计算机网络基础与应用

《计算机网络基础与应用》天津大学管理学院信息管理与信息系统系郁雪EmailTo:yuki@SchoolofManagement物理层与数据链路层位于物理层和数据链路层设备(以太网为例)网络接口卡中继器和集线器网桥和以太网交换机OSI层次地址类型设备传输层及以上网络层数据链路层物理层应用程序进程地址（端口）网络地址MAC地址无网关路由器网桥、交换机中继器、集线器SchoolofManagement物理层与数据链路层(1)网络接口卡 也称网卡，NetworkInterfaceCard，NIC。又称网络适配器，是插在计算机总线插槽内或某个外总接口上的扩展卡，它与网络程序配合工作，负责将要发送的数据转换为网络上其他设备能够识别的格式，通过网络介质传输，或从网络介质接口接收信息，转换成网络程序能够识别的格式，提交给网络操作系统SchoolofManagement物理层与数据链路层网卡的功能：实现了物理层与数据链路层的功能，包括：1、数据缓存2、帧的封装与解封装3、介质访问控制4、串/并转换5、数据编码与解码6、数据的发送/接收SchoolofManagement物理层与数据链路层MAC地址以太网使用的MAC-48地址由两部分组成：3字节的OUI(OrganizationallyUniqueIdentifier)+3字节EUI(ExtendedUniqueIdentifier)。AC-DE-48-00-00-80第1机构惟一标志符OUI扩展标志符第1字节第6字节第2第3第4第5第6101011001101111001001000000000000000000010000000SchoolofManagement物理层与数据链路层网卡检查MAC地址网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC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”包括以下三种帧：单播(unicast)帧（一对一）广播(broadcast)帧（一对全体）多播(multicast)帧（一对多）SchoolofManagement物理层与数据链路层两种不同的MAC帧格式

常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIXEthernetV2标准IEEE的802.3标准最常用的MAC帧是以太网V2的格式。SchoolofManagement物理层与数据链路层以太网V2的MAC帧格式MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500目的地址字段6字节源地址字段6字节IP数据报类型字段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。SchoolofManagement物理层与数据链路层以太网V2的MAC帧格式（cont）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MAC帧物理层MAC层1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报SchoolofManagement物理层与数据链路层无效的MAC帧帧的长度不是整数个字节；用收到的帧检验序列FCS查出有差错；数据字段的长度不在46~1500字节之间。有效的MAC帧长度为64~1518字节之间。对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。SchoolofManagement物理层与数据链路层（2）中继器（repeater）和集线器（hub）在同一广播域内扩展网络的需要延长物理信号的传输距离；但是增加网段内工作站数量(受电缆段可接入站数和设备端口数限制，代价：单站平均传输能力下降）以10Mbps以太网标准为例：10Base-T:UTP,设备间最大传输距离100米10Base2:细同轴电缆（直径5mm),最大传输距离185米，单段电缆上允许连接工作站数3010Base5:粗同轴电缆（直径10mm),最大传输距离500米10Base-FL:多模光纤，最大传输距离2KmSchoolofManagement物理层与数据链路层工作原理工作于网络的物理层，用于互联两个相同类型的网段（如：两个以太网段），它在物理层内实现透明的二进制比特复制，补偿信号衰减，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一个网段。RR重发器RepeaterTerminatorTerminatorTerminatorSchoolofManagement物理层与数据链路层中继器具有如下特性（1）中继器仅作用于物理层。（2）只具有简单的放大、再生物理信号的功能。（3）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。（4）中继器可以连接相同或不同传输介质的同类局域网。（5）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。（6）由于中继器在物理层实现互联，所以它对物理层以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。注意：不能无限制的连接中继器，不能形成环路！SchoolofManagement物理层与数据链路层集线器（Hub）集线器HUB是对网络进行集中管理的最小单元。用集线器构成的网络是一个星形拓扑结构的网络。工作原理：（1）工作在物理层（2）将某个端口信号收集放大后送到另外一个端口（3）网络核心，构成网络的冲突域SchoolofManagement物理层与数据链路层集线器工作在物理层 ABCD所有设备在同一冲突域所有设备在同一广播域所有设备共享总带宽SchoolofManagement物理层与数据链路层用集线器扩展局域网集线器集线器一系二系集线器三系三个独立的碰撞域集线器主干集线器SchoolofManagement物理层与数据链路层传统以太网存在的问题（1）冲突（collision）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏。（2）冲突域：由网络连接起来的这样一组计算机的集合，当其中任意两台计算机同时发送数据时，发送的数据就会产生冲突。（3）广播域：由网络连接起来的这样一组计算机的集合，如果组中某一台计算机发送了一个广播帧，则组中其他计算机接收。SchoolofManagement物理层与数据链路层传统以太网属于共享网络介质，所有网络设备在同一冲突域，所以随着节点的增加，网络带宽逐渐下降。 解决方案：（1）提高带宽（2）减少共享介质网络中的站点数量，即微段微化

