第3章第1部分 局域网技术

2 以太网的体系结构
1） 以太网体系结构 2） 协议数据单元PDU 3） MAC帧格式
1 以太网标准和分类 2 以太网的体系结构 3 以太网特点
以太网使用CSMA/CD介质访问控制方式，在数据 链路层传输的数据是帧，物理拓扑结构可以为总线、 星型和树型结构，但其逻辑上却都是总线结构。 以太网结构简单，易于实现，技术相对成熟，网 络连接设备的成本越来越低。以太网类型较多，但互 相兼容，不同类型的以太网可以很好地集成在一个局 域网中，它的扩展性也很好。因此，当前组建局域网、 校园网和企业网的单位都把以太网作为首选。
3.2.1 以太网与CSMA/CD
之所以称为以太网，源于“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播” 这一想法。后来由Xerox、DEC和Intel三家公司联合，开发局域网组网规 范。 1 以太网标准和分类
IEEE 802.3定义的以太网标准分为10兆以太网、快速（百兆）以太网、 (Fast Ethernet)、 千兆位以太网(Gigabit Ethernet)等。
（2）以太网数据的接收 在接收过程中，以太网中的各节点同样需要监测信道 状态。如果在整个接收过程中没有发生冲突，接收节点 在收到一个完整的数据后即可对数据进行接收处理。
（3）冲突检测
所谓冲突检测，就是发送节点在发送数据 的同时，将它发送的信号波形与从总线上收到 的信号波形进行比较。如果总线上同时出现两 个或两个以上节点的发送信号，那么它们叠加 后的信号将不等于任何节点发送的信号波形， 表明冲突己产生。
1. 具有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）－ “争用型” l 采用随机访问和竞争机制（“争用型”）。站点以帧的形式发送 数据，所有连接在信道上的设备都能检测到该帧。当某个站点检测到目的 地址和本站地址相符时，就Байду номын сангаас收该帧，并给源节点返回一个响应。 l “冲突（collision）”是指二个以上的站点同时发送帧，造成不 同信号的叠加互相破坏而变成无意义的噪声，因此要进行冲突检测。 l “载波侦听”并不能完全消除冲突，如图所示。 l 同一个冲突域中检测一个冲突的时间为两个站点之间传播时延（载 波信号从一端发送到另一端接收所需时间间隔）的两倍，如图所示。
3.2.2 FDDI与令牌环介质访问控制
（1）控制令牌 令牌环网采用令牌环介质访问控制方法。在令牌环中， 节点通过环接口连成物理环形。令牌是一种特殊的MAC控制帧， 令牌帧中有一位标志令牌的“忙”或“闲”。当令牌环工作 正常时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，传送顺序与节 点在环中排列的顺序相同。
3.2.3 令牌总线介质访问控制方法
在采用令牌总线访问控制的局域网中，令牌用来控制 节点对总线的访问权。从物理结构上看，令牌总线网是一 种总线型LAN，各工作站共享总线传输信道，但从逻辑上 看，它又是一种环型LAN。连接在总线上的各工作站组成 一个逻辑环，这种逻辑环通常按工作站的地址的递减或递 增顺序排列，与工作站的物理位置并无固定关系，令牌传 递由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循 环传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。
3.4.2 令牌环帧格式 令牌环MAC帧有令牌帧、异常中止帧和数据/命令 帧三种类型，如图所示。
3.4 令牌环网
3.4.3 令牌环的操作过程
网络空闲时， 令牌在环中单 向绕行。 站点要发送数 据，必须等待 获得令牌 发送站点完成数 据发送后，重新 产生一个令牌
3.3 以太网
3.3.1 10兆以太网
1. 2. 3. 4. 5. 6. 10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-F 10Broad36 10兆以太网的中继规则
