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第4章概述计算机网络技术与实训教程2022/12/12说明：本课件的配套教材为：–《计算机网络技术与实训》出版社编著如果选用本套教材，并需要完整的各章课件，请与作者联系。–电话：–E-mail：–通信地址：2022/12/13本章主要内容了

解局域网的特点、组成熟练掌握局域网的拓扑结构掌握局域网的参考模型熟练掌握局域网介质访问控制方式掌握以太网及快速以太网组网技术2022/12/144.1局域网概述4.1.1局域网的发展和技术4.1.

2局域网的特点2022/12/154.1.1局域网的发展和技术局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是20世纪70年代后迅速发展起来的计算机网络，是一个高速的通信系统，它在较小的区域内将数据通信设备互相连接起来，使用户共享计算机资源。虽然局域网的发展只有20多年的历史，但其发展速度

很快，应用范围非常广泛。局域网技术已经涵盖共享访问技术、交换技术、高速网络技术等多种技术。2022/12/164.1.1局域网的发展和技术共享访问技术意味着挂接在局域网上的所有设备共享一个通信介质（又称物理媒体），通常是同轴电缆（Coax

ialCable）、双绞电缆（TwistedPair）或光缆（OpticalFiber）。计算机与网络的物理连接通过插在计算机内的网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）实现。网络

软件管理着网上各计算机之间的通信和资源共享。在共享访问的局域网中，数据以包的形式完成发送和接收。2022/12/174.1.1局域网的发展和技术交换技术是将传统媒介共享的网络分成一系列独立的网络，将大量的通信量分成许多小

的通信支流。交换技术的一大特征是可以虚拟网络，通过在不同局域网之间建立高速交换式连接，从根本上消除了局域网物理拓扑结构造成的拥塞和瓶颈。高速共享网络技术有光纤分布式数据接口（FiberDistributedDataInterface，FDDI）、快速以太

网（FastEthernet）技术、千兆位以太网（GigabitEthernet）技术和异步传输模式（AsynchronousTransferMode，ATM）等。2022/12/184.1.2局域网的特点局域网的特点:(1)地理范围一般不超过几公里，通常网络分布在一座办公大楼或集中的建筑群

内，为单个组织所有；(2)通信速率高，传输速率一般为10～100Mbps，甚至1000Mbps，能支持计算机间高速通信；(3)多采用分布式控制和广播式通信，可靠性高，误码率通常在11-7～11-12范围内;(4)可采用多种通信介质，如同轴电缆、双绞电缆和光缆等；(5)

易于安装、组建与维护，结点的增删容易，具有较好的灵活性。2022/12/194.2局域网的组成网络服务器工作站网络设备通信介质2022/12/1104.2.1网络服务器网上可以配置不同数量的服务器，有些服务器提供相同的服务，有些提供不同

的服务。对于专用的服务器，其技术性能的优势主要体现在通信处理能力、内存容量、磁盘空间、系统容错能力、并发处理能力及高速缓存能力等方面。2022/12/1114.2.1网络服务器从使用角度看，网络服务器可分为文件服务器、应用服务器、打印服务器等.(1)文件服务器能将大容量磁盘空间提供

给网上用户使用，接收客户机提出的数据处理和文件存取请求，向客户机提供各种服务。文件服务器除了提供文件共享的功能外，一般还提供网络用户管理、网络资源管理、网络安全管理等多项基本的网络管理功能，因此，通常简称文件服务器为服务器。文件服务器主要有四项指标，包括存取速度、存储容量、安全措

施和运行可靠性。（2）应用服务器根据在网络中用途的不同，又可分为数据库服务器、通信服务器、万维网（WordWideWeb，WWW）服务器、电子邮件（E-mail）服务器等多种服务器。2022/12/1124.2.1网络服务器(3)打印服务器局域网提供了共享打印机

的功能。如果将打印机通过打印服务器接到网上，网上任何一个客户机就能访问打印机。打印服务器接收来自客户机的打印任务，按要求完成打印。2022/12/1134.2.2工作站网络工作站是指连接到计算机网络上

