第5章局域网技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,计算机网络技术实用教程(第3版),第5 章 局域网技术,本章基本要求：,掌握常见的局域网拓扑结构，,掌握以太网技术；,理解局域网的特点和功能，,理解,IEEE802,标准，,理解两类介质访问控制的原理，,理解无线局域网的工作原理和基本的组网方式；,了解令牌环网、,FDDI,技术，,了解,VLAN,的概念与实现方式。,了解常用的网络操作系统。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),第5 章 局域网技术,5.1 局域网概述,5.2 IEEE802标准,5.3 介质访问控制,5.4 共享式以太网和交换式以太网,5.5 高速以太网,5.6 其他种类的高速局域网,5.7 无线局域网,5.8 虚拟局域网,5.9 网络操作系统,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,5.1.1 局域网的特点,局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题，也是目前技术发展最快的领域之一。局域网具有如下特点：,(1)网络所覆盖的地理范围比较小。,(2)数据的传输速率比较高，近年来已达到1000Mbps、10000Mbps。,(3)具有较低的延迟和误码率。,(4)局域网络的经营权和管理权属于某个单位所有，与广域网通常由服务提供商提供形成鲜明对照。,(5)便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,5.1.2 常见的局域网拓扑结构,在计算机网络中，把计算机、终端、通信处理机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。网络拓扑结构反映出网络的结构关系，它对于网络的性能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响，因此网络拓扑结构的设计在整个网络设计中占有十分重要的地位，在网络构建时，网络拓扑结构往往是首先要考虑的因素之一。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,1星形拓扑（Star-Topology）,星形拓扑是由中央结点和通过点对点链路接到中央结点的各站点（网络工作站等）组成，如图5.1所示。星形拓扑以中央结点为中心，执行集中式通信控制策略，因此，中央结点相当复杂，而各个站的通信处理负担都很小，又称集中式网络。中央控制器是一个具有信号分离功能的“隔离”装置，它能放大和改善网络信号，外部有一定数量的端口，每个端口连接一个站点，如Hub集线器、交换机等。采用星形拓扑的交换方式有线路交换和报文交换，尤以线路交换更为普遍，现有的数据处理和声音通信的信息网大多采用这种拓扑。一旦建立了通信的连接，可以没有延迟地在两个连通的站点之间传输数据。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,中继器,图,5.3,典型的总线拓扑结构,图5.4 带有中继器的总线拓扑,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,总线拓扑的优点是：结构简单，实现容易；易于安装和维护；价格低廉，用户站点入网灵活。,总线拓朴结构的缺点是：传输介质故障难以排除，并且由于所有结点都直接连接在总线上，因此任何一处故障都会导致整个网络的瘫痪。,不过，对于站点不多（10个站点以下）的网络或各个站点相距不是很远的网络，采用总线拓扑还是比较适合的。但随着在局域网上传输多媒体信息的增多，目前这种网络正在被淘汰。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,3环形拓扑（Ring Topology）,环形拓扑由一些中继器和连接中继器的点到点链路首尾相连形成一个闭合的环。如图5.5所示，每个中继器都与两条链路相连，它接收一条链路上的数据，并以同样的速度串行地把该数据送到另一条链路上，而不在中继器中缓冲。这种链路是单向的，也就是说，只能在一个方向上传输数据，而且所有的链路都按同一方向传输，数据就在一个方向上围绕着环进行循环。,图,5.5,环形拓扑结构,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,4树形结构（Tree Topology）,树形拓扑是从总线拓扑演变而来的，它把星形和总线形结合起来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出子分支，如图5.6所示。,图,5.6,树形网络拓扑结构,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,5星形环拓扑,星形环拓扑是将星形拓扑和环形拓扑混合起来的一种拓扑，试图取这两种拓扑的优点于一个系统中，克服了典型的星形和典型的环形两个拓扑的不足和缺陷。这种拓扑的配置是由一批接在环上的连接集中器（实际上是指安装在楼内各层的配线架）组成，从每个集中器按星形结构接至每个用户站上。如图5.7所示。,星形环拓扑的优点是故障诊断和隔离，易于扩展，安装电缆方便。,星形环拓扑的缺点是需要智能的集中器，电缆安装电缆长，安装不方便等。