第4章 局域网.ppt

计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 计 算 机 网 络 第 4 章 局 域 网 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 1 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 2 4.1 局 域 网 概 述 局 域 网 产 生 的 原 因 80 年 代, 微 型 机 发 展 迅 速, 小 区 域 内 的 计 算 机 需 要 共 享 资 源 相 互 通 信 局 域 网 的 基 本 特 点 高 数 据 传 输 率 (10 ~ 1000 Mbps) 短 距 离 (0.1 ~ 10 km) 低 出 错 率 (10-8 ~ 10-11 ) 决 定 局 域 网 性 能 的 三 要 素 网 络 拓 扑 传 输 介 质 介 质 访 问 控 制 方 法 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 3 总 线 型 - 拓 扑 构 型 介 质 访 问 控 制 方 法 采 用 的 是 共 享 介 质 方 式 ; 所 有 结 点 都 连 接 到 一 条 作 为 公 共 传 输 介 质 的 总 线 上 ; 所 有 结 点 都 可 以 通 过 总 线 传 输 介 质 以 广 播 方 式 发 送 或 接 收 数 据 结 点 ; 总 线 (a) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 4 总 线 结 点 (b). 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 1

总 线 型 - 拓 扑 构 型 因 此 出 现 冲 突 (collision) 是 不 可 避 免 的, 冲 突 会 造 成 传 输 失 败 ; 必 须 解 决 多 个 结 点 访 问 总 线 的 介 质 访 问 控 制 问 题 结 点 星 型 - 拓 扑 构 型 交 换 局 域 网 (switched LAN) 的 物 理 结 构 结 点 结 点 冲 突 中 央 结 点 总 线 中 央 结 点 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 5 (a) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 6 (b) 环 型 - 拓 扑 构 型 结 点 使 用 点 点 线 路 连 接, 多 个 结 点 共 享 一 条 闭 合 的 环 通 路 ; 环 中 数 据 沿 着 一 个 方 向 绕 环 逐 站 传 输 ; 环 建 立 维 护 结 点 的 插 入 与 撤 出 结 点 结 点 1. 静 态 分 配 共 享 信 道 的 访 问 控 制 频 分 多 路 复 用 FDM( 波 分 复 用 WDM) 原 理 : 将 频 带 平 均 分 配 给 每 个 要 参 与 通 信 的 用 户 ; 时 分 多 路 复 用 TDM 原 理 : 每 个 用 户 拥 有 固 定 的 信 道 传 送 时 槽 ; (a) (b) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 7 优 点 : 适 合 于 用 户 较 少, 数 目 基 本 固 定, 各 用 户 的 通 信 量 都 较 大 的 情 况 ; 缺 点 : 无 法 灵 活 地 适 应 站 点 数 及 其 通 信 量 的 变 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 8 化. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 2

共 享 信 道 的 访 问 控 制 2. 动 态 分 配 ( 多 点 访 问 multiple access) 随 机 访 问 : 网 上 各 站 都 可 以 根 据 自 己 的 意 愿 随 机 地 访 问 信 道, 两 个 或 两 个 以 上 站 点 同 时 发 送 信 息 会 产 生 冲 突 典 型 网 络 : 以 太 网 受 控 访 问 : 每 一 时 刻 网 上 只 有 一 个 站 点 发 送 信 息 ; 集 中 式 控 制 ( 多 点 轮 询 polling), 分 散 式 控 制 802.5 采 用 令 牌 环 (Token Ring) 技 术 的 局 域 网 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 10 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 9 IEEE 802 协 议 : 局 域 网 的 IEEE 802 系 列 标 准 IEEE 802 系 列 标 准 定 义 了 若 干 种 局 域 网 LAN, 包 括 对 物 理 层 介 质 访 问 控 制 (MAC) 子 层 的 定 义 和 描 述 组 成 : 802.1 基 本 介 绍 和 接 口 原 语 定 义 802.2 逻 辑 链 路 控 制 (LLC) 子 层 802.3 采 用 CSMA/CD 技 术 的 局 域 网 802.4 采 用 令 牌 总 线 (Token Bus) 技 术 的 局 域 网 802 标 准 在 网 络 体 系 结 构 中 的 位 置 CSMA/CD 以 太 局 域 网 802.2 逻 辑 链 路 控 制 (LLC) 子 层 令 牌 总 线 局 域 网 802.1 接 口 原 语 定 义 令 牌 环 局 域 网 综 合 语 音 / 数 据 DQDB 局 域 网 ( 分 布 队 列 双 总 线 ) 城 域 网 无 线 局 域 网 交 换 式 局 域 网 MAC 子 层 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 11 分 成 两 个 子 层 的 原 因 管 理 多 点 访 问 信 道 的 逻 辑 不 同 于 传 统 的 数 据 链 路 控 制 ; 局 域 网 具 有 共 享 传 输 介 质 的 特 点 ; 必 须 解 决 发 生 冲 突 的 问 题 ; 由 MAC 子 层 提 供 多 种 介 质 访 问 控 制 方 法 实 现 对 于 同 一 个 LLC, 可 以 提 供 多 个 MAC 选 择 LLC 隐 藏 了 不 同 802MAC 子 层 的 差 异, 为 网 络 层 提 供 单 一 的 格 式 和 接 口 ; LLC 子 层 提 供 确 认 机 制 和 流 量 控 制 ; 总 之 : 让 MAC 子 层 与 介 质 密 切 相 关 ; 让 LLC 子 层 与 所 有 介 质 访 问 方 法 无 关 ; 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 12. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 3

