第 4 章局域网技术

第4章局域网技术 　　　本章要点： ◆ 了解局域网的特点和网络适配器的作用和分类 ◆ 掌握局域网介质访问控制方法CSMA/CD和Token 　◆ 了解以太网标准、特点、分类和体系结构　◆ 掌握10兆以太网、快速以太网和千兆位以太网　　　技术　◆ 掌握交换的概念、交换式以太网及全双工以太网　◆ 了解令牌环工作原理和令牌环网技术　◆ 了解FDDI网络技术

第4章局域网技术 　　　目　　录 4.1 局域网概述 4.2 以太网 4.3 快速以太网（Fast Ethernet） 4.4 交换式以太网 4.5 千兆位以太网（Gigabit Ethernet） 4.6　令牌环网 4.7 令牌总线 4.8光纤分布数据接口FDDI

4.1 局域网概述 局域网只涉及通信子网的功能，它是同一个网络中节点与节点之间的数据通信问题，它不涉及网络层。数据链路层分为成媒体访问控制MAC和逻辑链路控制LLC两个子层，LLC子层与所使用的传输介质无关，仅让MAC子层根据物理介质处理介质访问控制方法。 4.1.1 局域网的特点　 1. 局域网(LAN)具有以下特点：　　l地理分布范围较小　　l数据传输速率高　　l误码率低　　l局域网的归属较为单一　　l一般采用分布式控制和广播式通信　　l协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充　 2. 构建局域网需要考虑的问题　　拓扑结构、传输介质、介质访问控制方法、通信协议和布线技术。　 3. 局域网的拓扑结构

4.1 局域网概述 4.1.1 局域网的特点 4.1.2 局域网的介质访问控制方法 1. 具有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）－“争用型” l采用随机访问和竞争机制（“争用型”）。站点以帧的形式发送数据，所有连接在信道上的设备都能检测到该帧。当某个站点检测到目的地址和本站地址相符时，就接收该帧，并给源节点返回一个响应。 l“冲突（collision）”是指二个以上的站点同时发送帧，造成不同信号的叠加互相破坏而变成无意义的噪声，因此要进行冲突检测。 l“载波侦听”并不能完全消除冲突，如图所示。 l同一个冲突域中检测一个冲突的时间为两个站点之间传播时延（载波信号从一端发送到另一端接收所需时间间隔）的两倍，如图所示。

4.1 局域网概述 4.1.1 局域网的特点 4.1.2 局域网的介质访问控制方法 1. 具有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）－“争用型” 　2. 令牌（Token）技术－“轮询型” 　　采用轮流访问的公平方式，类似“击鼓传花”游戏。Token技术最初用在环型拓扑结构中，它使用一个称为令牌的特殊短帧，可以把令牌当作一个通行证，网络中只有取得Token的节点才可以发送数据。当网络中没有站点发送数据时，令牌就沿环高速单向绕行。令牌访问介质方式的优点是： l不存在竞争，因此不会出现冲突，常用于高负荷通信量较大的网络。 l令牌绕环一周的时间固定，实时性好，适用于控制型或实时性要求较高的场合。 l令牌单向流动，因此可使用带宽高的光纤作为传输介质。 l可以设置优先级，适用于集中管理。 l负荷较高时，有较好的响应方式。

4.1 局域网概述 4.1.1 局域网的特点 4.1.2 局域网的介质访问控制方法 4.1.3 网络适配器 1. 网络适配器功能　　完成物理层和数据链路层的功能，实现并行数据和串行信号之间的转换、数据帧的装配与拆装、介质访问控制和数据缓冲等 2. 网卡的种类　　l按传输速率分为10Mbps、100Mbps、10/100Mbp和1000Mbps网卡 l按传输数据信号的位数可分为8位、16位和32位网卡 l按接口分为AUI接口网卡、BNC接口网卡、RJ-45接口网卡、ST、SC插头网卡和无线网卡等 l按总线插槽接口可分为ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA 3. Ethernet网卡　　Ethernet网卡已将CSMA/CD功能集成到网卡中，并负责执行IEEE 802.3所规定的规程，如构成帧，计算帧检验序列、执行曼彻斯特编码译码转换等。 4. NIC地址带RJ-45和BNC接口的网卡 USB接口网卡

