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Chapter 数据链路层 （ 3 ） （ CMP302 ）

Chapter 数据链路层 （ 3 ） （ CMP302 ）. 雷擎 qleii@sina.com 对外经济贸易大学信息学院. 回顾. 介质访问控制方法 CSMA/CD （ IEEE802.3 介质访问控制） 令牌环 （ IEEE802.5 介质访问控制）. 载波监听多点接入 / 碰撞检测 CSMA/CD. CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 。 “ 多点接入 ”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

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Chapter 数据链路层 （ 3 ） （ CMP302 ）

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Presentation Transcript

  1. Chapter数据链路层（3） （CMP302） 雷擎 qleii@sina.com 对外经济贸易大学信息学院

  2. 回顾 • 介质访问控制方法 • CSMA/CD （IEEE802.3介质访问控制） • 令牌环 （ IEEE802.5介质访问控制）

  3. 载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD • CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 • “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 • “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 • “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

  4. CSMA/CD的发送流程

  5. 争用期 • 以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。 • 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。 • 以太网取 51.2 s 为争用期的长度。 • 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。 课件制作人：谢希仁

  6. IEEE802.3 MAC帧结构

  7. IEEE802.5简介 是令牌环形网的协议标准 它定义了令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范 令牌环网络系统遵循IEEE802.2和IEEE802.5标准，在传输效率、实时性、地理范围等网络性能上都优于采用CSMA/CD介质访问控制方式的以太网。

  8. Content • 传统以太网的标准和分类 • 组建共享式以太网 • 交换式以太网

  9. 快速以太网(FE) IEEE802.3u100Base-T 100Base-F 千兆以太网 IEEE802.3zSTP、 1000BaseX IEEE802.3ab1000BaseT 10GE以太网 IEEE802.3ae 传统以太网 IEEE802.3，即10Base-5 IEEE802.3a ，即10Base-2 IEEE802.3i，即10Base-T IEEE802.3j，即10Base-F 以太网的标准和分类

  10. 传统以太网

  11. 以太网媒体接入控制 MAC 10BASE5 粗缆 10BASE2 细缆 10BASE-T 双绞线 10BASE-F 光缆 传统以太网的连接方法 • 传统以太网可使用的传输媒体有四种： • 铜缆（粗缆或细缆） • 铜线（双绞线） • 光缆 • 这样，以太网就有四种不同的物理层。

  12. 铜缆或铜线连接到以太网的示意图 主机箱 主机箱 主机箱 网卡 DB-15 连接器 双绞线 收发器电缆 RJ-45 插头 BNC 连接器 插口 收发器 插入式 分接头 MAU 内导体 MDI 集线器 BNC T 型接头 外导体屏蔽层 保护外层

  13. IEEE802.3——10Base-5 • 10BASE-5以太网为最早出现的产品，因此被称为标准以太网。

  14. 500 m 50 m 500 m 50 m 50 m 500 m 以太网的最大作用距离 网段 1 网段 3 转发器 转发器 750 m 250 m 转发器 转发器 网段 2

  15. IEEE802.3a ——10Base-2 • 每一个网段只可达185m，最多可连接30部计算机。虽然网段缩小，连接的计算机数目也变小，但是因为施工相对容易、成本较低，因此取代10BASE-5以太网。

  16. 10BASE-2以太网连接

  17. IEEE802.3j——10Base-T • 计算机到集线器之间的最大距离为100m。从物理布局来看，是一种星型拓扑,而逻辑上是总线结构。

  18. 局域网网卡结构 计算机 高 速 缓 存 网络接口卡 （网卡） CPU 存储器 至局域网 串行通信 I/O 总线 并行通信

  19. 网卡的功能 • 数据的封装与解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。 • 链路管理 主要是 CSMA/CD 协议的实现。 • 编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。

  20. 网卡上的硬件地址 路由器由于同时连接到两个网络上， 因此它有两块网卡和两个硬件地址。 1A-24-F6-54-1B-0E 00-00-A2-A4-2C-02 路由器 20-60-8C-C7-75-2A 08-00-20-47-1F-E4 20-60-8C-11-D2-F6

  21. 10BASE-T以太网的以下优点 • 组网采用集线器（HUB） • 由于每个工作站都独立连接到集线器，如果计算机或线路发生故障，只会影响这一段本身，不会影响整个网络的工作； • 可以从集线器的指示灯号判断出故障的线路，容易维护； • 移机时，只需改变局部布线路径，整体布线路径不必改动。

  22. 以太网在局域网中的统治地位 • 10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。 • 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。 • 10BASE-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。

  23. 集线器的一些特点 • 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 • 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。 • 集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层。

