《网络基础》课件-第5章 局域网技术

第5章局域网技术主讲人:岳珍梅

01认识局域网本节目标熟悉局域网的特点、体系结构、IEEE802标准和组网模式学习目标养成独立思考的良好习惯，在实践中敢于创新、善于创新具备科学严谨的态度，自觉提高自身专业技能和职业素养素质目标新课导入你的电脑、隔壁的打印机、老师的投影仪...它们是怎么“悄悄”连在一起的？（仅限于本楼/本机房哦）打印机又连不上了？新课导入局域网(LAN)：身边的“网络小圈子”5.1认识局域网局域网是覆盖范围最小的计算机网络类型，它的发展虽然只有五十余年，但已从实验性技术成长为广泛使用的成熟技术。广域网城域网局域网（1）网络所覆盖的地理范围比较小，通常不超过10km，甚至只在一幢建筑或一个房间内，且传输介质以光纤或双绞线为主（2）数据传输速率高，通常为10Mbps～10Gbps（3）误码率低，一般在10−15～10−8（4）结构灵活，组网成本低、周期短，便于管理和扩充（5）通常为专用网络，由单一组织机构构建和使用，所包含的主机数量为几台到几百台不等5.1.1局域网的特点局域网既具有一般计算机网络的特点，又具有以下几个特点：因为局域网通常采用短距离基带传输，同时使用高质量的传输介质（如光纤），可以有效提高数据传输质量影响：局域网技术是目前技术领域中非常活跃的一个分支，各种局域网技术方案层出不穷，并在实际中得到广泛应用，极大地推进了信息化社会的发展。尽管局域网是结构复杂程度最低的网络，但这并不意味着它是小型的或简单的5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准定义：自1980年2月局域网/城域网标准委员会（IEEE802委员会）成立以来，该组织制定了一系列局域网标准，称为IEEE

802标准。包含的标准：IEEE

802标准化工作进展很快，不仅为以太网、令牌环网、FDDI网等传统局域网制定了标准，还制定了一系列高速局域网标准，如快速以太网、千兆以太网、万兆以太网及无线局域网标准等。影响：局域网的标准化极大地促进了局域网技术的飞速发展，并对局域网的应用起到了巨大的推动作用。5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802标准定义的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层和物理层局域网体系结构局域网参考模型与OSI参考模型的对应关系mediaaccesscontrol,MAClogicallinkcontrol,LLCMAC子层完成依赖传输介质的数据链路层功能LLC子层完成与传输介质无关的数据链路层功能共同完成数据链路层的全部功能功能相同5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准局域网体系结构LLC子层MAC子层物理层作用及功能：在传输介质上实现位（也称为比特流）的传输和接收差错检测，用于保证位信号的正确发送与接收物理层规定内容：信号的编码/解码方式、传输介质、网络拓扑结构

数据传输速率功能相同5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准局域网体系结构LLC子层MAC子层物理层MAC子层是数据链路层的一个功能子层，构成了数据链路层的下半部，直接与物理层相邻功能：（1）进行合理的信道分配，解决信道竞争问题（2）在发送数据时，将从上一层接收的数据（LLC协议数据单元）

封装成带MAC地址和差错检测字段的数据帧；在接收数据时，将从

下一层接收的帧解封并完成地址识别和差错检测为不同的传输介质定义了不同的介质访问控制方法：带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）介质访问控制令牌环（TokenRing）介质访问控制令牌总线（TokenBus）介质访问控制5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准局域网体系结构LLC子层MAC子层物理层LLC子层也是数据链路层的一个功能子层，构成了数据链路层的上半部，与网络层和MAC子层相邻功能：（1）建立、维护和释放数据链路，它提供一个或多个服务访问点，为网络层提供面向连接或无连接的服务（2）提供差错控制、流量控制、发送顺序控制等功能为保证局域网数据的无差错传输LLC子层在MAC子层的支持下向网络层提供服务。LLC子层与传输介质无关，它独立于介质访问控制方法，隐藏了各种局域网技术之间的差别，向网络层提供统一的信号格式与接口。IEEE802.1局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联IEEE802.2逻辑链路控制（LLC）子层标准，负责数据帧的差错控制及流量控制IEEE802.3以太网标准，包含CSMA/CD介质访问控制方法和物理层规范IEEE802.4令牌总线（TokenBus）网标准，包含令牌总线介质访问控制方法和物理层规范IEEE802.5令牌环（TokenRing）网标准，包含令牌环介质访问控制方法和物理层规范IEEE802.6城域网标准，包含城域网访问方法和物理层规范IEEE802.7宽带技术标准，包括宽带网络介质、端口和其他设备IEEE802标准是关于局域网和城域网的一系列标准5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802标准IEEE802.8光纤技术标准，包括光纤介质的使用及不同网络类型技术的使用IEEE802.9综合声音/数据服务的访问方法和物理层规范IEEE802.10网络安全技术，包括网络访问控制、加密、验证或其他安全主题IEEE802.11无线局域网介质访问控制方法和物理层技术规范，包括IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c和IEEE802.11q等标准IEEE802.12100VG-AnyLAN按需优先的介质接入控制协议IEEE802.14电缆调制解调器标准IEEE802.15近距离个人无线网络标准IEEE802标准是关于局域网和城域网的一系列标准5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802标准IEEE802.16宽带无线局域网标准IEEE802.17弹性分组环（RPR）工作组IEEE802.18宽带无线局域网技术咨询组IEEE802.19多重虚拟局域网共存技术咨询组IEEE802.20移动宽带无线接入（MBWA）工作组IEEE802标准是关于局域网和城域网的一系列标准5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802标准5.1.3局域网的组网模式局域网的拓扑结构星型拓扑结构总线型拓扑结构环型拓扑结构目前局域网中应用最为普遍的一种拓扑结构优点：结构简单，容易实现，成本低，节点扩展、移动方便缺点：对中心节点的可靠性和冗余度要求很高，传输介质不能共享典型：交换式以太网优点：控制简单、信道利用率高、不存在数据冲突问题、传输速率较高缺点：信息只能单向传输，对通信线路要求较高、扩展性较差、维护起来比较困难典型：令牌环网所有的节点都通过相应的硬件端口直接与总线相连特点：可靠性高、组网费用低、节点扩展灵活、维护也较为容易缺点：网络中各节点共享总线宽带，数据传输速率与接入网络的用户数量成反比，如果主干线路发生故障，那么整个网络将瘫痪5.1.3局域网的组网模式局域网的组成网络硬件网络软件服务器：局域网的核心设备用来管理网络并为用户提供文件传输、打印机共享等服务的计算机作为服务器的计算机通常需要具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、强大的存储容量和较高的可靠性工作站（用户机或客户机）：指用户使用的计算机工作站具备一定的数据处理能力，可以通过网络按规定权限存取服务器中的数据工作站通常还可以与网络中的其他工作站进行通信通信设备：起到延长传输距离或中转作用的设备局域网中常用的通信设备：

