第十二章局域网3课件

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1、Part Five Local Area Networks第五部分第五部分 局域网局域网第十二章第十二章 局域网系统（续）局域网系统（续）Computer Networks 莆田学院现代教育技术中心 2009年5月12.3 以太网的帧和以太网的帧和MAC子层子层 Frame and MAC Sublayer of Ethernet 教材第教材第13.2.1节节莆田学院现代教育技术中心 2009年5月莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组以太网的以太网的以太网的以太网的MACMAC子层子层子层子层MAC Sublayer of EthernetMAC Sublayer of Eth

2、ernet以太网的MAC子层负责执行CSMA/CD协议： u发送和接收数据封包发送和接收数据封包 a.帧处理（帧定界，帧同步） b.寻址（源地址和目的地址处理） c.错误检测（物理介质传输错误）u介质存取管理介质存取管理 a.介质分配（冲突避免） b.竞争化解（冲突处理）莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组IEEE 802.3 IEEE 802.3 帧格式帧格式帧格式帧格式IEEE 802.3 Frame FormatIEEE 802.3 Frame Formatl前导符字段前导符字段(Preamble) ： 用于接收方进行位同步 (56个交替出现的0和1)l起始帧分界符字段起

3、始帧分界符字段(SFD)： 标明帧开始处(10101011)以上两个字段是在物理层加上去的，并非帧的一部分。P266图13.4莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组IEEE 802.3 IEEE 802.3 帧格式帧格式帧格式帧格式IEEE 802.3 Frame FormatIEEE 802.3 Frame Formatl目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段l长度长度/类型字段：类型字段：表示数据字段长度或信息类型l数据字段：数据字段：由上层（LLC子层）提供的数据单元l填充字段：填充字段：使帧有足够长度以便进行冲突检测l帧校验字段：帧校验字段：除前导符、起始帧分界符和帧校

4、验三个字段外，其余字段的32位CRC码。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组最大帧长度最大帧长度最大帧长度最大帧长度Maximum Frame LengthMaximum Frame Length任何长度超过任何长度超过1518字节的帧被称为字节的帧被称为“超长帧超长帧”，将被接收站自动丢弃。将被接收站自动丢弃。P267图13.5莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组最小帧长度最小帧长度最小帧长度最小帧长度Minimum Frame LengthMinimum Frame Length任何长度小于任何长度小于64字节的帧被称为字节的帧被称为“冲突碎片冲突碎片”或或

5、“残余帧残余帧”，将被接收站自动丢弃。，将被接收站自动丢弃。P267图13.5莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组以太网的帧类型以太网的帧类型以太网的帧类型以太网的帧类型Ethernet Frame TypesEthernet Frame Types802.3的帧格式PA10101010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验PA10101010前导11同步DA目标地址SA源地址类型DATAPADFCS帧校验MAC控制操作码(2字节)控制码参数(60字节，不足填0) 62位 2位 6字节 6字节 2字节 46-1500字节

6、 4字节 类型值不超过类型值不超过1500时，表示数据字段长度；等于时，表示数据字段长度；等于8888（十六进制）（十六进制）时，表示时，表示MAC控制帧，等于控制帧，等于8100（十六进制）时，表示（十六进制）时，表示VLAN-tagged（标识）帧，用来辅助路由和网络管理。值为其他时，表示（标识）帧，用来辅助路由和网络管理。值为其他时，表示非标准的专用帧。非标准的专用帧。以太网的帧格式莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组MACMAC地址地址地址地址MAC AddressMAC Addressl又称硬件地址或物理地址。使用MAC地址的不是以太网就是令牌环网。l地址长度为48比

7、特，通常用12个十六进制数字表示。l习惯书写形式： MM :MM : MM :SS : SS : SS (如: 08:00:20:00:70:DF) MM MM MMSS SS -SS (如: 08-00-20-00-70-DF)P267图13.6莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组MACMAC地址地址地址地址MAC AddressMAC AddressMAC地址有六个字节(每个字节两个十六进制数字)，前三个字节为网络设备生产厂商代号，后三个字节为厂商分配到设备上的序列号。 如 00000C B40E1A 或 00-00-C-B4-0E-1A 简写为 C-B4-E-1A 著名网

8、络厂商标识厂商CISCO3ComHPSunIBMIntel厂商代号00000C02608C08000908002008005A00AA00莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组关于关于关于关于MACMAC地址地址地址地址More about MAC AddressMore about MAC Addressn每个MAC地址在全球都是唯一的。如果生产商用完了分配的标识数字，它总是能够得到新的前缀。n检测本机MAC地址(Physical Address)的方法： - 使用ipconfig /all命令 （Windows系统） - 使用 ifconfig a 命令 （Linux系统和U

9、nix系统）nFF-FF-FF-FF 为广播地址。帧结构中SA(源地址)不可为广播地址。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组单播地址和多播地址单播地址和多播地址单播地址和多播地址单播地址和多播地址Unicast and Multicast AddressesUnicast and Multicast Addressesl物理地址中第一个字节的最低位决定了地址的类型：该位为0，是单播地址；该位为1，是多播地址。l广播地址可以看作多播地址的一个特例（所有位全为1）。l可以根据十六进制表示的物理地址中左边第二个数字的值判断地址类型（P267 例13.1）l源地址永远只能是单播地址。P

10、267图13.713.4 以太网系统以太网系统Ethernet 教材第教材第13.2-13.5节节莆田学院现代教育技术中心 2009年5月莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组以太网电缆标志以太网电缆标志以太网电缆标志以太网电缆标志Concise notationConcise notation 示例：50同轴电缆（基带传输型） 10 BASE 575同轴电缆（宽带传输型） 10 BROAD 36同轴电缆（每个网段最大长度同轴电缆（每个网段最大长度500500米）米）电缆上传输的信号是基带信号（数字信号）电缆上传输的信号是基带信号（数字信号）传输速率为传输速率为10 Mbps10

11、 Mbps同轴电缆（每个网段最大长度同轴电缆（每个网段最大长度36003600米）米）电缆上传输的信号是宽带信号（模拟信号）电缆上传输的信号是宽带信号（模拟信号）传输速率为传输速率为10 Mbps10 Mbps2 185米F 光纤T 双绞线莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组以太网的类型以太网的类型以太网的类型以太网的类型Types of EthernetTypes of Ethernet早期以太网早期以太网分类未标准化： Xerox Ethernet 10BROAD36 1BASE5 StarLAN 标准以太网标准以太网和快速以太网快速以太网按IEEE 802规定的电缆标准分

12、类： 10 BASE 5 （粗缆以太网） 10 BASE 2 （细缆以太网） 10 BASE-T （双绞线以太网） 10 BASE-F （光纤以太网） 10 BROAD36 （宽带以太网） 100 BASE-x （快速以太网）近年来高速以太网高速以太网不再按电缆类型分类，如： Gigabit Ethernet (千兆以太网) 10 Gigabit Ethernet (万兆以太网) 莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组以太网的四代发展以太网的四代发展以太网的四代发展以太网的四代发展Ethernet evolution through four generationsEtherne

13、t evolution through four generationsP267 图13.3莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组标准以太网的类型标准以太网的类型标准以太网的类型标准以太网的类型 Categories of Standard Ethernet Categories of Standard EthernetP269 图13.8莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组标准以太网：编码与解码标准以太网：编码与解码标准以太网：编码与解码标准以太网：编码与解码Encoding in Standard EthernetsEncoding in Standard E

14、thernetsP269 图13.9莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE 510 BASE 5粗缆以太网（标准以太网）粗缆以太网（标准以太网）粗缆以太网（标准以太网）粗缆以太网（标准以太网）l最早的以太网系统，总线型。l收发器到计算机以太网卡由一条收发器电缆连接。l一个同轴网段可以长达500米，每条收发器电缆的长度则不超过50米。P269 图13.10莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE 510 BASE 5粗缆以太网（标准以太网）粗缆以太网（标准以太网）粗缆以太网（标准以太网）粗缆以太网（标准以太网）l电缆上每隔2.5米上有一标志，

15、为外部收发器夹持处。l每个粗缆网段上的收发器数最多可以有100个。通过中继器级联，网络长度可扩展到2500米。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE 5 10 BASE 5 拓扑结构：总线型10BASE5网络示意图网络示意图莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE 510 BASE 5链路组成 a.电缆：RG-11 A/U 50同轴电缆(芯径0.410毫米)黄色外皮，每隔2.5米有一黑点作为固定收发器的距离标识 b.收发器(有轨道型和改进T型两种)及其连接电缆莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组各种收发器各种收发器各种收发器

16、各种收发器 Transceivers Transceivers 莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组收发器的连接收发器的连接收发器的连接收发器的连接Connection of TransceiverConnection of Transceiver收发器与网络电缆连接方式：夹、刺穿电缆夹、刺穿电缆 (无需切断电缆,无需T形头)T T形头连接形头连接（需切断电缆，连接工作量大)莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组收发器与电缆夹持收发器与电缆夹持收发器与电缆夹持收发器与电缆夹持Clip by Transceiver Clip by Transceiver 莆田学院计

