[计算机软件及应用]Ch4局域网课件

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1、内容回忆内容回忆3.7 3.7 虚电路和数据报虚电路和数据报虚电路和数据报虚电路和数据报建立虚电路表的两种方法；虚电路方式和数据报建立虚电路表的两种方法；虚电路方式和数据报建立虚电路表的两种方法；虚电路方式和数据报建立虚电路表的两种方法；虚电路方式和数据报方式的比较方式的比较方式的比较方式的比较3.8 3.8 网络性能评价指标网络性能评价指标网络性能评价指标网络性能评价指标带宽；吞吐量；时延；带宽；吞吐量；时延；带宽；吞吐量；时延；带宽；吞吐量；时延；3.9 3.9 广域网实例广域网实例广域网实例广域网实例PSTNPSTN；N-ISDNN-ISDN（基本速率接口和基群速率接口）；（基本速率接口

2、和基群速率接口）；（基本速率接口和基群速率接口）；（基本速率接口和基群速率接口）；X.25X.25；FRFR；ATMATM；POSPOS接口接口接口接口2023/8/171第4章 局域网第四章第四章 局域网局域网4.1 4.1 局域网参考模型局域网参考模型局域网参考模型局域网参考模型4.2 4.2 以太网以太网以太网以太网 4.3 4.3 令牌环网和令牌环网和令牌环网和令牌环网和FDDIFDDI4.4 4.4 高速以太网高速以太网高速以太网高速以太网4.5 4.5 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网4.6 4.6 网桥网桥网桥网桥4.7 4.7 局域网组网局域网组网局域网组网局域网组网4

3、.8 4.8 弹性分组环弹性分组环弹性分组环弹性分组环2023/8/172第4章 局域网4.1 局域网局域网参考模型参考模型2023/8/173第4章 局域网IEEE 802系列常用标准系列常用标准 802.1802.1包括局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联包括局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联包括局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联包括局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联 802.2802.2描述逻辑链路控制描述逻辑链路控制描述逻辑链路控制描述逻辑链路控制LLCLLC规范规范规范规范 802.3802.3描述描述描述描述CSMACSMACDCD介质访问控制子层与物理层规范

4、介质访问控制子层与物理层规范介质访问控制子层与物理层规范介质访问控制子层与物理层规范 802.5802.5描述令牌环网介质访问控制子层与物理层规范描述令牌环网介质访问控制子层与物理层规范描述令牌环网介质访问控制子层与物理层规范描述令牌环网介质访问控制子层与物理层规范 802.11802.11描述描述描述描述WLANWLAN介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范 802.15802.15描述描述描述描述WPANWPAN介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理

5、层规范 802.16802.16描述描述描述描述WMANWMAN介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范 802.20802.20描述描述描述描述WWANWWAN介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范介质访问控制子层和物理层规范2023/8/174第4章 局域网4.2 以太网以太网4.2.1 CSMA/CD4.2.1 CSMA/CD协议协议协议协议4.2.2 4.2.2 帧格式帧格式帧格式帧格式4.2.3 4.2.3 以太网地址以太网地址以太网地址以太网地址4.2.4 4.2.

6、4 物理层标准物理层标准物理层标准物理层标准4.2.5 4.2.5 报文封装报文封装报文封装报文封装4.2.6 4.2.6 以太网以太网以太网以太网运行参数运行参数运行参数运行参数2023/8/175第4章 局域网以太网发展历史以太网发展历史University of Hawaii University of Hawaii 的的的的ALOHA ALOHA 网络（网络（网络（网络（19681968）Xerox Xerox 的的的的 2.94M 2.94M 以太网（以太网（以太网（以太网（19731973）Xerox,DEC and Intel Xerox,DEC and Intel 的的的的 1

7、0M 10M 以太网（以太网（以太网（以太网（DIX DIX 标准）标准）标准）标准）（1980 Ver11980 Ver1；1982 Ver2 1982 Ver2）IEEE 802.3 IEEE 802.3 标准标准标准标准 （19851985）IEEE 802.3u Fast Ethernet IEEE 802.3u Fast Ethernet 标准（标准（标准（标准（19951995）IEEE 802.3z/ab Gigabit Ethernet IEEE 802.3z/ab Gigabit Ethernet 标准（标准（标准（标准（19991999）IEEE 802.3ae 10G E

8、thernetIEEE 802.3ae 10G Ethernet标准（标准（标准（标准（20022002）100G/40G100G/40G（20200707）2023/8/176第4章 局域网4.2.1 CSMA/CD协议协议ALOHAALOHA协议协议协议协议纯纯ALOHA（pure ALOHA）分槽分槽ALOHA（slot ALOHA）载波侦听多路访问载波侦听多路访问载波侦听多路访问载波侦听多路访问CSMACSMA载波侦听多路访问载波侦听多路访问载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测冲突检测冲突检测CSMA/CDCSMA/CD以太网以太网载波侦听多路访问载波侦听多路访问载波侦听

9、多路访问载波侦听多路访问/冲突避免冲突避免冲突避免冲突避免CSMA/CACSMA/CA无线局域网无线局域网2023/8/177第4章 局域网1.ALOHA协议协议ALOHAALOHA协协协协议议议议是是是是6060年年年年代代代代末末末末夏夏夏夏威威威威夷夷夷夷大大大大学学学学的的的的Norman Norman AbramsonAbramson及及及及其其其其同同同同事事事事发发发发明明明明的的的的，目目目目的的的的是是是是为为为为了了了了解解解解决决决决地地地地面面面面无线电广播信道的争用问题无线电广播信道的争用问题无线电广播信道的争用问题无线电广播信道的争用问题。ALOHAALOHA协议协