交换机、路由器、网关等传输介质局域网中常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线、光纤等有线传输介质和无线电波、微波、红外线等无线传输介质5.1.3局域网的组网模式局域网的组成网络硬件网络软件网络应用软件直接面向用户的网络软件，通常是专门为某一个应用领域而开发的软件功能：为用户提供一些实际的应用服务应用：远程教学、远程医疗、视频会议网络系统软件概念：为局域网提供基础通信能力、资源管理及协议支持的软件，包括网络操作系统、通信软件、管理软件和协议软件等网络操作系统是最基础的底层软件,为其他网络系统软件的运行提供了必要的网络环境课堂问题简述局域网的特点。（1）网络所覆盖的地理范围比较小，通常不超过10km，甚至只在一幢建筑或一个房间内，且传输介质以光纤或双绞线为主（2）数据传输速率高，通常为10Mbps～10Gbps（3）误码率低，一般在10−15～10−8（4）结构灵活，组网成本低、周期短，便于管理和扩充（5）通常为专用网络，由单一组织机构构建和使用，所包含的主机数量为几台到几百台不等幸运儿感谢观看第5章局域网技术01认识局域网本节目标熟悉局域网的特点、体系结构、IEEE802标准和组网模式学习目标养成独立思考的良好习惯，在实践中敢于创新、善于创新具备科学严谨的态度，自觉提高自身专业技能和职业素养素质目标新课导入你的电脑、隔壁的打印机、老师的投影仪...它们是怎么“悄悄”连在一起的？（仅限于本楼/本机房哦）打印机又连不上了？新课导入局域网(LAN)：身边的“网络小圈子”5.1认识局域网局域网是覆盖范围最小的计算机网络类型，它的发展虽然只有五十余年，但已从实验性技术成长为广泛使用的成熟技术。广域网城域网局域网第5章局域网技术01认识局域网局域网特点（1）网络所覆盖的地理范围比较小，通常不超过10km，甚至只在一幢建筑或一个房间内，且传输介质以光纤或双绞线为主（2）数据传输速率高，通常为10Mbps～10Gbps（3）误码率低，一般在10−15～10−8（4）结构灵活，组网成本低、周期短，便于管理和扩充（5）通常为专用网络，由单一组织机构构建和使用，所包含的主机数量为几台到几百台不等5.1.1局域网的特点局域网既具有一般计算机网络的特点，又具有以下几个特点：因为局域网通常采用短距离基带传输，同时使用高质量的传输介质（如光纤），可以有效提高数据传输质量影响：局域网技术是目前技术领域中非常活跃的一个分支，各种局域网技术方案层出不穷，并在实际中得到广泛应用，极大地推进了信息化社会的发展。尽管局域网是结构复杂程度最低的网络，但这并不意味着它是小型的或简单的感谢观看第5章局域网技术01认识局域网局域网体系结构与IEEE802标准5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准定义：自1980年2月局域网/城域网标准委员会（IEEE802委员会）成立以来，该组织制定了一系列局域网标准，称为IEEE

802标准。包含的标准：IEEE

802标准化工作进展很快，不仅为以太网、令牌环网、FDDI网等传统局域网制定了标准，还制定了一系列高速局域网标准，如快速以太网、千兆以太网、万兆以太网及无线局域网标准等。影响：局域网的标准化极大地促进了局域网技术的飞速发展，并对局域网的应用起到了巨大的推动作用。5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802标准定义的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层和物理层局域网体系结构局域网参考模型与OSI参考模型的对应关系mediaaccesscontrol,MAClogicallinkcontrol,LLCMAC子层完成依赖传输介质的数据链路层功能LLC子层完成与传输介质无关的数据链路层功能共同完成数据链路层的全部功能功能相同5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准局域网体系结构LLC子层MAC子层物理层作用及功能：在传输介质上实现位（也称为比特流）的传输和接收差错检测，用于保证位信号的正确发送与接收物理层规定内容：信号的编码/解码方式、传输介质、网络拓扑结构

数据传输速率功能相同5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准局域网体系结构LLC子层MAC子层物理层MAC子层是数据链路层的一个功能子层，构成了数据链路层的下半部，直接与物理层相邻功能：（1）进行合理的信道分配，解决信道竞争问题（2）在发送数据时，将从上一层接收的数据（LLC协议数据单元）

封装成带MAC地址和差错检测字段的数据帧；在接收数据时，将从

下一层接收的帧解封并完成地址识别和差错检测为不同的传输介质定义了不同的介质访问控制方法：带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）介质访问控制令牌环（TokenRing）介质访问控制令牌总线（TokenBus）介质访问控制5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准局域网体系结构LLC子层MAC子层物理层LLC子层也是数据链路层的一个功能子层，构成了数据链路层的上半部，与网络层和MAC子层相邻功能：（1）建立、维护和释放数据链路，它提供一个或多个服务访问点，为网络层提供面向连接或无连接的服务（2）提供差错控制、流量控制、发送顺序控制等功能为保证局域网数据的无差错传输LLC子层在MAC子层的支持下向网络层提供服务。LLC子层与传输介质无关，它独立于介质访问控制方法，隐藏了各种局域网技术之间的差别，向网络层提供统一的信号格式与接口。IEEE802.1局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联IEEE802.2逻辑链路控制（LLC）子层标准，负责数据帧的差错控制及流量控制IEEE802.3以太网标准，包含CSMA/CD介质访问控制方法和物理层规范IEEE802.4令牌总线（TokenBus）网标准，包含令牌总线介质访问控制方法和物理层规范IEEE802.5令牌环（TokenRing）网标准，包含令牌环介质访问控制方法和物理层规范IEEE802.6城域网标准，包含城域网访问方法和物理层规范IEEE802.7宽带技术标准，包括宽带网络介质、端口和其他设备IEEE802标准是关于局域网和城域网的一系列标准5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802标准IEEE802.8光纤技术标准，包括光纤介质的使用及不同网络类型技术的使用IEEE802.9综合声音/数据服务的访问方法和物理层规范IEEE802.10网络安全技术，包括网络访问控制、加密、验证或其他安全主题IEEE802.11无线局域网介质访问控制方法和物理层技术规范，包括IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c和IEEE802.11q等标准IEEE802.12100VG-AnyLAN按需优先的介质接入控制协议IEEE802.14电缆调制解调器标准IEEE802.15近距离个人无线网络标准IEEE802标准是关于局域网和城域网的一系列标准5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802标准IEEE802.16宽带无线局域网标准IEEE802.17弹性分组环（RPR）工作组IEEE802.18宽带无线局域网技术咨询组IEEE802.19多重虚拟局域网共存技术咨询组IEEE802.20移动宽带无线接入（MBWA）工作组IEEE802标准是关于局域网和城域网的一系列标准5.1.2局域网体系结构与IEEE802标准IEEE802标准感谢观看第5章局域网技术01认识局域网局域网的组网模式5.1.3局域网的组网模式局域网的拓扑结构星型拓扑结构总线型拓扑结构环型拓扑结构目前局域网中应用最为普遍的一种拓扑结构优点：结构简单，容易实现，成本低，节点扩展、移动方便缺点：对中心节点的可靠性和冗余度要求很高，传输介质不能共享典型：交换式以太网优点：控制简单、信道利用率高、不存在数据冲突问题、传输速率较高缺点：信息只能单向传输，对通信线路要求较高、扩展性较差、维护起来比较困难典型：令牌环网所有的节点都通过相应的硬件端口直接与总线相连特点：可靠性高、组网费用低、节点扩展灵活、维护也较为容易缺点：网络中各节点共享总线宽带，数据传输速率与接入网络的用户数量成反比，如果主干线路发生故障，那么整个网络将瘫痪5.1.3局域网的组网模式局域网的拓扑结构星型拓扑结构总线型拓扑结构环型拓扑结构目前局域网中应用最为普遍的一种拓扑结构优点：结构简单，容易实现，成本低，节点扩展、移动方便缺点：对中心节点的可靠性和冗余度要求很高，传输介质不能共享典型：交换式以太网优点：控制简单、信道利用率高、不存在数据冲突问题、传输速率较高缺点：信息只能单向传输，对通信线路要求较高、扩展性较差、维护起来比较困难典型：令牌环网所有的节点都通过相应的硬件端口直接与总线相连特点：可靠性高、组网费用低、节点扩展灵活、维护也较为容易缺点：网络中各节点共享总线宽带，数据传输速率与接入网络的用户数量成反比，如果主干线路发生故障，那么整个网络将瘫痪5.1.3局域网的组网模式局域网的组成网络硬件网络软件服务器：局域网的核心设备用来管理网络并为用户提供文件传输、打印机共享等服务的计算机作为服务器的计算机通常需要具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、强大的存储容量和较高的可靠性工作站（用户机或客户机）：指用户使用的计算机工作站具备一定的数据处理能力，可以通过网络按规定权限存取服务器中的数据工作站通常还可以与网络中的其他工作站进行通信通信设备：起到延长传输距离或中转作用的设备局域网中常用的通信设备：

