新编计算机网络教程——第4章.ppt

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1、北京金企鹅文化发展中心http:/1 新编计算机网络教程新编计算机网络教程计算机精品教程2 Contents 第4章 局域网工作原理局域网概述4.1局域网的传输介质访问控制方式4.2以太网4.3高速网络技术4.4目录Contents无线局域网4.5虚拟局域网4.63 4.1 局域网概述 目前常见的局域网类型包括：以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）、光纤分布式数据接口（FDDI）、异步传输模式（ATM）等，它们在拓朴结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。其中应用最广泛的当属以太网 一种总线结构的LAN，这种网络是目前发展最迅速、也最经济的局域网。4.1

2、.1 局域网的定义和特性 局域网是一个通信网络，从协议层次的观点看，它包含着下三层的功能。将连接到局域网的数据通信设备加上高层协议和网络软件组成为计算机网络，我们称之为计算机局域网网络。这里指的数据通信设备是广义的，包括计算机、终端和各种外围设备等。这里指的小区域可以是一座建筑物内、一个校园或者是大至几十公里直径的一个区域。局域网（Local Area Network，缩写为LAN）是20世纪70年代后迅速发展起来的计算机网络，是将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络，是一个高速通信系统。从这个定义我们可以引出局域网的三个属性：4 4.1 局域网概述因此局域网的主要特性是：地理范围有限。

3、通信速率高，一般为基带传输，传输速率为10100Mbps，能支持计算机间高速通信。可采用多种通信介质。多采用分布式控制和广播式通信。可靠性较高，误码率通常低于10-810-11。结点的增删比较容易。局域网的基本组成和广域网相似，但由于局域网范围规模较小，故又有不同之处。例如，局域网没有通信处理机，其通信处理功能完全由网卡实现；局域网逻辑上也由两级子网组成，但物理上却又不明显。局域网主要由服务器、工作站、网络通信系统、网络操作系统等组成，其特点如下。二.计算机网络的形成4.1.2 局域网的组成5 4.1 局域网概述1服务器（Server）服务器是用来管理网络并为网络用户提供服务的计算机。与网络中

4、的工作站相比，服务器通常具有更快的速率、更强大的存储容量和更高的可靠性。2工作站（Workstation）工作站指用户使用的计算机，又称用户机或客户机。从网络构成的角度看，任何一台计算机都可作为工作站。当工作站登录到服务器后，可按规定权限存取服务器中的文件。此外，工作站通常还可以与网络中的其他用户进行通信或访问Internet。3网络通信系统（Network Communications System）网络通信系统是连接工作站和服务器的硬件设备。这些设备通常包括专用的网络通信设备，如集线器、交换机、路由器、网卡等，以及用于传输数据的通信介质，如同轴电缆、双绞线、光纤等。通信设备通过通信介质互相

5、连接。4网络操作系统（Network Operating System）对于稍大一点的网络来说，为了充分发挥网络的功能，以及更好地管理网络，通常应在服务器中安装网络操作系统。6 4.1 局域网概述 局域网的分类根据不同的角度有不同的分法。其中，根据局域网规模大小可以分为小型局域网和大型局域网。其中小型局域网的特点是地域小，计算机数量不多，因而网络安装、管理和配置都比较简单。例如，家庭、办公室、游戏厅、网吧以及计算机机房网络都属于小型局域网。而大型局域网主要是指企业Intranet网络、行政网络等，这类网络的特点是设备较多，管理和维护都比较复杂。二.计算机网络的形成4.1.3 局域网的分类 根据

6、网络的工作原理，目前的局域网大致可分为三类，即以太网、令牌环网和ARCnet网。其中以太网是目前局域网中采用最多的网络类型，它采用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）技术进行信息传递。在标准中定义了局域网中采用的电缆类型和信息处理方法，在互连设备之间可以10至100Mbit/s的速率传送数据包，目前约80%的局域网都是以太网。7 Contents 第4章 局域网工作原理以太网4.3高速网络技术4.4目录Contents无线局域网4.5虚拟局域网4.6局域网的传输介质访问控制方式4.2局域网概述4.18 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 所谓局域网的拓扑结构，是指局域网中各个计算机之

7、间的连接形式。目前局域网中各个计算机之间的连接形式有三种，即总线型、星型和环型。总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，如图4-1所示。使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。然而，在LAN环境下，由于所有数据站都是平等的，不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多路访问，英文缩写成CSMA/CD。图4-1 总线型结构图4.2.1 局域网的拓扑结构 这种结构具有布线容易、电缆用量少、可靠性高、易于扩充和安装等优点，缺点是故障诊断和排除困难、通信介质或

