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21
5.2.2 Ethernet帧结构 • Ethernet帧结构比较
前导码
目的地址 源地址 类型
8B
6B
6B
2B
（a）DIX帧结构
前导码 帧前定界符 目的地址 源地址 长度
N
启动发送
N
Y
冲突吗？
N 发送完成?
Y
结束： 发送成功
冲突加强
冲突次数 N+1→N
等待后退 延迟时间
冲突次数 N 过多?
计算后退 延迟时间
Y
结束： 冲突过多
16
• 载波侦听 总线电平跳变与总线忙闲状态的判断
v(t)
1
0 总线忙
t 总线空闲
17
冲突窗口的概念
Hale Waihona Puke Baidu
冲突窗口=2D/V
• D为总线传输介质的最大长度
• V是电磁波在介质中的传播速度
结点
结点
总线
结点A
冲突发生
结点B
τ=D/V
帧A
帧B
2τ
A+B
18
• 冲突检测 曼彻斯特编码信号的波形叠加
V1(t)
V2(t)
V1(t)+V2(t)
t
t
t
19
发现冲突、停止发送
• 如果在发送数据过程中检测出冲突，为了解决 信道争用冲突，发送主机要进入停止发送数据 、随机延迟后重发的流程。
1995年 FE
1999年 GE
2002年 10GbE
2010年 40/100GbE
13
5.1.4 局域网参考模型与协议标准
OSI参考模型
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
IEEE 802参考模型
逻辑链路控制 (LLC)子层
介质访问控制 (MAC)子层 物理层
14
IEEE 802协议结构
结点1
结点2
结点3
结点1
结点2
结点3
总线
结点4
结点5
(a) 总线型局域网的物理结构
总线 结点4
结点5
(b) 总线型局域网的拓扑结构 5
令牌总线形局域网的特点
结点1
结点2
结点3
总线
结点4
结点1 令牌
结点2
结点4
结点5
(a) Token Bus局域网的物理结构
结点3
结点5
(b) Token Bus局域网的逻辑结构 6
IEEE 802.1 体系结构与网络互联
IEEE 802.3 CSMA/CD
IEEE 802.11 无线局域网
IEEE 802.15 近距离无线个
人网络
IEEE 802.16 宽带无线 网络
15
5.2 Ethernet基本工作原理
5.2.1 Ethernet数据发送流程分析
发送帧
装配帧
Y 总线忙？
发送数据速率
10
5.1.3 Ethernet技术的研究与发展
研究高速局域网
局域网发展 的基本思路
研究交换式局域网
研究局域网互联技术
11
延时带宽积物理意义
结点A 传播延时带宽积=S×D/V
传播延时=D/V
结点B
12
Ethernet技术的发展过程
1976年 Ethernet
1990年
10BASE-T Ethernet
令牌环局域网的特点
结点1
结点5
结点2
结点4
结点3
(a) Token Ring局域网的物理结构
结点5
结点1
令牌
结点2
结点4
结点3
(b) Token Ring局域网的拓扑构型
7
CSMA/CD方法的主要特点
• 介质访问控制方法算法简单，易于实现。目前 ，有很多种VLSI（超大规模集成电路）可以实 现CSMA/CD方法，有利于降低Ethernet组网 成本，扩大应用范围。
20
随机延迟重发
• 帧的最大重发次数为16
• CSMA/CD后退延迟算法是截止二进制指数后退延迟算 法为：τ＝2k·R·a — τ为重新发送所需的后退延迟的时间 — a是冲突窗口值 — R是随机数
• 二进制指数k的范围，定义了k=min（n，10） — 重发次数n<10，则k取值为n — 重发次数n≥10时，则k取值为10
本章知识点结构
局域网技术的发展与演变
IEEE802参考模型 典型局域网工作原理与实现方法
Ethernet
高速局域网技术与标准
FE
GE
10GbE
40GbE 100GbE
交换式局域网 虚拟局域网
局域网网桥技术 无线局域网技术
1
5.1 局域网技术的发展与演变
5.1.1 局域网技术的研究与发展
1960年
1970年
自决定是否发送数据，以及出现冲突时如何处 理。 • “介质访问控制方法”要解决的三个基本问题： — 什么时候发送数据？ — 如何发现冲突？ — 出现冲突怎么办？
3
5.1.2 介质访问控制方法CSMA/CD、 Token Bus与Token Ring的比较