交换机、路由器、网关等传输介质局域网中常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线、光纤等有线传输介质和无线电波、微波、红外线等无线传输介质5.1.3局域网的组网模式局域网的组成网络硬件网络软件网络应用软件直接面向用户的网络软件，通常是专门为某一个应用领域而开发的软件功能：为用户提供一些实际的应用服务应用：远程教学、远程医疗、视频会议网络系统软件概念：为局域网提供基础通信能力、资源管理及协议支持的软件，包括网络操作系统、通信软件、管理软件和协议软件等网络操作系统是最基础的底层软件,为其他网络系统软件的运行提供了必要的网络环境课堂问题简述局域网的特点。（1）网络所覆盖的地理范围比较小，通常不超过10km，甚至只在一幢建筑或一个房间内，且传输介质以光纤或双绞线为主（2）数据传输速率高，通常为10Mbps～10Gbps（3）误码率低，一般在10−15～10−8（4）结构灵活，组网成本低、周期短，便于管理和扩充（5）通常为专用网络，由单一组织机构构建和使用，所包含的主机数量为几台到几百台不等幸运儿感谢观看第5章局域网技术02局域网的介质访问控制方法本节目标理解并掌握局域网的介质访问控制方法学习目标养成独立思考的良好习惯，在实践中敢于创新、善于创新具备科学严谨的态度，自觉提高自身专业技能和职业素养素质目标5.2局域网的介质访问控制方法早期的局域网多采用共享介质，这样可以节约局域网的造价。对于共享介质，关键问题是当多个节点同时访问介质时如何进行控制，这就涉及介质访问控制方法CSMA/CD介质访问控制局域网中常用的介质访问控制方法令牌环（TokenRing）介质访问控制令牌总线（TokenBus）介质访问控制第5章局域网技术02局域网的介质访问控制方法

CSMA/CD介质访问控制5.2.1

CSMA/CD介质访问控制CSMA/CD（carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection）译为带有冲突检测的载波侦听多路访问。CSMA/CD的工作原理工作原理可以类比多人开会：在会议中，当某个人想发言时，需要先听是否有其他人在发言，如果有，则继续听，等等再说；如果没有，就可以发言；在没有人发言的情况下，可能出现两人或多人同时发言的情况，这种情况称为冲突一旦发生冲突，立即停止发言，继续听，等过一段时间没有人发言时再发言。如果冲突发生多次仍无法发言，那么暂时放弃发言5.2.1

CSMA/CD介质访问控制CSMA/CD的工作原理如果冲突检测过程进行了多次，依然没有成功发送数据，则暂时放弃发送数据在发送数据时，还要检测是否存在冲突，如果没有冲突则完成数据发送如果检测到冲突，则立即停止发送数据并发送阻塞信号，然后等待一个随机时间（按二进制指数退避算法计算），再重新监听信道状态冲突检测（collisiondetection,CD）在发送数据前，需要检测信道上是否有其他节点在发送数据若信道忙（有节点在发送数据），则继续监听信道，一直等到信道空闲再发送数据载波侦听（carriersense,CS）网络中的任意节点都可以发送数据多路访问（multipleaccess,MA）CSMA/CD020401035.2.1

CSMA/CD介质访问控制CSMA/CD的工作原理CSMA/CD的工作过程根据工作过程，CSMA/CD的特点可以概括为4点：先听先发，边听边发，冲突停止，后退重传5.2.1

CSMA/CD介质访问控制二进制指数退避算法CSMA/CD中，发送节点在检测到冲突时，停止发送数据并发送阻塞信号后，为了降低再冲突的概率，需要等待一个随机时间，然后再用CSMA的算法发送数据。为了确定这个随机时间，CSMA/CD采用了一个通用的退避算法，称为二进制指数退避算法，其计算过程如下：（1）当第一次发生冲突时，设置参数k=1，每新增一次冲突，k值加1

k最大取值为10，即k=min[冲突次数,10]

（3）设置冲突次数的阈值（通常为16），超过阈值则放弃发送数据指2倍的端到端传播时延t5.2.1

CSMA/CD介质访问控制二进制指数退避算法核心思想节点冲突次数越多，平均等待时间就越长，即未发生冲突或很少发生冲突的节点，其发送数据成功的概率大，而发生过多次冲突的节点，其发送数据成功的概率越来越小IEEE802.3采用CSMA/CD介质访问控制，并结合了二进制指数退避算法在轻负载时，只要信道空闲，要发送数据的节点就能立即发送在重负载时，仍能保证系统稳定5.2.2令牌环介质访问控制令牌环（TokenRing）网：IBM公司于20世纪80年代开发的在老式的令牌环网中，数据传输速率为4Mbps或16Mbps，后期改进的快速令牌环网传输速率可达100MbpsTokenRing是一种令牌环网协议，定义在IEEE802.5中现在这种网络比较少见令牌环网在逻辑上是由一系列环接口和接口间点对点链路构成的闭合环路，各节点通过环接口接入网络令牌环网的结构所有节点共享同一环路感谢观看第5章局域网技术02局域网的介质访问控制方法令牌环介质访问控制5.2.2令牌环介质访问控制令牌环网中存在的问题：节点间发送权竞争令牌环网的结构解决方法：用称为令牌（Token）的特殊帧，

