數(shù)據(jù)通信技術(shù) 課件 任務(wù)2.1 認(rèn)識(shí)局域網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)通信技術(shù)任務(wù)2.1認(rèn)識(shí)局域網(wǎng)絡(luò)一、局域網(wǎng)的模型、標(biāo)準(zhǔn)20世紀(jì)80年代初，IEEE802委員會(huì)制定了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)涉及了OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，并將數(shù)據(jù)鏈路層又分成了鏈路控制與介質(zhì)訪問(wèn)控制兩個(gè)子層IEEE802OSI/RM應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層MAC層LLC層高層一、局域網(wǎng)的模型、標(biāo)準(zhǔn)IEEE802局域網(wǎng)參考模型中的物理層的功能與OSI參考模型中的物理層的功能相同：實(shí)現(xiàn)比特流的傳輸與接收以及數(shù)據(jù)的同步控制等局域網(wǎng)物理層一、局域網(wǎng)的模型、標(biāo)準(zhǔn)IEEE802還規(guī)定了局域網(wǎng)物理層所使用的信號(hào)與編碼、傳輸介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸速率等規(guī)范局域網(wǎng)物理層一、局域網(wǎng)的模型、標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層LAN的數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC）介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（MAC）LLC和MAC共同完成類似OSI數(shù)據(jù)鏈路層的功能一、局域網(wǎng)的模型、標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層MAC子層LLC子層負(fù)責(zé)介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制的實(shí)現(xiàn)即處理局域網(wǎng)中各站點(diǎn)對(duì)共享通信介質(zhì)的爭(zhēng)用問(wèn)題不同類型的局域網(wǎng)通常使用不同的介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議同時(shí)MAC子層還負(fù)責(zé)局域網(wǎng)中的物理尋址負(fù)責(zé)屏蔽掉MAC子層的不同實(shí)現(xiàn)機(jī)制將其變成統(tǒng)一的LLC界面向網(wǎng)絡(luò)層提供一致的服務(wù)一、局域網(wǎng)的模型、標(biāo)準(zhǔn)IEEE802體系802.10可互操作的局域網(wǎng)的安全機(jī)制802.2邏輯鏈路控制…802.3CSMA/CD802.4令牌總線802.5令牌環(huán)802.6城域網(wǎng)802.8FDDI802.11WLAN802.1體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)數(shù)據(jù)鏈路層物理層二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制傳統(tǒng)的局域網(wǎng)是“共享”式局域網(wǎng)在共享介質(zhì)的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，如果共享介質(zhì)環(huán)境中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生沖突（collision），沖突會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失效，因而需要提供解決沖突的介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制

傳統(tǒng)局域網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總上，當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡(jiǎn)單又可靠，能夠利用廣播的方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。如下圖站點(diǎn)B如果想要跟D發(fā)送數(shù)據(jù)，那么這個(gè)總線上的所有人都會(huì)聽(tīng)到B的數(shù)據(jù)，但是只有D會(huì)接收該數(shù)據(jù)，應(yīng)為這個(gè)幀的目標(biāo)地址是D自己。B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CD

AE不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)這是因?yàn)檫@個(gè)幀的目的地址是D的二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制在這個(gè)信道中B和E差不多“同時(shí)”發(fā)送數(shù)據(jù)幀，又如何？二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAEBE向A

