1、第5章,IEEE802模型 与局域网,5.1,局域网的技术特点 与体系结构,5.1.1 局域网的技术特点,是一个通信网络，仅提供通信功能高数据传输率（101000Mbps）短距离（0.0110km）低出错率（10-810-11） 多采用分布式控制和广播式通信，采用媒体共享技术 各站平等，可进行广播（一站发，其他所有站收）或组播（一站发，多站收）网络流量具有突发性。 OSI/RM中，网络结构对3层以上是透明的，因此，局域网协议只关心OSI/RM的底下几层。,多点共享介质技术,多点共享技术则是多个站点使用同一条信道时的控制策略，也称多点共享控制技术、多点投入技术、多点访问技术、多址技术或介质共享技
2、术。简单地说，多点共享技术就是在某一时刻只允许传送一个用户数据的情况下，为解决多个用户争相使用引起的信道冲突（Collision，也称碰撞）而采用的介质访问控制方案。多点共享技术可以有效地提高传输介质的利用率。,5.1.2 局域网的MAC技术,1. 静态多址访问控制利用多路复用技术。特点技术复杂，适合恒定流量的业务传输，对于具有突发性数据业务传输，往往会引起较大的时延。 2. 动态多址访问控制基于冲突解决的多点访问控制方式，又分为两种基本方法：冲突避免无竞争（受控）方式，各个站点必须采用某一控制原则如采用轮转方式接入，形成一种无冲突的访问控制方式。竞争方式，各站点以竞争方式来取得介质的使用权。
3、,冲突避免的例子 令牌环网,基本原理环实际上是许多环接口通过点到点线路连接起来的。谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌” Token的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站点可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。,令牌有“闲”和“忙”两个状态， 开始时为闲（如将状态寄存器置“1”）。 一个站点有数据要发送，必须等空闲令牌到来； 检测到空闲令牌到来，便将之截获下来，置令牌的状态为“忙”（将状态寄存器置“0”），并把要传送的数据等字段加上去，令其继续往前传送； 每到一个站点，该站点的转发器便将帧内的目的地与本站的地址进行比较，如果两地址符合，则复制该帧，并在帧中置入“已收到”标志，然后让帧继续
4、传送； 当传送回发源站点时，若没有检查到“已收到”标志则继续发送当前帧，若检查到“已收到”的标志就停止传送，撤消所发送的数据帧并立即生成一个新的令牌发送到环上（这时还有数据就继续发送，否则生成空闲令牌）。 这种由发送站回收令牌的策略具有广播性，允许多个站点接受同一数据帧。,令牌工作过程,令牌环网数据发送,当一个站点有数据发送时，在令牌通过此站点时，抓住令牌，将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再产生一个新的令牌到环上，自己转入监听模式。,MAC技术,主要用于不同拓扑结构中的多址访
5、问控制屏蔽传输介质的多样性,局域网参考模型,局域网参考模型与OSI/RM的比较,IEEE 802模型,常用的拓扑结构总线：所有结点都直接连接到共享信道星型：所有结点都连接到中央结点环型：结点通过点到点链路与相邻结点连接常用的传输介质双绞线基带同轴电缆光纤无线,物理层结构,802.1：局域网概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量；802.2:逻辑链路控制,即高层与任意一种MAC层的接口;802.3:CSMA/CD,定义了CSMA/CD总线网的介质访问控制和物理层规范;802.4:令牌总线网,定义了令牌总线网的介质访问控制和物理层规范802.5:令牌环形网,定义了令牌环形网的介质访问控制
