《计算机网络技术（第２版）》-项 目 ３　组 建 局 域 网

任务１认识局域网一、局域网的特点局域网（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ，ＬＡＮ）是指在某一区域内一般是方圆几千米以内由多台计算机互联成的计算机组。以太网是当今占主导地位的局域网（ＬＡＮ）技术。以太网的基本特征是：物理介质（电缆）将信息传送到所有站点。现在以太网已经从一种共享介质、有争议的数据通信技术发展成为现在的高带宽、全双工网络通信技术。下一页返回任务１认识局域网二、以太网的发展历程以太网技术基础最早起步于１９７０年，是在一个叫作Ａｌｏｈａｎｅｔ的计划中提出来的。Ａｌｏｈａｎｅｔ是一个数字无线电网络，用于通过夏威夷群岛之间共享的无线电频率发送信息。Ａｌｏｈａｎｅｔ要求所有电台都遵循一个协议，该协定规定，未经确认的发送在短时间等待后需要重新发送。以这种方式共用介质的技术后来通过以太网的形式应用到有线技术领域。其第一个版本融入了一种称为载波侦听多路访问／冲突检测（ＣＳＭＡ／ＣＤ）的介质访问方法。ＣＳＭＡ／ＣＤ负责管理多台设备通过一个共享物理介质通信时产生的问题。上一页下一页返回任务１认识局域网１.早期的以太网早期的以太网使用同轴电缆连接计算机，拓扑结构为总线型。每台计算机都直接连接到主干总线上。根据采用的传输介质不同，这些早期以太网分为粗缆以太网（１０Ｂａｓｅ－５）和细缆以太网（１０Ｂａｓｅ－２）两种。粗缆以太网（１０Ｂａｓｅ－５）：使用直径为１０ｍｍ、阻抗为５０Ω的同轴粗缆，拓扑结构为总线型，网中传输的信息采用曼彻斯特编码，传输５００ｍ的距离而不需要信号中继器。组网时，首先把网卡插入到微机的扩展槽中，然后把一个收发器通过一条不超过１５ｍ长的收发器电缆（ＡＵＩ电缆）连接到网卡上的１５芯插座上，而收发器则直接与粗缆连接，如图３－１所示。上一页下一页返回任务１认识局域网２.传统以太网传统的以太网是指１０Ｂａｓｅ－Ｔ网络，组网时采用的传输介质是双绞线（ＵＴＰ），它的物理拓扑结构是一种星型网络，网段的中心点通常是集线器，通常也称作ＨＵＢ，上面装有ＲＪ－４５接口，接口数量一般为４、８、１２、１６、２４个，一般还设有同轴电缆接口作为扩展用，如图３－２所示。３.快速以太网快速以太网又称为１００Ｂａｓｅ－ＴＸ网，与传统以太网相比，快速以太网用交换机取代了集线器，从而大大增强了局域网的性能，如图３－３所示。上一页下一页返回任务１认识局域网４.高速以太网网络链路上每天的应用流量如此巨大，即使是最强大的网络也不堪重负。例如，ＩＰ语音（ＶｏＩＰ）使用和多媒体服务的日益增长，需要速度超过１００Ｍｂ／ｓ以太网的连接。千兆以太网用于描述提供１０００Ｍｂ／ｓ（１Ｇｂ／ｓ）或以上带宽的以太网。这种功能建立在全双工功能以及早期以太网的ＵＴＰ和光纤介质技术基础上。当潜在吞吐量从１００Ｍｂ／ｓ增长到１Ｇｂ／ｓ及以上时，网络性能的提高非常明显。升级到１Ｇｂ／ｓ以太网并不一定意味着必须完全取代电缆和交换机的现有网络基础架构。上一页下一页返回任务１认识局域网三、以太网的体系结构局域网是一个通信网，只涉及相当于ＯＳＩ模型第一层以及第二层下半层的功能需求，内部采用共享信道技术，不单独设立网络层，如图３－４所示。四、以太网ＭＡＣ子层的功能ＭＡＣ子层主要有两项职责：数据封装、介质访问控制。１.数据封装（见图３－５）数据封装提供三项主要功能：帧定界；编址；错误检测。上一页下一页返回任务１认识局域网数据封装的另一项功能是错误检测。每个以太网帧都包含帧尾，其中含有帧内容的循环冗余校验（ＣＲＣ）。在收到帧后，接收节点将会创建一个ＣＲＣ，与帧中的ＣＲＣ进行比较。如果两个ＣＲＣ的计算一致，就可以相信已正确无误地收到该帧。２.介质访问控制（见图３－６）ＭＡＣ子层控制帧在介质中的位置以及从介质中删除帧。