四局域网

1、 网络拓扑结构决定网络性能；网络拓扑结构决定网络性能；局域网设计的目标是覆盖局域网设计的目标是覆盖 “有限的地理范围有限的地理范围”基本通信机制上选择了基本通信机制上选择了“共享介质共享介质”方式和方式和“交换交换”方式。方式。在传输介质的物理连接、介质访问取控制方法在传输介质的物理连接、介质访问取控制方法上形成了自己的特点；上形成了自己的特点；在网络拓扑上的基本结构在网络拓扑上的基本结构 总线型总线型 环型（包括双环型）环型（包括双环型） 星型（包括扩展星型）星型（包括扩展星型）结构：各工作节点（包括服务器与工作站）均连在一结构：各工作节点（包括服务器与工作站）均连在一条总线上，传输介质通常

2、采用同轴电缆。在需要分支条总线上，传输介质通常采用同轴电缆。在需要分支的地方，电缆线上配有特制的分支插口，与之相连的的地方，电缆线上配有特制的分支插口，与之相连的各工作站、服务器节点内也有相应的分支插头。各工作站、服务器节点内也有相应的分支插头。 各节点地位平等，无中心节点控制。所有结点各节点地位平等，无中心节点控制。所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但一段时间内只允许一个结点利用总线发送数据一段时间内只允许一个结点利用总线发送数据“共享共享” 。 总线上的信息通常以基带形式串行传输，并从总线上的信息通常以基带形式串行传输，并从发送节点向两端

3、扩散，当一个结点利用总线传发送节点向两端扩散，当一个结点利用总线传输介质以输介质以“广播广播”方式发送信号时时，其他结方式发送信号时时，其他结点都可以用点都可以用“收听收听”到所发送的信号，故又称到所发送的信号，故又称广播式网络广播式网络 “共享共享”产生产生“冲突冲突”（collision），冲突造），冲突造成数据传输的失效，需要提供一种机制用于解成数据传输的失效，需要提供一种机制用于解决冲突问题。决冲突问题。 各节点通过环路接口连各节点通过环路接口连在一条闭合的环型通信在一条闭合的环型通信线路中线路中传输介质可采用电缆或传输介质可采用电缆或光缆光缆 数据以基带信号串行传数据以基带信号串行传

4、输，但从发送节点出来输，但从发送节点出来后，在环中沿一个固定后，在环中沿一个固定方向绕环逐站传输方向绕环逐站传输多个结点共享一条环通多个结点共享一条环通路的共享介质结构，也路的共享介质结构，也要提供旨在解决冲突问要提供旨在解决冲突问题介质访问控制。题介质访问控制。 增加环形拓扑可靠性，增加环形拓扑可靠性，还引入了双环拓扑。还引入了双环拓扑。在单环的基础上在各站在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用点之间再连接一个备用环，从而当主环发生故环，从而当主环发生故障时，由备用环继续工障时，由备用环继续工作。作。 结构：网络由各节点以中央节点为中心相连接，各结构：网络由各节点以中央节点为中心相连接，各

5、节点与中央节点以点对点方式连接。节点与中央节点以点对点方式连接。传输介质可采用电缆或光缆传输介质可采用电缆或光缆任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点，中央节点集中执行通信控制策略，如完成节，中央节点集中执行通信控制策略，如完成节点间通信时物理连接的建立、维护和拆除；点间通信时物理连接的建立、维护和拆除；中央节点通常为集线器或交换机中央节点通常为集线器或交换机优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易网容易 缺点：中央结点单点故障缺点：中央结点单点故障 星型拓扑结构星型拓扑结构的一种扩充，的一种扩充，又叫树型

6、拓扑又叫树型拓扑结构结构 ； 结构特点：一结构特点：一个星型拓扑的个星型拓扑的末端节点又是末端节点又是其他星型拓扑其他星型拓扑的中央节点的中央节点。HUB1HUB2HUB3HUB4HUB5PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8为了促进局域网产品的标准化以增加产品的互为了促进局域网产品的标准化以增加产品的互操作性，操作性，1980年年2月，美国电气和电子工程师月，美国电气和电子工程师学会（学会（IEEE）成立了局域网标准化委员会，）成立了局域网标准化委员会，简称简称IEEE802委员会，研究并制定了关于局域委员会，研究并制定了关于局域网的网的IEEE 802标准。标准。 通信介质分会：

7、通信介质分会：负责研究局域网中对应于负责研究局域网中对应于ISO/OSI物物理层的功能，包括局域网通信的物理传输特性、与数理层的功能，包括局域网通信的物理传输特性、与数据链路层的接口据链路层的接口 信号访问控制分会信号访问控制分会：负责研究局域网中对应于：负责研究局域网中对应于ISO/OSIISO/OSI数据链路层的功能，主要涉及逻辑链路控制协议、介数据链路层的功能，主要涉及逻辑链路控制协议、介质访问控制协议及和网络层的接口质访问控制协议及和网络层的接口 高层接口分会：高层接口分会：负责研究局域网中对应负责研究局域网中对应于于ISO/OSIISO/OSI中网中网络层以上的高层的功能。络层以上的