6、和物理层规范;802.6:城域网,定义城域网的介质访问控制和物理层规范;802.7:宽带技术;802.8:光纤技术;802.9:综合话音数据局域网;802.10:可互操作的局域网的安全机制;802.11:无线局域网.802.12:100VG-AnyLAN(一种快速以太网),IEEE802系列标准,媒体访问控制子层MAC数据封装成帧（帧边界检测、帧同步）寻址（处理源地址和目标地址）差错检测（检测物理介质的传输错误）媒体访问控制介质分配（避免冲突）调解竞争（处理冲突）逻辑链路控制子层LLCLLC隐藏了各种802网络之间的差别，向网络层提供了一个统一的格式和接口LLC构成了数据链路层的上半部，MAC
7、构成了数据链路层的下半部,MAC层与LLC层,5.2 以太网技术,1975年，施乐公司Paloalto研究中心的两位研究人员Robert Metcalfe和David Boggs，为了连接实验室的多个计算机设备，开发成功了一种局域网。最初的数据传输速率为2.94Mbps，Metcalfe这项技术命名为以太网”。,5.2.1 CSMA/CD协议,CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）即:带有冲突检测（CD）的载波侦听（CS）多路访问（MA）讲前先听忙则等待,无声则讲边讲边听，冲突即停，后退（等待一段随机时间）重传多次无
8、效（仍冲突），放弃发送。,CSMA/CD介质存取方法工作流程,载波侦听（Carrier Sense ,CS）,在数据发送之前先要检测线路上有无信号正在传送，这也就是“讲前先听”。在基带（Baseband）机制下，以传输线路上有无脉冲波变化为判断依据；在宽带（Broadband）机制下，则以有无载波信号来判断是否已有信号在传输。 如果线路上无信号传输，就可以发送自己的信号，这就是“无声则讲”。 以太网进行帧传送时，为确保前后两个帧互不重叠干扰，要求帧间必须保留有12个字节（96位）的帧间隙（Interframe Gap）。,坚持与不坚持算法,（1）1-坚持CSMA当一个站点要发送数据时，首先要侦
9、听信道，看是否有其他站点正在发送数据。如果信道忙，就继续监听，等待信道空闲，将数据尽快送出。若发生冲突，就等待一个随机长时间，再试。由于一旦发现信道空，发送数据的概率为1，故称1-坚持CSMA。“坚持”，即在信道忙时，要坚持地侦听。（2）非坚持CSMA 非坚持CSMA不像1-坚持CSMA那样“贪婪”，而是采取了“理智”的策略： 当一个站点要发送数据时，首先要侦听信道，看是否有其他站点正在发送数据。 如果信道空闲，即将数据送出；若信道在使用中，就不再继续侦听，等待一个随机长时间，再试。（3）p-坚持CSMA p-坚持CSMA用于分隙信道。其工作过程如下：当一个站点要发送数据时，首先要侦听信道，看
10、是否有其他站点正在发送数据。如果信道空闲，即将数据以p概率传送，并以概率1-p把该次发送推迟到下一时隙；若下一时隙信道仍空闲，便再以p概率传送，并再以概率1-p把该次发送推迟到下下时隙；如此重复，直到发送成功或另一站开始发送。若信道忙，就继续侦听，到下一时隙重新开始上述过。,冲突检测（CD，Collision Detection）,冲突产生的情形有如下两种： （1）两个以上站点都准备发送信号，并同时进行载波侦听又在侦听到线路空闲后都把信号发送到线路上，因而造成冲突。 （2）一个站点（如A）先检测到线路空闲后发送了信号，但由于信号传输延迟（Propagation Delay），信号没有到达的站点
11、（如D）因没有检测到站点A已发送信号，也发送了信号，造成冲突。冲突会造成已发送帧的破坏，为此，在发送帧的过程中，应当“边讲边听”，并且“冲突即停”停止本次发送，丢弃受损帧，等待下一个随机时间再发送。一旦检测出冲突，要在发送完64位前同步信号之后，立即停止发送数据，同时发出32位由“1”、“0”交替组成的“冲突强制阻塞信号”，并保证信号在介质中停留足够的时间，以便系统中的其他站点都能侦听到冲突，通知所有站点“冲突已经发生”，请所有站点都暂停发送，以免冲突持续造成网络瘫痪。通常将发送这64+32位信号的时间称为“冲突强制阻塞信号时间”。,后退等待,截断二进制后退算法： t = R2，R的取值范围为
