第6章局域網(wǎng)與城域網(wǎng)

第6章局域網(wǎng)與城域網(wǎng)6.1局域網(wǎng)技術(shù)特征6.2局域網(wǎng)/城域網(wǎng)參考模型和標(biāo)準(zhǔn)6.3介質(zhì)訪問控制方法6.4以太網(wǎng)和以太交換6.5高速以太網(wǎng)6.6光纖分布式數(shù)據(jù)接口6.7城域網(wǎng)和DQDB6.1局域網(wǎng)技術(shù)特征6.1.1局域網(wǎng)的基本特征從硬件的角度看，局域網(wǎng)(LAN)是傳輸介質(zhì)、網(wǎng)卡、工作站、服務(wù)器以及其他網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的集合體；從軟件角度看，LAN由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS，NetworkOperatingSystem)統(tǒng)一協(xié)調(diào)、指揮，提供文件、打印、通信和數(shù)據(jù)庫等服務(wù)功能；從體系結(jié)構(gòu)來看，LAN由一系列層次的服務(wù)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來定義。

LAN標(biāo)準(zhǔn)主要由IEEE802委員會制定，并得到國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的采納。相對于廣域網(wǎng)，LAN的基本特征有下列三方面：(1)覆蓋的地理范圍可以在一幢辦公樓、一個校園的區(qū)域，其距離一般在0.1～10km；從技術(shù)上來說，LAN現(xiàn)已可延伸到城域網(wǎng)(MAN)的范圍。(2)數(shù)據(jù)傳輸速率高，如10Mb/s、100Mb/s(百兆)、1000Mb/s(千兆)的以太網(wǎng)已得到了廣泛應(yīng)用，正在推出10Gb/s(萬兆)的以太網(wǎng)。(3)誤碼率很低，大致為10-8～10-10。局域網(wǎng)一般具有專用性質(zhì)，多建在一個單位內(nèi)，作為辦公自動化(OA，OfficeAutomation)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS，ComputerIntegratedManufactureSystem)，在接入Internet的基礎(chǔ)設(shè)施中，起十分重要的作用。局域網(wǎng)側(cè)重共享信息的處理和存儲。在眾多的局域網(wǎng)中，Xerox公司的以太網(wǎng)作為局域網(wǎng)的典型代表，占有很大的市場份額。

6.1.2局域網(wǎng)的基本技術(shù)能反映局域網(wǎng)特征的基本技術(shù)有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)和介質(zhì)訪問控制方法等三個方面。這些技術(shù)基本上可確定網(wǎng)絡(luò)性能(網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間、吞吐量和利用率)、數(shù)據(jù)傳輸類型和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。其中介質(zhì)訪問控制(MAC)方法對網(wǎng)絡(luò)特性有著重要的影響。1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)局域網(wǎng)以及城域網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星(Star)型、環(huán)(Ring)型、總線(Bus)型、樹(Tree)型4種，如圖6.1.1所示。1)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有集中控制方式和分布控制方式兩種，如用戶話機(jī)與程控電話交換機(jī)的連接是典型的集中控制星型拓?fù)洌谟?jì)算機(jī)局域網(wǎng)中較少應(yīng)用，LAN一般采用分布控制的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖6.1.1局域網(wǎng)和城域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星型；(b)環(huán)型；(c)總線型；(d)樹型2)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種有效的分布式拓?fù)?。它控制簡便，結(jié)構(gòu)對稱性好，傳輸速率高，且吞吐量隨負(fù)荷的增加而近乎線性增加。IBM公司提出的標(biāo)記環(huán)(TokenRing)網(wǎng)、早期的劍橋環(huán)網(wǎng)以及城域網(wǎng)、FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口)均為環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。環(huán)上的接入節(jié)點(diǎn)為點(diǎn)-點(diǎn)連接，有利于光纖的接入。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是任何一段線路或節(jié)點(diǎn)失效都將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。在實(shí)際應(yīng)用中，常采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)以提高其可靠性。3)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重要特征是采用廣播式多路訪問方法。它的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，擴(kuò)充方便，是局域網(wǎng)中最為流行的一種拓?fù)湫问?。在?shí)用中，采用集線器(Hub)、以太交換機(jī)來連接計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)從物理上看類似星型結(jié)構(gòu)，但其邏輯結(jié)構(gòu)仍然是總線型拓?fù)?，如圖6.1.2所示。圖6.1.2總線邏輯的星型連接結(jié)構(gòu)4)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在分布式LAN中較流行，它采用完全二叉樹形式，擴(kuò)充性能好，尋址方便，較適合多監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時控制和管理系統(tǒng)。當(dāng)前，在企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)中常以以太路由交換機(jī)、集線器(Hub)組成樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第3章所述的典型傳輸介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜、光纖(光纜)以及無線、微波、紅外線等在局域網(wǎng)和城域網(wǎng)中都得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，應(yīng)從傳輸性能、可靠性、靈活性以及經(jīng)濟(jì)性等因素綜合選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)。目前，樓群之間的LAN常選用價(jià)格較低的多模光纖，城域網(wǎng)中則需選用單模光纖。局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问接袃煞N：基帶傳輸和頻帶傳輸。大多數(shù)傳統(tǒng)的LAN都使用基帶傳輸，CATV中的數(shù)據(jù)傳輸可選擇頻帶傳輸。2.介質(zhì)訪問控制方法所謂“訪問(Access)”，指的是在兩個實(shí)體間建立聯(lián)系并交換數(shù)據(jù)(信息)。在任何網(wǎng)絡(luò)中，訪問方式泛指分配介質(zhì)使用權(quán)限的機(jī)理、策略和算法，是一種關(guān)鍵技術(shù)，它幾乎用到了計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)中的一切可用技術(shù)。表6.1.1列出了按訪問技術(shù)分類的介質(zhì)訪問控制方法，主要有預(yù)約、選擇、爭用、環(huán)和混合等5類。表6.1.1訪問技術(shù)分類評價(jià)介質(zhì)訪問控制有三個基本要素：·協(xié)議簡單；·有效的通道利用率(Utilization)；·公平性(Fairness)：網(wǎng)上站點(diǎn)的用戶公平合理地使用網(wǎng)絡(luò)。6.2局域網(wǎng)/城域網(wǎng)參考模型和標(biāo)準(zhǔn)6.2.1IEEE802局域網(wǎng)/城域網(wǎng)參考模型20世紀(jì)80年代初，局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)展開。其中，國際電工委員會(IEC)著重于研究實(shí)時的工業(yè)過程控制的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化，如PROWAY，該標(biāo)準(zhǔn)可按優(yōu)先級設(shè)置用戶，最高優(yōu)先級用戶獲取介質(zhì)進(jìn)行傳輸?shù)牡却龝r間不超過2ms；美國電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)、歐洲計(jì)算機(jī)制造廠商協(xié)會(ECMA)側(cè)重于研究辦公自動化(OA)構(gòu)架的LAN標(biāo)準(zhǔn)化。

IEEE設(shè)立了802委員會，公布了多項(xiàng)LAN和MAN的標(biāo)準(zhǔn)文本，如今美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(ANSI)已將IEEE802標(biāo)準(zhǔn)列為美國國家標(biāo)準(zhǔn)。1984年，IEEE802標(biāo)準(zhǔn)又被ISO接納為國際標(biāo)準(zhǔn)，命名為ISO8802。圖6.2.1給出了IEEE802局域網(wǎng)/城域網(wǎng)(LAN&MAN)參考模型。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/OSI參考模型的原則，802委員會認(rèn)為，其工作重心首先集中于OSI―RM的最低兩層的功能，以及與第3層的接口服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)互連有關(guān)的高層協(xié)議。因LAN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唵?，沒有路由問題，一般不單獨(dú)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層。OSI―RM的數(shù)據(jù)鏈路層對應(yīng)LAN參考模型的兩個子層：邏輯鏈路控制(LLC)子層和介質(zhì)訪問控制(MAC)子層，提供了數(shù)據(jù)鏈路控制與介質(zhì)和布局無關(guān)的理想特性。圖6.2.1IEEE802局域網(wǎng)/城域網(wǎng)參考模型1.物理層功能物理層實(shí)現(xiàn)比特流的傳輸與接收，同步引導(dǎo)碼的生成/刪除等，并規(guī)定了有關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸速率，規(guī)定了所使用的信號、介質(zhì)和編碼，包括對基帶信號的編碼和頻帶信道的分配。2.數(shù)據(jù)鏈路層功能局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層分為兩個子層：介質(zhì)訪問控制(MAC，MediaAccessControl)子層和邏輯鏈路控制(LLC，LogicalLinkControl)子層。1)介質(zhì)訪問控制(MAC)子層介質(zhì)訪問控制(MAC)子層在支持LLC子層中完成介質(zhì)訪問控制功能。IEEE802已規(guī)定了CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)、TokenBus(標(biāo)記總線)、TokenRing(標(biāo)記環(huán))、CSMA/CA(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免)等一系列MAC功能。在使用MSAP(MAC子層服務(wù)訪問點(diǎn))支持LLC時，MAC子層實(shí)現(xiàn)幀的尋址和識別，并完成幀校驗(yàn)序列的產(chǎn)生和檢驗(yàn)等工作。2)邏輯鏈路控制(LLC)子層