8、高层的功能。IEEE802IEEE802标准是一个标准体系，包含一标准是一个标准体系，包含一系列不同的标准或规范。系列不同的标准或规范。随着局域网技术的发展，该体系中在不随着局域网技术的发展，该体系中在不断地增加新的标准和协议。断地增加新的标准和协议。目前主要有目前主要有IEEE 802.1 IEEE 802.1 IEEE IEEE 802.12 802.12 等等1212种标准。种标准。4.2 局域网标准和参考模型局域网标准和参考模型IEEE 802系列标准系列标准是是IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会制标准委员会制定的定的局域网局域网、城域网城域网技术标准。其中最广泛使用的有技术

9、标准。其中最广泛使用的有以太以太网网、令牌环令牌环、无线局域网无线局域网等。这一系列标准中的每一个子等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。标准都由委员会中的一个专门工作组负责。*IEEE 802.1 局域网协议高层局域网协议高层*IEEE 802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制*IEEE 802.3 以太网以太网*IEEE 802.4 令牌总线令牌总线*IEEE 802.5 令牌环令牌环*IEEE 802.6 城域网城域网*IEEE 802.7 宽带宽带TAG*IEEE 802.8 FDDI*IEEE 802.9 同步局域网同步局域网 *IEEE 802.10 局域网

10、网络安全局域网网络安全 *IEEE 802.11 无线局域网无线局域网 *IEEE 802.12 需求优先级需求优先级 * IEEE 802.13 （未使用）（未使用） *IEEE 802.14 电缆调制解调器电缆调制解调器 *IEEE 802.15 无线个人网无线个人网 *IEEE 802.16 宽带无线接入宽带无线接入 *IEEE 802.17 可靠个人接入技术可靠个人接入技术IEEE802.1A综述与体系结构综述与体系结构(说明与说明与OSI/ISO的对应关系的对应关系)IEEE802.2逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)规范与协议规范与协议802.3CSMA/CDPhysicalLay

11、er802.4To k e n BusPhysicalLayer802.5To k e n RingPhysicalLayer802.6MANPhysicalLayer802.7FDDIPhysicalLayer802.8宽带宽带网网PhysicalLayer802.11无线无线网网PhysicalLayerIEEE802.1B寻址、网络互连和寻址、网络互连和网络管理网络管理IEEE802标准是一个标准体系，并且随着局域网技术标准是一个标准体系，并且随着局域网技术的发展，该体系中在不断地增加新的标准和协议。的发展，该体系中在不断地增加新的标准和协议。 只关注只关注OSIOSI的物理层和数据链路

12、层的物理层和数据链路层首先，首先，LAN是一种通信网，只涉及到有关是一种通信网，只涉及到有关的通信功能，至多与的通信功能，至多与OSI七层模型中的下三层七层模型中的下三层有关。有关。其次，其次，LAN基本上采用共享信道的技术，基本上采用共享信道的技术，可以不设立单独的网络层。可以不设立单独的网络层。 不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链路层；路层；当不同技术的当不同技术的LANLAN需要在网络层实现互连时，可需要在网络层实现互连时，可以借助其他已有的通用网络层协议以借助其他已有的通用网络层协议如第如第7 7章中要章中要介绍的介绍的IPIP协议。协议。

13、 IEEE802标准标准ISO/OSI的对的对应层应层数据链路数据链路层层 物理层物理层逻辑链路控逻辑链路控制制 （LLC）介质访问控介质访问控制制 （MAC）物理信号物理信号（PS）物理介质连接设备物理介质连接设备 （PMA）物理介质物理介质 连接单元接口连接单元接口 （AUI）介质访问单元介质访问单元 （MAU）物理层：物理层： 与与OSIOSI的物理层类似，主要规定比特流的传输与接的物理层类似，主要规定比特流的传输与接收，描述所使用的信号电平的编码及解码，规定网络收，描述所使用的信号电平的编码及解码，规定网络的拓朴结构，传输介质及介质的传输速率等。的拓朴结构，传输介质及介质的传输速率等。

14、数据链路层：数据链路层： 被分为被分为LLCLLC子层与子层与MACMAC子层。子层。 MACMAC子层子层-处理局域网中各站点对通信介质的争用问题处理局域网中各站点对通信介质的争用问题，不同类型的局域网使用不同的介质访问控制协议；，不同类型的局域网使用不同的介质访问控制协议； LLCLLC子层子层-屏蔽屏蔽MACMAC子层的具体实现，将其变成统一的子层的具体实现，将其变成统一的LLCLLC界面，从而向网络层提供一致的服务。界面，从而向网络层提供一致的服务。 在在OSI/RM中，物理层、数据链路层和网络层使计算机中，物理层、数据链路层和网络层使计算机网络具有报文分组转接的功能。对于局域网来说，

