第5章以太局域网
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第5章1 局域网技术及组建
3
千兆以太网
◆ 千兆以太网协议标准——IEEE802.3z ◆ 新的物理层标准1000Base-T可以支持多种
传输介质。
＊1000Base-CX。CX表示铜线。传输距离为25m。 ＊1000Base-SX。SX表示短波。传输距离为275m和 550m。 ＊1000Base-T。使用4对5类UTP，传输距离为100m。 ＊ 1000Base-LX。LX表示长波。
局域网是在较小的范围内，利用通信线路
将多种数据设备连接起来，实现相互间的数 据传输和资源共享的系统。
2
局域网用途
共享打印机、扫描仪。 通过公共数据库共享各类信息 向用户提供诸如电子邮件之类的高级服务
3
局域网特点
地域范围小，用户个数有限。通常是一个办公室，
一座楼或楼群计算机和设备的组网。
数据传输速率高。一般为10Mbps或100Mbps。 因近距离传输，数据传输质量高，误码率低。
成本低，易于安装，使用灵活。
LAN是通过物理信道通信的，常用介质有同轴电 缆、双绞线和光纤等。
4
局域网分类
按拓扑结构分为星型网络、总线型网络、环型网络 和树型网络。目前常用的是星型和总线型。
按线路中传输的信号形式分为基带网络和宽带网络。
按传输介质分为双绞线网络、同轴电缆网络、光纤 网络和无线局域网等。目前常用的是双绞线网络。
2
交换式局域网的结构与特点
交换式局域网的核心设备是局域网交换机。交 换机的每个端口都能独享带宽，所有端口能够 同时进行并发通信，并能在全双工模式下提供 双倍的传输速率。 特点：
◆ 独占信道，独享带宽。 ◆ 多对节点之间可以同时进行通信。建立多条链 路，同时进行通信。 ◆ 端口速度配置灵活。 ◆ 便于网络管理和均衡负载。 ◆ 兼容原有网络。
第五章 计算机网络
综上， 和 的重传不会冲突。 的重传不会冲突 综上，A和B的重传不会冲突。
Ethernet中，除8个字节 中 个字节(64bit)前导符以外的 前导符以外的Frame最小长度为 字节 最小长度为64字节 个字节 前导符以外的 最小长度为 字节(512bit)。 。 可以总结出， 中数据的最小长度为64-6-6-2-4=46字节。 字节。 可以总结出，Ethernet的Frame中数据的最小长度为 的 中数据的最小长度为 字节 比较有趣的是，出现冲突后节点在重新侦听信道前等待的时间是512位时的倍 比较有趣的是，出现冲突后节点在重新侦听信道前等待的时间是 位时的倍 即等待几个Frame(不含前导符 的发送时间。 不含前导符)的发送时间 数，即等待几个 不含前导符 的发送时间。
习题解答
第五章-链路层和局域网 第五章 链路层和局域网 13 ，5，11，15，16
第五章-链路层和局域网 第五章 链路层和局域网
P.325 复习题 复习题13
第五次冲突后，发送方需要从 中随机选择一个K值 第五次冲突后，发送方需要从{0,1,2,……,31}中随机选择一个 值。 中随机选择一个 的概率为1/32 则，K=4的概率为 的概率为 对于10Mbps以太网，重新侦听信道前的等待时间为 以太网， 对于 以太网 重新侦听信道前的等待时间为4*512*10-7秒， 微秒。 即204.8微秒。 微秒
第五章-链路层和局域网 第五章 链路层成多项式 数据D=10101010 数据 10101010000除以 除以1001的余数为 的余数为101 除以 的余数为 因此， 因此，R=101
第五章-链路层和局域网 第五章 链路层和局域网
P.327 习题 习题15 t=0时，A开始发送 开始发送Frame。则将在 位时(bit-time)时完成该 时完成该Frame的发 时 开始发送 。则将在t=576位时 bit-time 时完成该 位时 的发 的最后一位刚刚离开A。 送，即Frame的最后一位刚刚离开 。 的最后一位刚刚离开 因为A发送的第一位数据将在 因为 发送的第一位数据将在t=225位时时到达 ，因此，B最晚需要在 位时时到达B，因此， 最晚需要在 发送的第一位数据将在 位时时到达 t=224位时时发送它的第一位数据，否则 会认为信道忙而不发送数据。 位时时发送它的第一位数据， 会认为信道忙而不发送数据。 位时时发送它的第一位数据 否则B会认为信道忙而不发送数据 最坏情况下， 于 位时时开始发送数据。 