2009/7/25 1
计算机网络
Computer Networks
第五讲 局域网
2009/7/25 2
内容提要
局域网概述
介质访问控制方法
以太网
高速网络技术
2009/7/25 3
局域网概述
计算机局域网自 70年代以来得到飞速发展,并在计算机网络中占有非常重要的地位
2009/7/25 4
局域网概述
LAN的特点
覆盖范围小房间、建筑物、园区范围距离 ≤25km
高传输速率
10Mbps～ 1000Mbps
低误码率
10-8 ～ 10-10
采用总线、星形、环形拓扑
双绞线、同轴电缆、光纤
为一个单位所拥有，自行建设
hub
hub
hub
Switch
Server
station
stations
stations
2009/7/25 5
局域网的关键技术
拓扑结构（逻辑、物理）
总线型、星型、环型
介质访问方法按协议实现信道共享,
ALOHA,CSMA/CD和 Token-passing
信号传输形式基带、宽带
2009/7/25 6
LAN典型拓扑结构
总线型,所有结点都直接连接到共享信道
星型,所有结点都连接到中央结点
环型,结点通过点到点链路与相邻结点连接
Bus
Star
Ring
A B C
C A
D
C
B
A B C
A
T
2009/7/25 7
传输形式
基带传输：传送数据时，以原封不动的形式把来自终端的数据送入线路
宽带传输：在发送端，用基波脉冲对载波进行调制
传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤等
2009/7/25 8
LAN参考模型
IEEE802标准网络层数据链路层物理层逻辑链路控制 LLC
介质访问控制 MAC
高层
OSI
IEEE 802
物理层 PHY
由 NOS来实现
2009/7/25 9
IEEE802标准的主要成员
802.2 - 逻辑链路控制 LLC
802.3 - CSMA/CD（以太网）
802.4 - Token Bus （令牌总线）
802.5 - Token Ring（令牌环）
802.6 - 分布队列双总线 DQDB -- MAN标准
802.8 – FDDI（光纤分布数据接口）
802.11 – 无线 LAN
2009/7/25 10
……802.3CSMA/CD
802.4
Token
Bus
802.5
Token
Ring
802.6
DQDB
802.8
FDDI
802.2 LLC
数据链路层物理层
LLC
MAC
802.1D Bridge80
2.
1A
体系结构
IEEE802体系结构示意图
PHY
2009/7/25 11
LAN的数据链路层按功能划分为两个子层,LLC和 MAC
功能分解的目的：
将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。
局域网特点：共享信道 (如总线 )。需要解决介质访问控制 (MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和 MAC方法。
LLC,与介质、拓扑无关；
MAC：与介质、拓扑相关。
2009/7/25 12
LAN的链路层与传统的数据链路层的区别：
LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播；
支持 MAC介质访问控制功能；
提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用、流量控制、差错控制,..
MAC子层功能：成帧 /拆帧,实现、维护 MAC协议，位差错检测，寻址。
LLC子层功能：向高层提供 SAP，建立 /释放逻辑连接，
差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。
LAN对 LLC子层透明，仅在 MAC子层才可见 LAN的标准 (对不同的 LAN标准，区别在 MAC子层 )
2009/7/25 13
LLC的帧结构
DSAP SSAP 控制 数据
1 1 1/2 长度无限制 单位：字节高层 PDU
LLC数据LLC首部
MAC首部 MAC尾部MAC数据
LLC帧和
MAC帧的关系
MAC控制 目的 MAC地址 源 MAC地址
2009/7/25 14
MAC子层的地址
IEEE802标准为每个 DTE规定了一个 48位的全局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。 ——MAC地址（物理地址）
MAC地址为 6Byte（ 48位）。
MAC地址的前 3个字节（高 24位）由 IEEE统一分配给厂商，低 24位由厂商分配给每一块网卡。
网卡的 MAC地址可以认为就是该网卡所在站点的 MAC地址。
2009/7/25 15
MAC子层的地址高 24位 低 24位组织的唯一标识可变的，由生产厂家自行分配
6字节 MAC地址（硬件地址，存放于网卡 ROM中）
2009/7/25 16
LAN的网络层和高层网络层由于 IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接，所以网络层的很多功能 (如路由选择等 )是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、
差错控制等功能可在数据链路层完成，故 IEEE
802标准没有单独设立网络层。
高层局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（
