第 2 单元：计算机网络技术 局域网技术

以 Ethernet* 为主流技术 IEEE 标准局域网 ANSI 的 FDDI

广域网技术 B-ISDN ATM* 帧中继

计算机网络技术分布

帧中继ATM

SMDS

接入网 传输网(骨干网)局域网(用户) 接入网 局域网(用户)

广域网

xDSL(距离近)

DDN(距离远)

ISDN(要求高)

X.25

X.25

第 5 讲 3 种以太网

以太网层次结构

MDI

RS

MII

PCS

PMA

PMD

AutoNeg

PCS

PMA

PMD

MDI

RS

GMII

PLS

AUI

PMA

MDIMAU

介质访问控制层（MAC）

逻辑链路控制层（LLC）

更高层 网络层

数据链路层

物理层

(a)10ME (b)FE (c)GE

PCS

PMA

PMD

MDI

RS

XGMII

(d)10GE

MAC：介质访问控制 RS：协调子层 10GMII：1G介质无关接口 PCS：物理编码子层PMA：物理介质访问 PMD：物理介质相关 MDI：介质相关接口

局域网数据处理

高层数据

LLC数据LLC头部

MAC数据MAC头部 MAC尾部

LLC PDU

MAC帧

网络层

LLC子层

MAC子层

CSMA/CD 发送数据流程图网卡准备发送

监听信道1（ ）

发送数据和监听信道

4（ ）

按后退算法等待6（ ）

发送拥挤信号5（ ）

信道空闲2（ ）

发起新的发送

信道忙3（ ）

检测出冲突

发送阶段 （ 1 ）讲前先听 （ 2 ）无声则讲 （ 3 ）一等到有空就讲 （ 4 ）边讲边听 （ 5 ）冲突则等待 （ 6 ）多路重传或夭折 （ 7 ）重复第一步。

接收阶段 （ 1 ）长度校验 （ 2 ）目的地址校验 （ 3 ）完整性校验 （ 4 ）本地处理

以太网帧格式

前导 10101011 FCS数据/ 填充长度源地址目的地址

前导 11 FCS数据类型源地址目的地址

(b)DIX 以太网帧

(a)802.3以太网帧SFD

同步位

7字节 4字节46 1500～字节

2字节6字节6字节1字节

最小64字节

1518最大 字节

FCS范围

10Mbps 以太网物理层

CSMA/ CD以太网

AUI / MAU

10BASE-T双绞线

10BASE-F光缆

10BASE2细缆

10BASE5粗缆

10BROAD36宽带

MAC层

物理层

以太网物理层标准 10BASE5 （粗缆以太网） 10BASE2 （细缆以太网） 10BASE-T （双绞线以太网） 10BASE-F （光缆以太网）

10Mbps 以太网物理层比较   10BASE510BASE5 10BASE210BASE

210BASE-F10BASE-F 10BASE-T10BASE-T

最大网段长度最大网段长度 500m 185m 500,1000或 2000m

100m

拓扑结构拓扑结构 总线型 总线型 星型 星型

介质介质类型 50Ω粗缆 50Ω细缆 多模光缆 100Ω、 UTP

连接器连接器 NIC-DB-15 RG-58 ST RJ-45

介质挂接方法介质连接方法 MAU 栓接同轴线缆

外接或在 NIC中

外接或在 NIC中 外接或在 NIC中

站 /网段站点数 100 3510BASE-FP 为 33， FB、 FL或FOIRL为2个中继器

2（ NIC和中继器） 

最大网段数最大网段数 5 5 5 5

5-4-3 规则 “5” 是指网段的最大个数 “4” 是指连接网段的中继器的最大个数 “3” 是指只有 3 个网段上有主机

5-4-3 规则

中继器

2网段 4网段 5网段1网段 3网段中继器 中继器 中继器

(a)总线型以太网

中继器

2网段 4网段1网段 3网段

中继器 中继器 中继器

(b)星型以太网

级联链路 级联链路 级联链路 级联链路级联链路

快速以太网

MDI

RS

MII

PCS

PMA

PMD

AutoNeg

PCS

PMA

PMD

MDI

RS

GMII

PLS

AUI

PMA

MDIMAU

介质访问控制层（MAC）

逻辑链路控制层（LLC）

更高层 网络层

数据链路层

物理层

(a)10ME (b)FE (c)GE

PCS

PMA

PMD

MDI

RS

XGMII

(d)10GE

MAC：介质访问控制 RS：协调子层 10GMII：1G介质无关接口 PCS：物理编码子层PMA：物理介质访问 PMD：物理介质相关 MDI：介质相关接口

快速以太网的 MAC 技术 与 10M 以太网基本一致。 开始支持以太帧交换。

交换式以太网

D

BA

目的主机D FC

LAN 交换机

D S

D S

交换结构 智能单元

1 2 3

4 5 6

源物理地址 端口号 目的物理地址 端口号S 2 D 5

(a)S发送帧到D

(b)LAN交换机的转发表

源主机S

共享式

源主机S BA

F 目的主机DC

传输介质

D S

D S

D S

D S D S

D S

快速以太网物理层 100BASE-TX （ 5 类 UTP ） 100 BASE-FX （光纤） 100 BASE-T4 （ 4 对 3 类 UTP ） 100 BASE-T2 （ 2 对 3 类 UTP ）

100BASE-TX 编码及发送

当前半位元组 当前半位元组 4B/5B编码器 扰码器

MII TXD发送数据

4位数据 5B数据 并-串转换

125Mbit/s NRZI

MLT-3编码

线缆对数和线路电压

技术 发送 接收 电压

10BASE-T 1,2 3,6 2.5V±0.3V

100BASE-TX 1,2 3,6 1.0±50mV

100BASE-T4 1,2/4,5/7,8 3,6/4,5/7,8 3.5V±0.35V

100BASE-T2 1,2/3,4 1,2/3,4 1.81V±0.1V

物理拓扑结构对比 技术 半 /全双工操作 最低线缆要求 最大距离

100BASE-TX 全双工和半双工 Cat5， 2对 100米

100BASE-T4 半双工 Cat3， 4对 100米

100BASE-FX 全双工和半双工 62.5/125mMMF130米、 160米或 24米

100BASE-T2 半双工或全双工 Cat3， 2对 100米

快速以太网的改进 用 MII 取代 AUI

减弱了 MAC 层对物理层介质的要求 MII 不再采用 AUI 的串行接口规范，而提供 4 位并

行的数据通路 用简单不归零码代替曼彻斯特编码 定义了新型中继器规范，减少了中继器处理延

迟。 用双全工方式取代半双工，消除了传播延迟限

制，从而支持更大的网络直径。 可管理性得到增强。

千兆以太网层次结构

MDI

RS

MII

PCS

PMA

PMD

AutoNeg

PCS

PMA

PMD

MDI

RS

GMII

PLS

AUI

PMA

MDIMAU

介质访问控制层（MAC）

逻辑链路控制层（LLC）

更高层 网络层

数据链路层

物理层

(a)10ME (b)FE (c)GE

PCS

PMA

PMD

MDI

RS

XGMII

(d)10GE

MAC：介质访问控制 RS：协调子层 10GMII：1G介质无关接口 PCS：物理编码子层PMA：物理介质访问 PMD：物理介质相关 MDI：介质相关接口

千兆以太网 MAC 技术 半双工方式下使用 CSMA/CD

载波扩展 组播

全双工方式下不再使用 CSMA/CD

千兆以太网帧的载波扩展

前导 SFD 扩展FCS/数据 填充/类型 长度源地址目的地址

7字节 4字节46 1500－字节

2字节6字节6字节1字节 0 448－字节

64最小 字节

512最小 字节

FCS范围载波持续长度

为什么要载波扩展 半双工方式下存在冲突，冲突检测要求

帧的发送时间不小于帧的传送时间。 因此需要增加帧的长度。

为什么需要组播 若短帧 (<512B)都要扩展的话，造成大量的带宽浪费

为直接发送短帧，而又保证兼容性，提出组播

含义：在发送一个帧的同时，启动定时器，定时时间内发送的一组帧不再扩展。

组发原理

发送数据

载波侦听

RRRRRRRRRRRR RRR RRR

组发时间

时间槽

（512bytes）

IPG

Êý¾Ý°ü1 Êý¾Ý°ü2 Êý¾Ý°ü3 Êý¾Ý°ü4

千兆以太网物理层标准 1000 BASE-CX （同轴电缆） 1000 BASE-LX （长光纤） 1000 BASE-SX （短光纤） 1000 BASE-TX （ UTP ）

千兆以太网编码 -8B/10B 编码

8B/ 10B编码器

7 6 5 4 3 2 1 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

HGFEDCBA

abcdei fghj

输入编码

PCS编码

输出编码

PMA接口

GMI I接口

PMD接口

8B/ 10B解码器

7 6 5 4 3 2 1 0

HGFEDCBA

abcdei fghj 输入解码

PCS解码

输出编码

PMA接口

GMI I接口

PMD接口

3 2 1 07 6 5 4 9 8

千兆以太网典型配置

工作站 工作站

快速交换机

工作站 工作站 工作站 工作站

快速交换机

千兆交换机

1服务器 2服务器

Hub

3服务器 4服务器

千兆交换机连接 1000Mb/s 提供 带宽

10Mb/s

100Mb/s

10Mb/s

100Mb/s

千兆以太网的主要改进 GMII 取代 MII 使 MAC 数据通道拓宽到 8位，获得了更理想的时钟频率和数据通道转换率。

采用光纤通道标准（ ANSI X3.230 ）的 8B/10B 编码技术，获得了更高带宽。

采用载波扩展技术保证了千兆以太网的向下兼容性；采用帧组发技术提高了载波扩展技术的效率。

为更加适用光纤，而对自动协商做了优化。

以太网主要技术参数  以太网 快速以太网 千兆以太网

编码方式 曼彻斯特编码 4B/5B8B/6T

8B/10B

工作频率 20MHz 31.25MHz 125MHz

双工方式 半双工 /全双工 半双工 /全双工 半双工 / 全双工（半双工常用）

时间槽 512位时间 512位时间 512字节时间

帧间间隔 9.6μs 0.96μs 0.096μs

最大帧长度

1518字节 1518字节 1966字节

最小帧长度

64字节 64字节 512字节

重发上限 16次 16次 16次

后退上限 10次 10次 10次

阻塞序列 32位 32位 32位

以太网最大网段距离 传输介质 以太网

10BASE-T快速以太网100BASE-T

千兆位以太网1000BASE-F

最大网段距离

5类 UPT 100米 100米 1000米

STP/同轴线缆

500米 100米 25米

多模光纤 2千米 412米 (半双工 ) 220米 (半双工 )

2千米 (全双工 )

单模光纤 25千米 20千米 5千米

以太网标准化进程 MAC 标准物理层标准

802.310BASE5

802.3a 10BASE2

802.3i 10BASE-T

802.3j 10BASE-F

时间 1983 年 1989 年 1990 年 1993 年

MAC 标准物理层标准

802.3u 100BASE-FX

802.3u 100BASE-TX

802.3u 100BASE-T4

802.3x&y 100BASE-T2

时间 1995 年 1995 年 1995 年 1997 年

MAC 标准物理层标准

802.3z 1000BASE-X

802.3ab 1000BASE-T

802.3ae 10GBASE-

LR/LW

802.3ae 10GASE-ER/EW

时间 1998 年 1998 年 2002年 2002年

 

例题分析5、以太网的第一个国际认可标准是（ ）。

Unit1A、 DIX1.0B、 DIX2.0C、 IEEE802.3D、  10BASE5 答案： C

例题分析 ？ 1、以太网数据通信技术是（）。A、 CDMA/CDB、 CDMAC、 CSMAD、 CSMA/CD 答案： D

例题分析 2、以太网的拓扑结构是 ( ) 。A、 a/B、 a,b/C、 c/D、da. 总线型b. 星型 c. 环型d. 树型 答案： B

例题分析 3、以太网的传输数据率是 ( ) 。A、 10MbpsB、 8MbpsC、 5MbpsD、 2Mbps 答案： A

例题分析 4、以太网的层次结构包括 ( ) 。A、a,b/B、a,b,c/C、a,b,c,d/D、a,b,c,d,e,f,ga. 物理层b. 数据链路层c. 网络层d. 传输层e. 会话层f. 表示层g. 应用层 答案： A

例题分析 5、以太网中计算机之间的最大距离是 (

) 。A、 2500mB、 2000mC、 1000mD、 500m 答案： A

例题分析 7、有关以太网 CSMA/CD说法中，正确的是 ( ) 。A、a/B、a,c/C、a,c,d/D、a,b,c,da.计算机在发送数据之间先要对数据通道进行监听b. 当数据通道上有数据正在发送时，其他计算机也可以进

行数据发送。c. 如果正在发送数据的计算机得知其他计算机也在进行发

送，就停止发送数据，并发送干扰信号Jamd. 发生冲突的计算机等待一段时间后，可以重新请求发送。 答案： C

例题分析 8 、使用集线器 HUB 的以太网是 ( ) 。A、 10BASE-TB、 10BASEC、 10BASE-FD、 10BASE5 答案： A

例题分析 9、使用HUB 的网络是 ( ) 。A、 a,b,c/B、 a,b,c,d/C、 a,b,c,d,e/D、 a,b,c,d,e,fa. 10BASE-Tb. 100BASE-Tc. 1000BASE-Td. 10BASE2e. 10BASE5f. 10BASE-F 答案： A

例题分析 11、 10BASE-T 以太网的接口标准是 ( ) 。A、RJ45B、 BNCC、 STD、  SC 答案 :A

例题分析 12、在 10BASE-T 以太网中，计算机与HUB之间的最大距离是 ( ) 。

A、 1000mB、 500mC、 200mD、 100m 答案： D

例题分析 14 、在 100BASE-T 中， HUB 与 HUB之间的最大距离是 ( ) 。

A、 500mB、 400mC、 200mD、 100m 答案： D

例题分析 24、下列与 100BASE-TX 有关的描述中正确的是

( ) 。A、a,b,c/B、a,b,d/C、a,b,c,d/D、a,b,c,d,ea. 100BASE-TX遵守 CSMA/CD协议。b. 100BASE-TX 使用 2 对 5 类 UTP 。c. 100BASE-TX 的编码方式是 4B/5B 。d. 100BASE-TX 使用 MTL-3 波形法降低信号频率e. 100BASE-TX 使用与 10BASE-T相同的线缆和连

接器。 答案： D

例题分析 26、 FDDI 标准的标准化机构是 ( ) 。A、 ISOB、 IEEEC、 ITUD、 ANSI 答案： D

例题分析 27、 FDDI 的数据率是是 ( ) 。A、 100MbpsB、 50MbpsC、 20MbpsD、 10Mbps 答案： A

例题分析 28 、 FDDI 网络的覆盖范围可达 ( ) 。A、 10kmB、 100kmC、 1000kmD、 10000km B

例题分析 30、 FDDI 网络与以太网相比，最突出

的特点是 ( ) 。A、成本低B、 速度快C、易管理D、  安全性好 D

第 6 讲： ATM

主机

主机

主机

主机

主机

主机

路由器

ATM交换机

局域网寻址广域网寻址局域网寻址

路由器

ATM之前的数据交换技术 电路交换 存储转发

报文交换 分组交换

虚电路 数据报

传统技术的特点 电路交换

高可靠性、最好实时性 资源利用率低

分组交换 高效性、灵活性 资源利用率高

ATM 的含义 异步的含义是指各终端之间没有共同的时间参考

ATM 在电路交换和分组交换基础上发展起来的一种新的交换技术

ATM兼有电路交换的可靠性、实时性和分组交换的高效性、灵活性

数据与信令分别处理

信元交换

交换模块

信元

信元

输入 输出

X a Y b

X

Y

a

b

端口 ID

端口 ID

转发表

ATM 的协议参考模型 管理平面

控制平面 用户平面

高层

ATM (AAL)适配层CS

SAR

ATM层

物理层TC

PMD

层管理

平面管理

4

3

2

1

高层

物理层 PMD （ Physical Medium Dependent ）子层 PMD子层负责传输和接收比特流。它完成只

和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等。

TC（ Transmission Convergence）子层 TC子层实现信元流和比特流的转换，包括速率适配（空闲信元的插入）、信元定界与同步、传输帧的产生与恢复等。

ATM 层 ATM 层的功能

信元的复用与分用 信元的 VPI/VCI转换 信元首部的产生与提取。 一般的流量控制。

ATM信元的结构

ATM信元字节 5 48

在UNI

比特

4

16 83 1

在NNI

净负荷 头部

GFC VPI VCI HECPT

VPI VCI PT HEC

CLP

13 8168

12

比特

在UNI

CLP

使用 VCI寻址

交换机X

ATM网络

A B

12

34

35 26交换机Y

交换机Z4

3

213

12

5517

26入端口 VCI入 出端口 VCI出

4 35 335入端口 VCI入 出端口 VCI出

4 17 2 55

入端口 VCI入 出端口 VCI出4 25 2

VPI/VCI转换

3端口

1端口

2端口

VCI7VCI8

VCI7VCI8

VPI8

VC

I8

VCI8VCI7

VCI7

VC

I7

VC

I7

VCI75V

CI7

5

VPI9

VPI17

VPI16

问题： Why ATM has both advantages of

circuit switching and packet switching?

ATM适配层 AAL AAL的功能

将用户的应用数据单元 ADU划分为信元或将信元重装成为应用数据单元 ADU 。

对比特差错进行监控和处理。 处理丢失和错误交付的信元。 流量控制和定时控制。

AAL 子层 CS （ Convergence Sublayer ）子层

CS 使 ATM系统针对不同的应用提供不同的服务

SAR （ Segmentation And Reassembly） SAR 负责生成 48 字节净负荷，使 ATM 层

与上层应用无关

AAL 子层

CS汇聚子层

AAL层AAL层的共同部分

应用协议或高层协议（如网络层协议）

CPCS共同部分汇聚子层

SSCS特定服务汇聚子层

SAR拆装子层

ATM层

AAL 适配过程

CS-PDU头 CS负荷 填充 CS-PDU尾

高层用户PDU

ATM层

SAR子层

CS子层

SAR-PDU头 SAR-PDU负荷 SAR-PDU尾

信元头 ATM负荷

例题分析 41、在异步传输模式 ATM诞生之前，曾经提出的交换技术有 ( ) 。

A、 a,b/B、 a,c/C、 b,d/D、 a,b,c,da. 多速率电路交换b. 快速电路交换c. 帧中继d. 快速分组交换 答案： D

例题分析 42、 CCITT 对“可统一处理声音、数据

和其它服务的高速综合网络”的研究，导致了下列哪个技术的诞生 ( ) 。

A、以太网B、 FDDIC、令牌网D、  B-ISDN D

例题分析 44、下列网络技术中，采用固定长度数

据单元格式的是 ( ) 。 A、以太网 B、 快速以太网 C、 FDDI D、  ATM D

例题分析 45、 ATM信元的长度是 ( ) 。A、可变的B、 固定的 53BC、固定的 48BD、  固定的 5B B

例题分析46、 ATM 技术的数据率是 ( ) 。A、 a,b/B、 a,b,c/C、 a,b,d/D、 a,b,c,da. 155Mbpsb. 622Mbpsc. 100Mbpsd. 1000MbpsA

例题分析 47、下列网络技术中具有服务质量保证

的是 ( ) 。A、以太网B、 FDDIC、令牌环网D、  ATM D

例题分析 48 、 ATM信元中的寻址信息是 ( ) 。A、 a,b/B、 c,d/C、 c/D、 a,b,c,da. 目的地址 DAb. 源地址 SAc. 虚拟路径识别符 VPId. 虚拟通道标识符 VCI B

例题分析 51、 ATM 技术优于快速以太网的地方有 ( ) 。A、 a,d/B、 a,b/C、 a,b,d/D、 a,b,c,da. ATM 是面向连接的b. ATM 支持更大的 MTUc. ATM 的延迟较低d. ATM保证服务质量 D

第 7 讲：局域网互联技术

ATM网络ATM-LAN网桥

ATM-LAN网桥

LANLAN

(a)桥接方式

ATM网络

LANLAN

(b)路由方式

路由器路由器

桥接

网络层用户

网络层协议

LLC/MAC

LAN

MAC ATM

ATM

网络层用户

网络层协议

ATM

AAL5

网桥

路由

网络层用户

网络层协议

LLC/MAC

LAN

MAC ATM

ATM

网络层用户

网络层协议

ATM

AAL5

路由器

MAC/LLC

AAL网络层

以太网与 ATM互联技术－ LANE

以太网-ATM桥

以太网-ATM桥

PC

PC ATM工作站

ATM主机

ATM工作站

以太网段2

以太网段1

仿真LAN

ATM网络

LANE 的逻辑实体

路由器/网桥

网桥(LEC)

ATM TE(LEC)

网桥(LEC)令牌环

以太网802.3

LES，LECS，BUS

其它的仿真LAN

ATM网络LUNI

BUS：广播/未知地址服务器LECS：LAN仿真配置服务器LES：LAN仿真服务器LUNI：LAN仿真用户网络接口TE：终端设备

LUNIATM TE

(LEC)

ATM交换机

ATM交换机

ATM交换机

LUNI协议参考模型LAN工作站 服务器

高层协议IP、IPX或

LLC

MAC

PHY

ATM

PHY PHY

桥接/路由

LANE

AAL5MAC

PHY

ATM

PHY

ATM

AAL5

ATM网络

LANE

NDIS/ODI驱动接口

NDIS/ODI驱动接口

L-UNI ATM主机（LEC）

高层协议IP、IPX或

LLC

L-UNI

LEC

数据格式转换

头部 数据

SNAP LLC帧静负荷

CPCS-PDU静负荷 PCS-PDU尾部

LAN帧或分组

RFC 1483

ALL5 CPCS

尾部(可能不存在) ( )尾部可能不封装

( )阴影可能不需要LLC头

实体间的逻辑连接

LEC-1

－数据转发－地址解析－其他控制功能

LAN (仿真服务配制服务器 LECS)£ 对仿真LAN分配每个LEC－给出相应LEC的每个ATM地址

LAN (仿真服务器 LES)－完成仿真LAN的控制功能－允许LEC注册－允许LEC解析未知MAC地址

(广播与未知服务器 BUS)－转发－广播帧－组播帧－直接数据VCC建立之前单播到目的地的分组－未知通信量

LEC-n

组播发送VCC

直接控制VCC

控制分配VCC

组播转发VCC

直接配置VCC

直接数据VCC

控制VCC

LAN仿真服务器

LANE 地址解析发方(请求者)

收方

MAC地址

ATM地址

SVC呼叫请求

MAC ARP

IP ARP

BUS

LES

例题分析 52、有关局域网仿真LANE 的说法中，正确是的 ( ) 。A、a,b,c,d,e/B、a,b,c,d/C、 e,f/D、a,b,e,fa. LANE 是 ATM论坛定义的标准b. LANE 使 ATM 网络工作站具有传统网络 ( 以太网和令牌环网 ) 的功能c. LANE协议可以在 ATM 网络的顶层仿真LANd. 在 ATM 网络中传输的数据以 LAN MAC 数据包格式

进行封装e. LANE 并不仿真LAN MAC协议 A