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第6章计算机局域网络本章主要内容局域网 LAN 概述介质访问控制方法传统以太网（Ethernet 局域网扩展*高速局域网*无线局域网（WLAN MW OH MBHI,ABH*flB1 0*MHB MHB*KMBMOHBt MK Sw!学习目的与要求通过本章学习，了解局域网的基本概念、特点和应用；了解局域网体系结构和 IEEE802标准；了解局域网的资源共享和工 作模式；掌握常用局域网的介质访问控制原 理及应用；掌握典型局域网的组成、特点和 应用。2WB Mt 0-B mi (MH*MHB MV flBi MB JI6.1局域网（LAN 概述局域网产生的原因-80年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离），共享资源；功能分布：分布式计算，分布式数据库定义局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在 一起的通信网络。局域网的三个属性,局域网是一种通信网络1 通信设备是广义的在一个小区域内 3工jgpy,ji MM MM VM !MM MM*1*MV MB I BMiiBI j j i MMBj j LAN的特点覆盖范围小房间、建筑物、园区范围距离S25km高传输速率 10Mb/s1000Mb/s低误码率10-8 10-11一 拓扑：总线型、星形、环形介质：UTP、Fiber、COAX私有性：自建、自管、自用局域网的用途 网络资源共享：LAN内的硬件资源和软件资源都可以进行 有效的共享。网络中的各工作站在使用服务器端的软件 资源时都可像试用本机资源一样使用这些软件资源。信息发布：LAN中的用户可以通过WEB服务器，在WEB 页面上以图、文、声并茂的多媒体方式，向全LAN发布各 种信息。电子邮件：EMAIL是LAN中必不可少的重要功能，是快捷 方便、经济有效的一种通信方式，极大的方便了网络用 户之间的通信联系。自动化：LAN的用户可以通过办公自动化系统察看办 公信息。各单位可以根据具体的工作方式自行定义办公 流程，规范工作程序，提高办公效率。从而实现无纸化、现代化办公。5 2.LAN的技术特征拓扑结构（逻辑、物理）总线型、星形、环形、树形,介质访问方法CSMA/CD、Token-passing信号传输形式基带、宽带拓扑结构网络拓扑结构有：总线结构：用一条无源通信线路作主干，入网计算机通过 相应接口连到线路上。最典型的是以太网 环形结构：它是总线网的变型都属于使用广播信道的网 络;主要用于频分复用的宽带局域网 星形结构：以一台计算机或交换机为中心，以放射状连 接若干台计算机，形成星形连接，是集中控制的 树形结构：环形网络的传输线路构成一个封闭的环，入 网计算机连到这个环形线路上，最典型的是令牌环形网在实际应用中，以树形网居多ant一集线器星形网干线耦合器环形网局域网的拓扑结构树形网8信号传输方式按传输介质上所传输的信号方式不同，局域网可分 为基带网和宽带网。基带网传送数字信号，信号占 用整个频道，但传输范围较小。宽带网传输模拟信 号，同一信道上可传输多路信号，它的传输范围较 大。目前局域网中绝大多数采用基带传输方式.9传输介质局域网使用的传输介质有双绞线、光纤、同轴电缆、无线电波、微波等。因此对应的局域网有双绞线网、光纤网、同轴电缆网、无线局域网、微波网。目前小型局域网大都是双绞线网，而较大型局域网 则采用光纤和双绞线传输介质的混合型网络。近年来，无线网络技术发展迅速，它将成为未来局 域网的一个重要发展方向。103.局域网体系结构局域网的标准：IEEE802(ISO8802)IEEE802是一一个标准系列：IEEE802,IEEE802.1-IEEE802.14其体系结构只包含了两个层次：数据链路层、物理层数据链路层分为逻辑链路控制(LLC)和介质访问控制(MAC)两个子层OSI IEEE 802IEEE802系列中的主要标准02.2-逻辑链路控制02.3-CSMA/CD（以太网）02.4 一 Tokenus（令牌总线）02.5-Token Ring（令牌环）02.6-分布队列双总线DQD MAN标准802.8-FDDI（光纤分布数据接口）802.11-WLAN（无线局域网）IEEE802体系结构示意图LLC8 o 2 体系结构802.1 D Bridge802.2 LLC802.3 CSMA/CD802.4 Token Bus802.5 Token Ring802.6 DQDB802.8 FDDI.MACjPHY网际互联r数据链路层物理层数据链路层在不同的子标准中定义分别对应于LLC子层和MAC子层13局域网的物理层功能：位流的传输 同步前序的产生与识别 信号编码和译码 IEEE802定义了多种物理层，以适应不同的网络介 质和不同的介质访问控制方法。