计算机网络有线局域网.ppt

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1、第四章 局域网,局域网概述局域网的体系结构以太网传统以太网快速以太网千兆以太网虚拟局域网,局域网主要内容,令牌环网令牌总线网逻辑链路控制LLC局域网的扩展技术工业以太网现场总线,局域网概述,局域网的定义一个小范围的计算机网络，设备通常集中在一个地理区域中。通常为一个单位或部门所拥有，站点数量有限。一个大学校园或一栋建筑中的网络通常就是一个局域网。,传输范围小;较高的数据传输速率，可以获得1Mbps10Gbps甚至更高的传输速率；误码率低。有广播功能。便于系统的扩展，设备位置可灵活调整。系统的可靠性、可用性和残存性高。,局域网的特点,局域网的拓扑结构,局域网的基本组成,硬件：计算机系统和通信系统

2、网络服务器:提供网络服务，共享资源，网络管理。网络工作站：客户机网络接口卡（网络适配器、网卡）：实现计算机和传输介质之间的物理连接。其它网络设备：集线器（HUB）、中继器、交换机（Switch）、网桥、路由器（Router）。传输介质：非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、基带同轴电缆、光缆。,局域网的基本组成,软件网络系统软件网络操作系统（NOS）网络协议软件网络通信软件网络应用软件为用户提供实际的网络应用。,局域网的网络协议设计需要考虑的问题：,如何向网络应用提供无差别的传输服务？该采用什么样的网络协议体系结构？如何实现不同拓扑结构和传输介质的局域网互联？即异构局域网之间的通信。异构局域网的设计和实现

3、有无共同的内容？采用什么样的通信介质和拓扑结构最合适？各站点如何进行身份识别和认证等问题。,局域网的体系结构,对应OSI/RM模型的最低两层：物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构及数据率数据链路层802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层介质访问控制子层 MAC（Medium Access Control）逻辑链路控制子层 LLC（Logical Link Control）,局域网的体系结构,与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层。LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种MAC协议的局域网对LLC子层的高层协议来说都是透明的，即LLC子层为高层协议提供透明的帧传输服务。

4、,局域网的体系结构,MAC子层：数据链路层中与接入传输媒体有关的问题。负责在物理层的基础上进行无差错的通信。MAC子层的主要功能：将LLC层提供的数据封装成帧接收时将帧拆卸并提交给LLC层；实现和维护MAC协议；差错检测和控制；编址和寻址；介质共享等实现和维护MAC协议,局域网的体系结构,MAC子层的硬件地址：硬件地址又称为物理地址或 MAC 地址。“地址”是每一个站点的“名字”或标识符。命名和分配MAC地址的过程称为编址硬件地址的作用就是用来找到所要进行通信的计算机，称为寻址。802标准的MAC：6字节(48 bit)或2字节（16bit）。如：0050BA 213E04:0050BA 厂商

5、代码,局域网的体系结构,帧类型分类：单播(unicast)帧：一对一通信，即收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。广播(broadcast)帧：一对所有通信，即发送给所有站点的帧(全1地址)。多播(multicast)帧：一对多通信，即发送给一部分站点的帧。,局域网的体系结构,LLC子层负责数据链路层中与传输介质无关的部分，其主要功能是：建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与高层的接口；差错控制；帧编号；发送时，接收高层来的数据，调用MAC层来完成传输服务；接收时，提取MAC层中的携带数据，并提交给其高层协议。,局域网的体系结构,LLC子层提供服务：操作类型1：不确认的无连接服务可用于点对

6、点传输服务，特别适合于广播和多播通信应用；操作类型2：面向连接服务开销较大，每次通信需要经过连接建立、数据传送、连接断开等三个阶段；操作类型3：带确认的无连接服务用于传送某些非常重要且对时间要求很强的信息应用。如运动控制系统或自动化系统中的数据通信应用。,局域网的体系结构,LLC子层相对要稳定一些，MAC子层则随着技术的进步而不停地更新或升级。局域网的物理层：同OSI/RM模型一致，主要接收来自MAC子层的数据，负责透明传输比特流。规定信号编码、传输介质、拓扑结构及数据率等工作。,IEEE委员会802工作组的局域网协议概述,由一系列的协议标准组成，合称IEEE 802标准，在物理层和MAC子层

7、上有所不同，LLC层以上是相同的。IEEE 802标准分为几个部分，每一部分是单独的一个协议标准。,IEEE802标准系列中的主要标准,802.1-定义IEEE 802 标准和OSI/RM模型之间的关系802.2-逻辑链路控制802.3-CSMA/CD（以太网）802.4-Token Bus（令牌总线）802.5-Token Ring（令牌环）802.6-分布队列双总线DQDB-MAN标准802.8 FDDI（光纤分布数据接口）802.9标准：综合数据声音网802.10标准：多个网络进行互操作时的标准安全模型802.11 WLAN（无线局域网）802.14标准：定义了交互式电视网标准802.1