IEEE802規(guī)定了兩種類型的鏈路服務(wù)：無連接LLC(類型I)和面向連接LLC(類型II)服務(wù)。在類型I的操作中，信息幀在LLC實(shí)體間交換，無須在對等層實(shí)體間事先建立邏輯鏈路。站點(diǎn)對類型I的LLC幀既不確認(rèn)，也無任何流量控制或差錯恢復(fù)功能。在類型II的操作中，任何信息幀在交換前，在一對LLC實(shí)體間必須建立邏輯鏈路；在數(shù)據(jù)傳送方式中，信息幀依次序發(fā)送，并提供流量控制或差錯恢復(fù)功能。3.服務(wù)訪問點(diǎn)(SAP)

在參考模型中，每個實(shí)體和另一系統(tǒng)的對等層實(shí)體間按協(xié)議進(jìn)行通信。在一個系統(tǒng)內(nèi)的相鄰層實(shí)體間通過接口進(jìn)行通信，用服務(wù)訪問點(diǎn)(SAP)來定義邏輯接口。由圖6.2.1可知，在網(wǎng)間互聯(lián)子層與LLC子層實(shí)體間可有多個LSAP，網(wǎng)間互聯(lián)子層與高一層實(shí)體間可有多個NSAP，但LLC―MAC，MAC―物理層間只有一個服務(wù)訪問點(diǎn)，分別稱為MSAP、PSAP。4.服務(wù)原語

LLC/MAC的用戶服務(wù)原語如圖6.2.2所示。1)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層與LLC子層間的服務(wù)原語(1)不確認(rèn)無連接數(shù)據(jù)傳輸原語如圖6.2.2(a)所示。LLC子層用戶發(fā)送L-DATA.req原語到LLC子層，請求使用不確認(rèn)無連接協(xié)議發(fā)送一個LSDU；對端的LLC子層向網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層發(fā)送L-DATA.ind，指示LSDU的到達(dá)。圖6.2.2(2)面向連接服務(wù)的原語如圖6.2.2(b)所示。請求建立連接的服務(wù)原語組為L-CONN.req、L-CONN.ind、L-CONN.conf。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)原語組為L-DATA.req、L-DATA.ind、L-DATA.conf。釋放連接的服務(wù)原語組為L-DISC.req、L-DISC.ind、L-DISC.conf。此外，還有復(fù)位(Reset)、流控的服務(wù)原語組。2)LLC子層與MAC子層間的服務(wù)原語圖6.2.2(c)給出了LLC子層與MAC子層間的服務(wù)原語，包括MA-DATA.req、MA-DATA.ind、MA-DATA.conf。

任何一條服務(wù)原語需要包含一些必要的參數(shù)，指定必須為接收實(shí)體所使用的信息。例如，L-DATA.req(local-address，remote-address，L-sdu，service-class)。local-address和remote-address指定數(shù)據(jù)單元傳輸中涉及的本地LSAP和遠(yuǎn)程RSAP，遠(yuǎn)端可指定為單地址或組地址;L-sdu參數(shù)指定由鏈路層實(shí)體傳送的鏈路服務(wù)數(shù)據(jù)單元，service-class參數(shù)可指明數(shù)據(jù)單元傳送要求的優(yōu)先級。此外，還有status參數(shù)(指示與數(shù)據(jù)單元傳輸有關(guān)的成功程度)、reason參數(shù)(指示斷鏈的原因、LLC內(nèi)部的錯誤、遠(yuǎn)程實(shí)體的請求)、amount參數(shù)(提供LLC實(shí)體允許通過的數(shù)據(jù)量信息)等。值得注意的是，IEEE802面向連接的服務(wù)原語中的REQUEST原語請求“服務(wù)提供者”發(fā)送請求信息，INDICATION原語指示該請求已達(dá)目的地，這兩條原語與ISO所定義的相同，但并沒有RESPONSE原語類型。

IEEE802協(xié)議所提供的服務(wù)并不將CONFIRMATION與另一服務(wù)用戶的動作結(jié)合在一起，CONFIRMATION原語類型定義為僅表示服務(wù)提供者的確認(rèn)，只有局部意義，因此INDICATION原語和CONFIRMATION原語之間并不存在定時關(guān)系。IEEE802面向連接的服務(wù)能確保所發(fā)送的數(shù)據(jù)能傳送到另一個SAP，且沒有任何丟失、重復(fù)、損傷或重新排序，但并不保證遠(yuǎn)程服務(wù)用戶是否收到了數(shù)據(jù)，因此,IEEE802服務(wù)規(guī)范并不需要定義響應(yīng)服務(wù)原語。6.2.2IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802委員會先后為LAN內(nèi)的數(shù)字設(shè)備提出了一套連接的標(biāo)準(zhǔn)，如圖6.2.3所示，這些標(biāo)準(zhǔn)包括：·IEEE802.1：概述、體系結(jié)構(gòu)(801.1A)、尋址、網(wǎng)間互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)管理(802.1B)的指南文件；·IEEE802.2：邏輯鏈路控制(LLC)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；·IEEE802.3：CSMA/CD訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；·IEEE802.4：令牌總線(TokenBus)訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；·IEEE802.5：令牌環(huán)(TokenRing)訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；·IEEE802.6：城域網(wǎng)(MAN，或稱市域網(wǎng))訪問方法和物理層技術(shù)規(guī)范；·IEEE802.7：寬帶網(wǎng)介質(zhì)訪問控制協(xié)議及其物理層技術(shù)規(guī)范；·IEEE802.8：FDDI，介質(zhì)訪問控制協(xié)議及其物理層技術(shù)規(guī)范；·IEEE802.9：綜合話音/數(shù)據(jù)(V/D)局域網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)；·IEEE802.10：局域網(wǎng)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；·IEEE802.11：無線局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議及其物理層技術(shù)規(guī)范；·IEEE802.12：100VG―AnyLAN訪問控制協(xié)議及其物理層技術(shù)規(guī)范。圖6.2.3IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在圖6.2.3中，802.6是城域網(wǎng)(MAN)標(biāo)準(zhǔn)，它已超越了局域網(wǎng)的傳輸范圍，但也置于LLC下面。近年來，又相繼出現(xiàn)了一系列規(guī)范：·802.3ac：虛擬局域網(wǎng)VLAN標(biāo)準(zhǔn)(1998)；·802.3ab：1000Base―T物理層參數(shù)和規(guī)范(1999)；·802.3ad：多重鏈接分段的聚合協(xié)議(2000)；·802.3u：100Mb/s快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；·802.1Q：虛擬橋接以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(1998)；·802.14：利用CATV的寬帶通信標(biāo)準(zhǔn)(1998)；·802.15：無線個人網(wǎng)(WPAN，WirelessPersonalAreaNetwork)標(biāo)準(zhǔn)；·802.16：寬帶無線訪問標(biāo)準(zhǔn)，其中包括固定寬帶無線訪問的無線界面(802.16.1)和寬帶無線訪問系統(tǒng)的共存(802.16.2)。從層次功能范疇來看，上述規(guī)范均為介質(zhì)訪問控制子層。由此可見，鏈路層中與介質(zhì)訪問無關(guān)的部分都集中在LLC子層，局域網(wǎng)(也可拓寬到城域網(wǎng)、無線網(wǎng)，光纖網(wǎng)等)對LLC子層是透明的。只有下到MAC子層才能知道所連接的局域網(wǎng)屬于何種類型(CSMA/CD、TokenBus或TokenRing)。6.2.3IEEE802局域網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為LLC子層和MAC子層的幀格式作了明確的規(guī)定，如圖6.2.4所示。1.LLC幀

LLC幀是在HDLC的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它可分為信息幀、監(jiān)視幀和無編號幀3種，這取決于控制字段。前兩種幀的控制字段為2字節(jié)，如同HDLC的擴(kuò)展模式，因此，LLC幀可按模128進(jìn)行序號編制，發(fā)出而尚未被確認(rèn)的幀的最大數(shù)可達(dá)127。

LLC幀無CRC差錯控制，差錯控制由MAC幀尾中的4個字節(jié)的幀校驗(yàn)序列FCS來處理。圖6.2.4

LLC只有異步平衡方式，而不用正常響應(yīng)方式或異步響應(yīng)方式。在LLC幀的頭部中設(shè)有SSAP(源服務(wù)訪問點(diǎn))和DSAP(目的服務(wù)訪問點(diǎn))，各用1個字節(jié)；而MAC幀的頭部中則專設(shè)源站地址字段和目的站地址字段，它們?yōu)?字節(jié)長。圖6.2.5LLC鏈路復(fù)用功能2.MAC幀圖6.2.4還列出了IEEE802.3(CSMA/CD總線)、802.4(TokenBus)和802.5(TokenRing)三種基本的MAC幀格式。每種MAC幀均由頭標(biāo)、信息域、尾標(biāo)組成。其中，Pr為引導(dǎo)碼；SD、ED為幀的開始/結(jié)束定界符；DA、SA分別為目的地址、源點(diǎn)地址。在802.3的MAC幀中，DA和SA統(tǒng)一為6字節(jié)。