并运行应用程序来实现网络应用的计算机，它是数据处理的主要场所。用户通过工作站与网络交换信息，共享网络资源。根据工作站有无外部存储器，可将其分为无盘工作站和有盘工作站；根据应用环境的不同，可将其分为事务处理工作站和图形工作站；根据操作系统的不同，又可分为DOS工作站、Windows工作站、UNIX

工作站和Linux工作站等多种工作站2022/12/1144.2.3网络设备网络设备是指用于网络通信的设备，包括网络接口卡、中继器（Repeater）、集线器（HUB）、网桥（Bridge）、交换机（Switch）、路由器（Router）

、网关（Gateway）等多种设备。2022/12/1154.2.3网络设备网络接口卡，又称网络适配器（Adapter），简称网卡。它是组成局域网的主要器件，用于网络服务器或工作站与通信介质的连接。网卡的种类很多，

根据其支持的网络标准可分为以太网卡、ATM网卡、FDDI网卡、快速以太网卡和千兆位以太网卡；根据网卡适用的主机总线类型可分为ISA网卡、PCI网卡和PCMCIA网卡；根据网卡提供的电缆接口类型可分为RJ-45接口网卡、BNC接口网卡、AUI接口网卡和光纤接口网卡等2022/12/

1164.2.3网络设备中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关都是用于网络互连的设备。中继器是网络物理层的一种介质连接设备，它通过信号的放大再生技术互连同种类型局域网段，以扩展网络长度。集线器实质上是一个多口中继器，以集线器为中心的优点

是当网络系统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作。网桥用于局域网之间的互连，工作于网络物理层和数据链路层。大多数情况下，网桥的功能都集成在交换机里面实现。传统的交换机本质上是具有流量控制能力的多端口网桥，新式的交换机一般引入路由

技术，可以完成路由器的功能，也称为三层交换机。路由器、网关一般用于局域网与广域网（WideAreaNetwork，WAN）或用于广域网之间的互连，它们具有判断网络地址和选择路径的功能，能在多网络互连环境中建立灵活

的连接。2022/12/1174.2.4通信介质通信介质是网络中信息传输的载体，是网络通信的物质基础之一。在局域网中，常用的通信介质有同轴电缆、双绞电缆和光缆，有的场合还采用无线介质（WirelessMedium）如微波

、激光、红外线和无线电等。(1)同轴电缆由中心导体、绝缘层、导体网和护套层组成。按带宽（Bandwidth）分为两类：基带同轴电缆，用于直接传输离散变化的数字信号，阻抗为50Ω；宽带同轴电缆，用于传输连续变

化的模拟信号，阻抗为75Ω(2)双绞电缆由若干对双绞线（2对或4对）外包缠护套组成。两根绝缘的金属导线扭在一起而成双绞线，线对扭在一起可减少相互间的电磁干扰。双绞电缆分为屏蔽双绞电缆（STP）和非屏蔽双绞电缆（UTP）。电子工业协会（ElectronicIndu

striesAssociation，EIA）为双绞电缆定义了多种质量级别，计算机网络常用的是第5类2022/12/1184.2.4通信介质（3）光缆由光纤芯、包层和护套层组成。光缆又称光纤电缆或简称光纤，其传输速率高，抗干

扰能力强，信号衰减极小。根据光源不同，可将光缆分为单模光纤（Single-modeFiber）电缆和多模光纤（MultimodeFiber）电缆。（4）无线介质分为微波、激光、红外线和无线电等多种形式，它们无需架设或铺埋

通信介质。选择通信介质时要考虑的因素很多，但首先应当确定主要因素。选择时可考虑的主要因素有：a.网络拓扑结构（NetworkTopology）与连接方式；b.网络覆盖的地理范围与节点间距；c.支持的数据类型与通信容量；d.环境因素与可靠性。2022

/12/1194.3局域网拓扑结构网络中各个节点相互连接的方法和型式称网络拓扑。构成局域网的拓扑结构有很多，主要有总线拓扑、星型拓扑、环型拓扑和树型拓扑等，如图4-1所示。拓扑结构的选择往往和传输介质的选择以及介质访

问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑结构时，考虑的主要因素通常是费用、灵活性和可靠性。2022/12/1204.3局域网拓扑结构a）总线型b）星型d）树型c）环型2022/12/1214.3局域网拓扑结构总线拓扑星型拓扑环型拓扑树型拓扑2022/12/1224.3.