8、中间某一接点出现故障时全网都会瘫痪、其终端必须是智能终端。9 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话就属于这种结构，如图4-2所示，其中图4-2（a）为电话网的星型结构，图4-2（b）为目前使用最普遍的以太网（Ethernet）星型结构，处于中心位置的网络设备称为集线器，英文名为Hub。（a）电话网的星型结构 这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其他端用户间的通信但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，

9、整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。（b）以Hub为中心的结构图4-2 星型结构图10 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 这种网络拓扑结构的一种扩充便是星型树，如图4-3所示。每个Hub与端用户的连接仍为星型，Hub的级连而形成树。然而，应当指出，Hub级连的个数是有限制的，并随厂商的不同而有变化。图4-3 星型树 环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有端用户连成环型，如图4-4所示。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。环行结构的特点是，每个端用户都与两个相临的端用户相连，因而存在着点到点

10、链路，但总是以单向方式操作。于是，便有上游端用户和下游端用户之称。例如，在图4-4中，用户N是用户N+1的上游端用户，N+1是N的下游端用户。图4-4 环型结构11 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 局域网络协议从低层向上看，物理层是必需的，且与OSI所定义的功能类似。物理层负责确定机械、电气和过程的特性，以建立、维持和拆除物理链路。数据链路层也同样需要，它负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道，传输带有校验的数据帧，采用差错和帧确认技术。4.2.2 局域网体系结构及IEEE 802标准 由于局域网多采用广播式传输，需要很好地解决多个设备对于信道的争用问题，因此本层协议应具有介质访问控

11、制功能。由于局域网多共用一条信道，不存在路径选择和流量控制问题，故一般不单独设置网络层，网络层中的分组寻址、排序、流量控制、差错控制等功能可以合并到数据链路层中实现。当局限于一个局域网时，物理层和链路层就能完成报文分组转接功能。当涉及网络互连时，报文分组就需经过多条链路才能达到目的地，此时就必须专门设置一个层次来完成网络层的功能，这就是局域网协议中的网际层。12 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 局域网络协议，一方面必须设法解决由于竞争所带来的信息冲突问题；另一方面又要对通常协议中的一些功能进行相应地简化。为了制定一个标准化的计算机局域网协议，1980年2月，IEEE 802委员会制定了一

12、系列局域网标准，称为IEEE 802标准。按IEEE 802标准，局域网体系结构由物理层、介质访问控制子层和逻辑链路子层LLC组成，如图4-5所示。图4-5 IEEE 802标准和OSI的对应关系13 4.2 局域网的传输介质访问控制方式IEEE 802.1局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联。IEEE 802.2逻辑链路控制 LLC。IEEE 802.3为使用CSMA/CD的总线网络定义MAC层，这是以太网标准。IEEE 802.4Token Passing BUS（令牌总线）。IEEE 802.5Token Ring（令牌环）访问方法和物理层规范。IEEE 802.6城域网访问方法和物

13、理层规范。IEEE 802.7宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。IEEE 802.8光纤技术咨询和物理层课题。IEEE 802.9综合声音数据服务的访问方法和物理层规范。IEEE 802.10安全与加密访问方法和物理层规范。IEEE 802.11无线局域网访问方法和物理层规范，包括：IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11c 和IEEE 802.11q标准。IEEE 802.12100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物理层规范。IEEE 802.13没有使用。IEEE 802.14定义电缆调制解调器标准。IEEE 802.15定义无线个人区域网（WPA

14、N）。IEEE 802.16定义宽带无线标准。IEEE 802标准定义局域网标准可以划分为16个类别，这16个类别可以分别用它们的802编号来标识，如下所示：14 4.2 局域网的传输介质访问控制方式IEEE 802标准为下面内容建立一套标准：网卡。广域网部件。用于创建双绞线和同轴电缆网络的部件。尽管所发布的IEEE 802标准实际上在OSI标准之前开始着手，但是，这两种标准差不多在同一时间内发展，并且这两种标准共享许多信息，而这些信息导致了两种相互兼容的模型的创建。IEEE 802标准之间的关系如图4-6所示。图4-6 IEEE 802标准间的关系IEEE 802标准定义了NIC通过物理介质

