第 4 章 局域网 基本内容 介绍局域网的基本概念、拓朴结构、常用的局域网传输媒体，局域网的共享媒体技术，传统以太网的工作原理及连接方法、CSMA/CD协议、碰撞退避算法、MAC地址、MAC帧，局域网的扩展，高速以太网技术。 重点掌握 局域网的拓朴结构 以太网的工作原理、CSMA/CD协议、MAC帧 以太网的连接方法 局域网的扩展技术 高速以太网技术

4.1 局域网概述 局域网(LAN) 是在一个较小的范围(一个办公室、一幢楼、一家工厂等)，利用通信线路将众多计算机及外围设备连接起来，达到数据通信和资源共享的目的。 局域网最主要的特点是：网络通常为一个单位所拥有，地理范围几米到几公里。局域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。 决定局域网特性的主要技术：设备互联的拓扑结构；用于传输数据的媒体；由于信道共享而采用的媒体接入控制方法。

小知识 拓扑学（Topology）是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。 在计算机网络中，采用拓扑的方法，抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络设备抽象为“点”，把网络中的传输介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机网络系统，就形成了由点、线组成的几何图形，我们称这种采用拓扑学方法抽象出的网络结构为计算机网络的拓扑结构。

局域网的拓扑 集线器 总线网 星形网 匹配电阻 干线耦合器 环形网 树形网

（1）星型拓扑 基本特性 每一个站点通过点-点链路连至中心节点，所有的通信都由中心节点控制，一般采用线路交换。 建网容易，配置方便； 每个连接的故障容易排除，不影响全网； 控制协议相对简单。 优点 在同样覆盖面积内；所用电缆量较大； 扩展不方便，需要预留或增设电缆； 对中心节点要求非常高，一旦中心节点产生故障,全网将不能工作。 缺点

（2）环型拓扑 由一些中继器通过点到点链路连成的一个闭合环。入网设备连到中继器上。它从一条链路上接收数据,以相同速率在另一条链路上输出。数据在环上是单向传输的。 基本特性 电线长度较短，与总线拓扑类似； 适于采用光缆连接，从而提高数据速率。 优点 某段链路或某个中继器有故障会使全网不能工作； 站点离网、入网都较困难。 缺点

（3）总线拓扑 将所有站点通过硬件接口连接到单根传输介质——共享总线上。 基本特性 与星型拓扑相比，所需电缆长度较短； 结构简单，可靠性高； 扩充(如增加站点、延长电缆等)较容易。 优点 缺点 故障检测不很容易，如总线有故障需分段查找，如站点有故障需一个一个查。

常用的局域网传输媒体 双绞线：价格便宜、安装方便，在局域网中使用最多。但抗干扰能力较差，传输距离较短。适用于建筑物内部的布线系统。 同轴电缆：分为粗缆和细缆，价格中等、安装较方便，有较高的数据传输率，在早期的局域网中使用较多。抗干扰能力较好，传输距离较远。 光缆：损耗低、抗干扰能力强，传输率高，传输距离远，是环型网或主干网的主要传输媒体。但价格贵，技术复杂。 无线传输：采用无线电波、红外线、微波等作为媒体，传输距离远，不受空间限制。但设备价格昂贵，技术复杂。

媒体共享技术 静态划分信道：如频分复用、时分复用、波分复用、码分复用等。用户只要得到了信道就不会和别的用户发生冲突。但这种划分信道的方法代价较高，不适合于局域网。 动态媒体接入控制：又称为多点接入，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。又分为两类： 随机接入：其特点是所有的用户可随机地发送信息。但如果有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那么就会在共享媒体上产生碰撞，使得这些用户的发送都失败。因此必须有解决碰撞的网络协议。 受控接入：其特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。

4.2 传统以太网 4.2.1 以太网的工作原理 4.2.2 传统以太网的连接方法 4.2.3 以太网的信道利用率 4.2 传统以太网 特指最早进入市场的10Mbps速率的以太网。现在以太网已经发展到100Mbps、1Gbps、10Gbps的速率。 4.2.1 以太网的工作原理 4.2.2 传统以太网的连接方法 4.2.3 以太网的信道利用率

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。

数据链路层的两个子层 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层： 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层 由于TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。

4.2.1 以太网的工作原理 2. 网卡的作用 网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。 网卡的重要功能：进行串行/并行转换；对数据进行缓存；实现以太网协议。 当网卡收到一个有差错的帧时，就将该帧丢弃；当收到一个正确的帧时就用中断来通知计算机并交付给协议栈中的网络层。 当计算机要发送一个IP数据报时，就由协议栈向下交给网卡组装成帧后发送到局域网。

计算机通过网卡和局域网进行通信 计算机 高 速 缓 存 网络接口卡 （网卡） CPU 存储器 至局域网 串行通信 I/O 总线 并行通信

最初的以太网是将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。 4.2.1 以太网的工作原理 3. CSMA/CD 协议 最初的以太网是将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。 匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号） 匹配电阻 只有 D 接受 B 发送的数据 A B C D E 不接受 B向 D 发送数据 不接受 接受 不接受

