介质访问控制与局域网技术

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1、介 质 访 问 控 制 与 局 域 网 技 术 第 5讲 介 质 访 问 控 制 与 局 域 网 技 术 l 局 域 网 的 特 点l 局 域 网 体 系 结 构 l 多 路 访 问 协 议l IEEE802.3标 准 及 以 太 网 l IEEE802.5标 准 令 牌 环 l IEEE802.4标 准 令 牌 总 线l 三 种 局 域 网 的 比 较l IEEE802.6标 准 -DQDB l 光 纤 分 布 数 据 接 口 FDDIl 高 速 局 域 网 技 术 ； 虚 拟 局 域 网 VLAN； 无 线 局 域 网 技 术 局 域 网 的 特 点 特 点 ： 地 理 分 布 范 围 较

2、 小 ； 误 码 率 低 ， 一 般 在 10-11-10-8以 下 ； 以 PC机 为 主 体 ， 数 据 传 输 速 率 高 ， 一 般 为 0.1-100Mbps。类 别 ： 普 遍 应 用 的 局 部 区 域 网 LAN 采 用 电 路 交 换 技 术 的 局 域 网 ， 称 计 算 机 交 换 机 CBX（ Computer Branch eXchange） 或 专 门 小 交 换 机 PBX（ Private Branch eXchange） 新 发 展 的 高 速 局 域 网 H SLN (H igh Speed Local Network）常 用 的 拓 扑 结 构 ： 总 线

3、 型 、 环 型 、 星 型 IEEE/LAN参 考 模 型 局 域 网 体 系 结 构 物 理 层 负 责 体 现 机 械 、 电 气 和 过 程 方 面 的 特 性 ， 完 成 建 立 、维 持 和 拆 除 物 理 链 路 的 功 能 ， 它 提 供 在 物 理 层 实 体 间 发 送 和 接 收比 特 的 能 力 。 介 质 访 问 控 制 子 层 MAC（ Media Access Control） 数 据 的封 装 与 解 封 ， 包 括 组 帧 、 寻 址 和 错 误 检 测 ； 介 质 访 问 管 理 ，包 括 介 质 分 配 和 冲 突 解 决 逻 辑 链 路 控 制 子 层

4、LLC（ Logical Link Control） 向 高层 提 供 一 个 或 多 个 访 问 点 LSAP， 用 于 同 网 络 层 通 信 的 逻 辑接 口 ， 主 要 执 行 OSI 基 本 数 据 链 路 协 议 的 大 部 分 功 能 和 网络 层 的 部 分 功 能 ， 如 帧 的 收 发 、 差 错 控 制 、 流 量 控 制 、 帧同 步 . IEEE的 802标 准 ， 包 括 CSMA/CD、 令 牌 总 线 和 令 牌 环 等 ， 它 被ANSI接 受 为 美 国 国 家 标 准 ， 被 ISO作 为 国 际 标 准 （ 称 为 ISO8802标准 ， 现 在 IEE

5、E802.1 IEEE802.6已 成 为 ISO8802.1 8802.6） 。 MAC子 层 功 能 信 道 分 配 MAC（ Media Access Control， 介 质 访 问 控 制 ） 是 一 种控 制 使 用 通 信 介 质 的 机 制 ， 它 是 数 据 链 路 层 协 议 的 一 部 分 。下 图 是 MAC子 层 功 能 结 构 图 。 介 质 访 问 子 层 的 中 心 论 题 是 相 互 竞 争 的 用 户 之 间 如何 分 配 一 个 单 独 的 广 播 信 道 。 1、 静 态 分 配 (频 分 多 路 复 用 )： 只 要 一 个 用 户 得到 了 信 道

6、就 不 会 和 别 的 用 户 冲 突 。 (用 户 数 据 流 量 具有 突 发 性 和 间 歇 性 ， 1000： 1) 2、 动 态 分 配 ： 称 为 多 路 访 问 （ Multiple Access）或 多 点 接 入 ， 指 多 个 用 户 共 用 一 条 线 路 ， 而 信 道 并非 是 在 用 户 通 信 时 固 定 分 配 给 用 户 ， 这 样 的 系 统 又称 为 竞 争 系 统 。 动 态 分 配 方 法 又 可 以 分 为 ： 随 机 访问 ， 典 型 ALOHA协 议 、 CSMA协 议 ； 受 控 访 问 ， 典 型令 牌 网 竞 争 系 统 和 集 中 控 制

7、 的 多 点 线 路 轮 询 5个 关 键 假 设l 站 模 型 ： 站 独 立 ， 以 恒 定 速 率 产 生 帧 ， 每 个 站 只有 一 个 程 序 ， 一 旦 一 帧 被 生 成 ， 则 该 站 被 阻 塞 ，直 到 该 帧 被 成 功 地 发 送 出 去 为 止 ；l 单 信 道 假 设 ： 对 于 所 有 的 通 信 都 只 有 一 个 信 道 可以 使 用 ；l 冲 突 假 设 ： 两 个 帧 同 时 传 送 ， 就 会 冲 突 ， 所 有 站点 能 检 测 到 ， 冲 突 帧 需 重 发l 发 送 时 间 ： 连 续 任 意 时 刻 可 发 送 ； 分 槽 时 间l 载 波 检

8、 测 ： 有 载 波 检 测 ； 无 载 波 检 测 LAN 无 线 网 络 ALOHA协 议 纯 ALOHA协 议 ： 用 户 有 数 据 要 发 送 时 ， 可 以 直 接 发 至 信 道 ，若 在 规 定 时 间 内 收 到 应 答 ， 表 示 发 送 成 功 ， 否 则 重 发 。重 发 策 略 ： 发 送 数 据 后 侦 听 信 道 是 否 产 生 冲 突 ， 若 产 生冲 突 ， 则 等 待 一 段 随 机 的 时 间 重 发 ， 直 到 发 送 成 功 为 止 ，如 下 图 所 示 。 ALOHA信 道 的 效 率 怎 么 样 ？帧 时 ： 传 输 一 个 标 准 的 、 固 定

