计算机网络讲解

广播域内连接的工作站数/增加网内总站数，从而提高网络总 吞吐率或单站可获得的平均吞吐率） 使用电缆介质时（总线拓扑结构），在不同广播网段间的 桥接 使用双绞线或光纤介质时（星/树形拓扑结构），在不同广 播域的通信子网间交换。 在不同数据传输率间的网段、子网间实现速率适配。 任何一种介质的传输距离都有一定限制（粗、细缆最大长 度限制：分别500米185米；双绞线：100米；光纤：更长受 使用的光纤（多、单模，芯径、光源的影响）
其他局域网技术
无线局域网技术 令牌总线与令牌环
9.1 局域网中的中继技术
① 为什么需要中继？
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在同一广播域内扩展网络的需要（重发 器:Repeater、集线器:Hub)
延长物理信号的传输距离 增加网段内工作站数量(受电缆段可接入站数和设备端口 数限制，代价：单站平均传输能力下降）幻灯片 6 以10Mbps以太网标准为例：
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端口隔离功能 设臵端口隔离功能的目的是能将那些发生长 时间冲突和频繁冲突的网段与其他网段自动 分离开来。端口一旦被隔离，中继器将对其 继续执行收发功能，但不转发至其他端口。 被隔离的端口在一定的时间内未检测到冲突， 或完成一次无冲突接收，可以解除其隔离状 态。这一特征对10 BASE-T和10 BASE-F中继 器是必须具备的功能。
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防锁
CSMA/CD的中继器间规定不得有两条链路也不得形成环 路，以防止一旦发生冲突拥塞序列的广播造成死锁。 设想在由两中继器互联而成的以太网中，若两中继器直辖 的工作站中各有一站点几乎在同一时刻发送数据，两中继器 先后会检测到有冲突发生，于是，两中继器都会向各自的端 口（包括二者互联端口）发送至少96比特的“拥塞序列” 。 因此，要求首先发完96比特的“拥塞序列”的中继器立 即停止向中继器间互联端口发送“拥塞序列”，并且在继续 向其他本地端口发送“拥塞序列”的同时，继续监听互联端 口。如果该端口上还有数据接收，说明另一中继器尚未完成 96比特的“拥塞序列”的发送；一旦另一中继器在该端口上 也完成了96比特的“拥塞序列”的发送，也停止向互联端口 发送，但可继续向其本地端口发送“拥塞序列”，直到各自 的本地站点都沉默为止。此时，全网又恢复了正常竞争状态。
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MAU超长发送锁定保护
10Mbps的MAU中的超长发送（MJLP，即MAU Jabber Lockup Protection）定时器是为共享介质方 式以太网设臵的，原意为防止站点发送时间过长 （限定在20～150ms内）。一旦超长，MAU将中断 发送并禁止通向DI的环绕通路，同时通过CI向PLS 报告冲突。 为了防止中继器进入超长发送状态，其MJLP定 时器有意设臵得较短（4～7.5ms），相当于4～7.5 万比特数据的传输时间（但仍远大于正常帧的最长 传输时间）。如果一旦发生定时器超时，中继器将 中止向所有端口的数据发送过程，经过最小帧间间 隔限定的时间（0.6～11.6μs），中继器再恢复发送 数据。
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③ 桥接器（Bridge）和二层交换机：数据链路层设备
功能
帧过滤功能 中继器在收到某网段上的帧后，将向除该网段以外的所 有中继端口广播该帧。而桥接器则可以通过识别MAC地址， 选择性地将接收到的帧转发至相应的网段上。如果该帧的目 的地址就在接收网段上，桥接器不作任何转发工作，因而起 到了帧过滤的作用。 学习功能 桥接器的自学习机制是通过从桥接器各端口上收到帧的 源地址积累网站所处网段的信息。如果事先未进行人工设臵， 桥接器也可以首先采用中继器的全广播方式，直到在其过滤 地址表中积累了接收帧中的目的地址信息为止。由于存储所 限，过滤地址表也存在一个老化问题。对持续一段时间不活 动的网站地址，将被从地址表中删除，为刷新地址保留空间。
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Terminator Repeater
重发器
R
Terminator
Terminator
R
集线器 集线器
两种方式扩网后，联入的设备仍在同一 广播域内！
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在不同广播域间扩展网络的需要： 桥接： Bridging、交换：Switching（延长传输距离、减少单
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④ 桥接器内部协议层次结构
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⑤ 数据链路层交换机（多端口桥接器）
与桥接器的异同 端口数桥接器多 更多地利用硬件技术实现 两种交换方式 “截址直通转发”（Cut-through）方式：未接收 完整个帧即根据目的开始地址转发 “存储转发”方式（Store-and-forward）：接收 完整并校错后才转发
计算机网络
曾华燊 研究员 PhD
第二单元：物理层与数据链路层 第五讲（2-6）: 源于局域网的技术（续）
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局域网涉及 OSI/RM下两层
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① 第8讲内容回顾
局域网基本概念 IEEE 802工作委员会关于局域/城域网概貌（涉及OSI/RM 的数据链路层和物理层；数据链路层分LLC和MAC两子 层 IEEE802.3 （以太网技术概貌：始于共享介质半双工，采 用CSMA/CD控制介质访问；进展：单种介质→多种介质、 半双工→全双工、数据传输率10Mbps→10Gbps, 应用：局 域网→ 园区网→城域网→广域网)
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交换机内部功能组成：输入单元、交换单 元（Switch Fabric)和输出单元。
10 Base-T: UTP,设备间最大传输距离100米 10 Base2: 细同轴电缆（直径5mm),最大传输距离185米，单段电缆 上允许连接工作站数30 10 Base5: 粗同轴电缆（直径10mm),最大传输距离500米 10 Base-FL:多模光纤，最大传输距离2Km
在共享介质半双工工作方式下，受检测冲突的需要，延长 后的距离收到限制（2.5Km)
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管理功能 由于中继器处于以太网多个网段的中心，因此 是进行网络流量监控管理的极佳位臵。在中继器中 有选择地采集网络统计信息并提供相应的读/写（设 臵）手段和报警手段，便可以实现网络远程管理。 通常的做法是在中继器中设臵支持简单网络管理协 议（SNMP，即Simple Network Management Protocol）[RFC 1157]的管理代理（Agent）的方式 来实现，网络中的网管系统将采用带内（即利用以 太网帧）或带外（利用非以太网的专用通信手段） 方式，通过管理代理实现全网的管理。
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转发方式 桥接器可采用两种转发方式：“截址直通转发 “（Cut-through）和802.1D规定的“存储转发” （Store-and-forward）。前者在收到帧时，立即根 据目的地址查找应转发的端口，在该帧尚未全部 接收完之前尽快发送出去（如果相应端口空闲的 话）。这种方式的优点是帧通过桥接器的时延较 短，但缺点是由于转发时尚未收到全帧，因而对 该帧传输正确性不作检查，可能将有错帧也转发 到下一网段，浪费了该网段的传输资源。存储转 发方式则与之相反，桥接器的传输时延较大，但 可实施帧校验，因而可确保被转发的帧的正确性。
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生成树算法（书中译为“支撑树”）
802.1D规定了生成树算法（Spanning Tree）：动 态地发现网络的拓扑结构并对网络进行配臵，使桥 接器间不形成环路，而保持为树型结构。 在网站位臵未明时，或本身就是广播地址时，桥 接器需采用广播方式转发该帧。生成树算法能较好 地解决这一问题，该算法要求所有桥接器能传递特 定的配臵信息，用于确定一个“根桥接器”和各桥 接器通向根桥接器的最短路径。如果某桥接器与根 桥接器间存在多条路径，则生成树协议将要求断开 所有非最短路径，只保留一条最短路径。
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A) 联入各交换机端口的计算机都不在同一竞争域内； B) 如果不使用MAC广播地址，所有的计算机都不在同一广播 域内。
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② 重发器（Repeater)或集线器（Hub)
物理层重发设备，所有端口处于同一竞争域，各端口速率 必须相同。 IEEE 802.3c的第9节定义的10Mbps以太网中继器功能包 括： 信号恢复 中继器必须对收到的信号进行恢复，消除在一段网段上 产生的波形失真（幅度、形状）和时序失真（由抖动造成 发送位偏离理想位臵）的影响。 前导恢复 中继器必须对之进行恢复，否则会影响远端站点的正常工 作。其实现方式是在中继器中有一个FIFO存储空间保留 因前导丢失而变短的帧，以便恢复其最初长度。如果活动 接收端口在接收到96比特之前变为不活动，这种情况也称 为中继器接收冲突，因为小于96比特的短帧只能是由冲突 情况产生。为了通知所有站点，应将该短帧加长至96比特 以上，以便使所有相关站点感知冲突的发生。
技术的进展两特点：
半双工→ 全双工：MAC子层的CSMA/CD淡出 速率的提高：物理层子层结构变得更复杂：编码、接口 （串→并）、同介质速率协商、城域/广网的适配子层
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② 第9讲内容概述 局域网中的中继（Relay)技术
物理层的中继 数据链路层的中继（桥接/交换：Bridging/Switching) 网络层高层交换？(带外信令） 交换机间的流量控制技术：暂停帧（Pause Frame)