两个接口：连接单元接口（AUI 可选，仅用于粗同轴电缆介质相关接口（MDI 屏蔽不同介质的特性，使之不影响MAC子层的操作14局域网的数据链路层链路层的功能 提供一个或多个SAP 发送时将数据组装成带地址和差错检测的帧 接收时拆卸帧、执行地址识别和差错检测 管理链路上的通信按功能划分为两个子层：LLC和MAC功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分 分开，以适应不同的传输介质。解决共享信道（如总线）的介质访问控制问题，使 帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。LLC：与介质、拓扑无关;MAC：与介质、拓扑相关,实现/维护MAC协议,差错 检测,寻址。16MAC子层 MAC的主要功能是：1.数据封装（发送和接收）1 .帧组织（帧定界及帧同步）4 2.地址形成或辨识（源地址和目的地址处理）3 .差错检测（物理介质传输差错的检测）2.1 访问管理1 .介质分配（避免冲突）2 .解决总线竞争（处理冲突）17MAC子层的地址问题 IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，相当 于站点的唯一标识符。J MAC地址字段可以采用两种形式之一：6B全球范围，2B单 位范围 地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配 给厂商，低24位由厂商分配 地址类型标识：地址字段的第一字节的最低位I/G:0-单个站地址，1-组地址地址范围标识：地址字段的第一字节的最低第二位U/L:0-局部管理，1-全局管理I/GU/L46位地址18MAC地址 MAC地址的一个主要的功能就是区分或标识 以太网、令牌环和FDDI局域网上的接口卡。Vendor Code(2Qits)MACAddressMost Significant ByteLeast Significant Byte19 广播地址OxFFFF.FFFF.FFFFo广播地 址可以让局域网上的所有设备接收到同一个 帧。组播地址在以太网和FDDI中使用。可以 让局域网上的部分是设备接收到同一个帧。在IP组播中也使用组播地址。功能地址只在令牌环上使用。它由目的 MAC地址中的一位指示。它们可以完成环监 控，NETBIOS,网桥和LAN管理器帧等功能。20LLC子层用于由IEEE 802及FDDI规定的所有介质的访 问控制标准，提供LLC用户之间通过MAC子 层进行数据交换的手段LLC基于HDLC,但又不是HDLC的帧结构二提供三种类型的操作：类型 操作：不确认的无连接服务 类型 操作：面向连接服务 类型 操作：带确认的无连接服务21 LLC子层功能：向高层提供统一的链路访问 形式，组帧/拆帧、建立/释放逻辑连接，差错 控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。对不同的LAN标准,它们的LLC子层都是一样的,区别仅在MAC子层（和物理层）。22j ifiH fBMHtMffWH Hy M MB MMBB MMI MHBLLC的帧结构工 1 1/2 长度可变 单位:字节DSAP SSAP控制域 数据IEEE802 LAN的封装过程:高层PDULLC帧LLC首部 LLC数据MAC帧MAC首部MACBMAC尾部MAC首部 MAC数据 MAC尾部介质上传 输的帧24jfUBlUgm IB*1 1Hl/Pt MB.IMiJI:i-:，,，.j但一三：二二一，j2i uxr-：小PAMAC首部MAC数据MAC尾部局域网的网络层和高层 IEEE 802标准没有定义网络层和更高层:没有路由选择功能局域网拓扑结构比较简单，一般不需中间转接流量控制、寻址、排序、差错控制等功能由数据 链路层完成网络层和更高层通常由协议软件（如TCP/IP 协议、IPX/SPX协议）和网络操作系统来实 现。26MAC头LAN体系结构IP头应用层数据应用层Addr.8bitTCP层Addr.32 or 128bitIP层Addr.7bitLLC层Addr.48bitMAC尾MAC层MACLLC 头 I IP头 I TCP头应用层数据 MAC尾LLC PDUMAC帧276.2介质访问控制方法共享网络环境是指网络上的所有的设备通过 一条公用的信道来传输数据，又称广播网络O当同一时刻这些设备中的多个节点试图发送 数据时，就会发生冲突。