《局域网与城域网技术》chap讲义3高速以太网
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讲局域网与城域网技术_OK
13
4.2.1 以太网
• 三、以太网的介质访问控制方法
• 1、载波侦听多路访问（CSMA）控制方法。
• 又称为“先听后讲，边听边讲” • 在发送数据前，先侦听共享介质上有无数据
在传送，如果空闲就发送，否则，退避一段 时间再发送。 • 但由于共享介质有一段长度，一站发送另一 站需要一定时间才能检测到，所以，检测到 的空闲是不可靠的。仍然会产生冲突，一旦 产生冲突，数据帧也要发送完，因此会造成14 较长时间的网络延迟，影响信道效率。
第四讲 局域网与城域网技术
• 4.1 局域网概述 • 4.2 几种常见的局域网 • 4.3 高速局域网技术 • 4.4 交换式局域网 • 4.5 虚拟局域网 • 4.6 主要的城域网技术
1
4.1 局域网概述
• 4.1.1 局域网的特点 • 4.1.2 局域网的拓扑结构 • 4.1.3 局域网的主要协议 • 4.1.4 局域网操作系统
4.2.1 以太网
• 2、载波侦听、多路访问/冲突检测CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access /Collision Dete ct）控制方法
又叫先听后讲，边听边讲。
• 基本思想是：在CSMA方法的基础上，一边发 送数据，一边从总线上接收信息，将发送的信 息与接收的信息相比较，若两者一致，说明无 冲突，继续发送，若不一致，说明产生了冲突， 立即停止发送，同时发出一串阻塞信号，经随 机等待后再重新尝试。
4.4 交换式局域网
地址表
缓冲区 缓冲区 缓冲区 缓冲区 缓冲区 缓冲区
123 456
地址表
端口 地址
1A
2
3
4B
5C
6
D 39
4. 5 虚拟局域网
4.2.1 以太网
• 三、以太网的介质访问控制方法
• 1、载波侦听多路访问（CSMA）控制方法。
• 又称为“先听后讲，边听边讲” • 在发送数据前，先侦听共享介质上有无数据
在传送，如果空闲就发送，否则，退避一段 时间再发送。 • 但由于共享介质有一段长度，一站发送另一 站需要一定时间才能检测到，所以，检测到 的空闲是不可靠的。仍然会产生冲突，一旦 产生冲突，数据帧也要发送完，因此会造成14 较长时间的网络延迟，影响信道效率。
第四讲 局域网与城域网技术
• 4.1 局域网概述 • 4.2 几种常见的局域网 • 4.3 高速局域网技术 • 4.4 交换式局域网 • 4.5 虚拟局域网 • 4.6 主要的城域网技术
1
4.1 局域网概述
• 4.1.1 局域网的特点 • 4.1.2 局域网的拓扑结构 • 4.1.3 局域网的主要协议 • 4.1.4 局域网操作系统
4.2.1 以太网
• 2、载波侦听、多路访问/冲突检测CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access /Collision Dete ct）控制方法
又叫先听后讲，边听边讲。
• 基本思想是：在CSMA方法的基础上，一边发 送数据，一边从总线上接收信息，将发送的信 息与接收的信息相比较，若两者一致，说明无 冲突，继续发送，若不一致，说明产生了冲突， 立即停止发送，同时发出一串阻塞信号，经随 机等待后再重新尝试。
4.4 交换式局域网
地址表
缓冲区 缓冲区 缓冲区 缓冲区 缓冲区 缓冲区
123 456
地址表
端口 地址
1A
2
3
4B
5C
6
D 39
4. 5 虚拟局域网
计算机网络课件局域网和城域网
计算机网络课件局域网和城域网
LLC层的主要作用： 建立和释放与介质无关的数据链路的连接 向高层提供服务。 把高层来的数据分为若干数据单元（帧）接受和发送帧， 并进行差错控制。
MAC层主要作用 管理链路上的通信，介质的访问控制在这一层完成。根 据拓扑结构与传输介质的不同，有多种访问控制方式。 在局域网中，每个结点的物理地址称为MAC地址，MAC层 把源和目标的MAC地址放在帧中，再加上头部和尾部，形 成MAC帧，交给物理层。
• P坚持策略：
• 媒体空闲时, 以概率P发送, 1-P延迟一个时槽. – 媒体忙，则继续监听直到信道空闲
计算机网络课件局域网和城域网
• 实际的以太网布线工程中遵循的5-4-3原则: • 5指任意两个站点间最多有5个以太网网段，4
指任意两个站点间最多有4个转发器，3表示任 意两个站点间最多有3个网段有站点相连，也 就是说如果两个站点间有5个以太网网段，并 不是所有的网段都可以连接站点，有些网段只 是用来扩展网络的距离。
物理层
传输媒体
计算机网络课件局域网和城域网
IEEE802 标准范围
2.3 局域网的几种类型
一、以太网
以太网是基于总线型的广播式网络，在已有的局域网标准中， 最成功、应用最广泛。 岂今为止，在10M以太网技术的基础上又开发出：100M快速以 太网、1000M高速以太网和高带宽、全交换的以太网技术。 只有遵循IEEE802.3协议的网络才称为以太网，与使用的介质 类型无关。
计算机网络课件局域网和城域网
主要内容
