2010/5/13 1
计算机网络
Computer Networks
第五讲 局域网
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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。
2010/5/13 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 )
2010/5/13 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
2010/5/13 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。
2010/5/13 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）
2010/5/13 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。
2010/5/13 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
2010/5/13 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 )
2010/5/13 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 ;
2010/5/13 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 ?
2010/5/13 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%。
2010/5/13 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。
2010/5/13 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 。
2010/5/13 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。
2010/5/13 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
2010/5/13 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++
2010/5/13 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
2010/5/13 28
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 。
2010/5/13 29
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 。
2010/5/13 30
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
2010/5/13 31
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
2010/5/13 32
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。
2010/5/13 33
令牌总线 (IEEE 802.4)
2010/5/13 34
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
2010/5/13 35
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
2010/5/13 36
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
2010/5/13 37
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
2010/5/13 38
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
2010/5/13 39
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
2010/5/13 40
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
2010/5/13 41
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
2010/5/13 42
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
2010/5/13 43
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
2010/5/13 44
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
2010/5/13 45
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
计算机网络
Computer Networks
第五讲 局域网
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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
2010/5/13 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。
2010/5/13 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 )
2010/5/13 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
2010/5/13 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。
2010/5/13 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）
2010/5/13 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。
2010/5/13 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
2010/5/13 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 )
2010/5/13 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 ;
2010/5/13 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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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