冲突会使其所涉及的各节点的数据传输发生28局域网使用广播信道（多点访问、随机访问），多 个站点共享同一信道。问题：各站点如何访问共享信道？如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？解决以上问题的方法称为介质访问控制方法。介质访问控制解决共享或广播网络中，当信道的使 用产生竞争时，如何分配信道的使用权。分为静态 分配和动态分配两类介质共享技术：静态分配（FDM、WDM、TDM、CDM 不适用于局域网动态分配（随机接入、受控接入）CSMA/CD、Token-Passing29静态分配：只要一个用户得到了信道就不会和别的 用户冲突。（用户数据流量具有突发性和间歇性）动态分配：称为多路访问或多点接入，指多个用户 共用一条线路，而信道并非是在用户通信时固定分 配给用户，这样的系统又称为竞争系统。动态分配方法又可以分为：随机访问，典型ALOHA协议、CSMA协议；受控访问，典型令牌网竞争系统和集中控制的多点线路轮询30信道共享技术分类信道共享技术局域网中的介质访问控制方法常见的有两种：载波检测多路访问/冲突检测（CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 采用随机访问技术的竞争型介质访问控制方法 令牌传递（Token Passing Token Ring（令牌环网）Token Bus（令牌总线网）FDDI（光纤分布式数据接口）采用受控访问技术的分散控制型介质访问控制方法321.CSMA/CD多个站点如何安全地使用共享信道？最简单的思路：发送前先检测一下其它站点是否 正在发送（即信道忙否）。若信道空闲，是否可以立即发送？若有多个站点都在等待发送，必然冲突！一,解决：等待一段随机时间后再发（降低了冲突概率）3t 若信道忙，如何处理？继续监听：0 4 1 1起始访问控制帧控制目的地址源地址数据FCS帧状态结束R R R访问控制字段包括：优先级位与优先级预约位。令牌位：帧类型标识。0：令牌帧；1：信息/控制帧3预约位 r监督位 T令牌位3优先级位监督位：防止无效帧无限循环。帧格式访问控制 AC 字段由优先权比特（P、令 牌（T 和监视（M?比特以及保留比特 R 组成。由该字段的名字可知，其功能是控制 对环的访问。在其出现在令牌帧时：P比特表示令牌的优先权，因此指示工作站收到 该令牌后便可发送那些帧。T比特用来区分令牌帧和常规帧。M比特由活动 监视器用来防止帧绕环连续散发。R比特用来使工作站指示高优先权帧的请求，请 求发出的下一个令牌具有请求的优先权。53 帧控制 FC 字段定义帧的类型和控制功能如果帧 类型（F 指示MAC帧，环上所有工作站都对其接 收和解释，并根据需要对控制比特（Z 进行动作。如果它是工帧，控制比特公由终点地址字段标识的 工作站解释。源点地址（SA 和终点地址（DA 字段可为16比 特或48比特。对于特定的令牌环网，应有一致的地 址长度。DA标识帧意图发往的工作站，可以是一个 站或多个站。源点地址 SA 字段表示发送该帧的站。信息（I 字段用来载携用户数据或附加控制信息。字段中最大长度虽无限制，但由于允许DTE发送帧 时有时间限制，所以也就限制了I字段的长度，通常 最大值的5000个字节 帧检验序列（FCS 是32比特的循环冗余检验用来 检验FC,DA,SA和I各字段在传输中有无差错。最后一个字段为帧状态 FS o FS由两个字段组 成：地址识别比特（A 和帧拷贝比特（C。如果 该帧要由一个或多个工作站识别，则将A比特置为1。如果它拷贝了该帧，便将C比特置1。使用这种方法，发起工作站可了解下述状态：被寻址的工作站是否存在或关闭；被寻址的工作站在工作，但未拷贝帧；被寻址的站工作且拷贝了帧令牌环网的实际结构星形环路集线器56令牌环的监控 工作监控站：全网唯一;备用监控站：除监控站之外的其他站 工作监控站的作用：检查令牌是否丢失：通过有效帧定时器检测 清除无效帧：由M位判断无效帧 保护环路最小时延，保证令牌在环中转动，若工作站点 数少于24,则接入24位缓冲器 纠正时钟恢复的偏差：6位弹性缓冲器 报警：严重故障通知，旁路故障站点工作监控站不能确定环断点的位置，靠信标(BECON)帧的传播来实现令牌环的性能：轻载时，平均时延较大;重载时，近似于TDM(频分复用)，信道利用率为100%57hmim w；MM*om J 令牌环的优缺点令牌环的主要优点在于它提供的访问方式的可调整性和确定 性，且各站具有同等访问环的权力，但也可以有优先权操作 和带宽保护。适合使用光纤通信介质，实现高速传输，实时 性强，适用于分布控制应用环境。令牌环主要缺点是有较复杂的令牌维护要求。