北京郵電大學“局域網(wǎng)”聽課筆記(1-3章)

  • 發(fā)布時間:2024-09-15 16:21:23
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第1章局域網(wǎng)技術基礎本章主要內(nèi)容    局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與標準    局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)    局域網(wǎng)的傳輸媒體    局域網(wǎng)的互連    1.1概述    1.1.1局域網(wǎng)的普及    一個微機系統(tǒng)應用于學校、辦公樓、工廠、企業(yè)等場合,這些系統(tǒng)互連起來,實現(xiàn)系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)和共享昂貴的的資源。   ?。?)
  第1章局域網(wǎng)技術基礎本章主要內(nèi)容

局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與標準

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)

局域網(wǎng)的傳輸媒體

局域網(wǎng)的互連

1.1概述

1.1.1局域網(wǎng)的普及

一個微機系統(tǒng)應用于學校、辦公樓、工廠、企業(yè)等場合,這些系統(tǒng)互連起來,實現(xiàn)系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)和共享昂貴的的資源。

(1)主要包括與其它用戶交換報文、共同訪問公共文件和數(shù)據(jù)資源;

(2)實現(xiàn)硬件資源的共享,例如共享大容量存儲器和高性能激光打印機等。

1.1.2局域網(wǎng)的定義

在一個小區(qū)范圍內(nèi),將分散的微機系統(tǒng)互連起來,實現(xiàn)資源的共享合同型,便構(gòu)成了局域網(wǎng)

(LAN)。幾點說明:

(1)局域網(wǎng)終端設備:又稱為數(shù)據(jù)通信設備。主要包括:微機、服務器、終端、外圍設備、傳感器(如溫度、濕度、安全報警傳感器等),數(shù)字電話、數(shù)字電視發(fā)送和接收機以及傳真機等。

當然不是所有的LAN都能配置上述設備。

(2)局域網(wǎng)的地理覆蓋一般可達幾十公里范圍;

(3)局域網(wǎng)在傳輸媒體上的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps、100Mbps及1000Mbps.

1.1.3局域網(wǎng)的技術要素

體系結(jié)構(gòu)與標準

傳輸媒體

拓撲結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)編碼

媒體訪問控制MAC

邏輯鏈路控制LAC

1.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與標準

1.2.1局域網(wǎng)參考模型

LAN參考模型是以IEEE802(國際電工電子工程師協(xié)會)標準的工作文件為基礎,并且采用參考模型來分析這一問題。

1.局域網(wǎng)存在的四個特征

(1)它用帶地址的幀來傳送數(shù)據(jù);

(2)不存在中間交換,所以不要求路由選擇。

(3)數(shù)據(jù)傳輸各層的對應內(nèi)容:

第一層:物理層,比特傳輸;

第二層:數(shù)據(jù)連路層,組成幀,并進行一定的控制,主要包括:尋址、排序、流量控制、差錯控制等。

第三層:網(wǎng)絡層,完成路由選擇。

(4)層二和層三的區(qū)別

層二是通過單個鏈路完成其功能,層三是通過數(shù)個鏈路完成的。

2.域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

3.局域網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳遞(二層和三層)

(1)最上層接收來自所連接的站的發(fā)送信息;

(2)通過服務訪問點(SAP)向下層交換信息,SAP是相鄰層的邏輯接口;

(3)發(fā)送時將數(shù)據(jù)組裝帶有地址的差錯檢測字段的幀;

(4)接收時拆卸幀,完成地址識別和差錯檢測;

(5)管理鏈路上的通信。

4.物理層的主要功能

(1)信號的編碼和譯碼;

(2)前導碼的生成和除去(前導碼用于幀同步);

(3)比特的發(fā)送和接收。

1.2.2局域網(wǎng)媒體訪問控制

1.么是MAC?

所有局域網(wǎng)均由共享該網(wǎng)絡傳輸能力的多個設備組成。需要有某些方法控制對傳輸媒體的訪問,

以便兩個特定的設備在需要時可以交換數(shù)據(jù)。

2.體訪問技術中的“方法”

“方法”分為兩種,指控制是在集中方式下還是在分布方式下來實現(xiàn)。

(1)集中方式:

某個控制器被指定擁有訪問網(wǎng)絡的控制權,此時,希望發(fā)送的某個站必須等待,直到他收到該控制器的準許,該站才允許發(fā)送。

(2)分布方式:

由各個站集體地完成媒體訪問控制功能,動態(tài)地確定站的發(fā)送順序。

(3)集中方式方案的優(yōu)點和缺點:

優(yōu)點a.可提供諸如優(yōu)先權、保證帶寬,具有較大的控制訪問能力。

b.允許每個站有盡可能簡單的邏輯;

c.避免了協(xié)調(diào)問題。

缺點:a.會出現(xiàn)影響全網(wǎng)的單點故障;

b.會發(fā)生瓶頸作用,時效率降低。

分布方式方案的優(yōu)點和缺點:正好與集中式相反。

3.訪問控制技術的分類

主要按同步和異步進行劃分。

(1)同步技術:

每個連接均被分配一個專用規(guī)定的傳輸容量。這種方式在局域網(wǎng)中不是最佳的,因為每個站發(fā)送數(shù)據(jù)是隨機的。

(2)異步技術:

根據(jù)各站的發(fā)送情況分配傳輸容量,異步技術可進一步劃分為:循環(huán)、預約、競爭三種情況。

1.異步技術三種方法

(1)循環(huán):

給每個站輪流發(fā)送的機會,在此機會里,某站可以謝絕發(fā)送,或發(fā)送一定限度的信息。此限度為每個站每次發(fā)送的最大數(shù)據(jù)量或最大時間量來表示。

(2)預約:

對于平穩(wěn)流式的業(yè)務,預約技術是相當合適的。即將媒體(介質(zhì))上的時間劃分為許多時隙,當某站需要發(fā)送信息時,提前預約時隙。

(3)競爭:

對于突發(fā)式業(yè)務,競爭技術通常是合適的,各個站采取簡單的競爭方式進行競爭發(fā)送數(shù)據(jù)。常用的方式為循環(huán)和競爭方式。

1.2.3局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路控制LLC

1.LAN的LLC與傳統(tǒng)鏈路層的區(qū)別:

(1)它必須支持鏈路的多路訪問特性;

(2)它可利用MAC子層來實現(xiàn)鏈路訪問中的某些功能;

(3)它必須提供某些屬于三層的功能。

2.LLC的主要功能:

(1)端到端的差錯控制功能;

(2)端到端的流量控制功能;

(3)完成無連接服務功能;

(4)完成面向連接服務功能;

(5)能進行復用,即多個不同的端點的數(shù)據(jù)在同一信道上傳輸。

3.服務訪問點(SAP)

SAP在每層中有若干個點,分別用SAP1、SAP2……SAPn表示,每個SAP屬于某站,但它又在LLC層有若干個SAP,每個SAP均由一個自己的地址,例如A點LLC層的SAP,可簡單表示為:(A,1),如下圖。下面來看各站的SAP之間是如何通信的。

如上圖,假設站A內(nèi)有一個應用X,希望將電文發(fā)送給站C內(nèi)的一個進程,(A為某PC內(nèi)的報告生成程序,C為一臺打印機和一個簡單的打印機驅(qū)動器)

(1)站A的鏈路發(fā)送一個“連接請求”,的若干控制比特的幀,該幀內(nèi)含源地址(A,1—X),目的地址(C,1—M),及其它的控制比特。

(2)LAN將該幀傳遞給C站;

(3)如果“C”站空閑,就返回一個“接受連接”幀,(如果不空閑,這需要等待);

(4)當A站與C站建立連接后,就可以利用站A的LLC將來自X的全部數(shù)據(jù)組裝成幀,每幀均含源地址和目的地址;

(5)在此段時間,所有尋找(A,1)的幀均被拒絕,除非是來自(C,1)的幀。同樣(C,1)的尋找?guī)脖唬–,1)拒絕,字節(jié)收(A,1)的幀。

(6)以上方式被稱為面向連接服務。

在以上進行數(shù)據(jù)交換的同時,各站的其它SAP之間可以同時傳遞消息,例如,進程Y可以連接到

(A,2),并與(B,1)交換數(shù)據(jù),這就是一個復用的例子。

1.2.4尋址

1.信涉及三個因素:進程、主機、網(wǎng)絡

(1)進程是進行通信的基本實體,(也就是指軟件程序)。我們舉例說明兩個站之間的進程是如何傳遞的。(例如A站和B站)

A站的進程通過PC機,然后通過網(wǎng)絡與B站進程進行連接,并交換數(shù)據(jù)。進程在PC機上進行。

(2)主機

(3)網(wǎng)絡

2.通信(含尋址)的過程

MH:必須包含一個用來唯一地標識局域網(wǎng)上某個站的目的地址,因為對于每一個可接收的站必須讀出“目的地址”,如果和本站地址不同,則向下一站傳送;如果和本站地址相同,則MAC實體標剝除MH和MT,并且將剩余的LLC—PDU向上傳遞,LLC子層的標頭LH中必須包含SAP地址,以便LLC可將該數(shù)據(jù)交付給哪個SAP.

MAC地址:表識局域網(wǎng)中的一個站;

LLC地址:表識LLC上的某個SAP(某個用戶)。

3.SAP的分布

(1)在每兩層之間均有SAP(服務訪問點),物理層上沒有SAP.