IEEE802.3與以太網(wǎng)在MAC幀格式上存在一點(diǎn)差異：802.3MAC幀中L為長度字節(jié)(2字節(jié))，指示LLC數(shù)據(jù)字段的字節(jié)數(shù)；而以太網(wǎng)MAC幀格式中，這2個字節(jié)表示類型(Type)。802.4的幀格式與802.3相似，但幀控制(FC)機(jī)理卻不同。802.5的幀格式有標(biāo)記幀、數(shù)據(jù)幀兩種。6.3介質(zhì)訪問控制方法6.3.1爭用技術(shù)基礎(chǔ)爭用(Contention)技術(shù)又稱隨機(jī)訪問技術(shù)，即兩個或多個用戶站點(diǎn)競爭使用同一線路或信道。這種競爭是隨機(jī)的，在任何時刻與任意站點(diǎn)之間都可能發(fā)生。早期研制的隨機(jī)訪問系統(tǒng)稱為ALOHA(AdditiveLinkOnlineHawaiiSystem)，是20世紀(jì)70年代初在夏威夷大學(xué)試驗(yàn)成功的。在ALOHA系統(tǒng)之后，又相繼出現(xiàn)了許多改進(jìn)的協(xié)議，一個突出的例子是載波監(jiān)聽多路訪問／沖突檢測，簡稱CSMA／CD(CarrierSenseMultip1eAccesswithCollisionDetection)，現(xiàn)已成為總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)LAN的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。1.ALOHA技術(shù)［5］［24］1)純ALOHA

夏威夷大學(xué)的ALOHA方式稱為純ALOHA(PureALOHA)，它起初是在無線公用信道上實(shí)現(xiàn)的。ALOHA是集中控制的轉(zhuǎn)接系統(tǒng)，設(shè)立一個中央控制主站，使用兩個頻率：一個為407．35MHz，用于用戶站點(diǎn)(從站)到主站的上行傳輸(爭用方式)；另一個為413．475MHz，可用于主站到用戶站點(diǎn)的下行傳輸(廣播方式)。兩個信道帶寬各為100kHz，其數(shù)據(jù)率為9600b／s。圖6.3.1純ALOHA技術(shù)傳輸是以分組形式進(jìn)行的，每個站點(diǎn)均可自由地發(fā)送分組，并利用應(yīng)答技術(shù)來確保發(fā)送的成功。當(dāng)從站發(fā)出一個分組后，必須等待主站的應(yīng)答來確認(rèn)，才能繼續(xù)發(fā)下一個分組。若等待一定時間仍收不到應(yīng)答信號，則意味著分組出現(xiàn)沖突(Collision)，該站應(yīng)重發(fā)同一分組。可想而知，由于分組是隨機(jī)發(fā)送的，在最不利的情況下，可能會使上一分組的尾部與后一分組的前部相沖突，致使兩敗俱傷，這樣相鄰的兩分組都得重發(fā)。待重發(fā)的分組各自延遲一個隨機(jī)時間后再重發(fā)，直至成功，如圖6.3.1所示。假設(shè)ALOHA為一個定長分組，數(shù)據(jù)率固定且有無限多個用戶數(shù)量。在穩(wěn)定的情況下，在發(fā)送時間T0內(nèi)分組成功發(fā)送的平均數(shù)S(稱為吞吐量)及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載G(亦稱總通信量)之間的關(guān)系為(6.1)

這是Abramson于1970年首次推出的著名公式。由公式可見，當(dāng)G為輕負(fù)載時，S≈G；在G為重負(fù)載下，由于沖突增多，致使S<G；當(dāng)G=0.5時,S≈0.184為最大值，這表明純ALOHA的信道利用率最多只有18.4％。這顯然不能令人滿意，但Ｇ=0.5時，在低負(fù)載和高速的條件下，沖突較少，傳輸時延不大，網(wǎng)絡(luò)仍有一定的實(shí)用價(jià)值。2)時隙ALOHA

為了提高信道利用率，人們又提出了時隙ALOHA(SlottedALOHA)方式，它將各站點(diǎn)都同步工作，且將時間分為等長的時隙T0，同時規(guī)定不論分組何時到達(dá)站點(diǎn)，只能在每個時隙開始瞬間才能發(fā)送出去。于是，網(wǎng)絡(luò)一旦發(fā)生沖突，只會破壞一個時隙內(nèi)各分組的傳送。因而，與純ALOHA相比，時隙ALOHA沖突的危險(xiǎn)區(qū)時間由2個T0變?yōu)橐粋€T0，信道利用率也提高了1倍。在時隙ALOHA方式下，S與G的關(guān)系式為(6.2)

由式可知，其最大吞吐量為0.368，且出現(xiàn)在G等于1.0處。如今，ALOHA技術(shù)仍在蜂窩式移動通信系統(tǒng)(GSM)中應(yīng)用。上述兩種ALOHA系統(tǒng)成功發(fā)送一個分組平均所需的時間分別為純ALOHA

時隙ALOHA式中，P為站點(diǎn)到主站的來回傳播時間與處理時間之和，E為重傳次數(shù)，(1+k)/2為平均重發(fā)一次所產(chǎn)生的時延，k表示每次重傳后退時間的最大系數(shù)。2.CSMA技術(shù)圖6.3.2給出了總線型局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，CSMA是ALOHA系統(tǒng)的一種改進(jìn)協(xié)議。采用附加的硬件接口，每個站點(diǎn)都能在發(fā)送前監(jiān)聽到同一信道其他站點(diǎn)是否在發(fā)送分組。如果監(jiān)聽到有分組在傳輸，這個站就暫不發(fā)數(shù)據(jù)，從而減少了發(fā)生沖突的可能性，這樣可以提高吞吐量和信道利用率，減少成功發(fā)送分組的時延。下面先簡單介紹CSMA的幾種類型及工作原理。圖6.3.2總線型局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)每個站點(diǎn)在準(zhǔn)備發(fā)送分組及監(jiān)聽信道已被占用時所采取的策略不同，CSMA方式可分為：(1)非持續(xù)(Nonpersistent)CSMA。

非持續(xù)(Nonpersistent)CSMA的工作原理為：如果監(jiān)聽到信道為空閑，便立即發(fā)送分組；如果監(jiān)聽到信道為忙，則啟動一隨機(jī)延遲定時器，等到超時后再監(jiān)聽信道。(2)時隙非持續(xù)CSMA。

時隙非持續(xù)CSMA的操作過程與非持續(xù)CSMA基本相同，只是允許在每個時隙開始瞬時才能發(fā)送分組。(3)持續(xù)(Persistent)CSMA。

持續(xù)(Persistent)CSMA的操作過程如下：如果監(jiān)聽到信道為空閑，便立即發(fā)送分組；如果監(jiān)聽到信道為忙，則繼續(xù)堅(jiān)持監(jiān)聽信道，直至信道為空閑。(4)p持續(xù)CSMA。p持續(xù)CSMA的操作過程為：如果監(jiān)聽到信道為空閑，則以概率p的可能立即發(fā)送分組，而以(1-p)概率推遲一定時間后再發(fā)送；如果遇到信道忙，則繼續(xù)堅(jiān)持監(jiān)聽，直到信道為空閑，再以概率p來發(fā)送分組。同樣，在持續(xù)CSMA中也可有時隙持續(xù)CSMA方式。CSMA在發(fā)送分組之前進(jìn)行載波監(jiān)聽，減少了沖突的可能性。但由于傳輸時延的存在，沖突仍然是難以避免的。例如，圖6.3.3所示的局域網(wǎng)上兩端站點(diǎn)A和B相距l(xiāng)km，用同軸電纜相連，電磁波在電纜中的傳播速度約為自由空間的65％左右，因此lkm長度信號的傳播時間約為5μs。當(dāng)A向B發(fā)出分組，B要在5μs之后方能收到此分組。由于載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)的分組，因而B若在A的分組到達(dá)B之前發(fā)送了自己的分組，則必然會與A的分組發(fā)生沖突，致使雙方的分組都受損?？梢姡谧畈焕那闆r下，A發(fā)完分組后需經(jīng)過2倍的傳播時延(τ)才能收到B發(fā)的確認(rèn)信息。CSMA算法沒有檢測沖突的功能，即使沖突已發(fā)生，仍然要將已遭破壞的幀發(fā)完，這導(dǎo)致總線的利用率降低。圖6.3.3傳播時延對載波監(jiān)聽的影響6.3.2CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法1.CSMA/CD工作原理