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,子分支,主干环,图5.7 星形环拓扑,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.1 局域网概述,6拓扑的选择,拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑时，应该考虑的主要因素有以下几点。,（1）经济性:网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的费用。,（2）灵活性:灵活性以及可扩充性也是选择网络拓扑结构时应充分重视的问题。网络的可调整性与灵活性以及可扩充性都与网络拓扑直接相关。,（3）可靠性:网络的可靠性是任何一个网络的生命。网络拓扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性。,总之，选择局域网拓扑时，需要考虑的因素很多，这些因素同时影响网络的运行速度和网络软硬件接口的复杂程度等。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,5.2.1 IEEE 802标准概述,1985年IEEE公布了IEEE 802标准的五项标准文本，同年为美国国家标准局（ANSI）采纳作为美国国家标准。后来，国际标准化组织（ISO）经过讨论，建议将802标准定为局域网国际标准。,IEEE 802为局域网制定了一系列标准，主要有如下几种。,IEEE 802.1：描述局域网体系结构以及寻址、网络管理和网络互连（1997）。,IEEE 802.1G：远程MAC桥接（1998）。规定本地MAC网桥操作远程网桥的方法。,IEEE 802.1H：在局域网中以太网2.0版MAC桥接（1997）。,IEEE 802.1Q：虚拟局域网（1998）。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,IEEE 802.2：定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能与服务（1998）。,IEEE 802.3：描述带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）的访问方法和物理层规范（1998）。,IEEE 802.3ab：描述1000Base-T访问控制方法和物理层技术规范（1999）。,IEEE 802.3ac：描述VLAN的帧扩展（1998）。,IEEE 802.3ad：描述多重链接分段的聚合协议（Aggregation of Multiple Link Segments）（2000）。,IEEE 802.3i：描述10Base-T访问控制方法和物理层技术规范。,IEEE 802.3u：描述100Base-T访问控制方法和物理层技术规范。,IEEE 802.3z：描述1000Base-X访问控制方法和物理层技术规范。,IEEE 802.3ae：描述10GBase-X访问控制方法和物理层技术规范。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,IEEE 802.4：描述Token-Bus访问控制方法和物理层技术规范。,IEEE 802.5：描述Token-Ring访问控制方法和物理层技术规范（1997）。,IEEE 802.5t：描述100 Mbps高速标记环访问方法（2000）。,IEEE 802.6：描述城域网（MAN）访问控制方法和物理层技术规范（1994）。1995年又附加了MAN的DQDB子网上面向连接的服务协议。,IEEE 802.7：描述宽带网访问控制方法和物理层技术规范。,IEEE 802.8：描述FDDI访问控制方法和物理层技术规范。,IEEE 802.9：描述综合语音、数据局域网技术（1996）。,IEEE 802.10：描述局域网网络安全标准（1998）。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,IEEE 802.11：描述无线局域网访问控制方法和物理层技术规范（1999）。,IEEE 802.12：描述100VG-AnyLAN访问控制方法和物理层技术规范。,IEEE 802.14：描述利用CATV宽带通信的标准（1998）。,IEEE 802.15：描述无线私人网（Wireless Personal Area Network，WPAN）。,IEEE 802.16：描述宽带无线访问标准（Broadband Wireless Access Standards），由两部分组成。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,5.2.2 局域网的体系结构,局域网的体系结构与OSI模型有相当大的区别，如图5.9所示，局域网只涉及OSI的物理层和数据链路层。为什么没有网络层及网络层以上的各层呢？首先局域网是一种通信网，只涉及到有关的通信功能，所以至多与OSI参考模型中的下3层有关。其次，由于局域网基本上采用共享信道的技术，所以也可以不设立单独的网络层。也就是说，不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链路层，当这些不同的局域网需要在网络层实现互连时，可以借助其他已有的通用网络层协议（如IP协议）实现。