计算机网络：四个局域网

1Ch4FourLocalAreaNetworks2

ThreeLANprotocols(contention,poll,tokenpassing)andtreeLANstructures(bus,star,ring)arecombinedintothreebasictypesofnetworksystems:■Ethernet

■Tokenbus

■TokenringOthercommonlyused

LANsystems:■FDDI■ATMLANs■FibreChannel■WirelessLANsBasicLANSystems

局域网的基本网型3LANStructure

局域网的基本组成4①Servermainframes/advancedPC②WorkstationorClient

UsuallyPC(haveowndiskordiskless)③TransmissionMedia

Twistedpair,coaxialcable,opticalfiber,wirelessNetworkHardware5④NIC(LANCard）

alsoknownas“networkadapters”⑤Othersharedhardwareharddisk,printer,modem,etc.⑥Interworkingdevices

HUB、repeater、switch、router、gateway

、bridgeNetworkHardware67NetworkSoftware①NetworkOperatingSystem(NOS)WindowsNT/2000/2003Server,UNIX,Linux,NetWare,etc.②OperatingSystemforhostsWindows9X/Me/XP,etc.③ApplicationsDBMS,etc.8BasicLANTopologyBusStarRingTree9LANMediumAccessControlEthernetMACTokenRingTokenBus10站模型由N个独立的站（计算机、电话、个人通信设备）组成每个站都可产生待发送的帧在时间

t内，一帧生成的概率为

t，其中

是常量（新帧到达速率）一旦生成一帧，就等待发送，直到成功发送各站都是相互独立地、以固定速率产生数据帧。某站被阻塞，则不会有新的帧产生。即每个站只有一个用户11单通道假设所有通信，包括发送和接收，都通过单通道进行所有的站都在该通道上发送或接收信息所有站都是平等的各站没有主从之分，任何时刻只允许一个站可以发送，都是通过争用才能取得发送权。（如有主从之分，则存在单点故障）12冲突假设如两帧同时发送，则发生冲突所有的站都能检测到冲突冲突的帧必须重发除了冲突引起的差错外，没有其它差错由于每个站都是通过争用才能取得发送权，所以冲突是不可避免的，但也有采用某些竞争机制来消除冲突（令牌网）13时间假设时间连续（ContinuousTime）：帧的发送可在任意时刻时间分时隙（SlottedTime）：时间被分为时隙，帧在时隙的开始处发送一个时隙中可发送0、1或多帧帧在空闲时隙中发送成功或发生冲突把时间分片或不分片都是可能的，但任何一个系统都只能采取一种14侦听假设载波侦听（Carriersense）：所有的站在使用信道前，都可检测到当前信道是否正被使用如信道正忙，则等待非载波侦听（noCarriersense）：所有的站在使用信道前，都不检测当前信道是否正被使用只是盲目发送在局域网中，常采用载波侦听；而在无线网中则不采用载波侦听15EthernetMACPure-ALOHASlot-ALOHACSMA1-CSMAP-CSMACSMA/CD16PureALOHA

纯ALOHA协议WithALOHA,whenastationhasaframetosend,itdoesso.Thenthestationlistens(formaxroundtriptime)plussmallfixedtimeincrement.IfthestationhearsanACKduringthattime,fine;otherwise,waitarandomamountoftimeandsenditagain.IfnoACKafterrepeatedtransmissions,giveup.Maxutilizationofthechannelisonlyabout18%.17SlottedALOHA

采用分隙技术的ALOHA协议AmodificationofALOHA.Timeonthechannelisorganizedintouniformslotsequaltoframetransmissiontime.Somecentralclockorothersyncmechanismisneededtosynchronizeallstations.Transmissionispermittedtobeginonlyataslotboundary.Thusframesthatdooverlapwilldosototally.Thisincreasesthemaxutilizationofthesystemtoabout37%18网上各站点在任何时刻只要需要，就可以自由地发送信息（以帧的形式）；信息发送完毕，发送站等待一段时间，等待时间等于信道上最远的两个站之间的传输时延的两倍（2r）；若在等待时间内收到接收站的应答信息，则表明发送成功，否则重发该数据帧；但为了避免继续冲突，各站需等待一段随机时间后再重发；若再产生冲突，则再等待一段随机时间再重发……若多次重发都失败，则停止发送该帧。纯ALOHA协议最大的缺点是最大吞吐量不到理想值的18%(吞吐量:成功发送的信息数与实际发送的信息数之比)。