(2)在網(wǎng)絡接口單元(NIU)上的每個終端接口都具有一個唯一的SAP;

(3)組地址:

某用戶希望將數(shù)據(jù)發(fā)送給特定NIU上的所有終端用戶,或者給整個局域網(wǎng)上的所有終端用戶,這就需要組地址。

a.廣播方式;

b.多址方式。

4.局域網(wǎng)尋址的多種方式

MAC地址LLC用戶地址(服務訪問點)

單個單個

單個多址

單個廣播

多址廣播

廣播廣播

多址單個

多址多址

廣播單個

廣播多址

1.2.5局域網(wǎng)標準

1.3局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)

1.3.1星型拓撲結(jié)構(gòu)

特點:

(1)每個站由點到點鏈路連接到公共中心;

(2)任意兩站之間的通信均要通過中心點;

(3)中心點可以是一個中繼器,也可以是一個局域網(wǎng)的交換機;

(4)發(fā)送數(shù)據(jù)的站以幀的形式進入中心點,以幀中的目的地址到達目的站點。

(5)目前局域網(wǎng)系統(tǒng)中均采用星型拓撲結(jié)構(gòu)。

1.3.2環(huán)形

特點:

(1)由一組轉(zhuǎn)發(fā)器(又稱為中繼器)通過點到點鏈路連接成封閉的環(huán)所構(gòu)成。

(2)以幀的方式傳輸數(shù)據(jù),循環(huán)一周,在起始位除去。

(3)有令牌的站才可以發(fā)送幀。

1.3.3總線和樹型

樹型特點:傳輸媒體是不構(gòu)成閉合環(huán)路的分支電纜,也即在樹型網(wǎng)絡中,任意兩個終端之間只有唯一的一條路徑。

總線型特點:只有傳輸媒體,沒有交換機,也沒有轉(zhuǎn)發(fā)器。

1.4局域網(wǎng)的傳輸媒體

傳輸媒體主要有雙絞線、同軸電纜和光纖。

1.4.1雙絞線

1.物理描述

2.傳輸特性

(1)對模擬信號,約每5~6Km需要一個放大器;

(2)對低頻數(shù)字信號,每2~3Km需用一個轉(zhuǎn)發(fā)器。

1.4.2同軸電纜

分類:

(1)CATV系統(tǒng)中使用75Ω電纜,主要用于寬帶FDM模擬信號及高速數(shù)據(jù)。

(2)基帶數(shù)字信號使用50Ω電纜,對于模擬信號可達300MHz~400MHz,每個電視信道分配6MHz的帶寬。

(3)帶寬和速率的關系:

對于5Mbps或更高的速率可設定1Hz/1bps,如6MHzTV信道——5Mbp速率。

對于較低速率可設計2 Hz/1bps;

目前用整條同軸電纜(75Ω)傳送數(shù)據(jù),可達50Mbps,距離一般為1Km左右。

1.4.3光纜

傳輸特性:1014Hz~1015Hz范圍起波導作用。

多模:小角度的入射光纖被反射并沿光纖傳播,其余光纖被周圍媒體所吸收。

單模:纖芯半徑降低到波長的量級時,只有單個角度或單個模,即只有軸向光束能通過。

1.4.4無線傳輸媒體

分類:

(1)射頻(RF):900MHz、2.4GHz、5.8GHz(無需申請的頻率)

(2)紅外線(IR)800mm~900mm波段,地域范圍可達數(shù)十米,可獲得10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。

散射IR(DFIR):范圍較小,但收發(fā)之間可有障礙物;

直射IR(DBIR) :范圍較大,但收發(fā)之間不能有障礙物。

1.5局域網(wǎng)的互連

局域網(wǎng)的互連主要通過以下設備實現(xiàn):

(1)中繼器(又稱轉(zhuǎn)發(fā)器,在物理層實現(xiàn)互連);

(2)網(wǎng)橋(又稱橋接器,在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)互連);

(3)路由器(在網(wǎng)絡層實現(xiàn)互連);

(4)網(wǎng)關(又稱網(wǎng)間連接器,在傳輸層及以上實現(xiàn)互連)。

1.5.1中繼器

中繼器,又稱重發(fā)器,主要是將信號再生放大,主要作用為:

(1)將沖突域延長、擴大;

(2)但不能將電路形成環(huán)路;中繼的個數(shù)有限,主要為時延及負荷情況;

(3)多口中繼器又稱為集線器,可分為電纜中繼器(雙絞線、同軸電纜)和光纜中繼器。

1.5.2集線器

集線器又稱為集中器,用它作為一個中心節(jié)點,可連接多個傳輸媒體。集線器分為有源集線器,無源集線器和智能集線器。

1.5.3網(wǎng)橋

用于連接兩個或兩個以上具有相同通信協(xié)議、傳輸媒體及尋址結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)網(wǎng)間的互連設備。

(1)網(wǎng)橋有它的軟件和硬件。網(wǎng)橋需要有足夠大的RAM(存儲器)緩沖區(qū),用于擴展網(wǎng)絡距離和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到另一個目的網(wǎng)工作站。

(2)網(wǎng)橋具有尋址和路徑選擇功能;網(wǎng)橋?qū)V播信息不能識別,也不能過濾;