17、算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 c.Ethernet网卡 d.终端电阻(终接器), 每个网段一对。 功能：将传输到电缆端部的信号能量吸收掉，以消除干扰。 一端必须接地(电气安全与抗干扰的要求) e.BNC接头与T形头(采用T形头连接时) f中继器 物理层连接设置，连接两个同类型的网段 10 BASE 510 BASE 5中继器对MAC层是透明的；因为它没有缓存，所以无法将不同网段互相隔离。故此，如果不同网段上的两个站点试图同时发送数据，其传送必然出现冲突。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 技术参数两收发器间距两收发器间距:3.5米或其整倍数工作站工作站-收发器最

18、大间距收发器最大间距:50米最大网段长度最大网段长度:500米网络最大总长度网络最大总长度:2500米一个网段最多支持的工作站数：一个网段最多支持的工作站数：100（中继器算一个）工作站数量多于100个或网段长度超过500米时，应采用中继器来延长距离。物理连接遵循物理连接遵循5-4-3规则：规则：最多可用4个中继器，5个网段（其中仅3个网段可接工作站，其余只用于距离加长）。 10 BASE 510 BASE 5莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 应用 线路可靠性好，但安装不易(电缆粗硬)，造价较高（电缆较贵且需增加收发器费用），传输距离长。仅作基干网或室外大距离布线时才用（与

19、10 BASE 2或10 BASE-T网混用）。 早已是早已是“ “昨日黄花昨日黄花” ”， 现在更少见到了。现在更少见到了。10 BASE 510 BASE 5莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE 210 BASE 2细缆以太网（细缆以太网（细缆以太网（细缆以太网（CheapnetCheapnet） 1985年推出，又称 “廉价以太网”，其技术标准为10BASE2。P270 图13.11莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE 210 BASE 2细缆以太网（细缆以太网（细缆以太网（细缆以太网（CheapnetCheapnet） l一条

20、RG-58/u型同轴电缆可连接多达30个站点，最大网段长度185米，通过中继则可达925米。l电缆连接件为BNC型的接头、终端电阻和T型头。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE 2 10 BASE 2 拓扑结构：总线型莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 链路组成a.电缆：RG-58 A/U 50同轴电缆(芯径0.25毫米)。市场上有带BNC连接器、标准长度（2米）的商品电缆出售 b.BNC连接器(装在电缆两端) c.BNC T型连接器（T型头） d.以太网卡 e.50终端电阻(一端需接地)10 BASE 210BASE210BASE2网卡与电缆的

21、连接网卡与电缆的连接网卡与电缆的连接网卡与电缆的连接莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 技术参数两T形头间距： 0.5米或其整倍数最大网段长度：185米网络最大总长度：925米一个网段最多支持的工作站数：30（中继器算一个）物理连接遵循5-4-3规则10 BASE 210 BASE 2莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 应用 造价最低。线路可靠性不高，总线故障影响整个网络，传输距离短。一般用于集中式室内布线的机房环境。【说明】 由于粗、细电缆的电气特性是一致的，因此可将粗、细同轴电缆网段混接于一个以太网上使用，以弥补细缆传输距离短而粗缆价格高、安装不便的缺点

22、（通过粗、细电缆转接器或中继器相连）。它们还可通过HUB与双绞线连接。10 BASE 2 10 BASE 2 混合式以太网莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE-T10 BASE-T双绞线以太网双绞线以太网双绞线以太网双绞线以太网P270 图13.12莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE-T 10 BASE-T 双绞线以太网双绞线以太网双绞线以太网双绞线以太网拓扑结构：星型莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 链路组成a.电缆： 无屏蔽双绞线(UTP)，2026AWG（芯径0.40.6毫米）b.Etherhub 以太网用

23、集线器c. RJ-45接头（注：国内并行电话线接头为RJ-11）d.以太网卡 须带RJ-45插座 10 BASE-T10 BASE-T莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 技术参数l双绞线最大长度：100米l网络最大跨距：3.8千米l一个HUB可连接的最大工作站数：由HUB端口决定 应用 线路稳定性和可靠性好，可以有管理功能，成本适中，支持快速以太网，目前广泛应用。10 BASE-T10 BASE-T莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组10 BASE-F10 BASE-F光纤以太网光纤以太网光纤以太网光纤以太网P270 图13.13莆田学院计算机系网路课程组莆田

24、学院计算机系网路课程组10 BASE-F10 BASE-F光纤以太网光纤以太网光纤以太网光纤以太网 10BASE-F标准是10Mbps以太网光纤标准通称，也是最早的光纤以太网。它实际上有三个标准：l10BASE-FP 星型拓扑，无源HUB，最大网段长度500米，每网段最大站点数33个。据说是用来说明点对点连接的， “从未得到应用”。l10BASE-FB 用于连接多个Hub或者交换机的骨干网技术，已废弃。l10BASE-FL 10BASE-F中最常用者，使用两条62.5/125 m光纤。 可用于连接站点或中继器，最大长度2千米。两种连接示例两种连接示例(a)通过光纤收发器连接通过光纤收发器连接(

25、b )通过外部收发器连接通过外部收发器连接莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组拓扑结构：簇型光纤HUB光纤HUB光纤HUB10 BASE-F10 BASE-F莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组链路组成 光纤HUB 光纤网卡 光纤 技术参数 光纤网段：2千米 应用 适用于特殊场合（抗电磁干扰/有雷击）10 BASE-F10 BASE-F莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组标准以太网方案总览标准以太网方案总览标准以太网方案总览标准以太网方案总览Summary of Standard Ethernet implementationsSummary o

26、f Standard Ethernet implementationsP271 表13.1莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组快速以太网快速以太网快速以太网快速以太网Fast EthernetFast Ethernet快速以太网是IEEE 802.3 委员会开发的一组低成本100 Mbps 快速以太网标准。常见快速以太网常见快速以太网P274 图13.20莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组快速以太网的拓扑结构快速以太网的拓扑结构快速以太网的拓扑结构快速以太网的拓扑结构Fast Ethernet topologyFast Ethernet topologyP27

27、4 图13.19不同快速以太网方案的编码不同快速以太网方案的编码不同快速以太网方案的编码不同快速以太网方案的编码Encoding for Fast Ethernet implementationEncoding for Fast Ethernet implementationP275 图13.21100BASE-TX100BASE-TX编码示意图编码示意图编码示意图编码示意图l编码方案: 4B/5B + MLT-3l4B/5B编码用于解决同步问题(无连续0和1出现)lMLT-3编码用于解决带宽问题(减少高频分量)莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 4B/5B 4B/5B 编码

28、方案编码方案编码方案编码方案4B/5B Encoding Scheme4B/5B Encoding Scheme 4B5B-NRZIl使用NRZI（不归零反相编码）将每4个比特的数据编码成一个5码比特的码组。l用于光纤传输高效，但不适用于双绞线（信号能量太集中了，将导致信道上产生严重的线路辐射）。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组MLT-3MLT-3编码方案编码方案编码方案编码方案MLT- 3 Encoding SchemeMLT- 3 Encoding SchemelMLT-3是一种三电平双极性编码（+V、0和-V），用两电平之间的跃变沿来表示“1”，而无跃变沿表示“0”。

29、这里，MLT-3的最高基频是NRZI的一半。使用MLT-3编码可使高频频谱能量移向低于30MHz的边缘区。与NRZI比较，而MLT-3编码90%以上的频谱能量在40MHz以下，而NRZI则在70MHz以下。100BASE-FX100BASE-FX编码示意图编码示意图编码示意图编码示意图l编码方案: 4B/5B + NRZ-Il4B/5B编码用于解决同步问题(无连续0和1出现)lNRZ-I编码适合于光纤传输莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组光纤链路光纤链路光纤链路光纤链路Optical LinkOptical Link 常用的快速以太网光链路的形成方式有两种：采用配有光接口的网

30、卡和集线设备（成本高）；采用10/100Mbps光纤收发器，一端接入100BASE-TX五类或更高类别的双绞线，一端接入100BASE-FX单模或多模光纤。网络有效传输距离达到23千米（多模光纤）或3040千米（单模光纤）。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组光纤收发器光纤收发器光纤收发器光纤收发器Optical Fibre TransceiverOptical Fibre Transceiver 莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组100BASE-T4100BASE-T4l100BASE-T4研发的目的是让原来使用四对3类双绞线的10BASE-T网络能升级到1

31、00 Mbps而不必更换使用5类双绞线。l四对线中的两对被配置成半双工式，可以支持双向传输，但每次只能一个方向。其他两对被配置成只能单向传输。单向传输线路用于提供载波侦听和冲突检测功能。100BASE-T4不支持全双工传输。l欲传送的数据流被分成三个独立的数据流，每一个数据流的有效传输率是331/3 Mbps莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组8B6T8B6T编码方案编码方案编码方案编码方案8B6T Encoding Scheme8B6T Encoding Schemel8B6T 8B6T编码是将数据流中每8个比特作为一组（比特块），然后按编码规则将每一组转换成6个比特的三元制

32、码元。同时使用三对线以循环方式传送数据（每对线以25M baud的速率传送数据），用一对线作为碰撞检测的接收信道。主要用于100BASE-T4网络。l因为8B6T码的调制速率在每个输出信道上仅是25M baud，所以100BASE-T4可以使用传输质量最低的3类双绞线。 100Base-T4100Base-T4编码示意图编码示意图编码示意图编码示意图莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组快速以太网方案总览快速以太网方案总览快速以太网方案总览快速以太网方案总览Summary of Fast Ethernet implementationsSummary of Fast Ethern

