數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

第三部分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

主要內(nèi)容

?第七章分組網(wǎng)

?第10章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及internet

.第11章寬帶接入網(wǎng)

?第12章寬帶綜合IP網(wǎng)

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數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

局域網(wǎng)技術(shù)

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

重

郵

逸

夫樓層接入交換機(jī)

樓

四

301302303304305306

樓

辦

公

室

樓層接入父換機(jī)

典型的二層交換網(wǎng)絡(luò)

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局部進(jìn)一步觀察:

引出的問題:

1.局域網(wǎng)采用什么樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)？

2.局域網(wǎng)采用什么樣的傳輸媒介和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備？

3.局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備又是怎樣實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的?

（信道共享？）

4.局域網(wǎng)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)又是什么?

5.學(xué)了局域網(wǎng)技術(shù)有什么用？

一局域網(wǎng)研究的就是這些內(nèi)容

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本章重點(diǎn)

?局域網(wǎng)的特點(diǎn)及主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

?以太網(wǎng)是最常用最常見的局域網(wǎng)技術(shù)

?以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3

?帶寬、吞吐量、時(shí)延、MAC地址

?網(wǎng)卡、集線器和以太網(wǎng)交換機(jī)

?虛擬局域網(wǎng)VLAN

?無線局域網(wǎng)

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4.1概述

局域網(wǎng)（LAN）最主要的特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和

設(shè)備數(shù)目均有限。

4.1.0LAN的特點(diǎn)

/覆蓋范圍小

房間、建筑物、園區(qū)范圍

距離W數(shù)km

/高傳輸速率

1Mbps?1000Mbps

/低誤碼率

10-8?1O10

,采用總線、星形、環(huán)形拓?fù)?/p>

,一般僅包含OSI參考模型的低二層

功能

，協(xié)議簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)靈活、建網(wǎng)成本

低、周期短、便于管理和擴(kuò)充

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4.1.1局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)與參考模型

局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層：

.為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，

IEEE802委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子

層：

-邏輯鏈路控制LLC子層

-媒體接入控制MAC子層。

.MAC子層：處理多種局域網(wǎng)物理接入方式，與接入的傳輸

媒介和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)；

?LLC子層：與傳輸媒體無關(guān)，處理相鄰實(shí)體間數(shù)據(jù)鏈路

的控制，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對(duì)LLC子層來說都

是透明的；

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局域網(wǎng)對(duì)LLC子層是透明的

網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層

LLCLLC

邏輯鏈路控制數(shù)據(jù)

媒體接入控制MAC局域網(wǎng)VMAC鏈路層

物理層物理層

站點(diǎn)1站點(diǎn)2

對(duì)局域網(wǎng)技術(shù)，我們一般研究的就是MAC和物理層的技術(shù)

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局域網(wǎng)IEEE802參考模型

OSI參考模型IEEE802參考模型

服務(wù)訪問點(diǎn)SAP

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IEEE802標(biāo)準(zhǔn)間關(guān)系

8。210安全與加密

802.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)互連

邏輯鏈路控制子層

802.2LLC子層

802.3802.4802.5802.6802.9802.11

Token802.12順子層

CSMA/CDToken城域網(wǎng)語音數(shù)無線

100VG-

BusRing據(jù)綜合局域網(wǎng)

AnyLAH

物理層物理層物理層物理層局域網(wǎng)物理層

802.7寬帶技術(shù)

802.8光纖技術(shù)

IEEE802各標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系

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4.1.2MAC層的功能

?功能：負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)連接的兩個(gè)設(shè)備間基于包

的無連接傳輸，其功能包括成幀、尋址和檢錯(cuò)等

功能：

-提供以幀為單位的包的數(shù)據(jù)傳輸（成幀）；

-提供基于無連接的數(shù)據(jù)傳輸；

-提供幀的檢錯(cuò)功能；

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成幀的作用:

(a)比特流：控制信息和數(shù)據(jù)無法區(qū)分

(b)成幀：控制信息和數(shù)據(jù)可以區(qū)分

圖4.2成幀的作用

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無連接的數(shù)據(jù)傳輸:

C]□

圖4.3MAC層：無連接的分組傳輸方式

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4.1.3局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

環(huán)形網(wǎng)樹形網(wǎng)

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以太網(wǎng)是最常用最常見的局域網(wǎng)技術(shù)