8、5标准：短距离无线网标准802.16标准：无线城域网接入标准802.20标准：无线广域网接入标准。,802.3标准和以太网,1976年，Xerox公司建成了一个2.94Mbps的CSMA/CD网络系统，在14m的电缆上连接了100多个工作站。因历史上人们曾认为电磁波是通过“以太”传播的，因此该网络被命名为以太网。1980年，DEC公司、Intel公司和Xerox公司联合推出了10Mbps以太网规约的第一个版本DIX V1。1982年又修改为第二版规约，称为DIX Ethernet V2。IEEE委员会的802工作组于1983年制订了第一个IEEE的局域网标准，其编号为802.3。,802.3标

9、准与以太网的区别：802.3标准描述了运行在各种介质上的从1Mbps-10Mbps的1-坚持型CSMA/CD系统的整个家族DIX Ethernet V2标准只针对10Mbps；帧格式中，二者的一个字段也有所不同。最初的的标准给出了使用50欧姆同轴电缆、10Mbps基带系统的参数。,802.3标准和以太网,802.3标准与以太网,IEEE802.3协议定义了CSMA/CD系统的一个家族，可以组建各种形式的CSMA/CD局域网经过激烈的市场竞争后，以太网在局域网市场中已经取得了垄断地位，几乎成了局域网的代名词。随着网络技术、传输技术、通信技术和电子元器件制造技术的发展，新的传输介质、网络结构和工作

10、机制的以太网不断出现，IEEE 802.3 工作组给这些新型以太网制订了相应的一系列国际标准,传统以太网标准；快速以太网标准；千兆位以太网标准；万兆位以太网协议标准；,802.3标准与以太网,传统以太网的CSMA/CD协议,为了通信的简便，以太网采取了两种措施：(1)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。(2)以太网对发送数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。所以，以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。剩下的一个重要的问题是如何协调总线上的各计算机的工作，即该采用什么样的介质共享协议？,传统以太网,传统以太网数据传输速率为10Mbps的1-坚持CS

11、MA/CD以太网传统802.3局域网数据传输速率在1-10Mbps之间的1-坚持CSMA/CD局域网网络通信协议遵循局域网的网络体系结构采用同轴电缆、光纤、双绞线等传输介质,802.3标准的物理层及介质规范,IEEE802.3标准的传输介质命名规范如为：,802.3局域网传输介质及物理层规范简介：,1Base-5：第一个使用UTP的局域网标准，采用曼彻斯特编码，速率为1Mbps；采用基带传输、单工工作方式。采用星型拓扑结构、最大传输距离500米。10Base-5：使用特征阻抗为50欧姆的粗同轴电缆；数据传输速率为10Mbps；线路信号码型为曼彻斯特编码；最大传输距离为500米；半双工方式工作；

12、使用15针附加单元接口（AUI）连接器；拓扑结构为总线型；10Base-2：使用特征阻抗为50欧姆的细同轴电缆；数据传输速率为10Mbps；线路信号码型为曼彻斯特编码；最大传输距离为185米；使用同轴电缆接插件BNC和T型连接头来完成线缆与网络设备之间的连接；总线型拓扑结构。10Base-T：使用双绞线作为传输介质；数据传输速率为10Mbps；线路信号码型为曼彻斯特编码；采用星型拓扑结构，节点通过标准的RJ45接插件、非屏蔽双绞线UTP连接网卡和集线器；网卡与集线器之间的非屏蔽双绞线UTP长度为100米。,10Base-F：基于光纤有源及无源星型网络的10Mbps以太网标准；10Base-FB

13、：线路信号码型为4B/5B编码；采用光纤将网卡与有源集线器连接，单个10Base-FB网段最长可达2000米。10Base-FP：定义了利用无源集线器连接光纤的以太网；采用物理星型拓扑结构；网卡与无源集线器之间用光纤连接；最大距离可达500米；线路码型为4B/5B编码。10Base-FL：10Mbps基带光链路；线路码型为曼彻斯特编码；使用62.5/125m双工光缆；节点到集线器的长度不得超过2000米。,802.3局域网传输介质及物理层规范介绍：,10 Broad-36：基带传输；传输速率10Mbps；最大网段3600米；采用FDM技术，使用同轴电缆进行模拟信号传输。FOIRL：中继器件光纤