物 理 层 主 要 功 能 : 信 号 的 编 码 与 译 码 ; 比 特 的 传 输 与 接 收 MAC 子 层 主 要 功 能 : 成 帧 与 拆 帧 ; 比 特 差 错 检 测 ; 寻 址 ; 竞 争 处 理 LCC 子 层 主 要 功 能 : LAN 的 参 考 模 型 建 立 和 释 放 数 据 链 路 层 的 逻 辑 连 接 ; 提 供 与 高 层 的 接 口 ; 差 错 控 制 ; 给 帧 加 序 号 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 13 逻 辑 链 路 控 制 子 层 LLC(Logical Link Control) LLC 提 供 三 种 服 务 不 确 认 的 数 据 报 服 务 ; 有 确 认 的 数 据 报 服 务 ; 可 靠 的 面 向 连 接 服 务 LLC 帧 结 构 字 节 数 1 1 可 变 基 于 HDLC 目 的 地 址 源 地 址 数 据 有 效 地 址 为 128 个 ( 最 低 位 另 有 含 义 ) 目 的 地 址 最 低 位 :0- 单 个 地 址 ;1- 组 地 址 ; 组 地 址 表 示 数 据 要 发 往 某 一 特 定 站 的 一 组 服 务 访 问 点 ; 源 地 址 最 低 位 : 0- 命 令 帧 ;1- 应 答 帧 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 14 介 质 控 制 子 层 MAC(Medium Access Control ) 服 务 访 问 点 SAP 与 地 址 主 要 任 务 成 帧 与 拆 帧 ; 比 特 差 错 检 测 ; 寻 址 ; 竞 争 处 理 一 般 由 硬 件 - 网 卡 完 成 MAC 首 部 LLC 首 部 LLC-PDU MAC 数 据 MAC-PDU 高 层 PDU LLC 数 据 MAC 尾 部 高 层 LLC 层 MAC 层 MAC 地 址 : 某 站 的 物 理 地 址 ; SAP 地 址 : 某 进 程 在 站 中 地 址 ; 进 程 LLC MAC 物 理 层 主 机 A x y z SAP 1 2 3 1 2 1 LLC MAC 物 理 层 主 机 B LLC MAC 物 理 层 主 机 C SAP 地 址 MAC 地 址 传 输 介 质 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 15 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 16. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 4

4.2 以 太 网 (Ethernet) 以 太 网 技 术 的 发 展 发 展 1975, 美 国 施 乐 (Xerox) 公 司 研 制 出 2.94Mbps 的 共 享 信 道 以 太 网 (Ethernet) Bob Metcalfe( 哈 佛 大 学 博 士 毕 业 ) 和 David Boggs 发 明 了 以 太 网, 连 接 了 1 英 里 内 的 256 台 计 算 机 1979 年,Metcalfe 创 建 了 3Com 公 司 标 准 10Base5 10Base2 1Base5 10Base36 10BaseT IEEE 规 范 802.3 802.3u 802.3c 802.3b 802.3i 批 准 时 间 1983 1988 1988 1988 1990 速 度 10M 10M 1M 10M 10M 站 / 网 段 100 30 100 1024 拓 扑 总 线 总 线 星 型 总 线 星 型 网 段 长 500 185 250 1800 100 支 持 介 质 50Ω 粗 同 轴 电 缆 50Ω 细 同 轴 电 缆 2 对 3 类 双 绞 线 75Ω 同 轴 电 缆 2 对 3 类 双 绞 线 1980,Xerox, DEC, Intel 共 同 制 定 了 10Mbps 的 以 太 网 标 准 1995, 产 生 了 100Mbps 的 以 太 网 标 准 1998, 产 生 了 1000Mbps 的 以 太 网 标 准 10BaseF 100BaseT (TX/T4/FX) 1000BaseT 1000BaseX (CX/SX/LX) 802.3i 802.3u 802.3ab 802.3z 1992 1995 1998 10M 100M 1000M 1000M 星 型 星 型 星 型 星 型 2000 100//100// 2000 100 25//550// 550/5000 多 模 光 缆 2 对 5 类 //4 对 3 类 // 光 缆 4 对 5 类 双 绞 线 双 绞 线 // 多 模 光 缆 // 多 / 单 模 光 缆 采 用 曼 彻 斯 特 编 码 传 输 10GBaseR/W/ X 802.3ae 2002 10G 多 / 单 模 光 缆 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 17 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 18 802.3 采 用 的 电 缆 标 准 粗 同 轴 电 缆 (10Base5),100 个 节 点, AUI 接 口 ; 10 数 据 传 输 速 率 10Mbps; Base 基 带 传 输 ; 5 电 缆 的 最 大 长 度 500m; 细 同 轴 电 缆 (10Base2),30 个 节 点, BNC 接 口 和 T 型 头 ; 双 绞 线 (10BBase-T),RJ-45 接 口 T 双 绞 线 星 型 网 ; 每 个 站 到 集 线 器 Hub 100m 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 19 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 20. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 5

以 太 网 的 信 道 共 享 技 术 多 用 户 共 享 单 一 信 道, 并 由 此 产 生 冲 突, 这 样 的 系 统 称 为 竞 争 系 统 ; 关 键 问 题 : 如 何 解 决 对 信 道 争 用 结 点 A 结 点 B 结 点 C 随 机 访 问 技 术 :ALOHA 协 议 定 义 : 控 制 多 个 用 户 共 用 一 条 信 道 的 协 议 ALOHA 协 议 70 年 代,Norman Abramson 设 计 了 ALOHA 协 议 随 机 访 问 技 术 的 发 展 : ALOHA Ethernet 目 的 : 解 决 信 道 的 动 态 分 配, 基 本 思 想 可 用 于 任 何 无 协 CSMA( 增 加 载 波 监 听 ) 结 点 D 结 点 E 调 关 系 的 用 户 争 用 单 一 共 享 信 道 使 用 权 的 系 统 ; CSMA/CD( 增 加 冲 突 检 测 ) 分 类 : 纯 ALOHA 协 议 和 时 隙 ALOHA 协 议 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 21 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 22 纯 ALOHA 协 议 70 年 美 国 夏 威 夷 大 学 提 出 用 于 地 面 分 组 无 线 电 系 统 基 本 思 想 : 每 个 站 可 随 时 发 送 数 据 帧, 然 后 监 听 信 道 看 是 否 产 生 冲 突, 若 产 生 冲 突, 则 等 待 一 段 随 机 的 时 间 重 发, 直 到 重 传 成 功 为 止 发 送 成 功 冲 突 重 传 站 1 1 6 t 冲 突 重 传 冲 突 再 重 传 站 2 2 5 发 送 成 功 t 冲 突 重 传 站 N-1 3 7 发 送 成 功 t 站 N 4 t 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 23 一 个 帧 发 送 成 功 的 条 件 : 设 发 送 一 帧 所 需 时 间 为 T( 帧 时 ), 且 帧 长 固 定 必 须 在 该 帧 发 送 前 后 各 一 段 时 间 T 内 ( 一 共 有 2T 的 时 间 间 隔 ) 没 有 其 它 帧 发 送 站 1 站 2 1 3 发 送 成 功 冲 突 2 4 T T <T <T 2T < 2T 易 冲 突 区 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 24 5 t t. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 6