10、议协议协议分为分为分为分为纯纯纯纯ALOHAALOHA和分槽和分槽和分槽和分槽ALOHAALOHA。纯纯纯纯ALOHAALOHA协议的基本思想协议的基本思想协议的基本思想协议的基本思想发送方不进行载波侦听，想发送就可以发送；在发送发送方不进行载波侦听，想发送就可以发送；在发送数据过程中进行冲突检测，检测到冲突，则等待一段数据过程中进行冲突检测，检测到冲突，则等待一段随机长时间后重发数据。随机长时间后重发数据。信道的最大利用率：信道的最大利用率：信道的最大利用率：信道的最大利用率：18%18%（1/2e1/2e）适用于任何无协调关系的多用户争用信道适用于任何无协调关系的多用户争用信道适用于任何无

11、协调关系的多用户争用信道适用于任何无协调关系的多用户争用信道2023/8/178第4章 局域网分槽分槽ALOHA思想思想思想思想：用时钟来同步用时钟来同步用时钟来同步用时钟来同步用户数据的发送。将时间分用户数据的发送。将时间分用户数据的发送。将时间分用户数据的发送。将时间分为为为为离散的时间片离散的时间片离散的时间片离散的时间片，用户每次必须，用户每次必须，用户每次必须，用户每次必须等到下一个时间等到下一个时间等到下一个时间等到下一个时间片片片片才能开始发送数据，避免用户发送数据的随意才能开始发送数据，避免用户发送数据的随意才能开始发送数据，避免用户发送数据的随意才能开始发送数据，避免用户发送

12、数据的随意性，减少数据产生冲突的可能性。性，减少数据产生冲突的可能性。性，减少数据产生冲突的可能性。性，减少数据产生冲突的可能性。优缺点：优缺点：优缺点：优缺点：优点优点优点优点：分槽：分槽：分槽：分槽ALOHAALOHA的信道利用率的信道利用率的信道利用率的信道利用率36%36%（1/e1/e）缺点缺点缺点缺点：用户数据的：用户数据的：用户数据的：用户数据的平均发送时延要大于平均发送时延要大于平均发送时延要大于平均发送时延要大于纯纯纯纯ALOHAALOHA2023/8/179第4章 局域网2.CSMA协议协议CSMACSMA协议的提出背景协议的提出背景协议的提出背景协议的提出背景对对对对于于

13、于于站站站站点点点点在在在在发发发发送送送送数数数数据据据据前前前前进进进进行行行行载载载载波波波波侦侦侦侦听听听听，然然然然后后后后再再再再采采采采取取取取相相相相应应应应动动动动作作作作的的的的协协协协议议议议，称称称称其其其其为为为为载载载载波波波波侦侦侦侦听听听听多多多多路路路路访访访访问问问问CSMA(Carrier Sense Multiple Access)CSMA(Carrier Sense Multiple Access)协议。协议。协议。协议。CSMACSMA协议有多种形式协议有多种形式协议有多种形式协议有多种形式1-坚持坚持CSMA非坚持非坚持CSMAP坚持坚持CSMA2

14、023/8/1710第4章 局域网1坚持坚持CSMA（1-persistent CSMA）某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是否其他站点正在发送数据。否其他站点正在发送数据。否其他站点正在发送数据。否其他站点正在发送数据。若信道若信道若信道若信道空闲空闲空闲空闲，该站点，该站点，该站点，该站点立即发送立即发送立即发送立即发送数据。数据。数据。数据。若信道若信道若信道若信道忙忙忙忙，该站点，该站点，该站点，该站点继续侦听信道直到信道变为空继续侦听信道直到信道变为空继

15、续侦听信道直到信道变为空继续侦听信道直到信道变为空闲闲闲闲，然后发送数据。，然后发送数据。，然后发送数据。，然后发送数据。1 1和坚持的含义和坚持的含义和坚持的含义和坚持的含义2023/8/1711第4章 局域网非坚持非坚持CSMA（nonpersistent CSMA）某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是否其他站点正在发送数据。否其他站点正在发送数据。否其他站点正在发送数据。否其他站点正在发送数据。若信道若信道若信道若信道空闲空闲空闲空闲，该站点，该站点，该站点

16、，该站点立即发送立即发送立即发送立即发送数据。数据。数据。数据。若信道若信道若信道若信道忙忙忙忙，站点，站点，站点，站点不再继续侦听不再继续侦听不再继续侦听不再继续侦听信道，而是等待一信道，而是等待一信道，而是等待一信道，而是等待一个随机长的时间后，再重复上述过程。个随机长的时间后，再重复上述过程。个随机长的时间后，再重复上述过程。个随机长的时间后，再重复上述过程。优缺点：优缺点：优缺点：优缺点：优点优点优点优点：信道利用率高一些：信道利用率高一些：信道利用率高一些：信道利用率高一些缺点缺点缺点缺点：数据传输时间长一些：数据传输时间长一些：数据传输时间长一些：数据传输时间长一些2023/8/1

17、712第4章 局域网P坚持坚持CSMA（P-persistent CSMA）P P坚持坚持坚持坚持CSMACSMA主要用于分槽主要用于分槽主要用于分槽主要用于分槽ALOHAALOHA。一个站点在发送数据之前，首先侦听信道，若一个站点在发送数据之前，首先侦听信道，若一个站点在发送数据之前，首先侦听信道，若一个站点在发送数据之前，首先侦听信道，若信信信信道空闲道空闲道空闲道空闲，便以，便以，便以，便以概率概率概率概率p p发送发送发送发送数据，以数据，以数据，以数据，以概率概率概率概率1-p1-p将数据将数据将数据将数据发送发送发送发送推迟到下一个时间片推迟到下一个时间片推迟到下一个时间片推迟到下

18、一个时间片；若下一个时间片信道仍然空闲，便再次以概率若下一个时间片信道仍然空闲，便再次以概率若下一个时间片信道仍然空闲，便再次以概率若下一个时间片信道仍然空闲，便再次以概率p p发发发发送数据，以概率送数据，以概率送数据，以概率送数据，以概率1-p1-p将数据发送推迟到下一个时间将数据发送推迟到下一个时间将数据发送推迟到下一个时间将数据发送推迟到下一个时间片。此过程一直重复，片。此过程一直重复，片。此过程一直重复，片。此过程一直重复，直到该站点将数据发送出直到该站点将数据发送出直到该站点将数据发送出直到该站点将数据发送出去去去去或或或或其他站点开始发送数据其他站点开始发送数据其他站点开始发送数