4.2 以太网 　之所以称为以太网，源于“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播”这一想法。后来由Xerox、DEC和Intel三家公司联合，开发局域网组网规范。 4.2.1 以太网标准和分类　　IEEE 802.3定义的以太网标准分为10兆以太网、快速（百兆）以太网、(Fast Ethernet)、千兆位以太网(Gigabit Ethernet)等。 4.2.2 以太网的体系结构 1. 以太网体系结构 2. 协议数据单元PDU 3. MAC帧格式

4.2 以太网 4.2.1 以太网标准和分类 4.2.2 以太网的体系结构 4.2.3 以太网特点以太网使用CSMA/CD介质访问控制方式，在数据链路层传输的数据是帧，物理拓扑结构可以为总线、星型和树型结构，但其逻辑上却都是总线结构。以太网结构简单，易于实现，技术相对成熟，网络连接设备的成本越来越低。以太网类型较多，但互相兼容，不同类型的以太网可以很好地集成在一个局域网中，它的扩展性也很好。因此，当前组建局域网、校园网和企业网的单位都把以太网作为首选。

4.2 以太网 4.2.4 10兆以太网 1. 10Base5 2. 10Base2 3. 10Base-T 4. 10Base-F 5. 10Broad36 6. 10兆以太网的中继规则 10兆以太网的中继规则（也称黄金规则）为5-4-3-2-1规则。 l从任一个发送端到接收端之间只能有5个网段 l从任一个发送端到接收端之间只能经过4个中继器 l其中的3个网段可增加站点 l另2个网段只能作为中继链路，不能连接站点 l整个网络组成了1个冲突域 • 实际组建以太网时可将几种标准混合使用，如图所示。

4.3 快速以太网（Fast Ethernet） 4.3.1 冲突直径的计算 10兆以太网的冲突域直径为2500m，一个站点应在整个帧传送完毕前能检测到是否有冲突。快速以太网速度提高了10倍，因此传输一个最小帧（512位），时间会降低10倍，即需要花费5.12ms，如图所示。为了不改变帧的最小长度，应该让冲突域降低10倍，即从2500m降到250m，这样如果发生冲突，能使发送方检测到。

4.3 快速以太网（Fast Ethernet） 4.3.1 冲突直径的计算 4.3.2 10兆以太网和快速以太网的区别 1. 10兆以太网和快速以太网的相同点 2. 10兆以太网和快速以太网的不同点 3. 4B/5B编码 4. 100Base-T的应用

4.3 快速以太网（Fast Ethernet） 4.3.1 冲突直径的计算 4.3.2 10兆以太网和快速以太网的区别 4.3.3 快速以太网的物理层　　1. 100Base-TX 　 2. 100Base-FX 　　3. 100Base-T4 4. 100Base-T2

4.4 交换式以太网 4.4.1 交换的提出共享式以太网平分网络带宽，网络中的站点属于同一个冲突域。而交换技术受传统的电路交换的启示，让正在通信的双方拥有一条不受干扰的独立信道。交换式以太网可以实现多对用户之间的点－点通信。 4.4.2 交换式以太网交换机是一种特殊的网桥，它的一个端口是一个冲突域。交换机能够识别出帧的目的地址，并把帧只发送到目标站点连接的相应端口，而不是像共享式以太网中将帧发送到全网中的所有站点。交换机工作原理如图所示。 A B C M N O P Q X

4.4 交换式以太网 4.4.1 交换的提出 4.4.2 交换式以太网 4.4.3 共享式以太网和交换式以太网的区别　　l信道类型不同　　l带宽的区别　　l通信方式的区别　　l拓扑结构不同 4.4.4 全双工以太网　　共享式以太网因为共享传输介质，因此都是以半双工方式工作的。采用双绞线和交换机为全双工操作提供了可能，双绞线可以为一个站点发送数据和接收数据提供单独的线路，而同轴电缆却不能做到这一点。全双工以太网一定是交换式以太网，而交换式以太网不一定是全双工以太网。