15、网络具有报文分组转接的功能。对于局域网来说， 物理层是必需的，它负责体现机械、电气和过程方面物理层是必需的，它负责体现机械、电气和过程方面的特性，以建立、维持和拆除物理链路；数据链路层的特性，以建立、维持和拆除物理链路；数据链路层也是必需的，它负责把不可靠的传输信道转换成可靠也是必需的，它负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道，传送带有校验的数据帧，采用差错控制的传输信道，传送带有校验的数据帧，采用差错控制和帧确认技术。和帧确认技术。 IEEE 802 标准特意把标准特意把 LLC 独立出来形成一具单独子独立出来形成一具单独子层，层，LLC子层与媒体无关，仅让子层与媒体无关，仅让MAC子层

16、依赖于物理子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法媒体和媒体访问控制方法 OSIOSI模型中的数据链路层不具备局域网所需的模型中的数据链路层不具备局域网所需的介质访问控制功能；介质访问控制功能；局域网基本上采用共享介质环境，从而数据链局域网基本上采用共享介质环境，从而数据链路层必须考虑介质访问控制机制；路层必须考虑介质访问控制机制；介质访问控制机制与物理介质、物理设备和物介质访问控制机制与物理介质、物理设备和物理拓扑等涉及硬件实现的部分直接有关；理拓扑等涉及硬件实现的部分直接有关；分为两个子层，可保证层服务的透明性，在形分为两个子层，可保证层服务的透明性，在形式上保持与式上保持与OSIOSI模型的

17、一致性。模型的一致性。使整个体系结构的可扩展性更好，以备将来接使整个体系结构的可扩展性更好，以备将来接受新的介质与介质访问控制方法受新的介质与介质访问控制方法。 4.3.1以太网概述以太网概述qEthernetEthernet的核心技术是的核心技术是CSMA/CDCSMA/CD介质访问控制方法；介质访问控制方法；q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ALOHAALOHA；q7070年代，年代， XeroxXerox公司开始公司开始EthernetEthernet实验网的研究，宣布实验网的研究，宣布了了EthernetEthernet产品；产品；q8080年代初，

18、年代初，XeroxXerox、DECDEC与与IntelIntel联合宣布联合宣布Ethernet V2.0Ethernet V2.0规范规范 ；q在此基础上，在此基础上，IEEE802IEEE802工作组于工作组于19821982年制定了第一个年制定了第一个IEEEIEEE的以太网标准（编号为的以太网标准（编号为802.3802.3）；）； q9090年代，年代，10Base-T10Base-T标准使得标准使得EthernetEthernet性能价格比大大提性能价格比大大提高；高；q目前，交换式目前，交换式EthernetEthernet与最高速率为与最高速率为10Gb/s10Gb/s的高速

19、的高速EthernetEthernet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。以太网的概述以太网的概述qLANLAN、MANMAN、WANWANq覆盖有限的地理范围覆盖有限的地理范围q高传输速率高传输速率q10Mbps10Mbps1000Mbps1000Mbpsq低误码率低误码率1010-8 -8 1010-10-10 q为一个单位所拥有为一个单位所拥有q采用总线、星形、环形拓扑采用总线、星形、环形拓扑q双绞线、同轴电缆、光纤双绞线、同轴电缆、光纤q介质访问控制方法：共享介质访问控制方法：共享( (随机，受控）随机，受控）与交换与交换q决定局域网特性的主

20、要技术要素：网络决定局域网特性的主要技术要素：网络拓扑、传输介质和介质访问控制方法拓扑、传输介质和介质访问控制方法q以太网（以太网（Ethernet)Ethernet) 目前，以太网占据了整个局域网目前，以太网占据了整个局域网90%90%左右左右的份额，而且随着万兆以太网标准的制定和相关的份额，而且随着万兆以太网标准的制定和相关产品的推出，以太网在传输速度上的优势越来越产品的推出，以太网在传输速度上的优势越来越明显，再加上以太网固有的良好兼容性、升级的明显，再加上以太网固有的良好兼容性、升级的平滑性等特点，以太网的应用前景会更加广泛。平滑性等特点，以太网的应用前景会更加广泛。 DIX即即DEC

21、、Intel和施乐和施乐Xerox公司的首字公司的首字母。母。 以太网是美国施乐公司（以太网是美国施乐公司（Xerox）的）的Palo Alto研究中心（简称研究中心（简称PARC）于）于1975年年研制成功的。那时，以太网是一种基态总研制成功的。那时，以太网是一种基态总线局域网，当时的速率为线局域网，当时的速率为2.94Mb/s。 1980年年9月，月，DEC公司，公司，Intel公司和施公司和施乐公司联合发表了乐公司联合发表了10Mb/s以太网规约的第以太网规约的第一个版本一个版本DIX V1，1982年又修改为第二个年又修改为第二个版本（实际上也就是最后的版本），即版本（实际上也就是最后

22、的版本），即DIX V2，成为世界上第一个局域网规约。，成为世界上第一个局域网规约。 DIXDIX与与802.3802.3qIEEE802 IEEE802 局域网的发展需要，局域网的发展需要，19801980年年2 2月成立月成立IEEE802IEEE802委员会委员会，制定了一系列局域网标准，称为，制定了一系列局域网标准，称为IEEE802IEEE802标准。它标准。它在在OSI/RMOSI/RM、TCP/IPTCP/IP（广域网）之后。局域网不用网广域网）之后。局域网不用网络层。络层。IEEE 802IEEE 802委员会制定的标准被委员会制定的标准被ISOISO采用为采用为ISO8802

