現(xiàn)代接入網(wǎng)技術(shù) 課件 第6章局域網(wǎng)技術(shù)

第6章局域網(wǎng)技術(shù)6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述6.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義1．計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要實(shí)體是計(jì)算機(jī)。早期的計(jì)算機(jī)主要用于軍事計(jì)算，而且計(jì)算速度相當(dāng)慢，完全是一個(gè)低級(jí)計(jì)算器。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了天翻地覆的變化。現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入第六代——多核微處理器的時(shí)代，但是它的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束，正朝著更實(shí)用、更智能、更微型的方向發(fā)展。2．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是為了實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，利用通信線(xiàn)路與通信設(shè)備，將分布在不同地理位置上的具有獨(dú)立工作能力的計(jì)算機(jī)互相連接起來(lái)，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。眾多的計(jì)算機(jī)通過(guò)通信線(xiàn)路串聯(lián)起來(lái)，就像網(wǎng)絡(luò)一樣錯(cuò)綜復(fù)雜。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能給人們帶來(lái)很多方便，可以使用聊天工具進(jìn)行文字、語(yǔ)音或視頻聊天，可以查看新聞，在線(xiàn)看視頻、玩游戲，也可以查詢(xún)資料、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等。因此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不但可進(jìn)行教學(xué)和娛樂(lè)，還提供了資源共享和數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠脚_(tái)。6.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能1．資源共享

所謂的資源，是指構(gòu)成系統(tǒng)的所有要素，包括軟件資源、硬件資源，如大容量磁盤(pán)、高速打印機(jī)、繪圖儀、通信線(xiàn)路、數(shù)據(jù)庫(kù)、文件和計(jì)算機(jī)上的其他有關(guān)信息。受經(jīng)濟(jì)和其他因素的制約，這些資源并非可被所有用戶(hù)獨(dú)立擁有，所以網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)既可以使用自身的資源，又可以共享網(wǎng)絡(luò)上的資源。資源共享提高了網(wǎng)絡(luò)上計(jì)算機(jī)的處理能力，提高了計(jì)算機(jī)軟件、硬件的利用率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建立的最初目的就是實(shí)現(xiàn)對(duì)分散的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源共享，以此提高各種設(shè)備的利用率，減少重復(fù)勞動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算的目標(biāo)。2．?dāng)?shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信功能即數(shù)據(jù)傳輸功能，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一，主要完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的系統(tǒng)通信。用戶(hù)可以在網(wǎng)絡(luò)上傳送電子郵件，發(fā)布新聞消息，進(jìn)行電子購(gòu)物、電子貿(mào)易、遠(yuǎn)程電子教育等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用初期的主要用途之一就是在分散的計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)通信。同時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享的前提條件，就是在源計(jì)算機(jī)與目標(biāo)計(jì)算機(jī)之間完成數(shù)據(jù)交換任務(wù)。3．分布式處理通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可以將一個(gè)任務(wù)分配到不同地理位置的多臺(tái)計(jì)算機(jī)上協(xié)同完成，以此均衡負(fù)荷、提高系統(tǒng)的利用率。對(duì)于許多綜合性的重大科研項(xiàng)目的技術(shù)和信息處理，可利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式處理能力，采用適當(dāng)?shù)乃惴?，將任?wù)分散到不同的計(jì)算機(jī)上共同完成。同時(shí)，聯(lián)網(wǎng)之后的計(jì)算機(jī)可以互為備份系統(tǒng)，當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以調(diào)用其他計(jì)算機(jī)執(zhí)行替代任務(wù)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。4．網(wǎng)絡(luò)綜合服務(wù)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可以在信息化社會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種經(jīng)濟(jì)信息、科技情報(bào)和咨詢(xún)服務(wù)信息的處理。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)文字、聲音、圖像、視頻等多種信息進(jìn)行傳輸、收集和處理。綜合信息服務(wù)和通信服務(wù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本服務(wù)功能，可以實(shí)現(xiàn)文件傳輸、電子郵件、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)等功能。