4.5 千兆位以太网（Gigabit Ethernet） 4.5.1 千兆位以太网的MAC帧千兆位以太网和快速以太网相比，速度提高了10倍，如果帧长度和快速以太网相同，网络直径将会降到20m。为了使千兆位以太网在保持G级速率的条件下仍能维持200多米的网络直径，采用了下面两种技术。　　l载体扩展　l数据包突发技术　　数据包突发技术是允许发送端每次发送多个帧，如果帧的长度太短，只需要在第一帧添加载体扩展信号。如果第一帧发送成功，后续帧可连续发送，而不需要添加载体扩展信号。

4.5 千兆位以太网（Gigabit Ethernet） 4.5.1 千兆位以太网的MAC帧 4.5.2 千兆位以太网的物理层　　l1000Base-SX 　　l1000Base-LX 　　l1000Base-CX 　　l1000Base-T

4.5 千兆位以太网（Gigabit Ethernet） 4.5.1 千兆位以太网的MAC帧 4.5.2 千兆位以太网的物理层 4.5.3 千兆位以太网的特点　　l技术简单　　l低成本，方便的10/100/1000Mbps升级　　l支持新的网络应用　　l网络设计灵活、良好的互操作性　　l千兆位以太网的缺点

4.6　令牌环网 4.6.1 令牌环工作原理令牌环网在物理上由一系列环接口和这些接口间的点—点链路构成的闭合环路，各站点通过环接口连接到网络上，令牌和数据帧沿环单向流动。取得令牌的站点，通过环接口将数据帧串行发送到环上，环上的其它各站点检测并转发环上的数据帧，当目的地址与自身站点地址相符时，复制该帧并该帧转发出去，使数据帧在环上从一个站点传至下一个站。数据帧绕环一周返回到发送站点，由发送站点将其删除，并生成一个新的令牌发送到环上。

4.6　令牌环网 4.6.2 令牌环帧格式令牌环MAC帧有令牌帧、异常中止帧和数据/命令帧三种类型，如图所示。

4.6　令牌环网 4.6.3 令牌环的操作过程环中各站点转发数据帧，并检查数据帧目的地址，如与本站点地址相符，读取数据，并复制该帧并转发出去网络空闲时，令牌在环中单向绕行。站点要发送数据，必须等待获得令牌发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌数据帧绕环一周返回到发送站点，发送站将该数据帧从环路上撤消。 4.6.4 令牌环的维护 4.6.5 令牌环的特点

4.7 令牌总线 4.7.1 令牌总线工作原理 4.7.2 令牌总线和令牌环网的区别　　l令牌总线采用总线方式连接，是广播式网络。而令牌环网是点到点连接。　　l令牌总线不采用集中控制，而令牌环网是通过一个集中的监控站处理如令牌丢失等工作，较为方便容易。　　l令牌总线的主要缺点是它的复杂性（如站点插入和退出逻辑环算法等）。而令牌环网的缺点是集中式监控站的使用，尽管可以将失效的监控站替换掉。

4.8 光纤分布数据接口FDDI 4.8.1 FDDI的工作原理 FDDI介质访问控制与令牌环网类似，使用令牌控制技术，逻辑拓朴结构是一个环，物理拓朴结构可以是环形、树形或星形，覆盖的范围可达几公里。介质访问由时间来限制，一个站点在它所分配的访问时间间隔内可以发送任意多帧，但对于实时数据优先发送。 4.8.2 FDDI的寻址和数据编码 FDDI的寻址是使用一个6字节的地址，地址在NIC上，和以太网的地址类似。 FDII采用了二级编码的方法。先按4B/5B编码，然后再利用非归零反相编码NRZ-I进行数据编码。

4.8 光纤分布数据接口FDDI 4.8.1 FDDI的工作原理 4.8.2 FDDI的寻址和数据编码 4.8.2 FDDI的特点　　lFDDI采用光纤作为传输媒体，运行效率高。　　l使用基于IEEE 802.5令牌环标准的令牌传递协议。　　l采用双环拓扑结构，使网络的可靠性大大增加，确保网络具有容错能力。 lFDDI具有较大的网络覆盖范围 l具有动态分配带宽的能力，能同时支持同步和异步数据服务。

第 4 章 局域网技术