單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,人民郵電出版社,全國(guó)十一五規(guī)劃教材,*,編著：斯桃枝等,局域網(wǎng)技術(shù)與局域網(wǎng)組建,第,2,章,以太網(wǎng)技術(shù)和組網(wǎng)規(guī)范,本章主要內(nèi)容,：,以太網(wǎng)基礎(chǔ),以太網(wǎng)模塊和功能,各種類(lèi)型的以太網(wǎng),2.1 以太網(wǎng)基礎(chǔ),2.1.1 IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),IEEE 802.3,以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的總體結(jié)構(gòu)如圖,2-1,所示。,圖2-1 IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的總體結(jié)構(gòu),IEEE 802.3,以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)列表如表,2-1,所示。,2.1.2,CSMA/CD機(jī)制,信號(hào)的廣播（廣播域）,MAC地址與定址,沖突,圖2-2 信號(hào)廣播,圖2-3 碰撞（沖突）,沖突域,圖2-4 沖突域,CSMA/CD,CSMA/CD,（,Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,）稱(chēng)載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn),/,沖突檢測(cè)。,在局域網(wǎng)中，一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前，首先偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上是否存在載波（即檢測(cè)是否有其他站點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)），這就叫載波偵聽(tīng)協(xié)議（,Carrier Sense Protocol,）。,CSMA/CD,協(xié)議是對(duì),ALOHA,協(xié)議（一種基于地面無(wú)線廣播通信而創(chuàng)建、適用于無(wú)協(xié)調(diào)關(guān)系的多用戶競(jìng)爭(zhēng)單信道使用權(quán)的系統(tǒng)）的改進(jìn)，,CSMA/CD,保證在偵聽(tīng)到信道忙時(shí)不再有新站點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)；而且任一站點(diǎn)在檢測(cè)到?jīng)_突時(shí)就立即取消傳送，以太網(wǎng)采用的是,CSMA/CD,協(xié)議。,以太網(wǎng)就是以,CSMA/CD,的方式來(lái)進(jìn)行媒體訪問(wèn)控制，其目的就是為了避免沖突。網(wǎng)中的各個(gè)站（節(jié)點(diǎn)）都能獨(dú)立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收。,2.1.3 以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu),PA（前導(dǎo)碼）：在定界符之前發(fā)送，以使信號(hào)電路達(dá)到穩(wěn)定的同步狀態(tài)。PA為持續(xù)7個(gè)字節(jié)的10101010比特信號(hào)。,SFD（幀定界符）：它表示有效幀的開(kāi)始，其代碼為10101011，只有一個(gè)字節(jié)。,DA，SA（目的地址，源地址）：均為6字節(jié)，48位，DA可以是一個(gè)唯一的地址，即單址表示單個(gè)站，多址代表一組站，全地址代表局域網(wǎng)上所有的站。當(dāng)目的地址出現(xiàn)多址時(shí)，即表示該幀被一組站同時(shí)接收，稱(chēng)“組播”。當(dāng)目的地址出現(xiàn)全地址時(shí)，即表示該幀被局域網(wǎng)上所有站同時(shí)接收，稱(chēng)“廣播”。SA說(shuō)明的是發(fā)送該幀站的地址。,對(duì)IEEE802.3幀結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，此2字節(jié)表示長(zhǎng)度：指出緊跟其后的數(shù)據(jù)字段有多少字節(jié)。它受最小幀長(zhǎng)度的限制，即最少必須有46字節(jié)，若不到，則用填充符進(jìn)行填充到46字節(jié)。對(duì)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)字節(jié)表示類(lèi)型：它說(shuō)明了高層所使用的協(xié)議，例如IP或IPX。,若該字段大于或等于,0600H(,相當(dāng)于十進(jìn)制的,1536),，則認(rèn)為是以太網(wǎng)幀的類(lèi)型字段，從而識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)層分組是哪一種協(xié)議，并做相應(yīng)處理；,若小于,0600H,，則認(rèn)為是,IEEE802,3,幀的長(zhǎng)度字段，辨別長(zhǎng)度是否正確，再進(jìn)行處理。