空闲令牌的丢 失，将降低环路的利用率，令牌重复也会破坏网的正常运行,故必须选一个工作站作为监控站。如果监控站失效，竞争协议将保证很快地选出另一站点作为 监控站（每个站点都具有成为监控站的能力）。当监控站正 常运行时，它单独负责判断整个环的工作是否正确。环网潜在的问题是，一个结点连接出问题都会使网络失效，O另外，结点入环、退环都要暂停环网工作，灵活 性差。6.3传统以太网以太网的产生与发展 20世纪70年代中期由施乐公司(Bob Metcalfe)提出，数据率为2.94Mb/s,称为Ethernet(以太网)最初人们认为电磁波是通过“以太”来传播的经DEC,Intel和Xerox公司改进为10Mb/s标准(DIX标准)DIX V1(1980)、DIX V2(1982)-Ethernet II特征：基带传输、总线拓扑、CSMA/CD,同轴电缆 1985年被采纳为IEEE 802.3,支持多种传输媒体。“带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范”Ethernet II和IEEE 802.3二者区另U很小仅是帧格式和支持的传输介质略有不同 目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展59IEEE 802.3以太网标准(主要的)传统以太网：10Mb/s 802.3粗同轴电缆；802.3a细同轴电缆 802.3i双绞线 802.3j光纤快速以太网(FE)：100Mb/s 802.3u双绞线，光纤千兆以太网(GbE)：1000Mb/s(1Gb/s)802.3z屏蔽短双绞线、光纤 802.3ab 双绞线万兆以太网：10Gb/s 802.3ae 光纤以太网的物理层选项与标识方法速率、信号方式、介质类型10 Base 5速率（Mb/s 基带或宽带 每段最大长度（单位:百米）或Base,Broad 介质类型（T,F,X 传统以太网快速以太网和千兆以太网10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-F粗同轴 细同轴UTP MMFlOOBase-T lOOBase-F lOOOBase-X lOOOBase-TUTPMMF/SMF STP/MMF/SMF UTP61Ethernet/802.3 操作 任何站点发送数据时都要遵循CSMA/CD协议；.每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据（广播信道）；只有地址与帧的目的地址相同的站点才接收数据；目的站点将复制该帧，其他站点则忽略该帧。c发现网络空闲C发送帧，目的地址为AEthernet I IEEE802.3帧格式7 1 2/6 2/6 2 1644518字节IEEE 802.376 6 2 r-46-1500-4 字节PR SFD DA SA Type Data FCS_EthernetPR：前导码 10101010序列，用于使接收方与发送方SFD：帧首定界符-10101011，表示一帧的开始DA/SA：目的/源MAC地址LEN：数据长度（数据部分的字节数），取值范围：0-1500Type：类型，高层协议标识用途：保证帧长N64字节LLC-PDU Data：数据，最少46字节，最多1500字节，不够时以Pad填充Pad：填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于64字节FCS：帧校验序列（CRC-32）IEEE802.3帧与 Ethernet 帧的区别：Ethernet帧的数据字段存放的是网络层分组 IEEE802.3帧存放的是LLC协议数据单元 Ethernet帧数据字段前面的字段是类型字段(Type)IEEE802.3帧存放的是LLOPDU的长度(Len)帧的长度两者规定在64-1518B之间.对于低于64B 的处理方式:Ethernet帧的字节的”填充”在网络 高层完成的;而IEEE802.3帧在LLCPDU后面附加”填充”字节直到64位64MAC地址又称为物理地址，它是网络站点的全球唯一的标识 符，与其物理位置无关。注意:MAC地址是在数据链路层进行处理,而不是在物理 层。网络站点的每一个网络接口都有一个MAC地址。.MAC地址大多固化在网络站点的硬件中一个站点允许有多个MAC地址，个数取决于该站点 网络接口的个数。例如安装有多块网卡的计算机；有多个以太网接口的路由器。网络接口的MAC地址可以认为就是宿主设备的网络地址。65I f MIBHB ES也可以是2个字J节，但2字节的 二地址很少使用。