计算机网络之局域网技术

传统以太网
星型以太网：——传统星型以太网的扩展
集线器级联： 1. 集线器中有两种端口：级联端口和扩展端口。集线器的扩展端口用于直 接连接主机，所用的双绞线是直通线。 2. 两个集线器相连，一个集线器的端口是扩展口，另一个集线器端口是级 联口，所用双绞线也是直通线。 3. 两个集线器都用扩展口，那么要使用交叉线相连。 4. 经过集线器级联后，10Base-T以太网的拓扑结构稍有变化，属于树型拓 扑结构。见后面的图示。
传统以太网
星型以太网：——传统星型以太网的扩展
集线器堆叠。 1. 上边集线器的“down”口用堆叠线缆连到下边集线器的“up”口。 2. 为了提高堆叠可靠性，经常还会采用冗余线路堆叠，即最下面集 线器的“down”口还会用堆叠线缆连至最上面集线器的“up”口。
集线器堆叠
传统以太网
以太网帧格式：——DIX Ethernet II格式
传统以太网
总线型以太网
总线型以太网：
网络的拓扑结构：就是将网络上的主机（或交换机等通信设备）看 作一个点，同时将连接主机（或交换机等通信设备）的物理媒体看 作一条线，按此所绘得的数学几何图形的形状结构就是该网络的拓 扑结构，该数学几何图形也称为该网络的拓扑图。 总线型以太网的网络拓扑图应该是如下面图示的形状，即为总线型 拓扑结构。
网段1
网段5
网段2 网段4 中继器
以太网中继规则
网段3
传统以太网
星型以太网：



10Base-T星型以太网的出现是局域网史上的一个重要里程碑,它奠 定了以太网在局域网中的地位。 星型以太网的各主机都连到了一个专门的连接设备，即集线器， 英文名是Hub。 星型以太网使用的传输媒体是双绞线。 将集线器也看作一个连接节点，这样就得到如图所示的拓扑图， 这是一个星型“*”放射状的结构，固称之为星型拓扑结构。
第三章 局域网
学习目标
1 2 3 4 5
知道局域网在TCP/IP中的层次结构和功能 知道局域网分类和网络接口卡基本功能 知道几类传统以太网的网络拓扑结构 理解传统以太网技术和中继扩展 知道以太网帧封装和CRC技术 理解高速以太网相对传统以太网的技术改进和差异 理解交换机的数据转发和地址学习、交换式以太网特点及其扩展 了解虚拟局域网和无线局域网的技术和意义、令牌网技术
传统以太网
争用期T： 边听边发持续这段时间后，肯定不会再跟其他主机的信号有碰撞冲突。 时间 t： 相距最远的两台主机间传输所需的时间。
有关系式：T=2 t。 争用期设定：T=51.2μs 最短数据帧：10Mbps×51.2μs=107bps×51.2×10-6s=512 b=64 B（即 64字节）。 残帧：因信号冲突中途停止发送后，导致发送了一个残缺不全的帧，也称为碎片。长 度小于64字节。
碰撞冲突
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
总线上信号碰撞示例
传统以太网
总线型以太网：
总线型以太网通信交互方式：半双工方式。 为了让总线型以太网上的主机能相互有效地传输数据，需要 规定主机使用总线的方法，即介质访问控制方法（或称为媒 体访问控制方法）。
总线型以太网介质访问控制技术——带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）。 (1) 先听后发 (2) 边听边发 (3) 冲突停发 (4) 随机重发
总线型拓扑结构
传统以太网
总线型以太网的主机通信：
帧：以太网上主机间通信的数据格式。 发送：群发。 接收：只有目的主机会接收。如图。
丢弃
丢弃 发送端主机
接收
丢弃
丢弃
接收端主机
总线型以太网主机间通信
传统以太网
总线型以太网：
基带传输和总线群发——导致总线争抢和信号冲突。 任何两台主机只要是连在同一条总线上，相互之间都可能发生信号 冲突。 冲突域：顾名思义，是指一个网络区域，该区域上的任何两台主机 发送的信号可能发生碰撞冲突。 所有主机相互通信都靠唯一的一条总线，即共享一条总线的带宽， 因此，我们又经常将这种以太网称为共享式以太网。
细缆网络末端 细缆网络末端
终端电阻
终端电阻
细缆以太网连接示意图
传统以太网
总线型以太网：——总线型以太网的扩展

Leabharlann Baidu
如果想要连接更多主机使一个以太网络范围更大，那就需要 有相应的设备在信号衰减失真之前将它重新整形放大，然后 继续发送，这种设备就是中继器（也称转发器）。 将中继器两边原来的以太网络称为一个网段。 在功能上，中继器只是将信号重新整形放大再转发出去而已， 即只涉及物理层的技术，因此，在网络连接设备的功能层次 归类上，中继器被归到物理层连接设备。
封装好的网络层数据
目的MAC地址
6个字节
源MAC地址
6个字节
类型
2个字节
数据
46～1500字节
FCS
4个字节
8个同步字节
MAC帧
10101010…10101010 10101011
7个字节的前同步码 1个字节帧 定界符
DIX Ethernet II帧格式
传统以太网
以太网帧格式：——IEEE 802.3帧格式
集线器
传统星型以太网和总线型以太网
传统以太网
星型以太网：


在逻辑机理上，10Base-T跟总线型以太网一样，它也是一种 共享式以太网。 集线器、主机和相应线路也构成一个（信号）冲突域，仍然 需要使用CSMA/CD，并且争用期也是51.2μs，最小帧长度 同样是64字节。 由于双绞线自身的信号衰减特性，10Base-T中每台主机和集 线器之间的双绞线最大允许长度只有100m。 双绞线的物理层接头标准就是第二章讲的RJ-45标准。 10Base-T常用的双绞线类型是三类UTP，只用4对线中两对， 即一对用于发送数据另一对用于接收数据。 物理层编码也是曼彻斯特编码。
收发器 粗缆 终端电阻
AUI电缆
粗缆以太网连接示意图
传统以太网
总线型以太网：
细缆以太网——10Base-2。 1. 用BNC连接器连接而成的整条细缆长度（即总线长度）不能超过200m （实际中是185m），“10Base-2”中的数字2就是这个意思。 2. 每条总线上最多接30台主机。 3. 连接主机的两个T型连接器最短距离0.5m。 粗缆以太网和细缆以太网的物理层编码和译码标准是曼彻斯特编码和译 码。
网段1 网段2
中继器
总线型以太网扩展
传统以太网
总线型以太网：——中继规则（“5-4-3-2-1”规则）
1. “5”：整个总线型以太网络最多可以有5个网段。 2. “4”：既然最多只能有5个网段，那么以太网络中最多也就只有4个中继 器。 3. “3”：5个网段中，最多只能有3个网段可以连接主机。 4. “2”：5个网段中，剩下两个网段不能连主机，只能用作线路距离扩展 之用。 5. “1”：用中继器连接的各网段逻辑上还是一个总线型以太网络（即还是 一个冲突域），只不过规模扩大了。
DSAP SSAP 控制
数据
43～1497字节 802.2 LLC帧
1字节 1字节 1个字节
目的MAC地址
源MAC地址
长度
数据
46～1500字节
FCS
4个字节
6个字节
6个字节
2个字节
IEEE 802.3帧格式
传统以太网
以太网帧格式：——循环冗余校验码 CRC
1100010101 110101 101110010100000 模2运算： 110101 0⊕0=0，0⊕1=1，1⊕0=1，1⊕1=0 110110 逐位模2运算： 110101 如：1001⊕1100=0101。 111010 CRC举例： 110101 预先设定一个二进制数P=110101。 111100 假如发送的数据是M=1011100101。 110101 然后，在M后面添上5个0得到：25×M，即 100100 101110010100000。 110101 接着用25×M除以P，这里的除是模2除，即在 减法部分用模2运算。 10001
碰撞冲突 碰撞冲突
PC1发送 持续时间 将近2t
PC1几乎 已经过 时间 t
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
传统以太网
总线型以太网：
1. 2. 3. 4.
终端电阻 BNC头 BNC头
粗缆以太网——10Base-5。 AUI电缆的长度不能超过50m。 整条粗缆的长度不能超过500m。 每条总线上最多接100台主机。 收发器之间最小距离2.5m。
集线器
扩展端口
级联端口
（1）集线器级联
（2）树型拓扑
传统以太网
星型以太网：——级联扩展规则（“5-4-3”中继规
则） 1. “5”：传统星型以太网上，任何两台主机之间最多 只能有5段链路。 2. “4”：因为（1），所以集线器级联最多4个。 3. “3”：在4个级联的集线器中，最多只能有3个集线 器可以直接连主机，偏中间的某个集线器不能直接 连主机，只能连集线器。
1. 目的MAC地址：同DIX Ethernet II格式。 2. 源MAC地址：同DIX Ethernet II格式。 3. 长度：IEEE 802.3帧将Ethernet II帧的类型字段改成了长度字段，即指出 该帧数据字段的长度。 4. 数据：类似DIX Ethernet II格式。 5. FCS：同DIX Ethernet II格式。 封装好的网络层数据
网络接口层
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
局域网概述
局域网网络接口卡NIC：
局域网上，主机对数据的发送和接收，由一块专门的硬件电路板完 成，我们称之为网络接口卡NIC（Network Interface Card）或称为 网络适配器，我们一般俗称网卡。 网络适配器集成了局域网的大多数的通信功能，包括物理层技术和 大部分数据链路层技术。 每个网络适配器有一个地址，称为NIC地址，也称为MAC地址、硬件 地址或物理地址，并且每个硬件地址都不一样。 局域网上的主机通过这个地址相互识别对方。 NIC地址长度48位，一般写成十六进制的形式，每两个十六进制数 之间用短划线分开，如：
6
7
8
本章内容
1
2 3
局域网概述
传统以太网
高速以太网
4
5 6
交换式以太网
虚拟局域网和无线局域网
令牌网
局域网概述 局域网分类：——技术上分类
属于随机接入的局域网：是指连入局域网中的 主机发送数据信息的时机是随机的，一般是有 数据发送要求时就会发送。典型例子是以太网。 属于受控接入的局域网：是指连入局域网的每 个主机发送数据信息的时机是有确定次序的， 各主机按次序轮流发送数据，所以，各主机并 不是有数据发送就能立即发送。典型例子是令 牌网。
传统以太网
传统以太网：
传统以太网，一般是指那些数据率只有10Mbps的早期以太网，所以 很多时候，也称它们为低速以太网，很多时候直接简称为以太网。 从具体物理形态上，我们常说的传统以太网主要是指以下四种以太 网： 1. 10Base-5：10Mbps数据率的传输基带信号的粗缆以太网，粗缆即 传输介质是粗同轴电缆。这里“Base”表示基带。 2. 10Base-2：10Mbps数据率的传输基带信号的细缆以太网，细缆即 传输介质是细同轴电缆。 3. 10Base-T：10Mbps数据率的传输基带信号的双绞线以太网。 4. 10Base-F：10Mbps数据率的传输基带信号的光纤以太网。 而10Base-5和10Base-2又可合称为总线型以太网。 10Base-T属于传统星型以太网。
1. 2. 3. 4. 5. 目的MAC地址：是接收方主机的网卡物理地址。 源MAC地址：是发送方主机的网卡物理地址。 类型：两个字节长度，用于指出被封装的数据字段是上层的哪种数据包。 数据：就是由数据链路层的上一层所交下来的数据。 FCS：帧检验序列，用于接收方检测收到的整个帧是否出错，用一种称为 循环冗余校验码CRC的技术实现。
局域网概述 局域网体系结构：
按TCP/IP网络体系结构的功能层次来定位，那么局 域网的体系结构就是最下面两层：数据链路层和物理 层。 由于具体的局域网技术标准几乎都是由IEEE 802委 员会所制定，因此局域网体系结构又称为IEEE 802 体系结构。
TCP/IP OSI/RM
应用层
传输层 网际层
（1）星型以太网
（2）星型拓扑
传统以太网
星型以太网：


物理连接形态上，10Base-T以太网是星型结构。 从工作机理上，即关于各主机的通信方式和过程， 10Base-T和总线型以 太网是一样的。可按下图来理解星型以太网。 讨论逻辑功能时，星型以太网中的集线器设备可以看作是一个多端口的 中继器，所以，集线器也是一个属于物理层的网络连接设备。