顾名思义，其功能是管理介质访问控制，包括启动帧的发送以及从冲突引起的发送故障中恢复。上一页下一页返回任务１认识局域网五、以太网ＬＬＣ子层的功能在以太网的第一层上涉及信号、介质中传输的比特流、将信号放到介质上的物理组件以及各种拓扑，它在设备之间的通信中扮演主要角色，但其各项功能都有局限性，如图３－７所示。对于以太网，ＩＥＥＥ８０２.２标准规范ＬＬＣ子层的功能，而８０２.３标准规范ＭＡＣ子层和物理层的功能。ＬＬＣ处理与上层（网络软件）以及下层（通常是硬件）之间的通信。ＬＬＣ子层获取网络协议数据（通常是ＩＰｖ４数据包）并加入控制信息，帮助将数据包传送到目的节点（如图３－８所示）。上一页下一页返回任务１认识局域网ＬＬＣ可为网络用户提供两种服务：无确认无连接服务和面向连接的服务。（１）无确认无连接服务它提供无须建立数据链路级连接而网络层实体能交换链路服务数据单元的手段。数据传送方式可以是点到点、点到多点式，也可以是广播式。这是一种数据报服务。（２）面向连接的服务在这种服务方式下，必须先建立链路连接，才能进行帧的传送。它提供了建立、维持、复位和终止数据链路层连接的手段。还提供了数据链路层的定序、流控和错误恢复，这是一种虚电路服务。上一页返回任务２了解以太网的关键技术一、什么是介质访问控制在共享介质环境中，所有设备都可以访问介质，如果多台设备同时发送，但它们没有确定优先顺序，就会带来问题。也就是说多台设备同时发送物理信号时，这些物理信号就会碰撞而发生冲突，冲突后的网络必须恢复才能继续通信。介质访问控制（ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）简称ＭＡＣ。当局域网中共用信道的使用产生竞争时，通过介质访问控制解决如何分配信道的使用权问题。下一页返回任务２了解以太网的关键技术１.争用型介质访问控制又称随机型的介质访问控制协议，如：ＣＳＭＡ／ＣＤ（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓｗｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）———载波侦听多路访问／冲突检测协议方式。因为以太网中的所有计算机都在同一介质上发送报文，所以使用分布式协调方案（ＣＳＭＡ）来检测电缆中的电信号活动。然后，设备可以确定能够发送的时间。当设备检测到没有其他计算机在传送帧或载波信号时，就会发送其要发送的内容，如图３－９所示。上一页下一页返回任务２了解以太网的关键技术（１）载波侦听在ＣＳＭＡ／ＣＤ访问方法中，要发送报文的所有网络设备在发送之前必须进行侦听。如果设备检测到来自其他设备的信号，就会等待指定的时间后尝试发送数据报文。在发送报文的过程中，该发送设备仍会继续侦听局域网中的通信或冲突。报文发送之后，该设备将恢复其默认侦听模式———先听后发。（２）多路访问如果设备之间的距离导致一台设备的信号延时，则另一台设备可能没有检测到信号，从而也开始发送信号。那么，现有两台设备同时在介质中发送信号。它们的报文将在介质中传播，直到相互碰头。此时，两者的信号就会混合，报文被毁坏。虽然报文已损坏，但剩余信号会混杂在一起继续沿介质传播。上一页下一页返回任务２了解以太网的关键技术（３）冲突检测当设备处于侦听模式时，可以检测共享介质中发生的冲突。冲突检测之所以能够实现，是因为当信号量超过正常水平时，所有设备都可以检测到。一旦发生冲突，处于侦听模式的其他设备以及所有正在发送的设备，将会检测到信号量的增长。检测到冲突之后，各台设备将继续发送，以确保网络上的所有设备都检测到冲突。（４）堵塞信号和随机回退发送设备检测到冲突之后，将发出堵塞信号。这种堵塞信号用于通知其他设备发生了冲突，以便它们调用回退算法。