33、et implementationsP275 表13.2莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组自动协商模式自动协商模式自动协商模式自动协商模式 Auto-Negotiation ModeAuto-Negotiation Model在100BASE-T问世以后，在以太网RJ-45连接器上可能出现5种以上不同的以太网信号（10BASE-T、10BASE-T全双工、100BASE-TX、100BASE-TX全双工或100BASE-T4）中的任一种。l自动协商允许一个设备向链路远端的设备通告自己所运行的工作方式，并且侦测远端通告的相应的运行方式。它能使集线器和网卡知道线路另一端能有的速度

34、，把速度自动调节到线路两端 能达到的最高速度。l例如，A和B正在自动协商，并且A具有10/100/1000 Mbps全半双工的能力，但是B只有10/100Mbps全半双工的能力，这样双方共有的最高链路能力为100Mbps，全双工。一旦双方进行自动协商，链路就会运行在双方能够支持的最佳能力下。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组千兆以太网千兆以太网千兆以太网千兆以太网Gigabit EthernetGigabit EthernetlGigabit Ethernet (千兆以太网) 传输媒体采用光纤或短距离双绞线，技术标准是IEEE 802.3z，相关标准有IEEE 802.3ab

35、（1000 BASE-T）等，信号编码方案是8B/10B。P277 图13.23千兆位以太网的拓扑结构千兆位以太网的拓扑结构千兆位以太网的拓扑结构千兆位以太网的拓扑结构Topologies of Gigabit EthernetTopologies of Gigabit EthernetP277 图13.22莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组千兆位以太网之传输媒体千兆位以太网之传输媒体千兆位以太网之传输媒体千兆位以太网之传输媒体Media for Gigabit EthernetMedia for Gigabit Ethernet IEEE802.3委员会制定了4种传输媒体的

36、标准：l1000BASE-SX基带短波光纤基带短波光纤 使用波长为850nm的多模光纤。 最大网段长度: 275 m(62.5m)/550m(50m)。l1000BASE-LX基带长波光纤基带长波光纤 使用波长为1300nm的单/多模光纤。 最大网段长度: 550 m (62.5m和50m多模) /5000m (10m单模)；l1000BASE-CX基带铜缆基带铜缆 使用屏蔽双绞线，长度可达25m。l1000BASE-T基带双绞线基带双绞线 使用4对5类非屏蔽双绞线，长度可达100m。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组不同千兆以太网方案的编码不同千兆以太网方案的编码不同千兆以

37、太网方案的编码不同千兆以太网方案的编码Encoding in Gigabit Ethernet implementationsEncoding in Gigabit Ethernet implementationsP277 图13.24莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组千兆位以太网媒体的选用千兆位以太网媒体的选用千兆位以太网媒体的选用千兆位以太网媒体的选用Gbit Ethernet Medium OptionsGbit Ethernet Medium Options莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组1000Base-X1000Base-X编码示意图编码示意图

38、编码示意图编码示意图莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组千兆以太网方案总览千兆以太网方案总览千兆以太网方案总览千兆以太网方案总览Summary of Gigabit Ethernet implementationsSummary of Gigabit Ethernet implementationsP278 表13.3莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组万兆以太网万兆以太网万兆以太网万兆以太网10 Gigabit Ethernet10 Gigabit Ethernetl万兆以太网技术标准为IEEE 802.3ae 。l编码方案为64B/66B，只用光纤，且只支持

39、两个站点对点全双工的传送数据。换言之，将不使用冲撞检测协议。l三个万兆光纤以太网标准是 (参见P278 表13.4）l10G Base-S （波长850纳米/多模/短距：300米）l10G Base-L（波长1310纳米/单模/长距：10千米）l10G Base-E （波长1550纳米/单模/超长距：40千米）l目前使用6类双绞线的10G Base-T 和10G Base-CX4（万兆铜线以太网）标准也开始推出莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组万兆以太网标准万兆以太网标准万兆以太网标准万兆以太网标准IEEE 10GBase-XIEEE 10GBase-X类类 型型应用范围应用

40、范围传送距离传送距离波波 长长线缆类型线缆类型10GBase-LX4局域网300米1310 nm多模光纤10GBase-SR局域网300米850 nm多模光纤10GBase-LR局域网10千米1310 nm单模光纤10GBase-ER局域网40千米1550 nm单模光纤10GBase-SW广域网300米850 nm多模光纤10GBase-LW广域网10千米1310 nm单模光纤10GBase-EW广域网40千米1550 nm单模光纤10GBase-CX4局域网15米4根Twinax线缆10GBase-T局域网25-100米双绞铜线莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组万兆位以太网

