第三章局域网技术与IEEE802系列协议第三章局域网技术与IEEE802系列协议56第三章局域网技术与IEEE802系列协议3.1IEEE802的系列模型及概述在第二章的2.2.2节已经介绍了局域网的接口层和802委员会以及802协议的体系结构，通常讨论局域网是以局域网的拓扑开始。

最常见的拓扑是总线型和环型，还有星型拓扑和异构型拓扑，异构型拓扑一般是前三种类型中任意两种复合而成。

局域网的传输媒质在2.2.1节也有所介绍，总体来说分为有线接入和无线接入两大类，其中有线接入的媒质包括双绞线、同轴电缆和光纤三种方式。

对于无线接入来说无线介质包括无线电、短波、微波、卫星和光波，无线通信的传输手段主要有数字微波和卫星通信，其中卫星传输也是微波传输的一种，只不过它的一个站点是绕地球轨道运行的卫星，根据卫星的运行轨道又可以分为地球同步卫星和低轨道人造卫星。

近来发展最快的就是无线局域网（Wireless LAN）技术，可以将PC机和其他典型的局域网设备在无线传输情况下实现通信，但是其目前的缺点是传输的数据速率有限。

3.1.1IEEE802.1协议该协议为网间互连定义，是关于LAN/MAN桥接、LAN体系结构、LAN管理和位于MAC以及LLC层之上的协议层的基本标准。

现在，这些标准大多与交换机技术有关，包括802.1q（VLAN标准）、、802.1v（VLAN分类）、802.1d(生成树协议)、802.1s（多生成树协议）和802.1p（流量优先权控制）。

目前在网桥设备中，均应有802.1的协议，常用的有802.1d和802.1f等。

图3.1网络拓扑第三章局域网技术与IEEE802系列协议573.1.2IEEE802.2协议该协议对逻辑链路控制（LLC），高层协议以及MAC子层的接口进行了良好的规范，从而保证了网络信息传递的准确和高效性。

由于现在逻辑链路控制已经成为整个802标准的一部分，因此这个工作组目前处于“冬眠”状态，没有正在进行的项目。

其PDU（Protocol DataUnit）结构如图3.2所示。

3.1.3IEEE802.3协议的简介该协议是媒体访问控制（MAC）协议，定义了10Mbps、100Mbps、1Gbps，甚至10Gbps的以太网雏形，同时还定义了第五类屏蔽双绞线和光缆是有效的缆线类型。

该协议工作组确定了众多的厂商的设备互操作方式，而不管它们各自的速率和缆线类型。

而且这种方法定义了CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问）访问技术规范。

IEEE802.3产生了许多扩展标准，如快速以太网的IEEE802.3u，千兆以太网的IEEE802.3z和IEEE802.3ab，10G以太网的IEEE802.3ae。

目前，局域网络中应用最多的就是基于IEEE802.3标准的各类以太网。

802.3的帧结构如图3.3所示在以802系列为标准的网络中，以802.3标准定义的以太网在局域互联网中占有很重要的地位。

虽然802.5（令牌环）占有的市场份额有显著的增长，但在千兆比以太网高速发展之后，以802.3为标准的以太网在局域网中，占有90%以上的比例。

同时由于802.3比802.5得到的修正次数更多，自从802.3标准发布以来，该标准的升级一直没有停顿。

标准化工作的进展，连同其广泛的供应商的支持，以及价格的不断下降，保证了802.3网络的稳定增长。

3.1.4IEEE802.4协议的简介该协议是令牌总线网的标准，它结合了以太网和令牌环协议，定义了令牌传递总线访问方法和物理层规范（Token Bus）。

该工作组近期处于休眠状态，并没有正在进行的项目。

802.4的帧结构如图3.4所示SSAP DSAP控制栏信息栏1个字节1个字节1个或2个字节0到N个字节图3.2LLC的PDU结构DSAPDestination ServiceAess Point（目的服务点）SSAPSource ServiceAess Point（起始服务点）字节数前导帧分隔符开始目的地址源地址数据字段长度数据填充帧校验序号712或62或6246—15004图3.3IEEE802.3的MAC帧格式字节数前导开始定界符帧控制目标地址源地址……数据……帧校验序号1或多于1112或60—819142或6结束定界符1图3.4令牌总线的PDU第三章局域网技术与IEEE802系列协议58802.4标准，在很大程度上是受适应工业自动化协议（MAP）的LAN标准的需求所驱动的。

目前很多制造商正在通过提供硬件芯片来支持令牌总线系统结构，主要用于军事指挥、控制、通信和智能系统中。

802.4所能提供的用户服务包括终端连接、内部通信、文件传送、电子邮件、声音连接与分发、视频分发、以及电路交换流数据的分发。

3.1.5IEEE802.5协议的简介该协议是令牌环网的标准，它是开放系统互联（OSI）模型中的逻辑链路控制（LLC）和物理层之间的一个媒体访问控制（MAC）协议，并定义了令牌环访问方法和物理层规范（Token Ring）。

标准的令牌环以4Mbps或者16Mbps的速率运行。

由于该速率肯定不能满足日益增长的数据传输量的要求，100Mbps 的应用光纤做传输媒质的令牌环在90年代的后期在中国得到了广泛的应用，特别是在校园网和大企业的Inter网中。

目前该工作组正在计划千兆位令牌环的标准(802.5v)。

其他802.5规范的例子是802.5c（双环包装）和802.5j（光纤站附件）。

令牌环在我国有一定的应用。

图3.5是802.5的令牌以及令牌环的帧结构对于令牌环型总线系统来说，其目的要能提供范围更广、速度更快的环网，从而产生了802.6和FDDI高速环网标准。

3.1.6三种不同的局域网的比较局域网类型性能比较IEEE802.3IEEE802.4IEEE802.5拓扑类型总线型令牌总线型令牌环型信号编码方式Manchester编码差分Manchester编码和直接编码差分Manchester编码频带宽度10M1M或者5M或者10M4M或者16M连接方式CSMA/CD令牌总线令牌环采用的媒质同轴电缆和无遮蔽双绞线75?,CATV同轴电缆无遮蔽以及遮蔽式双绞线最长的网络距离2.8Km10Km不等节点间隔最小2.8m最大100m优点1.媒体访问算法简单2.整个电缆是无源的，站点的访问和安装很简单1.可使用宽带电视电缆2.发送时延确定3.重负载时性能非常1.重负载时，网络效率高2.容易使用光缆3.发送时延确定SD（开始定界符）AC（访问控制）ED（结束定界符）a)令牌结构SD（开始定界符）AC（访问控制）目的地址源地址…数据…帧校验序号ED（结束定界符）FS（帧状态）FC（帧控制）b)帧结构图3.5令牌和令牌环的PDU第三章局域网技术与IEEE802系列协议593.轻附载时基本上无时延4.每个站可随时发送信息5.成本较低好4.可以设定优先级4.可设臵优先级缺点1.由于要正确检测信号冲突，限制了站间的最大距离2.重负载时，发送时延不确定，网络负载下降很多3.不适用于光缆作总线1.协议复杂，成本较高2.要使用调制解调器和宽带放大器3.轻负载时也要等待令牌的到来，从而影响了网络的效率1.由于使用集中管理，令牌管理复杂2.轻负载时也需要等待令牌，从而影响了网络的效率3.帧长有限制，帧不能太长表3.1三种局域网的比较3.2以太网技术及其协议3.2.1IEEE802.3的标准CSMA/CD以太网的早期应用是在总线型拓扑上，通常使用一种带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）的竞争协议。

CSMA/CD通常和某种坚持法则一起使用。

在数字通信技术中，常有DSMA的概念，DSMA指的是数字侦听多路访问，其与CSMA的区别请读者弄清。

3.2.1.1CSMA/CD的工作原理描述CSMA/CD是最常用的总线网工作方式之一。

CSMA/CD采用分布式控制方法，连接总线的各个结点通过竞争的方式，获得总线的使用权，只有获得使用权的结点才可以向总线发送信息帧，该信息帧将被连接总线的所有结点感知。

其工作原理为?若媒体忙，站点等待，这一点对所有坚持协议来说都是一样的。

?若媒体空闲，站点就把帧发出去，并继续侦听媒体。

?如果检测到一个冲突，站点立即停止传输，并发送一个简短的干扰信号。

?在冲突发生以后，站点等待一段随机时间后尝试重传。

最后一步对降低两个帧再次碰撞的可能性非常重要。

两者站点等待相同时间后再一次让它们发送出去的帧碰撞在一起的概率很小。

3.2.1.2两种不同的以太网帧结构及比较前同步信号目的地址源地址类型数据帧校验序列（CRC）64bits48bits48bits16bits46or1500bits32bits个体/组地址位前同步信号目的地址源地址长度LLC/数据帧校验序列56bits48bits48bits16bits46or1500bits32bits全局/局部管理地址位SFD8bits个体/组地址位图3.6DIX和IEEE802.3的以太帧格式第三章局域网技术与IEEE802系列协议601980年，DEC、Intel和Xerox 制定了10Mb/s以太网规范，该规范成为IEEE802.3标准的基础。

由于该规范是由上述的三家公司制定的，所以又被称为DIX规范。

这两种帧格式的差别如图3.6所示。

IEEE规范具备对原始DIX规范构造的以太网之间的向后兼容性。

IEEE委员会虽然没有改变帧中字段的大小和位臵，但是改变了对某些位的解释。

目前DIX和IEEE可以共存在同一个以太网中。

3.2.1.3以太网的物理层标准物理层由两个部分组成传输媒体和连接策略。

在部署以太网时，必须提供一些用于站间交换信息的物理介质。

以太网又可按照所使用的介质来划分，例如同轴电缆以太网、光纤以太网或双绞线以太网，因此802委员会在设计系统体系机构时，专门考虑了介质无关性的问题。

因而每一代以太网都有一个介质无关接口。

在10Mb/s以太网中，介质无关接口称为连接单元接口AUI （Attachment UnitInterface）[IEEE96，条款7]。

MII是用于互联控制器和收发器的全新介质无关接口（Medium-Independent Interface），它是100Mb/s快速以太网开发工作的一个组成部分[IEEE95，条款22]。

千兆以太网从物理层到链路层都采用了介质无关的接口方式。

千兆MII（GMII）主要是作为一个逻辑接口，而不是一个物理接口。

即当以GMII作为收发器和控制器间的通信模型来定义系统时，GMII自身可能只存在于IC（Integrated circuit）中而不外臵。

它只用做IC到IC的接口，而不支持任何连接器或电缆。

表3.2对AUI、MII和GMII的特性作了总结和比较。