23、ISO8802。q分层分层 按按IEEE802IEEE802标准，局域网体系结构由物理层、介质访标准，局域网体系结构由物理层、介质访问控制子层（问控制子层（MAC-Media Access ControlMAC-Media Access Control）和逻辑链路和逻辑链路子子层层LLC(Logical Link Control)LLC(Logical Link Control)组成组成网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLCLLC媒体访问控制媒体访问控制 MACMAC高层高层 OSIOSI IEEE 802IEEE 802物理层物理层PHYPHY由由NOS

24、NOS来实现来实现IEEE802IEEE802标准标准 LANLAN参考模型参考模型 有一个单独的集中控制器或一个具有控制整个网络有一个单独的集中控制器或一个具有控制整个网络能力的节点来管理网络的通信。能力的节点来管理网络的通信。 无集中控制节点，各节点均处于平等地位。节点间无集中控制节点，各节点均处于平等地位。节点间的通信由各节点自身控制。进一步分为：的通信由各节点自身控制。进一步分为： 1)争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问控制协议，控制协议，如如CSMA/CD。 2)确定型介质访问控制协议，又称有序的访问控制确定型介质访问控制协议，又

25、称有序的访问控制协议，如令牌法。协议，如令牌法。为为“带冲突检测的载波侦听多点访问带冲突检测的载波侦听多点访问( (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)” 的英文缩的英文缩写：写： 载波侦听载波侦听CSCS是指网络中的各个站点都具备一种对总线是指网络中的各个站点都具备一种对总线上所传输的信号或载波进行监测的功能。上所传输的信号或载波进行监测的功能。 多点访问多点访问MAMA指总线上的一个站点占用总线发送信号时指总线上的一个站点占用总线发送信号时，所有连到同一总线上的其他站点都可以通过各自的，所有连到同一总线上的其他站点都

26、可以通过各自的接收器收听，只不过目标节点会对所接收的信号进行接收器收听，只不过目标节点会对所接收的信号进行进一步的处理，而非目标节点则忽略所收到的信号。进一步的处理，而非目标节点则忽略所收到的信号。 冲突检测冲突检测CDCD指一种检测或识别冲突的机制，是实现冲指一种检测或识别冲突的机制，是实现冲突退避的前提。突退避的前提。站点装配帧并准备发站点装配帧并准备发送送侦听信道忙侦听信道忙否？否？启动发送并检测冲启动发送并检测冲突突冲突否？冲突否？发送完成发送完成？发送冲突加强信发送冲突加强信号号冲突次数增冲突次数增1冲突次数冲突次数16？计算随机延迟时间计算随机延迟时间等待延迟时间后再次启动等待延迟

27、时间后再次启动发送发送发送成功发送成功发送失败发送失败YNYNNYYN工作原理归结：工作原理归结： 先听后发、边听先听后发、边听边发、冲突停止、随边发、冲突停止、随机延迟后重发。机延迟后重发。如何判断信道忙或空闲？如何判断信道忙或空闲？ 以以差分差分Machester编码为例，若信道存在电平跳变，编码为例，若信道存在电平跳变，则判断为忙，否则判为空闲则判断为忙，否则判为空闲 如何检测冲突？如何检测冲突？1)比较法比较法-将侦听信号与原始的发送信号进行比较以判断将侦听信号与原始的发送信号进行比较以判断是否发生冲突。是否发生冲突。2)编码违例判决法编码违例判决法-分析侦听到的信号是否符合原始的编分

28、析侦听到的信号是否符合原始的编码规律，如差码规律，如差分分Manchester编码规律。编码规律。 如何随机延迟？如何随机延迟？ 采用二进制指数后退算法：一般地，第采用二进制指数后退算法：一般地，第n n次冲突后的次冲突后的等待时间从等待时间从0到到2n-1中选取；达到中选取；达到10次后，随机等待的最次后，随机等待的最大时隙固定在大时隙固定在1023；16次冲突后，控制器不再动作，报次冲突后，控制器不再动作，报告发送失败。告发送失败。 又称令牌又称令牌( (Token)Token)传递机制或传递机制或许可证许可证法法；令牌是一种特殊的控制帧，用来控令牌是一种特殊的控制帧，用来控制各个结点介质

29、访问权限。制各个结点介质访问权限。 令牌在环中沿固定方向逐站传送，令牌在环中沿固定方向逐站传送，只有获得令牌的节点才能启动帧的只有获得令牌的节点才能启动帧的发送。发送。 CSMA/CDToken随机随机MAC控制控制确定确定MAC控制控制协议简单，易于实现（有协议简单，易于实现（有VLSI来来实现实现CSMA/CD算法）算法） 协议复杂，需维护环（初始化、协议复杂，需维护环（初始化、新结点的加入、结点的删除、环新结点的加入、结点的删除、环恢复等）恢复等） 不适合实时通信，无优先级不适合实时通信，无优先级 适合实时通信，支持优先级，支适合实时通信，支持优先级，支持非任意长度的短帧持非任意长度的短