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 B 发送的数据信号。 由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。 其他所有的计算机（A, C 和 E）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够收下来。 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，也不要求对方发回确认。 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。

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，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，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。

4.2.1 以太网的工作原理 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD 许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上，是总线型网络。 多点接入 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；如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 载波监听 就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，由信号电压摆动值的大小来判断是否发生了碰撞。正常发送时，计算机发送的数据都是使用曼彻斯特编码的信号；发生碰撞时，信号会产生严重的失真。一旦发生碰撞，就立即停止发送。 碰撞检测

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，也可能总线并非真正是空闲的。 A 向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到 B。 B 若在 A 发送的信息到达 B 之前发送自己的帧(因为这时 B 的载波监听检测不到 A 所发送的信息)，则必然要在某个时间和 A 发送的帧发生碰撞。 碰撞的结果是两个帧都变得无用。

为什么会发生碰撞？ 每个站点都是在监听到信道“空闲”时才发送数据的，为什么还会发生碰撞？根本原因是因为电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。 假设局域网两端的站A和站B相距1km（电磁波在1km电缆上的传播时延约为5 s ），单程传播时延记为τ。

1 km A B t 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 B 发送数据 B 检测到发生碰撞 t =  t = 0 A 检测到 信道空闲 停止发送 STOP 单程端到端 传播时延记为

4.2.1 以太网的工作原理 4. 争用期 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 （两倍的端到端往返时延）就可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 2 称为争用期，或碰撞窗口。 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。

存在的问题 考虑这样的一种情形：当某站正在发送数据时，另外两个站有数据要发送。这两个站进行载波监听，发现总线忙，于是就等待；当它们发现总线变为空闲时，就立即发送自己的数据。但这必然再次发生碰撞；经检测发现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送，……，这样下去，一直不能发送成功。 解决这一问题，需要采用所谓的退避算法

二进制指数类型退避算法 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。 确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。 定义参数 k ，k  10，即 k = Min[重传次数, 10] 从整数集合[0,1,…, (2k 1)]中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。 当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。

争用期的长度 以太网取 51.2 s 为争用期的长度。 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。 以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，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 64 字节之内。 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 64 字节。 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

强化碰撞 当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。 A 发送数据 B 发送数据 开始冲突 A B 数据帧 干扰信号  TJ 信 道 占 用 时 间  A 检测 到冲突 TB t

4.2.2 传统以太网的连接方法 传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆 4.2.2 传统以太网的连接方法 传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆 这样，以太网就有四种不同的物理层。 10BASE5 粗缆 10BASE2 细缆 10BASE-T 双绞线 10BASE-F 光缆 以太网媒体接入控制 MAC

铜缆或铜线连接到以太网的示意图 主机箱 主机箱 主机箱 网卡 DB-15 连接器 双绞线 收发器电缆 收发器 BNC 连接器 插口 RJ-45 插头 插入式 分接头 内导体 MAU MDI 集线器 BNC T 型接头 外导体屏蔽层 保护外层

以太网的最大作用距离 网段 1 500 m 网段 3 50 m 500 m 转发器 50 m 转发器 750 m 250 m 转发器 转发器 网段 2 50 m 500 m

双绞线以太网的硬件配置 （1）网卡：每个结点需要一块具有一个RJ-45连接器的Ethernet网卡。如果安装一个无盘工作站，必须使用一个远程引导的PROM 。 （2）集线器（Hub）：可能的端口数8、10、12或24个。有些包括与同轴电缆或光纤主干相连的端口。 （3）电缆系统：10BASE2非屏蔽双绞线；RJ-45连接器。

双绞线以太网的硬件配置 集线器 RJ45网卡 RJ45插头 双绞线

细缆以太网 10BASE2 用更便宜的直径为 5 mm 的细同轴电缆(特性阻抗仍为 50 W)，可代替粗同轴电缆。 将媒体连接单元 MAU 和媒体相关接口 MDI都安装在网卡上，取消了外部的 AUI电缆。 细缆直接用标准 BNC T 型接头连接到网卡上的 BNC 连接器的插口。

细缆以太网 10BASE2 BNC插头 BNC网卡 细缆和粗缆

网卡的功能 数据的封装与解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。 链路管理 主要是 CSMA/CD 协议的实现。 编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。

星形网 10BASE-T 不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。 在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)。每个站到集线器的距离不能超过100米 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。

集线器的特点 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。 集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层。

具有三个端口的集线器 集 线 器 双绞线 网卡 网卡 网卡 工作站 工作站 工作站

4.2.3 以太网的信道利用率 假定： 总线上共有 N 个站，每个站发送帧的概率都是 p。 争用期长度为 2，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。 帧长为 L (bit)，数据发送速率为 C (b/s)，因而帧的发送时间为 L/C = T0 (s)。