1总线拓扑总线拓扑结构采用单个总线进行通信，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质——总线上。任何一个站的发送信号都可以沿着介质传播，而且能被其他的站接收。因为所有的节点共享一条公用的传输链路，所以一次只能由一个设备传输，这就需要采用某种形式的访问控

制策略来决定下一次哪一个站可以发送.1.总线拓扑的优点a.结构简单、易于扩充增加新的站点，可在任一点将其接入b.电缆长度短、布线容易因为所有的站点接到一个公共数据通路，因此，只需很短的电缆长度，减少了安装费用，易于布线和维护.2.总线拓扑的缺点故障诊断困难

，这是由于总线拓扑结构的网不是集中控制，故障检测需在网上各个站点上进行。2022/12/1234.3.2星型拓扑星型拓扑是由中央节点和通过点到点的链路接到中央节点的各站点组成。中央节点执行集中式通信控制策略，因此中央节点相当复杂，而各个站点的

通信处理负担都很小。一旦建立了通道连接，可以没有延迟地在连通的两个站之间传送数据。星型拓扑结构广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合。2022/12/1244.3.2星型拓扑1.星型拓扑的优点a.方便服务利用中央节点可方便地提供服务和网络重新配置。b.集中控制和故障诊断由于每个站

点直接连到中央节点，因此，故障容易检测和隔离，可很方便地将有故障的站点从系统中删除。单个连接的故障只影响一个设备，不会影响全网.c.简单的访问协议在星型拓扑中，任何一个连接只涉及到中央节点和一个站点，因此，控制介质访问的方

法很简单，致使访问协议也十分简单。2.星型拓扑的缺点a.依赖于中央节点中央节点是网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪，所以中央节点的可靠性和冗余度要求很高。b.电缆长度长每个站点直接和中央节点相连，这种拓扑结构需要大量电缆，安装、维护等费用相当可观。2022/12/1254.3.3环型拓扑在环型

拓扑结构中，各个网络节点连接成环。环路上，信息单向从一个结点传送到另一个结点，传送路径固定，没有路径选择的问题。由于多个设备共享一个环，因此需要对此进行控制，以便决定每个站在什么时候可以发送数据。这种功能是用分布控制的形式完成的，每个站都有控制发送和接收的访问逻

辑。2022/12/1264.3.3环型拓扑1.环型拓扑的优点a.结构简单、容易实现、无路径选择。b.信息传输的延迟时间相对稳定。c.所需电缆长度和总线拓扑相似，但比星型拓扑要短得多。2.环型拓扑的缺点a.可靠性较差在环上的数据传输要通过接在环上的每一个站点

，环中某一个节点出故障就会引起全网故障。b.故障诊断困难因为某一个节点故障都会使全网不工作，因此难于诊断故障，需要对每个节点进行检测。2022/12/1274.3.4树型拓扑树型拓扑可以从星型拓扑或总线拓扑演变而来，形状像一棵倒置

的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。1.树型拓扑的优点a.易于扩展从本质上看这种结构可以延伸出很多分支和子分支，新的节点和新的分支很容易加入网内。b.故障容易隔离如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将该分支和整个系统隔离开来2.树型拓扑

的缺点树型拓扑的缺点是对根的依赖性大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，因此这种结构的可靠性和星型结构相似。2022/12/1284.4局域网体系结构局域网的参考模型IEEE802标准2022/12/1294.4.1局域网的参考模型电气