10兆以太网的中继规则（也称黄金规则）为5-4-3-2-1规则。 l 从任一个发送端到接收端之间只能有5个网段 l 从任一个发送端到接收端之间只能经过4个中继器 l 其中的3个网段可增加站点 l 另2个网段只能作为中继链路，不能连接站点 l 整个网络组成了1个冲突域
实际组建以太网时可将几种标准混合使用，如图所示。
3.3.2 100Base-T以太网 100Base-T以太网又称快速以太网，是从10BaseT以太网标准发展而来的。它不仅保留了相同的以太 网帧格式，而且还保留了用于以太网的CSMA/CD介 质访问方式，使10Base-T和100Base-T站点间进行数 据通信时不需要进行协议转换。只要更换一张网卡， 再配上一个100Mbit/s 的交换机，就可以很方便地由 10Base-T以太网直接升级到100Mbps以太网，而不必 改变网络的拓扑结构。
3.1.1 局域网主要特点
1、从功能的角度 ①共享传输信道。在局域网中，多个系统连接到一 个共享的通信媒体上。 ②地理范围有限，用户个数有限。如一座楼或集中 的建筑群内，局域网的覆盖范围约为10km内。 ③传输速率高。局域网的数据传输速率一般为 10Mbps或100Mbps，能支持计算机之间的高速通信， 所以延时较低。 ④误码率低。因近距离传输，所以误码率很低。 ⑤多采用分布式控制和广播式通信。在局域网中各 站是平等关系而不是主从关系，可以进行广播。
2、从体系结构及传输控制角度
① 低层协议简单。 ② 不单独设立网络层。 ③ 采用多种媒体访问控制技术。
3.1.2 局域网传输介质
（1）双绞线（Twisted pair）
双绞线是目前应用比较广泛的传输介质。由两 根绝缘铜导线呈螺旋状扭在一起构成。
双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种。
（2）光纤（Fiber）
知识目标
◆掌握局域网的主要特点、传输介质和分类。 ◆理解介质访问控制方法的工作原理。 ◆掌握以太网的种类、原理、特点。 ◆掌握交换局域网的工作原理。 ◆掌握虚拟局域网工作原理和划分方法。 ◆了解无线局域网的实现技术、系统结构、组建及应用。 ◆了解蓝牙技术的实现技术、结构以及应用。
能力目标
◆掌握网线的制作方法。 ◆能够组建小型的局域网并进行设置。
10兆以太网的中继规则（也称黄金规则）为5-4-3-2-1规则。 l 从任一个发送端到接收端之间只能有5个网段 l 从任一个发送端到接收端之间只能经过4个中继器 l 其中的3个网段可增加站点 l 另2个网段只能作为中继链路，不能连接站点 l 整个网络组成了1个冲突域
实际组建以太网时可将几种标准混合使用，如图所示。
3.2.1 以太网与CSMA/CD
以太网采用的是总线 型拓扑结构，任何节点的 发送都是随机的，都必须 平等地争用发送时间。如 果一个节点要发送数据， 就以“广播”方式把数据 通过总线发送出去，连在 总线上的所有节点都能 “收听”到这个数据信号。
（1）以太网数据的发送 发送过程可以简单地概括为“先听后发，边听边发， 冲突停止，延迟重发”。
“光纤”是光导纤维的简称，也叫光缆，是目 前发展和应用最为迅速的信息传输介质。光纤由 纯净的玻璃经特殊工艺拉制成很细的、粗细均匀 的玻璃丝，形成玻璃芯，在玻璃芯的外面包裹一 层折射率较低的玻璃封套，再外面是一层薄的塑 料外套，用来保护光纤。光纤通常被捆扎成束， 外面有外壳保护。 光纤按其性能可分为两种：单 模光纤和多模光纤。
3.3.4 万兆以太网
（1）万兆以太网的主要技术 ① 全双工通信方式，不存在争用问题； ② 定义了局域网和广域网的物理层； ③ 帧格式与以前的以太网相同，大大提高了带宽利用率； ④ 传输介质使用光纤。 （2）万兆以太网的主要特点 ① 万兆以太网的帧格式与10Mbps、100Mbps和1GMbps以 太网的帧格式完全相同。 ② 万兆以太网使用光纤作为传输介质。 ③ 万兆以太网只工作在全双工方式，不存在争用问题，也 不使用CSM A/CD协议。
3.1.3 局域网分类