15、进行访问和传输数据的方式，其中包括网络设备的连接、维护和断开。IEEE 802标准为网络的物理部件（如网卡和电缆等）定义了网络标准，这些物理部件组成了OSI模型中的数据链路层和物理层。数据链路层和物理层是OSI模型最下面的两层，它们定义了多台计算机同时使用网络而不用彼此进行交互的方式。IEEE 802标准把这两层中的规范合并起来，创建了一套标准，这套标准已经定义了那些主要的局域网环境。15 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 图4-7所示的数据链路层包括LLC子层和MAC子层。其中，LLC子层管理数据链路通信，定义SAP逻辑接口点的使用方法，其他计算机可以引用并使用SAP来把信息从LLC子层

16、传输到它上面的那些OSI层。802.2定义了这些标准，MAC子层是两个子层中更低层次的一层，它为计算机的NIC提供对物理层的访问。MAC子层直接和NIC进行通信，并负责在网络上的两台计算机之间发送没有错误的数据，如图4-7所示。图4-7 IEEE 802标准中LLC和MAC标准16 4.2 局域网的传输介质访问控制方式4.2.3 局域网中的半双工和全双工 所谓半双工与全双工，是指通信双方信息交换的方式。其中半双工是指在同一时间通信双方只能有一方发送或接受信息，另一方只能处于等待状态。局域网中最早使用的就是这种方式。就目前来说，由于共享式局域网中的全部计算机都共享一条通信通道，在技术上无法实现同

17、一时刻数据的双向通行，因此，常规的共享式网络只能工作在半双工模式下。所谓全双工是指在同一时间内，通信双方都可以同时发送与接受信息。从理论上讲，全双工通信方式的数据传输速率要比半双工通信方式提高一倍。就目前来说，很多交换机和网卡都采用了全双工模式，从而使网络速率得到了大幅度提高。17 4.2 局域网的传输介质访问控制方式4.2.4 局域网的介质访问控制方式 IEEE 802标准规定了局域网络中最常用的介质访问控制方法，包括IEEE 802.3载波监听多路访问/冲突检测（即CSMA/CD）、令牌总线（Token Bus）、令牌环网（Token Ring）。CSMA/CD是一种采用随机访问技术的竞争

18、型（有冲突的）访问方法，各站点都能判断信道的状态，判断的方法是利用站点上的接收器从信道上接收信道信号，如果信道电平变化，即所谓有载波，说明信道正被其他站点所占用；如果信道上电平没有变化，说明信道正处于空闲状态。由于是广播式通信，因此这种访问方法具有多目标地址的特点。1CSMA/CD介质访问控制方式18 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 载波监听多路访问（CSMA）（1）CSMA控制方案 一个站点发送，首先需要监听总线，以确定介质上是否存在其他站点的发送信号。如果介质是空闲的，则可以发送。如果介质是忙的，则等待一定时间间隔后重试。介质的最大利用率取决于帧的长度和传播时间，帧愈长或传播时间愈短

19、，则介质利用率愈高。（2）坚持退避算法如图4-8所示，有三个CSMA坚持退避算法。（1）不坚持CSMA 如果介质是空闲的，则发送。如果介质是忙的，等待一段随机时间，重复第一步。（2）1-坚持CSMA 如果介质是空闲的，则发送。如果介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送。如果冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。图4-8 CSMA坚持退避算法19 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 （3）P-坚持CSMA 如果介质是空闲的，则以P的概率发送，而以（1-P）的概率延迟一个时间单位。时间单位等于最大的传播延迟。如果介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，重复第一步。如果发送被延迟一个时间单位

20、，则重复第一步。不坚持算法利用随机的重传时间来减少冲突的概率，这种算法的缺点是：即使有几个站有数据要发送，介质仍然可能处于空闲状态，介质的利用率较低。为了避免这种介质利用率的损失，可采用1-坚持算法。当站点要发送时，只要介质空闲，就立即发送。这种算法的缺点是：假如有两个或两个以上的站点要发送，冲突就不可避免。P-坚持算法是一种折衷的算法。它一方面试图降低1-坚持算法的冲突概率，另一方面又减少不坚持算法中的介质浪费。问题在于如何有效选择P值，此时考虑的主要因素是避免在重负载下系统处于不稳定状态。假如当介质忙时，有N个站点在等待发送数据，则当前的发送完成时，会有N*P个站点企图发送，如果选择P过大