ALOHA协议的最大特点是“想说就说”。在ALOHA协议基础上，产生了CSMA（载波监听多路访问）技术。ALOHA协议的基本思想19CSMAprotocolAstationwishingtotransmitfirstlistenstothemediumtodetermineifanothertransmissionisinprogress(carriersense).Ifthemediumisinuse,wait.Ifmediumidle,transmit.Iftwoormorestationsstartatthesameinstant,collision.Thedatafrombothtransmissionswillbegarbledandnotreceivedsuccessfully.Aftertransmitting,astationwaitsareasonabletime(roundtripplusACKcontention).IfnoACK,thenretransmit.MaxutilizationcanfarexceedthatofALOHAorslottedALOHA,anddependonpropagationtime(mediumlength)andframelength;thelongertheframeorothershorterthepropagationtime,thehighertheutilization.20TypesofCSMAWithCSMA,analgorithmisneededtospecifywhatastationshoulddoifthemediumisfoundbusy.SothereareseveraltypesofCSMAwithdifferentcarriersensepolicies:Non-PersistentCSMA1-PersistentCSMAP-PersistentCSMAThemostcommontype,andtheoneusedinIEEE802.3,is1-persistenttechnique.Performance:CSMA>SlottedALOHA>PureALOHA21Non-PersistentCSMA

非坚持CSMASensethechannelIfbusy,waitarandomamountoftimeandsensethechannelagainIfidle,transmitapacketimmediatelyIfcollisionoccursWaitarandomamountoftimeandstartalloveragain221-PersistentCSMA

1-坚持CSMASensethechannelIfbusy,keeplisteningtothechannelandtransmitimmediatelywhenthechannelbecomesidle.IfcollisionoccursWaitarandomamountoftimeandstartover.Theprotocoliscalled1-persistentbecausethehosttransmitswithaprobabilityof1wheneveritfindsthechannelidle.23P-PersistentCSMA

p-坚持CSMASensethechannel.Ifbusy,waituntilthechannelbecomesidle.Ifidletransmit(withprobabilityP)ordefer(withprobability1-P)untilnextslot.Ifcollisionoccurswaitarandomamountoftimeandstartoveragain.24CSMA/CDCarriersensereducesthenumberofcollisionsCollisiondetectionreducestheeffectofcollisions,makingthechannelreadytousesoonerSensethechannelIfidle,transmitimmediatelyIfbusy,waituntilthechannelbecomesidleCollisiondetectionAbortatransmissionimmediatelyifacollisionisdetectedTryagainlaterafterwaitingarandomamountoftime25CSMA/CDProcedure26CSMAwithCollisionDetection27冲突的检测信号电平法过零点检测法自收发检测法基于基带传输。两个帧信号叠加后，电压大一倍在发送数据的同时也在接收，并逐比特比较用曼切斯特编码时，零点在每比特的正中央。有干扰时，则可能偏移28EthernetOperation(3)

RetransmissionBack-Off

TheschemeadoptedbyEthernetusesarandomback-offperiod,whereeachnodeselectsarandomnumber,multipliesthisbytheslottime(minimumframeperiod,51.2µS)andwaitsforthisrandomperiodbeforeattemptingretransmission.Theprotocolalsocountsthenumberofretransmissionattempts(N)andattemptstoretransmitthesameframeupto15times.Foreachretransmission,thetransmitterconstructsasetofnumbers:{0,1,2,3,4,5,...L}whereLis([2tothepower(K)]-1)andwhereK=N;K<=10;ArandomvalueRispickedfromthisset,andthetransmitterwaits(defers)foraperiodRx(slottime)i.e.Rx51.2µS29BinaryExponentialBackoffAlgorithm

二进制指数退避算法Whenacollisionoccursonthenetwork,thecollidingtransmitterswillbackofffromretransmittingforatimedeterminedbyabackoffalgorithm.Thisalgorithmrequireseachtransmittertowaitanintegralnumberofslottimesbeforeattemptinganewtransmissionsequence.30BinaryExponentialBackoffAlgorithm

二进制指数退避算法SetL=2Backofftime=Collisiontimeisi,andifthecollisiontimeismorethan10,alwayssetthetimeis10ThemaxbackofftimeisEverystationgetarandomtime,from1~Li31ExampleforbackoffForexample,aftertwocollisions,N=2,thereforeK=2,andthesetis{0,1,2,3}givingaoneinfourchanceofcollision.Thiscorrespondstoawaitselectedfrom{0,51.2,102.4,153.6}µS.After3collisions,N=3,andthesetis{0,1,2,3,4,5,6,7},thatisaoneineightchanceofcollision.Butafter4collisions,N=4,thesetbecomes{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15},thatisaonein16chanceofcollision.32设：信号在物理信道上的传播速度：v

一般近似为：v=200m/us

物理信道长度：S

网卡延时：tPHY则可得：τ=S/v

Slottime=2τ+2tPHY

如果考虑网段上有N个中继器，每个中继器延迟时间为t中继器，则可得下式：

Slottime=2*(τ+tPHY

+N*t中继器)