(3)網(wǎng)橋又分為本地網(wǎng)橋和遠程網(wǎng)橋。

本地網(wǎng)橋:指所連接的兩個LAN間的距離在所允許的最大傳輸媒體長度之內(nèi)的網(wǎng)橋。連接兩個LAN

只需一個網(wǎng)橋。

遠程網(wǎng)橋:必須加上調(diào)制解調(diào)器,而且連接兩個LAN時需要兩個網(wǎng)橋。

1.5.4路由器

1.主要功能:

(1)選擇最佳的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的路徑,建立非常靈活的連接,均衡網(wǎng)絡負載。

(2)利用通信協(xié)議本身的流控來控制數(shù)據(jù)傳輸,解決擁擠問題;

(3)具有判斷需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組的功能,判定某數(shù)據(jù)是否需轉(zhuǎn)發(fā)。

2.路由器分為:

(1)單協(xié)議路由器:對具有相同網(wǎng)絡層協(xié)議的網(wǎng)絡互連;

(2)多協(xié)議路由器:對具有多種網(wǎng)絡層協(xié)議的網(wǎng)絡互連。

1.5.5網(wǎng)關(又稱高層協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)器)

用途:用于不同類型且差別較大的網(wǎng)絡系統(tǒng)間的互聯(lián)。

第2章以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是最早使用的局域網(wǎng),也是目前使用最廣泛的網(wǎng)絡產(chǎn)品。

以太網(wǎng)有10Mbps、100Mbps和1000Mbps的網(wǎng)絡。以星型為主。交換型以太網(wǎng)

逐漸代替了共享型以太網(wǎng),并使用了全雙工以太網(wǎng)技術。

2.1概述

1. 20世紀70年代中期,Xerox公司制定了以太網(wǎng)協(xié)議并進行實驗,速率為2.94Mbps;

2.1980年,Xerox、Intel和DEC三公司聯(lián)合發(fā)表DIX80,即以太網(wǎng)的標準;

3.1981年6月,IEEE802 LAN標準委員會成立;

4.1985年,IEEE802 LAN標準委員會正式通過了局域網(wǎng)標準。

5.傳統(tǒng)的以太網(wǎng)的核心思想是在共享的公共傳輸媒體上以半雙工傳輸模式工作,網(wǎng)絡的站點在同一

時刻要么發(fā)送數(shù)據(jù),要么接收數(shù)據(jù),而不能同發(fā)送和接收。

6.交換型和全雙工以太網(wǎng)的出現(xiàn),實現(xiàn)了站點獨占傳輸媒體并同時收發(fā)數(shù)據(jù)。

2.2以太網(wǎng)標準系列

年份代號標準類型

198210BASE5802.3粗同軸電纜

198510BASE2802.3a細同軸電纜

199010BASET802.3I雙絞線

199310BASEF802.3j光纖

1995100BASET802.3u雙絞線

1997全雙工以太網(wǎng)802.3x雙絞線、光纖

19981000BASEX802.3z短屏蔽雙絞線、光纖

20001000BASET802.3ab雙絞線

2.3以太網(wǎng)的功能模塊

2.4幀結(jié)構(gòu)

2.4.1以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)

7 1 6 6 2 46~1500 4

前導碼幀首定界符(SFD)目的地址(DA)源地址(SA)類型

(TYPE)數(shù)據(jù)區(qū)(DATA)幀檢驗序列(FCS)

1.前導碼

為101010……,共56位,為了同步。

2.幀首定界符(SFD)

為10101011,表示一幀開始。

3.目的地址(DA)

為MAC的物理地址,共6字節(jié)。又分為單地址、多地址和廣播地址。

(1)單地址:最高位是“0”;

(2)多地址和廣播地址:最高位是“1”。(廣播地址時,DA同時為全“1”代碼)

4.源地址(SA)

同上

5.類型(TYPE)

主要說明高層所使用的協(xié)議類型,如IP地址。

6.數(shù)據(jù)區(qū)(DATA)

它的范圍為:46~1500字節(jié),如不夠46字節(jié),則必須填充到46字節(jié)。

7.幀檢驗序列(FCS)

FCS是通過計算除前導碼、SFD和FCS以外的內(nèi)容得到的。

2.4.2以太網(wǎng)與IEEE802.3(CSMA/CD標準)幀結(jié)構(gòu)的比較

7 1 6 6 2 46~1500 4

前導碼幀首定界符(SFD)目的地址(DA)源地址(SA)類型

(TYPE)數(shù)據(jù)區(qū)(DATA)幀檢驗序列(FCS)

以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)

7 1 2/6 2/ 6 2 46~1500 0~46 4

前導碼幀首定界符(SFD)目的地址(DA)源地址(SA)長度(L)

邏輯鏈路層協(xié)議單元LLC—PDU填充字段PAD幀檢驗序列(FCS)

IEEE802.3(CSMA/CD標準)幀結(jié)構(gòu)

說明:如果LLC—PDU 46字節(jié),則發(fā)送站的MAC子層自動填“0”代碼于填充段PAD中。

以太網(wǎng)與IEEE802.3的區(qū)別:

比較以太網(wǎng)IEEE802.3

數(shù)據(jù)段直接為網(wǎng)絡層的分組為LLC—PDU

長度/類型類型(值大于1536D)長度(值小于1536D)

以太網(wǎng)幀IEEE802.3幀

DA段在最高位有意義:區(qū)分單址還是多址在最高兩位有意義次高位“0”:全局管理次高位“1”:局部管理廣播地址DA段,次高位“1”DA段,次高位“1”

2.5媒體訪問控制技術

1.發(fā)送規(guī)則

2.碰撞槽時間(重點講解)

假設公共總線媒體長度為S,幀在媒體上的傳播速度為0.7C(光速),網(wǎng)絡的傳輸率為R(bps),

幀長為L(bps),tPHY為某站的物理層時延;

則有:

碰撞槽時間=2S/0.7C+2tPHY

因為Lmin/R=碰撞槽時間

所以:Lmin =(2S/0.7C+2tPHY)×R(注意,原書中有錯?。?br>
Lmin稱為最小幀長度。

碰撞槽時間在以太網(wǎng)中是一個極為重要的參數(shù),有如下特點:

(1)它是檢測一次碰撞所需的最長時間。

(2)要求幀長度有個下限。(即最短幀長)

(3)產(chǎn)生碰撞,就會出現(xiàn)幀碎片。

(4)如發(fā)生碰撞,要等待一定的時間。t=rT.(T為碰撞槽時間)

3.接收規(guī)則

(1)網(wǎng)絡上的站點,如不發(fā)送,則接收;

(2)接收后,首先判斷是否為幀碎片;

(3)識別目的地址;

(4)判斷FCS是否有效,若無效,丟棄;若有效,進行(5)步;

(5)確定長度字段時長度還是類型,以0600H為界;

(6)接收成功。解封后送到LLC層。

2.6選學內(nèi)容

2.6.1以太網(wǎng)時隙(slot time)

1.為什么要設置時隙?

(1)在以太網(wǎng)規(guī)則中,若發(fā)生沖突,則必須讓網(wǎng)上每個主機都檢測到。但信號傳播到整個介質(zhì)需要一定的時間。

(2)考慮極限情況,主機發(fā)送的幀很小,兩沖突主機相距很遠。在A發(fā)送的幀傳播到B的前一刻,B開始發(fā)送幀。這樣,當A的幀到達B時,B檢測到了沖突,于是發(fā)送阻塞信號。

(3)但B的阻塞信號還沒有傳輸?shù)紸,A的幀已發(fā)送完畢,那么A就檢測不到?jīng)_突,而誤認為已發(fā)送成功,不再發(fā)送。

(4)由于信號的傳播時延,檢測到?jīng)_突需要一定的時間,所以發(fā)送的幀必須有一定的長度。這就是時隙需要解決的問題。

2.下面我們來估計在最壞情況下,檢測到?jīng)_突所需的時間

(1)在上圖中,A和B是網(wǎng)上相距最遠的兩個主機,設信號在A和B之間傳播時延為τ,假定A在t時

刻開始發(fā)送一幀,則這個幀在t+τ時刻到達B,若B在t+τ-ε時刻開始發(fā)送一幀,則B在t+τ時就

會檢測到?jīng)_突,并發(fā)出阻塞信號。

(2)阻塞信號將在t+2τ時到達A.所以A必須在t+2τ時仍在發(fā)送才可以檢測到?jīng)_突,所以一幀的

發(fā)送時間必須大于2τ。

(3)按照標準,10Mbps以太網(wǎng)采用中繼器時,連接最大長度為2500米,最多經(jīng)過4個中繼器,因

此規(guī)定對于10Mbps以太網(wǎng)規(guī)定一幀的最小發(fā)送時間必須為51.2μs.

(3)51.2μs也就是512位數(shù)據(jù)在10Mbps以太網(wǎng)速率下的傳播時間,常稱為512位時。這個時間定

義為以太網(wǎng)時隙。512位時=64字節(jié),因此以太網(wǎng)幀的最小長度為512位時=64字節(jié)。

3.沖突發(fā)生的時段

(1)沖突只能發(fā)生在主機發(fā)送幀的最初一段時間,即512位時=64字節(jié)的時段。

(2)當網(wǎng)上所有主機都檢測到?jīng)_突后,就會停發(fā)幀。

(3)512位時是主機捕獲信道的時間,如果某主機發(fā)送一個幀的512位時,而沒有發(fā)生沖突,以后

也就不會再發(fā)生沖突了,稱此為主機捕獲了信道。

4.中繼器與網(wǎng)橋和沖突的關系

(1)中繼器和沖突的關系:

中繼器不能隔離沖突,所以把中繼器相連的網(wǎng)段作為一個沖突域。

沖突退避算法限制了每個主機的退避時間從1個時隙到最多210=1024個時隙,因此,

由中繼器連接的多段以太網(wǎng)中,主機數(shù)一般不超過1024個。

(2)網(wǎng)橋和沖突的關系:

網(wǎng)橋能隔離沖突,因此,在主機數(shù)超過1024個時,可以通過網(wǎng)橋連接。

5.100Mbps和1000Mbps以太網(wǎng)的時隙

(1)100Mbps以太網(wǎng)的時隙:

100Mbps以太網(wǎng)的時隙仍為512位時,以太網(wǎng)規(guī)定一幀的最小發(fā)送時間必須為5.12μs.