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42以太網(wǎng)：IEEE802.3

4.2.1以太網(wǎng)的發(fā)展歷史

最早的采用共享媒體的爭(zhēng)用型網(wǎng)絡(luò)ALOHA

70年代中期由XeroxPaloAlto研究中心提出，數(shù)據(jù)率為2.94M,

稱為Ethernet（以太網(wǎng)）。

?經(jīng)DEC,IntelandXerox公司改進(jìn)為10M標(biāo)準(zhǔn)（DIX標(biāo)準(zhǔn)）。

?1985年定名為IEEE8023即使用CAMA/CD協(xié)議的LAN標(biāo)準(zhǔn),數(shù)

據(jù)率從1M到10M（現(xiàn)已發(fā)展到1000M）,支持多種傳輸媒體。

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以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn):

-EthernetV2是世界上最早的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)

議。

-目前IEEE802.3為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

-EthernetV2協(xié)議與IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的

差別，可以將802.3局域網(wǎng)簡(jiǎn)稱為“以太網(wǎng)”。

-EthernetV2是目前廣泛使用的以太網(wǎng)協(xié)議。

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4.2.2網(wǎng)絡(luò)接口和傳輸媒介

1、物理層規(guī)范

IEEE802.3規(guī)定了以太網(wǎng)的MAC層和物理層，其中物理層規(guī)定了其接口

特性和傳輸媒介，其規(guī)范名稱的簡(jiǎn)寫格式包括三部分：

傳輸速率（Mbps）+信號(hào)方式（基帶還是頻帶）+傳輸距離（或介質(zhì)類型）

10Base5

數(shù)據(jù)率（Mbps）基帶或?qū)拵?/p>

Base,Broad

段最大長(zhǎng)度（百米）或

介質(zhì)類型（T,F,X）

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表4-1以太網(wǎng)物理層規(guī)范介質(zhì)和接口比較

速度

名稱(Mbps拓?fù)浣橘|(zhì)接頭

)

10Base510總線型粗同軸電纜AUI

10Base210總線型細(xì)同軸電纜BNC

3、4、5類非屏蔽

10Base-T10星型RJ-45

雙絞線2對(duì)

100Base-TX100星型5類非屏蔽雙絞線，2對(duì)RJ-45

1000Base-T1000星型5類屏蔽雙絞線，4對(duì)RJ-45

1000Base-SX1000星型多模光纖SC

1000Base-LX1000星型單模光纖

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2、物理層規(guī)范雙絞線和RJ-45插頭

常用的網(wǎng)線是5類非屏蔽雙絞線纜（UTP）

RJ-45接頭（水晶頭）和線纜

圖4.5RJ-45的插孔和接頭

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網(wǎng)卡端接頭集線器端接頭

wo（白橙）

1TD+_____-1RD+

0（橙）

2TD------一2RD-

wg（白綠）

3RD+--------3TD+

bl（藍(lán)）

4I__4

5wbl（白藍(lán)）_5

g（綠）

6RD------___6TD-

7wbr（白褐）_7

8br（褐）8

圖4.6直通線纜：網(wǎng)卡和集線器的連接

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小知識(shí)點(diǎn)

?計(jì)算機(jī)與集線器(交換機(jī))之間采用直

通線纜連接;

?計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡直接連接，或者

集線器和集線器間的連接采用交叉線

纜;

?1000BASE-T吉比特以太網(wǎng)中一般采用屏

蔽雙絞線纜(STP)；

?10OOBase-SX和10OOBase-FX中分別采用

多模光纖和單模光纖做傳輸媒介，一般

使用兩根光纖，一根用于發(fā)送信號(hào)，

CQUPT根用于接收信號(hào)；

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4.2.3以太網(wǎng)MAC層控制協(xié)議:

CSMA/CD

引出：最初的以太網(wǎng)采用總線型拓?fù)?/p>

匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號(hào)）匹配電阻

只有D接受

B發(fā)送的數(shù)據(jù)

ABCDE

不接受B向D不接受|不接受|

發(fā)送數(shù)據(jù)>.__________________________________ZX_______________________/

總線型拓?fù)?/p>

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以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送

?總線上的每一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到

B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。

?由于只有計(jì)算機(jī)D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫

入的地址一致，因此只有D才接收這個(gè)數(shù)

據(jù)幀。

?其他所有的計(jì)算機(jī)（A,C和E）都檢測(cè)到

不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這

個(gè)數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。

.具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通

信。

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引申開來：總線型一一共享信道

(a)總線型拓?fù)?/p>

(b)星型拓?fù)?/p>

圖4.9采用共享信道的以太網(wǎng)

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共享信道的網(wǎng)絡(luò)中，需要解決兩個(gè)問題：

.如何確定接收到的數(shù)據(jù)幀是發(fā)給自己的，又是誰發(fā)出的?