碰撞槽时间的计算33

10M以太网的连接标准(5-4-3规则)34Slottime是监测一次碰撞所需的最长时间。限制了帧的最小长度Lmin

设R为报文传输速率 则Lmin/R≥Slottime Lmin

≥

SlottimeXR

Lmin≥2X(S/v+tPHY

+N*t中继器)*R802.3标准规定的帧最小长度为64字节(2500米,4个中继器)。几点结论：35决定了碰撞后信道上最大的碎片长度，碎片长度<Lmin。4)决定了网络跨距的最大值。根据3.3式，当传输速率R固定时，最小帧长度与网络跨距具有正比例关系，即跨距越大，Lmin越长。反之Lmin越长，跨距也可加大。根据3.3式还可看出，在Lmin不变的情况下，传输速率越高，跨距越小。在后面介绍100M和1000M以太网时会明显看到这一点。5)是以太网一些算法的时间基准值，如二进制后退算法。36

必须注意：信号在物理信道上的传播速度v与报文的传输速率R是两个完全不同的概念。信号在物理信道上的传播速度是指电信号在物理介质上的移动速度，计量单位是距离/时间。光波在真空中的传播速度是

30万公里/秒，电信号在有线介质中的传播速度为该值的0.7，近似值为200米/微秒。报文的传输速率是指报文内的二进制位在线路上的发送速度，计量单位是二进制位/秒(b/s或bps)。

37

例如一个报文有2048字节

(即16384bits)，传输速率R为10Mbps，则整个报文发送完毕需花费：

16384bits/10000000bps=1638.4微秒或1.6384毫秒如果网络长度为1000米，则每个二进制位从网络的一端走到另一端的时间是：

1000米/200米/微秒

=5微秒38举例：802.3标准规定了10M以太网帧的最短长度为64字节，如果将该标准规定的条件作些修改，假定网络最长距离为1000米，中间可接2个中继器，每个中继器的延迟时间为1s，每个网卡延迟时间为1.5s，求在这些条件下帧的最短长度为多少？39举例：802.3标准规定了10M以太网帧的最短长度为64字节，如果将该标准规定的条件作些修改，假定网络最长距离为1000米，中间可接2个中继器，每个中继器的延迟时间为1s，每个网卡延迟时间为1.5s，求在这些条件下帧的最短长度为多少？解：总延迟时间=(1000M200M/s)+21s+1.5s=8.5s

总延迟时间2=17s17s10Mbps=170bits170bits8bits=21.25bytes

取22bytes403.CSMA/CD：特点CSMA/CD的特点：①竞争机制，站点越多，负载越重，冲突的可能性越大；反之负载越轻，冲突的可能性越小②不宜设立优先级③不宜实时控④后进现出的特性

41二、环形网的介质访问控制方法①通过令牌实现环形网的介质访问控制，即令牌环网。②令牌：特殊格式的帧。③任一用户要信息传输，必须先截获令牌，即只有拥有令牌才能进行信息传输。④当用户截获令牌后，会将令牌由闲的状态变为忙的状态环接口令牌42令牌环网的工作过程：1.无优先级空闲令牌源目的源目的源目的释放令牌(a)源站截获令牌，然后将令牌置为忙令牌，并携带用户数据传输出去(b)目的站接收数据（复制），并转发数据，数据继续绕运行环（c）源站吸收数据，同时释放令牌，即将令牌置为空闲状态43令牌环网的工作过程：2.有优先级ABCDEA发送，D接收，E预约DACEBAEDBCA发送完毕，释放令牌，并记录E预约E截获令牌，并发送数据AEDBCAEDBCAEBCDE发送完毕，释放令牌A接受E释放的令牌A释放令牌4445令牌环网：3.令牌的特点和管理令牌是特殊的帧，令牌的结构：

令牌的管理：监控站的监控

①监控站通过超时重发检测令牌的丢失②通过令牌的监控位，撤销无效的数据帧令牌环网的故障：①令牌的丢失②数据帧的无法撤销

PPP为优先级，T为令牌的状态，M为令牌的监控，RRR为预约优先级

PPPTMRRR46令牌环网：4.环接口环接口的特点：①一位延迟：环接口必须检测通过它的每一位。②三种工作状态：监听状态：监听通过的位流、改变令牌的状态、复制每一位的数据。发送状态：抓住令牌，发送信息旁通状态：环接口47令牌环网：5.环网的延迟环网的延迟：电信号的延迟＋环接口的延迟环接口环的长度电信号的速率环接口至少一位延迟例如：环长10Km，数据速率4Mbps，环路上有50个站点。（电信号的速率是光速的2/3，即2×108m/s）环网的延迟（位数）：电信号的延迟：（10Km／