19、据其他站点开始发送数据为止。为止。为止。为止。若该站点一开始侦听信道发现若该站点一开始侦听信道发现若该站点一开始侦听信道发现若该站点一开始侦听信道发现信道忙信道忙信道忙信道忙，就，就，就，就等到下等到下等到下等到下一个时间片继续侦听信道一个时间片继续侦听信道一个时间片继续侦听信道一个时间片继续侦听信道。2023/8/1713第4章 局域网3.CSMA/CD协议协议（1）首先）首先侦听信道侦听信道；（2）如果）如果信道空闲信道空闲，立即发送立即发送数据并进行数据并进行冲冲突检测突检测；（3）如果）如果信道忙信道忙，继续侦听继续侦听信道，信道，直到信道直到信道变为空闲变为空闲，立即发送数据并进行冲

20、突检测；，立即发送数据并进行冲突检测；（4）如果在发送数据过程中）如果在发送数据过程中检测到冲突检测到冲突，立立即停止发送即停止发送数据，并数据，并等待一随机长的时间等待一随机长的时间，重，重新回到（新回到（1）。）。2023/8/1714第4章 局域网冲突检测的方法冲突检测的方法（1 1）比较法比较法比较法比较法站点在发送数据的同时站点在发送数据的同时站点在发送数据的同时站点在发送数据的同时接收总线上的信号接收总线上的信号接收总线上的信号接收总线上的信号，然后，然后，然后，然后将从总线上接收到的数据与其发送的数据进行比将从总线上接收到的数据与其发送的数据进行比将从总线上接收到的数据与其发送的

21、数据进行比将从总线上接收到的数据与其发送的数据进行比较，若较，若较，若较，若发生变化发生变化发生变化发生变化，则认为，则认为，则认为，则认为发生冲突发生冲突发生冲突发生冲突。（2 2）编码违例判决法编码违例判决法编码违例判决法编码违例判决法站点通过检查总线上的站点通过检查总线上的站点通过检查总线上的站点通过检查总线上的信号波形是否符合曼彻斯信号波形是否符合曼彻斯信号波形是否符合曼彻斯信号波形是否符合曼彻斯特编码规则特编码规则特编码规则特编码规则来判断是否发生冲突，若来判断是否发生冲突，若来判断是否发生冲突，若来判断是否发生冲突，若违反违反违反违反曼彻斯曼彻斯曼彻斯曼彻斯特编码，则认为特编码，则

22、认为特编码，则认为特编码，则认为发生冲突发生冲突发生冲突发生冲突。若以太网站点在发送数据过程中检测出冲突，则若以太网站点在发送数据过程中检测出冲突，则若以太网站点在发送数据过程中检测出冲突，则若以太网站点在发送数据过程中检测出冲突，则停止发送数据，并且发出一个停止发送数据，并且发出一个停止发送数据，并且发出一个停止发送数据，并且发出一个4 4字节的阻塞字节的阻塞字节的阻塞字节的阻塞（jamjam）信号加强冲突）信号加强冲突）信号加强冲突）信号加强冲突，以便通知总线上的各站，以便通知总线上的各站，以便通知总线上的各站，以便通知总线上的各站点已经发生冲突。点已经发生冲突。点已经发生冲突。点已经发生

23、冲突。2023/8/1715第4章 局域网4.冲突冲突窗口窗口2 称为称为冲突窗口冲突窗口，站点在冲突窗口时间内都没有检测到冲突，站点在冲突窗口时间内都没有检测到冲突，才能确定该站点才能确定该站点“抓住抓住”了信道。了信道。10Mbps以太网规定冲突窗口为以太网规定冲突窗口为51.2us。10Mbps粗缆以太网标准规定，两个站点最多可以经过粗缆以太网标准规定，两个站点最多可以经过4个中继器个中继器连接连接5段电缆段电缆，每段长度为，每段长度为500米米。2023/8/1716第4章 局域网5.退避退避算法算法以太网退避过程是以太网退避过程是以太网退避过程是以太网退避过程是以冲突窗口大小为基准以

24、冲突窗口大小为基准以冲突窗口大小为基准以冲突窗口大小为基准的，每个的，每个的，每个的，每个站点有一个站点有一个站点有一个站点有一个冲突次数计数器冲突次数计数器冲突次数计数器冲突次数计数器i i。若站点发生若站点发生若站点发生若站点发生第第第第i i次冲突次冲突次冲突次冲突，等待时间将，等待时间将，等待时间将，等待时间将从从从从00（2 2i i-1-1）个）个）个）个51.2us51.2us之间随机选一个值之间随机选一个值之间随机选一个值之间随机选一个值。以此类推，当冲突次数以此类推，当冲突次数以此类推，当冲突次数以此类推，当冲突次数大于大于大于大于1010后后后后，都是，都是，都是，都是从从

25、从从02021010-1-1个个个个51.2us51.2us中选择一个等待时间中选择一个等待时间中选择一个等待时间中选择一个等待时间。当冲突次数当冲突次数当冲突次数当冲突次数超过超过超过超过1616时时时时，表示，表示，表示，表示发送失败发送失败发送失败发送失败，放弃该组发，放弃该组发，放弃该组发，放弃该组发送。送。送。送。上述算法称为上述算法称为上述算法称为上述算法称为二进制指数退避二进制指数退避二进制指数退避二进制指数退避（binary exponential binary exponential backoffbackoff）算法。）算法。）算法。）算法。核心思想核心思想核心思想核心思想

