第5章網(wǎng)絡連接與主干網(wǎng)絡技術

第5章網(wǎng)絡連接與主干網(wǎng)絡技術5.1 主干網(wǎng)絡技術概述目前在局域網(wǎng)的組建和管理中應用最多的是以太網(wǎng)。光纖分布式數(shù)字接口（FDDI）及異步傳輸模式（ATM）技術也被用于不同的計算機主干網(wǎng)絡環(huán)境中。5.1.1 FDDI簡介FDDI（FiberDistributedDataInterface），即光纖分布式數(shù)據(jù)接口，是以光纖為傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)標準，由美國國家標準協(xié)會ANSIX3T9.5委員會制定，傳輸速率高達100Mbps。FDDI是基于令牌環(huán)標準的一種令牌傳遞環(huán)協(xié)議，用光纖作為傳輸介質(zhì)，環(huán)路長度可擴展到200公里，連接的站點數(shù)可以達到1000個。沿用IEEE802系列局域網(wǎng)的設計規(guī)范，IEEE802.5TokenRing令牌環(huán)網(wǎng)絡技術加以改進。1.使用802.2LLC協(xié)議，與802局域網(wǎng)兼容；2.使用基于IEEE802.5的MAC協(xié)議；3.使用雙環(huán)拓撲結(jié)構；4.使用多模、單模光纖或雙絞線作為傳輸媒體；5.數(shù)據(jù)率為100Mbps；6.連接站數(shù)小于等于1000個，若都是雙連接站，為500站7.最大站距離為2000m，環(huán)路長100km，光纖總長200km8.多令牌和多消息9.通道的靈活利用10.最大報文長度4500字節(jié)主要特點FDDI是一種高冗余的光纖局域網(wǎng)技術高速局域網(wǎng)（數(shù)據(jù)中心環(huán)境、辦公室、建筑物環(huán)境）；城域網(wǎng)（較小網(wǎng)絡的互聯(lián)）；主干網(wǎng)（校園網(wǎng)環(huán)境、多校園網(wǎng)環(huán)境）。適用范圍雙環(huán)拓撲結(jié)構光纖構成的FDDI，其基本結(jié)構為兩個封閉的逆向雙環(huán)，一個環(huán)為主環(huán)（PrimaryRing），另一個環(huán)為備用環(huán)（SecondaryRing）。A類站2主環(huán)備用環(huán)A類站3A類站1集線器路由器WANB類站6B類站5B類站4FDDI的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構雙通道結(jié)構可如下實現(xiàn)：一個節(jié)點可以通過一個或兩個通道進行通信。標準并不要求在兩具通道上都通信，因此可設置低成本、單通道的設備。FDDI節(jié)點有兩種類型：雙接入站（DAS）和單接入站（SAS）。雙接入站至少有兩個端口——A端口（主環(huán)進，備用環(huán)出）和B端口（備用環(huán)進，主環(huán)出）。一個節(jié)點也可以有許多M端口，用以連接到單連接節(jié)點。至少具有1個M端口的節(jié)點稱為集線器。如果一個節(jié)點在兩個通道上通信而其中一個通道有故障，則通常此節(jié)點仍然能夠在另一通道上通信。當環(huán)上的兩個通道都出現(xiàn)中斷時（要么是由于節(jié)點失效，要么是由于鏈路損壞），中斷中兩端的節(jié)點會把兩個通道連接在一起，有效把它們變成一個更長的環(huán)。這使得工作得以繼續(xù)，直至故障排除。雙環(huán)網(wǎng)絡中的每個雙接入站，不管它是在一個通道上還是在兩個通道上通信，必須保持與兩個通道連接，以提供并聯(lián)電路，便于故障恢復。多令牌和多消息FDDI標準規(guī)定，在單個FDDI環(huán)上允許多個令牌和消息循環(huán)。在FDDI環(huán)中，當一個節(jié)點消息發(fā)送結(jié)束而又沒有接收到任何信息時，就立即發(fā)出一個空閑令牌，從本質(zhì)上講就是在沒有令牌的時候創(chuàng)建新的空令牌。這個令牌能被環(huán)中下一個要發(fā)送信息的節(jié)點捕獲，此時環(huán)上將有不止一個令牌同時傳輸數(shù)據(jù)。通道的靈活利用FDDI環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸容量，其中一部分可用來傳送同步流量，如電話業(yè)務。這實質(zhì)上是在環(huán)上分出一個或多個高速通信信道。FDDI網(wǎng)絡的結(jié)構FDDI網(wǎng)絡的組成：構成FDDI的構件至少應具有下述部分：

1、光纖電纜

2、FDDI適配器

3、FDDI適配器與光纖相連的連接器 4、FDDI集中器 ¨¨¨¨¨

FDDI使用光纖作為最主要的傳輸介質(zhì)，不過也可以在銅質(zhì)線纜上實現(xiàn)。使用銅質(zhì)線纜的FDDI被稱為CDDI。與銅質(zhì)介質(zhì)相比，光纖具有一些明顯的優(yōu)勢。因為光纖不會向外界輻射電子信號，所以使用光纖介質(zhì)的網(wǎng)絡無論是在安全性，可靠性還是網(wǎng)絡性能方面都有了很大的提高。１、光纖電纜

FDDI定義了兩種不同類型的光纖，分別是單模光纖和多模光纖。所謂模就是指以一定的角度進入光纖的一束光線。多模光纖使用發(fā)光二極管（LED）作為發(fā)光設備，而單模光纖使用的則是激光二極管（LD）。

以下是單模光纖和多模光纖的簡單示意圖：多模光纖允許多束光線穿過光纖。因為不同光線進入光纖的角度不同，所以到達光纖末端的時間也不同。這就是我們通常所說的模色散。色散從一定程度上限制了多模光纖所能實現(xiàn)的帶寬和傳輸距離。正是基于這種原因，多模光纖一般被用于同一辦公樓或距離相對較近的區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡連接。單模光纖只允許一束光線穿過光纖。因為只有一種模態(tài)，所以不會發(fā)生色散。使用單模光纖傳遞數(shù)據(jù)的質(zhì)量更高，傳輸距離更長。單模光纖通常被用來連接辦公樓之間或地理分散更廣的網(wǎng)絡。

FDDI標準對如何與光纖的連接規(guī)定了一些規(guī)則,旨在防止構成錯誤的拓撲結(jié)構。⑴端口類型A，用于連接FDDI雙環(huán)的主環(huán)入和備用環(huán)出。

⑵端口類型B，用于連接FDDI雙環(huán)中主環(huán)出和備用環(huán)入。

⑶端口類型M，用于連接單連接站（SAS）、雙連接站（DAS）或另外的集中器。

⑷端口類型S，用于連接到集中器上。2、FDDI端口類型同時具備這四種端口類型的FDDI設備是集中器，如圖所示。端口A用于連接FDDI的主環(huán)入和備用環(huán)出；端口B用于連接FDDI雙環(huán)中主環(huán)出和備用環(huán)入；端口Ｍ用于連接單連接站（SAS）、雙連接站（DAS）或另外的集中器；DAS：dualattachmentstation（雙連接站）。所謂DAS是具有兩個FDDI端口，因而能直接與雙環(huán)相連的工作站。正常情況下，只有一個方向的環(huán)路（主環(huán)）工作另一個環(huán)（次環(huán)）不工作，當環(huán)路的鏈路出現(xiàn)故障時，F(xiàn)DDI自動重新配置，啟動次環(huán)，讓網(wǎng)絡繼續(xù)工作。其拓撲結(jié)構為逆向雙環(huán)。

用雙連接站組成FDDI網(wǎng)絡SASsingleattachmentstation(單連接站)，SAS只有一個FDDI端口,要與FDDI環(huán)相連必須經(jīng)過集中器（集中器：又被稱為雙連接集中器，是FDDI網(wǎng)絡的重要組成部分，可以直接與主環(huán)路和備用環(huán)路連接，并確保任何單連接節(jié)點出現(xiàn)的故障都不會擴散到整個環(huán)路。）按照FDDI的標準，可使用多種拓撲結(jié)構，其中下述四種極為重要：

１、獨立集中器型。２、逆向雙環(huán)。

３、集中器樹。４、樹型雙環(huán)。用集中器組成FDDI網(wǎng)絡由一個集中器和連接站組成，如圖所示，連接站可以是SAS也可以是DAS，看上去像Ethernet中Hub所構成的結(jié)構。獨立集中器型通常用來連接高性能的設備，或用來連接多個LAN。獨立集中器型FDDI介質(zhì)訪問控制（MAC）FDDI的令牌在網(wǎng)絡中不停地傳遞，從一個節(jié)點到另一個節(jié)點。當節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，需要先捕獲令牌，再把信息以FDDI幀的格式發(fā)送出去，然后釋放令牌。這些幀的幀頭包含復制該幀的節(jié)點的地址。一幀在環(huán)中循環(huán)時，所有的節(jié)點都要閱讀該幀，以確定自己是不是該幀的目的節(jié)點。如果是目的節(jié)點，則從幀中復制數(shù)據(jù)，將幀尾中的幀狀態(tài)位復位，并將該幀重發(fā)到環(huán)中的下一節(jié)點。當幀回到源節(jié)點時，源節(jié)點將其刪除并重發(fā)空閑令牌。這樣，令牌訪問控制機制保證了所有的節(jié)點能順序而有效地共享網(wǎng)絡帶寬。FDDI網(wǎng)絡的優(yōu)點1.較長的傳輸距離

2.具有較大的帶寬

3.可靠性高

4.安全性好

5.互操作性強

為了使得FDDI能夠更加有用，在此基礎上又制定了銅纜分布式數(shù)據(jù)接口CDDI標準。銅線分布式數(shù)據(jù)接口(CDDI)是FDDI的一種變型，可以在不昂貴的銅線電纜上運行而使用相同的協(xié)議。

銅纜分布式數(shù)據(jù)接口是FDDI協(xié)議在銅軸雙絞線（5類UTP或STP）上的實現(xiàn)。與FDDI一樣，它的速率為100Mbps，也采用了雙環(huán)體系結(jié)構提供冗余特性。CDDI支持的工作站與集線器間的最大距離為100米。銅纜分布式數(shù)據(jù)接口CDDI5.1.2 ATM介紹ATM網(wǎng)是一種提供對時間敏感型數(shù)據(jù)、話音和視頻的突破性網(wǎng)絡。ATM允許用戶對話音、視頻和數(shù)據(jù)進行無間斷的發(fā)送，提供保證的服務質(zhì)量，支持廣泛的速率.ATM有利于時延敏感的聲音/視頻流量和突發(fā)流量的傳輸.傳送模式闡明了在網(wǎng)絡中傳輸、復用和交換數(shù)據(jù)的方法。在網(wǎng)絡中，交換技術傳送模式通常有：同步傳送模式（STM）、分組傳送模式（PTM）和異步傳送模式（ATM）。同步傳送模式（STM）STM技術將每一個傳輸幀劃分到一系列時隙當中，接著為每一位用戶分配一個對應時隙。STM交換是在固定時隙之間進行的。在這種固定時隙的傳輸及交換模式中，若在通信過程中的某一時刻，用戶無數(shù)據(jù)傳遞，但其固定占用的時隙仍屬其所有(盡管此刻處于空閑狀態(tài))；相反，若其有大量突發(fā)性數(shù)據(jù)要求傳送(盡管這有可能造成信號的延時甚至是信元的丟失)，也仍只能借助于固定的時隙來傳輸和交換。時隙1時隙2時隙3時隙n分組傳送模式PTMPTM網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)劃分成長度可變的數(shù)據(jù)單元（包、數(shù)據(jù)報或者幀）。每一個數(shù)據(jù)單元都包含用戶數(shù)據(jù)和信頭，其中信頭提供路由、流控制及糾錯等信息。PTM網(wǎng)絡經(jīng)常在多條并行通路中，從一個節(jié)點到另一節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)包，直到到達最終目的節(jié)點，而不是在源節(jié)點與目的節(jié)點之間提供專門的物理連接。PTM在處理突發(fā)數(shù)據(jù)流時表現(xiàn)優(yōu)異，因為節(jié)點僅僅在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才會占用帶寬。PTM不提供在保障的網(wǎng)絡訪問。主機A主機B數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)異步傳送模式ATMATM把STM（恒定傳輸時延及容量保障）和PTM（具有靈活處理間歇流量的能力）的長處結(jié)合到一種傳送模式中，同時滿足了聲音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。ATM面向連接，它需要在通信雙方向建立連接,通信結(jié)束后再由信令拆除連接。與STM相比之下，在ATM中，其信元傳輸所占用的時隙并不固定，為信元異步復用。在一幀中占用的時隙數(shù)也不固定，可以有1至多個時隙，完全根據(jù)當時用戶通信的情況而定，而且各時隙之間并不要求連續(xù)，純粹是“見縫插針”，在交換時，也是類似的。ATM具有動態(tài)分配帶寬的特點，可以充分地利用帶寬資源，并且能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的要求，因而不致出現(xiàn)在ATM中的延時或信元丟失的情況。信道1信道3信道1信道6信道4ATM的信元格式：在分組交換體制中，數(shù)據(jù)往往是被分成一個個的數(shù)據(jù)組。在ATM中，數(shù)據(jù)分組取為固定長度，并將其稱為ATM信元，信元的長度為53個字節(jié)。采用不長的字節(jié)數(shù)有助于提高ATM信元的處理速度，因為傳輸這樣一個信元，在155Mb/s的系統(tǒng)中僅需2.8μs。從交換的實現(xiàn)來看，采用固定長的信元便于采用硬件來實現(xiàn)。傳送模式小結(jié)見書P：70表5.1（STM，PTM和ATM的比較）5.2 以太網(wǎng)技術載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD） —CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection載波偵聽(CS)：發(fā)送結(jié)點在發(fā)送信息幀之前，必須偵聽媒體是否處于空閑狀態(tài)。多路訪問(MA)：具有兩種含義，既表示多個結(jié)點可以同時訪問媒體，也表示一個結(jié)點發(fā)送的信息幀可以被多個結(jié)點所接收。沖突檢測(CD)：發(fā)送結(jié)點在發(fā)出信息幀的同時，還必須監(jiān)聽媒體，判斷是否發(fā)生沖突（同一時刻，有無其他結(jié)點也在發(fā)送信息幀）。CSMA/CD方法是一種爭用型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。網(wǎng)中的各個站（節(jié)點）都能獨立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收。每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，首先要進行載波監(jiān)聽，只有介質(zhì)空閑時，才允許發(fā)送幀。這時，如果兩個以上的站同時監(jiān)聽到介質(zhì)空閑并發(fā)送幀，則會產(chǎn)生沖突現(xiàn)象，這使發(fā)送的幀都成為無效幀，發(fā)送隨即宣告失敗。每個站必須有能力隨時檢測沖突是否發(fā)生，一旦發(fā)生沖突，則應停止發(fā)送，以免介質(zhì)帶寬因傳送無效幀而被白白浪費，然后隨機延時一段時間后，再重新爭用介質(zhì)，重發(fā)送幀。5.2.1 以太網(wǎng)的工作機制CSMA/CD的幀發(fā)送過程一個站要發(fā)送信息幀，首先要監(jiān)聽總線，以確定介質(zhì)是否有其他站點正在發(fā)送信息。如果介質(zhì)是空閑的，則可以發(fā)送；如果介質(zhì)是忙碌的，則要繼續(xù)監(jiān)聽，一直等到介質(zhì)空閑時方可發(fā)送。在發(fā)送信息幀的同時，還要繼續(xù)監(jiān)聽總線。一旦監(jiān)聽到?jīng)_突發(fā)生，便立即停止發(fā)送，并向總線發(fā)出一串阻塞信號來加強沖突，以便通知總線上各個站點已發(fā)生沖突。這樣，通道的容量不致因傳送已損壞的幀而白白浪費。沖突發(fā)生后，應隨機延遲一個時間量，再去爭用總線。通常采用的延遲算法是二進制指數(shù)退避算法。

CSMA/CD的幀接收過程

CSMA/CD的幀接收過程中總線上的非發(fā)送站點總是處于監(jiān)聽總線狀態(tài)。當總線上有信號時，則啟動幀接收過程。對于接收到的幀，要進行如下的幀有效性檢查：（1）濾除因沖突而產(chǎn)生的“幀碎片”，即當接收的幀長度小于最小幀長限制時，則認為是不完整的幀而將它丟棄掉。（2）檢查幀的目的地址字段（DA）是否與本站地址相匹配。如果不匹配，則說明不是發(fā)送給本站的而將它丟棄掉。（3）進行幀的CRC校驗。如果CRC校驗有錯，則丟棄該幀。（4）進行幀長度檢驗。接收到的幀長必須是8位的整數(shù)倍，否則丟棄掉。（5）最后將有效的幀提交給LLC子層。5.2.2 以太網(wǎng)的發(fā)展以太網(wǎng)/IEEE802.3，傳統(tǒng)上的共享式以太網(wǎng)，采用同軸電纜作為通信介質(zhì)，傳輸速率達到10Mbps。100Mbps以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)，采用雙絞線作為通信介質(zhì)，傳輸速率達到100Mbps。1000Mbps以太網(wǎng)，吉比特以太網(wǎng)，采用光纖或雙絞線作為通信介質(zhì)，傳輸速率達到1000Mbps（1Gbps）。10吉比特以太網(wǎng)——下一代以太網(wǎng)發(fā)展的目標以太網(wǎng)的發(fā)展歷史：（1）20世紀70年代中期，Xerox公司制定了以太網(wǎng)協(xié)議并進行實驗，速率為2.94Mbps；（2）1980年，Xerox、Intel和DEC三公司聯(lián)合發(fā)表DIX80，即以太網(wǎng)的標準；（3）1981年6月，IEEE802LAN標準委員會成立；（4）1985年，IEEE802LAN標準委員會正式通過了局域網(wǎng)標準。（5）傳統(tǒng)的以太網(wǎng)的核心思想是在共享的公共傳輸媒體上以半雙工傳輸模式工作，網(wǎng)絡的站點在同一時刻要么發(fā)送數(shù)據(jù)，要么接收數(shù)據(jù)，而不能同發(fā)送和接收。（6）交換型和全雙工以太網(wǎng)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了站點獨占傳輸媒體并同時收發(fā)數(shù)據(jù)。表5.3以太網(wǎng)主要技術及其標準的發(fā)展1982年10BASE5（DIX） 802.3粗同軸電纜1985年10BASE2 802.3a細同軸電纜1990年10BASET 802.3j雙絞線1993年10BASEF 802.3j 光纖1995年100BASET 802.3u雙絞線1997年全雙工以太網(wǎng) 802.3x雙絞線、光纖1998年1000BASEX 802.3z短屏蔽雙絞線、光纖1999年1000BASET 802.3ab雙絞線（1）10BASE5

10BASE5又稱粗纜以太網(wǎng)，采用直徑10mm、阻抗50的同軸電纜作為傳輸媒體，數(shù)據(jù)速率為10Mbps。每段電纜（稱一個網(wǎng)段）的最大長度為500米，最多可支持100個節(jié)點，節(jié)點間距不能小于2.5米。可以使用中繼器來連接不同的網(wǎng)段，但任意兩個站之間的路徑上最多只允許有四個中繼器，也就是說網(wǎng)絡跨度最長為2.5公里（5500米）。網(wǎng)段的兩端必須使用50的終端匹配器來防止信號反射。收發(fā)器與網(wǎng)卡之間用收發(fā)器電纜（AUI電纜即粗纜接口）連接。

10BASE5名稱的含義是：運行于10Mbps的速率（10），采用基帶傳輸方式（BASE），每個網(wǎng)段的最大長度為500米（5）。（2）10BASE2

10BASE2又稱細纜以太網(wǎng)，采用直徑5mm、阻抗50的同軸電纜作為傳輸媒體，數(shù)據(jù)速率為10Mbps。一個網(wǎng)段的最大長度近似為200米（實際為185米），最多可支持30個節(jié)點，節(jié)點間距不能小于0.5米。和粗纜以太網(wǎng)一樣，也可以使用中繼器來連接不同的網(wǎng)段，并且任意兩個站之間的路徑上最多也只允許有四個中繼器，也就是說網(wǎng)絡跨度最長為925米（5185米）。網(wǎng)段的兩端也需要使用50的終端匹配器。細纜以太網(wǎng)價格便宜，易于安裝，但從網(wǎng)上增加或去除站點時，必須中斷網(wǎng)絡的運行，另外接頭的地方很容易松動，經(jīng)常會因接觸不好引起網(wǎng)絡故障，因而網(wǎng)絡的可靠性比較差。細纜同軸電纜通過BNC-T型連接器（細纜接口）與網(wǎng)卡連接。（3）10BASET

10BASE5和10BASE2的一個共同缺點是網(wǎng)絡維護比較困難，當電纜某處中繼或某個連接器松動或連接器發(fā)生故障時，很難定位或隔離故障。為此，人們采用了一種全新的組網(wǎng)方式，將所有計算機通過雙絞線連接到一個中央集線器（HUB）上，這種方式稱為10BASET。每段雙絞線電纜的最大長度為100米，雙絞線兩端需使用RJ-45的接插件（雙絞線接口）。采用集線器后，在網(wǎng)上增加或去除一個站點，只需簡單的插拔即可，既方便又不需要中斷網(wǎng)絡運行；其次，共享信道實際上是由電路實現(xiàn)的，極少出現(xiàn)故障，再加上機器的故障不會涉及到網(wǎng)絡，因而網(wǎng)絡的可靠性極高；另外，面板上的指示燈顯示各個站點的連通情況，據(jù)此可以很容易判斷哪臺機器發(fā)生了故障。（4）10BASEF

10BASEF使用光纖作為傳輸媒體，具有很好的抗干擾性，但由于光纖連接器昂貴，使得網(wǎng)絡的費用很高。包括10BASEFP、10BASEFB和10BASEFL。

10BASE-510BASE-210BASE-T10BASE-FL收發(fā)器外置設備內(nèi)置芯片內(nèi)置芯片內(nèi)置芯片媒體Ф10,50?同軸電纜Ф5,50?同軸電纜3、4、5類UTP62.5/125um多模光纜最長媒體段500m185m100m2km拓撲結(jié)構公共總線形公共總線形星形星形中繼器/集線器中繼器中繼器集線器集線器最大跨距/媒體段數(shù)2.5km/5925m/5500m/54km/2連接器15針D型AUIBNC，T頭RJ—45ST，SC四種10BASE以太網(wǎng)物理性能比較

以太網(wǎng)分為共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)。共享式以太網(wǎng)——共享式連接設備構成的局域網(wǎng)，采用載波檢測多路偵聽（CSMA/CD）機制來進行傳輸控制。它以集線器（中繼器）為中央節(jié)點，所有站點均在爭用媒體而共同分割帶寬。共享式以太網(wǎng)基于共享式集線器（HUB）的以太網(wǎng)

同一個沖突域 共享同一帶寬

共享/競爭機制：在局域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)都是以“幀”的形式傳輸?shù)?。共享式以太網(wǎng)是基于廣播的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)的，因為集線器不能識別幀，所以它就不知道一個端口收到的幀應該轉(zhuǎn)發(fā)到哪個端口，它只好把幀發(fā)送到除源端口以外的所有端口，這樣網(wǎng)絡上所有的主機都可以收到這些幀。這就造成了只要網(wǎng)絡上有一臺主機在發(fā)送幀，網(wǎng)絡上所有其他的主機都只能處于接收狀態(tài)，無法發(fā)送數(shù)據(jù)。也就是說，在任何一時刻，所有的帶寬只分配給了正在傳送數(shù)據(jù)的那臺主機。也正因為如此，在所有主機之間也就存在了對帶寬的競爭。沖突檢測/避免機制：在基于競爭的以太網(wǎng)中，只要網(wǎng)絡空閑，任何一主機均可發(fā)送數(shù)據(jù)。如果同一時間內(nèi)網(wǎng)絡上有兩臺主機發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡空閑同時發(fā)送數(shù)據(jù)，那么就會產(chǎn)生“碰撞”（Collision），也稱為“沖突”，這時兩個傳送操作都將遭到破壞，此時CSMA/CD機制將會讓其中的一臺主機發(fā)出一個“通道擁擠”信號，這個信號將使沖突時間延長至該局域網(wǎng)上所有主機均檢測到此碰撞。然后，兩臺發(fā)生沖突的主機都將隨機等待一段時間后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)，避免再次發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞的情況。

共享式以太網(wǎng)這種“帶寬競爭”的機制使得沖突（或碰撞）幾乎不可避免。而且網(wǎng)絡中的主機越多，碰撞的幾率越大。共享式以太網(wǎng)的缺點：首先，通信時占用整個傳輸通道，將極大浪費網(wǎng)絡帶寬；其次，由于網(wǎng)卡在某一時刻要么發(fā)送數(shù)據(jù)，要么接收數(shù)據(jù)，或者處于等待狀態(tài)，這將降低網(wǎng)絡的效率。

1、交換式以太網(wǎng)的特點交換式以太網(wǎng)——采用以太網(wǎng)交換機作為連接設備的交換式局域網(wǎng)。采用交換機（器）（SwitchHub）為中央節(jié)點，數(shù)據(jù)傳輸采用多通道交換技術而不再共同分割帶寬。

由于采用交換機制形成了多個數(shù)據(jù)通道，端口之間幀的輸入與輸出不再受CSMA/CD的約束。交換式以太網(wǎng)基于交換式集線器（Switch）的以太網(wǎng)

減少沖突 提升帶寬總線局域網(wǎng)優(yōu)點：

1.每個端口上無論連接站點，還是連接一個網(wǎng)段，均獨占該端口的帶寬（10M，或100Mbps）

2.系統(tǒng)的最大帶寬可以達到端口帶寬的N倍，N為端口數(shù)。設每個端口的帶寬為10Mbps，有10個端口，那么系統(tǒng)的最大帶寬是：10*10。可成倍拓寬帶寬是交換型以太網(wǎng)的最明顯的優(yōu)點。

3.交換機連接了多個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段被隔離，也可被連接。

4.被交換機隔離的獨立網(wǎng)段上的數(shù)據(jù)信息不會廣播到其它端口上，具有一定的數(shù)據(jù)安全性。

2、交換機的工作原理檢測從以太端口來的數(shù)據(jù)包的源和目的地的MAC（介質(zhì)訪問層）地址，然后與系統(tǒng)內(nèi)部的動態(tài)查找表進行比較。如果數(shù)據(jù)包的MAC層地址不在查找表中，則將該地址加入查找表中，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送給相應的目的端口。如果表中有與這目的MAC地址對應的端口，則把數(shù)據(jù)包直接復制到這端口上，如果在表中找不到相應的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以學習這一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數(shù)據(jù)時，就不需要對所有端口進行廣播了。采用非屏蔽雙絞線（UTP）或屏蔽雙絞線（STP）作為網(wǎng)絡介質(zhì)，媒體訪問控制（MAC）層與IEEE802.3協(xié)議所規(guī)定的MAC層兼容。

100BaseT沿用了IEEE802.3規(guī)范所采用的CSMA/CD技術，無論是幀的結(jié)構、長度還是錯誤檢測機制等都沒有做任何的改動。100BASET快速以太網(wǎng)是由10BASE-T以太網(wǎng)標準發(fā)展而來的，保留了以太網(wǎng)的觀念，網(wǎng)絡速度提高了十倍。5.2.5 100M位快速以太網(wǎng)100BaseT還提供了10Mbit/s和100Mbit/s兩種網(wǎng)絡傳輸速率的自適應功能，網(wǎng)絡設備之間可以通過發(fā)送鏈路脈沖（FLP）進行自動協(xié)商，從而實現(xiàn)了10BaseT和100BaseT兩種不同網(wǎng)絡環(huán)境的共存和平滑過渡。

100BaseT主要根據(jù)使用網(wǎng)絡介質(zhì)的不同類型，分為100BaseTX、100BaseFX、100BaseT4和100BaseT2四種。

1、100BaseTX5類UTP快速以太網(wǎng)使用兩對非屏蔽雙絞線（5類或5類以上）作為傳輸介質(zhì)（即1-2、3-6兩對），一對用來發(fā)送數(shù)據(jù)，一對用來接收數(shù)據(jù)。采用標準化布線方法，各計算機通過墻座連入網(wǎng)中。在100BaseTX網(wǎng)絡中，只允許對2個100MHub進行級聯(lián)，并且兩個Hub之間的連接長度不能超過5m。與10BaseT網(wǎng)絡一樣，工作站與集線器之間的距離不能超過100m（最長媒體段）。因此，100BaseTX網(wǎng)絡的最大長度為205m（跨距）。

2、100BaseFX光纖快速以太網(wǎng)

使用多模光纖或單模光纖作為傳輸介質(zhì)使用ST或SC連接器連接網(wǎng)卡、集線器或交換機。

100BASE-FX的通信介質(zhì)采用兩芯62.5/125微米的光纖（單模或多模）。使用ST或SC連接器連接網(wǎng)卡、集線器或交換機。光纖傳輸距離遠遠大于UTP線路，用于連接主干和跨樓宇間的連接。光纖連接的最大長度是可變的，一般可以達到200米，單?？梢赃_到10KM。

3、100BaseT4UTP與100BaseT2UTP快速以太網(wǎng)

100BaseT4使用4對3類或3類以上的非屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)（即1-2、3-6、4-5、7-8四對線），其中3對線用來同時傳送數(shù)據(jù)，第4對線則用作沖突檢測時的接收信道。但由于沒有專用的發(fā)送和接收線，所以不能實現(xiàn)全雙工通信。

100BaseT4存在的缺點：一是它要求使用4對3類以上的UTP，但早期的UTP卻只提供了兩對線；二是參與數(shù)據(jù)傳輸?shù)?對線只能同時接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)，而無法實現(xiàn)全雙工通信。

100BaseT2標準使用兩對3類或3類以上的UTP就可以實現(xiàn)100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，并能夠?qū)崿F(xiàn)雙全工通信?？焖僖蕴W(wǎng)與10BASET/FL組網(wǎng)性能比較10BASET/FL100BASETX/FXIEEE標準802.3i/j802.3u拓撲結(jié)構星型星型傳輸率10Mbps100Mbps媒體3、4、5類UTP，MMF5類UTP、STP（150）、SMF、MMF最長媒體段UTP:100m、MMF:2kmUTP、STP:100m、MMF:2km、SMF:40km編碼曼徹斯特編碼4B/5B編碼、NRZI編碼幀結(jié)構符合DIX802.3標準符合DIX802.3標準CSMA/CD同上同上碰撞槽時間51.2s(512bit)5.12s(512bit)碰撞槽范圍UTP:500m(4個中繼器)2個中繼器：UTP、STP:205m，MMF:228m

UTP+MMF:216mm無中繼器：UTP:100m，MMF:412mUTP不屏蔽雙絞線，STP屏蔽雙絞線，MMF多模光纜，SMP單模光纜，NRZI反向不歸“0”制。千兆位以太網(wǎng)是快速以太網(wǎng)技術的自然發(fā)展，只是傳輸率相差10倍。兩者的拓撲結(jié)構完全一致。千兆位以太網(wǎng)幀結(jié)構和媒體訪問控制方式幾乎與IEEE802.3基本標準類同，但有所發(fā)展。仍然采用CSMA/CD的MAC訪問技術，支持共享式、交換式、半雙工和全雙工的操作。主要用于主干網(wǎng)和服務器（需要1000Mbps網(wǎng)卡）。5.2.6千兆位（Gigabit）以太網(wǎng)1000BASET

1000BASET是一種使用5類UTP的千兆位以太網(wǎng)技術，其標準為IEEE802.3ab。最長的媒體距離與100BASETX一樣，達100m，這種在5類UTP上距離為100m的技術從100Mbps傳輸率升級到1000Mbps，在原來使用5類UTP的布線系統(tǒng)中，傳輸?shù)膸捒缮?0倍，要實現(xiàn)這樣的技術，需采用專門的更先進的編碼/譯碼方案和特殊的驅(qū)動電路方案?？捎糜跇菍又g的連接。1000BASEX

1000BASEX是千兆位以太網(wǎng)技術中易實現(xiàn)的方案，包括了1000BASECX、LX和SX三種，它們的PHY層中均采用8B/10B的編碼/譯碼方案，但由于三者對應的傳輸媒體以及在媒體上所采用的信號源方案的不同，收發(fā)器部分有較大的差別。1000BASEX采用IEEE802.3z標準。

1000BASECX的短距離銅纜，傳輸距離25m，適用于交換器間的短距離連接，特別適用于千兆主干交換器與主服務器的短距離連接。

1000BASELX，在全雙工模式下，對于多模光纜，最長距離可達550m；對于單模光纜，最長距離達3km。連接光纜使用SC型光纖連接器。

1000BASESX，在全雙工模式下，對于62.5m的多模光纜，最長距離為330m；對于50m多模光纜，最長距離550m。連接光纜使用SC型光纖連接器。CSMA/CD全雙工或半雙工8B/10B編/譯碼專門的編/譯碼1000BASECX1000BASELX1000BASESX1000BASET短屏蔽銅纜STP25mMMFSMF5類UTP（2對）100mMAC子層PHY子層只支持半雙工只支持半雙工支持半雙工及全雙工MMF：300m或550mMMF：550mSMF:3km①無中繼器連接1000BASELX：MMF62.5m半雙工330m，全雙工550mMMF50m半雙工330m，全雙工550mSMF10m半雙工330m，全雙工3km1000BASESX：MMF62.5m全雙工300mMMF50m半雙工330m，全雙工550m1000BASECX：TW型屏蔽雙絞線半雙工25m，1000BASET：5類UTP半雙工100m，②中繼器連接千兆以太網(wǎng)標準規(guī)定，在媒體段只允許配置1個中繼器。實際上在半雙工模式下也只可能配置1個中繼器。在采用銅纜媒體時，使用1個中繼器，跨距能增加一倍。原因：在于銅纜半雙工跨距并非真正反映碰撞域的最大范圍，而是反映了有效數(shù)字信號傳輸?shù)淖铋L距離。在半雙工模式下，跨距為：1000BASECX

25*2=50m；1000BASET

100*2=200m。在采用光纜媒體時，使用1個中繼器，跨距反而減少。原因：半雙工的跨距已反映了碰撞域的最大范圍。在半雙工模式下，跨距為：1000BASELX/SX

240m。5.2.7萬兆位高速以太網(wǎng)以太網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了從10Mbps、100Mbps、1Gbps到10Gbps（萬兆以太網(wǎng)）的發(fā)展過程。萬兆以太網(wǎng)的標準從1999年3月份開始由IEEE802.3ae任務組制訂，數(shù)百家網(wǎng)絡公司致力其中。他們制訂出的草案在2000年9月份已經(jīng)過初審，估計到2002年上半年會制訂出正式的草案。萬兆以太網(wǎng)可以滿足新的容量需求，解決低帶寬接入、高帶寬傳輸?shù)钠款i問題，能擴大應用范圍，并涵蓋和兼容以前的幾類以太網(wǎng)技術。萬兆以太網(wǎng)具有統(tǒng)一的標準，覆蓋范圍也大大增加。技術特點：表現(xiàn)在物理層面上。萬兆以太網(wǎng)是一種只采用全雙工與光纖的技術，其物理層（PHY）和OSI模型的第一層（物理層）一致，它負責建立傳輸介質(zhì)（光纖或銅線）和MAC層的連接，MAC層相當于OSI模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）。在網(wǎng)絡的結(jié)構模型中，把PHY進一步劃分為物理介質(zhì)關聯(lián)層（PMD）和物理代碼子層（PCS）。光學轉(zhuǎn)換器屬于PMD層。PCS層由信息的編碼方