（1）按网络的拓扑结构划分：星型网络、总线型网络、环型 网络和树型网络等。 （2）按线路中传输的信号形式划分：基带网络和宽带网络。 基带网络传输数字信号，信号占用整个频带，传输距离较短； 宽带网络可传输模拟信号，距离较远，达几公里以上。目前 使用最多的是基带网络。 （3）按网络的传输介质划分：双绞线网络、同轴电缆网络、 光纤网络和无线局域网等。 （4）按网络的介质访问方式划分：以太网（Ethernet）、令 牌环网和令牌总线网等。 （5）按局域网基本工作原理划分：共享媒体局域网、交换局 域网和虚拟局域网三种。
l l
1. 具有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）－ “争用型” 2. 令牌（Token）技术－ “轮询型”
采用轮流访问的公平方式，类似“击鼓传花”游戏。Token技术最初 用在环型拓扑结构中，它使用一个称为令牌的特殊短帧，可以把令牌当作 一个通行证，网络中只有取得Token的节点才可以发送数据。当网络中没 有站点发送数据时，令牌就沿环高速单向绕行。 令牌访问介质方式的优点是： l 不存在竞争，因此不会出现冲突，常用于高负荷通信量较大的网络。 l 令牌绕环一周的时间固定，实时性好，适用于控制型或实时性要求 较高的场合。 l 令牌单向流动，因此可使用带宽高的光纤作为传输介质。 l 可以设置优先级，适用于集中管理。 l 负荷较高时，有较好的响应方式。
3.1.4构建局域网需要考虑的问题
拓扑结构、传输介质、介质访问控制方法、通信协议和 布线技术。
3.2 介质访问控制方法
所谓介质访问控制方法是指控制多个节点利用 公共传输介质发送和接收数据的方法。常用的方法 包括带有冲突检测的载波侦听多路访问 （CSMA/CD）控制、令牌环访问控制和令牌总线 访问控制。
3.1 局域网概述
局域网技术是当前计算机网络技术领域中非 常重要的一个分支，局域网作为一种重要的基础 网络，在企业、机关、学校等各种单位和部门都 得到广泛的应用。局域网还是建立互联网络的基 础网络。 在较小的地理范围内，利用通信线路将多种 数据设备连接起来，实现相互间的数据传输和资 源共享的系统称为局域网（LAN:Local Area Networks）。
（2）FDDI ①FDDI主要特性 使用光纤作为传输媒体、高速的、通用的令牌环形网。 网络结构采用双环结构，具有很高的可靠性和容错能力。具 有动态分配带宽的能力，能同时提供同步和异步数据服务。 采用树型或环型结构，适应多种环境，容易扩展和管理。具 有保密、抗干扰等优点。 ②FDDI网络的结构 FDDI是基于双环结构的，主环传递数据，次环用于备份 以提供系统容错性。
（1）100Base-T的技术标准 ①100Base-TX ②100Base-FX （2）100Base-T的组网方法 ③100Base-T4
3.3.3 千兆以太网
千兆以太网技术采用与10Mbps以太网相同的帧格 式、全/半双工工作方式、CSMA/CD介质访问控制方 式以及流量控制模式。 （1）千兆以太网的技术标准 ①1000Base-CX ②1000Base-SX ③1000Base-T ④1000Base-LX （2）千兆以太网应用实例 千兆以太网多用于提高交换机与交换机之间或交 换机与服务器之间的连接带宽。 （3） 千兆位以太网的特点 l 技术简单 l 低成本，方便的10/100/1000Mbps升级 l 支持新的网络应用 l 网络设计灵活、良好的互操作性 l 千兆位以太网的缺点
3.3 以太网
3.3.1 10Mbps以太网
10Mbit/s以太网又称为传统以太网，遵循IEEE802.3标准。 常用的传输介质有4种，即细缆、粗缆、双绞线和光缆。
1. 2. 3. 4. 5. 6.
10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-F 10Broad36 10兆以太网的中继规则
3.4 令牌环网
3.4.1 令牌环工作原理 令牌环网在物理上由一系列环接口和这些接口间 的点—点链路构成的闭合环路，各站点通过环接口连 接到网络上，令牌和数据帧沿环单向流动。取得令牌 的站点，通过环接口将数据帧串行发送到环上，环上 的其它各站点检测并转发环上的数据帧，当目的地址 与自身站点地址相符时，复制该帧并该帧转发出去， 使数据帧在环上从一个站点传至下一个站。数据帧绕 环一周返回到发送站点，由发送站点将其删除，并生 成一个新的令牌发送到环上。