2×108m/s）×4Mbps＝200（位）环接口的延迟：50个站点，50位延迟环网的延迟＝电信号的延迟＋环接口的延迟＝200＋50＝250（位）环网的延迟通常用位数计算。48令牌环网：6.令牌环网的特点不是竞争机制，使用令牌，所以站点越多，工作效率越高。可设立优先级可用于实时控制覆盖范围大一些。自动应答的功能。环接口令牌49LANArchitectureLAN

modelIEEEArchitectureEthernetFDDIATM50LANModel应用层高层高层表示层会话层传输层网际层网络层LLC子层数据链路层MAC子层物理层物理层OSILAN51IEEE802物理层数据链路层网际层IEEE802.2逻辑链路控制子层LLCIEEE802.1体系结构、网络的管理和互连802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6城域网802.7宽带网802.8光纤网802.11无线网物理层协议52Ethernet

以太网53EthernetandCSMA/CDThemostcommonlyusedmediumaccesscontroltechniqueforbusandstartopologiesiscarriersensemultipleaccesswithcollisiondetection(CSMA/CD).EthernetwasoriginallydevelopedbyXeroxandlaterextendedbyajointventurebetweenDigitalEquipmentCorporation,andXerox.ItworksonthebasisofCSMA/CDtechque(standardizedinIEEE802.3).EthernetisthemostpopularLANsystems.54以太网的MAC子层功能以太网的MAC子层负责执行CSMA/CD协议：发送和接收数据封包

a.帧处理（帧定界，帧同步）

b.寻址（源地址和目的地址处理）

c.错误检测（物理介质传输错误）介质存取管理

a.介质分配（冲突避免）

b.竞争化解（冲突处理）55IEEE802.3FrameFormatPA1010…1010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L数据字段长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验Totalframelength:64to1518octets(fromDAtoFCS)56IEEE802.3FrameFormatPA1010…1010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L数据字段长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验Totalframelength:64to1518octets(fromDAtoFCS)57IEEE802.3FrameFields

以太网帧的字段Preamble:usedbyreceiverforbitsynchronizatonSFD:indicateframestartandenablereceivertolocatethefirstbitoftherestofaframeDA&SA:auniquephysicaladdress,agroupaddressoraglobaladdressLength/type:lengthofLLCdata,orinformationtypes,dependingonwhethertheframeconformstotheIEEE802.3standardortheearlierEthernetspecificationLLCdata:dataunitsuppliedbyLLCPad:enabletheframelongenoughforCDoperationFCS:a32-bitCRCbasedonallfieldsexceptpreamble,SFDandFCS58MaximumFrameLengthAnyframeofmorelengththan1518bytesiscalleda"overlengthframe"ora“giantframe

",andisautomaticallydiscardedbyreceivingstations.

59MinimumFrameLengthAnyframeoflessthan64-bytesinlengthiscalleda"collisionfragment"or"runtframe",andisautomaticallydiscardedbyreceivingstations.60EthernetFrameTypes

以太网的帧类型802.3的帧格式PA1010…1010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验PA1010…1010前导11同步DA目标地址SA源地址类型DATAPADFCS帧校验MAC控制操作码(2字节)控制码参数(60字节，不足填0)

62位2位6字节6字节2字节46-1500字节4字节

类型值不超过1500时，表示数据字段长度；等于8888（十六进制）时，表示MAC控制帧，等于8100（十六进制）时，表示VLAN-tagged（标识）帧，用来辅助路由和网络管理。值为其他时，表示非标准的专用帧。以太网的帧格式61以太网MAC子层：如何工作发送过程最开始是生成正确的前导/SFD序列，接着是真正的帧内容（包括DA，SA，长度/类型以及数据），最后是作为FCS字段的计算出的CRC序列。MAC层可有效地将主机（计算机）传递给它的面向字节的数据进行转化，并将其串行化为可在网络介质上进行传输的位流。PA1010…1010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L数据字段长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验62以太网MAC子层：如何工作接收过程MAC层将输入的位流重新转化为由字节构成的帧。MAC层检查所接收到的位流，找出帧起始位置，并丢弃前导和帧起始SFD字段。然后MAC层将所接收帧中的目标地址字段值与并与本机的MAC地址进行比较。如果不匹配，便丢弃接收帧。如果匹配则将对所接收的帧独立计算其CRC值，并将计算结果与从接收帧FCS字段（最后4个字节）中值CRC比较。如果彼此不匹配，MAC层就发出“出错”报告。如果正确，就将数据字段上传给LLC子层。PA1010…1010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L数据字段长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验63EthernetAddressEthernethardwareaddressesare48bits,expressedas12hexadecimaldigits.Theymightbewrittenunhyphenated(e.g.,0800200070DF),orwithonehyphen(e.g.,080020-0070DF),butshouldbewrittenhyphenatedbyoctets(e.g.,08-00-20-00-70-DF).The12hexdigitsofsourceaddressconsistofthefirst/left6digits(whichshouldmatchthevendoroftheEthernetnetworkinterface)andthelast/right6digitswhichspecifytheinterfaceserialnumberforthatinterfacecontrollervendor(thisgives256cubedaddresses-or16.78millionseparateserialnumbers).Thisallowseachvendortoassigntheirowninterfaceserialnumbers(thisisaflataddressingscheme),butalsoallowsprotocolmonitorstoexaminethefirst3bytesofaframeaddresstodeterminethemanufacturereoftheinterfacecardbeingused.Asanexample,theEthernetaddress:08-00-20-00-70-DFcorrespondstoaninterfacemanufacturedbySunMicrosystems※64MACAddressMAC地址又称硬件地址或物理地址。使用MAC地址的不是以太网就是令牌环网。MAC地址有六个字节的信息，常用十六进制表示，前三个字节为网络设备生产厂商代号，后三个字节为厂商分配到设备上的序列号，如下：