30、帧 适合于低负载环境，重负荷时，适合于低负载环境，重负荷时，冲突增加，传输延迟增大，吞吐冲突增加，传输延迟增大，吞吐率下降率下降 适合于重负荷环境，在重负荷时适合于重负荷环境，在重负荷时，有良好的延迟特性和吞吐率，有良好的延迟特性和吞吐率 802.3802.5传统以太网传统以太网1010BASE-5 BASE-5 10BASE-2 10BASE-2 10BASE-T10BASE-T 快速以太网快速以太网千兆以太网千兆以太网万兆位以太网万兆位以太网美国美国Xerox 公司于公司于2020世世纪纪70年代初期开始研究年代初期开始研究，1975年推出。年推出。1980年年Xerox，DEC与与Int

31、el三三家公司联合提出了以太家公司联合提出了以太网规范。后来的以太网网规范。后来的以太网国际标准国际标准IEEE802.3参参照此标准建立。照此标准建立。 1010BASE-5 BASE-5 称为标准以太网，又称粗缆以太网。称为标准以太网，又称粗缆以太网。总线拓朴，采用总线拓朴，采用RG-11 50RG-11 50欧姆的粗同轴电缆作为欧姆的粗同轴电缆作为传输介质，各节点通过收发器与总线相连；总线传输介质，各节点通过收发器与总线相连；总线两端需提供终结电阻两端需提供终结电阻网段最大长度为网段最大长度为500500m m，最大节点数为最大节点数为100100个，粗个，粗缆两端需提供终结电阻。缆两端

32、需提供终结电阻。2 2个节点间的间隔为个节点间的间隔为2.52.5m m的整数倍，以保证相邻的整数倍，以保证相邻节点间的接头处来的反射不会产生同相叠加。节点间的接头处来的反射不会产生同相叠加。基带传输数，据传输速率为基带传输数，据传输速率为1010M M。可采用中继器进行网段的扩展，但必须遵循关于可采用中继器进行网段的扩展，但必须遵循关于中继器的中继器的5-4-3-2-15-4-3-2-1规则。规则。 2.5TTRG-1150RG-1150欧姆的粗同轴欧姆的粗同轴电缆电缆7878欧姆欧姆6 6对对STPSTP电缆电缆外部收发器外部收发器1010BASE-2 BASE-2 称为细缆以太网，为降低

33、安装称为细缆以太网，为降低安装1010BASE-BASE-5 5的成本和复杂性而设计，又称廉价以太网。的成本和复杂性而设计，又称廉价以太网。总线拓朴，采用总线拓朴，采用RG-58A/50RG-58A/50欧姆的细同轴电缆作欧姆的细同轴电缆作为传输介质，不需要外部收发器及收发器电缆。为传输介质，不需要外部收发器及收发器电缆。网段最大长度为网段最大长度为185185m m，最大节点数为最大节点数为3030个，总线个，总线两端也需提供终结电阻。基带传输，数据传输速两端也需提供终结电阻。基带传输，数据传输速率为率为1010M M。可采用中继器进行网段的扩展，但也遵循关于中可采用中继器进行网段的扩展，但

34、也遵循关于中继器的继器的5-4-3-2-15-4-3-2-1规则。规则。TTRG-50RG-50欧姆的细同轴电缆欧姆的细同轴电缆T T型的型的BNCBNC连接头连接头1010BASE-TBASE-T是指采用是指采用UTPUTP线缆进行组网的以太网线缆进行组网的以太网，其中，其中“T”T”为为“Twisted Pair Wire”Twisted Pair Wire”的缩写的缩写。采用星型拓朴为基本拓朴采用星型拓朴为基本拓朴( (注：一大突破注：一大突破) )，星，星型拓朴的中心为集线器。型拓朴的中心为集线器。采用采用RJ-45RJ-45标准接口。标准接口。网段最大长度为网段最大长度为100100

35、m m，最大节点数由集线器的最大节点数由集线器的端口数决定，各端口共享带宽。端口数决定，各端口共享带宽。基带传输，数据传输速率为基带传输，数据传输速率为1010M M。可采用若干个中继可采用若干个中继器或器或HubHub进行网段的扩展，进行网段的扩展，但也遵循关于中继器但也遵循关于中继器与与HubHub的的5-4-3-2-15-4-3-2-1规则。规则。以集线器为中心的以太网，当连网的计算机以集线器为中心的以太网，当连网的计算机数目增长时，每个主机获得的带宽急剧地减数目增长时，每个主机获得的带宽急剧地减少，不能满足某些带宽要求较高的应用。少，不能满足某些带宽要求较高的应用。以集线器扩展的网络，