IEEE802.3定義了CSMA/CD介質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議。CSMA/CD載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測基于介質(zhì)共享的機(jī)理，在基帶總線上只能存在一個單向的信息流，各個站點(diǎn)(包括工作站、服務(wù)器)均得通過隨機(jī)訪問技術(shù)的爭用方法來獲取通信權(quán)限。CSMA/CD屬于廣播式信道，因此具有多目的地址的特點(diǎn)。

CSMA/CD比CSMA增加了一個邊發(fā)送邊監(jiān)聽的功能。只要監(jiān)聽到?jīng)_突，沖突雙方就立即停止發(fā)送。這樣，信道很快進(jìn)入空閑期，可提高信道利用率。這種邊發(fā)送邊監(jiān)聽的功能稱為沖突檢測(CollisionDetection)。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，往往還采取一種強(qiáng)化沖突的措施，即當(dāng)發(fā)送分組的站點(diǎn)一旦發(fā)現(xiàn)了沖突，除了立即停止發(fā)送外，還要繼續(xù)發(fā)送若干比特的干擾信號(JammingSignal)，以便使所有站點(diǎn)能確知發(fā)生了沖突(參看圖6.3.3)。CSMA/CD的工作原理(參看圖6.3.4)歸納如下：圖6.3.4CSMA/CD的工作流程圖(1)載波監(jiān)聽。任一站要發(fā)送信息時，首先要監(jiān)測總線，用來判決介質(zhì)上有否其他站的發(fā)送信號。如果介質(zhì)呈忙，則等待一定間隔后重試；如果介質(zhì)為空閑，則可以立即發(fā)送。由于通道存在傳播時延，采用載波監(jiān)聽的方法仍避免不了兩站點(diǎn)在傳播時延期間發(fā)送的幀會產(chǎn)生沖突。(2)沖突檢測。每個站在發(fā)送幀期間，同時具有檢測沖突的能力。一旦遇到?jīng)_突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串阻塞信號，通報(bào)總線上各站沖突已發(fā)生。(3)多路訪問。檢測到?jīng)_突并在發(fā)完阻塞信號后，為了降低再次沖突的概率，需要等待一個隨機(jī)時間(沖突的各站可不相等)，然后再用CSMA算法重新發(fā)送。為了決定隨機(jī)時間，可采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法，其過程如下：(1)對每個幀，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時，設(shè)置參數(shù)為L＝2。(2)退避間隔隨機(jī)取1到L個時間間隔中的一個，一個時間間隔等于任意兩個站之間最大傳播時延的兩倍，即2τ(設(shè)最大傳播時延為τ，適用于基帶總線)。(3)當(dāng)幀重復(fù)發(fā)生一次沖突時，將參數(shù)L加倍。(4)設(shè)置一個最大重傳次數(shù)，超過這個限值，則停止重傳并報(bào)告出錯。這種算法是按后進(jìn)先出的次序控制的，即未沖突或很少發(fā)生沖突的幀具有優(yōu)先發(fā)送的概率。2.IEEE802.3/以太網(wǎng)MAC幀結(jié)構(gòu)

IEEE802.3/以太網(wǎng)CSMA/CD的MAC幀格式如圖6.3.5所示。其中：(1)前導(dǎo)碼(7字節(jié))用于同步，每字節(jié)為10101010。(2)SFD(1字節(jié))是起始定界符，該字節(jié)為10101011。(3)DA、SA(6字節(jié))分別為MAC的目的地址、源地址(早期可用2～6字節(jié))。(4)長度(2字節(jié))在802.3標(biāo)準(zhǔn)中表示數(shù)據(jù)字段的LLC數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，在以太網(wǎng)的幀格式中表示類型。(5)數(shù)據(jù)字段(46~1500字節(jié))可變長，不足46字節(jié)的LLC-PDU需加填充字節(jié)。(6)FCS(4字節(jié))為幀校驗(yàn)序列，使用CRC循環(huán)冗余碼檢測是否有傳輸上的差錯。圖6.3.5IEEE802.3/以太網(wǎng)CSMA/CD的MAC幀格式3.MAC服務(wù)規(guī)范

MAC服務(wù)規(guī)范有三種原語：

MA-DATA.request(目的地址，m-sdu，服務(wù)類型)、

MA-DATA.indication(目的地址，源地址，m-sdu，接收狀態(tài))和MA-DATA.confirmation(重發(fā)狀態(tài))。

參數(shù)目的地址(Destination-address)可指定單個或成組的MAC實(shí)體地址。服務(wù)類型(Service-class)指明了LLC或更高層請求服務(wù)的質(zhì)量。重發(fā)狀態(tài)(Retransmission-Status)用于將狀態(tài)信息返回給對等的LLC子層實(shí)體。m-sdu是MAC子層實(shí)體要發(fā)送的MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元。以太網(wǎng)(Ethernet)和IEEE802.3一樣采用CSMA/CD協(xié)議，并使用帶有二進(jìn)制指數(shù)的退避算法和1―堅(jiān)持算法。這種算法在低負(fù)載時，若介質(zhì)空閑，則要發(fā)送幀的站點(diǎn)能立即發(fā)送；在重負(fù)載時，系統(tǒng)仍能保證穩(wěn)定。以太網(wǎng)使用基帶系統(tǒng)和Manchester編碼，通過檢測通道上的信號存在與否來實(shí)現(xiàn)載波監(jiān)聽。發(fā)送站的收發(fā)器檢測沖突，如果發(fā)生沖突，收發(fā)器電纜上的信號幅度超過收發(fā)器本身所發(fā)的信號幅度。由于在介質(zhì)上傳播的信號有衰減，為了正確地檢測出沖突信號，以太網(wǎng)限制粗纜的最大長度為500m。例6―1某總線網(wǎng)長度為400m，信號傳播速度為200m/μs，假如位于總線兩端的站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀時發(fā)生了沖突，問：(1)該兩站之間信號的傳播延遲時間是多少？(2)最多經(jīng)過多長時間才能檢測到?jīng)_突？解(1)該兩站之間信號的傳播延遲時間τ=t傳播=400m/(200m/μs)=2μs。(2)最多經(jīng)過2τ時間，即4μs才能檢測到?jīng)_突。例6―2長度為1km，傳輸速率為10Mb/s的802.3LAN，其傳播速度為200m/μs，數(shù)據(jù)幀長256位，包括32位報(bào)頭、校驗(yàn)位和其他開銷在內(nèi)。一個幀成功發(fā)送以后的時間單元首先保留給接收方，用來捕獲信道并發(fā)送一個32位的確認(rèn)幀。假設(shè)沒有沖突，那么不包括開銷的有效數(shù)據(jù)率是多少？解

計(jì)算傳播時間發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀的傳輸時間傳送32位確認(rèn)幀的傳輸時間因此,不包括開銷的有效數(shù)據(jù)率C=10×106×0.577=5.77Mb/s。