26、：站点冲突次数越多，平均等待时间越长：站点冲突次数越多，平均等待时间越长：站点冲突次数越多，平均等待时间越长：站点冲突次数越多，平均等待时间越长2023/8/1717第4章 局域网 CSMA/CD发送过程发送过程 2023/8/1718第4章 局域网4.2.2 帧格式帧格式 以太网有以太网有5种帧格式，最常用的是种帧格式，最常用的是Ethernet-II格式（格式（以太网格式以太网格式）和和Ethernet-802.3格式（格式（802.3格式格式）。）。以太网以太网/802.3帧格式帧格式2023/8/1719第4章 局域网帧格式中字段含义（帧格式中字段含义（1）前导符前导符前导符前导符（P

27、reamble Preamble）：7 7个字节的个字节的个字节的个字节的1010101010101010接收方通过该字段提取同步时钟。接收方通过该字段提取同步时钟。起始符：起始符：起始符：起始符：1010101110101011目的地址：目的地址：目的地址：目的地址：6 6字节字节字节字节单播地址（单播地址（Unicast Address）组播地址（组播地址（Multicast Address）广播地址（广播地址（Broadcast Address）源地址源地址源地址源地址：6 6字节，必须为字节，必须为字节，必须为字节，必须为单播地址单播地址单播地址单播地址2023/8/1720第4章 局

28、域网帧格式中字段含义（帧格式中字段含义（2）类型类型类型类型/长度长度长度长度（Type/Length Type/Length）：2 2字节字节字节字节以太网帧以太网帧中该字段为中该字段为类型类型字段，用于说明数据字段中的字段，用于说明数据字段中的数据是哪个协议交下来的。若值为数据是哪个协议交下来的。若值为0 x0800，则是，则是IP报文报文；若值为若值为0 x0806，则是，则是ARP报文报文。802.3帧帧中，该字段是中，该字段是长度长度字段，指明数据的字节数。字段，指明数据的字节数。数据数据数据数据（datadata）长度为长度为01500字节字节。以太网的。以太网的MTU（Maxim

29、um Transmission Unit）填充填充填充填充（PADPAD）:046046字节字节字节字节，保证帧的最小长度为，保证帧的最小长度为，保证帧的最小长度为，保证帧的最小长度为64B64BCRCCRC:4:4字节，生成多项式是字节，生成多项式是字节，生成多项式是字节，生成多项式是CRC-32CRC-32。校验范围是。校验范围是。校验范围是。校验范围是从目的地址字段到填充字段。从目的地址字段到填充字段。从目的地址字段到填充字段。从目的地址字段到填充字段。2023/8/1721第4章 局域网内容回忆内容回忆4.1 4.1 局域网参考模型局域网参考模型局域网参考模型局域网参考模型4.2 4.

30、2 以太网以太网以太网以太网纯纯纯纯ALOHAALOHA协议；分槽协议；分槽协议；分槽协议；分槽ALOHAALOHA；1 1坚持坚持坚持坚持CSMACSMA；非坚持非坚持非坚持非坚持CSMACSMA；P P坚持坚持坚持坚持CSMACSMA；CSMA/CDCSMA/CD（黑屋（黑屋（黑屋（黑屋子开会）；冲突窗口（争用期）；以太网最小帧子开会）；冲突窗口（争用期）；以太网最小帧子开会）；冲突窗口（争用期）；以太网最小帧子开会）；冲突窗口（争用期）；以太网最小帧长度；退避算法长度；退避算法长度；退避算法长度；退避算法以太网帧格式；以太网帧格式；以太网帧格式；以太网帧格式；MTUMTU；填充字段；填充

31、字段；填充字段；填充字段；CRCCRC2023/8/1722第4章 局域网4.2.3 以太网地址以太网地址以太网地址长度为以太网地址长度为6字节字节，前，前3字节用于字节用于标识厂商标识厂商；后；后3字节为字节为系列号系列号，由厂商自行分配。，由厂商自行分配。以太网地址通常以以太网地址通常以16进制数进制数表示。表示。Cisco公司的以太网地址前缀是公司的以太网地址前缀是00-00-0c；IBM公司公司08-00-5A；HP公司公司08-00-09；3com00-20-AF,00-60-8C;Intel公司公司00-60-8C。2023/8/1723第4章 局域网以太网地址分类以太网地址分类以

32、太网帧中目的地址分为单播地址、组播地址和以太网帧中目的地址分为单播地址、组播地址和以太网帧中目的地址分为单播地址、组播地址和以太网帧中目的地址分为单播地址、组播地址和广播地址。广播地址。广播地址。广播地址。单播地址单播地址单播地址单播地址：指向某个特定网卡的地址。网卡的地：指向某个特定网卡的地址。网卡的地：指向某个特定网卡的地址。网卡的地：指向某个特定网卡的地址。网卡的地址址址址固化在其固化在其固化在其固化在其ROMROM中。因此以太网地址又称为中。因此以太网地址又称为中。因此以太网地址又称为中。因此以太网地址又称为硬件硬件硬件硬件地址地址地址地址、物理地址物理地址物理地址物理地址和和和和MA

33、CMAC地址地址地址地址。组播地址组播地址组播地址组播地址：标识一组机器，只能作为目的地址。：标识一组机器，只能作为目的地址。：标识一组机器，只能作为目的地址。：标识一组机器，只能作为目的地址。IANAIANA规定，将规定，将规定，将规定，将01:00:5E01:00:5E:00:00:0001:00:5E:00:00:0001:00:5E:7F:FF:FF7F:FF:FF用于用于用于用于IPIP组播地址到以太网组播地址的映射。组播地址到以太网组播地址的映射。组播地址到以太网组播地址的映射。组播地址到以太网组播地址的映射。广播地址广播地址广播地址广播地址：全：全：全：全1 1的地址的地址的地址

34、的地址2023/8/1724第4章 局域网4.2.4 物理层标准物理层标准 集线器集线器是是物理层设备物理层设备，相当于多个端口的中继器，对比特，相当于多个端口的中继器，对比特进行进行信号放大和转发信号放大和转发。以太网物理层都采用相同的编码方案以太网物理层都采用相同的编码方案曼彻斯特编码曼彻斯特编码2023/8/1725第4章 局域网4.2.5 报文封装报文封装2023/8/1726第4章 局域网4.2.6 以太网运行参数以太网运行参数2023/8/1727第4章 局域网4.3 令牌环网和令牌环网和FDDI4.3.1 4.3.1 令牌环网令牌环网令牌环网令牌环网4.3.2 FDDI4.3.2

35、 FDDI2023/8/1728第4章 局域网4.3.1 令牌环网令牌环网2023/8/1729第4章 局域网令牌环网令牌环网特点和令牌传递机制特点和令牌传递机制 令牌环（令牌环（令牌环（令牌环（Token RingToken Ring）网一般以）网一般以）网一般以）网一般以屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线作为传输介质，作为传输介质，作为传输介质，作为传输介质，采用环形拓扑，数据速率为采用环形拓扑，数据速率为采用环形拓扑，数据速率为采用环形拓扑，数据速率为16Mbps16Mbps，通过令牌传递进行，通过令牌传递进行，通过令牌传递进行，通过令牌传递进行介质访问控制。介质访问控制。介质访问

36、控制。介质访问控制。令牌传递机制令牌传递机制令牌传递机制令牌传递机制 当环空闲时，令牌不停地在环上旋转。当某站点有数据要当环空闲时，令牌不停地在环上旋转。当某站点有数据要当环空闲时，令牌不停地在环上旋转。当某站点有数据要当环空闲时，令牌不停地在环上旋转。当某站点有数据要发送时，它首先发送时，它首先发送时，它首先发送时，它首先改变令牌中的一位改变令牌中的一位改变令牌中的一位改变令牌中的一位，然后将要发送的，然后将要发送的，然后将要发送的，然后将要发送的数据数据数据数据加到令牌后面加到令牌后面加到令牌后面加到令牌后面，然后将整个数据帧发到环中，数据帧沿环，然后将整个数据帧发到环中，数据帧沿环，然后

37、将整个数据帧发到环中，数据帧沿环，然后将整个数据帧发到环中，数据帧沿环旋转至接收方，旋转至接收方，旋转至接收方，旋转至接收方，接收方拷贝数据帧接收方拷贝数据帧接收方拷贝数据帧接收方拷贝数据帧，而，而，而，而数据帧继续数据帧继续数据帧继续数据帧继续沿着环沿着环沿着环沿着环旋转，最后回到发送站点。旋转，最后回到发送站点。旋转，最后回到发送站点。旋转，最后回到发送站点。发送站点通过检查返回的数据帧来查看发送站点通过检查返回的数据帧来查看发送站点通过检查返回的数据帧来查看发送站点通过检查返回的数据帧来查看数据帧是否被接收数据帧是否被接收数据帧是否被接收数据帧是否被接收站点正确接收站点正确接收站点正确接

38、收站点正确接收，同时负责将其发送的，同时负责将其发送的，同时负责将其发送的，同时负责将其发送的数据帧从环中移走数据帧从环中移走数据帧从环中移走数据帧从环中移走，然后产生一个然后产生一个然后产生一个然后产生一个新的令牌新的令牌新的令牌新的令牌并发送到环上。并发送到环上。并发送到环上。并发送到环上。2023/8/1730第4章 局域网4.3.2 FDDI网网光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（FDDIFDDI，Fiber Distributed Fiber Distributed Data InterfaceData Interface）是由美国国家标准

39、化组织）是由美国国家标准化组织）是由美国国家标准化组织）是由美国国家标准化组织ANSIANSI设设设设计开发计开发计开发计开发的世界上第一个高速局域网。的世界上第一个高速局域网。的世界上第一个高速局域网。的世界上第一个高速局域网。FDDIFDDI以以以以光纤通信光纤通信光纤通信光纤通信和和和和IEEE 802.5IEEE 802.5令牌环网技术令牌环网技术令牌环网技术令牌环网技术为基为基为基为基础，使用础，使用础，使用础，使用双环双环双环双环结构，速率为结构，速率为结构，速率为结构，速率为100Mbps100Mbps。FDDIFDDI采用双环拓扑结构，采用双环拓扑结构，采用双环拓扑结构，采用双

40、环拓扑结构，主环和辅环主环和辅环主环和辅环主环和辅环，两个环的，两个环的，两个环的，两个环的传输方向相反传输方向相反传输方向相反传输方向相反。正常情况下只有主环工作。正常情况下只有主环工作。正常情况下只有主环工作。正常情况下只有主环工作。一旦网络发生故障，一旦网络发生故障，一旦网络发生故障，一旦网络发生故障，FDDIFDDI站点都会站点都会站点都会站点都会通过卷绕自动通过卷绕自动通过卷绕自动通过卷绕自动将双环重构为一个单环将双环重构为一个单环将双环重构为一个单环将双环重构为一个单环，保证网络不会中断。，保证网络不会中断。，保证网络不会中断。，保证网络不会中断。2023/8/1731第4章 局域

41、网双环容错双环容错 2023/8/1732第4章 局域网4.4 高速以太网高速以太网 4.4.1 4.4.1 快速以太网快速以太网快速以太网快速以太网4.4.2 4.4.2 千兆位以太网千兆位以太网千兆位以太网千兆位以太网4.4.3 4.4.3 万兆位以太网万兆位以太网万兆位以太网万兆位以太网4.4.4 100G/40G4.4.4 100G/40G以太网以太网以太网以太网2023/8/1733第4章 局域网4.4.1 快速以太网快速以太网快速以太网的提出背景快速以太网的提出背景标准是标准是802.3u，保留了帧格式、，保留了帧格式、CSMA/CD机制和机制和MTU快快速速以以太太网网层层次次结

42、结构构2023/8/1734第4章 局域网快速以太网物理层标准快速以太网物理层标准 2023/8/1735第4章 局域网快速以太网其它特性快速以太网其它特性自动自动自动自动协商机制协商机制协商机制协商机制使得集线器和网卡知道线路另一端的速度，把速度自使得集线器和网卡知道线路另一端的速度，把速度自动调节到线路两端能达到的最高速度。动调节到线路两端能达到的最高速度。组网方式组网方式组网方式组网方式快速以太网快速以太网采用采用Hub或或Switch星型组网方式星型组网方式，不再采用，不再采用总线方式总线方式100Base-TX和和100Base-T4，既可以使用集线器也可以，既可以使用集线器也可以使