回退算法将使所有设备在随机时间内停止发送，以让冲突消除。上一页下一页返回任务２了解以太网的关键技术２.确定型介质访问控制确定型介质访问控制又称有序的访问控制协议，如Ｔｏｋｅｎ（令牌）方式。令牌访问控制方法可分为令牌环访问控制和令牌总线访问控制两类。目前已较少采用令牌总线访问控制。令牌环访问控制的工作原理如下。令牌环上传输一种特殊的数据（三个字节的一种特殊帧）称为令牌，只有有令牌的设备才有传输权限。如果环上的某个工作站收到令牌并且有信息发送，它就改变令牌中的一位（该操作将令牌变成一个帧开始序列），添加想传输的信息，然后将整个信息发往环中的下一工作站。当这个信息帧在环上传输时，网络中没有令牌，这就意味着其他工作站想传输数据就必须等待，因此令牌环网络中不会发生传输冲突，如图３－１０所示。上一页下一页返回任务２了解以太网的关键技术二、通信方式对于点对点之间的通信，按照消息传送的方向与时间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。１.单工通信（ＳｉｍｐｌｅｘＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）单工通信是指消息只能单方向传输的工作方式。在单工通信中，通信的信道是单向的，发送端与接收端也是固定的，即发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息。基于这种情况，数据信号从一端传送到另外一端，信号流是单方向的，如图３－１１所示。上一页下一页返回任务２了解以太网的关键技术２.半双工通信（Ｈａｌｆ－ｄｕｐｌｅｘＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）半双工通信可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行。在这种工作方式下，发送端可以转变为接收端；相应地，接收端也可以转变为发送端。但是在同一个时刻，信息只能在一个方向上传输，因此，也可以将半双工通信理解为一种切换方向的单工通信。３.全双工通信（Ｆｕｌｌ－ｄｕｐｌｅｘＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）全双工通信是指在通信的任意时刻，线路上存在Ａ到Ｂ和Ｂ到Ａ的双向信号传输。全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据，如图３－１２所示。上一页下一页返回任务２了解以太网的关键技术三、单播、组播、广播在通信网络中，根据信息接收者的数量和所在范围，网络通信可分为单播、组播和广播。①单播：网络节点之间的通信就好像是人们之间的对话一样。如果一个人对另外一个人说话，那么用网络技术的术语来描述就是“单播”，此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行。②组播：组播可以称为多播，在现实生活中，人们用手机群发信息，将要发送的信息一次性的发给特定的一群人，这是组播在生活中的应用。上一页下一页返回任务２了解以太网的关键技术③广播：广播在网络中的应用较多，如客户机通过ＤＨＣＰ自动获得ＩＰ地址的过程就是通过广播来实现的。但是同单播和多播相比，广播几乎占用了子网内网络的所有带宽。四、集线器和冲突域１.什么是冲突域（ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｏｍａｉｎ）在以太网中，如果某个ＣＳＭＡ／ＣＤ网络上的两台计算机同时通信会发生冲突，那么这个ＣＳＭＡ／ＣＤ网络就是一个冲突域。