第十一课 以太网通信标准及其访问机制

引入计算机网络分为两类：采用点到点连接的网络和

采用广播信道的网络。在所有广播网络中，关键的问题是：当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权？

学习目标

1 、什么是局域网？2 、 LAN 中的常见传输方式？3 、局域网的媒体访问控制方法有几种？4 、 IEE802 标准5 、局域网的类型及其各自的特点？6 、选择通信协议？

学习完本课程，您应该能够：

课程内容局域网的特点

LAN 中的传输方式

局域网的媒体访问控制方法

局域网的类型

通信协议及其选择

学习重、难点分析重点：

LAN 中的传输方式 通信协议及其选择

难点： 局域网的媒体访问控制方法

1 、局域网的定义与发展过程 在较小的地理范围内，利用通信线路将许多数据设备连接起来，实现彼此之间的数据传输和资源共享的系统称为局域网。它的发展—般分为三个阶段：（ 1 ） 60 年代末至 70 年代初是萌芽阶段 。（ 2 ） 70 年代中期是局域网发展的一个重要阶段。 （ 3 ） 80 年代初期是局域网走向大发展的时期。利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干环网，是目前许多局域网系统采用的一种结构形式。

局域网概述

2 、局域网特点 （ 1 ）地理范围有限。（ 2 ）通信速率高。 （ 3 ）可采用多种通信介质。（ 4 ）可靠性较高。 由局域网本身的特点决定局域网具有以下优点：（ 1 ）能够方便地共享网内资源，包括主机、外部设

备、软件、数据；（ 2 ）便于系统扩展；（ 3 ）提高了系统的可靠性、可用性、可维护性；（ 4 ）各设备位置可以灵活地调整和改变；（ 5 ）有较快的响应速度（数据传输率较高）。

局域网的应用 计算机局域网所具有的这些优点决定了它在社会各个领域有着广泛的应用，它可以用于办公自动化、工业生产自动化、企业管理信息系统、生产过程实时控制、军事指挥和控制系统、辅助教学系统、医疗管理系统、银行系统、软件开发系统和商业系统等方面，其中主要作用如下：1. 办公自动化 2. 工业生产自动化 3. 应用于教育领域 4. 计算机协同工作技术

共享媒体访问控制方法（ 1）

媒体访问控制 局域网技术中的共享并不意味着多个帧可以

同时传输，在帧的传输过程中发送计算机独占整个电缆

为了确保传输媒体的访问和使用，实现对多结点使用共享媒体接收和发送数据的控制，连接到网络上的设备都必须遵守一定的规则（非中央控制）。

共享媒体访问控制方法（ 2 ）

带冲突检测的多路存取载波侦听 CSMA/CD

载波侦听：计算机在传输帧以前要检测总线上的载波，等待以太网空闲。

冲突检测与重发 : 如果两台计算机同时传输 ,

冲突就会发生 ; 计算机将使用指数重发来选择哪台计算机传输 .每台计算机在重发之前要延迟一段随机时间 , 并在随后的冲突后 ,

延迟加倍。

CSMA/CD的规则如下：

（ 1 ）若信道空闲，则发送信息帧，否则转第（ 2 ）步；

（ 2 ）若信道忙，一直监听直到信道空闲，然后立即传输；

（ 3 ）若在传输过程中监听到冲突，则发出一个短小的人为干扰信号，让所有的站点都知识发生了冲突并停止传输；

（ 4 ）发完人为干扰信号后等待一个随机时间，再次尝试传输（从第（ 1 ）步开始重复）。

共享媒体访问控制方法（ 3）

带冲突检测的多路存取载波侦听 CSMA/CD

为了确保冲突在数据发送完毕前到达所有的计算机，必须规定最大电缆长度和最小帧尺寸。

共享媒体访问控制方法（ 4）

防止冲突的多路存取载波侦听 CSMA/CA

当数据传输速率或发送数据功率较小的情况下，远方的设备不能（及时）检测到冲突。

在发送数据前，用一个特殊的短消息来预定介质。邻近的计算机会把回答控制消息传到更远的地方。

共享媒体访问控制方法（ 5）

控制令牌 令牌代表着一种权利，只有占有令牌才能发送数据。

令牌占有者只能发送一帧（帧特别短时，可以连续发送几帧），然后必须释放令牌，传给下一站。

因为任一时刻只有一个站点拥有令牌，所以不会发生冲突

局域网标准 IEEE802 是主要的局域网标准，该标准所描述的

局域网通过共享的传输介质通信。 IEEE802 标准包括局域网参考模型与各层协议。

应用层

物理层

数据链路层

网络层

传输层

会话层

表示层

逻辑链路控制（LLC）层

介质访问控制（MAC）层

物理层

OSI

I EEE802

物理层是必须的，它负责处理机械、电气、功能和过程方面的特性，以建立、维持和撤消物理链路。

数据链路层也是必须的，它负责把不可靠的传输信道改造成可靠的传输信道，采用差错检测和帧确认技术，传送带有校验信息的数据帧。

IEEE 为美国电气电子工程师协会简称。 IEEE 为局域网制订了多种标准，这些标准统称为 IEEE802 标准，主要包括以下内容： 1)IEEE802.1 标准：对 IEEE802 系列标准做了介绍，并且它对接口原语进行了规定。在这个标准中还包括局域网体系结构，网络互联及网络管理与性能测试等内容。 2)IEEE802.2 标准：定义了 LLC( 逻辑链路控制 )协议，是数据链路层的上半部分。 3)IEEE802.3 标准：定义了 CSMA/CD 总线媒体访问控制子层与物理层的规范。 4)IEEE802.4 标准：定义了令牌总线 (Token Bus) 媒体访问控制子层与物理层的规范。

局域网标准 IEEE 802

5)IEEE802.5 标准：定义了令牌环 (Token Ring) 媒体访问控制子层与物理层的规范。

6)IEEE802.6 标准：定义了城域网 (MAN) 媒体访问控制子层与物理层的规范。

7)IEEE802.7 标准：定义了宽带技术。 8)IEEE802.8 标准：定义了光纤技术。 9)IEEE802.9 标准：定义了语音与数据综合局域网技术。 10)IEEE802.10 标准：定义了局域网安全性规范。 11)IEEE802.11 标准：定义了无线局域网技术。

局域网与 IEEE802 标准（ 1）

局域网标准结构图 局域网标准结构图

局域网与 IEEE802 标准（ 2）

以太网以太网 IEEE802.3IEEE802.3

IEEE802.3

1． CSMA/CD IEEE802.3 定义了带冲突检测的载波侦听多

路访问 CSMA/CD 方式。借助于这种方式，两个或多个站能共享一个公共的总线传输介质。

CSMA/CD 的工作机制可概括为：先听后讲；边讲边听；冲突停止；延迟重发。

局域网与 IEEE802 标准（ 3）

令牌总线局域网 IEEE802.4

在物理总线上建立一个逻辑环。物理拓扑是总线型，逻辑结构是环型。令牌传递的顺序与站的物理位置无关。

令牌总线使用宽带同轴电缆，速度可达到 1.5

或 10Mbps ，媒体访问控制方式为控制令牌。

局域网与 IEEE802 标准（ 4） IEEE802.5IEEE802.5 令牌环网令牌环网 三种局域网的比较三种局域网的比较

几种以太网标准 （ 1 ） 10Base-5 （粗缆以太网） （ 2 ） 10Base-2 （细缆以太网） （ 3 ） 10Base-T （双绞线以太网） （ 4 ） 10Base-F （光纤以太网） （ 5 ） 100Base-TX （使用 5 类 UTP 的快速以太网） （ 6 ） 100Base-FX （使用光纤的快速以太网） （ 7 ） 100Base-T4 （使用 4对 5 类 UTP 的快速以太网） （ 8 ） 100Base-T2 （使用 2对 5 类 UTP 的快速以太网） （ 9 ） 1000Base-SX （使用 1对短波长光光纤的千兆以太

网）

现有产品对以太网标准支持情况 在工程实践中，标准需产品的支持。就以太

网而言，目前生产的 10M 和 100Mbs 网卡、集线器和交换机一般都支持 10Base-5 、 10Base-2 、10Base-T 、 10Base-F 、 100Base-TX 和 100Base-FX 等几个标准。而支持 100Base-T4 和 100Base-T2 标准的设备则比较少。此外，目前生产的多数 1000M 设备一般同时支持 1000Base-TX 、 1000Base-SX 和 1000Base-FX 标准。

需要指出的是，不同速度的以太网具有高度的兼容性，同一以太网中可存在多种数据传输速度。在组建以太网的过程中，不必考虑帧结构的兼容性。

CSMA/CD 工作流程图

网卡准备发送

监听信道1（ ）

发送数据和监听信道

4（ ）

按后退算法等待6（ ）

发送拥挤信号5（ ）

信道空闲2（ ）

发起新的发送

信道忙3（ ）

检测出冲突

10Mbps 以太网物理层

CSMA/CD以太网

AUI/MAU

10BASE-T双绞线

10BASE-F光缆

10BASE2细缆

10BASE5粗缆

10BROAD36宽带

MAC层

物理层

10BASE5 10BASE2 10BASE-F 10BASE-T

最大网段长度 500m 185m500,1000 或2000m

100m

拓扑结构 总线型 总线型 星型 星型

介质 50Ω 粗缆 50Ω 细缆 多模光缆 100Ω 、 UTP

连接器 NIC-DB-15 RG-58 ST RJ-45

介质挂接方法 MAU 栓接同轴线缆

外接或在 NIC中 外接或在 NIC 中 外接或在 NIC

中

站 / 网段 100 30

10BASE-FP 为33 ， FB 、 FL或 FOIRL 为2 个中继器

2 （ NIC 和中继器）

最大网段数 5 5 5 5

10Mbps 以太网物理层比较

5-4-3规则

1中继器

2网段

2中继器 3中继器 4中继器

4网段 5网段1网段 3网段

技术 发送 接收 电压

10BASE-T

1,2 3,6 2.5V±0.3V

100BASE-TX

1,2 3,6 1.0±50mV

100BASE-T4

1,2/4,5/7,8 3,6/4,5/7,8 3.5V±0.35V

100BASE-T2

1,2/3,6 1,2/3,6 1.81V±0.1V

线缆对数和线路电压比较

技术 半 /全双工操作 最低线缆要求 最大距离

100BASE-TX

全双工和半双工 Cat5， 2对 100米

100BASE-T4 半双工 Cat3， 4对 100米

100BASE-FX

全双工和半双工 62.5/125mMMF

130米、 160米或 24米

100BASE-T2半双工或全双

工 Cat3， 2对 100米

快速以太网工程指标技术和拓扑结构对比

千兆以太网物理拓扑

工作站 工作站

快速交换机

工作站 工作站 工作站 工作站

快速交换机

千兆交换机

1服务器 2服务器

Hub

3服务器 4服务器

千兆交换机连接 1000Mb/s 提供 带宽

10Mb/s

100Mb/s

10Mb/s

100Mb/s

工作站 工作站

千兆交换机或缓冲分配器

1服务器 2服务器

10/100Mb/s

1000Mb/s

Ethernet

令牌环

10/100Mb/s

广域网

以太网 快速以太网 千兆以太网

编码方式 曼彻斯特编码 4B/5B、 8B/6T 8B/10B

工作频率 20MHz 31.25MHz 125MHz

双工方式 半双工 /全双工 半双工 /全双工 半双工 /全双工（半双工常用）

时间槽 512位时间 512位时间 512字节时间

帧间间隔 9.6μs 0.96μs 0.096μs

最大帧长度 1518字节 1518字节 1518字节

最小帧长度 64字节 64字节 512字节

重发上限 16次 16次 16次

后退上限 10次 10次 10次

阻塞序列 32位 32位 32位

千兆以太网主要技术参数

传输介质 以太网10BASE-T

快速以太网100BASE-T

千兆位以太网 1000BASE-F

最大网段距离

5类 UPT 100米 100米 1000米

STP/同轴线缆 500米 100米 25米

多模光纤 2千米412米 (半双工 )

220米 (半双工 )

2千米 (全双工 )

单模光纤 25千米 20千米 5千米

以太网最大网段距离

标准 10BASE5 10BASE2 10BASE-T 10BASE-F

时间 1983年802.3

1989年802.3a

1990年802.3i

1993年 802.3j

标准 100BASE-FX 100BASE-TX 100BASE-T4 100BASE-T2

时间 1995年802.3u

1995年802.3u

1995年802.3u

1997年 802.3x&y

标准 1000BASE-CX

1000BASE-LX

1000BASE-SX

1000BASE-T

时间 1998年802.3z

1998年802.3z

1998年802.3z

1998年 802.3ab

以太网标准化进程

FDDI

发 E-mail打印文件mail

喂，请用中文 ,慢一点！

出错了，请重发！

协议是指通信双方必须遵循的

控制信息交换的规则之集合。语法语法 语义语义 定时规则定时规则

通讯协议的作用通讯协议的作用

协议

通信协议——如果没有协议例子：计算机 A向计算机 B发出信号——“你好”情况 1：如果：没有应用程序（如电子邮件， QQ等）

结果：则很难实用与推广

情况 2：如果：没有中间点的控制 结果：传输无法完成

你好你好

协议

情况 3：如果：没有正确的路径选择 结果：则无法保证传给指定对象

情况 4：如果：没有差错与流量控制 结果：无法保证传输正确信息，或发生延迟

你好你好

你好你好 泥好

泥号

协议

其它情况：如果：没有信息转换（加密、压缩、转换等） 结果：无法保证正常传输（安全、格式等）

你好你好

堵塞

常见的网络通讯协议

NETBEUI 协议IPX/SPX兼容协议TCP/IP 协议

NETBEUI 协议 NetBEUI( NetBIOS Exte

nded User Interface, 用户扩展接口），由 IBM公司于 1985 年开发的。

优点：体积小、效率高、速度快、无需配置

缺点：不具备路由功能

IPX/SPX 协议 IPX/SPX （ Internetwork Packet Exchange

/Sequences Packet Exchange, 网际包交换 /顺序包交换）是 NOVELL 公司的通信协议集。

优点：适应性强、支持多网段，具有路由功能，是 NETWARE服务器最好的接入选择。

缺点：占用空间较大，在非 NOVELL 环境中，IPX/SPX 一般不使用。

TCP/IP 协议 TCP/IP (Transmission Control Protocol/

Internet Protocol) 传输控制协议 / 网际协议，是因特网的基础协议。

优点：灵活性强，支持任意规模的网络，具有路由功能。

缺点：需要配置。

对等网 Peer to Peer LAN也称工作组。在对等网络中，计算机的数量通常不会超过 10台。所以对等网络相对比较简单。在对等网络中，对等网上各台计算机的有相同的功能，无主从之分，网上任一节台计算机既可以作为网络服务器，其资源为其它计算机共享，也可以作为工作站，以分享其它服务器的资源。任一台计算机均可同时兼作服务器和工作站，也可只作其中之一。因为对等网不需要专门的服务器来做网络支持，也不需要其他组件来提高网络的性能，因而对等网络的价格相对要便宜很多。

对等网

对等网的缺点 数据保密性差

文件管理分散

计算机资源占用大

通信协议选择策略 为局域网选择通信协议时，应在网络规模、网络间的兼容性和网络管理等几个方面进行综合考虑：

1 、对于不与外部连接的、小型的、单网段的网络，最好使用 NetBEUI 通信协议。

2 、对于从NetWare 迁移到Windows NT的网络，或NetWare与Windows NT共存的网络，选择 IPX/SPX及其兼容协议，无疑可提供一个比较理想的传输环境。

3 、如果正在规划一个高效率、可互连、可扩展性的网络， TCP/IP 将是理想的选择。

此外，在选择通信协议时，还应遵循以下的原则： 首先，要选择适合于网络特点的协议。其次，应尽量少选用网络协议。第三，应注意协议的版本。最后，还要注意协议的一致性。

对等网的应用 在局域网发送和接收信息 在局域网上播放同一部 VCD 在局域网上实现语音通讯文件共享和打印机共享

归纳总结 1 、局域网及其特点； 2 、 LAN 中的传输方式 3 、局域网中的媒体访问控制方法 4 、 IEE802 系列标准 5 、局域网的类型 1 ）以太网； 2 ） ATM ； 3 ） FDDI 光纤分布式数据接口； 4 ） 无线 LAN ； 6 、通信协议及其选择

课后作业

课后作业2 、当介质的整个容量都用来在一个信道内传输数

据时，这种技术叫做什么：（ ）基带宽带多路复用多重链路3 、在以太网上使用哪种介质访问方法（ ）CSMA/CACSMA/CD令牌传递请求优先级

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