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  • 三者的介质访问控制方法都是CSMA/CDUTP就是非屏蔽双绞线,5类UTP也就是我们连在电脑上连网用的那种线传输介质上,以太网用的是单轴电缆,就是3类UTP,采用2对3类UTP快速以太网的标准是100BASE-T,有传输介质上有三个...

    三者的介质访问控制方法都是CSMA/CD

    UTP就是非屏蔽双绞线,5类UTP也就是我们连在电脑上连网用的那种线

    传输介质上,以太网用的是单轴电缆,就是3类UTP,采用2对3类UTP

    快速以太网的标准是100BASE-T,有传输介质上有三个标准,
    100BASE-TX,用的是2对5类UTP或2对1类STP
    100BASE-FX用2芯的单模或多模光纤
    100BASE-T4用的是4对3类UTP(注意是4对,不是2对)

    吉比特以太网,标准是1000BASE-T,传输介质有四个标准,
    1000BASE-T,5类UTP
    1000BASE-CX,STP
    1000BASE-LX,单模光纤
    1000BASE-SX,多模光纤

    转载于:https://www.cnblogs.com/oo_o/p/7842919.html

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  •  本文给出了完全用FPGA的控制逻辑来实现嵌入式系统Internet接人中的底层以太网控制器的设计方法。并最终设计出符合IEEE 802.3标准的控制器,从而实现了10 Mbps和100 Mbps两种传输速率以及半双工和全双工两种工作...
  • 以太网

    2009-06-03 17:11:00
    最开始以太网只有10Mbps的吞吐量,它所使用的是CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路访问)的访问控制方法,通常把这种最早期的10Mbps以太网称之为标准以太网以太网主要有两种传输介质,那就是双绞线和同轴电缆。...

    以太网最早是由Xerox(施乐)公司创建的,在1980年由DECIntelXerox三家公司联合开发为一个标准。最开始以太网只有10Mbps的吞吐量,它所使用的是CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路访问)的访问控制方法,通常把这种最早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网主要有两种传输介质,那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准,下面列出是以太网和IEEE 802.3之间的区别以及不同IEEE 802.3物理层协议之间的区别,在这些标准中前面的数字表示传输速度,以太网单位是“Mbps”,最后的一个数字表示单段网线长度(基准单位是100m),Base表示“基带”的意思,Broad代表“带宽”。它不是一种具体的网络,是一种技术规范。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包,双绞线电缆10BaseT以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps,许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信,开放性最好。

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    以太网-分类和发展

     

    一、标准以太网
    开始以太网只有10Mbps的吞吐量,使用的是CSMA/CD(带有碰撞检测的载波侦听多路访问)的访问控制方法,这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网主要有两种传输介质,那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE802.3标准,下面列出是IEEE802.3的一些以太网络标准,在这些标准中前面的数字表示传输速度,单位是“Mbps”,最后的一个数字表示单段网线长度(基准单位是100m),Base表示“基带”的意思,Broad代表“带宽”。
    ·10Base-5使用粗同轴电缆,最大网段长度为500m,基带传输方法;
    ·10Base-2使用细同轴电缆,最大网段长度为185m,基带传输方法;
    ·10Base-T使用双绞线电缆,最大网段长度为100m;
    ·1Base-5使用双绞线电缆,最大网段长度为500m,传输速度为1Mbps;
    ·10Broad-36使用同轴电缆(RG-59/UCATV),最大网段长度为3600m,是一种宽带传输方式;
    ·10Base-F使用光纤传输介质,传输速率为10Mbps;

    二、快速以太网
    随着网络的发展,传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前,对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用,只有光纤分布式以太网数据接口(FDDI)可供选择,但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。1993年10月,GrandJunction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100,快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、 SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时,IEEE802工程组亦对100Mbps以太网的各种标准,如100BASE-TX、100BASE-T4、MII、中继器、全双工等标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了 IEEE802.3u100BASE-T快速以太网标准(FastEthernet),就这样开始了快速以太网的时代。
    快速以太网与原来在 100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点,最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资,它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接,能有效的利用现有的设施。快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足,那就是快速以太网仍是基于CSMA/CD技术,当网络负载较重时,会造成效率的降低,当然这可以使用交换技术来弥补。100Mbps快速以太网标准又分为:100BASE-TX、100BASE-FX、 100BASE-T4三个子类。
    ·100BASE-TX:是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线,一对用于发送,一对用于接收数据。在传输中使用4B/5B编码方式,信号频率为125MHz。符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT1类布线标准。使用同10BASE-T相同的RJ-45连接器。它的最大网段长度为100米。它支持全双工的数据传输。
    ·100BASE-FX:是一种使用光缆的快速以太网技术,可使用单模和多模光纤(62.5和125um)多模光纤连接的最大距离为550米。单模光纤连接的最大距离为3000米。在传输中使用 4B/5B编码方式,信号频率为125MHz。它使用MIC/FDDI连接器、ST连接器或SC连接器。它的最大网段长度为150m、412m、 2000m或更长至10公里,这与所使用的光纤类型和工作模式有关,它支持全双工的数据传输。100BASE-FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。
    ·100BASE-T4:是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。 100Base-T4使用4对双绞线,其中的三对用于在33MHz的频率上传输数据,每一对均工作于半双工模式。第四对用于CSMA/CD冲突检测。在传输中使用8B/6T编码方式,信号频率为25MHz,符合EIA586结构化布线标准。它使用与10BASE-T相同的RJ-45连接器,最大网段长度为 100米。

    三、千兆以太网
    千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术,给用户带来了提高核心网络的有效解决方案,这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。千兆技术仍然是以太技术,它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统,因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。以太网升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统,能够最大程度地投资保护。为了能够侦测到64Bytes资料框的碰撞,GigabitEthernet所支持的距离更短。GigabitEthernet支持的网络类型,如下表所示:
    传输介质距离
    1000Base-CXCopperSTP25m
    1000Base-TCopperCat5UTP100m
    1000Base-SXMulti-modeFiber500m
    1000Base-LXSingle-modeFiber3000m
    千兆以太网技术有两个标准:IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。
    1.IEEE802.3z
    IEEE802.3z工作组负责制定光纤(单模或多模)和同轴电缆的全双工链路标准。IEEE802.3z定义了基于光纤和短距离铜缆的1000Base-X,采用8B/10B编码技术,信道传输速度为1.25Gbit/s,去耦后实现1000Mbit/s传输速度。IEEE802.3z具有下列千兆以太网标准:
    ·1000Base-SX只支持多模光纤,可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长为770-860nm,传输距离为220-550m。
    ·1000Base-LX多模光纤:可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为550m。
    单模光纤:可以支持直径为9um或10um的单模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为5km左右。
    ·1000Base-CX采用150欧屏蔽双绞线(STP),传输距离为25m。
    2.IEEE802.3ab
    IEEE802.3ab 工作组负责制定基于UTP的半双工链路的千兆以太网标准,产生IEEE802.3ab标准及协议。IEEE802.3ab定义基于5类UTP的 1000Base-T标准,其目的是在5类UTP上以1000Mbit/s速率传输100m。IEEE802.3ab标准的意义主要有两点:
    (1)保护用户在5类UTP布线系统上的投资。
    (2)1000Base- T是100Base-T自然扩展,与10Base-T、100Base-T完全兼容。不过,在5类UTP上达到1000Mbit/s的传输速率需要解决5 类UTP的串扰和衰减问题,因此,使IEEE802.3ab工作组的开发任务要比IEEE802.3z复杂些