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,IEEE 802标准,逻辑链路子层（LLC）,介质访问控制子层（MAC）,物理信号（PS）,物理介质连接设备（PMA）,物理介质,连接单元接口,（AUI）,介质访问控制,（MAU）,ISO/OSI高层,物理层,数据链路层,图5.9 IEEE 802局域网实现模型,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,1物理层,局域网的物理层是和OSI参考模型的物理层功能相当的，主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传输，定义局域网物理层的机械、电气、规程和功能特性。如信号的传输与接收、同步序列的产生和删除等，物理连接的建立、维护、撤销等。,物理层还规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、拓扑结构和传输速率。例如，信号编码可以采用曼彻斯特编码，传输介质可采用双绞线、同轴电缆、光缆甚至是无线传输介质。拓扑结构则支持总线形、星形、环形和混合形等，可提供多种不同的数据传输率。物理层由以下4个部分组成。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,物理介质（PMD）：提供与线缆的物理连接。,物理介质连接设备（PMA）：生成发送到线路上的信号，并接收线路上的信号。,连接单元接口（AUI）。,物理信号（PS）。,2数据链路层,局域网的数据链路层分为逻辑链路控制（LLC，Logical Link Control）和介质访问控制（MAC，Medium Access Control）两个功能子层。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.2 IEEE 802标准,其中，MAC子层负责介质访问控制机制的实现，即处理局域网中各站点对共享通信介质的争用问题，不同类型的局域网通常使用不同的介质访问控制协议，另外MAC子层还涉及局域网中的物理寻址；而LLC子层负责屏蔽掉MAC子层的不同实现，将其变成统一的LLC界面，从而向网络层提供一致的服务，LLC子层向网络层提供的服务通过与网络层之间的逻辑接口实现，这些逻辑接口又被称为服务访问点（SAP，Service Access Point）。这样的局域网体系结构不仅使得IEEE 802标准更具有可扩充性，有利于其将来接纳新的介质访问控制方法和新的局域网技术，同时也不会使局域网技术的发展或变革影响到网络层。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,5.3.1 信道分配问题,通常，可将信道分配方法划分为两类：静态分配方法和动态分配方法。,1静态分配方法,所谓静态分配方法，也是传统的分配方法，它采用频分多路复用或时分多路复用的办法将单个信道划分后静态地分配给多个用户。,当用户站数较多或使用信道的站数在不断变化或者通信量的变化具有突发性时，静态频分多路复用方法的性能较差，因此，传统的静态分配方法，不完全适合计算机网络。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,2动态分配方法,所谓动态分配方法就是动态地为每个用户站点分配信道使用权。,轮转：使每个用户站点轮流获得发送的机会，这种技术称为轮转。它适合于交互式终端对主机的通信。,预约：预约是指将传输介质上的时间分隔成时间片，网上用户站点若要发送，必须事先预约能占用的时间片。这种技术适用于数据流的通信。,争用：若所有用户站点都能争用介质，这种技术称为争用。它实现起来简单，对轻负载或中等负载的系统比较有效，适合于突发式通信。,争用方法属于随机访问技术，而轮转和预约的方法则属于控制访问技术。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,5.3.2 介质访问控制方法,介质访问控制方法的主要内容有两个方面：一是要确定网络上每一个结点能够将信息发送到介质上去的特定时刻；二是要解决如何对共享介质访问和利用加以控制。常用的介质访问控制方法有3种：总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD方法、环形结构的令牌环（Token Ring）访问控制方法和令牌总线（Token Bus）访问控制方法。,1带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD,CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）是采用争用技术的一种介质访问控制方法。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,CSMA/CD通常用于总线形拓扑结构和星形拓扑结构的局域网中。它的每个站点都能独立决定发送帧，若两个或多个站同时发送，即产生冲突。每个站都能判断是否有冲突发生，如冲突发生，则等待随机时间间隔后重发，以避免再次发生冲突。,CSMA/CD的工作原理可概括成四句话，即先听后发，边发边听，冲突停止，随机延迟后重发。具体过程如下：,当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即监听信道是否空闲。