6.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要按照網(wǎng)絡(luò)作用范圍和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩種模式分類(lèi)。1．按照網(wǎng)絡(luò)作用范圍分類(lèi)按照網(wǎng)絡(luò)作用范圍分類(lèi)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本可以分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)三種。各種公司、學(xué)校和企業(yè)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為局域網(wǎng)，以一個(gè)城市為核心的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為城域網(wǎng)，各城市之間、國(guó)家之間的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為廣域網(wǎng)。2．Internet及其應(yīng)用Internet是指全球網(wǎng)，即全球各個(gè)國(guó)家通過(guò)線(xiàn)路連接起來(lái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可以說(shuō)是世界上最大的網(wǎng)絡(luò)。（1）在一個(gè)城市內(nèi)，各個(gè)地方（如機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、工廠(chǎng)等）的小網(wǎng)絡(luò)都連到主干線(xiàn)上（2）各城市之間又由主干線(xiàn)連接起來(lái)?，F(xiàn)在的主干線(xiàn)大多是光纖連接，各城市之間通過(guò)各種形式將光纖連接起來(lái)，再由對(duì)外接口接到國(guó)外的網(wǎng)絡(luò)上（3）一個(gè)國(guó)家的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口連到其他國(guó)家，這樣，全球的Internet就建成了。6.2局域網(wǎng)6.2.1局域網(wǎng)概念局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。在局域網(wǎng)剛出現(xiàn)時(shí)，局域網(wǎng)比廣域網(wǎng)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更小的時(shí)延和更低的誤碼率。但隨著光纖技術(shù)在廣域網(wǎng)中的普遍使用，現(xiàn)在的廣域網(wǎng)也具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率和很低的誤碼率了。局域網(wǎng)

主要優(yōu)點(diǎn)（1）具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可很方便地訪(fǎng)問(wèn)全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

（2）便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸演變，可靈活地調(diào)整與改變各設(shè)備的位置。（3）提高了系統(tǒng)的可靠性（Reliability）、可用性（Availability）和生存性（Survivability）。局域網(wǎng)可按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行分類(lèi)。隨著集線(xiàn)器（Hub）的出現(xiàn)和雙絞線(xiàn)在局域網(wǎng)中的大量應(yīng)用，星狀以太網(wǎng)和多級(jí)星狀結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)獲得了非常廣泛的應(yīng)用。圖6-4(a)是星狀網(wǎng)，圖6-4(b)是環(huán)狀網(wǎng)，圖6-4(c)是總線(xiàn)狀網(wǎng)，各站直接連在總線(xiàn)上。在共享信道時(shí)，要著重考慮的一個(gè)問(wèn)題是如何使眾多用戶(hù)能夠合理而方便地共享通信媒體資源。這在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有以下兩種方法。（1）靜態(tài)劃分信道，主要有頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、碼分復(fù)用等。用戶(hù)只要被分配了信道，就不會(huì)和其他用戶(hù)發(fā)生沖突。但這種劃分信道的方法的代價(jià)較大，不適合局域網(wǎng)使用。（2）動(dòng)態(tài)媒體接入控制，又稱(chēng)為多點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)（MultipleAccess），其特點(diǎn)是信道并非在用戶(hù)通信時(shí)固定地被分配給用戶(hù)。它又分為以下兩類(lèi)。①隨機(jī)接入。它的特點(diǎn)是所有用戶(hù)可隨機(jī)地發(fā)送信息，但如果恰巧有兩個(gè)或更多用戶(hù)在同一時(shí)刻發(fā)送信息，那么在共享媒體上就會(huì)產(chǎn)生碰撞（發(fā)生了沖突），使得這些用戶(hù)的發(fā)送都失敗。因此，必須有解決碰撞的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。②受控接入。它的特點(diǎn)是用戶(hù)不能隨機(jī)地發(fā)送信息而必須服從一定的控制，典型代表有分散控制的令牌環(huán)局域網(wǎng)和集中控制的多點(diǎn)線(xiàn)路探詢(xún)（Polling）（或稱(chēng)為輪詢(xún)）。6.2.2以太網(wǎng)概念以太網(wǎng)（Ethernet）是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最普及的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它基于CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect，載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)/碰撞檢測(cè)）機(jī)制，采用共享介質(zhì)的方式實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的通信。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前約有80%的局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2與IEEE的802.3局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。最早的以太網(wǎng)是美國(guó)施樂(lè)（Xerox）公司的PARC研究項(xiàng)目組于1975年提出的，當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸速率是2.94Mbit/s。1980年，DEC（數(shù)字設(shè)備公司）、Xerox公司、Intel（英特爾）公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了DIXV1.0標(biāo)準(zhǔn)，把以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提升到10Mbit/s。1982年，DIXV2.0標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，即EthernetII。

6.2.3以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展（1）10Base-2、10Base-5，分別以細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，沒(méi)有中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為共享式網(wǎng)絡(luò)，帶寬為10Mbit/s。網(wǎng)絡(luò)的性能和可擴(kuò)展性較差。（2）10Base-T，采用雙絞線(xiàn)介質(zhì)，需要中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如Hub），為共享式網(wǎng)絡(luò)，帶寬為10Mbit/s。網(wǎng)絡(luò)的性能沒(méi)有太大提高，可擴(kuò)展性和可維護(hù)性明顯提高。（3）10Base-TX、10Base-FX，采用雙絞線(xiàn)或光纖介質(zhì)，需要網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，為交換式網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)為交換式以太網(wǎng)，帶寬為10Mbit/s。網(wǎng)絡(luò)性能得以大幅提高，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能性提高，為網(wǎng)絡(luò)管理提供了可能。（4）100Base-TX、100Base-FX，采用雙絞線(xiàn)或光纖介質(zhì)，需要網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，稱(chēng)為交換式快速以太網(wǎng)，帶寬為100Mbit/s。網(wǎng)絡(luò)性能較交換式以太網(wǎng)有較大的提高，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可管理性進(jìn)一步提高。（5）1000Base-TX、1000Base-FX，采用雙絞線(xiàn)或光纖介質(zhì)，需要網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，稱(chēng)為交換式千兆以太網(wǎng)，帶寬為1000Mbit/s。千兆以太網(wǎng)是目前大規(guī)模投入使用的最快速的以太網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上與交換式以太網(wǎng)和交換式快速以太網(wǎng)相同，主要優(yōu)點(diǎn)是可提供高帶寬和高服務(wù)質(zhì)量。（6）10吉比特以太網(wǎng)（萬(wàn)兆以太網(wǎng)），即IEEE802.3ae，帶寬為10Gbit/s。6.2.4以太網(wǎng)工作過(guò)程計(jì)算機(jī)是怎樣連接到局域網(wǎng)的呢？計(jì)算機(jī)通過(guò)適配器（Adapter）與外界局域網(wǎng)連接。適配器本來(lái)是在主機(jī)箱內(nèi)插入的一塊網(wǎng)絡(luò)接口板（或者是在筆記本電腦中插入的一塊PCMCA卡——計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器卡接口適配器），這種接口板又稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC（NetworkInterfaceCard）或簡(jiǎn)稱(chēng)為“網(wǎng)卡”。在適配器上裝有處理器和存儲(chǔ)器（包括RAM和ROM），適配器和局域網(wǎng)之間的通信是通過(guò)電纜或雙絞線(xiàn)以串行傳輸方式進(jìn)行的，而適配器和計(jì)算機(jī)之間的通信則是通過(guò)計(jì)算機(jī)主板上的I/O總線(xiàn)以并行傳輸方式進(jìn)行的，因此，適配器的一個(gè)重要功能就是進(jìn)行串行/并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換。由于網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸速率和計(jì)算機(jī)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸速率不相同，因此在適配器中必須裝有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存的存儲(chǔ)芯片。若在主板上插入適配器，則必須把管理該適配器的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序安裝在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中。這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序以后就會(huì)告訴適配器，應(yīng)當(dāng)從存儲(chǔ)器的什么位置把多長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊發(fā)送到局域網(wǎng)，或者應(yīng)當(dāng)在存儲(chǔ)器的什么位置存儲(chǔ)從局域網(wǎng)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)塊。適配器還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。6.2.5關(guān)鍵技術(shù)——CSMA/CD協(xié)議“多點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)”說(shuō)明這是總線(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)，許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)的方式連接在一根總線(xiàn)上。協(xié)議的實(shí)質(zhì)是“載波監(jiān)聽(tīng)”和“碰撞檢測(cè)”?！拜d波監(jiān)聽(tīng)”是指用電子技術(shù)檢測(cè)總線(xiàn)上有沒(méi)有其他計(jì)算機(jī)也在發(fā)送數(shù)據(jù)。其實(shí)，總線(xiàn)上并沒(méi)有“載波”，這里只不過(guò)借用“載波”這個(gè)名詞而已，因此，載波監(jiān)聽(tīng)就是檢測(cè)信道，這是很重要的措施?！芭鲎矙z測(cè)”就是“邊發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)”，即適配器邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓的變化情況，以判斷自己在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其他站是否也在發(fā)送數(shù)據(jù)。顯然，在使用CSMA/CD協(xié)議時(shí)，一個(gè)站不可能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收（但必須邊發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)信道），因此，使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不可能進(jìn)行全雙工通信，而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）。在t=0時(shí)，A站發(fā)送數(shù)據(jù)，B站檢測(cè)到信道為空閑。在t=τ-δ（τ>δ>0），A站發(fā)送的數(shù)據(jù)還沒(méi)有到達(dá)B站時(shí)，由于B站檢測(cè)到信道是空閑的，因此B站發(fā)送數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)時(shí)間δ/2后，即在t=τ-δ/2時(shí)，A站發(fā)送的數(shù)據(jù)和B站發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)生了碰撞，但這時(shí)A站和B站都不知道發(fā)生了碰撞。在t=τ時(shí)，B站檢測(cè)到發(fā)生了碰撞，于是停止發(fā)送數(shù)據(jù)。在t=2τ-δ時(shí)，A站也檢測(cè)到發(fā)生了碰撞，因而也停止發(fā)送數(shù)據(jù)。A站和B站發(fā)送數(shù)據(jù)均失敗，它們都要推遲一段時(shí)間再重新發(fā)送。傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽(tīng)的影響

6.2.6以太網(wǎng)使用集線(xiàn)器的星狀拓?fù)鋫鹘y(tǒng)以太網(wǎng)最初使用粗同軸電纜，后來(lái)演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線(xiàn)。這種以太網(wǎng)采用星狀拓?fù)洌谛菭畹闹行脑黾恿艘环N可靠性非常高的設(shè)備，稱(chēng)為集線(xiàn)器（Hub）集線(xiàn)器的

特點(diǎn)（1）從表面上看，使用集線(xiàn)器的局域網(wǎng)在物理上是一個(gè)星狀網(wǎng)，但由于集線(xiàn)器使用電子器件來(lái)模擬實(shí)際電纜線(xiàn)的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。（2）集線(xiàn)器很像一個(gè)多接口（如8～16個(gè)接口）的轉(zhuǎn)發(fā)器，每個(gè)接口通過(guò)RJ-45插口（與電話(huà)機(jī)使用的RJ-11插口相似，但略大一些）用兩對(duì)雙絞線(xiàn)與一個(gè)工作站上的匹配器相連（這種插座可連接4對(duì)雙絞線(xiàn)，實(shí)際上只用2對(duì)，即發(fā)送和接收過(guò)程各使用一對(duì)雙絞線(xiàn)）。（3）集線(xiàn)器工作在物理層，它的每個(gè)接口僅僅簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)發(fā)比特——收到1就轉(zhuǎn)發(fā)1，收到0就轉(zhuǎn)發(fā)0，不進(jìn)行碰撞檢測(cè)。若兩個(gè)接口同時(shí)有信號(hào)輸入（發(fā)生碰撞），則所有接口都收不到正確的幀。（4）集線(xiàn)器采用了專(zhuān)門(mén)的芯片進(jìn)行自適應(yīng)串音回波抵消，這樣就可使接口轉(zhuǎn)發(fā)出去的較強(qiáng)信號(hào)不致對(duì)該接口接收到的較弱信號(hào)產(chǎn)生干擾（近端串?dāng)_），在轉(zhuǎn)發(fā)之前還要進(jìn)行再生整形并重新定時(shí)。6.2.7以太網(wǎng)的信道利用率一個(gè)站在發(fā)送幀時(shí)發(fā)生了碰撞，經(jīng)過(guò)一個(gè)爭(zhēng)用期2

后，可能又發(fā)生了碰撞。這樣經(jīng)過(guò)若干爭(zhēng)用期后，一個(gè)站發(fā)送成功了。假定發(fā)送幀需要的時(shí)間是T0，它等于幀長(zhǎng)（bit）除以數(shù)據(jù)傳輸速率（10Mbit/s）。

成功發(fā)送一幀需要占用信道的時(shí)間是T0+

，比這個(gè)幀的發(fā)送時(shí)間長(zhǎng)單程端到端傳播時(shí)延

。這是因?yàn)楫?dāng)一個(gè)站發(fā)送完最后一比特時(shí)，該比特還要在以太網(wǎng)上傳播。在最極端的情況下，發(fā)送站在傳輸介質(zhì)的一端，而該比特在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)搅硪欢怂璧臅r(shí)間是

。因此，必須在經(jīng)過(guò)時(shí)間T0

+

后，以太網(wǎng)的信道才完全變?yōu)榭臻e狀態(tài)，才能允許其他站發(fā)送數(shù)據(jù)。要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小

與T0之比。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù)a，它是以太網(wǎng)單程端到端傳播時(shí)延

與幀的發(fā)送時(shí)間T0之比當(dāng)a→0時(shí)，表示只要發(fā)生碰撞，就可以立即檢測(cè)出來(lái)，并立即停止發(fā)送，因而被浪費(fèi)的信道資源非常少。反之，參數(shù)a大，表明爭(zhēng)用期所占的比例大，這就使得每次碰撞都浪費(fèi)了不少信道資源，使得信道利用率明顯降低。因此，a的值應(yīng)盡可能小。從式（6-2）可看出，這就要求分子τ的數(shù)值小些，而分母T0的數(shù)值大些。就是說(shuō)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率一定時(shí)，以太網(wǎng)連線(xiàn)的長(zhǎng)度受到限制（否則τ的數(shù)值會(huì)太大），同時(shí)以太網(wǎng)的幀長(zhǎng)不能太短（否則T0的值會(huì)太小，使a值太大）。（6-2）假定以太網(wǎng)上的各站在發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中都不會(huì)發(fā)生碰撞（這顯然已經(jīng)不是CSMA/CD協(xié)議了，而需要使用一種特殊的調(diào)度方法），并且能夠非常有效地利用網(wǎng)絡(luò)的傳輸資源，即總線(xiàn)一旦空閑，就由某個(gè)站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣，發(fā)送一幀需要占用信道的時(shí)間是T0

+

，而幀本身的發(fā)送時(shí)間是T0，于是，可以計(jì)算出極限信道利用率Smax（6-3）6.2.8以太網(wǎng)的MAC層1．MAC層的硬件地址在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱(chēng)為物理地址或MAC地址（因?yàn)檫@種地址用在MAC幀中）。

EEE802標(biāo)準(zhǔn)為局域網(wǎng)規(guī)定了48位的全球地址（一般簡(jiǎn)稱(chēng)為“地址”），是指局域網(wǎng)上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)中固化在適配器的ROM中的地址。現(xiàn)在，IEEE的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)是局域網(wǎng)全球地址的法定管理機(jī)構(gòu)，它負(fù)責(zé)向廠(chǎng)家分配6字節(jié)地址字段中的前三字節(jié)（高24位）。凡是生產(chǎn)局域網(wǎng)適配器的廠(chǎng)家都必須購(gòu)買(mǎi)由這三字節(jié)構(gòu)成的號(hào)（地址塊），這個(gè)號(hào)的正式名稱(chēng)是組織唯一標(biāo)識(shí)符（OrganizationallyUniqueIdentifier，OUI），通常也稱(chēng)為公司標(biāo)識(shí)符（Company_id）。2．MAC幀格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：一種是DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)（以太網(wǎng)V2標(biāo)準(zhǔn)）；另一種是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)6.3擴(kuò)展的以太網(wǎng)6.3.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)現(xiàn)在，擴(kuò)展主機(jī)和集線(xiàn)器之間距離的一種簡(jiǎn)單方法是使用光纖（通常是一對(duì)光纖）和一對(duì)光纖調(diào)制解調(diào)器，主機(jī)使用光纖和一對(duì)光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線(xiàn)器光纖調(diào)制解調(diào)器的作用是進(jìn)行電信號(hào)和光信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于光纖帶來(lái)的時(shí)延很小且其帶寬很大，因此使用這種方法很容易使主機(jī)和幾千米以外的集線(xiàn)器相連。如果使用多個(gè)集線(xiàn)器，就可連接成覆蓋更大范圍的多級(jí)星狀結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)。例如，一個(gè)學(xué)院的三個(gè)系各有一個(gè)10BASE-T以太網(wǎng)，可通過(guò)一個(gè)主干集線(xiàn)器把各系的以太網(wǎng)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)更大的以太網(wǎng)這種多級(jí)結(jié)構(gòu)的集線(xiàn)器以太網(wǎng)具有以下缺點(diǎn)（1）如圖6-17(a)所示，在三個(gè)系的以太網(wǎng)互連之前，每個(gè)系的10BASE-T以太網(wǎng)是一個(gè)獨(dú)立的碰撞域（CollisionDomain，又稱(chēng)為沖突域），即任意時(shí)刻，在每個(gè)碰撞域中只能有一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)。每個(gè)系的以太網(wǎng)的最大吞吐量是10Mbit/s，因此三個(gè)系總的最大吞吐量為30Mbit/s。三個(gè)系的以太網(wǎng)通過(guò)主干集線(xiàn)器互連后，三個(gè)碰撞域就變成一個(gè)碰撞域（范圍擴(kuò)大到三個(gè)系），如圖6-17(b)所示，而這時(shí)的最大吞吐量仍然是一個(gè)系的吞吐量，即10Mbit/s。就是說(shuō)，某個(gè)系的兩個(gè)站在通信時(shí)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)通過(guò)所有的主干集線(xiàn)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，使得其他系的站在這時(shí)都不能通信（一發(fā)送數(shù)據(jù)就會(huì)發(fā)生碰撞）。（2）如果不同的系使用不同的以太網(wǎng)技術(shù)（如數(shù)據(jù)傳輸速率不同），那么就不可能用主干集線(xiàn)器將它們相互連接起來(lái)。如果在圖6-17中，一個(gè)系使用10Mbit/s的適配器，而另外兩個(gè)系使用10Mbit/s、100Mbit/s的適配器，那么用主干集線(xiàn)器連接起來(lái)后，就只能工作在10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率上了。主干集線(xiàn)器一般是一個(gè)多接口（多端口）的轉(zhuǎn)發(fā)器，它并不能對(duì)幀進(jìn)行緩存。

6.3.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)早期，在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)要使用網(wǎng)橋（Bridge），網(wǎng)橋工作在OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，并不是向所有接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后決定是將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)接口，還是把它丟棄（過(guò)濾）。

交換式集線(xiàn)器（SwitchingHub）可明顯地提高以太網(wǎng)的性能。交換式集線(xiàn)器常稱(chēng)為以太網(wǎng)交換機(jī)（Switch）或第二層交換機(jī)（L2Switch），強(qiáng)調(diào)這種交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)多接口的網(wǎng)橋，和工作在物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器、集線(xiàn)器有很大的差別。此外，以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)接口都直接與一個(gè)單臺(tái)主機(jī)或另一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連，并且一般工作在全雙工方式。當(dāng)主機(jī)需要通信時(shí)，交換機(jī)能同時(shí)連通多對(duì)接口，使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都獨(dú)占傳輸介質(zhì)，無(wú)碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。其接口中有存儲(chǔ)器，能在輸出端口繁忙時(shí)對(duì)到來(lái)的幀進(jìn)行緩存。以太網(wǎng)交換機(jī)是一種即插即用設(shè)備，其內(nèi)部的幀交換表（又稱(chēng)為地址表）是通過(guò)自學(xué)習(xí)算法自動(dòng)地逐漸建立起來(lái)的，兩個(gè)站之間的通信完成后就斷開(kāi)連接。以太網(wǎng)交換機(jī)由于使用了專(zhuān)用的交換結(jié)構(gòu)芯片，因此其轉(zhuǎn)發(fā)速率要比使用軟件轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)橋快得多。對(duì)于普通10Mbit/s的共享式以太網(wǎng)，若有N個(gè)用戶(hù)，則每個(gè)用戶(hù)占有的平均帶寬只有總帶寬（10Mbit/s）的N分之一。在使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然每個(gè)接口到主機(jī)的帶寬還是10Mbit/s，但由于一個(gè)用戶(hù)在通信時(shí)是獨(dú)占的，不和其他網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)共享傳輸介質(zhì)的帶寬，因此擁有N個(gè)接口的交換機(jī)的總?cè)萘繛镹

10Mbit/s，這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。以太網(wǎng)交換機(jī)有三個(gè)10Mbit/s接口，分別和學(xué)院三個(gè)系的10BASE-T以太網(wǎng)相連，還有三個(gè)100Mbit/s接口分別與電子郵件服務(wù)器、萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器、一個(gè)連接Internet的路由器相連。6.4虛擬局域網(wǎng)技術(shù)

6.4.1VLANVLAN即虛擬局域網(wǎng)（VirtualLAN），是指在交換機(jī)上把一個(gè)物理上相連的網(wǎng)絡(luò)劃分成數(shù)個(gè)網(wǎng)段，每個(gè)網(wǎng)段是一個(gè)獨(dú)立的廣播域，網(wǎng)段之間的計(jì)算機(jī)設(shè)備互相分離，這樣的網(wǎng)段稱(chēng)為VLAN。

6.4.2廣播域和廣播風(fēng)暴如果MAC幀的目的MAC地址為廣播地址，或者雖然MAC幀的目的MAC地址為單播地址，但在交換機(jī)站表中找不到和該目的MAC地址匹配的項(xiàng)，那么該MAC幀仍將廣播到網(wǎng)絡(luò)中的所有其他終端。因此，可以將廣播域定義為地址為廣播地址的廣播幀在網(wǎng)絡(luò)中的傳播范圍。雖然由網(wǎng)橋構(gòu)建的以太網(wǎng)解決了碰撞域帶來(lái)的問(wèn)題，但整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍然是廣播域。在以太網(wǎng)中，廣播操作是不可避免的：一是只有在不斷的廣播操作中，交換機(jī)才能建立完整的站表；二是TCP/IP協(xié)議棧中的許多協(xié)議（如ARP）是面向廣播的協(xié)議。如果整個(gè)以太網(wǎng)是一個(gè)廣播域，而又頻繁地進(jìn)行廣播操作，那么會(huì)形成廣播風(fēng)暴，極大地影響網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。

6.4.3VLAN的劃分方法VLAN是建立在物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的一種邏輯子網(wǎng)，因此建立VLAN需要相應(yīng)的支持VLAN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其軟件。VLAN在交換機(jī)上的實(shí)現(xiàn)方法可以大致劃分為以下6類(lèi)。1．基于端口劃分VLAN這是最常用的一種VLAN劃分方法，應(yīng)用得最廣泛、最有效，目前絕大多數(shù)VLAN協(xié)議的交換機(jī)都提供這種VLAN劃分方法。它是根據(jù)以太網(wǎng)交換機(jī)的交換端口（Port）來(lái)進(jìn)行的，將VLAN交換機(jī)上的物理端口和VLAN交換機(jī)內(nèi)部的PVC（永久虛電路）端口分成若干組，每組構(gòu)成一個(gè)虛擬網(wǎng)，相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的VLAN交換機(jī)，如圖6-20所示?；诙丝诘腣LAN又分為在單交換機(jī)端口定義VLAN和在多交換機(jī)端口定義VLAN兩種情況。（1）在多交換機(jī)端口定義VLAN：交換機(jī)1的1、2、3端口和交換機(jī)2的4、5、6端口組成VLAN1，交換機(jī)1的4、5、6、7、8端口和交換機(jī)2的1、2、3、7、8端口組成VLAN2。（2）在單交換機(jī)端口定義VLAN：交換機(jī)的1、2、6、7、8端口組成VLAN1，3、4、5端口組成VLAN2。這種VLAN只支持一臺(tái)交換機(jī)。2．基于MAC地址劃分VLAN這種方法是根據(jù)每臺(tái)主機(jī)的MAC地址來(lái)進(jìn)行劃分的，即對(duì)每個(gè)MAC地址的主機(jī)都進(jìn)行配置，它的機(jī)制是每塊網(wǎng)卡都對(duì)應(yīng)唯一的MAC地址，VLAN交換機(jī)跟蹤屬于VLANMAC的地址。采用這種方法的VLAN允許網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)在從一個(gè)物理位置移動(dòng)到另一個(gè)物理位置時(shí)，自動(dòng)保留其所屬VLAN的成員身份3．基于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議劃分VLAN按網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來(lái)劃分，VLAN可分為IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等，如圖6-22所示。這種由網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議組成的VLAN，可使廣播域跨越多個(gè)VLAN交換機(jī)。這對(duì)于希望針對(duì)具體應(yīng)用和服務(wù)來(lái)組織用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)管理員來(lái)說(shuō)是非常具有吸引力的。而且，用戶(hù)可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部自由移動(dòng)，但其VLAN成員身份保持不變。4．基于IP組播劃分VLANIP組播實(shí)際上也是一種VLAN的定義，即認(rèn)為一個(gè)IP組播就是一個(gè)VLAN，如圖6-23所示。這種劃分方法將VLAN擴(kuò)展到了廣域網(wǎng)，因此這種方法具有更好的靈活性，而且也更容易通過(guò)路由器進(jìn)行擴(kuò)展，主要適合將不在同一地理范圍的局域網(wǎng)用戶(hù)組成一個(gè)VLAN，但其不適合局域網(wǎng)，原因是其效率不高。5．基于策略劃分VLAN基于策略劃分VLAN能實(shí)現(xiàn)多種分配方法，包括VLAN交換機(jī)端口、MAC地址、IP地址、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議等。網(wǎng)絡(luò)管理員可根據(jù)自己的管理模式和本單位的需求來(lái)決定選擇哪種類(lèi)型的VLAN。6．基于用戶(hù)定義、非用戶(hù)授權(quán)劃分VLAN按用戶(hù)定義、非用戶(hù)授權(quán)劃分VLAN是指為了適應(yīng)特別的VLAN網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的特別要求定義和設(shè)計(jì)VLAN，而且可以讓非VLAN群體用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)VLAN，但是需要提供用戶(hù)密碼，在得到管理認(rèn)證后才可以加入一個(gè)VLAN。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理軟件，將交換機(jī)的1、3、5端口劃分為VLAN1，將交換機(jī)的2、4、7端口劃分為VLAN2，將交換機(jī)的6、8、9端口劃分為VLAN3。6.5以太網(wǎng)寬帶接入技術(shù)以太網(wǎng)接入的一個(gè)重要特點(diǎn)是：可以提供雙向的寬帶通信，并且可以根據(jù)用戶(hù)對(duì)寬帶的需求靈活地進(jìn)行寬帶升級(jí)（例如，把10兆以太網(wǎng)交換機(jī)更新為100兆甚至10吉比特以太網(wǎng)交換機(jī)）。當(dāng)城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)都采用吉比特以太網(wǎng)或10吉比特以太網(wǎng)時(shí)，采用以太網(wǎng)接入可以實(shí)現(xiàn)端到端的以太網(wǎng)傳輸，中間不需要進(jìn)行幀格式的轉(zhuǎn)換，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率且降低了傳輸成本。6.6LAN接入組網(wǎng)案例分析6.6.1IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IP網(wǎng)絡(luò)可以分為骨干網(wǎng)和本地網(wǎng)，骨干網(wǎng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和覆蓋面可分為全國(guó)性骨干網(wǎng)、省級(jí)骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)。其中，城域網(wǎng)分為核心層、匯聚層和接入層。6.6.2寬帶接入組網(wǎng)結(jié)構(gòu)整個(gè)城域網(wǎng)可以分為核心層、匯聚層、接入層和用戶(hù)端。核心層采用IP組網(wǎng)方式，由一些核心路由器組成網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)。匯聚層由接入路由器、以太網(wǎng)交換機(jī)等組成。根據(jù)接入方式的不同，接入層可采用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的方式接入用戶(hù)駐地網(wǎng)（CPN）。

6.6.3LAN典型組網(wǎng)應(yīng)用核心層由核心路由器組成；匯聚層主要的設(shè)備有接入服務(wù)器（BAS）和認(rèn)證服務(wù)器（RADIUS）等；接入層通過(guò)交換機(jī)（Switch）逐級(jí)連接，通過(guò)五類(lèi)雙絞線(xiàn)連接到用戶(hù)端的PC，可以實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型的業(yè)務(wù)，如寬帶上網(wǎng)、企業(yè)專(zhuān)線(xiàn)、視頻點(diǎn)播和VPN等。6.6.4FTTx+LAN接入FTTx+LAN是一種利用光纖加五類(lèi)雙絞線(xiàn)實(shí)現(xiàn)寬帶接入的方式，F(xiàn)TTx一般指FTTC（光纖到路邊）、FTTB（光纖到樓）。FTTx+LAN方式能實(shí)現(xiàn)吉比特光纖到小區(qū)（大樓）的中心交換機(jī)，中心交換機(jī)和樓道交換機(jī)以百兆光纖或五類(lèi)雙絞線(xiàn)相連，樓道內(nèi)采用綜合布線(xiàn)，用戶(hù)上網(wǎng)速率可達(dá)10Mbit/s，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性良好，投資少。另外，光纖到辦公室、光纖到戶(hù)、光纖到桌面等多種補(bǔ)充接入方式可滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。FTTx+LAN方式采用星狀拓?fù)?，用?hù)共享接入交換機(jī)的帶寬采用LAN接入方式，對(duì)原有LAN小區(qū)進(jìn)行改造，在L2交換機(jī)上直接下掛IAD（IntegratedAccessDevice，綜合接入設(shè)備），原則上使用交換機(jī)的最后一個(gè)端口，也可以在ON