使其沿着环路单向循环传递规定只有获得令牌的节点才有权发送数据，完成数据发送后还应立即释放令牌以供其他节点使用由于环路中只有一个令牌，因此任何时刻至多只有一个节点发送数据，不会产生冲突令牌环网中各节点均有相同的机会公平获取令牌5.2.2令牌环介质访问控制根据返回的有关信息确定所传数据有无出错若有错则重发存于缓冲区的待确认帧，否则释放缓冲区的待确认帧（1）网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行（2）当一个节点要发送数据时，必须等待并获取空令牌，然后将空令牌修改为忙令牌，随后便可发送数据（3）环路中的每个节点边转发数据边检查数据中的目的地址，若为本节点的地址，便读取其中所携带的数据（4）数据绕环一周返回发送节点时，发送节点将数据从环路上撤销（5）发送节点完成数据发送后，生成一个空令牌并传递给下一个节点，以使其他节点获得发送数据的许可权令牌中包含一位“令牌/数据帧”标志位，标志位为“0”表示可用的空令牌，标志位为“1”表示忙令牌，即有节点正占用令牌发送数据5.2.2令牌环介质访问控制（a）网络空闲时，空令牌绕行以节点A向节点C发送数据为例，令牌环介质访问控制的工作过程：（b）节点A获取空令牌并将空令牌修改为忙令牌，同时附加要发送的数据（c）节点C读取发送给它的数据，其他中间节点只转发但不读取数据（d）数据回到节点A，节点A收回数据，生成空令牌并传递给下一个节点令牌环介质访问控制的工作过程5.2.2令牌环介质访问控制在轻负载时，由于一个节点在发送前必须等待空令牌到来，导致信道利用率较低在重负载时，各节点访问机会均等，信道利用率会有所提高访问具有确定性，各节点具有同等的介质访问权有较复杂的令牌维护要求令牌环介质访问控制的特点感谢观看第5章局域网技术02局域网的介质访问控制方法令牌总线介质访问控制5.2.3令牌总线介质访问控制令牌总线（TokenBus）介质访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环从物理上看，是一个总线型拓扑结构的局域网，节点共享的传输介质为总线从逻辑上看，是一个环型拓扑结构的局域网，接在总线上的节点组成一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置令牌总线介质访问控制令牌总线介质访问控制引入了令牌机制，节点只有获取令牌才能将数据发送到总线上假如获取令牌的节点有数据要发送，则发送数据，随后将令牌传递给下一个节点假如获取令牌的节点没有数据要发送，则立即把令牌传递给下一个节点5.2.3令牌总线介质访问控制从逻辑上看，令牌按地址递减的顺序传递给下一个节点从物理上看，带有目的地址的数据是广播到总线上所有的节点，当目的节点识别出符合它的地址时，读取其中所携带的数据如果所有节点都有数据要发送，最坏情况下等待获取令牌和发送数据的时间=全部令牌传递时间+数据发送时间的总和如果只有一个节点有数据要发送，最坏情况下整个过程不会产生冲突且所有节点具有同等的介质访问权为使节点等待获取令牌的时间确定，限定每个节点发送数据的最大长度等待获取令牌的时间=全部令牌传递时间的总和5.2.3令牌总线介质访问控制网络必须有初始化的功能，即能够生成一个顺序访问的次序当网络中的令牌丢失或产生多个令牌时，要求网络必须有故障恢复功能要求网络有将不活动的节点从逻辑环路中删除，以及将新的活动节点加入逻辑环路的功能令牌总线介质访问控制的工作过程的要求附加功能增加了令牌总线介质访问控制的复杂性课堂问题1980

年

2

月，IEEE

成立了802课题组，该小组为局域网制定了IEEE

802系列标准。后来，经国际标准化组织（ISO）讨论，确定将IEEE802标准定为国际标准，现在局域网大都采用它。①按照IEEE802标准，局域网体系结构分为哪几个部分？②局域网一般采用哪几种介质访问控制方法？它们一般采用什么拓扑结构？幸运儿感谢观看第5章局域网技术02局域网的介质访问控制方法

CSMA/CD介质访问控制5.2.1

CSMA/CD介质访问控制CSMA/CD（carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection）译为带有冲突检测的载波侦听多路访问。CSMA/CD的工作原理工作原理可以类比多人开会：在会议中，当某个人想发言时，需要先听是否有其他人在发言，如果有，则继续听，等等再说；如果没有，就可以发言；在没有人发言的情况下，可能出现两人或多人同时发言的情况，这种情况称为冲突一旦发生冲突，立即停止发言，继续听，等过一段时间没有人发言时再发言。如果冲突发生多次仍无法发言，那么暂时放弃发言5.2.1

CSMA/CD介质访问控制CSMA/CD的工作原理如果冲突检测过程进行了多次，依然没有成功发送数据，则暂时放弃发送数据在发送数据时，还要检测是否存在冲突，如果没有冲突则完成数据发送如果检测到冲突，则立即停止发送数据并发送阻塞信号，然后等待一个随机时间（按二进制指数退避算法计算），再重新监听信道状态冲突检测（collisiondetection,CD）在发送数据前，需要检测信道上是否有其他节点在发送数据若信道忙（有节点在发送数据），则继续监听信道，一直等到信道空闲再发送数据载波侦听（carriersense,CS）网络中的任意节点都可以发送数据多路访问（multipleaccess,MA）CSMA/CD020401035.2.1

CSMA/CD介质访问控制CSMA/CD的工作原理CSMA/CD的工作过程根据工作过程，CSMA/CD的特点可以概括为4点：先听先发，边听边发，冲突停止，后退重传5.2.1

CSMA/CD介质访问控制二进制指数退避算法CSMA/CD中，发送节点在检测到冲突时，停止发送数据并发送阻塞信号后，为了降低再冲突的概率，需要等待一个随机时间，然后再用CSMA的算法发送数据。为了确定这个随机时间，CSMA/CD采用了一个通用的退避算法，称为二进制指数退避算法，其计算过程如下：（1）当第一次发生冲突时，设置参数k=1，每新增一次冲突，k值加1

k最大取值为10，即k=min[冲突次数,10]