J一 IEEE802.3标准规定:MAC地址的长度为6个字节/洪48位:可表示246U70万亿个地址（有2位用于特殊用途）高24位称为机构惟一标识符0UI,由IEEE统一分 配给设备生产厂商；如 3coM 公司的 0UI=02608C低24位称为扩展标识符EL由厂商自行分配给所 生产的每一块网卡或设备的网络接口。.J kI/GG/LOUI 22位）EI 24位）0=全局管理地址1=本地管理地址（一般不用）0=单播地址1=组播地址 MAC地址的三种类型：单播地址：(l/G=O)拥有单播地址的帧将发送给网络中惟一一个由单播地 址指定的站点。点对点传输多播地址：(l/G=1)拥有多播地址的帧将发送给网络中由组播地址指定的 一组站点。点对多点传输广播地址：(全1 地址，FF-FF-FF-FF-FF-FF)拥有广播地址的帧将发送给网络中所有的站点。广播传输注意，以上分类只适用于目的地址。67IEEE 802.3的四种规范IEEE 802.310 Base-5基带信号数据率(Mbps)段最大长度(百米)68同轴电缆以太网粗缆以太网（10BASE5 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器：发送/接收，冲突检测，电气隔离 总线型拓扑插入式分接头A1_J粗缆终端匹配器最大段长度500m 每段最多站点数100网络最多5个段网络最大跨度2.5km收发器NIC（网络适配器）A UI（连接单元接口）电缆69k单网段500米 环.单网段500米、J.单网段500米).单网段500米片.单网段500米、10Base巧最大网络距离为2500米70粗缆以太网的规格参数和限制 最大网段长度是500m 工作站到收发器的最大距离是50m 节点间最小距离是2.5m 最大网络节点数目是300个 每段最大节点数目是100个最大网段数是5个，最多使用4个中继器，其中3个 网段可以连接节点最大网络长度是2500m干线段的每一端均需有一个50欧的终端电阻，其中 之一必须接地。细缆以太网（10Base2）细同轴电缆，可靠性稍差 无外置收发器 轻便、灵活、成本较低 总线型拓扑-每段最大长度185nl-每段最多站点数30网络最多5个段网络最大跨度925 m终端匹配器72细缆以太网的规格参数和限制 最大网络节点数为90个 每个网段最多支持30个节点 节点间最小距离是0.5m最大网络长度为925m一最大网段长度为185m最大网段数是5个，最多使用4个中继器，其 中3个网段可以连接节点。73双绞线以太网（10BaseT 多台HUB级连 可以支持更多站点双绞线（UTP,两头压接RJ45连接器;所有站点都与HUB（集线器）相连接；HUB的作用：信号放大与整形星形拓扑，但逻辑拓扑结构仍然是总线。轻便、安装密度高、便于维护10BASET规格参数 使用非屏蔽双绞线（UTP；通常使用RJ-45连接器。针1和2针用于传输，针3和 针6用于接收；从计算机到集线器的距离不能超过100m；一个集线器能够连接多达24个工作站；一个中心集线器能够连接多达12个以上集线器以扩 展网络工作站的数目；无须使用网桥在网络上连接多达1023个工作站。75链路测试机制 传统的10BASE-T标准中包括了一个链路测试机制 来维持链路 网络空闲（没有数据传输）时，收发器会每隔16ms发送 一个100纳秒的正常链路脉冲NLP NLP信号是一种单极性正脉冲 如果在50到150ms内都没有收到数据分组或者NLP,说 明链路出现了故障 防止”盲发”现象 NLP信号被10BASE-T设备用来检查链路的连通性76双绞线的连接标准在以太网的标准中，10Mb/s与100Mb/s双绞线系统采用相同的线序：1、2两根线为一对,6两根线为另一对。3、色标 白橙白绿白蓝棕Pin#12345678SignalTD+TD-RD+不用 不用 RD-不用 不用0 765432 1T 售236当两个HUB连接时，要使用交叉连接方法。两台微机直接连接时，也可参考此接法。Hook Underneath12 3 4 5 6 7 8 济 R-T+T-Hook Uhdefneatfi1 2 3 4 5 6 7 8R+R-T+T-10BASE-T以太网的主要部件 网卡：网卡上的介质连接器为RJ-45类型 集线器：实现信号的放大、整形和时钟恢复，较中 继器接口多。还可提供同轴电缆或光纤连接的接口。双绞线：3类以上的8芯双绞线双绞线组网方法 基本的硬件设备：带RJ-45接口的以太网卡集线器或局域网交换机3类或5类非屏蔽双绞线RJ-45连接头按使用集线器的不同方式分为：单一集线器结构多集线器级联结构堆叠式集线器结构80单一集线器结构81I 二1 m 二多集线器级联结构集线器上行端口 普通端口计算机 计算机口口口口口口口口口。