神马文学网局域网0
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/19 10:38:30
第5章 局域网
局域刚是计算机网络的主要组成部分。本事重点介绍最常用的局域网——以太网，在简要给出局域网的概念后，从传统总线式以太网入于，详细讨论以太网使用的CSMA/CD协议和MAC帧的结构。对其中的MAC地址进行了比较深入的讨论。接着介绍了扩展局域网，即使用集线器、网桥以及交换机对以太网进行扩展。对快速以太网(100M Bit/s)和吉比特以太网以及10吉比特以太网的基本特点也进行了讨论。在本章的最后介绍无线局域网，它已引起人们日益增长的关注。
5.1 局域网概述
自20世纪70年代末，微型计算机由于价格不断下降，获得了广泛的使用，这就促进了计算机局域网技术的飞速发展，使得局域网在计算机网络中有非常重要的地位。
局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。在局域网刚刚出现时，局域网比广域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。但随着光纤技术在广域网中的普遍使用，现在广域网也具有很高的数据率和很低的误码率。
一个工作在多用户系统下的小型计算机，也基本上可以完成局域网所能完成的工作，二者相比，局域网具有如下的一些主要优点：
- 能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。
- 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调或改变。
- 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。
局域网可按网络拓扑进行分类。图5-1(a)是星形网。近年来由于集线器(hub)的出现和双绞线大量用于局域网中，星形以太网以及多级星形结构的以太网获得了非常广泛的应用。网5-1(b)是环形网，最典型的就是令牌环形网(token ring)，它又称为令牌网。图5-1(c)为总线网，各站直接连在总线上。总线网可使用两种协议。一种是传统以太网使用的CSMA/CD，这种总线网现在已演进为目前使用的最广泛的星形网，而另—种是令牌传递总线网，即物理上是总线网而逻辑上是令牌环形网，但这种令牌传递总线网已经成为历史，早已退出了市场。图5-1(d)是树形网，它是总线网的变型。局域网经过了近30年的发展，尤其是在快速以太网(100M Bit/s)和吉比特以太网(1G Bit/s)、10吉比特以太网(10G Bit/s)的进入市场后，以太网已经在局域网市场中占据了绝对优势，并几乎成为了局城网的同义词，因此，本章主要是讨论以太网。
局域网可使用多种传输媒体。双绞线最便宜，原来只用于低速(1～2M Bit/s)基带局域网。现在10M Bit/s或甚至100 M Bit/s至1G Bit/s的局域网也可使用双绞线。双绞线已成为局域网中的主流传输媒体。50欧姆同轴电缆可用到10M Bit/s，而75欧姆同轴电缆可用到几百M Bit/s。
光纤具有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带，主要用在环形网中，其数据率可达100M Bit/s或甚至达到1G Bit/s。现在技术发展很快，点到点线路使用光纤也逐渐增多。
媒体共享是为了使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体。媒体共享技术可分为如下两大类：
(1)静态划分信道
如前面已经介绍过的频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等。用户只要分配到信道就不会和别的用户发生冲突。但这种划分信道的入法不够灵活，不适合于局城网和某些广播信道的网络使用。
(2)动态媒体接入控制
它又称为多点接入(multiple access)，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。这里又分为两类。
随机接入，随机接入的特点是所有的用户可随机地发送信息。但如果恰巧有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就要产生碰撞(即发生了冲突)，使得这些用户的发送都失败。因此，必须有解决碰撞的网络协议。
受控接入．受控接入的特点是用户不能随机地发送信息而必须服从—定为控制。这一类的典型代表有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询。
由于随机接入的以太网将在本章重点讨论。属于受控接入的分散控制的光纤分布式数据接口FDDI将在5.7.2节中进行简单的介绍。至于令牌环局域网和多点线路的探询工作方式则由于目前已经使用得较少，本书不再讨论。
5.2 传统以太网
由于现在以太网的数据率已演进到每秒百兆比特、吉比特甚至10吉比特，因此通常就用“传统以太网”来表示最早进入市场的10M Bit/s速率的以太网。下面我们从传统以太网入手来讨论以太网的基本原理。
5.2.1 以大网的工作原理
1. 以太网的两个标准
以太网是美国施乐(Xerox)公司的Palo Alto研究中心(简称为PARC)于1975年研制成功的。那时，以太网是一种基带总线局域网，当时的数据率为2.94M Bit/s。以太网用无源电缆作为总线来传送数据帧，并以曾经在历史上表示传播电磁波的以太(Ether)来命名。1976年7月，Metcalfe和Boggs发表他们的以太网里程碑论文［METC761］。1980年9月，DEC公司、英特尔(Intel)公司和施乐公司联合提出了10M Bit/s以太网规约的第一个版本DIX V1(DIX是这三个公司名称的缩写)。1982年又修改为第二版规约(实际上也就是最后的版本)，即DIX Ethernet V2，成为世界上第一个局域网产品的规约。
在此基础上，IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers，(美国)电气和电子工程师学会)802委员会的802工作组于1983年制定了第一个IEEE的以太网标准，其编号为802.3，数据串为10M Bit/s。802.3局域网对以太网标准中的帧格式作了很小的一点更动．但允许基于这两种标淮的硬件实现可以在同一个局域网上互操作。以太网的两个标准DIX Ethernet V2与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此很多人也常将802.3局域网简称为“以太网”(本书也经常不严格区分它们)，虽然严格说来，“以太网”应当是指符合DIX Ethernet V2标准的局域网。
由于厂商们在商业上的激烈竞争，IEEE的802委员会未能形成一个统一的、“最佳的”局域网标准，而是被迫制定了几个不同的局域网标准，如802.4令牌总线网、802.5令牌环内等。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个于层，即逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)子层和媒体接入控制MAC(Medium Access Control)子层。与按入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说是都透明的，如图5-2所示。
图5-2 局域网对LLC子层来说是都透明的
然而到了20世纪90年代后，激烈竞争的局域网市场逐渐明朗。以太网在局城内市场中已取得了垄断地位，并且几乎成为了局域网的代名词。在这种情况下，逻辑链路控制子层LLC的作用已不大，因此很多厂商生产的网卡上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。本章介绍的以太网主要都是假定数据链路层只有一个MAC层而不考虑LLC子层。这样做对以太网工作原理的讨论会更加简洁。
首先我们从—般的概念上讨论一下计算机是怎样连接到局域网上的。
计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内站插入一块网络接口板(或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡)。网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(Network Interface Card)，但现在更多的人愿意使用更为简单的名称“网卡”。网卡上面装有处理器和存储器(包括RAM和ROM)。网卡和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的。而网卡和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行的，如图5.3所示。因此，网卡的一个重要功能就是要进行串行/并行转换。由于网络上的数据串和计算机总线上的数据率并不相同，因此在网卡中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。在安装网卡时必须将管理网卡的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后就会告诉网卡，应当从存储器的什么位置将多大的数据块发送到局域网，或者应当在存储器的什么位置上将局域网上接收到的数据块存储下来。网卡还要能够实现以太网协议。
网卡不是完全自治的单元，通常称为半自治单元。当网卡收到一个有差错的帧时，它就丢弃此帧而不必通知它所插入的计算机。当网卡收到一个正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机并交付给网络层。当计算机要发送一个IP数据报时，就由协议栈向下交给网卡组装成帧后发送到局域网。但网卡不是独立的自治单元，因为网卡本身不带电源而是必须使用所插入的计算机的电源，并受该计算机的控制。关于网卡后面还要讨论。
图5.3 计算机通过网卡和局域网进行通信
2. CSMA/CD协议
当初提出以太网的方案是按照下面的思路。要寻找很简单的方法将—些相距较近的计算机互相连接起来，使它们可以很方便和很可靠地进行较高速率的数据通信。
以太网将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠。总线的特点是：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这种通信方式是广播通信。但我们并不总是希望使用广播通信。为了在总线上实现一对—的通信，可以使每一台计算机拥有一个与其他计算机都不同的地址。在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。现在的电子技术可以很容易地做到：仅当数据帧中的目的地址与计算机的地址一致时，该计算机才能接收这个数据帧。计算机对不是发送给自己的数据帧，则—律不接收。
图5-4 以太网的通信方案
图5-4是上述概念的示意图。设现在计算机B向D发送数据。总线上的每个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号，但由于只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址—致。因此只有D才接收这个数据帧。而其他所有的计算机(A、C和E)都不能接收这个数据帧。这样，具有广播特性的总线上就实现了一对—的通信。总线两端的匹配电阻是为了吸收在总线上传报的电磁波信号的能量，避免了在总线上产生有害的电磁波反射。
人们也常把局域网上的计算机称为“主机”、“工作站”、“站点”或“站”。
为了通情的简便，以太网采取了两种方法。第一，采用无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。第二，不要求收到数据的目的站发回确认。不要确认的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。因此，以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。当目的站收到有差错的数据帧时(例如，用CRC查出有差错)，就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由上面的高层来做。例如，高层在经过一定的时间后，没有收到对方的确认，就重新发送这个帧。但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作是一个新的数据帧来发送。
剩下的一个重要问题就是如何协调总线上各计算机的工作。我们知道，总线上只要有一台计算机在发送数据，总线的传输资源就被占用。因此，在同一时间只能允许一台计算机发送信息，否则各计算机之间就会互相干扰，结果大家都无法正常发送数据。
