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1、NETWORK PRINCIPLE 4- 1 CHAPTER 4 LOCAL AREA NETWORK Data Communications andComputer Networks中 國 科 學(xué) 技 術(shù) 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 學(xué) 院 李 藝 NETWORK PRINCIPLE 4- 2 4.1 概 述局 域 網(wǎng) LAN (Local Area Network),是 一 種 在 有 限 的 地 理 范 圍內(nèi) 將 大 量 PC機(jī) 及 各 種 設(shè) 備 互 連 一 起 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 傳 輸 和 資 源 共 享 的 計算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 。 LAN在 本 質(zhì) 上 屬 于 鏈 路 層 ， 但 LAN有 其 自

2、 身的 特 點(diǎn) ， 因 而 面 臨 了 獨(dú) 特 的 困 難 ， 必 須 加 以 解 決 。n LAN的 特 點(diǎn)u 分 布 的 地 理 范 圍 較 小 u 傳 輸 介 質(zhì) 是 共 享 介 質(zhì) ，u 廣 播 型 傳 輸u 傳 輸 介 質(zhì) 又 是 臨 界 資 源 n 要 解 決 的 主 要 問 題u 拓 撲 結(jié) 構(gòu)u 傳 輸 介 質(zhì)u 介 質(zhì) 訪 問 控 制 協(xié) 議 NETWORK PRINCIPLE 4- 3 4.1 概 述n LAN拓 撲 結(jié) 構(gòu)u 總 線 型u 環(huán) 型u 星 型u 樹 型 總 線 型 局 域 網(wǎng) 的 拓 撲 結(jié) 構(gòu) NETWORK PRINCIPLE 4- 4 4.1 概 述u

3、 總 線 型 介 質(zhì) 訪 問 控 制 方 法 要 解 決 以 下 幾 個 問 題l 該 哪 個 結(jié) 點(diǎn) 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ？l 發(fā) 送 時 會 不 會 出 現(xiàn) 沖 突 ？l 出 現(xiàn) 沖 突 怎 么 辦 ？u 總 線 型 拓 撲 的 優(yōu) 點(diǎn)l 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 實(shí) 現(xiàn) 容 易 ；l 易 于 擴(kuò) 展 ， 可 靠 性 較 好 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 5 4.1 概 述u 環(huán) 型 拓 撲 結(jié) 構(gòu)l 結(jié) 點(diǎn) 使 用 點(diǎn) -點(diǎn) 線 路 連 接 ， 構(gòu) 成 閉 合 的 物 理 環(huán) 型 結(jié) 構(gòu) ；l 環(huán) 中 數(shù) 據(jù) 沿 著 一 個 方 向 繞 環(huán) 逐 站 傳 輸 ；l 多 個 結(jié) 點(diǎn) 共

4、 享 一 條 環(huán) 通 路 ；l 環(huán) 建 立 、 維 護(hù) 、 結(jié) 點(diǎn) 的 插 入 與 撤 出 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 6 4.1 概 述u 星 型 拓 撲 結(jié) 構(gòu)l 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 與 物 理 結(jié) 構(gòu) 的 關(guān) 系l 交 換 局 域 網(wǎng) (Switched LAN)的 物 理 結(jié) 構(gòu) NETWORK PRINCIPLE 4- 7 4.1 概 述n LAN的 組 成u 工 作 站u 服 務(wù) 器（ 文 件 服 務(wù) 器 、 應(yīng) 用 程 序 服 務(wù) 器 、 數(shù) 據(jù) 庫 服 務(wù) 器 、 事 務(wù) 處 理 服 務(wù) 器 、打 印 服 務(wù) 器 、 通 信 服 務(wù) 器 等 ）u 網(wǎng) 卡u 集 線

5、 器 （ HUB） 或 交 換 機(jī)u 路 由 器 （ 可 選 ） u 傳 輸 介 質(zhì) NETWORK PRINCIPLE 4- 8 4.1 概 述n 介 質(zhì) 訪 問 控 制 技 術(shù)主 要 有 兩 種 技 術(shù) ：1. 靜 態(tài) 劃 分 信 道 ： 信 道 在 用 戶 通 信 時 固 定 分 配 給 用 戶 。存 在 的 問 題 ：l 信 道 利 用 率 不 高2. 動 態(tài) 媒 體 接 入 控 制 ： 信 道 在 用 戶 通 信 時 并 非 固 定 分 配 給 用 戶 。l 隨 機(jī) 接 入 ： 所 有 用 戶 可 隨 機(jī) 地 發(fā) 送 信 息 ， 須 解 決 “ 碰 撞 ” 。l 受 控 接 入 ：

6、用 戶 不 能 隨 機(jī) 地 發(fā) 送 信 息 ， 必 須 服 從 某 個 控 制 器的 控 制 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 9 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n ALOHA協(xié) 議ALOHA協(xié) 議 是 2 0世 紀(jì) 7 0年 代 在 夏 威 夷 大 學(xué) 由 Norman Abramson及其 同 事 發(fā) 明 的 ， 目 的 是 為 了 解 決 地 面 無 線 電 廣 播 信 道 的 爭 用 問 題 。 取 名Aloha， 是 夏 威 夷 人 表 示 致 意 的 問 候 語 ， 這 項 研 究 計 劃 的 目 的 是 要 解 決 夏 威夷 群 島 之 間

7、的 通 信 問 題 。 Aloha網(wǎng) 絡(luò) 可 以 使 分 散 在 各 島 的 多 個 用 戶 通 過 無 線電 信 道 來 使 用 中 心 計 算 機(jī) ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 一 點(diǎn) 到 多 點(diǎn) 的 數(shù) 據(jù) 通 信 。n 純 ALOHAu 原 理 ： 用 戶 有 數(shù) 據(jù) 要 發(fā) 送 ， 就 讓 他 們 發(fā) 送 。 u 存 在 的 問 題 ： 會 產(chǎn) 生 沖 突 從 而 造 成 幀 的 破 壞 。u 解 決 辦 法 ： 檢 測 到 沖 突 。 由 于 廣 播 信 道 具 有 反 饋 性 ， 因 此 發(fā) 送 方 可 以 在發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 的 過 程 中 進(jìn) 行 沖 突 檢 測 ， 將 接 收 到 的

8、數(shù) 據(jù) 與 緩 沖 區(qū) 的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行比 較 ， 就 可 以 知 道 數(shù) 據(jù) 幀 是 否 遭 到 破 壞 。u 如 果 發(fā) 送 方 知 道 數(shù) 據(jù) 幀 遭 到 破 壞 （ 即 檢 測 出 沖 突 發(fā) 生 ） ， 就 等 待 一 段 隨機(jī) 長 的 時 間 后 重 發(fā) 該 幀 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 10 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 一 、 多 路 訪 問 協(xié) 議n 純 ALOHA信 道 效 率 分 析 。 假 設(shè) ：u 幀 時 （ frame time） ： 發(fā) 送 標(biāo) 準(zhǔn) 長 度 幀 所 需 時 間 t， 幀 長 度 除 以 比 特 率 。