如果以太网中的各个网段以中继器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域，如图３－１３所示。上一页下一页返回任务２了解以太网的关键技术２.集线器与冲突集线器是传统以太网中用得最多的网络设备，用集线器连接的节点经常发生冲突的现象。集线器是传统局域网中普遍使用的网络设备，集线器可让更多节点连接到共享的介质。它将收到的数据信号重新发送到所有连接的设备（向集线器发送信号的设备除外）。由于集线器在物理层运行，只处理介质中的信号，因此它们连接的设备之间以及集线器本身内部可能会发生冲突。上一页返回任务３熟悉ＭＡＣ地址一、什么是ＭＡＣ地址起初，以太网用总线拓扑结构来实现，每台网络设备都连接到同一个共享介质———总线上。在流量小的网络或小型网络中，这是可以接受的。对于这种网络，需要解决的主要问题是如何标识网络上的每台设备（见图３－１４）。信号被发送给每台设备，但接收设备如何标识自己为接收方呢？这个问题是通过源地址和目的地址来解决的。为确定以太网中的源地址和目的地址，创建了地址的唯一标识符，称为介质访问控制（ＭＡＣ）地址。下一页返回任务３熟悉ＭＡＣ地址二、ＭＡＣ地址的构成以太网ＭＡＣ地址是６个字节４８位二进制数组成。这６个字节分成两部分，前３个字节是由ＩＥＥＥ的注册管理机构ＲＡ分配给不同厂家的代码（高位２４位），称为组织唯一标识符（ＯＵＩ），后３个字节（低位２４位）由各厂家自行指派给生产的适配器接口，称为扩展标识符（唯一性），如图３－１５所示。ＩＥＥＥ要求厂商遵守两条简单的规定：分配给网卡或其他网络设备的所有ＭＡＣ地址都必须使用厂商分配的ＯＵＩ作为前３个字节；ＯＵＩ相同的所有ＭＡＣ地址的最后３个字节必须是互不重复的唯一值（厂商代码或序列号）。上一页下一页返回任务３熟悉ＭＡＣ地址三、查看ＭＡＣ查看计算机的ＭＡＣ地址的工具是ｉｐｃｏｎｆｉｇ／ａｌｌ或ｉｆｃｏｎｆｉｇ命令。在图３－１６中，请注意该计算机的ＭＡＣ地址。如果用户有访问权限，可以在自己的计算机上试一下。通过ｉｆｃｏｎｆｉｇ命令，还可以研究ＭＡＣ地址的ＯＵＩ来确定网卡的制造商。四、在以太网的单播、组播和广播使用的ＭＡＣ地址在以太网中，第二层单播、组播和广播通信会使用不同的ＭＡＣ地址。上一页下一页返回任务３熟悉ＭＡＣ地址１.单播ＭＡＣ地址单播ＭＡＣ地址是帧从一台发送设备发送到一台目的设备时使用的唯一地址。在图３－１７中的示例中，ＩＰ地址为１９２.１６８.１.５的主机（源）向ＩＰ地址为１９２.１６８.１.２００的服务器请求网页。要传送和接收单播数据包，目的ＩＰ地址必须包含于ＩＰ数据包头中。相应的目的ＭＡＣ地址也必须出现于以太网帧头中。只有ＩＰ地址和ＭＡＣ地址相结合，才能将数据传送到特定的目的主机。上一页下一页返回任务３熟悉ＭＡＣ地址２.广播ＭＡＣ地址发送广播时，数据包目的ＩＰ地址的主机部分全部为“１”。这种地址表示本地网络（广播域）中的所有主机都将接收和处理该数据包。许多网络协议，如动态主机配置协议（ＤＨＣＰ）和地址解析协议（ＡＲＰ）等，都使用广播。如图３－１８所示，网络的广播ＩＰ地址需要在以太网帧中包含相应的广播ＭＡＣ地址。在以太网中，广播ＭＡＣ地址为４８位，全部为“１”，以十六进制显示时则为ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ。上一页下一页返回任务３熟悉ＭＡＣ地址３.组播ＭＡＣ地址源设备通过组播地址向一组设备发送数据包。属于同一组的播组设备都被分配了该组组播ＩＰ地址。组播地址的范围为２２４.０.０.０～２３９.２５５.２５５.２５５。由于组播地址代表一组地址（有时称为主机组），因此只能用作数据包的目的地址。源地址始终为单播地址。组播地址常用于远程游戏中，许多玩家远程连接同一个游戏并玩该游戏；通过视频会议远程学习也使用组播地址，许多学生连接到同一个课程。