工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與人機界面組態(tài)課件 以太網(wǎng)技術(shù)

第4章局域網(wǎng)基本內(nèi)容

介紹局域網(wǎng)的基本概念、拓樸結(jié)構(gòu)、常用的局域網(wǎng)傳輸媒體，局域網(wǎng)的共享媒體技術(shù)，傳統(tǒng)以太網(wǎng)的工作原理及連接方法、CSMA/CD協(xié)議、碰撞退避算法、MAC地址、MAC幀，局域網(wǎng)的擴展，高速以太網(wǎng)技術(shù)。重點掌握

局域網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)的工作原理、CSMA/CD協(xié)議、MAC幀以太網(wǎng)的連接方法局域網(wǎng)的擴展技術(shù)高速以太網(wǎng)技術(shù)4.1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)(LAN)

是在一個較小的范圍(一個辦公室、一幢樓、一家工廠等)，利用通信線路將眾多計算機及外圍設(shè)備連接起來，達到數(shù)據(jù)通信和資源共享的目的。局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡(luò)通常為一個單位所擁有，地理范圍幾米到幾公里。局域網(wǎng)具有較高的數(shù)據(jù)率、較低的時延和較小的誤碼率。決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)：設(shè)備互聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；用于傳輸數(shù)據(jù)的媒體；由于信道共享而采用的媒體接入控制方法。小知識拓?fù)鋵W(xué)（Topology）是一種研究與大小、距離無關(guān)的幾何圖形特性的方法。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，采用拓?fù)涞姆椒?，拋開網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備，把工作站、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備抽象為“點”，把網(wǎng)絡(luò)中的傳輸介質(zhì)抽象為“線”，這樣從拓?fù)鋵W(xué)的觀點看計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就形成了由點、線組成的幾何圖形，我們稱這種采用拓?fù)鋵W(xué)方法抽象出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。局域網(wǎng)的拓?fù)淦ヅ潆娮杓€器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)（1）星型拓?fù)涿恳粋€站點通過點-點鏈路連至中心節(jié)點，所有的通信都由中心節(jié)點控制，一般采用線路交換。基本特性優(yōu)點建網(wǎng)容易，配置方便；每個連接的故障容易排除，不影響全網(wǎng)；控制協(xié)議相對簡單。缺點在同樣覆蓋面積內(nèi)；所用電纜量較大；擴展不方便，需要預(yù)留或增設(shè)電纜；對中心節(jié)點要求非常高，一旦中心節(jié)點產(chǎn)生故障,全網(wǎng)將不能工作。（2）環(huán)型拓?fù)溆梢恍┲欣^器通過點到點鏈路連成的一個閉合環(huán)。入網(wǎng)設(shè)備連到中繼器上。它從一條鏈路上接收數(shù)據(jù),以相同速率在另一條鏈路上輸出。數(shù)據(jù)在環(huán)上是單向傳輸?shù)摹；咎匦詢?yōu)點電線長度較短，與總線拓?fù)漕愃疲贿m于采用光纜連接，從而提高數(shù)據(jù)速率。缺點某段鏈路或某個中繼器有故障會使全網(wǎng)不能工作；站點離網(wǎng)、入網(wǎng)都較困難。（3）總線拓?fù)鋵⑺姓军c通過硬件接口連接到單根傳輸介質(zhì)——共享總線上?；咎匦詢?yōu)點與星型拓?fù)湎啾?，所需電纜長度較短；結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；擴充(如增加站點、延長電纜等)較容易。缺點故障檢測不很容易，如總線有故障需分段查找，如站點有故障需一個一個查。常用的局域網(wǎng)傳輸媒體雙絞線：價格便宜、安裝方便，在局域網(wǎng)中使用最多。但抗干擾能力較差，傳輸距離較短。適用于建筑物內(nèi)部的布線系統(tǒng)。同軸電纜：分為粗纜和細纜，價格中等、安裝較方便，有較高的數(shù)據(jù)傳輸率，在早期的局域網(wǎng)中使用較多?？垢蓴_能力較好，傳輸距離較遠。光纜：損耗低、抗干擾能力強，傳輸率高，傳輸距離遠，是環(huán)型網(wǎng)或主干網(wǎng)的主要傳輸媒體。但價格貴，技術(shù)復(fù)雜。無線傳輸：采用無線電波、紅外線、微波等作為媒體，傳輸距離遠，不受空間限制。但設(shè)備價格昂貴，技術(shù)復(fù)雜。媒體共享技術(shù)

靜態(tài)劃分信道：如頻分復(fù)用、時分復(fù)用、波分復(fù)用、碼分復(fù)用等。用戶只要得到了信道就不會和別的用戶發(fā)生沖突。但這種劃分信道的方法代價較高，不適合于局域網(wǎng)。