21、，使N*P1，则冲突不可避免。最坏的情况是，随着冲突概率的不断增大，吞吐率会降为0。所以必须选择P值使N*PPm的令牌）的R Pr或Pm Pr，则发送的令牌中设置P=max（Rr，Pm），R=0，S=1。前者发送的标记优先级不变，后者则提高了优先级。（4）回到低的优先级：假如PmS，而接收到的令牌P=S，则分成两种情况处理：假如R=1，则发送令牌，设置P=1，R=0，即保持相同优先级。假如R=0，则发送令牌，设置P=0，R=0，且S=0，即降低优先级。25 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 上面的算法是做了某些简化的，在一般情况下，优先级可大于两级。可以用两个堆栈来替代状态标志S，以跟踪优

22、先级的状态。此外，当站点取得令牌后，可以在超时的范围内，发送一个或几个PmP的帧。图4-12是一个优先级调度实例。环上有两个站，每个站有两个帧要发送。站1的帧优先级为0，站2的帧优先级为1，即站1的Pm=0，站2的Pm=1。起始状态是站1取得令牌。帧的参量表示为F（P，R），令牌的参量表示为t（P，R）。图4-12 优先级调度实例26 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，如图4-13所示。从物理上看，这是一种总线结构的局域网，和总线网一样，站点共享的传输介质为总线；从逻辑上看，这是一种环型结构的局域网，接在总线上的站点组成一个逻辑环，每个站点被赋

23、于一个顺序的逻辑位置。图4-13 令牌总线访问控制3令牌总线 和令牌环一样，站点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递，在正常运行时，当站点完成了它的发送时，就将令牌送给下一个站。从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传送至下一个站点，但从物理上看，带有目的地址的令牌帧是广播到总线上所有的站点，当目的站识别出符合它的地址时，即把该令牌帧接收。因为只有收到令牌的站点才能将数据帧传送到总线上，因此，与CSMA/CD访问方式不同，它不可能产生冲突。由于不可能产生冲突，令牌环的数据帧长度只需要根据要传送的信息长度来确定，而对于CSMA/CD访问控制，为了使最远距离的站点也能检测到冲突，需要在实际的

24、信息长度后加填充位，以满足最低信息长度的要求。一些用在控制方面的令牌总线帧可以设置得很短，这样开销就减少了，相当于增加了网络的容量。27 4.2 局域网的传输介质访问控制方式 为了使站点等待取得令牌的时间是确定的，需要限定每个站发送帧的最大长度，如果所有站都有报文要发送，最坏情况下，等待取得令牌和发送报文的时间应该等于全部令牌传递时间和报文发送时间的总和。另一方面，如果只有一个站点有报文要发送，则最坏情况下等待时间只是全部令牌传递时间的总和，而平均等待时间是它的一半。对于应用在控制方面的局域网，这个等待访问时间是一个很关键的参数，可以根据需求，限定网中的站点数及最大的报文长度，从而保证在限定的

25、区间内，任一站点可以取得令牌权。令牌总线访问控制还提供了不同的服务级别，即不同的优先级。令牌总线网络的正常操作是十分简单的，然而，网络必须有初始化的功能，即能够生成一个顺序访问的次序；当网中的令牌丢失，或产生多个令牌时，必须有故障恢复功能；还应该有将不活动的站点从环中删除，以及将新的活动节点加入环的功能，这些附加功能大大增加了令牌总线访问控制的复杂性。28 4.2 局域网的传输介质访问控制方式归纳起来，令牌总线介质访问控制应具备以下几项功能：令牌传递算法：逻辑环按递减的站点地址次序组成，刚发完帧的站点将令牌传给后继站点，后继站点应立即发送数据或令牌帧，原先释放令牌的站点监听到总线上的信号后，便

26、可以确认后继站点已获得令牌。逻辑环的初始化：网络开始启动时，或由于某种原因，在运行中所有站点不活动的时间超过规定的时间时，都需要进行逻辑环的初始化，初始化的过程是一个争用的过程，争用的结果是只有一个站点能获得令牌，其他的站点用插入的算法插入。站点插入算法：逻辑环上的每个站点应周期性地使新的站点有机会插入环中。当同时有几个站点要插入时，可以采用带有响应窗口的争用处理算法。站点删除算法：将不活动的站点从逻辑环上除去，并修正逻辑环递减的站点地址次序。29 Contents 第4章 局域网工作原理以太网4.2高速网络技术4.4目录Contents无线局域网4.5虚拟局域网4.6局域网的传输介质访问控制