❖ 局域网概述 ❖ 局域网参考模型 ❖ 局域网的几种类型 ❖ 局域网的基本组成 ❖ 网络发展模式 ❖ 城域网简介
计算机网络课件局域网和城域网
2.1 局域网概述
LLC层的主要作用： 建立和释放与介质无关的数据链路的连接 向高层提供服务。 把高层来的数据分为若干数据单元（帧）接受和发送帧， 并进行差错控制。
MAC层主要作用 管理链路上的通信，介质的访问控制在这一层完成。根 据拓扑结构与传输介质的不同，有多种访问控制方式。 在局域网中，每个结点的物理地址称为MAC地址，MAC层 把源和目标的MAC地址放在帧中，再加上头部和尾部，形 成MAC帧，交给物理层。
• P坚持策略：
• 媒体空闲时, 以概率P发送, 1-P延迟一个时槽. – 媒体忙，则继续监听直到信道空闲
计算机网络课件局域网和城域网
• 实际的以太网布线工程中遵循的5-4-3原则: • 5指任意两个站点间最多有5个以太网网段，4
指任意两个站点间最多有4个转发器，3表示任 意两个站点间最多有3个网段有站点相连，也 就是说如果两个站点间有5个以太网网段，并 不是所有的网段都可以连接站点，有些网段只 是用来扩展网络的距离。
物理层
传输媒体
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IEEE802 标准范围
2.3 局域网的几种类型
一、以太网
以太网是基于总线型的广播式网络，在已有的局域网标准中， 最成功、应用最广泛。 岂今为止，在10M以太网技术的基础上又开发出：100M快速以 太网、1000M高速以太网和高带宽、全交换的以太网技术。 只有遵循IEEE802.3协议的网络才称为以太网，与使用的介质 类型无关。
计算机网络课件局域网和城域网
主要内容
❖ 局域网概述 ❖ 局域网参考模型 ❖ 局域网的几种类型 ❖ 局域网的基本组成 ❖ 网络发展模式 ❖ 城域网简介
计算机网络课件局域网和城域网
2.1 局域网概述
计算机三级《网络技术》基础知识：高速局域网工作原理
计算机三级《网络技术》基础知识：高速局域网工作原理1.高速局域网的研究方法传统局域网技术建立在共享介质的基础上，网中所有结点共享一条公共传输介质，典型的控制方法有：CSMA/CD、令牌环和令牌总线。
介质访问控制方法使得每个节点都能够公平使用公共传输介质，如果网络中结点数目增多，每个结点分配的带宽将越来越少，冲突和重发现象将大量增加，网络效率急剧下降，数据传输的延迟增长，网络服务质量下降。
解决方案：(1)增加公共线路的带宽。
优点：仍然是局域网保护用户已有的投资。
(2)将大型局域网划分成若干个用网桥或路由连接的子网。
优点：每个子网作为小型局域网，隔离子网间的通信量，提高网络的安全性。
(3)将共享介质改为交换介质。
优点：交换式局域网的设备是交换机，可以在多个端口之间建立多个并发连接。
交换方式出现后，局域网分为：共享式和交换式局域网。
2.快速以太网(标准IEEE802.3u)以太网采用相同的帧格式，同样的介质访问控制与组网方法，将速率从10Mbps提高10倍到100Mbps。
解决方法只要在MAC子层使用CSMA/CD，在物理层进行必要调整，定义新的物理层标准。
形成快速以太网标准IEEE802.3u。
100base-T标准定义了介质独立接口，它将MAC子层与物理层隔开，传输介质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。
100BASE-T的有关传输介质标准主要有3种：(1)100base-TX：支持2对5类非屏蔽双绞线或2对1类屏蔽双绞线;其中1对用来发送，1对用来接收，是全双工系统，每个结点可同时以100Mbps发送和接收数据。
(2)100base-T4：支持4对3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。
(3)100base-FX：支持2芯的单模或多模光纤，主要用于高速主干网，从结点到集线器的距离可达2km。
是全双工系统。
3.千兆以太网(标准IEEE802.3z)在电视会议、三维图形与高清晰图像应用中，需要使用更高带宽的局域网。
《局域网与城域网技术》chap.环网技术
37
RI：Routing Information (路由信息) INFO：INFOrmation (信息) FCS：Frame Check Sequence (帧校验序列) EFS：End-of-Frame Sequence (帧结束序列) FS：Frame Status (帧状态) IFG：InterFrame Gap (帧间间隔)
SD AC ED
12
2.访问控制(AC)
优先位组（P）、令牌位（T）、监测位 (M)和保留位组（R）. 令牌(T)比特在令牌中其值为0，在数据 帧中其值为1. 监测（M）比特由环中的主监测站进行处 理。令牌和数据帧中的M比特通常置为0， 当它们经过主动监测站时被置为1，环中 其它站点只做中继不作修改。
抓(闭)令牌，送数据帧/忙令牌
7
令牌环的工作特点
① 令牌环中的数据传送时间不仅是有限的， 而且是确定的，对于高可靠性和固定响 应时间的应用来说是至关重要。 ② 通过优先级控制环上站公平占用环传输 资源。 ③ 多令牌和无令牌导致传送故障，需要环 中站点协作完成故障恢复。
8
3. 优先级控制
允许特定或指定的站点有更多机会发送 数据。 站点的优先级大于等于令牌中的优先级 时能才能取得令牌发送数据。 新产生令牌的优先级高于站的优先级。 在数据传输完成后，被提高的优先级必 须返回原优先级，以便低优先级的站点 也有机会获得发送数据的机会。
MAC设施
码元解码 再生通道
帧定界探测 接收
固定延时缓冲 弹性缓冲 发送 PSC
时钟恢复
环入口
环访问控制
PMห้องสมุดไป่ตู้ 环出口
6
干线耦合单元(TAU)
2.令牌环内部操作
① 网络内部传送一个短帧，称为令牌，拥有令 牌的站点才可以传送数据。 ② 没有待发数据时把令牌传送到下一站点。 ③ 有数据要发送时，置位令牌位，并把令牌作 为帧的开始部分，然后传送到下一个站。 ④ 令牌带着数据在环上传送，目的站点将帧中 的数据复制下来，并作好标记以示取到。 ⑤ 数据帧继续在网上传送，回到发送站删除。
RI：Routing Information (路由信息) INFO：INFOrmation (信息) FCS：Frame Check Sequence (帧校验序列) EFS：End-of-Frame Sequence (帧结束序列) FS：Frame Status (帧状态) IFG：InterFrame Gap (帧间间隔)
SD AC ED
12
2.访问控制(AC)
优先位组（P）、令牌位（T）、监测位 (M)和保留位组（R）. 令牌(T)比特在令牌中其值为0，在数据 帧中其值为1. 监测（M）比特由环中的主监测站进行处 理。令牌和数据帧中的M比特通常置为0， 当它们经过主动监测站时被置为1，环中 其它站点只做中继不作修改。
抓(闭)令牌，送数据帧/忙令牌
7
令牌环的工作特点
① 令牌环中的数据传送时间不仅是有限的， 而且是确定的，对于高可靠性和固定响 应时间的应用来说是至关重要。 ② 通过优先级控制环上站公平占用环传输 资源。 ③ 多令牌和无令牌导致传送故障，需要环 中站点协作完成故障恢复。
8
3. 优先级控制
允许特定或指定的站点有更多机会发送 数据。 站点的优先级大于等于令牌中的优先级 时能才能取得令牌发送数据。 新产生令牌的优先级高于站的优先级。 在数据传输完成后，被提高的优先级必 须返回原优先级，以便低优先级的站点 也有机会获得发送数据的机会。
MAC设施
码元解码 再生通道
帧定界探测 接收
固定延时缓冲 弹性缓冲 发送 PSC
时钟恢复
环入口
环访问控制
PMห้องสมุดไป่ตู้ 环出口
6
干线耦合单元(TAU)
2.令牌环内部操作
① 网络内部传送一个短帧，称为令牌，拥有令 牌的站点才可以传送数据。 ② 没有待发数据时把令牌传送到下一站点。 ③ 有数据要发送时，置位令牌位，并把令牌作 为帧的开始部分，然后传送到下一个站。 ④ 令牌带着数据在环上传送，目的站点将帧中 的数据复制下来，并作好标记以示取到。 ⑤ 数据帧继续在网上传送，回到发送站删除。
局域网和城域网讲义
交换机只转发同一VLAN内站点之间的无标帧
其余设备( H、SRV )均为VLAN非知晓设备
H1
交换机
SRV
H2
VLAN_3
VLAN_2
H3
H4
7.2.3 VLAN链路
主干链路：Trunk Link
通常用于互连VLAN交换机
用于跨交换机传递多个VLAN的信息
链路上传送的是VLAN加标帧
接入链路：Access Link
VLAN划分后
一个物理网划分成两个虚拟 网
VLAN2和VLAN3
形成两个独立的广播域
VLAN之间不能通信 VLAN之内可以通信
以太网 交换机
以太网 交换机
VLAN2
VLAN3
7.2.2 VLAN概念
VLAN分类
可以有多种类型的VLAN 取决于不同的VLAN划分策略
VLAN类型举例
7.2.3 VLAN分类
基于MAC地址的VLAN
根据MAC地址对VLAN分类 MAC帧只会发送到站点宿站点，安全性好 配置繁琐
基于协议的VLAN
根据高层协议对VLAN分类 可能出现物理位置重叠VLAN
这些分类方式均很少应用
7.2.3 VLAN术语
VLAN标识符 帧类型 VLAN知晓与VLAN非知晓 VLAN链路 独立学习与共享学习
广播域增大，帧的广播数量指数上升，形成广播风暴
站 站
交换机 站
交换机
站 交换机
7.1 VLAN的引入
广播风暴的影响
降低网络性能
浪费网络带宽、吞吐率下降，帧转发时延急剧增大
造成网络拥塞，严重时甚至使网络瘫痪 增加了安全隐患
敏感的数据不当外泄
解决方法：缩小广播域
其余设备( H、SRV )均为VLAN非知晓设备
H1
交换机
SRV
H2
VLAN_3
VLAN_2
H3
H4
7.2.3 VLAN链路
主干链路：Trunk Link
通常用于互连VLAN交换机
用于跨交换机传递多个VLAN的信息
链路上传送的是VLAN加标帧
接入链路：Access Link
VLAN划分后
一个物理网划分成两个虚拟 网
VLAN2和VLAN3
形成两个独立的广播域
VLAN之间不能通信 VLAN之内可以通信
以太网 交换机
以太网 交换机
VLAN2
VLAN3
7.2.2 VLAN概念
VLAN分类
可以有多种类型的VLAN 取决于不同的VLAN划分策略
VLAN类型举例
7.2.3 VLAN分类
基于MAC地址的VLAN
根据MAC地址对VLAN分类 MAC帧只会发送到站点宿站点，安全性好 配置繁琐
基于协议的VLAN
根据高层协议对VLAN分类 可能出现物理位置重叠VLAN
这些分类方式均很少应用
7.2.3 VLAN术语
VLAN标识符 帧类型 VLAN知晓与VLAN非知晓 VLAN链路 独立学习与共享学习
广播域增大，帧的广播数量指数上升，形成广播风暴
站 站
交换机 站
交换机
站 交换机
7.1 VLAN的引入
广播风暴的影响
降低网络性能
浪费网络带宽、吞吐率下降，帧转发时延急剧增大
造成网络拥塞，严重时甚至使网络瘫痪 增加了安全隐患
敏感的数据不当外泄
解决方法：缩小广播域
《局域网和城域网》PPT课件资料讲解
重复 1
1-坚持CSMA
当站点要发送信息时，只要信道空闲，就 立即发送，故信道利用率较高。 缺点：
两个或两个以上的站点有数据要发送， 冲突就不可避免。
P-坚持CSMA
1、假如总线空，则以P概率发送，而已 （1-P）概率延迟一个时间单位，时间单 位等于最大传播延迟。
2、假如总线忙，继续监听直至总线空，重 复1
局域网-拓扑结构
局域网－传输介质
同轴电缆、双绞线、光纤和无线介质。
局域网－传输介质
局域网
局域网协议
OSI
高层
网络层 数据链路层
物理层
IEEE 802
逻辑链路控制 LLC 媒体访问控制 MAC
物理层PHY
物理层
实现比特流的传输、信号、编码、介质、拓扑结构
LLC、MAC
为了使数据链路层功能中与硬件有关的部分和与硬 件无关的部分分开，使研制互连不同类型物理传输 接口数据设备的费用降低。
局域网协议
逻辑链路控制子层LLC：
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 流量控制
介质访问控制子层MAC：
将上层交来的数据封装成帧进行发送 实现和维护MAC协议 比特差错校验 寻址
LAN协议的上下层关系
局域网帧结构
MAC层负责检测错误并且丢弃有错误的 MAC帧
光纤分布数据接口（FDDI）
FDDI数据编码 采用一种新的数据编码技术，称为4b/5b编码。
光纤分布数据接口（FDDI）
FDDI数据编码 为了得到同步信号，采用二级编码方式。
先按4b/5b编码，然后再按到相的不归零制 （NRZI）进行编码。
光纤分布数据接口（FDDI）
时钟同步 时钟偏移
1-坚持CSMA
当站点要发送信息时，只要信道空闲，就 立即发送，故信道利用率较高。 缺点：
两个或两个以上的站点有数据要发送， 冲突就不可避免。
P-坚持CSMA
1、假如总线空，则以P概率发送，而已 （1-P）概率延迟一个时间单位，时间单 位等于最大传播延迟。
2、假如总线忙，继续监听直至总线空，重 复1
局域网-拓扑结构
局域网－传输介质
同轴电缆、双绞线、光纤和无线介质。
局域网－传输介质
局域网
局域网协议
OSI
高层
网络层 数据链路层
物理层
IEEE 802
逻辑链路控制 LLC 媒体访问控制 MAC
物理层PHY
物理层
实现比特流的传输、信号、编码、介质、拓扑结构
LLC、MAC
为了使数据链路层功能中与硬件有关的部分和与硬 件无关的部分分开，使研制互连不同类型物理传输 接口数据设备的费用降低。
局域网协议
逻辑链路控制子层LLC：
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 流量控制
介质访问控制子层MAC：
将上层交来的数据封装成帧进行发送 实现和维护MAC协议 比特差错校验 寻址
LAN协议的上下层关系
局域网帧结构
MAC层负责检测错误并且丢弃有错误的 MAC帧
光纤分布数据接口（FDDI）
FDDI数据编码 采用一种新的数据编码技术，称为4b/5b编码。
光纤分布数据接口（FDDI）
FDDI数据编码 为了得到同步信号，采用二级编码方式。
先按4b/5b编码，然后再按到相的不归零制 （NRZI）进行编码。
光纤分布数据接口（FDDI）
时钟同步 时钟偏移
局域网和以太网PPT课件
接口 2
接口 2
ABC
DEF
第26页/共37页
如何得来？
网桥使各网段成为 隔离开的碰撞域
碰撞域 网桥1
碰撞域 网桥2
碰撞域
A
B
C
D
E
F
隔离的本质是隔离了广播
第27页/共37页
透明网桥
• 目前使用得最多的网桥是透明网桥 (transparent bridge)。
• “透明”是指局域网上的站点并不知道所发 送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站 来说是看不见的。
数据 链路层
第4页/共37页
3.2.2 以太网基础
（1） 以太网与集线器
• 以太网(Ethernet)与IEEE802.3系列标准相类似，是由 Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的 基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信 协议标准。
• 以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测） 技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。我们 把将符合以太网或802.3标准的局域网简称为“以太网”。
• 透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1D。
第28页/共37页
网桥应当按照以下自学习算法 处理收到的帧和建立转发表
• 若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥，那么从这个接 口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到 A。
• 网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口， 作为转发表中的一个项目。
• 网桥和集线器（或转发器）不同
• 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。 • 网桥在转发帧之前必须执行 CSM第A2/5C页D/共算3法7页。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止
接口 2
ABC
DEF
第26页/共37页
如何得来？
网桥使各网段成为 隔离开的碰撞域
碰撞域 网桥1
碰撞域 网桥2
碰撞域
A
B
C
D
E
F
隔离的本质是隔离了广播
第27页/共37页
透明网桥
• 目前使用得最多的网桥是透明网桥 (transparent bridge)。
• “透明”是指局域网上的站点并不知道所发 送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站 来说是看不见的。
数据 链路层
第4页/共37页
3.2.2 以太网基础
（1） 以太网与集线器
• 以太网(Ethernet)与IEEE802.3系列标准相类似，是由 Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的 基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信 协议标准。
• 以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测） 技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。我们 把将符合以太网或802.3标准的局域网简称为“以太网”。
• 透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1D。
第28页/共37页
网桥应当按照以下自学习算法 处理收到的帧和建立转发表
• 若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥，那么从这个接 口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到 A。
• 网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口， 作为转发表中的一个项目。
• 网桥和集线器（或转发器）不同
• 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。 • 网桥在转发帧之前必须执行 CSM第A2/5C页D/共算3法7页。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止
04第四章 局域网和城域网
以太网 V2 的 MAC 帧格式
源地址字段 6 字节
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS MAC 层 IP 层
MAC 帧
物理层
以太网 V2 的 MAC 帧格式
类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。
MAC 帧
物理层
当数据字段的长度小于 46 字节时， 应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段， 以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。
以太网 V2 的 MAC 帧格式
在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节， 是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。
3.截断二进制指数退避算法 发生碰撞的站在停止发送数据后，要推 迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。 确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。 定义重传次数 k ，k 10，即 k = Min[重传次数, 10]
从整数集合[0,1,…, (2k 1)]中随机地 取出一个数，记为 r。重传所需的时延 就是 r 倍的基本退避时间。
4.2.2 CSMA/CD协议
下面是上图中的一些重要时刻： 在 t 时，B检测到发生了冲突，于 是停止发送数据。
在 t 2 时，A也检测到发生了冲突， 因而也停止发送数据。
4.2.2 CSMA/CD协议
争用期 每个站在发送数据之后的一小段时间内， 存在着遭遇碰撞的可能性。 这种发送的不确定性使整个以太网的平均 通信量远小于以太网的最高数据率。
t = 2 A 检测到 发生碰撞
源地址字段 6 字节
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS MAC 层 IP 层
MAC 帧
物理层
以太网 V2 的 MAC 帧格式
类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。
MAC 帧
物理层
当数据字段的长度小于 46 字节时， 应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段， 以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。
以太网 V2 的 MAC 帧格式
在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节， 是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。
3.截断二进制指数退避算法 发生碰撞的站在停止发送数据后，要推 迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。 确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。 定义重传次数 k ，k 10，即 k = Min[重传次数, 10]
从整数集合[0,1,…, (2k 1)]中随机地 取出一个数，记为 r。重传所需的时延 就是 r 倍的基本退避时间。
4.2.2 CSMA/CD协议
下面是上图中的一些重要时刻： 在 t 时，B检测到发生了冲突，于 是停止发送数据。
在 t 2 时，A也检测到发生了冲突， 因而也停止发送数据。
4.2.2 CSMA/CD协议
争用期 每个站在发送数据之后的一小段时间内， 存在着遭遇碰撞的可能性。 这种发送的不确定性使整个以太网的平均 通信量远小于以太网的最高数据率。
t = 2 A 检测到 发生碰撞
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3
3.1 概述
快速以太网是一个转折点 工作模式向全双工转移 基本结构特性有较大变化
最小帧长(字节) 最大UTP电缆(m) 最多中继数 最大冲突直径(m) 线路码
10BASE-T
64 100 4 1855 曼彻斯特
100BASE-T 1000BASE-T
64
520
100
100
2
1
205 4B/5B
200 8B/6T或PAM55
8B6T：8位长二进制数映射到6个三进制 码元。
18
100BASE-T2
克服100BASE-T4在实际应用中的不利因素：
不支持全双工； 不能工作于2对绞线对上
双向双工基带传输：一对绞线对上同时在两个 方面上发送编码码元 链路两段NIC在环路定时上采用主从工作模式 5级脉冲幅度调制(PAM：Pulse Amplitude Modulation)
Bob 10BASE-5 冲突域=广播域
HUB SWITCH
10BASE-T 冲突域=广播域
100BASE-T 冲突域<=广播域
6
流量控制
全双工模式需要并发控制，接收站(通常为交 换式集线器)在发生拥塞时向发送站通告，并 要求发送站暂停发送数据帧。 局限在MAC子层之内，对LLC子层或MAC子 层而言透明。具有MAC到MAC的特点，相关 的控制信号/帧不向MAC的上层传递。 传递流量控制信息的MAC帧通过长度/类型字 段的标识，以区别于其它以太网数据帧。
7
MAC控制子层的位置
应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 OSI/-RM
LLC子层
MAC控制子层(可选)
MAC(CSMA/CD)子层
PLS子层
协调子层 协调子层
MII
GMII
AUI
PCS子层
பைடு நூலகம்PCS子层
PMA子层 PMA子层
MAU PMA子层
PMD子层 PMD子层
MDI
MDI
10BASE-T
10M
曼彻斯特 3类(2对)以上 支持
100BASE-TX 125M
4B/5B 5类(2对)
支持
100BASE-T4 33M
8B/6T 3类(4对)以上 不支持
100BASE-T2 25M
PAM55 3类(2对)以上 支持
100BASE-FX与100BASE-TX相比，具有几乎相同的特点
《局域网与城域网技术》chap3高速
精品
以太网
本章内容
3.1 概述 3.2 快速以太网(FE) 3.3 千兆位以太网(GE) 3.4 万兆位以太网(10GE)
2
第三章知识点
冲突域与广播域 10/100/1000自适应如何完成 10GBASE-T能否采用5类UTP线缆 以太广域网和以太局域网之间，如何实 现速率匹配
MDI
10Mbps
100Mbps 1000Mbps
8
星型和树型网络结构
除了广播帧之外，相互交换数据信息的 站点，在交换机上不需要将传送帧送不 相关端口或站点。 百兆位以太网和千兆位以太网以全双工 模式为主，但依然保留了对半双工模式 的支持；万兆位以太网则完全放弃了对 半双工模式的支持。
9
3.2 快速以太网
19
PAM5×5
20
3.2.3 100BASE-X物理层
CSMA/CD分层
上层协议层
逻辑链路控制(LLC)
媒质访问控制(MAC)
协调子层
媒质无关接口(MII)
物理编码子层(PCS) 物理媒质联结(PMA)子层
100BASE-X
光纤物理媒
双绞线物理媒
质相关(PMD)
质相关(PMD)
SC 光纤
16
100BASE-X
支持2对5类双绞线的情况，也称为 100BASE-TX 支持2根光纤传输，也称为100BASE-FX 不同物理传输媒质对应于不同PMD子层
100BASE-TX为TP-PMD 100BASE-FX为Fiber-PMD
17
100BASE-T4
要求3类双绞线缆装配了4对绞线对。
2对配置为半双工操作方式。 2对配置为单工方式，各自只为一个方向进 行传输。 帧数据的传送既用到半双工线对，也用到了 单工线对。
100BASE-T中继器
PCS
PMA PMD 自动协商
PHY
MDI 传输媒质
PCS PMA PMD PHY
自动协商
MDI
PCS PMA PMD
自动协商
传输媒质
11
Reconciliation Sub-layer
协调子层 在MAC与不同类型媒质相关层之间提供 逻辑性的连接服务 MII中，100Mbps采用4比特宽的半字节 (nibble)串行方式 GMII中，1000Mbps则采用字节(8比特宽) 串行方式
14
Auto-negotiation
自动协议商 为链路两端的NIC提供交换各自能力信 息的渠道，以便协商并选择双方都支持 的最合适的运行方式 采用带外操作方法，其中脉冲编码与 10BASE-T的链路完整性测量过程相兼容 可保护已有投资，便于平稳升级
15
3.2.2 快速以太网类型
名称 码速率(波特) 线路编码 双绞线类型 全双工模式
3.2.1 协议结构 3.2.2 类型 3.2.3 类型 3.2.4 MAC控制子层 3.2.5 自动协商机理
10
3.2.1 快速以太网协议结构
OSI-RM分层
AL PL SL TL NL DLL PHYL
CSMA/CD分层
上层
逻辑链路控制(LLC) 媒质访问控制(MAC)
RECONCILIATION MII
12
MII(媒质无关接口)
集成片之间，通过印刷电路连接 母板与子板之间，通过2个或多个印刷电 路板连接 分立组件之间，通过一定长的线缆连接 <帧间隔><前导><帧开始定界符><数据> <帧结束定界符> 帧结束定界符是通过MII上的带外控制信 号传送的，未加入帧结构中
13
PCS，PMA，MDI
PCS与物理传输媒质有关，为送出的码 元流定义编码的逻辑过程、复用和同步 的逻辑过程，也对流出的数据规定码元 对位、解复用和解码等逻辑过程。 物理媒质联结(PMA)子层和媒质相关接 口(MDI)，与10Mbps的PMA和MDI相似， 并不是高速以太网特有的。
4
10BASE-T点到点链路
采用全双工传输模式，不会发生媒质的争用问 题，勿需安排因冲突而引起的重发。 理论上，帧长度的最小值限制也可以取消。 媒质使用效率可以提高，可用带宽得以倍增。 唯一需要保留的是相继帧之间的时间间隔(IFG： Inter-Frame Gap)。
5
冲突域和MAC广播域
Alice
3.1 概述
快速以太网是一个转折点 工作模式向全双工转移 基本结构特性有较大变化
最小帧长(字节) 最大UTP电缆(m) 最多中继数 最大冲突直径(m) 线路码
10BASE-T
64 100 4 1855 曼彻斯特
100BASE-T 1000BASE-T
64
520
100
100
2
1
205 4B/5B
200 8B/6T或PAM55
8B6T：8位长二进制数映射到6个三进制 码元。
18
100BASE-T2
克服100BASE-T4在实际应用中的不利因素：
不支持全双工； 不能工作于2对绞线对上
双向双工基带传输：一对绞线对上同时在两个 方面上发送编码码元 链路两段NIC在环路定时上采用主从工作模式 5级脉冲幅度调制(PAM：Pulse Amplitude Modulation)
Bob 10BASE-5 冲突域=广播域
HUB SWITCH
10BASE-T 冲突域=广播域
100BASE-T 冲突域<=广播域
6
流量控制