口计算机J集线器集线器L计算机计算机L nag,计算机计算机00000 日。口口）82堆叠式集线器结构堆叠式集线器/oaQODDOOOOCZ7 C00门口口口口0Q口口3UQ口口口0G口口DD口 D计算机 计算机 计算机计算机 83光纤以太网使用光纤介质；两根62.5/125um多模光纤，收发各一根 星形拓扑结构；通常用于远距离网络连接；主要类型：FOIRL（光纤中继器间链路）.用于连接两个HUB（或中继器）怆如 链路间最大距离1 km 10Base-FL（用以替代FOIRL 链路间最大距离2 km任意两节点间的中继器数06个光纤与其他介质可使用介质转换器进行转换 介质转换器是可连接不同介质的中继器8410BASE-F系列产品 10Base-FL：FL是光纤链路英文的缩写。10Base-FL支持双 芯光缆10Mbit/s以太网网段，用于计算机间、中继器间或计 算机与中继器间点对点光纤链路连接。10Base-FL标准接口 类型光纤网段长度达2km,较好的多模光纤可达5km。因此,10Base-FL标准接口可用于两个建筑物之间的光缆链路。和 FOIRL相似,发送1MHz的“空闲”信号，检测链路的完整 性二组网规则：最大段长：2000M 每段最大节点（NODE 数：2 每链的最大HUB数：485 a*MBJBBB 10Base-FB：FB是光纤骨干英文的缩写。10Base-FB标准 接口支持在中继器间互连，它是在中继器间可采用的最佳专 用同步信号链路的10Mbit/s以太网技术。同步信号协议允许 一定数量的中继器用于10Mbit/s以太网系统的拓扑拓展 10BaseFB利用中继器之间实现同步传输的方法，减少帧间 隙的“收缩”。这样减少了网络设计中对于通过网络传播碰 撞事件要求，从而将网络设计变成仅考虑网络尺寸的限制。当走光缆链路中无数据包时，可以通过2.5MHz的空载信号 的传输实现10Base-FB中继器接口的同步工作。这样收发端 锁定同步，不再有包起始比特的丢失10BaseFB标准限于中继器间点对点通信。不能用于中继器 与计算机之间的链接，也不能用于10Base-FL和10Base-FB 两种端口的链接两个节点间可用多达12个集线器2.5MHZ的“空闲信号”具有远程数据链路层诊断功能：发生问题时，集线器使用“RF(Romote Fault)”信号代替标准信号86 10Base-FP：FP是“光纤无源”的英文缩写。10Base-FP标准支持在“光缆无源星型”系统内 10Mbit/s以太网技术。10BaseFP网段长度达500m,一个星型网络可链接 多达33台计算机。10Base-FP星型结构是由一个个源星型光耦合器和 机械密封光连接器组成适用于小范围10Base-FP标准目前远未被广泛使用四种10 BAS E以太网的物理性能比较物理性能10BASE510BASE210BASET10BASEF媒体010 50cl同轴电缆05 50 Q同轴电缆3,4、5类不屏蔽双绞线62.5/125多模光纤最长媒体段500 n185 n100 n2 kn拓扑结构公共总线状公共总线状星状星状收发器外置收发器设备内置芯片内置芯片内置芯片最大心晅/媒体段数2.5 kn/5925(1/5500 m/54 km/2885-4-3规则“5”是指网段的最大个数“4”是指连接网段的中继器的最大个数“3”是指只有3个网段上有主机I 中继器.中继器-中继器-中继器 网段1 网段2 网段3 网段4 网段5(a)总线型以太网S 旦辿筵切 中继传I级联链路I中全器 级联链路 中.器I级联链路I中4器 级联链路89全双工以太网 全双工(Full-Duplex)是指在一条网络链路上可以同时进行数 据接收和发送 广域网中的链路通常是全双工的，但局域网以前一直工作在 半双工方式下。因为在总线方式下采用的是CSMA/CD技术,虽然使用了两对双绞线与集线器进行连接，一对用于发送，另一对用于接收，但根据CSMA/CD技术规定，在发送时必 须在接收电缆上“监听”冲突信号，而不能接收数据。因此 只能工作在半双工方式下，否则就会产生冲突由于半双工以太网受到了CSMA/CD的约束，使得这些网段 上的传输线路的长度(或者称为网段跨距)受到限制，进而 影响了网络的覆盖范围，而且网络带宽越高，影响越大90 采用交换机来连接网络以后，交换机的每个端口只连接一个 工作站。交换机的端口和工作站都分别使用一对线路进行发送，而从 另一对线路上接收，这样就不会再产生冲突，也就不需要在 发送帧的同时用接收电缆监听冲突信号，因此就能够使用全 双工方式进行通信91全双工以太网的特点收、发使用不同的物理信道不再使用CSMA/CD机制，因此传输距离不受时 间槽的限制但要受到信号衰减的影响全双工操作的条件：,使用双绞线或光纤链路两端的设备都必须支持全双工操作支持全双工的设备包括全双工网卡、网络交换机926.4局域网扩展什么情况下需要扩展？