SchoolofManagement物理层与数据链路层在共享介质网络时，由于网络所含节点数过多，将影响网络的运行速度，而将处于同一物理网络中的节点按某种方式分为若干个子网，即网段微化，可以使某时刻一部分节点可以并行。ABCDESchoolofManagement物理层与数据链路层（3）网桥（Bridge）网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口。网桥可以隔离冲突域SchoolofManagement物理层与数据链路层网桥的自学习功能:通过从桥接器各端口上收到帧的源地址积累网站所处网段的信息。如果事先未进行人工设置，桥接器也可以首先采用中继器的全广播方式，直到在其过滤地址表中积累了接收帧中的目的地址信息为止。SchoolofManagement物理层与数据链路层站表端口管理软件网桥协议实体端口1端口2缓存①②③网段B网段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口网桥网桥④⑤⑥SchoolofManagement物理层与数据链路层网桥在转发表中登记以下三个信息站地址：登记收到的帧的源MAC地址。端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。转发表中的MAC地址是根据源MAC地址写入的，但在进行转发时是将此MAC地址当作目的地址。如果网桥现在能够从端口x收到从源地址A发来的帧，那么以后就可以从端口x将帧转发到目的地址A。SchoolofManagement物理层与数据链路层网桥的工作过程SchoolofManagement物理层与数据链路层网桥的不足（1）广播风暴网桥中有一张“端口—结点地址表”，用于存储收到过的所有地址信息。但由于实际的“端口—结点地指表”的存储能力有限，当没有存储的结点地址信息出现时，网桥就将该数据帧从除输入端口之外的其他所有端口中广播出去。这种盲目发送数据帧的做法，造成“广播风暴”。（2）增加网络时延网桥在互联不同的局域网时，需要对接收到的帧进行重新格式化，以适合另一个局域网MAC子层的要求，还要重新对新的帧进行差错校验计算，这就造成了时延的增加。（3）帧丢失当网络上的负荷很重时，网桥会因为缓存的存储空间不够而发生溢出，造成帧丢失。SchoolofManagement物理层与数据链路层为解决网桥的一些缺点，提出以太网交换机技术，工作在数据链路层上，提供存储转发功能，交换机内部使用矩阵将LAN分成多个独立的网段。在多端口间无冲突交换帧。SchoolofManagement物理层与数据链路层（4）以太网交换机（Switch）—多端口网桥现代以太网技术以非屏蔽双绞线和交换机构建的星形网络典型代表：Switch网络，工作在第二层(帧)Switch基于MAC地址转发/过滤利用CSMA/CD机制来避免冲突利用缓存机制来解决端口冲突支持全双工SchoolofManagement物理层与数据链路层交换机运行在数据链路层缓冲区交换每端口有自己的冲突域所有的端口都在同一广播域广播信息向所有端口转发每个端口独享带宽SchoolofManagement物理层与数据链路层地址表165432MAC帧DA=结点B转发机构缓冲器端口地址映射表端口MAC地址1结点A:00-01-0C-12-D1-28234结点B:06-21-0A-12-61-205结点C:30-61-2C-61-02-166结点D:01-31-00-0C-12-D1DAMAC帧DA=结点CDA结点A:00-01-0C-12-D1-28结点B结点C结点D:01-31-00-0C-12-D1局域网交换机结点ESchoolofManagement物理层与数据链路层交换机运行在数据链路层(cont)地址学习端口号/MAC地址映射表”的建立和维护转发或过滤根据目标MAC地址决定是转发或是过滤,以及将帧转发到哪个端口循环避免生成树协议STP物理冗余链路可以增强局域网的可靠性,而STP可以阻止循环带来的拥塞SchoolofManagement物理层与数据链路层交换机的地址学习最初开机时交换机的动态MAC地址表是空的MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCDSchoolofManagement物理层与数据链路层主机A发送数据帧给主机C交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机A的MAC地址对应端口E0该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口未知单播帧以泛洪方式处理0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBAMAC地址表SchoolofManagement物理层与数据链路层主机D发送数据帧给主机C交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机D的MAC地址对应端口E3该数据帧转发到除端口E3以外的其它所有端口未知单播帧以泛洪方式处理0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E3:0260.8c01.4444E0E1E2E3DCABMAC地址表SchoolofManagement物理层与数据链路层E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCAB交换机A发送数据帧给主机C在地址表中有目标主机，数据帧不会泛洪而直接转发已知单播帧以点到点的方式处理，因此可以节省交换机其它端口下的可用带宽SchoolofManagement物理层与数据链路层用以太网交换机扩展局域网集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100Mb/s100Mb/s100Mb/s万维网服务器电子邮件服务器以太网交换机路由器SchoolofManagement物理层与数据链路层设备冲突域广播域集线器所有端口处于同一冲突域所有端口处于同一广播域网桥每个端口处于同一冲突域所有端口处于同一广播域交换机每个端口处于同一冲突域可配置的（划分VLAN）广播域路由器每个端口处于同一冲突域每个端口处于同一广播域SchoolofManagement物理层与数据链路层例：集线器交换机路由器冲突域144广播域

