快速以太网的拓扑结构

首先网络中的每个结点都能访问总线，通过总线发送 数据，称为多路访问。 在发送数据前，结点需要先“听”一下总线上是否有 数据信号，这个过程称为载波侦听。 如果“听”到总线没有数据信号，总线空闲，那么结 点就将数据帧发送出去。此时也有可能另一站点同时 检测到总线空闲，也发送了数据帧，便发生了“冲 突”，如图3-4所示，在A发送的数据还未到达B站点 时、B站点也检测到总线空闲，发送了数据帧，这时便 发生了冲突。
三、局域网的特点与关键技术
局域网区别于一般的广域网，局域网通常具备以下特点： 地理范围较小，一般为数百米至数公里的区域范围之内。 可覆盖一个办公室、一栋大楼、一个公司、一个企业、 一个校园等。 数据传输速率高，早期的一般为10~100Mbps的传输速 率，目前1000Mbps的局域网非常普遍，可适用于如语 音、图像、视频等各种业务数据信息的高速交换。 数据误码率低，一般为10-8~10-11，这是因为局域网通常 采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输媒体，从 而提高数据传输质量。 一般以PC为主体，还包括终端及各种外设，网络中一般 不架设主骨干网系统。 协议相对比较简单，结构灵活，建网成本低，周期短， 便于管理和扩充。
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第3章 局域网的工作原理
局域网是20世纪70年代随着个人微机及办公自动化的 广泛应用而发展起来的覆盖地理范围较小的计算机网络， 如一个办公室、一栋大楼、一个公司、一个企业、一个校 园等，以便共享资源和交换信息。局域网络一般是专用的， 由单一组织机构所使用。局域网的发展虽然只有短短的30 几年，但已经有了共享访问技术、交换技术、高速网络技 术、无线网络技术等，并且美国电气和电子工程协会 （IEEE）于1980年2月专门成立局域网标准化委员会（简 称802委员会）对局域网的标准进行研究，使局域网一开 始就朝着标准化方向发展，现在已经有了自己的标准体系， 并成为了一个广泛使用的成熟技术。
一、以太网CSMA/CD协议
1、以太网的发展 以太网最早由Xerox（施乐）公司在1975年创建。 1980年，DEC（数字装备公司）、lntel（英特尔公司）和 Xerox三家公司联合推出以太网(EtherNet)规约，即 Ethernet V1标准。 1982年，修改为第二版，DIX Ethernet V2。 1983年，IEEE 802 委员会以DIX Ethernet V2为基础，推 出了IEEE802.3标准，IEEE802.3又叫做具有 CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)的网络。 IEEE802.3以太网标准是应用最为广泛的局域网，包括标 准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）、千兆 以太网（1000Mbit/s）和１０Ｇ（１０Gbit/s）以太网系 列，它们都采用CSＭＡ／ＣＤ访问控制方法，符合 IEEE802.3标准。


固定分配：该方式采用固定频分复用，把信道固定频分 给所有节点，每个节点根据固定的信道配额进行数据传 输。在该方式下，没有数据发送的结点所拥有的信道资 源将是空闲的，因而带来较多的信道资源浪费。 需要分配：该方式采用统计时分复用，把信道资源分成 较小的时隙，每个结点能够在较短的时间内分配到信道 时隙并根据需要进行数据传输。基于预约的面向固定优 先权的按需分配FPODA（Fixed Priority Oriented Demand Assignment）就是一种需要分配方式。
② LLC子层。 LLC子层在MAC子层的支持下向网络层提供服务。 LLC子层与传输介质无关，隐藏了各种局域网技术之 间的差别，向网络层提供一个统一的信号格式与接口。 LLC子层的作用是在MAC子层提供的介质访问控制和 物理层提供的比特服务的基础上，将不可靠的信道处 理为可靠的信道，确保数据帧的正确传输。LLC子层 的功能主要是建立、维持和释放数据链路，提供一个 或多个服务访问点SAP，为网络层提供面向连接的或 无连接的服务。另外，LLC子层还提供差错控制、流 量控制和发送顺序控制等大部分数据链路层功能。
最大段长度（m） 500 185 100 2000 100 100 2000 550 5000 25 100
备注 很少使用 很少使用 最便宜的10M到桌面 适合于楼间使用 4对3类线 1对5类线,全双工 长距离,全双工 多模光纤 单模光纤或多模光纤 2对STP 4对5类线
表3-1 以太网命名
3、以太网CSMA/CD工作过程
名称 10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-F 100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T
传输介质 粗同轴电缆 细同轴电缆 UTP 光纤 UTP UTP 光纤 长波光纤 短波光纤 STP UTP
IEEE802 局域网标准 图3-1 IEEE802标准
二、局域网的组成
图3-2 局域网的组成示意图
一个局域网的基本组成主要有： 网络服务器：提供不同网络服务的计算机 网络工作站 ：用户通过网络工作站来访问网络的资源， 如各种 PC 机 网络适配器：网卡 传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤及无线介质 网络设备：中继器、集线器、网桥、交换机、路由器 网络软件：网络操作系统、网络数据库管理系统和网 络应用软件

局域网设计中主要考虑的因素是能够在较小的地理 范围内更好的运行、资源得到更好的利用、传输的信 息更加安全以及网络的操作和维护更加简便等。这些 要求决定了局域网的技术： 拓扑结构。 传输介质。 介质访问方法。传统的局域网介质属于共享信道，即 所有结点共享信道资源，介质访问方法是指网络结点 如何有序访问共享介质的方法或者说如何为各个结点 分配信道的方法。根据信道配额分配的方式不同，有 如下几种类型：
2、以太网的命名 根据以太网使用的电缆类型和信号处理方 法，习惯用类似于“10Base-T”的方式进行命名。 这种命名方式由三个部分组成。 10：表示速率，单位是Mbps。 Base:表示传输机制，Base代表基带，Broad代表 宽带。 T:传输介质，T表示双绞线，F表示光纤。 具体命名以下表所示：



适用分配：该方式采用动态频分复用，对信道进行频分复 用的情况下，并不把划分好的频段分配给各个结点，而是 在各结点有数据发送需要时才随机分配一个频段给结点， 提高了信道的利用率。在无线通信中，小灵通就采用了这 种信道分配方式。 探询访问：这种方式下，系统逐个探询（轮询）每个结点， 把信道使用权授予需要数据传输又恰好被探询到的结点。 探询方式下，相当的信道资源浪费在逐个探询的时间上。 采用令牌机制的环网就是属于探询访问。 随机访问：这种方式下，系统建立相应的规则，然后让结 点自己争用信道资源。因此在随机访问方式下，信道资源 最大地被结点所利用。但由于采用竞争方式，结点间的数 据发送冲突也会给信道资源带来一定损失。以太网中采用 的载波监听多路访问／冲突检测协议CSMA/CD就是一种随 机访问方式。
四、局域网参考模型
图3-3 局域网参考模型与OSI的比较
（1）物理层 物理层的主要作用和OSI定义的物理层作用是 一样的，主要是处理机械、电气、功能和规程等 方面的特性，确保在通信信道上二进制位信号的 正确传输。
2）数据链路层 在OSI/RM参考模型中，数据链路层的功能简 单，它只负责把数据从一个结点可靠地传输到相 邻的结点。在局域网中，由于多个站点共享传输 介质，在结点间传输数据之前必须先解决介质访 问顺序，因此数据链路层要有介质访问控制功能。 由于介质的多样性，所以必须提供多种介质访问 控制方法。为此IEEE 802标准把数据链路层划分 为两个子层：逻辑链路控制（Logical Link Control， LLC）子层和介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层。
名称传输介质最大段长度m备注10base5粗同轴电缆500很少使用10base2细同轴电缆185很少使用10basetutp100最便宜的10m到桌面10basef光纤2000适合于楼间使用100baset4utp1004对3类线100basetxutp1001名称传输介质最大段长度m备注10base5粗同轴电缆500很少使用10base2细同轴电缆185很少使用10basetutp100最便宜的10m到桌面10basef光纤2000适合于楼间使用100baset4utp1004对3类线100basetxutp100155全全工工对对类线双100basefx光纤2000长距离全双工1000basesx长波光纤550多模光纤1000baselx短波光纤5000单模光纤或多模光纤1000basecxstp252对stp1000basetutp1004对5类线100basefx光纤2000长距离全双工1000basesx长波光纤550多模光纤1000baselx短波光纤5000单模光纤或多模光纤1000basecxstp252对stp1000basetutp1004对5类线表31以太网命名3以太网csmacd工作过程?首先网络中的每个结点都能访问总线通过总线发送数据称为多路访问
一、了解局域网的发展与标准化； 二、局域网的组成； 三、局域网技术特点； 四、局域网参考模型及各层功能；
一、局域网的发展与标准化
局域网的发展 20世纪60年代末，夏威夷大学的Norman Abramson及其同事 研制了一个名为 ALOHA系统的无线电网络，这种共享公共传 输信道模式的无线电网络，就是以太网的思想起源。 1972年，Bell（贝尔）公司提出了两种环型局域网技术。 1973年，Bob Metcalfe和David Boggs发明了总线型局域网技 术。 1980年，DEC（数字装备公司）、Inter（因特尔公司）和 Xerox(施乐公司)共同制定了10Mb/s以太网标准规范，即 Ethernet V1.0以太网规范。 1980年2月 IEEE成立了802委员会，专门研究局域网的标准化 并先后提出了一系列标准, 如图3-1所示,且仍有新标准不断加入。
本章学习要求：
1．了解局域网的发展与标准化、局域网的组成和局域网 特点； 2．理解局域网参考模型及各层功能； 3．掌握共享式局域网的工作原理； 4．掌握交换式局域网的工作原理； 5．了解高速局域网的发展方向和主流技术； 6．理解无线局域网的工作原理，掌握无线局域网的组建 方网的发展，历史上以太网帧格式 有五种 ，现在我们介绍的是IEEE802.3一 般帧格式，其格式如下图所示：
图中各字段含义如下： 前导码字段(P)：作用是使接收端进入同步状态，以便 数据的接，其格式为7个字节的10101010； 帧开始标志(SFD)：紧跟在前导码字段之后标识本信息 帧的开始，其格式为10101011，当控制器将接收帧送 入缓冲器时，前导码字段(P)和帧开始标志(SFD)均被 去除，类似地当控制器发送帧时，这两个字段作为前 缀加入帧中，下面我们在计算最小帧长和最大帧时都 是指去除前缀时的长度；
3.2 共享介质局域网的工作原理
共享介质局域网主要是指多个结点共享传输介质， 如总线型局域网、环型局域网等。共享介质局域网的 关键是，多个结点如何共享介质，即介质访问控制方 法。介质访问控制方法有多种，其中一些方法因得不 到国际认可而逐步淘汰，最常用的是以太网带有冲突 检测的载波监听多路访问CSMA/CD 技术和令牌环 Token Ring技术、令牌总线Token Bus技术。 一、以太网CSMA/CD协议 二、令牌环网Token Ring协议 三、令牌总线网Token Bus协议
冲突现象 图3-4发生冲突


所以在发送数据帧的同时，还需要继续监听总 线，检测是否发生了冲突，称为冲突检测。如 果检测到了冲突，就马上停止数据发送,并发 送一个加强干扰信号，用以通知总线上其他各 有关站点发生了冲突。 如果检测到有总线上有数据信号，结点便避让 一段时间后再尝试。
4、退避算法 上面谈到在监听总线过程中，如果检测到有总线上有 数据信号，结点便避让一段时间后再尝试,决定退让 时间的方法称为退避算法，常用的退避算法有非坚 持、1-坚持、P-坚持3种。 (1)非坚持算法。如果检测到有总线上有数据信号，则 等待一个随机时间，再去重新检测总线。它的缺点 是，可能有几个站点要发送数据，且都检测到总线 上有信号，则都会等待一个随机时间，可能就在这 个随时时间里，总线上数据传完，处于空闲状态， 故使用率降低。
(2)1-坚持算法。若发生了冲突，则采用二进制指数退避 算法延迟一段时间再去检测。它的优点是，总线利用 率高，缺点是假若有两个或两个以上的站点有数据要 发送，冲突就不可避免。以太网就是采用这种方法。 (3)P-坚持算法。如果检测到总线是空闲的，则以P的概 率发送，而以1-P的概率延迟一个时间单位发送。延 迟后，再检测，若空闲，再以P的概率发送，1-P的概 率延迟发送。P-坚持算法的关键在于选择P的有效值， P过大，冲突就不可避免，P过小，则总线利用率低。
① MAC子层。 介质访问控制子层构成数据链路层的下半部，它直 接与物理层相邻。MAC子层的一个功能是支持LLC子 层完成介质访问控制功能，MAC子层为不同的物理介 质定义了不同的介质访问控制标准。MAC子层的另一 个主要的功能是在发送数据时，将从上一层接收的数 据组装成带MAC地址和差错检测字段的数据帧；在接 收数据时拆帧，并完成地址识别和差错检测。