    四、万兆以太网
    万兆以太网规范包含在IEEE802.3标准的补充标准IEEE802.3ae中,它扩展了IEEE802.3协议和MAC规范使其支持10Gb/s的传输速率。除此之外,通过WAN界面子层(WIS:WANinterfacesublayer),10千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率,如 9.584640Gb/s(OC-192),这就允许10千兆位以太网设备与同步光纤网络(SONET)STS-192c传输格式相兼容。
    ·10GBASE-SR和10GBASE-SW主要支持短波(850nm)多模光纤(MMF),光纤距离为2m到300m。
    10GBASE-SR主要支持“暗光纤”(darkfiber),暗光纤是指没有光传播并且不与任何设备连接的光纤。
    10GBASE-SW主要用于连接SONET设备,它应用于远程数据通信。
    ·10GBASE-LR和10GBASE-LW主要支持长波(1310nm)单模光纤(SMF),光纤距离为2m到10km(约32808英尺)。
    10GBASE-LW主要用来连接SONET设备时,
    10GBASE-LR则用来支持“暗光纤”(darkfiber)。
    ·10GBASE-ER和10GBASE-EW主要支持超长波(1550nm)单模光纤(SMF),光纤距离为2m到40km(约131233英尺)。
    10GBASE-EW主要用来连接SONET设备,
    10GBASE-ER则用来支持“暗光纤”(darkfiber)。
    ·10GBASE-LX4采用波分复用技术,在单对光缆上以四倍光波长发送信号。系统运行在1310nm的多模或单模暗光纤方式下。该系统的设计目标是针对于2m到300m的多模光纤模式或2m到10km的单模光纤模式。

    以太网-连接方式

     

    拓扑结构
    总线型:所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高,不易隔离故障点、采用共享的访问机制,易造成网络拥塞。早期以太网多使用总线型的拓扑结构,采用同轴缆作为传输介质,连接简单,通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备,但由于它存在的固有缺陷,已经逐渐被以集线器交换机为核心的星型网络所代替。
    星型:管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设的可靠性要求高。采用专用的网络设备(如集线器或交换机)作为核心节点,通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上,这就形成了星型结构。星型网络虽然需要的线缆比总线型多,但布线和连接器比总线型的要便宜。此外,星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模,因此得到了广泛的应用,被绝大部分的以太网所采用。
    传输介质
    以太网可以采用多种连接介质,包括同轴缆、双绞线和光纤等。其中双绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接,而光纤则主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间的点到点链路上。同轴缆作为早期的主要连接介质已经逐渐趋于淘汰。

    以太网-接口的工作模式

     

    以太网卡可以工作在两种模式下:半双工和全双工。
    半双工:半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。传统的共享LAN是在半双工下工作的,在同一时间只能传输单一方向的数据。当两个方向的数据同时传输时,就会产生冲突,这会降低以太网的效率。
    全双工:全双工传输是采用点对点连接,这种安排没有冲突,以太网因为它们使用双绞线中两个独立的线路,这等于没有安装新的介质就提高了带宽。例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨,同时可有两列火车双向通行。在双全工模式下,冲突检测电路不可用,因此每个双全工连接只用一个端口,用于点对点连接。标准以太网的传输效率可达到50%~60%的带宽,双全工在两个方向上都提供100%的效率。
    以太网的工作原理
    以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问(CSMA/CD)机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息,因此,我们说以太网是一种广播网络。
    以太网的工作过程如下:
    当以太网中的一台主机要传输数据时,它将按如下步骤进行:
    1、帧听信道上收否有信号在传输。如果有的话,表明信道处于忙状态,就继续帧听,直到信道空闲为止。
    2、若没有帧听到任何信号,就传输数据
    3、传输的时候继续帧听,如发现冲突则执行退避算法,随机等待一段时间后,重新执行步骤1(当冲突发生时,涉及冲突的计算机会发送会返回到帧听信道状态。
    注意:每台计算机一次只允许发送一个包,一个拥塞序列,以警告所有的节点)
    4、若未发现冲突则发送成功,计算机所有计算机在试图再一次发送数据之前,必须在最近一次发送后等待9.6微秒(以10Mbps运行)。
    帧结构
    以太网帧的概述:
    以太网的帧是数据链路层的封装,网络层的数据包被加上帧头和帧尾成为可以被数据链路层识别的数据帧(成帧)。虽然帧头和帧尾所用的字节数是固定不变的,但依被封装的数据包大小的不同,以太网的长度也在变化,其范围是64~1518字节(不算8字节的前导字)。
    冲突/冲突域
    冲突(Collision):在以太网中,当两个数据帧同时被发到物理传输介质上,并完全或部分重叠时,就发生了数据冲突。当冲突发生时,物理网段上的数据都不再有效。
    冲突域:在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。
    影响冲突产生的因素:冲突是影响以太网性能的重要因素,由于冲突的存在使得传统的以太网在负载超过40%时,效率将明显下降。产生冲突的原因有很多,如同一冲突域中节点的数量越多,产生冲突的可能性就越大。此外,诸如数据分组的长度(以太网的最大帧长度为1518字节)、网络的直径等因素也会影响冲突的产生。因此,当以太网的规模增大时,就必须采取措施来控制冲突的扩散。通常的办法是使用网桥和交换机将网络分段,将一个大的冲突域划分为若干小冲突域。
    广播/广播域
    广播:在网络传输中,向所有连通的节点发送消息称为广播。
    广播域:网络中能接收任何一设备发出的广播帧的所有设备的集合。
    广播和广播域的区别:广播网络指网络中所有的节点都可以收到传输的数据帧,不管该帧是否是发给这些节点。非目的节点的主机虽然收到该数据帧但不做处理。
    广播是指由广播帧构成的数据流量,这些广播帧以广播地址(地址的每一位都为“1”)为目的地址,告之网络中所有的计算机接收此帧并处理它。

    以太网-共享式以太网

     

    共享式以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集线器(集线器)为核心的星型网络。在使用集线器的以太网中,集线器将很多以太网设备集中到以太网一台中心设备上,这些设备都连接到集线器中的同一物理总线结构中。从本质上讲,以集线器为核心的以太网同原先的总线型以太网无根本区别。
    集线器的工作原理:
    集线器并不处理或检查其上的通信量,仅通过将一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质,其结果是它们也共享同一冲突域、广播和带宽。因此集线器和它所连接的设备组成了一个单一的冲突域。如果一个节点发出一个广播信息,集线器会将这个广播传播给所有同它相连的节点,因此它也是一个单一的广播域。
    集线器的工作特点:
    集线器多用于小规模的以太网,由于集线器一般使用外接电源(有源),对其接收的信号有放大处理。在某些场合,集线器也被称为“多端口中继器”。
    集线器同中继器一样都是工作在物理层的网络设备。
    共享式以太网存在的弊端:由于所有的节点都接在同一冲突域中,不管一个帧从哪里来或到哪里去,所有的节点都能接受到这个帧。随着节点的增加,大量的冲突将导致网络性能急剧下降。而且集线器同时只能传输一个数据帧,这意味着集线器所有端口都要共享同一带宽。