9、 长 度 的 帧 所 需 要 的 时 间 。如 果 从 一 帧 被 发 送 出 去 开 始 ， 在 一 个 帧 时 内 没 有 其 他 的 帧被 发 送 ， 则 这 一 帧 不 会 遭 到 冲 突 冲 突 窗 口 2t l 假 设 无 穷 多 用 户 按 照 泊 松 分 布 产 生 新 的 帧 ， 平 均 每 个 帧 时 产 生 N帧 ， 如 果N1， 则 这 群 用 户 生 成 帧 的 速 度 大 于 信 道 的 处 理 速 度 ， 几 乎 每 帧 都 要 经 受冲 突 ， 要 求 0N=N, 也 服 从 泊 松 分 布 。 吞 吐 量S=GP0, P0是 一 帧 没 有 遭 到 冲 突 的

10、 概 率 。l 一 个 帧 时 中 生 成 k帧 的 概 率 服 从 泊 松 分 布 l 在 冲 突 窗 口 内 不 存 在 其 他 流 量 的 概 率 是 P0=e-2Gl G=0.5时 ， S达 到 最 大 ， 为 1/2e !Pr keGk Gk GG GeSeP 220 ALOHA系 统 中 吞 吐 率 与 帧 流 量 之 间 的 关 系 分 槽 ALOHA协 议 ： 把 使 用 信 道 的 时 间 分 成 离 散 的 时 间 槽 ， 槽 长 为一 个 帧 所 需 的 发 送 时 间 ， 每 个 站 点 只 能 在 时 间 槽 开始 时 才 允 许 发 送 ， 其 他 过 程 与 纯

11、ALOHA协 议 相 同 。 冲 突 主 要 发 生 在 时 间 槽 的 起 点 ， 一 旦 发 送 成 功 就不 会 出 现 冲 突 ， 分 槽 ALOHA大 幅 度 降 低 了 冲 突 的 可 能性 ， 信 道 利 用 率 比 纯 ALOHA提 高 了 约 一 倍 。 冲 突 窗 口 t 载 波 侦 听 多 路 访 问 协 议 CSMA 载 波 侦 听 （ Carrier Sense） ： 站 点 在 发 送 帧 之 前 ， 首先 侦 听 信 道 有 无 载 波 ， 若 有 载 波 ， 说 明 已 有 用 户 在 使 用信 道 ， 则 不 发 送 帧 以 避 免 冲 突 。 三 种 方 式

12、 ： 1、 坚 持 型 CSMA （ 1-persistent CSMA） 2、 非 坚 持 型 CSMA （ nonpersistent CSMA） 3、 p-坚 持 型 CSMA （ p-persistent CSMA） （ 1） 站 点 有 数 据 发 送 ， 先 侦 听 信 道 ；（ 2） 若 站 点 发 现 信 道 空 闲 ， 则 发 送 ；（ 3） 若 信 道 忙 ， 则 继 续 侦 听 直 至 发 现 信 道 空 闲 ，然 后 完 成 发 送 ；（ 4） 若 产 生 冲 突 ， 等 待 一 个 随 机 时 间 ， 然 后 重 新开 始 发 送 过 程 （ 回 到 （ 1） ） 。

13、优 点 ： 减 少 了 信 道 空 闲 时 间 ，缺 点 ： 增 加 了 发 生 冲 突 的 概 率 。 广 播 延 迟 越 大 ，发 生 冲 突 的 可 能 性 越 大 ， 协 议 性 能 越 差 。1、 坚 持 型 CSMA（ 1-persistent CSMA） （ 1） 若 站 点 有 数 据 发 送 ， 先 侦 听 信 道 ；（ 2） 若 站 点 发 现 信 道 空 闲 ， 则 发 送 ；（ 3） 若 信 道 忙 ， 等 待 一 个 随 机 时 间 ， 然 后 重 新 开 始 发 送过 程 （ 回 到 （ 1） ） ；（ 4） 若 产 生 冲 突 ， 等 待 一 个 随 机 时 间

14、， 然 后 重 新 开 始 发送 过 程 （ 回 到 （ 1） ） 。优 点 ： 减 少 了 冲 突 的 概 率 ， 信 道 效 率 比 1-坚 持 CSMA高缺 点 ： 增 加 了 信 道 空 闲 时 间 ， 数 据 发 送 延 迟 增 大 。 传 输延 迟 比 1-坚 持 CSMA大 。 2、 非 坚 持 型 CSMA（ nonpersistent CSMA） （ 1） 若 站 点 有 数 据 发 送 ， 先 侦 听 信 道 ；（ 2） 若 站 点 发 现 信 道 空 闲 ， 则 以 概 率 p发 送 数 据 ，以 概 率 q =1- p 延 迟 至 下 一 个 时 间 槽 发 送 。 若

15、 下 一 个时 间 槽 仍 空 闲 ， 重 复 此 过 程 ， 直 至 数 据 发 出 或 时 间 槽被 其 他 站 点 所 占 用（ 3） 若 信 道 忙 ， 则 等 待 下 一 个 时 间 槽 ， 重 新 开 始 发送 （ 4） 若 产 生 冲 突 ， 等 待 一 随 机 时 间 ， 重 新 开 始 发 送折 中 方 案 ， 既 能 像 非 坚 持 型 CSMA那 样 减 少 冲 突 ， 又能 像 1-坚 持 型 CSMA那 样 减 少 媒 体 空 闲 时 间 的 ， 适 用 于分 槽 信 道 。3. p-坚 持 型 CSMA（ p-persistent CSMA） 五 种 多 路 访 问