4.2.3 以太网的信道利用率 信道利用率的最大值 Smax 其中N是站点个数，参数 a 是总线的单程传播时延与帧的发送时延之比。 结论：若帧越短，则参数 a 就越大，信道利用率的最大值Smax就越小。

参数 a = 4 使得信道利用率很低 a =1 时的信道利用情况 t = T0 A B t = 2T0 A B t = 3T0 A B

… … 参数 a = 0.01 使得信道利用率很高 a = 0.01 时的信道利用情况 t = 0.5 A B t =  A B

4.3 以太网的MAC层 IEEE802局域网模型 应用层 表示层 物理层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 OSI 参考模型 介质访问控制 MAC 逻辑链路控制 LLC 传输介质 IEEE 802 的范围 服务访问点 SAP IEEE802局域网模型

MAC 层的功能 对共享介质的局域网要解决介质访问控制问题。因此将数据链路层分为两个子层，即介质访问控制MAC子层和逻辑链路控制LLC子层。 MAC子层的主要功能是：帧的封装和拆封、物理介质传输差错的检测、寻址、实现介质访问控制协议。 LLC子层的主要功能是：连接管理(建立和释放连接)、与高层的接口、帧的可靠、按序传输及流量控制。

4.3.1 MAC 层的硬件地址 在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址，这一地址被固化在每个网卡的ROM中，每个网卡在出厂时都赋于了一个全世界范围内唯一的地址编号，地址为6字节（即48位）。 所有网卡制造商对网卡地址范围达成协议，每个制造商只能使用许可范围内的地址，这样可保证生产出来的网卡不使用重复的地址。IEEE的注册管理委员会负责分配地址6个字节中的前3个字节（称为地址块），大约1250美元可以买一块，一个地址块中的24位可以生产224=16777216个网卡地址。后三个字节的地址由制造厂家自行安排。

第 1 字节 第 6 字节 十六进制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80 二进制表示的 EUI-48 地址： 机构惟一标志符 OUI 扩展标志符 字节顺序 第 1 第 2 第 3 第 4 第 5 第 6 802.5 802.6 高位在前 10101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000 最高位 最先发送 最低位 最高位 最低位 最后发送 I/G 比特 字节顺序 第 1 第 2 第 3 第 4 第 5 第 6 802.3 802.4 低位在前 00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001 最低位 最先发送 最高位 最低位 最高位 最后发送 I/G 比特

网卡上的硬件地址 路由器由于同时连接到两个网络上。 它有两块网卡和两个硬件地址。 1A-24-F6-54-1B-0E 00-00-A2-A4-2C-02 路由器 20-60-8C-C7-75-2A 08-00-20-47-1F-E4 20-60-8C-11-D2-F6

网卡检查 MAC 地址 网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查MAC 帧中的 MAC 地址. 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。 “发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播（unicast）帧（一对一） 广播（broadcast）帧（一对全体） 多播（multicast）帧（一对多）

4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式 常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ： DIX Ethernet V2 标准 IEEE 的 802.3 标准 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。

以太网 V2 的 MAC 帧格式 目的地址字段 6 字节 源地址字段 6 字节 IP 数据报 IP 层 目的地址 源地址 类型 数 据 数 据 FCS 6 2 4 字节 46 ~ 1500 以太网 V2 MAC 帧 MAC 层 MAC 帧 物理层 源地址字段 6 字节

以太网 V2 的 MAC 帧格式 类型字段 2 字节 IP 数据报 IP 层 目的地址 源地址 类型 数 据 FCS 6 2 4 字节 46 ~ 1500 以太网 V2 MAC 帧 MAC 层 MAC 帧 物理层 类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。

以太网 V2 的 MAC 帧格式 数据字段 46 ~ 1500 字节 FCS 字段 4 字节 IP 数据报 IP 层 目的地址 源地址 类型 数 据 FCS 6 2 4 字节 46 ~ 1500 以太网 V2 MAC 帧 MAC 层 MAC 帧 物理层 数据字段的最小长度=最小长度 64 字节  18 字节的首部和尾部。 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。

以太网 V2 的 MAC 帧格式 为了达到比特同步，需增加 8 个字节，其中，第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。 IP 数据报 IP 层 目的地址 源地址 类型 数 据 FCS 6 2 4 字节 46 ~ 1500 以太网 V2 MAC 帧 MAC 层 10101010101010 10101010101010101011 前同步码 帧开始 定界符 7 字节 1 字节 … 8 字节 插入 MAC 帧 物理层

无效的 MAC 帧 数据字段的长度与长度字段的值不一致； 帧的长度不是整数个字节； 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错； 数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间。 有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间。 对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。

帧间最小间隔 帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。

4.4 扩展的局域网 在物理层扩展局域网 一系 二系 三系 集线器 主干集线器 用多个集线器可连成更大的局域网

用集线器扩展局域网 优点 缺点 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。 扩大了局域网覆盖的地理范围。 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。

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是使用网桥。 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是使用网桥。 网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。 网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口。