网络范围扩大 更多的站点加入网络 多个独立的局域网进行互联如何扩展？主要在三个层次上物理层 数据链路层 网络层93在物理层上进行局域网扩展设备：总线网：中继器星形/环形网：集线器特点：一个网段上的信号不加选择地被复制到另一个网段;.扩展后的网络仍是一个冲突域。优缺点：简单、成本低网络规模不能太大站点数量：冲突随站点数量的增多而变得越来越严重地域范围：时间槽的限制只能互联相同类型的网络的这裳 苗对 间据 次或 层识生 机模 IP次CP/层 T数据流 应用层 传输协议分组ISO/OSI机以 网珞连接设备层次模型 的功能层次应用层Gateways表不层Routers会话层/“Bridges.Switches,(Repeaters、Hubs；IP数据报数据帧传输层 网络层上二 1 fj _r*Vr _nT I 7数据燧路层物理层 硬件不同层次的网络连接设备1,.:.,点 .中继器集线器967r 一 物理层设备作用中继器 REPEATER 中继器是位于第1层（OSI参考模型的物理层）的网络设 备。当数据离开源在网络上传送时，它是转换为能够沿 着网络介质传输的电脉冲或光脉冲的这些脉冲称为 信号（signal。当信号离开发送工作站时，信号是规划 的，而且很容易辨认出来。但是，当信号沿着网络介质 进行传送时，随着经过的线缆越来越长，信号就会变得 越来越弱，越来越差。中继器的目的是在比特级别对网 络信号进行再生和重定时，从而使得它们能够在网络上 传输更长的距离。功能:用来延长网络距离的互连设备。中继器可以增强线 路上衰减的信号，它两端即可以连接相同的传输媒体，也可以连接不同的媒体，如一头是同轴电缆另一头是双 绞线。97 O MM JIMMB,fMMI集线器(HUB)日实际上就是一个多端口的中继器，它有一人端口与主干 网相连，并有多个端口连接一组工作站。集线器的目的是对网络信号进行再生和重定时。它的特性与中继器很 相似(被称为多端口中继器multiport repeater)。HUB是 网络中各个设备的通用连接点，它通常用于连接LAN的分 段。HUB含有多个端口。每一个分组到达某个端口时，都会被复制到其他所有端口，以便所有的LAN分段都能看 见所有的分组。集线器并不认识信号、地址或数据中任 何信息模式。它应用于便用星型拓扑结构的网络中，连接多个计算机 或网络设盔。集线器又分成：1能动式，2被动式，3混合式。1动能 式：对所连接的网络介质上的信号有再生和放大的作用，可使所连接的介质长度达到最太有效长度，需要有电遮工 能工作，目而多数HUB为此类型。2被动式只充当连接 器，其不需要电源就可以工作，市场上已经不多见。3混 合式：可以连接多种类型线缆，如同轴和双绞线。98两者的区别：中继器与集线器的区别在于连接设备的线缆的数 量。一个中继器通常只有两个端口，而一个集线 器通常有4至20个或更多的端口在数据链路层上进行局域网扩展设备：网桥、交换机特点：一个网段上的帧有条件地被转发到另一个网段;扩展后的网络被网桥/交换机隔离成多个冲突域;,扩展后的网络仍是一个广播域。优缺点：冲突被限制在小范围内，甚至可被消除；地域范围不再受时间槽的限制；远程网桥可将局域网的范围扩展到几十公里以上转发速度有所降低；不能隔禺广播帧。层次间茂龙的 责据对紧TCP/IP协议 层次模。ISO/OSI 怖以 层次梗理同珞逢傕设备 的功能层次不同层次的网络连接设备在链路层上扩展局域网网桥/交换机独立的冲突域103链路层连接物理设备网桥(Bridge)也称为桥接器，是连接两个局域网的存储转发设 备，用它可以使完全具有相同或相似体系结构网 络系统的连接，这样不但能扩展网络的距离或范 围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，根 据 C地址来转发帧，可以看作一个“低层的路 由器”(路由器工作在网络层，根据网络地址如 IP地址进行转发)104交换机 Switch 交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩 阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线 上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查 找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的 硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口,接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并 把它添加入内部地址表中105二者的区别 在速度方面，交换机要明显快于网桥，这是因为交换机 主要是使用硬件进行交换，而网桥则需要借助软件来实 现交换 数据帧转发方式的区别.