最坏情况下，B于t=224位时时开始发送数据。则B发送的第一位数据将在 位时时开始发送数据 发送的第一位数据将在 224+225=449位时时到达 ，此时 的Frame还没有发送完毕。 位时时到达A，此时A的 还没有发送完毕。 位时时到达 还没有发送完毕 因此， 能够检测到自己发送的数据与 发送的数据产生了冲突。 能够检测到自己发送的数据与B发送的数据产生了冲突 因此，A能够检测到自己发送的数据与 发送的数据产生了冲突。即，A不 不 可能检测不到可能的冲突。 可能检测不到可能的冲突。 其实，本题的目的是让你了解在真实的Ethernet网络中，就是通过限制最 网络中， 其实，本题的目的是让你了解在真实的 网络中 小帧长来消除检测不到可能冲突的问题。 小帧长来消除检测不到可能冲突的问题。
计算机网络与Internet应用基础教程 第5章 局域网组网技术
AUI端口，用于连接细缆的BNC端口，也可以是光 纤连接端口，这类端口称为向上连接端口。 从结点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度为100m， 利用集线器向上连接端口级联可以扩大局域网覆盖 范围。单一集线器结构适宜于小型工作组规模的局 域网。如果需要联网的结点数超过单一集线器的端 口数时，通常需要采用多集线器的级联结构，或者 是采用可堆叠式集线器。
2. 网络工作站 网络工作站是指用户能够在网络环境中工作，访问 网络共享资源的计算机系统，通常又被称为客户机 （Client）。网络工作站是连接在局域网上的一台 计算机，用户通过它来访问网络，共享资源。它的 主要作用是为网络用户提供一个访问网络服务器， 共享网络资源，与网上的其他结点交流信息的操作 台和前端窗口，使用户能够在网上工作。 在网络工作站上，必须安装一块网络接口卡，并通 过传输介质及介质连接设备和网络设备把它连接到 网络上，成为局域网上的一个站点。在网络工作站 上，除运行自己的操作系统外，还必须运行有关的 网络软件，包括： 网络协议软件、网络应用软件 或网络操作系统的客户端软件。
1. 局域网交换机的分类 （1） 简单的10Mbps局域网交换机 （2） 10/100Mbps自适应局域网交换机 （3） 大型局域网交换机 2. 典型的局域网交换机 目前，应用最广泛的局域网交换机主要有： Cisco 公司的Catalyst系列交换机，3Com公司的 SuperStack Ⅱ系列交换机，Nortel公司的BayStack 300系列与EtherSpeed系列交换机，Intel公司的 Express系列交换机，以及Accton公司的Cheetack Switch Workgroup系列交换机等。
（2） 按照网卡支持的传输速率分类，主要分为以 下四类： ○ 10Mbps网卡； ○ 100Mbps网卡； ○ 10/100Mbps自适应网卡； ○ 1000Mbps网卡。 （3） 按网卡所支持的传输介质类型分类，主要分 为以下四类： ○ 双绞线网卡； ○ 粗缆网卡； ○ 细缆网卡； ○ 光纤网卡。
第五章 快速以太网技术
、局域网的拓扑结构装帧发送、接收拆帧、传输介质共享与竞争。
目的工作站时保留某个帧。
且，当以太网络交换机的端口增加时，交换矩阵变的越来越复杂，实现起来间的协同工作。
六、第二层和第三层交换及其与路由器方案的竞争局域网交换机是工作在OSI第二层的，可以理解为一个多端口网桥，传统上称为第二层交换；交换技术已经延伸到OSI第三层的部分功能，即所谓第三层交换，第三层交换可以不将广播封包扩散，直接利用动态建立的MAC地址来通信，具有多路广播和虚拟网间基于IP、IPX等协议的路由功能。
七、虚拟局域网技术虚拟局域网（VLAN）：允许区域分散的用户在逻辑上成为一个新的工作组，而且同一工作组的成员能够改变其物理地址而不必重新配置节点。
VLAN主要特点：¾子网分段：用交换机建立虚拟网就是使原来的一个大广播区（交换机的所有端口）逻辑的分为若干个“子广播区”，在子广播区里的广播封包只会在该广播区内传送，其它的广播区是收不到的。
¾逻辑隔离：VLAN通过交换技术将通信量进行有效分离，从而更好地利用带宽，并可从逻辑的角度将实际的LAN基础设施分割成多个子网，它允许各个局域网运行不同的应用协议和拓扑结构。