36、仍为一个冲突域，当以集线器扩展的网络，仍为一个冲突域，当节点数目增大时，冲突域也随之增长，重负节点数目增大时，冲突域也随之增长，重负荷下可能导致网络瘫痪。荷下可能导致网络瘫痪。为解决共享式以太网所存在的上述问题，交为解决共享式以太网所存在的上述问题，交换式以太网应运而生换式以太网应运而生。采用交换机为以太网中心。采用交换机为以太网中心。交换机的每个端口具有专用的带宽，常交换机的每个端口具有专用的带宽，常见的端口数有见的端口数有1616，2424，4848或更多。或更多。支持星型拓朴或扩展星型拓朴支持星型拓朴或扩展星型拓朴改变了集线器的半双工工作模式，既可改变了集线器的半双工工作模式，既可支持半

37、双工，也可支持全双工传送。支持半双工，也可支持全双工传送。以太网发展史上的另一个里程碑。以太网发展史上的另一个里程碑。交换式以太网还减少了冲突域的大小100M100M100M100M注意：注意： 尽管不同以太网的物理层存在较大的差异，但它们在数据链尽管不同以太网的物理层存在较大的差异，但它们在数据链路层都采用路层都采用CSMACSMACDCD作为介质访问控制协议，在作为介质访问控制协议，在MACMAC子层使用统子层使用统一的一的IEEE802.3帧格式帧格式所有的所有的1010M M以太网以太网相互兼容。相互兼容。 在以太网后来的发展中，继续保留了这种标准的帧格式，从在以太网后来的发展中，继续

38、保留了这种标准的帧格式，从而使得所有的以太网系列技术之间能够相互兼容。而使得所有的以太网系列技术之间能够相互兼容。 先导字段：先导字段：接收方与发送方的时钟同步。接收方与发送方的时钟同步。 帧开始标志：帧开始标志：“10101011” “10101011” 标志着帧本身的开始。标志着帧本身的开始。目的地址和源地址：目的地址和源地址：即目的和即目的和源源MACMAC地址或物理地址。目的地址地址或物理地址。目的地址为全为全1 1时，表示将传送至网上的所有站点。时，表示将传送至网上的所有站点。长度（长度（IEEE802.3）：）：指明数据字段中的字节数，其值为指明数据字段中的字节数，其值为01500

39、01500。当数据长度小于。当数据长度小于4646字节时，使用填充字段达到要求的最短长度字节时，使用填充字段达到要求的最短长度帧帧(64(64字节字节) )。数据数据（IEEE802.3）：）：461500461500字节。字节。字 节716先 导 字 段帧 开 始 标 识 目 的 地 址长 度源 地 址数 据246150046校 验 和最前面的是帧同步码，最前面的是帧同步码，7个字节，其功能是使接收器建立比特同个字节，其功能是使接收器建立比特同步。编码形式为多个步。编码形式为多个1或或0交替的二进制序列，最后一比特为交替的二进制序列，最后一比特为0。在这种编码形式下，经过曼彻斯特编码后为一周

40、期性方波。在这种编码形式下，经过曼彻斯特编码后为一周期性方波。帧首定界符为一字节，其编码形式为帧首定界符为一字节，其编码形式为“10101011”序列，该字段序列，该字段功能是指示一帧的开始。功能是指示一帧的开始。目的地址字段为目的地址字段为6字节，该字段用来指出帧要发往的工作站。字节，该字段用来指出帧要发往的工作站。源地址字段为源地址字段为6字节，该字段的功能是指示发送该帧的工作站地字节，该字段的功能是指示发送该帧的工作站地址。址。长度长度/类型指示字段为类型指示字段为2字节，用来指示紧随其后的数据字节的长字节，用来指示紧随其后的数据字节的长度（如果其值小于等于度（如果其值小于等于1518）

41、或类型（如果其值大于）或类型（如果其值大于1518）。）。 数据字段是帧要发送的用户数据，该数据由高层提供或接收。数据字段是帧要发送的用户数据，该数据由高层提供或接收。填充字段紧接在数据字段之后，用来对数据进行填充，以保证帧填充字段紧接在数据字段之后，用来对数据进行填充，以保证帧有足够的长度，以适应碰撞检测的需要。有足够的长度，以适应碰撞检测的需要。帧校验序列字段处于帧的最后，其长度为帧校验序列字段处于帧的最后，其长度为32比特，用于校验帧在比特，用于校验帧在传送过程中有无差错。传送过程中有无差错。 fame Check Sequence: 这个字段包括这个字段包括4字节循字节循环冗余校检码环

42、冗余校检码(CRC)用于检查错误用于检查错误.当一个原站当一个原站组装一个组装一个 MAC帧，他在所有字节帧，他在所有字节(从从Destination MAC Address到到Pad字段字段)执行一个执行一个CRC 计算，原站将计算的结果放入这个字段计算，原站将计算的结果放入这个字段，并作为帧的一部分传输给目的站，并作为帧的一部分传输给目的站， 当帧被目当帧被目的站接受后，目的站进行同样的校检，如果校的站接受后，目的站进行同样的校检，如果校检和同字段中的值不同，目的站将认为在传输检和同字段中的值不同，目的站将认为在传输中发生错误并丢弃这个帧中发生错误并丢弃这个帧 连网计算机的性能升级连网计算