9、u 無 限 多 個 用 戶 ， 按 泊 松 分 布 產(chǎn) 生 新 幀 ， 平 均 每 個 幀 時 產(chǎn) 生 S幀u S1， 表 明 用 戶 發(fā) 送 的 每 一 幀 都 被 碰 撞 ； 0SS， 且S = G P 0 P0為 發(fā) 送 一 幀 不 受 沖 突 影 響 的 概 率 ；u 任 一 幀 時 內(nèi) 生 成 k幀 的 概 率 服 從 泊 松 分 布 ：生 成 0幀 的 概 率 = e-G NETWORK PRINCIPLE 4- 11 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 u 假 設(shè) 幀 時 為 t ， 在 t0到 t0+1時 間 內(nèi) ， 其 他 用 戶 發(fā) 送 幀 的 尾部 與

10、 陰 影 幀 的 頭 部 沖 突 ；u 在 t0+t到 t0+2t， 其 他 用 戶 發(fā)送 幀 的 頭 部 與 陰 影 幀 的 尾 部 沖突 。 即 危 險 沖 突 區(qū) 為 2個 幀 時 。u 于 是 傳 輸 成 功 的 吞 吐 率 是 ：S = p0 p1 = e -G Ge-G = Ge-2G式 中 S在 G=0.5時 ， 取 得 最 大 值 ，Smax = 1/(2e) 0.18 NETWORK PRINCIPLE 4- 12 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 分 槽 ALOHA協(xié) 議1972年 ， Roberts發(fā) 明 了 一 種 能 把 信 道 利 用 率

11、提 高 一 倍 的 信 道分 配 策 略 ， 即 分 槽 ALOHA協(xié) 議 。 原 理 是 用 時 鐘 來 統(tǒng) 一 用 戶 的 數(shù) 據(jù) 發(fā)送 。 它 將 時 間 分 為 離 散 的 時 間 片 ， 用 戶 每 次 必 須 等 到 下 一 個 時 間 片 才能 開 始 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ， 從 而 避 免 了 用 戶 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 的 隨 意 性 ， 減 少 了 數(shù) 據(jù) 產(chǎn)生 沖 突 的 可 能 性 ， 提 高 了 信 道 的 利 用 率 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 13 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 分 槽 ALOHA信 道 效 率 分 析由 于

12、 沖 突 的 危 險 區(qū) 平 均 減 少 為 純 ALOHA的 一 半 ， 因 此 分 槽ALOHA的 信 道 利 用 率 為 ：S = p1 = Ge-G = Ge-G式 中 S在 G=1時 ， 取 得 最 大 值 ，S max = 1/e 0.36 ， 是 純 ALOHA協(xié) 議 的 兩 倍 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 14 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n CSMA協(xié) 議 由 于 在 局 域 網(wǎng) 中 ， 一 個 站 點(diǎn) 可 以 檢 測 到 其 他 站 點(diǎn) 在 干 什 么 ， 從而 也 就 可 以 相 應(yīng) 地 調(diào) 整 自 己 的 動 作 ， 這 樣

13、 的 協(xié) 議 可 以 大 大 提 高 信 道 的利 用 率 。對 于 站 點(diǎn) 在 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 前 進(jìn) 行 載 波 偵 聽 ， 然 后 再 采 取 相 應(yīng) 動 作 的協(xié) 議 ， 人 們 稱 其 為 載 波 偵 聽 多 路 訪 問 （ Carrier Sense Multiple Access， CSMA） 協(xié) 議 。 它 有 三 種 類 型 ：u 1-堅 持 CSMA（ 1-persistent CSMA）u 非 堅 持 CSMA（ non-persistent CSMA） u p-堅 持 CSMA（ p-persistent CSMA） NETWORK PRINCIPLE 4- 15 4.

14、2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n CSMA/CD協(xié) 議我 們 還 可 以 對 CSMA協(xié) 議 作 進(jìn) 一 步 的 改 進(jìn) ， 要 求 站 點(diǎn) 在 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)過 程 中 進(jìn) 行 沖 突 檢 測 ， 而 一 旦 檢 測 到 沖 突 立 即 停 止 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 。 這 樣 的協(xié) 議 被 稱 為 帶 沖 突 檢 測 的 載 波 偵 聽 多 路 訪 問 協(xié) 議 ， 即 CSMA/CD（ Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection） 協(xié) 議 。n CSMA/CD協(xié) 議 工 作 原 理u 當(dāng) 一 個 節(jié) 點(diǎn) 要

15、發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 時 ， 首 先 監(jiān) 聽 信 道 ， 看 是 否 有 載 波 。u 如 果 信 道 空 閑 ， 則 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 。u 如 果 信 道 忙 ， 則 繼 續(xù) 對 信 道 進(jìn) 行 監(jiān) 聽 （ 1 持 續(xù) CSMA） 。 一 旦 發(fā)現(xiàn) 空 閑 ， 便 立 即 發(fā) 送 。 u 如 果 在 發(fā) 送 過 程 中 檢 測 到 碰 撞 ， 則 停 止 自 己 的 正 常 發(fā) 送 ， 轉(zhuǎn) 而 發(fā)送 一 短 暫 的 干 擾 信 號 jam， 強(qiáng) 化 沖 突 ， 使 其 它 站 點(diǎn) 都 能 知 道 出 現(xiàn)了 沖 突 。u 發(fā) 送 了 干 擾 信 號 后 ， 退 避 一 隨 機(jī) 時 間 ， 重 新 嘗

16、 試 發(fā) 送 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 16 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 工 作 狀 態(tài)u 傳 輸 周 期u 競 爭 周 期u 空 閑 周 期n 問 題u 一 個 站 點(diǎn) 確 定 發(fā) 生 沖 突 要 花 多 少 時 間 ？最 壞 情 況 下 ， 2倍 的 信 號 在 介 質(zhì) 中 的 傳 播 時 間 NETWORK PRINCIPLE 4- 17 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 無 沖 突 協(xié) 議 （ Collision-Free Protocols）u 基 本 位 圖 協(xié) 議 （ A Bit-Map Protoco

17、l） 工 作 原 理l 共 享 信 道 上 有 N個 站 ， 競 爭 周 期 分 為 N個 時 槽 ， 如 果 一 個 站 有幀 發(fā) 送 ， 則 在 對 應(yīng) 的 時 槽 內(nèi) 發(fā) 送 比 特 1；l N個 時 槽 之 后 ， 每 個 站 都 知 道 哪 個 站 要 發(fā) 送 幀 ， 這 時 按 站 序號 大 小 順 序 發(fā) 送 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 18 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 象 這 樣 在 實(shí) 際 發(fā) 送 信 息 前 先 廣 播 發(fā) 送 請 求 的 協(xié) 議 稱 為 預(yù) 留 協(xié) 議（ reservation protocol）u 基 本 位

18、 圖 協(xié) 議 效 率l 輕 負(fù) 載 下 ， 效 率 為 d / (N + d)， 數(shù) 據(jù) 幀 由 d個 時 間 單 位 組 成 ；l 重 負(fù) 載 下 ， 效 率 為 d / (d + 1)。u 基 本 位 圖 協(xié) 議 缺 點(diǎn)l 與 站 序 號 有 關(guān) 的 不 平 等 性 ， 序 號 大 的 站 得 到 的 服 務(wù) 好 ；l 每 個 站 都 有 1 比 特 的 開 銷 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 19 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 二 進(jìn) 制 下 數(shù) 法 （ Binary Countdown）工 作 原 理u 所 有 站 的 地 址 用 等 長 比

19、 特 串 表 示 ，若 要 占 用 信 道 ， 則 廣 播 該 位 串 ；u 不 同 站 發(fā) 的 地 址 中 的 位 做 “ 或 ”操 作 ， 一 旦 某 站 了 解 到 比 本 站 地址 高 位 更 高 的 位 置 被 置 為 “ 1” ，便 放 棄 發(fā) 送 請 求 。n 效 率 ： d / (d + log 2N) NETWORK PRINCIPLE 4- 20 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 適 應(yīng) 樹 搜 索 協(xié) 議 （ The Adaptive Tree Walk Protocol）u 工 作 原 理l 站 點(diǎn) 組 織 成 二 叉 樹 ；l 一 次 成 功

20、 傳 輸 之 后 ， 第 0槽 全 部 站 可 競 爭 信 道 ， 只 有 一 個 站 要 使 用信 道 則 發(fā) 送 ； 有 沖 突 則 在 第 1槽 內(nèi) 半 數(shù) 站 （ 2以 下 站 ） 參 與 競 爭 。 如其 中 之 一 獲 得 信 道 ， 本 幀 后 的 時 槽 留 給 3以 下 的 站 ； 如 發(fā) 生 沖 突 ，繼 續(xù) 折 半 搜 索 。 u 當(dāng) 系 統(tǒng) 負(fù) 載 很 重 時 ， 從 根 結(jié) 點(diǎn) 開 始 競 爭 發(fā) 生 沖 突 的 概 率 非 常 大 。為 提 高 效 率 ， 可 以 從 中 間 結(jié) 點(diǎn) 開 始 競 爭 。 問 題 ： 搜 索 應(yīng) 該 從 樹 的哪 一 級 開 始 ？

21、NETWORK PRINCIPLE 4- 21 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 二 、 無 線 局 域 網(wǎng) 協(xié) 議u 無 線 局 域 網(wǎng) 產(chǎn) 生 背 景l(fā) 筆 記 本 電 腦 的 普 及 促 進(jìn) 了 無 線 局 域 網(wǎng) 的 發(fā) 展l 要 做 到 真 正 的 移 動 ， 需 要 使 用 無 線 信 號 進(jìn) 行 通 信 。u 無 線 局 域 網(wǎng) 的 特 點(diǎn)l 基 于 蜂 窩 （ cell） 的 通 信l 每 個 蜂 窩 內(nèi) 只 有 一 個 信 道 （ 與 蜂 窩 電 話 不 同 ）l 一 個 站 點(diǎn) 發(fā) 送 的 信 號 ， 只 能 被 它 周 圍 一 定 范 圍 內(nèi) 的 站

22、 點(diǎn) 接 收到 l 短 距 離 傳 輸 NETWORK PRINCIPLE 4- 22 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 無 線 局 域 網(wǎng) 與 有 線 局 域 網(wǎng) 不 同 ， 具 有u 隱 藏 站 點(diǎn) 問 題 （ hidden station problem）l 站 點(diǎn) 距 離 競 爭 者 太 遠(yuǎn) ， 不 能 發(fā) 現(xiàn) 介 質(zhì) 競 爭 者 。l 如 下 左 圖 ， A向 B發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 時 ， C收 不 到 A的 數(shù) 據(jù) ， 以 為 A沒 有 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ，于 是 C向 B發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ， 導(dǎo) 致 B接 收 發(fā) 生 沖 突 。u 暴 露 站 點(diǎn) 問 題 （ e

23、xposed station problem）l 非 競 爭 者 距 離 發(fā) 送 站 點(diǎn) 太 近 ， 導(dǎo) 致 介 質(zhì) 非 競 爭 者 不 能 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 。l 下 右 圖 ， B向 A發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ， 被 C監(jiān) 聽 到 ， 導(dǎo) 致 C不 能 向 D發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 23 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 傳 統(tǒng) 的 CSMA協(xié) 議 不 適 合 于 無 線 局 域 網(wǎng) ， 需 要 特 殊 的 MAC子 層 協(xié) 議u CSMAl 在 電 纜 上 ， 信 號 傳 播 給 所 有 站 點(diǎn)l CSMA只 判 斷 本 發(fā) 送 站

24、點(diǎn) 周 圍 是 否 有 活 躍 發(fā) 送 站 點(diǎn)l 沖 突 被 發(fā) 送 站 點(diǎn) 發(fā) 現(xiàn)l 某 一 時 刻 ， 信 道 上 只 能 有 一 個 有 效 數(shù) 據(jù) 幀u 無 線 局 域 網(wǎng)l 信 號 只 能 被 發(fā) 送 站 點(diǎn) 周 圍 一 定 范 圍 內(nèi) 的 站 點(diǎn) 接 收 l MAC子 層 協(xié) 議 需 要 盡 量 保 證 接 收 站 點(diǎn) 周 圍 一 定 范 圍 內(nèi) 只 有 一 個 發(fā) 送站 點(diǎn) 。l 沖 突 被 接 收 站 點(diǎn) 發(fā) 現(xiàn)l 某 一 時 刻 ， 信 道 上 可 以 有 多 可 有 效 數(shù) 據(jù) 幀 NETWORK PRINCIPLE 4- 24 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控

25、制 方 法 n MACA（ Multiple Access with Collision Avoidance）u 原 理 ： 發(fā) 送 站 點(diǎn) 刺 激 接 收 站 點(diǎn) 發(fā) 送 應(yīng) 答 短 幀 ， 使 接 收 站 點(diǎn) 周 圍 的 站 點(diǎn) 監(jiān)聽 到 該 幀 ， 并 在 一 定 時 間 內(nèi) 避 免 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 。 是 IEEE 802.11標(biāo) 準(zhǔn) 的 基 礎(chǔ)u 基 本 過 程l A向 B發(fā) 送 RTS（ Request To Send） 幀 ， A周 圍 的 站 點(diǎn) 在 一 定 時 間 內(nèi) 不發(fā) 送 數(shù) 據(jù) ， 以 保 證 CTS幀 返 回 給 A；l B向 A回 答 CTS（ Clear To

26、Send） 幀 ， B周 圍 的 站 點(diǎn) 在 一 定 時 間 內(nèi) 不 發(fā)送 數(shù) 據(jù) ， 以 保 證 A發(fā) 送 完 數(shù) 據(jù) ；l A開 始 發(fā) 送 l 若 發(fā) 生 沖 突 ， 采 用 二 進(jìn) 制 指 數(shù) 后 退 算 法 等 待 隨 機(jī) 時 間 ， 再 重 新 開 始 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 25 4.2 局 域 網(wǎng) 的 媒 體 訪 問 控 制 方 法 n 典 型 的 無 線 局 域 網(wǎng) 結(jié) 構(gòu) 移 動 結(jié) 點(diǎn) 高 速 主 干 局 域 網(wǎng) 單 元 移 動 結(jié) 點(diǎn) 無 線 發(fā) 射 與 接 收 的 天 線 NETWORK PRINCIPLE 4- 26 4.3 IEEE 802系

27、 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 國 際 電 工 電 氣 委 員 會 IEEE下 設(shè) 的 802制 定 了 IEEE 802標(biāo) 準(zhǔn) ， 也 稱為 局 域 網(wǎng) 參 考 模 型 。 其 中 包 括 CSMA/CD、 令 牌 總 線 和 令 牌 環(huán) 網(wǎng) 等底 層 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議 。 這 些 標(biāo) 準(zhǔn) 在 物 理 層 和 MAC層 上 有 所 不 同 ， 但 在 數(shù)據(jù) 鏈 路 層 上 是 兼 容 的 ， 如 下 圖 所 示 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 27 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n IEEE 802協(xié) 議u IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn) 定 義 了 若 干 種 LAN， 包 括 對 物

28、 理 層 、 MAC子層 的 定 義 和 描 述 。 它 的 組 成 如 下 ：l 802.1 基 本 介 紹 和 接 口 原 語 定 義l 802.2 邏 輯 鏈 路 控 制 （ LLC） 子 層l 802.3 采 用 CSMA/CD技 術(shù) 的 局 域 網(wǎng)l 802.4 采 用 令 牌 總 線 （ Token Bus） 技 術(shù) 的 局 域 網(wǎng)l 802.5 采 用 令 牌 環(huán) （ Token Ring） 技 術(shù) 的 局 域 網(wǎng) NETWORK PRINCIPLE 4- 28 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n LAN的 參 考 模 型u 邏 輯 鏈 路 控 制 子 層 LLC（ Log

29、ical Link Control）l 引 入 LLC子 層 的 原 因 ：MAC子 層 只 提 供 盡 力 而 為 的 數(shù) 據(jù) 報 服 務(wù) ， 不 提 供 確 認(rèn) 機(jī) 制 和 流 量 控制 （ 滑 動 窗 口 ） ， 有 些 情 況 下 ， 這 種 服 務(wù) 足 夠 ， 如 支 持 IP協(xié) 議 ； 當(dāng)需 要 確 認(rèn) 和 流 控 的 時 候 ， 這 種 服 務(wù) 就 不 能 滿 足 ， 需 要 LLC。l LLC子 層 提 供 確 認(rèn) 機(jī) 制 和 流 量 控 制 ；l LLC隱 藏 了 不 同 802MAC子 層 的 差 異 ， 為 網(wǎng) 絡(luò) 層 提 供 單 一 的 格 式 和接 口 ； l LLC

30、提 供 三 種 服 務(wù) 選 項 ： 不 可 靠 的 數(shù) 據(jù) 報 服 務(wù) 確 認(rèn) 數(shù) 據(jù) 報 服 務(wù) 面 向 連 接 的 可 靠 服 務(wù)l LLC幀 頭 基 于 HDLC協(xié) 議 NETWORK PRINCIPLE 4- 29 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 介 質(zhì) 訪 問 控 制 子 層 MAC（ Medium Access Control）u 數(shù) 據(jù) 封 裝 (transmit and receive)l 組 幀 Framing (frame boundary delimitation, frame synchronization)l 尋 址 Addressing (handling

31、 of source and destination addresses)l 檢 錯 Error detectionu 介 質(zhì) 訪 問 管 理l 避 免 沖 突 l 處 理 沖 突n 分 成 兩 個 子 層 的 原 因u 管 理 多 點(diǎn) 訪 問 信 道 的 邏 輯 不 同 于 傳 統(tǒng) 的 數(shù) 據(jù) 鏈 路 控 制 ；u 對 于 同 一 個 LLC， 可 以 提 供 多 個 MAC選 擇 NETWORK PRINCIPLE 4- 30 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n IEEE 802.3 和 Ethernetu 歷 史l ALOHA系 統(tǒng)l ALOHA + 載 波 監(jiān) 聽l Xerox

32、設(shè) 計 了 2.94Mbps的 采 用 CSMA/CD協(xié) 議 的 Ethernetl Xerox, DEC, Intel共 同 制 定 了 10Mbps的 CSMA/CD以 太 網(wǎng) 標(biāo) 準(zhǔn)l IEEE定 義 了 采 用 1-堅 持 型 CSMA/CD技 術(shù) 的 802.3局 域 網(wǎng) 標(biāo) 準(zhǔn) ，速 率 從 1M到 10Mbps， 802.3標(biāo) 準(zhǔn) 與 以 太 網(wǎng) 協(xié) 議 略 有 差 別 。u 802.3采 用 的 電 纜 標(biāo) 準(zhǔn) NETWORK PRINCIPLE 4- 31 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)u 物 理 層 類 型 用 以 下 域 表 示 ：l l 10Base5含 義 :

33、10： 10Mbps; Base： 基 帶 傳 輸 （ baseband medium） ； 5： 500米 10Base5： 粗 纜 ， AUI接 口 ； 10Base2： 細(xì) 纜 ， BNC接 口 ， T型 頭 ； 10Base-T： RJ-45接 口l 收 發(fā) 器 （ transceiver） ： 處 理 載 波 監(jiān) 聽 和 沖 突 檢 測 u 布 線 拓 撲 結(jié) 構(gòu)l 總 線 形 ， 脊 椎 形 ， 樹 形 ， 分 段 NETWORK PRINCIPLE 4- 32銅 纜 或 銅 線 連 接 到 以 太 網(wǎng) 的 示 意 圖 主 機(jī) 箱 收 發(fā) 器 電 纜網(wǎng) 卡插 入 式分 接 頭MAU

34、 MDI保 護(hù) 外 層外 導(dǎo) 體 屏 蔽 層內(nèi) 導(dǎo) 體收 發(fā) 器DB-15連 接 器 主 機(jī) 箱BNC T 型 接 頭BNC 連 接 器插 口 主 機(jī) 箱 雙 絞 線集 線 器RJ-45插 頭 NETWORK PRINCIPLE 4- 33 NETWORK PRINCIPLE 4- 3410Base-T hub, 用 10Base-T 雙 絞 線 連 接 計 算 機(jī) 和 hub NETWORK PRINCIPLE 4- 35 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)u 擴(kuò) 展 網(wǎng) 段 長 度l 中 繼 器 ： 物 理 層 設(shè) 備 ， 只 對 信 號 進(jìn) 行 接 收 、 放 大 和 雙 向 重 傳