,DATA,（數(shù)據(jù)區(qū)）：要傳送的實(shí)際數(shù)據(jù)，受最小幀長(zhǎng)度的限制。通常在,46,字節(jié)到,1500,字節(jié)之間。,46,字節(jié)最小幀長(zhǎng)度是一個(gè)限制，目的是要求局域網(wǎng)上所有的站都能檢測(cè)到該幀，即保證網(wǎng)絡(luò)正常工作。如果高層協(xié)議的分組使數(shù)據(jù)段小于,46,個(gè)字節(jié)，則由有關(guān)軟件把,DATA,填充到,46,字節(jié)最小長(zhǎng)度。,FCS,（幀校驗(yàn)序列）：占,4,字節(jié)，是,32,位冗余檢驗(yàn)碼（,CRC,），檢驗(yàn)范圍除前導(dǎo)碼、,SFD,和,FCS,以外的所有幀的內(nèi)容，即從,DA,開(kāi)始至,DATA,完畢的,CRC,檢驗(yàn)結(jié)果都反映在,FCS,中。,2.2 以太網(wǎng)模塊和功能,2.2.1 以太網(wǎng)層次結(jié)構(gòu),以太網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)主要對(duì)應(yīng)于,OSI,層次結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。其層次結(jié)構(gòu)如圖,2-5,所示。,圖2-5 以太網(wǎng)層次結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)鏈路層的功能有：,提供一個(gè)或多個(gè),SAP,；,發(fā)送時(shí)將數(shù)據(jù)組裝成帶,MAC,地址和差錯(cuò)檢測(cè)的幀，進(jìn)行同步、定界及透明傳輸；,接收時(shí)拆卸幀，執(zhí)行,MAC,地址識(shí)別（尋址）和差錯(cuò)檢測(cè)；,管理鏈路上的通信，進(jìn)行流量控制，差錯(cuò)控制。,局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層與傳統(tǒng)的,OSI,中數(shù)據(jù)鏈路層也有區(qū)別：,局域網(wǎng)鏈路支持多重訪問(wèn)，支持成組地址和廣播；,支持,MAC,介質(zhì)訪問(wèn)控制功能；,提供某些網(wǎng)絡(luò)層的功能，如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn),SAP,、多路復(fù)用、流量控制、差錯(cuò)控制,。,MAC,子層功能：,成幀,/,拆幀；,實(shí)現(xiàn)、維護(hù),MAC,協(xié)議；,位差錯(cuò)檢測(cè)，尋址等。,LLC子層功能：,向高層提供,SAP,（服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)）；,建立,/,釋放邏輯連接；,差錯(cuò)控制；,幀序號(hào)處理；,提供某些網(wǎng)絡(luò)層功能等。,LLC,子層提供三種類(lèi)型的操作：,不確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)；,面向連接服務(wù)；,帶確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)。,物理層的功能為：,信號(hào)的編碼,/,譯碼。,前導(dǎo)碼（同步碼）的生成,/,刪除。,信號(hào)對(duì)應(yīng)的比特流的發(fā)送,/,接收。,2.2.2 以太網(wǎng)功能模塊,IEEE 802.3的體系結(jié)構(gòu)與功能模塊如圖2-6所示。,圖2-6 以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與功能模塊,總體功能,編碼譯碼模塊,收發(fā)器,2.2.3 網(wǎng)卡的工作過(guò)程,網(wǎng)卡的分類(lèi),按照數(shù)據(jù)鏈路層控制來(lái)分，有以太網(wǎng)卡、令牌環(huán)網(wǎng)卡、,ATM,網(wǎng)卡等，它們?cè)跀?shù)據(jù)鏈路控制、尋址、幀結(jié)構(gòu)等方面不同。,按照物理層來(lái)分，有無(wú)線網(wǎng)卡、,RJ-45,網(wǎng)卡、同軸電纜網(wǎng)卡、光纜網(wǎng)卡等各種媒體（也稱(chēng)介質(zhì)）。,以太網(wǎng)采用,CSMA/CD(,載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn),/,沖突檢測(cè),),控制技術(shù)。在,OSI,七層協(xié)議中主要定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的工作方式。二者之間有標(biāo)準(zhǔn)的接口,(,例如,MII,，,GMII,等,),來(lái)傳遞數(shù)據(jù)和控制。,以太網(wǎng)網(wǎng)卡包括,OSI,模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層定義了數(shù)據(jù)傳送與接收所需要的電與光信號(hào)、線路狀態(tài)、時(shí)鐘基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并向數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口,MII,。