电子工程师协会（IEEE）下设的IEEE802委员会在局域网的标准制定方面做了卓有成效的工作，该委员会根据局域网介质访问控制方法适用的传输介质、网络拓扑结构、性能及实现难易等考虑因素，为局域网制定了一系列的标准，称为IEEE802标准。它已被ISO采纳作为局域网的国际标准

系列，称为ISO8802标准。2022/12/1304.4.1局域网的参考模型由于ISO的开放系统互连参考模型是针对广域网设计的，因而OSI的数据链路层可以很好地解决广域网中通信子网的交换节点之间的点到点通信问题。但是，当将OSI模型应用于局域网时就

会出现一个问题：该模型的数据链路层不具备解决局域网中各站点争用共享通信介质的能力。为了解决这个问题，同时又保持与OSI模型的一致性，在将OSI模型应用于局域网时，就将数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制（LogicalLinkContr

ol，LLC）子层和介质访问控制（MediumAccessControl，MAC）子层。MAC子层处理局域网中各站对通信介质的争用问题，对于不同的网络拓扑结构可以采用不同的MAC方法。LLC子层屏蔽各种MAC子层的具体实现，将其改造成为统一的

LLC界面，从而向网络层提供一致的服务。图4-2描述了IEEE802模型与OSI模型的对应关系2022/12/1314.4.1局域网的参考模型下面简单介绍局域网各层的功能表示层应用层会话层网络层传输层数据链路层物理层MAC子层LLC子层物理层高层图4-2IEEE802模型与

OSI模型的对应关系2022/12/1324.4.1局域网的参考模型MAC子层（介质访问控制层)MAC子层是数据链路层的一个功能子层，是数据链路层的下半部分，它直接与物理层相邻。MAC子层为不同的物理介质定义了介质访问控制标准。主要功

能如下：a.传送数据时，将传送的数据组装成MAC帧，帧中包括地址和差错检测字段。b.接收数据时，将接收的数据分解成MAC帧，并进行地址识别和差错检测字段。c.管理和控制对局域网传输介质的访问。2022/12

/1334.4.1局域网的参考模型LLC子层（逻辑链路控制子层）该层在数据链路层的上半部分，在MAC层的支持下向网络层提供服务。可运行于所有802局域网和城域网协议之上。LLC子层与传输介质无关。它独立

于介质访问控制方法。隐蔽了各种802网络之间的差别，并向网络层提供一个统一的格式和接口。LLC子层的功能包括差错控制、流量控制和顺序控制，并为网络层提供面向连接和无连接的两类服务。2022/12/1344.4.2IEEE802

标准局域网技术从20世纪80年代开始迅速发展，各种局域网产品层出不穷，但是不同的设备生产商其产品互不兼容，这给网络系统的维护和扩充带来了很大的困难。为了使不同厂家生产的局域网设备能够互连互通，美国电气与电子工程师协会（InstituteofElectricalan

dElectronicsEngineers，IEEE）于1980年2月专门成立了一个局域网标准化委员会—IEEE802委员会来统一制订局域网的有关标准，这些标准统称IEEE802标准。IEEE802标准已被美国国家标准协会ANSI接受为美国国家标准，随后又被国际标准化组织ISO采纳为国际

标准，称为ISO8802标准.2022/12/1354.4.2IEEE802标准IEEE802委员会认为，由于局域网只是一个计算机通信网，而且不存在路由选择问题，因此它不需要网络层，有最低的两个层次就可以；但与此

同时，由于局域网的种类繁多，其介质访问控制方法也各不相同，因此有必要将局域网分解为更小而且更容易管理的子层。同时，因为用户需求各异，不可能使用一种单一的技术就能满足所有的需求，因此局域网技术中存在多种传输介质和多种网络拓扑，相应地介质访问控制方法就有多种，IEEE802委员会决定把几个建议都制

订为标准，而不是仅形成一个标准。2022/12/1364.4.2IEEE802标准IEEE802标准系列间的关系如图4-3所示。根据网络发展的需要，新的协议还在不断补充进IEEE802标准。IEEE802局域网标准包括：