43、用交换机连接工作站；使用交换机连接工作站；100Base-FX只能使用交换机只能使用交换机连接工作站连接工作站100Base-TX和和100Base-FX支持全双工方式；支持全双工方式；全双工方全双工方式只适用于使用交换机连接或点到点连接方式式只适用于使用交换机连接或点到点连接方式。2023/8/1736第4章 局域网快速以太网运行参数快速以太网运行参数 2023/8/1737第4章 局域网4.4.2 千兆位以太网千兆位以太网2023/8/1738第4章 局域网千兆位以太网物理层标准千兆位以太网物理层标准 标准：标准：802.3z（基于光纤和同轴电缆的全双工链路标准）（基于光纤和同轴电缆的全双

44、工链路标准）802.3ab（基于（基于UTP的千兆位以太网标准）的千兆位以太网标准）千兆位以太网千兆位以太网保留了帧格式保留了帧格式、CSMA/CD机制机制和和MTU2023/8/1739第4章 局域网千兆位以太网其它特性千兆位以太网其它特性载波扩展载波扩展载波扩展载波扩展 千兆位以太网的帧格式在以太网帧格式的千兆位以太网的帧格式在以太网帧格式的最后加了最后加了一一个个长度可变的载波扩展字段长度可变的载波扩展字段，用于填充长度小于最小，用于填充长度小于最小值的帧，以值的帧，以扩展以太网的最小帧长度扩展以太网的最小帧长度。帧突发帧突发帧突发帧突发一旦一旦第一个帧发送成功第一个帧发送成功，则具有帧

45、突发功能的站点就，则具有帧突发功能的站点就能够能够继续发送其他帧继续发送其他帧，直到直到帧突发帧突发总长度达到总长度达到1518字字节为止节为止。千兆位以太网的最小组网距离可以扩大到千兆位以太网的最小组网距离可以扩大到千兆位以太网的最小组网距离可以扩大到千兆位以太网的最小组网距离可以扩大到75m75m左左左左右，能满足一般的组网要求。右，能满足一般的组网要求。右，能满足一般的组网要求。右，能满足一般的组网要求。2023/8/1740第4章 局域网载波扩展载波扩展 在千兆以太网中，在千兆以太网中，在千兆以太网中，在千兆以太网中，512512比特时间内比特时间内比特时间内比特时间内电波或光的电波或

46、光的电波或光的电波或光的传输距离只传输距离只传输距离只传输距离只有有有有40m40m远远远远，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖半径只有半径只有半径只有半径只有20m20m。在实际中无法得到大规模推广。为了解决。在实际中无法得到大规模推广。为了解决。在实际中无法得到大规模推广。为了解决。在实际中无法得到大规模推广。为了解决这个问题，这个问题，这个问题，这个问题，IEEEIEEE对以太网的对以太网的对以太网的对以太网的MACMAC层协议作了第一次重大层协议作了第一次

47、重大层协议作了第一次重大层协议作了第一次重大修改：修改：修改：修改：载波扩展和帧突发载波扩展和帧突发载波扩展和帧突发载波扩展和帧突发。半双工千兆以太网半双工千兆以太网半双工千兆以太网半双工千兆以太网时间槽长度扩展到了时间槽长度扩展到了时间槽长度扩展到了时间槽长度扩展到了 40964096位位位位，这样半双，这样半双，这样半双，这样半双工千兆以太网的距离工千兆以太网的距离工千兆以太网的距离工千兆以太网的距离覆盖范围扩展到了覆盖范围扩展到了覆盖范围扩展到了覆盖范围扩展到了160m160m。为了兼容，。为了兼容，。为了兼容，。为了兼容，半双工千兆以太网的半双工千兆以太网的半双工千兆以太网的半双工千兆

48、以太网的最小帧长度仍需要保持最小帧长度仍需要保持最小帧长度仍需要保持最小帧长度仍需要保持64byte64byte。为了。为了。为了。为了能够匹配时间糟的长度，当某个能够匹配时间糟的长度，当某个能够匹配时间糟的长度，当某个能够匹配时间糟的长度，当某个DTEDTE发送小于发送小于发送小于发送小于512byte512byte帧帧帧帧时，半双时，半双时，半双时，半双 工千兆以太网工千兆以太网工千兆以太网工千兆以太网MAC MAC 将将将将在正常发送数据之后发送在正常发送数据之后发送在正常发送数据之后发送在正常发送数据之后发送一个载波扩展序列一个载波扩展序列一个载波扩展序列一个载波扩展序列直到一个时间槽

49、结束。直到一个时间槽结束。直到一个时间槽结束。直到一个时间槽结束。2023/8/1741第4章 局域网帧突发帧突发在载波扩展的情况下，解决了半双工千兆以太网在载波扩展的情况下，解决了半双工千兆以太网在载波扩展的情况下，解决了半双工千兆以太网在载波扩展的情况下，解决了半双工千兆以太网距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的 问题：问题：问题：问题：对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了对于长度较小的以太网帧的发送效率降

50、低了。帧突发原理：对于帧突发原理：对于帧突发原理：对于帧突发原理：对于 DTEDTE发送的发送的发送的发送的第一个小于第一个小于第一个小于第一个小于512byte512byte的帧的帧的帧的帧，依然使用，依然使用，依然使用，依然使用载波扩展到载波扩展到载波扩展到载波扩展到 512byte512byte，但，但，但，但随后发送的小于随后发送的小于随后发送的小于随后发送的小于512byte512byte的短帧不再使用载波扩展的短帧不再使用载波扩展的短帧不再使用载波扩展的短帧不再使用载波扩展，而是加入而是加入而是加入而是加入96bit96bit的帧间隔序列后连续发送短帧，的帧间隔序列后连续发送短帧，

