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 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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

4.2 以太网 4.2.4 10兆以太网 1. 10Base5 2. 10Base2 3. 10Base-T 4. 10Base-F 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

4.3 快速以太网（Fast Ethernet） 4.3.1 冲突直径的计算 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 4.3.1 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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 4.3.1 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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 　　l 　1000Base-SX 　　l 　1000Base-LX 　　l 　1000Base-CX 　　l 　1000Base-T 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 4.6.2 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

4.6 令牌环网 4.6.3 令牌环的操作过程 4.6.4 令牌环的维护 4.6.5 令牌环的特点 网络空闲时，令牌在环中单向绕行。 4.6　令牌环网 4.6.3 令牌环的操作过程 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 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 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 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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 　　l 　FDDI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。 l 　FDDI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。 　Lizq98@xzcat.edu.cn

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