5局域网技术(2)课件.ppt
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- 局域网 技术 课件
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1、CSMAn要传输数据的站点首先对媒体上有无载波进行监听,以确定是否有别的站点在传输数据。n若信道空闲,传送,若忙,避让一段时间再尝试。避让算法1.1.非坚持算法非坚持算法(1)如果介质是空闲的,则可以立即发送。(2)如果媒体是忙的,则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后,再监听/发送。 避让算法2. 1-1-坚持算法坚持算法 (1)如果媒体空闲的,则可以立即发送。 (2)如果媒体是忙的,则继续监听,直至检 测到媒体是空闲,立即发送。 (3)如果有冲突(在一段时间内未收到肯定 的回复),则等待一随机量的时间,重 复步骤(1)-(2)。 避让算法3. P-坚持算法坚持算法(1)监听总线,如果介质
2、是空闲的,则以P的概率发送,而以(1-P)的概率延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传播时延的2倍。(2)延迟一个时间单位后,再重复步骤(1)。(3)如果介质是忙的,继续监听直至介质空闲并重复步骤(1)。 CSMA/CDnCSMA无法杜绝冲突问题n冲突检测(CD )技术n检测时间要多长?n冲突检测时间 CSMA/CD 协议 A发送数据 C D A E匹配电阻(用来吸收总线上传播的信号)匹配电阻BE发送数据检测到冲突后n每一个正在发送数据的站,一旦发现总线上出现了碰撞,就要立即停止发送n等待一段随机时间后再次发送。n等待时间要多长?二进制指数类型退避算法 (truncated binary
3、 exponential type)n规则n对每个数据帧,当第一次发生冲突时,设置一个参量L=2;n退避间隔取到L个时隙(时间片)中的一个随机数,1个时隙等于介质最大传播时延的两倍;n当数据帧再次发生冲突,由将参量L加倍;n设置一个最大重传次数,超过该次数,则不再重传,并报告出错。 例n在1个时隙的开始处,两个CSMA/CD站点同时发送1个帧,求前4次都冲突的概率是多少?第1次冲突概率为1第1次冲突后,A和B都在等待时隙0和1之间选择,选择有4种组合 00 01 10 11 00和11将再次冲突,冲突概率为0.5第2次冲突后, A和B等待时间将在0,1,2,3之间选择00 01 02 03 1
4、0 11 12 13 20 21 22 23 30 31 32 33冲突概率0.25第3次冲突后, A和B等待时间将在0,1,2,3,4,5,6,7之间选择 冲突概率0.125前4次都冲突的概率 1*0.5*0.25*0.125=0.015625IEEE802.3物理层规范 n一种简明的表示方法:数据传输率数据传输率( (MpbsMpbs) )n10Base5(粗缆以太网)n10Base2(细缆以太网)n10BROAD36。n10Base-T(双绞线以太网)n10Base-F(光纤以太网)特性10BASE510BASE21BASE510BASE-T10Broad3610BASE-F数据速率10
5、Mbit/s10Mbit/s1Mbit/s10 Mbit/s10Mbit/s10 Mbit/s信号传输基带基带基带基带宽带DPSK基带最大网段500m185m250m100m3600m2000m网络介质50粗缆50细缆UTPUTP75同轴电缆光缆拓朴结构总线型总线型星型星型总线型点对点10BASE5组网技术n“5-4-3”原则以太网的最大作用距离 250 m750 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m网段 1转发器网段 2网段 3转发器转发器转发器10BASE2组网技术 n“5-4-3”原则外 n两个相邻BNC-T型接头之间的最小距离为0.5米,每段最多支持30个结点 细缆
6、以太网 10BASE2 n用更便宜的直径为 5 mm 的细同轴电缆(特性阻抗仍为 50 W),可代替粗同轴电缆。 n将媒体连接单元 MAU 和媒体相关接口 MDI都安装在网卡上,取消了外部的 AUI电缆。 n细缆直接用标准 BNC T 型接头连接到网卡上的 BNC 连接器的插口。 1BASE5 n1BASE5标准是由AT&T(美国电报电话公司)开发的名称为StarLAN的网络。n采用UTP和星型网络拓扑,从集线器与节点之间的最大连接距离为250m,1BASE5中的5表示节点与节点之间的距离为500m。n1986年,1BASE5正式成为IEEE 802.3的标准。 星形网 10BASE-T n不
7、用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线,分别用于发送和接收。n在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备,叫做集线器(hub)。 n集线器使用了大规模集成电路芯片,因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。 10BROAD36 n10BROAD36是802.3中为一针对宽带系统的规范,它采用双电缆带宽或中分带宽的75欧姆CATV同轴电缆。从端出发的段的最大长度为1800m,由于是单向传输,所以最大的端端距离为3600m。 10BASE-F n10BASE-F是802.3中关于以光纤作为介质的系统的规范。该规范中,每条传输线路均使用一条光纤,每条光纤采用曼切斯特编码传输一个方向上的信号
8、。每一位数据经编码后,转换为一对光信号元素(有光表示高、无光表示低),所以,一个10Mbps的数据流实际上需要20Mbps的信号流。 交换式802.3局域网 n冲突域n用多个集线器可连成更大的局域网 扩展的局域网集线器集线器一系二系集线器三系三个独立的冲突域n用多个集线器可连成更大的局域网 扩展的局域网一系二系三系集线器集线器集线器集线器主干集线器n优点n使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。n扩大了局域网覆盖的地理范围。n缺点n碰撞域增大了,但总的吞吐量并未提高。n如果不同的碰撞域使用不同的数据率,那么就不能用集线器将它们互连起来。 用集线器扩展局域网 n在数据链路层
9、扩展局域网是使用网桥。n网桥工作在数据链路层,它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。n网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的端口转发此帧,而是先检查此帧的目的 MAC 地址,然后再确定将该帧转发到哪一个端口 在数据链路层扩展局域网 以太网在局域网中的统治地位n10BASE-T 的通信距离稍短,每个站到集线器的距离不超过 100 m。n这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现,既降低了成本,又提高了可靠性。 n10BASE-T 双绞线以太网的出现,是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑,它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。 1. 网桥的内部结构
10、 站表端口管理 软件网桥协议 实体端口 1端口 2缓存网段 B网段 A111222站地址 端口网桥网桥5.5令牌网 n牌环网(token ring)和令牌总线网(token bus) 逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC物理层介质站管理令牌总线令牌环IEEE802.3u标准与高速局域网 5.6光纤分布式数据接口(FDDI) IEEE802.3z标准与吉比特以太网(GB Ethernet) 网卡上的硬件地址 路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同时
11、连接到两个网络上,因此它有两块网卡和两个硬件地址。 n过滤通信量。 n扩大了物理范围。n提高了可靠性。n可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率(如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网)的局域网。 使用网桥带来的好处 n存储转发增加了时延。 n在MAC 子层并没有流量控制功能。 n具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大。n网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网,否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。 使用网桥带来的缺点 用户层IPMAC站 1用户层IPMAC站 2物理层网桥 1网桥 2AB用户数据IP-HMAC-H
12、MAC-TDL-HDL-T 物理层DLRMAC物理层物理层DLRMAC物理层物理层LANLAN两个网桥之间还可使用一段点到点链路 n集线器在转发帧时,不对传输媒体进行检测。n网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。n若在发送过程中出现碰撞,就必须停止发送和进行退避。n在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。 n由于网桥没有网卡,因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。 网桥和集线器(或转发器)不同 n1990 年问世的交换式集线器(switching hub),可明显地提高局域网的性能。n交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机(表明此交换机工作在数据链路层
13、)。n以太网交换机通常都有十几个端口。因此,以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥,可见交换机工作在数据链路层。4. 以太网交换机 n以太网交换机的每个端口都直接与主机相连,并且一般都工作在全双工方式。n交换机能同时连通许多对的端口,使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样,进行无碰撞地传输数据。 n以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片,其交换速率就较高。 以太网交换机的特点n对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网,若共有 N 个用户,则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。n使用以太网交换机时,虽然在每个端口到主机的带宽还是 10 Mb/s,但由于一个用
14、户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽,因此对于拥有 N 对端口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。 独占传输媒体的带宽 用以太网交换机扩展局域网 集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机路由器n虚拟局域网 VLAN 是采用交换机技术,将原有的网络分成逻辑子网。n虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务,而并不是一种新型局域网。 5.8 虚拟局域网以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交
15、换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时,工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 B1 发送数据时,工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B
16、1 发出的广播信息。 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数,使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。 VLAN的实现方式nVLAN有3种实现技术 (1)基于端口实现方法 (2)基于MAC地址实现方法 (3)基于IP地址实现方法基于端口实现方法n根据局域网交换机的端口划分基于MAC地址实现方法基于IP地址实现方法n虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符,称为 VLA
17、N 标记(tag),用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。 虚拟局域网使用的以太网帧格式 802.3MAC 帧字节66246 15004MAC 帧目地地址源地址长度/类型数 据FCS长度/类型 = 802.1Q 标记类型 标记控制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID 2 字节2 字节插入 4 字节的 VLAN 标记4用户优先级CFI4.6 高速以太网4.6.1 100BASE-T 以太网n速率达到或超过 100 Mb/s 的以太网称为高速以太网。n在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星型拓扑以太网,仍使用 IEEE 802.3 的CSMA
18、/CD 协议。100BASE-T 以太网又称为快速以太网(Fast Ethernet)。 100BASE-T 以太网的特点n可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此,不使用 CSMA/CD 协议。nMAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。n保持最短帧长不变,但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 m。n帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的 0.96 s。 三种不同的物理层标准 n100BASE-TXn使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP。 n100BASE-FX n使用 2 对光纤。 n100BASE-T4n使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。 4.6.2
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