NOS）来实现，如 Unix,Windows NT、
Netware等。
2009/7/25 17
内容提要
局域网概述
介质访问控制方法
以太网
高速网络技术
2009/7/25 18
介质访问控制方法
ALOHA
局域网介质访问控制方法常见的有两种：
载波侦听多路访问 /冲突检测 (CSMA/CD)
Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect
令牌传递 (Token Passing)
Token Ring(令牌环 )
Token Bus(令牌总线 )
2009/7/25 19
ALOHA
20世纪 70年代,Norman Abramson设计了 ALOHA协议
– 目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于任何无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；
– 分类：纯 ALOHA协议和分槽 ALOHA协议
纯 ALOHA协议
– 基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，
若产生冲突，则等待一段 随机 的时间重发 ;
2009/7/25 20
ALOHA信道效率
– 多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这样的系统称为竞争系统；
– 信道效率
假设：帧长固定，无限个用户，按泊松分布产生新帧，平均每个帧时（ frame time）产生 S帧（ 0 < S < 1）；发生冲突重传，新旧帧共传 k次，遵从泊松分布，平均每个帧时产生 G帧；
吞吐率 S = GP0,P0为发送一帧不受冲突影响的概率；
一个帧时内产生 k帧的概率,Pr[k] =,两个帧时平均产生 2G个帧，在冲突危险区内无其它帧产生的概率为,P0
= e-2G，所以 S = Ge-2G；
最大吞吐率发生在 G=0.5,S=1/（ 2e）时，其值为 0.184
效率：信道利用率只有 18.4%.
!k
eG Gk?
2009/7/25 21
分槽 ALOHA协议
基本思想：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始时才允许发送。其他过程与纯
ALOHA协议相同。
信道效率
– 冲突危险区是纯 ALOHA的一半，所以 P0 = e-G,S =
Ge-G；
– 在 G=1处取得最大吞吐率 S=1/e，约为 0.368
– 与纯 ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，
信道利用率最高为 36.8%。
2009/7/25 22
CSMA：载波监听多路访问
工作原理：发送前监听（先听后说）。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能发送，需等待一段时间后重试。
载波监听策略：
非坚持 CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。
坚持 CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲。
1-坚持 CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据
p-坚持 CSMA：听到信道空闲时，以概率 p发送数据（
以概率 1-p延迟一段时间后再发送）
CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。
2009/7/25 23
CSMA/CD：带冲突检测的载波监听多路访问
工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听（边说边听）。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。
CSMA/CD可归结为四句话：
发前先侦听,空闲即发送,
边发边检测,冲突时退避 。
2009/7/25 24
二进制指数退避算法
当冲突发生后，时间被分成离散的时槽。时槽长度等于在传输介质上来回传输的时间。 802.3
标准中规定时槽长度为 512比特时间即 51.2?s。
第一次冲突产生后，每个站点等待 0或 1个时槽后尝试重新发送；第二次冲突时从 0,1,2,3
中随机挑选一个作为等待的时槽数；第三次冲突将从 0?23-1中挑选一个等待的时槽数。当冲突次数大于 10次后，随机等待的最大时槽数固定为 1023。在 16次冲突后，站点放弃传输并报告一个错误。
2009/7/25 25
CSMA/CD
冲突窗口,对于 IEEE 802.3，两个站点的最远距离不超过 2500m，
由 4个中继器连接而成，其冲突窗口为 51.2 μ s(2倍电缆传播延迟加上 4个中继器的双向延迟 )。对于 10Mbps的 IEEE 802.3来说，这个时间等于发送 64字节，即 512位的时间,64字节就是由此而来的冲突检测时间
0时刻
A B
a) 0时刻 A发送数据
T-δ时刻
A B
b) T- δ时刻 B发送数据
2T时刻
A
c) T时刻 A,B发送数据
B A
d) 2T时刻 A发送数据
B
2009/7/25 26
CSMA/CD的流程图介质忙？
发送帧冲突？发送完？
发送 Jam
N≥16?