動態(tài)媒體接入控制：又稱為多點接入，其特點是信道并非在用戶通信時固定分配給用戶。又分為兩類：

隨機接入：其特點是所有的用戶可隨機地發(fā)送信息。但如果有兩個或更多的用戶在同一時刻發(fā)送信息，那么就會在共享媒體上產(chǎn)生碰撞，使得這些用戶的發(fā)送都失敗。因此必須有解決碰撞的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。受控接入：其特點是用戶不能隨機地發(fā)送信息而必須服從一定的控制。4.2傳統(tǒng)以太網(wǎng)特指最早進入市場的10Mbps速率的以太網(wǎng)?，F(xiàn)在以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到100Mbps、1Gbps、10Gbps的速率。

4.2.1以太網(wǎng)的工作原理

4.2.2傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法

4.2.3以太網(wǎng)的信道利用率4.2.1以太網(wǎng)的工作原理

1.兩個標(biāo)準(zhǔn)

DIXEthernetV2

是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。

IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)

DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)與IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)。

數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：

邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標(biāo)準(zhǔn)中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標(biāo)準(zhǔn)）的作用已經(jīng)不大了。4.2.1以太網(wǎng)的工作原理2.網(wǎng)卡的作用

網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。網(wǎng)卡的重要功能：進行串行/并行轉(zhuǎn)換；對數(shù)據(jù)進行緩存；實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。當(dāng)網(wǎng)卡收到一個有差錯的幀時，就將該幀丟棄；當(dāng)收到一個正確的幀時就用中斷來通知計算機并交付給協(xié)議棧中的網(wǎng)絡(luò)層。當(dāng)計算機要發(fā)送一個IP數(shù)據(jù)報時，就由協(xié)議棧向下交給網(wǎng)卡組裝成幀后發(fā)送到局域網(wǎng)。計算機通過網(wǎng)卡和局域網(wǎng)進行通信CPU高速緩存存儲器I/O總線計算機至局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)卡）串行通信并行通信4.2.1以太網(wǎng)的工作原理3.CSMA/CD協(xié)議最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠。B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)

C

D

A

E匹配電阻（用來吸收總線上傳播的干擾信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送總線上的每一個工作的計算機都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。由于只有計算機D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有D才接收這個數(shù)據(jù)幀。其他所有的計算機（A,C和E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。為了通信的簡便以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認(rèn)。

這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯的概率是很小的。

以太網(wǎng)提供的服務(wù)以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當(dāng)目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當(dāng)作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。4.2.1以太網(wǎng)的工作原理CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection

載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測多點接入許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上，是總線型網(wǎng)絡(luò)。載波監(jiān)聽是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)；如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。碰撞檢測就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小，由信號電壓擺動值的大小來判斷是否發(fā)生了碰撞。正常發(fā)送時，計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)都是使用曼徹斯特編碼的信號；發(fā)生碰撞時，信號會產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。一旦發(fā)生碰撞，就立即停止發(fā)送。電磁波在總線上的有限傳播速率的影響當(dāng)某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。

A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到B。

B若在A發(fā)送的信息到達B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。為什么會發(fā)生碰撞？每個站點都是在監(jiān)聽到信道“空閑”時才發(fā)送數(shù)據(jù)的，為什么還會發(fā)生碰撞？根本原因是因為電磁波在媒體上的傳播速度總是有限的。假設(shè)局域網(wǎng)兩端的站A和站B相距1km（電磁波在1km電纜上的傳播時延約為5

s），單程傳播時延記為τ。1kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞

t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞

t=

ABABAB

t=0A檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=

B檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為

4.2.1以太網(wǎng)的工作原理4.爭用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2

（兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時延2

稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。存在的問題考慮這樣的一種情形：當(dāng)某站正在發(fā)送數(shù)據(jù)時，另外兩個站有數(shù)據(jù)要發(fā)送。這兩個站進行載波監(jiān)聽，發(fā)現(xiàn)總線忙，于是就等待；當(dāng)它們發(fā)現(xiàn)總線變?yōu)榭臻e時，就立即發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。但這必然再次發(fā)生碰撞；經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)了碰撞，就停止發(fā)送。然后再重新發(fā)送，……，這樣下去，一直不能發(fā)送成功。解決這一問題，需要采用所謂的退避算法二進制指數(shù)類型退避算法發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2

。定義參數(shù)k

，k

10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]

從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當(dāng)重傳達16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。

爭用期的長度以太網(wǎng)取51.2

s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。最短有效幀長如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。強化碰撞當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時，除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。數(shù)據(jù)幀干擾信號

TJABTBt

B發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突開始沖突信道占用時間A發(fā)送數(shù)據(jù)4.2.2傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜或細纜）銅線（雙絞線）光纜這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。