27、方式4.3局域网概述4.14.3 以太网01LOREM IPSUM DOLOR 以太网的核心思想是使用共享的公共传输信道，这一思想来源于夏威夷大学，20世纪末，该校的Norman Abramson及其同事研制了一个名为ALOHA系统的无线电网络，这个地面无线电广播系统，是为了把该校位于Oahu岛上的校园内的IBM 360主机与分布在其他岛上和海洋船舶上的读卡机和终端连接起来而开发的。二.计算机网络的形成4.3.1 以太网的产生和发展 以太网是最早的局域网，也是目前应用最广泛的局域网，交换式及快速型以太网将确保以太网保持旺盛的生命力。以太网是发展成熟的、基于标准化的、价格适中的产品，并且得到了业

28、界几乎所有经销商的支持。我们今天所知道的以太网是Xerox公司创立的，在DIX开展以太网标准化工作的同时，世界性专业组织IEEE组成了一个定义与促进工业LAN标准的委员会，并以办公室环境为主要目标，该委员会多叫802工程。接着发生的两件大事使得以太网再度掀起高潮：一是1985年Novell开始提交NetWare，这是一个专为IBM兼容个人计算机联网用的高性能操作系统；二是10 BASE-T，一个能在无屏蔽双绞线上全速10Mbps运行的以太网，它使结构化布线成为可能。4.3 以太网表4-1展示最近13年以来，以太网标准的进展情况。下面介绍10 BASE-5、10 BASE-2、10 BASE-T

29、三种常见的以太网的网络构成和部件。在80年代末，有以下三个市场因素驱动网络基础结构向前发展：（1）愈来愈多的PC加入到网络之中，导致网络流量水平上扬。（2）市场上PC的销量愈来愈大，速度也愈来愈快。（3）大量以太网LAN正在进行连接。由于以太网的共享介质技术能使这些不同的LAN连接起来，从而导致信息流量猛增。以太网标准IEEE规范批准时间速度站/网段拓扑结构网段长（m）支持的介质10 BASE-510 BASE-21 BASE-510 BASE-T10BROAD-3610 BASE-F/FOIRL100 BASE802.3802.3a802.3c802.3i802.3b802.3i 802.3

30、u198319881988199019881992 199510Mbps10Mbps1Mbps10Mbps10Mbps10Mbps 100Mbps1003012/集线器集线器100 1024总线型总线型星型星型总线型星型 星型50018525010018002000 100 100+200050同轴电缆（粗）50同轴电缆（细）1002对线3类1002对线3类75同轴电缆2股多模式单模光缆 2对线1005类或1501类4对线1003/4/5/类2股多模单模光缆表4-1 以太网标准的发展4.3 以太网 粗电缆Ethernet又称为标准Ethernet，因为这是最初实现的一种。图4-14表示了一个粗

31、电缆Ethernet布线方案，粗电缆Ethernet干线上的每个站点使用一个收发器和收发器电缆连接，该收发器与那些用于电缆Ethernet的BNC连接器不同，它是一个提供工作站与粗电缆电气隔离的小盒子，在收发器中使用了一种“心跳”（Heart-Beat）测试的技术以决定该工作站是否连接适当。10 BASE-5这种记号的含义如下：10表示信号在电缆上的传输速率为10Mbps。BASE表示电缆上的信号是基带信号。5表示每一段电缆的最大长度为500m。图4-14 粗电缆Ethernet拓扑和规格参数 二.计算机网络的形成4.3.2 粗电缆Ethernet 10 BASE-54.3 以太网 大多数网络

32、板支持粗或细电缆Ethernet布线，该板应当具有一个阴DIX型连接器以供粗电缆Ethernet收发器电缆连接，注意有些廉价的网络接口卡可能没有这种DIX连接器。如果在服务器中安装一块接口卡，该卡一定要选用性能最好的，如果安装在一个无盘工作站上，必须使用远程设置的PROM。1.网络接口卡下面的这些构件是粗电缆下面的这些构件是粗电缆Ethernet网络的组成部分。网络的组成部分。中继器是一个选择性设备，用于连接两个Ethernet干线并增强它们之间的信号强度。一个中继器与每个电缆段之间由收发器电缆相连。2.中继器（Repeater）收发器是粗电缆Ethernet上的一个连接盒，由它连接工作站。它