（3）设置冲突次数的阈值（通常为16），超过阈值则放弃发送数据指2倍的端到端传播时延t5.2.1

CSMA/CD介质访问控制二进制指数退避算法核心思想节点冲突次数越多，平均等待时间就越长，即未发生冲突或很少发生冲突的节点，其发送数据成功的概率大，而发生过多次冲突的节点，其发送数据成功的概率越来越小IEEE802.3采用CSMA/CD介质访问控制，并结合了二进制指数退避算法在轻负载时，只要信道空闲，要发送数据的节点就能立即发送在重负载时，仍能保证系统稳定5.2.2令牌环介质访问控制令牌环（TokenRing）网：IBM公司于20世纪80年代开发的在老式的令牌环网中，数据传输速率为4Mbps或16Mbps，后期改进的快速令牌环网传输速率可达100MbpsTokenRing是一种令牌环网协议，定义在IEEE802.5中现在这种网络比较少见令牌环网在逻辑上是由一系列环接口和接口间点对点链路构成的闭合环路，各节点通过环接口接入网络令牌环网的结构所有节点共享同一环路感谢观看第5章局域网技术02局域网的介质访问控制方法令牌环介质访问控制5.2.2令牌环介质访问控制令牌环网中存在的问题：节点间发送权竞争令牌环网的结构解决方法：用称为令牌（Token）的特殊帧，

使其沿着环路单向循环传递规定只有获得令牌的节点才有权发送数据，完成数据发送后还应立即释放令牌以供其他节点使用由于环路中只有一个令牌，因此任何时刻至多只有一个节点发送数据，不会产生冲突令牌环网中各节点均有相同的机会公平获取令牌5.2.2令牌环介质访问控制根据返回的有关信息确定所传数据有无出错若有错则重发存于缓冲区的待确认帧，否则释放缓冲区的待确认帧（1）网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行（2）当一个节点要发送数据时，必须等待并获取空令牌，然后将空令牌修改为忙令牌，随后便可发送数据（3）环路中的每个节点边转发数据边检查数据中的目的地址，若为本节点的地址，便读取其中所携带的数据（4）数据绕环一周返回发送节点时，发送节点将数据从环路上撤销（5）发送节点完成数据发送后，生成一个空令牌并传递给下一个节点，以使其他节点获得发送数据的许可权令牌中包含一位“令牌/数据帧”标志位，标志位为“0”表示可用的空令牌，标志位为“1”表示忙令牌，即有节点正占用令牌发送数据5.2.2令牌环介质访问控制（a）网络空闲时，空令牌绕行以节点A向节点C发送数据为例，令牌环介质访问控制的工作过程：（b）节点A获取空令牌并将空令牌修改为忙令牌，同时附加要发送的数据（c）节点C读取发送给它的数据，其他中间节点只转发但不读取数据（d）数据回到节点A，节点A收回数据，生成空令牌并传递给下一个节点令牌环介质访问控制的工作过程5.2.2令牌环介质访问控制在轻负载时，由于一个节点在发送前必须等待空令牌到来，导致信道利用率较低在重负载时，各节点访问机会均等，信道利用率会有所提高访问具有确定性，各节点具有同等的介质访问权有较复杂的令牌维护要求令牌环介质访问控制的特点感谢观看第5章局域网技术02局域网的介质访问控制方法令牌总线介质访问控制5.2.3令牌总线介质访问控制令牌总线（TokenBus）介质访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环从物理上看，是一个总线型拓扑结构的局域网，节点共享的传输介质为总线从逻辑上看，是一个环型拓扑结构的局域网，接在总线上的节点组成一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置令牌总线介质访问控制令牌总线介质访问控制引入了令牌机制，节点只有获取令牌才能将数据发送到总线上假如获取令牌的节点有数据要发送，则发送数据，随后将令牌传递给下一个节点假如获取令牌的节点没有数据要发送，则立即把令牌传递给下一个节点5.2.3令牌总线介质访问控制从逻辑上看，令牌按地址递减的顺序传递给下一个节点从物理上看，带有目的地址的数据是广播到总线上所有的节点，当目的节点识别出符合它的地址时，读取其中所携带的数据如果所有节点都有数据要发送，最坏情况下等待获取令牌和发送数据的时间=全部令牌传递时间+数据发送时间的总和如果只有一个节点有数据要发送，最坏情况下整个过程不会产生冲突且所有节点具有同等的介质访问权为使节点等待获取令牌的时间确定，限定每个节点发送数据的最大长度等待获取令牌的时间=全部令牌传递时间的总和5.2.3令牌总线介质访问控制网络必须有初始化的功能，即能够生成一个顺序访问的次序当网络中的令牌丢失或产生多个令牌时，要求网络必须有故障恢复功能要求网络有将不活动的节点从逻辑环路中删除，以及将新的活动节点加入逻辑环路的功能令牌总线介质访问控制的工作过程的要求附加功能增加了令牌总线介质访问控制的复杂性课堂问题1980

年

2

月，IEEE

成立了802课题组，该小组为局域网制定了IEEE

802系列标准。后来，经国际标准化组织（ISO）讨论，确定将IEEE802标准定为国际标准，现在局域网大都采用它。①按照IEEE802标准，局域网体系结构分为哪几个部分？②局域网一般采用哪几种介质访问控制方法？它们一般采用什么拓扑结构？幸运儿感谢观看第5章局域网技术03以太网技术本节目标理解并掌握以太网技术，包括传统以太网、快速以太网、千兆以太网和万兆以太网学习目标养成独立思考的良好习惯，在实践中敢于创新、善于创新具备科学严谨的态度，自觉提高自身专业技能和职业素养素质目标5.3以太网技术以太网技术是局域网领域的主流技术特性：高效、稳定及易扩展等是构建各类网络环境的核心支柱以太网（ethernet）起源在此基础上，IEEE

802委员会制定了第一个IEEE的以太网标准IEEE802.3，因此通常将IEEE802.3称为以太网需要注意的是，以太网不是一种具体的网络，而是一种技术规范1973年

1980年1982年美国施乐（Xerox）公司建造的第一个传输速率为2.94Mbps

的CSMA/CD系统Xerox、DEC和Intel公司于

1980年联合起草了以太网规约发表了第2版的以太网规约5.3.1传统以太网传统以太网体系结构传统以太网体系结构与OSI参考模型的对应关系物理信令（physicalsignaling,PLS）子层向MAC子层提供服务，负责完成载波监听功能规定了MAC子层与物理层的接口规范在发送比特流时，负责对比特流进行曼彻斯特编码在接收比特流时，它负责对曼彻斯特码进行解码物理介质连接子层（physicalmediumattachment,PMA）

IEEE

802.3将物理层细分向PLS子层提供服务负责向传输介质发送比特流和从传输介质接收比特流，并完成冲突检测功能LLCMAC在LLC子层不变的情况下，只需改变MAC子层就可以适应不同的介质和访问方法5.3.1传统以太网传统以太网体系结构7字节的10101010前导符字段的曼彻斯特编码会产生10MHz、持续5.6µs的方波，便于接收端与发送端的时钟同步IEEE