16、 协 议 性 能 比 较 以 上 五 种 多 路 访 问 方 法 的 信 道 利 用 率 和 载 荷 曲线 的 比 较 见 下 图 。 带 冲 突 检 测 的 载 波 侦 听 多 路 访 问 协 议 CSMA/CD 检 测 冲 突 ： 边 发 边 收 CSMA/CD工 作 状 态 包 括 三 个 周 期 ： 传 输 周 期 、 竞 争 周 期和 空 闲 周 期 一 个 站 点 确 定 发 生 冲 突 所 花 的 时 间 到 底 为 多 少 ？ 2 最 小 帧 长 思 考 ：考 虑 在 一 条 1km长 的 电 缆 （ 无 中 继 器 ） 上 建 立一 个 1Gbps速 度 的 CSMA/CD网

17、 络 。 信 号 在 电 缆中 的 速 度 为 200000km/s。请 问 最 小 的 帧 长 度 为 多 少 ？ 无 冲 突 的 协 议 -基 本 的 位 图 协 议预 留 协 议 ， 每 个 站 的 开 销 是 一 位 ， 不 可 能 扩 展 到 包 含 上千 个 站 的 网 络 中 。 无 冲 突 的 协 议 -二 进 制 倒 计 数 协 议 有 限 竞 争 协 议l K个 站 竞 争 信 道 的 使 用 权 ， 每 个 时 槽 中 传 送 概 率 是 p.在 一 给 定 时 间 槽 ， 某 一 个 站 点 成 功 获 得 信 道 的 概 率kp(1-p)k-1l 当 p=1/k时 ，

18、 最 佳 11/1Pr kkkkp 动 态 分 配 站 点 到 各 时 隙 的 方 法l 当 负 载 很 低 时 ， 每 个 时 槽 有 很 多 站 点 竞 争l 当 负 载 重 时 ， 每 个 时 槽 只 有 很 少 的 站 ， 甚 至 只 有 一个 站 。l 自 适 应 树 搜 索 协 议 波 分 多 路 访 问 协 议l 利 用 FDM,TDM或 者 两 者 结 合 起 来 .将 信 道 分 为 多 个 子 信 道 ,动 态 根 据需 要 分 配 这 些 子 信 道 .通 常 被 用 于 光 纤 LAN,允 许 同 一 时 刻 ,不 同 会 话使 用 不 同 的 波 长 .l 全 光 学

19、 LAN 可 使 用 一 个 无 源 的 星 型 连 接 器 信 道 分 配每 个 站 分 配 两 个 信 道 : 控 制 信 道 ;数 据 信 道每 个 信 道 被 分 成 时 槽 组面 向 连 接 通 信 的 基 本 思 想 : 若 A要 与 B通 信 ,A先 要 在 B的 控制 信 道 的 一 个 空 时 隙 中 插 入 一 个 连 接 请 求 帧 ,若 B接 受 ,则在 A的 数 据 信 道 上 进 行 通 信 .每 个 站 点 有 两 个 发 送 器 和 两 个 接 收 器固 定 波 长 的 接 收 器 -监 听 自 己 的 控 制 信 道可 调 波 长 接 收 器 -选 择 监 听

20、 一 个 数 据 发 送 器固 定 波 长 发 送 器 -发 送 数 据 帧可 调 波 长 发 送 器 -在 其 他 站 的 控 制 信 道 上 发 送 信 息 全 局 同 步 的 时 钟 用 于 同 步 所 有 的 信 道 .数 据 信 道 中 有 一 个 时 槽 用 于 报 告 状 态 ,如 两 个 信 道 中 哪 些时 槽 是 空 的 .0号 时 槽 需 要 特 殊 的 方 法 标 记 . 支 持 的 三 类 通 信 流 量q恒 定 速 率 ,面 向 连 接 通 信 流 量 .如 未 压 缩 视 频流q可 变 速 率 的 面 向 连 接 的 通 信 流 .如 文 件 传 输q数 据 报

21、流 量 如 UDP报 文 A与 B建 立 信 道 过 程 （ 文 件 传 输 ）l A将 数 据 接 收 器 调 节 到 B的 数 据 信 道 上 ,等 待 状 态 时槽 ,得 到 空 的 控 制 时 槽 .l 选 择 一 个 空 的 控 制 时 槽 插 入 连 接 请 求 .B看 到 请 求 ,分 配 空 闲 控 制 时 槽 ， 并 通 过 数 据 信 道 的 状 态 时 槽宣 布 分 配 结 果 。l 文 件 传 输 ， A向 B发 送 控 制 信 息 ， 告 诉 B在 A的 数 据信 道 的 哪 个 时 槽 有 发 送 给 B的 数 据 帧 。 B就 将 调 节器 调 到 A的 输 出

22、信 道 ， 以 接 收 数 据 。l 问 题 ： 若 A和 C与 B都 有 连 接 ， 都 突 然 告 诉 B去 检 查3号 时 槽 的 数 据 ， B随 机 选 一 个 ， 就 会 丢 失 另 一 个 。 l 人 们 提 出 了 很 多 的 WDMA协 议 无 线 LAN协 议l 笔 记 本 计 算 机 通 过 无 线 电 波 通 信l 无 线 LAN的 常 见 配 置 ， 基 站 通 过 有 线 介 质 连 接 ，基 站 和 笔 记 本 的 传 输 功 率 被 调 节 到 大 约 3-4米 ，l 每 个 蜂 窝 只 有 一 个 信 道 ， 带 宽 11-54Mbps 隐 藏 站 问 题 暴

