简述以太网和FDDI网的工作原理和数据传输过程

FDDI工作原理
FDDI的工作原理主要体现在FDDI的三个工作过程中,这三个工作过程是:站点连接的建
立、环初始化和数据传输。
1.站点连接的建立
FDDI在正常运行时,站管理(SMT)一直监视着环路的活动状态,并控制着所有站点的活动
。站管理中的连接管理功能控制着正常站点建立物理连接的过程,它使用原始的信号序列在
每对PHY/PMD之间的双向光缆上建立起端———端的物理连接,站点通过传送与接收这一特
定的线路状态序列来辨认其相邻的站点,以此来交换端口的类型和连接规则等信息,并对连
接质量进行测试。在连接质量的测试过程中,一旦检测到故障,就用跟踪诊断的方法来确定
故障原因,对故障事实隔离,并且在故障链路的两端重新进行网络配置。
2.环初始化
在完成站点连接后,接下去的工作便是对环路进行初始化。在进行具体的初始化工作之
前,首先要确定系统的目标令牌循环时间(TTRT)。各个站点都可借助请求帧(Claim Frame)
提出各自的TTRT值,系统按照既定的竞争规则确定最终的TTRT值,被选中TTRT值的那个站点
还要完成环初始化的具体工作。确定TTRT值的过程通常称之为请求过程(Claim Process)。
(1) 请求过程
请求过程用来确定TTRT值和具有初始化环权力的站点。当一个或更多站点的媒体访问
控制实体(MAC)进入请求状态时,就开始了请求过程。在该状态下,每一个站点的MAC连续不
断地发送请求帧(一个请求帧包含了该站点的地址和目标令牌循环时间的竞争值),环上其它
站点接收到这个请求帧后,取出目标令牌循环时间竞争值并按如下规则进行比较:如果这个
帧中的目标循环时间竞争值比自己的竞争值更短,该站点就重复这个请求帧,并且停止发送
自己的请求帧;如果该帧中的TTRT值比自己的竞争值要长,该站点就删除这个请求帧,接着用
自己的目标令牌循环时间作为新的竞争值发送请求帧。当一个站点接受到自己的请求帧后
,这个站点就嬴得了初始化环的权力。如果两个或更多的站点使用相同的竞争值,那么具有
最长源地址(48位地址与16位地址)的站点将优先嬴得初始化环的权力。
(2) 环初始化
嬴得初始化环权力的站点通过发送一个令牌来初始化环路,这个令牌将不被网上其它站
点捕获而通过环。环上的其它站点在接收到该令牌后,将重新设置自己的工作参数,使本站
点从初始化状态转为正常工作状态。当该令牌回到源站点时,环初始化工作宣告结束,环路
进入了稳定操作状态,各站点便可以进行正常的数据传送。
(3) 环初始化实例
我们用图10-2来说明站点是如何通过协商来赢得对初始化环权力的。在这个例子中,站
点A、B、C、D协商决定谁赢得初始化环的权力。
@@29L17901.GIF;图10-2 环初始化过程@@
其协商过程如下:
① 所有站点开始放出请求帧
② 站点D收到目标令牌循环时间竞争值比它自己竞争值更短的站点C的请求帧,它停止
发送自己的帧,向站点A转发站点C的请求帧。与此同时:·站点B收到目标令牌循环时间竞争
值比它自己竞争值更短的站点A的请求帧,停止发送自己的帧,向站点C发送站点A的请求帧。
·站点C收到目标令牌循环时间竞争值比它自己竞争值更长的站点A的请求帧,继续发送自己
的帧
③ 站点A收到从站点D传过来的目标令牌循环时间竞争值比它自己竞争值更短的站点C
的请求帧,它停止发送自己的帧,并发送站点D转发过来的站点C的请求帧给站点B
④ 站点B收到从站点A传过来的目标令牌循环时间竞争值比它自己竞争值更短的站点C
的请求帧,它停止发送自己的帧,并发送站点A转发过来的站点C的请求帧给站点C
⑤ 站点C收到从站点B传过来的自己的请求帧,表示站点C已嬴得了初始化环的权力,请
求过程宣告结束,站点C停止请求帧的传送,并产生一个初始化环的令令牌发送到环上,开始
环初始化工作
该协商过程以站点C赢得初始化环的权力而告终,网上其它站点A、B和D依据站点C的令
牌初始化本站点的参数,待令牌回到站点C后,网络进入稳定工作状态,从此以后,网上各站点
可以进行正常的数据传送工作。
以太网工作原理

　　 以太网是由Xeros公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和碰撞检测（CSMA/CD）机制，数据传输速率达到10Mbps。虽然以太网是由Xeros公司早在70年代最先研制成功，但是如今以太网一词更多的被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网。以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE 802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel、和Xeros三家公司联合开发，与IEEE 802.3规范相互兼容。
以太网/IEEE 802.3通常使用专门的网络接口卡或通过系统主电路板上的电路实现。以太网使用收发器与网络媒体进行连接。收发器可以完成多种物理层功能，其中包括对网络碰撞进行检测。收发器可以作为独立的设备通过电缆与终端站连接，也可以直接被集成到终端站的网卡当中。

　　 以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到网络上传递的数据。通过查看包含在帧中的目标地址，确定是否进行接收或放弃。如果证明数据确实是发给自己的，工作站将会接收数据并传递给高层协议进行处理。

　　 以太网采用CSMA/CD媒体访问机制，任何工作站都可以在任何时间访问网络。在发送数据之前，工作站首先需要侦听网络是否空闲，如果网络上没有任何数据传送，工作站就会把所要发送的信息投放到网络当中。否则，工作站只能等待网络下一次出现空闲的时候再进行数据的发送。

　　 作为一种基于竞争机制的网络环境，以太网允许任何一台网络设备在网络空闲时发送信息。因为没有任何集中式的管理措施，所以非常有可能出现多台工作站同时检测到网络处于空闲状态，进而同时向网络发送数据的情况。这时，发出的信息会相互碰撞而导致损坏。工作站必须等待一段时间之后，重新发送数据。补偿算法用来决定发生碰撞后，工作站应当在何时重新发送数据帧。

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年代早期。Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网（LAN）标准。在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中，集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。

以太网具有的一般特征概述如下：

共享媒体：所有网络设备依次使用同一通信媒体。

广播域：需要传输的帧被发送到所有节点，但只有寻址到的节点才会接收到帧。

CSMA/CD：以太网中利用载波监听多路访问/冲突检测方法（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）以防止 twp 或更多节点同时发送。

MAC 地址：媒体访问控制层的所有 Ethernet 网络接口卡（NIC）都采用48位网络地址。这种地址全球唯一。

Ethernet 基本网络组成：

共享媒体和电缆：10BaseT（双绞线），10Base-2（同轴细缆），10Base-5（同轴粗缆）。

转发器或集线器：集线器或转发器是用来接收网络设备上的大量以太网连接的一类设备。通过某个连接的接收双方获得的数据被重新使用并发送到传输双方中所有连接设备上，以获得传输型设备。

网桥：网桥属于第二层设备，负责将网络划分为独立的冲突域获分段，达到能在同一个域/分段中维持广播及共享的目标。网桥中包括一份涵盖所有分段和转发帧的表格，以确保分段内及其周围的通信行为正常进行。

交换机：交换机，与网桥相同，也属于第二层设备，且是一种多端口设备。交换机所支持的功能类似于网桥，但它比网桥更具有的优势是，它可以临时将任意两个端口连接在一起。交换机包括一个交换矩阵，通过它可以迅速连接端口或解除端口连接。与集线器不同，交换机只转发从一个端口到其它连接目标节点且不包含广播的端口的帧。

以太网协议：IEEE 802.3标准中提供了以太帧结构。当前以太网支持光纤和双绞线媒体支持下的四种传输速率：

10 Mbps – 10Base-T Ethernet（802.3）

100 Mbps – Fast Ethernet（802.3u）

1000 Mbps – Gigabit Ethernet（802.3z)）

10 Gigabit Ethernet – IEEE 802.3ae

以太网简史：

1972年，罗伯特�6�1梅特卡夫(Robert Metcalfe)和施乐公司帕洛阿尔托研究中心(Xerox PARC)的同事们研制出了世界上第一套实验型的以太网系统，用来实现Xerox Alto（一种具有图形用户界面的个人工作站）之间的互连，这种实验型的以太网用于Alto工作站、服务器以及激光打印机之间的互连，其数据传输率达到了2.94Mbps。

梅特卡夫发明的这套实验型的网络当时被称为Alto Aloha网。1973年，梅特卡夫将其命名为以太网，并指出这一系统除了支持Alto工作站外，还可以支持任何类型的计算机，而且整个网络结构已经超越了Aloha系统。他选择“以太”（ether）这一名词作为描述这一网络的特征：物理介质（比如电缆）将比特流传输到各个站点，就像古老的“以太理论”（luminiferous ether）所阐述的那样，古代的“以太理论”认为“以太”通过电磁波充满了整个空间。就这样，以太网诞生了。

最初的以太网事一种实验型的同轴电缆网，冲突检测采用CSMA/CD 。该网络的成功，引起了大家的关注。1980年，三家公司（数字设备公司、Intel公司、施乐公司）联合研发了10M以太网1.0规范。最初的IEEE802.3即基于该规范，并且与该规范非常相似。802.3工作组于1983年通过了草案，并于1985年出版了官方标准ANSI/IEEE Std 802.3-1985。从此以后，随着技术的发展，该标准进行了大量的补充与更新，以支持更多的传输介质和更高的传输速率等。

1979年，梅特卡夫成立了3Com公司，并生产出第一个可用的网络设备：以太网卡（NIC）， 它是允许从主机到IBM终端和PC机等不同设备相互之间实现无缝通信的第一款产品，使企业能够以无缝方式共享和打印文件，从而增强工作效率，提高企业范围的通信能力。

以太网和IEEE802.3：

以太网是Xerox公司发明的基带LAN标准。它采用带冲突检测的载波监听多路访问协议（CSMA／CD），速率为10Mbps，传输介质为同轴电缆。以太网是在20世纪70年代为解决网络中零散的和偶然的堵塞而开发的，而IEEE802．3标准是在最初的以太网技术基础上于1980年开发成功的。现在，以太网一词泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网。以太网2．0版由数字设备公司、Intel公司和Xerox公司联合开发，它与IEEE802．3兼容。

以太网和IEEE802．3通常由接口卡（网卡）或主电路板上的电路实现。以太网电缆协议规定用收发器将电缆连到网络物理设备上。收发器执行物理层的大部分功能，其中包括冲突检测及收发器电缆将收发器连接到工作站上。

IEEE802．3提供了多种电缆规范，10Base5就是其中的一种，它与以太网最为接近。在这一规范中，连接电缆称作连接单元接口（AUI），网络连接设备称为介质访问单元（MAU）而不再是收发器。

1．以太网和IEEE802．3的工作原理

在基于广播的以太网中，所有的工作站都可以收到发送到网上的信息帧。每个工作站都要确认该信息帧是不是发送给自己的，一旦确认是发给自己的，就将它发送到高一层的协议层。

在采用CSMA／CD传输介质访问的以太网中，任何一个CSMA／CDLAN工作站在任何一时刻都可以访问网络。发送数据前，工作站要侦听网络是否堵塞，只有检测到网络空闲时，工作站才能发送数据。

在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任一工作站均可发送数据。当两个工作站发现网络空闲而同时发出数据时，就发生冲突。这时，两个传送操作都遭到破坏，工作站必须在一定时间后重发，何时重发由延时算法决定。

2．以太网和IEEE802．3服务的差别

尽管以太网与IEEE802．3标准有很多相似之处，但也存在一定的差别。以太网提供的服务对应于OSI参考模型的第一层和第二层，而IEEE802．3提供的服务对应于OSI参考模型的第一层和第二层的信道访问部分（即第二层的一部分）。IEEE802．3没有定义逻辑链路控制协议，但定义了几个不同物理层，而以太网只定义了一个。

IEEE802．3的每个物理层协议都可以从三方面说明其特征，这三方面分别是LAN的速度、信号传输方式和物理介质类型

4.4 FDDI网络

1,试说明CSMA/CD协议的工作原理
2,10BASE5,10BASE2,10BASET分别表示何种以太网.
3, 令牌环网的工作原理是什么
4,比较三种局域网的介质访问控制方式
4.4.1 FDDI概述
4.4.2 FDDI网络部件及应用方式
4.4.3 FDDI性能指标
4.4.1 FDDI概述
光纤分布式数据接口FDDI (Fiber Distributed Data Interface)是一个使用光纤作为传输媒体的令牌环形网.
FDDI的主要特性如下:
(1)使用基于IEEE 802.5令牌环标准的MAC协议;
(2)利用多模光纤进行传输,并使用有容错能力的双环拓扑;
(3)数据率为100 Mbit/s,光信号码元传输速率为125 Mbaud;
1,FDDI特性
(4)1000个物理连接(若都是双连接站,则为500个站);
(5)最大站间距离为2 km(多模光纤),环路长度为100 km,即光纤总长度为200 km;
(6)具有动态分配带宽的能力,故能同时提供同步和异步数据服务;
(7)分组长度最大为4500字节.
FDDI主要用作校园环境的主干网.这种环境的特点是站点分布在多个建筑物中,其中可能遇到点对点链路长达2 km的情形.FDDI就作为一些低速网络之间的主干网.
2,FDDI结构
(1)由两个信息流向相反的环构成——主环和副环(备用环,与主环方向相反);
(2)正常情况下,数据在主环上传送;
(3)线路出现故障时,主环与副环构成一个新环,把产生故障的站点或线路排除在外;
(4)通过增加冗余环路提高系统的可靠性
图4.4-1 FDDI结构
3,FDDI故障处理
图4.4-2 FDDI故障处理
1,FDDI工作原理
FDDI的介质访问方式:令牌传递机制
发送数据帧的时间可能有一定的限定
只要数据帧被发送完毕或时间限制已到,就开始发送新的令牌
FDDI环路上可能存在多个站点发出的数据帧在流动,提高了信道利用率,增加了系统的吞吐量
4.4.2 FDDI网络部件及应用方式
2,FDDI的数据传输过程
图4.4-3 FDDI的数据传输过程
正常情况下FDDI包含的操作
传递令牌
发送数据
转发数据帧
接收数据帧
清除数据帧
3,FDDI包含的设备
集中器:构成FDDI网络的基本单元,其主要作用是将FDDI站点连接到FDDI环路上
DAC:双连接集中器
SAC:单连接集中器
站点:双连接站点和单连接站点
DAS:双连接工作站.它指的是能够连接到FDDI网络的主环和副环上的设备
SAS:指的是连接到一个FDDI环基本环上的设备