三、千兆以太网类型1、1000BASE-LX：较长波长的光纤，支持550m长的多模光纤（62.5um或50um）或5Km长的单模光纤（10um），波长范围为1270到1355nm；2、1000BASE-SX：较短波长的光纤，支持275m长的多模光纤（62.5um）或550m长的多模光纤（50um），波长范围为770到860nm；3、1000BASE-CX：支持25m长的短距离屏蔽双绞线，主要用于单个房间内或机架内的端口连接；4、1000BASE-T：支持4对100m长的UTP5线缆，每对线缆传输250Mbps数据。
5.5 应用实例一、快速以太网典型拓扑它由快速以太网交换机（100M交换机）构成主干，10M集线器构成分支接入PC机及服务器，局域网再通过路由器连接到广域网。
计算机网络技术课件(第5章)局域网基础
第五章 局域网基础
§5.3 传统以太网 5.3
5.3.3 10BASE-2 10BASE10BASE1．10BASE-2的组成部分 主要包括以下几个组成部分： （1）细同轴电缆（Coaxial Thin Cable） （2）BNC T型连接器（BNC T Connector） （3）BNC连接器（BNC Connector） （4）BNC圆柱形连接器（BNC Column Connector） （5）BNC终端匹配器（BNC Terminal Connector） （6）网卡（Network Interface Card） 细缆以太网示意图
第五章 局域网基础
优点： 优点： 1）结构简单、建网容易、便于管理 2）易于扩展，添加新站点方便 3）故障检测和隔离方便 4）传输速度快 缺点： 缺点： 1）中央节点负担重，可靠性低 2）通信线路的利用率低 图例
第五章 局域网基础
4.星型总线结构和星型环混合 4.星型总线结构和星型环混合
实际网络结构是多种多样的，其拓扑结构也不一 定是单一结构。它们往往是几种结构的混合体 1）星型总线结构
第五章 局域网基础
2．令牌环 令牌环的技术始于1969年，这就是所谓的Newhall环 路。 在令牌环介质访问控制方法中，使用了令牌，它是 一种被称作令牌的特殊的二进制比特格式的帧。 环路上只有一个令牌，因此任何时刻至多只有一个 结点发送数据，不会产生冲突。而且，令牌环上各结点 均有相同的机会公平地获取令牌。 令牌环的工作原理
第五章 局域网基础
2．宽带系统 当特性阻抗为75Ω的同轴电缆用于频分多路复用FDM的 当特性阻抗为75Ω的同轴电缆用于频分多路复用FDM的 模拟信号发送时，称为宽带。主要特点如下： （1）发送模拟信号，并采用FDM技术。 ）发送模拟信号，并采用FDM技术。 （2）采用总线/树型拓扑结构，介质是宽带同轴电缆。 ）采用总线/ （3）传输距离比基带远，可达数十公里。 （4）采用单向传输技术，信号只能沿一个方向传播。 （5）两条数据通道，且端头处接在一起。 （6）结点的发送信号都沿着同一个通道流向端头。 （7）在物理上，可采用双电缆结构和单电缆结构来实 现输入和输出的通道。 宽带传输技术
计算机网络各章重点总结
第一章：概述1、因特网的组成：从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：(1）边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成.这部分是用户直接使用的(2) 核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。
这部分是为边缘部分提供服务的边缘部分：由各主机构成,用户直接进行信息处理和信息共享；低速连入核心网。
核心部分:由各路由器连网，负责为边缘部分提供高速远程分组交换.2、计算机之间的通信方式：主机A 的某个进程和主机B 上的另一个进程进行通信”简称为“计算机之间通信”在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：（1）客户服务器方式（C/S 方式）客户(client)和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
(2）对等方式（P2P 方式）对等连接是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
两者的相同点与区别：对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。