-給每個(gè)設(shè)備編地址（MAC地址）

.如何在所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（網(wǎng)元）中分配信道的使用權(quán)？

-一種協(xié)商的信道分配策略

-多址接入技術(shù)

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動(dòng)態(tài)多址接入技術(shù)

?隨機(jī)接入

-ALOHA

-SlottedALOHA

-CSMA

-CSMA-CD

?調(diào)度控制接入

—輪詢(Polling)

-令牌(Token)

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協(xié)商的信道分配策略一一CSMA/CD

載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)

?CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccess

withColIisionDetectiono

.“載波偵聽”是指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要

檢測(cè)一下總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，

如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。

-總線上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就

是用電子技術(shù)檢測(cè)總線上有沒有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)

據(jù)信號(hào)。

.“多路訪問”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式

連接在一根總線上。

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沖突檢測(cè)

.“沖突檢測(cè)”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道

上的信號(hào)電壓大小。

?當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信

號(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大（互相疊加）。

?當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過一定的門

限值時(shí)，就認(rèn)為總線上至少有兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送

數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。

.所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。

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檢測(cè)到碰撞后

.在發(fā)生碰撞時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失

真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。

?每一個(gè)正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了

碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資

源，然后等待一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送。

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回退

.發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）

一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。

.這個(gè)隨機(jī)的時(shí)間是由一個(gè)算法確定的。

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CSMIA/CD工作原理總結(jié):

工作原理：發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立

即發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送時(shí)，邊發(fā)邊繼續(xù)監(jiān)聽。若監(jiān)聽

到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送。等待一段隨機(jī)時(shí)間（稱為

退避）以后，再重新嘗試。

CSMA/CD可歸結(jié)為四句話：

發(fā)前先偵聽,空閑即發(fā)送,

邊發(fā)邊檢測(cè),沖突時(shí)退避。

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賺檢測(cè)的過程

仔細(xì)看一下碰撞檢測(cè)過

.當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽到總線是空閑時(shí)，也可能總線并非

真正是空閑的。

?A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時(shí)間后才能

傳送到Bo

?B若在A發(fā)送的信息到達(dá)B之前發(fā)送自己的信

息，則必然要在某個(gè)時(shí)間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰

撞。

?碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用。

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單程端到端

傳播時(shí)延記為7

發(fā)送數(shù)據(jù)f=T-5

B檢測(cè)到

發(fā)送數(shù)據(jù)

碰撞

f=T-5/2

發(fā)生碰撞

f=2T-5

A檢測(cè)到

發(fā)生碰撞

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爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度

?爭(zhēng)用期：即最長(zhǎng)的搶占時(shí)間段，2工；

?以太網(wǎng)取51.2pis為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。

?對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512bit

(二10*106*)，即64字節(jié)。

?以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖

突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生沖突。

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最短有效幀長(zhǎng)

?如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)

之內(nèi)。

?由于一檢測(cè)到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時(shí)已經(jīng)

發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。

?以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長(zhǎng)為64字節(jié)，凡長(zhǎng)

度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止

的Oo

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最大幀長(zhǎng)度

.為了保證信道使用的相對(duì)公平性，讓更多的站能

搶占到信道，規(guī)定了最大幀長(zhǎng)度；

?超過了最大幀長(zhǎng)度就需要分多次完成；

.以太網(wǎng)規(guī)定了數(shù)據(jù)幀中傳送數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度為

1500字節(jié)。

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幀間最小間隔

?幀間最小間隔為9.6Rs,相當(dāng)于96bit的發(fā)送

時(shí)間。

?一個(gè)站在檢測(cè)到總線開始空閑后，還要等待9.6

.才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。

.這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存

來得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。

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4.2.4以太網(wǎng)的幀格式

66246?15004

802.3

MAC幀目地地址源地址長(zhǎng)度/類型數(shù)據(jù)FCS

小于1500時(shí)表示長(zhǎng)度

大于1500時(shí)表示類型

2字節(jié)

這個(gè)時(shí)候與Ethernet

V2完全一致

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以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

以太網(wǎng)V2

MAC幀1

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以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

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數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

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以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為1x108時(shí)，

MAC子層可使未檢測(cè)到的差錯(cuò)小于1x10-14。

當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度小于46字節(jié)時(shí)，

應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段,

以保證以太網(wǎng)的MAC幀長(zhǎng)不小于64字節(jié)。

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數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個(gè)字段共7個(gè)字節(jié)，

是前同步碼，用來迅速實(shí)現(xiàn)MAC幀的比特同步。

第二個(gè)字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

4.2.5MAC地址

?在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC

地址。

?這個(gè)地址其實(shí)就是給每個(gè)站點(diǎn)的編號(hào)：用于表示

數(shù)據(jù)幀該誰接收，是誰發(fā)送的。

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

第1字節(jié)第6字節(jié)

十六進(jìn)制表示的EUL48地址:AC-DE-48-00-00-80

二進(jìn)制表示的EUI-48地址:

機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)志符OUI擴(kuò)展標(biāo)志符y

字節(jié)順序/第1第2第3第4第5第6'、、、、、

高位在前1010110011101111061001oooboooooooloooooooo10000000

II_____________屋____________________

最局位最低彳最局位最低位

白土峪、皂

取無友送I/G比特最后發(fā)送

如果MAC地址中48位都是“1”，則是廣播地址，代表局域網(wǎng)中所有設(shè)備。

在WindowsXP系統(tǒng)下“開始”菜單中點(diǎn)擊“運(yùn)行”，鍵入“cmd”命公

后進(jìn)入命令窗口，鍵入"ipconfig命令可查看MAC地址?！?/p>

CQUPT

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4.3以太網(wǎng)技術(shù)和交換

4.3.1網(wǎng)卡

?網(wǎng)卡地址：即網(wǎng)卡的物理地址或稱為MAC地址，出廠時(shí)固化

在網(wǎng)卡硬件中；

■網(wǎng)卡功能：網(wǎng)卡是PC接入局域網(wǎng)的設(shè)備，具有局域網(wǎng)的物理

層和MAC層功能；

?網(wǎng)卡接口：網(wǎng)卡上有一個(gè)RJ45的網(wǎng)絡(luò)接口

■網(wǎng)卡工作狀態(tài)：網(wǎng)卡通過指示燈指示當(dāng)前的工作狀態(tài)

■網(wǎng)卡主要可配置的參數(shù)：

1）全雙工/半雙工

2）傳輸速率（僅10/100Mbps雙速網(wǎng)卡可選）

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

網(wǎng)卡的配置

BroadcoaNetStreae57xxGigabitControll...

常規(guī)驗(yàn)證局電

連接時(shí)使用：

畔BroadcomNetXtreme57xxGigabi配置位）.

此連接使用下列項(xiàng)目（Q）：

H^Microsoft網(wǎng)絡(luò)客戶端A

叼園Microsoft網(wǎng)絡(luò)的文件和打印機(jī)共享

yiV^NetworkMonitorDriverv

<>

安裝國(guó)）.卸載@）I屬性L）

說明

允許您的計(jì)菖機(jī)訪問Microsoft網(wǎng)絡(luò)上的資源。

□連接后在通知區(qū)域顯示圖標(biāo)世）

回此連接被限制或無連接時(shí)通知我迪）

確定取消

CQUPT

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4.3.2集線器HU

■本質(zhì)：工作于物理層，可認(rèn)為它是將總線折疊到鐵盒子中

的集中連接設(shè)備；

■功能：將某個(gè)端口收到的信號(hào)經(jīng)過整形放大后再通過所有

其它的端口發(fā)送出去；

■由集線器組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌盒切尉W(wǎng)絡(luò)；

■端口：通常有4到24個(gè)RJ?45端口，另外有一個(gè)RJ-45上聯(lián)

口用于同其它集線器或者交換機(jī)連接；

■分類：根據(jù)端口速率分為10M,100M和10M/100M自適應(yīng)

集線器；

■結(jié)構(gòu)：目前主要是獨(dú)立式結(jié)構(gòu);

1F菅；品虻王i

TWill]

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

用集線器搭建簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)

以1臺(tái)服務(wù)器，3臺(tái)PC機(jī)為例：

■1臺(tái)HUB

?4塊245接口的網(wǎng)卡（獨(dú)立網(wǎng)卡）HUB

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沖突域

?在共享式網(wǎng)絡(luò)中，同一時(shí)刻，只能有一個(gè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，如

果兩個(gè)以上設(shè)備同時(shí)發(fā)送就會(huì)發(fā)生沖突，即共享式網(wǎng)絡(luò)中的

設(shè)備處于同一個(gè)“沖突域”。

?沖突域：指以太網(wǎng)中已發(fā)生沖突的幀還能在其中繼續(xù)傳播的

網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。

?由集線器組成的網(wǎng)絡(luò)就是“共享式”網(wǎng)絡(luò)，因此這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中

的設(shè)備包括集線器都屬于同一個(gè)“沖突域”。

簡(jiǎn)單一點(diǎn)：沖突域就是存在沖突的區(qū)域。

共享式網(wǎng)絡(luò)肯定存在沖突。

CQUPT0

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廣播域

.我們把一個(gè)目的地址為廣播地址（48位MAC地址全為1）

的數(shù)據(jù)幀（廣播報(bào)文）在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里能到達(dá)的傳播范圍

稱為這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的廣播域。

.簡(jiǎn)單一點(diǎn)：廣播域就是在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里進(jìn)行廣播時(shí)能到達(dá)

的范圍。

.由集線器組成的網(wǎng)絡(luò)，默認(rèn)情況下屬于同一個(gè)廣播域。

即在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，任何一臺(tái)機(jī)子發(fā)送的廣播報(bào)文能被其

他所有機(jī)子收到。/

CQUPT

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4.3.3交換機(jī)（以太網(wǎng)）

1、問題的引出

圖4.16分解沖突域

D同一個(gè)沖突域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備越少越好;

2）不同沖突域之間怎么實(shí)現(xiàn)互連？

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

互連的辦法

.如果用集線器實(shí)現(xiàn)互連，兩個(gè)沖突域又合成了一個(gè)沖突

域；

?用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)互連可以解決這個(gè)問題；

?交換機(jī)一般有多個(gè)端口，每個(gè)端口可以連接一個(gè)獨(dú)立的

沖突域；

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交換機(jī)

交換機(jī)只能分隔沖突域，但不能分隔廣播域

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交換機(jī)的基本功能

.交換機(jī)的基本功能就是過濾和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀:

當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀到達(dá)交換機(jī)的一個(gè)端口，

-過濾：如果經(jīng)過判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的網(wǎng)元在該端口所連

接的沖突域內(nèi)，則交換機(jī)放棄對(duì)該幀的進(jìn)一步處理（同一

沖突域內(nèi)的目的網(wǎng)元可直接收到該幀）；

-轉(zhuǎn)發(fā)：如果檢測(cè)到數(shù)據(jù)幀目的地址不在該端口連接的沖突

域內(nèi)，則交換機(jī)通過內(nèi)部線路將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到通往目的網(wǎng)

元所在沖突域的端口。

-廣播：當(dāng)交換機(jī)無法判斷該數(shù)據(jù)幀的目的地址時(shí)，將該數(shù)

據(jù)幀廣播到除接收端口外的其他所有端口。

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

圖4.17數(shù)據(jù)幀的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)

CQUPT0

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

以太網(wǎng)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的依據(jù)

A交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層上。交換機(jī)的端口數(shù)多，并且速度快。

?交換機(jī)內(nèi)維護(hù)著一張地址表，將各端口同與

之相連的節(jié)點(diǎn)（MAC）地址關(guān)聯(lián)起來。它是數(shù)

據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)。

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

端口地址表的生成

1、手工創(chuàng)建；

2、動(dòng)態(tài)生成：學(xué)習(xí)源地址

競(jìng)錄A1地址，向所有端口廣播發(fā)送A1發(fā)給A2黔

據(jù)幀

DA2

□□

5

圖4.19A1向A2發(fā)幀,

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

圖4.20A2回復(fù)A1,交換機(jī)學(xué)習(xí)地址A2

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

測(cè)試題：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缟蠄D，假設(shè)所有設(shè)備剛啟動(dòng)，交換機(jī)端口地址

表為空，試問每經(jīng)過以下一次數(shù)據(jù)包發(fā)送過程，端口地址表發(fā)生什么

變化，交換機(jī)怎么處理該數(shù)據(jù)包（不考慮應(yīng)答情況）。

①A1

②A3A2

B1

③B2A2

④B1B3序號(hào)端口地址表交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)包處理

⑤A4B4

1

2

3

4

5

若考慮應(yīng)答情況呢?