一、网桥的内部结构 网桥 网段A 网段B 站地址 端口 站表 MAC1 1 MAC2 1 MAC3 1 MAC4 2 端口管理 软件 网桥协议 实体 MAC5 2 MAC6 2 端口 1 缓存 端口 2 网桥 网段A 网段B 网段 A 网段 B ① ② ③ ④ ⑤ ⑥

使用网桥带来的好处 过滤通信量。 扩大了物理范围。 提高了可靠性。 可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。

使用网桥带来的缺点 存储转发增加了时延。 在MAC子层并没有流量控制功能。 具有不同 MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。网桥在转发一个帧之前，必须修改帧的某些字段的内容，以适合另一个MAC子层的要求。 网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。

广播风暴 以太网 Bridge 采用了基于 MAC 地址在不同端口之间的转发，而每一个端口对应的是一个以太网的网段，也就是一个以太网的广播域，以太网 Bridge 只转发不同端口间的通信。但是由于Bridge 依赖的是运行网络中存在的MAC 地址和端口的对应表，所以一旦收到目的地址未知的数据包，它将利用广播的形式来寻址，其后果就是在一个环形网络中造成数据流量以指数形式的增长，从而导致网络的瘫痪，这种现象也称为“广播风暴”。

两个网桥之间还可使用一段点到点链路 站 1 站 2 用户层 用户层 ① ⑨ 网桥 1 网桥 2 IP IP ② ⑧ R R MAC MAC DL DL MAC MAC ③ A ④ ⑥ B ⑦ 物理层 物理层 物理层 物理层 物理层 物理层 LAN LAN ⑤ ① ⑨ 用户数据 ② ⑧ IP-H ③ ④ ⑥ ⑦ MAC-H MAC-T ⑤ DL-H DL-T

网桥和集线器（或转发器）区别 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。 网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。 若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。 在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。 由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。

二、透明网桥 目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)。 “透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。 透明网桥是一种即插即用设备。

网桥处理收到的帧和建立转发表的算法 (1) 从端口 x 收到无差错的帧(如有差错即丢弃)，在转发表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口 d，然后进行(3)，否则转到(5)。 (3) 如到这个 MAC 地址去的端口 d = x，则丢弃此帧(因为这表示不需要经过网桥进行转发)。否则从端口 d 转发此帧。 (4) 转到(6)。 (5) 向网桥除 x 以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。 (6) 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到(8)。如源站在转发表中，则执行(7)。 (7) 更新计时器。 (8) 等待新的数据帧。转到(1)。

举例说明 F G H B1 B2 A B D E C A主机发送帧到B主机的过程 A主机发送帧到H主机的过程 LAN4 A B D E C LAN1 LAN2 LAN3 A主机发送帧到B主机的过程 A主机发送帧到H主机的过程 H主机搬到LAN3后，A主机发送帧到H主机的过程 B1和B2刚刚接入， A主机发送帧到H主机的过程

透明网桥的工作规则 如果源和目的地的LAN相同，则丢失该帧，如果源和目的地的LAN不同，则转发该帧，如果目的地LAN未知，则进行扩散。

网桥在转发表中的信息 站地址：登记收到的帧的源 MAC 地址。 端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。 时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。 转发表中的 MAC 地址是根据源 MAC 地址写入的，但在进行转发时是将此 MAC 地址当作目的地址。 如果网桥现在能够从端口 x 收到从源地址 A 发来的帧，那么以后就可以从端口 x 将帧转发到目的地址 A。

透明网桥使用了支撑树算法 这是为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。 ⑤ 网桥 1 转发的帧 ⑥ 网桥 2 转发的帧 F1 ③ F2 ④ 局域网 2 局域网 1 网桥 2 网桥 1 A F A 发出的帧 ① 不停地兜圈子 ②

支撑树的得出 每隔几秒钟每一个网桥要广播其标识号(由生产网桥的厂家设定的一个惟一的序号)和它所知道的其他所有在网上的网桥。 支撑树算法选择一个网桥作为支撑树的根(例如，选择一个最小序号的网桥)，然后以最短路径为依据，找到树上的每一个结点到根的最短路径。 当互连局域网的数目非常大时，支撑树的算法很花费时间。这时可将大的互连网划分为多个较小的互连网，然后得出多个支撑树。

支撑树的实例 A B C D E F G H I J A B C 1 2 3 4 1 2 3 4 D E F Lan 5 6 7 H J 5 8 9 Bridge H I J 8 9

三、 源路由网桥 源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。 源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。 发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。

源路由网桥工作原理 帧的发送者知道目的是否在自己的LAN中； 网桥只接收源地址最高位为1的帧，用以判断是转发还是丢弃。

源路由网桥和透明网桥的区别 源路由网桥对主机是不透明的，它采用手工配置方式，面向连接，使用源路由网桥可以利用最佳路由。 透明网桥是对主机是透明的，采用自动配置方式，无连接，透明网桥使用支撑树，它一般不是最佳路由。