纯 ALOHA 协 议 的 信 道 效 率 吞 吐 率 S: 在 帧 时 T 内 成 功 发 送 的 平 均 帧 数 若 S = 0, 意 味 着 信 道 上 无 成 功 数 据 帧 传 送 ; 若 S = 1, 意 味 着 数 据 帧 一 个 接 一 个 传 送, 帧 间 无 空 隙 网 络 负 载 G: 在 帧 时 T 内 总 共 发 送 的 平 均 帧 数 ( 包 含 发 送 成 功 和 未 成 功 ) 显 然 : G S 若 G = S, 意 味 着 信 道 上 数 据 帧 不 产 生 冲 突 S 0.2 0.1 0 0.184 不 稳 定 区 域 0.5 1.0 1.5 2.0 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 25 G 72 年 Robert 提 出 基 本 思 想 : 时 隙 ALOHA 协 议 把 信 道 时 间 划 分 成 离 散 的 时 间 隙, 隙 长 为 一 个 帧 所 需 的 发 送 时 间 每 个 站 点 只 能 在 时 隙 开 始 时 才 允 许 发 送 其 他 过 程 与 纯 ALOHA 协 议 相 同 站 1 1 冲 突 3 冲 突 重 传 站 2 2 4 冲 突 重 传 6 时 隙 Δt Δt Δt Δt Δt Δt Δt Δt 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 26 5 t t 时 隙 ALOHA 协 议 的 信 道 效 率 冲 突 危 险 区 是 纯 ALOHA 的 一 半 与 纯 ALOHA 协 议 相 比, 降 低 了 产 生 冲 突 的 概 率, 信 道 利 用 率 最 高 为 36.8% 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 27 以 太 网 :CSMA 和 CSMA/CD 载 波 监 听 多 路 访 问 协 议 CSMA (Carrier Sense Multiple Access Protocols) 是 在 ALOHA 协 议 的 基 础 上 提 出 来 主 要 区 别 : 增 加 一 个 载 波 监 听 协 议 ( 发 送 前 监 听 ) 站 点 在 为 发 送 帧 而 访 问 传 输 信 道 之 前, 首 先 监 听 信 道 有 无 载 波, 若 有 载 波, 说 明 已 有 用 户 在 使 用 信 道, 则 不 发 送 帧 以 避 免 冲 突 主 要 类 型 : 非 坚 持 型 CSMA(nonpersistent CSMA) 1- 坚 持 型 CSMA(1-persistent CSMA) p- 坚 持 型 CSMA(p-persistent CSMA) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 28. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 7

1- 坚 持 型 CSMA(1-persistent CSMA) 坚 持 : 在 监 听 到 信 道 忙 时, 仍 坚 持 听 下 去, 一 直 监 到 信 道 空 闲 为 止 原 理 : 监 听 策 略 发 送 有 待 发 帧? 优 点 : 减 少 了 信 道 空 闲 时 间 ; 缺 点 : 增 加 了 发 生 冲 突 的 概 率 ; N Y 信 道 忙? Y 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 29 N 传 播 延 迟 的 影 响 传 播 延 迟 越 大, 发 生 冲 突 的 可 能 性 越 大, 协 议 性 能 越 差 1 km A B 冲 突 Td=5us 延 迟 时 间 t =5ms t B 认 为 信 道 空 闲 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 30 非 坚 持 型 CSMA(nonpersistent CSMA) 非 坚 持 : 一 旦 监 听 到 信 道 忙, 就 不 再 坚 持 听 下 去, 而 是 延 迟 一 段 随 机 时 间 后 重 新 再 监 听 原 理 : 监 听 策 略 N 发 送 有 待 发 帧? Y 信 道 忙? Y 延 迟 一 段 随 机 时 间 优 点 : 减 少 了 冲 突 的 概 率 ; 缺 点 : 增 加 了 信 道 空 闲 时 间, 数 据 发 送 延 迟 增 大 ; 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 31 N p- 坚 持 型 CSMA(p-persistent CSMA ) 适 用 于 分 隙 信 道 以 概 率 (1-p) 延 迟 一 段 时 间 t 可 根 据 信 道 上 通 信 量 的 多 少 设 定 不 同 的 p 值, 因 而 可 以 提 高 信 道 利 用 率 延 迟 t 有 待 发 帧? 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 32 N Y 信 道 忙? N 选 择 0~1 之 间 的 随 机 数 I I < p? Y 发 送 N Y. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 8

