第4章 以太网接入技术
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· 但一个时间只允许接收来自一个端口 的数据，可以向所有其它端口转发。
· 当每个端口收到终端发来的数据时， 就转发到所有其它端口，在转发数据之前， 每个端口都对它进行再生、整形，并重新 定时。
· 集线器往往含有中继器的功能，它工 作在物理层。
· 10 BASE-T以太网几个要点： ■ 10 BASE-T使用两对无屏蔽双绞线， 一对线发送数据，另一对线接收数据。
■ 集线器与站点之间的最大距离为100m。
■ 一个集线器所连的站点最多可以有30 个(实际目前只能达24个)。
■ 可以把多个集线器连成多级星形结构 的网络，这样就可以使更多的工作站连接 成一个较大的局域网。
· 10 BASE-T一般最多允许有4个中继器 （中继器的功能往往含在集线器里）级联。
■ 若图4-7中的集线器改为交换集线器， 此以太网则为交换式以太网。
（2）千兆位以太网的物理层标准
· 千兆位以太网的物理层标准有四种： ①1000 BASE-LX（IEEE 802．3z标准）
· “LX”中的“L代表“长(Long)”，因此 它也被称为长波激光(LWL)光纤网段。
②1000 BASE-SX（IEEE 802．3z标准）
· “SX”中的“S”代表“短(Short)”，因 此它也被称为短波激光(SWL)光纤网段。
● 10000 BASE-LR · 10000 BASE-LR的传输介质是波长为 1310nm的单模光纤，最大网段长度为10km。
● 10000 BASE-SR
· 10Gbit/s以太网的标准是802.3ae标准。
（1）10Gbit/s以太网的特点
①数据传输速率是10Gbit/s。 ②传输介质为多模或单模光纤。
③10Gbit/s以太网使用与10Mbit/s， 100Mbit/s和1Gbit/s以太网完全相同的帧格式。
④线路信号码型采用8B/10B和MB810两 种类型编码。
(4)100 BASE-T快速以太网的拓扑结构
· 100 BASE-T快速以太网基本保持了10 BASE-T 以太网的网络拓扑结构，即所有 的站点都连到集线器上，在一个网络中最 多允许有两个中继器。
2、千兆位以太网
（1）千兆位以太网的要点
· 千兆位以太网的标准为IEEE 802．3z 标准。
①千兆位以太网的运行速度比1O0Mbit/s快 速以太网快10倍，可提供1Gbit/s的基本带宽。
· 传统以太网具有以下典型的特征：
● 采用灵活的无连接的工作方式；
● 采用曼彻斯特编码作为线路传输码型；
● 传统以太网属于共享式局域网，即传输 介质作为各站点共享的资源；
● 共享式局域网要进行介质访问控制，以 太网的介质访问控制方式为载波监听和冲突 检测(CSMA/CD)技术。
2、CSMA/CD技术
②千兆位以太网采用星形拓扑结构。
③千兆位以太网使用和10Mbit/s、 100Mbit/s以太网同样的以太网帧，与10 BASE-T和100 BASE-T技术向后兼容。
④当工作在半双工(共享介质)模式下， 它使用和其他半双工以太网相同的 CSMA/CD介质访问控制机制。
⑤支持全双工操作模式。 ⑥千兆位以太网允许使用单个中继器。
4、以太网标准
（1）局域网参考模型
①物理层
· 物理层主要的功能为： ● 负责比特流的曼彻斯特编码与译码(局域 网一般采用曼彻斯特码传输)； ● 为进行同步用的前同步码的产生与去除； ● 比特流的传输与接收。
②数据链路层
· 局域网的数据链路层划分为两个子层， 即：介质访问控制或媒体接入控制MAC子 层和逻辑链路控制LLC子层。
· 不同类型的局域网，其LLC子层协议 都是相同的，所以说局域网对LLC子层是 透明的。
（2）以太网标准
· 局域网所采用的标准是IEEE 802标准。
· 其中，IEEE 802．2是有关LLC子层 的协议，IEEE 802．3是以太网MAC子层 和物理层标准。
5、以太网的MAC子层协议
（1）以太网的MAC子层功能
②DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式
· TCP/IP体系经常使用DIX Ethernet V2 标准的MAC帧格式，此时局域网参考模型 中的链路层不再划分LLC子层，即链路层 只有MAC子层。
· DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式 如图4-6所示。
· DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式 由5个字段组成，它与IEEE 802.3标准的 MAC帧格式除了类型字段以外，其他各字 段的作用相同。
（1）CSMA/CD控制方法
· CSMA代表载波监听多路访问。 · 它是“先听后发”， CD表示冲突检 测，即“边发边听”。
· 归纳起来CSMA/CD的控制方法为： ①一个站要发送信息，首先对总线进
行监听，看介质上是否有其他站发送的信 息存在。
· 如果介质是空闲的，则可以发送信息。
②在发送信息帧的同时，继续监听总 线，即“边发边听”。
· 以太网MAC帧格式有两种标准： IEEE的802.3标准和DIX Ethernet V2标准。
①IEEE 802．3标准规定的MAC子层帧结构
· IEEE 802．3标准规定的MAC子层帧 结构如图4-5所示。
· 各字段的作用为：
● 地址字段——地址字段包括目的MAC地址 字段和源MAC地址字段，都是6个字节。
①数据封装和解封 ②介质访问管理
（2）MAC地址（硬件地址）
· IEEE 802标准为局域网规定了一种 48bit的全球地址，即MAC地址（MAC帧 的地址），它是指局域网上的每一台计算 机所插入的网卡上固化在ROM中的地址， 所以也叫硬件地址或物理地址。
· MAC地址的前3个字节由IEEE的注册 管理委员会RAC负责分配，凡是生产局域 网网卡的厂家都必须向IEEE的RAC购买由 这三个字节构成的一个号（即地址块）这 个号的正式名称是机构唯一标识符OUI。
(c)100 BASE-T4
· 100 BASE-T4是使用4对3、4或5类 UTP的快速以太网。
(d)100 BASE-T2
· 100 BASE-T2是使用2对3、4或5类 UTP的快速以太网。
(3)100 BASE-T快速以太网的组成
· 快速以太网和一般以太网的组成是相 同的，即由工作站、网卡、集线器、中继 器、传输介质及服务器等组成。
第4章 以太网接入技术
· 本章介绍以太网接入技术，主要内容 包括： ● 以太网技术基础 ● 以太网接入技术的基本概念 ● 以太网接入技术的管理
4.1
以太网技术基础
4.2
以太网接入技术基本概念
4.3
以太网接入技术的管理
4.1 以太网技术基础
4.1.1 传统以太网
1、传统以太网的概念
· 以太网(Ethernet)是总线形局域网的一 种典型应用，它是美国施乐(Xerox)公司于 1975年研制成功的。
（2）10 BASE-T以太网的组成
· 10 BASE-T以太网的组成有：集线器、 工作站、服务器、网卡、中继器和双绞线等。
4.1.2 高速以太网
1、100 BASE-T快速以太网
（1）100 BASE-T的特点
①传输速率高 ②沿用了10 BASE-T的MAC协议 ③可以采用共享式或交换式连接方式
● 数据长度字段——数据长度字段是2字节， 它以字节为单位指出后面的数据字段长度。
● 数据字段与填充字段(PAD)——数据 字段就是LLC子层交下来的LLC帧，其长 度是可变的，但最短为46字节，最长为 1500字节。
· MAC帧的首部和尾部共18字节，所以 此时整个MAC帧的长度为1518字节。
⑤10Gbit/s以太网只工作在全双工方式， 显然没有争用问题，也就不必使用CSMA/CD 协议。
（2）10Gbit/s以太网的物理层标准
· 吉比特以太网的物理层标准包括局域 网物理层标准和广域网物理层标准。
①局域网物理层标准（LAN PHY）
● 10000 BASE-ER · 10000 BASE-ER的传输介质是波长为 1550nm的单模光纤，最大网段长度为10km。
答：信号在网络上的传播时间为
1 2 105
5106 s
争用期时间为 2 105 s
在争用期内可发送的比特数即是最短帧长， 为
10 7 10 5 100bit 12.5字节
3、CSMA/CD总线网的特点
（1）竞争总线 （2）冲突显著减少 （3）轻负荷有效 （4）广播式通信 （5）发送的不确定性 （6）总线结构和MAC规程简单
· 类型字段用来标志上一层使用的是什 么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交 给上一层的这个协议。
6、10 BASE-T 以太网
· IEEE通过10 BASE-T的标准是IEEE 802.3i。
（1）10 BASE-T以太网的拓扑结构
· 图中的集线器为一般集线器（简称集 线器），它就像一个多端口转发器，每个 端口都具有发送和接收数据的能力。
· 当检测到有冲突发生时，便立即停止 发送，并发出报警信号，告知其他各工作 站已发生冲突，防止它们再发送新的信息 介入冲突（此措施称为强化冲突）。
· 若发送完成后，尚未检测到冲突，则 发送成功。
③检测到冲突的站发出报警信号后， 退让一段随机时间，然后再试。
（2）争用期
· 电磁波在信道中传输时是要经历一段时 间的，设总线上单程端到端传播时延为τ。
④适应性强 ⑤经济性好 ⑥网络范围变小
Байду номын сангаас
（2）100 BASE-T的标准
· 100 BASE-T快速以太网的标准为IEEE 802．3u，是现有以太网IEEE 802．3标准的 扩展。
①MAC子层 · 100 BASE-T快速以太网的MAC子层标 准与802．3的MAC子层标准相同。
· 所以，100 BASE-T的帧格式、帧携带的 数据量、介质访问控制机制、差错控制方式 及信息管理等，均与10 BASE-T的相同。
· 以太网的端到端往返时延2τ称为争用期， 或碰撞窗口。
（3）数据帧的最短帧长
· 某个站正在发送时产生冲突而中断发 送的帧称为冲突的帧，它们都是很短的帧。
· 冲突的帧是无效帧，在接收端应该被 丢弃。
· 为了能辨认哪些是发生冲突而应丢弃 的短帧和哪些是真正有用的短帧，且尽量 简化处理，所以规定了合法数据帧的最短 帧长。
● 媒体接入控制(MAC)子层——数据链 路层中与媒体接入有关的部分都集中在 MAC子层，MAC子层主要负责介质访问 控制，其具体功能为：将上层交下来的数 据封装成帧进行发送(接收时进行相反的过 程，即帧拆卸)、比特差错检测和寻址等。
● 逻辑链路控制(LLC)子层——数据链路 层中与媒体接入无关的部分都集中在LLC 子层，LLC子层的主要功能有：建立和释 放逻辑链路层的逻辑连接、提供与高层的 接口、差错控制及给帧加上序号等。
· 地址字段的后3个字节由厂家自行指派， 称为扩展标识符。
· 一个地址块可生成224个不同的地址。
（3）MAC帧格式
· 目前以太网有两个标准：IEEE802.3 标准和DIX Ethernet V2标准。
· DIX Ethernet V2标准的链路层不再设 LLC子层，TCP/IP体系一般使用DIX Ethernet V2标准。
②物理层标准
· IEEE 802．3u规定了100 BASE-T的四 种物理层标准。
（a）100 BASE-TX · 100 BASE-TX是使用2对5类非屏蔽双 绞线（UTP）或屏蔽双绞线（STP）的快 速以太网。
(b)100 BASE-FX
· 100 BASE-FX是使用光缆作为传输介 质的快速以太网。
· 因为发送数据的站最长经过争用期这 段时间即可检测到碰撞，所以合法数据帧 的最短帧长则应是争用期时间2τ内所发送 的比特（或字节）数。
· 例4-1 假定 1km 长的CSMA/CD网络
的数据率为10Mbit / s ，信号在网络上的
传播速率为 2 105 km/ s ，求能够使用此
协议的最短帧长。
③1000 BASE-CX（IEEE 802．3z标准）
· 1000 BASE-CX网段由一根基于高质 量STP的短跳接电缆组成，电缆段最长为 25m。
④1000 BASE-T（IEEE 802．3ab标准）
· 1000 BASE-T使用4对5类UTP，电缆 最长为100m。
3、10Gbit/s以太网
· 当每个端口收到终端发来的数据时， 就转发到所有其它端口，在转发数据之前， 每个端口都对它进行再生、整形，并重新 定时。
· 集线器往往含有中继器的功能，它工 作在物理层。
· 10 BASE-T以太网几个要点： ■ 10 BASE-T使用两对无屏蔽双绞线， 一对线发送数据，另一对线接收数据。
■ 集线器与站点之间的最大距离为100m。
■ 一个集线器所连的站点最多可以有30 个(实际目前只能达24个)。
■ 可以把多个集线器连成多级星形结构 的网络，这样就可以使更多的工作站连接 成一个较大的局域网。
· 10 BASE-T一般最多允许有4个中继器 （中继器的功能往往含在集线器里）级联。
■ 若图4-7中的集线器改为交换集线器， 此以太网则为交换式以太网。
（2）千兆位以太网的物理层标准
· 千兆位以太网的物理层标准有四种： ①1000 BASE-LX（IEEE 802．3z标准）
· “LX”中的“L代表“长(Long)”，因此 它也被称为长波激光(LWL)光纤网段。
②1000 BASE-SX（IEEE 802．3z标准）
· “SX”中的“S”代表“短(Short)”，因 此它也被称为短波激光(SWL)光纤网段。
● 10000 BASE-LR · 10000 BASE-LR的传输介质是波长为 1310nm的单模光纤，最大网段长度为10km。
● 10000 BASE-SR
· 10Gbit/s以太网的标准是802.3ae标准。
（1）10Gbit/s以太网的特点
①数据传输速率是10Gbit/s。 ②传输介质为多模或单模光纤。
③10Gbit/s以太网使用与10Mbit/s， 100Mbit/s和1Gbit/s以太网完全相同的帧格式。
④线路信号码型采用8B/10B和MB810两 种类型编码。
(4)100 BASE-T快速以太网的拓扑结构
· 100 BASE-T快速以太网基本保持了10 BASE-T 以太网的网络拓扑结构，即所有 的站点都连到集线器上，在一个网络中最 多允许有两个中继器。
2、千兆位以太网
（1）千兆位以太网的要点
· 千兆位以太网的标准为IEEE 802．3z 标准。
①千兆位以太网的运行速度比1O0Mbit/s快 速以太网快10倍，可提供1Gbit/s的基本带宽。
· 传统以太网具有以下典型的特征：
● 采用灵活的无连接的工作方式；
● 采用曼彻斯特编码作为线路传输码型；
● 传统以太网属于共享式局域网，即传输 介质作为各站点共享的资源；
● 共享式局域网要进行介质访问控制，以 太网的介质访问控制方式为载波监听和冲突 检测(CSMA/CD)技术。
2、CSMA/CD技术
②千兆位以太网采用星形拓扑结构。
③千兆位以太网使用和10Mbit/s、 100Mbit/s以太网同样的以太网帧，与10 BASE-T和100 BASE-T技术向后兼容。
④当工作在半双工(共享介质)模式下， 它使用和其他半双工以太网相同的 CSMA/CD介质访问控制机制。
⑤支持全双工操作模式。 ⑥千兆位以太网允许使用单个中继器。
4、以太网标准
（1）局域网参考模型
①物理层
· 物理层主要的功能为： ● 负责比特流的曼彻斯特编码与译码(局域 网一般采用曼彻斯特码传输)； ● 为进行同步用的前同步码的产生与去除； ● 比特流的传输与接收。
②数据链路层
· 局域网的数据链路层划分为两个子层， 即：介质访问控制或媒体接入控制MAC子 层和逻辑链路控制LLC子层。
· 不同类型的局域网，其LLC子层协议 都是相同的，所以说局域网对LLC子层是 透明的。
（2）以太网标准
· 局域网所采用的标准是IEEE 802标准。
· 其中，IEEE 802．2是有关LLC子层 的协议，IEEE 802．3是以太网MAC子层 和物理层标准。
5、以太网的MAC子层协议
（1）以太网的MAC子层功能
②DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式
· TCP/IP体系经常使用DIX Ethernet V2 标准的MAC帧格式，此时局域网参考模型 中的链路层不再划分LLC子层，即链路层 只有MAC子层。
· DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式 如图4-6所示。
· DIX Ethernet V2标准的MAC帧格式 由5个字段组成，它与IEEE 802.3标准的 MAC帧格式除了类型字段以外，其他各字 段的作用相同。
（1）CSMA/CD控制方法
· CSMA代表载波监听多路访问。 · 它是“先听后发”， CD表示冲突检 测，即“边发边听”。
· 归纳起来CSMA/CD的控制方法为： ①一个站要发送信息，首先对总线进
行监听，看介质上是否有其他站发送的信 息存在。
· 如果介质是空闲的，则可以发送信息。
②在发送信息帧的同时，继续监听总 线，即“边发边听”。
· 以太网MAC帧格式有两种标准： IEEE的802.3标准和DIX Ethernet V2标准。
①IEEE 802．3标准规定的MAC子层帧结构
· IEEE 802．3标准规定的MAC子层帧 结构如图4-5所示。
· 各字段的作用为：
● 地址字段——地址字段包括目的MAC地址 字段和源MAC地址字段，都是6个字节。
①数据封装和解封 ②介质访问管理
（2）MAC地址（硬件地址）
· IEEE 802标准为局域网规定了一种 48bit的全球地址，即MAC地址（MAC帧 的地址），它是指局域网上的每一台计算 机所插入的网卡上固化在ROM中的地址， 所以也叫硬件地址或物理地址。
· MAC地址的前3个字节由IEEE的注册 管理委员会RAC负责分配，凡是生产局域 网网卡的厂家都必须向IEEE的RAC购买由 这三个字节构成的一个号（即地址块）这 个号的正式名称是机构唯一标识符OUI。
(c)100 BASE-T4
· 100 BASE-T4是使用4对3、4或5类 UTP的快速以太网。
(d)100 BASE-T2
· 100 BASE-T2是使用2对3、4或5类 UTP的快速以太网。
(3)100 BASE-T快速以太网的组成
· 快速以太网和一般以太网的组成是相 同的，即由工作站、网卡、集线器、中继 器、传输介质及服务器等组成。
第4章 以太网接入技术
· 本章介绍以太网接入技术，主要内容 包括： ● 以太网技术基础 ● 以太网接入技术的基本概念 ● 以太网接入技术的管理
4.1
以太网技术基础
4.2
以太网接入技术基本概念
4.3
以太网接入技术的管理
4.1 以太网技术基础
4.1.1 传统以太网
1、传统以太网的概念
· 以太网(Ethernet)是总线形局域网的一 种典型应用，它是美国施乐(Xerox)公司于 1975年研制成功的。
（2）10 BASE-T以太网的组成
· 10 BASE-T以太网的组成有：集线器、 工作站、服务器、网卡、中继器和双绞线等。
4.1.2 高速以太网
1、100 BASE-T快速以太网
（1）100 BASE-T的特点
①传输速率高 ②沿用了10 BASE-T的MAC协议 ③可以采用共享式或交换式连接方式
● 数据长度字段——数据长度字段是2字节， 它以字节为单位指出后面的数据字段长度。
● 数据字段与填充字段(PAD)——数据 字段就是LLC子层交下来的LLC帧，其长 度是可变的，但最短为46字节，最长为 1500字节。
· MAC帧的首部和尾部共18字节，所以 此时整个MAC帧的长度为1518字节。
⑤10Gbit/s以太网只工作在全双工方式， 显然没有争用问题，也就不必使用CSMA/CD 协议。
（2）10Gbit/s以太网的物理层标准
· 吉比特以太网的物理层标准包括局域 网物理层标准和广域网物理层标准。
①局域网物理层标准（LAN PHY）
● 10000 BASE-ER · 10000 BASE-ER的传输介质是波长为 1550nm的单模光纤，最大网段长度为10km。
答：信号在网络上的传播时间为
1 2 105
5106 s
争用期时间为 2 105 s
在争用期内可发送的比特数即是最短帧长， 为
10 7 10 5 100bit 12.5字节
3、CSMA/CD总线网的特点
（1）竞争总线 （2）冲突显著减少 （3）轻负荷有效 （4）广播式通信 （5）发送的不确定性 （6）总线结构和MAC规程简单
· 类型字段用来标志上一层使用的是什 么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交 给上一层的这个协议。
6、10 BASE-T 以太网
· IEEE通过10 BASE-T的标准是IEEE 802.3i。
（1）10 BASE-T以太网的拓扑结构
· 图中的集线器为一般集线器（简称集 线器），它就像一个多端口转发器，每个 端口都具有发送和接收数据的能力。
· 当检测到有冲突发生时，便立即停止 发送，并发出报警信号，告知其他各工作 站已发生冲突，防止它们再发送新的信息 介入冲突（此措施称为强化冲突）。
· 若发送完成后，尚未检测到冲突，则 发送成功。
③检测到冲突的站发出报警信号后， 退让一段随机时间，然后再试。
（2）争用期
· 电磁波在信道中传输时是要经历一段时 间的，设总线上单程端到端传播时延为τ。
④适应性强 ⑤经济性好 ⑥网络范围变小
Байду номын сангаас
（2）100 BASE-T的标准
· 100 BASE-T快速以太网的标准为IEEE 802．3u，是现有以太网IEEE 802．3标准的 扩展。
①MAC子层 · 100 BASE-T快速以太网的MAC子层标 准与802．3的MAC子层标准相同。
· 所以，100 BASE-T的帧格式、帧携带的 数据量、介质访问控制机制、差错控制方式 及信息管理等，均与10 BASE-T的相同。
· 以太网的端到端往返时延2τ称为争用期， 或碰撞窗口。
（3）数据帧的最短帧长
· 某个站正在发送时产生冲突而中断发 送的帧称为冲突的帧，它们都是很短的帧。
· 冲突的帧是无效帧，在接收端应该被 丢弃。
· 为了能辨认哪些是发生冲突而应丢弃 的短帧和哪些是真正有用的短帧，且尽量 简化处理，所以规定了合法数据帧的最短 帧长。
● 媒体接入控制(MAC)子层——数据链 路层中与媒体接入有关的部分都集中在 MAC子层，MAC子层主要负责介质访问 控制，其具体功能为：将上层交下来的数 据封装成帧进行发送(接收时进行相反的过 程，即帧拆卸)、比特差错检测和寻址等。
● 逻辑链路控制(LLC)子层——数据链路 层中与媒体接入无关的部分都集中在LLC 子层，LLC子层的主要功能有：建立和释 放逻辑链路层的逻辑连接、提供与高层的 接口、差错控制及给帧加上序号等。
· 地址字段的后3个字节由厂家自行指派， 称为扩展标识符。
· 一个地址块可生成224个不同的地址。
（3）MAC帧格式
· 目前以太网有两个标准：IEEE802.3 标准和DIX Ethernet V2标准。
· DIX Ethernet V2标准的链路层不再设 LLC子层，TCP/IP体系一般使用DIX Ethernet V2标准。
②物理层标准
· IEEE 802．3u规定了100 BASE-T的四 种物理层标准。
（a）100 BASE-TX · 100 BASE-TX是使用2对5类非屏蔽双 绞线（UTP）或屏蔽双绞线（STP）的快 速以太网。
(b)100 BASE-FX
· 100 BASE-FX是使用光缆作为传输介 质的快速以太网。
· 因为发送数据的站最长经过争用期这 段时间即可检测到碰撞，所以合法数据帧 的最短帧长则应是争用期时间2τ内所发送 的比特（或字节）数。
· 例4-1 假定 1km 长的CSMA/CD网络
的数据率为10Mbit / s ，信号在网络上的
传播速率为 2 105 km/ s ，求能够使用此
协议的最短帧长。
③1000 BASE-CX（IEEE 802．3z标准）
· 1000 BASE-CX网段由一根基于高质 量STP的短跳接电缆组成，电缆段最长为 25m。
④1000 BASE-T（IEEE 802．3ab标准）
· 1000 BASE-T使用4对5类UTP，电缆 最长为100m。
3、10Gbit/s以太网