802.7物理802.6物理802.5物理802.4物理802.3物理802.7MAC802.3MAC802.4MAC802.6MAC802.5MAC802.2逻辑链路控制802.1网际互连802.1体系结构802.1寻址、管理网际

互连逻辑链路介质访问控制物理图4-3IEEE802标准系列2022/12/1374.4.2IEEE802标准（1）IEEE802.1综述和体系结构。它除了定义IEEE802标准和OSI参考模型高的接口外，还解决寻址、网络互连和网络管理等方面的问题。（2

）IEEE802.2逻辑链路控制，定义LLC子层为网络层提供的服务。对于所有的MAC规范，LLC是共同的。（3）IEEE802.3带冲突检测的载波侦听多路访问（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD）控制方法

和物理层规范。（4）IEEE802.4令牌总线（TokenBus）访问控制方法和物理层规范。（5）IEEE802.4令牌环（TokenRing）访问控制方法和物理层规范。（6）IEEE802.6城市区域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）访问控制方法和物理层规范。（7）I

EEE802.7时隙环（SlottedRing）访问控制方法和物理层规范。2022/12/1384.5局域网介质访问控制方式局域网使用的是广播信道，即众多用户共享通信媒体，为了保证每个用户不发生冲突，能正常通信，关键问题是如何解决对信道争用。解决信道争用的协议称为介质

访问控制协议（MediumAccessControl，MAC），是数据链路层协议的一部分。局域网常用的介质访问控制协议有载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）、令牌环（TokenRing）访问控制和令牌总线访问控制。采用CSM

A/CD的以太网已是局域网的主流，本书重点介绍。2022/12/1394.5局域网介质访问控制方式载波侦听多路访问/冲突检测法令牌环访问控制方式2022/12/1404.5.1载波侦听多路访问/冲突检测法(CSMA/CD，CarrierSenseMultipleAccessW

ithCollisionDetection）是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法。最初的以太网是基于总线拓扑结构的，使用的是粗同轴电缆，所有站点共享总线，一个站点发送数据帧给某个特定站点时，总线上的所有站点都

会收到此数据帧，每个站点根据数据帧的目的地址决定是丢弃还是处理该帧.2022/12/1414.5.1载波侦听多路访问/冲突检测法总线上只能有一台计算机发送数据，否则数据信号在信道中会叠加，相互干扰，产生数据冲突，使发出数据无效。由于站点都是随机发送数据的，如果

没有一个协议来规范，所有站点都来争用同一个站点，必然会发生冲突。载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）正是解决这种冲突的协议。该协议实际上可分为“载波侦听”和“冲突检测”。2022/12/1424.5.1载波侦听多路访问/冲突检测法1.工作过程CSMA/CD又被称之为“先听后

讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下：（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。（2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。（3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与

竞争。（4）已发出信息的站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。CSMA/CD发送过程可描述如图4-4所示。2022/12/1434.5.1载波侦听多路访问/冲突检测法站点要求发送有载波？发送一帧信息有冲突？发出阻塞信

号冲突>16？延时处理放弃发送另作处理一次发送结束图4.3CSMA/CD发送过程流程图YNYNNY图4-4CSMA/CD流程图2022/12/1444.5.1载波侦听多路访问/冲突检测法2.二进制指数后退算法实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与

距离该站点最远站点信息传输时延的2倍。假设A站点与距离A站最远B站点的传输时延为T（图4-5所示），那么2T就作为一个时间单位。若该站点在信息发送后2T时间内无冲突，则该站点取得使用信道的权利。可见，要检测是否冲突，每个站点发送

的最小信息长度必须大于2T。图4-5传输延时示意图2022/12/1454.5.1载波侦听多路访问/冲突检测法在标准以太网中，2T取51.2μs。在51.2μs的时间内，对10Mbps的传输速率，可以发送512bit，即64字节

数据。因此以太网发送数据，如果发送64字节还没发生冲突，那么后续的数据将不会发生冲突。为了保证每一个站点都能检测到冲突，以太网规定最短的数据帧为64字节。在接收到的小于64字节的帧都是由于发生冲突后站点停止发送的数据片，是无效的