前者严格区分服务和被服务者，后者无此区别.后者实际上是前者的双向应用。
3、因特网的核心部分：在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。
路由器是实现分组交换的关键，其任务是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能.因特网核心部分由许多网络和把它们互连起来的路由器组成而主机处在因特网的边缘部分。
主机的用途是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息。
路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
4、（1）电路交换的主要特点:“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
电路交换必定是面向连接的。
电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接（2)分组交换的主要特点：在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段（3)报文交换：电报通信：采用了基于存储转发原理的报文交换。
电路交换整个报文的比特流连续的从源点直达终点。
第5章 局域网
依据管理方式
分为智能型HUB和非智能型HUB
按配置形式
独立型HUB和堆叠式HUB
选用集线器要考虑的三个因素
接口的类型、接口速率、否可堆叠
第四章
数据链路层
5.4.4 网桥和交换机
网络1 网络2
主机1
主机2
主机3
主机4
主机5
主机6
既能物理上扩展网络，同时不会使冲突域增大 具有依据第二层地址进行数据帧过滤的能力 和集线器的差别
交换机属于数据链路层设备，而集线器属于物理层设备 交换机能隔离冲突，而集线器却无能为力 交换机的每个端口可提供专用的带宽，而集线器的所有端口只能 共享带宽
第四章
数据链路层
交换机
选购考虑因素
背板带宽：也叫背板吞吐量 端口速率和端口数 是否带网管功能 是否支持模块化、是否支持VLAN、是否带 第三层路由功能
第四章
数据链路层
第四章
数据链路层
5.3 介质访问控制
局域网中目前广泛采用的两种介质访问控制方法
争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问控 制协议，如CSMA/CD方式。 确定型介质访问控制协议，又称有序的访问控制协议， 如Token（令牌）方式。
第四章
数据链路层
5.3.1
CSMA/CD
中文名：带冲突检测的载波侦听多址访问 载波侦听CS：
第四章
数据链路层
5.4.3中继器和集线器
功能：主要被用于物理上扩展网络规模 冲突域：对一组可能会彼此发生冲突的主机设 备及其互连的网络环境(包括传输介质、连接 部件和一些互连设备)的总称 数量有一定的限制 “5-4-3-2-1”的规则 集线器的分类
第四章
数据链路层
计算机网络第5章 局域网组网方法
18
集线器的分类（续）
按照配置的形式分类 独立型集线器 模块化集线器 堆叠式集线器
从是否可进行网络管理来分类 不可网管型集线器 可网管型集线器
19
5.2.3 中继器
中继器在物理层上实现连接，它的作用主要是扩展连网 距离。
主机A
主机B
主机D
主机E
中继器
主机C
主机F
20
5.2.4 局域网交换机
结构化布线的概念 结构化布线的特点 结构化布线的发展 结构化布线系统的构成
34
5.4.1 结构化布线的概念
结构化布线系统是一个能够支持任何用户选择的 话音、数据、图形图像应用的电信布线系统。系 统应能支持话音、图形、图像、数据多媒体、安 全监控、传感等各种信息的传输，支持UTP、 STP、光纤、同轴电缆等各种传输介质，支持多 用户多类型产品的应用，支持高速网络的应用。
12
按总线类型分类（续）
按总线类型，网卡可分为： ISA网卡、PCI网卡、 PCMCIA网卡及USB网卡等。 PCMCIA网卡 PCMCIA网卡是笔记本电 脑专用的，它受笔记本电 脑的空间限制，体积远不 可能像PCI接口网卡那么 大。
13
按总线类型分类（续）
按总线类型，网卡可分为： ISA网卡、PCI网卡、 PCMCIA网卡及USB网卡等。
