IEEE 802 规范定义了网卡如何访问传输介质，以及如何在传输介质上传输数据的方法。其中..

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第21题

知识点：网络分类传输介质局域网局域网协议网卡

关键词： IEEE 传输介质局域网数据协议传输章/节：信息系统及其技术和开发方法

IEEE 802 规范定义了网卡如何访问传输介质，以及如何在传输介质上传输数据的方法。其中，（）是重要的局域网协议。

A. IEEE 802.1

B. IEEE 802.3

C. IEEE 802.6

D. IEEE 802.11

相关试题：计算机网络技术（标准与协议、网络设备、网络接入、网络设计与规划、性能指标）

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36%

网络的可用性是指（19）。


知识点讲解
· 网络分类 · 传输介质 · 局域网 · 局域网协议 · 网卡

网络分类

按照不同的分类方法，网络可以分为不同的类型。

1．按网络的地理位置分类

.局域网（Local Area Network，LAN）：一般位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层的应用。这种网络的特点是连接范围窄、用户数少、配置容易，并且连接速度高。IEEE 802定义了多种主要的局域网，即以太网（Ethernet）、令牌环网（Token King）、光纤分布式接口网络（FDDI）、异步传输模式网（ATM）以及无线局域网（WLAN）。

.城域网（Metropolis Area Network，MAN）：一种最大可覆盖城市及其郊区范围、提供丰富业务和支持多种通信协议的公用网。特征是公用多业务网。一个完整的城域网在垂直方向上由城域传送网、城域承载网、城域业务／应用网及支撑网组成。目前城域网应用比较多的模式有SDH多业务平台、弹性分组环多业务平台和电信级以太网多业务平台。

.广域网（Wide Area Network，WAN）：也称“远程网”，它一般连接不同城市之间的LAN或者MAN网络。由于距离远，信息衰减比较严重，这种网络一般要租用专线。通过接口信息处理（IMP）协议和线路连接起来构成网状结构，解决寻径问题。

.因特网（Internet）：最大的一种网络，特点是不定性，整个网络中的计算机每时每刻都在不断变化。其优点是信息量大，传播广。

2．按网络的拓扑结构分类

.总线型拓扑结构：所有的站点共享一条数据通道，任意时刻只有一台机器是主站，可向其他站点发送信息。其传递方式总是从发送信息的节点开始向两端扩散，因此称为“广播式计算机网络”。优点是结构简单、易于扩充、控制简单、便于组网、造价成本低，以及某个站点的故障一般不会影响整个网络。缺点是可靠性较低，查找分支故障困难。

.星型拓扑结构：指各工作站以星型方式连接成网，网络的中央节点和其他节点直接相连。这种结构以中央节点为中心，又称为“集中式网络”。特点是很容易在网络中增加新的站点，数据的安全性和优先级容易控制，易实现网络监控，但中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。

.环型拓扑结构：将计算机连成一个环，每台计算机按位置不同有一个顺序编号，信号按计算机顺序以“接力”方式传输。环型网容易安装和监控，但容量有限，网络建成后，难以增加新的站点。

3．按传输介质分类

.有线网络：采用同轴电缆和双绞线来连接的计算机网络。同轴电缆网是常见的一种连网方式，它比较经济，安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般，传输距离较短。双绞线网是目前最常见的连网方式，它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆要短。

.光纤网络：光纤网也是有线网的一种，但由于其特殊性而单独列出，光纤网采用光导纤维作传输介质。光纤传输距离长，传输率高，可达数千兆位每秒，抗干扰性强，不会受到电子监听设备的监听，是高安全性网络的理想选择。

.无线网络：采用空气作传输介质，用电磁波作为载体来传输数据，联网方式灵活。

4．按通信方式分类

.点对点传输网络：数据以点到点的方式在计算机或通信设备中传输。星型网、环型网采用这种传输方式。

.广播式传输网络：数据在共用介质中传输。无线网和总线型网络属于这种类型。

传输介质

网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理连接，而是通过空间传输的一种技术。无线传输介质主要有微波、红外线和激光等。它们的抗干扰性都比较差；有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线（twist-pair）、同轴电缆和光纤3种。

双绞线

（1）物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排列的两对或四对绝缘线组成。一对线可以作为一条通信电路，各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小。

（2）传输特性：双绞线最普遍的应用是语音信号的模拟传输。使用双绞线通过调制解调器（Modem）传输模拟数据信号时，数据传输速率目前单向可达56kbps，双向可达33.6kbps，24条音频通道总的数据传输速率可达230kbps。使用双绞线发送数字数据信号，一般总的数据传输速率可达2Mbps。

（3）连通性：双绞线可用于点对点连接，也可用于多点连接。

（4）地理范围：双绞线用于远程中继线时，最大距离可达15km；用于10Mbps局域网时，与集线器的距离最大为100m。

（5）抗干扰性：在低频传输时，其抗干扰能力相当于同轴电缆。在10~100kHz时，其抗干扰能力低于同轴电缆。

（6）价格：双绞线的价格低于其他传输介质，并且安装、维护方便。

双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）与非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）。屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间；重量轻，易弯曲，易安装；将串扰减至最小或加以消除；具有阻燃性；具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

对于双绞线，用户最关心的是表征其性能的几个指标。这些指标包括衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻、衰减串扰比及回波损耗等。目前，常见的双绞线有三种线型，分别是5类线、超5类线和6类线，前者线径细，而后者线径粗。

（1）5类线：电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100Base-T和10Base-T网络。这是最常用的以太网电缆。

（2）超5类线：具有衰减小、串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值和信噪比、更小的时延误差，性能得到很大提高。主要用于千兆位以太网。

（3）6类线：电缆的传输频率为1~250MHz，6类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比应该有较大的余量，它提供2倍于超5类的带宽。6类布线的传输性能远远高于超5类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。6类与超5类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。6类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。

同轴电缆

（1）物理特性：同轴电缆也由两根导体组成，有粗细之分，它由套置单根内导体的空心圆柱体构成。内导体是实芯或者是绞合的，外导体是整体的或纺织的。内导体用规则间距的绝缘环或硬的电媒体材料来固定，外导体用护套或屏蔽物包着。

（2）传输特性：50Ω电缆专用于数字传输，一般使用曼彻斯特编码，数据速率可达2Mbps。CATV（Community Antenna Television，有线电视网）电缆可用于模拟和数字号传输，传输模拟信号，频率可以高达300~400MHz；对数字信号，已能达到50Mbps。

（3）连通性：同轴电缆可用于点对点连接，也可用于多点连接。

（4）地理范围：典型基带电缆的最大距离限于数千米，而宽带网络则可以延伸到数十千米的范围。

（5）抗干扰性：同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强，同轴电缆的抗干扰性取决于应用和实现。一般对较高频率的干扰，它的抗干扰性优于双绞线。

（6）价格：安装质量好的同轴电缆的成本介于双绞线和光纤之间，维护方便。

光纤

（1）物理特性：光学纤维是一种直径极细（2~125μm）、柔软、能传导光波的介质。各种玻璃和塑料都可用来制造光学纤维。光缆具有圆柱形的形状，由三个同心部分组成：纤芯、包层和护套。

（2）传输特性：光纤利用全内反射来传输经信号编码的光束。它分多模和单模方式两种，多模的带宽为200MHz/km~3GHz/km，单模的带宽为3GHz/km~50GHz/km。

（3）连通性：光纤最普通的使用是在点到点的链路上。

（4）地理范围：光纤信号衰减极小，它可以在6~8km的距离内不使用中继器实现高速率数据传输。

（5）抗干扰性：不受电磁干扰和噪声千扰的影响。

（6）价格：目前光纤系统比双绞线系统和同轴电缆系统贵，但随着技术的进步，它的价格会下降以与其他材料竞争。

单模光纤中，模内色散是比特率的主要制约因素。由于其比较稳定，如果需要的话，可以通过增加一段一定长度的“色散补偿单模光纤”来补偿色散。零色散补偿光纤就是使用一段有很大负色散系数的光纤来补偿在1550nm处具有较高色散的光纤，使得光纤在1550nm附近的色散很小或为零，从而可以实现光纤在1550nm处具有更高的传输速率。

多模光纤中，模式色散与模内色散是影响带宽的主要因素。技术工艺能够很好地控制折射率分布曲线，给出优秀的折射率分布曲线，对渐变型多模光纤，可限制模式色散而得到高的模式带宽。

单模光纤的光纤跳线一般用黄色表示，接头和保护套为蓝色，传输距离较长，芯线窄，需要激光源，耗散小，高效。多模光纤的光纤跳线一般用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色，传输距离较短，宽芯线，聚光好，耗散大，低效。

一般来说，多模光纤要比单模光纤便宜。如果对传输距离或传送数据的速率要求不严格，那么，多模光纤在大多情况下都可以表现得很好。单模光纤虽然成本高，但是具有散射小的特点，可以应用在长距离传输或者需要高速数据速率的场合。

为了便于记忆，这里把有线传输的介质归纳成如下表所示。

有线传输介质比较

在有关传输介质方面，还需要掌握各种以太网所使用的介质类型，如下表所示。

以太网常用传输介质

局域网

局域网（Local Area Network, LAN），是在传输距离较短的前提下，所发展的相关技术的集合，用于将小区域内的各种计算机设备和通信设备互联在一起，组成资源共享的通信网络。在局域网中常见的传输媒介有双绞线、细／粗同轴电缆、微波、射频信号和红外线等。其主要特点如下。

（1）距离短：0.1km～25km，可以是一个建筑物内、一个校园内或办公室内。

（2）速度快：4Mbps～1Gbps，从早期的4Mbps、10Mbps及100Mbps发展到现在的1000Mbps（1Gbps），而且还在不断向前发展。

（3）高可靠性：由于距离很近，传输相当可靠，有极低的误码率。

（4）成本较低：由于覆盖的地域较小，因此传输媒介、网络设备的价格都相对较便宜，管理也比较简单。

根据技术的不同，局域网有以太网（Ethernet）、令牌环网络（Token Ring）、Apple Talk网络和ArcNet网络等几种类型。现在，几乎所有的局域网都是基于以太网实现的。当然，随着应用需求的不断提高，也对局域网技术提出了新的挑战，出现了一批像FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）一样的技术。

局域网协议

IEEE局域网标准委员会对局域网的定义为：“局域网络中的通信被限制在中等规模的地理范围内，如一所学校；能够使用具有中等或较高数据速率的物理信道，且具有较低的误码率；局域网络是专用的，由单一组织机构所使用。”局域网技术由于具有规模小、组网灵活和结构规整的特点，因此极易形成标准。事实上，局域网技术也是在所有计算机网络技术中标准化程序最高的一部分。国际电子电气工程师协议早在20世纪70年代就制定了三个局域网标准：IEEE 802.3（CSMA/CD，以太网）、IEEE 802.4（Token Bus，令牌总线）和IEEE 802.5（Token Ring，令牌环）。由于它已被市场广泛接受，因此IEEE 802系列标准已被ISO采纳为国际标准。而且，随着网络技术的发展，又出现了IEEE 802.7（FDDI）、IEEE 802.3u（快速以太网）、IEEE 802.12（100VG-AnyLAN）和IEEE 802.3z（千兆以太网）等新一代网络标准。

一个局域网的基本组成主要有网络服务器、网络工作站、网络适配器和传输介质。这些设备在特定网络软件支持下完成特定的网络功能。决定局域网特性的主要技术有三个方面：用以传输数据的传输介质；用以连接各种设备的拓扑结构；用以共享资源的介质访问控制方法。它们在很大程度上决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量和利用率，以及网络应用等各种网络特性。不同的局域网协议最重要的区别是介质访问控制方法，它对网络特性具有十分重要的影响。

LAN模型

参照ISO/OSI的7层参考模型，在IEEE 802局域网（LAN）标准中，定义了物理层和数据链路层两层，并根据LAN的特点，把数据链路层分成逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层和介质访问控制（Medium Access Control，MAC）子层，还加强了数据链路层的功能，把网络层中的寻址、排序、流控和差错控制等功能放在LLC子层来实现。下图为LAN协议的层次以及与OSI/RM参考模型的对应关系。

LAN层次与OSI/RM的对应关系

物理层

LAN的物理层和OSI物理层的功能一样，主要处理在物理链路上发送、传递和接收非结构化的比特流，包括对带宽的频道分配和对基带的信号调制、建立、维持、撤销物理链路，处理机械的、电气的和过程的特性。其特点是可以采用一些特殊的通信媒体，在信息组成的格式上可以有多种。

MAC

MAC的主要功能是控制对传输介质的访问，MAC与网络的具体拓扑方式以及传输介质的类型有关，主要是介质的访问控制和对信道资源的分配。MAC层还实现帧的寻址和识别，完成帧检测序列产生和检验等功能。

LLC

LLC可提供两种控制类型，即面向连接服务和非连接服务。其中，面向连接服务能够提供可靠的信道。逻辑链路控制层提供的主要功能是数据帧的封装和拆除，为高层提供网络服务的逻辑接口，能够实现差错控制和流量控制。

在计算机网络体系结构中，最具代表性和权威的是ISO的OSI/RM和IEEE的802协议。OSI是设计和实现网络协议标准的最重要的参考模型和依据，而IEEE 802则制定了一系列具体的局域网标准，并不断地增加新的标准，它们之间的关系如下图所示。

IEEE 802标准系列间的关系

以太网（IEEE 802.3标准）

以太网技术可以说是局域网技术中历史最悠久和最常用的一种。它采用的“存取方法”是带冲突检测的载波监听多路访问协议（Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）技术。

目前以太网主要包括三种类型：IEEE 802.3中定义的标准局域网，速度为10Mb/s，传输介质为细同轴电缆；IEEE 802.3u中定义的快速以太网，速度为100Mb/s，传输介质为双绞线；IEEE 802.3z中定义的千兆以太网，速度为1000Mb/s，传输介质为光纤或双绞线。

介质访问技术

IEEE 802.3所使用的介质访问协议CSMA/CD是让整个网络上的主机都以竞争的方式来抢夺传送数据的权力。工作过程为：首先侦听信道，如果信道空闲，则发送；如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。开始发送后再进行一段时间的检测，方法是边发送边接收，并将收、发信息相比较，若结果不同，表明发送的信息遇到碰撞，于是立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号，通知信道上各站冲突已发生。已发出信息的各站收到阻塞信号后，等待一段随机时间，等待时间最短的站将重新获得信道，可重新发送。

在CSMA/CD中，当检测到冲突并发出阻塞信号后，为了降低再次冲突概率，需要等待一个退避时间。退避算法有许多种，常用的一种通用退避算法称为二进制指数退避算法。

IEEE 802.3——10Mb/s以太网

IEEE 802.3——10Mb/s以太网定义过10Base 5、10Base 2、10Base-T和10Base-F等（需要注明的是，其中10Base-T与10Base-F的最后一项就是以线缆类型进行命名的，其中T代表双绞线，F代表光纤）。10Base 5标准是最早的媒体规范，它使用阻抗为50Ω的同轴粗缆。但由于同轴粗缆的缆线直径大，所以比较笨重，不易铺设。10Base 2标准是为建立一个比10Base 5更廉价的局域网，它使用阻抗为50Ω的同轴细缆，唯一的差别就是它使得每两个节点间的距离限制从500m降为185m。10Base-T标准是一个使用非屏蔽双绞线为传输介质的标准，所要用到的非屏蔽双绞线只需3类线标准即可满足要求，是一个成功的标准。10Base-F标准充分利用了新兴媒体光纤的距离长、传输性能好的优点，大大改进了以太网技术。

IEEE 802.3u——100Mb/s快速以太网

随着计算机技术的不断发展，10Mb/s的网络传输速度实在无法满足日益增大的需求。IEEE 802.3u充分考虑了向下兼容性：它采用了非屏蔽双绞线（或屏蔽双绞线、光纤）作为传输媒介，采用与IEEE 802.3一样的介质访问控制层——CSMA/CD。IEEE 802.3u常称为快速以太网。根据实现的介质不同，快速以太网可以分为100BaseTX、100BaseFX和100BaseT4三种。

100BaseTX用两对5类非屏蔽双绞线，或者1类、2类屏蔽双绞线作为传输媒介，来实现传输速度为100Mb/_s的网络，最多支持两个中继器。100BaseFX是2束多模光纤上的标准，在没有中继设备的网络中最大传输距离为400m。100BaseT4利用10Mb/s的网络中使用的3类线有两对是空着没有利用的特点，使用4对3类非屏蔽双绞线上提供传输速度为100Mb/_s的网络。

IEEE 802.3z——1000Mb/s千兆以太网

IEEE 802.3z对介质访问控制层规范进行了重新定义，以维持适当的网络传输距离，介质访问控制方法仍采用CSMA/CD协议，并且重新制定了物理层标准，使之能提供1000Mb/_s的原始带宽。因此，它仍是一种共享介质的局域网，发送到网上的信号是广播式的，接收站根据地址接收信号。网络接口硬件能监听线路上是否已存在信号，以避免冲突，或在没有冲突时重发数据。

在物理层，千兆以太网支持如下三种传输介质：

（1）光纤系统。支持多模光纤和单模光纤系统，多模光纤的工作距离为500m，单模光纤的工作距离为2000m。

（2）宽带同轴电缆系统。其传输距离为25m。

（3）5类UTP电缆。其传输距离为100m，链路操作模式为半双工。

千兆位以太网采用以交换机为中心的星型拓扑结构，主要用于交换机与交换机之间或者交换机与企业超级服务器之间的高速网络连接。

令牌环网（IEEE 802.5）

令牌环是环型网中最普遍采用的介质访问控制，它适用于环型网络结构的分布式介质访问控制，其流行性仅次于以太网。令牌环网的传输介质虽然没有明确定义，但主要基于屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种，拓扑结构可以有多种，如环型（最典型）、星型（采用得最多）和总线型（一种变形）。编码方法为差分曼彻斯特编码。

IEEE 802.5的介质访问使用的是令牌环控制技术，其工作过程为：首先，令牌环网在网络中传递一个很小的帧，称为“令牌”，只有拥有令牌环的工作站才有权力发送信息。令牌在网络上依次顺序传递。当工作站要发送数据时，等待捕获一个空令牌，然后将要发送的信息附加到后边，发往下一站，如此直到目标站。然后将令牌释放。如果工作站要发送数据时，经过的令牌不是空的，则等待令牌释放。

当信息帧绕环通过各站时，各站都要将帧的目的地址与本站地址相比较，如果地址符合，说明是发送给本站的，则将帧复制到本站的接收缓冲器中，同时将帧送回到环上，使帧继续沿环传送；如果地址不符合，则简单地将信息帧重新送到环上即可。

FDDI

FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）是类似令牌环网的协议，它用光纤作为传输介质，数据传速可达到100Mb/s，环路长度可扩展到200km，连接的站点数可以达到1000个。FDDI采用一种新的编码技术，称为4B/5B编码，即每次对4位数据进行编码。每4位数据编码成5位符号，用光信号的存在或不存在来代表5位符号中的每一位是1还是0。

光纤中传送的是光信号，有光脉冲表示1，无光脉冲表示0。这种简单编码的缺点是没有同步功能。在同轴电缆或双绞线作为传输介质的局域网中，通常采用曼彻斯特编码方式。它利用中间的跳变作为同步信号。这样对每一位数据单元产生两次瞬变，使带宽的利用率降低。5位编码的32种组合中，实际只使用了24种，其中的16种用来做数据，其余8种用来做控制符号（如帧的起始和结束符号等）。4B/5B编码中，5位码中的“1”码至少为2位，按NRZI编码原理，信号中就至少有两次跳变，因此接收端可得到足够的同步信息。

FDDI采用双环体系结构，两环上的信息反方向流动。双环中的一环称为主环，另一环称为次环。在正常情况下，主环传输数据，次环处于空闲状态。双环设计的目的是提供高可靠性和稳定性。FDDI定义的传输介质有单模光纤和多模光纤两种。

网卡

网卡是计算机在网络上传输数据的接口，是主机接入网络时必不可少的连接设备。它的作用是双重的：一方面将本地计算机需要发送的数据打包后送入网络，另一方面将从网络上接收到的数据解包后传输给本地计算机。所谓数据打包和解包，实际上就是将数据的输入／输出方式进行串并转换的过程。

根据工作对象的不同，网卡可分为普通工作站用网卡和服务器专用网卡。普通网卡的种类较多，性能各异。按网卡支持带宽的不同，可分为10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s自适应和1000Mb/s网卡；按网卡总线类型的不同，可分为ISA、EISA和PCI网卡三大类，其中ISA网卡和PCI网卡较常用。

为了与不同传输介质实现连接，网卡的接口类型也有多种，如与粗缆连接的AUI接口、与细缆连接的BNC接口和与双绞线连接的RJ-45接口。

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