若例6―2中數(shù)據(jù)幀長改為2560位，其他條件不變，則介質(zhì)的理想效率(即利用率)可算得為0.939；如果將傳輸距離減少一半，其他條件不變，可算出理想效率為0.66。由此可得CSMA/CD方法的一些重要結(jié)論：理想效率(1)若使用基帶總線，CSMA/CD的沖突檢測時間等于LAN上任意兩站點(diǎn)間最大傳播延遲的2倍；若使用頻帶總線，沖突檢測時間應(yīng)等于LAN上任意兩站點(diǎn)間最大傳播延遲的4倍。(2)介質(zhì)的最大利用率取決于幀的長度和傳播時間。由于總線型CSMA/CD算法很簡單，因而得到了廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時，由于沖突增多，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率急劇下降，使發(fā)送延遲時間不確定；另一方面，為確保有效檢測出沖突信號而不使成本太高，必須限制網(wǎng)段的最大傳輸距離。6.3.3標(biāo)記環(huán)介質(zhì)訪問控制方法標(biāo)記傳遞訪問技術(shù)始于1969年，稱為Newhall環(huán)路。如今,IBM公司所研究的IBMTokenRing局域網(wǎng)就采用了這種工作方式，后來成為IEEE802.5標(biāo)記環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)。圖6.3.6IEEE802.5標(biāo)記環(huán)介質(zhì)訪問1.IEEE802.5標(biāo)記環(huán)工作原理標(biāo)記(Token，也可譯為令牌)傳遞訪問技術(shù)中，各個站點(diǎn)通過鏈路依次串接成一個閉合的環(huán)路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速無沖突、單向傳輸。它是一種分散控制方式。IEEE802.5標(biāo)記環(huán)(TokenRing)的傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線，速率為4Mb/s或16Mb/s，基帶傳輸，使用差分曼徹斯編碼。介質(zhì)訪問時使用一個標(biāo)記沿著環(huán)循環(huán)，且應(yīng)確保該標(biāo)記在環(huán)中為惟一，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约懊空军c(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖如圖6.3.6(a)所示。標(biāo)記環(huán)中的關(guān)鍵部件是轉(zhuǎn)發(fā)器，見圖6.3.6(b)。轉(zhuǎn)發(fā)器共有兩種工作狀態(tài)，一種為收聽(或轉(zhuǎn)送)方式，如圖6.3.6(c)；另一種是發(fā)送方式，如圖6.3.6(d)。只要站點(diǎn)不處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，轉(zhuǎn)發(fā)器就工作在收聽方式。這時，轉(zhuǎn)發(fā)器一方面從環(huán)路輸入比特流，其最小延遲為1bit；另一方面則隨時監(jiān)視兩種特殊的比特組合。第一種特殊比特組合是本站的地址，轉(zhuǎn)發(fā)器一旦發(fā)現(xiàn)有本站的地址,則立即將電子開關(guān)S閉合，于是環(huán)路輸入的比特流經(jīng)開關(guān)S從轉(zhuǎn)發(fā)器輸出接到站點(diǎn)，與此同時，轉(zhuǎn)發(fā)器仍然轉(zhuǎn)送環(huán)路輸入的比特流，經(jīng)環(huán)路輸出端旁路(ByPass)到環(huán)路的下一個轉(zhuǎn)發(fā)器中。第二種特殊的比特組合是標(biāo)記。標(biāo)記平時一直在環(huán)路上流動，它好比一輛環(huán)城運(yùn)行的公共汽車。當(dāng)站點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，必須等待標(biāo)記到站。轉(zhuǎn)發(fā)器一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)路輸入的比特流中出現(xiàn)標(biāo)記，首先將標(biāo)記的代碼轉(zhuǎn)成信息幀的標(biāo)志代號，接著可將發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)從轉(zhuǎn)發(fā)器的環(huán)路輸出端發(fā)送出去。當(dāng)站點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)時，數(shù)據(jù)以幀為單位。由于環(huán)路中此時沒有標(biāo)記，所以其他各站都無權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)，只能處于收聽／轉(zhuǎn)送狀態(tài)。當(dāng)所發(fā)的信息幀在環(huán)路上轉(zhuǎn)了一圈后，最后又從環(huán)路輸入端回到原站點(diǎn)。對返回的信息幀進(jìn)行檢查，就可判斷傳送是否正確。當(dāng)所發(fā)送的信息幀的最后一個比特繞環(huán)路一周后返回到原來的站時，原來的站必須生成一個標(biāo)記，并將它從環(huán)路輸出端送出，同時將轉(zhuǎn)發(fā)器置于收聽方式。這樣，環(huán)路又有了惟一的標(biāo)記，它依次經(jīng)過每個轉(zhuǎn)發(fā)器，等待某個站去截獲?？傊孬@標(biāo)記的站要負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)過后再生成一個標(biāo)記，發(fā)送信息幀的站要負(fù)責(zé)從環(huán)路上收回該信息幀。

IEEE802.5標(biāo)記環(huán)工作原理歸納如下：網(wǎng)上站點(diǎn)要求發(fā)送幀時，必須等待空標(biāo)記；當(dāng)獲取空標(biāo)記時，應(yīng)將它改為忙標(biāo)記，后隨數(shù)據(jù)幀發(fā)送；此時，在一個循環(huán)內(nèi)其他站點(diǎn)不能發(fā)送數(shù)據(jù)；所發(fā)的幀在環(huán)上循環(huán)一周后，回到發(fā)送站，將此幀移去;將忙標(biāo)記改成空標(biāo)記，繼續(xù)傳送此空標(biāo)記，供后續(xù)站發(fā)送幀。2.標(biāo)記環(huán)MAC幀結(jié)構(gòu)與操作

IEEE802.5標(biāo)記環(huán)的MAC幀結(jié)構(gòu)如圖6.3.7所示。設(shè)有兩種類型的幀：標(biāo)記幀和數(shù)據(jù)幀。圖6.3.7標(biāo)記環(huán)的MAC幀格式1)標(biāo)記幀格式圖6.3.7所示的標(biāo)記幀格式共3字節(jié)長，SD、ED分別為起始、結(jié)束定界符(1字節(jié))，這兩個字節(jié)中各有4個比特是特殊的。IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用差分曼徹斯特編碼，即在每1比特的中間有一個正或負(fù)的跳變，而這4個特殊的比特中間卻沒有這種跳變的高電平或低電平，因此，在差分曼徹斯特編碼的比特流中，它們是惟一的，用來表示標(biāo)記的始末。

AC(訪問控制)字段是幀中最重要的字段，設(shè)有優(yōu)先級PPP(3比特)、T位(標(biāo)記位，1比特)、M位(監(jiān)控位，1比特)、RRR(優(yōu)先級位，3比特)。AC中關(guān)鍵的第4比特——T比特指示所接收的是Token幀或數(shù)據(jù)幀，T=0為標(biāo)記幀，T=1為數(shù)據(jù)幀。因此，截獲標(biāo)記就是將T比特由0變?yōu)?，然后丟掉結(jié)束字節(jié)，并把數(shù)據(jù)幀格式的第3字節(jié)起的各字段加接上去，使其成為一個信息幀。M比特通常為0，其作用是防止一些幀無休止地在環(huán)中循環(huán)。通?？稍诃h(huán)路中設(shè)一個監(jiān)控站，當(dāng)一個幀經(jīng)過監(jiān)控站時，M比特被置成1。M=1的幀分為兩類：一類為控制幀，所有站必須接收，并按控制比特的指示去動作；另一類為數(shù)據(jù)幀，只有指定目的地址的站才接收。RRR為預(yù)約優(yōu)先級(共8級)2)數(shù)據(jù)幀格式數(shù)據(jù)幀中，F(xiàn)C為幀控制位，1字節(jié)，其中FF(幀類型位，2比特)指示幀的內(nèi)容是MAC-PDU或LLC―PDU；DA、SA為2~6字節(jié)；信息字段長度是可選的，信息內(nèi)容用向量來表示。FS為幀狀態(tài)位，1字節(jié)，其中A為地址識別位，C為幀復(fù)制位。正常情況下，A、C置為0，當(dāng)一個站識別了幀的DA=本站地址，則將設(shè)置通過的幀的A=1。當(dāng)一個站復(fù)制了幀時，則置C=1。DA(目的地址)、SA(源地址)可選16位或48位，使用時DA、SA的地址長度應(yīng)保持一致，SA為單地址，DA可選單地址、多地址和廣播地址。3.幀的發(fā)送／接收1)幀的發(fā)送任一工作站要發(fā)送幀時，首先將幀存放在發(fā)送緩沖器中，然后等待標(biāo)記到達(dá)本站環(huán)接口。若接收到一個標(biāo)記位為“0”(T=0)的標(biāo)記，且優(yōu)先級允許本站持有它，則立即將標(biāo)記位T置為“1”，并把發(fā)送緩沖器中的幀掛接在其后予以發(fā)送。若接收到的是一個數(shù)據(jù)幀(T=1)或一個不允許本站持有的標(biāo)記，則本站環(huán)接口執(zhí)行轉(zhuǎn)送操作，但可利用AC字段中的RRR進(jìn)行優(yōu)先權(quán)預(yù)約，即將RRR這三個比特置成適當(dāng)?shù)闹?，然后等待下一次?biāo)記到達(dá)。2)幀的回收和標(biāo)記恢復(fù)誰發(fā)的幀誰負(fù)責(zé)回收，回收后并負(fù)責(zé)向環(huán)路送出一個標(biāo)記幀。3)幀的接收環(huán)上每個工作站的環(huán)接口平時都處于轉(zhuǎn)送狀態(tài)。轉(zhuǎn)送時一并對每一個被轉(zhuǎn)送的幀頭進(jìn)行檢測。一旦發(fā)現(xiàn)有DA=本站MAC地址的幀頭，即說明本站是該幀的目的站，此時，除了繼續(xù)保持轉(zhuǎn)發(fā)操作外，同時還把該幀的內(nèi)容拷貝到接收緩沖器中，進(jìn)行進(jìn)一步處理，最后設(shè)置FS字段中的AC=11，表示該幀己被目的站接收成功。4.優(yōu)先權(quán)操作標(biāo)記環(huán)網(wǎng)的優(yōu)先權(quán)操作是通過對標(biāo)記幀或數(shù)據(jù)幀頭中的AC字段值的判斷和修改來進(jìn)行的。1)優(yōu)先權(quán)預(yù)約一個工作站要發(fā)送幀時，必須滿足兩個條件：必須收到一個標(biāo)記幀(T=0的幀)；要發(fā)送的幀的優(yōu)先級Pm≥標(biāo)記幀AC字段中的PPP值(Pr)。不滿足上述條件時，必須進(jìn)行優(yōu)先權(quán)預(yù)約。2)預(yù)約的方法預(yù)約的方法是判斷幀中AC字段的RRR值(Rr)，若要發(fā)送的幀的優(yōu)先級Pm>Rr，則將RRR設(shè)置成Pm，因其他站要發(fā)送的幀的優(yōu)先級都小于Pm，所以下次標(biāo)記再循環(huán)回來時本站就可以持有標(biāo)記；若Pm≤Rr，則本站無權(quán)預(yù)約，只能繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)操作。3)標(biāo)記優(yōu)先權(quán)處理數(shù)據(jù)幀被源站點(diǎn)回收后，應(yīng)立即向環(huán)路再送出一個新標(biāo)記幀，以便讓其他站點(diǎn)獲得發(fā)送的機(jī)會。此標(biāo)記幀AC字段中的PPP和RRR的修改方法如下：若Rr∨Pm≤Pr，則新標(biāo)記的PPP降級，即PPP=Rr，RRR=0；若Rr＞Pr∧Pm＞Pr，則新標(biāo)記的PPP升級，即PPP=max(Pm，Rr)，RRR=0。5.標(biāo)記環(huán)的維護(hù)每個標(biāo)記環(huán)要求有一個監(jiān)控站來管理環(huán)路狀態(tài)，監(jiān)控站由競爭的辦法產(chǎn)生(每一個工作站都有成為監(jiān)控站的權(quán)力)。監(jiān)控站利用MAC控制幀(共有6種)來執(zhí)行標(biāo)記環(huán)的維護(hù)。監(jiān)控站的責(zé)任是：(1)保證環(huán)內(nèi)標(biāo)記不致丟失，采用計(jì)時器的方法來檢測標(biāo)記丟失否。(2)消除環(huán)上的無效幀和無限循環(huán)幀。(3)保障環(huán)路的最小長度。因?yàn)闃?biāo)記長度為24比特，所以環(huán)最小要容納24比特，否則要插入額外的延時。6.平均時延標(biāo)記環(huán)上的任一源站點(diǎn)到目的站點(diǎn)的平均時延Tr應(yīng)為平均等待時間、平均發(fā)送時間以及兩站點(diǎn)之間平均的行走時間之和。若環(huán)路上設(shè)有N個站，每個站在轉(zhuǎn)發(fā)比特流時需延遲b比特(最小延遲bmin=1)，信道數(shù)據(jù)率為C，而整個環(huán)路的傳播時延為τ，顯然，整個環(huán)路的行走時間L為(6.3)