33、有三个连接器：两个是粗电缆Ethernet输入输出连接器，另一个使用收发器电缆将工作站与收发器相连。收发器与网络电缆段相连有两种方式：一种是夹的方法需要刺穿电缆，它无需截断电缆即可安装连接器；另一种方法是收发器的BNC方式，它具有T连接器与电缆段相连，这种方法要求截断电缆并用连接器与之相连。3.收发器（Transceiver）4.3 以太网 收发器电缆通常与收发器单元相连，一个阳的或一个阴的DIX型被各自安装在两端，还有滑动锁用来锁住电缆与网络接口卡和收发器连接器的连接。4.收发器电缆 用于粗电缆Ethernet的是一种阻抗为50欧姆、直经为4英寸的同轴电缆，与收发器电缆不是同一种，从许多厂商

34、那里能够成批地或按长度购买到Ethernet电缆。5.粗电缆布线 当使用T型连接器收发器时，首先要将这些连接器安装在电缆上，这些粗Ethernet电缆被安装在连接器的两端。6.N系列T型连接器 这些连接器用于连接两个电缆段。7.N系列桶型连接器 每个电缆段的两端必须接有50欧姆N系列端接器。对于每个电缆段，需要将其中一个端接器接地而另一个无需接地。端接器的作用是将传送到电缆端部的数字信号能量吸收掉，否则该能量就会反射回去扰乱后继信号。而一端端接器的接地则是出于电气安全与抗干扰的考虑。8.N系列端接器4.3 以太网 下面将网络标准的规格参数和限制描述归纳如下：（1）最大的干线段长度是500m。（

35、2）收发器连至干线段。（3）工作站到收发器的最大距离是50m。（4）到下一个收发器的最小距离是2.5m。（5）最多使用4个转发器连接5个干线段。工作站仅允许连接在其中3个干线段上。其余被用作加长距离。（6）最大网络干线长度为2500m。（7）一个干线上最多支持100个工作站。转发器相当于一个工作站。（8）干线段的每一端均需有一个50欧姆的端接器，其中之一必须接地。4.3 以太网 细电缆Ethernet的电缆在物理上较粗Ethernet电缆容易处理，它不需要站点使用收发器，它的电缆便宜，但干线段的长度不如粗电缆Ethernet那么长，图4-15表示了一个细电缆Ethernet网络。二.计算机网络

36、的形成4.3.3 细同轴电缆Ethernet 10 BASE-2下列部件是10 BASE-2网络的组成部分：图4-15 细电缆Ethernet拓扑和规格参数 大多数网络板支持粗或细电缆Ethernet布线，该板应当具有二个BNC类型的连接器连至背面，有可能有一个细Ethernet连接器。为了与干线电缆相连，一个BNC T型连接器连至该卡背面的BNC连接器。有标准的8位ISA总线、AT型16位ISA 总线、MCA和EISA的网络接口卡可供使用。如果安装一个无盘工作站，必须使用一个远程设置的PROM。1.网络接口卡 中继器是一个选择性设备，用于连接两个Ethernet干线，以增强它们两者之间的信号

37、。2.中继器（Repeater）4.3 以太网 这种电缆是阻抗为50欧姆、直径为0.2英寸的RG 58A/U同轴电缆，许多厂商将电缆截为标准的长度出售，但在截断的电缆端部必须安装有BNC连接器。有许多种电缆可供使用，如防火实芯电缆、非实芯内部电缆、地下电缆和空中电缆。3细Ethernet电缆 BNC连接器必须连接到所有电缆段的端部。成套的连接器包括一个中心针、套筒和下夹封套。安装连接器时将需要同轴电缆的剥皮和弯卷的工具。4BNC电缆连接器 T型连接器连接到Ethernet接口背面的BNC连接头上。T型连接器对于信号进和信号出提供两个电缆连接。每台工作站将需要一个T型连接器。5BNC T型连接器

38、 这些连接器用于将两个电缆段连接在一起。6BNC桶型连接器 每个电缆段的两端必须接有50欧姆的N系列端接器。对于每个电缆段，需要将其中一个端接器接地而另一个无需接地。7BNC端接器4.3 以太网 下面将细Ethernet网络标准的规格参数和限制归纳如下：（1）最大的干线段长度是185m。（2）T型连接器用来将网络接口卡与电缆相连。（3）最多使用4个转发器连接5个干线段。工作站仅允许连接在3个干线段上。其余被用作加长距离。（4）最大网络干线长度为925m。（5）一个干线上最多支持30个工作站。转发器相当于一个工作站。（6）干线段的每一端均需有一个50欧姆的端接器，其中之一必须接地。将粗电缆和细电