    以太网-交换式以太网

     

    交换式结构:
    在交换式以太网中,交换机根据收到的数据帧中的MAC地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽,因此节点就不担心自己发送的帧在通过交换以太网机时是否会与其他节点发送的帧产生冲突。
    为什么要用交换式网络替代共享式网络:
    ·减少冲突:交换机将冲突隔绝在每一个端口(每个端口都是一个冲突域),避免了冲突的扩散。
    ·提升带宽:接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽,而不是各个节点共享带宽。
    以太网交换机
    交换机的工作原理:
    ·交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射,并将其写入MAC地址表中。
    ·交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较,以决定由哪个端口进行转发。
    ·如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中,则向所有端口转发。这一过程称之为泛洪(flood)。
    ·广播帧和组播帧向所有的端口转发。
    交换机的三个主要功能:
    ·学习:以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址,并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
    ·转发/过滤:当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时,它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。
    ·消除回路:当交换机包括一个冗余回路时,以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生,同时允许存在后备路径。
    交换机的工作特性:
    ·交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。
    ·交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内,也就是说,交换机不隔绝广播(唯一的例外是在配有VLAN的环境中)。
    ·交换机依据帧头的信息进行转发,因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备
    交换机的分类:
    依照交换机处理帧的不同的操作模式,主要可分为两类。
    存储转发:交换机在转发之前必须接收整个帧,并进行检错,如无错误再将这一帧发向目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。
    直通式:交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧,而无需等待帧全部的被接收,也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的,因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。
    注意:
    直通式的转发速度大大快于存储转发模式,但可靠性要差一些,因为可能转发冲突帧或带CRC错误的帧。
    生成树协议
    消除回路:
    在由交换机构成的交换网络中通常设计有冗余链路和设备。这种设计的目的是防止一个点的失败导致整个网络功能的丢失。虽然冗余设计可能消除的单点失败问题,但也导致了交换回路的产生,它会导致以下问题。
    ·广播风暴
    ·同一帧的多份拷贝
    ·不稳定的MAC地址表
    因此,在交换网络中必须有一个机制来阻止回路,而生成树协议(SpanningTreeProtocol)的作用正在于此。

    以太网-生成树的工作原理

     

    生成树协议的国际标准是IEEE802.1b。运行生成树算法的网桥/交换机在规定的间隔(默认2秒)内通过网桥协议数据单元(BPDU)的组播帧与其他交换机交换配置信息,其工作的过程如下:
    ·通过比较网桥优先级选取根网桥(给定广播域内只有一个根网桥)。
    ·其余的非根网桥只有一个通向根交换机的端口称为根端口。
    ·每个网段只有一个转发端口。
    ·根交换机所有的连接端口均为转发端口。
    注意:生成树协议在交换机上一般是默认开启的,以太网不经人工干预即可正常工作。但这种自动生成的方案可能导致数据传输的路径并非最优化。因此,可以通过人工设置网桥优先级的方法影响生成树的生成结果。
    生成树的状态:
    运行生成树协议的交换机上的端口,总是处于下面四个状态中的一个。在正常操作期间,端口处于转发或阻塞状态。当设备识别网络拓扑结构变化时,交换机自动进行状态转换,在这期间端口暂时处于监听和学习状态。
    阻塞:所有端口以阻塞状态启动以防止回路。由生成树确定哪个端口转换到转发状态,处于阻塞状态的端口不转发数据但可接受BPDU。
    监听:不转发,检测BPDU,(临时状态)。
    学习:不转发,学习MAC地址表(临时状态)。
    转发:端口能转送和接受数据。
    小知识:实际上,在真正使用交换机时还可能出现一种特殊的端口状态-Disable状态。这是由于端口故障或由于错误的交换机配置而导致数据冲突造成的死锁状态。如果并非是端口故障的原因,我们可以通过交换机重启来解决这一问题。
    生成树的重计算:
    当网络的拓扑结构发生改变时,生成树协议重新计算,以生成新的生成树结构。当所有交换机的端口状态变为转发或阻塞时,意味着重新计算完毕。这种状态称为会聚(Convergence)。
    注意:在网络拓扑结构改变期间,设备直到生成树会聚才能进行通信,这可能会对某些应用产生影响,因此一般认为可以使生成树运行良好的交换网络,不应该超过七层。此外可以通过一些特殊的交换机技术加快会聚的时间。
    网桥
    网桥概述:
    依据帧地址进行转发的二层网络设备,可将数个局域网网段连接在一起。网桥可连接相同介质的网段也可访问不同介质的网段。网桥的主要作用是分割和减少冲突。它的工作原理同交换机类似,也是通过MAC地址表进行转发。因此,网桥同交换机没有本质的区别。在某些情况下,我们可以认为网桥就是交换机。
    路由器的简单介绍
    什么是路由器:
    路由器是使用一种或者更多度量因素的网络设备,它决定网络通信能够通过的最佳路径。路由器依据网络层信息将数据包从一个网络前向转发到另一个网络。
    路由器的功能:
    ·隔绝广播,划分广播域
    ·通过路由选择算法决定最优路径
    ·转发基于三层目的地址的数据包
    ·其他功能
    虚拟局域网VLAN
    网桥/交换机的本质和功能是通过将网络分割成多个冲突域提供增强的网络服务,然而网桥/交换机仍是一个广播域,一个广播数据包可被网桥/交换机转发至全网。虽然OSI模型的第三层的路由器提供了广播域分段,但交换机也提供了一种称为VLAN的广播域分段方法。
    什么是VLAN:
    一个VLAN是跨越多个物理LAN网段的逻辑广播域,人们设计VLAN来为工作站提供独立的广播域,这些工作站是依据其功能、项目组或应用而不顾其用户的物理位置而逻辑分段的。
    一个VLAN=一个广播域=逻辑网段
    VLAN的优点和安装特性:
    VLAN的优点:
    ·安全性。一个VLAN里的广播帧不会扩散到其他VLAN中。
    ·网络分段。将物理网段按需要划分成几个逻辑网段
    ·灵活性。可将交换端口和连接用户逻辑的分成利益团体,例如以同一部门的工作人员,项目小组等多种用户组来分段。
    典型VLAN的安装特性:
    ·每一个逻辑网段像一个独立物理网段
    ·VLAN能跨越多个交换机
    ·由主干(Trunk)为多个VLAN运载通信量
    VLAN如何操作:
    ·配置在交换机上的每一个VLAN都能执行地址学习、转发/过滤和消除回路机制,就像一个独立的物理网桥一样。VLAN可能包括几个端口
    ·交换机通过将数据转发到与发起端口同一VLAN的目的端口实现VLAN。
    ·通常一个端口只运载它所属VLAN的通信量。
    VLAN的成员模式:
    静态:分配给VLAN的端口由管理员静态(人工)配置。
    动态:动态VLAN可基于MAC地址、IP地址等识别其成员资格。当使用MAC地址时,通常的方式是用VLAN成员资格策略服务器(VMPS)支持动态 VLAN。VMPS包括一个映射MAC地址到VLAN分配的数据库。当一个帧到达动态端口时,交换机根据帧的源地址查询VMPS,获取相应的VLAN分配。
    注意:虽然VLAN是在交换机上划分的,但交换机是二层网络设备,单一的有交换机构成的网络无法进行VLAN间通信的,解决这一问题的方法是使用三层的网络设备-路由器。路由器可以转发不同VLAN间的数据包,就像它连接了几个真实的物理网段一样。这时我们称之为VLAN间路由。
    高速以太网
    快速以太网:
    快速以太网(FastEthernet)也就是我们常说的百兆以太网,它在保持帧格式、MAC(介质存取控制)机制和MTU(最大传送单元)质量的前提下,其速率比10Base-T的以太网增加了10倍。二者之间的相似性使得10Base-T以太网现有的应用程序和网络管理工具能够在快速以太网上使用。快速以太网是基于扩充的IEEE802.3标准。
    千兆以太网:
    千兆位以太网是一种新型高速局域网,它可以提供1Gbps的通信带宽,采用和传统10M、100M以太网同样的CSMA/CD协议、帧格式和帧长,因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级。只用于PointtoPoint,连接介质以光纤为主,最大传输距离已达到70km,可用于MAN的建设。
    由于千兆以太网采用了与传统以太网、快速以太网完全兼容的技术规范,因此千兆以太网除了继承传统以太局域网的优点外,还具有升级平滑、实施容易、性价比高和易管理等优点。
    千兆以太网技术适用于大中规模(几百至上千台电脑的网络)的园区网主干,从而实现千兆主干、百兆交换(或共享)到桌面的主流网络应用模式。