10BASE5粗纜10BASE2細纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜以太網(wǎng)媒體接入控制MAC銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)的示意圖主機箱主機箱主機箱雙絞線集線器BNCT型接頭收發(fā)器電纜網(wǎng)卡插入式分接頭MAUMDI保護外層外導(dǎo)體屏蔽層內(nèi)導(dǎo)體收發(fā)器DB-15連接器BNC連接器插口RJ-45插頭以太網(wǎng)的最大作用距離250m750m500m500m500m50m50m50m網(wǎng)段1轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)段2網(wǎng)段3轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器雙絞線以太網(wǎng)的硬件配置（1）網(wǎng)卡：每個結(jié)點需要一塊具有一個RJ-45連接器的Ethernet網(wǎng)卡。（2）集線器（Hub）：可能的端口數(shù)8、10、12或24個。有些包括與同軸電纜或光纖主干相連的端口。（3）電纜系統(tǒng)：10BASE2非屏蔽雙絞線；RJ-45連接器。雙絞線以太網(wǎng)的硬件配置集線器RJ45網(wǎng)卡RJ45插頭雙絞線細纜以太網(wǎng)10BASE2用更便宜的直徑為5mm的細同軸電纜(特性阻抗仍為50W)，可代替粗同軸電纜。將媒體連接單元MAU和媒體相關(guān)接口MDI都安裝在網(wǎng)卡上，取消了外部的AUI電纜。細纜直接用標(biāo)準(zhǔn)BNCT型接頭連接到網(wǎng)卡上的BNC連接器的插口。

“以太網(wǎng)”實際指一組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括：以太網(wǎng)(10Base-T)

快速以太網(wǎng)(100Base-Tand100Base-FX)

吉比特以太網(wǎng)(1000Base-Tand1000Base-X)10Gbit/s以太網(wǎng)一旦以太網(wǎng)需要對新的介質(zhì)或傳輸能力擴展時，IEEE會對802.3標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布新的增補：10Base2(IEEE802.3a)10Base5(IEEE802.3)100Base-T(IEEE802.3i)1000Base-TX(IEEE802.3X)縮寫含義：10—表示兆比特每秒傳輸?shù)臄?shù)字Base—表示基帶信號（整個傳輸介質(zhì)的帶寬都被信號占用）數(shù)字2和5表示同軸電纜分段長度（185米取整為200，用2代表）一個或多個字母表示所用介質(zhì)類型（F表示光纜，T表示非屏蔽雙絞線）細纜以太網(wǎng)10BASE2BNC網(wǎng)卡BNC插頭細纜和粗纜網(wǎng)卡的功能

數(shù)據(jù)的封裝與解封發(fā)送時將上一層交下來的數(shù)據(jù)加上首部和尾部，成為以太網(wǎng)的幀。接收時將以太網(wǎng)的幀剝?nèi)ナ撞亢臀膊?，然后送交上一層?/p>

鏈路管理主要是CSMA/CD協(xié)議的實現(xiàn)。

編碼與譯碼即曼徹斯特編碼與譯碼。星形網(wǎng)10BASE-T不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。在星形網(wǎng)的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)。每個站到集線器的距離不能超過100米集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。集線器的特點集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。具有三個端口的集線器集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線4.2.3以太網(wǎng)的信道利用率假定：總線上共有N個站，每個站發(fā)送幀的概率都是p。爭用期長度為2

，即端到端傳播時延的兩倍。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號。幀長為L(bit)，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C(b/s)，因而幀的發(fā)送時間為L/C=T0(s)。4.2.3以太網(wǎng)的信道利用率信道利用率的最大值Smax其中N是站點個數(shù)，參數(shù)a

是總線的單程傳播時延與幀的發(fā)送時延之比。結(jié)論：若幀越短，則參數(shù)a就越大，信道利用率的最大值Smax就越小。

a=1時的信道利用情況ABABt=T0ABABt=3T0t=4T0t=2T0ABt=5T0

參數(shù)a=4使得信道利用率很低

a=0.01時的信道利用情況參數(shù)a=0.01使得信道利用率很高ABABt=

t=0.5

…ABt=100

…ABt=100.5

4.3以太網(wǎng)的MAC層IEEE802局域網(wǎng)模型

應(yīng)用層

表示層

物理層

會話層

傳輸層

網(wǎng)絡(luò)層

數(shù)據(jù)鏈路層

OSI

參考模型

介質(zhì)訪問控制

MAC

物理層

邏輯鏈路控制

LLC

傳輸介質(zhì)

IEEE802

參考模型

的范圍

IEEE802

參考模型

服務(wù)訪問點

SAP

MAC層的功能對共享介質(zhì)的局域網(wǎng)要解決介質(zhì)訪問控制問題。因此將數(shù)據(jù)鏈路層分為兩個子層，即介質(zhì)訪問控制MAC子層和邏輯鏈路控制LLC子層。

MAC子層的主要功能是：幀的封裝和拆封、物理介質(zhì)傳輸差錯的檢測、尋址、實現(xiàn)介質(zhì)訪問控制協(xié)議。

LLC子層的主要功能是：連接管理(建立和釋放連接)、與高層的接口、幀的可靠、按序傳輸及流量控制。

4.3.1MAC層的硬件地址在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址，這一地址被固化在每個網(wǎng)卡的ROM中，每個網(wǎng)卡在出廠時都賦于了一個全世界范圍內(nèi)唯一的地址編號，地址為6字節(jié)（即48位）。所有網(wǎng)卡制造商對網(wǎng)卡地址范圍達成協(xié)議，每個制造商只能使用許可范圍內(nèi)的地址，這樣可保證生產(chǎn)出來的網(wǎng)卡不使用重復(fù)的地址。IEEE的注冊管理委員會負(fù)責(zé)分配地址6個字節(jié)中的前3個字節(jié)（稱為地址塊），大約1250美元可以買一塊，一個地址塊中的24位可以生產(chǎn)224=16777216個網(wǎng)卡地址。后三個字節(jié)的地址由制造廠家自行安排。第1最高位最先發(fā)送最低位最高位最低位最后發(fā)送001101010111101100010010000000000000000000000001最低位最先發(fā)送最高位最低位最高位最后發(fā)送機構(gòu)惟一標(biāo)志符OUI擴展標(biāo)志符高位在前低位在前十六進制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80二進制表示的EUI-48地址：第1字節(jié)第6字節(jié)I/G比特I/G比特字節(jié)順序第2第3第4第5第6第1字節(jié)順序第2第3第4第5第6101011001101111001001000000000000000000010000000802.5802.6802.3802.4網(wǎng)卡上的硬件地址路由器由于同時連接到兩個網(wǎng)絡(luò)上。它有兩塊網(wǎng)卡和兩個硬件地址。路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6網(wǎng)卡檢查MAC地址網(wǎng)卡從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.

如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：單播（unicast）幀（一對一）廣播（broadcast）幀（一對全體）多播（multicast）幀（一對多）4.3.2兩種不同的MAC幀格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：

DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)

IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。以太網(wǎng)V2的MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層以太網(wǎng)V2MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報目的地址字段6字節(jié)源地址字段6字節(jié)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層以太網(wǎng)V2MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報類型字段2字節(jié)類型字段用來標(biāo)志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個協(xié)議。以太網(wǎng)V2的MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層以太網(wǎng)V2MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報

數(shù)據(jù)字段的最小長度=最小長度64字節(jié)

18字節(jié)的首部和尾部。當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時，應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的MAC幀長不小于64字節(jié)。數(shù)據(jù)字段46~1500

字節(jié)FCS字段4

字節(jié)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層以太網(wǎng)V2MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入

為了達到比特同步，需增加8個字節(jié)，其中，第一個字段共7個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。無效的MAC幀

數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；數(shù)據(jù)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長度為64~1518字節(jié)之間。

對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。

4.4擴展的局域網(wǎng)在物理層擴展局域網(wǎng)一系二系三系集線器集線器集線器集線器主干集線器用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)用集線器擴展局域網(wǎng)優(yōu)點

使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點

碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。

4.4.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。

網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個端口。一、網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)站表端口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實體端口1端口2緩存①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112MAC1MAC3MAC52MAC2MAC42站地址端口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥MAC6網(wǎng)段A網(wǎng)段B使用網(wǎng)橋帶來的好處過濾通信量。擴大了物理范圍。提高了可靠性?？苫ミB不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。使用網(wǎng)橋帶來的缺點存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)一個幀之前，必須修改幀的某些字段的內(nèi)容，以適合另一個MAC子層的要求。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。這就是所謂的廣播風(fēng)暴。廣播風(fēng)暴

以太網(wǎng)Bridge采用了基于MAC地址在不同端口之間的轉(zhuǎn)發(fā)，而每一個端口對應(yīng)的是一個以太網(wǎng)的網(wǎng)段，也就是一個以太網(wǎng)的廣播域，以太網(wǎng)Bridge只轉(zhuǎn)發(fā)不同端口間的通信。但是由于Bridge依賴的是運行網(wǎng)絡(luò)中存在的MAC地址和端口的對應(yīng)表，所以一旦收到目的地址未知的數(shù)據(jù)包，它將利用廣播的形式來尋址，其后果就是在一個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中造成數(shù)據(jù)流量以指數(shù)形式的增長，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這種現(xiàn)象也稱為“廣播風(fēng)暴”。

兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T①⑨②⑧③④⑥⑦⑤物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）區(qū)別集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進行退避。在這一點上網(wǎng)橋的接口很像一個網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡。

由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址。二、透明網(wǎng)橋目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparentbridge)?！巴该鳌笔侵妇钟蚓W(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備。網(wǎng)橋處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表的算法(1)從端口x收到無差錯的幀(如有差錯即丟棄)，在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找目的站MAC地址。(2)如有，則查找出到此MAC地址應(yīng)當(dāng)走的端口d，然后進行(3)，否則轉(zhuǎn)到(5)。(3)如到這個MAC地址去的端口d=x，則丟棄此幀(因為這表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā))。否則從端口d轉(zhuǎn)發(fā)此幀。(4)轉(zhuǎn)到(6)。(5)向網(wǎng)橋除x以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀（這樣做可保證找到目的站）。(6)如源站不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則將源站MAC地址加入到轉(zhuǎn)發(fā)表，登記該幀進入網(wǎng)橋的端口號，設(shè)置計時器。然后轉(zhuǎn)到(8)。如源站在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則執(zhí)行(7)。(7)更新計時器。(8)等待新的數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)到(1)。舉例說明ABB1CB2FGHDELAN1LAN2LAN3LAN4

