局域剛是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分。本事重點(diǎn)介紹最常用的局域網(wǎng)——以太網(wǎng)，在簡要給出局域網(wǎng)的概念后，從傳統(tǒng)總線式以太網(wǎng)入于，詳細(xì)討論以太網(wǎng)使用的CSMA/CD協(xié)議和MAC幀的結(jié)構(gòu)。對其中的MAC地址進(jìn)行了比較深入的討論。接著介紹了擴(kuò)展局域網(wǎng)，即使用集線器、網(wǎng)橋以及交換機(jī)對以太網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展。對快速以太網(wǎng)(100M Bit/s)和吉比特以太網(wǎng)以及10吉比特以太網(wǎng)的基本特點(diǎn)也進(jìn)行了討論。在本章的最后介紹無線局域網(wǎng)，它已引起人們?nèi)找嬖鲩L的關(guān)注。
自20世紀(jì)70年代末，微型計(jì)算機(jī)由于價(jià)格不斷下降，獲得了廣泛的使用，這就促進(jìn)了計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得局域網(wǎng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有非常重要的地位。
局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。在局域網(wǎng)剛剛出現(xiàn)時(shí)，局域網(wǎng)比廣域網(wǎng)具有較高的數(shù)據(jù)率、較低的時(shí)延和較小的誤碼率。但隨著光纖技術(shù)在廣域網(wǎng)中的普遍使用，現(xiàn)在廣域網(wǎng)也具有很高的數(shù)據(jù)率和很低的誤碼率。
一個工作在多用戶系統(tǒng)下的小型計(jì)算機(jī)，也基本上可以完成局域網(wǎng)所能完成的工作，二者相比，局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：
局域網(wǎng)可按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行分類。圖5-1(a)是星形網(wǎng)。近年來由于集線器(hub)的出現(xiàn)和雙絞線大量用于局域網(wǎng)中，星形以太網(wǎng)以及多級星形結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)獲得了非常廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)5-1(b)是環(huán)形網(wǎng)，最典型的就是令牌環(huán)形網(wǎng)(token ring)，它又稱為令牌網(wǎng)。圖5-1(c)為總線網(wǎng)，各站直接連在總線上?？偩€網(wǎng)可使用兩種協(xié)議。一種是傳統(tǒng)以太網(wǎng)使用的CSMA/CD，這種總線網(wǎng)現(xiàn)在已演進(jìn)為目前使用的最廣泛的星形網(wǎng)，而另—種是令牌傳遞總線網(wǎng)，即物理上是總線網(wǎng)而邏輯上是令牌環(huán)形網(wǎng)，但這種令牌傳遞總線網(wǎng)已經(jīng)成為歷史，早已退出了市場。圖5-1(d)是樹形網(wǎng)，它是總線網(wǎng)的變型。局域網(wǎng)經(jīng)過了近30年的發(fā)展，尤其是在快速以太網(wǎng)(100M Bit/s)和吉比特以太網(wǎng)(1G Bit/s)、10吉比特以太網(wǎng)(10G Bit/s)的進(jìn)入市場后，以太網(wǎng)已經(jīng)在局域網(wǎng)市場中占據(jù)了絕對優(yōu)勢，并幾乎成為了局城網(wǎng)的同義詞，因此，本章主要是討論以太網(wǎng)。
局域網(wǎng)可使用多種傳輸媒體。雙絞線最便宜，原來只用于低速(1～2M Bit/s)基帶局域網(wǎng)?，F(xiàn)在10M Bit/s或甚至100 M Bit/s至1G Bit/s的局域網(wǎng)也可使用雙絞線。雙絞線已成為局域網(wǎng)中的主流傳輸媒體。50歐姆同軸電纜可用到10M Bit/s，而75歐姆同軸電纜可用到幾百M Bit/s。
光纖具有很好的抗電磁干擾特性和很寬的頻帶，主要用在環(huán)形網(wǎng)中，其數(shù)據(jù)率可達(dá)100M Bit/s或甚至達(dá)到1G Bit/s?，F(xiàn)在技術(shù)發(fā)展很快，點(diǎn)到點(diǎn)線路使用光纖也逐漸增多。
媒體共享是為了使眾多用戶能夠合理而方便地共享通信媒體。媒體共享技術(shù)可分為如下兩大類：
(1)靜態(tài)劃分信道
如前面已經(jīng)介紹過的頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用和碼分復(fù)用等。用戶只要分配到信道就不會和別的用戶發(fā)生沖突。但這種劃分信道的入法不夠靈活，不適合于局城網(wǎng)和某些廣播信道的網(wǎng)絡(luò)使用。
(2)動態(tài)媒體接入控制
它又稱為多點(diǎn)接入(multiple access)，其特點(diǎn)是信道并非在用戶通信時(shí)固定分配給用戶。這里又分為兩類。
隨機(jī)接入，隨機(jī)接入的特點(diǎn)是所有的用戶可隨機(jī)地發(fā)送信息。但如果恰巧有兩個或更多的用戶在同一時(shí)刻發(fā)送信息，那么在共享媒體上就要產(chǎn)生碰撞(即發(fā)生了沖突)，使得這些用戶的發(fā)送都失敗。因此，必須有解決碰撞的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
受控接入．受控接入的特點(diǎn)是用戶不能隨機(jī)地發(fā)送信息而必須服從—定為控制。這一類的典型代表有分散控制的令牌環(huán)局域網(wǎng)和集中控制的多點(diǎn)線路探詢。
由于隨機(jī)接入的以太網(wǎng)將在本章重點(diǎn)討論。屬于受控接入的分散控制的光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI將在5.7.2節(jié)中進(jìn)行簡單的介紹。至于令牌環(huán)局域網(wǎng)和多點(diǎn)線路的探詢工作方式則由于目前已經(jīng)使用得較少，本書不再討論。
由于現(xiàn)在以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)率已演進(jìn)到每秒百兆比特、吉比特甚至10吉比特，因此通常就用“傳統(tǒng)以太網(wǎng)”來表示最早進(jìn)入市場的10M Bit/s速率的以太網(wǎng)。下面我們從傳統(tǒng)以太網(wǎng)入手來討論以太網(wǎng)的基本原理。
1. 以太網(wǎng)的兩個標(biāo)準(zhǔn)
以太網(wǎng)是美國施樂(Xerox)公司的Palo Alto研究中心(簡稱為PARC)于1975年研制成功的。那時(shí)，以太網(wǎng)是一種基帶總線局域網(wǎng)，當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)率為2.94M Bit/s。以太網(wǎng)用無源電纜作為總線來傳送數(shù)據(jù)幀，并以曾經(jīng)在歷史上表示傳播電磁波的以太(Ether)來命名。1976年7月，Metcalfe和Boggs發(fā)表他們的以太網(wǎng)里程碑論文［METC761］。1980年9月，DEC公司、英特爾(Intel)公司和施樂公司聯(lián)合提出了10M Bit/s以太網(wǎng)規(guī)約的第一個版本DIX V1(DIX是這三個公司名稱的縮寫)。1982年又修改為第二版規(guī)約(實(shí)際上也就是最后的版本)，即DIX Ethernet V2，成為世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品的規(guī)約。
在此基礎(chǔ)上，IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers，(美國)電氣和電子工程師學(xué)會)802委員會的802工作組于1983年制定了第一個IEEE的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其編號為802.3，數(shù)據(jù)串為10M Bit/s。802.3局域網(wǎng)對以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中的幀格式作了很小的一點(diǎn)更動．但允許基于這兩種標(biāo)淮的硬件實(shí)現(xiàn)可以在同一個局域網(wǎng)上互操作。以太網(wǎng)的兩個標(biāo)準(zhǔn)DIX Ethernet V2與IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此很多人也常將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”(本書也經(jīng)常不嚴(yán)格區(qū)分它們)，雖然嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIX Ethernet V2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)。
由于廠商們在商業(yè)上的激烈競爭，IEEE的802委員會未能形成一個統(tǒng)一的、“最佳的”局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，而是被迫制定了幾個不同的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如802.4令牌總線網(wǎng)、802.5令牌環(huán)內(nèi)等。為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個于層，即邏輯鏈路控制LLC(Logical Link Control)子層和媒體接入控制MAC(Medium Access Control)子層。與按入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說是都透明的，如圖5-2所示。
圖5-2 局域網(wǎng)對LLC子層來說是都透明的
然而到了20世紀(jì)90年代后，激烈競爭的局域網(wǎng)市場逐漸明朗。以太網(wǎng)在局城內(nèi)市場中已取得了壟斷地位，并且?guī)缀醭蔀榱司钟蚓W(wǎng)的代名詞。在這種情況下，邏輯鏈路控制子層LLC的作用已不大，因此很多廠商生產(chǎn)的網(wǎng)卡上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。本章介紹的以太網(wǎng)主要都是假定數(shù)據(jù)鏈路層只有一個MAC層而不考慮LLC子層。這樣做對以太網(wǎng)工作原理的討論會更加簡潔。
首先我們從—般的概念上討論一下計(jì)算機(jī)是怎樣連接到局域網(wǎng)上的。
計(jì)算機(jī)與外界局域網(wǎng)的連接是通過主機(jī)箱內(nèi)站插入一塊網(wǎng)絡(luò)接口板(或者是在筆記本電腦中插入一塊PCMCIA卡)。網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(Network Interface Card)，但現(xiàn)在更多的人愿意使用更為簡單的名稱“網(wǎng)卡”。網(wǎng)卡上面裝有處理器和存儲器(包括RAM和ROM)。網(wǎng)卡和局域網(wǎng)之間的通信是通過電纜或雙絞線以串行傳輸方式進(jìn)行的。而網(wǎng)卡和計(jì)算機(jī)之間的通信則是通過計(jì)算機(jī)主板上的I/O總線以并行傳輸方式進(jìn)行的，如圖5.3所示。因此，網(wǎng)卡的一個重要功能就是要進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。由于網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)串和計(jì)算機(jī)總線上的數(shù)據(jù)率并不相同，因此在網(wǎng)卡中必須裝有對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存的存儲芯片。在安裝網(wǎng)卡時(shí)必須將管理網(wǎng)卡的設(shè)備驅(qū)動程序安裝在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中。這個驅(qū)動程序以后就會告訴網(wǎng)卡，應(yīng)當(dāng)從存儲器的什么位置將多大的數(shù)據(jù)塊發(fā)送到局域網(wǎng)，或者應(yīng)當(dāng)在存儲器的什么位置上將局域網(wǎng)上接收到的數(shù)據(jù)塊存儲下來。網(wǎng)卡還要能夠?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。
網(wǎng)卡不是完全自治的單元，通常稱為半自治單元。當(dāng)網(wǎng)卡收到一個有差錯的幀時(shí)，它就丟棄此幀而不必通知它所插入的計(jì)算機(jī)。當(dāng)網(wǎng)卡收到一個正確的幀時(shí)，它就使用中斷來通知該計(jì)算機(jī)并交付給網(wǎng)絡(luò)層。當(dāng)計(jì)算機(jī)要發(fā)送一個IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就由協(xié)議棧向下交給網(wǎng)卡組裝成幀后發(fā)送到局域網(wǎng)。但網(wǎng)卡不是獨(dú)立的自治單元，因?yàn)榫W(wǎng)卡本身不帶電源而是必須使用所插入的計(jì)算機(jī)的電源，并受該計(jì)算機(jī)的控制。關(guān)于網(wǎng)卡后面還要討論。
圖5.3 計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)卡和局域網(wǎng)進(jìn)行通信
2. CSMA/CD協(xié)議
當(dāng)初提出以太網(wǎng)的方案是按照下面的思路。要尋找很簡單的方法將—些相距較近的計(jì)算機(jī)互相連接起來，使它們可以很方便和很可靠地進(jìn)行較高速率的數(shù)據(jù)通信。
以太網(wǎng)將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠?？偩€的特點(diǎn)是：當(dāng)一臺計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的所有計(jì)算機(jī)都能檢測到這個數(shù)據(jù)。這種通信方式是廣播通信。但我們并不總是希望使用廣播通信。為了在總線上實(shí)現(xiàn)一對—的通信，可以使每一臺計(jì)算機(jī)擁有一個與其他計(jì)算機(jī)都不同的地址。在發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，在幀的首部寫明接收站的地址?，F(xiàn)在的電子技術(shù)可以很容易地做到：僅當(dāng)數(shù)據(jù)幀中的目的地址與計(jì)算機(jī)的地址一致時(shí)，該計(jì)算機(jī)才能接收這個數(shù)據(jù)幀。計(jì)算機(jī)對不是發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)幀，則—律不接收。
圖5-4 以太網(wǎng)的通信方案
圖5-4是上述概念的示意圖。設(shè)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)B向D發(fā)送數(shù)據(jù)。總線上的每個工作的計(jì)算機(jī)都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，但由于只有計(jì)算機(jī)D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址—致。因此只有D才接收這個數(shù)據(jù)幀。而其他所有的計(jì)算機(jī)(A、C和E)都不能接收這個數(shù)據(jù)幀。這樣，具有廣播特性的總線上就實(shí)現(xiàn)了一對—的通信?？偩€兩端的匹配電阻是為了吸收在總線上傳報(bào)的電磁波信號的能量，避免了在總線上產(chǎn)生有害的電磁波反射。
人們也常把局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)稱為“主機(jī)”、“工作站”、“站點(diǎn)”或“站”。
為了通情的簡便，以太網(wǎng)采取了兩種方法。第一，采用無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。第二，不要求收到數(shù)據(jù)的目的站發(fā)回確認(rèn)。不要確認(rèn)的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯的概率是很小的。因此，以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當(dāng)目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時(shí)(例如，用CRC查出有差錯)，就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由上面的高層來做。例如，高層在經(jīng)過一定的時(shí)間后，沒有收到對方的確認(rèn)，就重新發(fā)送這個幀。但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當(dāng)作是一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。
剩下的一個重要問題就是如何協(xié)調(diào)總線上各計(jì)算機(jī)的工作。我們知道，總線上只要有一臺計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，總線的傳輸資源就被占用。因此，在同一時(shí)間只能允許一臺計(jì)算機(jī)發(fā)送信息，否則各計(jì)算機(jī)之間就會互相干擾，結(jié)果大家都無法正常發(fā)送數(shù)據(jù)。
以太網(wǎng)采用的協(xié)調(diào)方法是使用—種特殊的協(xié)議，即CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測。下面是CSMA/CD的要點(diǎn)。
“多點(diǎn)接入”就是說明這是總線網(wǎng)絡(luò)，許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上。協(xié)議的實(shí)質(zhì)是“載波監(jiān)聽”和“碰撞檢測”。
“載波監(jiān)聽”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。
這里要指出，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特編碼的信號(在第3章已經(jīng)過，使用曼徹斯特編碼是為了便于接收端提取位同步信號)。因此總線上并沒有什么“載波”。另外，以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)率至少是10M Bit/s。這樣高速率的數(shù)字信號人耳朵也不可能聽見它的聲音。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。