14、链路的数据传输速率为10Mbps；拓扑结构为星型；传输介质为两芯光缆；半双工方式工作，最大网段长度1000米；全双工方式工作，最大距离可达1000米以上；连接器采用SMA型光纤连接器或ST型光纤连接器；线路信号码型为4B/5B编码。,802.3局域网传输介质及物理层规范介绍：,802.3标准及传统以太网的工作原理,链路共享协议是1-坚持型CSMA/CD协议工作原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送数据；若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后立刻开始发送数据；一边发送数据一边进行冲突检测；若产生冲突，则立刻停止发送数据，同时发送一个加强冲突的短帧，加强线路冲突，同时采用

15、二进制指数退避算法等待一随机时间，然后重新开始发送过程；当冲突次数达到允许的最大上限以后，则停止发送，同时向上层提供线路状况反馈。,传统以太网CSMA/CD协议的参数选择？,要监听多久为空才发送？要监听多久才知道自己正确发送？监听不为空要等多久？发现碰撞后要等多久？如何监听？。,IEEE802.3 帧格式,802.3帧也称为MAC帧。8个字节的前导字符前7个字节称为前导码，内容是十六进制数0 xAA；第8个字节是帧起始符SOF，内容是十六进制数0 xAB，标识着帧的开始前导码会产生10MHz、持续时间为5.6s的方波信号，接收收站点能够从中得到位同步时钟,IEEE802.3 帧格式,数据长度域

16、：（2字节，取值在01500之间）数据：（01500个字节）校验和：CRC校验（4个字节），校验区间：DAPAD填充：（046字节）,源MAC地址和目的MAC地址每个字段长度可以是2个字节或6个字节10Mbps以太网中只使用6个字节的MAC地址。6个字节的目的MAC地址分类如下：,目的MAC地址类：I/G0：单播地址；I/G1：多播地址；U/L0：全局地址；U/L=1：局部地址。,48位地址中的高24位由IEEE分配制造网卡的厂家都必须向IEEE购买这24位高地址，也被称为地址块或厂家代码。低24位地址由厂家分配。,填充字段：当数据量少，不满足CSMA/CD协议所需要的最小帧长时，就必须在数据

17、字段后面以字节为单位加入填充字段，以保证整个帧的最小长度大于CSMA/CD协议所要求的最小帧长，保证协议正常工作。填充字段长度的计算为：,IEEE802.3 帧格式,Ethernet v2帧格式,帧的最小长度为72字节（含前导字段），最大长度为1526字节；目的地址字段标识目的站点；源地址字段标识源站点。源地址总只能是单播地址。目的地址可以是单播地址、多播地址和广播地址。帧校验序列FCS：长度为4个字节；采用CRC循环冗余校验技术，对从目标MAC地址字段到数据字段之间的内容进行校验；,Ethernet v2帧格式,类型字段：长度为2个字节；标识携带上层数据的类型，即来自于哪一个上层协议；如0

18、x0800代表IP协议数据；0 x809B代表AppleTalk协议数据；0 x8137代表Novell类型协议数据等。数据字段：携带用户数据；长度字节数由数据量大小决定，一般在461500字节之间；如果小于46字节，上层协议必须使用全0字节予以补足，以满足最小帧长要求。,Ethernet 802.3 raw帧：Novell公司在1983年公布的专用以太网标准帧格式,Ethernet 802.3 SAP 帧：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3 的SAP版本以太网格式。,Ethernet 802.3 SNAP帧：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3 的SNA

19、P版本以太网格式。,802.3标准的争用期与最小帧长,在802.3标准所描述的10Mbps、长度为2500米，有四个中继器的局域网中，争用期的时间长度为51.2s。因此，该局域网中的最小帧长为：,802.3标准中最小帧长度为64字节。最多需要46个字节的填充数据。对于其它传输速率和线路长度的802.3网络或以太网，其最小帧长和填充长度的计算过程和上面类似。可以看出，在固定长度的网段上采用802.3标准设计网络，若传输速率越高，则最小帧长度就越长，所需的填充字段就越多。,802.3标准的退避时间算法,802.3 标准中对发生冲突后的退避等待时间选择给出了一种推荐算法，称为二进制指数后退算法，简称

20、BEB（Binary Exponential Backoff）算法。算法的主要思想：确定基本退避时间，一般是取争用期长度，也称为1个时间片；确定参数R，从 中随机选取R，其中，式中，n为冲突次数，i为退让极限。当ni时，k=n；当ni时，k=i；当n=j时，其中j为尝试极限，放弃发送，并通知高层。一旦选取退让参数以后，本次退避的时间为。,例：设冲突次数为3，冲突极限i为15，争用期为51.2s，则参数？即可以在08之间来选择退避的时间片数，再乘以争用期就为本次退避时间。若R5,，则退避时间为256s。802.3 标准中对发生冲突后允许退避极限值做了规定，连续退避超过16次后，就停止尝试发送，直