Yes
No
No
Yes
发送成功
Yes
发送失败
No
延迟随机时间
No
Yes
发送帧冲突次数 N++
2009/7/25 27
令牌环（ IEEE802.5）
A
B
D
C
站点干线耦合器单向环
拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环发送缓冲区 接收缓冲区接收 发送线路驱动线路接收控制器
DTE
环路输入环路输出干线耦合器的结构
传输媒体,STP、光纤，速率 4/16Mbps；
最多站点数,250,信号采用差分曼彻斯特编码
TCU
高层软件
2009/7/25 28
干线耦合器（ TCU）
工作状态：
发送方式 （站点发送数据时）
收听 /转发方式（其他时候）
收听方式下,TCU与 DTE断开
TCU对位流再生并转发，同时监视帧中是否出现本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关 K闭合,TCU与 DTE接通，位流复制到 DTE，同时继续转发；
若出现令牌且有数据要发送，则截获令牌，转为发送方式，发送数据帧。
发送方式下，数据以帧为单位从 TCU
的输出端发送到下一个 TCU的输入端。
DTE
TCU
收听方式
KK
DTE
TCU
发送方式
KK
2009/7/25 29
Token Ring/802.5的操作
1） 谁可以发送帧,是由一个沿着环旋转的称为
,令牌,（ TOKEN） 的特殊帧来控制的 。 只有拿到令牌的站可以发送帧,而没有拿到令牌的站只能等待 。
2） 拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头,后面加挂上自己的数据进行发送 。
2009/7/25 30
3） 数据帧通过任何一个站点 (除源站点外 )时,该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：
a) 如果地址相符合,则将帧拷贝到接收缓冲器,供高层软件处理,同时将帧送回环中；
b) 如果地址不符合,则直接将帧送回环中 。
4） 数据循环一周后由发送站回收 。 即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时,发送站将该帧从环上移去,同时再放一个空令牌到环上,使其余的站点能获得发送帧的许可权 。
2009/7/25 31
Token Ring/802.5的操作举例
A T = 0
T
A T = 0T
A T = 1
T DataC
T DataC
T DataC T DataC
Data
（ a）
（ b）
（ c）
帧循环一圈后
A将数据帧回收并放出空令牌
A有数据要发送，它抓住空令牌
A将令牌修改为数据帧，并加挂数据
2009/7/25 32
IEEE802.5的帧结构
起始、结束标志
访问控制字段包括：
起始 访问控制 结束
1B 1B 1B
令牌帧非令牌帧（信息帧 /控制帧）
起始 访问控制 帧控制 目的地址 源地址 数据 FCS 结束帧状态
1 1 1 2/6 2/6 ≥ 0 4 1 1B
P P P T M R R R
优先级位 令牌位监督位预约位
优先级与预约及优先级限制位。
令牌位：帧类型标识。 0 - 令牌； 1 - 信息 /控制帧
监督位：防止无效帧在环路中无限循环。
访问控制字段
2009/7/25 33
令牌总线 (IEEE 802.4)
特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网
物理层：传输媒体为 75?宽带同轴电缆，数据速率为 1Mb/s,5Mb/s或 10Mb/s；
传输机制为以太网和令牌环的结合：
● 物理传输采用广播方式；
● 介质访问控制采用令牌方式。
2009/7/25 34
令牌总线 (IEEE 802.4)
2009/7/25 35
内容提要
局域网概述
介质访问控制方法
以太网
高速网络技术
2009/7/25 36
以太网
70年代中期由 Xerox 的 PARC (Palo Alto
Research Center ) 提出，数据率为 2.94M，称为 Ethernet（以太网）。
经 DEC,Intel 和 Xerox公司改进为 10M标准
(DIX 标准 ) 。
1985年定名为 IEEE 802.3,即使用 1坚持的
CSMA/CD协议的 LAN标准,数据率从 1M到 10M
(现已发展到 1000M)，支持多种传输介质。
Ethernet是指基带总线 LAN。
Ethernet和 IEEE 802.3的帧格式不同。