00000CB40E1A

或00-00-C-B4-0E-1A简写为C-B4-E-1A

著名网络厂商标识厂商CISCO3ComHPSunIBMIntel厂商代号00000C02608C08000908002008005A00AA0065MoreaboutMACAddress每个MAC地址在全球都是唯一的。如果生产商用完了分配的标识数字，它总是能够得到新的前缀。FF-FF-FF-FF为广播地址。帧结构中SA(源地址)不可为广播地址。检测本机MAC地址的方法：

◆使用winipcfg命令（适配器地址）

◆使用ipconfig命令(PhysicalAddress)

66EthernetCards【类型】

常用网卡类型总线规格适用机型

NE1000及兼容卡（8位）ISA总线IBM-PC、XTNE2000及兼容卡（16位）ISA总线286（AT）至486NE3200及兼容卡（32位）EISE总线EISA总线PCVL总线卡（32位）VESA总线486DX/2-66等

PCI总线卡（32/64位）PCI总线Pentium以上等注意·用于无盘工作站时，应另配一只远程引导芯片（PROM）【网卡接口形式】

AUI插座(15芯)10BASE5(粗缆以太网用，接收发器上DIX连接头）

BNC插头(卡式)10BASE5与10BASE2(粗、细缆以太网用，接T形头)TPI插座

10BASE-T(双绞线以太网用，接RJ-45双绞线接头)67Concisenotation

以太网电缆标志

Examples：50ΩCoaxialCable10BASE575ΩCoaxialCable10BROAD36Maximumsegmentlengthin100mSignalingmethod(baseband)DatarateinMbpsMaximumsegmentlengthin100mSignalingmethod(broadband)DatarateinMbps-Tstandsfortwistedpair-Fstandsforopticalfiber68TypesofEthernet早期以太网分类未标准化：

◆

XeroxEthernet

◆10BROAD36

◆1BASE5

◆StarLAN传统以太网和快速以太网按IEEE802规定的电缆标准分类：◆10BASE5（ThickEthernet）◆10BASE2（ThinEthernet）◆10BASE-T（Twisted-pairEthernet）◆10BASE-F（FibreEthernet）◆10BROAD36（BroadbandEthernet）◆100BASE-x（FastEthernet）近年来高速以太网不再按电缆类型分类，如：◆GigabitEthernet(千兆以太网)◆10GigabitEthernet(万兆以太网)69IEEE802.310-MbpsSpecifications

传统以太网技术标准10BASE510BASE210BASE-T10BASE-F10BASE-FP10BASE-FL10BASE-FB70IEEE802.310-MbpsPhysicalLayerMedium7110BASE5

粗缆以太网（标准以太网）TheoriginalEthernetwasconfiguredasabussystemwithathickcoaxialcableasthemedium.Anexternaltransceivercalledamediumattachmentunit(MAU)clampsatparticularpointsonthecablemarkedbystripesevery2.5meters.Fromthetransceiver,anattachmentunitinterface(AUI)cableconnectstoanAUIportontheactualEthernetadapterthatfitsintothecomputer.TheAUIportisaDB-15connector.Acoaxialsegmentcanbeupto500meterslongandAUIcablesareeachrestrictedto50metersinlength.Atotalof100transceiverscanoccupyonetrunksegment.Individualtrunksegmentscanbecascadedusingrepeatersupto2500meters.7210BASE5①Topology：bus7310BASE2