五 种 多 路 访 问 协 议 性 能 比 较 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 33 引 入 原 因 : 带 冲 突 检 测 的 CSMA/CD 当 两 个 帧 发 生 冲 突 时, 两 个 被 损 坏 帧 继 续 传 送 毫 无 意 义, 而 且 信 道 无 法 被 其 他 站 点 使 用, 对 于 有 限 的 信 道 来 讲, 这 是 很 大 的 浪 费 如 果 站 点 边 发 送 边 监 听, 并 在 监 听 到 冲 突 之 后 立 即 停 止 发 送, 可 以 提 高 信 道 的 利 用 率, 因 此 产 生 了 CSMA/CD 原 理 : 站 点 使 用 CSMA 协 议 进 行 数 据 发 送 ; 在 发 送 期 间 如 果 检 测 到 冲 突, 立 即 终 止 发 送, 并 发 出 一 个 瞬 间 干 扰 信 号, 使 所 有 的 站 点 都 知 道 发 生 了 冲 突 ; 在 发 出 干 扰 信 号 后, 等 待 一 段 随 机 时 间, 再 重 复 上 述 过 程 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 34 冲 突 检 测 发 送 冲 突? N CSMA/CD 的 流 程 图 有 待 发 帧? Y 监 听 策 略 Y N 放 弃 帧 的 发 送 延 迟 一 段 随 机 时 间 强 化 冲 突 CSMA/CD 的 工 作 状 态 传 输 周 期 竞 争 周 期 空 闲 周 期 竞 争 时 隙 传 输 周 期 竞 争 周 期 空 闲 周 期 问 题 : 一 个 站 点 确 定 发 生 冲 突 要 花 多 少 时 间? 最 坏 情 况 下,2 倍 电 缆 传 输 时 间 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 35 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 36. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 9

BNC 头 终 接 器 A B BNC T 型 接 头 C 以 太 网 Bus 物 理 结 构 802.3 的 物 理 结 构 终 接 器 细 同 轴 电 缆 RJ-45 接 头 A B C 集 线 器 HUB 以 太 网 Star-Bus 物 理 结 构 双 绞 线 发 送 对 接 收 对 集 线 器 (Hub) Hub 功 能 每 个 端 口 具 有 收 发 功 能, 当 某 个 端 口 收 到 信 号 时, 立 即 向 其 它 端 口 转 发, 若 多 个 端 口 同 时 有 信 号 输 入, 则 所 有 端 口 都 收 不 到 正 确 的 信 息 帧 目 标 地 址 =E 站 集 线 器 所 有 其 它 站 都 能 收 到 信 号 A B C D E 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 37 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 38 802.3 的 接 线 收 发 器 电 缆 控 制 器 插 入 式 分 接 头 收 发 控 制 器 收 发 器 10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-T hub, with 10Base-T cables connecting computers to the hub. 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 39 收 发 器 (transceiver): 处 理 载 波 监 听 和 冲 突 检 测 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 40. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 10

三 种 以 太 网 布 线 方 案 802.3 的 以 太 网 段 (a) 粗 缆 以 太 网 10Base5 (b) 细 缆 以 太 网 10Base2 (c) 双 绞 线 以 太 网 10Base-T (twisted pair) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 41 中 继 器 物 理 层 设 备, 只 对 信 号 进 行 接 收 放 大 和 双 向 重 传 ; 扩 展 网 段 长 度 : 两 个 收 发 器 之 间 最 多 使 用 4 个 中 继 器, 最 长 2500 米 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 42 802.3 的 MAC 帧 802.3 的 MAC 子 层 帧 格 式 LLC PDU LLC 子 层 字 节 7 前 导 符 1 6 6 2 0~1500 0~46 4 SFD DA SA 数 据 长 度 数 据 填 充 校 验 和 字 节 6 6 2 0~1500 0~46 4 DA SA 数 据 长 度 数 据 填 充 校 验 和 目 标 地 址 源 地 址 MAC 子 层 字 节 8 前 导 序 列 MAC 帧 物 理 层 数 据 + 填 充 =46 ~ 1500 目 标 地 址 源 地 址 前 导 符 (Preamble) 其 内 容 是 1 和 0 交 替 出 现 ( 每 个 字 节 内 容 =1010 1010B) 通 知 接 收 端 准 备 接 收 数 据 帧 ; 供 接 收 端 进 行 比 特 同 步 之 用 帧 始 标 志 (SFD) 其 内 容 是 10101011B 一 旦 收 到 两 个 连 续 的 1, 得 知 后 面 为 MAC 帧 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 43 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 44. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 11

802.3 的 MAC 子 层 帧 格 式 802.3 的 MAC 子 层 帧 格 式 字 节 7 1 6 6 2 0~1500 0~46 4 字 节 7 1 6 6 2 0~1500 0~46 4 前 导 符 SFD DA SA 数 据 长 度 数 据 填 充 校 验 和 前 导 符 SFD DA SA 数 据 长 度 数 据 填 充 校 验 和 目 标 地 址 (DA) 和 源 地 址 (SA) 目 标 地 址 最 低 位 为 0, 表 示 单 地 址 ; 为 1, 表 示 组 地 址 ; 目 的 地 址 全 1, 为 广 播 地 址 数 据 长 度 (Length of data field) 数 据 字 段 的 长 度 数 据 (Data) 来 自 LLC 子 层 的 PDU 目 标 地 址 填 充 (Pad) 用 于 保 证 CSMA/CD 协 议 正 常 操 作 所 需 的 最 小 帧 长 度 ; 当 数 据 部 分 <46 个 字 节, 则 填 充 0 补 足 46 个 字 节 校 验 和 CRC 校 验 源 地 址 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 45 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 46 802.3 的 最 短 帧 长 发 送 的 帧 最 短 长 度 应 当 保 证 在 发 送 完 毕 之 前, 必 须 能 够 检 测 到 可 能 最 晚 来 到 的 冲 突 信 号 帧 发 送 时 间 应 该 大 于 2Td (t) 对 于 10Mbps LAN, 最 大 冲 突 检 测 时 间 为 51.2 微 秒, 相 当 于 发 送 512 比 特, 即 最 短 帧 长 为 512 比 特 (64 字 节 ) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 47 例 题 若 两 台 计 算 机 通 过 一 条 1500m 的 同 轴 电 缆 链 接, 采 用 CSMA/CD 网 络 协 议, 电 缆 的 时 延 特 性 为 4.33μs/km, 考 虑 其 它 的 往 返 延 时 因 素 38.5μs, 网 络 的 数 据 传 输 速 率 为 10Mbps, 问 发 送 的 帧 的 最 短 长 度 是 多 少? 解 答 : 信 息 在 总 线 上 的 来 回 延 迟 时 间 是 2 1.5 km 4.33 μs/km, 加 上 38.5μs, 在 这 个 时 间 内, 要 保 持 有 帧 可 以 发 送 最 短 帧 长 =(2 1.5 4.33+38.5) 10-6 10 Mbps 10 6» 515 (bit) 或 65 (Byte) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 48. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 12