全双工模式需要并发控制，接收站(通常为交 换式集线器)在发生拥塞时向发送站通告，并 要求发送站暂停发送数据帧。 局限在MAC子层之内，对LLC子层或MAC子 层而言透明。具有MAC到MAC的特点，相关 的控制信号/帧不向MAC的上层传递。 传递流量控制信息的MAC帧通过长度/类型字 段的标识，以区别于其它以太网数据帧。
7
MAC控制子层的位置
应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 OSI/-RM
LLC子层
MAC控制子层(可选)
MAC(CSMA/CD)子层
PLS子层
协调子层 协调子层
MII
GMII
AUI
PCS子层
பைடு நூலகம்PCS子层
PMA子层 PMA子层
MAU PMA子层
PMD子层 PMD子层
MDI
MDI
10BASE-T
10M
曼彻斯特 3类(2对)以上 支持
100BASE-TX 125M
4B/5B 5类(2对)
支持
100BASE-T4 33M
8B/6T 3类(4对)以上 不支持
100BASE-T2 25M
PAM55 3类(2对)以上 支持
100BASE-FX与100BASE-TX相比，具有几乎相同的特点
《局域网与城域网技术》chap3高速
精品
以太网
本章内容
3.1 概述 3.2 快速以太网(FE) 3.3 千兆位以太网(GE) 3.4 万兆位以太网(10GE)
2
第三章知识点
冲突域与广播域 10/100/1000自适应如何完成 10GBASE-T能否采用5类UTP线缆 以太广域网和以太局域网之间，如何实 现速率匹配
MDI
10Mbps
100Mbps 1000Mbps
8
星型和树型网络结构
除了广播帧之外，相互交换数据信息的 站点，在交换机上不需要将传送帧送不 相关端口或站点。 百兆位以太网和千兆位以太网以全双工 模式为主，但依然保留了对半双工模式 的支持；万兆位以太网则完全放弃了对 半双工模式的支持。
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3.2 快速以太网
19
PAM5×5
20
3.2.3 100BASE-X物理层
CSMA/CD分层
上层协议层
逻辑链路控制(LLC)
媒质访问控制(MAC)
协调子层
媒质无关接口(MII)
物理编码子层(PCS) 物理媒质联结(PMA)子层
100BASE-X
光纤物理媒
双绞线物理媒
质相关(PMD)
质相关(PMD)
SC 光纤
16
100BASE-X
支持2对5类双绞线的情况，也称为 100BASE-TX 支持2根光纤传输，也称为100BASE-FX 不同物理传输媒质对应于不同PMD子层
100BASE-TX为TP-PMD 100BASE-FX为Fiber-PMD
17
100BASE-T4
要求3类双绞线缆装配了4对绞线对。
2对配置为半双工操作方式。 2对配置为单工方式，各自只为一个方向进 行传输。 帧数据的传送既用到半双工线对，也用到了 单工线对。
100BASE-T中继器
PCS
PMA PMD 自动协商
PHY
MDI 传输媒质
PCS PMA PMD PHY
自动协商
MDI
PCS PMA PMD
自动协商
传输媒质
11
Reconciliation Sub-layer
协调子层 在MAC与不同类型媒质相关层之间提供 逻辑性的连接服务 MII中，100Mbps采用4比特宽的半字节 (nibble)串行方式 GMII中，1000Mbps则采用字节(8比特宽) 串行方式
14
Auto-negotiation
自动协议商 为链路两端的NIC提供交换各自能力信 息的渠道，以便协商并选择双方都支持 的最合适的运行方式 采用带外操作方法，其中脉冲编码与 10BASE-T的链路完整性测量过程相兼容 可保护已有投资，便于平稳升级
15
3.2.2 快速以太网类型
名称 码速率(波特) 线路编码 双绞线类型 全双工模式
3.2.1 协议结构 3.2.2 类型 3.2.3 类型 3.2.4 MAC控制子层 3.2.5 自动协商机理
10
3.2.1 快速以太网协议结构
OSI-RM分层
AL PL SL TL NL DLL PHYL
CSMA/CD分层
上层
逻辑链路控制(LLC) 媒质访问控制(MAC)
RECONCILIATION MII
12
MII(媒质无关接口)
集成片之间，通过印刷电路连接 母板与子板之间，通过2个或多个印刷电 路板连接 分立组件之间，通过一定长的线缆连接 <帧间隔><前导><帧开始定界符><数据> <帧结束定界符> 帧结束定界符是通过MII上的带外控制信 号传送的，未加入帧结构中
13
PCS，PMA，MDI
PCS与物理传输媒质有关，为送出的码 元流定义编码的逻辑过程、复用和同步 的逻辑过程，也对流出的数据规定码元 对位、解复用和解码等逻辑过程。 物理媒质联结(PMA)子层和媒质相关接 口(MDI)，与10Mbps的PMA和MDI相似， 并不是高速以太网特有的。
4
10BASE-T点到点链路
采用全双工传输模式，不会发生媒质的争用问 题，勿需安排因冲突而引起的重发。 理论上，帧长度的最小值限制也可以取消。 媒质使用效率可以提高，可用带宽得以倍增。 唯一需要保留的是相继帧之间的时间间隔(IFG： Inter-Frame Gap)。
5
冲突域和MAC广播域
Alice