802.3中规定的MAC子层协议帧格式CSMA/CD

协议IEEE802.3帧格式10101011用于指明帧的开始共48位（6

字节），用于指明目的节点，最高位决定了地址类型最高位为“0”时表示唯一地址或单播地址；最高位为“1”时表示组地址或组播地址目的MAC地址为全“1”时表示广播地址48位，用于指明源节点5.3.1传统以太网传统以太网体系结构用于指明帧长度或上层协议类型若其值小于1536，代表帧长度

若其值大于等于1536，代表上层协议类型该字段使用CRC校验码，占32位，生成多项式为CRC校验码的校验范围包括目的MAC地址、源MAC地址、长度/类型、数据为目的节点提供判断是否传输错误的信息，如果发现传输错误，则丢弃该帧数据字段是用户要发送的数据，长度为46～1

500字节当用户数据不足46字节时，要求将用户数据凑足46字节，以保证以太网帧长度不小于64字节，减少传输过程中的冲突问题G(X)=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1大多数TCP/IP网络都采用EthernetV2帧格式，该帧格式与IEEE802.3帧格式最大的不同是，EthernetV2帧格式没有长度/类型字段，而是采用类型字段，直接指明上层协议类型提示5.3.1传统以太网传统以太网的物理层规范IEEE

802.3

委员会在定义可选的物理配置方面表现了极高的多样性和灵活性。为了区分各种可选用的实现方案，该委员会给出了一种简明的表示方法，格式如下：<数据传输速率（Mbps）><信号方式><最大传输距离（百米）>/<介质类型>T表示双绞线；F表示光纤传统以太网的数据传输速率只有10Mbps名称介质类型最大传输距离节点数量特点10Base5粗同轴电缆500m100适合主干网络10Base2细同轴电缆185m30适合低廉的网络10Base-T双绞线100m2易于安装和维护10Base-F光纤2000m2适合连接远程工作站表

传统以太网的物理层规范5.3.1传统以太网传统以太网的物理层规范是以太网的最初形式，采用曼彻斯特编码，传输介质为直径10mm、阻抗为50Ω的粗同轴电缆电缆最大长度为500m，超过500m可用中继器扩展任意两个节点之间最多允许有4个中继器，因此网络的直径最大为2500m采用曼彻斯特编码和阻抗为50Ω的同轴电缆在不使用中继器时，电缆最大长度为185m特点：安装成本和复杂性降低区别：10Base5使用粗同轴电缆10Base2使用细同轴电缆“2”表示最大传输距离为200m但实际上只有185m10Base510Base210Base-T10Base-F5.3.1传统以太网传统以太网的物理层规范定义了一个物理上的星型网络，中心节点是一个集线器，每个节点通过一对双绞线与集线器相连特点：在安装、管理、性能和成本等方面具有很大的优越性与10Base5、10Base2兼容，网络操作系统不需要进行任何改变10Base510Base210Base-T10Base-F通信线路通常使用一对光纤（一条用于发送数据，一条用于接收数据），每根光纤采用曼彻斯特编码传输一个方向上的信号每位数据经编码后，转换为一对光信号（有光表示高电平、无光表示低电平），10Mbps的数据流实际上需要20Mbps的信号流是

IEEE802.3

中关于以光纤为传输介质的规范从逻辑上看与使用CSMA/CD的总线型拓扑结构的功能是一样的作用类似于转发器，接收来自一条线路上的信号并向其他所有的线路转发由于集线器内部将所有端口连通，本质是共享介质，若有两个节点同时要求传输数据，冲突就必然发生5.3.2快速以太网快速以太网的发展随着局域网应用的深入，人们对局域网提出了更高的要求。正是在这种环境下，1992年IEEE重新召集了802.3委员会，指示制定一个快速的局域网标准。但在IEEE内部出现了两种截然不同的观点。背景观点1观点2建议保留原来以太网的帧格式和CSMA/CD协议，同时为了降低设计成本，没有为物理层重新设计新协议，而是借鉴了FDDI（光纤分布式数据接口）物理层协议建议重新设计MAC子层协议和物理层协议，使用“请求优先级”的介质访问控制策略它采用具有优先级、集中控制的介质访问控制方法，理论上比CSMA/CD介质访问控制更适合多媒体信息的传输由于它不兼容传统以太网，所以后来的发展不大支持这种观点的人组成自己的委员会，建立了他们自己的局域网标准，即IEEE

802.12后来为了兼容传统以太网的布线系统，又设计了可以使用3类非屏蔽双绞线的物理层协议5.3.2快速以太网快速以太网的发展802.3委员会之所以决定保持IEEE802.3标准原状，主要考虑到以下3个原因：①与现存成千上万个以太网兼容②担心制定新的协议可能会出现不可预见的困难③不需要引入更多新技术便可完成这项工作1995

年，IEEE正式采纳了快速以太网（fastethernet）标准，并将其命名为IEEE802.3u快速以太网是一类新型的局域网“快速”：指网络的数据传输速率可以达到100Mbps，是传统以太网的十倍基本思想保留IEEE802.3帧格式和CSMA/CD协议（仅在半双工模式下使用），只是将数据传输速率从10Mbps提高到100Mbps，相应的位时（传输1位数据所需的时间）从100ns减小到10ns5.3.2快速以太网快速以太网的物理层规范名称支持全双工模式介质类型介质数量最大传输距离100Base-TX是5类非屏蔽双绞线/

1类屏蔽双绞线2对100m100Base-T4否3类/4类/5类非屏蔽双绞线4对100m100Base-FX是多模/单模光纤1对200m/2km表

快速以太网的物理层规范100Base-TX需要2对高质量的双绞线：

一对用于发送数据

另一对用于接收数据这2对双绞线可以是5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线100Base-TX节点与集线器之间的最大距离为100m100Base-T4100Base-FX需要4对3类、4类或5类非屏蔽双绞线：3对用于传输数据，1对用于冲突检测将100Mbps的数据信号分配到3对双绞线进行传输，可以降低网络对介质的要求100Base-T4节点与集线器之间的最大距离也为100m需一对光纤，分别用于发送数据和接收数据可用内径为62.5μm、外径为125μm的多模光纤，内径为9μm、外径为125μm的单模光纤在全双工模式下，使用多模光纤时的最大传输距离可达2km，使用单模光纤时的最大传输距离可达40km用于高速局域网的主干网统称为100Base-T5.3.3千兆以太网千兆以太网（吉比特以太网）是以太网标准IEEE

802.3的扩展，为IEEE

802.3z数据传输速率为1000Mbps，即1Gbps千兆以太网基本保留了传统以太网MAC子层的CSMA/CD协议，但它对CSMA/CD协议进行了一些改动，增加了一些新的特性在物理层设计上，为降低设计成本并保障高速传输的稳定性，千兆以太网借鉴了光纤通道（fiberchannel,FC）的物理层协议5.3.3千兆以太网千兆以太网的新技术千兆以太网对上层用户的要求：