發(fā)送數(shù)據(jù)碰撞當(dāng)兩個(gè)幀同時(shí)進(jìn)入到共享信道中會(huì)發(fā)生碰撞，如下圖所示。導(dǎo)致兩個(gè)幀互相干擾，幀被破壞，若兩個(gè)被損壞幀繼續(xù)傳送毫無(wú)意義，而且信道無(wú)法被其他站點(diǎn)使用，對(duì)于有限的信道來(lái)講，這是很大的浪費(fèi)。局域網(wǎng)中目前廣泛采用的兩種介質(zhì)訪問(wèn)控制方法是：二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制（1）爭(zhēng)用型介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，又稱隨機(jī)型的介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，如CSMA/CD方式。（2）確定型介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，又稱有序的訪問(wèn)控制協(xié)議，如Token（令牌）方式。二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制站點(diǎn)裝配幀并準(zhǔn)備發(fā)送總線忙啟動(dòng)發(fā)送幀沖突嗎？否發(fā)送完成？發(fā)送成功是發(fā)送沖突加強(qiáng)信號(hào)沖突次數(shù)累加1沖突次數(shù)＞16？是是發(fā)送失敗等待隨機(jī)延遲時(shí)間后再發(fā)送計(jì)算后退延遲時(shí)間是否否否CSMA/CD帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)機(jī)制CSMA/CD的工作流程：二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制工作流程可以概括為：01先聽(tīng)后發(fā)02邊聽(tīng)邊發(fā)03沖突停發(fā)04延遲重發(fā)二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制先聽(tīng)后發(fā)第一步：每臺(tái)站點(diǎn)的網(wǎng)卡先偵聽(tīng)信道，如果信道空閑則發(fā)送信息。否則轉(zhuǎn)到第2步。第二步：如果媒體信道忙（有載波），則繼續(xù)對(duì)信道進(jìn)行偵聽(tīng)。一旦發(fā)現(xiàn)空閑，就進(jìn)行發(fā)送。邊聽(tīng)邊發(fā)第三步：在發(fā)送過(guò)程中，繼續(xù)偵聽(tīng)信道。二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制沖突停發(fā)第四步：發(fā)送信息后進(jìn)行沖突檢測(cè)，如發(fā)生沖突，立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)出一串干擾信號(hào)，通知總線上各站點(diǎn)沖突已發(fā)生，使各站點(diǎn)重新開(kāi)始偵聽(tīng)與競(jìng)爭(zhēng)。延遲重發(fā)第五步：已發(fā)出信息的各站點(diǎn)收到阻塞信號(hào)后，等待一段隨機(jī)時(shí)間，重新進(jìn)入偵聽(tīng)發(fā)送階段。二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制令牌訪問(wèn)控制，通過(guò)在環(huán)路上傳遞權(quán)限令牌，決定誰(shuí)有權(quán)限發(fā)送信息。ABCD(a)令牌在環(huán)中傳輸ABCD(b)A刪除令牌，發(fā)送幀給c(c)發(fā)送幀回到A，A清除該幀ABCDABCD(d)A發(fā)送完成，釋放令牌（1）首先進(jìn)行環(huán)的初始化（建立一邏輯環(huán)），然后產(chǎn)生一空令牌，在環(huán)上流動(dòng)。（2）希望發(fā)送幀的站必須等待，直到它檢測(cè)到空令牌的到來(lái)。（3）想發(fā)送的站拿到空令牌后，首先將其置為忙狀態(tài)，該站緊接著向令牌的后面發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀。二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制令牌訪問(wèn)控制工作流程二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制令牌訪問(wèn)控制工作流程（5）數(shù)據(jù)沿途經(jīng)過(guò)的每個(gè)站環(huán)接口都將該幀的目地地址和本站的地址相比較，如果地址符合，則將幀放入接收緩沖區(qū)，再送入本站，同時(shí)幀將在環(huán)上繼續(xù)流動(dòng)；若地址不符合，環(huán)接口只將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)。（4）當(dāng)令牌忙時(shí)，由于網(wǎng)上無(wú)空令牌，所有想發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站必須等待。二、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制令牌訪問(wèn)控制工作流程（6）發(fā)送的幀沿環(huán)循環(huán)一周后再回到發(fā)送站，由發(fā)送站將該幀從環(huán)上移去，同時(shí)釋放令牌（將其狀態(tài)改為“閑”）發(fā)到下一站。