12、0, 2N-1式中，R为随机数，N为重发次数。第1次重发时，R的范围为0,1；第2次重发时，R的范围为0,3；,退避时间的有关数据（对10 Mbps的以太网络）,一般情况下，重传16次后，仍发生冲突，就放弃发送。由于MAC子层上的帧还不是MAC帧，因此当MAC子层传到物理层时，还要加上一个由硬件生成的8字节的前导同步码，表示一个帧的开始。它是“1010”交替码，只是到了最后一位将0变为1，表示前导同步码的结束。,接收处理, 碎片校验，长度小于512位的帧是冲突碎片。 目的地址校验用于判断是否是本地地址。 完整性校验包括校验是否是畸形帧（长度1 518字节）、CRC校验和定界符（长度必须是8位的
13、整数倍）。,以太网参数分析,（1）当某站点的网络接口根据介质上的电压变化判定出存在冲突时，距起开始发数据已经过了一个物理循环时间；然后，它再发冲突强制阻塞信号，再加上一些附加系数时间，到其停止发送，总共需要一个以太网间隙时间。因此，合理的冲突只能发生在间隙时间之内。检测到碰撞之后，涉及该次碰撞的站要丢弃各自开始的传输，转而继续发送一种特殊的干扰信号，使碰撞更加严重以便警告LAN上的所有工作站。,(2)发送时间决定于发送设备的带宽和帧的长度。,最小帧长 对于10Mb/s基带以太网，其发送部件的曼彻斯特编码的基准信号频率为10MHz，每比特的发送时间为0.1s。对此，802.3标准中定义最小帧长度
14、为64字节，即512位数字信号长度。当一个站点发送帧后超过了512位间隙时间，仍没有侦听到冲突，则说明该站点获得了信道。,（3）传输时间由线路的传播速度和两个端点的距离决定。,在帧长一定的情况下，要使冲突能够有效地检测的另一方法是限制跨距。跨距是共享介质的网络中中间站点间的最大允许距离范围，也称系统覆盖范围。跨距的确定由信道的容量、介质的传播速度、最小帧长和所允许的延迟时间有关。,例5.1,假设光速C=3108m/s，电信号在电缆中，的传播速度为0.7C，物理层延迟为tPHY =0.1510-5s，最小帧长为Lmin=64B，网络容量为R=100Mb/s。在无中继器和集线器的情况下，计算网络系
15、统跨距的近似值。解：SlotTimeS/0.7C + 2tPHY Lmin/R = SlotTime S (Lmin/R - 2tPHY) 0.7 C = (648/100106 - 20.1510-5) 0.73108 = 445.2 (m) 这时，网络跨距约为445.2米。,帧扩展技术1,随着网络带宽的提高，将会大大缩短发送时间，从而限制了跨距的提高。 802.3标准中定义最小帧长度为64字节，即512位数字信号长度。若在100Mbps快速以太网中，仍使用512位作为最小帧长度的标准，则碰撞域范围大大缩小。快速以太网使用光纤半双工模式在无中继器情况下跨距只有412m。即在最小帧长度不变情况
16、下，碰撞域范围随着媒体传输率的增加会缩小。当传输率达到1Gbps时，同样的最小帧长度标准，则半双工模式下的网络系统跨距要缩小到无法实用的地步。,为了可靠的进行冲突检测，扩大跨距，就要采用帧扩展技术，增加最小帧的长度。帧扩展技术是在不改变802.3标准所规定的最小帧长度情况下提出一种解决办法。把帧一直扩展到512字节即4096位。若形成的帧小于512字节，则在发送时要在帧的后面添上扩展位，达到512字节。这种解决办法使得在媒体上传输的帧长度最短不会小于512字节，在半双工模式下大大扩展了碰撞域，媒体的跨距可延伸得较长。在全双工模式下，由于不受CSMACD约束，无碰撞域概念，因此在媒体上的帧无必要
17、扩展到512字节。,帧扩展技术2,几种不同以太网端口速率的最大传输距离,5.2.2 IEEE 802.3 与10M以太网,IEEE 802.3标准规定了CSMA/CD访问方法和物理层技术规范。该规范有三大特点是：（1）采用1-坚持CSMA/CD协议。（2）规定MAC帧的长度范围为641 518字节：要求按CSMA/CD方法接收数据时，每个站点必须检测通过该站点的所有数据帧。如果数据帧中包含的地址与本站点的地址一致，则在接收该数据帧之前先检测该数据帧的完整性：是否太长（超过1 518字节），不超长则进行CRC校验，再检测是否太短（少于64字节为帧碎片）；完整时，才接收。（3）采用截断二进制后退算