IEEE 802.5: 令 牌 环 Token Ring IEEE 802.5: 令 牌 环 Token Ring 典 型 应 用 网 络 :IBM 令 牌 环 网 (1985.10), 数 据 传 输 速 率 16Mbps,260 个 节 点 技 术 产 生 原 因 环 实 际 上 并 不 是 一 个 广 播 介 质, 而 是 不 同 的 点 到 点 链 路 组 成 的 环, 点 到 点 链 路 有 很 多 技 术 优 势 ; 各 个 站 点 是 公 平 的, 获 得 信 道 的 时 间 有 上 限, 避 免 冲 突 发 生 ; 采 用 差 分 曼 彻 斯 特 编 码 传 输 物 理 外 部 结 构 : 星 型 A B D C 发 送 对 接 收 对 多 路 连 接 单 元 MAU IBM 令 牌 环 网 网 络 结 构 网 络 拓 朴 结 构 : 环 型 B A C D IBM 令 牌 环 网 拓 朴 结 构 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 49 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 50 令 牌 环 的 旁 路 中 继 器 令 牌 环 的 旁 路 中 继 器 为 解 决 环 断 裂 导 致 整 个 环 无 法 工 作 的 问 题, 使 用 线 路 中 心 进 行 布 线, 线 路 中 心 设 有 旁 路 中 继 器 旁 路 中 继 器 旁 路 中 继 器 线 路 中 心 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 51 插 入 模 式 跳 过 模 式 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 52. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 13

多 站 点 访 问 单 元 (MAU) 环 接 口 - 干 线 偶 合 器 有 两 种 工 作 状 态 : 侦 听 方 式 和 发 送 方 式 当 一 个 站 点 不 处 于 发 送 数 据 状 态 时, 就 处 于 侦 听 状 态 环 接 口 - 干 线 偶 合 器 在 网 中 的 位 置 侦 听 方 式 发 送 方 式 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 53 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 54 令 牌 环 - 工 作 过 程 当 网 络 初 始 化 时, 由 指 定 的 站 点 生 成 令 牌 ; 令 牌 沿 着 网 络 环 单 向 逐 站 传 送 ; 只 有 当 空 令 牌 传 到 某 站 点, 该 站 点 才 可 发 送 数 据 ; 数 据 沿 着 网 络 环 单 向 逐 站 传 送 ; 数 据 经 过 目 的 站 时, 目 的 站 接 收 ( 复 制 ), 数 据 继 续 单 向 逐 站 传 送 ; 数 据 经 过 源 站 时, 源 站 收 回 ( 不 再 传 送 ); 源 站 交 出 令 牌 ( 传 送 给 下 以 站 ) 特 点 : 没 有 冲 突 发 生 ; 重 负 载 下, 效 率 接 近 100% 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 55 A T B D 令 牌 在 环 路 中 流 动, A 站 获 得 令 牌 (1) (2) A B D (3) (4) C C A 站 收 回 所 发 的 数 据 A 站 重 新 发 出 令 牌 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 56 A B D A 站 发 送 数 据 给 C 站, C 站 接 收 并 转 发 数 据 A T B D C C. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 14

IEEE 802.4: 令 牌 总 线 Token Bus 在 总 线 拓 朴 结 构 上, 实 现 类 似 令 牌 环 网 的 数 据 传 送 方 法 物 理 上 : 总 线 型 逻 辑 上 : 环 型 逻 辑 环 的 构 成 令 牌 从 节 点 的 地 址 由 高 向 低 传 递, 最 低 地 址 的 节 点 传 递 给 最 高 地 址 的 节 点 令 牌 传 递 的 顺 序 与 站 的 物 理 位 置 无 关 只 有 当 令 牌 传 到 某 工 作 站, 该 站 才 可 发 送 数 据 A B C 令 牌 总 线 网 的 物 理 结 构 令 牌 总 线 网 的 逻 辑 环 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 57 A B C 三 种 局 域 网 的 比 较 比 较 类 别 802.3 CSMA/CD 802.4 令 牌 总 线 802.5 令 牌 环 协 议 复 杂 性 简 单 最 复 杂 维 护 复 杂 优 先 级 无 有 有 分 散 控 制 是 是 监 控 站 集 中 管 理 使 用 模 拟 技 术 冲 突 检 测 Modem, 完 全 数 字 化 宽 带 放 大 器 数 据 速 率 10Mbps 1, 5, 10Mbps 4, 16Mbps 帧 长 限 制 64~1538Byte 无 最 短 限 制 最 长 有 约 束 线 路 长 度 限 制 2.5km 无 无 轻 负 载 性 能 几 乎 无 延 迟 有 延 迟 有 延 迟 重 负 载 性 能 效 率 降 低 效 率 较 高 效 率 较 高 可 靠 性 高 逻 辑 环 断 环 使 用 广 泛 性 广 泛 不 广 泛 较 广 泛 适 用 场 合 中 等 负 载 实 时 性 要 求 高 重 负 载, 实 时 性 要 求 高 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 58 网 桥 (bridge): 网 桥 技 术 是 工 作 在 数 据 链 路 层 的 一 种 网 络 互 连 设 备 ; 它 在 互 连 的 LAN 之 间 实 现 帧 的 存 储 和 转 发 网 桥 应 用 情 形 一 个 企 业 分 布 在 相 隔 很 远 的 不 同 建 筑 物 内, 在 每 个 建 筑 物 内 组 建 单 独 的 LAN, 并 使 用 桥 将 这 些 LAN 连 接 起 来, 是 比 较 经 济 的 方 案 ; 作 用 : 1 扩 大 物 理 范 围 ; 将 独 立 的 LAN 进 行 互 连 ; 2 提 高 可 靠 性 ; 网 络 出 故 障, 只 影 响 个 别 网 段 ; 3 过 滤 通 信 量 ; 使 LAN 各 网 段 成 为 隔 离 开 的 冲 突 域, 从 而 减 轻 了 扩 展 的 LAN 上 的 负 荷 ( 减 少 冲 突 ); 4 可 互 连 不 同 物 理 层 MAC 子 层 和 不 同 速 率 的 LAN 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 60 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 59. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 15

网 桥 应 用 情 形 将 一 个 负 载 很 重 的 大 LAN 分 隔 成 使 用 网 桥 互 连 的 几 个 LAN 以 减 轻 负 担 ; 网 桥 的 内 部 结 构 根 据 MAC 帧 的 目 的 地 址 对 收 到 的 帧 进 行 转 发 ; 当 一 个 帧 达 到 时, 先 检 查 其 目 的 的 MAC 地 址, 然 后 再 确 定 将 该 帧 转 发 到 哪 一 个 端 口 主 干 局 域 网 单 个 局 域 网 的 簇 网 桥 端 口 管 理 软 件 端 口 1 网 段 A 1 2 3 站 表 网 桥 协 议 实 体 缓 存 端 口 2 网 段 B 4 5 6 站 地 址 1 2 3 4 5 6 端 口 1 1 1 2 2 2 MAC 地 址 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 61 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 62 网 桥 的 工 作 原 理 连 接 k 个 不 同 LAN 的 网 桥 具 有 k 个 MAC 子 层 和 k 个 物 理 层 连 接 802.X 和 802.Y 的 网 桥 互 连 时 需 要 解 决 的 相 同 问 题 不 同 LAN 帧 格 式 的 转 换 ; 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 63 图 4-36 不 同 的 LAN 速 率 不 同, 网 桥 要 有 缓 存 能 力 ; 高 层 协 议 的 计 时 器 设 置 ; 不 同 的 LAN 支 持 的 最 大 帧 长 度 不 同, 分 别 为 1500,8191,5000 解 决 办 法 : 丢 弃 无 法 转 发 的 帧 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 64. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 16

网 桥 的 缺 点 1 增 加 了 时 延 ; 网 桥 进 行 转 发 所 需 的 处 理 时 间 ; 2 可 能 产 生 失 帧 ; 由 于 MAC 子 层 没 有 流 量 控 制 功 能, 当 网 络 负 荷 很 重 时, 网 桥 内 的 缓 存 发 生 溢 出 ; 应 用 : 1 透 明 网 桥 ( 生 成 树 网 桥 ) CSMA/CD 和 Token Bus 2 源 路 由 网 桥 Token Ring 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 65 透 明 网 桥 ( 生 成 树 网 桥 ) 透 明 - 对 LAN 中 的 各 站 都 可 进 行 帧 转 发 基 本 功 能 : 1 帧 转 发 ; 2 学 习 站 址 ; 3 解 决 拓 朴 中 可 能 存 在 的 回 路 工 作 原 理 : 网 桥 工 作 在 混 杂 方 式, 接 收 所 有 的 帧 ; 网 桥 接 收 到 一 帧 后, 通 过 查 询 站 表 来 确 定 是 丢 弃 还 是 转 发 ; 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 66 站 表 的 登 记 ;( 网 桥 刚 启 动 时 或 新 站 加 入 ) 采 用 扩 散 方 法 转 发 帧 ;( 向 其 它 的 LAN 网 段 转 发 ), 在 转 发 过 程 中 采 用 逆 向 学 习 算 法 收 集 MAC 地 址 网 桥 通 过 分 析 帧 的 源 MAC 地 址 得 到 MAC 地 址 与 端 口 的 对 应 关 系, 并 登 记 到 站 表 中 网 桥 软 件 对 站 表 进 行 不 断 的 更 新, 并 定 时 检 查, 删 除 在 一 段 时 间 内 没 有 更 新 的 地 址 / 端 口 项 ; 帧 的 路 由 过 程 目 的 LAN 与 源 LAN 相 同, 则 丢 弃 帧 ; 目 的 LAN 与 源 LAN 不 同, 则 转 发 帧 ; 目 的 LAN 未 知, 则 扩 散 帧, 并 逆 向 学 习 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 67 多 个 网 桥 产 生 回 路 的 问 题 多 个 网 桥 ( 并 行 网 桥 ) 可 能 产 生 回 路 H 发 送 帧 后, 由 网 桥 1 和 网 桥 2 向 网 段 B 转 发 帧 1 和 帧 2 ; 网 桥 1 和 网 桥 2 分 别 收 到 帧 1 和 帧 2 后, 又 将 其 转 发 到 网 段 A; 结 果 引 起 一 个 帧 在 网 络 中 不 停 地 兜 圈 子 3 4 帧 1 帧 2 H 1 网 桥 1 帧 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 68 2 网 桥 2 网 段 B 网 段 A. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 17