,如果信道忙，则等待，直到信道空闲。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,如果信道闲，站点就传输数据。,在发送数据的同时，站点继续监听网络确信没有其他站点在同时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。,当一个传输结点识别出一个冲突，它就发送一个拥塞信号，这个信号使得冲突的时间足够长，让其他的结点都有能发现。,其他结点收到拥塞信号后，都停止传输，等待一个随机产生的时间间隙（回退时间，Backoff Time）后重发。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,2令牌环（Token Ring）访问控制,Token Ring是令牌传输环（Token Passing Ring）的简写。令牌环介质访问控制方法，是通过在环形网上传输令牌的方式来实现对介质的访问控制。只有当令牌传输至环中某站点时，它才能利用环路发送或接收信息。当环线上各站点都没有帧发送时，令牌标记为01111111，称为空标记。当一个站点要发送帧时，需等待令牌通过，并将空标记置换为忙标记01111110，紧跟着令牌，用户站点把数据帧发送至环上。由于是忙标记，所以其他站点不能发送帧，必须等待。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,发送出去的帧将随令牌沿环路传输下去。在循环一周又回到原发送站点时，由发送站点将该帧从环上移去，同时将忙标记换为空标记，令牌传至后面站点，使之获得发送的许可权。发送站点在从环中移去数据帧的同时还要检查接收站载入该帧的应答信息，若为肯定应答，说明发送的帧已被正确接收，完成发送任务。若为否定应答，说明对方未能正确收到所发送的帧，原发送站点需在带空标记的令牌第二次到来时，重发此帧。采用发送站从环上收回帧的策略，不仅具有对发送站点自动应答的功能，而且还具有广播特性，即可有多个站点接收同一数据帧。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,接收帧的过程与发送帧不同，当令牌及数据帧通过环上站点时，该站将帧携带的目标地址与本站地址相比较。若地址符合，则将该帧复制下来放入接收缓冲器中，待接收站正确接收后，即在该帧上载入肯定应答信号；若不能正确接收则载入否定应答信号，之后再将该帧送入环上，让其继续向下传输。若地址不符合，则简单地将数据帧重新送入环中。所以当令牌经过某站点而它既不发送信息，又无处接收时，会稍经延迟，继续向前传输。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,归纳起来，在令牌环中主要有下面3种操作：,截获令牌并且发送数据帧。如果没有结点需要发送数据，令牌就由各个结点沿固定的顺序逐个传递；如果某个结点需要发送数据，它要等待令牌的到来，当空闲令牌传到这个结点时，该结点修改令牌帧中的标志，使其变为“忙”的状态，然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据帧，发送到下一个结点。,接收与转发数据。数据帧每经过一个结点，该结点就比较数据帧中的目的地址，如果不属于本结点，则转发出去；如果属于本结点，则复制到本结点的计算机中，同时在帧中设置已经复制的标志，然后向下一结点转发。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,取消数据帧并且重发令牌。由于环网在物理上是个闭环，一个帧可能在环中不停地流动，所以必须清除。当数据帧通过闭环重新传到发送结点时，发送结点不再转发，而是检查发送是否成功。如果发现数据帧没有被复制（传输失败），则重发该数据帧；如果发现传输成功，则清除该数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。,3令牌总线（Token Bus）访问控制,令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，令牌在逻辑环路中依次传递，其操作原理与令牌环相同。它同时具有上述两种方法的优点，是一种简单、公平、性能良好的介质访问控制方法。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,5.3.3 以太网,以太网（Ethernet）是一种产生较早且使用相当广泛的局域网，美国Xerox（施乐）公司1975年推出了他们的第一个局域网。1980年美国Xerox、DEC与Intel三家公司联合提出了以太网规范，这是世界上第一个局域网的技术标准。后来的以太网国际标准IEEE 802.3就是参照以太网的技术标准建立的，两者基本兼容。为了与后来提出的快速以太网相区别，通常又将这种按IEEE 802.3规范生产的以太网产品简称为以太网。,1IEEE 802.3帧结构,图5.10给出了IEEE 802.3帧结构，各字段的功能如下。