23、 露 站 问 题用 CSMA存 在 的 问 题冲 突 发 生 在 接 收 方 而 不 是 发 送 方A向 B发 送 ， C侦 听 不 到 ， 就 会向 B发 数 据 B向 A发 送 ， C能 检 测 到 ， C不能 向 D发 数 据 MACA（ Multiple Access with Collision Avoidance）避 免 冲 突 的 多 路 访 问l 基 本 思 想 ： 发 送 方 刺 激 一 下 接 收 方 ， 让 它 输 出 一 个 短帧 。 从 而 使 接 收 方 附 近 的 站 检 测 到 该 帧 ， 在 数 据 帧 传输 过 程 中 不 再 发 送 数 据 。 l RTS

24、(Request To Send)l CTS(Clear To Send)l 都 包 含 了 要 发 送 的 数 据 帧 长 度 .l C听 到 了 RTS,但 听 不 到 CTS,可 以 发 送 数 据l D没 听 到 RTS,听 到 了 CTS,E听 到 了 RTS和 CTS都 不 能 发 数 据 .l 冲 突 仍 可 能 发 生 ,如 B和 C可 能 同 时 给 A发 送RTS,冲 突 会 丢 失 ,失 败 采 用 二 进 制 指 数 后 退 算法 . l MACAW(MACA for Wireless)是 对 MACA的 改 进 :在 每 个 确 认 帧 后 面 引 入 ACK帧 ;在

25、 发 送 RTS前 先 用 CSMA侦 测 有 无 其 他 站 点 在 向 同一 目 的 站 发 送 RTS;为 单 个 数 据 流 运 行 退 避 算 法 ,而 非 站 点 ,提 高 公 平 性 ;各 站 可 交 换 有 关 拥 塞 信 息 的 机 制 . LLC的 帧 格 式 基 于 HDLC协 议 ， 3种 LLC协 议 都 使 用 同 样 的 PDU格 式 ， 包 括4个 字 段 ， 如 下 图 所 示 ： （ 1） DSAP字 段 ： 目 的 地 址 ， 低 位 为 0 时 为 单地 址 ； 低 位 为 1 时 为 组 地 址 ； 各 位 全 为 1 时 为广 播 地 址 。 （ 2

26、） SSAP字 段 ： 源 地 址 ， 命 令 帧 时 低 位 为 0； 响 应 帧 时 低 位 为 1 。 （ 3） 控 制 字 段 ： 与 HDLC类 似 ， 包 含 了 序 列 号 和确 认 号 。 当 要 可 靠 连 接 时 才 用 到 。 LLC与 MAC的 接 口 它 们 的 数 据 间 的 关 系 见 下 图 ： IEEE802.3标 准 及 以 太 网 IEEE802.3标 准 是 一 个 介 质 访 问 控 制 协 议 以 太 网 ： 802.3标 准 的 一 个 具 体 产 品 ； 总 线 拓 扑 ，CSMA/CD协 议 。 优 点 传 输 速 率 高 、 网 络 软 件

27、丰 富 、安 装 连 接 简 单 、 使 用 维 护 方 便 。 目 前 已 成 为 国 际 流行 的 局 域 网 标 准 之 一 。 CSMA/CD 802.3网 络 802.3的 MAC帧 二 进 制 指 数 后 退 算 法 802.3网 络 由 IEEE定 义 的 以 太 网 标 准 有 几 个 不 同 的 变 种 。 差 别表 现 在 ： 介 质 ； 网 段 的 最 大 长 度 ； 网 段 上 的 站 点 数 目 ；数 据 速 率 。名 称 介 质 最 大 区 间 长 度 节 点 树 /段 拓 扑 结 构 接 口 优 点10base5 粗 缆 500m 100个 节 点 总 线 型 A

28、UI 骨 干10base2 细 缆 185m 30 总 线 型 BNC 廉 价 10base-T 双 绞 线 100m 1024 星 形 RJ-45 容 易 维 护10base-F 光 缆 2000m 1024 星 形 ST1 距 离 较 远10BROAD36 75欧 姆 电缆 3600m 树 形 AUI 宽 带 系 统 10Base5： 原 始 的 以 太 网 标 准 ， 使 用 AUI接 口 的 50欧 姆 粗 缆 直 径 （ 10mm） ， 总 线 拓 扑 结 构 。 10代 表10Mbps； Base代 表 基 带 传 输 （ baseband medium） ； 5代 表 500米

29、。 收 发 器 用 于 检 测 线 路 冲 突 ,发 送 强 化 干 扰 信 号 . 收 发 器 电 缆 可 达 50米 长 . 10BASE2是 为 降 低 10Base5的 安 装 成 本 和 复 杂 性 而设 计 的 。 使 用 BNC接 口 的 50欧 姆 细 缆 （ 5mm） 数 据 速率 为 10Mbps。 由 于 两 者 数 据 传 输 率 相 同 ， 10BASE2电 缆 段 和10BASE5电 缆 段 可 以 共 存 于 一 个 网 络 中 。 10BASE-T： 1990年 发 布 的 以 太 网 物 理 层 标 准 ， 物 理上 的 星 形 拓 扑 网 ， T表 示 采

30、用 双 绞 线 。 中 央 节 点 是 一个 集 线 器 ， 每 个 节 点 通 过 两 对 双 绞 线 与 集 线 器 相 连 ，一 对 线 发 送 数 据 ， 另 一 对 线 接 收 数 据 。 集 线 器 的 作 用 类 似 于 一 个 转 发 器 ， 接 收 来 自 一 条线 上 的 信 号 并 向 其 他 的 所 有 线 转 发 。 由 于 任 意 一 个站 点 发 出 的 信 号 都 能 被 其 他 所 有 站 点 接 收 ， 若 有 两个 站 点 同 时 要 求 传 输 ， 冲 突 就 必 然 发 生 。 所 以 尽 管这 种 策 略 在 物 理 上 是 一 个 星 形 结 构

31、， 但 从 逻 辑 上 看与 CSMA/CD总 线 拓 扑 的 功 能 是 一 样 的 。 10BASE-F:以 光 纤 作 为 介 质 的 系 统 的 规 范 。 每 条 传 输线 路 均 使 用 一 条 光 纤 ， 每 条 光 纤 采 用 曼 切 斯 特 编 码 传 输 一个 方 向 上 的 信 号 。 包 含 三 个 标 准 ： 10BASE-FP（ Passive， 无 源 的 ） 10BASE-FL（ Link， 链 路 ） 10BASE-FB（ Backbone， 主 干 ） 10BROAD36: 针 对 宽 带 系 统 的 规 范 ， 采 用 双 电 缆 带宽 或 中 分 带 宽

32、 的 75欧 姆 CATV同 轴 电 缆 。 使 用 与10BASE5规 定 的 相 同 AUI， 数 据 速 率 10Mbps。10BROAD36结 构 中 的 MAU（ 收 发 器 ） 完 成 下 列 功 能 ：（ 1） 往 媒 体 发 送 信 号 ；（ 2） 自 媒 体 接 收 信 号 ；（ 3） 识 别 媒 体 上 是 否 存 在 信 号 ；（ 4） 识 别 碰 撞 。 802.3的 MAC帧 802.3的 MAC子 层 帧 格 式DIX以 太 网 的 MAC帧 格 式地 址 :最 高 位 0-普 通 地 址 1 组 播 地 址 次 高 位 用 于 区 分 局 部地 址 (管 理 员

33、分 配 )还 是 全 局 地 址 (IEEE统 一 分 配 的 ) 全 局 地 址 可 用 46位 ,地 址 空 间 246. l 类 型 网 络 层 协 议 类 型l 数 据 域 1-1500字 节l 填 充 域 46字 节 最 小 帧 长 限 制 .要 求 有 效 帧 至少 是 64字 节 .l 2500米 ,4个 中 继 器 的 10M以 太 网 , 往 返 时 间50us. 500bit.64字 节 采 用 曼 彻 斯 特 编 码 二 进 制 指 数 后 退 算 法 （ binary exponential backoff） IEEE 802.3使 用 截 断 的 二 进 制 指 数

34、退 避 算 法 ， 将 冲 突 发 生 后 的时 间 划 分 为 长 度 为 51.2微 秒 的 时 间 槽 。（ 1） 发 生 第 一 次 冲 突 后 ， 各 个 站 点 等 待 0或 1个 时 间 槽 再 开 始重 传 ；（ 2） 发 生 第 二 次 冲 突 后 ， 各 个 站 点 随 机 地 选 择 等 待 0、 1、 2或3个 时 间 槽 再 开 始 重 传 ； （ 3） 第 i 次 冲 突 后 ， 在 0至 2i-1间 随 机 地 选 择 一 个 等 待 的 时间 槽 数 ， 再 开 始 重 传 ；（ 4） 10次 冲 突 后 ， 等 待 的 时 间 槽 数 固 定 在 0至 2 1

35、0-1间 ；（ 5） 16次 冲 突 后 ， 发 送 失 败 ， 报 告 上 层 。 交 换 式 以 太 网高 速 底 板 速 度 可 以 是 几 个 Gbps冲 突 域 每 块 插 卡 ;每 个 端 口 有 缓 存 ,独 立 冲 突 域 快 速 以 太 网（ 1） 1973-1982： 以 太 网 的 产 生 与 DIX联 盟 ；（ 2） 1982-1990： 10Mbps以 太 网 发 展 成 熟 ；（ 3） 1983-1997： LAN网 桥 接 与 交 换 ；（ 4） 1992-1997： 快 速 以 太 网 ；（ 5） 1996-2002： 千 兆 以 太 网 ;（ 6） 2002至

36、 今 ： 万 兆 以 太 网 ; l 100Base-T4: 4对 3类 双 绞 线 , 2对 可 以 切 换 传 输 方 向25MHz. 三 根 线 一 个 方 向 ， 三 态 信 号 ， 可 以 有 27种 状态 ， 每 个 周 期 可 传 输 4位 数 据 ， 达 到 100Mbps。 反 向 信道 33.3Mbps. 8B/6T(8位 用 6个 三 进 制 表 示 )。l 100Base-TX:5类 双 绞 线 ， 125MHz,2对 双 绞 线 ， 一 对 到集 线 器 ， 一 对 从 集 线 器 收 。 使 用 4B/5B编 码 。l 100Base-FX:2根 多 模 光 纤 ，

37、 全 双 工 ， 100Mbps。 站 与 集线 器 的 距 离 可 达 2公 里 。 只 能 用 交 换 机 ， 因 为 对 冲 突算 法 而 言 光 纤 太 长 。 千 兆 以 太 网 （ gigabit Ethernet）l 802.3z目 标 ： 提 供 无 确 认 的 数 据 报 服 务 ， 支 持 单 播 ，多 播 。 使 用 已 有 的 48位 编 址 方 式 ， 同 样 的 帧 格 式 ， 帧的 最 大 最 小 长 度 。l 千 兆 以 太 网 的 配 置 交 换 机 全 双 工 ， 不 会 冲 突 ， 电 缆 最 大 长 度 由 信 号 强度 决 定集 线 器 半 双 工 ，

38、 最 大 距 离 25米 。 802.3z增 加 2个 特 性 ， 加 大 此 距 离 载 荷 扩 充 （ 由 硬 件 填 充 帧 长 到 512字 节 ） 帧 串 （ 多 帧 连 接 在 一 起 传 输 出 去 ， 扩 展 到 200米 ） 千 兆 以 太 网 的 电 缆 类 型要 达 到 1Gbps左 右 的 速 率 ， 使 用 激 光 ， 可 用 0.85um 1.3um波 长 。光 纤 直 径 可 以 是 10,50,62.5um. 1.3um的 激 光 作 用 在 10um的 光 纤上 才 能 达 到 5000m的 距 离 。 采 用 8B/10B编 码 方 案 ， 每 个 8位 字

39、节 编 成 10位 。1000Base-T 使 用 4对 5类 双 绞 线 。 5级 电 压 值 ， 每 对 双 绞 线 2位 ，每 个 时 钟 周 期 8位 ， 125MHz,可 达 1Gbp速 率 。千 兆 以 太 网 支 持 流 控 制 ： 特 殊 控 制 帧 ， 类 型 0 x8808,数 据 域 前两 个 字 节 给 出 命 令 ， 后 续 为 参 数 ， 暂 停 多 少 个 最 小 帧 长 时 间（ 512ns） 允 许 暂 停 的 时 间 可 以 长 达 33.6ms。 万 兆 以 太 网 （ 10 Gigabit Ethernet）l 万 兆 以 太 网 技 术 的 研 究 始

40、 于 1999年 底 ， 成 立 了IEEE802.3ae工 作 组l 2000年 方 案 成 型 并 进 行 互 操 作 性 测 试l 2002年 6月 由 IEEE正 式 发 布 了 万 兆 以 太 网 (1OGE)标 准l 产 生 的 背 景 ： 因 带 宽 和 传 输 距 离 ， 以 太 网 作 城 域 网 不 太 合 适 。 城 域 网 其 他 技 术 ： FDDI和 DQDB ， ATM技 术 成 为 热 点 ，大 家 都 认 为 ATM将 成 为 统 一 局 域 网 、 城 域 网 和 广 域 网 的唯 一 技 术 。 l 万 兆 以 太 网 :仍 使 用 IEEE802.3以

41、太 网 MAC介 质 访 问 控 制 )协 议 和 帧 长 度 ， 但 在 物 理 层 实 现 方 式 、 帧 格 式 和 MAC的工 作 速 率 及 适 配 策 略 方 面 都 做 了 改 进 IEEE802.5标 准 令 牌 环 IBM选 择 Token Ring作 为 它 的 LAN技 术 ，IEEE802.5标 准 定 义 了 令 牌 环 介 质 访 问 控 制 协 议 。环 中 各 个 站 点 是 平 等 的 ， 站 点 获 得 信 道 的 时 间 有上 限 ， 令 牌 环 可 以 避 免 冲 突 发 生 。 令 牌 环 的 结 构 环 长 计 算 令 牌 环 的 操 作 与 维 护

42、 令 牌 环 介 质 访 问 控 制 协 议 令 牌 环 的 结 构 由 一 系 列 环 接 口 和 这 些 接 口 间 的 点 到 点 链 路 构成 的 闭 合 环 路 ， 各 站 点 通 过 环 接 口 连 到 网 上 。 环 接口 有 两 种 操 作 模 式 ： 侦 听 模 式 和 传 输 模 式 环 比 特 长 度 =传 播 时 延 数 据 传 输 速 率 接 口 延 迟位 数 环 路 介 质 长 度 / 200（ m/ s）例 ： 某 令 牌 环 介 质 长 度 为 10Km， 数 据 传 输 速 率 为4Mbps， 环 路 上 共 有 50个 站 点 ， 每 个 站 点 的 接 口

43、 引 入1位 延 迟 ， 则 可 计 算 得 ：环 的 比 特 长 度 =10（ Km） / 200（ m/ s） 4（Mbps） 1（ bit） 50=500（ bit） 环 长 计 算 令 牌 环 的 操 作 与 维 护 令 牌 环 的 故 障 处 理 功 能 主 要 体 现 在 对 令 牌 和 数 据 帧的 维 护 上 。令 牌 丢 失 ： 令 牌 本 身 就 是 比 特 串 ， 绕 环 传 递 过 程 中 也可 能 受 干 扰 而 出 错 ， 以 至 造 成 环 路 上 无 令 牌 循 环 的差 错 。数 据 帧 无 法 撤 消 ： 当 某 站 点 发 送 数 据 帧 后 ， 由 于

44、故 障而 无 法 将 所 发 的 数 据 帧 从 网 上 撤 消 时 ， 又 会 造 成 网上 数 据 帧 持 续 循 环 的 差 错 。主 动 令 牌 管 理 站 ： 超 时 机 制 来 检 测 令 牌 丢 失 ， 将 数 据帧 上 监 控 位 置 为 1。 令 牌 环 介 质 访 问 控 制 协 议 1、 IEEE 802.5MAC 帧 格 式 IEEE 802.5令 牌 环 的 MAC帧 有 两 种 基 本 格 式 ： 令 牌 帧和 数 据 帧 ， 如 下 图 所 示 。 （ 1） 访 问 控 制 字 段 AC （ 2） 帧 控 制 字 段 FC （ 3） 帧 状 态 字 段 FS IE

45、EE 802.5的 介 质 访 问 控 制 功 能（ 1） 帧 发 送 ： 采 用 沿 环 传 递 令 牌 的 方 法 来 实 现 对 介 质 的 访 问 控 制， 取 得 令 牌 的 站 点 具 有 发 送 一 个 数 据 帧 或 一 系 列 数 据 帧 的 机 会 。（ 2） 令 牌 发 送 ： 发 送 站 完 成 数 据 帧 发 送 后 ， 等 待 数 据 帧 的 返 回 。在 等 待 期 间 ， 继 续 发 送 填 充 字 符 。 一 旦 源 地 址 与 本 站 相 符 的 数 据 帧返 回 后 ， 即 发 送 令 牌 。 令 牌 发 送 之 后 ， 该 站 仍 保 持 在 发 送 状

46、 态 ， 直到 该 站 点 发 送 的 所 有 数 据 帧 从 环 路 上 撤 消 为 止 。（ 3） 帧 接 收 ： 若 接 收 到 的 帧 为 信 息 帧 ， 则 将 FC、 DA、 Data等 字 段复 制 到 接 收 缓 冲 区 中 ， 并 随 后 将 其 转 至 适 当 的 子 层 。（ 4） 优 先 权 操 作 ： 访 问 控 制 字 段 中 的 优 先 权 和 预 约 位 配 合 工 作 ，使 环 路 服 务 优 先 权 与 环 上 准 备 发 送 的 PDU最 高 优 先 级 匹 配 。 IEEE802.4标 准 令 牌 总 线 CSMA/CD介 质 访 问 控 制 采 用 总

47、 线 争 用 方 式 ， 具 有 结 构 简单 、 在 轻 负 载 下 延 迟 小 等 优 点 ， 但 随 着 负 载 的 增 加 ， 冲 突 概 率增 加 ， 性 能 将 明 显 下 降 。 Token ring介 质 访 问 控 制 具 有 重 负 载 下 利 用 率 高 、 网络 性 能 对 距 离 不 敏 感 以 及 具 有 公 平 访 问 等 优 越 性 能 ， 但 环 形 网结 构 复 杂 ， 存 在 可 靠 性 等 问 题 。 令 牌 总 线 介 质 访 问 控 制 综 合 了 以 上 两 种 介 质 访 问 控 制优 点 的 基 础 上 形 成 的 一 种 介 质 访 问 控

48、制 方 法 ， IEEE802.4提 出的 就 是 令 牌 总 线 （ Token Bus） 介 质 访 问 控 制 方 法 的 标 准 。 令 牌 总 线 工 作 原 理 逻 辑 环 ： 每 一 个 站 点 都 在 一 个 有 序 的 序 列 中 被 指 定 一 个 逻 辑 位置 ， 序 列 中 最 后 一 个 站 点 的 后 面 又 跟 着 第 一 个 站 点 。 每 个 站 点 都 知道 它 的 前 趋 站 和 后 继 站 标 识 。 环 初 始 化 令 牌 传 递 算 法 站 插 队 入 环 算 法 站 退 出 环 算 法 故 障 处 理 令 牌 总 线 的 主 要 操 作 ： IEE

49、E 802.4MAC帧 IEEE 802.4标 准 规 定 了 令 牌 总 线 介 质 访 问 控 制 （ MAC）子 层 、 物 理 层 （ PHY） 所 使 用 的 格 式 和 协 议 ， 以 及 连 接 令 牌总 线 物 理 介 质 的 方 法 。 0 1 r r r p p p数 据 帧 扩 充 用 优 先 权 （ 0， 2， 4， 6）MAC控 制 帧 分 类 编 码 000000申 请 令 牌000001请 求 令 牌001000请 求 后 继0 0 c c c c c c 三 种 局 域 网 的 比 较 1. 802.3协 议 ： 使 用 最 为 广 泛 ； 电 缆 是 无 源

50、的 ， 站 点 的 接 入 与 安 装 很方 便 ； 在 低 负 载 时 网 络 基 本 上 没 有 时 延 。 缺 点 ： 发 送 时 延 的 不 确 定 性 ， 对 某 些 实 时 应 用 非 常 不利 。 在 使 用 转 发 器 的 情 况 下 ， 电 缆 的 最 大 长 度 只 有 2.8km。电 磁 波 在 电 缆 线 上 的 往 返 时 间 决 定 了 争 用 期 的 长 度 ， 它 和数 据 的 发 送 速 率 无 关 ， 但 这 一 点 限 制 了 数 据 的 发 送 速 率 。当 网 络 的 负 载 很 重 时 ， 由 于 冲 突 增 多 ， 网 络 的 效 率 下 降 很多

51、 。 2. 802.4协 议 使 用 高 可 靠 的 电 视 电 缆 。 发 送 时 延 一 般 是 确 定 的 。802.4协 议 没 有 对 数 据 帧 的 长 度 设 置 下 限 ； 可 以 设 定 优先 级 ， 有 利 于 传 送 数 字 化 的 分 组 话 音 信 号 。 令 牌 总 线 局域 网 在 重 载 时 的 性 能 非 常 好 ， 采 用 的 是 宽 带 电 缆 ， 可 以支 持 多 个 信 道 ， 除 了 数 据 外 ， 还 可 以 传 送 话 音 和 电 视 。 但 是 802.4协 议 使 用 了 许 多 的 模 拟 部 件 ， 包 括 调 制 解调 器 和 宽 带

52、放 大 器 。 该 协 议 非 常 复 杂 ， 在 负 载 很 轻 时 也要 等 待 令 牌 的 到 来 ， 产 生 了 不 必 要 的 发 送 时 延 。 和 总 线局 域 网 相 似 ， 令 牌 总 线 局 域 网 也 很 难 用 光 纤 来 实 现 。 3. 802.5协 议 既 可 用 双 绞 线 连 接 ， 也 较 易 用 光 纤 来 实 现 ； 可 自动 检 测 和 排 除 电 缆 的 故 障 ； 可 设 置 优 先 级 ； 允 许 发 送很 短 的 帧 。 重 载 时 ， 效 率 和 吞 吐 率 都 是 很 高 的 。 主 要 缺 点 是 令 牌 的 管 理 采 用 了 集 中

53、管 理 方 式 。 当管 理 令 牌 的 站 出 现 故 障 时 ， 虽 然 按 照 协 议 可 以 再 产 生一 个 新 的 管 理 令 牌 的 站 ， 但 还 是 会 造 成 一 些 麻 烦 。 在低 负 载 时 ， 发 送 数 据 的 站 由 于 要 等 待 令 牌 ， 会 产 生 附加 的 时 延 。 三 种 局 域 网 的 标 准 不 兼 容 ， 差 别 很 大 。 IEEE802.6标 准 -DQDB（ 分 布 式 队 列 双 总 线 ） 两 条 平 行 的 单 向 总 线 穿 绕 于 整 个 城 市 ， 站 点 同 时 连接 于 两 条 总 线 之 上 。 每 条 总 线 都 有

54、 一 个 首 端 ， 它 产 生 一个 稳 定 的 53字 节 的 信 元 流 。 每 个 信 元 从 首 端 沿 总 线 往 下传 ， 当 它 到 达 终 点 时 ， 就 从 总 线 中 消 失 了 ， 每 个 信 元 带有 44字 节 的 有 效 载 荷 。 光 纤 分 布 数 据 接 口 FDDI 以 光 纤 作 为 传 输 介 质 ， 逻 辑 拓 扑 结 构 是 一 个 环 ，物 理 拓 扑 结 构 可 以 是 环 形 带 树 形 或 者 是 带 星 形 的环 。 数 据 传 输 速 率 可 达 100Mbps， 覆 盖 的 范 围 可 达几 公 里 。 可 在 主 机 与 外 设 之

55、 间 、 主 机 与 主 机 之 间 、 主 干网 与 IEEE802低 速 网 之 间 提 供 高 带 宽 和 通 用 目 的 的互 连 。 FDDI工 作 原 理 FDDI体 系 结 构 FDDI MAC帧 FDDI工 作 原 理 （ 1） 双 环 配 置 （ dual-ring） 双 环 配 置 使 用 两 个 全 冗 余 的 环 ， 其 中 一 个 环 作 为 主 通 信 路 径 ， 当站 检 测 到 主 路 径 失 败 时 ， 可 以 自 动 “ 绕 过 ” 出 错 点 ， 使 用 第 二 个 环。 （ 2） 单 环 配 置 （ single-ring） 还 支 持 使 用 单 环

56、配 置 。 单 个 接 入 站 需 要 使 用 FDDI集 中 器 。 尽管 舍 弃 了 冗 余 、 无 差 错 操 作 ， 但 它 们 对 于 前 端 应 用 通 常 并 不 重 要 。 FDDI体 系 结 构 FDDI标 准 是 由 美 国 国 家 标 准 学 会 （ ANSI） 主 持 制 定的 ， 它 采 用 了 802的 体 系 结 构 ， 即 FDDI的 MAC可 以 在 IEEE系 列 标 准 定 义 的 LLC下 操 作 。 FDDI标 准 定 义 了 100Mbps光纤 网 介 质 控 制 （ MAC） 和 物 理 层 ， 在 MAC之 上 借 用 了 ISO的 802.2中

57、 的 LLC（ 逻 辑 链 路 控 制 ） 协 议 ， FDDI把 物 理 层分 成 两 个 子 层 。 FDDI标 准 共 分 为 四 部 分 ： 1、 介 质 访 问 控 制 （ MAC） 定 义 了 MAC服 务 及 协 议 两 部 分 。 2、 物 理 层 协 议 （ PHY） 物 理 层 协 议 定 义 物 理 层 的 与 介 质无 关 部 分 ， 包 括 与 MAC间 的 服 务 和 传 送 数 字 数 据 的 编 码 部 分 ，即 物 理 层 协 议 。 3、 依 赖 物 理 介 质 控 制 （ PMD） PMD定 义 了 物 理 层 中 依 赖 于光 纤 介 质 的 部 分 ，

58、 包 括 光 驱 动 器 和 光 接 收 器 的 特 性 以 及 网 站接 入 部 件 的 细 节 ， 以 及 光 缆 和 光 连 接 器 。 4、 层 管 理 （ LMT） 层 管 理 定 义 网 络 站 中 FDDI各 层 进 程 管理 ， 以 达 到 环 上 各 站 协 同 工 作 ， 它 与 SMT（ 网 站 管 理 ） 不 同 之处 在 于 后 者 需 涉 及 LLC和 更 高 层 。 FDDI MAC帧 先 导 字 符 PA： 先 导 字 符 用 于 使 各 网 站 的 时 钟 同 步 。起 始 界 符 SD： 起 始 界 符 为 非 数 据 编 码 符 ， 表 示 一 帧 的 起

59、 始 。帧 控 制 FC（ Frame Control） ： 帧 控 制 格 式 为 CLFFZZZ。目 的 地 址 DA： 表 示 目 的 站 源 地 址 SA： 表 示 发 送 该 帧 的 站 。信 息 段 INFO： 包 含 LLC数 据 或 与 控 制 操 作 有 关 的 信 息 。帧 检 验 序 列 FCS： 32位 的 循 环 冗 余 检 验 码 ， 它 的 生 成 基 于 FC、 DA、SA和 信 息 段 。帧 尾 定 界 符 段 ED： 包 括 表 示 帧 结 束 的 一 些 非 数 据 符 号 。帧 状 态 段 FS： 包 括 检 测 到 差 错 （ E） 、 地 址 被 识 别 （ ） 、 帧 已 被复 制 （ C） 等 指 示 。 本 讲 小 结l 局 域 网 的 特 点l 局 域 网 体 系 结 构 l 多 路 访 问 协 议l IEEE802.3标 准 及 以 太 网 l IEEE802.5标 准 令 牌 环 l IEEE802.4标 准 令 牌 总 线l 三 种 局 域 网 的 比 较l IEEE802.6标 准 -DQDBl 光 纤 分 布 数 据 接 口 FDDI