如图３－１９中例子所示，目的ＩＰ地址为２２４.０.０.１０，低２３位为０.０.１０，换算得出十六进制０１－００－５Ｅ－００－００－０Ａ。每个十六进制字符均为４个二进制位。上一页返回任务４熟悉以太网与交换机一、用交换机组建以太网在过去几年中，交换机迅速成为大多数网络的基本组成部分。交换机可以将ＬＡＮ细分为多个单独的冲突域，其每个端口都代表一个单独的冲突域，为该端口连接的节点提供完全的介质带宽。由于每个冲突域中的节点减少了，各个节点可用的平均带宽就增多了，冲突也随之减少。局域网可以用一台中心交换机连接到仍然为节点提供连通性的集线器，也可以直接将所有节点连接到交换机。这些拓扑如图３－２０所示。下一页返回任务４熟悉以太网与交换机二、用交换机组网的优点在局域网中用交换机组网，网络的吞吐量会大幅增加。这种增加主要缘于三个原因：每个端口有专用的带宽；没有冲突的环境；全双工操作。这些物理星型拓扑实质上是点到点链路。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机１.专用带宽每个节点在节点与交换机的连接中都有全部介质带宽可供使用。由于集线器会复制收到的信号并发送到所有其他端口，因此传统的以太网集线器将形成逻辑总线。这意味着所有节点都必须共享此总线的带宽。而使用交换机时，每台设备在其与交换机的连接中都能有效地建立专用的点到点连接，不必竞争介质。２.没有冲突的环境（见图３－２１）与交换机之间的专用点到点连接同时也消除了设备之间的介质竞争，使节点很少甚至不会发生冲突。在使用集线器的传统网络中，一个中等规模的网络有４０％～５０％的带宽用于冲突恢复；而在几乎没有冲突的交换以太网中，基本上没有任何开销用于冲突恢复。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机３.全双工操作交换还使网络在全双工以太网环境中运行。在引入交换之前，以太网只支持半双工模式。这意味着，在任何指定时间，某个点要么发送，要么接收。而交换以太网中启用全双工之后，直接连接到交换机端口的设备可以使用全部介质带宽同时发送和接收（见图３－２２）。三、交换机的交换原理以太网交换机选择性地将帧从接收端口转发到连接目的节点的端口。这一选择性转发过程可被视为在发送节点与接收节点之间建立短暂的点到点连接。连接长度只够转发一个帧。在此瞬间，两个节点之间的连接可以使用全部带宽，代表一种逻辑点到点连接。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机通过存储转发交换，交换机将接收整个帧，检查ＦＳＣ是否有错误，然后将帧转发到目的节点的适当端口。因为节点无须等待介质空闲，所以节点能够以介质全速发送和接收，而不会有冲突引起的损失，也不会产生与管理冲突相关的开销。１.转发基于目的ＭＡＣ交换机维护着一个表，称为ＭＡＣ表。该表将目的ＭＡＣ地址与用于连接节点的端口进行比对。对于每个收到的帧，交换机都会将帧头中的ＭＡＣ地址与ＭＡＣ表中的地址列表进行比对。如果找到匹配项，表中与ＭＡＣ地址配对的端口号将用作帧的退出端口。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机ＭＡＣ表可能有许多不同的名称，通常称为交换表（如图３－２３所示）。因为交换源自一种称为透明桥接的早期技术，所以该表有时也称为网桥表。基于此原因，局域网交换机执行的许多处理名称中可能含有网桥或桥接字样。２.交换机的操作以太网交换机采用五种基本操作来实现其用途：获取；过期；泛洪；选择性转发；过滤。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机（１）获取ＭＡＣ表中必须填入ＭＡＣ地址及其对应的端口。