Ethernet和 IEEE 802.3
2009/7/25 37
IEEE 802.3 规范
传统以太网
802.3 —— 同 轴电缆 Ethernet
802.3a —— 细缆 Ethernet
802.3i —— 双绞线
802.3j —— 光纤
快速以太网 FE
802.3u —— 双绞线，光纤
千兆以太网 GE
IEEE802.3z —— 屏 蔽短双绞线、光纤
IEEE802.3ab —— 双绞线
2009/7/25 38
802.3布线介质标准
10Base5 粗同轴
10Base2 细同轴
10BaseT 双绞线
10BaseF MMF
100BaseT 双绞线
100BaseF MMF/SMF
1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
1000BaseT 双绞线数据率（ Mbps） 基带或宽带
Base,Broad
段最大长度（百米）或介质类型（ T,F,X）
10 Base 5
2009/7/25 39
10Base5
粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强
收发器,发送 /接收,冲突检测,电气隔离
AUI,连接件单元接口
总线型拓扑
采用曼彻斯特编码最大段长度 500米每段最多站点数 100
两站点间最小距离 2.5米粗缆
Vampire tap
BNC端子收发器
AUI 电缆
NIC
网络最大跨度 2.5公里
2009/7/25 40
10Base2
细同轴电缆，可靠性稍差
BNC T型接头连接
总线型拓扑细缆
BNC 接头
NIC
每段最大长度 185m
每段最多站点数 30
两站点间最短距离 0.5 m
网络最大跨度 925 m
网络最多 5个段
2009/7/25 41
10BaseT
双绞线介质（ UTP）
以 Hub （集线器）为中心节点。 Hub－多端口转发器。
拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。
转发器 /中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。
转发器 /中继器 /HUB—— 物理层设备 (工作在物理层 )。
用于小型 LAN。
NIC
HUB
段最大长度 100m
2009/7/25 42
10BaseF
使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。
星形拓扑结构
最常见的布线标准：
10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长 2 km
2009/7/25 43
IEEE 802.3的体系结构与功能实现物理层电缆连接器收发器
AUI电缆网卡站接口数据封装 /解封（ MAC 帧）
链路管理（ CSMA/CD协议）
曼彻斯特编码 /译码发送 /接收
MAC
LLC
2009/7/25 44
Ethernet/802.3操作
每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据
为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点
目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧
A B C A B C
A B C A B C
A
A
(1) C 发现总线空闲 (2) C发送帧，目的地址为 A
(3) B 忽略该帧 (4) A复制该帧
A
信号由终端电阻吸收终端电阻
2009/7/25 45
IEEE802.3/Ethernet帧格式
PA,前同步码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步
SFD,帧首定界 -- 10101011
DA,目的 MAC地址； SA,源 MAC地址
LEN：数据长度（数据部分的字节数）（ 0-1500B）
Type,类型。高层协议标识
LLC PDU+pad -- 最少 46字节,最多 1500字节
Pad：填充字段，保证帧长不少于 64字节 (若 Data域 ≥46字节，则无 Pad)
FCS,帧校验序列（ CRC-32）
8 6 6 2 46-1500 4字节
FCSSA TypePA DA Data Pad Ethernet
IEEE 802.3
7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节