41、与传输距离万兆位以太网与传输距离万兆位以太网与传输距离万兆位以太网与传输距离10Gbps Ethernet Distance Options10Gbps Ethernet Distance Options12.5 12.5 令牌环网和令牌环网和FDDI网网 Token Ring and FDDI 莆田学院现代教育技术中心 2009年5月莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组令牌环局域网令牌环局域网令牌环局域网令牌环局域网Token Ring LANsToken Ring LANsl最早的令牌环网是1969年贝尔实验室研制的Newhall环。后来IBM公司把这种技术应用在它的局域网

42、中，叫做IBM令牌环网。l令牌环局域网采用的不是广播媒体，而是用中继器将单个点到点线路链接成为物理的环形结构，然后通过令牌这个特殊的控制帧来进行传输的管理。由于发送的帧沿环路传输时能到达所有的站点，所以可以起到广播的作用。令牌环网使用差分曼彻斯特数字编码令牌环网使用差分曼彻斯特数字编码莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组令牌环网的物理结构令牌环网的物理结构令牌环网的物理结构令牌环网的物理结构 Network Structure of Token Ring Network Structure of Token Ring l令牌环的基本结构如右上图所示，工作站以串行方式顺序相连，形

43、成一个封闭的环路结构。l右下图是基本环形结构的改进型，在此结构中，工作站未直接与物理环相连，而是连接到一种多站访问单元(MAU)。l构成令牌环物理结构的传输媒体主要有屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线（UTP）。 l令牌环所遵循的标准是IEEE 802.5，它最早规定了三种传输速率：1Mbps、 4Mbps和16Mbps。开始时，UTP 电缆只能在 1Mbps的速率下操作，STP电缆可操作在 4Mbps和16Mbps，现已有100Mbps和1Gbps版本推出。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组802.5 802.5 媒体访问控制协议媒体访问控制协议媒体访问控制协议媒体访问控制

44、协议802.5802.5 MAC Protocol MAC Protocoll整个线路空闲时，一个小帧(令牌)在环上不停地环行。l需要发送的站点必须等待令牌经过。l捕获到空令牌后，改变其一个比特状态，使令牌帧变成数据帧的SOF（帧起始）字段。l然后将构成一个数据帧的其他字段添加上去形成数据帧，并发送之。此时环上已无令牌帧在环行了。l数据帧环行一周后，由发送站点销毁之。l在传输结束且返回帧之前端已环行到发送站点时，该发送站点向环上插入一个新的令牌。l轻载条件下，传输效率偏低。令牌传递流程图令牌传递流程图Token Passing ProcedureToken RingToken RingOper

45、ationOperation令牌环令牌环工作示意图工作示意图 莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组令牌帧和数据帧令牌帧和数据帧令牌帧和数据帧令牌帧和数据帧Token Frame and Data FramesToken Frame and Data Frames莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组起始定界符和结束定界符字段起始定界符和结束定界符字段起始定界符和结束定界符字段起始定界符和结束定界符字段SD & ED FieldSD & ED Fieldl用于标识每个帧的开始位置和结束位置。l令牌环网使用差分曼彻斯特编码，其每个比特（不管是0还是1）中间都有电平跳变

46、。起始定界符SD=JK0JK000，结束定界符ED= JK1JK1IE。J和K是没有电平跳变的非数据比特，J保持高电平，K保持低电平。这样就可以把它们与代表数据的字节区别开来。lI是中间帧位，用于标识是否还有后续帧，I=1表示中间帧，I=0表示是该站点发送的最后一帧。lE是差错位，用于标识是否检测到差错。发送站置0，传输过程中任意站点检测到差错时均可将其置为1。l令牌帧的I和E位都是0。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组访问控制字段访问控制字段访问控制字段访问控制字段AC FieldAC Fieldl控制对环路的访问权。格式为PPPTMRRR。其中PPP的3个比特表示优先级，

47、RRR的3个比特是预约优先级，T是令牌位（T=0表示是令牌帧，T=1表示其他帧），M是监控位，用于清除无主帧。若发送站在数据帧返回前失效（当机等），则该帧无人回收，成为在环上连续循环的无主帧。为此，发送站置帧中的M位为0，经过监控站时重置为1。如果M=1的帧再一次经过监控站，则将被监控站销毁，并放出新令牌。l预约优先级（RRR）由希望预约下一个令牌的站点使用。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组帧控制字段帧控制字段帧控制字段帧控制字段FC FieldFC FieldlFC字段编码为FFZZZZZZ，用于表示帧的类型。FF=00时表示是MAC控制帧，FF=01时表示数据帧。6个Z