三、以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)(Ethernet)是指由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，它規(guī)定了包括物理層的連接、信號(hào)處理方法和介質(zhì)訪問(wèn)控制方式等內(nèi)容。以太網(wǎng)的概述三、以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如令牌環(huán)和FDDI。以太網(wǎng)的概述三、以太網(wǎng)技術(shù)1.1972年Xerox公司帕克研究所研究員鮑勃梅特卡夫開(kāi)發(fā)出基于ALOHA思想的實(shí)驗(yàn)性局域網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率達(dá)到2.94Mbps，并于次年命名為Ethernet。以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展三、以太網(wǎng)技術(shù)2.1980年，Xerox、DEC與Intel聯(lián)合發(fā)布EthernetV1.0規(guī)范。次年發(fā)布EthernetV2.0規(guī)范。以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展三、以太網(wǎng)技術(shù)3.1982年以太網(wǎng)被IEEE接納，在EthernetV2.0規(guī)范基礎(chǔ)上發(fā)布了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展三、以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展4.1990年以太網(wǎng)的10BASE-T標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，雙絞線成為以太網(wǎng)的新介質(zhì)，同年以太網(wǎng)交換機(jī)問(wèn)世。三、以太網(wǎng)技術(shù)

以太網(wǎng)v2的幀格式由14字節(jié)幀頭、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包和4字節(jié)做校驗(yàn)的幀尾組成，幀頭6字節(jié)的源MAC地址和目標(biāo)MAC地址用于標(biāo)識(shí)局域網(wǎng)中發(fā)送站點(diǎn)和接收站點(diǎn)的“名字”，type字段用于指明上層數(shù)據(jù)的協(xié)議類型。以太網(wǎng)幀格式三、以太網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500MAC幀數(shù)據(jù)鏈路層常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包現(xiàn)在使用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。以太網(wǎng)幀格式三、以太網(wǎng)技術(shù)10Mbps以太網(wǎng)又稱為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，由IEEE802.3定義。在總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有用戶共享10Mbps的帶寬。在交換式LAN中，每個(gè)交換機(jī)端口都可以看成是一個(gè)以太網(wǎng)總線，這種連接方式可以提供全雙工的連接，此時(shí)，帶寬可以達(dá)到20Mbps。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)三、以太網(wǎng)技術(shù)常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)10BASE-510BASE-210BASE-T10BASE-F數(shù)據(jù)速率（Mbps）10101010網(wǎng)段的最大長(zhǎng)度500m185m100m2000m網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)粗同軸電纜粗同軸電纜UTP光纜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型總線型星型點(diǎn)對(duì)點(diǎn)三、以太網(wǎng)技術(shù)快速以太網(wǎng)技術(shù)100BASE-T由10BASE-T標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)發(fā)展而來(lái)，主要解決網(wǎng)絡(luò)帶寬在局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的瓶頸問(wèn)題。其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3u，可支持100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且與10BASE-T一樣可支持共享式與交換式兩種使用環(huán)境，在交換式以太網(wǎng)環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。