FCSPA SA LENSFD DA LLC PDU Pad
校验区间
64-1518 字节
2009/7/25 46
帧间隔
在相继发送的两帧之间强制插入 9.6?s的间隔目的：确保其他站点也能占用信道
FCSSA TypePA DA Data Pad PA
帧间隔
> 9.6?s
帧 n 帧 n+1
2009/7/25 47
网页抽查名单
1组,71,91,111
2组,2,22,102
3组,13,53,103
4组,24,54,94
5组,75,25,105
6组,16,66,76
7组,17,47,107
8组,8,18,68
9组,69,79,89
10组,10,60,90
请以上同学将自己的主页上传至 web服务器
（ 210.40.4.12），首页命名为 index.htm
2009/7/25 48
实验二
学习常用网络命令的用法
ping
ipconfig（ win98下为 winipcfg）
netstat
tracert
arp
net
以上这些命令均在 windows的 ms-dos命令行下执行。参考资料见论坛
计算机网络
Computer Networks
第五讲 局域网
2009/7/25 2
内容提要
局域网概述
介质访问控制方法
以太网
高速网络技术
2009/7/25 3
局域网概述
计算机局域网自 70年代以来得到飞速发展,并在计算机网络中占有非常重要的地位
2009/7/25 4
局域网概述
LAN的特点
覆盖范围小房间、建筑物、园区范围距离 ≤25km
高传输速率
10Mbps～ 1000Mbps
低误码率
10-8 ～ 10-10
采用总线、星形、环形拓扑
双绞线、同轴电缆、光纤
为一个单位所拥有，自行建设
hub
hub
hub
Switch
Server
station
stations
stations
2009/7/25 5
局域网的关键技术
拓扑结构（逻辑、物理）
总线型、星型、环型
介质访问方法按协议实现信道共享,
ALOHA,CSMA/CD和 Token-passing
信号传输形式基带、宽带
2009/7/25 6
LAN典型拓扑结构
总线型,所有结点都直接连接到共享信道
星型,所有结点都连接到中央结点
环型,结点通过点到点链路与相邻结点连接
Bus
Star
Ring
A B C
C A
D
C
B
A B C
A
T
2009/7/25 7
传输形式
基带传输：传送数据时，以原封不动的形式把来自终端的数据送入线路
宽带传输：在发送端，用基波脉冲对载波进行调制
传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤等
2009/7/25 8
LAN参考模型
IEEE802标准网络层数据链路层物理层逻辑链路控制 LLC
介质访问控制 MAC
高层
OSI
IEEE 802
物理层 PHY
由 NOS来实现
2009/7/25 9
IEEE802标准的主要成员
802.2 - 逻辑链路控制 LLC
802.3 - CSMA/CD（以太网）
802.4 - Token Bus （令牌总线）
802.5 - Token Ring（令牌环）
802.6 - 分布队列双总线 DQDB -- MAN标准
802.8 – FDDI（光纤分布数据接口）
802.11 – 无线 LAN
2009/7/25 10
……802.3CSMA/CD
802.4
Token
Bus
802.5
Token
Ring
802.6
DQDB
802.8
FDDI
802.2 LLC
数据链路层物理层
LLC
MAC
802.1D Bridge80
2.
1A
体系结构
IEEE802体系结构示意图
PHY
2009/7/25 11
LAN的数据链路层按功能划分为两个子层,LLC和 MAC
功能分解的目的：
将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。
局域网特点：共享信道 (如总线 )。需要解决介质访问控制 (MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和 MAC方法。
LLC,与介质、拓扑无关；
MAC：与介质、拓扑相关。
2009/7/25 12
LAN的链路层与传统的数据链路层的区别：
LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播；
支持 MAC介质访问控制功能；
提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用、流量控制、差错控制,..