35、 ；l 兩 個 收 發(fā) 器 之 間 最 多 使 用 4個 中 繼 器 ， 最 長 2500米 。u 802.3的 信 號 編 碼l 由 于 曼 徹 斯 特 編 碼 的 簡 單 ， 所 有 的 802.3基 帶 系 統(tǒng) 都 使 用 曼徹 斯 特 編 碼 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 36 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 802.3的 MAC子 層 幀 格 式u 前 導(dǎo) 序 列 （ 7個 字 節(jié) 10101010）u 幀 開 始 標(biāo) 志 （ 1字 節(jié) ， 10101011）u 目 標(biāo) 地 址 和 源 地 址 l 2 或 6個 字 節(jié) ， 以 太 網(wǎng) 為 6個 字 節(jié)l 目

36、 的 地 址 第 一 位 為 0， 表 示 單 播 地 址 ； 為 1， 表 示 組 播 地 址 ， 支 持 multicast，目 的 地 址 全 1， 為 廣 播 地 址 。 源 地 址 第 一 位 （ LSB） 為 0。l 地 址 中 的 第 二 位 用 來 區(qū) 分 本 地 地 址 和 全 球 地 址 。u 幀 長 度 域 （ 2字 節(jié) ， 取 值 在 0-1500之 間 ）u 數(shù) 據(jù) （ 0-1500個 字 節(jié) ）u 填 充 （ 0-46字 節(jié) ）u 校 驗(yàn) 和 ： CRC校 驗(yàn) （ 4個 字 節(jié) ） ， 其 生 成 多 項 式 為 ： G(X)= X32+X26+X23+X22+X1

37、6+u X 11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1 NETWORK PRINCIPLE 4- 37 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 幀 間 最 小 間 隔u 幀 間 最 小 間 隔 為 9.6 s， 相 當(dāng) 于 96 bit 的 發(fā) 送 時 間 。u 一 個 站 在 檢 測 到 總 線 開 始 空 閑 后 ， 還 要 等 待 9.6 s 才 能 再 次 發(fā)送 數(shù) 據(jù) 。u 這 樣 做 是 為 了 使 剛 剛 收 到 數(shù) 據(jù) 幀 的 站 的 接 收 緩 存 來 得 及 清 理 ， 做好 接 收 下 一 幀 的 準(zhǔn) 備 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 38 4.

38、3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 最 短 幀 長u 避 免 幀 的 第 一 個 比 特 到 達(dá) 電 纜 的 遠(yuǎn) 端 前 幀 已 經(jīng) 發(fā) 完 ， 幀 發(fā) 送 時 間 應(yīng) 該 大于 2； u 10Mbps LAN， 最 大 沖 突 檢 測 時 間 為 51.2微 秒 ， 最 短 幀 長 為 64字 節(jié) ；u 網(wǎng) 絡(luò) 速 度 提 高 ， 最 短 幀 長 也 應(yīng) 該 增 大 或 者 站 點(diǎn) 間 的 距 離 要 減 小 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 39 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 二 進(jìn) 制 指 數(shù) 后 退 算 法 （ binary exponential backo

39、ff） 算 法u 將 沖 突 發(fā) 生 后 的 時 間 劃 分 為 長 度 為 51.2微 秒 的 時 槽u 發(fā) 生 第 一 次 沖 突 后 ， 各 個 站 點(diǎn) 等 待 0 或 1 個 時 槽 再 開 始 重 傳 ；u 發(fā) 生 第 二 次 沖 突 后 ， 各 個 站 點(diǎn) 隨 機(jī) 地 選 擇 等 待 0, 1, 2或 3個 時 槽再 開 始 重 傳 ；u 第 i 次 沖 突 后 ， 在 0 至 2i-1 間 隨 機(jī) 地 選 擇 一 個 等 待 的 時 槽 數(shù) ，再 開 始 重 傳 ；u 10次 沖 突 后 ， 選 擇 等 待 的 時 槽 數(shù) 固 定 在 0至 2 10-1間 ；u 16次 沖 突

40、后 ， 發(fā) 送 失 敗 ， 報 告 上 層 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 40 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 集 線 器 的 一 些 特 點(diǎn)u 集 線 器 是 使 用 電 子 器 件 來 模 擬 實(shí) 際 電 纜 線 的 工 作 ， 因 此 整 個 系 統(tǒng)仍 然 像 一 個 傳 統(tǒng) 的 以 太 網(wǎng) 那 樣 運(yùn) 行 。 u 使 用 集 線 器 的 以 太 網(wǎng) 在 邏 輯 上 仍 是 一 個 總 線 網(wǎng) ， 各 工 作 站 使 用 的還 是 CSMA/CD 協(xié) 議 ， 并 共 享 邏 輯 上 的 總 線 。 u 集 線 器 很 像 一 個 多 端 口 的 轉(zhuǎn) 發(fā) 器 ，

41、工 作 在 物 理 層 。集 線器 網(wǎng) 卡工 作 站網(wǎng) 卡工 作 站 網(wǎng) 卡工 作 站雙 絞 線 NETWORK PRINCIPLE 4- 41 n 擴(kuò) 展 局 域 網(wǎng)用 多 個 集 線 器 可 連 成 更 大 的 局 域 網(wǎng) 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)一 系 二 系 三 系集 線 器集 線 器 集 線 器集 線 器主 干 集 線 器 NETWORK PRINCIPLE 4- 42 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 網(wǎng) 卡 上 的 硬 件 地 址路 由 器 由 于 同 時 連 接 到 兩 個 網(wǎng) 絡(luò) 上 ， 因 此 它 有 兩 塊 網(wǎng) 卡 和 兩 個 硬 件 地址 路 由

42、器1A-24-F6-54-1B-0E 00-00-A2-A4-2C-02 20-60-8C-C7-75-2A 08-00-20-47-1F-E4 20-60-8C-11-D2-F6 NETWORK PRINCIPLE 4- 43 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 交 換 式 802.3 LANu 目 的 ： 減 少 沖 突 ；u 兩 種 實(shí) 現(xiàn) 方 法l 一 個 卡 內(nèi) 是 一 個 802.3LAN， 構(gòu) 成 自 己 的 沖 突 域 ， 卡 間 并 行 ；l 使 用 端 口 緩 存 ， 無 沖 突 發(fā) 生 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 44 4.3 IEEE 802系