數(shù)據(jù)鏈路層則提供尋址機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、數(shù)據(jù)差錯(cuò)檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡(luò)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口等功能。,以太網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)鏈路層的芯片簡(jiǎn)稱(chēng)為MAC控制器，物理層的芯片簡(jiǎn)稱(chēng)為PHY。,網(wǎng)卡的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-8所示,。,圖2-8 以太網(wǎng)卡的邏輯結(jié)構(gòu),微處理器和,CSMA/CD,鏈路控制,曼徹斯特編譯碼器,發(fā)送和發(fā)送控制部分,接收和接收控制部分,PHY,和,MAC,之間如何溝通,2.3,各種類(lèi)型的以太網(wǎng),2.3.1 10M以太網(wǎng),10Base-5,規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),10Base-5,以太網(wǎng)使用粗同軸電纜。每個(gè)網(wǎng)段的最大傳輸距離為,500,米，每段最多站點(diǎn)數(shù),100,個(gè)，網(wǎng)段內(nèi)兩站點(diǎn)間距離不小于,2.5,米，網(wǎng)絡(luò)最大跨距,2500,米，通過(guò)中繼器能連五個(gè)網(wǎng)段。,10BASE-5,的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖,2-9,所示。,圖2-5 以太網(wǎng)層次結(jié)構(gòu),圖2-9 10BASE-5的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),10Base-2規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),10Base-2,以太網(wǎng)使用細(xì)同軸電纜和單根總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。,最大干線段長(zhǎng)度是,185,米（,607,英尺）；使用,BNC T,型連結(jié)器將電纜與網(wǎng)卡相連；最多只能使用,4,個(gè)中繼器連結(jié),5,個(gè)干線段，只有其中三個(gè)段允許使用工作站，另兩個(gè)用于擴(kuò)展距離。最大網(wǎng)絡(luò)干線長(zhǎng)度是,925,米（,3,，,018,英尺）。一個(gè)干線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過(guò),30,。中繼器，橋接器、路由器和服務(wù)器都算作節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)所有段上的節(jié)點(diǎn)總數(shù)不能超過(guò),1024,個(gè)。干線段的每個(gè)結(jié)束端都要設(shè)置一個(gè)終接器，其中的一個(gè)應(yīng)接地。,圖2-10 10BASE-2的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),10Base-T規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),10Base-T,以太網(wǎng)使用雙絞線電纜和星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖,2-11,所示。,以,10Mbps,的速率發(fā)送數(shù)據(jù)。使用直徑為,0.4,到,0.6mm,的用,3,型、,4,型或,5,型非屏蔽雙絞線；網(wǎng)絡(luò)中任何兩個(gè)工作站之間的數(shù)據(jù)通路最多個(gè),Hub,；電纜末端使用,RJ,45,插座，,1,針和,2,針是“發(fā)送”，,3,針和,6,針是“接收”。每對(duì)交叉相連以使發(fā)送器的一端連到接收器的另一端；收發(fā)器到集線器的距離不能超過(guò),100,米（,328,英尺）；一個(gè)集線器可以連接多個(gè)工作站；不用橋接器時(shí)一個(gè)網(wǎng)上至多可有,1024,個(gè)工作站。,圖2-11 10BASE-T的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),10BASE-F規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),10BASE-F,使用雙工光纜,(,雙股多?；騿文９饫w,),，一條光纜用于發(fā)送，另一條用于接收，,625/125um,直徑的多模光纜大多用在,10BAS-F,中以傳送,LED,的紅外光，接口卡多采用,ST,連接器。有,3,種規(guī)范：,10BASE-FL,、,10BASE-FB,、,10BASE-FP,。,10BASE-FL,光纜鏈路段的長(zhǎng)度可達(dá),2000,米，可用來(lái)連接二塊網(wǎng)絡(luò)接口卡、或二個(gè)中繼器、或一塊網(wǎng)絡(luò)接口卡和一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器或二個(gè)交換機(jī)。,10BASE-FB,光纜鏈路最長(zhǎng)可達(dá),2000,米，可用來(lái)連接一個(gè)中繼器。