MAC子层功能：成帧 /拆帧,实现、维护 MAC协议，位差错检测，寻址。
LLC子层功能：向高层提供 SAP，建立 /释放逻辑连接，
差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。
LAN对 LLC子层透明，仅在 MAC子层才可见 LAN的标准 (对不同的 LAN标准，区别在 MAC子层 )
2009/7/25 13
LLC的帧结构
DSAP SSAP 控制 数据
1 1 1/2 长度无限制 单位：字节高层 PDU
LLC数据LLC首部
MAC首部 MAC尾部MAC数据
LLC帧和
MAC帧的关系
MAC控制 目的 MAC地址 源 MAC地址
2009/7/25 14
MAC子层的地址
IEEE802标准为每个 DTE规定了一个 48位的全局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。 ——MAC地址（物理地址）
MAC地址为 6Byte（ 48位）。
MAC地址的前 3个字节（高 24位）由 IEEE统一分配给厂商，低 24位由厂商分配给每一块网卡。
网卡的 MAC地址可以认为就是该网卡所在站点的 MAC地址。
2009/7/25 15
MAC子层的地址高 24位 低 24位组织的唯一标识可变的，由生产厂家自行分配
6字节 MAC地址（硬件地址，存放于网卡 ROM中）
2009/7/25 16
LAN的网络层和高层网络层由于 IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接，所以网络层的很多功能 (如路由选择等 )是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、
差错控制等功能可在数据链路层完成，故 IEEE
802标准没有单独设立网络层。
高层局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（
NOS）来实现，如 Unix,Windows NT、
Netware等。
2009/7/25 17
内容提要
局域网概述
介质访问控制方法
以太网
高速网络技术
2009/7/25 18
介质访问控制方法
ALOHA
局域网介质访问控制方法常见的有两种：
载波侦听多路访问 /冲突检测 (CSMA/CD)
Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect
令牌传递 (Token Passing)
Token Ring(令牌环 )
Token Bus(令牌总线 )
2009/7/25 19
ALOHA
20世纪 70年代,Norman Abramson设计了 ALOHA协议
– 目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于任何无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；
– 分类：纯 ALOHA协议和分槽 ALOHA协议
纯 ALOHA协议
– 基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，
若产生冲突，则等待一段 随机 的时间重发 ;
2009/7/25 20
ALOHA信道效率
– 多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这样的系统称为竞争系统；
– 信道效率
假设：帧长固定，无限个用户，按泊松分布产生新帧，平均每个帧时（ frame time）产生 S帧（ 0 < S < 1）；发生冲突重传，新旧帧共传 k次，遵从泊松分布，平均每个帧时产生 G帧；
吞吐率 S = GP0,P0为发送一帧不受冲突影响的概率；
一个帧时内产生 k帧的概率,Pr[k] =,两个帧时平均产生 2G个帧，在冲突危险区内无其它帧产生的概率为,P0
= e-2G，所以 S = Ge-2G；
最大吞吐率发生在 G=0.5,S=1/（ 2e）时，其值为 0.184
效率：信道利用率只有 18.4%.
!k
eG Gk?
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分槽 ALOHA协议
基本思想：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始时才允许发送。其他过程与纯
ALOHA协议相同。
信道效率
– 冲突危险区是纯 ALOHA的一半，所以 P0 = e-G,S =
Ge-G；
– 在 G=1处取得最大吞吐率 S=1/e，约为 0.368
– 与纯 ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，
信道利用率最高为 36.8%。
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CSMA：载波监听多路访问
工作原理：发送前监听（先听后说）。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能发送，需等待一段时间后重试。
载波监听策略：
非坚持 CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。
坚持 CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲。
1-坚持 CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据
p-坚持 CSMA：听到信道空闲时，以概率 p发送数据（
以概率 1-p延迟一段时间后再发送）
CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。
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CSMA/CD：带冲突检测的载波监听多路访问
工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听（边说边听）。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。
CSMA/CD可归结为四句话：
发前先侦听,空闲即发送,
边发边检测,冲突时退避 。
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二进制指数退避算法
当冲突发生后，时间被分成离散的时槽。时槽长度等于在传输介质上来回传输的时间。 802.3
标准中规定时槽长度为 512比特时间即 51.2?s。
第一次冲突产生后，每个站点等待 0或 1个时槽后尝试重新发送；第二次冲突时从 0,1,2,3
中随机挑选一个作为等待的时槽数；第三次冲突将从 0?23-1中挑选一个等待的时槽数。当冲突次数大于 10次后，随机等待的最大时槽数固定为 1023。在 16次冲突后，站点放弃传输并报告一个错误。
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CSMA/CD
冲突窗口,对于 IEEE 802.3，两个站点的最远距离不超过 2500m，
由 4个中继器连接而成，其冲突窗口为 51.2 μ s(2倍电缆传播延迟加上 4个中继器的双向延迟 )。对于 10Mbps的 IEEE 802.3来说，这个时间等于发送 64字节，即 512位的时间,64字节就是由此而来的冲突检测时间
0时刻
A B
a) 0时刻 A发送数据
T-δ时刻
A B
b) T- δ时刻 B发送数据
2T时刻
A
c) T时刻 A,B发送数据
B A
d) 2T时刻 A发送数据
B
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CSMA/CD的流程图介质忙？
发送帧冲突？发送完？
发送 Jam
N≥16?