，应该丢弃。反过来说，如果以太网的帧小于64字节，那么有可能某个站点数据发送完毕后，没有检测到冲突，但冲突实际已经发生。2022/12/1464.5.1载波侦听多路访问/冲突检测法为了检测冲突，在每个站点的网络接口单元（NIU）中设置有相应电路，当有冲突发生时

，该站点延迟一个随机时间（2T*随机数），再重新侦听。与延迟相应的随机数一般取（0,M）之间，M=2min(10,N)。其中N为已检测到的冲突次数：冲突大于16，则放弃发送，另作处理。这种延迟算法称为二进制指数后退算法。2022/12/1474.5.1载波侦听多路访问/冲突检测法该算法有下面三种不

同的存在方式：（1）非-坚持CSMA若信道空闲，则立即发送。若信道忙，则继续侦听，直至检测到信道是空闲的，立即发送。如果有冲突，则等待一随机量的时间，重复前面的步骤。（2）1-坚持CSMA若信道忙，则不侦听，隔一段时间间隔后再侦听。若信道空闲，则立即发送。由于在信

道忙时放弃侦听，就减少了再次冲突的机会，但会使网络的平均延迟时间增加。（3）P-坚持CSMA若信道空闲，则以P的概率发送，而以（1-P）的概率延迟一个时间单位再侦听。一个时间单位通常等于最大传播时延的2倍。若信道忙，则续续侦听直至信道空闲并重复前面步骤。P-坚持CSMA算法是一

种既能像非坚持CSMA算法那样减少冲突，又能像坚持CSMA算法那样减少信道空闲时间的折中方案，最重要的是选择好概率P。由于采用冲突检测的机制，站点间只能采用半双工的通信方式。同时，当网络中的站点增多，网络流量增加时，各站点间的冲突概率大增加，网络性能变差，当站点增加到一定的范围，会造成网络

拥塞。2022/12/1484.5.2令牌环访问控制方式令牌环访问控制方式令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙（B

usy）”和“空闲（Free）”两种状态。具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站点自动应答的功能。其访问控制过程如图4-3所示。在令牌环网络中使用一个称为“令牌（TokingRi

ng）”的控制标志，令牌是一个二进制数的特殊帧，它由“忙”与“空闲”两种状态。当无信息在环上传递时，令牌处于“空闲”状态，它沿环从一个工作站到另一个工作站不停地进行传递，如图4-6（a）所示，站点A等待空闲令牌到达。2022/12/1

494.5.2令牌环访问控制方式当某个工作站准备发送信息时，则必须等待，直到检测并捕获到经过该站的“空闲”令牌为止。然后，将令牌的控制标志从“空闲”状态改为“忙”状态，并将信息帧附带在令牌帧后面一起发送，信息帧中含源地址、目的地址和要发送的数据，如图4-6

（b）所示，站点A发送信息帧。其他的工作站随时检测经过本站的帧，当发送的帧的目的地址与本站地址相符时，就接收该帧，待复制完毕再转发此帧，直到该帧沿环一周返回发送站，并收到接收站指向发送站的肯定应答信息时，才将发送的帧信息进行清除，并将令牌标志改为“空闲”状态，继续插入环中。如图4-

6（c）所示，信息帧循环一周又回到了站点A。当另一个新的工作站需要发送数据时，按前述过程，检测到令牌，修改状态，把信息装配成帧，进行新一轮的发送，2022/12/1504.5.2令牌环访问控制方式BACD（a）BACD（b）BACD（c）FreeToken站点

BusyTokenFreeToken令牌环网实时性较强，适合负载较重的网络；而以太网实时性差，适合负载较轻的网络。图4-6令牌环控制方式工作原理2022/12/1514.6以太网技术局域网发展到现在，已占据绝对地位，特别万兆以太网（10G

bit/s）的出现，使以太网的工作范围扩展到城域网，甚至广域网，实现了端到端的以太网的连接。以太网的MAC帧格式以太网的组网技术快速以太网千兆位以太网10Gbps以太网2022/12/1524.6.1以太网的MAC帧格式现在流行的总线局域网的M