48、比特表示与环维护有关的各种控制帧的代码，如检测令牌是否丢失，环是否断开及断开的位置在哪里，清除坏帧等。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组帧状态字段帧状态字段帧状态字段帧状态字段FS FieldFS FieldlA=0,C=0 目标站点不存在或未工作lA=1,C=0 目标站点存在但未复制本帧lA=1,C=1 本帧已被接收莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组令牌环的拓扑结构令牌环的拓扑结构令牌环的拓扑结构令牌环的拓扑结构Topology of Token RingTopology of Token Ring从理论上讲，令牌环网在物理上应是一个环形结构，但IBM的令

49、牌环网并非一个简单的环形结构，而是由星型和环型结构两个层次组成。所以可分为： a.星型拓扑的逻辑环型单MAU b.星型/环型混合结构的物理环型多MAU MAU:Multistation Access Unit，即”多路访问部件”。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组星型拓扑的逻辑环型星型拓扑的逻辑环型星型拓扑的逻辑环型星型拓扑的逻辑环型单单单单MAUMAU Single MAU (logical ring) Single MAU (logical ring)莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组星型星型星型星型/ /环型混合结构的物理环型环型混合结构的物理环型环型

50、混合结构的物理环型环型混合结构的物理环型多多多多MAU MAU Multi-MAU Multi-MAU 莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组令牌环网令牌环网令牌环网令牌环网: : : :其他特性其他特性其他特性其他特性 Characteristics of Token RingCharacteristics of Token Ring链路组成链路组成链路组成链路组成电缆：IBM专用屏蔽双绞线 无屏蔽双绞线（UTP）令牌环网专用网卡： 4Mbps或16MBps（两种）MAU：IBM 8228中继器：IBM 8212，IBM 8219 （光纤）技术参数技术参数技术参数技术参数 最大

51、站点数： 260个（STP） 72个 （UTP） 8228 MAU数：最多12个 8228 MAU间及与站点间最大距离：45米 MAU间连接电缆总长度：120米 传输速率：4Mbps或16MBps（取决于网卡） 整个环路长度：366米应用应用应用应用 用于分布控制或实时性强的应用环境莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组光纤环网光纤环网光纤环网光纤环网FDDIlFDDI（Fiber Distributed Data Interface,光纤分布式数据接口）是以光纤为传输介质的高性能令牌环局域网访问控制方案，1982年10月由ANSI（美国国家标准化研究所）X3T9.5委员会提出。

52、传输速率100Mbps，而正在发展的FDDI-、FDDI-、FDDI-的速率分别高达400 Mbps、600 Mbps和1.2 Gbps。使用多模光纤时，站间距离可达2km；使用单模光纤站间距离可达20km，FDDI标准允许200km的总的光纤路径长度和1000个网络站点，相应于500个结点和100km长的双环光纤网。FDDI采用4B/5B编码方案。lFDDI的铜线（双绞线）版本称为CDDI。lFDDI与IEEE 802.5的区别是： IEEE802.5规定采用单帧发送，环上仅有一个帧在流动，在FDDI中采用了多帧发送的方式。获得空闲令牌的站点在发送一帧或多帧后，立即释放令牌，而不是等到发出的

53、帧返回后才释放令牌。因此FDDI环上可能会有来自多个站的帧在运行。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组FDDIFDDI拓扑结构拓扑结构拓扑结构拓扑结构FDDI TopologyFDDI TopologylFDDI的物理拓扑有环型或带树型的环或带星型的环，既可作LAN，亦可在大地理范围（100200千米）内作大型企事业的骨干网络，实现数据、语音、图像综合服务。lFDDI采用双环结构：主环（正常数据传输用）和副环（冗余的备用环），双环传输方向相反。如果两环在同一点上都断了，可以将两边断开处分别接合，这样总长度约为原来的2倍。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组FDD

54、IFDDI的站点的站点的站点的站点FDDI NodesFDDI Nodes FDDI的站点有DAS（双附接站）和SAS（单附接站）两种。 DAS：同时连接主、副环（使用两个光收发器）可靠性好 SAS：只与主环连接（使用一个光收发器）成本较低 网络配置时，可将较重要的站点作DAS，以提高可靠性，将一般的站点作SAS，以降低成本。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组链路组成链路组成 a光纤： 多模光纤提供多条光通路（LAN多用之） 单模光纤提供一条光通路（WAN用之） bFDDI网卡 cFDDI集中器（Concentrator）：一般以HUB形式提供技术参数技术参数 最大站点数：5