Yes
No
No
Yes
发送成功
Yes
发送失败
No
延迟随机时间
No
Yes
发送帧冲突次数 N++
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令牌环（ IEEE802.5）
A
B
D
C
站点干线耦合器单向环
拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环发送缓冲区 接收缓冲区接收 发送线路驱动线路接收控制器
DTE
环路输入环路输出干线耦合器的结构
传输媒体,STP、光纤，速率 4/16Mbps；
最多站点数,250,信号采用差分曼彻斯特编码
TCU
高层软件
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干线耦合器（ TCU）
工作状态：
发送方式 （站点发送数据时）
收听 /转发方式（其他时候）
收听方式下,TCU与 DTE断开
TCU对位流再生并转发，同时监视帧中是否出现本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关 K闭合,TCU与 DTE接通，位流复制到 DTE，同时继续转发；
若出现令牌且有数据要发送，则截获令牌，转为发送方式，发送数据帧。
发送方式下，数据以帧为单位从 TCU
的输出端发送到下一个 TCU的输入端。
DTE
TCU
收听方式
KK
DTE
TCU
发送方式
KK
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Token Ring/802.5的操作
1） 谁可以发送帧,是由一个沿着环旋转的称为
,令牌,（ TOKEN） 的特殊帧来控制的 。 只有拿到令牌的站可以发送帧,而没有拿到令牌的站只能等待 。
2） 拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头,后面加挂上自己的数据进行发送 。
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3） 数据帧通过任何一个站点 (除源站点外 )时,该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：
a) 如果地址相符合,则将帧拷贝到接收缓冲器,供高层软件处理,同时将帧送回环中；
b) 如果地址不符合,则直接将帧送回环中 。
4） 数据循环一周后由发送站回收 。 即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时,发送站将该帧从环上移去,同时再放一个空令牌到环上,使其余的站点能获得发送帧的许可权 。
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Token Ring/802.5的操作举例
A T = 0
T
A T = 0T
A T = 1
T DataC
T DataC
T DataC T DataC
Data
（ a）
（ b）
（ c）
帧循环一圈后
A将数据帧回收并放出空令牌
A有数据要发送，它抓住空令牌
A将令牌修改为数据帧，并加挂数据
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IEEE802.5的帧结构
起始、结束标志
访问控制字段包括：
起始 访问控制 结束
1B 1B 1B
令牌帧非令牌帧（信息帧 /控制帧）
起始 访问控制 帧控制 目的地址 源地址 数据 FCS 结束帧状态
1 1 1 2/6 2/6 ≥ 0 4 1 1B
P P P T M R R R
优先级位 令牌位监督位预约位
优先级与预约及优先级限制位。
令牌位：帧类型标识。 0 - 令牌； 1 - 信息 /控制帧
监督位：防止无效帧在环路中无限循环。
访问控制字段
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令牌总线 (IEEE 802.4)
特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网
物理层：传输媒体为 75?宽带同轴电缆，数据速率为 1Mb/s,5Mb/s或 10Mb/s；
传输机制为以太网和令牌环的结合：
● 物理传输采用广播方式；
● 介质访问控制采用令牌方式。
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令牌总线 (IEEE 802.4)
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内容提要
局域网概述
介质访问控制方法
以太网
高速网络技术
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以太网
70年代中期由 Xerox 的 PARC (Palo Alto
Research Center ) 提出，数据率为 2.94M，称为 Ethernet（以太网）。
经 DEC,Intel 和 Xerox公司改进为 10M标准
(DIX 标准 ) 。
1985年定名为 IEEE 802.3,即使用 1坚持的
CSMA/CD协议的 LAN标准,数据率从 1M到 10M
(现已发展到 1000M)，支持多种传输介质。
Ethernet是指基带总线 LAN。
Ethernet和 IEEE 802.3的帧格式不同。
Ethernet和 IEEE 802.3
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IEEE 802.3 规范
传统以太网
802.3 —— 同 轴电缆 Ethernet
802.3a —— 细缆 Ethernet
802.3i —— 双绞线
802.3j —— 光纤
快速以太网 FE
802.3u —— 双绞线，光纤
千兆以太网 GE
IEEE802.3z —— 屏 蔽短双绞线、光纤
IEEE802.3ab —— 双绞线
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802.3布线介质标准