AC子层的帧结构有两种标准：一种是IEEE802.3标准；另一种是DIXEthernetV2标准。如图4-7所示，两种帧结构都是由5个字段组成，但是个别字段的意义存在差别。图4-7总线局域网MAC了层的帧结构目的地址：目的计算机的MAC地址。源地址：本计算机的MAC地

址。类型：2字节，高层协议标识，表明上层使用何种协议。如，类型值为0x0800时，高层使用IP。上层协议不同，以太网帧的长度范围也有变化。2022/12/1534.6.1以太网的MAC帧格式数据：47-1500字节，上层传下来的数据。46字节是以太网帧的最小字节64字节减去前后的固定字段字节和18

字节而得到的。填充字段：保证帧长不少于64字节。当上层数据小于46字，会自动添加字节。FCS：帧校验序列，这是一个32位的循环冗余码（CRC-32）。2022/12/1544.6.2以太网的组网技术以太

网的组网技术以太网（Ethernet）是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年提出的，目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资源连接起来，以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。198

3年IEEE802委员会公布的802.3局域网络协议（CSMA/CD），基本上和Ethernet技术规范一致，于是，Ethernet技术规范成为世界上第一个局域网的工业标准。Ethernet的主要技术规范：拓扑结构：总线型。介质访问控制方式：CSMA/CD

。传输速率：10Mbps。传输介质：同轴电缆（50Ω）或双绞线。最大工作站数：1024个。最大传输距离：2.5km（采用中继器）。报文长度：64-1518Byte（不计报文前的同步序序).2022/12/1554.6.2以太网的组网技术

以太网通常使用四种传输介质：粗缆、细缆、双绞线和光纤。使用粗缆的标准以太网（10BASE-5）已很少用，不再作主要介绍。1.细缆以太网（10BASE-2）10BASE-2以太网采用0.2英寸50Ω的同轴电缆作为传输介质，传输速率为10Mbps。10BASE-2

使用网卡自带的内部收发器（MAU）和BNC接口，采用T形接头就可将两端的工作站通过细缆连接起来，组网开销低，连接方便。如图4-8所示。图4-810BASE-2以太网连接2022/12/1564.6.2以太网的组网技术2.双绞线以太网（1

0BASE-T）10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为10mbps的以太网。如图4-9所示。图4-910BASE-T以太网连接2022/12/1574.6.3快速以太网1．快速以太网（100BASE-T）简介快速以太网是在传统以太网基

础上发展的，因此它不仅保持相同的以太帧格式，而且还保留了用于以太网的CSMA/CD介质访问控制方式。由于快速以太网的速率比普通以太网提高了10倍，所以快速以太网中的桥接器、路由器和交换机都与普通以太网

不同，它们具有更快的速度和更小的延时。快速以太网具有以下特点：协议采用与10BASE-T相似的层次结构，其中LLC子层完全相同，但在MAC子层与物理层之间采用了介质无关接口。数据帧格式与10BASE-T相同，包括最小帧长为64字节，最大帧长1518字节。介质访问控制

方式仍然是CSMA/CD。传输介质采用UTP和光纤，传输速率为100Mbit/s。拓扑结构为星型结构，网络节点间最大距离为205米。2022/12/1584.6.3快速以太网2.快速以太网分类快速以太网标准分为：100BASE-TX、100BASE-FX和100B

ASE-T4三个子类。如表4-1所示。名称线缆最大距离优点100BASE-T4双绞线100m可以使用3类双绞线100BASE-TX双绞线100m全双工、5类双绞线100BASE-FX光纤200m全双工、长距离表4-1快速以太网标准2022/12/159

4.6.3快速以太网3.快速以太网接线规则快速以太网对MAC层的接口有所拓展，它的接线规则有相应变化，如图4-10所示。图4-10快速以太网接线规则•站点距离中心节点的UTP最大长度依然是100m。•增加了I级和II