获取过程可以在正常操作期间动态获取这些映射。当每个帧进入交换机时，交换机将会检查源ＭＡＣ地址。通过查询过程，交换机将确定表中是否已经包含该ＭＡＣ地址的条目。如果未包含，交换机将使用源ＭＡＣ地址在ＭＡＣ表中新建一个条目（如图３－２４所示），然后将地址与条目到达的端口进行配对。现在，交换机可以使用此映射将帧转发到该节点。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机（２）过期通过获取过程获取的ＭＡＣ表条目具有时间戳。此时间戳用于从ＭＡＣ表中删除旧条目。当某个条目在ＭＡＣ表中创建之后，就会使用其时间戳作为起始值开始递减计数。值计数到０后，交换机下一次从该节点的相同端口接收帧时，将会刷新表中的该条目。（３）泛洪如果目的ＭＡＣ地址不在ＭＡＣ表中，交换机就不知道哪一个端口发送帧，此时它会将帧发送到除发送端口以外的所有其他端口（如图３－２５所示）。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机（４）选择性转发选择性转发是检查帧的目的ＭＡＣ地址后将帧从适当的端口转发出去的过程。这是交换机的核心功能。当节点发送帧到交换机时，如果交换机知道该节点的ＭＡＣ地址，交换机会将此地址与ＭＡＣ表中的条目比对，然后将帧转发到相应的端口。此时交换机不是将帧泛洪到所有端口，而是通过其指定端口发送到目的节点，此操作称为转发。（５）过滤在某些情况下，帧不会被转发，此过程称为帧过滤。过滤的作用：使交换机不将帧转发到接收帧的端口，丢弃损坏的帧。如果帧没有通过ＣＲＣ检查，就会被丢弃。对帧进行过滤的另一个原因是安全。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机四、检查ＭＡＣ地址与端口关联通过使用ＣｉｓｃｏＩＯＳｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅ命令，可以检查ＭＡＣ地址与端口关联。（１）查看ｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅ命令的选项发出命令ｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅ？＜ＥＮＴＥＲ＞。将会输出命令的所有选项。（２）检查动态ＭＡＣ地址表条目发出命令ｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅ。此命令将显示静态（ＣＰＵ）和动态条目或获取的条目。列出ＭＡＣ地址和相应的交换机端口填入表３－１。上一页下一页返回任务４熟悉以太网与交换机（３）检查ＭＡＣ地址表过期时间发出命令ｓｈｏｗｍａｃ－ａｄｄｒｅｓｓ－ｔａｂｌｅａｇｉｎｇ－ｔｉｍｅ。此命令将以秒为单位显示ＭＡＣ地址条目存储的默认时间。上一页返回任务５熟悉以太网的物理层一、以太网的电缆类型标准以太网、快速以太网、千兆以太网与万兆以太网之间的差异在于物理层，通常称作以太网ＰＨＹ。以太网遵守ＩＥＥＥ８０２.３标准。目前为通过光缆和双绞线电缆的运行定义了四种数据速率：１０Ｍｂ／ｓ———１０Ｂａｓｅ－Ｔ以太网；１００Ｍｂ／ｓ———快速以太网；１０００Ｍｂ／ｓ———千兆以太网；１０Ｇｂ／ｓ———万兆以太网。虽然这些不同的数据速率会实现许多不同的以太网，但此处只介绍较常用的以太网实现方法。表３－２中所示为以太网ＰＨＹ的部分特征。下一页返回任务５熟悉以太网的物理层二、１０Ｍｂ／ｓ和１００Ｍｂ／ｓ以太网物理层１０Ｍｂ／ｓ以太网主要有以下几种：使用同轴粗缆的１０Ｂａｓｅ－５；使用同轴细缆的１０Ｂａｓｅ－２；使用三类／五类非屏蔽双绞线电缆的１０Ｂａｓｅ－Ｔ。