“碰撞檢測”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。當(dāng)幾個站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信號電壓擺動值將會增大(互相疊加)。當(dāng)一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時(shí)，就認(rèn)為總線上出現(xiàn)了至少有兩個站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。在發(fā)生碰撞時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。因此，每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源．然后等待—段隨機(jī)時(shí)間再次發(fā)送。
圖5-5 傳播時(shí)延對載波監(jiān)聽的影響
既然每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前已經(jīng)監(jiān)聽到信道為“空閑”，那么為什么還會出現(xiàn)數(shù)據(jù)在總線上的碰撞呢 這是因?yàn)殡姶挪ㄔ诳偩€上總是以有限的速率傳播的。因此當(dāng)某個站監(jiān)聽到總線是空閑時(shí)，也可能總線并非是空閑的。如圖5-5所示的例子可以說明這種情況。設(shè)圖中的局域網(wǎng)兩端的站A和B相距1km，用同軸電纜相連。電磁波在1km電纜的傳播時(shí)延約為5ps(這個數(shù)字應(yīng)當(dāng)記住)。因此；A向B發(fā)出的情息，在約5us后才能傳送到B。換言之，B若在A發(fā)送的信息到達(dá)B之前發(fā)送自己的幀(因?yàn)檫@時(shí)B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時(shí)間和 A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。在局城網(wǎng)的分析中，常將總線上的單程端到端傳播時(shí)延記為r，發(fā)送數(shù)據(jù)的站希望盡早知道是否發(fā)生了碰撞。那么，A發(fā)送數(shù)據(jù)后，最遲要經(jīng)過多長時(shí)間才能知道自己發(fā)送的數(shù)據(jù)和其他站發(fā)送的數(shù)據(jù)有沒有發(fā)生碰撞？從圖5-5不難看出．這個時(shí)間最多是兩倍的總線端到端的傳播時(shí)延(2r)，或總線的端到端往返傳播時(shí)延。由于局域網(wǎng)上任意兩個站之間的傳播時(shí)延有長有短，因此局域網(wǎng)按最壞情況設(shè)計(jì)，即取總線兩端的兩個站之間的傳播時(shí)延(這兩個站之間的距離最大)為端到端傳播時(shí)延。
顯然，在使用CSMA/CD協(xié)議時(shí)，一個站不可能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。因此使用CSMA/CD
協(xié)議的以太網(wǎng)不可能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信(半雙工通信)。
下面是圖5-5中的一些重要的時(shí)刻。
在t＝0,時(shí)，A發(fā)送數(shù)據(jù)。B檢測到信道為空閑。
在t＝r-b時(shí)， A發(fā)送的數(shù)據(jù)還沒有到達(dá)B時(shí)，由于B檢測到信道是空閑，因此B發(fā)送數(shù)據(jù)。
經(jīng)過時(shí)間b/2后，即t=r-b/2時(shí)，A發(fā)送的數(shù)據(jù)和B發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)生了碰撞。
在t=r時(shí)，B檢測到發(fā)生了碰撞，于是停止發(fā)送數(shù)據(jù)。
在t＝2r-b時(shí)，A也檢測到發(fā)生了碰撞，因而也停止發(fā)送數(shù)據(jù)。
A和B發(fā)送數(shù)據(jù)均失?。鼈兌家纪七t—段時(shí)間再重新發(fā)送。
由此可見，每一個站在自己發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。這一小段時(shí)間是不確定的，它取決于另一個發(fā)送數(shù)據(jù)的站到本地的距離。如果發(fā)生了碰撞，發(fā)送數(shù)據(jù)的站就必須推遲—段時(shí)間重新發(fā)送。因此，以太網(wǎng)不能保證一定在某一時(shí)間之內(nèi)能夠?qū)⒆约旱臄?shù)據(jù)幀成功地受送出去(因?yàn)檫€不知道會個會產(chǎn)生碰撞)。以太網(wǎng)的這一特點(diǎn)稱為發(fā)送的不確定性。但實(shí)驗(yàn)證明，只要整個網(wǎng)絡(luò)的通信量不是太大，以太網(wǎng)還是能夠很好地工作的。
4.爭用期
從圖5-5可以看出，最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的A站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后最多經(jīng)過時(shí)間2r就可知道所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。這就是b->0的情況.因此以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延2r稱為爭用期(contention period)，它是—個很重要的參數(shù)。爭用期又稱為碰撞窗口(collision window)。這是因?yàn)椤獋€站在發(fā)送完數(shù)據(jù)后，只有通過爭用期的“考驗(yàn)”，即經(jīng)過爭用期這段時(shí)間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞了。
現(xiàn)在考慮一種情況，當(dāng)某個站正在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，有另外兩個站有數(shù)據(jù)要發(fā)送。這兩個站進(jìn)行載波監(jiān)聽，發(fā)現(xiàn)總線忙，于是就等待。當(dāng)它們發(fā)現(xiàn)總線變?yōu)榭臻e時(shí)，就立即發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。但這必然產(chǎn)生碰撞。經(jīng)碰撞檢測發(fā)現(xiàn)了碰撞，就停止發(fā)送。然后再重新發(fā)送。這樣下去，一直不能發(fā)送成功。因此必須設(shè)法解決這個問題。
以太網(wǎng)使用截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)類型(truncated binary exponential type)的退避算法來解決這一難題。截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)類型退避算法很簡單，具體做法是：
(1)讓發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，不是立即再發(fā)送數(shù)據(jù)，而是推遲(這叫做退避)一個隨機(jī)的時(shí)間。這樣做是為了推遲重傳而再次發(fā)生沖突的概率減小。
(2)確定基本退避時(shí)間，—般是取為爭用期2r。
(3)定義—個參數(shù)k，它等于重傳的次數(shù)，但不超過10。因此，k＝Min［重傳次數(shù)，10］。
(4)從離散的整數(shù)集合[0,1,…,(2^k-1)]中隨機(jī)地取出一個數(shù)，記為f。重傳需要推遲的時(shí)間就是f倍的基本退避時(shí)間。
(5)當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時(shí)(這表明同時(shí)打算發(fā)送數(shù)據(jù)的站太多，以致連續(xù)發(fā)生沖突)，則丟棄該幀，并向高層報(bào)告。
例如，計(jì)第1次重傳時(shí)，k＝1，f＝0或1。因此重傳推遲的時(shí)間是0或2r。在第2次重傳時(shí)，k＝2，f＝0,1,2,3。因此重傳推遲的時(shí)間是在0,2r,3r和6r這四個數(shù)之間隨機(jī)地選取一個。依此類推。可見若連續(xù)多次發(fā)生沖突，就表明有能有較多的站參與爭用信道，因此，各站應(yīng)在更大的整數(shù)集合中隨機(jī)選擇自己的退避時(shí)間，這樣才能減小再次沖突的概率。
使用上述退避算法可使重傳需要推遲的平均時(shí)間隨重傳次數(shù)而增大(這也稱為動態(tài)退避)，有利于使整個系統(tǒng)是穩(wěn)定的。
以太網(wǎng)取51.2us為爭用期的長度。對于10M Bit/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。因此以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，那么后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。換句話說，如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到?jīng)_突就立即停止發(fā)送，因此以太網(wǎng)規(guī)定，凡長度小于64字節(jié)的幀都是無效幀。
需要指出，以太網(wǎng)的端到端時(shí)延并不等于爭用期的一半。爭用期被規(guī)定為51．2us，不僅是考慮了以太網(wǎng)的端到端時(shí)延，而且還考慮了其他的許多因素，如可能存在的轉(zhuǎn)發(fā)器所增加的時(shí)延，以及強(qiáng)化碰撞的干擾信號的持續(xù)時(shí)間等。
為了使每個站都能盡可能早地知道是否發(fā)生了碰撞，以太網(wǎng)還采取一種叫做強(qiáng)化碰撞的措施。這就是當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)，除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jamming signal)，以便讓所所用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞如圖5-6所示。
圖5-6 人為干擾信號的加入
從圖5-6可以看出，A站從發(fā)送數(shù)據(jù)開始到發(fā)現(xiàn)碰撞并停止發(fā)送的時(shí)間間隔是Tb。A站得知碰撞已經(jīng)發(fā)生時(shí)所發(fā)送的強(qiáng)化碰撞的干擾信號的持續(xù)時(shí)間是Tj。圖中的B站在得知發(fā)生碰撞后，也要發(fā)送干擾信號，但為簡單起見，圖5-6沒有畫出B站所發(fā)送的干擾信號。發(fā)生碰撞使A浪費(fèi)時(shí)間Tb+tj。可是整個信道被占用的時(shí)間還要增加一個單程端到端的傳播時(shí)延r。因此總線被占用的時(shí)間是Tb+tj+r。
傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種，即粗纜、細(xì)纜、銅線和光纜。這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層，即10BASE5(粗纜)、10BASE2(細(xì)纜)、10BASE—T(雙絞線)和10BASE—F(光纜)。這里“BASE”表示電纜上的信號是基帶信號，采用曼徹斯特編碼，如圖3-8所示。BASE前面的數(shù)字“10”表示數(shù)據(jù)率為10M Bit/s，而后面的數(shù)字5或2表示每—段電纜的最大長度為500 m或200m(實(shí)際上是185m)，目前使用得最廣泛的是雙絞線傳輸媒體。
圖5-7給出了用銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)的示意圖。圖5-8(a)是10BASE5以太網(wǎng)的連接方法。這種以太網(wǎng)稱為粗纜以太網(wǎng)(電纜直徑為10mm，特性阻抗為50歐姆)。圖5-8(b)是細(xì)纜以太網(wǎng)，圖5-8(c)是使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)。
(a) (b) (c)
圖5-7 銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)的示意圖
粗纜以太網(wǎng)是最初使用的以太網(wǎng)，其網(wǎng)卡通過DB-15型連接器(15針)與收發(fā)器電纜(transceiver cable)相連，收發(fā)器電纜的正式名稱是AUl電纜。AUI是連接單元接口(Attachment Unit Interface)的縮寫。收發(fā)器電纜的另一端連接到收發(fā)器(transceiver)。收發(fā)器電纜的長度不能超過50m。收發(fā)器由兩部分組成，一部分是含有電子元器件的媒體連接單元MAU(Medium Attachment Unit），另一部分是沒有電子元器件的插入式分接頭(tap)，稱為媒體相關(guān)接口MDI (Medium Dependent Interface)，它直接插入到電線中(不用切斷電纜)就能和同軸電纜的內(nèi)部導(dǎo)線有良好的接觸連接。
粗纜以太網(wǎng)的網(wǎng)卡包括了處理通信所用到的數(shù)字電路，如地址確認(rèn)和差錯檢測。網(wǎng)卡還使用總線與主機(jī)交換數(shù)據(jù)，并使用中斷機(jī)制來通知CPU等操作已經(jīng)結(jié)束。這種網(wǎng)卡不包括模擬硬件，也不處理模擬信號。
收發(fā)器的功能如下：
(1)從計(jì)算機(jī)經(jīng)收發(fā)器電線得到數(shù)據(jù)向同軸電纜發(fā)送，或反過來，從同軸電纜接收數(shù)據(jù)經(jīng)收發(fā)器電纜送給計(jì)算機(jī)。
(2)檢測在同軸電纜中發(fā)生的數(shù)據(jù)幀的碰撞。
(3)在同軸電纜和電纜接口的電子設(shè)備之間進(jìn)行電氣隔離。
(4)當(dāng)收發(fā)器或所連接的計(jì)算機(jī)出故障時(shí)，保護(hù)同軸電纜不受其影響。
上述最后一個功能叫做超長控制(jabber control)。當(dāng)收發(fā)器或所連接的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，就有可能向總線上不停地發(fā)送無規(guī)律的數(shù)據(jù)，使總線上所有的站都不能工作。為了避免這種現(xiàn)象，必須對所有的站發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的長度設(shè)一上限。當(dāng)檢測到某個數(shù)據(jù)幀的長度越過此上限值時(shí)，即認(rèn)為該站以了故障，接著就自動禁止該站向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。
為什么以太網(wǎng)要限制同軸電纜的長度呢？這是因?yàn)樾盘栄乜偩€傳播時(shí)必然產(chǎn)生衰減。若總線太長，則經(jīng)總線傳播的信號將會衰減變得很弱，以致影響載波監(jiān)聽和碰撞檢測的正常工作，因此，以太網(wǎng)所用的這種同軸電纜的最大長度被限制為500m。若實(shí)際網(wǎng)絡(luò)需要跨越更長的距離，就必須采用轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)將信號放大并整形后再轉(zhuǎn)發(fā)出去。轉(zhuǎn)發(fā)器又稱為中繼器，它工作在物理層，轉(zhuǎn)發(fā)器的作用是消除信號由于經(jīng)過一長段電纜而造成的失真和衰減，使信號的波形和強(qiáng)度達(dá)到所要求的指標(biāo)。用轉(zhuǎn)發(fā)器連接起來的幾個網(wǎng)段仍然是一個局域網(wǎng)。
下面研究一下以太網(wǎng)的最大作用距離。
考慮到電纜的衰減和時(shí)延等因素，在802.3標(biāo)準(zhǔn)中對傳輸系統(tǒng)的要求做了詳細(xì)的規(guī)定。例如，在任意兩個站之間最多可以有三個同軸電纜段。所以在圖5-9中畫出了由三段同軸電纜連接成的以太網(wǎng)網(wǎng)段(segment)。802.3標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，接到轉(zhuǎn)發(fā)器的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的總長度不能超過1000m。在圖5-8中，網(wǎng)段1和網(wǎng)段2各通過一個轉(zhuǎn)發(fā)器經(jīng)過750 m的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路相連，而網(wǎng)段2和網(wǎng)段3各通過一個轉(zhuǎn)發(fā)器經(jīng)過250 m的點(diǎn)列點(diǎn)鏈路相連。這樣，三段500 m長的電纜，加上總長度為1000m的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，共2500 m。如果算上6節(jié)各50m長的收發(fā)器電纜，則整個局域網(wǎng)的最大作用距離達(dá)到2.8km。為了減少兩個轉(zhuǎn)發(fā)器之間較長鏈路上帶來的干擾，可采用光纖鏈路。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)叫做轉(zhuǎn)發(fā)器之間的光纖鏈路FOIRL(Fiber Optic Inter-Repeater Link)，其最大長度為1km，上面?zhèn)魉?/span>10M Bit/s的基帶信號。與光纖相連的媒體連接單元叫做FOMAU。
圖 5-8 以太網(wǎng)的最大作用距離
以太網(wǎng)還規(guī)定—個網(wǎng)上的最大站數(shù)為1024，實(shí)際上這樣大的數(shù)字是達(dá)不到的。因?yàn)榘凑找蕴W(wǎng)的規(guī)約，每個同軸電纜段最多只能安裝100個站。
為了克服10BASE5粗纜以太網(wǎng)的布線很貴且安裝不便這個缺點(diǎn)，1985年細(xì)纜以太網(wǎng)10BASE2的標(biāo)準(zhǔn)問世了。這種細(xì)纜以太網(wǎng)的特點(diǎn)是：第一，采用更便宜的直徑為5mm的細(xì)同軸電纜(特性阻抗仍為50歐姆)，可代替粗同軸電線。細(xì)纜在布線轉(zhuǎn)角處易于轉(zhuǎn)彎，并可直接連接到機(jī)箱。網(wǎng)絡(luò)的每個段最長為185m，因此這種細(xì)纜以太網(wǎng)就簡記為10BASE2(2表示距離約為200m)。第二，將媒體連接單元MAU和媒體相關(guān)接口MDI都安裝在網(wǎng)卡上，取消了外部的AUI電纜。細(xì)纜直接用標(biāo)準(zhǔn)BNC-T型接頭連接到網(wǎng)卡上的BNC連接器的插口。但細(xì)纜在裝上BNC接頭時(shí)必須先切斷電纜，如圖5-7(b)所示。
隨著集成度的提高，網(wǎng)卡上芯片的個數(shù)不斷減少，雖然現(xiàn)在各廠家生產(chǎn)的網(wǎng)卡種類繁多，但其功能大同小異。網(wǎng)卡的功能主要有以下三個：