43、列 標(biāo) 準(zhǔn)n 局 域 網(wǎng) 交 換 機(jī) 的 工 作 原 理 地 址 表 1 65432 DA MAC幀 DA=結(jié)點(diǎn) C DA MAC幀 DA=結(jié)點(diǎn) B 轉(zhuǎn) 發(fā) 機(jī) 構(gòu) 緩 沖 器 端 口 地 址 表 端 口 地 址 1 結(jié)點(diǎn) A 2 3 4 5 結(jié)點(diǎn) B 結(jié)點(diǎn) C 6 結(jié)點(diǎn) D 結(jié)點(diǎn) A 結(jié)點(diǎn) B 結(jié)點(diǎn) C 結(jié)點(diǎn) D NETWORK PRINCIPLE 4- 45 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 以 太 網(wǎng) 交 換 機(jī) 的 特 點(diǎn)u 全 雙 工 方 式 。u 每 一 對 相 互 通 信 的 主 機(jī) 都 能 進(jìn) 行 無 碰 撞 地 傳 輸 數(shù) 據(jù) 。 u 交 換 速 率 就 較 高 。u

44、 獨(dú) 占 傳 輸 媒 體 的 帶 寬l 對 于 普 通 10 Mb/s 的 共 享 式 以 太 網(wǎng) ， 若 共 有 N 個 用 戶 ， 則每 個 用 戶 占 有 的 平 均 帶 寬 只 有 總 帶 寬 (10 Mb/s)的 N 分 之 一 。l 使 用 以 太 網(wǎng) 交 換 機(jī) 時 ， 雖 然 在 每 個 端 口 到 主 機(jī) 的 帶 寬 還 是 10 Mb/s， 但 由 于 一 個 用 戶 在 通 信 時 是 獨(dú) 占 而 不 是 和 其 他 網(wǎng) 絡(luò) 用戶 共 享 傳 輸 媒 體 的 帶 寬 ， 因 此 對 于 擁 有 N 對 端 口 的 交 換 機(jī) 的 總 容 量 為 N10 Mb/s。 NET

45、WORK PRINCIPLE 4- 46 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 用 以 太 網(wǎng) 交 換 機(jī) 擴(kuò) 展 局 域 網(wǎng)集 線 器 集 線 器集 線 器部 門 1 部 門 3部 門 2 10BASE-T至 因 特 網(wǎng)100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s萬 維 網(wǎng)服 務(wù) 器電 子 郵 件 服 務(wù) 器 以 太 網(wǎng)交 換 機(jī) 路 由 器 NETWORK PRINCIPLE 4- 47 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 虛 擬 局 域 網(wǎng)u 虛 擬 局 域 網(wǎng) VLAN 是 由 一 些 局 域 網(wǎng) 網(wǎng) 段 構(gòu) 成 的 與 物 理 位 置 無 關(guān) 的邏 輯 組 。l 這 些

46、 網(wǎng) 段 具 有 某 些 共 同 的 需 求 。l 每 一 個 VLAN 的 幀 都 有 一 個 明 確 的 標(biāo) 識 符 ， 指 明 發(fā) 送 這 個 幀的 工 作 站 是 屬 于 哪 一 個 VLAN。u 虛 擬 局 域 網(wǎng) 其 實(shí) 只 是 局 域 網(wǎng) 給 用 戶 提 供 的 一 種 服 務(wù) ， 而 并 不 是 一種 新 型 局 域 網(wǎng) 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 48以 太 網(wǎng)交 換 機(jī) A4 B 1 以 太 網(wǎng)交 換 機(jī) VLAN3C3B3VLAN1 VLAN2 C 1A2A1A3 C2B2以 太 網(wǎng)交 換 機(jī)以 太 網(wǎng)交 換 機(jī) 三 個 虛 擬 局 域 網(wǎng) VLAN1,

47、 VLAN2和 VLAN3 的 構(gòu) 成 當(dāng) B1 向 VLAN2 工 作 組 內(nèi) 成 員 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 時 ，工 作 站 B2 和 B3 將 會 收 到 廣 播 的 信 息 。1 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 時 ， 工 作 站 A1, A2 和 C1都 不 會 收 到 B1 發(fā) 出 的 廣 播 信 息 。 虛 擬 局 域 網(wǎng) 限 制 了 接 收 廣 播 信 息 的 工 作 站 數(shù) ， 使 得 網(wǎng) 絡(luò)不 會 因 傳 播 過 多 的 廣 播 信 息 (即 “ 廣 播 風(fēng) 暴 ” )而 引 起 性 能 惡化 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 49 n 虛 擬 局 域 網(wǎng) 使 用 的 以 太 網(wǎng) 幀

48、 格 式虛 擬 局 域 網(wǎng) 協(xié) 議 允 許 在 以 太 網(wǎng) 的 幀 格 式 中 插 入 一 個 4 字 節(jié) 的 標(biāo) 識符 ， 稱 為 VLAN 標(biāo) 記 (tag)， 用 來 指 明 發(fā) 送 該 幀 的 工 作 站 屬 于 哪 一 個虛 擬 局 域 網(wǎng) 。 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn) 802.3MAC 幀字 節(jié) 6 6 2 46 1500 4MAC 幀目 地 地 址 源 地 址 長 度 /類 型 數(shù) 據(jù) FCS長 度 /類 型 = 802.1Q 標(biāo) 記 類 型 標(biāo) 記 控 制 信 息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID 2 字 節(jié) 2 字 節(jié)插 入

49、 4 字 節(jié) 的 VLAN 標(biāo) 記 4用 戶 優(yōu) 先 級 CFI NETWORK PRINCIPLE 4- 50 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n IEEE 802.11基 本 結(jié) 構(gòu) 模 型 NETWORK PRINCIPLE 4- 51 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 802.5協(xié) 議 及 令 牌 環(huán) 的 工 作 原 理環(huán) 接 口 站 點(diǎn) NETWORK PRINCIPLE 4- 52 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 令 牌 環(huán) 的 操 作 過 程u 空 閑 時 ， 只 有 一 個 令 牌 在 環(huán) 上 繞 行u 站 點(diǎn) 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 時 ， 先 獲 得 令 牌

50、 ， 將 標(biāo) 志 位 置 為 “ 1” ， 隨 后 可 發(fā)送 數(shù) 據(jù) 幀u 環(huán) 中 各 站 點(diǎn) 一 邊 轉(zhuǎn) 發(fā) 一 邊 檢 查 目 的 地 址 ， 如 果 是 自 己 的 ， 便 讀 取數(shù) 據(jù)u 數(shù) 據(jù) 幀 繞 環(huán) 一 周 返 回 后 ， 發(fā) 送 站 檢 測 已 被 正 確 接 收 后 ， 將 其 刪 除u 站 點(diǎn) 發(fā) 送 完 后 ， 重 新 產(chǎn) 生 一 個 新 的 令 牌 傳 至 下 一 站 點(diǎn) 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 53 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)（ a） C有 數(shù) 據(jù) 幀 要 給 A（ b） 該 數(shù) 據(jù) 幀 不 是 發(fā) 給 B的 （ c） A留 下 該