网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列FCS后，才开始转发该数据帧。交换机具有存储转发和直接转发两种帧转 发方或。直博转发方式在发送数据以前，不需要在腿 吃整个数据帧和经过32bit循环冗余校验码CRC的计算检兀查后的等待时间 分段能力的区别.由于交换机能够支持多个端口，因此可 以把网络系统划分成为更多的物理网段，这样使得整个 网络系统具有更高的带宽。而网桥仅仅支持两个端口，所以，网桥划分的物理网段是相当有限的 交换机工作时，实际上允许许多组端口间的通道同时工 作。所以，交换机的功能体现出不仅仅是一个网桥的功能，而是多个网重功能的集令。即网桥一般分有两个端 口，而交换机具有高密度的端口在网络层上进行局域网扩展设备：路由器特点:一个网络上的分组有条件地被转发到另一个网络；扩展后的网络被路由器分隔成多个子网。优缺点：隔离广播域，限制了广播帧的泛滥；地域范围可以任意扩展；能根据最佳路由转发分组；可以互联不同类型的网络；转发速度低，成本较高，维护复杂。107层次同茂建的TCP/IP 1议 层次模型ISO/OSI 怖以网络连接设备不同层次的网络连接设备-*1,.一,100BASE-FX113 快速以太网特点：传输速率为100Mb/s的以太网，比传统以太网快10倍 帧间时间间隔从原来的9.6 pis改为现在的0.96 pis 标准为IEEE802.3u 拓扑结构为基于集线器的星形结构；传输介质只支持双绞线和光纤；帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3标准。提供了 10/100Mb/s自适应功能；IEEE802.3U定义了 4种不同的物理层标准100Base-TX：使用两对5类双绞线（最常用）100Base-FX：使用62.5/125 多模光纤100Base-T4：使用四对3类双绞线100Base-T2：使用两对3类双绞线114快速以太网特点（续）：可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用 CSMA/CD 协议 MAC帧格式仍然是802.3标准规定的，与10Base-T相同,包括最小帧氏为64B,最大帧辰为1518B,帧间最小间隙 为12B 保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小 到 100 m 条用与10Base-T相侬的层次保双结构，其中LLC子层完全 相同 MAC子层与彩理层之间系用介质元关接口 Mil 网络最大直径为205m。网络最大直径是100Base-T的一个 重要参数由CSMA/CD机制所决定，网络最大直径是由网 络传播延时、传输速度和最小帧反决定的115 MII Medium Independent Interface 接口 MH即媒体独立接口，它是IEEE-802.3定义的以太网行业 标准。它包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间 的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的 两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制 信号。Mil数据接口总共需要16个信号。管理接口是个双 信号接口：一个是时钟信号，另一个是数据信号。通过 管理接口，上层能监视和控制PHY。MH标准接口用于连快Fast Ethernet MAC-block与PHY。“介质无关”表明在不对MAC硬件重新设计或替换的情 况下，任何类型的PHY设备都可以正常工作。在其他速 率下工作的与Mil等效的接口有：AUI 10M 以太网）、GMII Gigabit 以太网）和XAUI 1 O-Gigabit 以太网）116图 1001,1bps以太网的协议结构100BASE-T与传统10Mbps以太网的异同 用介质无关接口(Mil)取代了传统以太网的接入单元接口 AUI(MII和AUI的电气信号不同，AUI信号具有较强的、能驱 动50米电缆的能力，而Mil的信号是数字型的，只能驱动0.5 米电缆。Mil采用一个类似于SC