最小帧长度为64字节

最大帧长度为1518字节以便与传统以太网和快速以太网兼容为了确保传输最小帧长度数据的同时能够有效检测到冲突，保证网络稳定、可靠地运行，千兆以太网引入两种技术分组猝发（packetburst）传输技术可让载波扩展仅用于猝发数据帧的第1帧，后续帧无须填充单帧猝发限制在3000字节左右，以防止某个节点占据整个网络带宽载波扩展（carrierextension）传输技术适当增加帧的长度，即千兆以太网对最小帧长度要求仍然为64字节，但实际传输时会强制填充至512字节，以保证在数据发送期间，节点能够检测到冲突并采取相应的措施不足：耗费大量的带宽采用这两种技术就可以在传输较集中且长度较短的数据帧时使网络利用率达到90%5.3.3千兆以太网千兆以太网的物理层规范名称介质类型介质尺寸最大传输距离1000Base-CX屏蔽双绞线—25m1000Base-T5类/超5类/6类/7类非屏蔽双绞线—100m1000Base-SX多模光纤62.5/50μm550m1000Base-LX多模/单模光纤62.5/50μm（多模光纤）9

μm（单模光纤）550

m（多模光纤）5

km（单模光纤）表

千兆以太网的物理层规范5.3.3千兆以太网千兆以太网的优点千兆以太网的数据传输速率是快速以太网的10倍，价格只是快速以太网的2～3倍传统以太网和快速以太网可以平滑地过渡到千兆以太网，并不需要新的配置、管理与故障排除技术支持半双工和全双工两种模式可以将现有的传统以太网和快速以太网通过传输速率为1000Mbps的链路与千兆以太网设备相连，从而组成更大容量的主干网虽然千兆以太网在数据、语音、视频等实时业务方面还不能提供真正意义上的服务质量，但千兆以太网的高带宽能克服传统以太网的一些弱点，提供更高的服务性能5.3.4万兆以太网年底成立IEEE802.3ae工作组进行了万兆以太网技术的研究正式发布IEEE

802.3ae万兆以太网标准，标准中发布的基于光纤的规范包括：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-ER10GBase-LX4、10GBase-SW、10GBase-LW10GBase-EW在

IEEE802.3ak标准中发布基于双绞线的10GBase-CX4规范在IEEE

802.3an标准中发布基于双绞线的10GBase-T规范在IEEE802.3aq标准中发布基于光纤的10GBase-LRM规范在IEEE802.3ap标准中发布基于铜线的10GBase-KR和10GBase-KX4规范1999年2002年2004年2006年2007年万兆以太网不仅再度扩展了以太网的带宽和传输距离，更重要的是使得以太网从局域网领域向城域网领域渗透除此之外，还有一些不是由IEEE发布的万兆以太网规范，如Cisco的10GBase-ZR和10GBase-ZW规范5.3.4万兆以太网万兆以太网规范可以分为3类基于光纤的局域网万兆以太网规范基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范基于光纤的广域网万兆以太网规范表

万兆以太网规范名称介质类型最大传输距离分类10GBase-SR波长为850nm的多模光纤300m基于光纤的局域网万兆以太网规范10GBase-LR波长为1310nm的单模光纤10km10GBase-ER波长为1550nm的单模光纤40km10GBase-LX4波长为1300nm的单模光纤/多模光纤300m（多模光纤）

10km（单模光纤）10GBase-LRM直径为62.5μm的多模光纤/OM3多模光纤220m/260m10GBase-ZR波长为1550nm的单模光纤80km5.3.4万兆以太网表

万兆以太网规范名称介质类型最大传输距离分类10GBase-CX4屏蔽双绞线15m基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范10GBase-T6类、6a类双绞线55m（6类双绞线）

100m（6a类双绞线）10GBase-KR铜线（串行端口）1m10GBase-KX4铜线（并行端口）1m10GBase-CX4屏蔽双绞线15m10GBase-T6类、6a类双绞线55m（6类双绞线）

100m（6a类双绞线）10GBase-SW波长为850nm的多模光纤300m基于光纤的广域网万兆以太网规范10GBase-LW波长为1310nm的单模光纤10km10GBase-EW波长为1550nm的单模光纤40km10GBase-ZW波长为1550nm的单模光纤80km感谢观看第5章局域网技术03以太网技术本节目标理解并掌握以太网技术，包括传统以太网、快速以太网、千兆以太网和万兆以太网学习目标养成独立思考的良好习惯，在实践中敢于创新、善于创新具备科学严谨的态度，自觉提高自身专业技能和职业素养素质目标5.3以太网技术以太网技术是局域网领域的主流技术特性：高效、稳定及易扩展等是构建各类网络环境的核心支柱以太网（ethernet）起源在此基础上，IEEE

802委员会制定了第一个IEEE的以太网标准IEEE802.3，因此通常将IEEE802.3称为以太网需要注意的是，以太网不是一种具体的网络，而是一种技术规范1973年

1980年1982年美国施乐（Xerox）公司建造的第一个传输速率为2.94Mbps

的CSMA/CD系统Xerox、DEC和Intel公司于

1980年联合起草了以太网规约发表了第2版的以太网规约第5章局域网技术03以太网技术传统以太网5.3.1传统以太网传统以太网体系结构传统以太网体系结构与OSI参考模型的对应关系物理信令（physicalsignaling,PLS）子层向MAC子层提供服务，负责完成载波监听功能规定了MAC子层与物理层的接口规范在发送比特流时，负责对比特流进行曼彻斯特编码在接收比特流时，它负责对曼彻斯特码进行解码物理介质连接子层（physicalmediumattachment,PMA）

IEEE

802.3将物理层细分向PLS子层提供服务负责向传输介质发送比特流和从传输介质接收比特流，并完成冲突检测功能LLCMAC在LLC子层不变的情况下，只需改变MAC子层就可以适应不同的介质和访问方法5.3.1传统以太网传统以太网体系结构7字节的10101010前导符字段的曼彻斯特编码会产生10MHz、持续5.6µs的方波，便于接收端与发送端的时钟同步IEEE

802.3中规定的MAC子层协议帧格式CSMA/CD

协议IEEE802.3帧格式10101011用于指明帧的开始共48位（6

字节），用于指明目的节点，最高位决定了地址类型最高位为“0”时表示唯一地址或单播地址；最高位为“1”时表示组地址或组播地址目的MAC地址为全“1”时表示广播地址48位，用于指明源节点5.3.1传统以太网传统以太网体系结构用于指明帧长度或上层协议类型若其值小于1536，代表帧长度