  24. 具有三个端口的集线器 集 线 器 双绞线 网卡 网卡 网卡 工作站 工作站 工作站

  25. IEEE802.3j——10Base-F • 使用多模两芯光纤，所有工作站都通过集线器相连 。传输距离长，可做局域网的主干。

  26. 10Mb/s以太网的主要标准和技术参数：

  27. Content • 传统以太网的标准和分类 • 组建共享式以太网 • 交换式以太网

  28. 组建共享式以太网 • 单一集线器结构 • 多集线器级连结构

  29. 使用以太网技术组网 • 需要硬件设备： • 10M以太网卡，RJ45接口； • 10M以太网HUB； • 双绞线 • RJ45水晶头 • 级联的概念 • 多台HUB相互连接，构建较大的网 10M 10M 10M

  30. 单一集线器结构 • 如果网络的规模不大，需要联网的计算机数量小而且集中（例如在一个办公室），则可以考滤用单一集线器的模式进行组网。根据网络应用对网络速率的要求，可以组成100M或10M的网络。

  31. 单一集线器结构 三个独立的碰撞域 一系 二系 三系 集线器 集线器 集线器

  32. 组建10M以太网 • 组建单一集线器结构的10M以太局域网只要将安装有10M网卡(或10/100M的自适应网卡)的计算机通过3类以上的非屏蔽双绞线与10BASE-T集线器相连即可。但要注意，节点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度不能超过100米。

  33. 单一集线器结构的以太网适宜于小型工作组规模的局域网。典型的单一集线器一般可以支持2-34台计算机联网。单一集线器结构的以太网适宜于小型工作组规模的局域网。典型的单一集线器一般可以支持2-34台计算机联网。

  34. 主干集线器 集线器 三系 一系 二系 集线器 集线器 集线器 多集线器级连结构 • 用多个集线器可连成更大的局域网

  35. 多集线器进行级联时，一般可以采用平行式级联和树型级联两种方式。多集线器进行级联时，一般可以采用平行式级联和树型级联两种方式。 平行式级联

  36. 树形结构级联

  37. 多集线器10M以太网的配置规则 • 每段UTP电缆的最大长度为100m； • 任意两个节点之间最多可以有5个网段，经过4个集线器； • 整个网络的最大覆盖范围500m； • 网络中不能出现环路。

  38. 多集线器100M以太网的配置规则 • 每段UTP电缆的最大长度为100m； • 任意两个节点之间最多可以经过2个集线器； • 集线器之间的电缆长度不能超过5m； • 整个网络的最大覆盖范围205m； • 网络中不能出现环路；

  39. 用集线器扩展局域网 • 优点 • 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。 • 扩大了局域网覆盖的地理范围。 • 缺点 • 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。 • 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。

  40. Content • 传统以太网的标准和分类 • 组建共享式以太网 • 交换式以太网

  41. 交换式以太网 • 共享式以太网存在的问题 • 局域网分段 • 以太网交换机的工作原理

  42. 共享以太网存在的问题 • 使用CSMA/CD访问控制协议，一个特定的时刻只能有一个站点发送数据，其他站点只能接收数据；两个节点却有可能同时发送数据； • 冲突的产生降低了以太网导线的带宽，而且这种情况是不可避免的。当导线上的节点越来越多后，冲突的数量将会增加。

  43. 共享以太网存在的问题 • 覆盖的地理范围有限 • 网络总带宽容量固定10M/100M • 不能支持多种速率，满足不了混合型组网，提高组网的性能价格比的需要。

  44. 局域网分段

  45. 工作组A 工作组B 共享式LAN 工作组A LAN B 网桥 工作组B LAN A 局域网分段 • 过高的碰撞率和过多的广播业务都可通过“分段”方法解决，该方法将网络分割成较小的段。

  46. 网桥的物理分段 网桥 站地址 端口 站表 1 ① ② 1 ③ 1 ④ 2 网桥协议 实体 端口管理 软件 2 ⑤ ⑥ 2 端口 1 端口 2 缓存 网桥 网段 A 网段 B ① ② ③ ④ ⑤ ⑥

  47. 物理网段 • 物理网段 • 指连接在同一导线上的所有节点的集合。 • 也就是说，一个节点和同一个物理网段的所有节点都有可能产生冲突。

  48. 冲突域 • 如果两个节点同时发送数据时，会产生冲突，则它们在一个冲突域内； • 在现在组网中，物理网段和冲突域实际上指的是同一件事情。

  49. 网桥 • 将网络进行分段的设备就是网桥和路由器，网桥也称桥接器。 • 网桥工作过程 • 网桥对数据携带的目的MAC地址与它的同段表格中的MAC地址进行比较，如一致，则不再转发数据到网络的其它网段，从而可减少许多网段间的数据流量。

  50. Switch Hub 冲突域1 冲突域 2 冲突域 局域网分段

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