早期的以太网１０Ｂａｓｅ－５和１０Ｂａｓｅ－２在物理总线中使用同轴电缆。这些实现方法现在已不再使用，新版８０２.３标准也不再支持它们。上一页下一页返回任务５熟悉以太网的物理层（１）１０Ｍｂ／ｓ以太网———１０Ｂａｓｅ－Ｔ１０Ｂａｓｅ－Ｔ采用曼彻斯特编码，通过两条非屏蔽双绞线电缆传送。早期的１０Ｂａｓｅ－Ｔ使用三类电缆。但现在一般使用五类或更高规格的电缆。１０Ｍｂ／ｓ以太网使用物理星型拓扑。１０Ｂａｓｅ－Ｔ以太网链路长度在１００ｍ以内都不需要集线器或中继器。使用两对四线对电缆，并且在每个终端以８引脚ＲＪ－４５连接器端接。连接到引脚１和２的线对用于发送，连接到引脚３和６的线对用于接收。图３－２６中所示为用于１０Ｂａｓｅ－Ｔ以太网的ＲＪ－４５引脚。上一页下一页返回任务５熟悉以太网的物理层（２）１００Ｍｂ／ｓ———快速以太网２０世纪９０年代中后期建立了几个新的８０２.３标准，用于规范通过以太网介质以１００Ｍｂ／ｓ速度发送数据的方法。这些标准使用不同的编码要求来实现更高的数据速率。１００Ｍｂ／ｓ以太网也称为快速以太网，可以使用双绞线铜缆或光纤介质来实现。最常见的１００Ｍｂ／ｓ以太网有：使用五类或更高规格ＵＴＰ电缆的１００Ｂａｓｅ－ＴＸ；使用光缆的１００Ｂａｓｅ－ＦＸ。由于快速以太网使用的较高频率的信号更易于产生噪声，因此１００Ｍｂ／ｓ以太网采用两个独立的编码步骤来增强信号的完整性。上一页下一页返回任务５熟悉以太网的物理层１００Ｂａｓｅ－ＦＸ标准使用的通信步骤与１００Ｂａｓｅ－ＴＸ相同，但它是通过光纤介质而不是ＵＴＰ铜缆来传送。这两种介质虽然编码、解码和时钟恢复步骤都相同，但信号发送不同———铜缆是电子脉冲，而光缆是光脉冲。１００Ｂａｓｅ－ＦＸ使用低成本光纤接口连接器（通常称为双工ＳＣ连接器，见图３－２７）。三、１０００Ｍｂ／ｓ以太网物理层千兆以太网标准的开发产生了ＵＴＰ铜缆、单模光缆和多模光缆的规格。在千兆以太网中，传送相同比特的数据所需的时间，是１００Ｍｂ／ｓ网络和１０Ｍｂ／ｓ网络的几分之一。由于信号传送的时间更短，比特更容易产生杂信，因此定时非常关键。上一页下一页返回任务５熟悉以太网的物理层（１）１０００Ｂａｓｅ－Ｔ以太网１０００Ｂａｓｅ－Ｔ以太网使用全部四对五类或更高规格的ＵＴＰ电缆提供全双工发送。使用铜线的千兆以太网可使每个线对的速度从１００Ｍｂ／ｓ上升到１２５Ｍｂ／ｓ，四个线对的总速度将升到５００Ｍｂ／ｓ。又由于每个线对的信号都是全双工，因此５００Ｍｂ／ｓ再度翻番而上升到１０００Ｍｂ／ｓ。１０００Ｂａｓｅ－Ｔ使用４Ｄ－ＰＡＭ５线路编码来获取１Ｇｂ／ｓ的数据吞吐量。这种编码方案可让四个线对同时发送信号。它将八位字节的数据转换为四个代码符号（４Ｄ），在介质上作为五级脉冲幅度调制（ＰＡＭ５）信号同时发送，每个线对发送一个。这意味着每个符号对应两位数据。上一页下一页返回任务５熟悉以太网的物理层因为信息同时通过两条路径传输，所以电路必须在传送方分割帧，然后在接收方重新组合。图３－２８中所示为１０００Ｂａｓｅ－Ｔ以太网使用的电路示意图。（２）使用光纤的１０００Ｂａｓｅ－ＳＸ和１０００Ｂａｓｅ－ＬＸ以太网与ＵＴＰ相比，光纤千兆以太网———１０００Ｂａｓｅ－ＳＸ和１０００Ｂａｓｅ－ＬＸ有以下优势：无杂信、体积小，并且无须中继的距离远，带宽高。所有１０００Ｂａｓｅ－ＳＸ和１０００Ｂａｓｅ－ＬＸ版本都支持通过两股光缆以１２５０Ｍｂ／ｓ的速度进行全双工二进制发送。发送编码基于８Ｂ／１０Ｂ编码方案。这种编码的开销大，所以数据传输速度仍为１０００Ｍｂ／ｓ。上一页下一页返回任务５熟悉以太网的物理层在发送之前，每个数据帧都将在物理层进行封装，链路同步通过在帧间隙期间发送ＩＤＬＥ代码组的连续流来维护。１０００Ｂａｓｅ－ＳＸ与１０００Ｂａｓｅ－ＬＸ光纤版本之间的主要差异在于链路介质、连接器和光信号的波长，如图３－２９所示。