若其值大于等于1536，代表上层协议类型该字段使用CRC校验码，占32位，生成多项式为CRC校验码的校验范围包括目的MAC地址、源MAC地址、长度/类型、数据为目的节点提供判断是否传输错误的信息，如果发现传输错误，则丢弃该帧数据字段是用户要发送的数据，长度为46～1

500字节当用户数据不足46字节时，要求将用户数据凑足46字节，以保证以太网帧长度不小于64字节，减少传输过程中的冲突问题G(X)=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1大多数TCP/IP网络都采用EthernetV2帧格式，该帧格式与IEEE802.3帧格式最大的不同是，EthernetV2帧格式没有长度/类型字段，而是采用类型字段，直接指明上层协议类型提示5.3.1传统以太网传统以太网的物理层规范IEEE

802.3

委员会在定义可选的物理配置方面表现了极高的多样性和灵活性。为了区分各种可选用的实现方案，该委员会给出了一种简明的表示方法，格式如下：<数据传输速率（Mbps）><信号方式><最大传输距离（百米）>/<介质类型>T表示双绞线；F表示光纤传统以太网的数据传输速率只有10Mbps名称介质类型最大传输距离节点数量特点10Base5粗同轴电缆500m100适合主干网络10Base2细同轴电缆185m30适合低廉的网络10Base-T双绞线100m2易于安装和维护10Base-F光纤2000m2适合连接远程工作站表

传统以太网的物理层规范5.3.1传统以太网传统以太网的物理层规范是以太网的最初形式，采用曼彻斯特编码，传输介质为直径10mm、阻抗为50Ω的粗同轴电缆电缆最大长度为500m，超过500m可用中继器扩展任意两个节点之间最多允许有4个中继器，因此网络的直径最大为2500m采用曼彻斯特编码和阻抗为50Ω的同轴电缆在不使用中继器时，电缆最大长度为185m特点：安装成本和复杂性降低区别：10Base5使用粗同轴电缆10Base2使用细同轴电缆“2”表示最大传输距离为200m但实际上只有185m10Base510Base210Base-T10Base-F5.3.1传统以太网传统以太网的物理层规范定义了一个物理上的星型网络，中心节点是一个集线器，每个节点通过一对双绞线与集线器相连特点：在安装、管理、性能和成本等方面具有很大的优越性与10Base5、10Base2兼容，网络操作系统不需要进行任何改变10Base510Base210Base-T10Base-F通信线路通常使用一对光纤（一条用于发送数据，一条用于接收数据），每根光纤采用曼彻斯特编码传输一个方向上的信号每位数据经编码后，转换为一对光信号（有光表示高电平、无光表示低电平），10Mbps的数据流实际上需要20Mbps的信号流是

IEEE802.3

中关于以光纤为传输介质的规范从逻辑上看与使用CSMA/CD的总线型拓扑结构的功能是一样的作用类似于转发器，接收来自一条线路上的信号并向其他所有的线路转发由于集线器内部将所有端口连通，本质是共享介质，若有两个节点同时要求传输数据，冲突就必然发生感谢观看第5章局域网技术03以太网技术快速以太网5.3.2快速以太网快速以太网的发展随着局域网应用的深入，人们对局域网提出了更高的要求。正是在这种环境下，1992年IEEE重新召集了802.3委员会，指示制定一个快速的局域网标准。但在IEEE内部出现了两种截然不同的观点。背景观点1观点2建议保留原来以太网的帧格式和CSMA/CD协议，同时为了降低设计成本，没有为物理层重新设计新协议，而是借鉴了FDDI（光纤分布式数据接口）物理层协议建议重新设计MAC子层协议和物理层协议，使用“请求优先级”的介质访问控制策略它采用具有优先级、集中控制的介质访问控制方法，理论上比CSMA/CD介质访问控制更适合多媒体信息的传输由于它不兼容传统以太网，所以后来的发展不大支持这种观点的人组成自己的委员会，建立了他们自己的局域网标准，即IEEE

802.12后来为了兼容传统以太网的布线系统，又设计了可以使用3类非屏蔽双绞线的物理层协议5.3.2快速以太网快速以太网的发展802.3委员会之所以决定保持IEEE802.3标准原状，主要考虑到以下3个原因：①与现存成千上万个以太网兼容②担心制定新的协议可能会出现不可预见的困难③不需要引入更多新技术便可完成这项工作1995

年，IEEE正式采纳了快速以太网（fastethernet）标准，并将其命名为IEEE802.3u快速以太网是一类新型的局域网“快速”：指网络的数据传输速率可以达到100Mbps，是传统以太网的十倍基本思想保留IEEE802.3帧格式和CSMA/CD协议（仅在半双工模式下使用），只是将数据传输速率从10Mbps提高到100Mbps，相应的位时（传输1位数据所需的时间）从100ns减小到10ns5.3.2快速以太网快速以太网的物理层规范名称支持全双工模式介质类型介质数量最大传输距离100Base-TX是5类非屏蔽双绞线/

1类屏蔽双绞线2对100m100Base-T4否3类/4类/5类非屏蔽双绞线4对100m100Base-FX是多模/单模光纤1对200m/2km表

快速以太网的物理层规范100Base-TX需要2对高质量的双绞线：

一对用于发送数据

另一对用于接收数据这2对双绞线可以是5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线100Base-TX节点与集线器之间的最大距离为100m100Base-T4100Base-FX需要4对3类、4类或5类非屏蔽双绞线：3对用于传输数据，1对用于冲突检测将100Mbps的数据信号分配到3对双绞线进行传输，可以降低网络对介质的要求100Base-T4节点与集线器之间的最大距离也为100m需一对光纤，分别用于发送数据和接收数据可用内径为62.5μm、外径为125μm的多模光纤，内径为9μm、外径为125μm的单模光纤在全双工模式下，使用多模光纤时的最大传输距离可达2km，使用单模光纤时的最大传输距离可达40km用于高速局域网的主干网统称为100Base-T感谢观看第5章局域网技术03以太网技术千兆以太网5.3.3千兆以太网千兆以太网（吉比特以太网）是以太网标准IEEE

802.3的扩展，为IEEE

802.3z数据传输速率为1000Mbps，即1Gbps千兆以太网基本保留了传统以太网MAC子层的CSMA/CD协议，但它对CSMA/CD协议进行了一些改动，增加了一些新的特性在物理层设计上，为降低设计成本并保障高速传输的稳定性，千兆以太网借鉴了光纤通道（fiberchannel,FC）的物理层协议5.3.3千兆以太网千兆以太网的新技术千兆以太网对上层用户的要求：

最小帧长度为64字节

最大帧长度为1518字节以便与传统以太网和快速以太网兼容为了确保传输最小帧长度数据的同时能够有效检测到冲突，保证网络稳定、可靠地运行，千兆以太网引入两种技术分组猝发（packetburst）传输技术可让载波扩展仅用于猝发数据帧的第1帧，后续帧无须填充单帧猝发限制在3000字节左右，以防止某个节点占据整个网络带宽载波扩展（