39、缆系统结合起来是可能的，这样做的原因是：为了在电缆上节省开支，因为细电缆通常比粗电缆更为经济。通过使用一个转发器，粗电缆可能用于扩展两个细电缆段之间的距离。利用细电缆，可以直接将BNC系列与网卡相连，节省了较多的收发器费用。一个转发器也能用于连接两个现存的干线段。干线段的最大数目是5。通过使用一个BNC到N系列适配器（该N系列适配器可以是阳或阴的）来完成。粗和细段的结合通常介于185m500m之间。使用下列公式求出在一个结合的干线段上所能使用的最大细电缆的长度：（500m-L）/8.28=t 式中L是所要建造的干线段的长度，而t是能使用的细电缆的最大长度。4.3 以太网4.3.4 双绞线Eth

40、ernet 10 BASE-T IEEE 10Mbps基带双绞线的标准称为10 BASE-T。该标准提供了Ethernet的优越性而无需使用昂贵的同轴电缆。10 BASE-T规格参数使得它与其他IEEE 802.3标准兼容，这使得从一种介质到另一种介质的转移较为容易，从同轴电缆转变为双绞线时可以保持现有的Ethernet网卡。在大多数情况下通过使用支持同轴电缆、光纤和双绞线Ethernet干线的转发器，现存的干线能够增加双绞线干线，许多厂商都开发了这样的产品作为他们Ethernet产品系列的一部分。10 BASE-T规格参数包括了链路完整性测试中的一种电缆测试特性。使用这个特性，该系统能够持续

41、地测试双绞线是否开路和短路，监视工作由中心节点完成。一个基本的10 BASE-T连接见图4-16所示。工作站连至一个中心集线器或集中器，其作用相当于一个转发器。工作站能够用一根长度不超过100m的非屏蔽双绞线与集线器相连，也可以将集线器连接到靠近工作站的收发器上，该收发器则用一根最长可达50m的15线电缆连接到工作站上去。当来自工作站的信号到达时，该集线器将在它的所有输出线路上广播。集线器能以级连方式连接到其他集线器上。图4-16 双绞线Ethernet拓扑和规格参数4.3 以太网 使用双绞线传输的主要原因之一是利用现存的电话线，如图4-17所示。在这个例子中，一根同轴电缆或光纤主干线将位于建

42、筑物中的不同部门的接线中心或接线盒连接起来，一个10 BASE-T集中器则连接到接线盒中的主干线上，一个50针电话跳线电缆则将该集线器与电话分线（Punch Down）模块连接起来。两对未使用的双绞线用来创建一个分线模块和靠近该工作站的电话面板间的连接。在10 BASE-T网络中使用下列构件（一个基本系统可能并不需要一个主干电缆或电话接线模块连接的部件）。图4-17 利用现有的电话线Ethernet配置 需要一块具有一个RJ-45连接器的Ethernet网卡。有标准的8位ISA总线、AT型16位总线、MAC和EISA的网络接口卡可供使用。如果安装无盘工作站，必须使用远程设置的PROM。1网络接

43、口卡 集线器（也称为集中器）可能有12个端口，有些则具有8、10或24个，它应包括与同轴电缆或光纤主干相连的端口。某些集线器没有对于每个工作站的分离的插口，它们使用具有与每个工作站相连线路的“章鱼”电缆。2集线器（Hub）4.3 以太网 能够使用具有RJ-45连接器的、长度不超过100m的双绞线。可以购买批量的电缆和连接器来作用户的电缆。购买时应同时购买一个RJ夹具。3双绞线电缆 该收发器器件在一侧有一个RJ-45连接器，在另一侧有一个DB-15连接器。4收发器器件 该电缆将收发器器件和网络接口卡的背面连接起来。5收发器电缆 如果使用现存的电话电缆，用该电缆将集中器与电话分线模块连接。6分线模

44、块连接器电缆 能使用带有RJ连接器的墙板以将双绞线安装到墙上。如果还需要一个电话连接器，可购买双板。7墙板4.3 以太网10 BASE-T规格参数列出如下：（1）使用非屏蔽双绞线（2024AWG UTP）。（2）通常使用RJ-45连接器。针1和2用于传输，针3和6用于接受。（3）从收发器到集线器的距离不能超过100m。（4）一个集线器能够连接多达24个工作站。（5）一个中心集线器能够连接多达12个以上集线器以扩展网络工作站的数目。（6）集线器能与其他电缆或光纤相连，以成为较大Ethernet网络的一部分。（7）无需使用网桥即可在网络上连接多达1023个工作站。43 Contents 第4章 局

45、域网工作原理以太网4.2高速网络技术4.3目录Contents无线局域网4.5虚拟局域网4.6局域网的传输介质访问控制方式4.4局域网概述4.1第四节 计算机网络的分类4.4 高速网络技术 在今天，无论是准备筹建网络的用户还是准备对已有网络进行升级改造的用户，都会发现，在计算机网络领域有众多的技术可以选择，其中有一些是成熟的，有一些还不太成熟，并且新技术还在不断地推向市场。这些不同的技术方案，一方面给用户提供了更大的选择空间，另一方面在用户中造成了极大的思想混乱，了解现有的技术方案，并且追踪技术发展的动向，对用户来说是一件具有挑战性的工作。下面介绍目前较为流行的网络技术。它们中有些是适合局域网

46、的，有些是适合广域网的，还有适应于两种场合应用的ATM。需要说明的是，新技术还在不断地产生、发展。4.4.1 交换式以太网 以太网用户的广播式信道，在任一时刻只有一个节点发送信息，其他节点接收信息并通过对信息头的分析来判定是不是发给自己的。同时每个终端都在争取得到发送信息的机会，使整个网络的信道始终处于大家“分享”和“共享”的状态。在这种方式下网络上各节点共享信道的带宽，这就使得网络规模扩大时，整体效率下降，延迟增加。提高网络效率、减少拥塞有多种方案，以太网交换机（Switch）也称为以太网络交换机，具体到设备，就是交换式集线器或称交换机，它的功能与网桥相似，但速度更快。交换机提供多端口，通常

47、拥有一个共享内存交换矩阵，用来将LAN分成多个独立冲突段并以全线速度提供这些段间互连。数据帧直接从一个物理端口送到另一个物理端口，在用户间提供并行通信，允许不同用户对同时进行传送，这种工作方式类似于电话交换机，其连接方式为星型方式。第四节 计算机网络的分类4.4 高速网络技术 通常把多节点共享一个10Mbps带宽称为“共享10Mbps”，而把一个节点独占10Mbps的带宽（即交换机上的一个端口）称为“专用10Mbps”，传统集线器的各个端口都共享一个10Mbps带宽，称之为“共享式集线器”，相对应的交换机称为“交换式集线器”。现在交换机上也提供集线器端口，10Mbps或100Mbps二种端口，

48、图4-18中（b）显示了目前以太网的一种常见连接方式，服务器连在10Mbps端口上以克服服务器瓶颈，工作站在共享集线器上，再由共享集线器连在交换机上，比全部使用交换机费用低很多。交换式以太网具有以下几个优点：第一，它保留现有以太网的基础设施，而不必把还能工作的设备扔掉。交换式以太网使用大多数或全部的现有基础设施，当需要时可追加更多性能。第二，以太网交换机有着各类广泛的应用与现行的中继器结合，网络交换机可以用来将超载的网络分段，或者加进网络交换机或者建立新的主干网，所有这些应用都维持现有的设备不变。第三，以太网交换技术是基于以太网的。因为以太网已成为常规技术，工业界人人都对它了如指掌，交换技术也

49、只需进行少量培训。图4-18 交互式以太网连接示意图第四节 计算机网络的分类4.4 高速网络技术 共享以太网LAN经历过性能的衰退，原因是在通信量和用户数的增加超出一定时会造成碰撞冲突，但交换式以太网不会出现这些问题，因为它不会有其他用户与之冲突。交换式以太网也可以按全双工模式进行操作，从而使性能大大地超过传统的10Mbps的上限。交换式以太网可以向每个节点提供专用的服务，这对要求专用服务的应用如电视会议和其他自然数据型应用是一个理想的选择，因为它以其确保的带宽达到了低的延时。交换式以太网可提供最广泛的媒体支持，因为交换式以太网也是以太网，它也在第3类UTP、光缆以及同轴电缆上运行，尤其是光缆

50、以太网使得交换式以太网非常适合于作主干网。交换式以太网可以通过给每个节点以专用的10Mbps带宽来改善客户机的性能，可以把大型共享LAN分段为较小的组来改善服务器的流通量。运行在UTP或光缆上的交换式以太网可以在需要时提高性能、改善现有超载网络的性能，或者建造新的高性能网络。交换式网络的缺点是其流通量有时不够用。它只能提供10Mbps的流通量，这对某些应用可能不够快。由于主干网是从整个LAN上聚集信息，它经常需要求比10Mbps高得多的流通能力。第四节 计算机网络的分类4.4 高速网络技术 在1995年初IEEE正式通过100 BASE-T为802.3标准，它是一个很像标准以太网，但比它快10