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1、1,网络工程概论,第4章 局域网技术,2,第4章 局域网技术,4.1 局域网概述4.2 以太网4.3 局域网的MAC子层4.4 局域网的扩展4.5 虚拟局域网4.6 高速以太网,3,本章学习要求：,了解：局域网的形成过程和特点。掌握：局域网和以太网的关系。掌握：CSMA/CD协议。掌握：MAC帧结构。了解：集线器、网桥和交换机在局域网中的应用。掌握：虚拟局域网的概念和应用。了解：高速以太网的发展和应用。,4,局域网与广域网相比，具有以下特点：,4.1 局域网概述,5,4.1 局域网概述,局域网按网络拓扑进行分类，可分为星型、环型、总线型和树型几种。,6,4.1 局域网概述,7,4.1 局域网概
2、述,局域网可使用多种传输媒体：,8,4.1 局域网概述,问题：如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体资源？静态划分信道 可以使用频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等，但这种划分信道的方法代价较高，不适合于局域网和某些广播信道的网络使用。,9,4.1 局域网概述,动态介质访问控制 动态介质访问控制又称为多点接入(Multiple Access)，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。又可分为以下两类：随机接入 受控接入,10,4.2 以太网,4.2.1 以太网和IEEE 802标准 4.2.2 CSMACD协议和IEEE 802.34.2.3 以太网的连接方法,11,4.2.1 以
3、太网和IEEE 802标准,以太网的两个标准：,12,4.2.1 以太网和IEEE 802标准,13,4.2.1 以太网和IEEE 802标准,IEEE 802 标准系列,14,4.2.2 CSMA/CD协议和IEEE802.3,CSMA/CD工作原理,15,4.2.2 CSMA/CD协议和IEEE802.3,ALOHA协议 纯ALOHA：只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏。如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧。纯ALOHA协议的信道利用率最大不超过18%，即1/(2e)。时隙ALOHA：用时钟来统一用
4、户的数据发送。办法是将时间分为离散的时间片，用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，冲突的危险区平均减少为纯ALOHA的一半。分槽ALOHA的信道利用率可以达到36%（1/e）。,16,4.2.2 CSMA/CD协议和IEEE802.3,时隙ALOHA协议与纯ALOHA的吞吐量曲线（G-S图）,17,4.2.2 CSMA/CD协议和IEEE802.3,CSMA协议 1-坚持CSMA（1-persistent CSMA）非坚持CSMA（Nonpersistent CSMA）P-坚持CSMA（P-persistent CSMA）,18,4.2.2 CSMA/CD协议和IEEE802.3,CS
5、MA/CD协议-带冲突检测的载波侦听多点接入访问协议,19,4.2.2 CSMA/CD协议和IEEE802.3,每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇冲突的可能性。这一小段时间是不确定的，它取决于另一个发送数据的站到本站的距离。如果发生了冲突，发送数据的站就必须推迟一段时间重新发送。以太网的端到端往返时延2称为争用期，又称为冲突窗口。,20,4.2.2 CSMA/CD协议和IEEE802.3,算法过程：确定基本退避时间，一般是取为争用期2,记为T。定义参数k，k=Minn，10，n为冲突次数，初值为0。因此，k不超过10。随机地取出一个整数r，0r2k-1。重传所需的时延就是r倍
6、的基本退避时间，t=rT。当重传达16次仍不能成功时（这表明同时打算发送数据的站太多，以致连续发生冲突），则丢弃该帧，并向高层报告。,以太网使用截短二进制指数退避算法来解决争用问题。,21,4.2.3 以太网的连接方法,以太网有4种不同的物理层，即10BASE5(粗缆)、10BASE2(细缆)、10BASE-T(双绞线)和10BASE-F(光缆)。,22,4.3 局域网的MAC子层,4.3.1 MAC子层的硬件地址 4.3.2 两种不同的MAC帧格式,23,4.3.1 MAC子层的硬件地址,硬件地址又称为物理地址或MAC地址。802标准规定MAC地址字段可采用6B或2B这两种中的一种。现在的局
7、域网实际上使用的都是6B MAC地址。由IEEE的注册管理委员会RAC负责分配地址字段的6B中的前3B。,24,4.3.2 两种不同的MAC帧格式,25,4.4 局域网的扩展,4.4.1 使用集线器扩展局域网 4.4.2 使用网桥扩展局域网 4.4.3 多端口网桥-以太网交换机,26,4.4.1 使用集线器扩展局域网,用几个集线器连接成更大范围的多级星型结构的局域网。,27,4.4.2 使用网桥扩展局域网,网桥的内部结构,28,4.4.2 使用网桥扩展局域网,使用网桥有以下的优缺点：,29,4.4.2 使用网桥扩展局域网,透明网桥,包含4个LAN和两个网桥的配置,当一帧到达的时候，网桥必须决定
8、将该帧丢弃还是转发，如果是转发的话，还必须决定一条输出线路(LAN)。使用一种扩散算法-逆向学习法(Backward Learning),30,4.4.2 使用网桥扩展局域网,透明的循环问题,解决方法生成树算法,31,4.4.3 多端口网桥-以太网交换机,交换机解决共享式网络问题,直通式交换存储转发式交换,32,4.5 虚拟局域网,4.5.1 虚拟局域网的概念 4.5.2 虚拟局域网的分类 4.5.3 虚拟局域网的应用,33,4.5.1 虚拟局域网的概念,虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。,34,4.5.1 虚拟局域网的概念,VLA
9、N具有以下特点：灵活的、软定义的、边界独立于物理媒质的设备群。广播流量被限制在软定义的边界内、提高了网络的安全性。在同一个虚拟局域网成员之间提供低延迟、线速的通信。能够在网络内划分网段或者微网段，提高网络分组的灵活性。,35,4.5.2 虚拟局域网的分类,基于端口 特点是将交换机按照端口进行分组，每一组定义为一个虚拟局域网。基于硬件MAC地址层 交换机对终端的MAC地址和交换机端口进行跟踪，在新终端入网时根据已经定义的虚拟局域网MAC对应表将其划归至某一个虚拟局域网。基于网络层 使用协议或网络层地址来确定网络成员。,36,4.6 高速以太网,4.6.1 100BASE-T以太网 4.6.2 1
10、Gbit/s以太网 4.6.3 10Gbit/s以太网 4.6.4 其他种类的高速局域网,37,4.6.1 100BASE-T以太网,38,4.6.2 1Gbit/s以太网,“载波延伸”-帧扩展技术：使最短帧长仍为64B(这样可以保持兼容性)，同时将争用时间增大为512B。,39,4.6.2 1Gbit/s以太网,“帧突发”的技术：多帧发送时，第一帧采用载波延伸的方法进行填充。但随后的帧则可一个接一个地发送，它们之间只需留有必要的帧间最小间隔即可。,40,4.6.4 其他种类的高速局域网,100VG-AnyLAN局域网：100VG-AnyLAN也是一种使用集线器的100Mbit/s高速局域网。
11、100VG是一种无冲突局域网，能更好地支持多媒体传输。在网络上可获得高达95的吞吐量。但100VG是市场竞争的失败者,41,4.6.4 其他种类的高速局域网,光纤分布式数据接口FDDI：FDDI是一个使用光纤作为传输媒体的令牌环型网。使用基于IEEE802.5令牌环标准的MAC协议，分组长度最大为4500B。采用双环结构,42,4.6.4 其他种类的高速局域网,高性能并行接口HIPPI：主要用于超级计算机与一些外围设备(如海量存储器、图形工作站等)的高速接口。光纤通道：处理数据通道和网络的连接。它可用来传送数据通道，包括HIPPI、SCSI以及IBM主机所用的复用器通道，也可用来传送网络的分组，如IEEE 802、IP以及ATM的分组。,