络系统，需要了解现有网络使用情况，尽可能在设计新 的网络系统时考虑对旧系统的利用，这样才能保护用户 原有投资，节约费用。 网络所需要的安全程度。根据用户需求选用不同类型的 防火墙和采用不同的安全措施，以保护网络系统的安全。
6
5.1.2 网络规划与设计的准则
根据国内外网络建设的经验，任何网络建 设的方案设计必须坚持： 实用性 先进性与成熟性 开放性 可扩充性 安全性 经济性
集线器的分类（续）
按照配置的形式分类 独立型集线器 模块化集线器 堆叠式集线器
从是否可进行网络管理来分类 不可网管型集线器 可网管型集线器
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5.2.3 中继器
中继器在物理层上实现连接，它的作用主要是扩展连网 距离。
主机A
主机B
主机D
主机E
中继器
主机C
主机F
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5.2.4 局域网交换机
结构化布线的概念 结构化布线的特点 结构化布线的发展 结构化布线系统的构成
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5.4.1 结构化布线的概念
结构化布线系统是一个能够支持任何用户选择的 话音、数据、图形图像应用的电信布线系统。系 统应能支持话音、图形、图像、数据多媒体、安 全监控、传感等各种信息的传输，支持UTP、 STP、光纤、同轴电缆等各种传输介质，支持多 用户多类型产品的应用，支持高速网络的应用。
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按总线类型分类（续）
按总线类型，网卡可分为： ISA网卡、PCI网卡、 PCMCIA网卡及USB网卡等。 PCMCIA网卡 PCMCIA网卡是笔记本电 脑专用的，它受笔记本电 脑的空间限制，体积远不 可能像PCI接口网卡那么 大。
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按总线类型分类（续）
按总线类型，网卡可分为： ISA网卡、PCI网卡、 PCMCIA网卡及USB网卡等。
络系统，需要了解现有网络使用情况，尽可能在设计新 的网络系统时考虑对旧系统的利用，这样才能保护用户 原有投资，节约费用。 网络所需要的安全程度。根据用户需求选用不同类型的 防火墙和采用不同的安全措施，以保护网络系统的安全。
6
5.1.2 网络规划与设计的准则
根据国内外网络建设的经验，任何网络建 设的方案设计必须坚持： 实用性 先进性与成熟性 开放性 可扩充性 安全性 经济性
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信道的初始状态即使是空闲，仍以概率p发送而以概 率1-p后退
若信道持续空闲，p坚持会重复上述的发送或后退过程
第5章 以太网
5.1 概述 5.2 以太网与IEEE 802.3标准 5.3 以太网的MAC协议 5.4 全双工以太网 5.5 以太网MAC帧格式 5.6 以太网物理层 5.7 小结与参考资料
1
第5章以太局域网
5.1 概述－历史
以太网的诞生和发展 以太网的诞生：1973年，Xerox/PARC
Metcalf命名为Ethernet并于1977年获专利 产品的持续发展快速推动了以太网的进步
边说边听，典型协议：CSMA/CD
以太网的MAC层使用CSMA/CD协议
8
第5章以太局域网
5.3.2 CSMA协议
5.3.2.1 基本思路 5.3.2.2 冲突避免策略 5.3.2.3 冲突避免性能 5.3.2.4 协议改进思路 5.3.2.5 冲突检测 5.3.2.6 MAC算法小结
9
第5章以太局域网
5.3.2.1 基本思路
CSMA：载波侦听多路访问
carrier sense multiple access
基本思路：先听后发
站点发送前对信道进行侦听 如果信道空闲：可以发送 否则，信道忙：等待
注意：采用CSMA存在冲突
10
第5章以太局域网
采用CSMA依然存在冲突
负载不重时时延短 典型协议是CSMA系列
7
第5章以太局域网
5.3.1 共享信道的访问协议
争用型访问协议分为三个基本类型
LAT: Listen After Talking
说了再听，典型协议： ALOHA