21、接向高层协议汇报，由高层协议来进行处理。,指数退避（Exponential Backoff）:目的:使得重发的企图能够与推测出的当前负载相适应在重负荷下，随机等待的时间将更长些原理：首次冲突:从0,1中选择 K；延迟的时长为 K x 512 bit 传输时间第二次冲突后:从 0,1,2,3选择K在10次或更多的冲突发生后：从 0,1,2,3,4,1023选择K,802.3标准的退避时间算法,802.3标准的优点,使用最为广泛；算法简单；站点可以在网络运行中安装；使用无源电缆；轻负载时，延迟为0。,802.3标准的缺点,每个站点在发送的同时要检测冲突；最短帧长64字节，对于短数据来讲开销太大；无

22、优先级，发送是非确定性的，不适合于实时工作；电缆最长2500米（使用中继器）；速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变（2t），效率降低；重负载时，冲突严重。,快速以太网,数据传输速率为100Mbps的高速局域网。MAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定。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。单个比特的发送时间由100ns降低到10ns。分类：共享介质式快速以太网交换式快速以太网。,快速以太网的帧格式,快速以太网的物理层用一个特殊的“流起始定界符”替换了前导码的第一个字节，帧尾增加了1个字节的“流结束定界符”。,快速以太网的主要特点,传输速率为100Mbps；采用传

23、统以太网的传输介质，可利用现有的网络投资，无需重建线路。采用1坚持-CSMA/CD协议，可与10Mbps的传统以太网兼容运行。采用特殊的线路之后，可提供全双工通信方式，总带宽可达200Mbps。具有自动协商功能，能自动适应电缆两端最高可用的通信速率。采用基于SNMP协议的网管软件及管理信息库MIB，兼容现有的网络管理产品。,快速以太网的体系结构,IEEE802.3u 标准定义了快速以太网的运行规范LLC子层使用IEEE 802.2标准；MAC子层使用CSMA/CD方法；定义了新的物理层标准，即100Base-T。保留了10Mbps传统以太网的体系结构，采用相同的LLC协议。,IEEE802.3

24、u定义了快速以太网的物理层标准100Base-T，100Base-T支持多种类型的传输介质，制定的传输介质标准有四种：100Base-TX100Base-T4100Base-T2100Base-FX,快速以太网物理层技术规范,100Base-TX规范100Base-TX协议模型对应于OSI参考模型的数据链路层和物理层。100Base-TX是5类无屏蔽双绞线方案，使用两对UTP或150欧姆STP。100Base-TX使用的两对双绞线中，一对用于发送数据，一对用于接收数据引脚1、2用于发送，引脚3、6用于接收。发送线以交叉的方式变成对方的接收线。时钟频率为25MHz。支持全双工操作。100Base

25、-TX的硬件系统组成为：带内置收发器、支持IEEE802.3u标准的网卡；5类UTP或150欧姆STP；8针RJ-45连接器；100Base-TX集线器。,快速以太网物理层技术规范,100Base-TX的组网规则为：节点通过hub连入网络；传输介质使用5类UTP或150欧姆STP；使用8针RJ-45标准连接器；站点与hub之间的最大距离为100m一个冲突域中只能连接一个I级hub，网络覆盖范围为200米；如果使用II级hub，最多可级联两个II级hub，网络覆盖范围为205米。物理编码子层把来自MII的100Mbps比特流转换为全双工的125Mbps比特流；采用4B/5B编码方式。,快速以太网

26、物理层技术规范,100Base-T4规范100Base-T4使用4对电缆使用4对音频级或数据级无屏蔽3类、4类、5类电缆；信号频率为25MHz；3对用来同时传输数据，第4对用来进行冲突检测时的接收信道；没有专用的发送线和接收线，不支持全双工操作；采用RJ-45连接器；最大网段长度为100米；使用8B/6T编码技术。100Base-T2 规范采用2对声音或数据级3类、4类、5类UTP；传输速率100Mbps；一对用于发送，一对用于接收，支持全双工操作；采用RJ-45连接器；最大网段长度为100米；采用与100Base-TX规范一样的电平编码方式。100Base-FX规范采用与100Base-TX

