【文章內容簡介】 (46) ? 為了簡單起見，假定爭用期個數(shù)沒有限制。那么，可以計算出爭用期個數(shù)的數(shù)學期望 (平均個數(shù) )為 ? (47) ? 將式 (47)代入式 (44)，可得 CSMA/CD方式下局域網(wǎng)平均信道利用率為： ? (48) 1)1(]i[ 1011???? ???????? AiAiAic PPPiiPN ＝爭用期個數(shù)為)12(11)1(22 101000?????????? ?? AAc PaTPTTNT?????以太網(wǎng)的信道利用率 ? 其中， ， 表示總線的端到端傳播時延與幀的發(fā)送時延的比值。 ? 在總線式局域網(wǎng)中，端到端傳播時延通常是確定的。如果幀長越長，幀的發(fā)送時延 T0就越大， a值就越小，由式 (58)，局域網(wǎng)的平均信道利用率就越大。 ? 假設總線長度為 1km，信號傳播速率為 2 108m/s，數(shù)據(jù)傳輸速率為 5Mb/s。 ? 對于各種不同的幀長情況，如 128， 256， 512和1024bit，可以計算得到，局域網(wǎng)的最大平均信道利用率 ?max隨站點個數(shù) N變化的趨勢如圖所示。 0/ Ta ??以太網(wǎng)的信道利用率 ? 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? 以太網(wǎng)技術 ? 以太網(wǎng)的 MAC層 ? 以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式 ? 高速以太網(wǎng) ? 虛擬局域網(wǎng) ? 無線局域網(wǎng) ? 廣域網(wǎng) 內容綱要 1. 以太網(wǎng)的連接方法 M A UD B 1 5連 接 器B N C 連 接 器R J 4 5插 頭( a )粗 纜 以 太 網(wǎng)1 0 B A S E 5 ( b )細 纜 以 太 網(wǎng)1 0 B A S E 2 ( c )雙 絞 線 以 太 網(wǎng)1 0 B A S E T 以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式 粗纜以太網(wǎng) ? 網(wǎng)絡接口卡（網(wǎng)卡） – AUI（ Attachment Unit Interface）接入單元接口 ? 收發(fā)器 (Transceiver) – 實現(xiàn)信號驅動、接收，連接電纜最長 50米。 ? 最多 4個中繼器，實現(xiàn)信號中繼放大。 ? 粗同軸電纜，直徑 ，單段電纜最大長度 500米。 ? 終接器 ： 50歐電阻，其中一端接地。 細纜以太網(wǎng) ? 網(wǎng)絡接口卡（網(wǎng)卡） – BNC接口，網(wǎng)卡上自帶驅動器。 ? 最多 4個中繼器，實現(xiàn)信號中繼放大。 ? 細同軸電纜，直徑 ，單段電纜最大長度 185 米。 ? 站點接入網(wǎng)絡時，通過 T型頭連接。 ? 終接器 – 50歐電阻，其中一端接地。 10Base－ 2以太網(wǎng)和 BNC接口 10Base－ 2以太網(wǎng) 雙絞線以太網(wǎng) ? 10BaseT ? 雙絞線， UTP(Unshielded Twisted Paired ) – 3類（ 2對）， 5類（ 4對） ? 集線器 – HUB， 8口， 12口， 24口等 – 接口： RJ45， 也有 BNC或光纖接口， – 站點和集線器距離應小于 100m RJ－ 45 接口標準和雙絞線 RJ－ 45 引腳 1 2 3 4 5 6 7 8 EIA－ 568A 綠白 綠 橙白 藍 藍白 橙 棕 棕白 EIA－ 568B 橙白 橙 綠白 藍 藍白 綠 棕 棕白 RJ－ 45 引腳 1 2 3 4 5 6 7 8 MDI－ II TX+ TX RX+ RX MDI－ X RX+ RX TX+ TX RJ－ 45 接口和雙絞線 具有三個端口的集線器 集 線 器 網(wǎng)卡 工作站 網(wǎng)卡 工作站 網(wǎng)卡 工作站 雙絞線 CSMA/CD方式的“ 5－ 4－ 3”原則 ? 介質的最大利用率取決于幀的長度和傳播時間，因此網(wǎng)絡最大傳播時延不能過大。 ? 由于爭用期的限制，使用 CSMA/CD介質訪問控制方式的 Ether，限制每段電纜的最大長度為 500 m ，最多 5段電纜， 4個中繼器，其中 3段電纜可以接入用戶。 ? 在使用共享集線器的以太網(wǎng)中，仍然受到“ 5－ 4－ 3” 原則的限制，一般集線器的級聯(lián)不超過 3 級。 以太網(wǎng)的最大作用距離 250 m 750 m 500 m 500 m 500 m 50 m 50 m 50 m 網(wǎng)段 1 轉發(fā)器 網(wǎng)段 2 網(wǎng)段 3 轉發(fā)器 轉發(fā)器 轉發(fā)器 以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式 在許多情況下，一個單位可能擁有多個局域網(wǎng)。因而需要實現(xiàn)局域網(wǎng)之間的通信。本節(jié)要討論的時在 物理層 或者 數(shù)據(jù)鏈路層 將 局域網(wǎng)進行擴展 。這種擴展的局域網(wǎng)在網(wǎng)絡層看來仍然是一個網(wǎng)絡。 2. 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 a、在物理層擴展局域網(wǎng) ? 用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng) 集線器 集線器 一系 二系 集線器 三系 三個獨立的碰撞域 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 a、在物理層擴展局域網(wǎng) ? 用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng) 一系 二系 三系 集線器 集線器 集線器 集線器 主干集線器 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 優(yōu)點 – 使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。 – 擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。 ? 缺點 – 碰撞域增大 了，但總的吞吐量并未提高。 – 如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。 ? 用集線器擴展局域網(wǎng) a、在物理層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) ? 在 數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 是使用 網(wǎng)橋 。 ? 網(wǎng)橋 工作在 數(shù)據(jù)鏈路層 ， 它根據(jù) MAC 幀的 目的地址 對收到的幀進行轉發(fā) 。 ? 網(wǎng)橋具有 過濾幀 的功能 。 當網(wǎng)橋收到一個幀時 ，并不是向所有的端口轉發(fā)此幀 ， 而是先檢查此幀的目的 MAC 地址 ， 然后再確定將該幀轉發(fā)到哪一個端口 。 ? 網(wǎng)橋 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 站表 端口管理 軟件 網(wǎng)橋協(xié)議 實體 端口 1 端口 2 緩存 ① ② ③ 網(wǎng)段 B 網(wǎng)段 A 1 1 1 2 ① ③ ⑤ 2 ② ④ ⑥ 2 站地址 端口 網(wǎng)橋 網(wǎng)橋 ④ ⑤ ⑥ 網(wǎng)橋的內部結構 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 過濾通信量。 ? 擴大了物理范圍。 ? 提高了可靠性。 ? 可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如 10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。 ? 網(wǎng)橋帶來的好處 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 存儲轉發(fā)增加了時延。 ? 在 MAC 子層并沒有流量控制功能。 ? 具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。 ? 網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多 (不超過幾百個 )和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡擁塞。這就是所謂的 廣播風暴 。 ? 網(wǎng)橋的缺點 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 用戶層 IP MAC 站 1 用戶層 IP MAC 站 2 物理層 網(wǎng)橋 1 網(wǎng)橋 2 A B ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 用戶數(shù)據(jù) IPH MACH MACT DLH DLT ① ⑨ ② ⑧ ③ ④ ⑥ ⑦ ⑤ 物理層 DL R MAC 物理層 物理層 DL R MAC 物理層 物理層 LAN LAN 兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 集線器在轉發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。 ? 網(wǎng)橋在轉發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。 – 若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進行退避。 – 在這一點上網(wǎng)橋的接口很像一個網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡。 ? 由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此 網(wǎng)橋并不改變 它轉發(fā)的 幀的源地址 。 ? 網(wǎng)橋和集線器（或轉發(fā)器）不同 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 目前使用得最多的網(wǎng)橋是 透明網(wǎng)橋 (transparent bridge)。 ? “ 透明 ”是指局域網(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋對各站來說是看不見的。 ? 透明網(wǎng)橋是一種 即插即用設備 ，其標準是 IEEE 。 ? 透明網(wǎng)橋 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 (1) 從端口 x 收到無差錯的幀 （ 如有差錯即丟 棄 ） ， 在轉發(fā)表中查找 目的站 MAC 地址 。 (2) 如有 ， 則查找出到此 MAC 地址應當走的端口 d， 然后進行 (3)， 否則轉到 (5)。 (3) 如到這個 MAC 地址去的端口 d = x， 則丟棄此幀 （ 因為這表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉發(fā) ） 。否則從端口 d 轉發(fā)此幀 。 (4) 轉到 (6)。 ? 透明網(wǎng)橋處理幀的算法 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 透明網(wǎng)橋處理幀的算法 (5) 向網(wǎng)橋除 x 以外的所有端口轉發(fā)此幀 （ 這樣 做可保證找到目的站 ） 。 (6) 如源站不在轉發(fā)表中 ， 則將 源站 MAC 地址 加入到轉發(fā)表 ， 登記該幀進入網(wǎng)橋的端口 號 ， 設置計時器 。 然后轉到 (8)。 如源站在轉 發(fā)表中 ， 則執(zhí)行 (7)。 (7) 更新計時器 。 (8) 等待新的數(shù)據(jù)幀 。 轉到 (1)。 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ?網(wǎng)橋在轉發(fā)表中登記以下三個信息 ? 站地址 ：登記收到的幀的源 MAC 地址。 ? 端口 ：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的端口號。 ? 時間 ：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的時間。 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 透明網(wǎng)橋轉發(fā)表根據(jù)的原理 ? 轉發(fā)表中的 MAC 地址是根據(jù) 源 MAC 地址寫入的，但在進行轉發(fā)時是將此 MAC 地址當作目的地址。 ? 原理： 如果網(wǎng)橋現(xiàn)在能夠從端口 x 收到從源地址 A 發(fā)來的幀，那么以后就可以從端口 x 將幀轉發(fā)到目的地址 A。 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) ? 透明網(wǎng)橋引起的兜圈子 局域網(wǎng) 2 局域網(wǎng) 1 網(wǎng)橋 2 網(wǎng)橋 1 A F F2 ④ F1 ③ 不停地 兜圈子 ① ② A 發(fā)出的幀 ⑤ 網(wǎng)橋 1 轉發(fā)的幀 ⑥ 網(wǎng)橋 2 轉發(fā)的幀 網(wǎng)絡資源白白消耗了 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 透明網(wǎng)橋支撐樹算法 ? 這是為了避免產(chǎn)生轉發(fā)的幀在網(wǎng)絡中不斷地兜圈子。 ? 透明網(wǎng)橋支撐樹算法 ：互連在一起的網(wǎng)橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡拓撲的一個子集，在這個子集里整個連通的網(wǎng)絡中 不存在回路 。 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ?多端口網(wǎng)橋 —— 以太網(wǎng)交換機 ? 交換式集線器 (switching hub)， 可明顯地提高局域網(wǎng)的性能 。 ? 交換式集線器常稱為 以太網(wǎng)交換機 (switch)或第二層交換機 （ 表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層 ） 。 ? 以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個端口 。 因此 ， 以太網(wǎng)交換機實質上就是一個 多端口的網(wǎng)橋 ， 可見 交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層 。 b、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 以太網(wǎng)級聯(lián)與擴展 ? 以太網(wǎng)交換機的特點 ? 以太網(wǎng)交換機的每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在 全雙工方式 。 ? 交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。 ? 以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。 b、在數(shù)據(jù)鏈路層