四、多端口网桥——以太网交换机 1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。 以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。

以太网交换机内部结构示意图 1 2 3 4 5 6

以太网交换机的特点 以太网交换机的每个端口都直接与主机或另一个集线器相连，并且一般都工作在全双工方式。 交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。

以太网交换机的特点 以太网交换机可以同时接收多个端口信息，并可以同时将这些信息发向多个目标地址对应的端口。还可以将从一个端口接收的信息发向多个端口。由于每个端口都有其专用的转发通道，从而避免了共享式集线器中因共享传输通道所造成的冲突。但是，以太网交换机中冲突依然存在，如果两个接收端口都要向同一个输出端口转发时，就形成了冲突。

独占传输媒体的带宽 对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。 使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对端口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。 以太网交换机一般具有多种速率的端口。

用以太网交换机扩展局域网 万维网 服务器 100 Mb/s 路由器 至因特网 以太网 交换机 100 Mb/s 100 Mb/s 电子邮件 三系 二系 一系 集线器 集线器 集线器 10BASE-T

集线器和交换式集线器 集线器的工作原理：比如有一个具备8个端口的集线器，共连接了8台电脑。集线器处于网络的“中心”，通过集线器对信号进行转发，8台电脑之间可以互连互通。假如计算机1要将一条信息发送给计算机8，当计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上时，集线器并不会直接将信息送给计算机8，它会将信息进行“广播”——将信息同时发送给8个端口，当8个端口上的计算机接收到这条广播信息时，会对信息进行检查，如果发现该信息是发给自己的，则接收，否则不予理睬。由于该信息是计算机1发给计算机8的，因此最终计算机8会接收该信息，而其它7台电脑看完信息后，会因为信息不是自己的而不接收该信息。

集线器和交换式集线器 集线器是采用共享工作模式的代表，如果把集线器比作一个邮递员，那么这个邮递员是个不认识字的“傻瓜”——要他去送信，他不知道直接根据信件上的地址将信件送给收信人，只会拿着信分发给所有的人，然后让接收的人根据地址信息来判断是不是自己的!而交换机则是一个“聪明”的邮递员——交换机拥有一条高带宽的内部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条内部总线上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC的硬件地址的网卡挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会把它添加入内部地址表中。

集线器和交换式集线器 交换机在收到某个网卡发过来的“信件”时，会根据上面的地址信息，以及自己掌握的“常住居民户口簿”快速将信件送到收信人的手中。万一收信人的地址不在“户口簿”上，交换机才会像集线器一样将信分发给所有的人，然后从中找到收信人。而找到收信人之后，交换机会立刻将这个人的信息登记到“户口簿”上，这样以后再为该客户服务时，就可以迅速将信件送达了。

4.5 虚拟局域网 虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。 这些网段具有某些共同的需求。 4.5 虚拟局域网 虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。 这些网段具有某些共同的需求。 每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。

三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成 以太网 交换机 C3 B3 A4 VLAN1 VLAN2 VLAN3

当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时， 工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。 以太网 交换机 C3 B3 A4

虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。 以太网 交换机 C3 B3 A4 VLAN1 VLAN2 VLAN3 以太网 交换机 C2 B2 A3 以太网 交换机 C1 B1 A2 A1 以太网 交换机 B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。

虚拟局域网使用的以太网帧格式 虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符，称为 VLAN 标记(tag)，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。 插入 4 字节的 VLAN 标记 字节 6 6 4 2 46 ~ 1500 4 802.3 MAC 帧 目地地址 源地址 长度/类型 MAC 帧 数 据 FCS 长度/类型 = 802.1Q 标记类型 标记控制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID 2 字节 2 字节 用户优先级 CFI

4.6.1 100BASE-T 以太网 一、由10BASE-T升级到100BASE-T ——100BASE-T是在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网。又称为快速以太网。 用户只要更换一个网卡，再配上一个100Mb/s的集线器，就可以方便地由10BASE-T升级到100BASE-T，而不必改变网络的拓扑结构。快速以太网的MAC帧仍然使用IEEE802.3规定的格式。 半双工方式下仍然使用CSMA/CD协议，全双工方式则不需要CSMA/CD协议（使用交换式集线器）。

4.6.1 100BASE-T 以太网 二、100BASE-T的特点 可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用 CSMA/CD 协议。 MAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。 保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 m。 帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的 0.96 s。

4.6.1 100BASE-T 以太网 三、快速以太网的物理层标准 ——快速以太网的国际标准代号是IEEE802.3u。新标准规定了三种不同的物理层标准： （1）100BASE-TX：使用2对UTP5或STP类双绞线，其中一对用于发送，另一对用于接收。 （2）100BASE-FX：使用2根光纤，其中一根用于发送，另一根用于接收。 （3）100BASE-T4：使用4对UTP3类或5类双绞线。