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,前导同步码由7个同步字节组成，用于收发之间的定时同步；,SFD是帧起始定界符；,目的地址是帧发往的站点地址，每个站点都有自己惟一的地址；,源地址是帧发送的站点地址；,前导同步码,7字节,SFD,1字节,目的地址,6字节,源地址,6字节,数据长度,2字节,协议首部,20字节,数据和填充字节,01500字节,帧校验,4字节,图5.10 IEEE 802.3帧结构,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,数据长度是要传输数据的总长度；,协议首部是数据字段的一部分，含有更高层协议嵌入数据字段中的信息；,数据字节的长度可从0到1518个字节，但必须保证帧不得小于64个字节，否则就要填入填充字节；,帧校验占用4个字节，采用CRC码，用于校验帧传输中的差错。,2以太网地址,以太网使用的是MAC地址，即IEEE 802.3以太网帧结构中定义的地址。每块网卡出厂时，都被赋予一个MAC地址，网卡的实际地址共有6个字节。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,3以太网MAC子层,IEEE 802.3以太网，是一种总线型局域网，使用的介质访问控制子层方法是CSMA/CD（载波监听多路访问冲突检测），帧格式采用以太网格式，即802.3帧格式，以太网是基带系统，使用曼彻斯特编码，通过检测通道上的信号存在与否来实现载波检测。,4以太网分类,有4种正式的10 Mbps以太网标准。,10Base-5：10Base-5是最初的粗同轴电缆以太网标准。,10Base-2：10Base-2是细同轴电缆以太网标准。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,10Base-T：10Base-T是10 Mbps的双绞线以太网标准。,10Base-F：10Base-F是10 Mbps的光缆以太网标准。,5以太网物理层,以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、光缆等多种传输介质，并且在IEEE 802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准，如图5.11所示。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,以太网,CSMA/CD,AUI,10Base5,粗缆,10Base2,细缆,10Base-T,双绞线,10Base-F,光缆,图5.11 5种不同以太网的物理层实现,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,610Base-T10Base-T是以太网中最常用的一种标准，“10”表示信号的传输速率为10 Mbps，“Base”表示信道上传输的是基带信号，“T”是英文Twisted-pair（双绞线电缆）的缩写，说明是使用双绞线电缆作为传输介质，编码也采用曼彻斯特编码方式。采用星形拓扑结构。10Base-T的组网由网卡、集线器、交换机、双绞线等设备组成。图5.12给出了一个以集线器为星形拓扑中央结点的10Base-T网络示例，所有的工作站都通过传输介质连接到集线器Hub上，工作站与Hub之间的双绞线最大距离为100 m，网络扩展可以采用多个Hub来实现，在使用时也要遵守前面所介绍的“5-4-3-2-1”规则。Hub之间的连接可以使用双绞线、同轴电缆或粗缆线。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,图,5.12 10BASE-T,网络示意图,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,10Base-T以太网有如下特点。,安装简单、扩展方便；网络的建立灵活、方便，可以根据网络的大小，选择不同规格的Hub或交换机连接在一起，形成所需要的网络拓扑结构。,网络的可扩展性强，因为扩充与减少工作站都不会影响或中断整个网络的工作。,集线器或交换机具有很好的故障隔离作用。当某个工作站与中央结点之间的连接出现故障时，也不会影响其他结点的正常运行；甚至当网络中某一个集线器或交换机出现故障时，也只会影响到与该集线器或交换机直接相连的结点。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,表,5.1,IEEE 802.3以太网的基本特性,特 性,10Base-5,10Base-2,10Base-T,10Base-F,速率Mbps,10,10,10,10,传输方法,基带,基带,基带,基带,最大网段长度m,500,185,100,2000,站间最小距离m,2.5,0.5,传输介质,50,粗同轴电缆,50,细同轴电缆,UTP,多模光缆,网络拓扑,总线形,总线形,星形,点对点,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,5.3.4 令牌环网,1概述,IEEE 802.5标准定义了令牌环网的国际规范。,令牌环网在物理层提供4 Mbps和16 Mbps两种传输速率；支持STP/UTP双绞线和光纤作为传输介质，但较多的是采用STP，使用STP时计算机和集线器的最大距离可达100 m，使用UTP时这个距离为45 m。,构建Token Ring网络时，需要Token Ring网卡、Token Ring集线器和传输介质等。图5.13给出了一个Token Ring组网的示例。其物理拓扑在外表上为星形结构，星形拓扑的中心是一个被称为介质访问单元（Media Access Unit，简称MAU）的集线装置。