细缆以太网（Cheapnet）

Theanswertothebulkinessof10BASE5alongwithitsexpensewasThinnetorCheapernetstandardizedin1985as10BASE2.Thinnetagainwasabustopologybutthistimewithinternaltransceivers.AthinRG-58/ucoaxialcableinterconnectsupto30stationstoamaximumlengthof185meters.Segmentscanberepeatedupto925meters.BNCstyleconnectors,terminatorsandtapsareusedtocablethesystem.Althougheasiertoinstallthan10BASE5,thefocusonnewinstallationsistowardstwisted-paircabling.ThiscableislikewisenotsupportedbyFastEthernet.74②Linkcomponents

a.电缆：RG-58A/U50Ω同轴电缆(芯径0.2″≈5毫米)市场上有带BNC连接器、标准长度（2米）的商品电缆出售

b.BNC连接器(装在电缆两端)c.BNCT型连接器（T型头）

d.以太网卡

e.50Ω终端电阻(一端需接地)10BASE275③Specifications两T形头间距：

0.5米或其整倍数最大网段长度：185米网络最大总长度：925米一个网段最多支持的工作站数：30（中继器算一个）物理连接遵循5-4-3规则10BASE276④Applications

造价最低。线路可靠性不高，总线故障影响整个网络，传输距离短。一般用于集中式室内布线的机房环境。【说明】

由于粗、细电缆的电气特性是一致的，因此可将粗、细同轴电缆网段混接于一个以太网上使用，以弥补细缆传输距离短而粗缆价格高、安装不便的缺点（通过粗、细电缆转接器或中继器相连）。它们还可通过HUB与双绞线连接。10BASE-T网段混接，形成混合式以太网。10BASE27710BASE-TIn1990theIEEEpublished10BASE-Tafterpioneeringworkwasdonetointroducetwisted-paircablingandstartopologytoEthernetinstallations.The10BASE-TEthernetadaptershaveinternaltransceiversandRJ-45connectors.Usuallytwo-pairunshieldedcablingisattachedtoahubinapoint-to-pointfashion.Busconnectionsarenotallowed.Theconnectionbetweenanadapterandhubcannotexceed100metersinlength.Hub-to-hubconnectionlengthcanvarydependinguponthemediumused.Ifanothertwisted-pairconnectionisused,themaximumlengthisagain100meters.WithThinnetitis185metersandwiththickcoaxialcable500meters.Thestartopologyismucheasiertotroubleshootthanabussystem;however,thereliabilityofthehubnowmustbeconsideredintheoverallreliabilityofthesystem.Anotherreasonforthefocusontwisted-pairisthatdevelopmentofFastEthernetisbasedontwisted-pairandnotcoaxialcableprovidingnomigrationpathforinstalledcoaxialcable.7810BASE-T

双绞线以太网①Topology：79②LinkComponentsa.电缆：无屏蔽双绞线(UTP)，20～26AWG（芯径0.4～0.6毫米）b.Etherhub

以太网用集线器c.RJ-45接头（注：国内并行电话线接头为RJ-11）d.以太网卡须带RJ-45插座10BASE-T80③Specifications双绞线最大长度：100米网络最大跨距：3.8千米一个HUB可连接的最大工作站数：由HUB端口决定④Applications

线路稳定性和可靠性好，可以有管理功能，成本适中(高于10BASE2)。10BASE-T8110BASE-F

光纤以太网

The10BASE-Fstandardisactuallyaseriesoffiberopticstandards.Fiberopticsprovideslongdistance,higher-speedmigration,noiseimmunityandelectricalisolation.Therearethreemediastandards:10BASE-FP(passive)—Apassive-startopologyforinterconnectingstationsandrepeaterswithupto1kmpersegment.Thispassivehubtechnologyisalsonotpopular.10BASE-FL(link)—Definesapoint-to-pointlinkthatcanbeusedtoconnectstationsorrepeatersatupto2km.ThisfiberlinkstandardreplacestheolderFOIRLstandard.10BASE-FB(backbone)—Definesapoint-to-pointlinkthatcanbeusedtoconnectrepeatersatupto2km.Thisbackbonestandardisnotverypopular.※The10BASE-FLstandardrequiresaduplex62.5/125µmfiberopticcableforeachlink.Transmissiondistancesofupto2kmarepossible—asisfull-duplexoperation.8283①Topology

簇型光纤HUB光纤HUB光纤HUB10BASE-F84②LinkComponents

光纤HUB

光纤网卡光纤③Specifications

光纤网段：≤2千米④Applications

适用于特殊场合（抗电磁干扰/有雷击）HUBHUBHUB10BASE-F85FastEthernet

快速以太网FastEthernetreferstoasetofspecificationsdevelopedbytheIEEE802.3committeetoprovidealow-cost,EthernetcompatibleLANoperatingat100Mbps.86以太网的发展：快速以太网100Mbps