(2)1000Mbps以太網(wǎng)的時隙

1000Mbps以太網(wǎng)的時隙增至512字節(jié),即4096位時。

6.堅持退避算法

有三種CSMA堅持退避算法,如下圖:

(1)非堅持CSMA;

假如介質(zhì)是空閑的,則發(fā)送;

假如介質(zhì)是忙的,等待一段隨機時間,重復第一步;

(2)1-堅持CSMA;

假如介質(zhì)是空閑的,則發(fā)送;

假如介質(zhì)是忙的,繼續(xù)監(jiān)聽,直到介質(zhì)空閑,立即發(fā)送;

假如沖突發(fā)生,則等待一段隨機時間,重復第一步。

(3)P-堅持CSMA;

假如介質(zhì)是空閑的,則以P概率發(fā)送;而以(1-P)的概率延遲一個時間單位。時間單

位等于最大的傳播延遲時間。

假如介質(zhì)是忙的,繼續(xù)監(jiān)聽,直到介質(zhì)空閑,重復第一步。

假如發(fā)送被延遲一個時間單位,則重復第一步。

7.三種方法的比較:

非堅持1-堅持P-堅持

優(yōu)點當站點要發(fā)送時,只要介質(zhì)空閑,就立即發(fā)送。降低1-堅持的沖突概率,又減小介質(zhì)浪費。

缺點即使有幾個站有數(shù)據(jù)要發(fā)送,介質(zhì)仍可能處于空閑狀態(tài)。介質(zhì)利用率低。

假如有兩個或兩個以上的站點有數(shù)據(jù)要發(fā)送,沖突就不可避免。P值的選擇非常重要。

2.6.2載波監(jiān)聽多路介質(zhì)訪問/沖突檢測(CSMA/CD)

載波監(jiān)聽多路介質(zhì)訪問/沖突檢測協(xié)議已廣泛應用于局域網(wǎng)。其方法是:

每個站在發(fā)送幀期間,同時有檢測沖突的能力,一旦檢測到?jīng)_突,就立即停止發(fā)送,并向總線上發(fā)送一串阻塞信號,通知總線上各站沖突已發(fā)生,這樣通道的容量不致因白白傳送一損壞的幀而浪費。

2.6.3退避算法

在CSMA/CD算法中,在檢測到?jīng)_突并發(fā)完阻塞信號后,為降低再沖突的概率,需等待一個隨機過

程,然后再用CSMA算法發(fā)送。為了決定這個隨機時間,采用稱為二進制指數(shù)退避算法,算法如下:

(1)對每個幀,當?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時,設置參量為L=2;

(2)退避間隔取1~L個時間片中的一個隨機數(shù),1個時間片等于2a(雙向傳播時間=2a,

即:a=0.5);

(3)當幀重復一次沖突時,則將參量L加倍;

(4)設置一個最大重傳次數(shù),超過這個次數(shù),則不再重傳,并報告出錯。

2.7物理層結(jié)構(gòu)功能

2.7.1編碼和譯碼技術

計算機直接輸出的碼為不歸零碼(NRZ),在以太網(wǎng)的物理層媒體上傳輸幀的二進制碼必須采用特殊的編碼。

在10BASEX上采用曼徹斯特碼。優(yōu)點為:

(1)傳輸?shù)拇a中包括了同步時鐘;

(2)能很方便的檢測到發(fā)生碰撞的現(xiàn)象,平均電平發(fā)生了變化。

(3)容易區(qū)分“1”、“0”。

2.7.2收發(fā)器

向媒體發(fā)送信號

從媒體接收信號

識別媒體是否存在信號(在總線上是否有載波)

識別碰撞(在總線上是否發(fā)生了碰撞)

四種10BASE以太網(wǎng)物理連接(P.28)

2.7.3四種10BASE以太網(wǎng)物理性能比較

四種10BASE以太網(wǎng)物理性能比較

10BASE510BASE210BASET10BASEFL

收發(fā)器外置設備內(nèi)置芯片內(nèi)置芯片內(nèi)置芯片

媒體Φ10,50Ω同軸電纜Φ5,50Ω同軸電纜3、4、5類不屏蔽雙絞線62.5/125

多模光纜

最長媒體段500m185m100m2km

拓撲結(jié)構(gòu)公共總線型公共總線型星型星型

中繼器/集線器中繼器中繼器集線器集線器

最大跨距/媒體段數(shù)2.5km/5925m/5500m/54km/2

網(wǎng)卡上連接端9芯D型AUIBNC,T頭RJ—45ST

2.8 10BASET以太網(wǎng)組網(wǎng)技術

2.8.1 10BASET以太網(wǎng)系統(tǒng)組成(P.30)