兩站之間的平均行走時間應(yīng)為L／2。若平均幀長為1／μ，則平均發(fā)送時間為1／μC。最后可求出平均時延(6.4)

式中，k=2時，分組為定長；k=1時，分組為指數(shù)分布；ρ=Nλ/μC為通信量強(qiáng)度；又設(shè)每站的平均到達(dá)率μC為每站的平均服務(wù)率。環(huán)的長度若用位來計(jì)算，環(huán)上每個轉(zhuǎn)發(fā)(中繼)器引入1比特延遲，環(huán)好似一個循環(huán)緩沖器，環(huán)上的位數(shù)等于傳播延遲(5μs/km)×發(fā)送介質(zhì)長度×數(shù)據(jù)速率+轉(zhuǎn)發(fā)器延遲。

例6―3設(shè)環(huán)上有20個站點(diǎn)，數(shù)據(jù)速率為4Mb/s，介質(zhì)長度為1km。試問環(huán)上的位數(shù)等于多少？解環(huán)上的位數(shù)等于傳播延遲(5μs/km)×發(fā)送介質(zhì)長度×數(shù)據(jù)速率+轉(zhuǎn)發(fā)器延遲，即環(huán)上的位數(shù)=5×1×4+20=40bit。

例6―4若有100個站點(diǎn)成環(huán)，站間平均距離為10m，數(shù)據(jù)率為10Mb/s，試問環(huán)上可容納多少比特？解兩站間鏈路長度的位數(shù)=10Mb/s×10m/［(2×108)m/s］=0.5bit，每個中繼器延遲1bit，則環(huán)上可容納的比特?cái)?shù)為(1+0.5)×100=150bit。7.MAC服務(wù)規(guī)范

IEEE802.5標(biāo)記環(huán)網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)包括4部分：LLC、MAC、物理層和傳輸介質(zhì)。網(wǎng)上的各個站點(diǎn)可以設(shè)置成不同的優(yōu)先級，采用分布式調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)。

IEEE802.5標(biāo)記環(huán)網(wǎng)的MAC服務(wù)規(guī)范也有3條原語，與802.3類同，但其參數(shù)不一樣，如幀控制(Frame-control)、傳輸狀態(tài)(Transmission-status)、質(zhì)量(Quality)、要求服務(wù)等級(Request-service-class)、已提供服務(wù)等級(Provided-service-class)等。標(biāo)記傳遞環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是在重負(fù)載條件下能高效率地運(yùn)行，當(dāng)每個站依次截獲標(biāo)記后發(fā)送數(shù)據(jù)時，整個環(huán)路的工作與時分復(fù)用相似；其次，由于環(huán)中每個站點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)器都起比特流整形再生作用，因此標(biāo)記傳遞環(huán)跨越的距離可以延長。環(huán)型結(jié)構(gòu)沒有路由選擇，不會出現(xiàn)擁塞和死鎖，易于實(shí)現(xiàn)分布控制和高速通信。但在低負(fù)載時，發(fā)送數(shù)據(jù)的站點(diǎn)由于必須等待標(biāo)記而會產(chǎn)生附加的延遲，在標(biāo)記傳遞環(huán)上某個站點(diǎn)一旦出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個環(huán)路不通，這是標(biāo)記環(huán)網(wǎng)最致命的弱點(diǎn)。為此，人們提出了多種改進(jìn)的標(biāo)記傳遞環(huán)結(jié)構(gòu)，如星型環(huán)路、雙環(huán)等。6.3.4標(biāo)記總線介質(zhì)訪問控制方法標(biāo)記總線(IEEE802.4)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與邏輯環(huán)如圖6.3.8所示。圖6.3.8IEEE802.4標(biāo)記總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與邏輯環(huán)1.標(biāo)記總線的工作原理標(biāo)記總線(TokenBus)介質(zhì)訪問控制方法是在物理總線上建立一個邏輯環(huán)，每一臺連網(wǎng)的站點(diǎn)都含有一站號(地址)，各站根據(jù)站號連成一個邏輯環(huán)，如圖中E→D→C→B→A→E。每個站點(diǎn)都應(yīng)駐留前繼站號、本站號和后繼站號。如同標(biāo)記環(huán)那樣，標(biāo)記是站點(diǎn)可以發(fā)送數(shù)據(jù)的必要條件，標(biāo)記在邏輯環(huán)中按地址的遞減順序傳送到下一站點(diǎn)。從物理上看，含DA的標(biāo)記幀廣播到Bus上，所有站點(diǎn)按DA=本站地址判斷收否。2.標(biāo)記總線介質(zhì)訪問控制方法的特點(diǎn)標(biāo)記總線介質(zhì)訪問控制方法有以下特點(diǎn)：(1)標(biāo)記總線介質(zhì)訪問控制方式能確保在總線上不會產(chǎn)生沖突。(2)站點(diǎn)具有公平的訪問權(quán)。(3)若使站點(diǎn)等待標(biāo)記的時間為確知的，需限定每個站發(fā)送幀的最大長度。(4)如果只有一個站點(diǎn)有報(bào)文發(fā)送，其等待標(biāo)記的最長時間等于標(biāo)記傳遞時間的總和，而平均等待時間是標(biāo)記傳遞時間總和的一半。(5)允許設(shè)置優(yōu)先級。標(biāo)記總線介質(zhì)訪問控制方式的初始化及站點(diǎn)的增、刪或故障處理的過程都十分復(fù)雜，必須配置相應(yīng)的算法，如標(biāo)記傳遞算法、邏輯環(huán)初始化、站插入算法和站刪除算法。標(biāo)記總線介質(zhì)訪問控制方法在重負(fù)載時的吞吐量性能仍很好，發(fā)送延遲可確定且可以設(shè)定優(yōu)先級，可用于在支持多個信道的頻帶電纜上傳送數(shù)據(jù)、數(shù)字話音信號，但因其算法復(fù)雜、成本較高而未能占有市場。

6.4以太網(wǎng)和以太交換6.4.1以太網(wǎng)局域網(wǎng)的種類很多，以太網(wǎng)(Ethernet)是最早也是當(dāng)前最流行的一種局域網(wǎng)。交換式以太網(wǎng)得到了業(yè)界大多數(shù)經(jīng)銷商的支持，維護(hù)了以太網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展地位。以太網(wǎng)(Ethernet)的核心思想是共享公用的傳輸信道，最早在1973年由Xerox公司的Metcalfe工程師首先提出，隨后在1980年，DEC、Intel和Xerox三家公司聯(lián)手推出以太網(wǎng)藍(lán)皮書，即DIX版Ethernet1.0規(guī)范；其后的DIXEthernet2.0與1983年的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上是不完全一致的，其差別在幀格式的兩個字節(jié)定義上：以太網(wǎng)定義為類型(Type)的字節(jié)在IEEE802.3中定義為長度(Length)。

表6.4.1列出了以太網(wǎng)的系列規(guī)范，包括傳輸速率、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)段長度以及網(wǎng)段數(shù)等參數(shù)。表6.4.1以太網(wǎng)的系列規(guī)范1.粗纜以太網(wǎng)粗纜以太網(wǎng)(10Base―5)數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mb/s，Base是指基帶傳輸，5是指最大的干線段長度為500m，如圖6.4.1所示。圖6.4.1粗纜以太網(wǎng)(10Base―5)