LLC子層MAC子層LLC802.2100BASE-TCSMA/CDMII100BASE-TX100BASE-T4100BASE-FX數(shù)據(jù)鏈路層物理層快速以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)快速以太網(wǎng)三、以太網(wǎng)技術(shù)物理層協(xié)議名稱線纜類型及連接器線纜對(duì)數(shù)最大分段長(zhǎng)度編碼方式主要優(yōu)點(diǎn)100BASE-T43/4/5類UTP4對(duì)（3對(duì)用于數(shù)據(jù)傳輸，1對(duì)用于沖突檢測(cè)）100m8B/6T用于在3類非屏蔽雙絞線上實(shí)現(xiàn)100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率100BASE-TX5類UTP/RJ-45接頭1類STP/DB-9接頭2對(duì)（1、2針用于發(fā)送數(shù)據(jù)，3、6針用于接收數(shù)據(jù)）5、9針發(fā)送數(shù)據(jù)1、6針接收數(shù)據(jù)100m4B/5B支持全雙工通信100BASE-FX62.5μm/125μm多模光纖8μm/125μm單模光纖ST、SC等光纖連接器2芯半雙工方式下2km，全雙工方式下40km4B/5B支持全雙工、長(zhǎng)距離通信快速以太網(wǎng)的3種物理層標(biāo)準(zhǔn)三、以太網(wǎng)技術(shù)千兆以太網(wǎng)隨著多媒體技術(shù)、高性能分布計(jì)算和視頻應(yīng)用等的不斷發(fā)展，用戶對(duì)局域網(wǎng)的帶寬提出了越來(lái)越高的要求，在這種需求的驅(qū)動(dòng)下，IEEE于1998年6月正式公布了關(guān)于千兆以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)三、以太網(wǎng)技術(shù)千兆以太網(wǎng)IEEE802．3z標(biāo)準(zhǔn)定義了千兆以太網(wǎng)，IEEE802．3ab標(biāo)準(zhǔn)專門(mén)定義了雙絞線上的千兆以太網(wǎng)規(guī)范三、以太網(wǎng)技術(shù)千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)有自動(dòng)協(xié)商的功能，可以進(jìn)行半雙工或全雙工流量控制以及速率的協(xié)商千兆以太網(wǎng)保留了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的大部分簡(jiǎn)單特征，以1000Mbps／2000Mbps的帶寬提供半雙工／全雙工通信三、以太網(wǎng)技術(shù)千兆以太網(wǎng)定義了一系列物理層接口標(biāo)準(zhǔn)：1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-T、1000BASE-CX等。千兆以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)LLC子層MAC子層LLC802.2802.3x全雙工/流量控制協(xié)議CSMA/CD半雙工方式GMII1000BASE-X8B/10B編碼解碼器數(shù)據(jù)鏈路層物理層1000BASE-TPAM5編碼解碼器1000BASE-LX1000BASE-SX1000BASE-CX1000BASE-T三、以太網(wǎng)技術(shù)千兆以太網(wǎng)主要作為校園局域網(wǎng)的主干網(wǎng)和企業(yè)局域網(wǎng)的主干網(wǎng)，也用于電信服務(wù)商、廣電服務(wù)商的城域網(wǎng)。千兆以太網(wǎng)應(yīng)用千兆以太網(wǎng)用于校園的主干網(wǎng)三、以太網(wǎng)技術(shù)圖中，千兆以太網(wǎng)交換機(jī)1是網(wǎng)絡(luò)的核心交換機(jī)，設(shè)在網(wǎng)絡(luò)的根部。網(wǎng)絡(luò)中訪問(wèn)服務(wù)器的數(shù)據(jù)、通過(guò)路由器進(jìn)出網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)、匯聚層交換機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換都通過(guò)核心層交換機(jī)完成交換。千兆以太網(wǎng)交換機(jī)1、服務(wù)器、路由器、硬件防火墻安放在核心層機(jī)房，服務(wù)器、路由器通過(guò)電接口1GBASE-CX、STP雙絞線與千兆以太網(wǎng)交換機(jī)1連接。千兆以太網(wǎng)應(yīng)用①核心層網(wǎng)絡(luò)三、以太網(wǎng)技術(shù)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)2-1、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)2-n是匯聚層交換機(jī)，通常設(shè)在各棟樓內(nèi)，內(nèi)部連接各個(gè)樓層的交換機(jī)，外部連接核心層交換機(jī)。其功能是匯聚樓內(nèi)的數(shù)據(jù)，或散發(fā)到達(dá)本棟樓的數(shù)據(jù)流量。千兆以太網(wǎng)交換機(jī)1、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)2-1、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)2-n，通過(guò)1GBASE-LX物理層光接口、單模光纖互連，組成校園的傳輸主干網(wǎng)。千兆以太網(wǎng)應(yīng)用②匯聚層網(wǎng)絡(luò)三、以太網(wǎng)技術(shù)