10Base5 粗同轴
10Base2 细同轴
10BaseT 双绞线
10BaseF MMF
100BaseT 双绞线
100BaseF MMF/SMF
1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
1000BaseT 双绞线数据率（ Mbps） 基带或宽带
Base,Broad
段最大长度（百米）或介质类型（ T,F,X）
10 Base 5
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10Base5
粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强
收发器,发送 /接收,冲突检测,电气隔离
AUI,连接件单元接口
总线型拓扑
采用曼彻斯特编码最大段长度 500米每段最多站点数 100
两站点间最小距离 2.5米粗缆
Vampire tap
BNC端子收发器
AUI 电缆
NIC
网络最大跨度 2.5公里
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10Base2
细同轴电缆，可靠性稍差
BNC T型接头连接
总线型拓扑细缆
BNC 接头
NIC
每段最大长度 185m
每段最多站点数 30
两站点间最短距离 0.5 m
网络最大跨度 925 m
网络最多 5个段
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10BaseT
双绞线介质（ UTP）
以 Hub （集线器）为中心节点。 Hub－多端口转发器。
拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。
转发器 /中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。
转发器 /中继器 /HUB—— 物理层设备 (工作在物理层 )。
用于小型 LAN。
NIC
HUB
段最大长度 100m
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10BaseF
使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。
星形拓扑结构
最常见的布线标准：
10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长 2 km
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IEEE 802.3的体系结构与功能实现物理层电缆连接器收发器
AUI电缆网卡站接口数据封装 /解封（ MAC 帧）
链路管理（ CSMA/CD协议）
曼彻斯特编码 /译码发送 /接收
MAC
LLC
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Ethernet/802.3操作
每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据
为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点
目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧
A B C A B C
A B C A B C
A
A
(1) C 发现总线空闲 (2) C发送帧，目的地址为 A
(3) B 忽略该帧 (4) A复制该帧
A
信号由终端电阻吸收终端电阻
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IEEE802.3/Ethernet帧格式
PA,前同步码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步
SFD,帧首定界 -- 10101011
DA,目的 MAC地址； SA,源 MAC地址
LEN：数据长度（数据部分的字节数）（ 0-1500B）
Type,类型。高层协议标识
LLC PDU+pad -- 最少 46字节,最多 1500字节
Pad：填充字段，保证帧长不少于 64字节 (若 Data域 ≥46字节，则无 Pad)
FCS,帧校验序列（ CRC-32）
8 6 6 2 46-1500 4字节
FCSSA TypePA DA Data Pad Ethernet
IEEE 802.3
7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节
FCSPA SA LENSFD DA LLC PDU Pad
校验区间
64-1518 字节
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帧间隔
在相继发送的两帧之间强制插入 9.6?s的间隔目的：确保其他站点也能占用信道
FCSSA TypePA DA Data Pad PA
帧间隔
> 9.6?s
帧 n 帧 n+1
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网页抽查名单
1组,71,91,111
2组,2,22,102
3组,13,53,103
4组,24,54,94
5组,75,25,105
6组,16,66,76
7组,17,47,107
8组,8,18,68
9组,69,79,89
10组,10,60,90
请以上同学将自己的主页上传至 web服务器
（ 210.40.4.12），首页命名为 index.htm
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实验二
学习常用网络命令的用法
ping
ipconfig（ win98下为 winipcfg）
netstat
tracert
arp
net
以上这些命令均在 windows的 ms-dos命令行下执行。参考资料见论坛