    以太网-技术总结

     

    千兆以太网的优势是同旧系统的兼容性好,价格相对便宜。在这也是千兆以太网在同ATM的竞争中获胜的主要原因。当今居于主导地位的局域网技术-以太网。以太网是建立在以太网CSMA/CD机制上的广播型网络。冲突的产生是限制以太网性能的重要因素,早期的以太网设备如集线器是物理层设备,不能隔绝冲突扩散,限制了网络性能的提高。而交换机(网桥)做为一种能隔绝冲突的二层网络设备,极大的提高了以太网的性能。正逐渐替代集线器成为主流的以太网设备。然而交换机(网桥)对网络中的广播数据流量则不做任何限制,这也影响了网络的性能。通过在交换机上划分VLAN和采用三层的网络设备-路由器解决了这一问题。以太网做为一种原理简单,便于实现同时又价格低廉的局域网技术已经成为业界的主流。而更高性能的快速以太网和千兆以太网的出现更使其成为最有前途的网络技术。

    以太网-参考链接

     

    http://www.c114.net/keyword/%D2%D4%CC%AB%CD%F8
    http://www.qqread.com/z/network/lan/

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  • 第五章介质访问控制子层

    千次阅读 2009-10-15 23:50:00
    摘抄自:http://asnc-et.blog.sohu.com/46643635.html局域网领域三足鼎立:以太网令牌环网(物理环)令牌总线网(逻辑环)5.1.1 决定局域网与城域网性能的三要素网络拓扑传输介质介质访问控制方法5.1.1 分类和特点局域网...

    摘抄自http://asnc-et.blog.sohu.com/46643635.html

    局域网领域三足鼎立:
    以太网
    令牌环网(物理环)
    令牌总线网(逻辑环)
    5.1.1 决定局域网与城域网性能的三要素
    网络拓扑
    传输介质
    介质访问控制方法

    5.1.1 分类和特点
    局域网分类:
       ①按拓扑结构:总线形、环形、星形      
       ②按网络传输介质:同轴电缆、双绞线、光纤
       ③按网络介质访问方式:共享介质方式、交换方式
    物理结构与逻辑结构
        逻辑结构:局域网结点间的相互关系与介质访问控制方法。
         物理结构:局域网的外部连接形式。
              例:总线形的Ethernet,所有结点都通过双绞线连接到一个集线器上,物理上看是星形的。(星-总线形)
              令牌环将一个环中的所有结点通过双绞线连接到一个多路连接单元,外部上看是星形。 (星-环形)

    局域网特点:
           ①覆盖范围小
           ②成本低
           ③传输速率高
           ④误码率低,可靠性高
           ⑤易于更新扩展
           ⑥介质适应性强
           ⑦使用灵活,易于操作
           ⑧结构简单,易于实现

    4.1.2 局域网体系参考模型(IEEE802参考模型)
         局域网是一个计算机通信网,不存在路由选择问题,因此它不需要网络层,而只有最低的两个层次。

    物理层:比特流的透明传输
         负责物理连接管理和在介质上传输比特流。一对物理层实体能确认出两个介质访问控制(MAC)子层实体间同等层比特单元的交换,其主要任务是描述传输介质接口的一些特性。物理层可分为物理信号(PS)子层和物理媒体访问(PMA)子层。

    数据链路层:纠错 帧     该层主要作用是通过一些数据链路层协议,在不尽可靠的传输信道上实现可靠的数据传输,负责帧的传输管理和控制。
     
          数据链路层分为两个子层

    1.LLC(Logical Link Control)子层
      LLC子层功能:与媒体接入无关的部分
    建立和释放数据链路层的逻辑连接
    提供与高层的接口
    差错控制
    给帧加上序号

    2.MAC(Media Access Control)子层
    MAC子层功能:与接入各种传输媒体有关的问题都放在MAC子层,该层负责在物理层的基础上进行无差错地通信。
    将上层交下来的数据封装成帧进行发送
    实现和维护MAC协议
    比特差错检测
    寻址(MAC地址)

    MAC地址(物理地址)
         802标准规定MAC地址字段可采用6字节或2字节这两种中的一种。

       注:IP地址(逻辑地址)寻找路由

    网卡MAC物理地址的查询方法:
          Win95、Win98用户,在命令模式(DOS)下:
                          winipcfg
          WinNT、Win2000、WinXP用户,在命令模式(DOS)下:
                        ipconfig/all
          在交换机中将IP地址与MAC地址绑定的方法:
              对于远程计算机,只要知道计算机名和IP地址,在MS-DOS下输入:nbtstat_a(计算机名)或者 nbtstat_A(IP地址)
          若发现有人在网上盗用别人的IP地址,用这种方法马上就可以查到对方网卡地址。

     4.1.3 IEEE802标准系列
    IEEE802.1(A)LAN和MAN体系结构
    IEEE802.1(B)LAN的寻址、网络互联及其管理
    IEEE802.2 逻辑链路控制(LLC)协议
    以下是MAC子层,根据介质不同,技术规范不同:
    IEEE802.3 CSMA/CD访问方法及物理层
    IEEE802.4 令牌总线访问方法及物理层技术规范
    IEEE802.5 令牌环访问方法及物理层技术规范
    IEEE802.6 城域网络MAN访问方法及物理层技术规范