(1)雙絞線連接

(2)系統(tǒng)配置

HUB與網(wǎng)卡之間最長距離為100米,HUB數(shù)量最多為四個。任意兩站之間的距離不會超過500米。

(3)抗干擾能力(P.31)

正常情況:放大器有輸入時,在輸出雙絞線分別產(chǎn)生極性相反且幅度相等的差分信號,對于接收放大器,只有在差分信號輸入時,才有輸出;干擾時:會產(chǎn)生同極性且幅度相等的信號,此時,沒有輸出。起到了抗干擾作用。

2.8.2 10BASET集線器功能

(1)媒體上信號的再生和在定時

(2)檢測碰撞

(3)端口的擴展功能

(4)混合連接10BASE5與10BASET及10BASE2以太網(wǎng)系統(tǒng)

見P.33.

4B/5B碼:

16進制數(shù)4位2進制數(shù)4B/5B碼16進制數(shù)4位2進制數(shù)4B/5B碼

00000111108100010010

10001010019100110011

200101010010101010110

300111010111101110111

401000101012110011010

501010101113110111011

601100111014111011100

701110111115111111101

第3章高速以太網(wǎng)

高速以太網(wǎng)是當前最流行、并廣泛使用的局域網(wǎng),包括100Mbps和1000Mbps局域網(wǎng)。

3.1概述

高速以太網(wǎng)是在10BASET和10BASEFL(光纖鏈路)技術基礎上發(fā)展起來的100Mbps傳輸速率的以太網(wǎng),現(xiàn)廣泛使用100BASETX和10BASEFX,它們的拓撲結(jié)構(gòu)與10BASET和10BASEFL相同,并向下兼容。

10/100Mbps自適應局域網(wǎng)保證了從10Mbps向100Mbps平穩(wěn)過渡。

3.2高速以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與分類

1.體系結(jié)構(gòu)

MII:媒體獨立接口

2.四種不同的100Mbps以太網(wǎng)物理層結(jié)構(gòu)(P.35)

3.3高速以太網(wǎng)系統(tǒng)的組成

1.網(wǎng)卡與集線器的連接

(1)若網(wǎng)卡上內(nèi)置收發(fā)機,則用RJ—45連接器連接;

(2)若網(wǎng)卡上外置收發(fā)機,則在網(wǎng)卡上配置一個40芯MII連接器。

以上對雙絞線和光纜均一樣。安裝在站中的網(wǎng)卡也是一樣的。

2.媒體

注意:

(1)網(wǎng)卡或者外置收發(fā)器上必須配置9芯連接器,這和10Mbps以太網(wǎng)不同。

(2)屏蔽雙絞線的阻抗為150Ω。

(3)在全雙工情況下:

單摸光纜段可達40Km;

多摸光纜段可達2Km;

3.線器

(1)分類

按結(jié)構(gòu)劃分:共享型和交換型;

按媒體劃分:雙絞線和光纜;

按設備劃分:單臺非擴展型、疊堆型和廂體型。

3.4高速以太網(wǎng)組網(wǎng)技術

3.4.1高速以太網(wǎng)系統(tǒng)的跨距

1.速以太網(wǎng)碰撞時間槽(St)

St=2S/0.7C+2tPHY

考慮中繼器的時延tr,并考慮中繼器的個數(shù)為N,則有:

St=2S/0.7C+2N tr +2tPHY

所以:S=0.35(L/R-2N tr -2tPHY)

注意,L沒有變,但R比10Mbps大了10倍。所以S小了許多。

2.跨距

跨距實際上反映了一個碰撞域,具體值見P.39.

3.4.2自動協(xié)商與10M/100Mbps自適應功能

1.自動協(xié)商功能

(1)在使用雙絞線的環(huán)境中,網(wǎng)卡和集線器的端口RJ—45可支持多種工作模式,如:100Mbps的T2、Tx,也支持雙工方式。

(2)屏蔽雙絞線及光纜不支持自動協(xié)商功能;

(3)在加電后,首先在端口上進行自動協(xié)商,協(xié)商結(jié)果,獲得雙方擁有的最佳工作模式。

(4)發(fā)送快速鏈路脈沖(FLP),一旦協(xié)商成功,就不再發(fā)快速鏈路脈沖(FLP)。

(5)10M/100Mbps自適應功能

分幾種情況進行分析:

(1)原有的10BASET具有自動協(xié)商功能,得到協(xié)商結(jié)果。

(2)原有的10BASET不具有自動協(xié)商功能,由于在以往的10BASET系統(tǒng)中,媒體鏈路正常工作時,

始終存在正常鏈路脈沖(NLP),以檢測鏈路的完整性。因此可以適應。

(3)如果老的10BASET中使用3類UTP媒體,在新系統(tǒng)中則不能正常使用。

(4)在自動協(xié)商后,各端口的速率可能不同。

注意兩種不正常的情況:

(1)如果是3類屏蔽線,在10Mbps時正常,在100Mbps就可能不正常;

(2)如果集線器各端口上的速率不同,那么必須解決傳輸率不一致的問題,否則,系統(tǒng)不能正常運行。

3.4.3高速以太網(wǎng)與10BASET/FL組網(wǎng)性能比較

10BASET/FL100BASETX/FX

IEEE標準802.3i/j802.3u

拓撲結(jié)構(gòu)星型星型

傳輸率10Mbps100Mbps

媒體3、4、5類UTP、MMF5類UTP、STP、SMF、MMF

最長媒體段UTP:100m;MMF:2KmUTP、STP:100m;MMF:2Km;SMF:40Km

編碼:曼徹斯特碼4B/5BNRZI

幀結(jié)構(gòu)符合DIX802.3標準符合DIX、802.3標準

CSMA/CD同上同上

碰撞槽時間51.2μs(512bit)5.12μs(512bit)

碰撞域范圍UTP:500m(四個中繼器)2個中繼器:UTP、STP:205m;MMF:228m;

UTP+MMF:216m;無中繼器:UTP:100m;MMF:412m,

3.4.4高速以太網(wǎng)典型組網(wǎng)方案

S——交換機

3.5千兆位以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與分類

3.5.1千兆位以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和功能模塊

1.體系結(jié)構(gòu)

2.功能模塊

PHY層中包括了:

(1)編碼/譯碼;

(2)收發(fā)器;

包括長波光纖激光傳輸器;波長:1270nm~1355nm

短波光纖激光傳輸器;波長:770nm~860nm

銅纜收發(fā)器。

(3)媒體。

3.5.2千兆位以太網(wǎng)按PHY層分類

1.1000BASEX類

(1)1000BASECX

1000BASECX是一種短距離屏蔽銅纜,最長距離為25m.

連接器為9芯。但只用了四芯,1、5、6、9

該纜的特性阻抗為150Ω。

(2)1000BASELX

使用長波激光,可驅(qū)動單模光纖,也可驅(qū)動多模光纖

對于多模:最長距離為550m;

對于單摸:全雙工模式下,最長距離為3Km.

(3)1000BASESX

僅支持多模光纖。

波長工作方式最長距離

62.5μm全雙工300m

50μm全雙工525m

2.1000BASET(雙絞線)

最長距離:100m;

需要專門的、更先進的編碼/譯碼方案。

特殊的驅(qū)動電路方案。

3.6千兆位以太網(wǎng)組網(wǎng)技術

3.6.1千兆位以太網(wǎng)組網(wǎng)跨距

1.無中繼器連接(P.46)

2.有中繼器連接

3.6.2幀擴展技術

最小幀長度越長,則半雙工模式的網(wǎng)絡系統(tǒng)跨距越大。

1.各種速率下的位長:速率10Mbps100Mbps1000Mbps

位長512比特512比特512字節(jié)(4096比特)當千兆以太網(wǎng)的幀達不到512字節(jié)時,必須添加擴展位。

2.100Mbps和1000Mbps以太網(wǎng)的時隙

(1)100Mbps以太網(wǎng)的時隙:

100Mbps以太網(wǎng)的時隙仍為512位時,以太網(wǎng)規(guī)定一幀的最小發(fā)送時間必須為5.12μs.

(2)1000Mbps以太網(wǎng)的時隙

1000Mbps以太網(wǎng)的時隙增至512字節(jié),即4096位時。

3.6.3幀突發(fā)技術

幀突發(fā)在千兆以太網(wǎng)上是一種可選功能,它使一個站或一個服務器一次能連續(xù)發(fā)送多個幀。

1.幀突發(fā)技術:

(1)當一個站點需要發(fā)送很多短幀時,該站點先試圖發(fā)送第一幀,該幀可能是附加了擴展位的幀;

(2)一旦第一個幀發(fā)送成功,則具有幀突發(fā)功能的該站就能夠繼續(xù)發(fā)送其它幀,直到幀突發(fā)的總長度達到1500字節(jié)為止。

(3)為了使得在幀突發(fā)過程中,媒體始終處于“忙狀態(tài)”,必須在幀間的間隙時間中,發(fā)送站發(fā)送非“0”、“1”數(shù)值符號,以避免其它站點在幀間隙時間中占領媒體而中斷本站的幀突發(fā)過程。

(4)在幀突發(fā)過程中只有第一個幀在試圖發(fā)出時可能會遇到媒體忙或產(chǎn)生碰撞,在第一個幀以后的成組幀的發(fā)送過程中再也不可能產(chǎn)生碰撞。

(5)如果第一幀恰恰是一個最長幀,即1518字節(jié),則標準規(guī)定幀突發(fā)過程的總長度限制在3000字節(jié)范圍內(nèi)。

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