三种不同的介质访问控制方法对应三种不同类型 的局域网： • 采用带有冲突检测的载波侦听多路访问
• 在网络通信负荷较重时，表现出很好的吞吐率与 较低的传输延迟，因此适用于通信负荷较重的应 用环境。
• 环的维护过程复杂，实现起来比较困难。
9
不同通信负荷下实际数据传输速率的比较
可 24
能
达 到
20
的
最 大
16
数
据 速
12
率
8
Token Ring Token Bus
CSMA/CD
4
0
4
8
12 16 20 24
1980年
1990年
1995年
2000年
2005年
2010年
Cambridge Ring Newhall
Ethernet
FDDI
10BASE-T Ethernet
FE
Switch LAN
10GbE 802.11WLAN
GE
40GbE/100GbE
2
介质访问控制的基本概念 • 分布式控制的方法 • 局域网中不存在中心主机，而是由每个主机各
(CSMA/CD) 访问控制方法的总线形Ethernet， 称为“以太网”。 • 采用令牌控制的令牌总线形（Token Bus）局域 网，称为“Token Bus”或“令牌总线网”。 • 采用令牌控制的令牌环形（Token Ring）局域 网，称为“Token Ring”或“令牌环网”。
4
CSMA/CD总线形局域网特点
• 一种随机访问控制方法，适用于对传输实时性 要求不高的办公环境。
• 在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与 延迟特性。当网络通信负荷增大时，由于冲突 增多，网络吞吐率下降、传输延迟增加。
8
确定型介质访问控制方法Token Bus、Token Ring 的主要特点：
• 适用于对数据传输实性要求较高的应用环境，如 生产过程控制领域。
• 随机延迟重发的第一步是发送“冲突加强干扰 序列（jamming sequence）信号”。冲突加强 干扰序列信号长度规定为32bit。
• 发送冲突加强干扰序列信号的目的是：确保有 足够的冲突持续时间，使网中所有主机都能检 测出冲突存在，并立即丢弃冲突帧，减少由于 冲突浪费的时间，提高信道利用率。
5.2.2 Ethernet帧结构 • Ethernet帧结构比较
前导码
目的地址 源地址 类型
8B
6B
6B
2B
（a）DIX帧结构
前导码 帧前定界符 目的地址 源地址 长度
N
启动发送
N
Y
冲突吗？
N 发送完成?
Y
结束： 发送成功
冲突加强
冲突次数 N+1→N
等待后退 延迟时间
冲突次数 N 过多?
计算后退 延迟时间
Y
结束： 冲突过多
16
• 载波侦听 总线电平跳变与总线忙闲状态的判断
v(t)
1
0 总线忙
t 总线空闲
17
冲突窗口的概念
Hale Waihona Puke Baidu
冲突窗口=2D/V
• D为总线传输介质的最大长度
• V是电磁波在介质中的传播速度
结点
结点
总线
结点A
冲突发生
结点B
τ=D/V
帧A
帧B
2τ
A+B
18
• 冲突检测 曼彻斯特编码信号的波形叠加
V1(t)
V2(t)
V1(t)+V2(t)
t
t
t
19
发现冲突、停止发送
• 如果在发送数据过程中检测出冲突，为了解决 信道争用冲突，发送主机要进入停止发送数据 、随机延迟后重发的流程。
1995年 FE
1999年 GE
2002年 10GbE
2010年 40/100GbE
13
5.1.4 局域网参考模型与协议标准
OSI参考模型
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
IEEE 802参考模型
逻辑链路控制 (LLC)子层
介质访问控制 (MAC)子层 物理层
14
IEEE 802协议结构
结点1
结点2
结点3
结点1
结点2
结点3
总线
结点4
结点5
(a) 总线型局域网的物理结构
总线 结点4
结点5
(b) 总线型局域网的拓扑结构 5
令牌总线形局域网的特点
结点1
结点2
结点3
总线
结点4
结点1 令牌
结点2
结点4
结点5
(a) Token Bus局域网的物理结构
结点3
结点5
(b) Token Bus局域网的逻辑结构 6
IEEE 802.1 体系结构与网络互联
IEEE 802.3 CSMA/CD
IEEE 802.11 无线局域网
IEEE 802.15 近距离无线个
人网络
IEEE 802.16 宽带无线 网络
15
5.2 Ethernet基本工作原理
5.2.1 Ethernet数据发送流程分析
发送帧
装配帧
Y 总线忙？