A主機發(fā)送幀到B主機的過程

A主機發(fā)送幀到H主機的過程

H主機搬到LAN3后，A主機發(fā)送幀到H主機的過程

B1和B2剛剛接入，A主機發(fā)送幀到H主機的過程透明網(wǎng)橋的工作規(guī)則

如果源和目的地的LAN相同，則丟失該幀，如果源和目的地的LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)該幀，如果目的地LAN未知，則進行擴散。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中的信息

站地址：登記收到的幀的源MAC地址。端口：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的端口號。時間：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的時間。轉(zhuǎn)發(fā)表中的MAC地址是根據(jù)源MAC地址寫入的，但在進行轉(zhuǎn)發(fā)時是將此MAC地址當(dāng)作目的地址。

如果網(wǎng)橋現(xiàn)在能夠從端口x收到從源地址A發(fā)來的幀，那么以后就可以從端口x將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址A。

透明網(wǎng)橋使用了支撐樹算法這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。F2④F1③不停地兜圈子①②局域網(wǎng)2局域網(wǎng)1網(wǎng)橋2網(wǎng)橋1

AFA發(fā)出的幀⑤網(wǎng)橋1轉(zhuǎn)發(fā)的幀⑥網(wǎng)橋2轉(zhuǎn)發(fā)的幀支撐樹的得出每隔幾秒鐘每一個網(wǎng)橋要廣播其標(biāo)識號(由生產(chǎn)網(wǎng)橋的廠家設(shè)定的一個惟一的序號)和它所知道的其他所有在網(wǎng)上的網(wǎng)橋。支撐樹算法選擇一個網(wǎng)橋作為支撐樹的根(例如，選擇一個最小序號的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個結(jié)點到根的最短路徑。當(dāng)互連局域網(wǎng)的數(shù)目非常大時，支撐樹的算法很花費時間。這時可將大的互連網(wǎng)劃分為多個較小的互連網(wǎng)，然后得出多個支撐樹。支撐樹的實例ABCDEFHIJG123456789123456789ABCDEFHJLanBridge三、源路由網(wǎng)橋源路由(sourceroute)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。源路由網(wǎng)橋工作原理幀的發(fā)送者知道目的是否在自己的LAN中；如果不在，在發(fā)出的幀頭內(nèi)構(gòu)造一個準(zhǔn)確的路由序列，包括要經(jīng)過的網(wǎng)橋和LAN的編號，并將發(fā)出幀的源地址最高位置1。每個LAN有12位編號，每個網(wǎng)橋有4位編號。網(wǎng)橋只接收源地址最高位為1的幀，用以判斷是轉(zhuǎn)發(fā)還是丟棄。源路由網(wǎng)橋和透明網(wǎng)橋的區(qū)別源路由網(wǎng)橋?qū)χ鳈C是不透明的，它采用手工配置方式，面向連接，使用源路由網(wǎng)橋可以利用最佳路由。

透明網(wǎng)橋是對主機是透明的，采用自動配置方式，無連接，透明網(wǎng)橋使用支撐樹，它一般不是最佳路由。四、多端口網(wǎng)橋——以太網(wǎng)交換機

1990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個端口。因此，以太網(wǎng)交換機實質(zhì)上就是一個多端口的網(wǎng)橋，可見交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層。以太網(wǎng)交換機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖132456以太網(wǎng)交換機的特點以太網(wǎng)交換機的每個端口都直接與主機或另一個集線器相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，其交換速率就較高。以太網(wǎng)交換機的特點以太網(wǎng)交換機可以同時接收多個端口信息，并可以同時將這些信息發(fā)向多個目標(biāo)地址對應(yīng)的端口。還可以將從一個端口接收的信息發(fā)向多個端口。由于每個端口都有其專用的轉(zhuǎn)發(fā)通道，從而避免了共享式集線器中因共享傳輸通道所造成的沖突。但是，以太網(wǎng)交換機中沖突依然存在，如果兩個接收端口都要向同一個輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)時，就形成了沖突。獨占傳輸媒體的帶寬對于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10Mb/s)的N分之一。使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個端口到主機的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對端口的交換機的總?cè)萘繛镹

10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。以太網(wǎng)交換機一般具有多種速率的端口。用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)集線器集線器集線器一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件服務(wù)器以太網(wǎng)交換機路由器集線器和交換式集線器

集線器的工作原理：比如有一個具備8個端口的集線器，共連接了8臺電腦。集線器處于網(wǎng)絡(luò)的“中心”，通過集線器對信號進行轉(zhuǎn)發(fā)，8臺電腦之間可以互連互通。假如計算機1要將一條信息發(fā)送給計算機8，當(dāng)計算機1的網(wǎng)卡將信息通過雙絞線送到集線器上時，集線器并不會直接將信息送給計算機8，它會將信息進行“廣播”——將信息同時發(fā)送給8個端口，當(dāng)8個端口上的計算機接收到這條廣播信息時，會對信息進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)該信息是發(fā)給自己的，則接收，否則不予理睬。由于該信息是計算機1發(fā)給計算機8的，因此最終計算機8會接收該信息，而其它7臺電腦看完信息后，會因為信息不是自己的而不接收該信息。集線器和交換式集線器