CQUPT或

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

?如果網(wǎng)元增加、減少或從一個(gè)沖突域轉(zhuǎn)移到另一

個(gè)沖突域怎么辦？

-交換機(jī)在接收到一個(gè)幀時(shí)，如果其源地址已經(jīng)記

錄在端口-地址表中，就將該表項(xiàng)更新一次，并記

錄下更新的時(shí)間。

-交換機(jī)會(huì)不斷檢查所有表項(xiàng)，如果某個(gè)表項(xiàng)在某

個(gè)固定時(shí)間段內(nèi)沒有被更新，則就會(huì)被刪除。

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

交換機(jī)的工作模式:

.交換機(jī)可以同時(shí)在多個(gè)端口之間建立邏輯通道，允許多個(gè)端

口間互不干擾地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

?交換機(jī)各個(gè)端口間可以通過其內(nèi)部的矩陣自由地交換數(shù)據(jù)，

因此可以同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全雙工；

.在全雙工模式下，網(wǎng)元發(fā)送數(shù)據(jù)再也不需要監(jiān)聽、再也不會(huì)

發(fā)生數(shù)據(jù)沖突了，它們以獨(dú)占的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此這

種交換方式又被稱為“獨(dú)占式交換”，與“共享式”相對(duì)

應(yīng)。這時(shí)檢測(cè)沖突的隨機(jī)偵聽模式失去了意義，最短幀長(zhǎng)也

失去了它的意義。即全雙工模式下，交換機(jī)不再需要MAC層的

控制協(xié)議。

?然而，由于共享式的集線器尚未被完全淘汰，因此以太網(wǎng)的

幀結(jié)構(gòu)、爭(zhēng)用信道協(xié)議、最小幀長(zhǎng)的規(guī)定仍然保持了原狀

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

交換機(jī)的三種轉(zhuǎn)發(fā)方式

■直通交換方式

因?yàn)檗D(zhuǎn)發(fā)僅依賴于目的地址DA,所以只要收到幀的前6個(gè)字節(jié)（DA

字段），就可查表找出目的端口并轉(zhuǎn)發(fā)。

?優(yōu)點(diǎn)：速度快、交換延遲?。?/p>

?缺點(diǎn)：無法進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，幀錯(cuò)誤會(huì)擴(kuò)散到目的網(wǎng)段；

■存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式

整個(gè)幀完整接收并存儲(chǔ)到緩沖區(qū)，對(duì)整個(gè)幀進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，然后再

查表找出目的端口并轉(zhuǎn)發(fā)。

?優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，錯(cuò)誤不會(huì)擴(kuò)散到目的網(wǎng)段；

?缺點(diǎn)：交換延遲比較大；

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

■折中交換方式（無碎片直通方式）

上面兩種方式的折衷。

接收了一幀的前64字節(jié)后，再查表找出目的端口并轉(zhuǎn)發(fā)

：?幀出錯(cuò)的主要原因是沖突,而以太網(wǎng)的幀至少為64B,

???<64字節(jié)的幀必然是沖突造成的幀碎片（錯(cuò)誤幀）

優(yōu)點(diǎn)：交換速度較快，并且降低了錯(cuò)誤幀轉(zhuǎn)發(fā)的概率；

缺點(diǎn)：長(zhǎng)度大于64字節(jié)的錯(cuò)誤幀仍會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)高

于直通式；

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

使用交換機(jī)帶來的好處

?分割沖突（碰撞）域——減少了沖突

?允許建立多個(gè)連接——提高了網(wǎng)絡(luò)總體帶寬

?減少每個(gè)網(wǎng)段中的站點(diǎn)數(shù)——提高了站點(diǎn)平均擁有帶寬

■允許全雙工連接——提高帶寬

CQUPT0

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

交換機(jī)的兩種用法(以100Mbps為例):

(1)端口下接站點(diǎn)：站點(diǎn)獨(dú)占工00Mbps帶寬

(2)端口下接網(wǎng)段：網(wǎng)段中所有站點(diǎn)共享工00Mbps帶寬

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng)

Web.