51、的帧间隔序列后连续发送短帧，的帧间隔序列后连续发送短帧，最最最最长可以突发到长可以突发到长可以突发到长可以突发到6553665536位位位位。2023/8/1742第4章 局域网千兆位以太网运行参数千兆位以太网运行参数 2023/8/1743第4章 局域网4.4.3 万兆位以太网万兆位以太网万兆位以太网也称为万兆位以太网也称为万兆位以太网也称为万兆位以太网也称为10G10G以太网以太网以太网以太网，标准为，标准为，标准为，标准为IEEE IEEE 802.3 802.3 aeae。万兆位以太网主要万兆位以太网主要万兆位以太网主要万兆位以太网主要用于用于用于用于局域网、城域网和广域网局域网、城域

52、网和广域网局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网之间的之间的之间的之间的互联互联互联互联。它依旧它依旧它依旧它依旧采用以太网帧格式和采用以太网帧格式和采用以太网帧格式和采用以太网帧格式和MTUMTU。万兆位以太网万兆位以太网万兆位以太网万兆位以太网只支持全双工只支持全双工只支持全双工只支持全双工工作模式，不再需要工作模式，不再需要工作模式，不再需要工作模式，不再需要CSMA/CDCSMA/CD机制。机制。机制。机制。万兆位以太网万兆位以太网万兆位以太网万兆位以太网只以光纤作为传输介质只以光纤作为传输介质只以光纤作为传输介质只以光纤作为传输介质。2023/8/1744第4章 局域网万兆位以

53、太网物理层万兆位以太网物理层标准和组网方式标准和组网方式 支持支持支持支持物理线路保护物理线路保护物理线路保护物理线路保护、端到端端到端端到端端到端QoSQoS、OAMOAM，能够提供电信级，能够提供电信级，能够提供电信级，能够提供电信级服务，服务，服务，服务，适合构建城域网适合构建城域网适合构建城域网适合构建城域网。采用万兆位以太网组建城域网采用万兆位以太网组建城域网采用万兆位以太网组建城域网采用万兆位以太网组建城域网节约大量成本节约大量成本节约大量成本节约大量成本，且与，且与，且与，且与10Mbps10Mbps以太网和快速以太网技术以太网和快速以太网技术以太网和快速以太网技术以太网和快速以

54、太网技术兼容兼容兼容兼容。2023/8/1745第4章 局域网万兆位以太网运行参数万兆位以太网运行参数 2023/8/1746第4章 局域网4.4.4 40G/100G以太网以太网 20072007年年年年7 7月月月月 ，IEEEIEEE下属的下属的下属的下属的HSSGHSSG小组决定制定一个小组决定制定一个小组决定制定一个小组决定制定一个包含两包含两包含两包含两个速度（个速度（个速度（个速度（40Gbps40Gbps和和和和100Gbps100Gbps）的单一标准）的单一标准）的单一标准）的单一标准，编号为，编号为，编号为，编号为IEEE IEEE 802.3ba802.3ba 。40Gb

55、ps的物理接口的物理接口有有1m交换机交换机背板链路背板链路10m铜铜缆链路缆链路100m多模光纤链路多模光纤链路100G的物理接口的物理接口有有10m铜铜缆链路缆链路100m多模光纤链路多模光纤链路10km、40km单模光纤链路单模光纤链路2023/8/1747第4章 局域网内容回忆内容回忆4.2.3 4.2.3 以太网地址以太网地址以太网地址以太网地址组成；分类；物理层标准组成；分类；物理层标准组成；分类；物理层标准组成；分类；物理层标准4.3 4.3 令牌环网和令牌环网和令牌环网和令牌环网和FDDIFDDI令牌传递机制；令牌传递机制；令牌传递机制；令牌传递机制；FDDIFDDI的双环结构

56、的双环结构的双环结构的双环结构4.4 4.4 高速以太网高速以太网高速以太网高速以太网快速以太网的标准、物理层标准；千兆以太网的快速以太网的标准、物理层标准；千兆以太网的快速以太网的标准、物理层标准；千兆以太网的快速以太网的标准、物理层标准；千兆以太网的标准、物理层标准；万兆以太网的标准、特点标准、物理层标准；万兆以太网的标准、特点标准、物理层标准；万兆以太网的标准、特点标准、物理层标准；万兆以太网的标准、特点2023/8/1748第4章 局域网载波扩展载波扩展 在千兆以太网中，在千兆以太网中，在千兆以太网中，在千兆以太网中，512512比特时间内比特时间内比特时间内比特时间内电波或光的电波或

57、光的电波或光的电波或光的传输距离只传输距离只传输距离只传输距离只有有有有40m40m远远远远，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖半径只有半径只有半径只有半径只有20m20m。在实际中无法得到大规模推广。为了解决。在实际中无法得到大规模推广。为了解决。在实际中无法得到大规模推广。为了解决。在实际中无法得到大规模推广。为了解决这个问题，这个问题，这个问题，这个问题，IEEEIEEE对以太网的对以太网的对以太网的对以太网的MACMAC层协议作了第一次重大层协议作了第一次

58、重大层协议作了第一次重大层协议作了第一次重大修改：修改：修改：修改：载波扩展和帧突发载波扩展和帧突发载波扩展和帧突发载波扩展和帧突发。半双工千兆以太网半双工千兆以太网半双工千兆以太网半双工千兆以太网时间槽长度扩展到了时间槽长度扩展到了时间槽长度扩展到了时间槽长度扩展到了 40964096位位位位，这样半双，这样半双，这样半双，这样半双工千兆以太网的距离工千兆以太网的距离工千兆以太网的距离工千兆以太网的距离覆盖范围扩展到了覆盖范围扩展到了覆盖范围扩展到了覆盖范围扩展到了160m160m。为了兼容，。为了兼容，。为了兼容，。为了兼容，半双工千兆以太网的半双工千兆以太网的半双工千兆以太网的半双工千兆

59、以太网的最小帧长度仍需要保持最小帧长度仍需要保持最小帧长度仍需要保持最小帧长度仍需要保持64byte64byte。为了。为了。为了。为了能够匹配时间糟的长度，当某个能够匹配时间糟的长度，当某个能够匹配时间糟的长度，当某个能够匹配时间糟的长度，当某个DTEDTE发送小于发送小于发送小于发送小于512byte512byte帧帧帧帧时，半双工千兆以太网时，半双工千兆以太网时，半双工千兆以太网时，半双工千兆以太网MAC MAC 层将层将层将层将在正常发送数据之后发在正常发送数据之后发在正常发送数据之后发在正常发送数据之后发送一个载波扩展序列送一个载波扩展序列送一个载波扩展序列送一个载波扩展序列直到一个

60、时间槽结束。直到一个时间槽结束。直到一个时间槽结束。直到一个时间槽结束。2023/8/1749第4章 局域网帧突发帧突发在载波扩展的情况下，解决了半双工千兆以太网在载波扩展的情况下，解决了半双工千兆以太网在载波扩展的情况下，解决了半双工千兆以太网在载波扩展的情况下，解决了半双工千兆以太网距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的 问题：问题：问题：问题：对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了对于长度较小的以太网帧的发送

61、效率降低了。帧突发原理：对于帧突发原理：对于帧突发原理：对于帧突发原理：对于 DTEDTE发送的发送的发送的发送的第一个小于第一个小于第一个小于第一个小于512byte512byte的帧的帧的帧的帧，依然使用，依然使用，依然使用，依然使用载波扩展到载波扩展到载波扩展到载波扩展到 512byte512byte，但，但，但，但随后发送的小于随后发送的小于随后发送的小于随后发送的小于512byte512byte的短帧不再使用载波扩展的短帧不再使用载波扩展的短帧不再使用载波扩展的短帧不再使用载波扩展，而是加入而是加入而是加入而是加入96bit96bit的帧间隔序列后连续发送短帧，的帧间隔序列后连续发送

62、短帧，的帧间隔序列后连续发送短帧，的帧间隔序列后连续发送短帧，最最最最长可以突发到长可以突发到长可以突发到长可以突发到6553665536位位位位。2023/8/1750第4章 局域网4.5 无线局域网无线局域网4.5.1 4.5.1 拓扑结构拓扑结构拓扑结构拓扑结构4.5.2 4.5.2 协议栈协议栈协议栈协议栈4.5.3 MAC4.5.3 MAC协议协议协议协议 4.5.4 4.5.4 物理层标准物理层标准物理层标准物理层标准4.5.5 4.5.5 安全安全安全安全2023/8/1751第4章 局域网4.5.1 拓扑结构拓扑结构WLANWLAN的最小构成单位（工作单元）是的最小构成单位（工

63、作单元）是的最小构成单位（工作单元）是的最小构成单位（工作单元）是基本服务基本服务基本服务基本服务集集集集（Basic Service SetBasic Service Set，BSSBSS），由），由），由），由运行相同运行相同运行相同运行相同MACMAC协议协议协议协议并并并并竞争使用同一无线链路竞争使用同一无线链路竞争使用同一无线链路竞争使用同一无线链路的站点组成。的站点组成。的站点组成。的站点组成。BSSBSS分为分为分为分为独立独立独立独立BSSBSS（IBSSIBSS）和有）和有）和有）和有APAP的的的的BSSBSS。扩展服务集扩展服务集扩展服务集扩展服务集（Extended S

64、ervice SetExtended Service Set，ESSESS）由多）由多）由多）由多个个个个BSSBSS经分布式系统（经分布式系统（经分布式系统（经分布式系统（Distributed SystemDistributed System，DSDS）互联而成。）互联而成。）互联而成。）互联而成。2023/8/1752第4章 局域网独立独立BSS和有和有AP的的BSS2023/8/1753第4章 局域网扩展服务集扩展服务集ESS2023/8/1754第4章 局域网4.5.2 协议栈协议栈 2023/8/1755第4章 局域网4.5.3 MAC协议协议 802.11MAC802.11MAC

65、子层引入了差错控制子层引入了差错控制子层引入了差错控制子层引入了差错控制，要求接收站点，要求接收站点，要求接收站点，要求接收站点每收到一个正确的数据帧后，必须向发送方返回每收到一个正确的数据帧后，必须向发送方返回每收到一个正确的数据帧后，必须向发送方返回每收到一个正确的数据帧后，必须向发送方返回一个确认帧。并且一个确认帧。并且一个确认帧。并且一个确认帧。并且数据帧的发送和确认帧的返回数据帧的发送和确认帧的返回数据帧的发送和确认帧的返回数据帧的发送和确认帧的返回被当作一个原子操作被当作一个原子操作被当作一个原子操作被当作一个原子操作。802.11 MAC802.11 MAC支持两种操作模式：支持

66、两种操作模式：支持两种操作模式：支持两种操作模式：分布协调功能分布协调功能分布协调功能分布协调功能（DCFDCF）和点协调功能（）和点协调功能（）和点协调功能（）和点协调功能（PCFPCF）。所有的。所有的。所有的。所有的802.11 802.11 MACMAC实现都实现都实现都实现都必须支持必须支持必须支持必须支持DCFDCF，PCFPCF是可选的。是可选的。是可选的。是可选的。（1 1）CSMA/CACSMA/CA协议协议协议协议（2 2）“隐藏站隐藏站隐藏站隐藏站”、“暴露站暴露站暴露站暴露站”问题问题问题问题（3 3）PCFPCF模式模式模式模式2023/8/1756第4章 局域网1、CSMA/CA协议协议 CSMA/CACSMA/CA（CSMA with Collision AvoidanceCSMA with Collision Avoidance）工作过程）工作过程）工作过程）工作过程 如果如果如果如果一个站点有数据要发送一个站点有数据要发送一个站点有数据要发送一个站点有数据要发送,它首先侦听信道：它首先侦听信道：它首先侦听信道：它首先侦听信道：（1 1）如果）如果）如果