18、法。,以太网帧结构,帧结构说明,（1）前同步码由7字节的前导码（101010）和1字节的帧同步码SFD（10101011）组成。56个“01”用于“唤醒”接收者,使接收者和发送者进行时钟同步,最后一个“11”用于“提醒”接收者开始接收。（2）源地址是指发送站的网卡地址；目的地址是指接收以太网帧的网卡地址。每个以太网卡地址中的前3个字节由IEEE统一分配做厂家编码，称为BlockID；后3个字节由厂家统一编码，称为设备ID。（3）类型：以太网封装的消息协议类型。标识该帧交给哪个高层协议(如IP,IPX,ARP等) 。（4）长度：帧的长度。（5）FCS：帧的循环冗余校验序列。,以太网组成,传输介质
19、,以太网的传输介质有粗缆（10 Mbps，传输距离100 m）、细缆（10 Mbps，传输距离较近）、3类4芯双绞线（10 Mbps，传输距离100 m）、5类双绞线（100 Mbps，传输距离100 m）。也有用3类8芯双绞线来达到100 Mbps的。,收发器,收发器的功能： 接收或发送数据； 检测在总线上发生的数据帧的冲突； 在总线和总线接口的电子设备之间进行电气隔离； 超长功能控制。收发器与工作站之间用5组分别屏蔽了的双绞线连接： 一组供给收发器电源和地线； 数据两组：收发各一组； 控制线两组： 一组用于通知出现冲突，一组用于使工作站主动发送数据的路径与总线隔离。发送器电缆不可超过50
20、m，其上的信号采用曼彻斯特编码。,网卡,网卡主要实现下列功能：（a）数据的封装和解封。（b）链路管理,实现CSMA/CD协议；（c）编码和解码。对送到收发器上的信号进行曼彻斯特编码，对从收发器收到的信号进行曼彻斯特解码。,10 Mbps以太网的物理层标准,10Mbps以太网可以有多种物理层标准。目前有5种： 10 Base-5标准，也称标准以太网（原始的IEEE802.3）或粗缆以太网，采用粗同轴电缆、总线连接； 10 Base-2标准IEEE802.3a，也称便宜以太网或细缆以太网，采用细同轴电缆总线连接； 10 Base-T标准IEEE802.3i，也称双绞线以太网，采用无屏蔽双绞线、星型
21、方式连接； 10 Base-F标准IEEE802.3j，也称光缆以太网，星型方式连接； 10 Broad36标准，宽带传输以太网。,IEEE 802.3 以太网体系结构,MDI（Medium Dependent Interface, 介质相关接口）定义了PMA与传输介质连接的电缆段、连接电缆段的连接器以及电缆末段负载的特性。MAU（Medium Attachment Unit, 介质附件单元） PMA与MDA的通称。AUI（Attachment Unit Interface, 附件单元接口）定义了连接PLS和MAU的电缆及其连接器的电气机械特性，以及该接口上的电信号特性。,（1）PLS子层 P
22、LS（Physical Signaling, 物理信令）子层负责： 向MAC层提供服务； 曼彻斯特码的编码和解码； 载波侦听。（2）PMA子层 PMA（Physical Medium Attachment, 物理介质附件）子层负责： 向PLS层提供服务； 冲突检测； 超长控制； 发送/接收串行比特。,以太网站点结构,5.3 无线局域网,5.3.1 无线局域网的特点,传输介质应用环境工作模式冲突检测的困难性,WLAN介质物理参数,WLAN的应用环境分类,固定型半移动型移动型,WLAN的工作模式和系统结构,infrastructure（有固定基础设施）Ad-hoc（无固定基础设施）,Infrast
23、ructure （有固定基础设施）,说明,（1）AP（access point）： 接入点或称基站（2）BSS（basic service set，基本服务集）。每个BSS由一个AP和若干个移动站组成。（3） BSA（basic service area，基本服务区）：一个BSS覆盖的地域，它由移动设备发送的电磁波的辐射范围等因素决定，通常为100m，即一个BSA中的最远两个站点之间的距离不超过100m。（4）DS（distribution service）：主干分配系统。一个BSA中的所有站之间都可以直接通信，但不同BSA的站之间的通信需要通过AP连接到DS再漫游到其他BSA。DS最常使用的
24、是以太网，也可以使用点对点链路或其他无线网络。（5）ESS（extended service set）：扩展服务单元。一个DS及其所连接的若干BSS，构成一个ESS。一个ESS中的不同BSS之间可以有相交的部分。ESS可以通过门桥连接到有线网络（如Internet）。,接入类型,1. HUB接入型采用无线HUB可以组建星型WLAN，并可以在此基础上组建类似于交换以太网工作方式的WLAN。2. 基站接入型这是一种采用移动蜂窝通信网接入方式组建WLAN的方式。这时，各站点之间是通过基站接入-交换数据、互相连接。利用这种方式，可以实现各移动站通过交换中心的自组网，还可以通过广域网远地站点组建自己的工
25、作网络。3. 网桥接入型,自组网技术,（1）动态拓扑。自组网重点每个站点都可以任意离开，也可以随时加进一个站点。因此网络拓扑以一种难于预料的方式变化着。（2）带宽有限。自组网是一种移动、多跳的无线网络。受无线链路的限制以及噪声、衰减和干扰等的影响，链路容量可变，而且带宽有限。（3）需要节能。一般移动设备都靠电池供电，电力有限，因此设备应当节能，尤其路由机制应该优化，以减少电力损耗。（4）安全问题。移动网络比固定网络更脆弱，而自组网中每一个站点都可以转发数据包，因此自组网的安全问题比固定拓扑网络更突出。,WLAN中冲突检测的困难性,（1）暴露站点问题（expsed station problem
26、 （2）隐蔽站点问题（hidden station problem） （3）外部信号对网络内部信号干扰大，使得检测时难于分清信号是外部的，还是内部的。,5.3.2 IEEE 802.11,WLAN协议栈是IEEE 802模型的一个子集。它的标准化也主要表现在在LLC以下MAC层和物理层。这两层的标准由IEEE 802.11定义，协议栈结构如图5.11所示。IEEE 802委员会的802.11工作委员会成立于1990年7月，1998年完成802.11的制定工作。,IEEE 802.11协议结构,IEEE 802.11系列物理层标准对比表,WLAN的MAC层,（1）DCF子层 分布式协调功能DCF
27、子层提供竞争服务。为此，IEEE 802.11提出了带有冲突避免（collision avoidance，CA）的CSMA协议CSMA/CA。应当注意，这种协议是尽量减少冲突的发生概率，而不能做到无冲突。 （2）PCF子层 点协调功能PCF子层提供无竞争服务。它采用集中访问控制，包括集中轮询主管的轮询，由一个中央的决策者协调访问请求，实现可以选择的访问点协调功能PCF。,5.3.3 CSMA/CA,带有冲突避免（collision avoidance，CA）的CSMA协议一种简单的CSMA/CA：当信道上总业务量比较低时，选择1-坚持的CSMA模式；当信道上总业务量比较高时，选择p-坚持或不坚
28、持的CSMA模式。,基于显式ACK的CSMA/CA,基于显式ACK的CSMA/CA的访问规则,任何一个站点在发送数据之前，还是要先监听载波，确认信道空闲时，发送探询帧，仅当信道空闲一个IFS（inter frame space，帧间间隔）后仍然空闲，才发送数据。如果介质忙（包括侦听中发现忙、在IFS时间内发现忙），站点要推迟一个随机时间后重新尝试。一旦当前的数据传送完毕，站点要再延迟一个IFS时间；如果在这段时间内介质仍然忙，站点就使用二进制退避算法并继续监听介质，直到介质空闲。接收端在收到发送端送出的完整的数据后，等信道空闲一个IFS时间后才发出ACK数据报，否则推迟一个随机时间后重新尝试。
29、如果这个ACK数据报被接收端收到，则这个数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，则或者发送的数据没有被完整地收到，或者ACK信号的发送失败，不管是那种现象发生，数据报都在发送端等待一段时间后被重传。,（1）发送探询脉冲（2）信道预约：可以解决隐蔽站带来的问题。具体方法如下：源站（设为A）向目的站（设为B）发送数据之前，先发送一个RTS（request to send，请求发送）帧，内容包括源地址、目的地址和通信将持续时间；如果信到空闲，目的站点B收到RTS后，向A站点送回一个CTS（clear to send，允许发送）帧，内容包括从A发来的RTS中复制的通信持续时间。A收到CTS后
30、，就可以发送数据帧了。（3）基于优先级的访问控制 SIFS（短IFS）：长度28s，用于所有需要立即响应的帧，如ACK、CTS、所有回答AP探询的帧、在PCF方式下AP发出的任何帧等PIFS（点协调IFS）：中等IFS，比SIFS长50s，用于PCF方式下提供集中控制站轮询。DIFS（分布式IFS）：最长IFS，比PIFS长50s，用于在DCF下发数据帧和管理帧。,基于显式ACK的CSMA/CA技术要点,5.3.4 Wi-Fi,Wi-Fi（wireless fidelity，无线相容性认证，或称无线保真）是一个组织名称，也是一种认证标准，通指IEEE 802.11无线局域网络。1996年，美国
31、网络通讯设备大厂朗讯（Lucent）率先发起成立无线以太兼容性联盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance，WECA），着手创立无线网络协议（WLAN），发展起初发展不顺，声势远落蓝芽（Blue-tooth）之后。1999年，WECA更名为Wi-Fi联盟。再度架构一套认证标准，提出通行业界的无线网络技术802.11系列规格，包括802.11b、802.11a、802.11g等。Wi-Fi便被视为802.11无线局域网络的代名词。,5.4 交换式局域网,5.4.1 网桥,（a）连接两个本地局域网的网桥 （b）连接两个远程局域网的网桥,把一个网络分割成子网
32、的设备称为网桥（Bridge），也称桥接器。从另一个角度来讲，使用网桥可以将多个局域网连接起来，实现距离的扩展。网桥的主要用途有： 用于同构型（第37层完全相同）LAN间的连接； 扩展工作站的平均占有频带； 扩展LAN的地址范围； 进行网段微化，将局域网分段成几个子网，以提高信息流量和网络性能。,网桥的工作原理,用网桥连接网段的好处, 减小了冲突域，也减少了帧的平均时延。 扩大了物理范围，增加了整个局域网上的站点的数量。 提高了可靠性，一个网段的故障不会扩散到其他网段。 提供了安全管制，可以针对特定的网段或站点进行管制。, 存储查表转发过程，增加了时延。采用直通技术（只要接收到帧头，就转发）可
33、以减少时延。 不同MAC子层的网段桥接，要先修改帧的某些字段，也增加时延。 没有MAC子层的流量控制功能，当网络上负荷大时，会丢失帧。 可能出现“广播风暴”。,用网桥连接网段的问题,5.4.2 交换式以太网,与共享以太网相比，交换型以太网具有如下优势：（1）每个端口可以连接网段，也可连接站点，每个端口独享带宽；而共享以太网是所有站点处在一个冲突域范围，共享带宽。（2）在站点数为n的网络中，交换型以太网的系统最大带宽可达到端口带宽的n倍；而在共享以太网中，每个站点的带宽为系统带宽的n分之一。（3）被交换器隔离的独立网段上数据信息流不会随意广播到其它端口上去；而在共享以太网中，每个工作组的数据流广