(1)數(shù)據(jù)的封裝與解封，發(fā)送時(shí)將上一層交下來的數(shù)據(jù)加上首部和尾部，成為以太網(wǎng)的幀。接收時(shí)將以太網(wǎng)的幀剝?nèi)ナ撞亢臀膊?，然后送交上—層?/span>
(2)鏈路管理，主要是(CSMA/CD協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。
(3)編碼與譯碼．即曼徹斯特編碼與譯碼。
人們在10BASE2局域網(wǎng)的實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)了它的缺點(diǎn)，這就是當(dāng)細(xì)纜總線上某個電纜接頭處發(fā)生短路或開路時(shí)，確定故障點(diǎn)相當(dāng)麻煩(尤其是當(dāng)總線上的站點(diǎn)數(shù)很多時(shí))。要排除名種故障就必須使整個網(wǎng)絡(luò)停止工作。此外，細(xì)纜布線仍不夠方便，價(jià)格也仍偏高。考慮到便于維護(hù)局域網(wǎng)，人們又像電話網(wǎng)那樣使用星形網(wǎng)拓?fù)洌挥秒娎|而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。在星形網(wǎng)的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)。雙絞線以太網(wǎng)總是和集線器配合使用的。圖5-8(3)是使用集線器時(shí)的連網(wǎng)方法。
1990年IEEE制定出10BASE-T的標(biāo)準(zhǔn)802.3i。“10”代表10 M Bit/s的數(shù)據(jù)率，T代表雙絞線星形網(wǎng)。但10BSE-T的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過100m。這種10 M Bit/s速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BAsE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。
使雙紋線能夠傳送高速數(shù)據(jù)的主要措施是將雙絞線的絞合度做得非常精確。這樣不僅可使特性阻抗均勻以減少失真，而且大大減少了電磁波輻射和無線電頻率的干擾。在多對雙絞線的電纜中，還要使用更加復(fù)雜的絞合方法。
集線器的—些特點(diǎn)如下：
(1)從表面上看，使用集線器的局域阿在物理上是一個星形網(wǎng)，但由于集線器是使用電子器件來模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。也就是說，使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD協(xié)議，并共享邏輯上的總線。網(wǎng)絡(luò)中的各個計(jì)算機(jī)必須競爭對傳輸媒體的控制，并且在一個特定時(shí)間至多只有一臺計(jì)算機(jī)能夠發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，這種10BASE-T以太網(wǎng)又稱為星型總線(star-shaped bus)或盒中總線(bus in a box)。
(2)一個集線器行許多端口，例如，8至16個，每個端口通過R-45插頭(與電話機(jī)使用的插頭相似，但略大一些)用兩對雙絞線與—個工作站上的網(wǎng)卡相連(這種插座可連接4對雙絞線，實(shí)際上只用2對，即發(fā)送和接收各使用一對雙絞線)。因此，一個集線器很像一個多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器。
圖5-9三端口集線器的示意圖
(3)集線器和轉(zhuǎn)發(fā)器都是工作在物理層，它的每個端口都具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)集線器的某個端口接收到工作站發(fā)來的比特時(shí)，就簡單地將該比特向所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)。若兩個端口同時(shí)有信號輸入(即發(fā)生碰撞，那么所有的端口都收不到正確的幀。為了說明上述原理，圖5-9給出三個端口的集線器的示意圖(實(shí)際上集線器不會只有三個端口)。
(4)集線器采用了專門的芯片，進(jìn)行自適應(yīng)串音回波抵消。這樣就可使端口轉(zhuǎn)發(fā)出去的較強(qiáng)信號不致對該端口接收到的較弱信號產(chǎn)生干擾(這種干擾即近端串音)。每個比特在轉(zhuǎn)發(fā)之前還要進(jìn)行再生整形并重新定時(shí)。
集線器本身必須非?？煽?，現(xiàn)在的堆疊式(stackable)集線器由4～8個集線器一個疊在另一個上面構(gòu)成。一般都有少量的容錯能力和網(wǎng)絡(luò)管理功能。模塊化的機(jī)箱式智能集線器有很高的可靠性。它全部的網(wǎng)絡(luò)功能都以模塊方式實(shí)現(xiàn)。各模塊均可進(jìn)行熱插拔，可在不斷電的情況下更換或增加新模塊。集線器上的指示燈還可顯示網(wǎng)絡(luò)上的故障情況，給網(wǎng)絡(luò)的管理帶來了很大的方便。
有一些以太網(wǎng)卡同時(shí)備有粗纜、細(xì)纜和雙絞線的接口。這樣就可以組成混合傳輸媒體的局城網(wǎng)。一般說來，主干線最好采用粗纜。利用多端口轉(zhuǎn)發(fā)器可連接多段細(xì)纜組成的網(wǎng)段。
下面我們討論以太網(wǎng)的最大信道利用率。
我們假定：
(1)總線上共有N個站，每個站發(fā)送幀的概率都是p。
(2)爭用期長度為2r，是端到端的傳輸時(shí)延的兩倍。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號。
(3)幀長為L(bit)，發(fā)送速率為C(bit/s)，因而幀的發(fā)送時(shí)間為L/C=t0(s)。
這樣，一個幀從開始發(fā)送，經(jīng)碰撞后再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑(即再經(jīng)過時(shí)間r使得信道上無信號傳播)時(shí)為止，共需的平均時(shí)間為Tav。
圖5-10 以太網(wǎng)的信道的占用期
令A為某個站發(fā)送成功的概率，則顯然，某個站發(fā)送失敗的概率為1-A。因此，
爭用期平均個數(shù)即幀重發(fā)的次數(shù)Nr：
由此求出以太網(wǎng)的信道利用率(它又稱為歸一化吞吐量)：
是一個非常重要的參數(shù)。參數(shù)a是總線的單線傳播時(shí)延與幀的發(fā)送時(shí)延之比。
從(5-4)式可看出，若設(shè)法使A為最大，則可獲得最大的信道利用率。將(5-4)式對P求極大值，得出p＝1/N時(shí)可使A等于其極大值Amax：
當(dāng)N->∞時(shí)，Amax1/e≈0.368。實(shí)際上，只要有十幾個站，Amax就接近于0.386這個極限值了。這點(diǎn)從具體的數(shù)值計(jì)算即可看出：
將(5-6)式中的Amax值代入(5-4)式，即得出信道利用率的最大值Smax。
圖5-11畫的是在不同幀長下Smax與總線上的站數(shù)的關(guān)系曲線。這里設(shè)總線長度為1km，因而單程端到端的時(shí)延約為5us。設(shè)數(shù)據(jù)率為5M Bit/s。幀長分別為1024、512、256和128bit。與幀長相對應(yīng)的a值也出在曲線上。N＝1末畫出，因?yàn)椤獋€站無法進(jìn)行通信。從圖5—10可以看出，只要站數(shù)N不是太小，Smax就與N的數(shù)值基本無關(guān)。但我們應(yīng)沒意到，若幀越短，則參數(shù)a就越大，信道利用率的最大值Smax就越小。
圖5-11不同幀長下Smax與總線上的站數(shù)的關(guān)系曲線
這里要特別強(qiáng)調(diào)的是：圖5-11所示的Smax曲線，是假定了各站發(fā)送幀的概率均為理想的最佳值，并在此假定下求出Amax，然后再算出Smax。若不是這樣，則A<Amax，因而相應(yīng)的S值也必然小于圖中所示的Smax。所以圖5-13所示的Smax乃是實(shí)際上的信道利用率S所能達(dá)到的一個理想化的極限值。當(dāng)取A＝Amax＝0.369時(shí)，(5-4)式可簡化為：
這樣就可更清楚地看出參數(shù)a對信道利用率最大值Smax的影響。若a->0。則信道利用率的最大值可達(dá)到100％。這里的物理意義是很清楚的。當(dāng)a->0時(shí)，只要—發(fā)生碰撞，就立即檢測出來，并立即停止發(fā)送，信道的資源不會浪費(fèi)。
順便指出，在一些文獻(xiàn)或書籍中的類似公式里，參數(shù)a前面的系數(shù)可能不是4.44，讀者應(yīng)自己找出為什么會有這個差別。
我們再強(qiáng)調(diào)一下公式(5-7)的前提。這就是各站都以同樣的概率(此概率可使發(fā)送的成功率最大)隨機(jī)地發(fā)送數(shù)據(jù)(因而不可避免地要產(chǎn)生碰撞)。在這種情況下，根據(jù)(5-3)式，爭用期的平均個數(shù)Nr是(1-0.369)/0.369＝1.71。
現(xiàn)在我們假設(shè)一種更加理想化的情況。假定以太網(wǎng)上的各站發(fā)送數(shù)據(jù)都不會產(chǎn)生碰撞(這顯然已經(jīng)不是CSMA/CD而是需要使用一種特殊的調(diào)度方法)，并且能夠非常有效地利用網(wǎng)絡(luò)的傳輸資源，即總線一旦空閑就有某一個站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣，發(fā)送—幀占用線路的時(shí)間是T0+r，而幀本身的發(fā)送時(shí)延是T0。于是我們可計(jì)算出極限信道利用率為：
(5-8)式的意義并非表明我們可以得到這種極限信道利用率。(5-8)式指出了參數(shù)a遠(yuǎn)小于1才能得到盡可能高的極限傳輸利用率。反之，若參數(shù)a遠(yuǎn)大于1，則極限信道利用率就遠(yuǎn)小于1，而這時(shí)實(shí)際的信道利用率就更小了。
圖5-14可以用來說明參數(shù)a>1時(shí)的傳送利用情況。圖中設(shè)a＝4，即信道的端到端傳播時(shí)延r是幀的發(fā)送時(shí)間T0的4倍。假定在t＝0時(shí)A站開始發(fā)送—個幀。當(dāng)t＝T0時(shí)，A發(fā)送的第一個比特剛走完信道全長的1/4。當(dāng)t＝4T0時(shí)，A發(fā)送的第—個比特正好到達(dá)B站。再經(jīng)過時(shí)間T0(即當(dāng)t＝5T0時(shí))信道才恢復(fù)到空閑狀態(tài)。
從圖5-14可看出，參數(shù)a＝4使得信道利用率很低。在數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間，信道并沒有被比特填滿。因此局域網(wǎng)若工作在這種狀態(tài)就不可能獲得較高的信道利用率。
參數(shù)a可以很容易地和第3章介紹的時(shí)延帶寬積聯(lián)系起來?？紤]到T0是幀長L與數(shù)據(jù)的發(fā)送速率C之比，于是參數(shù)a可寫為：
(5-9)式的分子正是第1章介紹的時(shí)延帶寬積?；蛞员忍貫閱挝坏男诺篱L度，而分母是以比特為單位的幀長(幀長有時(shí)也用幀的發(fā)送時(shí)間來度量，這就是T0)。對于典型的以太網(wǎng)，如數(shù)據(jù)率C＝10M Bit/s，傳播時(shí)延r＝5us，幀長L＝5000bit，則算出參數(shù)a＝0.01。這表明以比特為單位的信道長度只有幀長的1/100。因此，發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，其數(shù)據(jù)比特很容易就把信道填滿。圖5-15畫出了參數(shù)a＝0.01時(shí)的信道利用情況?？梢钥闯觯?dāng)t＝0.5r時(shí)(即僅僅發(fā)送了幀長的1/120)，信道就已經(jīng)被數(shù)據(jù)幀的比特填滿了一半。當(dāng)t＝r時(shí)，信道已被數(shù)據(jù)比特完全填滿，一直到t＝100r時(shí)都是這樣。當(dāng)t＝101r時(shí)，信道才達(dá)到空閑狀態(tài)。
在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址(因?yàn)檫@種地址用在MAC幀中)。
大家知道，在所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，標(biāo)識系統(tǒng)(identification system)都是一個核心問題。在標(biāo)識系統(tǒng)中，地址就是為識別某個系統(tǒng)的一個非常重要的標(biāo)識符。在討論地址問題時(shí)，很多人常常引用著名文獻(xiàn)［SHOC78]給出的如下定義：
“名字指出我們所要尋找的那個資源，地址指出那個資源在何處，路由告訴我們?nèi)绾蔚竭_(dá)該處。”
這個非形式的定義固然很簡單，但有時(shí)不夠準(zhǔn)確。嚴(yán)格地講，名字應(yīng)當(dāng)與系統(tǒng)的所在地?zé)o關(guān)。這就像我們每一個人的名字一樣，不隨我們所處的地點(diǎn)而改變。但是802標(biāo)準(zhǔn)為局域網(wǎng)規(guī)定了一種48bit的全球地址(一般都簡稱為“地址”)，是指局域網(wǎng)上的每一臺計(jì)算機(jī)所插入的網(wǎng)卡上的地址。因此：
(1) 假定連接在局域網(wǎng)的一臺計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡壞了而我們更換了一個新的網(wǎng)卡，那么這臺計(jì)算機(jī)的局域網(wǎng)的“地址”也就改變了，即使這臺計(jì)算機(jī)的地形位置一點(diǎn)也沒有變化。所接入的局城網(wǎng)也沒有任何改變。
(2) 假定我們將位于南京的某局城網(wǎng)上的一臺計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移到北京。并連接在北京的某局域網(wǎng)上。雖然這臺計(jì)算機(jī)的地理位置改變了，但只要這臺計(jì)算機(jī)中的網(wǎng)卡不變，那么這臺計(jì)算機(jī)在北京的局域網(wǎng)中的“地址”仍然和它在南京的局域網(wǎng)中的“地址”一樣。
因此可見，802標(biāo)準(zhǔn)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個站的“名字”或標(biāo)識符。但鑒于在家都早已習(xí)慣了將這種48bit的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習(xí)慣用法。
盡管這種說法并不太嚴(yán)格，請讀者一定要弄清這個概念。
在制定局域網(wǎng)的地址標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，首先遇到的問題就是應(yīng)當(dāng)用多少個比特來表示一個網(wǎng)絡(luò)的地址字段。為了減少不必要的開銷，地址字段的長度應(yīng)當(dāng)盡可能地短些，當(dāng)然它的長度應(yīng)當(dāng)夠用。起初人們覺得用兩個字節(jié)(共16bit)表示地址就夠了，因?yàn)檫@—共可表示6萬多個地址。但是，由于局域網(wǎng)的迅速發(fā)展，而處在不同地點(diǎn)的局域網(wǎng)之間又經(jīng)常需要交換情息，這就希望在各地的局域網(wǎng)中的站具有互不相同的物理地址。為了使用戶在買到網(wǎng)卡并把機(jī)器連到局城網(wǎng)后馬上就能工作，而不需要等待網(wǎng)絡(luò)管理組給他先分配一個地址，802標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定MAC地址字段可采用六字節(jié)(48bit)或二字節(jié)(16bit)兩種中的—種。六字節(jié)的地址字段對于一個局部范圍內(nèi)使用的局域網(wǎng)的確是太長了一些，這會增加額外開銷，但是由于六字節(jié)的地址字段可使全世界所有局域網(wǎng)上的站都具有不相同的地址，因此這種標(biāo)準(zhǔn)深受廣大用戶的歡迎。現(xiàn)在的局域網(wǎng)實(shí)際上使用的都是六字節(jié)MAC地址。
現(xiàn)在IEEE的注冊管理委員會RAC(Registration Authority Committee)是局域網(wǎng)全球地址的法定管理機(jī)構(gòu)，它負(fù)責(zé)分配地址字段的六個字節(jié)中的前三個字節(jié)(即高24bit)。世界上凡要生產(chǎn)局域網(wǎng)網(wǎng)卡的廠家都必須向IEEE購買由這三個字節(jié)構(gòu)成的一個號(即地址塊)。這個號的正式名稱是機(jī)構(gòu)唯一標(biāo)識符OUI(Organizationally Unique Identifier)，通常也叫做公司標(biāo)識符(company id)。目前的價(jià)格是1250美元買一個地址塊。例如，3Com公司生產(chǎn)的網(wǎng)卡的MAC地址的前三個字節(jié)是02—60—3C。地址字段中的后三個字節(jié)(叫低位24bit)則是廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識符(extended identifier)，只要保證生產(chǎn)出的網(wǎng)卡沒有重復(fù)地址即可。可見用一個地址塊可以生成224個不同的地址。用這種方法得到的48bit地址稱為MAC-48。它的通用名稱是EUL-48，這里EUI表示擴(kuò)展的唯一標(biāo)識符(Extended Unique Identifier)。EUI-48的使用范圍更廣，不限于硬件地址，例如，用于軟件接口。但應(yīng)注意，24bit的OUI不能夠單獨(dú)使用來標(biāo)識一個公司，因?yàn)橐粋€公司可能有幾個OUI，也可能有幾個小公司合起來購買一個OUI，在生產(chǎn)網(wǎng)卡時(shí)這種六字節(jié)的MAC地址已被固化在網(wǎng)卡的只讀存儲器(ROM)中。因此MAC地址也常常用作硬件地址(hardware address)或物理地址?？梢?#8220;MAC地址”實(shí)際上就是網(wǎng)卡地址或網(wǎng)卡標(biāo)識符EUI-48。當(dāng)這塊網(wǎng)卡插入某臺計(jì)算機(jī)后，網(wǎng)卡上的標(biāo)識符EUI-48就成為這臺計(jì)算機(jī)的MAC地址了。