所以我们认为Token Ring采用的仍是一个物理环的结构。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,图5.13 令牌环网集线器的内部结构,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,2令牌环网的工作原理,令牌环网利用一种称之为“令牌（Token）”的短帧来选择拥有传输介质的站，只有拥有令牌的工作站才有权发送信息。令牌平时不停地在环路上流动，当一个站有数据要发送时，必须等到令牌出现在本站时截获它，即将令牌的独特标志转变为信息帧的标志（或称把闲令牌置为忙令牌），然后将所要发送的信息附在之后发送出去。由于令牌环网采用的是单令牌策略，环路上只能有一个令牌存在，只要有一个站发送信息，环路上就不会再有空闲的令牌流动。采取这样的策略，可以保证任一时刻环路上只能有一个发送站，因此不会出现像以太网那样的竞争局面，环网不会因发生冲突而降低效率，所以说令牌环网的一个很大优点就是在重载时可以高效率地工作。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,在环上传输的信息逐个站点不断地向前传输，一直到达目的站。目的站一方面复制这个帧（即收下这个帧），另一方面还要将此信息帧转发给下一个站（并在其后附上已接收标志）。信息在环路上转了一圈后，最后又必然会回到发送数据的源站点，信息回到源站点后，源站点对返回的数据不再进行转发（这是理所当然的），而是对返回的数据进行检查，查看本次发送是否成功。当所发信息的最后一个比特绕环路一周返回到源站时，源站必须生成一个新的令牌，将令牌发送给下一个站，环路上又有令牌在流动，等待着某个站去截获它。总之，截获令牌的站要负责在发送完信息后再将令牌恢复出来，发送信息的站要负责从环路上收回它所发出的信息。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.3 介质访问控制方法,令牌环的工作过程为。,第一步：令牌在环中流动，C站有信息发送，截获了令牌。,第二步：C站发送数据给A站，A站接收并转发数据。,第三步：C站等待并接收它所发的帧，并将该帧从环上撤离。,第四步：C站收完所发帧的最后一比特后，重新产生令牌发送到环上。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.4 共享式以太网和交换式以太网,5.4.1 共享式以太网,传统的共享式以太网是最简单、最便宜、最常用的一种组网方式。在网络应用和组网过程中，暴露出以下主要缺点。,1覆盖的地理范围有限,按照CSMA/CD的有关规定，以太网覆盖的地理范围是固定的，只要两个结点处于同一个以太网中，它们之间的最大距离就不能超过这个固定值，不管它们之间的连接跨越一个集线器还是多个集线器。如果超过这个值，网络通信就会出现问题。,2网络总带宽容量固定,共享式以太局域网上的所有结点共享同一传输介质。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.4 共享式以太网和交换式以太网,3不能支持多种速率,在共享式以太局域网中的网络设备必须保持相同的传输速率，否则一个设备发送的信息，另一个设备不可能收到。单一的共享式以太网不可能提供多种速率的设备支持。,5.4.2 交换式以太网,交换机以太网利用以太网交换机组网，既可以将计算机直连到交换机的端口上，也可以将它们连入一个网段，然后将这个网段连到交换机的端口。如果将计算机直接连到交换机的端口，那么它将独享该端口提供的带宽；如果计算机通过以太网连入交换机，那么该以太网上的所有计算机共享交换机端口提供的带宽。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,5.5.1 快速以太网技术,快速以太网技术100Base-T是由10Base-T标准以太网发展而来的。其协议标准为1995年颁布的IEEE 802.3u，可支持100 Mbps的数据传输速率，并且与10Base-T一样可支持共享式与交换式两种使用环境，在交换式以太网环境中可以实现全双工通信。IEEE 802.3u在MAC子层仍采用CSMA/CD作为介质访问控制协议，并保留了IEEE 802.3的帧格式。快速以太网采用4B/5B编码。,1快速以太网的体系结构,图5.15给出了IEEE 802.3u协议的体系结构，对应于OSI模型的数据链路层协议和物理层协议。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,LLC 802.2,100 BaseT,CSMACD,MII,100 Base-Tx,100 Base-T4,100 Base-Fx,2对5类UTP或1类STP,4对3、4、5类UTP,2芯光纤,传输介质,物理层,数据链路层,图5.15 100Base-T协议结构,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,2100Base-T物理层,从图5.15中可以看出100Base-T定义了3种不同的物理层协议。表5.2给出了这3种物理层标准的对比。为了屏蔽下层不同的物理细节，为MAC和高层协议提供了一个100 Mbps传输速率的公共透明接口，快速以太网在物理层和MAC子层之间还定义了一种独立于介质种类的介质无关接口（Medium Independent Interface，简称MII），该接口可以支持上面3种不同的物理层介质标准。