四、以太网的未来及发展ＩＥＥＥ８０２.３ａｅ标准经过改编，纳入了１０Ｇｂ／ｓ———通过光缆进行的全双工发送。原始以太网的８０２.３ａｅ标准和８０２.３标准非常类似。万兆以太网（１０ＧｂＥ）在不断发展，不仅用于局域网，而且用于广域网和城域网。上一页下一页返回任务５熟悉以太网的物理层由于帧格式及其他以太网第二层规格与之前的标准兼容，因此１０ＧｂＥ可以为那些能与现有网络基础架构交互操作的个别网络提供更高的带宽。１０Ｇｂ／ｓ以太网在以下方面能与以太网的其他变体相比拟：帧格式相同，支持传统、快速、千兆及万兆以太网之间的交互操作，无须重新成帧或进行协议转换；比特时间目前为０.１ｎｓ，所有其他时间也按相应的比例变化；上一页下一页返回任务５熟悉以太网的物理层由于只使用全双工光纤连接，因此无须介质竞争和ＣＳＭＡ／ＣＤ；ＯＳＩ模型第一层和第二层中的ＩＥＥＥ８０２.３子层基本被保留，只是稍作增改以支持４０ｋｍ光纤链路并与其他光纤技术交互操作。上一页返回任务６熟悉网络模拟器ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒＰＴ提供可视化、可交互的用户图形界面，来模拟各种网络设备及其网络处理过程，使得实验更直观、更灵活、更方便。一、ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的下载安装ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ安装包网上较多，可直接在网上搜索并下载，建议用户到思科官方网站下载。解压下载好的安装包，点击安装程序，如图３－３０所示，并按提示进行安装即可。下一页返回任务６熟悉网络模拟器ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ安装完成后，单击Ｆｉｎｉｓｈ按钮，关闭如图３－３１所示窗口。二、ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的界面操作简介安装完成后，在主机桌面上会出现ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的图标，如图３－３２所示。双击ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的图标启动，出现ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的工作界面，如图３－３３所示。上一页下一页返回任务６熟悉网络模拟器ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的工作界面中提供两个工作区：逻辑工作区（ＬｏｇｉｃａｌＷｏｒｋｐｌａｃｅ）与物理工作区（ＰｈｙｓｉｃａｌＷｏｒｋｐｌａｃｅ）。逻辑工作区（中间最大块的地方）：主要工作区，用来完成网络设备的逻辑连接及配置，显示当前的拓扑结构和各个设备的状态，如图３－３４所示。物理工作区：该区域提供了办公地点（城市、办公室、工作间等）和设备的直观图，可以对它们进行相应配置，如图３－３５所示。上一页下一页返回任务６熟悉网络模拟器ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ单击左上角可以切换这两个工作区域。ＰａｃｋｅｔＴｒａｃｅｒ的工作界面中提供两种工作模式：实时模式（Ｒｅａｌｔｉｍｅ）与模拟模式（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）。实时模式：默认模式。提供实时的设备配置和ＣｉｓｃｏＩＯＳＣＬＩ（ＣｏｍｍａｎｄＬｉｎｅＩｎ