43、机的性能升级高带宽应用的增加高带宽应用的增加C/SC/S模式下对服务器的集中访问，使其成模式下对服务器的集中访问，使其成为网络上的一个瓶颈。为网络上的一个瓶颈。交换以太网与交换以太网互连时，交换交换以太网与交换以太网互连时，交换机之间的链路也是网络上的一个瓶颈。机之间的链路也是网络上的一个瓶颈。10M10M10M10M10M10M10M10M10M由由10 10 BASE-TBASE-T以太网发展而来，主要解决网络以太网发展而来，主要解决网络带宽在局域网络应用中的瓶颈问题。带宽在局域网络应用中的瓶颈问题。 数据传输速率为数据传输速率为100100M M 100100BASE-BASE-X的协议

44、标准的协议标准为为IEEE802.3U(1995IEEE802.3U(1995年年颁布颁布）与与10 BASE-T一样，可支持共享式与交换式两一样，可支持共享式与交换式两种使用环境种使用环境支持四种物理层标准支持四种物理层标准LLC802. .2100BASE-FX100BASE-TCSMA/CDLLC子层子层100BASE-T4100BASE-TXMIIMAC子层子层数据链路层数据链路层物理层物理层介质无关接口介质无关接口屏蔽物理层的屏蔽物理层的实现差异。实现差异。 物理层协物理层协议议线缆类型线缆类型线缆对数线缆对数最大分段最大分段长度长度编码编码方式方式优点优点100BASE-T43/4

45、/5类类UTP4 对对(3D,1冲突检冲突检测测)100M8B/6B3类类UTP100BASE-T23/4/5类类UTP2对对100M4B/5B 100BASE-TX5类类UTP1类类STP2对对2 对对100M4B/5B全双工全双工100BASE-FX62.5/125um多模光纤多模光纤2对对2000M4B/5B全双工全双工 长距长距离离100M100M100M100M100M100M100M100M100M100M100M100M交换机端口的带宽可以根据需要自动调整的交换机称为10/100M自适应交换机10M10M10M10M100M100M100M10M10M10M100M10M100M

46、需求背景：高带宽应用与高速局域网主需求背景：高带宽应用与高速局域网主干干对以太网技术的再次扩展，数据传输率对以太网技术的再次扩展，数据传输率提高提高至至1000Mbps1000Mbps即即1Gbps1Gbps，也称吉比特以，也称吉比特以太网。太网。标准包括支持光纤传输的标准包括支持光纤传输的IEEE802.3ZIEEE802.3Z和和支持铜缆传输支持铜缆传输的的IEEE802.3abIEEE802.3ab。MAC子层子层LLC802. .2802. .3x全双工全双工/流量控制协议流量控制协议CSMA/CD半双工方式半双工方式LLC子层子层1000BASE-CXGMII数据链路层数据链路层物理

47、层物理层1000BASE-LX1000BASE-SX1000BASE-T1000BASE-X8B/10B编解码器编解码器1000BASE-T8B/10B编解码器编解码器在在MAC子层采用与以太网相同的帧结构，最小子层采用与以太网相同的帧结构，最小帧为帧为64字节，最大帧为字节，最大帧为1514字节。字节。保留传统以太网的流量控制与链路管理方式。保留传统以太网的流量控制与链路管理方式。支持全双式与半双工两种介质访问方式。支持全双式与半双工两种介质访问方式。 全双工方式采用全双工方式采用IEEE802.3x全双工全双工/流量控制协议，适用流量控制协议，适用于交换机与交换机或交换机与站点之间点到点的

48、连接，于交换机与交换机或交换机与站点之间点到点的连接，不存在冲突和竞争问题。不存在冲突和竞争问题。 半双工方式时，属于共享介质连接方式，仍采用半双工方式时，属于共享介质连接方式，仍采用CSMA/CD协议解决所存在的冲突和竞争问题。协议解决所存在的冲突和竞争问题。向下与传统以太网和快速以太网完全兼容。向下与传统以太网和快速以太网完全兼容。在千兆位以太网的物理层，定义了四个物理层标准。在千兆位以太网的物理层，定义了四个物理层标准。 支持星型拓朴，并定义了三种网络核心设备：支持星型拓朴，并定义了三种网络核心设备： 千兆以太网共享集线器千兆以太网共享集线器( (注：在注：在10/100M10/100M

49、的以太网交换机上增加了的以太网交换机上增加了一个供所有的一个供所有的10/100M10/100M端口共享的千兆位以太网上链端口）端口共享的千兆位以太网上链端口） 千兆位以太网交换机千兆位以太网交换机 千兆以太网路由交换机千兆以太网路由交换机( (具有第三层路由功能的交换机具有第三层路由功能的交换机) )在在MAC子层与物理层之间引入了千兆位介质无关接口子层与物理层之间引入了千兆位介质无关接口GMII（Gigabit Media Independent Interface），），GMII使使MAC子层与物理层分离开来，使物理层的实子层与物理层分离开来，使物理层的实现技术（包括所使用的传输媒体和信