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,表,5.2 100Base-T,的三种不同的物理层协议,物理层协议,线缆类型,线缆对数,最大分段长度,编码方式,优点,100Base-T4,3/4/5,类,UTP,4,对,100m,8B/6T,3,类,UTP,100Base-TX,5,类,UTP/RJ-45,接头,1,类,STP/DB-9,接头,2,对,100m,4B/5B,全双工,100Base-FX,62.5,m,单模,/125,m,多模光纤，,ST,或,SC,光纤连接器,2,对,2000m,4B/5B,全双工长距离,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,（1）100Base-TX,100Base-TX介质规范基于ANSI TP-PMD物理介质标准。100Base-TX介质接口在两对双绞线电缆上运行，其中一对用于发送数据，另一对用于接收数据，由于ANSI TP-PMD规范既包括屏蔽双绞线电缆，也包括非屏蔽双绞线电缆，所以100Base-TX介质接口支持两对5类以上非屏蔽双绞线电缆和两对1类屏蔽双绞线电缆。,100Base-TX链路与介质相关的接口有两种：对非屏蔽双绞线电缆，MDI连接器必须是兼容5类及5类以上的8脚RJ-45连接器；对屏蔽双绞线电缆，MDI连接器必须是IBM的STP连接器，使用屏蔽DB-9型连接器。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,5类UTP及5类以上UTP：100Base-TX UTP介质接口使用两对MDI连接器线来将信号传出和传入网络介质，这意味着RJ-45连接器8个管脚中的4个是被占用的。为使串音和可能的信号失真最小，另外4条线不应传输任何信号。每对的发送和接收信号是极化的，一条线传输正（+）信号，而另一条线传输负（,）信号。对RJ-45连接器，正确的配线对分配是管脚1，2和管脚3，6。应尽量在MDI管脚分配中使用正确的彩色编码线对。,1类STP：100Base-TX标准也支持特征阻抗为150,的屏蔽双绞线电缆。屏蔽双绞线电缆使用D型连接器并按ANSI TP-PMD对屏蔽双绞线架设的规范来布线。在DB-9连接器上正确的配线对分配是管脚1，6和管脚5，9。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,100Base-T交叉布线：当两个结点连到一起单机应用时，必须提供一条外部交叉电缆，将电缆一端8脚RJ-45连接器上的发送管脚连到电缆另一端8脚RJ-45连接器上的接收管脚。在多个结点连到一个集线器或交换机端口的实现中，交叉布线是在集线器或交换机端口内部完成的，这使得直联电缆能用于各个结点和集线器或交换机端口之间。,100Base-TX电缆配置：100Base-TX规范允许两个DTE或DTE与交换端口之间的链路之间的链段最大长度为100 m。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,（2）100Base-FX,光缆是100Base-FX指定支持的一种介质，而且容易安装、重量轻、体积小、灵活性好、不受EMI干扰。,100Base-FX标准指定了两条多状态光纤，一条用于发送数据，一条用于接收数据。当工作站的NIC以全双工模式运行时能超过2 km。光缆可分为两类：多模和单模。,多模光缆：这种光缆为62.5/125,m，采用基于LED的收发器将波长为820 nm的光信号发送到光纤上。当连在两个设置为全双工模式的交换机端口之间时，支持的最大距离为2 km。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,单模光缆：这种光缆为9/125,m，采用基于激光的收发器将波长为1300 nm的光信号发送到光纤上。单模光缆率损耗小，较之多模光缆能使光信号传输到更远的距离。,（3）100Base-T4,100Base-T4链路与介质相关的接口是基于3、4、5类非屏蔽双绞线。100Base-T4标准使用4对线。用于100Base-T的RJ-45连接器也可用于100Base-T4。4对中的3对用于一起发送数据，同时第4对用于冲突检测。每对线都是极化的，每对中的一条线传输正（,）信号而另一条线传输负（,）信号。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,5.5.2 千兆位以太网技术,1996年3月IEEE 802委员会成立了IEEE 802.3z工作组，专门负责千兆位以太网及其标准，并于1998年6月正式公布关于千兆位以太网的标准。,千兆位以太网标准是对以太网技术的再次扩展，其数据传输率为1000 Mbps即1Gbps，因此也称吉比特以太网。千兆位以太网基本保留了原有以太网的帧结构，所以向下和以太网与快速以太网完全兼容，从而原有的10 Mbps以太网或快速以太网可以方便地升级到千兆位以太网。千兆位以太网标准实际上包括支持光纤传输的IEEE 802.3z和支持铜缆传输的IEEE 802.3ab两大部分。图5.17给出了千兆位以太网的协议结构。,12/12/2025,计算机网络技术实用教程(第3版),5.5 高速以太网,LLC 802.2,802.3全双工/流量控制协议,CSMA/CD半双工方式,GMI