,10BASE-FP,網(wǎng)段的長(zhǎng)度可達(dá),500,米，最多可連接,33,臺(tái)計(jì)算機(jī)。,10BASE-FL,的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖,2-12,所示。,圖2-12 10BASE-FL的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),10Broad36,10Broad36,指的是使用,75,寬帶同軸電纜，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹(shù)形，用于寬帶局域網(wǎng)，遵循,10Mbit/s,基帶以太網(wǎng)規(guī)范。,10Broad36,的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖,2-13,所示。,圖2-13 10Broad36的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),10Mbps以太網(wǎng)之間的比較,對(duì),10Mbps,以太網(wǎng)各種的規(guī)范指標(biāo)進(jìn)行比較，列在表,2.4,中。,100Mbps以太網(wǎng),構(gòu)成100BaseT網(wǎng)絡(luò)物理連接的主要部件包括以下幾種：,傳輸媒體（也稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)）：,100BASE-T,標(biāo)準(zhǔn)允許包括四個(gè)不同的物理層規(guī)范，第一個(gè)物理層規(guī)范支持,2,對(duì),5,類(lèi),UTP,或,1,類(lèi),STP,，第二個(gè)物理層規(guī)范支持,4,對(duì),3/4/5,類(lèi),UTP,，第三個(gè)物理層規(guī)范支持單?；蚨嗄９饫|，第四個(gè)物理層規(guī)范支持,2,對(duì),3/4/5,類(lèi),UTP,。,100BASE-T,根據(jù)使用物理層傳輸媒體的不同類(lèi)型，分為,100BaseTX,、,100BaseT4,、,100BaseFX,和,100BaseT2,四種。,媒體相關(guān)接口（,MDI,，介質(zhì)有關(guān)接口）：,MDI,是一種位于傳輸媒體和物理層設(shè)備之間的機(jī)械和電氣接口。,物理層設(shè)備（,PHY,）：,PHY,提供,10 Mbps,或,100 Mbps,操作，可以是一組集成電路，也可以作為外部獨(dú)立設(shè)備使用，通過(guò),MII,電纜與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的,MII,端口連接。,媒體無(wú)關(guān)接口（,MII,，介質(zhì)無(wú)關(guān)接口）：,100BASE-T,還包括介質(zhì)無(wú)關(guān)接口,MII,規(guī)范，它是今天的,AUI,的,100Mbps,版，,MII,是,MAC,與,PHY,之間的接口，并允許外接收發(fā)器。,表2.5將100BASE-T/F快速以太網(wǎng)與10BASE-T/FL之間進(jìn)行性能比較。,圖2-14提供了IEE802.3u的四個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)概要圖，從此圖中可以看出，四種類(lèi)型的快速以太網(wǎng)的MAC層，MII層都相同，只有PHY層及網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)層不同。,圖2-14 IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)概覽,100Base-TX,100Base-TX,：使用兩對(duì)（即,1-2,、,3-6,兩對(duì)）,5,類(lèi)非屏蔽雙絞線或,1,類(lèi)屏蔽雙絞線，一對(duì)用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對(duì)用于接收數(shù)據(jù)；,在傳輸中使用,4B/5B,編碼方式，以,125MHz,的串行數(shù)據(jù)流來(lái)傳送數(shù)據(jù)；,使用,MLT-3,（多電平傳輸,-3,）波形法來(lái)降低信號(hào)頻率到,125/3=41.6MHz,；,支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸；,使用同,10BASE-T,相同的,RJ-45,連接器；,采用,EIA568,標(biāo)準(zhǔn)化布線方法，各計(jì)算機(jī)通過(guò)墻座連入網(wǎng)中；,最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為,100m,；,在,100BaseTX,網(wǎng)絡(luò)中，只允許對(duì),2,個(gè),100M Hub,進(jìn)行級(jí)聯(lián)，并且兩個(gè),Hub,之間的連接長(zhǎng)度不能超過(guò),5m,。與,10BaseT,網(wǎng)絡(luò)一樣，工作站與集線器之間的距離不能超過(guò),100m,（最長(zhǎng)媒體段）。因此，,100BaseTX,網(wǎng)絡(luò)的最大長(zhǎng)度為,205m,（跨距）；,100Base-TX,使,100Base-T,中使用最廣的物理層規(guī)范。,100Base-F