    IEEE802.7 宽带网络访问方法及物理层技术规范
    IEEE802.8 光纤网络标准,FDDI访问方法及物理层技术规范
    IEEE802.9 综合数据/话音LAN标准
    IEEE802.10 可互操作的LAN的安全机制
    IEEE802.11 无线LAN访问方法及物理层技术规范
    IEEE802.12 100Base-VG高速网络访问方法及物理层技术规范(利于多媒体数据传输,有优先级别,可保证延时)

    5.1.4 介质访问控制方法

       CSMA/CD发送工作过程
    (Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection)
       载波  监听  多路访问 / 冲突检测
     

     CSMA/CD发送工作过程
       发送步骤:
          ①如果网络上共享的传输介质空闲,就发送信息,否则就等待
          ②在发送的开始T长度时间内,监听总线,判断是否有冲突      
          ③如果在T长度时间内没有检测到冲突,就获得对信道的使用权,停止监听,继续发送信息,直到被传输帧的结束。
          ④如果检测到冲突,则停止发送,并发出一个阻塞信号,经过一个随机时间段后,重新开始步骤①

    CSMA/CD接收工作过程
          网络上每个节点都在监听总线,如果有信息传输,则接收信息,得到MAC帧,再分析和判断帧中的接收地址,如果接收地址为本节点地址,则复制接收该帧,否则简单丢弃该帧。由于CSMA/CD控制方法的数据发送具有广播性特点,对于具有组地址或广播地址的数据帧,同时可被多个节点复制和接收。

    CSMA/CD方法优点
          每个节点都处于平等地位去竞争传输介质,实现的方法简单,网络维护方便,增删节点容易;负载较少(节点少或信息发送不频繁)时,要发送信息的节点可以“立即”获得对介质的访问权,执行发送操作效率较高。   

    CSMA/CD方法缺点
         不具有某些场合要求的优先权,负载重时,容易出现冲突,使传输效率和有效带宽大为降低,不确定的等待时间和延迟可以能在过程控制应用中产生严重的问题。    
    5.2.1 以太网技术特性
    以太网是基带网,它采用基带传输技术
    标准是IEEE802.3,使用CSMA/CD介质访问控制方法
    传统以太网是一种共享型网络。
    带宽利用率比较低
    采用广播式传输技术
    采用曼彻斯特编码方案(内部时钟信号)

    以太网所支持的传输介质类型有:50欧姆基带同轴电缆、无屏蔽双绞线和光纤。
    以太网的拓扑结构主要有总线形和星形。
    传输速率高,目前最高可达10Gbps。
    以太网是可变长帧,长度为:64-1518字节(帧结构)
    以太网技术先进、成熟、易扩展、易维护、易管理。

    5.2.2 10Mbps以太网
    10Base-2(细缆)总线拓扑
        各站通过RG58型细同轴电缆连接成网络。
     所用硬件:
    带有BNC接口插座的以太网卡(AUI接口-粗缆)
    0.2英寸/50欧姆细同轴电缆
    BNC连接器,用于同轴电缆与T型连接器的连接
    50 欧姆终端匹配器,电缆两端各接一个终端匹配器,用于阻止电缆上的信号散射。

    5.2.2 10Mbps以太网

    10Base-2(细缆)总线拓扑
    10Base-5(粗缆)总线拓扑
    10Base-T(双绞线)星形拓扑
    10Base-F (光纤)放射形拓扑

    10Base-2网络的物理结构

    10Base-5(粗缆)总线拓扑
         10Base-5网络并不是将节点直接连到粗同轴电缆上,而是在粗同轴电缆上接一外部收发器,外部收发器上有一个附加装置借口(AUI),由一段称为收发器电缆的短电缆将外部收发器与插在计算机中的网卡连接起来。
         它的安装比细电缆复杂,但它能更好地抗电磁干扰,防止信号衰减。

    10Base-5
      所用硬件:
    带有AUI插座的以太网卡
    0.4英寸/50欧姆粗同轴电缆
    外部收发器
    收发器电缆
    50欧姆终端匹配器

    10Base-5网络的物理结构

    10Base-T(星型双绞线)
         1991年下半年,IEEE802.3标准中增加了10Base-T,星型拓扑,T代表星型双绞线。
          UTP双绞线,最大电缆长度为100米。
      所用硬件:
    带有RT-45插座的以太网卡
    3米以上UTP电缆
    RT-45连接器(水晶头)
    10Base-T集线器(hub)

    注: UTP (Unshielded Twisted Paired),非屏蔽双绞线
         STP (Shielded Twisted Pair ),屏蔽双绞线

      10Base-T网络

    10Base-F(光纤 放射形)
         采用光纤介质和基带传输,星形或放射形结构。
      构成:光纤集线器,网卡,光缆
         光缆中至少有一对光纤(发送和接收各用一根光纤),一般采用62.5μm/125μm的多模光纤,接头为ST或SC接头。

    光纤与网卡有两种连接方法:
    ①把光纤直接通过ST或SC接头连接到可处理光信号的网卡(此类网卡是把光纤收发器内置于网卡中)上;
    ②通过外置光纤收发器连接,即光纤外置收发器一端通过AUI接口连接电信号网卡,另一端通过ST或SC接头与光纤连接。

    10Base-F光纤网络

    5.3.1 高速局域网
       个人计算机广泛应用,用户对局域网带宽性能要求提高。
         传统局域网共享介质,每个节点平均带宽
         高速局域网解决方案:
    将大型局域网划分成多个用路由互联的子网,减少子网内部结点数N,提高速率;
    将共享介质方式改为交换方式。交换机,并发工作

      5.3.1 局域网产品类型及相互关系    

    快速以太网 (100Base-T技术)IEEE802.3u标准
    千兆以太网 (1000BASE-T) IEEE802.3z标准
    万兆以太网 10Gb/s
    100VG-AngLAN IEEE802.12标准

      5.3.1快速以太网(100Base-T技术)IEEE802.3u标准
    双绞线 星形拓扑,使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。由于MAC层与传输速率无关,所以100Base-T中帧格式、帧长度、差错控制及有关管理信息均与10Base-T相同。 (不改变帧结构,只提高传输速率——保护设备投资)
    IEEE802.3u标准中只定义了新的物理层标准100Base-T :
          介质专用接口:MII (粗缆AUI、细缆BUC)
        (物理层直接与介质相关,按介质不同,制定不同标准)
     100Base-TX
     100Base-FX
     100Base-T4 
    快速以太网协议结构P172

      100Base-TX
        使用2对UTP5类线和STP1类线,其中一对用于发送,另一对用于接收。5类UTP电缆采用RJ-45(水晶头)连接器,1类STP电缆采用9芯梯形连接器。            
          现时大多数网络是在2对5类双绞线上运行,所以100Base-T采用较多的形式是100Base-TX, 100Base-TX规范中的RJ-45双绞线的输出引线同10Base-T是一致的,通过线路1和2发送,3和6接收。

