第二章 以太网 以太网的发展 以太网的基本技术 10M以太网 100M快速以太网 1G以太网 以太网交换技术 虚拟局域网 无线局域网 蓝牙技术

2.1 以太网的发展 以太网和IEEE 802.3标准 提高发送速率 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps 交换技术

2.2 以太网的基本技术 媒体访问控制技术 数据帧格式 曼彻斯特编码技术

2.2.1 媒体访问控制技术（1） CSMA（Carrier Sense Multiple Access） P-坚持CSMA CD（Collision Detection ）

2.2.1 媒体访问控制技术（2） 帧间隙时间，帧与帧之间的发送间隔 按后退策略延迟发送 冲突时间a 最小帧长Lmin T＝r a为冲突时退避等待时间 r = 1~2m内的一个随机值 m是本次发送产生的冲突次数，初始值为0，检测到冲突后加1 冲突时间a a ＝ 2 S / 0.7C ＋ 2 Tphy S为网络跨距，C为光速，Tphy为物理层的延迟时间 最小帧长Lmin Lmin ＝ R a ＝ 2 R（S / 0.7C ＋ Tphy） R为网络的传输速率

2.2.1 媒体访问控制技术（3） 冲突时间的四个作用 关系 检测一次冲突所需的最长时间。即超过了该时间，正在向总线上发送的帧再也不会因遭到冲突而损坏。 确定了帧的“最小帧长度”。 总线上出现的最大帧碎片长度 冲突后帧要重新发送所需的时间延迟计算的基本单位。 关系 R固定，则S和L成正比 L不变，则S和R成反比

2.2.1 媒体访问 控制技术（4） 帧的发送和接收

2.2.2 数据帧格式 以太网数据帧格式（Ethernet-II） 802.3/802.2数据帧格式 类型值大于等于600H

2.3 10M以太网 10M以太网的连接技术 集线器 网卡 混合以太网的例子

2.3.1 10M以太网的连接种类（1） 以太网命名方式 IEEE 802.3 X TYPE-Y NAME 是否还记得以上命名的含义？

2.3.1 10M以太网的连接种类（2） 粗缆总线连接方式10BASE-5 RG-8（50Ω）的粗缆 分接头装置MAU（外接受发器） AUI电缆（15条连接线，D型插口和插头） 站点间在粗缆上的最短间距为2.5米 较粗的电缆和收发器，为网络的安装和维护带来了不方便

2.3.1 10M以太网的连接种类（3） 细缆总线连接方式10BASE-2 R9-58（50Ω）的细缆 BNC头和T型连接器 不需要外接收发器 总线的两端应连接终端器 网络连接的可靠性差

2.3.1 10M以太网的连接种类（4） 总线以太网组网 中继器：对信号整形放大，延长传送距离 冲突时间的计算 5-4-3-2-1中继规则 a ＝ 2 S/0.7C＋2 Tphy＋2 N Tr Tr，中继器延迟时间；N，两个站点间的中继器数 5-4-3-2-1中继规则 25.6us还记得否？

2.3.1 10M以太网的连接种类（5） 双绞线连接方式，10BASE-T IEEE 802.3i标准，用双绞线连接站点和集线器（HUB）构成网络 双绞线，由相互绞合的线对组成，1到6类的六种类型，编号大质量好 双绞线电气性能指标：衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等 屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP） RJ-45连接器，接线方式 发送和接收 直通连接和交叉连接 集线器级连

2.3.1 10M以太网的连接种类（6） 光纤连接10BASE-F 光电转换 光发送机和光接收机 距离远 价格计较贵 使用的场合（长距离、高速率、服务器、主干网）

2.3.2 集线器（1） 星型连接点 共享媒体广播 整形和放大，中继 MDI/MDI-X 是极性变换扭. 网络的线材因使用连接对象不同有分"跳线"与"直线", 很多人会对"跳线"与"直线"的使用时机会搞不清楚,为了避免使用错误的网络线,只要去按 MDI/MDIX 就可以将线的极性"变更"成正确的. 线路对不对只要掌握一个原则就是看灯号,通常 HUB 及 CA2000 /CAS2040 等等上都会有 Link 的灯号,你的线接上后如果相对应的 Link 灯有亮就表示线的极性没有问题!