4.6.2 吉比特以太网 一、技术要点 允许在 1 Gb/s 下全双工和半双工两种方式工作。 使用 802.3 协议规定的帧格式。 在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议（全双工方式不需要使用 CSMA/CD 协议）。 与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容。 通常作为现有网络的主干网。

4.6.2 吉比特以太网 二、吉比特以太网的物理层标准 （1）1000BASE-X（802.3z标准) ——基于光纤通道的物理层，使用的媒体有三种： 1000BASE-SX SX表示短波长 1000BASE-LX LX表示长波长 1000BASE-CX CX表示铜线 （2）1000BASE-T （802.3ab标准) 使用 4对 5 类线 UTP

载波延伸(carrier extension) 吉比特以太网在工作在半双工方式时，就必须进行碰撞检测。 由于数据率提高了，因此只有减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，才能使参数 a （单程传播时延与帧的发送时延之比）保持为较小的数值。 （a =  C/L） 吉比特以太网仍然保持一个网段的最大长度为 100 m，但采用了“载波延伸”的办法，使最短帧长仍为 64 字节（这样可以保持兼容性），同时将争用时间增大为 512 字节。

接收端在收到以太网的 MAC 帧后，要将所填充的特殊字符删除后才向高层交付。 凡发送的 MAC 帧长不足 512 字节时，就用一些特殊字符填充在帧的后面，使MAC 帧的发送长度增大到 512 字节，但这对有效载荷并无影响。 接收端在收到以太网的 MAC 帧后，要将所填充的特殊字符删除后才向高层交付。 前同步码 目地地址 源地址 数据长度 数 据 FCS 载波延伸 MAC 帧的最小值 = 64 字节 加上载波延伸使 MAC 帧长度 = 争用期长度512 字节 在以太网上实际传输的帧长

当很多短帧要发送时，第一个短帧要采用上面所说的载波延伸的方法进行填充。 分组突发 当很多短帧要发送时，第一个短帧要采用上面所说的载波延伸的方法进行填充。 随后的一些短帧则可一个接一个地发送，只需留有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成可一串分组的突发，直到达到 1500 字节或稍多一些为止。 将突发计时器设定为 1500 字节 争用期 512 字节 载波 监听 载波延伸 发送的 数据 分组#1 RRRRRRRR 分组#2 RRRR 分组#3 RRR 分组#4

当吉比特以太网工作在全双工方式时（即通信双方可同时进行发送和接收数据），不使用载波延伸和分组突发。 的 配 置 举 例 中央服务器 吉比特 交换 集线器 100 Mb/s 链路 1 Gb/s 链路 百兆比特或吉比特集线器

4.6.3 10 吉比特以太网 万兆以太网是在以太网技术的基础上发展起来的，不过工作速率大大提高，适用范围有了很大的变化，所以与原来的以太网技术相比有很大的差异，主要表现在：物理层实现方式、帧格式和MAC的工作速率等。

4.6.3 10 吉比特以太网 10 吉比特以太网与 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1 Gb/s 以太网的帧格式完全相同。 10 吉比特以太网还保留了 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级。 10 吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。 10 吉比特以太网只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用 CSMA/CD 协议。

吉比特以太网的物理层 局域网物理层 LAN PHY，局域网物理层的数据率是 10.000 Gb/s。 10Gbps局域网物理层的特点是，支持802.3MAC全双工的工作方式，允许以太网复用设备同时携带10路1G信号；帧格式与以太网的帧格式一致，工作速率为10Gbps。10Gbps局域网可用最小的代价升级现有的局域网，并与10/100/1000Mbps兼容。　

吉比特以太网的物理层 可选的广域网物理层 WAN PHY，广域网物理层的数据率为9.95328Gb/s。（9.58464Gb/s） 10G广域网物理层的特点是采用OC-192帧格式在线路上传输，所以10G广域以太网MAC层必须有速率匹配功能。 这是为了和所谓的“Gb/s”的 SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相连接。 为了使 10 吉比特以太网的帧能够插入到 OC-192/STM-64 帧的有效载荷中，就要使用可选的广域网物理层，其数据率为 9.95328 Gb/s。

4.7 其他种类的高速局域网 100VG-AnyLAN 局域网 VG代表话音级，Any则表示能使用多种媒体。 4.7 其他种类的高速局域网 100VG-AnyLAN 局域网 VG代表话音级，Any则表示能使用多种媒体。 使用集线器的 100 Mb/s 高速局域网。 一种无碰撞局域网，能更好支持多媒体传输。 在MAC子层运行需求优先级协议。

4.7 其他种类的高速局域网 光纤分布式数据接口 FDDI 主要特性如下： 4.7 其他种类的高速局域网 光纤分布式数据接口 FDDI 主要特性如下： 使用基于IEEE 802.5令牌环标准的MAC协议；利用多模光纤进行传输，并使用有容错能力的双环拓扑；数据率为100 Mb/s；1000个物理连接；最大站间距离为2 km(多模光纤)，环路长度为100 km，即光纤总长度为200 km；具有动态分配带宽的能力；分组长度最大为4500字节。