27、相同的数据链路层协议和物理层标准协议；支持全双工通信方式；传输速率可达200Mbps；以光纤作为传输介质。硬件系统主要包括：单模、多模光纤；连接部件；集线器、网卡等。100Base-FX是针对那些使用光缆或FDDI技术应用的，如高速主干网，扩大连接距离、或者有电气干扰的环境、或者保密性要求高的环境等；使用MIC/FDDI连接器和ST连接器，也可使用SC连接器；光缆连接的最大网段长度是可变的；采用4B/5B编码技术。,快速以太网物理层技术规范,MII是一个用于互连控制器和收发器的介质无关接口，提供了新的物理连接机制。MII的作用是使物理层可支持不同类型的介质。MII引脚信号包括接收、发送数据、发

28、送允许、冲突监测、收发时钟和故障指示等。还提供了载波活动、冲突检测和管理接口信号。数据速率是25Mbps。MII接口是一个40针的D型插座,快速以太网的MII接口,快速以太网的协商机制,为了与传统以太网兼容，快速以太网产品支持100Mbps和10Mbps两种数据速率，支持全双工和半双工工作模式。需要有一种机制，使快速以太网能够在复杂网络环境中与各种以太网设备协调工作。自动协商功能定义：允许一个设备向链路远端的的设备告诉自己的工作方式，侦测远端通告的工作方式。自动协商是一种自动配置方法自动协商只在设备或链路初始化时进行，是一种准静态的配置机制。正常操作期间，它不能动态改变链路特性。自动协商的内容

29、：识别双方是100Mbps或10Mbps设备，还是双速设备；识别双方的模式是半双工、全双工还是支持两种模式；识别双方的物理层规范等。,千兆以太网简介,千兆以太网增加了网络系统的带宽，提高了通信服务质量；用作骨干网络时，能够在不降低性能的前提下支持更多的网络分段和节点；能够聚集下层交换机，提供高速交换路径；解决现存快速以太网转发的瓶颈问题。有了千兆以太网交换机后，可将原来的100Base-T系统设备转移到底层，主干实现无阻塞的同时底层也可获得更多的带宽。,千兆以太网简介,千兆以太网也是一种以太网产品主要有：交换机、上连/下连模块、网卡、GbE路由器等。数据传输速率是1Gbps；千兆以太网采用1坚

30、持-CSMA/CD协议、帧格式和帧大小，完全兼容传统以太网和快速以太网；支持全双工操作；传输介质是光纤。,为适应高数据传输速率的需求，千兆以太网对10Mbps传统以太网标准做了修改，主要为以下几个方面：千兆以太网争用期改变：对CSMA-CD协议以太网而言，由于必须要在争用期内检测到冲突，所以冲突信号的往返延迟直接影响到了网络的覆盖范围。对于10Mbps 和100Mbps以太网而言，争用期为512位时间。对千兆以太网而言，如果保留512位时间的争用期，网络覆盖范围将减少至20多米，而没有实用价值。因此，为了使千兆以太网能够正常工作，争用期增加为512字节时间，使CSMA/CD千兆以太网的覆盖范围

31、增加至100m左右。,载波扩展技术：千兆以太网中采用了“载波扩展”技术来使最小帧长度和千兆位半双工操作中的争用期分开来。发送操作：发送帧时，如果帧长度大于512字节，那么MAC层将给上层返回“发送结束”状态；如果帧长度小于512字节，则发送结束状态将被抑制，且物理层将发送一个特殊的“扩展载波”符号序列，直到512字节时间结束为止；该特殊符号序列在帧校验比特序列后发送，不是帧的一部分，接收方以特殊的方式处理；如果在帧发送过程中产生了冲突，即在数据发送或载波发送过程中发生了冲突，那么发送器将放弃发送，并发送一个32位的加强冲突序列。接收操作：如果接收到的帧长度（包括扩展域）的时间小于争用期，该帧将

32、被丢弃，即使已经成功地接收到一个有效帧，也必须抛弃；如果接收帧有效、争用期已过且未检测到冲突，该帧将被交给MAC层用于匹配和帧校验检查。,为适应高数据传输速率的需求，千兆以太网对10Mbps传统以太网标准做了修改，主要为以下几个方面：,GMII替换了MII：100Mbps 的MII的许多功能倍保留GMII的发送和接收数据通路为8位；时钟频率为125MHz。光纤信道编码的采用：满足ANSI X3.230-1994标准的光纤信道被采用；使用8B/10B的块编码技术。其它的修改：单中继器规范；自动协商功能修改；与铜介质相比，优先使用光纤管理功能更新拓扑结构修改等。,安装、使用和维护简单；兼容性和可扩

33、展性强：采用星型网络结构，可靠性高：采用了网络管理技术，可管理性强；性价比高，应用范围广。目前千兆以太网已经发展成为主流以太网技术。,千兆以太网的优点：,千兆以太网保留着传统以太网的所有特征（帧格式、CSMA/CD协议、组网方式等），只是将传统以太网每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。IEEE802.3z标准规定：在LLC子层使用IEEE802.2标准；在MAC子层使用CSMA/CD技术；定义了新的物理层标准（1000Base-T）。千兆以太网的物理层标准定义了4种标准1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-CX1000Base-T。,千兆以太网的网络体系结构

34、,千兆以太网参考模型OSI/RM模型的物理层功能被分解为几个子层。包含MAC Client、MAC层、可选的子层及为网络传输速率和通信介质所专门定义的物理层。,千兆以太网的帧结构,Ethernet 802.3z 标准规范中千兆位以太网扩充帧格式。在IEEE 802.3 标准规范的以太网信号的基本帧结构的基础上增加了一个扩充区，使帧长度不少于512字节；扩充区的比特不是数据比特，作用是扩大占用载体最短要求时间，延长网络的覆盖范围。,千兆以太网的物理层规范,千兆以太网的物理层分为：物理介质相关子层PDM、物理介质接入子层PMA和物理编码子层PCS。物理编码子层PCS：提供数据的编码和译码功能；是物

35、理层的最上层，上接GMII，下接PMA子层；主要实现8B/10B、10B/8B编码变换；功能模块有数据发送和接收、同步、载波监听和自动协商模块等。物理介质相关子层PMD：完成光电、电光转换；按照1.25Gbps的速率直接从介质上发送或接收数据；将电信号转换为适合在某种特定介质上传输的信号形式。,光纤介质：1000Base-X系列支持三类光纤，分别是50m多模、62.5m多模和10m单模光纤。支持两种不同波长的激光器，分别是短波长激光器（850nm，用于1000Base-SX）、长波长激光器（1300nm，用于1000Base-LX）。铜线介质（1000Base-CX）：两条150欧姆的屏蔽双绞

36、线电缆组成；最大有效长度为25m；主要用于房间内的设备互连；1000Base-T标准：5类UTP；需要四对双绞线；支持半双工和全双工两种以太网操作；支持UTP自动协商；使用4维5级脉冲振幅调制（4D-PAM5）技术的编码技术。,千兆以太网的物理层规范,千兆以太网的介质无关接口,千兆以太网的GMII是快速以太网MII的逻辑扩展，差别主要在于接口宽度和时钟频率。GMII不允许使用外置的物理实现因为在高速时钟和高信号变化条件下很难维持信号的完整性；GMII在设备中充当产品内部集成电路之间的内部接口；GMII允许千兆以太网控制器连接任何收发器，包括1000Base-X、1000Base-T；包括4组信

37、号：,千兆以太网的自动协商机制,千兆以太网中提供了两种独立的自动协商机制，一种用于1000Base-X系统，一种用于1000Base-T系统。1000Base-X系统的自动协商内容：半双工操作；流量控制；不支持数据传输速率协商，严格按照1000Mbps；只用于配置千兆以太网参数；为交换信息定义了新的语法和语义等，1000Base-T系统的自动协商内容：继承了10/100Base-T的自动协商功能，能够判断远端链路的连接设备所具有的功能，决定可以被收发双方之间所共用的最佳模式，并扩展到1Gbps的参数和工作方式的协商上；只适用于采用RJ-45连接器的网络设备。,虚拟局域网的工作原理所有计算机组成

38、一个大的物理局域网；将计算机设备按照功能和需求划分为若干组，每组划分为一个逻辑网段，每个逻辑网段是1个虚拟局域网；一个传统局域网可划分为多个逻辑网段，即多个VLAN；VLAN中的站点是通过软件定义而不是硬件定义；站点可在多个VLAN之间移动；VLAN可以隔离广播信息；连接在不同交换机上的站点可以使用VLAN技术组成一个或多个VLAN；VLAN中的站点之间通信时就像传统局域网一样；VLAN之间不能直接相互通信,相互通信必通过网络层协议实现。,VLAN示例：某个单位拥有财物、开发和办公三个部门，出于安全和管理方面的考虑，希望每个部门的计算机可以无障碍通信，部门之间的通信则需要进行控制。由于地理位置

39、和设备限制，办公、开发和财物部门的共用相同交换机，建成为一个传统局域网,采用VLAN技术可以容易地实现。根据需求，财物、开发和办公三个部门个分配1个VLAN，把各个部门所属的计算机站点划分到对应的逻辑网段中形成VLAN；VLAN之间不能互相访问，隔离广播信息；因此可以满足该部门的用户需求。,虚拟据局域网的划分,分配VLAN站点的常用方法有三种。VLAN的配置可通过人工配置实现，也可自动配置实现。按交换机端口号分配：把交换机上两个或两个以上的端口所连接的计算机站点分配为一个VLAN的站点。按计算机站点的MAC地址分配：使用48位的MAC地址作为分组依据，可指定一组MAC地址的计算机为VLAN1的

40、站点，另一组MAC地址的计算为VLAN2的成员。依此类推按计算机站点的IP地址分配：使用站点的网络层IP地址作为分配依据，可以指定一组IP地址的计算机为VLAN1的成员，指定另一组IP地址的计算机为VLAN2的成员。依此类推。,虚拟局域网的帧格式,IEEE802.1Q标准定义了VLAN的操作规范。,VLAN帧是以太网帧的扩充，各字段含义与传统以太网一致。4字节的VLAN标记字段最大帧长度为1522字节。,虚拟局域网的帧格式,VLAN标记字段分为两个字段：前两字节是VLAN标记类型字段，取值为0 x8100；后两字节是VLAN标识符字段，分为3个部分，前3个比特是用户优先级字段，第4比特是规范格

41、式指示位CFI，其它的12个比特是VLAN标识符VID，表示帧属于哪一个虚拟局域网。发送时，交换机就会在帧中插入VLAN标记，包含该VLAN的编号；当交换机收到一个VLAN标记帧时，根据帧的VLAN编号把它映射到对应VLAN网段。删除标记后按传统局域网的方法进行帧交换。,虚拟局域网的优点,VLAN只能通过支持VLAN功能的网管交换机实现，普通交换机无法实现建立VLAN。VLAN的优点为：可抑制广播信息，使其不会溢出到另外的VLAN中；可建立自己的私有安全网络；在网络中添加、移动设备时，或设备的配置发生变化时，能够减轻网络管理人员的负担；实现了虚拟网段，不同位置的站点可像在一个传统局域网中那样通

42、信等。,IEEE802.5协议及令牌环网,环网是由多段物理介质和站点相互串接而形成的环形网络。传输介质可以使用同轴电缆、双绞线或光纤等。,令牌环网工作原理,令牌网采用受控的介质访问控制方式按顺序在各个站点之间传递令牌谁得到令牌，谁就获得数据发送权。在环形结构局域网中，某一时刻允许发送数据的站点只有一个。令牌是一个标志发送权的短帧，也称为令牌帧，长度为3字节。,初始化环网每个站都拥有一个MAC地址，站点分为监督站和一般工作站；监督站负责产生一个令牌帧并放入环网中传输；当环上各站都没有数据发送时，令牌在网中依次传递；若有站点想发送数据，则该站点在令牌到达的时候，把令牌帧全部接收下来，不再往环中传递

43、；发送数据帧到环中；数据帧在环中依次传递，每一个经过的站点都会接收并检查目的MAC地址是否是自己，如果不是，则继续往下一站转发，如果是本站，则接收数据帧，保存副本，然后对数据帧中的标志位取反，然后再把该数据帧重新送入环中继续往下传递；发送站收到修改后的数据帧后，检查其中的标志位，判断该帧是否被正确接收。如果该站还有数据发送，则继续发下一帧数据；如果没有数据发送，则重新生成令牌帧，放入环中。,令牌环网工作过程,环网中每个站点都都有两种工作模式：侦听模式和发送模式。侦听模式：每个站点接收比特并把比特延时复制并输出。当站点接到令牌帧时，站点进入发送模式。发送模式：站点不再从接口接收比特并复制输出，而

44、是把自己的数据送入环中。帧长度没有限制。,令牌环网工作原理,IEEE802.5 标准的物理层规范,传输介质为屏蔽双绞线；数据传输速率为1Mbps或4Mbps；采用差分曼彻斯特编码，电压绝对值大小为3.04.5V。,定义了相应的帧格式、编址和寻址方式、令牌网的工作机制等。令牌环网的数据帧格式为：,IEEE802.5 标准的MAC层规范,SD字段和ED分别是开始界符和结束界符，两个字段采用采用物理层编码违例码成帧技术；帧控制字段（FC）用来区分数据帧和其它各种控制帧；目的MAC地址字段、源MAC地址字段和FCS字段的含义与IEEE802.3完全相同；数据字段是有效的上层数据，长度没有限制；AC字段

45、是访问控制字段，包含了令牌位、监视位、优先级位和预定位。帧状态字段（FS）包2个特殊比特A和C；当一帧通过目的站点接口时，站点将A置1；若复制到本站内，则C比特置1。当发送站从环中收到自己发出的返回帧以后，它将检查A和C的比特值，可知帧传输后的状态，有3种组合存在：A=0，C=0，表示目的站不存在或未上电；A=1，C=0，表示目的站存在但未被接收A=1，C=1，表示目的站存在且被复制。,令牌帧格式,只有3个字段组成，分别是开始界符、结束界符和控制字段，控制字段的定义和数据帧一致,当某站点有优先级为N的数据帧要发送时，它必须先捕获优先级等于或低于N的令牌；当数据帧经过某站时，该站可以把它想要发送

46、数据帧的优先级写入数据帧的预定位中，来为自己预定一个令牌帧；当前帧传完以后，可以产生一个具有预定优先级的令牌帧。,令牌环网工作过程,环上无数据传输时，3字节的令牌帧一直在网络中循环；站点有数据传输的时候，抓住令牌帧，把令牌位由0变1，变为数据帧的起始序列；然后站点输出正常数据帧；数据帧传输一个循环后检查A、C两个比特的值来确认结果。令牌环网规定了令牌持有时间，通常为10ms；在令牌持有时间内，站点发送数据；超时以后，站点不能再继续发送数据，重新产生令牌并放入环中。IEEE802.5标准还规定了一个监控站来负责管理全环。监控站的责任为：确保令牌不被丢失；在环断开时采取行到；清除环中的坏帧或无主帧

47、。,环的维护环上存在一个监控站，负责环的维护，通过站的竞争产生；监控站的职责保证令牌不丢失；处理环断开情况；清除坏帧，检查无主帧。,令牌环网的优点：每一个站点都知道信息的来去动向，保证了信息传输的确定性；数据传输一次的时间是确定的，所以比较适合在实时系统中使用；对轻负载和重负载不敏感。令牌环网的缺点：由于各站点是串接在环路上，任一站点或线路出故障都会影响到网络的正常运作，可靠性差；传输延时时间受站点数量影响，站数越多则时延越大；需要专门的监控站点，站的加入和退出都比较复杂。,IEEE802.4协议及令牌总线网,IEEE802.4标准定义了令牌总线网络的MAC控制协议。令牌总线网络也使用令牌来实

48、现对总线介质的使用权控制。令牌总线网在物理拓扑结构上是总线结构，各个站点在逻辑上是环状结构，工作方式按照令牌环网运作。各站点的工作顺序由令牌传递的顺序加以控制逻辑环上的下一个站点不一定是物理上相邻的站点得到令牌的站点可以访问逻辑环以外的站点，环外站点没有数据发送权，因为它们得不到令牌。,IEEE802.4协议及令牌总线网,IEEE802.4协议及令牌总线网,稳态操作过程：网络处于逻辑环已经建立且没有故障出现的情况下进行的操作称为稳态操作，由数据传输过程和令牌传输过程组成。逻辑环的管理任务逻辑环的初始化；遗失令牌的恢复；新站加入；旧站退出；逻辑环的一般事务处理等工作。,IEEE802.4 标准,

49、物理层：使用75欧姆宽带同轴电缆；使用三种不同的模拟调制方式，分别是相位连续频移键控、相位一致频移键控和多级双二进制调幅相移键控；数据传输速度为1Mbps、5Mbps或10Mbps；在相位连续FSK物理层中，MAC子层产生的差分曼彻斯特编码提供给物理层作为数据输入。物理层把接收到的高、低编码直接输入给物理层的调制解调器，高位用高频信号表示，低位用低频信号表示。然后把信号送入到介质中进行传输。MAC子层：定义了相应的帧格式、编址和寻址方式、令牌总线网的工作机制等。IEEE802.4标准定义的帧格式,IEEE802.4 标准,先导字段长度可变，最短为1个字节，与802.3一致，用于接收方的时间同步

50、；起始界符和结束界符字段用作帧边界标志，两个字段内是符号的模拟编码，而不是0和1；帧控制字段用来区别数据帧与控制帧；控制帧的帧控制字段用于说明帧的类型，包括令牌传递和各种维护帧；目的MAC地址、源MAC地址的含义与802.3一样，可以是2字节，也可以是6字节长度，但同一环中的长度必须相同；校验和字段与802.3相同；令牌总线的控制帧有多种类型，如表所示。,802.4 MAC采用了差分曼彻斯特编码使用了全部的四种电平组合，即高高、高低、低高、低低，具有跳变的用来表示数据，LL和HH属于违例码，用做帧定界符。,IEEE802.4 标准,令牌总线网的非稳态操作过程,MAC的责任是安排站点有次序地访问