114SchoolofManagement物理层与数据链路层数据链路层的典型协议-PPP协议高级数据链路控制（High-LevelDataLinkControl或简称HDLC），是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织(ISO)根据IBM公司的SDLC(SynchronousDataLinkControl)协议扩展开发而成的.SchoolofManagement物理层与数据链路层HDLC的帧结构标志字段F(Flag)为6个连续1加上两边各一个0共8bit。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。帧检验序列FCS字段共16bit。所检验的范围是从地址字段的第一个比特起，到信息字段的最末一个比特为止。比特888可变168信息

Info标志

F标志

F地址

A控制

C帧检验序列

FCS透明传输区间FCS检验区间SchoolofManagement物理层与数据链路层HDLC的透明传输HDLC采用零比特填充法使一帧中两个F字段之间不会出现6个连续1。在发送端，当一串比特流数据中有5个连续1时，就立即填入一个0。在接收帧时，先找到F字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发现5个连续1时，就将其后的一个0删除，以还原成原来的比特流。SchoolofManagement物理层与数据链路层数据中某一段比特组合恰好出现和F字段一样的情况01001111110001010会被误认为是F字段发送端在5个连1之后填入0比特再发送出去填入0比特010011111010001010在接收端将5个连1之后的0比特删除，恢复原样在此位置删除填入的0比特010011111010001010采用零比特填充法就可传送任意组合的比特流，或者说，就可实现数据链路层的透明传输。当连续传输两个帧时，前一个帧的结束标志字段F可以兼作后一帧的起始标志字段。SchoolofManagement物理层与数据链路层Internet的典型数据链路层协议——点到点协议（PPP–Point-to-PointProtocol)现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议PPP(Point-to-PointProtocol)。用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用PPP协议。1992年制订了PPP协议。经过1993年和1994年的修订，现在的PPP协议已成为因特网的正式标准[RFC1661]。链路控制协议LCP(LinkControlProtocol)。网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol)。SchoolofManagement物理层与数据链路层用户拨号上网示意图路由器调制解调器调制解调器因特网服务提供者(ISP)用户家庭拨号电话线使用TCP/IP的