集線器是采用共享工作模式的代表，如果把集線器比作一個郵遞員，那么這個郵遞員是個不認(rèn)識字的“傻瓜”——要他去送信，他不知道直接根據(jù)信件上的地址將信件送給收信人，只會拿著信分發(fā)給所有的人，然后讓接收的人根據(jù)地址信息來判斷是不是自己的!而交換機則是一個“聰明”的郵遞員——交換機擁有一條高帶寬的內(nèi)部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條內(nèi)部總線上，當(dāng)控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC的硬件地址的網(wǎng)卡掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口。目的MAC若不存在，交換機才廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機會把它添加入內(nèi)部地址表中。集線器和交換式集線器

交換機在收到某個網(wǎng)卡發(fā)過來的“信件”時，會根據(jù)上面的地址信息，以及自己掌握的“常住居民戶口簿”快速將信件送到收信人的手中。萬一收信人的地址不在“戶口簿”上，交換機才會像集線器一樣將信分發(fā)給所有的人，然后從中找到收信人。而找到收信人之后，交換機會立刻將這個人的信息登記到“戶口簿”上，這樣以后再為該客戶服務(wù)時，就可以迅速將信件送達了。

4.5虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機當(dāng)B1

向VLAN2

工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站B2和B3將會收到廣播的信息。以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機B1發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站A1,A2和C1都不會收到B1發(fā)出的廣播信息。

虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風(fēng)暴”)而引起性能惡化。虛擬局域網(wǎng)使用的以太網(wǎng)幀格式

虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個4字節(jié)的標(biāo)識符，稱為VLAN標(biāo)記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域網(wǎng)。

802.3MAC幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數(shù)據(jù)FCS長度/類型=802.1Q標(biāo)記類型標(biāo)記控制信息

1000000100000000VID2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標(biāo)記4用戶優(yōu)先級CFI4.6.1100BASE-T以太網(wǎng)一、由10BASE-T升級到100BASE-T——100BASE-T是在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)。又稱為快速以太網(wǎng)。用戶只要更換一個網(wǎng)卡，再配上一個100Mb/s的集線器，就可以方便地由10BASE-T升級到100BASE-T，而不必改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。快速以太網(wǎng)的MAC幀仍然使用IEEE802.3規(guī)定的格式。半雙工方式下仍然使用CSMA/CD協(xié)議，全雙工方式則不需要CSMA/CD協(xié)議（使用交換式集線器）。4.6.1100BASE-T以太網(wǎng)二、100BASE-T的特點可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，不使用CSMA/CD協(xié)議。

MAC幀格式仍然是802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。保持最短幀長不變，但將一個網(wǎng)段的最大電纜長度減小到100m。幀間時間間隔從原來的9.6

s改為現(xiàn)在的0.96

s。4.6.1100BASE-T以太網(wǎng)三、快速以太網(wǎng)的物理層標(biāo)準(zhǔn)——快速以太網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)代號是IEEE802.3u。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)：（1）100BASE-TX：使用2對UTP5或STP類雙絞線，其中一對用于發(fā)送，另一對用于接收。（2）100BASE-FX：使用2根光纖，其中一根用于發(fā)送，另一根用于接收。（3）100BASE-T4：使用4對UTP3類或5類雙絞線。4.6.2吉比特以太網(wǎng)一、技術(shù)要點

允許在1Gb/s下全雙工和半雙工兩種方式工作。使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議（全雙工方式不需要使用CSMA/CD協(xié)議）。與10BASE-T和100BASE-T技術(shù)向后兼容。通常作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)。4.6.2吉比特以太網(wǎng)二、吉比特以太網(wǎng)的物理層標(biāo)準(zhǔn)（1）1000BASE-X（802.3z標(biāo)準(zhǔn))——基于光纖通道的物理層，使用的媒體有三種：

1000BASE-SXSX表示短波長

1000BASE-LXLX表示長波長

1000BASE-CXCX表示銅線（2）1000BASE-T（802.3ab標(biāo)準(zhǔn))

使用4對5類線UTP載波延伸(carrierextension)吉比特以太網(wǎng)在工作在半雙工方式時，就必須進行碰撞檢測。由于數(shù)據(jù)率提高了，因此只有減小最大電纜長度或增大幀的最小長度，才能使參數(shù)a（單程傳播時延與幀的發(fā)送時延之比）保持為較小的數(shù)值。（a=

C/L）

吉比特以太網(wǎng)仍然保持一個網(wǎng)段的最大長度為100m，但采用了“載波延伸”的辦法，使最短幀長仍為64字節(jié)（這樣可以保持兼容性），同時將爭用時間增大為512字節(jié)。在短MAC幀后面加上載波延伸凡發(fā)送的MAC幀長不足512字節(jié)時，就用一些特殊字符填充在幀的后面，使MAC幀的發(fā)送長度增大到512字節(jié)，但這對有效載荷并無影響。接收端在收到以太網(wǎng)的MAC幀后，要將所填充的特殊字符刪除后才向高層交付。目地地址源地址數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)FCSMAC幀的最小值=64字節(jié)載波延伸前同步碼加上載波延伸使MAC幀長度=爭用期長度512字節(jié)在以太網(wǎng)上實際傳輸?shù)膸L分組突發(fā)當(dāng)很多短幀要發(fā)送時，第一個短幀要采用上面所說的載波延伸的方法進行填充。隨后的一些短幀則可一個接一個地發(fā)送，只需留有必要的幀間最小間隔即可。這樣就形成可一串分組的突發(fā)，直到達到1500字節(jié)或稍多一些為止。發(fā)送的數(shù)據(jù)分組#1RRRRRRRR