34、播到系统中所有的站，安全性不好。,5.4.3 交换机工作机理,交换机必须保证两项基本的操作, 交换数据帧； 维护交换地址表。,交换机与集线器的区别,集线器工作在OSI/RM的第1层，交换机工作在OSI的第2层。集线器采用广播模式，共享带宽；交换机采用交换方式，一每个端口都有自己的独立带宽。,交换机和路由器之间的比较,（1）交换机的主要功能是将LAN的碰撞域分段成一些较小的碰撞域；路由器则将网络分解成多个广播域。（2）路由器是位于第3层的网际的互连设备，可用于不同网络的互连；交换机的转发策略只按每一帧中的MAC地址相对简单地决定转发目的地，不考虑数据帧中隐藏更深的其他信息。（3）网桥和交换机仅支
35、持广播型拓扑结构，不支持环路型拓扑结构。路由器可以支持复杂网络拓扑结构。,10M交换机只支持10 Mbps端口。100M交换机只支持100 Mbps端口。10M+100M交换机一部分端口支持10 Mbps，一部分端口支持100 Mbps。100M+1000M交换机一部分端口支持100 Mbps，一部分端口支持1000 Mbps。10M+100M+1000M交换机一部分端口支持10 Mbps，一部分端口支持100 Mbps，一部分端口支持1 000 Mbps。,局域网交换机的类型,3.4.4 虚拟局域网,VLAN划分的方法,根据端口划分VLAN（配置交换） 根据MAC地址划分VLAN（帧交换）
36、根据网络层定义划分VLAN,5.5 高速以太网,百兆以太网千兆以太网万兆以太网,5.5.1 高速以太网技术支持,（1）高速传输介质技术（2）交换技术（3）全双工技术不再受冲突域的限制，只于媒体衰耗有关；传输带宽可提高一倍。（4）编码技术,高速以太网的主要技术参数一览表,表5.3,5.5.2 百兆以太网100Base-T,也称快速以太网（Fast Ethernet），是在10Base-T基础上发展起来的、用以太网原始数据率10倍的速度运行的技术。它的相应标准是IEEE802.3u。 100Base-T保留了以太网MAC层的CSMA/CD介质控制协议，把每个比特的发送时间从100 ns降低到10
37、ns，从而将数据率从10 Mbps提高到100 Mbps。其网速的提高，一方面要求相应的协议调整，另一方面要求相应的通信介质。下面从协议调整和介质两个方面来介绍100Base-T的技术特征。,快速以太网对10 Mbps作的其他改进,不再使用曼彻斯特编码，而采用简单的不归零码。采用了8B6T的三电平（+、-、0）编码方法。 增加自适应功能，通过自动协商进行工作模式的自动配置，在10 Mbps和100 Mbps的带宽上自适应。可以使用全双工。与半双工相比，可以消除延迟限制，支持更大的网络半径。定义了新的中继器规范，减少了中继器延迟。可管理性得到加强。,IEEE 802.3u CSMA/CD模型,用
38、介质无关接口MII（Medium Independent Interface）代替了10Mbps以太网中的AUI，并在MII与MAC层之间增加了一个协调子层RS（Reconciliation Sublayer）,100 BASE-T的物理层标准,4种物理层标准：100BASE-TX，支持2对5类非屏蔽双绞线或2对1类屏蔽双绞线，数据速率100 Mb/s,媒体段长度100 m,网络跨度200 m。100BASE-T4，支持4对3,4或5类非屏蔽双绞线，其中3对用于数据传输，1对用于冲突检测，数据速率100 Mb/s,媒体段长度100 m,网络跨度200 m。100BASE-FX，支持2条光纤,
39、数据速率100 Mb/s,媒体段长度100 m,网络跨度400 m。100BASE-T2，支持2对3类非屏蔽双绞线，数据速率100 Mb/s，最大距离100 m,4B/5B-NRZI编码,4B/5B码规律,不管数据符号怎样组合，编码中连续的“0”的个数不会超过3个。例如E5的4B/5B编码为1110001010，连续0没有超过3个；结束的第1个字符和第2个字符连起来为1100010001，连续0没有超过3个；在流（帧）的结束符（T）后的流状态符R和S的组合，连“0”最多两个；流的传输间隔符号I的编码为1111，不会出现0。,4B/5B码与NRZI,MLT-3编码, MLT-3是一种3电平（+V