PPP连接使用TCP/IP的客户进程路由选择进程至因特网…PC机SchoolofManagement物理层与数据链路层PPP协议的帧格式PPP的帧格式和HDLC的相似。标志字段F仍为0x7E（符号“0x”表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的7E的二进制表示是01111110）。地址字段A只置为0xFF。地址字段实际上并不起作用。控制字段C通常置为0x03。PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节。SchoolofManagement物理层与数据链路层PPP协议的帧格式（cont）PPP有一个2个字节的协议字段。当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报。若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制数据。若为0x8021，则表示这是网络控制数据。

IP数据报1211字节12不超过1500字节PPP帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信息部分首部尾部SchoolofManagement物理层与数据链路层透明传输问题字符填充法将信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成为2字节序列(0x7D,0x5E)。若信息字段中出现一个0x7D的字节,则将其转变成为2字节序列(0x7D,0x5D)。若信息字段中出现ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时将该字符的编码加以改变。SchoolofManagement物理层与数据链路层不提供使用序号和确认的可靠传输PPP协议之所以不使用序号和确认机制是出于以下的考虑：在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的PPP协议较为合理。在因特网环境下，PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。帧检验序列FCS字段可保证无差错接受。SchoolofManagement物理层与数据链路层PPP工作过程当用户拨号接入ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。PC机向路由器发送一系列的LCP分组（封装成多个PPP帧）。这些分组及其响应选择一些PPP参数，和进行网络层配置，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，使PC机成为因特网上的一个主机。通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着，LCP释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。SchoolofManagement物理层与数据链路层讨论PPP的设计意图是定义一个能够在点到点线路上运送多种网络协议的数据报的数据链路层协议。因此，PPP还必须涉及与网络层间的数据交换问题，必须具备就数据链路层支持的网络协议进行协商并进行相应配置的能力。这就是在PPP中需要涉及网络控制协议（NCP）的原因。NCP是数据链路层支持对多种网络协议进行配置协商的手段。LCP为数据链路的建立与终止、控制、配置协商等提供了一种通用机制。SchoolofManagement局域网基础局域网技术（以太网基础）

局域网LAN是由众多处于相近物理空间内的信息点，通过相关高速链路介质与网络设备连接构成的网络。LAN的特点：跨越一个物理上有限的距离（一般在10km以内）为一个单位或组织拥有传输速率高（1～100M～1000Mbps）误码率低（10-8～10-11间）SchoolofManagement局域网基础以太网的发展Ethernet的核心技术是CSMA/CD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ALOHA；70年代，Xerox公司开始Ethernet实验网的研究，宣布了Ethernet产品；CSMA/CD;随机争用80年代初，Xerox、DEC与Intel联合宣布EthernetV2.0规范；在此基础上，IEEE802工作组于1982年制定了第一个IEEE的以太网标准（编号为802.3）；90年代，10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高；目前，交换式Ethernet与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。SchoolofManagement局域网基础LAN体系结构：1980年2月——IEEE802课题组 局域网标准化应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型传输媒体传输媒体物理层

MAC子层LLC子层

LAN参考模型高层协议与硬件无关的部分

作用:建立/释放逻辑连接与硬件相关的部分

作用:成帧/拆帧SchoolofManagement局域网基础介质访问控制子层（MACSub-layer)①共享介质的利弊优点：容易实现对连接到同一通信介质上的设备“广播”缺点：必须解决何时由哪个工作站或设备在此共享介质上发送数据以及如何避免连接到同一通信介质上的两个或两个以上网络设备同时发送数据的问题，即需要介质访问控制（MAC–MediumAccessControl)。②典型MAC技术——提供无连接服务载波侦听多路复用/冲突检测类技术（CSMA/CD，CSMA/CA)：以太网（IEEE802.3)利用“准发送分组”（Token)控制方式：802.4-令牌总线（TokenBus)和802.5-令牌环（TokenRing或HDDI)。SchoolofManagement局域网基础IEEE802标准系列IEEE802.1概述、体系结构、网络互连IEEE802.2LLCIEEE802.3CSMA/CD