50、号编码方式）不现技术（包括所使用的传输媒体和信号编码方式）不影响影响MAC子层。子层。标准标准传输介质类型及规传输介质类型及规格格最大传输距最大传输距离离适用场合适用场合1000BASE-SX62.5/50m多模光多模光纤纤440M/525M大楼网络系统的大楼网络系统的主干主干1000BASE-LX62.5/50m多模光多模光纤纤9m单模光纤单模光纤250/550M3000M大楼网络系统的大楼网络系统的主干主干园区网络的主干园区网络的主干1000BASE-CX150平衡平衡STP25M集群网络设备的集群网络设备的互连互连1000BASE-T6类或超类或超5类双绞线类双绞线100M大楼网络系统的

51、大楼网络系统的主干主干100M100M100M100M1000M100M1000M100M100M100M1000M100M1000M含千兆位以含千兆位以太网模块的太网模块的交换机交换机服务器服务器服务器服务器10/100M以太网交换以太网交换机机 100M共享集线器共享集线器千兆位以太网模块提高关键网络服务器的千兆位以太网模块提高关键网络服务器的速度速度服务器服务器服务器服务器含千兆位以含千兆位以太网太网 模块的模块的交换机交换机Cisco Catalyst 2950 楼层交换机10GSiSiSiSi1000M1000M1000M1000M1000M1000M1000M1000M1000M1

52、000M1000M1000MCisco Catalyst 2950 楼层交换机Cisco Catalyst 2950 楼层交换机Cisco Catalyst 2950 楼层交换机Cisco Catalyst 2950楼层交换机Cisco Catalyst 2950 楼层交换机Cisco Catalyst 4507 学院汇聚层交换机Cisco Catalyst 4507学院汇聚层交换机Cisco Catalyst 3550学院汇聚层交换机Cisco Catalyst 3550 学院汇聚层交换机Cisco Catalyst 6509 校区主干交换机1000MSiSiCisco Catalyst 4

53、507宿舍汇聚层交换机Cisco Catalyst 2950 楼层堆叠交换机SiSiCisco Catalyst 4507宿舍汇聚层交换机Cisco Catalyst 2950 楼层堆叠交换机三期校园网一/二期校园网网络设计依据层次化原则；网络设计依据层次化原则；通常采用三层设计方法：通常采用三层设计方法： 面向用户连接或访问网络的层称为接入层面向用户连接或访问网络的层称为接入层(access (access layer)layer)， 网络主干层称为核心网络主干层称为核心层层(core layer)(core layer) 将连接接入部分和核心部分的层称为分布层或汇聚层将连接接入部分和核心部

54、分的层称为分布层或汇聚层(distribution layer)(distribution layer)。例子：上面的校园网设计：例子：上面的校园网设计： 接入层接入层由由100Mbps以太网交换机加上以太网交换机加上1000Mbps上行链路组成；上行链路组成； 汇聚汇聚层层由由1000Mbps以太网交换机以太网交换机加加1000Mbps上行链路组成；上行链路组成； 核心层核心层由千兆位以太网交换机（可扩展至万兆）加由千兆位以太网交换机（可扩展至万兆）加10G主干链路主干链路组成。组成。需求背景：需求背景：带宽、传输距离及适用范围能否有所突带宽、传输距离及适用范围能否有所突破以适应高带宽应用的

55、需求？破以适应高带宽应用的需求？20022002年正式发布年正式发布802.3ae 10GE802.3ae 10GE标准。标准。再度扩展了以太网的带宽和传输距离；再度扩展了以太网的带宽和传输距离；使以太网从局域网领域向城域网领域渗使以太网从局域网领域向城域网领域渗透。透。 物理层只支持光纤作为传输介质物理层只支持光纤作为传输介质 提供了两种物理连接类型：提供了两种物理连接类型： 与传统以太网进行连接的速率为与传统以太网进行连接的速率为10Gbps的的 “LAN PHY” ； 与与SDH/SONET进行连接的速率为进行连接的速率为9.58464Gbps的的 “WAN PHY”，通过该物理连接，提

56、供了以太网帧与通过该物理连接，提供了以太网帧与SONNET OC-192帧结构的融帧结构的融合从而能够通过合从而能够通过SONNET城域网提供端到端以太网连接。城域网提供端到端以太网连接。 。物理层包括三个协议标准：物理层包括三个协议标准： 10GBASE-X使用一种特紧凑包装，含有使用一种特紧凑包装，含有1个较简单个较简单的的WDM器件、器件、4个接收器和个接收器和4个在个在1300nm波长附近以大约波长附近以大约25nm为间隔工作的激光器为间隔工作的激光器，每一对发送器，每一对发送器/接收器在接收器在3.125Gbit/s速度（数据流速度为速度（数据流速度为2.5Gbit/s）下工作。）下工作。 10GBASE-R是一种使用是一种使用64B/66B编码的串行接口，数据流为编码的串行接口，数据流为10.000Gbit/s，时钟速率为，时钟速率为10.3Gbit/s。 10GBASE-W是广域网接口，与是广域网