服務(wù)器二100Mb/s路由器至因特網(wǎng)

以太網(wǎng)100Mb/s

100Mb/s交換機(jī)

電子郵件二

二系三系

服務(wù)器一系

集線器集線器(ft^J100BASE-T

CQUPT0

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

交大計(jì)教中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1000MbpsFiber10MbpsUTP

100Mbps100MbpsUTP（連接校園網(wǎng)）

UTP

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

測(cè)試題：一機(jī)房中需構(gòu)建簡(jiǎn)單的以太局域網(wǎng)。已知：需要連網(wǎng)的PC

有50臺(tái)（內(nèi)置網(wǎng)卡），服務(wù)器1臺(tái)（內(nèi)置雙網(wǎng)卡）。PC成排放置，最遠(yuǎn)

的間距30米，最近的間距為1米。服務(wù)器單獨(dú)放置，距最近的PC為5米。

試回答：

（1）采用什么設(shè)備（集線器或交換機(jī)）組網(wǎng)？

設(shè)備個(gè)數(shù)=?,其端口數(shù)=?

（2）雙絞線數(shù)量=?（精確到50米）

（3）RJ45接頭個(gè)數(shù)=?

（4）畫出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，簡(jiǎn)單標(biāo)注設(shè)備參數(shù)，雙絞線類型

（直通線，交叉線）。

CQUPT0

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

4.4虛擬局域網(wǎng)

.VLAN技術(shù)簡(jiǎn)介

?VLAN分類

?VLAN標(biāo)準(zhǔn)

.VLAN中的幀封裝

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

VLAN的產(chǎn)生原因一廣播風(fēng)暴

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

通過路由器將網(wǎng)絡(luò)分段

路由器

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

通過VLAN劃分廣播域

市場(chǎng)部

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

441VLAN技術(shù)簡(jiǎn)介

?虛擬局域網(wǎng)VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物

理位置無關(guān)的邏輯組。

-這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。

—每一個(gè)VLAN的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符（VLAN

ID）,指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè)

VLANo

.虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服

務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。

.虛擬局域網(wǎng)技術(shù)主要用于交換式網(wǎng)絡(luò)上的安全隔

離，防止廣播風(fēng)暴。

.虛擬局域網(wǎng)基本原理：不同VLAN之間不能互通，

-VLAN內(nèi)部能通信，VLAN和普通局域網(wǎng)之間不能

CQUPT通。

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

以太網(wǎng)/1A

O4B

交換機(jī)3

I—I?_?

；；；：VLAN

VLAN1VLAN23

IC

以太網(wǎng)「B2

交換機(jī)An

以太網(wǎng)二

交換機(jī)門,

\---------?A1

［以太一

三個(gè)虛擬局域網(wǎng)VLAN1?VL

7交換機(jī)和VLAN3的構(gòu)成

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

4.4.2VLAN的主要分類

?基于端口的VLAN：

基于端口劃分VLAN,就是按交換機(jī)端口定義VLAN成員，每個(gè)端口

只能屬于一個(gè)VLAN,這是一種最通用的方法。這種方法配置簡(jiǎn)單，在

配置好VLAN以后，再為交換機(jī)端口分配一個(gè)VLAN,使交換機(jī)的端口成

為某個(gè)VLAN的成員。

?基于MAC地址的VLAN：

由于只有網(wǎng)卡才分配有MAC地址，因此按MAC地址來劃分VLAN實(shí)際

上是將某些工作站和服務(wù)器劃屬于某個(gè)VLAN。事實(shí)上，該VLAN是一些

MAC地址的集合。

?基于第3層的VLAN:

這種方法允許按照網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議類型（TCP/IP、IPX、DECNET等）組

成VLAN,也可以按網(wǎng)絡(luò)地址（如TCP/IP的子網(wǎng)地址）定義VLAN成員。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是有利于組成基于應(yīng)用的VLAN。

?現(xiàn)在普遍使用的是基于端口的VLAN。

CQUPT0

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

基于端口的VLAN

VLAN表

端口所屬VLAN

Port1VLAN5

Port2VLAN10

■................

Port7VLAN5

■■■■■■■■■■■■

Port10VLAN10

主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)D

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

基于MAC地址的VLAN

VLAN表

以太網(wǎng)交換機(jī)MAC地址所屬VLAN

MACAVLAN5

MACBVLAN10

MACCVLAN5

MACDVLAN10

主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)D

MACAMACBMACCMACD

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

基于協(xié)議的VLAN

以太網(wǎng)交換機(jī)

VLAN表

主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)D

使用IPX協(xié)議運(yùn)行IP協(xié)議使用IPX協(xié)議運(yùn)行IP協(xié)議

CQUPT0

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

基于子網(wǎng)的VLAN

以太網(wǎng)交換機(jī)

VLAN表

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

4.4.3VLAN標(biāo)準(zhǔn)

?IEEE802.1Q

IEEE執(zhí)行委員會(huì)于1996年制定的一種VLAN

互操作性的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定VLAN中MAC幀的格式，

幀發(fā)送及校驗(yàn)，回路檢測(cè)，對(duì)服務(wù)質(zhì)量

（Q0S）參數(shù)的支持以及對(duì)網(wǎng)管系統(tǒng)的支持等

方面的標(biāo)準(zhǔn)；

?IEEE802.10VLAN標(biāo)準(zhǔn)

一個(gè)0SI第二層的協(xié)議，包括了驗(yàn)證和加

密等機(jī)制，其目的是在數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)安全地交

換數(shù)據(jù)；經(jīng)過802.10協(xié)議處理過的MAC幀，實(shí)

際只是在MAC的幀頭和數(shù)據(jù)區(qū)之間插入了一個(gè)

802.10報(bào)頭,用該報(bào)頭中的一個(gè)域作為VLAN

的標(biāo)志域；

CQUPT

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

IEEE802.1Q概述

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數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

4.4.4VLAN的幀格式

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數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信

重要概念回顧

?CSMA/CD一般用于共享式網(wǎng)絡(luò)的MAC子層控制;

?設(shè)備（集線器和交換機(jī)）可工作于半雙工模式和全雙工模式:

-工作于半雙工模式時(shí)，采用CSMA/CD對(duì)共享信道進(jìn)行控制；

-工作于全雙工模式時(shí)，獨(dú)享信道，不需控制協(xié)議；

?集線器（hub）內(nèi)部是總線型結(jié)構(gòu)（實(shí)質(zhì)），其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)是星

型拓?fù)洌ㄍ庥^）；

?集線器一般工作于半雙工模式;

.交換機(jī)一般工作于全雙工模式;

?集線器和交換機(jī)組成局域網(wǎng)默認(rèn)下是同一個(gè)廣播域，可采用VLAN

技術(shù)進(jìn)行廣播域的分割。（采用路由器設(shè)備同樣可以實(shí)現(xiàn)廣播以

的分割）

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補(bǔ)充：高速以太網(wǎng)

1.100BASE-T以太網(wǎng)

?速率達(dá)到或超過100Mb/s的以太

網(wǎng)稱為

?在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信

號(hào)的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)，仍使用IEEE

02.3的CSMA/CD協(xié)議。100BASE-T

以太網(wǎng)又稱為快速以太網(wǎng)（Fast

Ethernet）。

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100BASE-T以太網(wǎng)的特點(diǎn)

.可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。

?MAC幀格式仍然是802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。

.保持最短幀長(zhǎng)不變，但將一個(gè)網(wǎng)段的最大電纜長(zhǎng)度減

小到100mo

.幀間時(shí)間間隔從原來的9.6pis改為現(xiàn)在的0.96

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2.千兆以太網(wǎng)

.允許在1Gb/s下，全雙工和半雙工兩種方式工作。

?使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。

.在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議。

?與10BASE-T和100BASE-T技術(shù)向后兼容。

千兆以太網(wǎng)的物理層：

.1000BASE-X基于光纖通道的物理層

?1000BASE-T使用4對(duì)5類線UTP

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以太網(wǎng)交換機(jī)在大中小企業(yè)機(jī)構(gòu)中組網(wǎng)示意圖

Qinternet

企業(yè)總部

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3526/3526E

，3526/3526E

30503050分支機(jī)構(gòu)

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萬兆以太