分組#2RRRR

分組#3RRR

分組#4爭用期512字節(jié)將突發(fā)計時器設(shè)定為1500字節(jié)載波延伸載波監(jiān)聽全雙工方式當(dāng)吉比特以太網(wǎng)工作在全雙工方式時（即通信雙方可同時進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)），不使用載波延伸和分組突發(fā)。1Gb/s鏈路吉比特交換集線器百兆比特或吉比特集線器100Mb/s鏈路中央服務(wù)器吉比特以太網(wǎng)的配置舉例4.6.310吉比特以太網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)是在以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，不過工作速率大大提高，適用范圍有了很大的變化，所以與原來的以太網(wǎng)技術(shù)相比有很大的差異，主要表現(xiàn)在：物理層實現(xiàn)方式、幀格式和MAC的工作速率等。4.6.310吉比特以太網(wǎng)

10吉比特以太網(wǎng)與10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太網(wǎng)的幀格式完全相同。

10吉比特以太網(wǎng)還保留了802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長，便于升級。

10吉比特以太網(wǎng)不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸媒體。

10吉比特以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，因此沒有爭用問題，也不使用CSMA/CD協(xié)議。吉比特以太網(wǎng)的物理層

局域網(wǎng)物理層LANPHY，局域網(wǎng)物理層的數(shù)據(jù)率是10.000Gb/s。

10Gbps局域網(wǎng)物理層的特點是，支持802.3MAC全雙工的工作方式，允許以太網(wǎng)復(fù)用設(shè)備同時攜帶10路1G信號；幀格式與以太網(wǎng)的幀格式一致，工作速率為10Gbps。10Gbps局域網(wǎng)可用最小的代價升級現(xiàn)有的局域網(wǎng)，并與10/100/1000Mbps兼容。吉比特以太網(wǎng)的物理層

可選的廣域網(wǎng)物理層WANPHY，廣域網(wǎng)物理層的數(shù)據(jù)率為9.95328Gb/s。（9.58464Gb/s）

10G廣域網(wǎng)物理層的特點是采用OC-192幀格式在線路上傳輸，所以10G廣域以太網(wǎng)MAC層必須有速率匹配功能。這是為了和所謂的“Gb/s”的SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相連接。

為了使10吉比特以太網(wǎng)的幀能夠插入到OC-192/STM-64幀的有效載荷中，就要使用可選的廣域網(wǎng)物理層，其數(shù)據(jù)率為9.95328Gb/s。4.7其他種類的高速局域網(wǎng)

100VG-AnyLAN局域網(wǎng)

VG代表話音級，Any則表示能使用多種媒體。使用集線器的100Mb/s高速局域網(wǎng)。一種無碰撞局域網(wǎng)，能更好支持多媒體傳輸。在MAC子層運行需求優(yōu)先級協(xié)議。

4.7其他種類的高速局域網(wǎng)

光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI

主要特性如下：使用基于IEEE802.5令牌環(huán)標(biāo)準(zhǔn)的MAC協(xié)議；利用多模光纖進行傳輸，并使用有容錯能力的雙環(huán)拓?fù)?；?shù)據(jù)率為100Mb/s；1000個物理連接；最大站間距離為2km(多模光纖)，環(huán)路長度為100km，即光纖總長度為200km；具有動態(tài)分配帶寬的能力；分組長度最大為4500字節(jié)。令牌環(huán)網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是所有結(jié)點串行連接而形成的一個封閉環(huán)路。環(huán)路上的某個站點要發(fā)送信息，它僅需要把信息往它的下游站點發(fā)送即可。下游站點收到信息以后，要進行地址識別，以判斷該信息是否是發(fā)送給本地主機的，如果不是，則該站點把信息繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給它的后繼站點；如果是，則該站點會將此信息復(fù)制送給本地主機，當(dāng)某一站點發(fā)送信息包以后，在環(huán)路上的每個站點都可以接收到這個信包，而只有與該信包目的地址相同的工作站才會接收該信包。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制方式—令牌環(huán)令牌環(huán)技術(shù)是在環(huán)路上設(shè)置一個令牌，當(dāng)所有的站點都空閑時，令牌就不停地在環(huán)網(wǎng)上轉(zhuǎn)。當(dāng)某一個站點有信包要發(fā)送，它必須等到令牌經(jīng)過它時（注意：此時經(jīng)過的令牌必須是一個空令牌），相當(dāng)于該站點得到了環(huán)網(wǎng)的使用權(quán)限，并開始發(fā)送信包。此時環(huán)上便沒有了令牌，所有想發(fā)送信息的站點必須等待，這個信包在環(huán)路上繞行一周又會重新回到發(fā)送站，并被發(fā)送站從環(huán)上卸載下來，同時發(fā)送站會向環(huán)上插入一個新的空令牌。一旦新的空令牌插入到環(huán)中，下游有數(shù)據(jù)發(fā)送的站點就可獲得它并傳輸數(shù)據(jù)。