令牌环网 环网的拓扑结构是所有结点串行连接而形成的一个封闭环路。环路上的某个站点要发送信息，它仅需要把信息往它的下游站点发送即可。下游站点收到信息以后，要进行地址识别，以判断该信息是否是发送给本地主机的，如果不是，则该站点把信息继续转发给它的后继站点；如果是，则该站点会将此信息复制送给本地主机，当某一站点发送信息包以后，在环路上的每个站点都 可以接收到这个信包，而只有与该信包目 的地址相同的工作站才会接收该信包。

环形网络的介质访问控制方式—令牌环 令牌环技术是在环路上设置一个令牌，当所有的站点都空闲时，令牌就不停地在环网上转。当某一个站点有信包要发送，它必须等到令牌经过它时（注意：此时经过的令牌必须是一个空令牌），相当于该站点得到了环网的使用权限，并开始发送信包。此时环上便没有了令牌，所有想发送信息的站点必须等待，这个信包在环路上绕行一周又会重新回到发送站，并被发送站从环上卸载下来，同时发送站会向环上插入一个新的空令牌。一旦新的空令牌插入到环中，下游有数据发送的站点就可获得它并传输数据。

环网的构成及其环接口

4.7 其他种类的高速局域网 FDDI采取自恢复措施，用以提高网络的可靠性 A B D C 主环 次环 C D A B C D A B

4.8 无线局域网 4.8.1 无线局域网的组成 4.8.2 802.11 标准中的物理层 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层

4.8.1 无线局域网的组成 有固定基础设施的无线局域网 802.x 局域网 门桥 分配系统 DS 门桥 因特网 接入点 AP 接入点 AP 4.8.1 无线局域网的组成 有固定基础设施的无线局域网 802.x 局域网 门桥 分配系统 DS 门桥 因特网 接入点 AP 接入点 AP 基本服务集 BSS 基本服务集 BSS A B 漫游 扩展的服务集 ESS

有固定基础设施的无线局域网 一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时都要通过本 BSS 的基站。 基本服务集中的基站叫做接入点 AP ，其作用和网桥相似。 一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统 DS ，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS 。 ESS 还可通过叫做门桥为无线用户提供到非 802.11 无线局域网（例如到有线连接的因特网）的接入。门桥的作用就相当于一个网桥。 移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集，而仍然可保持与另一个移动站 B 进行通信。

自组网络没有上述基本服务集中的接入点 AP 而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。这些结点具有路由器功能。 无固定基础设施的无线局域网 自组网络没有上述基本服务集中的接入点 AP 而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。这些结点具有路由器功能。 转发结点 转发结点 转发结点 B C D 自组网络 目的结点 E A F 源结点

无固定基础设施的无线局域网 自组网络又称对等网络，是一种无中心的拓扑结构，网络连接的计算机具有平等的通信关系，仅适用于较少数的计算机无线互连。这些计算机要有相同的工作组名和密码，任何时间，只要两个或更多的无线网络接口互相都在彼此的范围之内，它们就可以建立一个独立的网络；可以实现点对点与点对多点连接；自组网络不需要固定设施，是临时组成的网络；组建这种网络，只需要在每台计算机中插入一块无线网卡，不需要其他任何设备就可以完成通信。

移动自组网络的应用前景 在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。 当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的。

4.8.2 802.11 标准中的物理层 802.11 的物理层有以下三种实现方法： 跳频扩频 FHSS 直接序列扩频 DSSS 红外线 IR 802.11a 的物理层工作在 5 GHz频带，采用正交频分复用 OFDM，它也叫做多载波调制技术。可以使用的数据率为 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 和 56 Mb/s。 802.11b 的物理层使用工作在 2.4 GHz 的直接序列扩频技术，数据率为 5.5 或 11 Mb/s。

4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层 无线局域网却不能简单地搬用 CSMA/CD 协议。这里主要有两个原因。 CSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时还必须不间断地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。 即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。 产生这种结果是由无线信道本身特点决定的。

无线局域网的特殊问题（1） A 的作用范围 C 的作用范围 B C D 当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的，因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题。

？ 无线局域网的特殊问题（2） C 的作用范围 B 的作用范围 A B C D B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据这就是暴露站问题。

CSMA/CA 协议 无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。 改进的办法是将 CSMA 增加一个碰撞避免（Collision Avoidance）功能。 802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时还增加使用确认机制。

(Point Coordination Function) (Distributed Coordination Function) 802.11 的 MAC 层 MAC 层通过协调功能来确定在基本服务集 BSS 中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。 无争用服务 点协调功能 PCF (Point Coordination Function) 争用服务 MAC 层 分布协调功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA) 2.4 GHz FHSS 1 Mb/s 2 Mb/s DSSS IR 5 GHz OFDM 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mb/s 5.5 Mb/s 11 Mb/s 物理层 IEEE 802.11 802.11a 802.11b

802.11 的 MAC 层 802.11 的 MAC 层在物理层之上包括两个子层： DCF 子层在每一个结点使用 CSMA 机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权，所有要传输数据的用户拥有平等接入网络的机会。 PCF 子层使用集中控制的接入算法将发送数据权轮流交给各个站从而避免了碰撞的产生。

帧间间隔 IFS 所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔 IFS (InterFrame Space)。 帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权，但低优先级帧就必须等待较长的时间。 若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先级帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。

三种帧间间隔 SIFS，即短(Short)帧间间隔，长度为 28 s，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。 使用 SIFS 的帧类型有：ACK 帧、CTS 帧、由过长的 MAC 帧分片后的数据帧，以及所有回答 AP 探询的帧和在 PCF 方式中接入点 AP 发送出的任何帧。

三种帧间间隔 PIFS，即点协调功能帧间间隔（比 SIFS 长），是为了在开始使用 PCF 方式时（在 PCF 方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS 的长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度（其长度为 50 s），即78 s。

三种帧间间隔 DIFS，即分布协调功能帧间间隔（最长的 IFS），在 DCF 方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS 的长度比 PIFS 再增加一个时隙长度，因此 DIFS 的长度为 128 s。

三种帧间间隔 DIFS PIFS SIFS 媒体空闲 时间 发送第 1 帧 源站 SIFS 有帧要发送 ACK 时间 目的站 DIFS 争用窗口 SIFS NAV（媒体忙） 发送下一 帧 时间 其他站 推迟接入 等待重试时间 有帧要发送

CSMA/CA 协议的原理 欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。 通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。 当源站发送它的第一个 MAC 帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间 DIFS 后就可发送。 目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔 SIFS 后，向源站发送确认帧 ACK。 若源站在规定时间内没有收到确认帧 ACK，就必须重传此帧，直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。

虚拟载波监听 虚拟载波监听(Virtual Carrier Sense)的机制是让源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据。 这样就大大减少了碰撞的机会。 “虚拟载波监听”是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不发送数据。 所谓“源站的通知”就是源站在其 MAC 帧首部中的第二个字段“持续时间”中填入了在本帧结束后还要占用信道多少时间（以微秒为单位），包括目的站发送确认帧所需的时间。

网络分配向量 当一个站检测到正在信道中传送的 MAC 帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量 NAV (Network Allocation Vector)。 NAV 指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。

争用窗口 信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，不仅都必须等待一个 DIFS 的间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间以便再次重新试图接入到信道。 在信道从忙态转为空闲时，各站就要执行退避算法。这样做就减少了发生碰撞的概率。 802.11 使用二进制指数退避算法。

二进制指数退避算法 第 i 次退避就在 22 + i 个时隙中随机地选择一个。 第 1 次退避是在 8 个时隙(而不是 2 个)中随机选择一个。 第 2 次退避是在 16 个时隙(而不是 4 个)中随机选择一个。 仅在下面的情况下才不使用退避算法：检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧。 除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。即： 在发送第一个帧之前检测到信道处于忙态。 在每一次的重传后。 在每一次的成功发送后。

对信道进行预约 B 的作用范围 A 的作用范围 RTS C A B D E 源站 A 在发送数据帧之前先发送一个短的控制帧，叫做请求发送 RTS (Request To Send)，它包括源地址、目的地址和这次通信（包括相应的确认帧）所需的持续时间。

对信道进行预约 B 的作用范围 A 的作用范围 CTS CTS C A B D E 若媒体空闲，则目的站 B 就发送一个响应控制帧，叫做允许发送 CTS (Clear To Send)，它包括这次通信所需的持续时间（从 RTS 帧中将此持续时间复制到 CTS 帧中）。 A 收到 CTS 帧后就可发送其数据帧。

对信道进行预约 B 的作用范围 A 的作用范围 RTS C A B D E C处在A的传输范围，但不在B的传输范围。所以C能收到A发送的RTS，经过一段时间，C不会收到B发送的CTS。这样在A向B发送数据时，C也可以发送自己的数据给其它的站而不会干扰B。

对信道进行预约 B 的作用范围 A 的作用范围 CTS CTS C A B D E 再观察D，D收不到A发送的RTS，但能收到B发送的CTS。因此D知道B和A通信。因此D在A和B通信时不能发送数据，因而不干扰B接收A发的数据。对于E，它能收到RTS和CTS，因此E和D一样，在A和B通信时，E不会发送数据。

对信道进行预约 A 的作用范围 B 的作用范围 A C B D E RTS 碰撞还是有可能发生的。B和C同时向A发送RTS，这时A就收不正确的RTS，A就不能发送后续的CTS。这时B和C各自随机地推迟一段时间后重新发送其RTS。

RTS 、CTS 、数据帧、ACK 帧传输时间关系 DIFS RTS 数据 时间 源站 SIFS SIFS SIFS CTS ACK 时间 目的站 DIFS 争用窗口 NAV（RTS） 时间 其他站 NAV（CTS） NAV（数据） 推迟接入

作业： P135 4-12、4-23