51、 數(shù) 據(jù) 的 備 份（ c） C收 回 返 回 的 數(shù) 據(jù) 幀 NETWORK PRINCIPLE 4- 54 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n IEEE802.5-MAC幀 格 式Token FrameData Frame SD1B AC1B ED1BSD1B AC1B FC1B DA6B SA6B Info FCS4B ED1B FS1BP P P T M R R R 優(yōu) 先 級 編 碼 優(yōu) 先 級 編 碼監(jiān)控比特標(biāo) 志 位0: 令 牌1: 數(shù) 據(jù)起 始 定 界 符 幀 控 制 結(jié)束定界符幀校驗(yàn)序列 幀狀態(tài)訪 問 控 制 NETWORK PRINCIPLE 4- 55 4.3 IE

52、EE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n Token Ring方 式 的 優(yōu) 點(diǎn) ：u 環(huán) 中 結(jié) 點(diǎn) 訪 問 延 遲 確 定u 適 用 于 重 負(fù) 載 環(huán) 境u 支 持 優(yōu) 先 級 服 務(wù)n Token Ring方 式 的 缺 點(diǎn) ：u 環(huán) 維 護(hù) 工 作 復(fù) 雜u 實(shí) 現(xiàn) 比 較 困 難 NETWORK PRINCIPLE 4- 56 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 802.4 協(xié) 議 及 令 牌 總 線 結(jié)點(diǎn) D 結(jié)點(diǎn) E 結(jié)點(diǎn) A 結(jié)點(diǎn) B 結(jié)點(diǎn) C Token Bus Token Bus 結(jié)點(diǎn) A 結(jié)點(diǎn) B結(jié)點(diǎn) D 結(jié)點(diǎn) C 結(jié)點(diǎn) E 令 牌 NETWORK PRINCIPLE 4-

53、57 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n 特 點(diǎn)u 令 牌 總 線 網(wǎng) 的 物 理 拓 撲 為 總 線 ， 但 用 令 牌 控 制 對 介 質(zhì) 的 訪 問 ， 形成 邏 輯 環(huán) 結(jié) 構(gòu) 。u 網(wǎng) 上 每 一 個 工 作 站 、 都 有 唯 一 的 標(biāo) 識 號 ， 每 個 工 作 站 除 了 要 記 住自 己 的 標(biāo) 識 號 外 ， 還 要 記 住 前 站 （ P） 、 后 站 （ N） 的 標(biāo) 識 號 。u 令 牌 按 標(biāo) 識 號 的 順 序 傳 遞 ， 形 成 邏 輯 環(huán) ， 數(shù) 據(jù) 直 接 在 兩 站 點(diǎn) 之 間傳 送 。u 持 有 令 牌 的 站 發(fā) 送 完 數(shù) 據(jù) 后 ， 把 令

54、 牌 傳 送 給 下 一 站 ， 各 站 有 平 等的 發(fā) 送 幀 的 機(jī) 會 ， 令 牌 傳 遞 順 序 與 站 點(diǎn) 的 物 理 順 序 無 關(guān) 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 58 4.3 IEEE 802系 列 標(biāo) 準(zhǔn)n Token Bus的 環(huán) 維 護(hù) 工 作 ：u 環(huán) 初 始 化 u 新 結(jié) 點(diǎn) 加 入 環(huán) u 結(jié) 點(diǎn) 從 環(huán) 中 撤 出 u 環(huán) 恢 復(fù) u 優(yōu) 先 級 n Token Bus的 主 要 特 點(diǎn) ： u 介 質(zhì) 訪 問 延 遲 時 間 有 確 定 值 ； u 通 過 令 牌 協(xié) 調(diào) 各 結(jié) 點(diǎn) 之 間 的 通 信 關(guān) 系 ， 各 結(jié) 點(diǎn) 之 間 不 發(fā)

55、生 沖 突 ，重 負(fù) 載 下 信 道 利 用 率 高 ； u 支 持 優(yōu) 先 級 服 務(wù) 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 59 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 100BASE-T 以 太 網(wǎng)u 速 率 達(dá) 到 或 超 過 100 Mb/s 的 以 太 網(wǎng) 稱 為 高 速 以 太 網(wǎng) 。u 在 雙 絞 線 上 傳 送 100 Mb/s 基 帶 信 號 的 星 型 拓 撲 以 太 網(wǎng) ， 仍 使 用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 協(xié) 議 。 100BASE-T 以 太 網(wǎng) 又 稱 為 快 速以 太 網(wǎng) (Fast Ethernet)。u 可 在 全 雙 工 方 式 下 工

56、作 而 無 沖 突 發(fā) 生 。 因 此 ， 不 使 用 CSMA/CD 協(xié) 議 。u MAC 幀 格 式 仍 然 是 802.3 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定 的 。u 保 持 最 短 幀 長 不 變 ， 但 將 一 個 網(wǎng) 段 的 最 大 電 纜 長 度 減 小 到 100 m。 u 幀 間 時 間 間 隔 從 原 來 的 9.6 s 改 為 現(xiàn) 在 的 0.96 s。 NETWORK PRINCIPLE 4- 60 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 100M以 太 網(wǎng) 傳 輸 介 質(zhì)u 100BASE-TXl 使 用 2 對 UTP 5 類 線 或 屏 蔽 雙 絞 線 STP。 u 100BASE-FX l

57、 使 用 2 對 光 纖 。 u 100BASE-T4l 使 用 4 對 UTP 3 類 線 或 5 類 線 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 61 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 千 兆 以 太 網(wǎng)u 允 許 在 1 Gb/s 下 全 雙 工 和 半 雙 工 兩 種 方 式 工 作 。u 使 用 802.3 協(xié) 議 規(guī) 定 的 幀 格 式 。u 在 半 雙 工 方 式 下 使 用 CSMA/CD 協(xié) 議 （ 全 雙 工 方 式 不 需 要 使 用 CSMA/CD 協(xié) 議 ） 。u 與 10BASE-T 和 100BASE-T 技 術(shù) 向 后 兼 容 。u 1000BASE-X 基

58、于 光 纖 通 道 的 物 理 層 ：l 1000BASE-SX SX表 示 短 波 長 l 1000BASE-LX LX表 示 長 波 長l 1000BASE-CX CX表 示 銅 線u 1000BASE-T l 使 用 4對 5 類 線 UTP NETWORK PRINCIPLE 4- 62 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 千 兆 以 太 網(wǎng) 協(xié) 議 結(jié) 構(gòu) IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MAC GMII（ 功 能 與 AUI相 同 ） 1000 BASE-CX屏 蔽 雙 絞 線 1000 BASE-SX多 模 光 纖 1000 BASE-T集 線 器 1000 BASE

