计算机网络
Computer Networks
第五讲 局域网（续）
内容提要
802.3布线介质标准
高速局域网
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
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
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
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
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
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
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
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 字节帧间隔
在相继发送的两帧之间强制插入 9.6ms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 ms
帧 n 帧 n+1
内容提要
802.3布线介质标准
高速局域网高速局域网
交换式以太网
100BASE-T
FDDI
千兆位以太网交换式以太网
以网络交换机为主干的以太网
拓扑仍为星形结构 （ 总线 /HUB→LAN_SWITCH ）
为何要使用交换机？
以太网 —— 共享介质网络共享介质网络中站点数的增加将导致 LAN的性能降低，
相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段 (减少站点数 )→ 网络交换
◆ 总线网络或基于集线器的网络：
网络总带宽 =10Mbps,n个站点共享，每站点平均带宽 10/n
Mbps；
◆ 基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受 CSMA/CD的限制,网络总带宽 =（ n/2～ n） *10Mbps，
每个连接的带宽为 10Mbps ；
使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如：
8个端口可建立 4个并发通信，
总带宽 = (8/2)*10Mbps
= 40 Mbps
在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置 1-2个高速端口 (100Mbps/1Gbps)，把服务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为 Big-
Pipe。
10Mbps 网络交换机交换机的两种用法 (以 10Mbps网络交换机为例 )：
(1) 端口下接站点：站点独占 10Mbps带宽
(2) 端口下接网段：网段中所有站点共享 10Mbps带宽共享 10M
独享 10M
共享 10M
独享 10M
网络交换机 Switch
HUB HUB
100Mbps 快速以太网
又称快速以太网 (Fast Ethernet,FE),包括 100Base-
T4,100Base-TX和 100Base-FX。
与 10Mbps网络的比较：
拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；
传输率快 10倍；
帧结构和介质访问控制方式沿用 IEEE802.3。
3种不同的物理层标准：
MAC子层
100BaseFX100BaseTX
2对 5类 UTP 光纤 4对 3类 UTP
100BaseT4
快速以太网物理层标准
100Base-T4 需要 4 对 3 类双绞线：一对专用于发送，
一对专用于接收，另两对则是双向的
100Base-TX 需要 2 对高质量的双绞线：一对用于发送数据，另一对用于接收数据
一般把 100Base-TX和 100Base-T4统称为 100Base-T 。
100Base-T站点与集线器的 最大距离不超过 100 米
100Base-FX的标准电缆类型是内径为 62.5 μ m,外径为 125 μ m 的多模光缆。光缆仅需一对光纤：一路用于发送，一路用于接收
100Base-FX将站点与服务器的最大距离增加到 185 米，
服务器和工作站之间 (无集线器 )的最大距离增加到约 4
0 0 米；而使用单模光纤时可达 2 公里快速以太网物理层标准比较
100Base-TX 100Base-FX 100Base-T4
支持全双工 是 是 否电缆对数 两对双绞线 一对光纤 四对双绞线电缆类型 UTP Cat 5,STP Type 1 多模 /单模光纤 UTP Cat 3
最大距离 100m 200m/2km 100m
接口类型 RJ-45,DB9 MIC,ST,SC RJ-45
快速以太网组成实例
网卡 (外置或内置收发器 )、收发器 (外置 )与收发器电缆
集线器（双绞线或光纤接口）
双绞线及光缆外置光纤收发器光纤
100Base FX集线器
100Base TX集线器 100Base TX集线器光纤插有光纤接口网卡
UTP5UTP5UTP5UTP5
光纤