快速以太网的发展：

100VG_AnyLAN，100BASE_T1.100VG_AnyLAN：100Mbpsverygood特点：不使用CSMA/CD协议，而是采用DPAM（按需优先级存取方法）星状拓扑结构，支持3，4，5类双绞线采用4对双绞线，4对同时传输数据采用5B/6B编码方法缺点：没有相应的设备；不支持全双工，不能使用光纤87以太网的发展：快速以太网1.100VG_AnyLAN：100MbpsverygoodDPAM（按需优先级存取方法）：集线器充当管理员，每个站点要先向集线器发出请求请求有两个优先级：一般请求和高优先级请求当网络空闲时，允许站点进行发送；网络忙时，站点等待发送管理员先处理优先级高的站点；但一般请求会随着等待时间的加长，会被当作高优先级来处理集线器将信息只在目的端口转发，而不是所有端口。88IEEE802.3100-MbpsSpecifications

快速以太网技术标准快速以太网（FastEthernet）

所用集线器一般为交换式。主要有两种竞争标准——100BASE-T802.3u（具有10/100Mb自动协商功能）100VG-AnyLAN803.12(用“按需优先轮询”方法取代CSMA/CD，又称100BASE-VG)

其中100BASE-T可通过升级网卡和HUB将10BASE-T网直接提升为100Mbps，从而保护用户的投资。具体又可分为三个子类100BASE-TX（使用两对5类双绞线）100BASE-T4（使用4对3、4或5类双绞线）100BASE-FX（光纤）

100VG-AnyLAN则结合了以太网和令牌环网的优点，把以太网简便、快捷的网络访问方式和令牌环网控制性强、确定性延迟的特点融为一体（其任何一个请求帧都由发出该请求的应用软件赋予一定的优先级）。89IEEE802.3100BASE-TPhysicalLayerMediumAlternatives90100BASE-T4100BASE-T4isdesignedtoproducea100Mbpsdatarateoverlower-qualityCategory3cable,i.e.,100Base-T4wasdevelopedtoallow10BaseTnetworkstobeupgradedto100-Mbpsoperationwithoutrequiringexistingfour-pairCategory3UTPcablestobereplacedwiththenewerCategory5cables.Datastreamtobetransmittedissplitupintothreeseparatedatastreams,eachwithaneffictivedatarateof33.3Mbps.Dataaretransmittedusingthreepairsandreceivedusingthreepairs.Thus,twoofthepairsmustbeconfiguredforbidirectionaltransmission.91GigabitEthernetCarrierextensionAtleast4096bit-timeslong(512for10/100)FrameburstingAllowformultipleshortframestobetransmittedconsecutively,uptoalimitSignalencodingscheme-8B/10B92GigabitEthernet-PhysicalFourphysicalLayeralternatives:1000Base-SXShortwavelength,supportduplexlinksofupto275musing62.5µmmultimodefiberorupto550musing50µmmultimodefiber.Wavelengthsare770to860nm.1000Base-LXLongwavelength,supportduplexlinksofupto550mof62.5or50µmmultimodefiberor5kmof10µmsinglemodefiber.Wavelengthsare1270to1355nm.1000Base-CXCopperjumpers<25m,shieldedtwistedpair1000Base-T4pairs,cat5UTP,upto100m93GigabitEthernet千兆位以太网目前GigabitEthernet(千兆位以太网)技术方案已经成熟并开始取代100Mbps的快速以太网技术。千兆位以太网传输媒体采用光纤或短距离双绞线，并定义了一种千兆位媒体专用接口GMII(GigabitMediaIndependentInterface)，用以将MAC子层和物理层分隔开，使物理层在实现1000Mbps速率时所使用的传输媒体和信号编码方式的变化不影响MAC子层。千兆位以太网的技术标准是IEEE802.3z，相关标准有IEEE802.3ab（1000BASE-T）等。

IEEE802.3委员会制定了4种传输媒体的标准：1000BASE-SX基带短波光纤使用波长为850nm的多模光纤最大网段长度:275m(62.5μm)/550m(50μm)；1000BASE-LX基带长波光纤使用波长为1300nm的单/多模光纤最大网段长度:550m(62.5μm和50μm多模)/5000m(10μm单模)；1000BASE-CX基带铜缆使用屏蔽双绞线，长度可达25m；1000BASE-T基带双绞线使用4对5类非屏蔽双绞线，长度可达100m。