级中继器规范。2022/12/1604.6.3快速以太网在10Mbit/s标准以太网中对所有介质采用同一中继器定义。100Mbit/s以太网定义了I级和II级两类中继器，两类中继器靠传输延时来划分，

延时0.7μs的为I级中继器，在0.46μs以下的为II级中继器。在一条链路上只能使用一个I级中继器，两端的链路为100m。最多可以使用2个II级中继器，可以用两段100m的链路和5m的中继器间的链路。两个站点间或站点与交换

机间的最大距离为205m。当采用光纤布线时，交换机与中继器（集线器）连接，如果采用半双工通信，两者之间的光纤最大距离为225m。如果采用全双工通信，站点到交换机间的距离可以达到2000m或更长。快速以太网仍然是基于载波侦听多路访问/冲突检测（CS

MA/CD）技术，当网络负载较重时，会造成效率低下。2022/12/1614.6.4千兆位以太网千兆位以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。

IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。1.IEEE802.3z（1）1000Base-SX1000Base-SX只支持多模光纤，可以采用直径62.5μm和50μm的多模光纤，工作波长为770nm-860nm，传输距离为550m左右。（2）1000Base

-LX1000Base-LX既可以使用多模光纤，也可以使用单模光纤。多模光纤采用直径62.5μm和50μm，工作波长为1270nm-1355nm，传输距离为550m左右。单模光纤采用直径9μm和10μm，工作波长为1

270nm-860nm，传输距离为5km左右（3）1000Base-CX1000Base-CX采用150Ω屏蔽双绞线（STP），传输距离为25m。2022/12/1624.6.4千兆位以太网2.IEEE802.3abIEEE802.3ab工作组负责制定基于

UTP的半双工链路的千兆以太网标准。IEEE802.3ab定义了基于5类UTP的1000Base-T标准，是100Base-T的自然扩展，与10Base-T、100Base-T完全兼容，其目的是在5类UTP上以1000Mbit/s速率传输100m，保护用户在5类UTP布线上的投资。

1000Base-T的其他一些重要规范使成为一种价格低廉、不易被破坏并具有良好性能的技术。（1）它支持以太网MAC，而且可以后向兼容10/100Mbit/s以太网技术。（2）很多的1000Base-T产品

都支持100/1000Mbit/s自动协商功能，1000Base-T因此可以直接在快速以太网中通过升级实现。（3）1000Base-T是一种高性能技术，它每传送100亿比特，其中错误位不会超过1个（误码率低于11-10，这与100Base-T的误率相当）。2022/12/163

4.6.510Gbps以太网2002年6月正式发布了IEEE802.3ae10Gbps标准，将802.3协议扩展到10Gbps的工作速度，并扩展以太网的应用空间，使之能够包括WAN链接。1.万兆位以太网标准的目标保留IEEE802.3帧格式不变保留IEEE802.3最小/最大帧长不

变只支持全双工运行模式不需要进行冲突检测，不再使用CSMA/CD协议。仅使用光缆作为传输介质可提供10Gb/s的城域网或局域网数据传输速率，也可以支持10.59Gb/s的广域网数据传输速率（支持SONET/SDH）2022/12/1644.6.510Gbps以太网2.IEEE

802.3ae标准的分类（1）10GBase-SRSerial：850nm短距离模块（现有多模光纤上最长传输距离85米，新型2000MHz/km多模光纤上最长传输距离300米）。（2）10GBase-LRSerial：

1310nm长距离模块（单模光纤上最长传输距离10公里）。（3）10GBase-ERSerial：1550nm超长距离模块（单模光纤上最长传输距离40公里）2022/12/1654.7练习题1.什么叫计算机局域网？它有哪些主要特点？局域网的组成包括哪几

个部分？2.局域网可以采用哪些通信介质？简述几种常见局域网拓扑结构的优缺点。3.局域网参考模型各层功能是什么？与OSI/RM参考模型有哪些不同？4.以太网采用何种介质访问控制技术？简述其原理。5.简述千兆以太网与万兆以太网的应用领域。