UTP5
FDDI (光纤分布式数据接口 )
网络由双环构成,可靠性高 。 通常作为连接 LAN的主干网络 。
传输速率为 100Mbps。
传输介质主要为光纤,网络覆盖范围较大 (多模光纤站间距离 2km,最多 500个站点,环路长度 100km)。
采用 4B/5B编码 （ 光纤 ）,MLT-3（ 双绞线 ）
集中器 集中器令牌服务器
FDDI (光纤分布式数据接口 )
介质访问控制方法采用 Token Passing，类似于令牌环，
但为了适应更高的数据率（ 100Mb/s）,FDDI有一些不同之处，主要区别：
在 FDDI中，等待令牌的站识别出令牌后立即中止令牌的传递，以此截获令牌
在 FDDI中，发送数据帧的站一旦完成发送就释放令牌，因此环上可能同时存在多个帧千兆以太网 (Gigabit Ethernet)
千兆以太网 (GE-Gigabit Ethernet)是提供
1000Mbps数据传输速率的以太网
两种标准,802.3z和 802.3ab
802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线 (5类,6类 )
千兆以太网引入
载波扩展（ carrier extension）
帧猝发（ frame bursting）
最小帧长,512字节（ 10/100 为 64字节）
采用 8B/10B编码千兆以太网 (Gigabit Ethernet)
拓扑结构和媒体布线方法同 10/100BaseT相同；
传输速率比 100BaseT快 10倍；
帧结构和介质访问控制方式仍沿用 IEEE802.3。
允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。
千兆以太网物理层标准
1000Base-SX
短波长激光,多模光纤，最大链路距离 550米
1000Base-LX
长波长激光,多模或单模光纤，最大链路距离 3km
1000Base-CX
STP，最大链路距离 25米
1000Base-T（ 802.3ab ）
4对,cat 5 UTP，最大链路距离 100米以太网发展过程
10M以太网
粗缆的 10Base5
细缆的 10Base2
双绞线 10BaseT
快速以太网：三类线传输的 100BaseT4
快速以太网：五类线传输的 100BaseTX
快速以太网：光纤传输的 100BaseFX
千兆以太网
短波长光传输 1000Base-SX
长波长光传输 1000Base-LX
五类线传输 1000BaseT
802.3ae,10Gbps以太网标准第五讲,局域网”
终
Computer Networks
第五讲 局域网（续）
内容提要
802.3布线介质标准
高速局域网
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
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
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
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
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
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
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
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 字节帧间隔
在相继发送的两帧之间强制插入 9.6ms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 ms
帧 n 帧 n+1
内容提要
802.3布线介质标准
高速局域网高速局域网
交换式以太网
100BASE-T
FDDI
千兆位以太网交换式以太网
以网络交换机为主干的以太网
拓扑仍为星形结构 （ 总线 /HUB→LAN_SWITCH ）
为何要使用交换机？
以太网 —— 共享介质网络共享介质网络中站点数的增加将导致 LAN的性能降低，
相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段 (减少站点数 )→ 网络交换
◆ 总线网络或基于集线器的网络：
网络总带宽 =10Mbps,n个站点共享，每站点平均带宽 10/n
Mbps；
◆ 基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受 CSMA/CD的限制,网络总带宽 =（ n/2～ n） *10Mbps，
每个连接的带宽为 10Mbps ；
使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如：
8个端口可建立 4个并发通信，
总带宽 = (8/2)*10Mbps
= 40 Mbps
在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置 1-2个高速端口 (100Mbps/1Gbps)，把服务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为 Big-
Pipe。
10Mbps 网络交换机交换机的两种用法 (以 10Mbps网络交换机为例 )：
(1) 端口下接站点：站点独占 10Mbps带宽
(2) 端口下接网段：网段中所有站点共享 10Mbps带宽共享 10M
独享 10M
共享 10M
独享 10M
网络交换机 Switch
HUB HUB
100Mbps 快速以太网
又称快速以太网 (Fast Ethernet,FE),包括 100Base-
T4,100Base-TX和 100Base-FX。
与 10Mbps网络的比较：
拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；
传输率快 10倍；
帧结构和介质访问控制方式沿用 IEEE802.3。
3种不同的物理层标准：
MAC子层
100BaseFX100BaseTX
2对 5类 UTP 光纤 4对 3类 UTP
100BaseT4
快速以太网物理层标准
100Base-T4 需要 4 对 3 类双绞线：一对专用于发送，
一对专用于接收，另两对则是双向的
100Base-TX 需要 2 对高质量的双绞线：一对用于发送数据，另一对用于接收数据
一般把 100Base-TX和 100Base-T4统称为 100Base-T 。
100Base-T站点与集线器的 最大距离不超过 100 米
100Base-FX的标准电缆类型是内径为 62.5 μ m,外径为 125 μ m 的多模光缆。光缆仅需一对光纤：一路用于发送，一路用于接收
100Base-FX将站点与服务器的最大距离增加到 185 米，
服务器和工作站之间 (无集线器 )的最大距离增加到约 4
0 0 米；而使用单模光纤时可达 2 公里快速以太网物理层标准比较
100Base-TX 100Base-FX 100Base-T4
支持全双工 是 是 否电缆对数 两对双绞线 一对光纤 四对双绞线电缆类型 UTP Cat 5,STP Type 1 多模 /单模光纤 UTP Cat 3
最大距离 100m 200m/2km 100m
接口类型 RJ-45,DB9 MIC,ST,SC RJ-45
快速以太网组成实例
网卡 (外置或内置收发器 )、收发器 (外置 )与收发器电缆
集线器（双绞线或光纤接口）
双绞线及光缆外置光纤收发器光纤
100Base FX集线器
100Base TX集线器 100Base TX集线器光纤插有光纤接口网卡
UTP5UTP5UTP5UTP5
光纤
UTP5
FDDI (光纤分布式数据接口 )
网络由双环构成,可靠性高 。 通常作为连接 LAN的主干网络 。
传输速率为 100Mbps。
传输介质主要为光纤,网络覆盖范围较大 (多模光纤站间距离 2km,最多 500个站点,环路长度 100km)。
采用 4B/5B编码 （ 光纤 ）,MLT-3（ 双绞线 ）
集中器 集中器令牌服务器
FDDI (光纤分布式数据接口 )
介质访问控制方法采用 Token Passing，类似于令牌环，
但为了适应更高的数据率（ 100Mb/s）,FDDI有一些不同之处，主要区别：
在 FDDI中，等待令牌的站识别出令牌后立即中止令牌的传递，以此截获令牌
在 FDDI中，发送数据帧的站一旦完成发送就释放令牌，因此环上可能同时存在多个帧千兆以太网 (Gigabit Ethernet)
千兆以太网 (GE-Gigabit Ethernet)是提供
1000Mbps数据传输速率的以太网
两种标准,802.3z和 802.3ab
802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线 /MMF/SMF
802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线 (5类,6类 )
千兆以太网引入
载波扩展（ carrier extension）
帧猝发（ frame bursting）
最小帧长,512字节（ 10/100 为 64字节）
采用 8B/10B编码千兆以太网 (Gigabit Ethernet)
拓扑结构和媒体布线方法同 10/100BaseT相同；
传输速率比 100BaseT快 10倍；
帧结构和介质访问控制方式仍沿用 IEEE802.3。
允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。
千兆以太网物理层标准
1000Base-SX
短波长激光,多模光纤，最大链路距离 550米
1000Base-LX
长波长激光,多模或单模光纤，最大链路距离 3km
1000Base-CX
STP，最大链路距离 25米
1000Base-T（ 802.3ab ）
4对,cat 5 UTP，最大链路距离 100米以太网发展过程
10M以太网
粗缆的 10Base5
细缆的 10Base2
双绞线 10BaseT
快速以太网：三类线传输的 100BaseT4
快速以太网：五类线传输的 100BaseTX
快速以太网：光纤传输的 100BaseFX
千兆以太网
短波长光传输 1000Base-SX
长波长光传输 1000Base-LX
五类线传输 1000BaseT
802.3ae,10Gbps以太网标准第五讲,局域网”
终