55、00个 最大网段长度： 2 4千米（多模光纤） 4060千米（单模光纤） 最大中继器数： 100 最大环网长度：100千米特点特点 价格昂贵，主要作复盖面积较大的园区网（如校园网）的主干网。FDDIFDDI的其他特性的其他特性的其他特性的其他特性FDDI CharacteristicsFDDI Characteristics12.6 12.6 令牌总线网令牌总线网 Token Bus 莆田学院现代教育技术中心 2009年5月莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组令牌总线网令牌总线网令牌总线网令牌总线网Token Bus Network Token Bus Network l一种具

56、有总线型拓扑结构但使用令牌传递方式控制总线上数据传输的局域网，其技术标准是IEEE 802.4。l在工业过程控制计算机网中，以太网不合适，因为其冲突状态是不可预计的，无法保证实时控制的最小时延要求。令牌环网也不合适，因为生产线类似总线而不是环。于是将总线拓扑与令牌传递的无冲突（可预测的延时）特性结合起来的令牌总线网得到了应用。l令牌总线网限制在工厂自动化和过程控制系统中，在数据通信领域没有商业应用。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组ARCNETARCNETARCNETARCNETARC（Attached Resource Computer）NET是美国Datapoint公司7

57、8年1月推出的LAN产品，它采用确定性网络协议令牌总线协议（ARCNET不承认IEEE 802.4标准），所以确定性、可调整性、可靠性均好，但传输速率很低（3.5Mbps），主要用于实时性、可靠性及优先性方面要求较高的工业控制（过程控制）网络中。莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组ARCNET拓扑结构a.星型（簇型）使用低阻网卡技术参数：最大跨距6.7千米 最大站点数：255个 莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组ARCNETARCNETARCNETARCNET网的拓扑结构网的拓扑结构网的拓扑结构网的拓扑结构(b)(b)(b)(b) ARCNet: Topolo

58、gyARCNet: Topology b.总线型使用高阻网卡 技术参数l每个总线网段上最多8个站点lT形头间距：1米(采用BNC接头连接时)l最大网络长度 310米 (同轴电缆) 120米（双绞线）l最大跨距：6.7千米莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组ARCNETARCNETARCNETARCNET网的拓扑结构网的拓扑结构网的拓扑结构网的拓扑结构(C)(C)(C)(C) ARCNet: TopologyARCNet: Topology c.混合型莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组 链路组成链路组成 电缆： RG-62 A/U 93同轴电缆、 105无屏蔽双

59、绞线、光纤 网卡：RX-NET等ARCNET专用网卡 低阻：PC110、PC120、PC130、PC250、PC260 高阻：PC210、PC220 A .HUB（8端口）：至少一个 P. HUB（4端口）：按需 93终端电阻：P.HUB未用结点必须各用一个封堵之。 技术参数技术参数 最大连接距离：610米（A.HUB-A.HUB或A.HUB-站点同轴电缆） 120米（A.HUB-A.HUB或A.HUB-站点双绞线） 30米（A.HUB-P.HUB或P.HUB-站点） 应用应用 连网距离远/传输速率低（3.5Mbps）ARCNetARCNet网的特点网的特点网的特点网的特点ARCNET Cha

60、racteristicsARCNET Characteristics莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组本章推荐阅读本章推荐阅读本章推荐阅读本章推荐阅读 Recommended ReadingRecommended Readingl全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试指定用书 网络工程师教程雷震甲主编 清华大学出版社 2019年7月 第5章 局域网和城域网l全国计算机技术与软件专业技术资格和水平考试指定用书 网络设计师教程胡道元主编 清华大学出版社 2019年5月 第5章 局域网技术l(美) Behrouz A.Forouzan等 数据通信与网络(机械工业出版社) 第1

61、2章 局域网 （院图书馆索取号：TN919.2/FL23）l以太网技术的发展与应用 supplierlist/inter_knowledge/cn/csn-ytw1.html网狐教程：局域网基本工作原理 act.it./book/chapter.php?id=538&volume=3&chapter=2莆田学院计算机系网路课程组莆田学院计算机系网路课程组本章作业本章作业本章作业本章作业 Homework Homework1. 什么是以太网?2. 为什么以太网要使用监听算法?3. 为什么以太网要使用退避算法?4. 简述CSMA所用的三种坚持算法. 以太网用的哪种坚持算法?5. 简述什么是二进制指数退避算法.6. 解释以下以太网电缆标记的含义: 100 BASE 2, 100 BASE FX, 1000 BASE- LX, 1000BASE-SX7. 简述以太网、令牌环网、 FDDI和 ARCNet网的应用。预习教材第6.2节和第14章