59、-T非 屏 蔽 雙 絞 線 1000 BASE-LX單 模 光 纖8B/10B編 碼 解 碼 方 式 PAM5編 碼 解 碼 方 式 NETWORK PRINCIPLE 4- 63 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 載 波 延 伸 (carrier extension)u 千 兆 以 太 網(wǎng) 在 工 作 在 半 雙 工 方 式 時 ， 就 必 須 進(jìn) 行 碰 撞 檢 測 。 u 由 于 數(shù) 據(jù) 率 提 高 了 ， 因 此 只 有 減 小 最 大 電 纜 長 度 或 增 大 幀 的 最 小長 度 ， 才 能 使 參 數(shù) 保 持 為 較 小 的 數(shù) 值 。u 千 兆 以 太 網(wǎng) 仍 然 保 持 一 個

60、 網(wǎng) 段 的 最 大 長 度 為 100 m， 但 采 用 了“ 載 波 延 伸 ” 的 辦 法 ， 使 最 短 幀 長 仍 為 64 字 節(jié) （ 這 樣 可 以 保 持兼 容 性 ） ， 同 時 將 爭 用 時 間 增 大 為 512 字 節(jié) 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 64 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 在 短 MAC 幀 后 面 加 上 載 波 延 伸u 凡 發(fā) 送 的 MAC 幀 長 不 足 512 字 節(jié) 時 ， 就 用 一 些 特 殊 字 符 填 充 在幀 的 后 面 ， 使 MAC 幀 的 發(fā) 送 長 度 增 大 到 512 字 節(jié) ， 但 這 對 有 效載 荷

61、 并 無 影 響 。u 接 收 端 在 收 到 以 太 網(wǎng) 的 MAC 幀 后 ， 要 將 所 填 充 的 特 殊 字 符 刪 除后 才 向 高 層 交 付 。 目 地 地 址 源 地 址 數(shù) 據(jù) 長 度 數(shù) 據(jù) FCSMAC 幀 的 最 小 值 = 64 字 節(jié) 載 波 延 伸前 同 步 碼 加 上 載 波 延 伸 使 MAC 幀 長 度 = 爭 用 期 長 度 512 字 節(jié)在 以 太 網(wǎng) 上 實(shí) 際 傳 輸 的 幀 長 NETWORK PRINCIPLE 4- 65 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 分 組 突 發(fā)u 當(dāng) 很 多 短 幀 要 發(fā) 送 時 ， 第 一 個 短 幀 要 采 用 上

62、 面 所 說 的 載 波 延 伸 的方 法 進(jìn) 行 填 充 。 u 隨 后 的 一 些 短 幀 則 可 一 個 接 一 個 地 發(fā) 送 ， 只 需 留 有 必 要 的 幀 間 最小 間 隔 即 可 。 這 樣 就 形 成 可 一 串 分 組 的 突 發(fā) ， 直 到 達(dá) 到 1500 字節(jié) 或 稍 多 一 些 為 止 。發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù) 分 組 #1 RRRRRRRR 分 組 #2 RRRR 分 組 #3 RRR 分 組 #4爭 用 期 512 字 節(jié)將 突 發(fā) 計 時 器 設(shè) 定 為 1500 字 節(jié)載 波 延 伸載 波監(jiān) 聽 NETWORK PRINCIPLE 4- 66 4.4 高 速

63、以 太 網(wǎng)n 全 雙 工 方 式當(dāng) 吉 比 特 以 太 網(wǎng) 工 作 在 全 雙 工 方 式 時 （ 即 通 信 雙 方 可 同 時 進(jìn) 行發(fā) 送 和 接 收 數(shù) 據(jù) ） ， 不 使 用 載 波 延 伸 和 分 組 突 發(fā) 。n 吉 比 特 以 太 網(wǎng) 的 配 置1 Gb/s 鏈 路 千 兆 交 換集 線 器 百 兆 比 特 或 吉 比 特 集 線 器100 Mb/s 鏈 路 中 央 服 務(wù) 器 NETWORK PRINCIPLE 4- 67 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 萬 兆 以 太 網(wǎng)u 萬 兆 以 太 網(wǎng) 與 10 Mb/s， 100 Mb/s 和 1 Gb/s 以 太 網(wǎng) 的 幀 格

64、式 完全 相 同 。u 萬 兆 以 太 網(wǎng) 還 保 留 了 802.3 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定 的 以 太 網(wǎng) 最 小 和 最 大 幀 長 ，便 于 升 級 。u 萬 兆 以 太 網(wǎng) 不 再 使 用 銅 線 而 只 使 用 光 纖 作 為 傳 輸 媒 體 。u 萬 兆 以 太 網(wǎng) 只 工 作 在 全 雙 工 方 式 ， 因 此 沒 有 爭 用 問 題 ， 也 不 使 用 CSMA/CD 協(xié) 議 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 68 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 萬 兆 以 太 網(wǎng) 的 物 理 層u 局 域 網(wǎng) 物 理 層 LAN PHY。 局 域 網(wǎng) 物 理 層 的 數(shù) 據(jù) 率 是 10

65、.000 Gb/s。u 可 選 的 廣 域 網(wǎng) 物 理 層 WAN PHY。 廣 域 網(wǎng) 物 理 層 具 有 另 一 種 數(shù) 據(jù) 率 ，這 是 為 了 和 所 謂 的 “ Gb/s” 的 SONET/SDH（ 即 OC-192/STM-64）相 連 接 。l 為 了 使 萬 兆 以 太 網(wǎng) 的 幀 能 夠 插 入 到 OC-192/STM-64 幀 的 有效 載 荷 中 ， 就 要 使 用 可 選 的 廣 域 網(wǎng) 物 理 層 ， 其 數(shù) 據(jù) 率 為 9.95328 Gb/s。 NETWORK PRINCIPLE 4- 69 4.4 高 速 以 太 網(wǎng)n 端 到 端 的 以 太 網(wǎng) 傳 輸u 萬

66、 兆 以 太 網(wǎng) 的 出 現(xiàn) ， 以 太 網(wǎng) 的 工 作 范 圍 已 經(jīng) 從 局 域 網(wǎng) （ 校 園 網(wǎng) 、企 業(yè) 網(wǎng) ） 擴(kuò) 大 到 城 域 網(wǎng) 和 廣 域 網(wǎng) ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 了 端 到 端 的 以 太 網(wǎng) 傳輸 。u 這 種 工 作 方 式 的 好 處 是 ： l 成 熟 的 技 術(shù)l 互 操 作 性 很 好l 在 廣 域 網(wǎng) 中 使 用 以 太 網(wǎng) 時 價 格 便 宜 。 l 統(tǒng) 一 的 幀 格 式 簡 化 了 操 作 和 管 理 。 NETWORK PRINCIPLE 4- 70 n 習(xí) 題 ：n 本 章 習(xí) 題 請 上 網(wǎng) 查 閱 教 學(xué) 網(wǎng) 頁 ：http:/ lTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeM