1、第五章第五章局域网与介质访问子局域网与介质访问子层层主要内容主要内容5.1 局域网概述5.2 局域网体系机构:IEEE802参考模型 5.3 介质访问控制技术 CSMA/CD；Token Ring5.4 以太网祯类型5.5 以太网分类：10M.100M等 局域网的定义与发展过程局域网的定义与发展过程 它的发展般分为三个阶段：（1）60年代末至70年代初是萌芽阶段。（2）70年代中期是局域网发展的一个重要阶段。（3）80年代初期是局域网走向大发展的时期。局域网发展趋势局域网发展趋势 高速，10G Ethernet 移动，无线局域网 IEEE 802.112.2.局域网特点局域网特点 高数据传输率
2、（10 1000 Mbps）；短距离（0.1 10 km）；低出错率（10-8 10-11）；5.1 局域网概述局域网概述局域网的特性：局域网的特性：(1)拓扑结构总线：对应协议CSMA/CD、令牌总线环形：令牌环、FDDI星形:计算机交换机CBX(2)传输媒体基带系统 宽带系统(3)媒体访问控制CSMA/CD 令牌环 令牌总线 FDDI2.2.网卡的作用网卡的作用 网络接口板又称为通信适配器网络接口板又称为通信适配器(adapter)(adapter)或网络接口或网络接口卡卡 NIC(Network Interface Card)NIC(Network Interface Card)，或，或
3、“网卡网卡”。网卡的重要功能：网卡的重要功能：-进行串行进行串行/并行转换。并行转换。-对数据进行缓存。对数据进行缓存。-在计算机的操作系统安装设备驱动程序。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。-实现以太网协议。实现以太网协议。数据封装、解封装；链路管理数据封装、解封装；链路管理 CSMA/CD;CSMA/CD;编码与译码编码与译码-网卡由唯一的网卡由唯一的MACMAC地址标识：地址标识：如如00008080c8c84b4bebeb0a0a共共48bit48bit前前24bit 0024bit 008080c8 c8 是厂家标识符；是厂家标识符；后后24bit 4b24bit 4bebeb0a
4、 0a 是系列号；是系列号；物理网络中的任意一台网络设备：网卡、交换机、物理网络中的任意一台网络设备：网卡、交换机、网桥、路由器、网桥、路由器、hubhub等都有一个全球唯一的等都有一个全球唯一的macmac地地址。址。计算机通过网卡计算机通过网卡和局域网进行通信和局域网进行通信 CPU高速缓存存储器I/O 总线计算机至局域网网络接口卡（网卡）串行通信并行通信5.2 局域网体系结构局域网体系结构(1)5.2.1 IEEE8025.2.1 IEEE802参考模型参考模型 19801980年年2 2月局域网标准化委员会（月局域网标准化委员会（IEEE802IEEE802委员会）委员会）成立以来，该
5、委员会制定一系列局域网标准，称成立以来，该委员会制定一系列局域网标准，称为为IEEE802IEEE802标准。标准。5.2 局域网体系结构局域网体系结构(2)5.2.1 IEEE802参考模型 5.2.2 每层的功能每层的功能IEEE802IEEE802参考模型的最低层对应于参考模型的最低层对应于OSIOSI模型中的物理模型中的物理层，包括以下功能：层，包括以下功能：信号的编码信号的编码/解码解码 机械的机械的,电气的电气的,功能的功能的,规程的特性规程的特性比特的传输比特的传输/接收接收 LLC LLC 和和 MACMAC的功能与的功能与OSI OSI 数据链路层类似：数据链路层类似：7.2
6、 局域网体系结构局域网体系结构(3)5.2 局域网体系结构局域网体系结构(4)逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层 LLCLLC（Logical Link ControlLogical Link Control）功能功能：LLCLLC子层提供确认机制和流量控制，子层提供确认机制和流量控制，MAC MAC子层不提子层不提供，当供，当支持支持IPIP协议是不需要协议是不需要LLCLLC此功能此功能；LLCLLC隐藏了不同隐藏了不同802MAC802MAC子层的差异，为网络层提供子层的差异，为网络层提供单一的格式和接口；单一的格式和接口；对于同一个对于同一个LLCLLC，可以提供多个，可以提供多个MAC
7、MAC选择选择；5.2 局域网体系结构局域网体系结构(5)-介质访问控制子层介质访问控制子层 MACMAC（Medium Access ControlMedium Access Control）-功能：功能：组装数据帧，拆帧，并完成地址识别和差错组装数据帧，拆帧，并完成地址识别和差错检测；检测；信道的分配信道的分配 ，从而解决信道的竞争，从而解决信道的竞争(引入引入macmac的主要原因）。的主要原因）。-LLC子层发送数据封装发送介质访问管理接收介质访问管理接收数据解封MAC子层发送数据编码接收数据解码7.2 局域网体系结构局域网体系结构(6)IEEE802.2标准定义的帧格式有标准定义的帧
8、格式有llc帧头，以太网中没有。帧头，以太网中没有。7.2.3 帧格式LLCLLC帧的说明帧的说明 LLCLLC帧的说明帧的说明没有分界符及校验字段；没有分界符及校验字段；LLCLLC帧是帧是MACMAC帧中的数据字段；帧中的数据字段；有源地址（源服务访问点），这样适应于点有源地址（源服务访问点），这样适应于点点、点点、点多多点及广播式通信。点及广播式通信。LLCLLC帧控制字段和帧控制字段和HDLCHDLC中的控制字段一样，控制字段将中的控制字段一样，控制字段将LLCLLC帧帧分为信息帧、管理监控）帧、无编号帧，分别完成不同的分为信息帧、管理监控）帧、无编号帧，分别完成不同的功能。功能。80
9、2.2802.2标准总的说来是基于标准总的说来是基于HDLCHDLC数据链路控制协议数据链路控制协议5.2 局域网体系结构局域网体系结构(7)802.1网际互连802.2逻辑链路控制物理层物理层物理层物理层802.3媒体访问802.6媒体访问802.5媒体访问802.4媒体访问802.1寻址管理802.1体系结构网际互连逻辑链路控制LLC媒体访问控制MAC物理层802标准在网络体系结构中的位置5.2.4 IEEE802系列标准IEEE 802系列标准定义了若干种LAN，包括对物理层、MAC子层的定义和描述。它的组成如下：802.1 基本介绍和接口原语定义 802.2 逻辑链路控制（LLC）子层
10、 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 802.5 采用令牌环（Token Ring）技术的局域网 802.6定义城域网（MAN）介质访问控制子层与物理层的规范。802.8定义光纤技术。802.10定义局域网安全规范。802.11定义无线局域网技术。5.3局域网技术（局域网技术（1）5.3.15.3.1信道分配信道分配 信道分配方法有两种信道分配方法有两种-静态分配静态分配 频分多路复用频分多路复用 FDMFDM（波分复用（波分复用WDMWDM）时分多路复用时分多路复用 TDMTDM 优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的
11、通信优点：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；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化。缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。-动态分配动态分配 关键问题：如何解决对信道争用，尽量减少冲突，关键问题：如何解决对信道争用，尽量减少冲突，引入引入MACMAC层层 该哪个结点发送数据？该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件为这样的连接方法既简单
12、又可靠，因为总线上没有有源器件。5.3局域网技术（局域网技术（3）B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据（1 1）以太网的广播方式发送）以太网的广播方式发送（2 2）以太网的通信）以太网的通信：无连接无确认无连接无确认 这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。概率是很小的。（3 3）以太网提供的服务）以太网提供的服务 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
13、当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。差错的纠正由高层来决定。如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。5.3.25.3.2带冲突检测的载波监听多路访问协议带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CDCSMA/CD5.3.2.1 5.3.2.1 载波监听多路访问协议载波监听多路访问协议CSMACSMA（Carrier Sense Car
14、rier Sense Multiple Access ProtocolsMultiple Access Protocols）多路访问多路访问（Multiple AccessMultiple Access）-多个用户共用一条线路多个用户共用一条线路 载波监听载波监听（Carrier SenseCarrier Sense）-站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有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。送帧以避免冲突。载波侦听多路访问协议载波侦听多路访问协议CSMACSM
15、A 载波侦听多路访问（载波侦听多路访问（CSMACSMA）的策略，也叫做先听）的策略，也叫做先听后说。后说。希望传输的站首先对媒体进行侦听，以确定是否希望传输的站首先对媒体进行侦听，以确定是否有别的站在传输。有别的站在传输。如果媒体空闲，该站就可以传输，否则，该站将如果媒体空闲，该站就可以传输，否则，该站将退避一段时间后再尝试。退避一段时间后再尝试。采用采用CSMACSMA，需要一种算法来决定，当发现媒体忙，需要一种算法来决定，当发现媒体忙时如何处理。常用的有三种算法。时如何处理。常用的有三种算法。非坚持型非坚持型CSMACSMA 1-1-坚持型坚持型CSMACSMA P P坚持型坚持型CSM
16、ACSMA。1-1-坚持型坚持型CSMACSMA（1-persistent CSMA1-persistent CSMA）-原理原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送；若站点发现信道空闲，则发送；若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。此协议就叫做此协议就叫做1-1-持续持续CSMACSMA，因为站点一旦发现信道空闲，因为站点一旦发现信道空闲，其发送数据的概率是其发送数据的概率是1 1
17、。优点：减少了信道空闲时间；优点：减少了信道空闲时间；缺点：增加了发生冲突的概率；缺点：增加了发生冲突的概率；非坚持非坚持型型CSMACSMA（nonpersistentnonpersistent CSMA CSMA）-原理原理 若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送；若站点发现信道空闲，则发送；若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程；过程；若产生冲突，该站点将不再继续侦听信道，等待若产生冲突，该站点将不再继续侦听信道，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。一随机时间，然后重新开始发送过程。-优点
18、：减少了冲突的概率；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；缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大；-信道效率比信道效率比 1-1-坚持坚持CSMACSMA低，时延可能会长些低，时延可能会长些 。p-p-坚持型坚持型CSMACSMA（p-persistent CSMAp-persistent CSMA）-适用于分槽信道适用于分槽信道-原理原理 若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则以概率若站点发现信道空闲，则以概率p p发送数据，以概发送数据，以概率率q=1-p q=1-p 延迟至下一个时槽发送。延迟至下一个时槽发送
19、。若下一个时槽仍空闲，便再次以概率若下一个时槽仍空闲，便再次以概率p p传送而以概传送而以概率率q q把该次发送推迟到下下个时隙把该次发送推迟到下下个时隙(重复此过程重复此过程)，直至数据发出或时槽被其他站点所占用；直至数据发出或时槽被其他站点所占用；若站点一开始就侦听到信道忙，它就等到下一时隙若站点一开始就侦听到信道忙，它就等到下一时隙，然后开始上述过程。，然后开始上述过程。若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送。5.3.3.2 带冲突检测的载波监听多路访问协议带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD 引入原因引入原因-当两个帧发生冲突
20、时，两个被损坏帧继续传送毫无意义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，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，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，因此产生此产生了了CSMA/CDCSMA/CD 原理原理-站点使用站点使用CSMACSMA协议进行数据发送协议进行数据发送；-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
21、号，使所有的站点都知道发生了冲突；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，再重复上述过在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程。程。补充补充 IEEE802.3IEEE802.3标准采用标准采用1-CSMA/CD1-CSMA/CD 工作状态工作状态-传输周期传输周期-竞争周期竞争周期-空闲周期空闲周期 问题问题-一个站点确定发生冲突要花多少时间？一个站点确定发生冲突要花多少时间？最坏情况下，最坏情况下，2 2倍电缆传输时间倍电缆传输时间站点要求发送有载波？发送一帧信息有冲突？发出阻塞信号冲突 16？延时处理放弃发送另作处理一次发送结束图4.
22、3 CSMA/CD发送过程流程图YNYNNY5 5.3.2.3.3.2.3 补充说明补充说明因为是载波监听，所以对应的是因为是载波监听，所以对应的是模拟系统模拟系统。对于冲突检测，一般是当信号摆动超过正常值时，认为冲突对于冲突检测，一般是当信号摆动超过正常值时，认为冲突发生，发生，IEEEIEEE规定在发送器的接入点测到电缆上的信号超过发规定在发送器的接入点测到电缆上的信号超过发送器单独产生的幅值时，即为检测到冲突。送器单独产生的幅值时，即为检测到冲突。基带系统时基带系统时对于冲突检测，一般是通过对于冲突检测，一般是通过检测电压脉冲串检测电压脉冲串来做到这一点。来做到这一点。监听时，例如：对于
23、曼彻斯特编码的的信道，线路上没有信监听时，例如：对于曼彻斯特编码的的信道，线路上没有信号跳变发生，即为空闲。有就是忙。号跳变发生，即为空闲。有就是忙。将冲突发生后的时间划分为长度为将冲突发生后的时间划分为长度为51.251.2微秒的时槽微秒的时槽(512bit 10M/S)(512bit 10M/S)；发生第一次冲突后，各个站点等待发生第一次冲突后，各个站点等待 0 0 或或 1 1 个时槽再开个时槽再开始重传；始重传；发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0,1,20,1,2或或3 3个时槽再开始重传；个时槽再开始重传；第第 i i 次冲突后，在次冲
24、突后，在 0 0 至至 2 2i i-1-1 间随机地选择一个等待间随机地选择一个等待的时槽数，再开始重传；的时槽数，再开始重传；1010次冲突后，选择等待的时槽数固定在次冲突后，选择等待的时槽数固定在0 0至至2 21010-1-1间；间；1616次冲突后，发送失败，报告上层次冲突后，发送失败，报告上层。5.3.2.4 二进制指数后退算法二进制指数后退算法 （binary exponential backoff）IBM IBM 在在8080年代第一个提出令牌环网标准年代第一个提出令牌环网标准 IEEE 802.5 IEEE 802.5 速率：速率：1M/4M/16M1M/4M/16M 拓扑：
25、环型拓扑：环型 介质：双绞线、同轴、光纤介质：双绞线、同轴、光纤 编码：曼彻斯特编码：曼彻斯特令牌环网实际是由多个单独的点对点（环接口）链路令牌环网实际是由多个单独的点对点（环接口）链路组成环上跑有令牌和信息帧组成环上跑有令牌和信息帧令牌（令牌（TokenToken）是一种特殊的比特组合模式，一个站）是一种特殊的比特组合模式，一个站要发送帧时，需要抓住令牌，并将其移出环；要发送帧时，需要抓住令牌，并将其移出环；5.3.3 IEEE 802.5令牌环 Token Ring数据帧结构：SDFCSADAFSEDCRCDATACRC1 byteJK0JK000起始定界6 byte目的地址6 byte源
26、地址 数据无限制4 byteCRC校验ACSDEDAC3字节的令牌信息帧：访问控制字节1 byte PPPTMRRR PPP：优先级 T：标记位，帧/令牌 M：监控位，监视错帧 RRR：预约 帧控制字节1 byte 帧状态ACxxACxxA：地址识别C：帧复制X:预留位1 byte 结束定界JK1JK1IE I：是否最后一帧E：帧是否有错 帧控制域 FC 用于将数据帧和控制帧区别开来和进行环的维护；FS:由接收站点设置,表示该帧已经被阅读n802.5 802.5 避免冲突。避免冲突。n在环上的每个站点都有两种状态在环上的每个站点都有两种状态:侦听和发送侦听和发送.开始时所有站开始时所有站点都处
27、于侦听状态点都处于侦听状态.n令牌环技术基于采用绕环循环的一个三个字节的令牌环技术基于采用绕环循环的一个三个字节的小令牌小令牌(Token)(Token)帧帧。环中无信息时，环中无信息时，3 3字节的令牌一直旋转下去。字节的令牌一直旋转下去。n希望传输的站必须等待，直到它检测到一个经过的闲令牌。此希望传输的站必须等待，直到它检测到一个经过的闲令牌。此时，保留这个令牌时，保留这个令牌,并在自己的并在自己的NICNIC上设置一个提示上设置一个提示,即即状态转状态转换为发送状态换为发送状态,然后发送一个数据帧然后发送一个数据帧 .把令牌的把令牌的 ACAC字节中的字节中的 T T 位由位由 0 0
28、变为变为 1 1，前两字节变为帧头，后面跟要发送的数据帧，前两字节变为帧头，后面跟要发送的数据帧，将该帧发到环上，该站这时持有令牌（持牌时间将该帧发到环上，该站这时持有令牌（持牌时间 10ms10ms）。）。n数据将沿环继续传递数据将沿环继续传递,并由处于侦听状态每个站点识别它的目并由处于侦听状态每个站点识别它的目的地址的地址.n当数据帧到达接收点后当数据帧到达接收点后,该站点该站点n接收站将接收站将 FS FS 字节的字节的 A A 位由位由 0 0变为变为 1 1，表示目的站存在，表示目的站存在n检测差错检测差错CRCCRC，校验正确，该接收站拷贝该帧，校验正确，该接收站拷贝该帧，n并将并
29、将 FS FS 字节的字节的C C 位由位由 0 0 变为变为 1 1，表示目的站正确收到，表示目的站正确收到数据，该站在接收过程中同时将该帧转发出去数据，该站在接收过程中同时将该帧转发出去n帧接续沿环前进帧接续沿环前进,直到它回到发送地点直到它回到发送地点n发送站收回发送出去的帧，检查发送站收回发送出去的帧，检查 FS FS 的的 A A 位和位和 C C 位的状态，位的状态，A=0A=0，C=0C=0，目的站不存在或未加电；，目的站不存在或未加电；A=1A=1，C=0C=0，目的站存在但帧未被接收；，目的站存在但帧未被接收；A=1A=1，C=1C=1，目的站存在且帧被复制。，目的站存在且帧
30、被复制。同时将该帧从环上移走，在持牌时间允许的范围内，继续同时将该帧从环上移走，在持牌时间允许的范围内，继续 发下一帧，一直到结束，然后重新将令牌放回到环上。变发发下一帧，一直到结束，然后重新将令牌放回到环上。变发送状态为侦听状态。送状态为侦听状态。1 1 优先级和保留优先级和保留n每个站点都有一个优先级码每个站点都有一个优先级码.当一个数据帧或令牌帧经当一个数据帧或令牌帧经过该站点时过该站点时,它可以把自己的优先码写到该帧的访问控它可以把自己的优先码写到该帧的访问控制字段制字段(AC),(AC),以获得发送权以获得发送权n如果高低优先级的站点都有数据要发送如果高低优先级的站点都有数据要发送,
31、高优先级的高优先级的站点有权替代低优先已经写在站点有权替代低优先已经写在ACAC中的信息中的信息n优级相同的优级相同的 站点之间采用先到先服务的站点之间采用先到先服务的 原则原则2 2 监控站点监控站点n若干问题可能会中断令牌环网的正常通信若干问题可能会中断令牌环网的正常通信n令牌帧被损坏令牌帧被损坏,环中没有令牌环中没有令牌,所有站点都不能发送数所有站点都不能发送数据据n数据帧因为被躁声影响而没有被回收数据帧因为被躁声影响而没有被回收n为了处理这些情况为了处理这些情况,引入监控站点引入监控站点n监控站点每当令牌经过时就设置一个定时器监控站点每当令牌经过时就设置一个定时器,如果在规如果在规定时
32、间内令牌没有回来定时间内令牌没有回来,就认为令牌被损坏就认为令牌被损坏,它重新生它重新生成一个令牌放到环上成一个令牌放到环上n监控站点通过在每个数据帧的监控站点通过在每个数据帧的ACAC字段设置一个比特来防字段设置一个比特来防止出现永久循环的帧止出现永久循环的帧.当一个帧经过时间当一个帧经过时间,监控站点检监控站点检查该比特查该比特,如果该比特没有被设置如果该比特没有被设置(比如是比如是0),0),就设置该就设置该比特比特.如果发现该比特已经被设置过了如果发现该比特已经被设置过了,说明该帧已经说明该帧已经绕环一周绕环一周,应该删掉应该删掉n如果一个监控站点失败了如果一个监控站点失败了,另外设计
33、一个备分的站点作另外设计一个备分的站点作为监控站点为监控站点3 3 帧类型帧类型数据帧数据帧令牌帧令牌帧异常终止帧异常终止帧n仅包含仅包含SD,ED,SD,ED,不包含信息不包含信息n发送站点产生发送站点产生,用来终止自己的传输用来终止自己的传输n监控站点产生监控站点产生,用来清除线路上旧的帧用来清除线路上旧的帧4 4 环的实现环的实现A.A.环环令牌环的环包含一系列令牌环的环包含一系列150150欧姆欧姆,屏蔽双绞线构成的段屏蔽双绞线构成的段,每每个段将一个站点的输出端口和另一个站点的输入端口相连个段将一个站点的输出端口和另一个站点的输入端口相连,构成一个单向通信的环构成一个单向通信的环。帧
34、按顺序到达每个站点帧按顺序到达每个站点,在每个站点它被检查在每个站点它被检查,重新生成重新生成,然后交到下一个站点帧在每个站点都重新生成。然后交到下一个站点帧在每个站点都重新生成。问问:如果具体的计算机直接连到环上如果具体的计算机直接连到环上,那么每个站点是不是那么每个站点是不是都不允许关机都不允许关机?或者任何一个站点发生故障都会一起麻烦或者任何一个站点发生故障都会一起麻烦?B.B.交换机交换机n为了解决网络节点的上述问题为了解决网络节点的上述问题,每个节点都和一个自动每个节点都和一个自动交换机相连交换机相连。n环不直接通过计算机环不直接通过计算机,而是通过每个交换机而是通过每个交换机n如果
35、一个站点发生故障或关机如果一个站点发生故障或关机,NIC,NIC发送一个信号给交换发送一个信号给交换机机,交换机做开关切换构成一个回路交换机做开关切换构成一个回路,绕开该站点绕开该站点,称作称作旁路。旁路。n如果一个被旁路的站点需要加入环如果一个被旁路的站点需要加入环,也由也由NICNIC发一个信号发一个信号给交换机给交换机,交换机做开关切换交换机做开关切换C.C.多路点访问单元多路点访问单元n在实际实现中在实际实现中,自动交换机可以整合到一个集线器中自动交换机可以整合到一个集线器中,这这个集线器叫做多路点访问单元个集线器叫做多路点访问单元n使用多路点访问单元使用多路点访问单元,逻辑上网络是环