94Encodingin1000Base-X95GigabitEthernetConfiguration千兆位企业级以太网的组网模式：桌面系统采用速率为10Mbps的10BASE-T以太网，部门系统采用速率为100Mbps的100BASE-T以太网，企业骨干网采用速率为1000Mbps的千兆位以太网。96在极限条件下，一个局域网中两个收发器间（允许接4个中继器）的最大距离为2500m，往返5000m，同轴电缆的时延特性为4.33

s/km（相当于电磁波以77%的光速在电缆上传播），即如遇冲突，端到端并返回的时延为21.65

s。然而，这是理想的时延，考虑到中继器的额外时延，最坏的情况下取估计时延为45

s，再加上强化冲突需发送48bit，接收方要接收到48bit后才确认冲突，即再增加4.8

s，共49.8

s，所以通常以太网取51.2

s为争用期的时间长度（传输512bit，即64字节的时间），即帧的长度至少为64个字节97GigabitEthernetMACMAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装、帧的寻址与识别、帧的接收与发送、链路的管理、帧的差错控制及MAC协议的维护千兆以太网对媒体的访问采用全双工和半双工两种方式千兆以太网的数据速率为快速以太网的10倍,若要保持两者最小帧长的一致性,势必大大缩小千兆以太网的网络直径;若要维持网络直径为200m,则最小帧长要512字节。为了确保最小帧长为64字节,同时维持网络直径为200m,千兆以太网采用了载波扩展和数据包分组两种技术。98GigabitEthernetMAC载波扩展技术用于半双工的CSMA/CD方式,实现方法是对小于512字节的帧进行载波扩展,使这种帧所占用的时间等同于长度为512字节的帧所占用的时间。虽然载波扩展信号不携带数据,但由于它的存在保证了200m的网络直径。对于》512字节的帧,不必添加载波扩展信号。若大多数帧短于512字节,则载波扩展技术会使带宽利用率下降·。99GigabitEthernetMAC

数据包分组技术允许站点每次发送多帧,而不是→次发送一帧。若多个连续的数据帧短于512字节,仅其中的第一帧需要添加载波扩展信号。一旦第一帧发送成功,则说明发送信道已打通,其后续帧就可不加载波扩展连续发送,只需帧间保持12字节的间隙即可。100虚拟局域网VLANVLAN概述

VLAN在逻辑上等价于广播域。可以将VLAN类比成一组最终用户的集合，这些用户可以处在不同的物理LAN上，但可以像在同一个LAN上那样自由通信而不受物理位置的限制。

VLAN的特点1、性能上，减少了不必要的广播数据在网络上的传播。2、不受网络物理位置的限制，可跨越多个物理网络、多台交换机。3、划分VLAN可有效提升带宽。4、VLAN均由软件实现定义与划分，使得建立与重组VLAN十分灵活。101102VLAN的工作原理决定数据属于哪个VLAN的方法：显示标记，当一个LAN上的桥或交换机从工作站上接收到数据后，就用一个VLAN标识符表示是从该VLAN来的数据；隐式标记，不对数据进行标记，而是根据其他的信息，如数据到达的端口。标记数据可以根据端口、源MAC地址、源网络地址、其他一些字段或字段的组合。为了能够用这些方法来标记数据，在交换机上要保持一个最新的数据库，数据库中包括VLAN和所使用的标记字段的映射。

103VLAN的类型（1）按端口划分将交换设备的端口分组来划分VLAN，例如一个有4个端口的交换机，可以将端口1、2和4划为VALN1，端口3划为VALN2。按端口划分VLAN仍是构造VLAN的常用方法，缺点是无法使一个端口的设备同时参加到多个VLAN中，特别是当客户从一个地方移到另一个地方时，端口发生变化，网管人员不得不对VALN进行重新配置。

（2）按MAC地址划分根据工作站的MAC地址，交换机跟踪属于每一个VLAN的MAC地址。由于MAC地址是固化在网卡上的，故工作站移到另一个地方时仍然保持其原先的VLAN成员身份不变而无需网管人员重新配置，同时一个MAC对应多个VLAN也是可以的。

104根据工作站的MAC地址划分VALN105基于网络层的虚拟网使用协议地址（如果网络中存在多协议）或网络层地址（如TCP/IP中的子网段地址）来确定网络成员的划分。利用网络层定义虚拟网有以下几点优势：可以按传输协议划分网段；用户可以在网络内部自由移动而不用重新配置自己的工作站；可以减少由于协议转换而造成的网络延迟。（3）三层VLAN106（4）根据IP组播组划分指任何属于同一IP组播组的计算机都属于同一虚拟网。因此，利用IP组播域来划分虚拟网的方法给使用者带来了巨大的灵活性和可延展性。（5）更高层次的VLAN根据应用或服务来定义VLAN的成员，例如文件传输协议（FTP）可以在一个VLAN上执行，远程登录应用在另一个VLAN上。1074.5网络互联设备网卡中继器集线器网桥交换机路由器网关1081.网卡

网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“网卡”。网卡的重要功能：进行串行/并行转换。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。实现以太网协议。

109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110网卡的功能数据的封装与解封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。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。链路管理主要是CSMA/CD协议的实现。编码与译码即曼彻斯特编码与译码。111网卡的功能PC总线DATA转换DATA数据拆封装DATA缓存访问控制编/译码收发器电缆连接器112网卡上的MAC

层

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。802

标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。但鉴于大家都早已习惯了将这种48bit的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。113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，因此它有两块