以太网采用的协调方法是使用—种特殊的协议，即CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)载波监听多点接入/碰撞检测。下面是CSMA/CD的要点。
“多点接入”就是说明这是总线网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议的实质是“载波监听”和“碰撞检测”。
“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。
这里要指出，以太网标准规定各计算机发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号(在第3章已经过，使用曼彻斯特编码是为了便于接收端提取位同步信号)。因此总线上并没有什么“载波”。另外，以太网的数据率至少是10M Bit/s。这样高速率的数字信号人耳朵也不可能听见它的声音。因此，“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。
“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上出现了至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。因此，每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源．然后等待—段随机时间再次发送。
图5-5 传播时延对载波监听的影响
既然每一个站在发送数据之前已经监听到信道为“空闲”，那么为什么还会出现数据在总线上的碰撞呢 这是因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。因此当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非是空闲的。如图5-5所示的例子可以说明这种情况。设图中的局域网两端的站A和B相距1km，用同轴电缆相连。电磁波在1km电缆的传播时延约为5ps(这个数字应当记住)。因此；A向B发出的情息，在约5us后才能传送到B。换言之，B若在A发送的信息到达B之前发送自己的帧(因为这时B的载波监听检测不到A所发送的信息)，则必然要在某个时间和 A发送的帧发生碰撞。碰撞的结果是两个帧都变得无用。在局城网的分析中，常将总线上的单程端到端传播时延记为r，发送数据的站希望尽早知道是否发生了碰撞。那么，A发送数据后，最迟要经过多长时间才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞？从图5-5不难看出．这个时间最多是两倍的总线端到端的传播时延(2r)，或总线的端到端往返传播时延。由于局域网上任意两个站之间的传播时延有长有短，因此局域网按最坏情况设计，即取总线两端的两个站之间的传播时延(这两个站之间的距离最大)为端到端传播时延。
显然，在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收。因此使用CSMA/CD
协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)。
下面是图5-5中的一些重要的时刻。
在t＝0,时，A发送数据。B检测到信道为空闲。
在t＝r-b时， A发送的数据还没有到达B时，由于B检测到信道是空闲，因此B发送数据。
经过时间b/2后，即t=r-b/2时，A发送的数据和B发送的数据发生了碰撞。
在t=r时，B检测到发生了碰撞，于是停止发送数据。
在t＝2r-b时，A也检测到发生了碰撞，因而也停止发送数据。
A和B发送数据均失败．它们都要都推迟—段时间再重新发送。
由此可见，每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这一小段时间是不确定的，它取决于另一个发送数据的站到本地的距离。如果发生了碰撞，发送数据的站就必须推迟—段时间重新发送。因此，以太网不能保证一定在某一时间之内能够将自己的数据帧成功地受送出去(因为还不知道会个会产生碰撞)。以太网的这一特点称为发送的不确定性。但实验证明，只要整个网络的通信量不是太大，以太网还是能够很好地工作的。
4.争用期
从图5-5可以看出，最先发送数据帧的A站，在发送数据帧后最多经过时间2r就可知道所发送的数据帧是否遭受了碰撞。这就是b->0的情况.因此以太网的端到端往返时延2r称为争用期(contention period)，它是—个很重要的参数。争用期又称为碰撞窗口(collision window)。这是因为—个站在发送完数据后，只有通过争用期的“考验”，即经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞了。
现在考虑一种情况，当某个站正在发送数据时，有另外两个站有数据要发送。这两个站进行载波监听，发现总线忙，于是就等待。当它们发现总线变为空闲时，就立即发送自己的数据。但这必然产生碰撞。经碰撞检测发现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送。这样下去，一直不能发送成功。因此必须设法解决这个问题。
以太网使用截断二进制指数类型(truncated binary exponential type)的退避算法来解决这一难题。截断二进制指数类型退避算法很简单，具体做法是：
(1)让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即再发送数据，而是推迟(这叫做退避)一个随机的时间。这样做是为了推迟重传而再次发生冲突的概率减小。
(2)确定基本退避时间，—般是取为争用期2r。
(3)定义—个参数k，它等于重传的次数，但不超过10。因此，k＝Min［重传次数，10］。
(4)从离散的整数集合[0,1,…,(2^k-1)]中随机地取出一个数，记为f。重传需要推迟的时间就是f倍的基本退避时间。
(5)当重传达16次仍不能成功时(这表明同时打算发送数据的站太多，以致连续发生冲突)，则丢弃该帧，并向高层报告。
例如，计第1次重传时，k＝1，f＝0或1。因此重传推迟的时间是0或2r。在第2次重传时，k＝2，f＝0,1,2,3。因此重传推迟的时间是在0,2r,3r和6r这四个数之间随机地选取一个。依此类推。可见若连续多次发生冲突，就表明有能有较多的站参与争用信道，因此，各站应在更大的整数集合中随机选择自己的退避时间，这样才能减小再次冲突的概率。
使用上述退避算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大(这也称为动态退避)，有利于使整个系统是稳定的。
以太网取51.2us为争用期的长度。对于10M Bit/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。因此以太网在发送数据时，如果前64字节没有发生冲突，那么后续的数据就不会发生冲突。换句话说，如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。由于一检测到冲突就立即停止发送，因此以太网规定，凡长度小于64字节的帧都是无效帧。
需要指出，以太网的端到端时延并不等于争用期的一半。争用期被规定为51．2us，不仅是考虑了以太网的端到端时延，而且还考虑了其他的许多因素，如可能存在的转发器所增加的时延，以及强化碰撞的干扰信号的持续时间等。
为了使每个站都能尽可能早地知道是否发生了碰撞，以太网还采取一种叫做强化碰撞的措施。这就是当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所所用户都知道现在已经发生了碰撞如图5-6所示。
图5-6 人为干扰信号的加入
从图5-6可以看出，A站从发送数据开始到发现碰撞并停止发送的时间间隔是Tb。A站得知碰撞已经发生时所发送的强化碰撞的干扰信号的持续时间是Tj。图中的B站在得知发生碰撞后，也要发送干扰信号，但为简单起见，图5-6没有画出B站所发送的干扰信号。发生碰撞使A浪费时间Tb+tj。可是整个信道被占用的时间还要增加一个单程端到端的传播时延r。因此总线被占用的时间是Tb+tj+r。
5.2.2 传统以太网的连接方法
传统以太网可使用的传输媒体有四种，即粗缆、细缆、铜线和光缆。这样，以太网就有四种不同的物理层，即10BASE5(粗缆)、10BASE2(细缆)、10BASE—T(双绞线)和10BASE—F(光缆)。这里“BASE”表示电缆上的信号是基带信号，采用曼彻斯特编码，如图3-8所示。BASE前面的数字“10”表示数据率为10M Bit/s，而后面的数字5或2表示每—段电缆的最大长度为500 m或200m(实际上是185m)，目前使用得最广泛的是双绞线传输媒体。
图5-7给出了用铜缆或铜线连接到以太网的示意图。图5-8(a)是10BASE5以太网的连接方法。这种以太网称为粗缆以太网(电缆直径为10mm，特性阻抗为50欧姆)。图5-8(b)是细缆以太网，图5-8(c)是使用集线器的双绞线以太网。
(a) (b) (c)
图5-7 铜缆或铜线连接到以太网的示意图
粗缆以太网是最初使用的以太网，其网卡通过DB-15型连接器(15针)与收发器电缆(transceiver cable)相连，收发器电缆的正式名称是AUl电缆。AUI是连接单元接口(Attachment Unit Interface)的缩写。收发器电缆的另一端连接到收发器(transceiver)。收发器电缆的长度不能超过50m。收发器由两部分组成，一部分是含有电子元器件的媒体连接单元MAU(Medium Attachment Unit），另一部分是没有电子元器件的插入式分接头(tap)，称为媒体相关接口MDI (Medium Dependent Interface)，它直接插入到电线中(不用切断电缆)就能和同轴电缆的内部导线有良好的接触连接。
粗缆以太网的网卡包括了处理通信所用到的数字电路，如地址确认和差错检测。网卡还使用总线与主机交换数据，并使用中断机制来通知CPU等操作已经结束。这种网卡不包括模拟硬件，也不处理模拟信号。
收发器的功能如下：
(1)从计算机经收发器电线得到数据向同轴电缆发送，或反过来，从同轴电缆接收数据经收发器电缆送给计算机。
(2)检测在同轴电缆中发生的数据帧的碰撞。
(3)在同轴电缆和电缆接口的电子设备之间进行电气隔离。
(4)当收发器或所连接的计算机出故障时，保护同轴电缆不受其影响。
上述最后一个功能叫做超长控制(jabber control)。当收发器或所连接的计算机出现故障时，就有可能向总线上不停地发送无规律的数据，使总线上所有的站都不能工作。为了避免这种现象，必须对所有的站发送的数据帧的长度设一上限。当检测到某个数据帧的长度越过此上限值时，即认为该站以了故障，接着就自动禁止该站向总线发送数据。
为什么以太网要限制同轴电缆的长度呢？这是因为信号沿总线传播时必然产生衰减。若总线太长，则经总线传播的信号将会衰减变得很弱，以致影响载波监听和碰撞检测的正常工作，因此，以太网所用的这种同轴电缆的最大长度被限制为500m。若实际网络需要跨越更长的距离，就必须采用转发器(repeater)将信号放大并整形后再转发出去。转发器又称为中继器，它工作在物理层，转发器的作用是消除信号由于经过一长段电缆而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所要求的指标。用转发器连接起来的几个网段仍然是一个局域网。
下面研究一下以太网的最大作用距离。
考虑到电缆的衰减和时延等因素，在802.3标准中对传输系统的要求做了详细的规定。例如，在任意两个站之间最多可以有三个同轴电缆段。所以在图5-9中画出了由三段同轴电缆连接成的以太网网段(segment)。802.3标准还规定，接到转发器的点到点链路的总长度不能超过1000m。在图5-8中，网段1和网段2各通过一个转发器经过750 m的点到点链路相连，而网段2和网段3各通过一个转发器经过250 m的点列点链路相连。这样，三段500 m长的电缆，加上总长度为1000m的点到点链路，共2500 m。如果算上6节各50m长的收发器电缆，则整个局域网的最大作用距离达到2.8km。为了减少两个转发器之间较长链路上带来的干扰，可采用光纤链路。相关的标准叫做转发器之间的光纤链路FOIRL(Fiber Optic Inter-Repeater Link)，其最大长度为1km，上面传送10M Bit/s的基带信号。与光纤相连的媒体连接单元叫做FOMAU。
图 5-8 以太网的最大作用距离
以太网还规定—个网上的最大站数为1024，实际上这样大的数字是达不到的。因为按照以太网的规约，每个同轴电缆段最多只能安装100个站。
为了克服10BASE5粗缆以太网的布线很贵且安装不便这个缺点，1985年细缆以太网10BASE2的标准问世了。这种细缆以太网的特点是：第一，采用更便宜的直径为5mm的细同轴电缆(特性阻抗仍为50欧姆)，可代替粗同轴电线。细缆在布线转角处易于转弯，并可直接连接到机箱。网络的每个段最长为185m，因此这种细缆以太网就简记为10BASE2(2表示距离约为200m)。第二，将媒体连接单元MAU和媒体相关接口MDI都安装在网卡上，取消了外部的AUI电缆。细缆直接用标准BNC-T型接头连接到网卡上的BNC连接器的插口。但细缆在装上BNC接头时必须先切断电缆，如图5-7(b)所示。
随着集成度的提高，网卡上芯片的个数不断减少，虽然现在各厂家生产的网卡种类繁多，但其功能大同小异。网卡的功能主要有以下三个：
(1)数据的封装与解封，发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上—层。
(2)链路管理，主要是(CSMA/CD协议的实现。
(3)编码与译码．即曼彻斯特编码与译码。
人们在10BASE2局域网的实际使用过程中发现了它的缺点，这就是当细缆总线上某个电缆接头处发生短路或开路时，确定故障点相当麻烦(尤其是当总线上的站点数很多时)。要排除名种故障就必须使整个网络停止工作。此外，细缆布线仍不够方便，价格也仍偏高。考虑到便于维护局域网，人们又像电话网那样使用星形网拓扑，不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)。双绞线以太网总是和集线器配合使用的。图5-8(3)是使用集线器时的连网方法。
1990年IEEE制定出10BASE-T的标准802.3i。“10”代表10 M Bit/s的数据率，T代表双绞线星形网。但10BSE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。这种10 M Bit/s速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。10BAsE-T双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。
使双纹线能够传送高速数据的主要措施是将双绞线的绞合度做得非常精确。这样不仅可使特性阻抗均匀以减少失真，而且大大减少了电磁波辐射和无线电频率的干扰。在多对双绞线的电缆中，还要使用更加复杂的绞合方法。
集线器的—些特点如下：
(1)从表面上看，使用集线器的局域阿在物理上是一个星形网，但由于集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。也就是说，使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。网络中的各个计算机必须竞争对传输媒体的控制，并且在一个特定时间至多只有一台计算机能够发送数据。因此，这种10BASE-T以太网又称为星型总线(star-shaped bus)或盒中总线(bus in a box)。
(2)一个集线器行许多端口，例如，8至16个，每个端口通过R-45插头(与电话机使用的插头相似，但略大一些)用两对双绞线与—个工作站上的网卡相连(这种插座可连接4对双绞线，实际上只用2对，即发送和接收各使用一对双绞线)。因此，一个集线器很像一个多端口的转发器。
图5-9三端口集线器的示意图
(3)集线器和转发器都是工作在物理层，它的每个端口都具有发送和接收数据的功能。当集线器的某个端口接收到工作站发来的比特时，就简单地将该比特向所有其他端口转发。若两个端口同时有信号输入(即发生碰撞，那么所有的端口都收不到正确的帧。为了说明上述原理，图5-9给出三个端口的集线器的示意图(实际上集线器不会只有三个端口)。
(4)集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。这样就可使端口转发出去的较强信号不致对该端口接收到的较弱信号产生干扰(这种干扰即近端串音)。每个比特在转发之前还要进行再生整形并重新定时。
集线器本身必须非常可靠，现在的堆叠式(stackable)集线器由4～8个集线器一个叠在另一个上面构成。一般都有少量的容错能力和网络管理功能。模块化的机箱式智能集线器有很高的可靠性。它全部的网络功能都以模块方式实现。各模块均可进行热插拔，可在不断电的情况下更换或增加新模块。集线器上的指示灯还可显示网络上的故障情况，给网络的管理带来了很大的方便。
有一些以太网卡同时备有粗缆、细缆和双绞线的接口。这样就可以组成混合传输媒体的局城网。一般说来，主干线最好采用粗缆。利用多端口转发器可连接多段细缆组成的网段。
5.2.3 以太网的信道利用率
下面我们讨论以太网的最大信道利用率。
我们假定：
(1)总线上共有N个站，每个站发送帧的概率都是p。
(2)争用期长度为2r，是端到端的传输时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。
(3)帧长为L(bit)，发送速率为C(bit/s)，因而帧的发送时间为L/C=t0(s)。
这样，一个帧从开始发送，经碰撞后再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间r使得信道上无信号传播)时为止，共需的平均时间为Tav。
图5-10 以太网的信道的占用期
令A为某个站发送成功的概率，则显然，某个站发送失败的概率为1-A。因此，
争用期平均个数即帧重发的次数Nr：
由此求出以太网的信道利用率(它又称为归一化吞吐量)：
是一个非常重要的参数。参数a是总线的单线传播时延与帧的发送时延之比。
从(5-4)式可看出，若设法使A为最大，则可获得最大的信道利用率。将(5-4)式对P求极大值，得出p＝1/N时可使A等于其极大值Amax：
当N->∞时，Amax1/e≈0.368。实际上，只要有十几个站，Amax就接近于0.386这个极限值了。这点从具体的数值计算即可看出：
将(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。
图5-11画的是在不同帧长下Smax与总线上的站数的关系曲线。这里设总线长度为1km，因而单程端到端的时延约为5us。设数据率为5M Bit/s。帧长分别为1024、512、256和128bit。与帧长相对应的a值也出在曲线上。N＝1末画出，因为—个站无法进行通信。从图5—10可以看出，只要站数N不是太小，Smax就与N的数值基本无关。但我们应没意到，若帧越短，则参数a就越大，信道利用率的最大值Smax就越小。
图5-11不同帧长下Smax与总线上的站数的关系曲线
这里要特别强调的是：图5-11所示的Smax曲线，是假定了各站发送帧的概率均为理想的最佳值，并在此假定下求出Amax，然后再算出Smax。若不是这样，则A
这样就可更清楚地看出参数a对信道利用率最大值Smax的影响。若a->0。则信道利用率的最大值可达到100％。这里的物理意义是很清楚的。当a->0时，只要—发生碰撞，就立即检测出来，并立即停止发送，信道的资源不会浪费。
顺便指出，在一些文献或书籍中的类似公式里，参数a前面的系数可能不是4.44，读者应自己找出为什么会有这个差别。
我们再强调一下公式(5-7)的前提。这就是各站都以同样的概率(此概率可使发送的成功率最大)随机地发送数据(因而不可避免地要产生碰撞)。在这种情况下，根据(5-3)式，争用期的平均个数Nr是(1-0.369)/0.369＝1.71。
现在我们假设一种更加理想化的情况。假定以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞(这显然已经不是CSMA/CD而是需要使用一种特殊的调度方法)，并且能够非常有效地利用网络的传输资源，即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。这样，发送—帧占用线路的时间是T0+r，而帧本身的发送时延是T0。于是我们可计算出极限信道利用率为：
(5-8)式的意义并非表明我们可以得到这种极限信道利用率。(5-8)式指出了参数a远小于1才能得到尽可能高的极限传输利用率。反之，若参数a远大于1，则极限信道利用率就远小于1，而这时实际的信道利用率就更小了。
图5-14可以用来说明参数a>1时的传送利用情况。图中设a＝4，即信道的端到端传播时延r是帧的发送时间T0的4倍。假定在t＝0时A站开始发送—个帧。当t＝T0时，A发送的第一个比特刚走完信道全长的1/4。当t＝4T0时，A发送的第—个比特正好到达B站。再经过时间T0(即当t＝5T0时)信道才恢复到空闲状态。
从图5-14可看出，参数a＝4使得信道利用率很低。在数据传送的时间，信道并没有被比特填满。因此局域网若工作在这种状态就不可能获得较高的信道利用率。
参数a可以很容易地和第3章介绍的时延带宽积联系起来。考虑到T0是帧长L与数据的发送速率C之比，于是参数a可写为：
(5-9)式的分子正是第1章介绍的时延带宽积。或以比特为单位的信道长度，而分母是以比特为单位的帧长(帧长有时也用帧的发送时间来度量，这就是T0)。对于典型的以太网，如数据率C＝10M Bit/s，传播时延r＝5us，帧长L＝5000bit，则算出参数a＝0.01。这表明以比特为单位的信道长度只有帧长的1/100。因此，发送端发送数据帧时，其数据比特很容易就把信道填满。图5-15画出了参数a＝0.01时的信道利用情况。可以看出，当t＝0.5r时(即仅仅发送了帧长的1/120)，信道就已经被数据帧的比特填满了一半。当t＝r时，信道已被数据比特完全填满，一直到t＝100r时都是这样。当t＝101r时，信道才达到空闲状态。
5.3 以太网的MAC层
5.3.1 MAC层的硬件地址
在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址(因为这种地址用在MAC帧中)。
大家知道，在所有计算机系统的设计中，标识系统(identification system)都是一个核心问题。在标识系统中，地址就是为识别某个系统的一个非常重要的标识符。在讨论地址问题时，很多人常常引用著名文献［SHOC78]给出的如下定义：
“名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。”
这个非形式的定义固然很简单，但有时不够准确。严格地讲，名字应当与系统的所在地无关。这就像我们每一个人的名字一样，不随我们所处的地点而改变。但是802标准为局域网规定了一种48bit的全球地址(一般都简称为“地址”)，是指局域网上的每一台计算机所插入的网卡上的地址。因此：
(1) 假定连接在局域网的一台计算机的网卡坏了而我们更换了一个新的网卡，那么这台计算机的局域网的“地址”也就改变了，即使这台计算机的地形位置一点也没有变化。所接入的局城网也没有任何改变。
(2) 假定我们将位于南京的某局城网上的一台计算机转移到北京。并连接在北京的某局域网上。虽然这台计算机的地理位置改变了，但只要这台计算机中的网卡不变，那么这台计算机在北京的局域网中的“地址”仍然和它在南京的局域网中的“地址”一样。
因此可见，802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。但鉴于在家都早已习惯了将这种48bit的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法。
尽管这种说法并不太严格，请读者一定要弄清这个概念。
在制定局域网的地址标准时，首先遇到的问题就是应当用多少个比特来表示一个网络的地址字段。为了减少不必要的开销，地址字段的长度应当尽可能地短些，当然它的长度应当够用。起初人们觉得用两个字节(共16bit)表示地址就够了，因为这—共可表示6万多个地址。但是，由于局域网的迅速发展，而处在不同地点的局域网之间又经常需要交换情息，这就希望在各地的局域网中的站具有互不相同的物理地址。为了使用户在买到网卡并把机器连到局城网后马上就能工作，而不需要等待网络管理组给他先分配一个地址，802标准规定MAC地址字段可采用六字节(48bit)或二字节(16bit)两种中的—种。六字节的地址字段对于一个局部范围内使用的局域网的确是太长了一些，这会增加额外开销，但是由于六字节的地址字段可使全世界所有局域网上的站都具有不相同的地址，因此这种标准深受广大用户的欢迎。现在的局域网实际上使用的都是六字节MAC地址。
现在IEEE的注册管理委员会RAC(Registration Authority Committee)是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段的六个字节中的前三个字节(即高24bit)。世界上凡要生产局域网网卡的厂家都必须向IEEE购买由这三个字节构成的一个号(即地址块)。这个号的正式名称是机构唯一标识符OUI(Organizationally Unique Identifier)，通常也叫做公司标识符(company id)。目前的价格是1250美元买一个地址块。例如，3Com公司生产的网卡的MAC地址的前三个字节是02—60—3C。地址字段中的后三个字节(叫低位24bit)则是厂家自行指派，称为扩展标识符(extended identifier)，只要保证生产出的网卡没有重复地址即可。可见用一个地址块可以生成224个不同的地址。用这种方法得到的48bit地址称为MAC-48。它的通用名称是EUL-48，这里EUI表示扩展的唯一标识符(Extended Unique Identifier)。EUI-48的使用范围更广，不限于硬件地址，例如，用于软件接口。但应注意，24bit的OUI不能够单独使用来标识一个公司，因为一个公司可能有几个OUI，也可能有几个小公司合起来购买一个OUI，在生产网卡时这种六字节的MAC地址已被固化在网卡的只读存储器(ROM)中。因此MAC地址也常常用作硬件地址(hardware address)或物理地址。可见“MAC地址”实际上就是网卡地址或网卡标识符EUI-48。当这块网卡插入某台计算机后，网卡上的标识符EUI-48就成为这台计算机的MAC地址了。
IEEE规定地址字段的第—节的最低位I/G比特。当I/G比特为0时。地址字段表示一个单个站地址。当I/G比特为1时表示组地址，用来进行多播。因此，IEEE只分配地址字段前三个字节的23bit。当I/G比特分别为0和1时，一个地址块可分别生成223个单个站地址和224个组地址。需要指出，有的书将上述最低位写为“第一比特”。但这样有些含糊不清。因为“第一”的定义是不明确的。这点可以从图5-16看出。在图5-16的上面部分给出了一个十六进制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80。在这六个字节中，第一字节是AC，而第六字节是80。这种记法没有二义性，因为大家都是将第一字节写在最左边，将第六字节写在最右边。但二进制表示的EUI-48地址就有两种不同的记法，一种记法是将每一个字节的高位写在最左边，如第一个字节AC就变成为10101100。这种记法和平常的二进制数字的记法一致，即每一个字节的高位比特写在最左这。另一种记法是将每一个字节的高位比特写在最右边。如第一字节AC就变成为00110101(这看起来好像是十六进制的35)。这种记法的好处是和比特的发送顺序一致，因为802.3标准规定，以太网帧在发送时是按字节顺序发送，第一个字节最先发送，而在每一个字节中，其最低位比特最先发送。将最先发送的比特写在最左边与通常将时间轴指向右方的表示方法一致。
从图5-16可看出,在二进制表示的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进制记法中是不一样的。
需要注意的是，在802.3和802.4标准中，发送数据时是先发送每一个字节中的最低位比特，而在802.5和802.6标准中，却是先发送每一个字节中的最高位比特。造成这种结果是因为在制定IEEE 802标准时各公司都坚持要使标准和自己公司原有的标准相兼容。
IEEE还考虑到可能有人并不愿意向IEEE的RAC购买机构唯一标识符OUl。为此，IEEE将地址字段第1字节的最低第2位规定为G/L比特，表示G1obal/Local。当G/L比特为1时是全球管理(保证在全球没有相同的地址)，厂商向IEEE购买的OUI都属于全球管理。当地址字段的G/L比特为0时是本地管理，这时用户可任意分配网络上的地址。采用2字节地址字段时全都是本地管理。但应当指出，以太网几乎不使用这个G/L比特。
这样，在全球管理时，对每一个站的地址可用46位的二进制数字来表示(最低位为0和最低第2位为1时)。剩下的46位组成的地址空间可以有超过70万亿个地址，可保证世界上的每一个网卡都可有一个唯一的地址。
由于网卡是插在计算机中，因此网卡上的硬件地址就可用来标记插有该网卡的计算机。同理，当路由器用网卡连接到局域网时，网卡上的硬件地址就用来标识拥有该网卡的路由器。图5-17表示用网卡上的硬件地址来标识局域网上的计算机和路由器。图中的路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。
网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址。如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。这样做就不浪费主机的处理机和内存资源。这里“发往本站的帧”包括以下三种帧：
单播(unicast)帧(一对一)，即收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。
广播(broadcast)帧(一对全体)，即发送给所有站点的帧(全1地址)。
多播(multicast)(一对多)，即发送给一部分站点的帧。
所有的网卡都至少应当能够识别前两种帧，即能够识别单播和广播地址。有的网卡可用编程方法识别多播地址。当操作系统启动时，它就将网卡初始化，使网卡能够识别某些多播地址。显然，只有目的地址才能使用广播地址和多播地址。
5.3.2 两种不同的MAC帧格式
以太网的MAC帧格式有两种标准，一种是DIX Ethernet V2标准，另一种是IEEE的802.3标准，图5-12 画出了这两种不同的MAC帧格式。
图5-12 两种不同的MAC帧格式
以太网V2的MAC帧较为简单，它由五个字段组成：前两个字段分别为6字节长的目的地址和源地址字段。第三个字段是类型字段，用来标识上—层使用的是什么协议。以便把MAC帧的数据上交给该协议。例如，当类型字段的值是Ox0800时，就表示上层使用的是TCP/IP协议。若类型广播的值为0x8137，则表示该帧是个Novell NetWare工作站发过来的。第四个字段是MAC客户数据字段(可简称为数据字段)，其长度在46～1500字节之间。最后一个字段是四字节的帧检验序列FCS。当传输媒体的误码率为1xl0^-8时，MAC子层可使未检测到的差错小于1×10-14。
IEEE802.3标准规定的MAC帧稍复杂些。它和以太网V2的MAC帧的区别是：
(1) 第三个字段是长度/类型字段。根据长度/类型字段的数值大小，这个字段可以表示MAC客户数据字段的长度(请注意：不是整个数据帧的长度)，也可以等同于以太网V2的类型字段。具体地讲：
若长度/类型字段的数值小于MAC客户数据字段的最大值1500(字节)，这个字段就表示MAC客户数据的长度。
若长度/类型字段的数值大于Ox0600(相当于十进制的1536)，那么这个数值就不可能表示以太网合法的数据字段长度，因而这个字段就表示类型。
(2)当长度/类型字段表示类型时，802.3的MAC帧和以太网V2的MAC帧一样。它的MAC客户数据字段装的是不自IP层的IP数据报。当长度/类型字段表示长度时，MAC客户数据字段就必须装入LLC了层的LLC帧。LLC帧的首部有三个字段，即目的服务访问点DSAP(1字节)、源服务访问点SSAP(1字节)和控制字段(1或2字节)。DSAP指出MAC帧的数据应上交给哪一个协议，而SSAP指出该MAC帧是从哪一个协议发送过来的。LLC帧首部的作用和以太网V2帧的类型字段差不多。LLC帧的数据字段装入的就是网络层的IP数据报。
从图5-18可看出，在传输媒体上实际传送的帧要比MAC帧还多八个字节。这是因为当一个站在刚开始接收MAC帧时，由于尚未与到达的比特流达成同步，因此MAC帧的最前面的若干个比特就无法接收，结果使整个的MAC成为无用的帧。为了达到比特同步，从MAC子层向下传到物理层时还要在帧的前面插入八个字节(由硬件生成)，它由两个字段构成。第—个字段共七个字节，称为前同步码(1和0交替的码)，前同步的作用是使接收端在接收MAC帧时能够迅速实现比特同步。第二个字段是帧开始定界符，定义为10101011，表示在这后面的信息就是MAC帧了。在MAC子层的FCS的检测范围不包括前同步码和帧开始定界符。顺便指出，在广域网中使用同步传输的HDLC规程时则不需要用前同步码，因为在同步传输时收发双方的比特同步总是一直保持着的。
802.3标准规定凡出现下列情况之—的即为无效的MAC帧：
(1)MAC客户数据字段的长度与长度字段的值不—致；
(2)帧的长度不是整数个字节；
(3)当收到的帧检验序列FCS查出有差错。
(4)收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46～1500字节之间。
对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃，以太网不负责重传丢失的帧。
当MAC客户数据字段的长度小于46字节时，则应加以填充(内容不限)，这样，整个MAC帧(包含14字节首都和四字节尾部)的最小长度是64字节或512bit。
为什么长度不够的帧就是无效帧呢？这是因为，CSMA/CD协议的一个要点就是当发送站正在发送时，若检测到碰撞则立即中止发送，然后推后一段时间后再发送。如果所发送的帧太短，还没有来得及检测到碰撞就已经发送完了．那么就无法进行碰撞检测．因而就会使CSMA/CD协议变得没有意义。因此，所发送的帧的最短长度应当要保证在发送完毕之前，必须能够检测到可能最晚来到的碰撞信号。在前面已经讲过，这段时间就是以太网的两倍端到端往返时延。在802.3标准中，这段时间取为51.2us， 对于10M Bit/s速率的以太网，这段时间可以发送512bit。这样就得出了MAC帧的最短长度为512bit，或64字节。在接收端，凡长度不够64字节的帧就都认为是应当弃的无效帧。
MAC子层的标准还规定了帧间最小间隙为9.6us，相当于96bit的发送时间。这就是说，一个站在检没到总线开始空闲后，还要等待9.6us才能发送数据，这样做是为了使刚刚收到数据帧的站接收缓存来路及清理做好接收下一帧的准备。
5.4 扩展的局域网
在许多情况下，一个单位往往拥有许多个局域网，因而需要实现局域网之间的通信。这时就需要使用—些中间设备将这些局域网连接起来，这是第7章将要讨论的在网络层进行互连的网络互连问题。本节要讨论的是在物理层或数据链路层将局域网进扩展。这种扩展的局域网在网络层看来仍然是一个网络。
5.4.1 在物理层扩展局域网
在物理层扩展局域网是使用转发器和集线器。在5.2.2节我们已经介绍了转发器和集线器的使用方法。这里再讨论一下用几个集线路连接成更大范围的多级星形结构的局域网，例如，一个学院的三个系各有—个10BASE-T局域网(如图5-13（a)所示)，可通过一个主干集线器(相连接起来，成为—个更大的扩展的局域阳(如图5-13(b)所示)。
图5—13 用多个集成器连成更大的局域网
这样做可以有以下两个好处。第一，使不同系的局域网上的计算机能够进行跨系的通信。第二，扩大了局域网覆盖的地理范围。例如，在—个系的10BASE-T局域网中，主机与集线器的最大距离是100m，因而两个主机之间的最大距离是200 m。但在通过主干集线器相连接后，不同系的主机之间的距离就可扩展了，因为集线器之间的距离可以是100m(使用双绞线)或甚至更远(如使用光纤)。
但这种多级结构的集线器局域网也带来了—些缺点。
(1)如图5-13(a)所示的例子，在三个系的局域网互连起来之前．每—个系的10BASE-T局域网是个独立的碰撞域(collision domain)，即在任意时刻，在每—个系的局域网中只能有—个站在发送数据。每一个系的局域网的最大吞吐量是10 M Bit/s，因此三个系总的最大吞吐量共有30 M Bit/s。在三个系的局域网通过集线器互连起来后就组成了一个更大的、共N同碰撞域，如图5-13(b)所示，而三个系合起来的最大吞吐量还是10 M Bit/s。
(2)如果不同的系使用不同的以太网技术(如数据率不同)，那么就不可能用集线器将它们互连起来。如果在图5-13中，一个系使用10M Bit/s的网卡，而另外两个系使用10/100 M Bit/s的网卡，那么用集线器连接起来后．大家都只能工作在10 M Bit/s的速率。集线器基本上是个多端口的转发器，它并不能将帧进行缓存。
5.4.2 在数据链路层扩展局域网
在数据链路层扩展局域网是使用网桥。网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发，网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口。图5-14给出了一个网桥的内部结构要点。最简单的网桥有两个端口(即接口)。复杂些的可以有更多的端口。网桥的每个端口与一个网段(这里所说的网段就是普通的局域网)相连。5-14所示的网桥，其端口1与网段A相连，而端口2则连接到网段B。
网桥从端口接收网段上传送的各种帧。每当收到一个帧时，就先暂存在其缓存中，若此帧未出现差错，且欲发往的目的站MAC地址属于另一个网段，则通过查找站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去。若该帧出现差错，则丢弃此帧。因此，仅在同一个网段中通信的帧，不会被网桥转发到另一个网段去，因而不会加重整个网络的负担。例如，设网段A的三个站的MAC地址分别为①，②和③，而网段B的三个站的MAC地址分别为④，⑤和⑥。若网桥的端口1收到站①发送给站⑤的帧，则在查找站表后，将此帧送别端口 2转发给网段B，然后再传给站⑤。若端口1收到站①发给姑②的帧，由于目的站对应的端口就是该帧进入网桥的端口1，表明不需要经过网桥转发，于是丢弃此帧。
图5-14网桥的工作原理
网桥是通过内部的端口管理软件和网桥协议实体来实现上述操作的。站表也叫做转发数据库或路由目录。至于站表是怎样建立起来的，后面还要讨论。
使用网桥可以带来以下好处：
(1)过滤通信量。网桥工作在链路层的MAC子层，可以使局域网各网段成为隔离开的碰撞域，从而减轻了扩展的局域网上的负荷，同时也减小了在扩展的局域网上的帧平均时延。工作在物理层的转发器就没有网桥的这种过滤通信量的功能。
(2)扩大了物理范围，因而也增加了整个局城网上工作站的最大数目。
(3)提高了可靠性，当网络出现故障时，一般只影响个别网段。
(4)可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率(如10 M Bit/s和100 M Bit/s以太网)的局域网。
当然，网桥也有不少缺点，例如：
(1)由于网桥对接收的帧要先存储和查找站表，然后才转友，这就增加了时延。
(2)在MAC子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很高时，网桥中的缓存的存储空间叫能不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象。
(3)具有不同MAC子层的网段桥接在一起时，网桥在转发一个帧之前，必须修改帧的某些字段的内容，以适合另一个MAC子层的要求。这也耗费时间，因而增加时延。
(4)网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生较大的广播风暴。
尽管如比，网桥仍获得了很广泛的应用，因为它的优点还是主要的。
有时在两个网桥之间还可使用一段点到点链路。图5-15说明了这种情况。
图中的局域网A和B通过两个网桥(网桥1和网桥2)和一段点到点链路相连。为简单起见，我们省略了802.3的LLC子层，同时将IP层以上看成是用户层。图5-21的上面部分是从体系结构来看网桥的作用，而图的下面部分表示用户数据从站1传到站2经过各层次时数据帧的首部的变化。这里只需要指出以下几点。
当站1向站2发送数据帧时，其MAC帧首部中的源地址和目的地址分别是站l和站2的硬件地址，相当于图中的②和④所对应的图。当网桥1通过点对点链路转发数据帧时，若链路采用HDLC协议，则要在数据帧的头尾分别加上链路层协议的首部DL-H和尾部DL-T(对应于图中的⑤)。在数据帧离开网桥2时，还要剥去这个首部DL-H和尾部DL-T(如⑥)，然后经过局域网B到达站2。
图5-15 两个网桥之间有点到点链路
请读者分清网桥和集线器(或转发器)的不同。集线器在转发一帧时，不对传输媒体进行检测。但网桥在转发一个帧之前必须执行CDMA／CD算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。在这一点上网桥的接口很像—个网卡但网桥却没有网卡，我们知道，网卡在发送一个帧之前一定要将本网卡上的源地址写到MAC帧的地址字段中。但由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。
2．透明网桥
目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)。“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。透明网桥是一种即插即用设备，其标难是IEEE802.1(D)或ISO 8802.1d。
当一个网桥刚刚连接到局域网上时，其站表显然是空的。这时若网桥收到一个帧，它将怎样处理该帧呢
这时，网桥就在站表中登记以下三个信息：
(1)站地址：登记收到的帧的源MAC地址。
(2)端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。
(3)时间：登记收到的帧进入该网桥的时间(图 5-16中的站表省略了这一项)。
然后，向所有的其他端口(即此帧进入网桥的端口除外)使用CSMA/CD协议转发此帧，
如果在转发过程中在某个网桥的站表查不到对应的项目，则该网桥也按上面的方法进行登记，然后转发此帧。以这样的方式进行下去就一定可以使该帧到达最终的目的站。
网桥在这样的转发过程中也就可逐渐将其站表建立起来。
局域网的拓扑经常会发生变化。局域网上的工作站和网桥可能时而接通电源，时而关掉电源。为了使站表能反映出整个网络的最新拓扑，还要将每个帧到达网桥的时间登记下来。以便在站表中保留网络拓扑的最新状态信息。具体的方法是，网桥中的端口管理软件周期性地扫描站表中的项目。只要是在一定时间(例如几分钟)以前登记的都要删除。这样就使得网桥中的站表能反映当前网络拓扑状态。
透明网桥使用了一个支撑树(spanning tree)算法，即互连在—起的网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集，在这个子集里整个连通的网络中不存在回路，即在任何两个站之间只有一条路径。一旦支撑树确定了，网桥就会将某些接口断开．以确保从原来的拓扑得出一个支撑树。
为什么要找出—个支撑树呢？可以看图5-16所示的简单例子。这里用两个网桥将两个局域网互连起来。设站A发送一个帧F，它经过区两个网桥(见箭头①和②)。假定帧F的目的地址均不在这两个网桥的站表中，因此两个网桥都转发帧F(见箭头③和④)。我们将经网桥1和网桥2转发的帧F，在到达局域网2以后，分别记为Fl和F2。接着F1传到网桥2(见箭头⑤)而F2传到了网桥1(见箭头⑥)。网桥2和网桥1分别收到F1和F2后，又将共转发到局城网1。结果引起一个帧在网络中不停地兜圈子，从而使网络资源白白地消耗了。
为了得出能够反映网络拓扑发生变化时的支撑树，每隔几秒钟每一个网桥就要广播其标识号(由生产网桥的厂家设定的一个唯一的序号)和它所知道的其他所有在网上的网桥。支撑树算法选择一个网桥作为支撑树的根(例如，选择一个最小序号的网桥)，然后以最短路径为依据，找到树上的每一个结点，但这样并不能充分利用全部的可用资源(因为某些路径未被利用，为的是消除兜圈子现象)，同时好不一定将每一个帧沿最佳的路由传送，因此可能导致稍大些的时延。
图5-16 网桥引起的兜圈子
当互连局域网的数目非常大时，支撑树的算法可能要花费很多的时间。这时可将大和互连局域网划分为多个较小的互连局域网，然后得出多个支撑树。
3.源路由选择网桥
透明网桥的最大优点是容易安装，一接上就能工作，但是，网络资源的利用还不充分。因此，支持802.5令牌环形网的分委员会就制定了另一个网桥标准．这就是由发送帧的源站负责路由选择，即源路由选择(source routing)网桥。
源路由选择网桥假定了每一个站在发送帧时都已经清楚地知道发往各个目的站的路由，因而在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。
这里的关键是源站用什么方法才能知道应当选样什么样的路由。
为了发现合适的路由，源站以广播方式向欲通信的目的站发送—个发现帧(discovery frame)作为探测之用。发现帧将在整个扩展的局域网中沿着所有可能的路由传送。在传送过程中，每个发现帧都记录所经过的路由。当这些发现帧到达目的站时，就沿着各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。以后凡从这个源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。
发现帧还有另一个作用，就是帮助源站确定整个网络可以通过的帧的最大长度。
源路由选择网桥标准是在802.5令牌环形网上制定的。但应强调指山，并非“源路由选择只能用于令牌环形网”或“令牌环形网只能使用源路由选择网桥”。实际上，源路出选择可以用于任何互连网络，而令牌环形陶也可以使用透明网桥。
源路由选择网桥对主机则不是透明的，主机必须知道网桥的标识以及连接到哪—个网段上。使用源路由选择网桥可以利用最佳路由。若在两个局域网之间使用并联的源路由选择网桥，则可使通信量较平均地分配给每一个网桥。用透明网桥则只能使用支撑树，它一般并不是最佳路由，也不能在不同的链路中进行负载的均衡。
4．多端口网桥——以大网交换机
1990年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机(表明这种交换机工作在数据链路层)。
“交换机”并无准确的定义和明确的概念，而现在的很多交换机已混杂了网桥和路由器的功能。著名网络专家Perlman认为：“交换机”应当是一个市场名词，而交换机的出现的确使数据的转发更加快速了(见[PERL00]的第5章)。由于交换机这一名词已经广泛地使用了，因此我们也使用这个名词：下面简单地介绍其特点。
从技术上讲，网桥的端口数很少，一般只有2～4个，而以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见变换机工作在数据链路层(和工作在物理层的转发器和集线器不同)。此外，以太网交换机的每个端口都直接与主机相连(注意：普通网桥的端口不是连接到主机而是连接到局域网)，并且一般都工作在全双工方式。当主机需要通信时，交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都 能像独占通信媒体那样，进行无碰撞的传输数据。通信完成后就断开连接。以太网交换机由于使用了专用的交换机构芯片，因此其交换速率就较高。
对于普通10M Bit/s的共享式以太网，若共有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 M Bit/s)的N分之一 。在使用以太网交投机时，虽然在每个端口到主机的数据率还是10M Bit/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此拥的N对端口的交换机的总容量为N×10 M Bit/s。这正是交换机的最大优点。
从共享总线以太网或10BASE-T以太网转到交换式以太网时，所有接入没备的软件和硬件、网卡等都不需要作任何改动。也就是说，所有接入的设备继续使用CSMA/CD协议。此外，只要增加集线路的容量，整个系统的容量是很容易扩大的。
以太网交换机一般都具有多种速率的端口。例如，可以具有10M Bit/s，100 M Bit/s和1 G bit/s的端口的各种组合，这就大大地方便的各种不同情况的用户。
图5-17举出了一个简单的例子。图中的以太网交换机有三个10 M bit/s端口分别和三个系的10BASE-T局域网相连，还有三个100M Bit/s端口分别和电子邮件服务器、万维网服务器以及一个连接因特网的路由器相连。
图5-17 用以太网交换机扩展局域网
有些以太网交换机对收到的帧采用仔储转发方式进行转发，但也有一些交换机采用直通(cut-through)的交换方式。直接交换不必将整个数据帧先缓存再进行处理，而是直接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的MAC地址决定该帧的转发端口，因而提高了帧的转发速率。如果在这种交换机的内部采用基于硬件的交叉矩阵，其交换时延可做到仅为30us左右。直接交换的—个缺点是它不检查CERC就直接将帧转发出去，因此有可能也将一些无效帧转发给其他的站。在某些情况下，仍需要采用基于软件的存储转发方式进行交换，例如，当需要进行线路速率匹配、协议转换或差错检测时。现在有的厂商已生产出能支持两种交换方式的以太网交换机。以太网交换机的发展与建筑物结构比布线系统的普及应用密切相关。在结构化布线系统中，广泛地位用了以太网交换机。
5.4.3 虚拟局域网
在IEEE802.1Q标准中对虚拟局域网VLAN(Virtual LAN)是这样定义的：
虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪—个VLAN。
利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN。这里要指出，虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。
图5-18画 三个虚拟局域网
图5-18画的是使用了四个交换机的网络拓扑。设有10个工作站分配在三个楼层中，构成了三个局域网，即：
LAN1： (A1，A2，B1，C1)， LAN2(A3，B2，C2)，LAN (A4，B3，C3)
但这10个用户划分为三个工作组，也就是说划分为三个虚拟局域网VLAN。即
VLAN1：(A1，A2，A3，A4)，VLAN2：(B1，B2，B3)，VLAN3：(C1，C2，C3)。
从图5-24可看出，每一个VLAN的工作站可处在不同的局域网中，也可以不在同一层楼中。
利用交换集线器可以很方便地将这10个工作站划分为三个虚拟局域网：VLAN1，VLAN2和VLAN3。在虚拟局域网上的每一个站都可以听到同一个虚拟局域网上的其他成员所发出的广播。例如，工作站B1～B3同属于虚拟局域VLAN2。当B1向工作组内成员发送数据时，工作站B2和B3将会收到广播的信息，虽然它们没有和B1连在同一个集线器上。相反，B1发送数据时，工作站A1，A2和C1都不会收到B1发出的广播信息，虽然它们都与B1连接在同一个集线器上。交换式集线器不向虚拟局域网以外的工作站传送B1的广播情息，这样，虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多广播信息即所谓的“广播风暴”而引起性能恶化。在共享传输媒体的局域网中，网络总带宽的绝大部分是由广播帧消耗的。
由于虚拟局域网是用户和网络资源的逻辑组合，因此可按照需要将有关设备和资源非常方便地重新组合，使用户从不同的服务器或数据库中存取所需要的资源。
以太网交换机的种类很多。例如，“具有第三层特件的第二层交换机”和“多层交换机”。前者具有某些第三层的功能，如数据报的分片和对多播通信量的管理，而后者可根据第三层的IP地址对分组进行过滤。
5.5 高速以太网
速率达到或超过100M Bit/s的以太网称为高速以太网。下面简单介绍几种高速以太网技术。
5.5.1 100BASE-T以太网
在20世纪80年代，很少有人想到以太网还会升级，然而在1992年9月100 M Bit/s以太网的设想提出后仅过了13个月，100M Bit/s以太网的产品就已经问世了。
100BASE-T是在双绞上传送100 M Bit/s基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE802.3的CSM/CD协议，它又称为快速以太网(Fast Ethernet)。用户只更换一张网卡，再配上一个100M Bit/s的集线器，就可很方便地由10BASE-T以太网直接升级到100 M Bit/s以太网，而不必改变网络的拓扑结构。所有在10BASE-T上的应用软件和网络软件都可保持不变。100BASE-T的网卡有很强的自适应性，能够自动识别10M Bit/s和100M Bit/s。
1995年IEEE已将100BASE-T的快速以太网定为正式的国际标准，其代号为802.3u，是对现行的802.3标准的补充。快速以太网的标准得到了所有的主流网络厂商的支持。
100BASE-T容易掌握，可以使用交换式集线器提供很好的服务质量，可以在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，CSMA/CD协议对全双工方式工作的快速以太网是不起作用的(但在半双工方式工作时则一定要使用CSMA/CD协议)。那么，不使用CSMA/CD协议还能够叫做以太网吗？可以，因为使用的MAC帧格式仍然是802.3标准规定的格式。
然而802.3u的标准未包括对同轴电缆的支持。这表示想从细缆以太网升级到快速以太网的用户必须重新布线。但现在大多数安装场地正向UTP布线过渡，因此这一问题将会逐渐地谈化。
100M Bit/s以太网的新标准改动了原10M Bit/s以太网的某些规定。这里最主要的原因是要在数据发送速率提高时使参数a仍保持不变(或保持为较小的数值)。在5.2.3节已经给出了参数a的公式：
从(5-9)式可看出，当数据率C提高到10倍时，为了保持参数a不变，可以将帧长也增大到10倍，也可以将网络电缆长度(因而使r)减小到原有数值的十分之—。
在100 M Bit/s的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到100 m。帧间时间间隔从原来的9.6us改为现在的0.96us。新标准还规定了以下三种不同的物理层标准。
(1)l00BASE-TX。使用2对UTP 5类线或STP，其中一对用于发送，另一对用于接收。信号的编码采用“多电平传输3(MLT-3)”的编码方法，使信号的主要能量集中在30MHz以下，以便减少辐射的影响。MLT-3用三元制进行编码，即用正、负和零三种电平传送信号。其编码规则是：
当输入一个0时，下—个输出值不变。
当输入一个1时，下一个输出值要变化。若前一个输出值为正值或负值，则下一个输出值为零；若前一个输出值为零，则下一个输出值与上次的一个非零输出值的符号相反。
(2)100BASE-FX。使用2对光纤，其中—对用于发送，另一对用于接收。信号的编码采用4B/5B-NRZI编码。NRZI即不归零1制(当“1”出现时信号电平在正值与负值之间变化一次)。4B/5B编码就是将数据流中的每4bit作为一组(Block)，然后按编码规则将每一个组转换成为5bit，其中至少有2个“1”，保证信号码元至少发生两次跳变。
在标准中将上述的10BASE-TX和100BASE-FX合在—起都称为100BASE-X。
(3)100BASE-T4。使用4对UTP 3类线或5类线，这是为己使用UTP 3类线的大量用户而设计的。信号的编码采用8B6T-NRZ(不归零)的编码方法。8B6T编码是将数据流中的每8bit作为一组，然后按编码规则转换为每组6bit的三元制(Ternav)码元。它同时使用3对线同时传送数据(每一对线以33M Bit/s的速率传送数据)，用1对线用作碰撞检测的接收信道。
5.5.2 吉比特以太网
在1995年以前，很多人都想不到以太网能工作在千兆的速率(又称吉比特速率，即G Bit/s
量级的速率)下。他们认为在千兆速率下唯一能使用的技术恐怕只有ATM了。然而到了1996年夏季，千兆特以太网(又称为吉比以太网)的产品已经问市。IEEE在1997年通过了吉比特以太网的标准802.3z，它在1998年成为了正式标推。由于吉比特以太网仍使用CSMA/CD协议并与现有的以太网兼容，这就使得在局域网的范围ATM更加缺乏竞争力。虽然吉比特以太网也是一种高速局域网，但由于它发展很快，而且还继续升级为10吉比特以太网，因此我们将它单列为一节来讨论。
吉比特以太网的标准802.3z考虑了以下几个要点：
(1)允许在1G Bit/s下全双工和半双工两种方式工作。
(2)使用802.3协议规定的帧格式。
(3)在半双工方式下使用CSMA/CD协议(全双工方式不需要使用CSMA/CD协议)。
(4)与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。
吉比特以太网可用作现有网络的主干网，也可在高带宽的应用(如医疗图像或CAD的图形等)用来连接工作站和服务器。
吉比特以太网的物理层使用两种成熟的技术：一种来自现有的以太网，另一种则是ANSI制定的光纤通道(fiber channel)。采用成熟技术就能大大缩短吉比特以太网标准的开发时间。
吉比特以太网的物理层共有以下两个标准。
1. 1000BASE-X：(802.3标准)
1000BASE-X标准是基于光纤通道的物理层，即FC-0和FC-1。使用的媒体有三种：
(1)1000BASE-SX，SX表示短波长(使用850 nm激光器。使用纤芯直径为62.5um和50um的多模光纤时，传输距离分别为275m和550 m。
(2)100OMBASE-LX。LX表示长波长(使用1300nm激光器)。使用纤芯直径为62.5um和50um的多模光纤时，传输距离为550 m。使用纤芯直径为10um的单模光纤时，传输距离为5km。
(3)1000BASE-LX。CX表示铜线。使用两对短距离的屏蔽双绞线电缆，传输距离为25m。
2．1000BASE-T(802.3ab标准)
1000ASE-T是使用4对5类线UTP，传送距离为100m。
吉比特以太网工作在半双工方式时，就必须进行碰撞检测。由于数据率提高了，因此只有减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，才能使参数a保持为较小酌数值。若将吉比特以太网最大电缆长度减小到10 m，那么网络的实际价值就大大减小。而若将最短帧长提高到640字节，则在发送短数据时开销又嫌太大。因此吉比特以太网仍然保持一个网段的最大长度为100 m，但采用了“载波延伸”(carrier extension)的方法，使最短帧长仍为64字节(这样可以保持兼容性)，同时将争用时间增大为512字节。凡发送的MAC帧长不足512字节时，就用一些特殊字符填充到同帧的后面，使MAC帧的发送长度增大到512字节，但这对有效载荷并无影响。接收端在收到以太网的MAC帧后，要将所填允的特殊字符删除后才向高层交付。原来仅64字节长的短帧填充到512字节时，所填充的448宁节就造成了很大的开销。
为此，吉比特以太网还增加一种功能称为分组突发(packet bursting)。这就是当很多短帧要发送时，第一个短帧要采用上面所说的载波延伸的方法进行填充。但随后的一些短帧则可一个接一个地发送，它们之间只需要有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成了一串分组的突发，直到达到1500字节或稍多一些为止。
当吉比特以太网工作在全双工方式时，不使用载波延伸和分组突发。
吉比特以太网交换机可以直接与多个图形工作站相连。也可用作百兆以太网的主干网，与几个100M Bit/s(或1 G Bit/s)以太网集线器相连，然后再和大型服务器连接在一起。图5-19是吉比特以太网的一种配置举例。
图5-19是吉比特以太网的一种配置举例
5.5.3 10吉比特以太网
就在吉比特以太网标准802.3z通过后不久，在1999年3月，IEEE成立了高速研究组HSSG(High Speed Study Group)，其任务是致力于10吉比特以太网的研究，10吉比特以太网的标准由IEEE 802.3ae委员会进行制定．10吉比特以太网的正式标准将在2002年完成。10吉比特以太网又称为10吉比特以太网，也就是万兆以太网。
10吉比特以太网并非将吉比特以太网的速率简单地提高到10倍，这里有许多技术上的问题要解决。下面是10吉比特以太网的一些特点。
10吉比特以太网的帧格式与10 M Bit/s、100 M Bit/s和1 G Bit/s以太网的帧格式完全相同。10吉比特以太网还保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长，这就使用户在将其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。
由于数据率很高，10吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。它使用长距离(超过40km)的光收发器与单模光纤接口，以便能够在广域网和城域网的范围工作。10吉比特以太网也可使用较便宜的多模光纤，但传输距离为65～300m。
10吉比特以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议，这就使得10吉比特以太网的传输距离不再受进行碰撞检测的限制而大大提高了。
吉比特以太网的物理层是使用已有的光纤通道的技术，而10吉比特以太网的物理层则是新开发的。10吉比特以太网有下述两种不同的物理层。
(1)局域网物理层LAN PHY
局域网物理层的数据率是10.000G Bit/s(这表示是精确的10G Bit/s)。因此，一个10吉比特以太网交换机可以支持正好10个吉比特以太网端口。
(2)可选的广域网物理层WAN PHY
广域网物理层具有另一种数据率，这是为了和所谓的“G Bit/s”的SONET/SDH(即OC-192/SIM-64)相连接。我们知道，OC-192/STM-64的准确数据率并非精确的10 G Bit/s(平时是为了简单就称它是10 G Bit/s的速率)而是9.95328G Bit/s。在去掉帧首部的开销后，其有效载荷的数据率只有9.5864G Bit/s。因此，为了使10吉比特以太网的帧能够插入到OC-192/STM-64帧的有效载荷中，就要使用可选的广域网物理层，其数据率为9.95328G Bit/s。显然，SONET/SDH的“10G Bit/s”速率不可能支持10个吉比特以太网的端口。而只是能够与SONET/SDH相连接。
需要注意的是，10吉比特以太网并没有SONET/SDH的同步接口而只有异步的以太网接口。因此，10吉比持以太网在和SONET/SDH连接时，出于经济上的考虑，只是具有SONET/SDH的某些特性，如OC-192的链路速率、SONET/SDH的组帧格式等，但WAN PHY与SONET/SDH并不是全部都兼容的。例如，10吉比特以太网没有TDM的支持，没有使用分层的精确时钟，也没有完整的网络管理功能。
由于10吉比特以太网的出现，以太网的工作范围已经从局域网(校园网、企业网)扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。这种工作方式的好处有以下几点。
(1)以太网是一种经过证明是成熟的技术，无论是因特网服务提供者ISP还是端用户都很愿意使用以太网。当然对ISP来说，使用以太网还需要在更大的范围进行试验。
(2)以太网的互操作性也很好，不同厂商生产的以太网都能可靠地进行互操作。
(3)在广域网中使用以太网时，其价格大约只有SONET的五分之一和ATM的十分之一。
(4)以太网还能够适应多种的传输媒体，如铜缆、双绞线以及各种光缆。这就使具有不同传输媒体的用户在进行通信时不必重新布线。
(5)端到端的以太网连接使帧的格式全都是以太网的格式，而不用要再进行帧的格式转换，这就简化了操作和管理。但是，以太网和现有的其他网络(如帧中继或ATM网络)进行互连仍然需要有相应的接口。
回顾过去的历史，我们看到10 M Bit/s以太网最终淘汰了速率比它快60％的16M Bit/s的令牌环，100M Bit/s的快速以太网也使得曾经是最快的局域网/城域网的FDDI变成为了历史。吉比特以太网和10吉比特以太网的问世，使以太网的市场占有率进一步地得到提高，使得ATM在城域网和广域网中的地位受到更加严峻的挑战。10吉比特以太网是IEEE802.3标准在速率和距离方面的自然演进。以太网从10 M Bit/s到10 G Bit/s的演进证明了以太网是：
(1)可扩展的(从10M Bit/s到10G Bit/s)；
(2)灵活的(多种媒体、全/半双工、共享交换)；
(3)易于安装；
(4)稳健性好。
5.6 无线局域网
5.6.1 无线局网的组成
在局城网刚刚问世后的一段时间，无线局域网的发展比较缓慢。其原因是：价格贵、数据率低、安全性较差以及使用登记手续复杂(使用无线电频率必须得到有关部门的批准)。但自20世纪80年代未以来，由于人们工作和生活节奏的加快以及移动通信技术的快速发展，无线局域网也已开始进入市场。无线局域网可提供了移动接入的功能，这就给许多需要发送数据但又不能坐在办公室的工作人员提供了方便。当一个工厂跨越的面积很大时，若要将各个部门都用电缆连接成网．其费用可能很高、但若使用无线局域网，不仅节省了投资、而且建网的速度也会较快。另外，当大量用户在一个地方同时要求上网时(如在购买股票的大厅里)，若用电缆连网，恐怕连铺设电缆的份置都很难找到，使用无线局域网则比较容易。特别而要注意，便携站(portable station)和移动站(mobile station)表示的意思并不一样。便携站当然是便于移动的，但便携站在工作时其位置是固定不变的。而移动站不仅能够移动，而且还可以在移动的过程中进行通信，移动站一般都是使用电池供电。
1998年IEEE制定出无线局域网的协议标准802.11，ISO/IEC也批准了这—标准．并将标准的编号定为ISO/IEC 8802-11［CROW97］。802.11是一个非常复杂的标淮，本节只能介绍其中的主要特点。
无线局域网可分为两大类；第一类是有固定基础设施的，第二类是无固定基础设施的。所谓“固定基础设施”是指预先建立起来的、能够覆盖—定地理范围的一批固定基站：大家经常使用的蜂窝移动电话就是利用移动公司预先建立的、覆盖全国的大量固定基站来接通用户手机拨打的电话。
对于第一类有固定基础设施的无线局域网，802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS(Basic Service Set)。—个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站在和本BSS以内都 可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时就都必须通过本BSS的基站。一个基本服务集BSS所覆盖的地理范围叫做一个基本服务区BSA(Basic Service Area)。基本服务区BSA和无线移动通信的蜂窝小区相似。在无线局域网中，一个其本服务区BSA的范围可以有几十米的直径。
图5-20 802.11标准的基本服务集BSS和扩展服务集ESS
在802.11标准中，基本服务集里面的基站使用了一个新名同，叫做接入点AP(Access Point)。一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS(Distribution system)，然后再接入到另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展的服务集ESS，如图5-20所示。分配系统的作用就是使扩展的服务集ESS对上层的表现就像一个基本服务集BSS一样。分配系统可以使用以太网(这是最常用的)、点对点链路线其他无线网络。扩展服务集ESS还可为无线用户提供到有线网络(如因特网)的接入。这种接入是通过叫做门桥(portal)的设备来实现的。门桥是802.11定义的新名词，其实它的作用就是网桥。在一个扩展服务集内的几个不同的基本服务集也可能有相交的部分。在图5-20中还给出了移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集，而仍然可保持与另一移动站B进行通信。当然A在不同的基本服务集所使用的接入点AP并不相同。基本服务集的服务范围是由移动设备所发射的电磁波的辐射范围确定的，在图5-20中用一个椭圆来表示来本服务集的服务范围，当然实际上有服务范围可能是很不规则的几何形状。
一个移动站若要加入到—个基本服务集BSS，就必须先选样—个接入点AP，并与此接入点建立关联(association)，此后，这个移动站就可以通过该接入点来发送和接收数据。若移动站使用重建关联(reassociation)服务，就可将这种关联转移到另一个接入点。当使用分离
(dissociation)服务时．就可终止这种关联。移动站与接入点建立关联的方法有两种，一种是被动扫描，即移动站等待接收接入站周期性发出的信标帧(beacon frame)。另一种是主动扫描。即移动站主动发出探测请求帧(probe request frame)，然后等待从接入点发回的探测响应帧(probe response frame)。
另一类无线局域网是无固定基础设施的无线局域网，它又叫做自组网络(ad hoc network)。这种自组网络没有上述基本服务集中的接入点AP而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络，如图5-21所示。图还画了当移动站A和E通信时，是经过A—B，B—C，C—D和最后D—E这样一连串的存储转发过程。因此，在从源结点A到目的结点E的路径中的移动站B、C和D都 是转发结点，这些结点都具有路由器的功能。由于自组网络没有预先建好的网络固定基础设施(基站)，因此自组网络的服务范围通常是受限的，而真自组网络一般也不和外界的其他网络相连接。移动自组网络也就是移动分组无线电网络。
图5-21 自组网络
自组网络通常是这样构成的：一些可移动的设备发现在它们附近还有其他的可移动设备，并且要求和其他移动设备进行通信。由于便携式电脑的大量普及，自组网络的组网方式已受到人们的广泛关注。由于在自组网络中的每一个移动站都要参与到网络中其他移动站的路由的发现和维护，同时由移动站构成的网络拓扑有可能随时间变化得很快，因此在固定网络中行之有效的一些路由选择协议对移动自组网络已不适用，这样，路由选择协议在自组网络中就引起了特别的关注。另一个重要问题是多播，在移动自组网络中往往需要将某个重要信息同时向多个移动站传送。这种多播比固定结点网络的多播要复杂得多，需要有实时性好而效率又高的多播协议。在移动自组网络中，安全问题也是—个更为突出的问题。
移动自组网络在实用和民用领域都有很好的应用前景。在军事领域中，由于战场上往往没有预先建好的固定接入点，但携带了移动站的战上就可以利用临时建立的移动自组网络进行通信，这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群和空中的机群。出于每一个移动设备都具有路由器的转发分组的功能，因此分布式的移动自组网络的生存性非常好。在民用领域，开会时持有笔记本电脑的人可以利用这种移动自组网络方便地交换信息，而不受笔记本电脑附近没有电话线插头的限制。当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往也是很有效的，因为这时事先已建好的固定网络基础设施可能已经被破坏了。
顺便指出，移动自组网络和移动IP并不相同。移动IP技术是指漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。漫游的主机可以直接连接到或通过无线链路连接到固定网络上的另—个子网。支持这种形式的主机移动性需要地址管理和增加协议的可操作性，但移动IP的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和因特网相连。即使在和因特网相连时，移动自组网络也是以残桩网络(stub network)方式工作的。所谓“残桩网络”就是通信量可以进入残桩网络，也可以从残桩网络发出，但不允许外部的通信量穿越残桩网络。
关于自组网络可查找IEEE下属的移动自组网络工作组MANET(Mobile Ad-hoc NETworks)公布的各种资料。
下面我们对有固定基础设施的无线局域网进行更加细致的讨论。5.6.2 802.11标准中的物理层
802.11标准规定的物理层相当复杂，这里只简单介绍物理层的3种实现方法。
跳频扩频FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)是扩频技术中常用的一种。它使用2.4GHz的ISM频段(即2.4000～2.4835GHz)。共有79个信道可供跳频使用。第一个频道的中心频率为2.402 GHz，以后每隔1 MHz一个信道。因此每个信道可使用的带宽为1MHz。当使用二元高斯移频键控(GFSK时，基本接入速率为1 M Bit/s。当使用4元GFSK时，接入速率为2 M Bit/s。
2．直接序列扩频
直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)是另一种重要的扩频技术。它也使用2.4GHz的ISM频段。当使用二元相对移相键控时，基本按入速率为1 M Bit/s。当使用4元相对移相键控时，接入速率为2 M Bit/s。
3. 红外技术
红外技术IR(Infrared)是指使用波长为850～950nm的红外线在室内传输数据。接入速率为1～2 M Bit/s。
5.6.3 802.11标准中的MAC层
虽然CSMA/CD协议已成功地应用于使用有线连接的局域网，但无线局域网不能简单地搬用CSMA/CD协议。这里主要有两个原因：
第一，CSMA/CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时还必须不间断地检测传道，以便发现是否有其他的站也在发送数据，这样才能实现“碰撞检测”的功能。但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。
第二，更重要的是，即使我们能够实现碰撞检测的功能，并即使我们在发送数报时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。
产生这种结果是由无线信道本身特点决定的。具体地说，这是由于无线电波能够向所有的方向传播，且其传播距离受限。当电磁波在传播过程中遇到障碍物时，其传播距离就更加受到限制。图5-22的例子表示了无线局域网的特殊问题。图中画出四个无线移动站，并假定无线电信号传播的范围是以发送站为圆心的一个圆形面积。
图5-22(a)表示站A和C都想和B通信。但A和C相距较远，彼此都接收不到对方发送的信号。当A和C检测不到无线信号时，就都以为B是空闲的，因而都向B发送自己的数据。结果B同时收到A和C发来的数据，发生了碰撞。可见在无线局域网中，在发送数据前未检测到媒体上有信号还不能保证在接收端能够成功地接收到数据。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hide station problem)。
当移动站之间有障碍物时也有可能出现上述问题。例如，A、D和C三个站彼此距离都差不多，但A和C之间有—座山，因此A和C都不能检测到对方发出的信号。若A和C同时向B发送数据就会发生碰撞(但A和C并不知道)。则B无法正常接收。
图5-22(b)给出了另一种情况。站B向A发送数据。而C又想和D通信。但C检测到媒体上有信号，于是就不敢向D发送数据。其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据。这就是暴露站问题(expose station problem)。在无线局城网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个移动站进行通信。这点与总线式局域网有很大的区别。
除以上两个原因外，无线信道还由于传输条件特殊，造成信号强度的动态范围非常大。这就使发送站无法使用碰撞检测的方法来确定是否发生了碰撞。
因此，无线局域网不能使网CSMA/CD， 而只能使用不带碰撞检测的CSMA协议。
为了提高CSMA协议的效率，802.11协议使用带有碰撞避免的CSMA协议，即CSMA/CA协议，这里CA表示碰撞避免(Collision Avoidance)。在使用CSMA/CA的同时还使用正面确认。在讨论CSMA/CA协议之前，我们先介绍802.11的MAC层。
802.11标准设计了独特的MAC层，如图5-23所示，它通过协调功能(Coordination Function)来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时候能发送数据或接收数据。802.11的MAC层包括两个子层，在下面的一个子层是分布协调功能DCF(Distributed Coordination Function)。DCF在每一个结点使用CSMA机制的分布式接入算法。让各个站通过争用信道来获取发送权。因此DCF向上提供争用服务。另一个子层叫做点协调功能PCF(Point Coordination Function)。PCF是选项，自组网络就没有PCF子层，PCF使用集中控制的接入算法(一般在按入点AP实现集中控制)，用类似于探询的方法将发送数据权轮流支给各个站，从而避免了碰撞的产生。对于时间敏感的业务、如分组话音．就应使用提供无争用服务的点协调功能PCF。
图5-23 802.11的MAC层
为了尽量避免碰撞，802.11规定，所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间(继续监听)才能发送下一帧。名段时间的通称是帧间间隔IFS(Inter Frame Space)。帧间间隔的长短取决于该站打算发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权，但低优先级帧就必须等待较长的时间。若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。常用的三种帧间间隔如下：
(1)SIFS,即短(Short)IFS，长度为28us。SIFS是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧；一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。使用SIFS的帧类型有：ACK帧、CTS帧(后面要讲)、由过长的MAC帧分片后的数据帧，以及所有回答AP探询的帧和在PCF方式中AP发送出的任何帧。
(2)PIFS，即点协调功能IFS(比SIFS长)，是为了在开始使用PCF式时(在PCF方式。下使用没有争用)优先获得接入到媒体中。 PIFS的长度是SIFS加上一个时隙(slot)长度(其长度为50us)，即78us。时隙的长度是这样确定的：在一个基本服务集BSS内当某个站在一个时隙开始时接入到媒体时，那么在下一个时隙开始时，其他站就都能检测出信道己转变为忙态。
(3)DIFS，即分布协调功能IFS(最长的IFS)，在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS的长度比PIFS多一个时隙长度，因此DIFS的长度为128us。
CSMA/CA协议的原型可用图5-24来说明。
欲发送数据的站先检测信道。在802.11标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。通过收到的相对信号强度是有超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。当源站发送它的第—个MAC帧时，若检测到信道空闲，则在等待—段时间DIFS后就可发送。目的站若正确收到此帖，则经过时间间隔SIFS后，向源站发达确认帧ACK。若源站在规定时间内没有收到确认帧ACK(由重传计时器控制这段时间)，就必须重传此帧，直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。
802.11标准还采用了—种叫做虚拟载波监听(Virtual Carrier Sense)的机制，这就是让源站将它要占用信道的时间(包括目的站发回确认帧所需的时间)通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据。这样就大大减少了碰撞的机会。“虚拟”是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了源站的通知而不发送数据。这种效果好像是其他站都监听了信道。“源站的通知”就是在其MAC帧首部中的第二个字段“持续时间”中填入了在本帧结束后还要占用信道多少时间(以微秒为单位)，包括目的站发送确认帧所需的时间。
图5-24 CSMA/CA协议的工作原理
当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量NAV(Network Allocation Vector)。NAV指出了必须经过多少时间才能完成这次传输，才能使信道转入到空闲状态。因此，信道处于忙态，或者是由于物理层的载波监听检测到信道忙，或者是由于MAC层的虚拟载波监听机制指出了信道忙。
图5-24指出，但信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，不仅都必须等待一个DIFS的间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间以便再次更新试图接入到信道。请注意，在以太网的CSMA/CD协议中，碰撞的各站执行退避算法是在发生了碰撞之后，但在 802.11的CSMA/CA协议中，因为没有像以太网那样的碰撞检测机制，因此在信道从忙态转为空闲时，各站就要执行退避算法。这样做就减少了发生碰撞的概率(当多个站都打算占用信道)，802.11也是使用二进制指数退避算法，但具体做法稍有不同，这就是；第i次退避就在22+i个时隙中随机地选择一个。这就是说，第1次退避是在8个时隙(而不是2个)中随机选择一个，而第2次退避是在16个时隙(而不是4个)中随机选样一个。
当某个想发送数据的站使用退避算法选择了争用窗口中的某个时隙后，就根据该时隙的位置设置一个退避计时器(back off timer)。当退避计时器的时间减小到零时，就开始发送数据。也可能当退避计时器的时间还未减小到零时而信道又转变为忙态，这时就冻结退避计时器的数值，重新等待信道变为空闲，再经过时间DIFS后，继续启动退避计时器(从剩下的时间开始)。这种规定有利于继续启动退避计时器的站更早地接入到信道中。
图5-25 CSMA/CA协议中RTS帧和帧
应当指出，当—个站要发送数据帧时，仅在下面的情况下才不使用退避算法：检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是它想发送的第一个数据帧，除此以外的所有情况，都必须使用退避算法。具体来说，就是：
(1)在发送它的第一个帧之前检测到信道处于忙态。
(2)在每一次的重传后。
(3)在每一次的成功发送后。
为了更好地解决隐蔽站带来的碰撞问题，802.11允许要发送数据的站对信道进行顶约。具体的做法如图5-25(a)所示。源站A人发送数据帧之前先发送一个短的控制帧，叫做请求发送RTS(Request To Send)，它包括源地址、目的地址和这次通信(包括相加的确认帧)所需的持续时间。若媒体空闲，则目的站B就发送一个响应控制帧，叫做允许发送CTS(Clear To Send)，如图5-25(b)所示，它也包指这次通信所需的持续时间(从RTS帧中将此持续时间复制到CTS帧中)。A收到CTS帧后就可发送其数据帧。下面讨论在A和B两个站附近的一些站将做出的反应。
C处于A的传输范围内，但不在B的传输范围内，因此C能够收到A发送的RTS，但经过一小段时间后，C不会收到B发送的CTS帧。这样，在A向B发送数据时，C也可以发送自己的数据给其他的站而不会干扰B。请读者注意，C收不到B的信号表明B也收不到C的信号。再观察D。D收不到A发送的RTS帧，但能收到B发送的CTS帧。因此D知道B将要和A通信，因此D在 A和B通信的一段时间内不能发送数据，因而不会干扰B接收A发来的数据。
至于站E，它能收到RTS和CTS，因此E和D一样，在A发送数据帧和B发送确认帧的整个过程中都不能发送数控。
可见这种协议实际上就是在发送数据帧之前先对信道进行预约—段时间。
使用RTS和CTS帧会使整个网络的效率有所下降。但这两种控制帧都很短，其长度分别为20字节和14字节，与数据帧(最长可达2346字节)相比开销不算大。相反，若不使用这种控制帧，则一旦发生碰撞而导致数据帧重发，则浪费的时间就更多。虽然如此，但协议还是设有三种情况供用户选择：一种是使用RTS和CTS帧：一种是只有当数据帧的长度超过某一数值时才使用RTS和CTS帧(显然，当数据帧本身就很短时，再使用RTS和CTS帧只能增加开销)；还有一种是不使用RTS和CTS帧。
虽然协议经过了精心设计，但碰撞仍然会发生。例如，B和C同时向A发送RTS帧。这两个RTS帧发生碰撞后，使得A收到正确的RTS帧因而A就不会发送后续的CTS帧。这时，B和C像以太网发生碰撞那样，各自随机地推迟一段时间后重新发送其RTS帧。推迟时间的算法也是使用二进制指数退避。
图5-26给出了RTS，和CTS帧以及数据帧和ACK帧的传输时间关系。在除源站和目的站以外的其他站中，有的在收到RTS帧后就设置其网络分配向量NAV，有的则在收到CTS帧或数据帧后才设置其NAV。因此图画出了几种不同的NAV的设置。
习 题
1．局域网的主要特点是什么 为什么说局域网是—个通信网
2．以太网和802.3以太网的帧格式有何异同之处
3．一个7层楼，每层有一排共15间办公室。每个办公室的楼上设有一个插座。所有的插座在一个垂直面上构成一个正方形栅格组成的网的结点。设任意两个插座之间都允许连上电缆(垂直、水平、斜线……均可)。现要用电缆将它们连成：
(1)集线器在中央的星形网；(2)总线式以太网。
试计算每种情况下所需的电线长度。
4．数据率为10M Bit/s的以太网的码元传输速率是多少波特
5．有10个站连接到以太网上。试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽：
(1)10个站都连接到一个10 M Bit/s以太网集线器；
(2)10个站都连接到一个100 M Bit/s以太网集线器；
(3)10个站都连接到一个10 M Bit/s以太网交换机。
6．试说明10BASE5、10BASE2、10BASE-T、1BASE5、10BROAD36和FOMAU所代表的意思。
7．10 M Bit/s以太网升级到100 M Bit/s和1G bit/s甚于10G Bit/s时，需要解决哪些技术问题 在帧的长度方面需要有什么改变 为什么？传输媒体应当有什么改变
8．100个站分布在4km长的总线上。协议采用CSMA/CD。总线速率为5 M Bit/s，帧平均长度为1000bit。试估算每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值。传播时延为5us/km。
9．在以下的条件下，分别重新计算上题，并解释所得结果。
(1)总线长度减小到1km。(2)总线速率加倍。(3)帧长变为10000bit。
10．假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1G Bit/s。设信号在网络上的传播速率为200，000km/s，求能够使用此协议的最短帧长。
11．有一个使用集线器的以太网，每个站到集线器的距离为d，数据发送速率为C。帧长为12500字节，信号在线路上的传播速率为2.5x10^8m/s。距离d为25m或2500 m，发送速率为10 M Bit/s或10 G Bit/s。这样就有4种不同的组合。试利用公式(5-9)分别计算这4种不同情况下参数a的数值，先进行简单讨论。
12．为什么早期的以太网选择总线拓扑结构而不使用星形拓扑结构，而现在却改为使用星形拓扑结构
13．试比较以太网的MAC层协议和HDLC协议的相似点和不同点。
14．假定一个以太网上的通信量中的80％是在本局域网上进行的，而其余的20%的通信量是在本局域网和因特网之间进行的。另—个以太网的情况则反过来。这两个以太网一个使用以太网集线器，而另一个使用以太网交换机。你认为以太网交换机应当用在哪一个网络上
15．以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何
16．使用CSMA/CD协议时，若线路长度为100 m，信号在线路上传播速率为 2xl0^8m/s数据的发送速率为1G Bit/s。试计算帧长分别为512字节、1500字节和64000字节时的参数a的数值，并进行简单讨论。
17．100VG局域网和FDDI都有哪些主要特点 和以太网相比，它们的优缺点各有哪些？
18．网桥的工作原理和特点是什么 网桥与转发器以及以太网交换机有何异同
19．以太网交换机有何特点 用它怎样组成虚拟局域网？
20．无线局域网的MAC协议有哪些特点 为什么在无线局域网中不能使用CSMA/CD协议而必须使用CSMA/CA协议？结合隐蔽站问题和暴露站问题说明RTS帧和CTS帧的作用。
21．无线局城内的MAC协议中的SIFS、PIFS和DIFS的作用是什么
22．为什么在无线局网上发送数据帧后要对方必须发回确认帧，而以太网就不需要对方发回确认帧
23．解释无线局域网中的名词：BSS，ESS，AP， BSA，Portal、DCF，PCF和NAV。