IEEE802.4TokenBusIEEE802.5TokenRingIEEE802.6MAN标准IEEE802.7宽带技术IEEE802.8光纤技术IEEE802.9综合业务数字网ISDNIEEE802.11无线网数据链路层802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.2LLC物理层802.6MAN802.9ISDN802.11无线SchoolofManagement局域网基础传统以太网802.3——同轴电缆Ethernet802.3a——细缆Ethernet802.3i——双绞线802.3j——光纤快速以太网FE802.3u——双绞线，光纤千兆以太网GEIEEE802.3z——屏蔽短双绞线、光纤IEEE802.3ab——双绞线SchoolofManagement局域网基础802.3布线介质标准10Base5粗同轴10Base2细同轴10BaseT双绞线10BaseFMMF100BaseT双绞线100BaseFMMF/SMF1000BaseX屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT双绞线数据率（Mbps）Base基带段最大长度（百米）或介质类型（T，F，X）10

Base

5SchoolofManagement局域网基础局域网的拓扑集线器或交换机干线耦合器匹配电阻总线型拓扑星形拓扑树形拓扑环形拓扑集线器或交换机集线器或交换机集线器或交换机SchoolofManagement局域网基础（1）什么是以太网(Ethernet)？满足IEEE802.3协议的局域网称为以太网以太网的拓朴结构：总线型、星型以太网的访问控制方式：CSMA/CD以太网是广播网络,即所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送SchoolofManagement局域网基础CSMA/CD介质访问控制技术CSMA即载波侦听多路访问和冲突检测CD总线型局域网中，当某一个节点要发送数据时，它首先要先去检测网络上的介质是否有数据正在传送，然后决定是否将数据送上网络。如果没有任何数据在传送（即处于空闲状态），则立即抢占信道发送数据；如果信道正忙（即处于忙碌状态），则需要等待直至信道空闲再发数据往往同时会有多个节点侦听到信道空闲并发送数据，这就可能发生冲突。冲突怎么办？SchoolofManagement局域网基础CSMA/CD方法的出现是因为CSMA方法有一个最主要的缺点，那就是如果两台计算机都检测出传输介质空闲的状态，就会几乎同时都开始传送数据，碰撞(collision)就发生了。冲突检测CD网络数据发生碰撞时，网络的电压会升高，此时网络的电压值大于不同时传送数据时计算机上的电压值，因此可得知发生了碰撞。当网络中所有传输设备都探测到冲突的产生，每个设备都会进行一种算法，回退算法，等待一个随机时间后再次接入网络SchoolofManagement局域网基础CSMA/CD机制特点小结：先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，准备发送若适配器检测到信道空闲，就发送这个帧，若检测到信道忙，则继续检测直到信道转为空闲，然后发送这个帧在发送过程中继续检测信道，若检测到碰撞，则中止数据的发送在中止发送后，适配器执行回退算法，等待一个随机比特时间后，返回步骤2SchoolofManagement局域网基础以太网是一种广播传输技术广播(Broadcast)：一台计算机发出信号，直接连到这台计算机所在介质段上的所有其它计算机和网络设备都能收到信号。广播域：一台计算机发出广播信号，能收到该广播信号的以太网的范围。广播信号不受任何数据链路层设备影响。广播地址——0xFFFF.FFFF.FFFF。广播地址可以让局域网上的所有设备接收到同一个帧。SchoolofManagement局域网基础以太网是一种广播传输技术（cont）网络上所有的设备都可以检测到所有沿着网络介质传输的帧只有自身MAC地址与帧所携带的MAC地址匹配，设备才能将帧复制到自身的缓冲器如果MAC地址匹配，该帧就可以被复制和传输到第三层，检查IP地址是否匹配SchoolofManagement局域网基础帧格式PreambleDest.AddressSourceAddressLengthDataFCSIEEEEthernetSDDSAPSSAPControlACDest.AddressSourceAddressEDDataFCSIEEETokenRingFDDSAPSSAPControlSDFS71662111-2variable4802.311166111-2variable411802.2802.3802.5802.2802.5SchoolofManagement局域网基础以太网的关键设备1990年问世的交换式集线器(switchinghub)，可明显地提高局域网的性能。交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。SchoolofManagement局域网基础以太网交换机的特点以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。SchoolofManagement局域网基础不会发生碰撞；所以，时间不会浪费在重传帧上。不必等其他机器发送。每个方向都有10M带宽，增加了可用的带宽。Full-DuplexNICFull-DuplexNICReceiveTransmitReceiveTransmit10BTFull-DuplexOperationSchoolofManagement局域网基础虚拟局域网（VLAN）利用交换机对帧传输的控制能力，在网络的物理拓扑结构基础上建立多个逻辑网络VLAN的划分可以突破物理位置的限制，依据网络的功能和应用等因素来进行一个VLAN可以被看作一个广播域，VLAN内的站点间可以直接进行通信，而不同VLAN内的站点则需要借助路由器进行通信SchoolofManagement局域网基础以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2和VLAN3

的构成SchoolofManagement局域网基础虚拟局域网（VLAN）当B1向VLAN2工作组内成员发送数据时，工作站B2和B3将会收到广播的信息。B1发送数据时，工作站A1,A2和C1都不会收到B1发出的广播信息。虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。SchoolofManagement局域网基础VLAN的优点隔离网络广播风暴增强了网络安全性简化网络管理和维护提高网络性能SchoolofManagement局域网基础令牌总线网-TokenBus(IEEE802.4)总线局域网的争用总线策略不能保证对每个站点公平,不能保证最长等待时间。另外，802.3帧没有优先级别，使得它不适用于工厂等一些对时间有严格要求的实时控制系统。802.4提出了令牌总线网,既有802.3的可靠性,又有环网能确知最坏情况的特性。SchoolofManagement局域网基础网络结构故障ABCDEG未工作图令牌总线局域网FSchoolofManagement局域网基础令牌总线局域网工作原理令牌总线是一种在总线拓扑中利用“令牌”(token)作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据（令牌是一种特殊结构的控制帧，用来控制结点对总线的访问权）。其它结点只能接收信息。为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地维护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前继、后继和本结点的地址，每个结点根据后继地址确定下一占有令牌的结点。SchoolofManagement局域网基础令牌总线局域网工作原理（cont）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递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌的传递顺序与结点在总线上的物理性置无关。令牌帧中有一个目的地址，接收到令牌帧的结点可以在令牌持有最大时间内发送一个或多个帧。SchoolofManagement局域网基础令牌环的维护工作令牌总线MAC协议十分复杂,关键是令牌逻辑环的维护:环初始化插入环退出环恢复环SchoolofManagement局域网基础令牌环网-TokenRing(IEEE802.5)延迟收听方式发送方式环路输入环路输出接口,它的作用是:(1)转发从环路输入的比特流(2)不停地监视两种特殊比特(本站地址和令牌)的组合接口接口

(a)(b)(c)图环和接口:(a)接口在在令牌环网中的位置(b)收听方式(c)发送方式SchoolofManagement局域网基础令牌环网的特点(1)令牌环网是一种确定型的介质访问控制方法,用于环型网络中.TokenRing采用一种称为令牌(token)的控制帧来解决网络中各节点对传输介质有序访问问题,不会发生任何介质访问冲突.每个节点访问介质的机会是均等的,且访问介质的时间是可测算的;(2)提供一种分布式的优先级调度机制来支持节点访问优先级调整和调度,以保证具有较高优先级的节点能够获得所需的传输带宽;SchoolofManagement局域网基础令牌环网的特点（cont）(3)在物理层采用点到点的信号传输方式,传输距离要比采用广播式信号传输方式的总线形网络远得多.(4)TokenRing的缺点是当环路上接入的站数很多时,即使只有两个站在进行通信,也要等到令牌传过来时才能发送帧,时间响应长;令牌维护算法比较复杂,要求可靠性高,因而TokenRing的组网费用和硬件价格都高于Ethernet;传输速率规定为4/16Mb/s,高速令牌环也仅达到100Mb/s的速率,它是一种非主流的局域网.SchoolofManagement局域网基础ATCBD令牌在环路上流动，A站截获了令牌，A站接口置为发送状态，其它站处于接收。令牌ACBDTA站收完所所发数据后重新发出令牌(否则环路中无令牌)，接口置为接收状态。令牌ACBDA站发送数据给C站，C站接收并转发数据。（否则A站无法进行冲突检测）数据ACBD

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