IEEE規(guī)定地址字段的第—節(jié)的最低位I/G比特。當(dāng)I/G比特為0時(shí)。地址字段表示一個單個站地址。當(dāng)I/G比特為1時(shí)表示組地址，用來進(jìn)行多播。因此，IEEE只分配地址字段前三個字節(jié)的23bit。當(dāng)I/G比特分別為0和1時(shí)，一個地址塊可分別生成223個單個站地址和224個組地址。需要指出，有的書將上述最低位寫為“第一比特”。但這樣有些含糊不清。因?yàn)?#8220;第一”的定義是不明確的。這點(diǎn)可以從圖5-16看出。在圖5-16的上面部分給出了一個十六進(jìn)制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80。在這六個字節(jié)中，第一字節(jié)是AC，而第六字節(jié)是80。這種記法沒有二義性，因?yàn)榇蠹叶际菍⒌谝蛔止?jié)寫在最左邊，將第六字節(jié)寫在最右邊。但二進(jìn)制表示的EUI-48地址就有兩種不同的記法，一種記法是將每一個字節(jié)的高位寫在最左邊，如第一個字節(jié)AC就變成為10101100。這種記法和平常的二進(jìn)制數(shù)字的記法一致，即每一個字節(jié)的高位比特寫在最左這。另一種記法是將每一個字節(jié)的高位比特寫在最右邊。如第一字節(jié)AC就變成為00110101(這看起來好像是十六進(jìn)制的35)。這種記法的好處是和比特的發(fā)送順序一致，因?yàn)?/span>802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以太網(wǎng)幀在發(fā)送時(shí)是按字節(jié)順序發(fā)送，第一個字節(jié)最先發(fā)送，而在每一個字節(jié)中，其最低位比特最先發(fā)送。將最先發(fā)送的比特寫在最左邊與通常將時(shí)間軸指向右方的表示方法一致。
從圖5-16可看出,在二進(jìn)制表示的EUI-48地址中，I/G比特的位置在高位在前和低位在前的不同二進(jìn)制記法中是不一樣的。
需要注意的是，在802.3和802.4標(biāo)準(zhǔn)中，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是先發(fā)送每一個字節(jié)中的最低位比特，而在802.5和802.6標(biāo)準(zhǔn)中，卻是先發(fā)送每一個字節(jié)中的最高位比特。造成這種結(jié)果是因?yàn)樵谥贫?/span>IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)時(shí)各公司都堅(jiān)持要使標(biāo)準(zhǔn)和自己公司原有的標(biāo)準(zhǔn)相兼容。
IEEE還考慮到可能有人并不愿意向IEEE的RAC購買機(jī)構(gòu)唯一標(biāo)識符OUl。為此，IEEE將地址字段第1字節(jié)的最低第2位規(guī)定為G/L比特，表示G1obal/Local。當(dāng)G/L比特為1時(shí)是全球管理(保證在全球沒有相同的地址)，廠商向IEEE購買的OUI都屬于全球管理。當(dāng)?shù)刂纷侄蔚?/span>G/L比特為0時(shí)是本地管理，這時(shí)用戶可任意分配網(wǎng)絡(luò)上的地址。采用2字節(jié)地址字段時(shí)全都是本地管理。但應(yīng)當(dāng)指出，以太網(wǎng)幾乎不使用這個G/L比特。
這樣，在全球管理時(shí)，對每一個站的地址可用46位的二進(jìn)制數(shù)字來表示(最低位為0和最低第2位為1時(shí))。剩下的46位組成的地址空間可以有超過70萬億個地址，可保證世界上的每一個網(wǎng)卡都可有一個唯一的地址。
由于網(wǎng)卡是插在計(jì)算機(jī)中，因此網(wǎng)卡上的硬件地址就可用來標(biāo)記插有該網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)。同理，當(dāng)路由器用網(wǎng)卡連接到局域網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)卡上的硬件地址就用來標(biāo)識擁有該網(wǎng)卡的路由器。圖5-17表示用網(wǎng)卡上的硬件地址來標(biāo)識局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)和路由器。圖中的路由器由于同時(shí)連接到兩個網(wǎng)絡(luò)上，因此它有兩塊網(wǎng)卡和兩個硬件地址。
網(wǎng)卡從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址。如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。這樣做就不浪費(fèi)主機(jī)的處理機(jī)和內(nèi)存資源。這里“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：
單播(unicast)幀(一對一)，即收到的幀的MAC地址與本站的硬件地址相同。
廣播(broadcast)幀(一對全體)，即發(fā)送給所有站點(diǎn)的幀(全1地址)。
多播(multicast)(一對多)，即發(fā)送給一部分站點(diǎn)的幀。
所有的網(wǎng)卡都至少應(yīng)當(dāng)能夠識別前兩種幀，即能夠識別單播和廣播地址。有的網(wǎng)卡可用編程方法識別多播地址。當(dāng)操作系統(tǒng)啟動時(shí)，它就將網(wǎng)卡初始化，使網(wǎng)卡能夠識別某些多播地址。顯然，只有目的地址才能使用廣播地址和多播地址。
以太網(wǎng)的MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)，一種是DIX Ethernet V2標(biāo)準(zhǔn)，另一種是IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)，圖5-12 畫出了這兩種不同的MAC幀格式。
圖5-12 兩種不同的MAC幀格式
以太網(wǎng)V2的MAC幀較為簡單，它由五個字段組成：前兩個字段分別為6字節(jié)長的目的地址和源地址字段。第三個字段是類型字段，用來標(biāo)識上—層使用的是什么協(xié)議。以便把MAC幀的數(shù)據(jù)上交給該協(xié)議。例如，當(dāng)類型字段的值是Ox0800時(shí)，就表示上層使用的是TCP/IP協(xié)議。若類型廣播的值為0x8137，則表示該幀是個Novell NetWare工作站發(fā)過來的。第四個字段是MAC客戶數(shù)據(jù)字段(可簡稱為數(shù)據(jù)字段)，其長度在46～1500字節(jié)之間。最后一個字段是四字節(jié)的幀檢驗(yàn)序列FCS。當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為1xl0^-8時(shí)，MAC子層可使未檢測到的差錯小于1×10-14。
IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的MAC幀稍復(fù)雜些。它和以太網(wǎng)V2的MAC幀的區(qū)別是：
(1) 第三個字段是長度/類型字段。根據(jù)長度/類型字段的數(shù)值大小，這個字段可以表示MAC客戶數(shù)據(jù)字段的長度(請注意：不是整個數(shù)據(jù)幀的長度)，也可以等同于以太網(wǎng)V2的類型字段。具體地講：
若長度/類型字段的數(shù)值小于MAC客戶數(shù)據(jù)字段的最大值1500(字節(jié))，這個字段就表示MAC客戶數(shù)據(jù)的長度。
若長度/類型字段的數(shù)值大于Ox0600(相當(dāng)于十進(jìn)制的1536)，那么這個數(shù)值就不可能表示以太網(wǎng)合法的數(shù)據(jù)字段長度，因而這個字段就表示類型。
(2)當(dāng)長度/類型字段表示類型時(shí)，802.3的MAC幀和以太網(wǎng)V2的MAC幀一樣。它的MAC客戶數(shù)據(jù)字段裝的是不自IP層的IP數(shù)據(jù)報(bào)。當(dāng)長度/類型字段表示長度時(shí)，MAC客戶數(shù)據(jù)字段就必須裝入LLC了層的LLC幀。LLC幀的首部有三個字段，即目的服務(wù)訪問點(diǎn)DSAP(1字節(jié))、源服務(wù)訪問點(diǎn)SSAP(1字節(jié))和控制字段(1或2字節(jié))。DSAP指出MAC幀的數(shù)據(jù)應(yīng)上交給哪一個協(xié)議，而SSAP指出該MAC幀是從哪一個協(xié)議發(fā)送過來的。LLC幀首部的作用和以太網(wǎng)V2幀的類型字段差不多。LLC幀的數(shù)據(jù)字段裝入的就是網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報(bào)。
從圖5-18可看出，在傳輸媒體上實(shí)際傳送的幀要比MAC幀還多八個字節(jié)。這是因?yàn)楫?dāng)一個站在剛開始接收MAC幀時(shí)，由于尚未與到達(dá)的比特流達(dá)成同步，因此MAC幀的最前面的若干個比特就無法接收，結(jié)果使整個的MAC成為無用的幀。為了達(dá)到比特同步，從MAC子層向下傳到物理層時(shí)還要在幀的前面插入八個字節(jié)(由硬件生成)，它由兩個字段構(gòu)成。第—個字段共七個字節(jié)，稱為前同步碼(1和0交替的碼)，前同步的作用是使接收端在接收MAC幀時(shí)能夠迅速實(shí)現(xiàn)比特同步。第二個字段是幀開始定界符，定義為10101011，表示在這后面的信息就是MAC幀了。在MAC子層的FCS的檢測范圍不包括前同步碼和幀開始定界符。順便指出，在廣域網(wǎng)中使用同步傳輸?shù)?/span>HDLC規(guī)程時(shí)則不需要用前同步碼，因?yàn)樵谕絺鬏敃r(shí)收發(fā)雙方的比特同步總是一直保持著的。
802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定凡出現(xiàn)下列情況之—的即為無效的MAC幀：
(1)MAC客戶數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不—致；
(2)幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；
(3)當(dāng)收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出有差錯。
(4)收到的幀的MAC客戶數(shù)據(jù)字段的長度不在46～1500字節(jié)之間。
對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄，以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟失的幀。
當(dāng)MAC客戶數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時(shí)，則應(yīng)加以填充(內(nèi)容不限)，這樣，整個MAC幀(包含14字節(jié)首都和四字節(jié)尾部)的最小長度是64字節(jié)或512bit。
為什么長度不夠的幀就是無效幀呢？這是因?yàn)椋?/span>CSMA/CD協(xié)議的一個要點(diǎn)就是當(dāng)發(fā)送站正在發(fā)送時(shí)，若檢測到碰撞則立即中止發(fā)送，然后推后一段時(shí)間后再發(fā)送。如果所發(fā)送的幀太短，還沒有來得及檢測到碰撞就已經(jīng)發(fā)送完了．那么就無法進(jìn)行碰撞檢測．因而就會使CSMA/CD協(xié)議變得沒有意義。因此，所發(fā)送的幀的最短長度應(yīng)當(dāng)要保證在發(fā)送完畢之前，必須能夠檢測到可能最晚來到的碰撞信號。在前面已經(jīng)講過，這段時(shí)間就是以太網(wǎng)的兩倍端到端往返時(shí)延。在802.3標(biāo)準(zhǔn)中，這段時(shí)間取為51.2us， 對于10M Bit/s速率的以太網(wǎng)，這段時(shí)間可以發(fā)送512bit。這樣就得出了MAC幀的最短長度為512bit，或64字節(jié)。在接收端，凡長度不夠64字節(jié)的幀就都認(rèn)為是應(yīng)當(dāng)棄的無效幀。
MAC子層的標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了幀間最小間隙為9.6us，相當(dāng)于96bit的發(fā)送時(shí)間。這就是說，一個站在檢沒到總線開始空閑后，還要等待9.6us才能發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站接收緩存來路及清理做好接收下一幀的準(zhǔn)備。
在許多情況下，一個單位往往擁有許多個局域網(wǎng)，因而需要實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)之間的通信。這時(shí)就需要使用—些中間設(shè)備將這些局域網(wǎng)連接起來，這是第7章將要討論的在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)互連問題。本節(jié)要討論的是在物理層或數(shù)據(jù)鏈路層將局域網(wǎng)進(jìn)擴(kuò)展。這種擴(kuò)展的局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層看來仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。
在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用轉(zhuǎn)發(fā)器和集線器。在5.2.2節(jié)我們已經(jīng)介紹了轉(zhuǎn)發(fā)器和集線器的使用方法。這里再討論一下用幾個集線路連接成更大范圍的多級星形結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，例如，一個學(xué)院的三個系各有—個10BASE-T局域網(wǎng)(如圖5-13（a)所示)，可通過一個主干集線器(相連接起來，成為—個更大的擴(kuò)展的局域陽(如圖5-13(b)所示)。
圖5—13 用多個集成器連成更大的局域網(wǎng)
這樣做可以有以下兩個好處。第一，使不同系的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨系的通信。第二，擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。例如，在—個系的10BASE-T局域網(wǎng)中，主機(jī)與集線器的最大距離是100m，因而兩個主機(jī)之間的最大距離是200 m。但在通過主干集線器相連接后，不同系的主機(jī)之間的距離就可擴(kuò)展了，因?yàn)榧€器之間的距離可以是100m(使用雙絞線)或甚至更遠(yuǎn)(如使用光纖)。
但這種多級結(jié)構(gòu)的集線器局域網(wǎng)也帶來了—些缺點(diǎn)。
(1)如圖5-13(a)所示的例子，在三個系的局域網(wǎng)互連起來之前．每—個系的10BASE-T局域網(wǎng)是個獨(dú)立的碰撞域(collision domain)，即在任意時(shí)刻，在每—個系的局域網(wǎng)中只能有—個站在發(fā)送數(shù)據(jù)。每一個系的局域網(wǎng)的最大吞吐量是10 M Bit/s，因此三個系總的最大吞吐量共有30 M Bit/s。在三個系的局域網(wǎng)通過集線器互連起來后就組成了一個更大的、共N同碰撞域，如圖5-13(b)所示，而三個系合起來的最大吞吐量還是10 M Bit/s。
(2)如果不同的系使用不同的以太網(wǎng)技術(shù)(如數(shù)據(jù)率不同)，那么就不可能用集線器將它們互連起來。如果在圖5-13中，一個系使用10M Bit/s的網(wǎng)卡，而另外兩個系使用10/100 M Bit/s的網(wǎng)卡，那么用集線器連接起來后．大家都只能工作在10 M Bit/s的速率。集線器基本上是個多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，它并不能將幀進(jìn)行緩存。
在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)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(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時(shí)，并不是向所有的端口轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)到哪一個端口。圖5-14給出了一個網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要點(diǎn)。最簡單的網(wǎng)橋有兩個端口(即接口)。復(fù)雜些的可以有更多的端口。網(wǎng)橋的每個端口與一個網(wǎng)段(這里所說的網(wǎng)段就是普通的局域網(wǎng))相連。5-14所示的網(wǎng)橋，其端口1與網(wǎng)段A相連，而端口2則連接到網(wǎng)段B。
網(wǎng)橋從端口接收網(wǎng)段上傳送的各種幀。每當(dāng)收到一個幀時(shí)，就先暫存在其緩存中，若此幀未出現(xiàn)差錯，且欲發(fā)往的目的站MAC地址屬于另一個網(wǎng)段，則通過查找站表，將收到的幀送往對應(yīng)的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。若該幀出現(xiàn)差錯，則丟棄此幀。因此，僅在同一個網(wǎng)段中通信的幀，不會被網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)段去，因而不會加重整個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。例如，設(shè)網(wǎng)段A的三個站的MAC地址分別為①，②和③，而網(wǎng)段B的三個站的MAC地址分別為④，⑤和⑥。若網(wǎng)橋的端口1收到站①發(fā)送給站⑤的幀，則在查找站表后，將此幀送別端口 2轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)段B，然后再傳給站⑤。若端口1收到站①發(fā)給姑②的幀，由于目的站對應(yīng)的端口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的端口1，表明不需要經(jīng)過網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)，于是丟棄此幀。
圖5-14網(wǎng)橋的工作原理
網(wǎng)橋是通過內(nèi)部的端口管理軟件和網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體來實(shí)現(xiàn)上述操作的。站表也叫做轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫或路由目錄。至于站表是怎樣建立起來的，后面還要討論。
使用網(wǎng)橋可以帶來以下好處：
(1)過濾通信量。網(wǎng)橋工作在鏈路層的MAC子層，可以使局域網(wǎng)各網(wǎng)段成為隔離開的碰撞域，從而減輕了擴(kuò)展的局域網(wǎng)上的負(fù)荷，同時(shí)也減小了在擴(kuò)展的局域網(wǎng)上的幀平均時(shí)延。工作在物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器就沒有網(wǎng)橋的這種過濾通信量的功能。
(2)擴(kuò)大了物理范圍，因而也增加了整個局城網(wǎng)上工作站的最大數(shù)目。
(3)提高了可靠性，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，一般只影響個別網(wǎng)段。
(4)可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率(如10 M Bit/s和100 M Bit/s以太網(wǎng))的局域網(wǎng)。
當(dāng)然，網(wǎng)橋也有不少缺點(diǎn)，例如：
(1)由于網(wǎng)橋?qū)邮盏膸却鎯筒檎艺颈恚缓蟛呸D(zhuǎn)友，這就增加了時(shí)延。
(2)在MAC子層并沒有流量控制功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)荷很高時(shí)，網(wǎng)橋中的緩存的存儲空間叫能不夠而發(fā)生溢出，以致產(chǎn)生幀丟失的現(xiàn)象。
(3)具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時(shí)，網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)一個幀之前，必須修改幀的某些字段的內(nèi)容，以適合另一個MAC子層的要求。這也耗費(fèi)時(shí)間，因而增加時(shí)延。
(4)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(shí)還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生較大的廣播風(fēng)暴。
盡管如比，網(wǎng)橋仍獲得了很廣泛的應(yīng)用，因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)還是主要的。
有時(shí)在兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路。圖5-15說明了這種情況。
圖中的局域網(wǎng)A和B通過兩個網(wǎng)橋(網(wǎng)橋1和網(wǎng)橋2)和一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路相連。為簡單起見，我們省略了802.3的LLC子層，同時(shí)將IP層以上看成是用戶層。圖5-21的上面部分是從體系結(jié)構(gòu)來看網(wǎng)橋的作用，而圖的下面部分表示用戶數(shù)據(jù)從站1傳到站2經(jīng)過各層次時(shí)數(shù)據(jù)幀的首部的變化。這里只需要指出以下幾點(diǎn)。
當(dāng)站1向站2發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，其MAC幀首部中的源地址和目的地址分別是站l和站2的硬件地址，相當(dāng)于圖中的②和④所對應(yīng)的圖。當(dāng)網(wǎng)橋1通過點(diǎn)對點(diǎn)鏈路轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時(shí)，若鏈路采用HDLC協(xié)議，則要在數(shù)據(jù)幀的頭尾分別加上鏈路層協(xié)議的首部DL-H和尾部DL-T(對應(yīng)于圖中的⑤)。在數(shù)據(jù)幀離開網(wǎng)橋2時(shí)，還要剝?nèi)ミ@個首部DL-H和尾部DL-T(如⑥)，然后經(jīng)過局域網(wǎng)B到達(dá)站2。
圖5-15 兩個網(wǎng)橋之間有點(diǎn)到點(diǎn)鏈路
請讀者分清網(wǎng)橋和集線器(或轉(zhuǎn)發(fā)器)的不同。集線器在轉(zhuǎn)發(fā)一幀時(shí)，不對傳輸媒體進(jìn)行檢測。但網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)一個幀之前必須執(zhí)行CDMA／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(jìn)行退避。在這一點(diǎn)上網(wǎng)橋的接口很像—個網(wǎng)卡但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡，我們知道，網(wǎng)卡在發(fā)送一個幀之前一定要將本網(wǎng)卡上的源地址寫到MAC幀的地址字段中。但由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址。
2．透明網(wǎng)橋
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(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標(biāo)難是IEEE802.1(D)或ISO 8802.1d。
當(dāng)一個網(wǎng)橋剛剛連接到局域網(wǎng)上時(shí)，其站表顯然是空的。這時(shí)若網(wǎng)橋收到一個幀，它將怎樣處理該幀呢
這時(shí)，網(wǎng)橋就在站表中登記以下三個信息：
(1)站地址：登記收到的幀的源MAC地址。
(2)端口：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的端口號。
(3)時(shí)間：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間(圖 5-16中的站表省略了這一項(xiàng))。
然后，向所有的其他端口(即此幀進(jìn)入網(wǎng)橋的端口除外)使用CSMA/CD協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)此幀，
如果在轉(zhuǎn)發(fā)過程中在某個網(wǎng)橋的站表查不到對應(yīng)的項(xiàng)目，則該網(wǎng)橋也按上面的方法進(jìn)行登記，然后轉(zhuǎn)發(fā)此幀。以這樣的方式進(jìn)行下去就一定可以使該幀到達(dá)最終的目的站。
網(wǎng)橋在這樣的轉(zhuǎn)發(fā)過程中也就可逐漸將其站表建立起來。
局域網(wǎng)的拓?fù)浣?jīng)常會發(fā)生變化。局域網(wǎng)上的工作站和網(wǎng)橋可能時(shí)而接通電源，時(shí)而關(guān)掉電源。為了使站表能反映出整個網(wǎng)絡(luò)的最新拓?fù)?，還要將每個幀到達(dá)網(wǎng)橋的時(shí)間登記下來。以便在站表中保留網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖钚聽顟B(tài)信息。具體的方法是，網(wǎng)橋中的端口管理軟件周期性地掃描站表中的項(xiàng)目。只要是在一定時(shí)間(例如幾分鐘)以前登記的都要刪除。這樣就使得網(wǎng)橋中的站表能反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)。
透明網(wǎng)橋使用了一個支撐樹(spanning tree)算法，即互連在—起的網(wǎng)橋在進(jìn)行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€子集，在這個子集里整個連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個站之間只有一條路徑。一旦支撐樹確定了，網(wǎng)橋就會將某些接口斷開．以確保從原來的拓?fù)涞贸鲆粋€支撐樹。
為什么要找出—個支撐樹呢？可以看圖5-16所示的簡單例子。這里用兩個網(wǎng)橋?qū)蓚€局域網(wǎng)互連起來。設(shè)站A發(fā)送一個幀F，它經(jīng)過區(qū)兩個網(wǎng)橋(見箭頭①和②)。假定幀F的目的地址均不在這兩個網(wǎng)橋的站表中，因此兩個網(wǎng)橋都轉(zhuǎn)發(fā)幀F(見箭頭③和④)。我們將經(jīng)網(wǎng)橋1和網(wǎng)橋2轉(zhuǎn)發(fā)的幀F，在到達(dá)局域網(wǎng)2以后，分別記為Fl和F2。接著F1傳到網(wǎng)橋2(見箭頭⑤)而F2傳到了網(wǎng)橋1(見箭頭⑥)。網(wǎng)橋2和網(wǎng)橋1分別收到F1和F2后，又將共轉(zhuǎn)發(fā)到局城網(wǎng)1。結(jié)果引起一個幀在網(wǎng)絡(luò)中不停地兜圈子，從而使網(wǎng)絡(luò)資源白白地消耗了。
為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)的支撐樹，每隔幾秒鐘每一個網(wǎng)橋就要廣播其標(biāo)識號(由生產(chǎn)網(wǎng)橋的廠家設(shè)定的一個唯一的序號)和它所知道的其他所有在網(wǎng)上的網(wǎng)橋。支撐樹算法選擇一個網(wǎng)橋作為支撐樹的根(例如，選擇一個最小序號的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個結(jié)點(diǎn)，但這樣并不能充分利用全部的可用資源(因?yàn)槟承┞窂轿幢焕?，為的是消除兜圈子現(xiàn)象)，同時(shí)好不一定將每一個幀沿最佳的路由傳送，因此可能導(dǎo)致稍大些的時(shí)延。
圖5-16 網(wǎng)橋引起的兜圈子
當(dāng)互連局域網(wǎng)的數(shù)目非常大時(shí)，支撐樹的算法可能要花費(fèi)很多的時(shí)間。這時(shí)可將大和互連局域網(wǎng)劃分為多個較小的互連局域網(wǎng)，然后得出多個支撐樹。
3.源路由選擇網(wǎng)橋
透明網(wǎng)橋的最大優(yōu)點(diǎn)是容易安裝，一接上就能工作，但是，網(wǎng)絡(luò)資源的利用還不充分。因此，支持802.5令牌環(huán)形網(wǎng)的分委員會就制定了另一個網(wǎng)橋標(biāo)準(zhǔn)．這就是由發(fā)送幀的源站負(fù)責(zé)路由選擇，即源路由選擇(source routing)網(wǎng)橋。
源路由選擇網(wǎng)橋假定了每一個站在發(fā)送幀時(shí)都已經(jīng)清楚地知道發(fā)往各個目的站的路由，因而在發(fā)送幀時(shí)將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。
這里的關(guān)鍵是源站用什么方法才能知道應(yīng)當(dāng)選樣什么樣的路由。
為了發(fā)現(xiàn)合適的路由，源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送—個發(fā)現(xiàn)幀(discovery frame)作為探測之用。發(fā)現(xiàn)幀將在整個擴(kuò)展的局域網(wǎng)中沿著所有可能的路由傳送。在傳送過程中，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。當(dāng)這些發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的站時(shí)，就沿著各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。以后凡從這個源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。
發(fā)現(xiàn)幀還有另一個作用，就是幫助源站確定整個網(wǎng)絡(luò)可以通過的幀的最大長度。
源路由選擇網(wǎng)橋標(biāo)準(zhǔn)是在802.5令牌環(huán)形網(wǎng)上制定的。但應(yīng)強(qiáng)調(diào)指山，并非“源路由選擇只能用于令牌環(huán)形網(wǎng)”或“令牌環(huán)形網(wǎng)只能使用源路由選擇網(wǎng)橋”。實(shí)際上，源路出選擇可以用于任何互連網(wǎng)絡(luò)，而令牌環(huán)形陶也可以使用透明網(wǎng)橋。
源路由選擇網(wǎng)橋?qū)χ鳈C(jī)則不是透明的，主機(jī)必須知道網(wǎng)橋的標(biāo)識以及連接到哪—個網(wǎng)段上。使用源路由選擇網(wǎng)橋可以利用最佳路由。若在兩個局域網(wǎng)之間使用并聯(lián)的源路由選擇網(wǎng)橋，則可使通信量較平均地分配給每一個網(wǎng)橋。用透明網(wǎng)橋則只能使用支撐樹，它一般并不是最佳路由，也不能在不同的鏈路中進(jìn)行負(fù)載的均衡。
4．多端口網(wǎng)橋——以大網(wǎng)交換機(jī)
1990年問世的交換式集線器(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(jī)(switch)或第二層交換機(jī)(表明這種交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層)。
“交換機(jī)”并無準(zhǔn)確的定義和明確的概念，而現(xiàn)在的很多交換機(jī)已混雜了網(wǎng)橋和路由器的功能。著名網(wǎng)絡(luò)專家Perlman認(rèn)為：“交換機(jī)”應(yīng)當(dāng)是一個市場名詞，而交換機(jī)的出現(xiàn)的確使數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)更加快速了(見[PERL00]的第5章)。由于交換機(jī)這一名詞已經(jīng)廣泛地使用了，因此我們也使用這個名詞：下面簡單地介紹其特點(diǎn)。
從技術(shù)上講，網(wǎng)橋的端口數(shù)很少，一般只有2～4個，而以太網(wǎng)交換機(jī)通常都有十幾個端口。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個多端口的網(wǎng)橋，可見變換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層(和工作在物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器和集線器不同)。此外，以太網(wǎng)交換機(jī)的每個端口都直接與主機(jī)相連(注意：普通網(wǎng)橋的端口不是連接到主機(jī)而是連接到局域網(wǎng))，并且一般都工作在全雙工方式。當(dāng)主機(jī)需要通信時(shí)，交換機(jī)能同時(shí)連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機(jī)都 能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無碰撞的傳輸數(shù)據(jù)。通信完成后就斷開連接。以太網(wǎng)交換機(jī)由于使用了專用的交換機(jī)構(gòu)芯片，因此其交換速率就較高。
對于普通10M Bit/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 M Bit/s)的N分之一 。在使用以太網(wǎng)交投機(jī)時(shí)，雖然在每個端口到主機(jī)的數(shù)據(jù)率還是10M Bit/s，但由于一個用戶在通信時(shí)是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此擁的N對端口的交換機(jī)的總?cè)萘繛?/span>N×10 M Bit/s。這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。
從共享總線以太網(wǎng)或10BASE-T以太網(wǎng)轉(zhuǎn)到交換式以太網(wǎng)時(shí)，所有接入沒備的軟件和硬件、網(wǎng)卡等都不需要作任何改動。也就是說，所有接入的設(shè)備繼續(xù)使用CSMA/CD協(xié)議。此外，只要增加集線路的容量，整個系統(tǒng)的容量是很容易擴(kuò)大的。
以太網(wǎng)交換機(jī)一般都具有多種速率的端口。例如，可以具有10M Bit/s，100 M Bit/s和1 G bit/s的端口的各種組合，這就大大地方便的各種不同情況的用戶。
圖5-17舉出了一個簡單的例子。圖中的以太網(wǎng)交換機(jī)有三個10 M bit/s端口分別和三個系的10BASE-T局域網(wǎng)相連，還有三個100M Bit/s端口分別和電子郵件服務(wù)器、萬維網(wǎng)服務(wù)器以及一個連接因特網(wǎng)的路由器相連。
圖5-17 用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng)
有些以太網(wǎng)交換機(jī)對收到的幀采用仔儲轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，但也有一些交換機(jī)采用直通(cut-through)的交換方式。直接交換不必將整個數(shù)據(jù)幀先緩存再進(jìn)行處理，而是直接收數(shù)據(jù)幀的同時(shí)就立即按數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址決定該幀的轉(zhuǎn)發(fā)端口，因而提高了幀的轉(zhuǎn)發(fā)速率。如果在這種交換機(jī)的內(nèi)部采用基于硬件的交叉矩陣，其交換時(shí)延可做到僅為30us左右。直接交換的—個缺點(diǎn)是它不檢查CERC就直接將幀轉(zhuǎn)發(fā)出去，因此有可能也將一些無效幀轉(zhuǎn)發(fā)給其他的站。在某些情況下，仍需要采用基于軟件的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行交換，例如，當(dāng)需要進(jìn)行線路速率匹配、協(xié)議轉(zhuǎn)換或差錯檢測時(shí)?，F(xiàn)在有的廠商已生產(chǎn)出能支持兩種交換方式的以太網(wǎng)交換機(jī)。以太網(wǎng)交換機(jī)的發(fā)展與建筑物結(jié)構(gòu)比布線系統(tǒng)的普及應(yīng)用密切相關(guān)。在結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)中，廣泛地位用了以太網(wǎng)交換機(jī)。
在IEEE802.1Q標(biāo)準(zhǔn)中對虛擬局域網(wǎng)VLAN(Virtual LAN)是這樣定義的：
虛擬局域網(wǎng)是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組，而這些網(wǎng)段有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪—個VLAN。
利用以太網(wǎng)交換機(jī)可以很方便地實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)VLAN。這里要指出，虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。
圖5-18畫 三個虛擬局域網(wǎng)
圖5-18畫的是使用了四個交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹ＴO(shè)有10個工作站分配在三個樓層中，構(gòu)成了三個局域網(wǎng)，即：
LAN1： (A1，A2，B1，C1)， LAN2(A3，B2，C2)，LAN (A4，B3，C3)
但這10個用戶劃分為三個工作組，也就是說劃分為三個虛擬局域網(wǎng)VLAN。即
VLAN1：(A1，A2，A3，A4)，VLAN2：(B1，B2，B3)，VLAN3：(C1，C2，C3)。
從圖5-24可看出，每一個VLAN的工作站可處在不同的局域網(wǎng)中，也可以不在同一層樓中。
利用交換集線器可以很方便地將這10個工作站劃分為三個虛擬局域網(wǎng)：VLAN1，VLAN2和VLAN3。在虛擬局域網(wǎng)上的每一個站都可以聽到同一個虛擬局域網(wǎng)上的其他成員所發(fā)出的廣播。例如，工作站B1～B3同屬于虛擬局域VLAN2。當(dāng)B1向工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站B2和B3將會收到廣播的信息，雖然它們沒有和B1連在同一個集線器上。相反，B1發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站A1，A2和C1都不會收到B1發(fā)出的廣播信息，雖然它們都與B1連接在同一個集線器上。交換式集線器不向虛擬局域網(wǎng)以外的工作站傳送B1的廣播情息，這樣，虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)不會因傳播過多廣播信息即所謂的“廣播風(fēng)暴”而引起性能惡化。在共享傳輸媒體的局域網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)總帶寬的絕大部分是由廣播幀消耗的。
由于虛擬局域網(wǎng)是用戶和網(wǎng)絡(luò)資源的邏輯組合，因此可按照需要將有關(guān)設(shè)備和資源非常方便地重新組合，使用戶從不同的服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫中存取所需要的資源。
以太網(wǎng)交換機(jī)的種類很多。例如，“具有第三層特件的第二層交換機(jī)”和“多層交換機(jī)”。前者具有某些第三層的功能，如數(shù)據(jù)報(bào)的分片和對多播通信量的管理，而后者可根據(jù)第三層的IP地址對分組進(jìn)行過濾。
速率達(dá)到或超過100M Bit/s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。下面簡單介紹幾種高速以太網(wǎng)技術(shù)。
在20世紀(jì)80年代，很少有人想到以太網(wǎng)還會升級，然而在1992年9月100 M Bit/s以太網(wǎng)的設(shè)想提出后僅過了13個月，100M Bit/s以太網(wǎng)的產(chǎn)品就已經(jīng)問世了。
100BASE-T是在雙絞上傳送100 M Bit/s基帶信號的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)，仍使用IEEE802.3的CSM/CD協(xié)議，它又稱為快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet)。用戶只更換一張網(wǎng)卡，再配上一個100M Bit/s的集線器，就可很方便地由10BASE-T以太網(wǎng)直接升級到100 M Bit/s以太網(wǎng)，而不必改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所有在10BASE-T上的應(yīng)用軟件和網(wǎng)絡(luò)軟件都可保持不變。100BASE-T的網(wǎng)卡有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，能夠自動識別10M Bit/s和100M Bit/s。
1995年IEEE已將100BASE-T的快速以太網(wǎng)定為正式的國際標(biāo)準(zhǔn)，其代號為802.3u，是對現(xiàn)行的802.3標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充?？焖僖蕴W(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)得到了所有的主流網(wǎng)絡(luò)廠商的支持。
100BASE-T容易掌握，可以使用交換式集線器提供很好的服務(wù)質(zhì)量，可以在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，CSMA/CD協(xié)議對全雙工方式工作的快速以太網(wǎng)是不起作用的(但在半雙工方式工作時(shí)則一定要使用CSMA/CD協(xié)議)。那么，不使用CSMA/CD協(xié)議還能夠叫做以太網(wǎng)嗎？可以，因?yàn)槭褂玫?/span>MAC幀格式仍然是802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的格式。
然而802.3u的標(biāo)準(zhǔn)未包括對同軸電纜的支持。這表示想從細(xì)纜以太網(wǎng)升級到快速以太網(wǎng)的用戶必須重新布線。但現(xiàn)在大多數(shù)安裝場地正向UTP布線過渡，因此這一問題將會逐漸地談化。
100M Bit/s以太網(wǎng)的新標(biāo)準(zhǔn)改動了原10M Bit/s以太網(wǎng)的某些規(guī)定。這里最主要的原因是要在數(shù)據(jù)發(fā)送速率提高時(shí)使參數(shù)a仍保持不變(或保持為較小的數(shù)值)。在5.2.3節(jié)已經(jīng)給出了參數(shù)a的公式：
從(5-9)式可看出，當(dāng)數(shù)據(jù)率C提高到10倍時(shí)，為了保持參數(shù)a不變，可以將幀長也增大到10倍，也可以將網(wǎng)絡(luò)電纜長度(因而使r)減小到原有數(shù)值的十分之—。
在100 M Bit/s的以太網(wǎng)中采用的方法是保持最短幀長不變，但將一個網(wǎng)段的最大電纜長度減小到100 m。幀間時(shí)間間隔從原來的9.6us改為現(xiàn)在的0.96us。新標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了以下三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)。
(1)l00BASE-TX。使用2對UTP 5類線或STP，其中一對用于發(fā)送，另一對用于接收。信號的編碼采用“多電平傳輸3(MLT-3)”的編碼方法，使信號的主要能量集中在30MHz以下，以便減少輻射的影響。MLT-3用三元制進(jìn)行編碼，即用正、負(fù)和零三種電平傳送信號。其編碼規(guī)則是：
當(dāng)輸入一個0時(shí)，下—個輸出值不變。
當(dāng)輸入一個1時(shí)，下一個輸出值要變化。若前一個輸出值為正值或負(fù)值，則下一個輸出值為零；若前一個輸出值為零，則下一個輸出值與上次的一個非零輸出值的符號相反。
(2)100BASE-FX。使用2對光纖，其中—對用于發(fā)送，另一對用于接收。信號的編碼采用4B/5B-NRZI編碼。NRZI即不歸零1制(當(dāng)“1”出現(xiàn)時(shí)信號電平在正值與負(fù)值之間變化一次)。4B/5B編碼就是將數(shù)據(jù)流中的每4bit作為一組(Block)，然后按編碼規(guī)則將每一個組轉(zhuǎn)換成為5bit，其中至少有2個“1”，保證信號碼元至少發(fā)生兩次跳變。
在標(biāo)準(zhǔn)中將上述的10BASE-TX和100BASE-FX合在—起都稱為100BASE-X。
(3)100BASE-T4。使用4對UTP 3類線或5類線，這是為己使用UTP 3類線的大量用戶而設(shè)計(jì)的。信號的編碼采用8B6T-NRZ(不歸零)的編碼方法。8B6T編碼是將數(shù)據(jù)流中的每8bit作為一組，然后按編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換為每組6bit的三元制(Ternav)碼元。它同時(shí)使用3對線同時(shí)傳送數(shù)據(jù)(每一對線以33M Bit/s的速率傳送數(shù)據(jù))，用1對線用作碰撞檢測的接收信道。
在1995年以前，很多人都想不到以太網(wǎng)能工作在千兆的速率(又稱吉比特速率，即G Bit/s
量級的速率)下。他們認(rèn)為在千兆速率下唯一能使用的技術(shù)恐怕只有ATM了。然而到了1996年夏季，千兆特以太網(wǎng)(又稱為吉比以太網(wǎng))的產(chǎn)品已經(jīng)問市。IEEE在1997年通過了吉比特以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)802.3z，它在1998年成為了正式標(biāo)推。由于吉比特以太網(wǎng)仍使用CSMA/CD協(xié)議并與現(xiàn)有的以太網(wǎng)兼容，這就使得在局域網(wǎng)的范圍ATM更加缺乏競爭力。雖然吉比特以太網(wǎng)也是一種高速局域網(wǎng)，但由于它發(fā)展很快，而且還繼續(xù)升級為10吉比特以太網(wǎng)，因此我們將它單列為一節(jié)來討論。
吉比特以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)802.3z考慮了以下幾個要點(diǎn)：
(1)允許在1G Bit/s下全雙工和半雙工兩種方式工作。
(2)使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。
(3)在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議(全雙工方式不需要使用CSMA/CD協(xié)議)。
(4)與10BASE-T和100BASE-T技術(shù)向后兼容。
吉比特以太網(wǎng)可用作現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)，也可在高帶寬的應(yīng)用(如醫(yī)療圖像或CAD的圖形等)用來連接工作站和服務(wù)器。
吉比特以太網(wǎng)的物理層使用兩種成熟的技術(shù)：一種來自現(xiàn)有的以太網(wǎng)，另一種則是ANSI制定的光纖通道(fiber channel)。采用成熟技術(shù)就能大大縮短吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)時(shí)間。
吉比特以太網(wǎng)的物理層共有以下兩個標(biāo)準(zhǔn)。
1. 1000BASE-X：(802.3標(biāo)準(zhǔn))
1000BASE-X標(biāo)準(zhǔn)是基于光纖通道的物理層，即FC-0和FC-1。使用的媒體有三種：
(1)1000BASE-SX，SX表示短波長(使用850 nm激光器。使用纖芯直徑為62.5um和50um的多模光纖時(shí)，傳輸距離分別為275m和550 m。
(2)100OMBASE-LX。LX表示長波長(使用1300nm激光器)。使用纖芯直徑為62.5um和50um的多模光纖時(shí)，傳輸距離為550 m。使用纖芯直徑為10um的單模光纖時(shí)，傳輸距離為5km。
(3)1000BASE-LX。CX表示銅線。使用兩對短距離的屏蔽雙絞線電纜，傳輸距離為25m。
2．1000BASE-T(802.3ab標(biāo)準(zhǔn))
1000ASE-T是使用4對5類線UTP，傳送距離為100m。
吉比特以太網(wǎng)工作在半雙工方式時(shí)，就必須進(jìn)行碰撞檢測。由于數(shù)據(jù)率提高了，因此只有減小最大電纜長度或增大幀的最小長度，才能使參數(shù)a保持為較小酌數(shù)值。若將吉比特以太網(wǎng)最大電纜長度減小到10 m，那么網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際價(jià)值就大大減小。而若將最短幀長提高到640字節(jié)，則在發(fā)送短數(shù)據(jù)時(shí)開銷又嫌太大。因此吉比特以太網(wǎng)仍然保持一個網(wǎng)段的最大長度為100 m，但采用了“載波延伸”(carrier extension)的方法，使最短幀長仍為64字節(jié)(這樣可以保持兼容性)，同時(shí)將爭用時(shí)間增大為512字節(jié)。凡發(fā)送的MAC幀長不足512字節(jié)時(shí)，就用一些特殊字符填充到同幀的后面，使MAC幀的發(fā)送長度增大到512字節(jié)，但這對有效載荷并無影響。接收端在收到以太網(wǎng)的MAC幀后，要將所填允的特殊字符刪除后才向高層交付。原來僅64字節(jié)長的短幀填充到512字節(jié)時(shí)，所填充的448寧節(jié)就造成了很大的開銷。
為此，吉比特以太網(wǎng)還增加一種功能稱為分組突發(fā)(packet bursting)。這就是當(dāng)很多短幀要發(fā)送時(shí)，第一個短幀要采用上面所說的載波延伸的方法進(jìn)行填充。但隨后的一些短幀則可一個接一個地發(fā)送，它們之間只需要有必要的幀間最小間隔即可。這樣就形成了一串分組的突發(fā)，直到達(dá)到1500字節(jié)或稍多一些為止。
當(dāng)吉比特以太網(wǎng)工作在全雙工方式時(shí)，不使用載波延伸和分組突發(fā)。
吉比特以太網(wǎng)交換機(jī)可以直接與多個圖形工作站相連。也可用作百兆以太網(wǎng)的主干網(wǎng)，與幾個100M Bit/s(或1 G Bit/s)以太網(wǎng)集線器相連，然后再和大型服務(wù)器連接在一起。圖5-19是吉比特以太網(wǎng)的一種配置舉例。
圖5-19是吉比特以太網(wǎng)的一種配置舉例
就在吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3z通過后不久，在1999年3月，IEEE成立了高速研究組HSSG(High Speed Study Group)，其任務(wù)是致力于10吉比特以太網(wǎng)的研究，10吉比特以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)由IEEE 802.3ae委員會進(jìn)行制定．10吉比特以太網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)將在2002年完成。10吉比特以太網(wǎng)又稱為10吉比特以太網(wǎng)，也就是萬兆以太網(wǎng)。
10吉比特以太網(wǎng)并非將吉比特以太網(wǎng)的速率簡單地提高到10倍，這里有許多技術(shù)上的問題要解決。下面是10吉比特以太網(wǎng)的一些特點(diǎn)。
10吉比特以太網(wǎng)的幀格式與10 M Bit/s、100 M Bit/s和1 G Bit/s以太網(wǎng)的幀格式完全相同。10吉比特以太網(wǎng)還保留了802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長，這就使用戶在將其已有的以太網(wǎng)進(jìn)行升級時(shí)，仍能和較低速率的以太網(wǎng)很方便地通信。
由于數(shù)據(jù)率很高，10吉比特以太網(wǎng)不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸媒體。它使用長距離(超過40km)的光收發(fā)器與單模光纖接口，以便能夠在廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)的范圍工作。10吉比特以太網(wǎng)也可使用較便宜的多模光纖，但傳輸距離為65～300m。
10吉比特以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，因此不存在爭用問題，也不使用CSMA/CD協(xié)議，這就使得10吉比特以太網(wǎng)的傳輸距離不再受進(jìn)行碰撞檢測的限制而大大提高了。
吉比特以太網(wǎng)的物理層是使用已有的光纖通道的技術(shù)，而10吉比特以太網(wǎng)的物理層則是新開發(fā)的。10吉比特以太網(wǎng)有下述兩種不同的物理層。
(1)局域網(wǎng)物理層LAN PHY
局域網(wǎng)物理層的數(shù)據(jù)率是10.000G Bit/s(這表示是精確的10G Bit/s)。因此，一個10吉比特以太網(wǎng)交換機(jī)可以支持正好10個吉比特以太網(wǎng)端口。
(2)可選的廣域網(wǎng)物理層WAN PHY
廣域網(wǎng)物理層具有另一種數(shù)據(jù)率，這是為了和所謂的“G Bit/s”的SONET/SDH(即OC-192/SIM-64)相連接。我們知道，OC-192/STM-64的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)率并非精確的10 G Bit/s(平時(shí)是為了簡單就稱它是10 G Bit/s的速率)而是9.95328G Bit/s。在去掉幀首部的開銷后，其有效載荷的數(shù)據(jù)率只有9.5864G Bit/s。因此，為了使10吉比特以太網(wǎng)的幀能夠插入到OC-192/STM-64幀的有效載荷中，就要使用可選的廣域網(wǎng)物理層，其數(shù)據(jù)率為9.95328G Bit/s。顯然，SONET/SDH的“10G Bit/s”速率不可能支持10個吉比特以太網(wǎng)的端口。而只是能夠與SONET/SDH相連接。
需要注意的是，10吉比特以太網(wǎng)并沒有SONET/SDH的同步接口而只有異步的以太網(wǎng)接口。因此，10吉比持以太網(wǎng)在和SONET/SDH連接時(shí)，出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，只是具有SONET/SDH的某些特性，如OC-192的鏈路速率、SONET/SDH的組幀格式等，但WAN PHY與SONET/SDH并不是全部都兼容的。例如，10吉比特以太網(wǎng)沒有TDM的支持，沒有使用分層的精確時(shí)鐘，也沒有完整的網(wǎng)絡(luò)管理功能。
由于10吉比特以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的工作范圍已經(jīng)從局域網(wǎng)(校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng))擴(kuò)大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了端到端的以太網(wǎng)傳輸。這種工作方式的好處有以下幾點(diǎn)。
(1)以太網(wǎng)是一種經(jīng)過證明是成熟的技術(shù)，無論是因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP還是端用戶都很愿意使用以太網(wǎng)。當(dāng)然對ISP來說，使用以太網(wǎng)還需要在更大的范圍進(jìn)行試驗(yàn)。
(2)以太網(wǎng)的互操作性也很好，不同廠商生產(chǎn)的以太網(wǎng)都能可靠地進(jìn)行互操作。
(3)在廣域網(wǎng)中使用以太網(wǎng)時(shí)，其價(jià)格大約只有SONET的五分之一和ATM的十分之一。
(4)以太網(wǎng)還能夠適應(yīng)多種的傳輸媒體，如銅纜、雙絞線以及各種光纜。這就使具有不同傳輸媒體的用戶在進(jìn)行通信時(shí)不必重新布線。
(5)端到端的以太網(wǎng)連接使幀的格式全都是以太網(wǎng)的格式，而不用要再進(jìn)行幀的格式轉(zhuǎn)換，這就簡化了操作和管理。但是，以太網(wǎng)和現(xiàn)有的其他網(wǎng)絡(luò)(如幀中繼或ATM網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行互連仍然需要有相應(yīng)的接口。
回顧過去的歷史，我們看到10 M Bit/s以太網(wǎng)最終淘汰了速率比它快60％的16M Bit/s的令牌環(huán)，100M Bit/s的快速以太網(wǎng)也使得曾經(jīng)是最快的局域網(wǎng)/城域網(wǎng)的FDDI變成為了歷史。吉比特以太網(wǎng)和10吉比特以太網(wǎng)的問世，使以太網(wǎng)的市場占有率進(jìn)一步地得到提高，使得ATM在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中的地位受到更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。10吉比特以太網(wǎng)是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)在速率和距離方面的自然演進(jìn)。以太網(wǎng)從10 M Bit/s到10 G Bit/s的演進(jìn)證明了以太網(wǎng)是：
(1)可擴(kuò)展的(從10M Bit/s到10G Bit/s)；
(2)靈活的(多種媒體、全/半雙工、共享交換)；
(3)易于安裝；
(4)穩(wěn)健性好。
在局城網(wǎng)剛剛問世后的一段時(shí)間，無線局域網(wǎng)的發(fā)展比較緩慢。其原因是：價(jià)格貴、數(shù)據(jù)率低、安全性較差以及使用登記手續(xù)復(fù)雜(使用無線電頻率必須得到有關(guān)部門的批準(zhǔn))。但自20世紀(jì)80年代未以來，由于人們工作和生活節(jié)奏的加快以及移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線局域網(wǎng)也已開始進(jìn)入市場。無線局域網(wǎng)可提供了移動接入的功能，這就給許多需要發(fā)送數(shù)據(jù)但又不能坐在辦公室的工作人員提供了方便。當(dāng)一個工廠跨越的面積很大時(shí)，若要將各個部門都用電纜連接成網(wǎng)．其費(fèi)用可能很高、但若使用無線局域網(wǎng)，不僅節(jié)省了投資、而且建網(wǎng)的速度也會較快。另外，當(dāng)大量用戶在一個地方同時(shí)要求上網(wǎng)時(shí)(如在購買股票的大廳里)，若用電纜連網(wǎng)，恐怕連鋪設(shè)電纜的份置都很難找到，使用無線局域網(wǎng)則比較容易。特別而要注意，便攜站(portable station)和移動站(mobile station)表示的意思并不一樣。便攜站當(dāng)然是便于移動的，但便攜站在工作時(shí)其位置是固定不變的。而移動站不僅能夠移動，而且還可以在移動的過程中進(jìn)行通信，移動站一般都是使用電池供電。
1998年IEEE制定出無線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)802.11，ISO/IEC也批準(zhǔn)了這—標(biāo)準(zhǔn)．并將標(biāo)準(zhǔn)的編號定為ISO/IEC 8802-11［CROW97］。802.11是一個非常復(fù)雜的標(biāo)淮，本節(jié)只能介紹其中的主要特點(diǎn)。
無線局域網(wǎng)可分為兩大類；第一類是有固定基礎(chǔ)設(shè)施的，第二類是無固定基礎(chǔ)設(shè)施的。所謂“固定基礎(chǔ)設(shè)施”是指預(yù)先建立起來的、能夠覆蓋—定地理范圍的一批固定基站：大家經(jīng)常使用的蜂窩移動電話就是利用移動公司預(yù)先建立的、覆蓋全國的大量固定基站來接通用戶手機(jī)撥打的電話。
對于第一類有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)，802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)的最小構(gòu)件是基本服務(wù)集BSS(Basic Service Set)?！獋€基本服務(wù)集BSS包括一個基站和若干個移動站，所有的站在和本BSS以內(nèi)都 可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信時(shí)就都必須通過本BSS的基站。一個基本服務(wù)集BSS所覆蓋的地理范圍叫做一個基本服務(wù)區(qū)BSA(Basic Service Area)?；痉?wù)區(qū)BSA和無線移動通信的蜂窩小區(qū)相似。在無線局域網(wǎng)中，一個其本服務(wù)區(qū)BSA的范圍可以有幾十米的直徑。
圖5-20 802.11標(biāo)準(zhǔn)的基本服務(wù)集BSS和擴(kuò)展服務(wù)集ESS
在802.11標(biāo)準(zhǔn)中，基本服務(wù)集里面的基站使用了一個新名同，叫做接入點(diǎn)AP(Access Point)。一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點(diǎn)AP連接到一個主干分配系統(tǒng)DS(Distribution system)，然后再接入到另一個基本服務(wù)集，這樣就構(gòu)成了一個擴(kuò)展的服務(wù)集ESS，如圖5-20所示。分配系統(tǒng)的作用就是使擴(kuò)展的服務(wù)集ESS對上層的表現(xiàn)就像一個基本服務(wù)集BSS一樣。分配系統(tǒng)可以使用以太網(wǎng)(這是最常用的)、點(diǎn)對點(diǎn)鏈路線其他無線網(wǎng)絡(luò)。擴(kuò)展服務(wù)集ESS還可為無線用戶提供到有線網(wǎng)絡(luò)(如因特網(wǎng))的接入。這種接入是通過叫做門橋(portal)的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。門橋是802.11定義的新名詞，其實(shí)它的作用就是網(wǎng)橋。在一個擴(kuò)展服務(wù)集內(nèi)的幾個不同的基本服務(wù)集也可能有相交的部分。在圖5-20中還給出了移動站A從某一個基本服務(wù)集漫游到另一個基本服務(wù)集，而仍然可保持與另一移動站B進(jìn)行通信。當(dāng)然A在不同的基本服務(wù)集所使用的接入點(diǎn)AP并不相同?；痉?wù)集的服務(wù)范圍是由移動設(shè)備所發(fā)射的電磁波的輻射范圍確定的，在圖5-20中用一個橢圓來表示來本服務(wù)集的服務(wù)范圍，當(dāng)然實(shí)際上有服務(wù)范圍可能是很不規(guī)則的幾何形狀。
一個移動站若要加入到—個基本服務(wù)集BSS，就必須先選樣—個接入點(diǎn)AP，并與此接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)(association)，此后，這個移動站就可以通過該接入點(diǎn)來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。若移動站使用重建關(guān)聯(lián)(reassociation)服務(wù)，就可將這種關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)移到另一個接入點(diǎn)。當(dāng)使用分離
(dissociation)服務(wù)時(shí)．就可終止這種關(guān)聯(lián)。移動站與接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)的方法有兩種，一種是被動掃描，即移動站等待接收接入站周期性發(fā)出的信標(biāo)幀(beacon frame)。另一種是主動掃描。即移動站主動發(fā)出探測請求幀(probe request frame)，然后等待從接入點(diǎn)發(fā)回的探測響應(yīng)幀(probe response frame)。
另一類無線局域網(wǎng)是無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)，它又叫做自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network)。這種自組網(wǎng)絡(luò)沒有上述基本服務(wù)集中的接入點(diǎn)AP而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)，如圖5-21所示。圖還畫了當(dāng)移動站A和E通信時(shí)，是經(jīng)過A—B，B—C，C—D和最后D—E這樣一連串的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程。因此，在從源結(jié)點(diǎn)A到目的結(jié)點(diǎn)E的路徑中的移動站B、C和D都 是轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)，這些結(jié)點(diǎn)都具有路由器的功能。由于自組網(wǎng)絡(luò)沒有預(yù)先建好的網(wǎng)絡(luò)固定基礎(chǔ)設(shè)施(基站)，因此自組網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍通常是受限的，而真自組網(wǎng)絡(luò)一般也不和外界的其他網(wǎng)絡(luò)相連接。移動自組網(wǎng)絡(luò)也就是移動分組無線電網(wǎng)絡(luò)。
圖5-21 自組網(wǎng)絡(luò)
自組網(wǎng)絡(luò)通常是這樣構(gòu)成的：一些可移動的設(shè)備發(fā)現(xiàn)在它們附近還有其他的可移動設(shè)備，并且要求和其他移動設(shè)備進(jìn)行通信。由于便攜式電腦的大量普及，自組網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式已受到人們的廣泛關(guān)注。由于在自組網(wǎng)絡(luò)中的每一個移動站都要參與到網(wǎng)絡(luò)中其他移動站的路由的發(fā)現(xiàn)和維護(hù)，同時(shí)由移動站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆锌赡茈S時(shí)間變化得很快，因此在固定網(wǎng)絡(luò)中行之有效的一些路由選擇協(xié)議對移動自組網(wǎng)絡(luò)已不適用，這樣，路由選擇協(xié)議在自組網(wǎng)絡(luò)中就引起了特別的關(guān)注。另一個重要問題是多播，在移動自組網(wǎng)絡(luò)中往往需要將某個重要信息同時(shí)向多個移動站傳送。這種多播比固定結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的多播要復(fù)雜得多，需要有實(shí)時(shí)性好而效率又高的多播協(xié)議。在移動自組網(wǎng)絡(luò)中，安全問題也是—個更為突出的問題。
移動自組網(wǎng)絡(luò)在實(shí)用和民用領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。在軍事領(lǐng)域中，由于戰(zhàn)場上往往沒有預(yù)先建好的固定接入點(diǎn)，但攜帶了移動站的戰(zhàn)上就可以利用臨時(shí)建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，這種組網(wǎng)方式也能夠應(yīng)用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群和空中的機(jī)群。出于每一個移動設(shè)備都具有路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的功能，因此分布式的移動自組網(wǎng)絡(luò)的生存性非常好。在民用領(lǐng)域，開會時(shí)持有筆記本電腦的人可以利用這種移動自組網(wǎng)絡(luò)方便地交換信息，而不受筆記本電腦附近沒有電話線插頭的限制。當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時(shí)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)利用移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)的通信往往也是很有效的，因?yàn)檫@時(shí)事先已建好的固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可能已經(jīng)被破壞了。
順便指出，移動自組網(wǎng)絡(luò)和移動IP并不相同。移動IP技術(shù)是指漫游的主機(jī)可以用多種方式連接到因特網(wǎng)。漫游的主機(jī)可以直接連接到或通過無線鏈路連接到固定網(wǎng)絡(luò)上的另—個子網(wǎng)。支持這種形式的主機(jī)移動性需要地址管理和增加協(xié)議的可操作性，但移動IP的核心網(wǎng)絡(luò)功能仍然是基于在固定互聯(lián)網(wǎng)中一直在使用的各種路由選擇協(xié)議。移動自組網(wǎng)絡(luò)是將移動性擴(kuò)展到無線領(lǐng)域中的自治系統(tǒng)，它具有自己特定的路由選擇協(xié)議，并且可以不和因特網(wǎng)相連。即使在和因特網(wǎng)相連時(shí)，移動自組網(wǎng)絡(luò)也是以殘樁網(wǎng)絡(luò)(stub network)方式工作的。所謂“殘樁網(wǎng)絡(luò)”就是通信量可以進(jìn)入殘樁網(wǎng)絡(luò)，也可以從殘樁網(wǎng)絡(luò)發(fā)出，但不允許外部的通信量穿越殘樁網(wǎng)絡(luò)。
關(guān)于自組網(wǎng)絡(luò)可查找IEEE下屬的移動自組網(wǎng)絡(luò)工作組MANET(Mobile Ad-hoc NETworks)公布的各種資料。
下面我們對有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)進(jìn)行更加細(xì)致的討論。802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的物理層相當(dāng)復(fù)雜，這里只簡單介紹物理層的3種實(shí)現(xiàn)方法。
跳頻擴(kuò)頻FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)是擴(kuò)頻技術(shù)中常用的一種。它使用2.4GHz的ISM頻段(即2.4000～2.4835GHz)。共有79個信道可供跳頻使用。第一個頻道的中心頻率為2.402 GHz，以后每隔1 MHz一個信道。因此每個信道可使用的帶寬為1MHz。當(dāng)使用二元高斯移頻鍵控(GFSK時(shí)，基本接入速率為1 M Bit/s。當(dāng)使用4元GFSK時(shí)，接入速率為2 M Bit/s。
2．直接序列擴(kuò)頻
直接序列擴(kuò)頻DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)是另一種重要的擴(kuò)頻技術(shù)。它也使用2.4GHz的ISM頻段。當(dāng)使用二元相對移相鍵控時(shí)，基本按入速率為1 M Bit/s。當(dāng)使用4元相對移相鍵控時(shí)，接入速率為2 M Bit/s。
3. 紅外技術(shù)
紅外技術(shù)IR(Infrared)是指使用波長為850～950nm的紅外線在室內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。接入速率為1～2 M Bit/s。
雖然CSMA/CD協(xié)議已成功地應(yīng)用于使用有線連接的局域網(wǎng)，但無線局域網(wǎng)不能簡單地搬用CSMA/CD協(xié)議。這里主要有兩個原因：
第一，CSMA/CD協(xié)議要求一個站點(diǎn)在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時(shí)還必須不間斷地檢測傳道，以便發(fā)現(xiàn)是否有其他的站也在發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣才能實(shí)現(xiàn)“碰撞檢測”的功能。但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過大。
第二，更重要的是，即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并即使我們在發(fā)送數(shù)報(bào)時(shí)檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。
產(chǎn)生這種結(jié)果是由無線信道本身特點(diǎn)決定的。具體地說，這是由于無線電波能夠向所有的方向傳播，且其傳播距離受限。當(dāng)電磁波在傳播過程中遇到障礙物時(shí)，其傳播距離就更加受到限制。圖5-22的例子表示了無線局域網(wǎng)的特殊問題。圖中畫出四個無線移動站，并假定無線電信號傳播的范圍是以發(fā)送站為圓心的一個圓形面積。
圖5-22(a)表示站A和C都想和B通信。但A和C相距較遠(yuǎn)，彼此都接收不到對方發(fā)送的信號。當(dāng)A和C檢測不到無線信號時(shí)，就都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。結(jié)果B同時(shí)收到A和C發(fā)來的數(shù)據(jù)，發(fā)生了碰撞?？梢娫跓o線局域網(wǎng)中，在發(fā)送數(shù)據(jù)前未檢測到媒體上有信號還不能保證在接收端能夠成功地接收到數(shù)據(jù)。這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題(hide station problem)。
當(dāng)移動站之間有障礙物時(shí)也有可能出現(xiàn)上述問題。例如，A、D和C三個站彼此距離都差不多，但A和C之間有—座山，因此A和C都不能檢測到對方發(fā)出的信號。若A和C同時(shí)向B發(fā)送數(shù)據(jù)就會發(fā)生碰撞(但A和C并不知道)。則B無法正常接收。
圖5-22(b)給出了另一種情況。站B向A發(fā)送數(shù)據(jù)。而C又想和D通信。但C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實(shí)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)。這就是暴露站問題(expose station problem)。在無線局城網(wǎng)中，在不發(fā)生干擾的情況下，可允許同時(shí)多個移動站進(jìn)行通信。這點(diǎn)與總線式局域網(wǎng)有很大的區(qū)別。
除以上兩個原因外，無線信道還由于傳輸條件特殊，造成信號強(qiáng)度的動態(tài)范圍非常大。這就使發(fā)送站無法使用碰撞檢測的方法來確定是否發(fā)生了碰撞。
因此，無線局域網(wǎng)不能使網(wǎng)CSMA/CD， 而只能使用不帶碰撞檢測的CSMA協(xié)議。
為了提高CSMA協(xié)議的效率，802.11協(xié)議使用帶有碰撞避免的CSMA協(xié)議，即CSMA/CA協(xié)議，這里CA表示碰撞避免(Collision Avoidance)。在使用CSMA/CA的同時(shí)還使用正面確認(rèn)。在討論CSMA/CA協(xié)議之前，我們先介紹802.11的MAC層。
802.11標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了獨(dú)特的MAC層，如圖5-23所示，它通過協(xié)調(diào)功能(Coordination Function)來確定在基本服務(wù)集BSS中的移動站在什么時(shí)候能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。802.11的MAC層包括兩個子層，在下面的一個子層是分布協(xié)調(diào)功能DCF(Distributed Coordination Function)。DCF在每一個結(jié)點(diǎn)使用CSMA機(jī)制的分布式接入算法。讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此DCF向上提供爭用服務(wù)。另一個子層叫做點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF(Point Coordination Function)。PCF是選項(xiàng)，自組網(wǎng)絡(luò)就沒有PCF子層，PCF使用集中控制的接入算法(一般在按入點(diǎn)AP實(shí)現(xiàn)集中控制)，用類似于探詢的方法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流支給各個站，從而避免了碰撞的產(chǎn)生。對于時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)、如分組話音．就應(yīng)使用提供無爭用服務(wù)的點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF。
圖5-23 802.11的MAC層
為了盡量避免碰撞，802.11規(guī)定，所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)間(繼續(xù)監(jiān)聽)才能發(fā)送下一幀。名段時(shí)間的通稱是幀間間隔IFS(Inter Frame Space)。幀間間隔的長短取決于該站打算發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時(shí)間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時(shí)間。若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先幀就只能再推遲發(fā)送了。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會。常用的三種幀間間隔如下：
(1)SIFS,即短(Short)IFS，長度為28us。SIFS是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀；一個站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時(shí)間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀(后面要講)、由過長的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答AP探詢的幀和在PCF方式中AP發(fā)送出的任何幀。
(2)PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能IFS(比SIFS長)，是為了在開始使用PCF式時(shí)(在PCF方式。下使用沒有爭用)優(yōu)先獲得接入到媒體中。 PIFS的長度是SIFS加上一個時(shí)隙(slot)長度(其長度為50us)，即78us。時(shí)隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務(wù)集BSS內(nèi)當(dāng)某個站在一個時(shí)隙開始時(shí)接入到媒體時(shí)，那么在下一個時(shí)隙開始時(shí)，其他站就都能檢測出信道己轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。
(3)DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能IFS(最長的IFS)，在DCF方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS的長度比PIFS多一個時(shí)隙長度，因此DIFS的長度為128us。
CSMA/CA協(xié)議的原型可用圖5-24來說明。
欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在802.11標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物理層的載波監(jiān)聽。通過收到的相對信號強(qiáng)度是有超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)源站發(fā)送它的第—個MAC幀時(shí)，若檢測到信道空閑，則在等待—段時(shí)間DIFS后就可發(fā)送。目的站若正確收到此帖，則經(jīng)過時(shí)間間隔SIFS后，向源站發(fā)達(dá)確認(rèn)幀ACK。若源站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀ACK(由重傳計(jì)時(shí)器控制這段時(shí)間)，就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。
802.11標(biāo)準(zhǔn)還采用了—種叫做虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)的機(jī)制，這就是讓源站將它要占用信道的時(shí)間(包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時(shí)間)通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣就大大減少了碰撞的機(jī)會。“虛擬”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了源站的通知而不發(fā)送數(shù)據(jù)。這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。“源站的通知”就是在其MAC幀首部中的第二個字段“持續(xù)時(shí)間”中填入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時(shí)間(以微秒為單位)，包括目的站發(fā)送確認(rèn)幀所需的時(shí)間。
圖5-24 CSMA/CA協(xié)議的工作原理
當(dāng)一個站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時(shí)間”字段時(shí)，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV(Network Allocation Vector)。NAV指出了必須經(jīng)過多少時(shí)間才能完成這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。因此，信道處于忙態(tài)，或者是由于物理層的載波監(jiān)聽檢測到信道忙，或者是由于MAC層的虛擬載波監(jiān)聽機(jī)制指出了信道忙。
圖5-24指出，但信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，不僅都必須等待一個DIFS的間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間以便再次更新試圖接入到信道。請注意，在以太網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議中，碰撞的各站執(zhí)行退避算法是在發(fā)生了碰撞之后，但在 802.11的CSMA/CA協(xié)議中，因?yàn)闆]有像以太網(wǎng)那樣的碰撞檢測機(jī)制，因此在信道從忙態(tài)轉(zhuǎn)為空閑時(shí)，各站就要執(zhí)行退避算法。這樣做就減少了發(fā)生碰撞的概率(當(dāng)多個站都打算占用信道)，802.11也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避算法，但具體做法稍有不同，這就是；第i次退避就在22+i個時(shí)隙中隨機(jī)地選擇一個。這就是說，第1次退避是在8個時(shí)隙(而不是2個)中隨機(jī)選擇一個，而第2次退避是在16個時(shí)隙(而不是4個)中隨機(jī)選樣一個。
當(dāng)某個想發(fā)送數(shù)據(jù)的站使用退避算法選擇了爭用窗口中的某個時(shí)隙后，就根據(jù)該時(shí)隙的位置設(shè)置一個退避計(jì)時(shí)器(back off timer)。當(dāng)退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間減小到零時(shí)，就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。也可能當(dāng)退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間還未減小到零時(shí)而信道又轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)，這時(shí)就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器的數(shù)值，重新等待信道變?yōu)榭臻e，再經(jīng)過時(shí)間DIFS后，繼續(xù)啟動退避計(jì)時(shí)器(從剩下的時(shí)間開始)。這種規(guī)定有利于繼續(xù)啟動退避計(jì)時(shí)器的站更早地接入到信道中。
圖5-25 CSMA/CA協(xié)議中RTS幀和幀
應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)—個站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個數(shù)據(jù)幀是它想發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)幀，除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。具體來說，就是：
(1)在發(fā)送它的第一個幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。
(2)在每一次的重傳后。
(3)在每一次的成功發(fā)送后。
為了更好地解決隱蔽站帶來的碰撞問題，802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行頂約。具體的做法如圖5-25(a)所示。源站A人發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個短的控制幀，叫做請求發(fā)送RTS(Request To Send)，它包括源地址、目的地址和這次通信(包括相加的確認(rèn)幀)所需的持續(xù)時(shí)間。若媒體空閑，則目的站B就發(fā)送一個響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送CTS(Clear To Send)，如圖5-25(b)所示，它也包指這次通信所需的持續(xù)時(shí)間(從RTS幀中將此持續(xù)時(shí)間復(fù)制到CTS幀中)。A收到CTS幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。下面討論在A和B兩個站附近的一些站將做出的反應(yīng)。
C處于A的傳輸范圍內(nèi)，但不在B的傳輸范圍內(nèi)，因此C能夠收到A發(fā)送的RTS，但經(jīng)過一小段時(shí)間后，C不會收到B發(fā)送的CTS幀。這樣，在A向B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，C也可以發(fā)送自己的數(shù)據(jù)給其他的站而不會干擾B。請讀者注意，C收不到B的信號表明B也收不到C的信號。再觀察D。D收不到A發(fā)送的RTS幀，但能收到B發(fā)送的CTS幀。因此D知道B將要和A通信，因此D在 A和B通信的一段時(shí)間內(nèi)不能發(fā)送數(shù)據(jù)，因而不會干擾B接收A發(fā)來的數(shù)據(jù)。
至于站E，它能收到RTS和CTS，因此E和D一樣，在A發(fā)送數(shù)據(jù)幀和B發(fā)送確認(rèn)幀的整個過程中都不能發(fā)送數(shù)控。
可見這種協(xié)議實(shí)際上就是在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先對信道進(jìn)行預(yù)約—段時(shí)間。
使用RTS和CTS幀會使整個網(wǎng)絡(luò)的效率有所下降。但這兩種控制幀都很短，其長度分別為20字節(jié)和14字節(jié)，與數(shù)據(jù)幀(最長可達(dá)2346字節(jié))相比開銷不算大。相反，若不使用這種控制幀，則一旦發(fā)生碰撞而導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀重發(fā)，則浪費(fèi)的時(shí)間就更多。雖然如此，但協(xié)議還是設(shè)有三種情況供用戶選擇：一種是使用RTS和CTS幀：一種是只有當(dāng)數(shù)據(jù)幀的長度超過某一數(shù)值時(shí)才使用RTS和CTS幀(顯然，當(dāng)數(shù)據(jù)幀本身就很短時(shí)，再使用RTS和CTS幀只能增加開銷)；還有一種是不使用RTS和CTS幀。
雖然協(xié)議經(jīng)過了精心設(shè)計(jì)，但碰撞仍然會發(fā)生。例如，B和C同時(shí)向A發(fā)送RTS幀。這兩個RTS幀發(fā)生碰撞后，使得A收到正確的RTS幀因而A就不會發(fā)送后續(xù)的CTS幀。這時(shí)，B和C像以太網(wǎng)發(fā)生碰撞那樣，各自隨機(jī)地推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其RTS幀。推遲時(shí)間的算法也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。
圖5-26給出了RTS，和CTS幀以及數(shù)據(jù)幀和ACK幀的傳輸時(shí)間關(guān)系。在除源站和目的站以外的其他站中，有的在收到RTS幀后就設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV，有的則在收到CTS幀或數(shù)據(jù)幀后才設(shè)置其NAV。因此圖畫出了幾種不同的NAV的設(shè)置。
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(1)集線器在中央的星形網(wǎng)；(2)總線式以太網(wǎng)。
試計(jì)算每種情況下所需的電線長度。
4．?dāng)?shù)據(jù)率為10M Bit/s的以太網(wǎng)的碼元傳輸速率是多少波特
5．有10個站連接到以太網(wǎng)上。試計(jì)算以下三種情況下每一個站所能得到的帶寬：
(1)10個站都連接到一個10 M Bit/s以太網(wǎng)集線器；
(2)10個站都連接到一個100 M Bit/s以太網(wǎng)集線器；
(3)10個站都連接到一個10 M Bit/s以太網(wǎng)交換機(jī)。
6．試說明10BASE5、10BASE2、10BASE-T、1BASE5、10BROAD36和FOMAU所代表的意思。
7．10 M Bit/s以太網(wǎng)升級到100 M Bit/s和1G bit/s甚于10G Bit/s時(shí)，需要解決哪些技術(shù)問題 在幀的長度方面需要有什么改變 為什么？傳輸媒體應(yīng)當(dāng)有什么改變
8．100個站分布在4km長的總線上。協(xié)議采用CSMA/CD?？偩€速率為5 M Bit/s，幀平均長度為1000bit。試估算每個站每秒鐘發(fā)送的平均幀數(shù)的最大值。傳播時(shí)延為5us/km。
9．在以下的條件下，分別重新計(jì)算上題，并解釋所得結(jié)果。
(1)總線長度減小到1km。(2)總線速率加倍。(3)幀長變?yōu)?/span>10000bit。
10．假定1km長的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率為1G Bit/s。設(shè)信號在網(wǎng)絡(luò)上的傳播速率為200，000km/s，求能夠使用此協(xié)議的最短幀長。
11．有一個使用集線器的以太網(wǎng)，每個站到集線器的距離為d，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C。幀長為12500字節(jié)，信號在線路上的傳播速率為2.5x10^8m/s。距離d為25m或2500 m，發(fā)送速率為10 M Bit/s或10 G Bit/s。這樣就有4種不同的組合。試?yán)霉?/span>(5-9)分別計(jì)算這4種不同情況下參數(shù)a的數(shù)值，先進(jìn)行簡單討論。
12．為什么早期的以太網(wǎng)選擇總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而不使用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在卻改為使用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
13．試比較以太網(wǎng)的MAC層協(xié)議和HDLC協(xié)議的相似點(diǎn)和不同點(diǎn)。
14．假定一個以太網(wǎng)上的通信量中的80％是在本局域網(wǎng)上進(jìn)行的，而其余的20%的通信量是在本局域網(wǎng)和因特網(wǎng)之間進(jìn)行的。另—個以太網(wǎng)的情況則反過來。這兩個以太網(wǎng)一個使用以太網(wǎng)集線器，而另一個使用以太網(wǎng)交換機(jī)。你認(rèn)為以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)當(dāng)用在哪一個網(wǎng)絡(luò)上
15．以太網(wǎng)使用的CSMA/CD協(xié)議是以爭用方式接入到共享信道。這與傳統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用TDM相比優(yōu)缺點(diǎn)如何
16．使用CSMA/CD協(xié)議時(shí)，若線路長度為100 m，信號在線路上傳播速率為 2xl0^8m/s數(shù)據(jù)的發(fā)送速率為1G Bit/s。試計(jì)算幀長分別為512字節(jié)、1500字節(jié)和64000字節(jié)時(shí)的參數(shù)a的數(shù)值，并進(jìn)行簡單討論。
17．100VG局域網(wǎng)和FDDI都有哪些主要特點(diǎn) 和以太網(wǎng)相比，它們的優(yōu)缺點(diǎn)各有哪些？
18．網(wǎng)橋的工作原理和特點(diǎn)是什么 網(wǎng)橋與轉(zhuǎn)發(fā)器以及以太網(wǎng)交換機(jī)有何異同
19．以太網(wǎng)交換機(jī)有何特點(diǎn) 用它怎樣組成虛擬局域網(wǎng)？
20．無線局域網(wǎng)的MAC協(xié)議有哪些特點(diǎn) 為什么在無線局域網(wǎng)中不能使用CSMA/CD協(xié)議而必須使用CSMA/CA協(xié)議？結(jié)合隱蔽站問題和暴露站問題說明RTS幀和CTS幀的作用。
21．無線局城內(nèi)的MAC協(xié)議中的SIFS、PIFS和DIFS的作用是什么
22．為什么在無線局網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)幀后要對方必須發(fā)回確認(rèn)幀，而以太網(wǎng)就不需要對方發(fā)回確認(rèn)幀
23．解釋無線局域網(wǎng)中的名詞：BSS，ESS，AP， BSA，Portal、DCF，PCF和NAV。