解 决 多 个 网 桥 产 生 回 路 的 问 题 方 法 让 网 桥 之 间 互 相 通 信, 用 一 棵 连 接 每 个 LAN 的 生 成 树 (Spanning Tree) 覆 盖 实 际 的 拓 扑 结 构 构 造 生 成 树 每 个 桥 广 播 自 己 的 桥 编 号, 号 最 小 的 桥 称 为 生 成 树 的 根 ; 每 个 网 桥 计 算 自 己 到 根 的 最 短 路 径, 构 造 出 生 成 树, 使 得 每 个 LAN 和 桥 到 根 的 路 径 最 短 ; 当 某 个 LAN 或 网 桥 发 生 故 障 时, 要 重 新 计 算 生 成 树 ; 生 成 树 构 造 完 后, 算 法 继 续 执 行 以 便 自 动 发 现 拓 扑 结 构 变 化, 更 新 生 成 树 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 69 构 造 生 成 树 LAN 拓 朴 生 成 树 实 线 为 生 成 树 一 部 分, 虚 线 不 是 生 成 树 一 部 分 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 70 源 路 由 网 桥 由 发 送 帧 的 源 站 提 供 路 由 信 息, 网 桥 中 不 需 存 储 和 维 护 路 由 信 息 原 理 发 送 帧 的 网 络 工 作 站 将 路 由 信 息 放 在 信 息 帧 的 首 部, 然 后 发 送 该 帧, 网 桥 读 取 源 LAN 上 的 信 息 帧, 并 依 信 息 帧 的 路 由 信 息 来 决 定 如 何 发 送 该 帧 网 络 工 作 站 需 存 储 和 维 护 路 由 信 息 网 络 工 作 站 的 路 由 信 息 获 得 : 采 用 动 态 路 由 搜 寻 过 程, 即, 工 作 站 向 其 它 工 作 站 广 播 一 个 路 由 查 找 帧, 从 各 个 目 标 工 作 站 的 回 应 信 息 里, 建 立 路 由 信 息 表 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 71 源 路 由 的 产 生 每 个 站 点 通 过 广 播 查 找 帧 来 获 得 到 各 个 站 点 的 最 佳 路 由 若 目 的 地 址 未 知, 源 站 发 送 查 找 帧, 每 个 网 桥 收 到 后 广 播, 目 的 站 收 到 后 发 应 答 帧, 该 帧 经 过 网 桥 时 被 加 上 网 桥 的 标 识, 源 站 收 到 后 就 知 道 了 到 目 的 站 的 最 佳 路 由 优 点 对 带 宽 进 行 最 优 的 使 用 缺 点 网 桥 的 插 入 对 于 网 络 是 不 透 明 的, 需 要 人 工 干 预 站 点 要 知 道 网 络 的 拓 扑 结 构 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 72. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 18

交 换 式 802.3 LAN 目 的 : 减 少 冲 突 ( 站 越 多, 冲 突 越 多 ); 交 换 机 能 够 识 别 出 帧 的 目 标 地 址, 并 把 帧 路 由 到 连 接 到 目 标 站 点 的 端 口, 使 其 余 的 网 络 介 质 在 传 输 过 程 中 不 被 占 用 交 换 机 交 换 式 802.3 LAN 网 络 交 换 器 (switch) 工 作 原 理 接 收 缓 存 转 发 帧, 生 成 维 护 转 发 表 ; 基 于 硬 件, 专 用 芯 片, 速 度 快 ; 多 个 端 口 并 行 工 作, 最 大 带 宽 可 达 : 0.5 端 口 数 端 口 带 宽 组 成 : 端 口 端 口 缓 冲 器 转 发 机 构 底 板 体 系 目 标 地 址 =E 站 只 有 E 站 接 收 A B C D E 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 73 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 74 两 种 实 现 方 法 交 换 式 802.3 LAN 一 个 卡 内 是 一 个 802.3LAN, 构 成 自 己 的 冲 突 域, 卡 间 并 行 ; 使 用 端 口 缓 存, 无 冲 突 发 生 交 换 式 802.3 LAN 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 75 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 76. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 19

标 准 快 速 以 太 网 (Fast Ethernet) 1995 年,IEEE 通 过 802.3u 标 准, 实 际 上 是 802.3 的 一 个 补 充 原 有 的 帧 格 式 接 口 规 程 不 变, 只 是 将 比 特 时 间 从 100ns 缩 短 为 10ns 对 10 Mbps 802.3 LAN 的 改 进 一 种 方 法 是 改 进 10Base-5 或 10Base-2, 采 用 CSMA/CD, 最 大 电 缆 长 度 减 为 1/10, 未 被 采 纳 ; 另 一 种 方 法 是 改 进 100Base-T, 使 用 HUB, 被 采 纳 Switch 编 码 规 则 输 入 0 fi 输 出 值 不 变 100Base-TX 100 m 多 电 平 三 元 编 码, MLT-3 2 对 5 类 双 绞 线 一 个 用 于 发 送, 一 个 用 于 接 收 输 入 1 fi 输 出 值 改 变 若 前 次 输 出 值 非 零 fi 输 出 值 为 零 若 前 次 输 出 值 为 零 fi 输 出 值 为 上 次 的 一 个 非 零 输 出 值 反 向 0 1 0 1 1 1 0 1 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 77 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 78 Hub or Switch 100Base-FX 2000 m 4B/5B 编 码, NRZ-I Hub or Switch 100Base-T4 100 m 8B/6T 编 码, 曼 彻 斯 特 码 2 根 光 纤 信 号 采 用 NRZ-I( 非 归 零 反 向 编 码 ), 125 MHz; 4B/5B 编 码,5 个 时 钟 周 期 发 送 4 个 比 特, 比 特 率 为 125 4/5 = 100 Mbps; 注 :NRZ-I( 非 归 零 反 向 编 码 ) 比 特 1, 信 号 电 平 反 转 ; 比 特 0, 信 号 电 平 不 变 ; 0 1 0 1 1 1 0 1 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 79 4 对 3 类 或 5 类 双 绞 线 设 计 目 的 : 尽 量 兼 容 10M 网 络, 避 免 重 新 布 线 ; 4 对 双 绞 线, 2 对 单 向,2 对 双 向, 使 每 个 传 输 方 向 有 3 对 线 能 同 时 传 输 ; 使 用 25MHz 的 信 号 (802.3 使 用 20MHz 的 信 号, 由 于 使 用 曼 彻 斯 特 编 码, 波 特 率 =2 比 特 率 ); 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 80. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 20

发 送 100Base-T4 00001010 接 收 100Base-T4 和 100Base-TX 统 称 100Base-T 两 种 类 型 的 HUB 共 享 式 HUB, 一 个 冲 突 域, 工 作 方 式 与 802.3 相 同,CSMA/CD, 半 双 工 方 式 通 信 交 换 式 HUB, 输 入 帧 被 缓 存, 无 冲 突 域 或 一 个 端 口 构 成 一 个 冲 突 域 全 双 工 方 式 通 信 4 对 UTP 8B/6T 编 码, 使 用 三 进 制 信 号,8 个 二 元 码 位 转 换 为 6 个 三 元 的 电 平 ( 正 负 和 零 ); 1 对 双 绞 线 的 比 特 率 为 25 8/6 = 33.3 Mbps, 3 对 则 100M; 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 81 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 82 千 兆 以 太 网 (Gigabit Ethernet) 吉 比 特 以 太 网 标 准 :802.3z 和 802.3ab 标 准 :802.3z 1998 ( 采 用 8B/10B 编 码 ) 1000BASE-SX, 使 用 850nm 激 光 器 62.5 mm 多 模 光 纤, 传 输 距 离 275m 50 mm 多 模 光 纤, 传 输 距 离 550m 1000BASE-LX, 使 用 1300nm 激 光 器 62.5 mm 50 mm 多 模 光 纤, 传 输 距 离 550m 10 mm 单 模 光 纤, 传 输 距 离 5km 1000BASE-CX, 使 用 两 对 屏 蔽 双 绞 线, 传 输 距 离 25m 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 83 千 兆 以 太 网 (Gigabit Ethernet) 标 准 :802.3ab 1998 ( 采 用 4B/5B 编 码 ) 1000BASE-T, 使 用 4 对 5 类 UTP, 传 输 距 离 100m 载 波 扩 展 的 帧 帧 突 发 (frame bursting) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 84. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 21

虚 拟 网 络 的 概 念 4.5 虚 拟 局 域 网 虚 拟 局 域 网 的 物 理 结 构 与 逻 辑 结 构 虚 拟 网 络 建 立 在 局 域 网 交 换 机 之 上 ; 以 软 件 方 式 实 现 对 逻 辑 工 作 组 的 划 分 与 管 理 ; 逻 辑 工 作 组 的 结 点 组 成 不 受 物 理 位 置 的 限 制 ; VLAN 1 VLAN 2 (a) 物 理 结 构 VLAN 2 VLAN 1 一 个 逻 辑 工 作 组 的 结 点 可 以 分 布 在 不 同 的 物 理 网 VLAN VLAN 1 1 VLAN 2 段 上, 但 它 们 之 间 的 通 信 就 像 在 同 一 个 物 理 网 段 上 一 样 VLAN 2 VLAN 2 (b) 逻 辑 结 构 VLAN 1 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 85 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 86 虚 拟 局 域 网 的 组 网 方 法 用 交 换 机 端 口 号 定 义 虚 拟 局 域 网 ; 用 MAC 地 址 定 义 虚 拟 局 域 网 ; 用 交 换 机 端 口 号 定 义 虚 拟 局 域 网 成 员 局 域 网 交 换 机 端 口 1 2 3 4 5 6 7 8 VLAN 1 用 网 络 层 地 址 定 义 虚 拟 局 域 网 ; IP 广 播 组 虚 拟 局 域 网 VLAN 2 (a) 局 域 网 交 换 机 1 局 域 网 交 换 机 2 端 口 1 2 3 4 5 6 7 8 端 口 1 2 3 4 5 6 7 8 VLAN 1 VLAN 2 (b) 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 87 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 88. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 22

方 便 网 络 用 户 管 理 ; 减 少 网 络 管 理 开 销 ; 虚 拟 局 域 网 的 优 点 典 型 的 无 线 局 域 网 结 构 4.8 无 线 局 域 网 高 速 主 干 局 域 网 提 供 更 好 的 安 全 性 ; 改 善 网 络 服 务 质 量 发 射 / 接 收 无 线 发 射 与 接 收 的 天 线 移 动 结 点 移 动 结 点 单 元 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 89 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 90 特 殊 无 线 网 络 的 结 构 ad hoc 是 一 个 临 时 需 要 的 对 等 网 络, 无 集 中 服 务 器 的 无 线 网 络 ; 主 要 用 于 军 事 用 途 无 线 局 域 网 标 准 IEEE 802.11 通 信 使 用 2.4GHz 的 工 业 科 学 与 医 药 专 用 的 ISM 频 段 ; 通 信 的 数 据 传 输 速 率 为 1Mb/s 或 2Mb/s 无 争 用 服 务 MAC 层 点 协 调 功 能 PCF 分 布 协 调 功 能 DCF (CSMA/CA) 物 理 层 争 用 服 务 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 91 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 92. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 23

CSMA/CA 基 本 工 作 原 理 CSMA/CA 基 本 工 作 原 理 示 意 图 802.11 的 MAC 层 采 用 的 是 CSMA/CA (collision avoidance,ca) 的 冲 突 避 免 方 法 ; 冲 突 避 免 要 求 每 一 个 发 送 结 点 在 发 送 帧 之 前 需 要 先 侦 听 信 道 如 果 信 道 空 闲, 结 点 可 以 发 送 帧 ; 发 送 站 在 发 送 完 一 帧 之 后, 必 须 再 等 待 一 个 短 的 时 间 间 隔, 检 查 接 收 站 是 否 发 回 帧 的 确 认 ACK 如 果 接 收 到 确 认, 则 说 明 此 次 发 送 没 有 出 现 冲 突, 发 送 成 功 ; 源 结 点 目 的 结 点 其 他 结 点 DIFS PIFS SIFS 信 道 空 闲 有 帧 要 发 送 发 送 第 1 帧 NAV( 信 道 忙 ) SIFS DIFS PIFS SIFS 争 用 窗 口 发 送 下 一 帧 时 间 时 间 时 间 如 果 在 规 定 的 时 间 内 没 有 接 收 到 确 认, 表 明 出 现 冲 突, 发 送 失 败, 重 发 该 帧 直 到 在 规 定 的 最 大 重 发 次 数 之 内, 发 送 成 功 有 帧 要 发 送 推 迟 接 入 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 93 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 94 data application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical network link physical 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 data application transport network link physical End! 陈 家 琪 计 算 机 网 络 - 第 4 章 局 域 网 95. 上 海 理 工 大 学 计 算 机 工 程 学 院 陈 家 琪 教 授 24