计算机网络局域网.ppt

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1、第四章第四章 局域网局域网第 4 章 局域网 4.1 局域网概述局域网概述*4.2 传统以太网传统以太网4.2.1 以太网的工作原理以太网的工作原理4.2.2 传统以太网的连接方法传统以太网的连接方法4.2.3 以太网的信道利用率以太网的信道利用率*4.3 以太网的以太网的 MAC 层层4.3.1 MAC 层的硬件地址层的硬件地址4.3.2 两种不同的两种不同的 MAC 帧格式帧格式第 4 章 局域网（续）*4.4 扩展的局域网扩展的局域网4.4.1 在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网4.4.2 在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网 4.5 虚拟局域网虚拟局域网 4.5.1 虚拟局域

2、网的概念虚拟局域网的概念 4.5.2 虚拟局域网使用的以太网帧格式虚拟局域网使用的以太网帧格式 第 4 章 局域网（续）*4.6 高速以太网高速以太网4.6.1 100BASE-T 以太网以太网4.6.2 吉比特以太网吉比特以太网4.6.3 10 吉比特以太网吉比特以太网 4.7 其他种类的高速局域网其他种类的高速局域网 4.8 无线局域网无线局域网 *4.8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成4.8.2 802.11 标准中的物理层标准中的物理层4.8.3 802.11 标准中的标准中的 MAC 层层4.1 局域网概述 局域网最主要的特点是：网络为一个单位所局域网最主要的特点是：网络为一个

3、单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。拥有，且地理范围和站点数目均有限。 局域网具有如下的一些主要优点：局域网具有如下的一些主要优点：能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。一个站点可访问全网。便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。和改变。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。局域网的拓扑 匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网局域网要解决的问题 需要考虑的最大问题就是：如何使众多用需要考虑的最大问

4、题就是：如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体资源户能够合理而方便地共享通信媒体资源媒体共享技术 静态划分信道静态划分信道频分复用频分复用时分复用时分复用波分复用波分复用码分复用码分复用 动态媒体接入控制（多点接入）动态媒体接入控制（多点接入）随机接入随机接入受控接入受控接入 ，如多点线路探询，如多点线路探询(polling)，或轮，或轮询。询。 4.2 传统以太网4.2.1 以太网的工作原理 1. 两个标准 DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。IEEE 的 802.3 标准。DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很

5、小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网 2. 网卡的作用 网络接口板又称为网络接口板又称为通信适配器通信适配器(adapter)或或网网络接口卡络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或或“网卡网卡”。 网卡的重要功能：网卡的重要功能：进行串行进行串行/ /并行转换。并行转换。对数据进行缓存。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。实现以太网协议。实现以太网协议。 最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线最初的以太网是将

6、许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件为总线上没有有源器件。 3. CSMA/CD 协议 B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据以太网的广播方式发送 总线上的每一个工作的计算机都能检测到总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送发送的数据信号。的数据信号。 由于只有计算机由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。才接收这个数据

7、帧。 其他所有的计算机（其他所有的计算机（A, C 和和 E）都检测到不是发）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。够收下来。 具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。 为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施 采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。先建立连接就可以直接发送数据。 以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。求对方发回确认。这样做的理由是局域网信道的质

8、量很好，因信道这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。质量产生差错的概率是很小的。 以太网提供的服务 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。大努力的交付。 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。 如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。当作一个新的数据帧来发

9、送。 载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD CSMA/CD 表示表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 “多点接入多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。接在一根总线上。 “载波监听载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 “载波监听载波监听”就是用电子技术检测总线上有

10、没有其就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。他计算机发送的数据信号。 碰撞检测 “碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。道上的信号电压大小。 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。时在发送数据，表明产生了碰撞。 所谓所谓“碰撞碰

11、撞”就是发生了冲突。因此就是发生了冲突。因此“碰撞碰撞检测检测”也称为也称为“冲突检测冲突检测”。检测到碰撞后 在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。次发送。电磁波在总线上的有限传播速率的影响 当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线当某个站监听到总

12、线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。并非真正是空闲的。 A 向向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到能传送到 B。 B 若在若在 A 发送的信息到达发送的信息到达 B 之前发送自己的之前发送自己的帧帧(因为这时因为这时 B 的载波监听检测不到的载波监听检测不到 A 所发所发送的信息送的信息)，则必然要在某个时间和，则必然要在某个时间和 A 发送发送的帧发生碰撞。的帧发生碰撞。 碰撞的结果是两个帧都变得无用。碰撞的结果是两个帧都变得无用。 定义概念 1、电磁波在1KM电缆的传播时延约为5微秒 2、单程端到端的传播时延记为 1 kmABt碰撞t = 2

13、 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = t = 0单程端到端传播时延记为 1 kmABt碰撞t = B 检测到信道空闲发送数据t = / 2发生碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 检测到信道空闲发送数据ABt = 0t = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 重要特性 使用使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。（

14、信）。（不能同时发和收不能同时发和收） 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。着遭遇碰撞的可能性。 这种这种发送的不确定性发送的不确定性使整个以太网的平均通信使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。量远小于以太网的最高数据率。 4. 争用期 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间经过时间 2 （两倍的端到端往返时延）（两倍的端到端往返时延）就可就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。 以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延 2 称为称为争用期争

15、用期，或，或碰撞窗口碰撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。能肯定这次发送不会发生碰撞。 二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type) 发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。避）一个随机时间才能再发送数据。确定基本退避时间，一般是取为争用期确定基本退避时间，一般是取为争用期 2 。定义重传次数定义重传次数 k ，k 10，即，即 k = Min重传次数重传次数, 10从整数集合从整数集合0,1,

16、(2k 1)中随机地取出一个数，中随机地取出一个数，记为记为 r。重传所需的时延就是。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。倍的基本退避时间。当重传达当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。层报告。 争用期的长度 以太网取以太网取 51.2 s 为争用期的长度。为争用期的长度。 对于对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送以太网，在争用期内可发送512 bit，即，即 64 字节。字节。 以太网在发送数据时，若前以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 最短有效帧长 如果发生冲突，就一定是在发送的前如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节字节之内。之内。 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于发送出去的数据一定小于 64 字节。字节。 以太网规定了最短有效帧长为以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长字节，凡长度小于度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止字节的帧都是由于