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计算机通信与网络 国家精品课程配套教材 工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 沈金龙 杨庚 计算机通信与网络_CH04 局域网与广域网

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    • 1、计算机通信与网络 Computer Telecommunications & Networks,南京邮电大学计算机学院 “计算机通信与网络”国家精品课程组,第4章 局域网与广域网,局域网概述 以太网技术 以太网的MAC层 以太网的连接方法 局域网的扩展 高速以太网 虚拟局域网 无线局域网 广域网,内容纲要,内容纲要,局域网概述 以太网技术 以太网的MAC层 以太网的连接方法 局域网的扩展 高速以太网 虚拟局域网 无线局域网 广域网,4.1 局域网概述,1、局域网的定义 局域网是指将分散在一个局部地理范围(如一栋大楼等)的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络。,4.1 局域网概述,2、局域网的特点 网络覆盖的区域相对较小,通常传输距离在0.1km25km。 传输速率高,局域网的传输速率一般为1 Mbit/s 100Mbit/s。目前,10 Mbit/s,100 Mbit/s,1000 Mbit/s的以太网得到了广泛的应用,正在推出10 Gbit/s的以太网。 误码率低,局域网的误码率一般在10-8 10-11范围内,传输质量高。 局域网具有专用性质。 局域网大多采用广播方式传输数据,

      2、一个站发出数据,其它所有站都能接收到。因此,局域网不需要考虑路由选择问题。,4.1 局域网概述,3、局域网的四个技术特性 传输媒体,指用于连接网络设备的介质类型,常用的有双绞线、同轴电缆、光纤,以及微波、红外线和激光等无线传输媒体。 传输技术,指借助传输媒体进行数据通信的技术,常用的有基带传输和宽带传输两种。 网络拓扑,物理结构和形状 媒体访问控制方法,指多台计算机对传输媒体的访问控制方法,4.1 局域网概述,4、局域网的传输媒体 局域网的传输媒体包括有线媒体和无线媒体两类。 有线传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤。 无线传输媒体有微波、红外线和激光等。,4.1 局域网概述,5、局域网的传输技术 利用传输媒体进行数据传输的技术,可以分为基带传输和宽带传输两种。 基带传输,即不经过调制,直接将数字信号波形加载到传输媒体上进行传输。数字信号通常采用经过曼彻斯特或差分曼彻斯特编码的信号。 宽带传输,即将待传输的数字信号波形调制到合适的中心频率上,宽带传输可以支持信道的频分复用和信号的多路传输。 局域网中通常采用基带传输技术。,4.1 局域网概述,6、局域网典型的拓扑结构 星(Star)型 局域

      3、网所有站点的通信都通过中心站点进行 环(Ring)型 控制简便,结构对称性好,传输速率高。如:IBM令牌环网 总线(Bus)型 采用广播式多路访问方法,结构简单,可靠性高,扩展性好。如:采用集线器(HUB) 组网 树(Tree)型 分层结构,扩展性好,寻址方便,4.1 局域网概述,各种拓扑结构,匹配电阻,交换机,干线耦合器,总线网,星形网,树形网,环形网,交换机,交换机,交换机,4.1 局域网概述,7、局域网的媒体访问控制技术 为了协调多个站点对共享的传输媒体资源的使用,即规定局域网中的站点什么时间能向网络中发送数据的问题。有三类媒体访问控制方法 。 基于信道划分的媒体访问控制 基于随机访问的媒体访问控制 基于轮询的媒体访问控制,8、IEEE 802 局域网标准,4.1 局域网概述,近年来出现的系列标准, 802.3ac:虚拟局域网VLAN(1998)。 802.3ab:1000Base-T物理层参数和规范(1999)。 802.3ad:多重链接分段的聚合协议(2000)。 802.3u:100Mbit/s快速以太网。 802.1Q: 虚拟桥接以太网(1998)。 802.14:利用C

      4、ATV宽带通信标准(1998)。 802.15:无线个人网 (WPAN: Wireless Personal Area Network)。 802.16:宽带无线访问标准。,4.1 局域网概述,局域网概述 以太网技术 以太网的MAC层 以太网的连接方法 局域网的扩展 高速以太网 虚拟局域网 无线局域网 广域网,内容纲要,4.2 以太网技术,1、以太网概述 以太网是以CSMA/CD方式工作的一种总线式局域网 IEEE 802委员会在局域网的数据链路层定义了两个子层,即逻辑链路控制LLC (Logical Link Control)子层和媒体接入控制MAC (Medium Access control)子层,局 域 网,网络层,物理层,站点 1,网络层,物理层,数据 链路层,站点 2,LLC 子层看不见 下面的局域网,4.2 以太网技术,1、以太网概述,4.2 以太网技术,Ethernet,1973年由Xerox公司的Metcalfe提出。 1980年,DEC、Intel和Xerox联手推出DIX Ethernet 1.0标准, DIX Ethernet 2.0标准与IEEE 802.3

      5、标准只有很小的区别 (帧格式中两个字节的定义有区别) 。 严格说来,“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet 2.0 标准的局域网。,4.2 以太网技术,以太网工作原理 采用了第三章所介绍的载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD) 的方法进行信道访问控制。,参 数 数 值,争用期时隙(Slot time) 51.2 us 帧间隔(Inter Frame Gap) 9.6 us 尝试次数(Attempt Limit) 16 退避限制数(Back off Limit) 10 阻塞信号(Jam Size ) 32 bits 最大帧长( Max Frame Size ) 1518 bytes 最小帧长( Min Frame Size ) 64 bytes 地址长度(Address Size ) 6 bytes,CSMA/CD方式的主要参数,以太网的系列标准(规范),传统以太网标准 10 Base-5 1983 10Mbps 500m AUI 粗缆以太网 10 Base-2 1988 10Mbps 185m BNC细缆以太网 10 Base-T 1990 10Mbps 100m RJ

      6、45双绞线以太网 BASE 表示基带传输,4.2 以太网技术,4.3 以太网的MAC层,1、MAC地址 2、MAC帧格式 3、CSMA/CD的工作过程 4、以太网的信道利用率,内容纲要,局域网概述 以太网技术 以太网的MAC层 以太网的连接方法 局域网的扩展 高速以太网 虚拟局域网 无线局域网 广域网,1、MAC地址,在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或 MAC 地址。 802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。 但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 bit 的“名字”称为“地址”,所以本书也采用这种习惯用法,尽管这种说法并不太严格。,4.3 以太网的MAC层,第 1,最高位 最先发送,最低位,最高位,最低位 最后发送,00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001,最低位 最先发送,最高位,最低位,最高位 最后发送,机构惟一标志符 OUI,扩展标志符,高位在前,低位在前,十六进制表示的 EUI-48 地址: AC-DE-48-00-00-80,二进制表示的 EUI-48 地址:,第 1 字节,第 6

      7、 字节,I/G 比特,I/G 比特,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,第 1,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,10101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000,802.5 802.6,802.3 802.4,802.5 802.6,路由器由于同时连接到两个网络上,因此它有两块网卡和两个硬件地址。,网卡上的硬件地址,路由器,1A-24-F6-54-1B-0E,00-00-A2-A4-2C-02,20-60-8C-C7-75-2A,08-00-20-47-1F-E4,20-60-8C-11-D2-F6,4.3 以太网的MAC层,1、MAC地址,网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址. 如果是发往本站的帧则收下,然后进行其他处理。 否则就将此帧丢弃,不再进行其他的处理。 “发往本站的帧”包括以下三种帧: 单播(unicast)帧(一对一) 广播(broadcast)帧(一对全体) 多播(multicast)帧(一对多),网卡检查 MAC 地址,4.3 以太网的

      8、MAC层,1、MAC地址,2、MAC帧格式,常用的以太网MAC帧格式有两种标准 : DIX Ethernet V2 标准 IEEE 的 802.3 标准 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。,两种不同的 MAC 帧格式,4.3 以太网的MAC层,MAC 帧,字节,6,6,2,4,IP 层,物理层,目的地址,源地址,长度/类型,FCS,MAC 层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,数 据,MAC 子层,IP 层,LLC 子层,这种 802.3 + 802.2 帧已经较少使用,43 1497,1,1,1,DSAP,SSAP,控制,以太网 V2 的格式,4.3 以太网的MAC层,2、MAC帧格式,以太网 V2 的格式,目的地址字段 6 字节,源地址字段 6 字节 类型字段 2 字节:类型字段用来标志上一层使用的是什么协议,以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议 数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度(46字节),4.

      9、3 以太网的MAC层,2、MAC帧格式,数据字段的长度461500字节。当数据字段的长度小于 46 字节时,应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段,以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节 帧校验序列FCS 4 字节:当传输媒体的误码率为 1108 时,MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014,以太网 V2 的格式,4.3 以太网的MAC层,2、MAC帧格式,为了达到比特同步,在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节 在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节,是前同步码,用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符,表示后面信息就是MAC 帧。,以太网 V2 的格式,4.3 以太网的MAC层,2、MAC帧格式,3、CSMA/CD的工作过程,CSMA/CD方式的发送方工作过程 : (1) 当某个结点的LLC协议实体希望发送数据时,将LLC帧传给下层的MAC协议实体,MAC协议实体将LLC帧封装在用户数据字段,形成MAC帧。 (2) MAC协议实体监听传输媒体,检查是否有信号正在传输。 (3) 如果媒体上有信号在传输,则转(2)继续监听,否则,发送数据,同时对媒体继续监听。 (4) 如果在发送数据过程中没有检测到冲突,则本次发送任务成功完成。否则,立即终止本次发送过程,并向媒体发送一个冲突加强的信号。以使其它结点都能感知到发生冲突,MAC协议实体计算发送失败的次数。 (5) 如果在发送失败次数小于等于某个阈值,根据失败次数执行二进制指数退避算法,计算得到某个退避时间值,等待该退避时间,转(2)准备重新发送。否则,停止发送尝试,通知上层LLC实体,报告可能出现网络故障。,4.3 以太网的MAC层,CSMA/CD方

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