環(huán)網(wǎng)的構(gòu)成及其環(huán)接口4.8無線局域網(wǎng)

4.8.1無線局域網(wǎng)的組成

4.8.2802.11標(biāo)準(zhǔn)中的物理層

4.8.3802.11標(biāo)準(zhǔn)中的MAC層4.8.1無線局域網(wǎng)的組成有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)基本服務(wù)集

BSS擴展的服務(wù)集ESS基本服務(wù)集

BSSAB漫游接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)一個基本服務(wù)集BSS包括一個基站和若干個移動站，所有的站在本BSS以內(nèi)都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信時都要通過本BSS的基站。基本服務(wù)集中的基站叫做接入點AP

，其作用和網(wǎng)橋相似。一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個主干分配系統(tǒng)DS，然后再接入到另一個基本服務(wù)集，構(gòu)成擴展的服務(wù)集ESS。

ESS還可通過叫做門橋為無線用戶提供到非802.11無線局域網(wǎng)（例如到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門橋的作用就相當(dāng)于一個網(wǎng)橋。移動站A從某一個基本服務(wù)集漫游到另一個基本服務(wù)集，而仍然可保持與另一個移動站B進行通信。無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)自組網(wǎng)絡(luò)沒有上述基本服務(wù)集中的接入點AP而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網(wǎng)絡(luò)。這些結(jié)點具有路由器功能。自組網(wǎng)絡(luò)AEDCBF源結(jié)點目的結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)自組網(wǎng)絡(luò)又稱對等網(wǎng)絡(luò)，是一種無中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)連接的計算機具有平等的通信關(guān)系，僅適用于較少數(shù)的計算機無線互連。這些計算機要有相同的工作組名和密碼，任何時間，只要兩個或更多的無線網(wǎng)絡(luò)接口互相都在彼此的范圍之內(nèi)，它們就可以建立一個獨立的網(wǎng)絡(luò)；可以實現(xiàn)點對點與點對多點連接；自組網(wǎng)絡(luò)不需要固定設(shè)施，是臨時組成的網(wǎng)絡(luò)；組建這種網(wǎng)絡(luò)，只需要在每臺計算機中插入一塊無線網(wǎng)卡，不需要其他任何設(shè)備就可以完成通信。移動自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進行通信。這種組網(wǎng)方式也能夠應(yīng)用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機群。當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時，在搶險救災(zāi)時利用移動自組網(wǎng)絡(luò)進行及時的通信往往很有效的。4.8.2802.11標(biāo)準(zhǔn)中的物理層

802.11的物理層有以下三種實現(xiàn)方法：跳頻擴頻FHSS

直接序列擴頻DSSS

紅外線IR802.11a的物理層工作在5GHz頻帶，采用正交頻分復(fù)用OFDM，它也叫做多載波調(diào)制技術(shù)。可以使用的數(shù)據(jù)率為6,9,12,18,24,36,48和56Mb/s。

802.11b的物理層使用工作在2.4GHz的直接序列擴頻技術(shù)，數(shù)據(jù)率為5.5或11Mb/s。4.8.3802.11標(biāo)準(zhǔn)中的MAC層無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用CSMA/CD協(xié)議。這里主要有兩個原因。

CSMA/CD協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實現(xiàn)這種功能就花費過大。即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。產(chǎn)生這種結(jié)果是由無線信道本身特點決定的。無線局域網(wǎng)的特殊問題（1）A的作用范圍C的作用范圍ABCD

當(dāng)A和C檢測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題。無線局域網(wǎng)的特殊問題（2）

B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露站問題。B的作用范圍C的作用范圍ADCB？

CSMA/CA協(xié)議

無線局域網(wǎng)不能使用CSMA/CD，而只能使用改進的CSMA協(xié)議。改進的辦法是將CSMA增加一個碰撞避免（CollisionAvoidance）功能。

802.11就使用CSMA/CA協(xié)議。而在使用CSMA/CA的同時還增加使用確認(rèn)機制。

802.11的MAC層

MAC層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集BSS中的移動站在什么時間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11

802.11的MAC層

802.11的MAC層在物理層之上包括兩個子層：

DCF子層在每一個結(jié)點使用CSMA機制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)，所有要傳輸數(shù)據(jù)的用戶擁有平等接入網(wǎng)絡(luò)的機會。

PCF子層使用集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站從而避免了碰撞的產(chǎn)生。幀間間隔IFS

所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔IFS(InterFrameSpace)。幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時間。若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機會。

三種幀間間隔

SIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為28

s，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀、由過長的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答AP探詢的幀和在PCF方式中接入點AP發(fā)送出的任何幀。三種幀間間隔

PIFS，即點協(xié)調(diào)