LBT: Listen Before Talking
先听后说，典型协议/CSMA
LWT: Listen While Talking
CSMA协议避免冲突可采用三种策略
0坚持 1坚持 P坚持
12
第5章以太局域网
5.3.2.2 冲突避免策略
0坚持CSMA算法（非坚持）
站点希望发送时，则对信道进行侦听；
如果：信道空闲则立即启动发送； 否则：信道忙则随机后退，后退时间到则重新开始信道
侦听。
1坚持CSMA算法
站点希望发送时，则对信道进行侦听；
3
第5章以太局域网
5.2 以太网与802.3标准
以太网的标准化发展 早期标准
DEC/Intel/Xerox标准：灵活但不权威 DIX Ethernet： v1.0-1980、v2.0-1982
当今标准
IEEE std 802.3 – 1985：权威但不灵活
IEEE 802.3标准草案：1982年12月 Xerox专利转移IEEE，802.3成为以太网的同义词
传播时延可能导致产生冲突
假设A站的信号正在网络上传播 A站信号还未到E站，E站认为信道闲，启动发送 结果A、E站发送的信号在网上冲突
A站发送帧在时刻t 传播到B站
两帧在时刻t+△ t 碰撞
E站在时刻t检测信道闲， 启动发送
A站
B站
11
C站
D站
E站
第5章以太局域网
5.3.2.2 冲突避免策略
IEEE 802.3ae - 2002
10 Gb/s Operation
IEEE 802.3af – 2003，PoE
DTE Power via MDI
IEEE P802.3ah – 2004，EFM
Subscriber access networks
IEEE 802.3ai - 2003
6
第5章以太局域网
5.3.1 共享信道的访问协议
对于使用共享信道的网络
必须使用MAC协议，提供介质访问的控制机制
典型的MAC机制：轮转、预约、争用
轮转：重载性能好
典型协议：令牌环
预约：如申请式预约，一般为集中式控制方式
典型协议：802.16中轮询方式下的申请式预约
争用：通常采用分布式控制方式
10Mbps：1981年，从粗缆、细缆，到双绞线产品 100Mbps：1995年，包括双绞线、短距离光纤产品 1Gbps：1998年，包括中短距离光纤、双绞线产品 10Gbps：2002年，包括局域网和广域网光纤产品 以太接入网：2004年，供电信运营商采用 以太网从共享网络走向交换式网络
采用开放性标准是以太网成为主流的根本原因
2
第5章以太局域网
5.1 概述－今日
今日以太网 以太网是当前局域网的主流技术
在办公网络领域几乎一统天下 成为局域网链路级的主导技术
以太网技术具有广阔的覆盖
速率：10M/100M/1G/10G/…… 网络类型：LAN/WAN/AN，MAN，…… 正在进入家庭和工业领域
如果：信道空闲则立即启动发送； 否则：信道忙则持续侦听，一旦信道由忙变闲则立即启
动发送。
ห้องสมุดไป่ตู้
13
第5章以太局域网
5.3.2.2 冲突避免策略
p坚持CSMA算法
站点希望发送时，则对信道进行侦听；
当信道空闲时： 重复：以概率p在当前时隙发送，以概率1-p推迟到 下一时隙 直到：发送成功
否则信道忙： 随机后退；待后退时间到，重新开始信道侦听。
14
第5章以太局域网
5.3.2.2 冲突避免策略
三种策略的算法比较
0坚持和1坚持：算法框架较为相似
若初次侦听信道为空时，都是立即启动发送 若初次侦听信道为忙则二者的处理策略完全相反
0坚持算法随机后退以避免冲突 1坚持则持续监听信道，一旦信道变空则立即启动发送
p坚持算法：处理策略则较为特别
Maintenance 7
IEEE P802.3ak - 2004
10GBASE-CX4
5
第5章以太局域网
5.3 CSMA/CD协议
5.3.1 共享信道的访问协议 5.3.2 CSMA协议族 5.2.4 802.3中的CSMA/CD 5.3.3 CSMA/CD协议 5.3.4 以太网从共享走向独享
IEEE std 802.3 – 2002：权威、灵活、简约 IEEE std 802.3 – 2005：最新标准
4
第5章以太局域网
5.2 以太网与802.3标准
IEEE 802.3 - 现行标准系列
IEEE 802.3 - 2002
CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications