莆田学院：计算机网络技术：第三章 计算机局域网

第三章 计算机局域网 【计划课时】16课时（要求预习教材第二、三章，） 【实物教具】网卡、BNC接头、T形头、双绞线、同轴电缆、50Ω终端电阻、中继器、HUB 3.1 LAN的特点 P102 ·跨越一个物理上有限的距离（一般在10km以内） ·为一个单位或组织拥有 ·共享传输信道 ·传输速率高（1～100Mbps） ·误码率低（10-8～10-11间） ·多采用分布式控制和广播式通信 各站平等，可进行广播（一站发，其他所有站收）或组播（一站发，多站收） 与广域网相比，广域网主要问题是如何充分利用信道和通信设备，局域网主要问题是多源、多目的数据链路管理。 【链路】（link）中间没有任何交换结点的点到点间的物理线路段。 从通信角度看，由于存在各种干扰，物理链路不可能绝对可靠。要传输数据，还须具有控制数据传输的规程（协议）。 【数据链路】（data link） =物理链路+实现可靠传输控制协议所需的硬件和软件 一条物理链路可以复用多条数据链路 3.2 LAN的体系结构 3.3.1 OSI参考模型与LAN 局域网的体系结构遵循但并不完全符合OSI参考模型。由于局域网只是一个通信网，所以只有OSI参考模型的低3层，而且网络层并非必要（共享传输介质时，由于任意两节点间只有一条链路，无需进行路由选择和流量控制）。 一、物理层 【作用】在一条物理传输媒体上，实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流。 1．OSI的物理层 P37 主要解决接口设备的四个特性： P38 机械特性——连接器形状、引脚数等 电气特性——信号的电气参数等（如电压量值） 功能特性——接口引脚的分配等（某一引脚处出现某一电平的电压表示的意义） 规程特性——传输数据顺序、通信方式（双工/半双工）等 2．LAN的物理层 LAN采用多种传输媒体，所以物理层要求更复杂，一般分为两个子层(sublayer)，一个与传输媒体有关，一个与传输媒体无关。 如以太网物理层分为以下两层： ·PLS（物理信令，physical signaling）子层（负责比特流的曼彻斯特编码、解码、载波监听）数据编码改变了计算机使用的0、1简单数字信号模式，能更好地适应物理介质的特性，有助于位与帧的同步。 ·PMA（物理媒体连接件，physical medium attachment）子层（负责冲突检测、超长控制、发送和接收串行比特流） 二、数据链路层 P44 【作用】在不太可靠的物理链路上,通过数据链路层协议(链路控制规程)实现可靠的数据传输。 1．OSI的数据链路层 （功能较简单） P73 主要功能： 链路管理——通过交换信息建立、维持和释放数据链路 帧 同 步——发方打包成帧，收方能正确识别帧的起止 流量控制——发方速率控制 差错控制——检错重发（重传8～16次仍失败，将作为不可恢复的故障报告上层用户） 信息分离——区分同一信道或同一帧中数据和和控制信息 透明传输——使收方不致于将与控制信息相同的数据当成控制信息接收 寻 址——多点连接时，帧能正确送达，且收方知道发方站址。 数据链路层协议（数据链路控制规程）有面向字符和面向比特两类。后者传输效率高，广泛用于计算机网络。 ·面向字符——在字符（8个二进制位一组）基础上生成报文和接收报文 该规程规定了若干控制字符，以识别报文的开始和结束，如用字符STX（ASCII值2）指示报文开始，用字符ETX（ACSII值3）指示报文结束，二者之间为报文正文（8个二进制位一组）。 00000010（STX） 字符1 字符2 字符3 00000011（ETX）  ·面向比特——在二进制位基础上生成报文和接收报文（传输效率高，广泛用于计算机网络。 该规程中报文称为“帧”。每帧均以二进制位组（01111110）开始和结束。该帧标志间是正文（任意长二进制位，不必是8的倍数）。 01111110（帧标志） 0010100010…… 01111110（帧标志）   OSI根据IBM公司协议扩充而成的高级数据链路控制协议（HDLC,high level data link control）即为面向比特型数据链路层协议。其帧格式见P54 图2.20 01111110 F（标志） 地址字段 A 控制字段 C 信息字段 (要传送的数据,任意长度) 帧校验字段 FCS 01111110 F（标志）  FCS—Frame Check Sequence 附加各字段的目的是解决链路管理、帧同步、流量控制、寻址、差错控制、信息分离、透明传输和寻址等问题： P54 帧 同 步——由标志(flag)字段（8位）标识帧的起止 透明传输——0比特填充技术（发送前先扫描整个帧，若标志字段间连续5个1，则在其后插一个0，接收时同样扫描整个帧，若标志字段间连续5个1，则将其后的一个0删去）。 寻 址——由地址字段（8位，可扩展到16位）标识（全1为广播地址，全0为无效地址） 差错控制——由FCS（16位）字段控制 流量控制等——由控制字段（8位）确定的帧类型控制和滑动窗口控制方法控制。 信息帧（I帧）：要传送的数据和捎带的流量控制、差错控制等信号 监视帧（S帧）：均为次站对主站的响应帧，不带信息字段 P56 表1.2 RR（receive ready）帧：接收准备好，希望主站继续发送 RNR（receive not ready）帧：次站正忙（缓冲区满等），希望主站停止发送 REJ（reject）帧: 要求重发N（R）顺序号起各帧（被拒收） SERJ（selective reject）帧：要求重发顺序号为N（R）的那一帧 无编号帧（U帧）：用于链路管理（包括数据链路的建立、释放、恢复的命令和响应） 控制字段 0  信息帧（数据传送）  10 00 RR帧 监控帧 （次站对主站的响应帧）  10 10 RNR帧   10 01 REJ帧   10 11 SERJ帧   11  无编号帧（链路管理）   2．LAN的数据链路层 P105 由于采用多站共享传输介质方式，必须解决信道如何分配以解决信道争用问题，必须有媒体访问控制功能。此外，由于LAN采用的拓扑结构与传输媒体的多样性，必须提供多种媒体访问控制方法。所以其数据链路层要求也更为复杂，同样分为两个子层：一个与传输媒体有关，一个与传输媒体无关。 ·MAC（媒体访问控制，medium access control）子层 负责执行在物理层基础上进行无差错通信，有管理多个源链路和多个目的链路的功能（对不同的局域网，其MAC子层是不相同的，所以将在后面介绍）。主要功能： ①管理链路上的通信（实现和维护MAC协议） ②发送时将数据组装成带有地址和差错校验字段的MAC帧 ③接收时拆卸帧，并执行地址识别和差错校测 ·LLC（逻辑链路控制，logical link control）子层 LLC子层 主要功能则是: ①建立和终止链路（建立和释放数据链路层的逻辑连接，通过SAP向高层提供逻辑接口） 会议代表 上学学生 旅游人员 （↑↓ ） （↑↓） （↑↓ ）SAP（访问服务点，进出门处） LLC（出发地/目的地清点人数）  MAC（组成团体或接收团体）  PHYSICS（编号排队上/下交通工具）  交通线路（公路/铁路/水路/航空等） ②控制帧流量（具有帧的接收、发送控制功能） ③确认帧（具有帧差错控制功能） ④帧排序（给LLC帧加上序号） LLC层提供的4种不同类型的服务： P108-110 ·操作类型1（LLC1）：不确认的无连接服务（数据报服务） 局域网中最为广泛使用，尤其适合点-点通信、广播通信和组播通信（以太网即用之） 此时，端到端的差错控制和流量控制由高层协议提供。 ·操作类型2（LLC2）：面向连接服务（虚电路） 特别适合在一定时间内向同一目的地连续发送许多或传送很长的数据文件。 ·操作类型3（LLC3）：带确认的无连接服务（可靠的数据报） 不建连接先发出信息，收方发确认信息。（只用于令牌总线） ·操作类型4（LLC4）：高速传送服务（只用于城域网） 3.3.2 IEEE 802 标准系列 IEEE 802委员会为局域网制定了一套标准：802.1标准对这一组标准作一介绍并定义了接口原语，802.2标准描述了数据链路层的上部，它使用了LLC（逻辑链路控制）协议。803.3、802.4和802.5分别了描述了3个局域网标准，即CSMA/CD、令牌总线和令牌环标准。IEEE802.2逻辑链路控制（LLC）标准与媒体访问控制（MAC）标准一起执行数据链路层功能。 IEEE802.2标准总的说来是基于HDLC数据链路控制协议，但又不是HDLC的帧结构，HDLC关于位填充、结束标志等不适用于局域网，因此被LLC删除。 3.3 LAN的基本组成 以W/S系统总线型以太网为例： （参见教材P116图3.11）
3.3.1 硬件组成 ①文件服务器（File Server）——专用服务器/高档微机 ②工作站（Workstation）或客户机（Client）——通常是微机（有盘/无盘） 【瘦客户机】与特定服务器配套使用的无盘计算机。（如果使用Sun公司的瘦客户机，就必须购买一台Sun公司的服务器。不同厂商之间的系统无法相互替代） ③传输媒介 （教材P40 2.2.2节） a.双绞线（Twisted-Pair Cable） 见P40 “双绞”的作用是减少相邻导线的电磁干扰。 可分为: ·STP（屏蔽，shielded）——可减少外部电磁干扰 ·UTP（无屏蔽,unshielded）——价廉（常用） 特点：模拟传输（宽带信号）/数字通信（基带信号）均可使用 单位价格最低，但每根电缆只能直接连接一个站点，使线路总费用增加 抗高频干扰能力较差 使用双绞线需在传输速率和传输距离之间作出选择 普通电话线就是一种传输模拟信号用的双绞线，但不宜直接用于计算机网络的信号（数字信号）传输（需经MODEM处理）。 b.同轴电缆（Coaxial Cable） 可分为：·基带传输（数据通信）型 见P40 图2.9 50Ω——RG-11 A/U型（粗缆，φ10mm） RG-58 A/U型（细缆，φ5mm） 93Ω——RG62型 ·宽带传输（模拟传输）型 见P41 75Ω——公用天线电视系统（CATV）用（还有一种300Ω扁平电缆） c.光导纤维（光纤，Optical Fiber） P42 图2.11图2.12 主要用于：主干网（高速）/防雷击/保密（防窃听） 光是一种电磁波，它在真空中传输速度最快（30万千米/秒），且传输速度随传输介质密度增大而降低。相对于其他传输媒介，低损耗、高带宽和高抗干扰性是光纤最主要的优点。目前光纤的数据传输率已达2.4G甚至更高速率（20G以上）。光纤无中继传输距离可达20～30km以上。其传输距离仅受波长影响，衰减率极低。 光纤表层有用于保护芯线和将光反射回玻璃导体内的镀层，然后封装坚韧的芳纶（制造防弹衣的材料）外皮，最后再用PVC等材料制作的护套封装。 光纤按其传输模式可分为

·多模光纤（multimode fiber） 芯径在50到100μm的范围内，多条入射角度不同的光线可以同时在一条光纤反射式地传播，传输距离2km（100M带宽）。多模光纤根据折射率的分布特性，可分为渐变型（graded-index）和突变型（step-index）两种。 折射率为渐变型的光纤，其折射率随光纤芯径变化（中心处为0），折射率为突变型的光纤，其折射率在整个光纤直径方向为一常量。 由于突变型多模光纤传输时光信号畸变较大，故常用渐变型多模光纤，其主要规格有： 50μm（纤芯直径）/125μm（包层直径），一般只用于短距离传输（远小于下种） 62.5μm（纤芯直径）/125μm（包层直径），缓变型增强多模光纤，较高的光耦合效率，光纤对准要求不太严格，弯曲时损耗不太灵敏，被推荐应用于所有的建筑物综合布线系统。 支持100Mbps传输率和1.5～2km范围的LAN（波长0.85μm）。 ·单模光纤（single-mode fiber） 折射率为突变型，光线沿其中心直线传输，故传输距离大大高于多模光纤。常用规格为 8.3μm（纤芯直径）/125μm（包层直径），衰减小，适合远程传送，但需用昂贵的注入式激光二极管作光源。 〖说明〗按工作波长光纤还可划分为： 短波光纤(SW）：0.85μm（0.8～0.9μm，第一窗口） 均为多模 长波光纤(LW)：1.30μm（1.25～1.35μm，第二窗口） 单模或多模 1.55μm（1.53～1.58μm，第三窗口） 均为单模 【使用光纤注意事项】光缆不易分支，所以一般适用于点到点的连接。光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，必须成对使用，一个用于输入，一个用于输出。每一条光纤电缆的连接都需要小心地磨光光端头，通过电烧烤或化学工艺与光学接口连在一起。整个安装过程，必须确保光通道没有被阻塞，也不能将光纤拉得太紧或形成直角。光缆弯曲时容许的最小曲率半径应不小于光缆外径的15～20倍。 【光纤软跳线】光纤的传输是单方向的，所以两机间如果连接光纤的话，必须至少是两根光纤，一根发送数据，一根接收数据。一般的光纤又分为2芯、4芯、6芯、8芯光纤等，可以连接到多个计算机。一般来说，多芯光纤并不直接连接到计算机的网卡上，而是连接到一种叫做光端器的设备上。还有一种光纤，即所谓“光纤软跳线”，它并非一般常识中的那种JUMPER，也是光纤，一根光纤软跳线中只含有一根光纤，只能进行单向的数据传输，其作用就是连接光端器和计算机上的网卡。一般连接一台计算机需要两根光纤软跳线，一根发送数据，一根接收数据。 【光纤连接方式】光纤有三种连接方式。首先，可以将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗10%到20%的光，但是它便于系统重新配置。第二是机械接合，即将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中，然后钳起来。其操作需要专业人员进行，光的损耗约为10%。第三种是融合连接，形成的光纤和单根光纤差不多是相同的，损耗最小。 d.无线传输（微波/红外/激光） P43 只能直线传输。红外线和激光对环境（如雨、雾、雷电）干扰特别敏感。微波对环境干扰不敏感，但方向性不强，存在着窃听、插入数据等一系列不安全问题。主要用于移动通信和不便于铺设有线电缆（光缆）的场合。 ④网卡（NIC，LAN Card）——又称“网络接口卡”、“网络适配器” 是网络设备（电脑等）与传输媒介（如电缆）间的信号转换接口电路和协议支持部件。 ⑤其余共享的硬件资源（硬盘、打印机、Modem等） ⑥网络及网间连接器（HUB、中继器、交换器、路由器、网关、网桥等） 3.3.2 软件组成 ①网络操作系统（NOS）——主流为Novell公司的NetWare网络操作系统和微软公司的Windows NT（Server版），Windows 2000（Server版）， ②工作站操作系统——MS-DOS、Windows 9X ③各种应用软件——如数据库管理系统 3.4 LAN的基本网型 3.4.1 三大基本网型 三个LAN协议（争用、轮询、令牌传递）分别与三个LAN的基本拓扑结构（总线、星、环）相结合，形成了三大基本网型： ·以太网 ·ARCNet网 ·令牌环网 3.4.2 其他网型 ·FDDI光纤环网 ·100VG-AnyLAN （HP公司开发，可利用3类双绞线实现声音级网络传送，淘汰） ·ATM ·无线局域网 3.5 以太网（Ethernet） 3.5.1 概述 【以太网】符合IEEE 803.3标准（即采用CMSA/CD访问控制方式）的网络系统。 由美国Xerox（施乐）公司和Stanford（斯坦福）大学联合开发并于75年推出，原为总线型，现已扩展到星形、星形总线、树形等。 由于以太网与其他LAN类型相比，具有易用、易安装、易维护、低成本等诸多优点，目前世界上80～85%与LAN相连的PC和工作站使用以太网连接。 以太网为基带系统，采用曼彻斯特编码，且只支持LLC层的类型1操作。 传统以太网主要技术指标 拓扑结构 传输媒体 最大网段长 最大节点数 访问控制协议 编码形式 传输速率  总线型 星型 UTP STP 同轴电缆 光纤 100m 100m 粗同轴 500m 细同轴 185m 多模 4km 1024个 1024个 粗同轴 100个 细同轴 30个 IEEE 803.3 CSMA/CD 曼彻斯特 10Mbit/s   3.5.2 以太网电缆标志 【例】50Ω同轴电缆（基带传输型） —F 光纤 —T 双绞线 10 BASE 5 同轴电缆（每个网段最大长度500米） 电缆上传输的信号是基带信号（数字信号） 传输速率为10Mbs（兆位比特/秒） 75Ω同轴电缆（宽带传输型） 10 BROAD 36 同轴电缆（每个网段最大长度3600米） 电缆上传输的信号是宽带信号（模拟信号） 传输速率为10Mbs（兆位比特/秒） 3.5.3 以太网的分类 传统以太网按其电缆标志分类。 ·10 BASE 5 （粗缆以太网） ·10 BASE 2 （细缆以太网） ·10 BASE-T （双绞线以太网） ·10 BASE-F （光纤以太网） ·1 BASE 5 （低速以太网） ·10 BROAD 36 （宽带以太网） ·100 BASE-T （快速以太网） 光纤或双绞线 近年来高速以太网不再按电缆类型分类，如： ·Gigabit Ethernet (千兆以太网) 光纤或双绞线 发展趋势：10G带宽（万兆以太网）。 3.5.4 以太网的特点 任何一个网上设备在传输数据时，其他的设备只能等待，同时有两个或两个以上设备在传输数据时，“碰撞”便会发生而导致重发，直到没有出现碰撞为止。 （简言之，任何一个站点在传输数据时，其他站点必须等待——即所谓CSMA/CD访问控制方式或曰“争用”方式） 为了能够正确地检测出冲突信号，一般要限制最大电缆段（网段）长度。 3.5.5 以太网的帧格式 P117 帧长度：64～1518字节（从DA～FCS） 803.3帧格式 PA 1010…1010 前导 SFD 10101011 帧起始 DA 目标地址 SA 源地址 L 数据字段长度 DATA 数据 PAD 帧填充 FCS 帧校验  7字节 1字节 6字节 6字节 2字节 46-1500字节 4字节 以太网帧格式 PA 1010…1010 前导  11 同步 DA 目标地址 SA 源地址  类型 DATA PAD FCS 帧校验       MAC控制操作码（2字节） 控制码参数（60字节，不足填0）   62位 2位 6字节 6字节 2字节 46-1500字节 4字节 PA=Preamble SFD=Start-of-Frame Delimiter DA=Destination Address SA=Source Address FCS=Frame Check Sequence 【注】 类型值不超过1500时，表示数据字段长度；等于8888（十六进制）时，表示MAC控制帧，等于8100（十六进制）时，表示VLAN-tagged（标识）帧，用来辅助路由和网络管理。值为其他时，表示非标准的专用帧。 3.5.6以太网的站点地址（address） P118 IEEE为局域网制定了两种管理模式：全局管理和局部管理，相应工作站的地址也分为：全局地址和局部地址。前者又称“绝对地址”或MAC地址，对所有空间和时间（即在任何LAN中）都是单值的、唯一的。后者是指在局部管理方式下每个局域网按自己的地址结构为工作站所规定的地址。这种地址仅在自身的局域网中才是单值的、唯一的，故又称“相对地址”。其识别符在地址字段的第2位。 全局地址（目标地址与源地址可以在不同网域上）： I/G 1 46位地址  局部地址（目标地址与源地址必须在同一网域上）： I/G 0 14位地址   I/G=1 表示单地址 I/G=0 表示组地址 MAC地址又称硬件地址或物理地址。使用MAC地址的不是以太网就是令牌环网。 MAC地址有六个字节的信息，常用十六进制表示，前三个字节为网络设备生产厂商代号，后三个字节为厂商分配到设备上的序列号，如下： 00000C B40E1A 或 00-00-C-B4-0E-1A 简写为C-B4-E-1A 著名网络厂商标识 厂商 CISCO 3Com HP Sun IBM Intel  厂商代号 00000C 02608C 080009 080020 08005A 00AA00   每个MAC地址在全球都是唯一的。如果生产商用完了分配的标识数字，它总是能够得到新的前缀。 FF-FF-FF-FF 为广播地址。SA不可为广播地址。 检测本机MAC地址的方法：使用winipcfg命令（适配器地址即MAC地址）
3.5.7以太网的MAC子层功能 以太网的MAC子层负责执行CSMA/CD协议： 1.发送和接收数据封包 a.帧处理（帧定界，帧同步） b.寻址（源地址和目的地址处理） c.错误检测（物理介质传输错误） 发送过程：最开始是正确的前导/SFD序列，接着是真正的帧内容（包括DA，SA，长度/类型以及数据），最后是作为FCS域的计算出的CRC序列。MAC层应有效地将主机（计算机）传递给它的面向字节的数据进行转化，并将其串行化为可在网络介质上进行传输的位流。 接收过程：MAC层必须将输入的位流重新转化为由字节构成的帧。MAC层检查所接收到的位流，找出帧起始位置，并丢弃前导和帧起始SFD字段。然后MAC层将所接收帧中的目标地址字段值与并与本机的MAC地址进行比较。如果不匹配，便丢弃接收帧。如果匹配则将对所接收的帧独立计算其CRC值，并将计算结果与从接收帧FCS字段（最后4个字节）中值CRC比较。如果彼此不匹配，MAC层就发出“出错”报告。 2.介质存取管理 a.介质分配（冲突避免） b.竞争化解（冲突处理） 3.5.8以太网的网卡 以太网卡的基本功能和图形 网络 总线 曼彻斯特 收发器 AUI 编码/译码器 LAN控制器 【注】 FIFO=先进先出 【类型】 常用网卡类型 总线规格 适用机型 NE1000及兼容卡（8位） ISA总线 IBM-PC、XT NE2000及兼容卡（16位） ISA总线 286（AT）至486 NE3200及兼容卡（32位） EISE总线 EISA总线PC VL总线卡 （32位） VESA总线 486DX/2-66等 PCI总线卡 （32/64位） PCI总线 Pentium(586)等 注意：·用于无盘工作站时，应另配一只远程引导芯片（PROM） ·网卡接口形式（根据所用电缆形式选择） AUI插座（15芯）——10BASE5（粗缆以太网用，接收发器上DIX连接头） BNC插头（卡式）——10BASE5与10BASE2（粗、细缆以太网用，接T形头） TPI插座 ——10BASE-T（双绞线以太网用，接RJ-45双绞线接头） 3.6 10BASE系列以太网 3.6.1 10 BASE 5粗缆以太网（标准以太网） ①拓扑结构：总线型
②链路组成 a.电缆：RG-11 A/U 50Ω同轴电缆（芯径0.4″≈10毫米） 黄色外皮，每隔2.5米有一黑点作为固定收发器的距离标识 b.收发器（有轨道型和改进T型两种）及其连接电缆 （参见参考书：《架设网络不求人》陈明德 编著 周晓津 改编 人民邮电出版社 第四章 ） 收发器 15芯插座 15芯插头 网段电缆 收发器电缆 DIX连接头（接网卡） （max.50米） 收发器与网络电缆连接方式：·夹、刺穿电缆（无需切断电缆，无需T形头） ·T形头连接（需切断电缆，连接工作量大） c.Ethernet网卡（以太网通用） d.终端电阻（终端匹配器、端接器） 每个网段一对。 功能：将传输到电缆端部的信号能量吸收掉，以消除干扰。 一端必须接地（电气安全与抗干扰的要求） e.BNC接头与T形头（采用T形头连接时） f．中继器 物理层连接设置，连接两个同类型的网段 教材P133 ③技术参数 教材P110表4.3 ·两收发器间距：3.5米或其整倍数 ·工作站-收发器间最大间距：50米 ·最大网段长度：500米 ·网络最大总长度：2500米 ·一个网段最多支持的工作站数：100（中继器算一个） ·工作站数量多于100个或网段长度超过500米时，应采用中继器来延长距离。 ·物理连接遵循5-4-3规则：最多可用4个中继器，5个网段（其中仅3个网段可接工作站，其余只用于距离加长）。 ④特点 线路可靠性好，但安装不易(电缆粗硬)，造价较高（电缆较贵且需增加收发器费用），传输距离长。目前仅作基干网或室外大距离布线时才用（与10BASE2或10BASE-T网混用）。 3.6.2 10 BASE 2细缆以太网（Cheapnet,廉价以太网） ①拓扑结构：总线型
②链路组成 以实物教具向学生展示 电缆：RG-58 A/U 50Ω同轴电缆（芯径0.2″≈5毫米） 市场上有带BNC连接器、标准长度（2米）的商品电缆出售 b.BNC连接器（装在电缆两端） c.BNC T型连接器（T型头） d.以太网卡 e.50Ω终端电阻（一端需接地） ③技术参数 两T形头间距：0.5米或其整倍数 最大网段长度：185米 网络最大总长度：925米 一个网段最多支持的工作站数：30（中继器算一个） 物理连接遵循5-4-3规则 ④特点 造价最低。线路可靠性不高，总线故障影响整个网络，传输距离短。一般用于集中式室内布线的机房环境。 【说明】 由于粗、细电缆的电气特性是一致的，因此可将粗、细同轴电缆网段混接于一个以太网上使用，以弥补细缆传输距离短而粗缆价格高、安装不便的缺点（通过粗、细电缆转接器或中继器相连）。它们还可通过HUB与10BASE-T网段混接，形成混合式以太网。 3.6.3 10 BASE-T双绞线以太网 ①拓扑结构： 小网络——星型（各站点通过HUB互连） 大网络——星型总线
②链路组成 a.电缆：无屏蔽双绞线（UTP），20～26AWG（芯径0.4～0.6毫米） 按其传输性能，通常又分为—— ·1类线，用于≤5Mbps传输 ·2类线，用于≤5Mbps传输 ·3类线，用于≤16Mbps传输（最常用的10BASE-T网用电缆，4芯） ·4类线，用于20 Mbps传输 ·5类线与超5类线，用于100Mbps传输（8芯） ·6类线，除现有所有LAN外，还可支持未来更高速网（如千兆以太网） 电缆上通常印有类别标志,如 cat 5 或category 5 (5类线) b.Etherhub——以太网用集线器 以实物教具展示 【HUB（集线器）】以星型拓扑结构将数据传输线路集中连接在一起的设备。 集线器是10BASE-T网络的重要设备，又称为有源的多口转发器（Multi-port Repeater）。HUB一般有N个（4、8、12、16、24、32个等）双绞线接口RJ-45，M个（1、2、3、4个等）AUI或BNC接口，通过RJ-45接口可以连接8个工作站或其他HUB，通过AUI或BNC接口可与粗缆、细缆相连接。 HUB按其功能又可分为三种形式： P182 ·有源HUB（Active HUB）：带稳压电源，能对信号整形再生放大，并监测数据通信情况 ·无源HUB（Passive HUB）：对被传送的信号不作信号整理增强（无放大整形电路） ·智能HUB（Intelligent HUB）：提供网络管理服务、桥接、路由和网关等功能 HUB结构：可以看成用一个多口中继器(HUB)取代同轴电缆网段（变成内部连接）及其互联的中继器（变成MAU）。
c. RJ-45接头（注：国内并行电话线接头为RJ-11） d.以太网卡（须带RJ-45插座） ③技术参数 双绞线最大长度：100米 网络最大跨距：3.8千米 一个HUB可连接的最大工作站数：由HUB端口决定 ④特点 线路稳定性和可靠性好，可以有管理功能，成本适中（高于10BASE2）。 3.6.4 10 BASE-F光纤以太网 拓扑结构：簇型 ②链路组成 光纤HUB（2万元） 光纤网卡（3千元） 光纤 ③技术参数 光纤网段：≤2千米 ④特点 适用于特殊场合（抗电磁干扰/有雷击） 3.7 其他LAN类型 3.7.1 ARCNET网 ARC（Attached Resource Computer）NET是美国Datapoint公司78年1月推出的LAN产品，它采用确定性网络协议——令牌总线（IEEE 803.4），所以确定性、可调整性、可靠性均好，但传输速率很低（3.5Mbps），主要用于实时性、可靠性及优先性方面要求较高的工业控制（过程控制）网络中。 ①拓扑结构 a.星型（簇型）——使用低阻网卡
技术参数：最大跨距6.7千米 最大站点数：255个 b.总线型——使用高阻网卡
技术参数： 每个总线网段上最多8个站点 T形头间距：≥1米（采用BNC接头连接时） 最大网络长度：≤310米（同轴电缆） ≤120米（双绞线） 最大跨距：6.7千米 c.混合型
②链路组成 电缆：RG-62 A/U 93Ω同轴电缆（芯径0.25″≈6.3毫米）/105Ω无屏蔽双绞线/光纤 网卡：RX-NET等ARCNET专用网卡 低阻：PC110、PC120、PC130、PC250、PC260 高阻：PC210、PC220 A.HUB（8端口）：至少一个 P．HUB（4端口）：按需 93Ω终端电阻：P.HUB未用结点必须各用一个封堵之。 ③技术参数 最大连接距离：610米（A.HUB-A.HUB或A.HUB-站点——同轴电缆） 120米（A.HUB-A.HUB或A.HUB-站点——双绞线） 30米（A.HUB-P.HUB或P.HUB-站点） ④特点 连网距离远/传输速率低（3.5Mbps） 3.7.2 令牌环（Token Ring）网 令牌环网是LAN中最传统的组网方式之一，84年由IBM公司率先推出，目前仍为最适合于采用光纤传输的网络结构（因其实时性、传输效率、地理范围等均优于采用CSMA/CD的以太网）。 目前国际上生产令牌环网络产品的厂家有数十家，IBM公司产品占据了主要市场。目前Novell公司在环网组网配置上只支持IBM的令牌环网及其兼容产品。以下介绍的即为IBM公司的令牌环网。 ①拓扑结构 从理论上讲，令牌环网在物理上应是一个环形结构，但IBM的令牌环网并非一个简单的环形结构，而是由星型和环型结构两个层次组成。所以可分为： a.星型拓扑的逻辑环型——单MAU（MAU，Multistation Access Unit，即多路访问部件）
b.星型/环型混合结构的物理环型——多MAU
②链路组成 电缆：150Ω屏蔽双绞线（STP） 100Ω无屏蔽双绞线（UTP） 光纤（大电缆系统用之） 【注】根据网络规模，IBM令牌环网可分为可移动的“小电缆系统”和不可移动的“大电缆系统”。当网络中站点数大于96或MAU数大于12个时必须使用大电缆系统。 令牌环网专用网卡：4Mbps或16MBps（两种） MAU：IBM 8228 d.中继器：IBM 8212，IBM 8219（光纤） ③技术参数（小电缆系统） 最大站点数：96个 8228 MAU数：最多12个 8228 MAU间及与站点间最大距离：45米 MAU间连接电缆总长度：120米 传输速率：4Mbps或16MBps（取决于网卡） 网络最大跨距：大于10千米 ④特点 用于大区域分布控制或实时性强的应用环境 3.7.3 高速网络技术（100Mbps或更高）简介 P164 ①快速以太网（Fast Ethernet） 所用集线器一般为交换式。目前主要有两种竞争标准—— ·100 BASE-T 803.3u （具有10/100Mb自动协商功能） ·100 VG-AnyLAN 803.12 (用“按需优先轮询”方法取代CSMA/CD，又称100 BASE-VG) 其中100 BASE-T 可通过升级网卡和HUB将10 BASE-T网直接提升为100Mbps，从而保护用户的投资。具体又可分为三个子类 ·100 BASE-TX （使用两对5类双绞线） ·100 BASE-T4 （使用4对3、4或5类双绞线） ·100 BASE-FX （光纤） 100 VG-AnyLAN则结合了以太网和令牌环网的优点，把以太网简便、快捷的网络访问方式和令牌环网控制性强、确定性延迟的特点融为一体（其任何一个请求帧都由发出该请求的应用软件赋予一定的优先级）。 目前Gigabit Ethernet（千兆位以太网）技术方案已经成熟并开始取代100Mbps的快速以太网技术。千兆位以太网传输媒体采用光纤或短距离双绞线，并定义了一种千兆位媒体专用接口GMII（Gigabit Media Independent Interface ），用以将MAC子层和物理层分隔开，使物理层在实现1000Mbps速率时所使用的传输媒体和信号编码方式的变化不影响MAC子层。千兆位以太网的技术标准是IEEE 802.3z，相关标准有IEEE 802.3ab（1000 BASE-T）等。IEEE802.3委员会制定了4种传输媒体的标准： ·1000BASE-SX基带短波光纤：使用波长为850nm的多模光纤 最大网段长度： 275 m（62.5μm）/550m（50μm）； ·1000BASE-LX基带长波光纤：使用波长为1300nm的单/多模光纤 最大网段长度： 550 m（62.5μm和50μm多模）/5000m（10μm单模）； ·1000BASE-CX基带铜缆：使用屏蔽双绞线，长度可达25m； ·1000BASE-T基带双绞线：使用4对5类非屏蔽双绞线，长度可达100m。 千兆位企业级以太网的组网的模式：桌面系统采用速率为10Mbps的10BASE-T以太网，部门系统采用速率为100Mbps的100BASE-T以太网，企业骨干网采用速率为1000Mbps的千兆位以太网。 ②FDDI（光纤环网） FDDI（Fiber Distributed Data Interface,光纤分布式数据接口）是以光纤为传输介质的高性能令牌环局域网访问控制方案，1982年10月由ANSI（美国国家标准化研究所）X3T9.5委员会提出。传输速率100Mbps，而正在发展的FDDI-Ⅲ、FDDI-Ⅳ、FDDI-Ⅴ的速率分别高达400 Mbps、600 Mbps和1.2 Gbps。使用多模光纤时，站间距离可达2km；使用单模光纤站间距离可达20km，FDDI标准允许200km的总的光纤路径长度和1000个网络站点，相应于500个结点和100km长的双环光纤网。 A.拓扑结构 FDDI的物理拓扑有环型或带树型的环或带星型的环，既可作LAN，亦可在大地理范围（100～200千米）内作大型企事业的骨干网络，实现数据、语音、图像综合服务。 FDDI采用双环结构：主环（正常数据传输用）和副环（冗余的备用环），双环传输方向相反。如果两环在同一点上都断了，可以将两边断开处分别接合，这样总长度约为原来的2倍。 FDDI的站点有DAS（双附接站）和SAS（单附接站）两种。 DAS——同时连接主、副环（使用两个光收发器）——可靠性好 SAS——只与主环连接（使用一个光收发器）——成本较低 网络配置时，可将较重要的站点作DAS，以提高可靠性，将一般的站点作SAS，以降低成本。
B．链路组成 a．光纤： 多模光纤——提供多条光通路（LAN多用之） 单模光纤——提供一条光通路（WAN用之） b．FDDI网卡（1～2万元/个） c．FDDI集中器（Concentrator）：一般以HUB形式提供 C．技术参数 最大站点数：500个 最大网段长度： 2～ 4千米（多模光纤） 40～60千米（单模光纤） 最大环网长度：100千米 d.特点 价格昂贵，主要作复盖面积较大的园区网（如校园网）的主干网。 ③ATM(异步传输模式)网 P190 传统网络传输是以可变长度的数据帧为单位，而ATM的数据传输、复用、交换均以信元（cell）为基本单位，每个信元53个字节，十分短小，既适合于高速交换，又适应于不同速率的要求。 ATM网是以ATM交换机为中心的星形结构，支持LAN和WAN。 传统网络——单一传输速率 ATM网络——可以以各种速率支持各种信息传输，形成所谓“宽带综合业务数据网”（B-ISDN），传输速率155Mbps和622Mbps，以后可能达到Gbps的速率。选择155Mbps速率的原因是，这是传输高清晰度电视需要的大致速率。选择622Mbps速率的原因是4条155Mbps通道可以在上面传输。 ATM目前的不足之处是设备昂贵，并且标准还在开发中，未完全确定。因为是全新技术，网络升级时几乎要换掉现行网络上所有设备。 3.7.4 无线局域网（WLAN，Wireless LAN） 1、无线数据网解决方案 ·无线个人网（WPAN）：主要用于个人用户工作空间，典型距离复盖几米，可以与计算机同步传输文件，访问本地外围设备（如打印机等）。目前主要技术包括“蓝牙”和红外（IrDA）。 ·无线局域网（WLAN）：主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，典型距离复盖几十米至上百米。目前主要技术为802.11系列。 ·无线LAN-to-LAN网桥：主要用于大楼之间的联网通信，典型距离几公里。许多无线网桥采用802.11b技术。 ·无线城域网（WMAN）和广域网（WWAN）：复盖城域和广域环境，主要用于Internet/email访问，但提供的带宽比无线局域网要低很多。 2、无线局域网的优点 ·移动性（anywhere/anytime） ·安装的快速性和简单性（无需穿墙、布线） ·安装的灵活性（遍及有线不能到达处） ·减少投资（硬件投入高，但减少布线） ·扩展能力强 3、无线局域网的布置方式 无线局域网工作在2.4GHz（ISM频段），可以提供11Mbps的网络连接速度（但由于协议的开销等，实际速度只有6Mbps左右）。目前常用方案是：在每栋楼的每单元或每层放置若干AP（Access Point,无线接入点，有线网络中的类似于HUB）。如某公司设计在走廊中每隔20米安装一个AP，一层共安装4个AP，并安装室内吸顶式天线，即可复盖两侧的各办公室。广州金利来商务港共三层楼，部署了29个AP，复盖了全部商务港。此方案成本比有线高，因为用户端要插无线网卡，其价比有线网卡贵十几倍。金利来商务港全部采用Intel无线局域网卡。 在有线局域网的基础上通过无线HUB、无线访问节点（AP）、无线网桥、无线网卡等传送数据，其传输媒体是红外线（IR）或无线电波（RF），后者居多。 IR系统用用小于1微米波长的红外线，方向性强，要求视距传输，但由于红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，一般要求发射功率较高。 RF使用S频段（2.4～2.4835 GHz），这个频段又称ISM（Industry Science Medical）即工业科学医疗频段，不受FCC（美国联邦通信委员会）限制，对人体无害。 目前实现无线网络的几种技术，有IEEE 802.11连接技术、蓝牙无线接入技术（IEEE 802.15）以及家庭网络的HomeRF技术等。 4、常用无线局域网标准 ①802.11标准 IEEE802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mb/s。目前，3Com等公司都有基于该标准的无线网卡。 　　由于IEEE802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了IEEE802.11b和IEEE802.11a两个新标准。三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。 　　IEEE802.11b物理层支持5.5Mb/s和11Mb/s两个新速率，IEEE802.11标准在扩频时是一个11位调制芯片，而IEEE802.11b标准采用一种新的调制技术CCK完成。IEEE802.11b使用动态速率漂移，可因环境变化，在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s之间切换，且在2Mb/s、1Mb/s速率时与IEEE802.11兼容。 　　IEEE802.11a工作在5GHz U-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层达25Mb/s。采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术；可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。但是，芯片没有进入市场、设备昂贵、空中接力不好、点对点连接很不经济、不适合小型设备。值得庆幸的是，Radiata的低成本COMS无线引擎芯片装置可支持IEEE802.11a。 802.11 （1～2Mbps，100米，数据） 工作频段2.4 GHz 802.11a（25Mbps，5～10km，数据，语音，图像） 5 GHz 802.11b （11Mbps，100米，数据，图像） 2.4 GHz ②蓝牙（Bluetooth ，IEEE 802.15） 《电脑报》2001/3/26 1Mbps，10～100米，数据，语音， 工作频段2.4 GHz 蓝牙是一种全球开放性的低成本的短距离无线通信规范。公元10世纪的北欧诸侯争霸，一位爱吃蓝梅以致于牙齿都被染成蓝色的丹麦国王Harald Bluetooth挺身而出，使各方坐到谈判桌前，通过沟通，冰释前嫌，成为了朋友。今天，他的名字被选作一种沟通各类电子设备的现代最新通信规范的代称。 蓝牙规范采用2.4GHz微波工作频段，以1Mbps的速度在10～100米距离内高速传输。基于蓝牙规范的蓝牙技术通过缩短通信的持续时间来增强信号传输的稳定性和可靠性。蓝牙技术可以同时支持电话和数据的传输，这是现有许多无线技术难以实现的。通过低成本的无线接口连接成网，是蓝牙的另一大特点。可以想象，蓝牙技术一旦得到运用，诸如移动电话、计算机、数字相机、摄像机、打印机、传真机和个人数字助理（PDA）等许多电子设备都可以随心所欲地无线连通。出门在外遥控家电等可轻松实现，缴费等只需从缴费点附近经过就可实现…… 目前所谓SIG（Special Interest Group，蓝牙技术特殊利益集团）有9个核心成员：3COM、IBM、爱立信、英特尔、朗讯、微软、摩托罗拉、诺基亚、东芝。至2001年2月10日，全球有106个蓝牙产品通过国际蓝牙SIG认证。 蓝牙的缺点：所用频段易受采用同一频段的其他无线网络的干扰。家电、无绳电话、遥控器等也可能干扰其工作。虽然蓝牙在多向性传输方面上具有较大的优势，但也需防止信息的误传和被截取；如果你带一台蓝牙的设备来到一个装备IEEE802.11无线网卡的局域网的环境，将会引起相互干扰；蓝牙具有全方位的特性，但若是设备过多，识别方法和速度会出现问题；蓝牙具有一对多点的数据交换能力，故它需要安全系统来防止未经授权的访问；蓝牙的通信速度为750kbits/s，而现在带4Mbits/sIR端口的产品比比皆是，最近16Mbits/s的扩展也已经被批准。尽管如此，蓝牙应用产品市场前景仍然看好，蓝牙为语音、文字及影像的无线传输大开方便之门。 ③ HomeRF（家用无线） 802.11与DECT（数字无绳电话标准）的结合。1～2Mbps，要增至11 Mbps ，100米，数据，语音， 工作频段2.4 GHz。 HomeRF主要为家庭网络设计，是IEEE802.11与DECT的结合，旨在降低语音数据成本。为了实现对数据包的高效传输，HomeRF采用了IEEE802.11标准中的CSMA/CA模式，它与CSMA/CD类似，以竞争的方式来获取对信道的控制权，在一个时间点上只能有一个接入点在网络中传输数据。不像其他的协议，HomeRF提供了对流业务（Stream Media）的真正意义上的支持。由于对流业务规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制，这样就确保了实时性流业务所需的带宽和低干扰、低误码。HomeRF工作在2.4GHz频段,它采用数字跳频扩频技术，速率为50跳/s,共有75个带宽为1MHz跳频信道。调制方式为恒定包络的FSK调制，分为2FSK与4FSK两种。采用调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落。2FSK方式下，最大数据的传输速率为1Mb/s,4FSK方式下，速率可达2Mb/s。最新版HomeRF2.x中，采用了WBFH(wide band frequency hopping)技术来增加跳频带宽，从原来的1MHz增加到3MHz、5MHz，跳频的速率也增加到75跳/s,当然其数据峰值也高达10Mb/s,接近.IEEE802.11b标准的11Mb/s,能满足未来的家庭宽带通信。它能根据数据传输速率动态调整跳频带宽。 附：国内常见无线数据网商家及有关产品（未注明者均支持IEEE802.11b）： 《中国计算机用户》2002-1-21（第3期） ·3Com 中小型企业无线局域网解决方案（11Mbps，AP6000，XJACK笔记本无线网卡） ·神州数码网络多接入点应用方案（11Mbps） ·美国AVAYA公司无线网络产品（北大计算机系8层办公楼采用） ·杰尔系统（Agere Systems）（11Mbps ，AP1000，OriNOCO PC卡，九运会采用） ·Intel 公司Wireless LAN 2011系列无线局域网产品（广州金利来商务港三层办公楼采用） ·Cisco Aironet 340无线局域网产品（某校用） ·联想Joynet无线宽带ISP解决方案 ·清华同方TFW2000无线接入点系统（清华大学图书馆采用） 参考书目 1、《数据通信与计算机网络》高传善 钱松荣 毛迪林编著（面向21世纪课程教材）高等教育出版社 2000年7月 第1版 2、《High-Performance Communication Networks》（高性能通信网络）（英文版/2000年 第2版） （美）Jean Walrand, Pravin Varaiya（加州大学伯克利分校）著 机械工业出版社2000年3月 3、《计算机网络》冯博琴 吕军 主编 陈文革 程向前 编 （面向21世纪课程教材）高等教育出版社 1999年6月 第1版 4、《计算机网络》（第3版）（美）Andrew S. Tanenbaum 熊桂喜 王小虎译 清华大学出版社 1998年7月 5、《Introduction to Data Communications and Networking》（数据通信与网络）（英文版/1999年） （美）Behrouz Forouzan著 机械工业出版社 1999年5月 6、《最新计算机网络实用教程》（台湾）杨丰瑞 杨丰任编著 中国铁道出版社 2001年7月 7、《中国计算机用户》2002-1-21（第3期）第三章作业题 1、以太网的主要特点是什么？它采用哪种通信协议和访问控制方法？ 2、在某网卡说明书中，AUI、BNC、TPI分别表示什么？与什么电缆连接？ 3、总线型以太网为什么要使用终端电阻？终端电阻为什么要接地？ 4、常见高速网络技术有哪些？与传统网络技术相比，ATM的主要优点是什么？ 5、简述以太网电缆标志各部分的含义。 6、简述10 BASE 5与10 BASE 2和10 BASE-T以太网在网络硬件组成上的主要区别。 7、写出以下网络英文术语的中文含义： Ethernet terminator repeater transceiver HUB MAC HDLC NIC UTP STP FDDI twisted-pair cable coaxial cable optical fiber multimode single-mode bluetooth Wireless LAN（WLAN） 8、局域网与OSI协议的物理层与数据链路层有何异同？ 9、写出以太网的帧格式,并简要说明各字段功能。 10、什么是MAC地址？如何测出本机的MAC地址？ 11、10BASE2网络中如果总线电缆在某一点断开，对网络通信有什么影响？为什么？ 12、如果10BASE2网络中所有站点都不能连网，最大可能的故障原因是什么？如何快速排查故障点？ 13、无线局域网常用技术有哪几种？ 思考题： 1、数据链路层是在如何在不太可靠的物理链路上,通过数据层协议(链路控制规程)实现可靠的数据传输？ 2、光纤按其传输模式可以分为哪几种类型？其功能上的主要区别是什么？ 3、工业控制中为什么往往使用ARCNET网而不使用传输速率更高、通用性更广的以太网？ 4、千兆位以太网的技术标准是什么？IEEE802.3委员会为千兆位以太网制定哪四种传输媒介？