40、、0、-V）双极性编码。 MLT-3用两电平之间的跃变沿表示“1”，用无跃变沿表示“0”。即任何时候有一个输入“1”，就产生一个跃变。 在数据的传输中，-V和+V交替出现。 MLT-3码的最高基频仅是NRZI码的一半。,8B6T编码,百兆以太网的其他改进,增加自适应功能，通过自动协商进行工作模式的自动配置，在10 Mbps和100 Mbps的带宽上自适应。可以使用全双工。与半双工相比，可以消除延迟限制，支持更大的网络半径，并且不再使用CSMA/CD协议。定义了新的中继器规范，减少了中继器延迟。可管理性得到加强。,5.5.3 千兆以太网,千兆以太网产品是1996年夏天面市的，而到1997年IEE
41、E就通过了它的标准IEEE 802.3z，并在1998年被正式使用。这个标准主要考虑了如下几点：（1）允许千兆以太网在全双工/半双工两种方式下工作：在半双工方式下，使用CSMA/CD协议；在全双工方式下，以太网交换机中的千兆端口不能采用共享信道方式访问介质，而只能采用专用信道方式，数据的收发能够不受干扰地同步进行。（2）使用IEEE 802.3协议规定的帧格式。（3）与10 BASE-T和100 BASE-T技术向后兼容。,千兆以太网的层次结构,（1）GMII是千兆MAC（GMAC）与物理层间的逻辑接口。数据通路宽度为8位，发送和接收时钟工作在125 MHz，因此数据率为1 000 Mbps。
42、（2）物理编码子层PCS负责数据的发送、接收、同步、载波、侦听和自动协商，并使用8B/10B编码方法。（3）物理接入子层PMA负责将PCS传递给物理介质相关子层PMD的10位并行信号转换成串行位流；（4）物理介质相关子层PMD是物理层的最低子层，负责提供到物理介质的接口，在PMD子层和介质之间交换串行8B/10B编码位流。,千兆位以太网跨距,8B/10编码,极为有趣的特点编码的不均等性（Disparity）仅有三种状况： “+2”（4个位0与6个位1） “+0”（5个位0与5个位1） “-2”（6个位0与4个位1）,载波延长和分组突发技术,5.5.4 万兆以太网,万兆以太网的特点,速率提高了1
43、0倍。由于数据率很高，不再使用铜线而只使用光纤作为传输介质。为了能在广域网和城域网范围工作，可以采用单模光纤，使传输距离超过40km。也可以使用多模光纤，传输距离为65300m。帧格式与10Mb/s、100Mb/s和1Gb/s以太网完全相同，并保留了IEEE 802.3标准规定的最小和最大帧长，使得它仍然能够与较低速率的以太网通信。只在全双工方式工作，没有信道的争用问题，所以不使用CSMA/CD协议。增加了广域网接口子层(WIS)，可实现与SDH的无缝连接。10G以太网技术适用于各种网络结构。由于局域网、城域网、广域网采用同一种核心技术，避免了协议转换，实现了无缝连接，因此10G以太网是实现未
44、来端到端光以太网的基础。采用64/66B的线路编码，而不是以前的8B/10B编码。,10GbE IEEE 802.3ae标准的层次模型,IEEE802.3ae的4个PDM,其他,物理编码子层（Physical Coding Sub-layer，PCS） 10G BASE-X的数据编码方式沿用千兆以太网的8B/10B。10G BASE-R和10G BASE-W的数据编码方式为64B/66B。物理介质附属（Physical Medium Attachment，PMA）子层 PMA子层提供了PCS子层和PMD子层之间的串行化服务，并从接收位流中分离出对接收到的数据进行正确地符号对齐（定界）的符号定时时钟。10Gb/s介质无关接口（10Gb/s Medium Independent Interface，XGMII）和协调子层RS XGMII接口提供了10Gb/s的MAC层和物理层间的逻辑接口。 RS是将XGMII的通路数据和相关控制信号映射到原始PLS服务接口定义（MAC/PLS）接口上。RS和XGMII使MAC层可以连接到不同类型的物理介质上。,