36、型的逻辑上网络是环型的,物理上拓扑物理上拓扑结构可以是星型的结构可以是星型的5.3.4光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口FDDIFDDIFDDI（Fiber Distributed Data InterfaceFiber Distributed Data Interface）特征特征-使用多模光纤作为传输介质使用多模光纤作为传输介质-MACMAC协议与协议与 Token Ring Token Ring 类似类似-100M100M的速率的速率-采用采用4B5B4B5B编码方法编码方法-最大距离最大距离200200公里公里-最多最多10001000个站点个站点-通常作为连接通常作为连接LANLA
37、N的主干网络的主干网络-FDDIFDDI在设计时在设计时,100Mbps,100Mbps只能通过光纤实现只能通过光纤实现.今天今天,相相同的速率通过铜缆同样可以达到同的速率通过铜缆同样可以达到.-FDDI FDDI的铜缆版本叫的铜缆版本叫CDDICDDIFDDI FDDIFDDI采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输，副环为采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输，副环为冗余的备用环冗余的备用环。FDDI FDDI has four specifications1 1 访问方式访问方式:令牌传递令牌传递nFDDIFDDI中中,访问是由时间控制的访问是由时间控制的,一个站点在它所分一个站点
38、在它所分配的时间间隔内可以发送任意多个帧配的时间间隔内可以发送任意多个帧,附带条件是实附带条件是实时的帧首先发送时的帧首先发送n为了实现这种机制为了实现这种机制,FDDI,FDDI区分了两种不同的帧区分了两种不同的帧,实实时帧时帧S S和非实时帧和非实时帧A An每个获取令牌的站点首先发送每个获取令牌的站点首先发送S S帧帧,且即使时间间隔且即使时间间隔用完了用完了,如果仍有如果仍有S S帧帧,继续发送继续发送.n剩下的分配给它的时间用于发送剩下的分配给它的时间用于发送A A帧帧节点节点 FDDIFDDI定义了三种节点定义了三种节点:双连接站点双连接站点(DAS),(DAS),单连接站单连接站
39、点点(SAS)(SAS)和双连接集中连接器和双连接集中连接器(DAC)(DAC)DAS:DASDAS:DAS用两个用两个MIC(MIC(介质接口连接器介质接口连接器)同时连接到两同时连接到两个环上个环上.n同时连接到两个环提高了站点的可靠性同时连接到两个环提高了站点的可靠性.n需要具有两个输入和两个输出的昂贵的需要具有两个输入和两个输出的昂贵的MICMICn站点必须保持活跃站点必须保持活跃5.4以太网祯类型Ethernet II帧格式帧格式前导信息前导信息通知接收节点有数据输入并且指示数据流准备什通知接收节点有数据输入并且指示数据流准备什么时候开始。在计算一个帧的总长度时前导信息不包括在么时候
40、开始。在计算一个帧的总长度时前导信息不包括在内。内。IEEE 802.2帧格式帧格式目标MAC地址 6字节源MAC地址 6字节长度 2字节数据 431497字节FCS 4字节DSAP1字节SSAP1字节控制 1字节控制域一般总为0 x03802.3802.3的数据域（的数据域（LLCLLC帧）帧）目的地址第一位（目的地址第一位（LSB:Least Significant BitLSB:Least Significant Bit）为）为 0 0，表，表示单地址（示单地址（individual addressindividual address）；为）；为 1 1，表示组地址（，表示组地址（gro
41、up group addressaddress），支持），支持MulticastMulticast；目的地址全目的地址全 1 1，为广播地址。源地址第一位（，为广播地址。源地址第一位（LSBLSB）为）为0 0。地址中的第二位（地址中的第二位（LSBLSB）用来区分本地地址和全球地址。）用来区分本地地址和全球地址。-帧长度域（帧长度域（2 2字节，取值在字节，取值在0-15000-1500之间）之间）-数据（数据（0-15000-1500个字节）个字节）-填充（填充（0-460-46字节）字节）-校验和：校验和：CRCCRC校验（校验（4 4个字节）个字节）-扩展域：用于千兆以太网扩展域：用于
42、千兆以太网IEEE 802.3帧格式帧格式物理层：10Base2 10 Mbps baseband coax cable10Base5 10 Mbps baseband coax cable10Base-T 10 Mbps Twisted Pair 100Base-TX 100 Mbps over Category 5 twisted pair100Base-FX 100 Mbps over Fiber Optics1000Base-FX1Gbps over Fiber Optics5.5以太网分类(1)以太网分为：共享式以太网共享式以太网 交换式以太网交换式以太网1 共享式以太网共享式以太网
43、共享式以太网遵从一套称之为具有冲突检测的载波侦听多路访问/冲突检测（C S M A/C D）的通信规则。所有的以太网，不论其速度或帧类型是什么，都使用C S M A/C D。在传播冲突后，该网络接口卡将保持一段时间的静默（时间的长短依赖于网络接口卡的软件和硬件设置，但一般等待时间为9 m s）。半双工、每次只能一个用户使用，只有一个公共信道。以太网分类(2)集线器的一些特点集线器的一些特点 集线器使用了大规模集成电路芯片，可靠性已大大提高。集线器使用了大规模集成电路芯片，可靠性已大大提高。集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统
44、仍然像一个传统的以太网那样运行。个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是使用的还是 CSMA/CD CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。协议，并共享逻辑上的总线。集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层。集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层。2 交换以太网主要设备是交换机，具有很多端口，所以一个交换机能将一个网络段隔离成更小的网络段，这些小网络段彼此独立且只支持它自己的通信业务，因此多个节点可同时发送和接收数据并能独立地利用更多的带宽。交换以太网是一种更新的以太网模型。5.
45、5 交换式以太网交换式以太网交换方法交换方法电路交换、分组交换、报文交换电路交换、分组交换、报文交换后两者属于存储转发方式后两者属于存储转发方式电路交换（circuit switching）通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。线路交换方式的通信包括三种状态：（1）线路建立 （2）数据传送 （3）线路拆除 特点-在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路；-建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短。例-Telephone networks3.6 数据交换技术（数据交换技术（2）11 数据交换技术数据交换技术 电路交换 1)1)优点：数据传输可靠、迅速，数据不优点：数据传输可靠、迅速，
46、数据不会丢失且保持原来的序列。会丢失且保持原来的序列。2)2)缺点：在某些情况下，电路空闲时缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，此，它适用于系统间要求高质量的大量数它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。据传输的情况。3)3)特点：在数据传送开始之前必须先特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。该通路由一对用户完全占用。：报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就
47、是站报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报
48、文传送给下一个节点。，再把整个报文传送给下一个节点。报文交换11 数据交换技术数据交换技术报文交换：报文交换的优点1)电路利用率高。2)在电路交换网络上，当通信量变得很大很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。3)报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。4)报文交换网络可以进行速度和代码的转换。报文交换的缺点1)不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。2)有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。分组交换（Packet
49、Switching）原理原理-信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。文。-分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。特点特点-每个分组头包括目的地址，独立进行路由选择每个分组头包括目的地址，独立进行路由选择-网络结点设备中不预先分配资源网络结点设备中不预先分配资源-线路利用率高；线路利用率高；-结点存储器利用率高；结点存储器利用率高；-易于重传，可靠性高；易于重传，可靠性高；11 数据交换技术数据交换
50、技术分组交换：分组交换：分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。度。它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。每个数据包被独立地处理，就像在报文交换中每个报文每个数据包被独立地处理，就像在报文交换中每个报文被独立地处理那样，每个节点根据一个路由选择算法，为被独立地处理那