发送数据速率
10
5.1.3 Ethernet技术的研究与发展
研究高速局域网
局域网发展 的基本思路
研究交换式局域网
研究局域网互联技术
11
延时带宽积物理意义
结点A 传播延时带宽积=S×D/V
传播延时=D/V
结点B
12
Ethernet技术的发展过程
1976年 Ethernet
1990年
10BASE-T Ethernet
令牌环局域网的特点
结点1
结点5
结点2
结点4
结点3
(a) Token Ring局域网的物理结构
结点5
结点1
令牌
结点2
结点4
结点3
(b) Token Ring局域网的拓扑构型
7
CSMA/CD方法的主要特点
• 介质访问控制方法算法简单，易于实现。目前 ，有很多种VLSI（超大规模集成电路）可以实 现CSMA/CD方法，有利于降低Ethernet组网 成本，扩大应用范围。
20
随机延迟重发
• 帧的最大重发次数为16
• CSMA/CD后退延迟算法是截止二进制指数后退延迟算 法为：τ＝2k·R·a — τ为重新发送所需的后退延迟的时间 — a是冲突窗口值 — R是随机数
• 二进制指数k的范围，定义了k=min（n，10） — 重发次数n<10，则k取值为n — 重发次数n≥10时，则k取值为10
本章知识点结构
局域网技术的发展与演变
IEEE802参考模型 典型局域网工作原理与实现方法
Ethernet
高速局域网技术与标准
FE
GE
10GbE
40GbE 100GbE
交换式局域网 虚拟局域网
局域网网桥技术 无线局域网技术
1
5.1 局域网技术的发展与演变
5.1.1 局域网技术的研究与发展
1960年
1970年
自决定是否发送数据，以及出现冲突时如何处 理。 • “介质访问控制方法”要解决的三个基本问题： — 什么时候发送数据？ — 如何发现冲突？ — 出现冲突怎么办？
3
5.1.2 介质访问控制方法CSMA/CD、 Token Bus与Token Ring的比较
三种不同的介质访问控制方法对应三种不同类型 的局域网： • 采用带有冲突检测的载波侦听多路访问
• 在网络通信负荷较重时，表现出很好的吞吐率与 较低的传输延迟，因此适用于通信负荷较重的应 用环境。
• 环的维护过程复杂，实现起来比较困难。
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不同通信负荷下实际数据传输速率的比较
可 24
能
达 到
20
的
最 大
16
数
据 速
12
率
8
Token Ring Token Bus
CSMA/CD
4
0
4
8
12 16 20 24
1980年
1990年
1995年
2000年
2005年
2010年
Cambridge Ring Newhall
Ethernet
FDDI
10BASE-T Ethernet
FE
Switch LAN
10GbE 802.11WLAN
GE
40GbE/100GbE
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介质访问控制的基本概念 • 分布式控制的方法 • 局域网中不存在中心主机，而是由每个主机各
(CSMA/CD) 访问控制方法的总线形Ethernet， 称为“以太网”。 • 采用令牌控制的令牌总线形（Token Bus）局域 网，称为“Token Bus”或“令牌总线网”。 • 采用令牌控制的令牌环形（Token Ring）局域 网，称为“Token Ring”或“令牌环网”。
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CSMA/CD总线形局域网特点
• 一种随机访问控制方法，适用于对传输实时性 要求不高的办公环境。
• 在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与 延迟特性。当网络通信负荷增大时，由于冲突 增多，网络吞吐率下降、传输延迟增加。
8
确定型介质访问控制方法Token Bus、Token Ring 的主要特点：
• 适用于对数据传输实性要求较高的应用环境，如 生产过程控制领域。
• 随机延迟重发的第一步是发送“冲突加强干扰 序列（jamming sequence）信号”。冲突加强 干扰序列信号长度规定为32bit。
• 发送冲突加强干扰序列信号的目的是：确保有 足够的冲突持续时间，使网中所有主机都能检 测出冲突存在，并立即丢弃冲突帧，减少由于 冲突浪费的时间，提高信道利用率。