2.3.2 集线器（2） 连接规则（5-4-3-2-1）

2.3.2 集线器（3） 集线器类型（各适用的场合） 独立HUB 堆叠式HUB 机箱式HUB

2.3.3 网卡 功能 分类和选择 安装、配置和测试 提供与站点主机的接口电路 数据缓存器的管理 数据链路控制和管理 编码和译码 网络信息的收发 分类和选择 网络媒体 计算机总线类型 数据传输速率 安装、配置和测试

2.3.4 混合型以太网的例子（1） 需求：生产监测数据的及时反馈 办公楼内安置7个工作站 销售科安置3台工作站 化验室、选煤车间、仪表车间、调度室、主厂房分别安置一台工作站和电子屏动态显示器 办公楼机房内安置一台服务器 办公楼内的工作站和服务器相对集中，站之间的最大距离未超过100米。厂区内其它工作站相对分散，它们之间的最大距离在1公里以上。销售科则远离厂区，距离在1公里以上。

2.3.4 混合型以太网的例子（2） 分析 应用对数据传输量和实时性要求不高 传输距离较远 设计 选用10Mbps的总线型和星型结合的混合型以太网拓扑结构 使用10BASE-5粗缆总线方式连接化验室、选煤车间、仪表车间、调度室、主厂房的工作站和办公楼内的HUB 办公楼的7台工作站和服务器以星型方式通过非屏蔽双绞线UTP连接到16口HUB上。销售科的工作站用HUB以星型方式连接，同时用光纤上连办公楼的HUB

2.3.4 混合型以太网的例子（3）

2.4 100M快速以太网 IEEE 802.3u 继承10Mbps以太网的媒体访问控制子层 CSMA/CD协议，相同的帧格式及帧大小 快速以太网的结构 自动协商和适应技术 快速以太网组网

2.4.1 快速以太网的结构（1）

2.4.1 快速以太网的结构（2） 传输速率增大10倍、帧际间隙为原来的十分之一 帧格式、冲突时间（512位时）、最大传输帧（1518字节）、最小传输帧（64字节）、地址长度（6字节）等都不变

2.4.2 自动协商和适应技术 自动协商原理 自适应技术：端口间10Mbps和100Mbps传输速率的自动匹配 10BASE-T与100BASE-TX等在编码方式和信号电平上互不兼容 自动协商逻辑把数据传输速率调节到所有站点都能支持的最快的传输速率 优先级次序：100BASE-T2（高）、100BASE-T4、100BASE-TX和10BASE-T 自适应技术：端口间10Mbps和100Mbps传输速率的自动匹配 考虑：如果两个速率不同，是怎么进行自动匹配，向高还是向低？还是看情况？

2.4.3 快速以太网组网（1） a ＝ 2 S/0.7C＋2 Tphy＋2 N Tr S ＝ 0.35C（Lmin/R－2 Tphy－2 N Tr） 100BASE-TX用UTP直接连接两个站点，则两站点间的最大距离仍为100米 用UTP通过中继器连接两个站点，则两站点间的中继器最多不能超过两个，站点和中继器的最大距离为100米，中继器之间的最大距离为5米，因此最大跨距为205米。 利用100BASE-T组网中还要考虑的几点问题 这类网络的特点

2.4.3 快速以太网组网（2） 计算机机房

2.5 1G以太网 IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab 相同的帧格式和帧长度 1G以太网的结构和分类 1G以太网的连接特点 1000BASE-T的编码技术 帧扩展和帧突发技术 10G以太网

2.5.1 1G以太网的结构和分类

2.5.2 1G以太网的连接特点 只允许配置一个中继器 1000BASE-LX： 1000BASE-SX： 1000BASE-CX 单模光纤或多模光纤 激光波长为1300nm 62.5μm和50μm多模光纤时，距离范围在2～550米 10μm单模光纤时，距离范围在2～5000米 1000BASE-SX： 多模光纤，不支持单模光纤 激光波长为800nm 62.5μm多模光纤时，距离范围在2～275米 50μm多模光纤时，距离范围在2～550米 1000BASE-CX 短距离屏蔽铜缆，不符合STP屏蔽双绞线的标准 最大距离是25米 机房内高速设备间的连接，高速主干网的连接，配线架上跳线方式连接 1000BASE-T 5类非屏蔽双绞线 传输距离100米 可以兼容

2.5.3 1000BASE-T的编码技术 数字信号处理技术 编码/解码方法 四对传输线 五个电平信号 编码8位数据（54 〉28） 卷积编码

2.5.4 帧扩展和帧突发技术 最短帧长度保持64字节不变，则所允许的媒体长度将影响网络的实用 帧扩展技术 帧突发技术

2.5.5 10G以太网 802.3ae万兆光纤以太网 802.3ak，10GBase-CX4，四对双轴铜线，距离不超过15米 802.3an，10GBase-T技术标准目前尚未制定 进展？

2.6 以太网交换技术 共享域和平均带宽 以太网交换原理 全双工以太网交换技术 以太网交换机 交换机组网实例 交换机的配置 交换机配置实例

2.6.1以太网交换原理（1） 网桥 侦听每个端口上是否有帧到达。 保存到达帧的源MAC地址以及接收它的端口号 查看接收到的每个帧的目的MAC地址 站缓冲区中存在该MAC地址 源MAC地址和目的MAC所对应的端口相同，则将该帧丢弃 广播MAC地址，或站缓冲区中无此地址，转发该帧到所有其它端口； 表项的生存时间 网桥阻止一个局域网的报文传输到另外一个局域网中去，让LAN1与LAN2两个局域网同时进行数据传输，从而缩小了冲突域，增加了网络的带宽。

2.6.1以太网交换原理（2） 双重链路（冗余链路） 生成树协议（Spanning-Tree Protocol，IEEE 802.1d ） 重复数据帧的产生 循环数据帧的产生 广播数据帧的产生 生成树协议（Spanning-Tree Protocol，IEEE 802.1d ） 在存在冗余链路的情况下，在网络中标识出一条无环链路，作为工作链路，并临时关闭非工作链路中的网桥端口。 当网络中任何一条链路的状态发生变化时，网桥将根据生成树协议重新计算是否因为链路状态的改变而出现新的回路。 如果工作链路出现了故障导致帧不能通过，生成树协议将重新计算出一条新的无环链路，并打开临时关闭的网桥端口。

2.6.1以太网交换原理（3） 交换机的每个端口均可被看成是一个网桥 网桥的一端作为交换机的端口连接独立的网络 高速的背板总线实现各端口之间数据帧的转发 从一个端口接收到帧后，根据帧所包含的目的MAC地址选择目的端口进行转发 交换机维护一个端口地址表，记录每个端口上所连接的网络中的计算机的MAC地址

2.6.2全双工以太网交换技术 在一条网络链路上同时进行数据接收和发送 采用交换机的好处：提高网速、拓宽覆盖范围

2.6.3 以太网交换机（1） 交换机的工作原理 存储转发交换方式 直通交换方式 交换机的结构 软件交换结构 矩阵交换结构 总线交换结构 共享存储器交换结构

2.6.3 以太网交换机（2） 端口—地址表的大小 端口的自适应能力 全双工端口 模块的热插拔 流量控制 转发延时 100Mbps的端口向10Mbps的端口发送报文的速度 多个端口集中访问某个端口 利用缓冲区 丢弃策略 转发延时 超大帧（超1518B）的处理，分割或丢弃 端口的捆绑

2.6.3 以太网交换机（3） 交换机的类型 交换机的选择 交换端口速度，可以分为10M交换机、100M交换机、1000M交换机 交换机的架构，可以分为单台式交换机、堆叠式交换机、模块式交换机等。 网络构成方式，核心层交换机、汇聚层交换机和接入层交换机。 交换机所完成的功能在OSI参考模型中的层次，第二层（L2）交换机，第三层（L3）交换机，第四层（L4）交换机 交换机的选择 网络功能 网络覆盖范围及设备连接 资金问题 销售服务

2.6.4交换机组网实例 某高校校园网中一部分

2.6.5交换机的配置 如何访问交换机（4种方法） 交换机管理基础（一些技巧） 交换机的基本配置（IP地址、访问口令） 交换端口的配置 关闭和激活端口 通信方式 安全特性 显示端口状态 流量统计 生成树协议的设置（开启后端口状态设置） 阻塞、监听、学习、转发、关闭 判断是否需要激活端口时间为30秒 大量循环帧的重复广播帧的现象（端口指示灯快速闪动—要区别判断）

2.7 虚拟局域网VLAN VLAN技术概述 VLAN的交换方式 VLAN的标准和协议 VLAN的划分方式 交换机中VLAN的配置

2.7.1 VLAN技术概述 VLAN技术：利用交换机对帧传输的控制能力，在网络的物理拓扑结构基础上建立多个逻辑网络 VLAN的作用 隔离网络广播帧（第二层的广播） 计算机不受物理位置影响 增强了网络的安全性 提高网络性能

2.7.2 VLAN的交换方式 端口交换 帧交换 交换机上的所有端口划分成若干个共享式的互相独立的VLAN

2.7.3 VLAN的标准和协议 IEEE 802.10标准 安全性方面的标准，定义了一个单独的协议数据单元，插在MAC的帧头和数据区域之间。可用作VLAN的标识域 基于IEEE 802.10标准的VLAN技术并不完全兼容。 IEEE 802.1Q标准 VLAN互操作性的标准 规定VLAN中MAC帧的格式，制定了诸如帧发送及校验、回路检测、对QoS参数的支持以及对网管系统的支持等。 Cisco ISL协议 对IEEE 802.1Q进行补充，提高数据传输效率

2.7.4 VLAN的划分方式 基于端口的划分 基于MAC地址的划分 基于网络层的VLAN VLAN被理解为交换机端口的集合 VLAN成员策略服务器VMPS提供MAC地址到VLAN成员关系的关联 基于网络层的VLAN 相同网络层协议的主机 相同端口上的计算机可属于不同VLAN

2.7.5 VLAN的设计 功能依据 IP地址密切相关 主机数量不宜过多 划分不要太细

2.7.6交换机中VLAN的配置 VLAN集中式管理和非集中式管理 成员端口的管理 VLAN管理的内容：添加、修改、删除等 采用集中式管理，避免了配置错误或者重复设置的问题 成员端口的管理

2.8 无线局域网 数据的无线传输 无线局域网技术和标准 802.11无线局域网的网络结构 802.11的媒体访问协议 ETSI BRAN的HiperLAN2无线局域网

2.8.1 数据的无线传输 无线电频率的使用分为管制和非管制两种 三个非管制频段： 902-928MHz（UHF ISM）蜂窝移动通信系统 2.4-2.5GHz（S-Band ISM）家用微波炉，802.11无线局域网 5.725-5.875GHz（C-Band ISM） 802.11的直序频谱扩展技术把整个频段划分成14个频道（每个间隔5MHz）

2.8.2 无线局域网标准 无线局域网802.11标准 公用的MAC层标准（IEEE802.11） 多个速率和技术各不相同的物理层标准 IEEE802.11，2Mbps IEEE802.11b，11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps IEEE802.11a，54Mbps IEEE802.11g，各种速率（ 1Mbps~54Mbps）

2.8.3 802.11WLAN的网络结构(1) WLAN的四个部件 工作站 接入点AP 分发系统 无线介质

2.8.3 802.11WLAN的网络结构(2) 基本服务集BSS Infrastructure 基本服务集IBSS 延伸服务集 ESS 点对点直接通讯 Infrastructure 基本服务集IBSS 延伸服务集 ESS

2.8.4 802.11的媒体访问协议 分布访问机制DCF 集中访问机制PCF 协议架构 最基本的媒体访问机制，类似于CSMA/CD 某个控制节点用轮询的方法集中控制其它工作站无竞争地对媒体访问 协议架构 CSMA/CA及控制过程 RTS/CTS