    100Base-FX
         使用2对光纤,通常选用芯/外径62.5μm/125μm的多模光纤,也可以用单模光纤。100Base-TX和100Base-FX合在一起称为100Base-X。
    100Base-T4(一般不用)
         使用4对UTP3类线或5类线,这些为已使用UTP3类线的大量用户而设计的。UTP电缆采用RJ-45连接器。

     千兆以太网(Gigabit Ethernet,GE)
         千兆以太网是提供1000Mbps数据传输速率的交换式以太网,是对10Mbps以太网和100Mbps快速以太网非常成功地扩展。千兆位以太网技术将显著地提高网络的可用带宽,可应用于任何规模的LAN。千兆位以太网采用以交换机为中心的星形拓扑结构,主要用于交换机与交换机之间或交换机与超级服务器之间的网络连接。

    千兆以太网标准
         IEEE在1997年通过了关于吉比以太网的标准802.3Z,并在1998年成为正式标准。
         其物理层有两个标准:
           IEEE 802.3Z和IEEE 802.3ab

     5.3.2 千兆以太网(1000BASE-T) IEEE802.3z /IEEE802.3ab标准
    IEEE802.3z标准中只定义了新的物理层标准1000BASE-X:
    IEEE802.3z标准中物理层标准1000BASE-T
          介质专用接口:GMII (快速以太网MII、粗缆AUI、细缆BUC)
           (物理层直接与介质相关,按介质不同,制定不同标准)
     1000Base-T(IEEE802.3ab)
     1000Base-CX
     1000Base-LX              (IEEE802.3z)
     1000Base-SX(校园网)
    千兆以太网协议结构P174

    ①1000Base-X(IEEE802.3Z)
    1000Base-SX
         1000BaseSX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术,用多模光纤和850nm激光器。300-550m
    1000Base-LX
         1000BaseLX是一种使用长波激光作为信号源的网络介质技术 ,用单模光纤,3千米;或多模光纤,300-550m。1300nm激光器。
    1000Base-CX
        1000BaseCX是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太网技术之一 ,最长有效距离为25米 。

    ②1000Base-T(IEEE802.3ab)
         1000BaseT是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术。传输距离为20-100m 。

           万兆以太网(10GbE)是一种数据传输速率高达10Gbps、通信距离可延伸到40 km的以太网。它是在以太网技术的是础上发展起来的,因此,万兆以太网与千兆以太网一样,在本质上仍然是以太网,只是在速度和距离方面有了显著的提高。
          10Gbps以太网采用以光纤为传输介质、以交换机为中心的星形结构,可以为网络提供更大的可用带宽。

    5.3.3万兆以太网10Gb/s
     10Gb/s Ethernet主要特点
    10Gb/s Ethernet帧格式与10Mb/s,100Mb/s ,1Gb/s完全相同;
    保留最小和最大帧长度的规定64-1518
    只使用光纤传输介质
    全双工方式,不存在争用问题,不使用CSMA/CD协议


    5.3.4 100VG-AngLAN技术
         100VG-AngLAN技术或100Base-VG,是一种使用集线器的100Mb/s高速局域网。
         VG--Voice Grade ,Ang表示能使用多种传输媒体。100VG标准是IEEE802.12,支持802.3、802.5数据帧。
         100VG是一种无冲突局域网,能更好地支持多媒体数据传输,媒体接入控制采用需求优先级协议,可保证延时。
         100VG还支持10Base-T和令牌环的网络拓扑,支持以太网和令牌环网两种帧格式,支持3类、5类UTP电缆、STP电缆和光纤等介质。

    100VG-AngLAN存在问题
    ①不具有100Base-T那种的10Mb/s、100Mb/s自动协商功能
    ②对于100Base-VG网络,其关键是网络应只有交换功能以及具备监控同步并行路径的管理工具,而市场上很难找到100Base-VG交换设备。
    ③100Base-VG网络缺乏支持厂商,市场竞争力不强,价格高居高不下,市场增长速度缓慢。
           

    IEEE802.4标准:令牌总线
       令牌总线(Token bus)访问控制方法是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制结点访问公共传输介质的。
         令牌是一种特殊结构的控制帧,用来控制结点对总线的访问。物理结构:总线
         令牌总线是一种逻辑环结构。P165

    IEEE802.5标准:令牌环(物理环)
        令牌环(Token Ring)访问控制方法最初是由IBM公司1984年推出的,后来由IEEE确定为国际标准,即IEEE802.5标准。
          令牌环的每一个站通过电缆与干线耦合器(Trunk Coupling Unit,又称转发器)相连。转发器有两种状态,一种是收听(或转发)方式,另一种是发送方式。
          令牌环访问控制方法是一种适用于环形结构的分布式访问控制方法,它采用一种称为令牌的特殊帧来控制各个节点对介质的访问。

    令牌环的工作原理

    令牌环优点:
              它能保证要发送数据的节点在一个确定性的时间间隔内访问介质,并可以用多种方法建立访问的优先权。(时间片轮转)
    令牌环缺点:
             令牌维护比较复杂,令牌的丢失会降低环网的利用率,而令牌重复也会破坏环网的正常工作

    FDDI(Fiber Distributed Data Interface)
           光纤   分布式     数据   接口      
         FDDI是在网络与介质之间的一个接口标准。
          FDDI最初是由美国国家标准协会ANSI X3T9.5提出的标准,后来被通过为国际标准ISO9314,继而被IEEE接纳为以光纤为传输介质的环形局域网国际标准,即IEEE802.8标准。
           

    FDDI特性
    采用光纤介质和双环形结构,环形方向相反,有容错能力。
    使用基于IEEE802.5令牌环标准的令牌传递MAC协议。
    利用多模光纤进行传输。
    数据率为100Mb/s。
    1000个节点,若是双连接站,则为500个节点。
    最大站间距离为2km,环路长度为100km,,光纤长度为200km.
    FDDI既可作为局域网,也可以作为主干网。       


    5.6.1 共享式局域网存在的问题
         以太网、快速以太网、令牌环网和FDDI常被称为传统局域网,它们都是共享式局域网。
    共享式局域网受介质访问控制的制约,影响网络性能、增加了网络延时,降低了带宽利用率
    网络上的每个站点只能得到局域网带宽的一小部分,不能为用户提供足够的带宽资源。
    为提高带宽采用网络微段化方法(减小N),使网络结构和网络管理变得十分复杂和成本提高,也不能根本解决网络带宽问题。

    5.6.2 交换式以太网的特点
          允许多对站点同时通信,每个站点可以独占传输通道和带宽。交换式局域网把“共享”变为“独享”,如图所示。

    5.6.2 交换式以太网的特点
    灵活的接口速率。
    具有高度的网络可扩充性和延展性。
    易于管理、便于调整网络负载的分布,有效地利用网络带宽。
    交换式以太网与以太网、快速以太网完全兼容,它们能够实现无缝连接。
    可互连不同标准的局域网。

    5.6.2 局域网交换机的工作原理   P178
    1、交换机的结构
    2、交换机的工作过程  
    3、端口号与MAC地址的地址映射表的建立与维护(动态)
      交换机检查地址映射表,不存在,加入;一段时间内不用,删除。
    4、交换机的帧转发方式 P179
    直接交换方式(只查地址,不纠错)
    存储转发交换方式(查地址,纠错)
    改进的直接交换方式(折中,只查地址中前64位,纠错)

    4.6.3 虚拟局域网 VLAN
         虚拟网络是在交换式网络基础上,通过管理软件建立起来的可跨越不同物理网段、不同网络类型站点的逻辑工作组(即逻辑网络)。虚拟网络是用软件来实现划分和管理的。
         前提条件:所有站点必须直接连接到支持虚拟网络的交换机端口上,并配备相应的网络软件。

    VLAN提供以下一些特性:
    ①简化终端的删除、增加、改动,简化网络管理。不受物理位置限制.
    ②控制通信流动
    ③工作组和网络安全


    VLAN分类:P182
    ①基于端口的虚拟网:
      静态,同一交换端口不能属于不同的VLAN
    ②基于MAC地址的虚拟网:
      静态,基于用户VLAN,用户物理位置改变,仍是VLAN中成员
    ③基于IP地址的虚拟网:
      动态,基于服务/应用VLAN

    无线局域网的应用(IEEE802.11标准)
    作为传统局域网的扩充
    建筑物之间的互联(网桥或路由器)
    漫游访问(无线局域网集线器)
    特殊网络(临时 无集中服务器 对等网络)

    红外无线局域网
         红外无线(IR)信号按视距方式传播,发送点必须能直接看到接收点,中间无阻挡。红外线频谱特别宽,可提供极高数据传输率。
    优点:通信安全性好,抗干扰性强,系统安装简单,易于管理。
    数据传输技术(3种):
    定向光束红外传输
    全方位红外传输
    漫反射红外传输

    扩频无线局域网
    1、跳频扩频通信FHSS
         发送信号按固定时间间隔发生频率跳变(有变换顺序序列),发送频率变换顺序由伪随机码决定。接收器与发送器同步跳变。
         发送信号频率按固定时间间隔从一个频率跳到另一个频率,这个时间间隔就叫做驻留时间T。P187
    2、直接序列扩频通信DSSS
    发送数据a(t)+伪随机码c(t)=实际发送数据d(t)

    无线局域网标准IEEE802.11
    IEEE802.11层次模型:
    物理层定义了红外IR,跳频扩频FHSS,直接序列扩频DSSS的数据传输标准。
    MAC层两种访问方式:
    无争用服务:点协调功能PCF
    争用服务:分布协调功能DCF(CSMS/CA)

    IEEE802.11工作原理
    MAC层
    点协调功能PCF:无争用服务(探询方法)
    分布协调功能DCF:争用服务(CSMS/CA)

    IEEE802.11工作原理
    分布协调功能DCF:争用服务(CSMS/CA)
          冲突避免CA:每个发送结点在发送帧前需要先侦听信道,信道空闲才发送。发送完一帧,等一个短的时间时隔,检查接收站是否发回帧的确认ACK。接到确认说明发送成功。否则说明发生冲突,重发,直到在规定最大重发次数之内,发送成功,这个时间间隔叫帧间间隔IFS。IFS长短取决于帧类型。

    IEEE802.11工作原理
    分布协调功能DCF:争用服务(CSMS/CA)
    帧间间隔IFS:
    短帧帧间间隔SIFS
    点协调功能帧间间隔PIFS (SIFS+50μs)
    分布协调功能帧间间隔DIFS (PIFS+50μs)
    虚拟监听机制VCS:网络分配向量NAV(信道忙)
    退避算法

    5.8.1局域网互联基本概念
    局域网互联应用环境:
    一个单位各部门局域网间互联
    一个单位各办公楼间互联
    大型企业网和校园内多个子网间互联
    将距离超过最大覆盖范围的多个局域网互联
    安全保密要求高的部门自成局网再与其它局域网互联

    5.8.2网桥基本工作原理   P191
    网桥     
         网桥是数据链路层互联的设备,最常见用法用于连接两局域网
    作用:数据接收,地址过滤,数据转发,实现多个网络系统间数据交换
    衡量网桥性能的参数:每秒钟接收和转发的帧数
    网桥具有寻址能力和路由选择能力

    5.8.2网桥基本工作原理   P191
      网桥特点:
    1、网桥能互联两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络。
    2、网桥需要互联网络在数据链路层以上采用相同协议。
    3、网桥以接收、存储、地址过滤、转发的方式实现互联网络之间的通信。
    4、网桥可分隔两个网络间的广播通信量,有利于改善互联网络性能。

    5.8.3网桥层次结构
      1、网桥层次结构 P193
      2、网桥设计需要考虑几个问题:
    不同类型局域网帧格式之间转换复杂
    各类型局网的物理层传输速度不同,网桥必须准备足够的缓冲区去缓存来不及转发的帧。
    各类型局网的最大帧长度不同,将一个长帧分成几个小的帧。

    5.8.4网桥的路由选择策略
      1、网桥利用路由表实现不同网段之间帧转发P195
         网桥主要工作是构建和维护路由表
      2、按路由表建立方法分类:
    透明网桥
    源路选网桥


    5.8.4网桥的路由选择策略
    透明网桥
    1、网桥特点:
    各个网桥自己决定路由选择,对各结点来说是“透明”的
    一般用在两个同类型网络中
    最大优点是容易安装,即插即用设备
    路由表信息:站地址、端口、时间(动态更新)
    2、生成树算法:为避免由于网桥互联形成的环状结构,可能引起重复复制和转发同一帧的现象。
            环状——树状
      序列号最小的网桥作生成树的根,创建逻辑上无环路的网络拓扑结构

    5.8.4网桥的路由选择策略
    源路选网桥
          由发送帧的源结点负责路由选择。
          源结点以广播方式向目的结点发送一个用于探测的发现帧,从所有可能的路由中选取一个最佳路由。中间跳步最少的路径。发现帧另一个作用,帮助源结点确定整个网络可以通过帧的最大长度。


    5.8.5网桥与广播风暴
    1、集线器与冲突域
    共享介质访问方式
    解决方法:用网桥分隔网段中的流量,建立分离的“冲突域”,但网桥也存在“广播风暴”。
    2、网桥与广播风暴
    网桥靠路由表(端口-结点地址表)确定数据通过哪个端口传输,当表中没有结点地址时,造成广播风暴。
    解决方法:路由器

    5.8.6多端口网桥与第二层交换
    Ethernet交换机:多端口的网桥,工作在数据链路层,也叫第二层交换机。
    网桥与交换机区别:
    都工作在数据链路层,采用存储转发方式进行帧转发。
    交换机每个端口都直接与主机相连,网桥与局域网连。
    交换机有十几个端口;网桥的端口数很少,2-4个。


    集线器,交换机和路由器的区别和联系
    集线器HUB:作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。共享带宽的工作方式
    交换机(交换式集线器):作用与集线器大体相同。独享带宽
    路由器:在于连接不同的网段,找到网络最合适的路径,路由器主要克服了交换机不能路由转发数据包的不足。
    路由器与交换机的主要区别体现在以下几个方面: (1)工作层次不同:最初的交换机是工作在数据链路层(第二层),工作原理比较简单,而路由器工作在网络层(第三层),可以得到更多的协议信息,路由器可以做出更加智能的转发决策。 (2)数据转发所依据对象不同:交换机是利用MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用IP地址来确定数据转发的地址。 (3)传统的交换机只能分割冲突域,不能分割广播域;而路由器可以分割广播域 (4)路由器提供了防火墙的服务,可以防止广播风暴。 (5)交换机一般用于LAN-WAN的连接,交换机归于网桥,是数据链路层的设备,有些交换机也可实现第三层的交换。 路由器用于WAN-WAN之间的连接,可以解决异性网络之间转发分组

               目前个人比较多宽带接入方式就是ADSL,因此就ADSL的接入来简单的说明一下。现在购买的ADSL猫大多具有路由功能(很多的时候厂家在出厂时将路由功能屏蔽了,因为电信安装时大多是不启用路由功能的,启用DHCP,打开ADSL的路由功能),如果个人上网或少数几台通过ADSL本身就可以了,如果电脑比较多你只需要再购买一个或多个集线器或者交换机。考虑到如今集线器与交换机的价格相差十分小,不是特殊的原因,请购买一个交换机。不必去追求高价,因为如今产品同质化十分严重,我最便宜的交换机现在没有任 何问题。给你一个参考报价,建议你购买一个8口的,以满足扩充需求,一般的价格100元左右。接上交换机,所有电脑再接到交换机上就行了。余下所要做的事情就只有把各个机器的网线插入交换机的接口,将猫的网线插入uplink接口。然后设置路由功能,DHCP等, 就可以共享上网了。

    交换机与网桥区别
          交换机就是一个多端口的网桥。确切地说,高端口密度的网桥就称为局域网交换机。    交换机与网桥的真正区别主要在与现代的交换机与旧式网桥的区别上。
          1、端口数区别:网桥一般分有两个端口,而交换机具有高密度的端口。    2、分段能力的区别:由于交换机能够支持多个端口,因此可以把网络系统划分成为更多的物理网段,这样使得整个网络系统具有更高的带宽。而网桥仅仅支持两个端口,所以,网桥划分的物理网段是相当有限的。    3、传输速率的区别:交换机与网桥数据信息的传输速率相比,交换机要快于网桥。    4、数据帧转发方式的区别:网桥在发送数据帧前,通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列FCS后,才开始转发该数据帧。交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。直接转发方式在发送数据以前,不需要在接收完整个数据帧和经过32bit循环冗余校验码CRC的计算检查后的等待时间。

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  • 习题 - 介质访问控制子层

    千次阅读 2020-04-12 16:41:39
    1、假设一个经典的以太网站点正试图发送一个帧,在它要传输这个帧之前已有两个连续冲突。此时,可供该站点选择的随机等待时隙有多少个? 2、一台交换机具有24个100Mbps的全双工端口和2个1000Mbps的全双工端口,...

    1、假设一个经典的以太网站点正试图发送一个帧,在它要传输这个帧之前已有两个连续冲突。此时,可供该站点选择的随机等待时隙有多少个?

    2、一台交换机具有24个100Mbps的全双工端口和2个1000Mbps的全双工端口,如果所有的端口都工作在全双工状态,那么交换机总带宽等于:

    3、以下关于交换机“逆向地址学习”方法的描述中,错误的是:

    解析:

    1地址学习是交换机通过检查帧的源地址与帧进入的交换机端口号之间的对应关系,来不断完善端口转发表的方法。A)是正确的。

    2、在得到MAC地址与端口的对应关系后,交换机将检查端口转发表中是否已存在该对应关系。如果该对应关系不存在,交换机就将该对应关系加入端口转发表;如果该对应关系已经存在,交换机将更新该表项的记录。B)是正确的。

    3、在每次加入或更新端口转发表时,加入或更改的表项被赋予一个计时器,这使得该端口与MAC地址的对应关系能存储一段时间,而不是IP地址。因此,C)是错误的。

    4、如果在计时器到时之后没有再次捕获该端口与MAC地址的对应关系,该表项将会被删除。通过不断删除过时的、已经不使用的表项,交换机能够维护一个动态的端口转发表。D)是正确的。

     

    4、以下关于生成树协议作用的描述中,错误的是:

    解析:

    1、生成树协议是一种链路管理协议,而不是路由选择 协议。因此,A)是错误的。

    2、生成树协议能够自动控制局域网系统的拓扑,形成一个无环路(loop-free)的逻辑结构。B)是正确的。

    3、生成树协议使得任意两个网桥或交换机之间、任意两个局域网之间只有一条有效的帧传输路径。C)是正确的。

    4、当局域网拓扑发生变化时,生成树协议能够重新计算并形成新的无环路的结构。D)是正确的。

     

    5、在二进制指数后退算法中,N次碰撞之后,站点会在0~()个时隙中选择一个随机时间来等待。

    解析:

    根据二进制指数回退算法(BEB),i次冲突后时间片为: 0 < i ≦10 时,取( 0~2i-1) ×2τ 10 < i < 16 时,取(0~1023) ×2τ i > 15 时,放弃发送

     

    6、一个通过以太网传送的IP分组长60字节,其中包括头部。如果没有使用LLC,则以太网帧需要填充多少字节?

    解析:

    60字节的IP分组作为帧的净载荷,加上帧头帧尾共18字节,整个帧长78字节,超过了最小帧长64字节,所以,无需填充。

     

    7、下面哪种以太网定义了以集线器(hub)为中心的星型拓扑结构,且采用了非屏蔽双绞线UTP连接工作站和中心?

    解析:

    10BASE2和10BASE5是经典的以太网,采用了总线拓扑和同轴电缆,10BASE-T开始采用星型拓扑和使用UTP,所以选项“10BASE-T”正确。

     

    8、下图中,有多少个广播域?有多少个冲突域?

    解析:

    被交换机(Switch)分隔开的是冲突域,路由器(Router)分隔开的是广播域。集线器(hub)不能分隔冲突域。2个广播域,7个冲突域 路由器分割广播域2个 集线器是物理层设备,既不分冲突域也不分广播域,左边属一个冲突域,右边交换机加5台主机共6个冲突域

     

     判断题 (1)

    9、IEEE802.3以太网和DIX以太网完全一样,毫无差别(错误)

    解析:

    有小小的差别,DIX以太网跨越2层的功能,而IEEE802.3以太网只有1.5层,不包含LLC子层

     

    10、分隙ALOHA协议不再是想发就发,而是通过规定必须在时隙的起始处发帧,降低了冲突危险期,从而提高了信道的利用率。(正确)

    解析:

    纯ALOHA协议想发就发,冲突危险期2t,而分隙ALOHA协议的冲突危险期降到t,所以,数学分析得知,信道利用率提高了1倍。

     

    注:习题练习源自学堂在线 华南理工大学  老师授课习题整理(自己学习整理)

    https://next.xuetangx.com/course/SCUT08091000715/1510610

     

     

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