DIX2.0與IEEE802.3具有下列相同的特征：(1)介質(zhì)訪問控制方式都為CSMA/CD。(2)地址字段中的DA、SA均為6字節(jié)。(3)差錯校驗(yàn)均為幀校驗(yàn)序列(FCS)。(4)幀長最大值為1500字節(jié)(不含幀頭、幀尾18字節(jié))，幀長最大值為46字節(jié)，如果上層的數(shù)據(jù)字段小于46字節(jié)，則應(yīng)附加填充字節(jié)。10Base―5是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)接口卡(簡稱網(wǎng)卡)接口采用DIX型(AUI)15芯連接器。如果采用無盤工作站，則網(wǎng)卡上需加遠(yuǎn)程啟動PROM芯片。收發(fā)器(Transceiver)具有三個端口，一端(AUI)用來連接工作站，另兩個端口(BNC)連接粗同軸電纜。收發(fā)器到工作站間距離小于50m，兩個收發(fā)器間的距離不小于2.5m。

中繼器(Repeater)用于再生信號，延伸傳輸距離。粗纜以太網(wǎng)10Base―5最多允許加入4個中繼器，連接5段干線，但僅允許在3個干線段上接工作站。最大網(wǎng)絡(luò)干線長度可達(dá)2469m(近似稱為2.5km)。粗纜(ThickCable)用0.4英寸的同軸電纜作干線，一個干線上最多可接100臺工作站。50Ω終接器用于阻抗匹配，網(wǎng)絡(luò)一端的終接器要求接地。2.細(xì)纜以太網(wǎng)細(xì)纜以太網(wǎng)(10Base―2)的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mb/s，Base是指基帶傳輸，2是指最大的干線段長度為185m，如圖6.4.2所示。圖6.4.2細(xì)纜以太網(wǎng)(10Base―2)

10Base―2的網(wǎng)絡(luò)接口卡(簡稱網(wǎng)卡)接口采用BNC型接頭，也兼有RJ―45接口。網(wǎng)卡上有內(nèi)置收發(fā)器。如果采用無盤工作站，則應(yīng)在網(wǎng)卡上加上遠(yuǎn)程啟動PROM芯片。中繼器(Repeater)用于再生信號，延伸傳輸距離。細(xì)纜以太網(wǎng)10Base―2最多加入4個中繼器,連接5段干線,僅允許在3個干線段上接工作站,最大網(wǎng)絡(luò)干線長度可達(dá)910m(近似稱為1km)。

細(xì)纜用0.2英寸的同軸電纜作干線，一個干線上最多可接30臺工作站。50Ω終接器用于阻抗匹配，要求網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的終接器接地。3.雙絞線以太網(wǎng)目前，在部門級、工作組內(nèi)基本都采用雙絞線以太網(wǎng)(10Base―T)來組網(wǎng)，如圖6.4.3所示。圖6.4.3雙絞線以太網(wǎng)(10Base―T)雙絞線以太網(wǎng)中，每個站點(diǎn)通過雙絞線匯接到集線器，致使網(wǎng)絡(luò)連接所造成的故障大大下降，有利于結(jié)構(gòu)化布線。集線器有不同的規(guī)格：8口、12口、24口等。集線器一般也含BNC接口或光纖接口。網(wǎng)卡內(nèi)置的收發(fā)器采用RJ―45接口，3＃UTP的①②端用于發(fā)送，③⑥端用于接收。另外，要求站點(diǎn)與集線器的傳輸距離應(yīng)小于100m；集線器能用同軸電纜或光纖相連，組成企業(yè)網(wǎng)。6.4.2交換式以太網(wǎng)以太網(wǎng)技術(shù)方案因其性能價(jià)格比高而占有很大的市場份額。以太網(wǎng)提供共享的廣播式信道，在任何時刻，信道中只允許一個站點(diǎn)的單向信息流，其他站點(diǎn)都能收到，并根據(jù)幀頭的DA對此信息流作出判斷。若DA為本站的地址，則接收信息;否則，不予處理。

由此可見，以太網(wǎng)的信道始終處于“分享”和“共享”的狀態(tài)。如帶寬為10Mb/s的以太網(wǎng)，有100個站點(diǎn)上網(wǎng)，理論分析表明，每個站點(diǎn)分享的帶寬僅為0.1Mb/s(或100kb/s)。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，若考慮沖突和解決沖突等必要的開銷，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際可用的帶寬還會更低，這進(jìn)一步導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率下降，發(fā)送延遲上升。1.以太交換原理所謂以太交換技術(shù)方案，就是采用擁有一個共享內(nèi)存交換矩陣和多個端口的以太交換機(jī)，將LAN分為多個獨(dú)立的網(wǎng)段(稱之為網(wǎng)段微化)，并以線速率支持網(wǎng)段交換，允許不同用戶對進(jìn)行并行通信。一般來講，網(wǎng)段規(guī)模越小，即網(wǎng)段內(nèi)站點(diǎn)數(shù)越少，每個站點(diǎn)的平均帶寬相對越高。在極端的情況下，若每個網(wǎng)段只含有一個站點(diǎn)，則該站點(diǎn)占用的帶寬達(dá)到最大值，即由共享帶寬變?yōu)楠?dú)享帶寬。采用網(wǎng)絡(luò)交換方式進(jìn)行網(wǎng)段劃分的以太網(wǎng)稱為交換式以太網(wǎng)。交換式以太網(wǎng)可以允許同時建立多對收、發(fā)信道進(jìn)行信息傳輸。例如，交換式以太網(wǎng)中可支持每個站點(diǎn)獨(dú)占帶寬，如一個端口連接服務(wù)器；并且網(wǎng)中允許N/2個站點(diǎn)(N為站點(diǎn)數(shù))對互相交互信息，使網(wǎng)絡(luò)總體帶寬達(dá)到(N×10/2)Mb/s。交換式以太網(wǎng)有以下優(yōu)點(diǎn)：·保護(hù)原有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施可繼續(xù)使用；·實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分段，均衡負(fù)荷；·提供全雙工模式操作，提高處理效率。2.以太交換模式以太交換機(jī)端口接收到一個幀時的處理方式和效率與LAN交換模式有關(guān)，有三種以太交換模式：存儲轉(zhuǎn)發(fā)、直通和不分段方式。1)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換是一種基本的LAN交換類型。這種方式下，LAN交換機(jī)將整個幀存儲到它的緩沖器中，并且計(jì)算循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)。如果這個幀有CRC差錯或者太短(包含CRC少于64字節(jié))、太長(包含CRC多于1518字節(jié))，那么這個幀將被丟棄。如果幀沒有任何差錯，則以太交換機(jī)將在轉(zhuǎn)發(fā)或交換表中查找其目的地址，從而確定輸出接口，并將幀發(fā)往其目的端。由于這種類型的交換要存儲整個幀，并且運(yùn)行CRC，因而其延遲將隨幀長度不同而變化。CiscoCatalyst5000系列交換機(jī)就是這種運(yùn)行模式。2)直通直通(CutThrough)型交換是另一種主要的LAN交換模式。這種方式下，LAN交換機(jī)僅將目的地址(前綴之后的6個字節(jié))存到它的緩沖器中，然后在交換表中查找該目的地址，從而確定輸出接口，并將幀發(fā)往其目的端。這種直通交換方式減少了延遲，交換機(jī)一讀到幀的目的地址并確定了輸出接口，就可將幀轉(zhuǎn)發(fā)。但這種方式也存在一些問題，如果有些幀在傳輸過程中已出現(xiàn)了差錯，進(jìn)入交換機(jī)后并沒有進(jìn)行FCS校驗(yàn)而就將其轉(zhuǎn)發(fā)了，就會產(chǎn)生無效的轉(zhuǎn)發(fā)，增加了網(wǎng)絡(luò)開銷。因此，有些交換機(jī)被設(shè)計(jì)成自適應(yīng)選擇交換方式，可將其設(shè)置在直通方式工作，當(dāng)某個端口上的差錯達(dá)到用戶定義的差錯極限時，交換機(jī)會由直通模式自動切換成存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式；而當(dāng)差錯率低于這個極限時，交換機(jī)又會由存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式自動切換成直通模式。圖6.4.4列出了不同交換方式在幀中發(fā)生的位置。圖6.4.4不同的交換模式在幀中發(fā)生的位置3)不分段方式(改進(jìn)的直通方式)不分段方式是直通方式的一種改進(jìn)形式。這種方式下，交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)之前等待64字節(jié)的沖突窗口。如果一個幀有錯，那么差錯一般都會發(fā)生在前64字節(jié)中。不分段方式較直通方式提供了較好的差錯檢驗(yàn)，而幾乎沒有增加延遲。不分段交換方式可檢查到幀的數(shù)據(jù)域。4)以太交換的特點(diǎn)以太交換主要解決共享總線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)段微化，即沖突域的分割及均衡負(fù)荷問題。從設(shè)計(jì)目的上看，以太交換解決了網(wǎng)絡(luò)帶寬不足的問題。以太交換提高了每個站點(diǎn)的平均占用帶寬能力并提供了網(wǎng)絡(luò)整體的集合帶寬，具有通信量高、延遲低和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，它還可以保護(hù)原有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施可繼續(xù)使用，提供全雙工模式操作，提高了處理效率。圖6.4.5給出了CiscoCatalyst1900系列以太交換機(jī)的面板結(jié)構(gòu)。CiscoCatalyst1900系列交換機(jī)具有固定的端口類型。與Cisco5000系列交換機(jī)不一樣，它們不是模塊化的。CiscoCatalyst1900交換機(jī)只對工作站提供10Base―T的RJ―45端口，對上行線路提供100Base―T或100Base―FX的RJ―45端口。每臺交換機(jī)有12個(1912型)或24個(1924型)10Base―T的端口，有一個或兩個快速以太網(wǎng)端口。100Base―X端口稱為端口A和B。如果要將這兩個端口連接到另一個交換機(jī)上作為上行線路，必須使用交叉線。新型的以太交換機(jī)已可支持10/100Mb/s自適應(yīng)的RJ―45端口，如要求連接光纜，則需要另配光電轉(zhuǎn)換器。圖6.4.5CiscoCatalyst1900系列以太交換機(jī)6.5高速以太網(wǎng)6.5.1快速以太網(wǎng)1993年，40多家網(wǎng)絡(luò)廠商加入高速Ethernet聯(lián)盟，合作開發(fā)高速以太網(wǎng)。1995年，IEEE正式通過100Base―T標(biāo)準(zhǔn)，稱之為快速以太網(wǎng)(FastEthernet)標(biāo)準(zhǔn)。快速以太網(wǎng)仍是一種共享介質(zhì)技術(shù)，它可以在交換式快速以太網(wǎng)為每端口提供100Mb/s的帶寬。1.100Base―T特征100Base―T繼承性地直接拓展了10Mb/s以太網(wǎng)，其主要特征有：(1)原封不動地采用了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CD介質(zhì)訪問控制技術(shù)，采用集線器(Hub)組網(wǎng)構(gòu)成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木€速率提高到100Mb/s，提供了從10Base―T平滑過渡到100Mb/s性能的解決方案。(2)100Base―T技術(shù)的關(guān)鍵部件是100Mb/s的CSMA/CD收發(fā)器及介質(zhì)獨(dú)立接口(MII，MediaIndependentInterface)，現(xiàn)支持三種類型的收發(fā)器：·100Base―T4：采用4對3類或5類UTP雙絞線纜；·100Base―TX：采用2對5類UTP或150ΩSTP雙絞線纜；·100Base―FX：采用2對MMF多模光纖，有利于結(jié)構(gòu)化布線。(3)采用了FDDI/CDDI的標(biāo)準(zhǔn)信號設(shè)計(jì)方案，即4B/5B編碼技術(shù)，在技術(shù)上與CDDI保持兼容，不使用曼徹斯特編碼。100Base―T網(wǎng)采用自適應(yīng)網(wǎng)卡，可在10Mb/s和100Mb/s環(huán)境下混合使用，已成為當(dāng)前市場的主流選擇。2.快速以太網(wǎng)特點(diǎn)(1)性能價(jià)格比高，線速率達(dá)100Mb/s。(2)完全兼容10Base―TLAN標(biāo)準(zhǔn)(CSMA/CD)。(3)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持MII(介質(zhì)獨(dú)立接口)。(4)支持全雙工通信，若要擴(kuò)展傳輸距離，需使用網(wǎng)橋或交換機(jī)級聯(lián)。6.5.2100VG―AnyLAN1994年，IEEE802.12推出100VG―AnyLAN標(biāo)準(zhǔn)，它是由HP和AT&T共同開發(fā)的。100VG―AnyLAN也稱100Base―VG，它在IEEE802.3網(wǎng)的基礎(chǔ)上作了重大的改進(jìn)。100VG―AnyLAN采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠以100Mb/s的速率傳輸以太網(wǎng)和標(biāo)記環(huán)信息。它采用了需求優(yōu)先權(quán)輪詢(DemandPriorityPolling)的介質(zhì)訪問控制方式，摒棄了傳統(tǒng)的CSMA/CD技術(shù)，是一種無沖突局域網(wǎng)。所謂“需求優(yōu)先權(quán)輪詢”仲裁機(jī)制，是指網(wǎng)上一個站點(diǎn)向智能集線器(Hub)發(fā)出傳遞信息的請求時，若網(wǎng)絡(luò)空閑，Hub立即認(rèn)可該請求，站點(diǎn)可隨即向Hub傳送信息包。當(dāng)信息包到達(dá)Hub時，Hub通過識別包中的目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。若Hub同時收到多個請求，則將采用“循環(huán)輪詢”的仲裁方式依次認(rèn)可各個請求。這種技術(shù)能使帶寬的利用率大大提高，網(wǎng)絡(luò)延遲明顯減少。100VG―AnyLAN的特點(diǎn)如下：(1)100VG―AnyLAN同時支持IEEE802.3和802.5的幀格式。(2)MAC子層不用CSMA/CD協(xié)議，而采用按需分配優(yōu)先級存取方法(DPAM)。(3)網(wǎng)絡(luò)性能可預(yù)期，與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷無關(guān)。(4)支持語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)。(5)采用4對線收發(fā)信號，線路編碼采用5B/6BNRZ。100VG―AnyLAN在與100Base―T快速以太網(wǎng)的競爭中并沒有取得絕對的優(yōu)勢，其主要原因是缺乏一些關(guān)鍵以太網(wǎng)廠商的支持，未提供10Base―T的簡單轉(zhuǎn)接方式，需要新的網(wǎng)絡(luò)管理和分析工具等。6.5.3千兆以太網(wǎng)1996年，千兆位以太網(wǎng)(GigabitEthernet)問世，1999年IEEE發(fā)表了1000Base―X標(biāo)準(zhǔn)802.3z，引起業(yè)界的廣泛興趣。千兆位以太網(wǎng)(1000Mb/s)和以太網(wǎng)(10Mb/s、100b/s)具有相同的幀格式、流量控制和全雙工操作方式。在半雙工模式中，千兆位以太網(wǎng)也采用相同的CSMA/CD基本原理，解決共享媒體的爭用。1.千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802.3z標(biāo)準(zhǔn)定義了以下技術(shù)規(guī)范：(1)100Base―LX(長波長)，支持在建筑物內(nèi)垂直主干多模光纖和園區(qū)內(nèi)主干單模光纖的應(yīng)用，其鏈路長度分別是550m和3km。(2)1000Base―SX(短波長)，支持較短垂直主干和水平布線多模光纖的應(yīng)用，其鏈路長度是260m。(3)1000Base―CX，支持室內(nèi)銅屏蔽線纜(STP、150Ω)的應(yīng)用，其鏈路長度205m。802.3以1.25G波特率使用8B/10B編碼，從而獲得1000Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)定義了1000Base―T，支持4對5類非屏蔽雙絞線(UTP)的應(yīng)用，其鏈路長度是100m，提供半雙工(CSMA/CD)和全雙工1000Mb/s的以太網(wǎng)服務(wù)。1000Base―T的拓?fù)錅?zhǔn)則與100Base-TX所用的自動協(xié)商機(jī)制(AutoNegotiationSystem)相同，這不僅簡化了與傳統(tǒng)以太網(wǎng)逐步集成的任務(wù)，還可提供100Mb/s和1000Mb/s雙頻的物理協(xié)議子層(PHY)產(chǎn)品。后者確保了1000Base―T設(shè)備能夠“后退到”100Base―TX的操作，因此為升級系統(tǒng)提供了一種靈活的方法。2.千兆位以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)千兆位以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)如圖6.5.1所示。圖中數(shù)據(jù)鏈路層仍分為兩個子層：LLC子層和MAC子層，在兩層之間有一個MAC控制(可選)子層。圖6.5.1千兆位以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物理層比較復(fù)雜，圖中列出了10Mb/s、100Mb/s的層次加以對照。(1)介質(zhì)相關(guān)接口(MDI，MediumDepedenceInterface)子層適配不同的傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜或光纖等。(2)與介質(zhì)有關(guān)的物理組(MediumDepedencePHYGroup)包括三個層次：物理編碼子層(PCS，PhysicalCodingSublayer)、物理介質(zhì)附屬子層(PMA，PhysicalMediumAttachmentSublayer)和物理介質(zhì)相關(guān)子層(PMD，PhysicalMediumDependentSublayer)。(3)千兆介質(zhì)獨(dú)立接口(GMII，GigabitMediumIndependentInterface)。3.千兆位以太網(wǎng)技術(shù)特征1)1000Base―T對5類UTP性能的要求1000Base―T使用5類UTP，可保護(hù)大部分用戶(約占72%)的投資。然而，1000