出较好的在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟

46、特性。但是，当网络通信负荷增大吞吐率与延迟特性。但是，当网络通信负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延迟时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延迟增加，因此增加，因此CSMA/CDCSMA/CD方法一般用于通信负荷较轻的方法一般用于通信负荷较轻的应用环境中。应用环境中。58CSMA/CDCSMA/CD与与Token BusToken Bus、Token Token RingRing的比较的比较n确定型介质访问控制方法确定型介质访问控制方法Token BusToken Bus、Token Token RingRing有以下几个特点：有以下几个特点：（1 1）Token BusToken

47、 Bus、Token RingToken Ring网中结点两次获得网中结点两次获得令牌之间的最大时间间隔是确定的，因而适用令牌之间的最大时间间隔是确定的，因而适用于对数据传输实时性要求较高的环境，如生产于对数据传输实时性要求较高的环境，如生产过程控制领域。过程控制领域。（2 2）Token BusToken Bus、Token RingToken Ring在网络通信负荷较在网络通信负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因而适用于通信负荷较重的环境。因而适用于通信负荷较重的环境。（3 3）Token BusToken Bus、Token RingT

48、oken Ring的不足之处在于它的不足之处在于它们有需要复杂的环维护功能，实现较困难。们有需要复杂的环维护功能，实现较困难。595、传统以太网的连接方法、传统以太网的连接方法 n传统以太网可使用的传输媒体有四种：传统以太网可使用的传输媒体有四种：n铜缆（粗缆或细缆）铜缆（粗缆或细缆）n铜线（双绞线）铜线（双绞线）n光缆光缆n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。 10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制 MAC60铜缆或铜线连接到以太网的示意图铜缆或铜线连接到以太网的示意图 主机箱主机箱主机箱双绞线集线器B

49、NC T 型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15连接器BNC 连接器插口RJ-45插头61细缆以太网细缆以太网 10BASE2 n用更便宜的直径为用更便宜的直径为 5 mm 的细同轴电缆的细同轴电缆(特性阻抗仍为特性阻抗仍为 50 W)，可代替粗同轴电，可代替粗同轴电缆。缆。 n将媒体连接单元将媒体连接单元 MAU 和媒体相关接口和媒体相关接口 MDI 都安装在网卡上，取消了外部的都安装在网卡上，取消了外部的 AUI电缆。电缆。 n细缆直接用标准细缆直接用标准 BNC T 型接头连接到网卡型接头连接到网卡上的上的 BNC 连接器的插口。连接器的插

50、口。 62网卡的功能网卡的功能 n数据的封装与解封数据的封装与解封 发送时将上一层交下来发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。送交上一层。 n链路管理链路管理 主要是主要是 CSMA/CD 协议的实现。协议的实现。 n编码与译码编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。即曼彻斯特编码与译码。 63星形网星形网 10BASE-T n不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。用两对双绞线，分别用

51、于发送和接收。n在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做的设备，叫做集线器集线器(hub)。 n集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这集线器使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。样的硬件设备的可靠性已大大提高了。 64以太网在局域网中的统治地位以太网在局域网中的统治地位n10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过器的距离不超过 100 m。n这种这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。的出现，既降低了成本，

52、又提高了可靠性。 n10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以发展史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地位奠定了牢固的基太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。础。 65集线器的一些特点集线器的一些特点 n集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。以太网那样运行。 n使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是线网，各工作站使用的还是 C

53、SMA/CD 协协议，并共享逻辑上的总线。议，并共享逻辑上的总线。 n集线器很像一个多端口的转发器，工作在集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层。物理层。 66具有三个端口的集线器具有三个端口的集线器 集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线676、以太网的、以太网的 MAC 层层MAC 层的硬件地址层的硬件地址 n在局域网中，在局域网中，硬件地址硬件地址又称为又称为物理地址物理地址，或或 MAC 地址地址。 n802 标准所说的标准所说的“地址地址”严格地讲应当是严格地讲应当是每一个站的每一个站的“名字名字”或标识符。或标识符。 n名字指出我们所要寻找的那个资源，地址名字指出我们所要寻

54、找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。到达该处。n名字应当与系统的所在地无关。名字应当与系统的所在地无关。68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最低位最先发送最高位最低位最高位最后发送机构惟一标志符 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

55、 6第 1字节顺序第 2第 3第 4第 5第 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4802.5802.669网卡上的硬件地址网卡上的硬件地址 路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同时连接到两个网络上，路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。因此它有两块网卡和两个硬件地址。 70网卡检查网卡检查 MAC 地址地址 n

56、网卡从网络上每收到一个网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先帧就首先用硬件检查用硬件检查 MAC 帧中的帧中的 MAC 地址地址.n如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。的处理。n否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。n“发往本站的帧发往本站的帧”包括以下三种帧：包括以下三种帧： n单播单播(unicast)帧（一对一）帧（一对一）n广播广播(broadcast)帧（一对全体）帧（一对全体）n多播多播(multicast)帧（一对多）帧（一对多）71两种不同的两种不同的 MAC 帧格式帧格式 n常用的以太

57、网常用的以太网MAC帧格式有两种标准帧格式有两种标准 ：nDIX Ethernet V2 标准标准nIEEE 的的 802.3 标准标准n最常用的最常用的 MAC 帧是帧是以太网以太网 V2 的格式的格式。72MAC 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

58、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73MAC 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74MAC 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 帧格式帧格式源地址字段 6 字节75MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧

59、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类型字段用来标志上一层上一层使用的是什么协议，使用的是什么协议，以便把收到的以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。帧的数据上交给上一层的这个协议。 76MAC 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 46 1500 字节数据字段的正式名称是数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段客户数据字段最小长度

60、最小长度 64 字节字节 18 字节的首部和尾部字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度数据字段的最小长度 77MAC 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当传输媒体的误码率为 1 10 8 时，时，MAC 子层可使未检测到的差错小于子层可使未检测到的差错小于 1 10 14。 当数据字段的长度小于当数据字段的长度小于 46 字节时，字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以